JP2001150556A - 三次元造形装置および三次元造形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 短時間かつ低コストで、種々の特性を有する
三次元造形物を生成できる三次元造形技術を提供する。 【解決手段】 三次元造形装置１００において、ノズル
ヘッド２２には複数の吐出ノズル２２ａ〜２２ｄが設け
られており、このうち吐出ノズル２２ａ〜２２ｃは、
Ｙ、Ｍ、Ｃに着色されたバインダを吐出し、吐出ノズル
２２ｄは白色に着色されたバインダを吐出する。吐出さ
れたバインダは、造形ステージ３２上に形成された粉末
層の所定の領域おいて粉末を結合させる。複数の粉末層
に対して、上記の動作を繰り返し行う。これにより、三
次元造形物が造形されるとともに、造形過程において彩
色が施される。その結果、短時間かつ低コストで、種々
に彩色された三次元造形物を生成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元造形技術に
関するものであって、特に、結合剤を付与して粉末を結
合させることにより、三次元造形物を生成する三次元造
形技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、立体的な造形対象物を平行な
複数の面で切断した各断面に対応する粉末の薄層を結合
剤により順次結合させることによって、造形対象物の三
次元モデルとなる造形物を生成する技術が知られてい
る。

【０００３】このような技術は、ラピッドプロトタイピ
ングと呼ばれる部品試作に利用することができ、例えば
特許２７２９１１０号公報に開示されたものがある。こ
の立体造形の具体的な手順を以下で説明する。

【０００４】まず、ブレード機構により粉末の薄層を平
らな表面上に均一に拡げる。次に、この粉末の薄層にお
ける所定の領域に対して、ノズルヘッドを走査させてバ
インダ（結合剤）を吐出する。バインダが吐出された領
域の粉末材料は、接合状態となるとともに、既に形成済
の下層とも結合する。そして、造形物全体が完成するま
で、粉末層を上部に順次沈積させて、バインダを吐出す
る工程を繰り返す。最終的に、バインダが付着されなか
った領域は、粉末が個々に独立した状態、すなわち互い
に非結合な状態であるため、造形物を装置から取り出す
際に落下させることで分離する。以上により、所望の三
次元造形物が得られることとなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
手法では、全体が単一の特性（質感、色）を有する造形
物しか得られない。この造形物に彩色が必要な場合は、
次工程で人手により行わなければならないため時間と費
用が必要となる。また、人手での彩色では、三次元造形
物の所定の位置に所望の模様などを確実に描くことが一
般的に困難である。

【０００６】一方で、形成直後の三次元造形物はバイン
ダによる接合力のみにより形作られているため、三次元
造形物の取り扱い方法によっては強度が弱く壊れてしま
う場合もある。そこで、従来より、形成後の三次元造形
物の粉末粒子の間にワックスなどを浸透させることによ
り強度を増大させてきた。しかしながら、このような工
程は手間と時間を要するのが実状である。

【０００７】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、適切な三次元造形物を生成することができる三
次元造形技術を提供することを主たる目的としている。
特に、短時間かつ低コストで、種々の外観特性を有する
三次元造形物を生成することを第１の目的としており、
十分な強度を有する三次元造形物を容易に生成すること
を第２の目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、粉末
材料に結合剤を付与して結合させることにより、造形対
象物を平行な複数の面で切断した断面データに対応する
前記粉末材料の結合体を順次形成して前記造形対象物に
応じた三次元造形物を生成する三次元造形装置であっ
て、(a）前記粉末材料の層を形成する層形成手段と、
(b）前記粉末材料の層に対して、少なくとも１種類の結
合剤を含む複数種類の材料を付与する付与手段と、(c）
前記付与手段を制御することにより前記粉末材料の層の
所定の領域に対して前記複数種類の材料を選択的に付与
する制御手段とを備える。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１に記載の三次
元造形装置において、前記付与手段は、前記複数種類の
材料のうちの一の材料の付与の後に他の一の材料の付与
を行い、前記一の材料は前記他の一の材料よりも付与後
の安定化に要する時間が短い。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１に記載の三次
元造形装置において、前記付与手段は、結合剤とインク
とを付与する。

【００１１】請求項４の発明は、請求項３に記載の三次
元造形装置において、前記付与手段は、前記インクの付
与後に前記結合剤の付与を行う。

【００１２】請求項５の発明は、請求項１に記載の三次
元造形装置において、前記付与手段は、それぞれ異なる
色を有する複数の結合剤を前記所定の領域に付与する。

【００１３】請求項６の発明は、請求項５に記載の三次
元造形装置において、前記複数の結合剤は、それぞれ３
原色で着色された３の結合剤を含む。

【００１４】請求項７の発明は、請求項５または請求項
６に記載の三次元造形装置において、前記複数の結合剤
は、白色で着色された結合剤を含む。

【００１５】請求項８の発明は、請求項５ないし請求項
７のいずれかに記載の三次元造形装置において、前記複
数の結合剤は、無色透明または乳白色の結合剤を含む。

【００１６】請求項９の発明は、請求項５ないし請求項
７のいずれかに記載の三次元造形装置において、前記複
数の結合剤は、無色透明の結合剤と、前記粉末材料の地
色以外で着色された結合剤とを含む。

【００１７】請求項１０の発明は、請求項５ないし請求
項９のいずれかに記載の三次元造形装置において、前記
所定の領域は、彩色領域と彩色不要領域で構成されお
り、前記彩色領域では、前記複数の結合剤を選択的に用
いて前記粉末材料が結合されるとともに、前記彩色不要
領域では、前記複数の結合剤のうちの１つにより結合さ
れる。

【００１８】請求項１１の発明は、請求項１０に記載の
三次元造形装置において、前記彩色領域は、前記三次元
造形物の表面に現れる領域を含む。

【００１９】請求項１２の発明は、請求項１０または請
求項１１に記載の三次元造形装置において、前記付与手
段が、前記複数の結合剤をそれぞれ収容し、前記付与手
段に各結合剤を供給する複数のタンクと、前記複数のタ
ンク内における前記各結合剤の残量を検出する検出手段
とを備え、前記各結合剤のうち前記複数のタンク内にお
ける残量が比較的多い結合剤を、前記彩色不要領域に付
与する。

【００２０】請求項１３の発明は、請求項１に記載の三
次元造形装置において、前記付与手段は、異なる質感を
もたらす複数の結合剤を付与する。

【００２１】請求項１４の発明は、請求項５ないし請求
項１３のいずれかに記載の三次元造形装置において、前
記付与手段は、前記複数の結合剤をそれぞれ吐出する複
数のノズルを有する。

【００２２】請求項１５の発明は、請求項１ないし請求
項１４のいずれかに記載の三次元造形装置において、前
記粉末材料は、白色である。

【００２３】請求項１６の発明は、請求項１５に記載の
三次元造形装置において、前記粉末材料は、白色顔料に
より形成される。

【００２４】請求項１７の発明は、請求項１５に記載の
三次元造形装置において、前記粉末材料に白色顔料の粉
末が混合されている。

【００２５】請求項１８の発明は、請求項１７に記載の
三次元造形装置において、前記白色顔料の粉末が前記粉
末材料の主要粒子よりも小さい。

【００２６】請求項１９の発明は、請求項１５に記載の
三次元造形装置において、前記粉末材料の粒子が白色顔
料を含有する。

【００２７】請求項２０の発明は、請求項１５ないし請
求項１９のいずれかに記載の三次元造形装置において、
前記白色顔料が酸化チタンである。

【００２８】請求項２１の発明は、請求項１ないし請求
項１４のいずれかに記載の三次元造形装置において、前
記粉末材料は、無色透明である。

【００２９】請求項２２の発明は、請求項１ないし請求
項２１のいずれかに記載の三次元造形装置において、前
記所定の領域における前記少なくとも１種類の結合剤の
付与量は、前記粉末材料の層の主面に関して単位面積あ
たりほぼ同量である。

【００３０】請求項２３の発明は、請求項１ないし請求
項２２のいずれかに記載の三次元造形装置において、前
記層形成手段が、前記三次元造形物を形成すべき空間の
左右両側の所定面の上に、前記粉末材料の左側の山と右
側の山とを形成する手段と、前記付与手段の左右両側に
付設された左側および右側粉末拡散部材とを備え、前記
付与手段の左から右への移動に際して右側粉末拡散部材
が前記粉末材料の左側の山を右方向に拡散して前記粉末
材料の層を形成し、前記付与手段の右から左への移動に
際して左側粉末拡散部材が前記粉末材料の右側の山を左
方向に拡散して前記粉末材料の層を形成する。

【００３１】請求項２４の発明は、請求項２３に記載の
三次元造形装置において、前記右側粉末拡散部材と前記
左側粉末拡散部材とを相補的に昇降させることにより、
一方の粉末拡散部材によって前記粉末材料の層の形成を
行っている際には、他方の粉末拡散部材を上昇させて待
避させる駆動手段をさらに備える。

【００３２】請求項２５の発明は、粉末材料に結合剤を
付与して結合させることにより、造形対象物を平行な複
数の面で切断した断面データに対応する前記粉末材料の
結合体を順次形成して前記造形対象物に応じた三次元造
形物を生成する三次元造形方法であって、(a）前記粉末
材料の層を形成する層形成工程と、(b）前記粉末材料の
層の所定の領域に対して、少なくとも１種類の結合剤を
含む複数種類の材料を選択的に付与する付与工程と、
(c) 前記工程(a)および(b)を繰り返す工程とを備える。

【００３３】請求項２６の発明は、粉末材料に結合剤を
付与して結合させることにより造形対象物に対応する三
次元造形物を生成する三次元造形装置において、熱可塑
性を有する粉末材料の層を順次積層して形成する層形成
手段と、前記層形成手段が前記層を形成するごとに前記
層に対して結合剤を含む材料を付与することにより、前
記造形対象物を平行な複数の面で切断した切断面に対応
する前記粉末材料の結合体を順次形成する付与手段と、
前記層形成手段および前記付与手段により生成された三
次元造形物を加熱する加熱手段とを備える。

【００３４】請求項２７の発明は、請求項２６に記載の
三次元造形装置において、前記加熱手段が、前記三次元
造形物に向けて光を照射するランプを有する。

【００３５】請求項２８の発明は、粉末材料に結合剤を
付与して結合させることにより造形対象物に対応する三
次元造形物を生成する三次元造形方法において、(a) 熱
可塑性を有する粉末材料の層を形成する工程と、(b) 前
記層に対して結合剤を含む材料を付与することにより、
前記造形対象物を一の面で切断した切断面に対応する前
記粉末材料の結合体を形成する工程と、(c) 前記工程
(a)および(b)を繰り返すことにより、前記造形対象物を
平行な複数の面で切断した切断面に対応する前記粉末材
料の結合体を順次積層形成して三次元造形物を形成する
工程と、(d) 前記三次元造形物を加熱する工程とを有す
る。

【００３６】請求項２９の発明は、請求項２８に記載の
三次元造形方法において、前記工程(d)にて前記三次元
造形物に向けて光が照射される。

【００３７】請求項３０の発明は、請求項２８または請
求項２９に記載の三次元造形方法において、前記粉末材
料が熱可塑性樹脂により形成される。

【００３８】請求項３１の発明は、請求項３０に記載の
三次元造形方法において、前記粉末材料が電子写真用ト
ナーである。

【００３９】請求項３２の発明は、請求項２８ないし請
求項３１のいずれかに記載の三次元造形方法において、
前記粉末材料が無色透明または白色である。

【００４０】

【発明の実施の形態】＜１． 第１実施形態＞ ＜1.1 三次元造形装置の要部構成＞図１は、本発明の
第１実施形態に係る三次元造形装置１００を示す概略図
である。なお、図１では説明の便宜上定めたＸＹＺ方向
も矢印にて示している。

【００４１】三次元造形装置１００は、制御部１０、並
びに、制御部１０にそれぞれ電気的に接続されたバイン
ダ付与部２０、造形部３０、粉末供給部４０、粉末拡散
部５０および赤外線ランプ６０を備えて構成される。

【００４２】制御部１０は、コンピュータ１１と、コン
ピュータ１１に電気的に接続された駆動制御部１２とを
備えている。

【００４３】コンピュータ１１は、内部にＣＰＵやメモ
リ等を備えて構成される一般的な卓上型コンピュータ等
である。このコンピュータ１１は、三次元形状の造形物
の形状をモデルデータとしてデータ化し、それを平行な
幾層もの薄い断面体にスライスして得られる断面データ
を駆動制御部１２に対して出力する。

【００４４】駆動制御部１２は、バインダ付与部２０、
造形部３０、粉末供給部４０および粉末拡散部５０をそ
れぞれに駆動する制御手段として機能する。駆動制御部
１２は、コンピュータ１１から断面データを取得する
と、その断面データに基づいて上記の各部に対して駆動
指令を与えることにより造形部３０において粉末材料の
一層ごとの粉末の結合体を順次形成する動作を統括制御
する。

【００４５】バインダ付与部２０は、液状のバインダ
（通常の接着剤が用いられてもよい。）を収容するタン
ク部２１、タンク部２１内のバインダを吐出させるノズ
ルヘッド２２、ノズルヘッド２２を水平ＸＹ平面で移動
させるＸＹ方向移動部２３、およびＸＹ方向移動部２３
を駆動する駆動部２４を備えている。

【００４６】タンク部２１は、それぞれ異なる色のバイ
ンダを収容する複数のタンク（この例では４つのタン
ク）２１ａ〜２１ｄを備えている。具体的には、それぞ
れのタンク２１ａ〜２１ｄには、Ｙ（イエロー）、Ｍ
（マジェンタ）、Ｃ（シアン）の色料の３原色およびＷ
（ホワイト）に着色されたバインダ（以下では、「着色
バインダ」と呼ぶ）が収容されている。ここで、着色バ
インダは、粉末と結合しても変色しないものであり、長
時間経過しても変色・退色しないものを使用するのが望
ましい。

【００４７】ノズルヘッド２２は、ＸＹ方向移動部２３
の下部に固定されており、ＸＹ方向移動部２３とともに
一体となってＸＹ平面内で移動自在となっている。ま
た、ノズルヘッド２２はタンク部２１のタンク数と同数
の吐出ノズル２２ａ〜２２ｄを備え、各吐出ノズル２２
ａ〜２２ｄはタンク２１ａ〜２１ｄと４本のチューブ２
５で連結している。各吐出ノズル２２ａ〜２２ｄは、例
えばインクジェット方式等で微小な液滴として各バイン
ダを吐出（噴出）するノズルである。各吐出ノズル２２
ａ〜２２ｄによるバインダの吐出は、駆動制御部１２に
よって個別に制御されており、各吐出ノズル２２ａ〜２
２ｄから吐出されるバインダはノズルヘッド２２に対向
する位置に設けられている造形部３０の粉末層に付着す
る。

【００４８】ＸＹ方向移動部２３は、移動部本体２３ａ
およびガイドレール２３ｂを備えている。移動部本体２
３ａは、ガイドレール２３ｂに沿ってＸ方向への往復移
動が可能であるとともに、Ｙ方向への往復移動が可能と
なっている。よって、ノズルヘッド２２は、ＸＹ方向移
動部２３によりＸ軸およびＹ軸によって規定される平面
内で移動できることとなる。すなわち、駆動制御部１２
からの駆動指令に基づいてノズルヘッド２２を、その平
面における駆動範囲内で任意の位置に移動させることが
できる。

【００４９】造形部３０は、中央に凹状部を有する造形
部本体３１、造形部本体３１の凹状部の内部に設けられ
ている造形ステージ３２、造形ステージ３２をＺ方向に
移動させるＺ方向移動部３３、および、Ｚ方向移動部３
３を駆動する駆動部３４を備えている。

【００５０】造形部本体３１は、三次元造形物を生成す
るための作業領域を提供する役目を果たしている。ま
た、造形部本体３１は、その上部に、粉末供給部４０か
ら供給される粉末を一時的に保持する粉末仮置部３１ｂ
を有している。

【００５１】造形ステージ３２は、ＸＹ断面において矩
形型の形状を有し、その側面が造形部本体３１における
凹状部の垂直内壁３１ａと接している。そして、この造
形ステージ３２と造形部本体３１の垂直内壁３１ａとで
形成される直方体状の三次元空間ＷＫが、三次元造形物
を生成するための基盤空間として機能する。すなわち、
各吐出ノズル２２ａ〜２２ｄから吐出されたバインダに
より、造形ステージ３２上にて粉末を接合させて造形物
が作成されることとなる。

【００５２】Ｚ方向移動部３３は、造形ステージ３２と
連結する支持棒３３ａを有している。そして、支持棒３
３ａが、駆動部３４によって垂直方向に移動されること
により、支持棒３３ａと連結する造形ステージ３２のＺ
方向の移動が可能となる。

【００５３】粉末供給部４０は、タンク部４１とタンク
部４１の出口に設けられている締切板４２と、駆動制御
部１２の指令により締切板４２をスライドさせる駆動部
４３とを備えている。

【００５４】タンク部４１は、白色の粉末が収容されて
いる。この粉末は、三次元造形物の形成における材料と
なるもので、例えば、（セルロース−）デンプン粉末、
石膏粉末、樹脂粉末などが使用される。

【００５５】締切板４２は、水平方向（Ｘ方向）にスラ
イドできるようになっており、造形部３０の粉末仮置部
３１ｂに対して、タンク部４１に収容される粉末の供給
および停止を行う。

【００５６】粉末拡散部５０は、ブレード５１、ブレー
ド５１の動作を規制するガイドレール５２、および、ブ
レード５１を移動させる駆動部５３を備えている。

【００５７】ブレード５１は、Ｙ方向に長く、下部先端
が尖った刃状の形状を有している。ブレード５１のＹ方
向の長さは、三次元空間ＷＫにおけるＹ方向の幅をカバ
ーできる長さとなっている。なお、ブレード５１による
粉末の拡散が円滑に行えるように、ブレードに微小振動
を与えるバイブレーション機構を付加しても良い。

【００５８】駆動部５３は、ブレード５１を垂直方向
（Ｚ方向）に昇降移動させる垂直駆動部５３ａ、および
ブレード５１を水平方向（Ｘ方向）に往復移動させる水
平駆動部５３ｂを有している。そして、駆動制御部１２
からの指令に基づいて垂直駆動部５３ａおよび水平駆動
部５３ｂが駆動されることにより、ブレード５１のＸ方
向およびＺ方向の移動が可能となる。

【００５９】赤外線ランプ６０は、バインダに含まれる
水分もしくは溶剤を蒸発させてバインダが付与された粉
末の結合を促進するためのものである。駆動制御部１２
の指令により、赤外線ランプ６０の点消灯が行なわれ
る。また、熱硬化性バインダを使用するように構成した
場合には、この赤外線ランプ６０は、バインダを硬化さ
せる手段として機能する。

【００６０】＜1.2 三次元造形装置の動作＞図２は、
三次元造形装置１００の動作の概要を説明するフローチ
ャートである。以下、同図を参照して、その基本動作を
説明する。

【００６１】ステップＳ１では、コンピュータ１１が、
表面にカラー模様等が施された三次元造形対象物を表現
したモデルデータを作成する。造形するための基になる
モデルデータには、一般の三次元ＣＡＤモデリングソフ
トウェアで作成されるカラー三次元モデルデータを使用
することができる。また、三次元形状入力装置で計測さ
れた３次元形状のデータおよびテクスチャを利用するこ
とも可能である。

【００６２】モデルデータにおいては、色情報が三次元
モデルの表面にのみ付与されているもの、または色情報
がモデル内部まで付与されているものがある。後者の場
合でも造形に際してモデル表面の色情報のみを使用する
ことが可能であるし、モデル内部の色情報も使用するこ
とが可能である。例えば、人体モデル等の三次元造形物
を生成する際、各内臓ごとに異なる色で彩色を施したい
場合もあり、その場合にはモデル内部の色情報を使用す
る。

【００６３】ステップＳ２では、上記のモデルデータか
ら造形対象物を水平方向にスライスした各断面ごとの断
面データを生成する。モデルデータから積層する粉末の
一層分の厚みに相当するピッチでスライスされた断面体
を切り出し、断面の存在する領域を示す形状データおよ
び彩色のデータを断面データとして作成する。なお、ス
ライスするピッチは、所定範囲内（粉末を結合可能な厚
みの範囲）で変更可能にしてもよい。

【００６４】図３は、ステップＳ２で断面データの一例
の生成の様子を示す図である。図３（ａ）および（ｂ）
に示すように、モデルデータから色情報を含めて断面体
を切り出し、格子状に細分化する。それを、２次元画像
のビットマップと同様に扱い、図３（ｃ）に示すように
各色毎のビットマップ情報に変換する。このビットマッ
プ情報は階調などを考慮した情報となっている。図３
（ｃ）において、形状データは断面の存在する領域を示
すデータであり、Ｙデータ、Ｃデータ、Ｍデータおよび
Ｗデータが彩色データに相当する。

【００６５】なお、本実施形態では、粉末の色が白色な
ので、白部分には彩色は不要である。しかし、造形のた
めにはバインダが必要であり、この部分には白色のバイ
ンダを塗布することとし、Ｗデータを付与した。また、
３次元モデル内部に色情報がない場合、その内部に対応
する部分にもＷデータを付与するようにした。したがっ
て、ＹＣＭＷのデータのＯＲをとると、断面の形状全面
が埋まるようになっている。

【００６６】図４（ａ）ないし（ｃ）は、図３と同様に
ステップＳ２における断面データの一例の生成の様子を
示す図である。なお、図４（ｃ）では彩色データの図示
を省略していおり、形状データは断面が存在する領域の
みを図示している。図４（ｃ）では、モデルデータにお
いて、三次元造形に寄与しない部分、つまり外形に現れ
ない内部領域に該当する部分を、造形不要部分として形
状データから削除している。これにより、造形不要部分
ではバインダにより粉末を結合する動作が行われず、バ
インダが節約できる。

【００６７】ステップＳ３では、造形対象物を造形する
際における粉末の積層厚さ（断面データ作成の際のスラ
イスピッチ）及び積層数（断面データセットの数）に関
する情報が、コンピュータ１１から駆動制御部１２に入
力される。

【００６８】次のステップＳ４以降については、駆動制
御部１２が各部を制御することによって行われる動作で
ある。図５は、これらの動作を説明する概念図である。
以下では、同図を参照しながら説明する。

【００６９】ステップＳ４では、造形ステージ３２にお
いて粉末の第Ｎ層目（Ｎ＝1,2,・・）の結合体を形成す
るために、造形ステージ３２がＺ方向移動部３３により
図５（ａ）に示す矢印ＤＮの方向に、所定距離だけ下降
されて保持される。下降する距離は、コンピュータ１１
から入力された上記積層厚さに相当する距離である。こ
れにより、造形ステージ３２上に堆積されて必要な結合
が完了した粉末層の上方に、新たな粉末の層を１層分形
成するためのスペースＳＰが形成される。ただし、Ｎ＝
１の場合は、最初の層の形成に相当するため、造形ステ
ージ３２の上面自身の上にスペースＳＰが形成されるよ
うにする。

【００７０】ステップＳ５では、三次元造形物の造形に
おいて材料となる粉末の供給を行う。ここでは、図５
（ａ）のように、粉末供給部４０の締切板４２が閉止位
置からスライドしてタンク部４１内の粉末を所定量だけ
造形部本体３１の粉末仮置部３１ｂに落下させる。この
所定量とは、上記のスペースＳＰの体積（造形における
粉末の必要量）より若干多めに設定されている。所定量
の粉末の供給完了後、締切板４２が閉止位置に戻り粉末
供給を停止する。

【００７１】ステップＳ６では、ステップＳ５で供給さ
れた粉末の薄層を形成する。ここでは、図５（ａ）およ
び（ｂ）に示すように、粉末仮置部３１ｂ上に堆積され
た粉末をブレード５１がＸ方向に移動することで造形ス
テージ３２上のスペースＳＰに粉末が入り込み、薄い均
一な粉末層が形成される。この際には、ブレード５１の
下部先端を造形部本体３１の最上面３１ｃに沿って移動
させる。これにより、所定の厚さの粉末の薄層が正確に
形成できる。なお、余った粉末は回収して、再度利用可
能である。そして、粉末層が形成された後、ブレード５
１は、垂直駆動部５３ａ（図１参照）によって最上面３
１ｃから離され、水平駆動部５３ｂによって粉末層の上
方を通過して初期位置に復帰する。

【００７２】ステップＳ７では、ステップＳ２で作成さ
れた形状データおよび彩色データに従ってＸＹ方向移動
部２３を駆動することにより、図５（ｃ）に示すよう
に、ノズルヘッド２２をＸＹ平面内に移動させる。その
際、形状データの存在する領域のみを走査することによ
り時間が短縮される。そして、移動中に彩色データに基
づいて各吐出ノズル２２ａ〜２２ｄから着色バインダの
吐出を適宜に行わせる。これにより、粉末の結合体８１
が生成される。なお、バインダが塗布されない粉末８２
は個々に独立した状態を保つこととなる。

【００７３】ここでは、三次元造形物の表面部分に相当
する部分について、バインダの吐出を行う際に、造形対
象物から導かれた彩色データに基づいてＹ、Ｍ、Ｃおよ
びＷの着色バインダを選択的に吐出するように制御が行
われる。これにより、三次元造形物の造形過程における
カラー造形が行える。一方、三次元造形物において彩色
を施す必要のない部分（彩色不要領域）では、彩色され
た部分の着色状態を妨げることのないＷの着色バインダ
を吐出することにより、造形を行う。

【００７４】また、粉末層に付着したバインダの拡がり
を均一化して造形物の強度を確保するため、造形部分に
対して単位面積当たり同量のバインダを均一に付与する
ことが好ましい。例えば、ＸＹ方向移動部２３による各
吐出ノズル２２ａ〜２２ｄの移動速度に、単位時間当た
りに各吐出ノズル２２ａ〜２２ｄから吐出されるバイン
ダの量（例えば、バインダ液滴の数）を乗じたものを一
定にすれば、単位面積当たり同量のバインダが均一に付
与できることとなる。

【００７５】バインダの吐出完了後、バインダ吐出動作
を停止し、ＸＹ方向移動部２３を駆動することにより、
ノズルヘッド２２は初期位置に復帰する。

【００７６】ステップＳ８では、バインタが付着した粉
末を乾燥させて接合させる。ここでは、薄く引き延ばさ
れた粉末の層の上方から、赤外線ランプ６０の照射を行
う。これにより、粉末に付着したバインダの迅速な乾燥
が行える。なお、自然乾燥により迅速に硬化する種類の
バインダでは、特に赤外線ランプなどでの照射は不要と
なる。乾燥が完了すると、三次元造形物の一層分の断面
体の造形が完了することとなる。

【００７７】そして、一層分の造形が終了するとステッ
プＳ９に進んで、駆動制御部１２が、ステップ３で入力
された積層数に基づき、その積層数分の処理が完了した
かどうかを判断し（つまり、三次元造形物の造形が完了
したかどうかを判断し）、「ＮＯ」と判断された場合は
ステップＳ４からの処理を繰り返し、「ＹＥＳ」と判断
された場合は造形動作は終了する。そして、三次元造形
物の造形が完了すると、バインダが付与されていない粉
末を分離して、バインダにより結合された粉末の結合体
（三次元造形物）を取り出す。なお、結合されなかった
粉末は回収して、再度材料として利用しても良い。

【００７８】ステップＳ４に戻った場合には、第Ｎ層目
の上側に第Ｎ＋１層目の新たな粉末の結合体を形成する
動作が行われる。このような動作を積層数だけ繰り返す
ことにより、ステージ３２上に一層ごとのカラー化され
た結合体が順次積層されていき最終的に造形対象物の三
次元造形物が造形ステージ３２上に造形されるのであ
る。

【００７９】このようにして得られる三次元造形物９１
を図６に示す。図６（ａ）は三次元造形物９１の断面を
示したものであり、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＡ
部分を拡大表示したものである。図６（ｂ）において、
三次元造形物９１の表面側付近の領域９１ａには斜線領
域で示すようにＹ、Ｍ、ＣおよびＷのバインダによって
単色または複数色の彩色が施されるとともに、内部側の
領域９１ｂはＷの着色バインダによって造形が行われて
いる。つまり、図６（ｂ）における彩色領域は、吐出ノ
ズル２２ａ〜２２ｄから各着色バインダが彩色データに
応じて選択的に吐出されて形成されたものであり、彩色
不要な領域である内部領域は、単なる粉末の接合を目的
として吐出ノズル２２ｄから白色のバインダが吐出され
て形成されたものである。

【００８０】このような彩色の機構を使用することによ
って多様な彩色が可能になる。たとえば、図６（ａ）に
おける彩色領域のうち、・領域９１１においてはイエロ
ーＹとホワイトＷとの所定のドット配列によって薄いイ
エローの彩色がなされ、・領域９１２においてはシアン
ＣとイエローＹとのドット配列によってグリーンの彩色
がなされ、・領域９１３においてはマジェンタＭの区域
とホワイトＷの区域とが帯状に交互に配列することによ
って縞模様の着色がなされ、というようなことができ
る。

【００８１】また、ある３次元造形物自身では１色（た
とえばイエロー）のみで着色する場合でも、他の３次元
造形物では異なる色での着色が可能である。

【００８２】すなわち、この発明において多様な彩色が
可能になるという意味は、ひとつの三次元造形物につい
ての彩色の自由度が高まるということと、種々の三次元
造形物ごとに彩色を変更できるということとの双方の意
味を含んでいる。

【００８３】したがって、この実施形態における三次元
造形装置１００のような構成とし、彩色情報に応じて複
数色のバインダを選択的に付与することにより、三次元
造形物の造形過程において多様な彩色を施すことがで
き、人手に頼ることなく短時間かつ低コストでカラー造
形を行うことができるのである。

【００８４】図６（ｂ）において、彩色が施される領域
が三次元造形物９１の表面だけでなく、若干内部側領域
まで及んでいる。一般に、彩色が必要な領域は、通常造
形物の表面のみであるため、着色バインダで彩色を施す
のは造形物の表面に現れる部分のみでよい。しかし、オ
ーバーハング部やアンダーハング部を有する造形物で
は、隣接する上層と下層との断面体の最外周よりも内部
まで彩色を行わなければ、彩色されていない部分が造形
物の表面に現れてしまう。

【００８５】また、厳密に表面だけを彩色することはノ
ズルヘッド２２の移動量と各バインダの吐出タイミング
とに対する高精度な制御が必要であるため、断面データ
において彩色情報を所定幅だけ内部側にオフセットを確
保するのが望ましい。さらに、図６（ｂ）のように彩色
領域を所定量分だけ内部側に形成することにより、その
後に三次元造形物９１の表面に傷等が生じた場合であっ
ても内部用バインダの白色が露呈することを防止するこ
とができる。

【００８６】造形物の内部領域の粉末の接合に用いるバ
インダは、白色が必須ではなく、着色されていないナチ
ュラル（無色透明、乳白色）なバインダを使用してもよ
い。また、特定の色のバインダを内部接合用として他の
色のバインダより多くタンク部２１に蓄えておく仕様に
することが望ましい。なお、造形物の内部領域であって
も内部構造を分類するように色分けすることもできる。
これは、造形後に造形物を切断し、カットモデルとして
断面構造を見せる場合などでは、造形物の内部領域まで
すべて彩色を施しておくことも有効である。

【００８７】この実施形態における三次元造形装置１０
０において、コンピュータ１１にＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡ
Ｅのシステムを導入すれば、造形の際のスピードアップ
化とデザインの質的向上をおしすすめることも可能であ
る。

【００８８】＜1.3 彩色の具体的態様＞次に、この実
施形態における造形過程での彩色について説明する。

【００８９】この実施形態では、三次元造形物の材料と
なる粉末を結合させるものとしてバインダを使用すると
ともに、その彩色領域にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｗの４色の着色バ
インダを吐出することによって三次元造形物の造形過程
での彩色を行っている。この彩色については、微視的に
は、粉末粒子よりも小さい着色バインダの粒子が、粉末
粒子の周りに付着するとともに、粉末粒子の間に充填さ
れることにより行われる。

【００９０】吐出ノズル２２ａ〜２２ｄのうち、吐出ノ
ズル２２ａ〜２２ｃのそれぞれからは原色混合によって
異なる色成分を表現することができるＹ、Ｍ、Ｃの各色
成分の着色バインダが吐出される一方、吐出ノズル２２
ｄからはホワイトの着色バインダが吐出される。このよ
うな各吐出ノズル２２ａ〜２２ｄから吐出される微小な
バインダの液滴のドット配列の集合によって、その三次
元造形物に面積階調として混色あるいは色の階調を表現
することができる。

【００９１】一般に、彩色を行うためにはＹ、Ｍ、Ｃの
三原色を混色すればよいが、色の濃淡（階調）を表現す
るためには、三原色に加えて白色のバインダを吐出し混
色することが有効となる。一般のプリンタ等では白色の
紙にインク、トナー等で字、画像をプリントしていくた
め、基材となる紙の白色を利用すれば白色インクは必要
でなく、Ｙ、Ｍ、Ｃの三色を使用するだけで原理的に各
色成分の濃淡を表現することができる。しかしながら、
三次元造形の材料となる粉末の色が白色でないような場
合には、白色のバインダを使用することが特に有効とな
るのである。

【００９２】つまり、Ｙ、Ｍ、Ｃの各色成分を混合する
ことによって暗い色を表現することができるが、白色は
表現することができないため、粉末の結合用として白色
等淡い色のバインダを準備し、この白色のバインダを表
面彩色の際にも使用すれば、三次元造形物９１に対して
適切な彩色を施すことが可能となる。

【００９３】このようにして三次元造形物９１に彩色を
施す際の濃淡を表示する場合の着色バインダの吐出形態
の一例について説明する。

【００９４】図７は、シアンについての階調表現の一例
を示す図である。駆動制御部１２において所定の階調変
換が行われると、断面データに含まれる多値の階調デー
タは基本ドット領域（図７の最小矩形）ごとの２値デー
タに変換される。基本ドット領域とは４種類の着色バイ
ンダのうち選択されたものが付与される最小単位であ
り、２値データは各吐出ノズル２２ａ〜２２ｄをＯＮ／
ＯＦＦ制御するための情報となる。

【００９５】図７は、基本ドット領域の２×２のマトリ
クス配列による基本集合領域を示しており、彩色のため
の基本ドット領域への各色成分のバインダの吐出パター
ンを変化させることにより、階調表現や混合色表現を行
うことが可能となる。淡いシアンを表示する場合には、
２×２のマトリクス配列のうち１つの基本ドット領域に
シアンを吐出し、他の基本ドット領域にはホワイトを吐
出する。また、濃いシアンを表示する場合には基本集合
領域の全体にシアンを吐出する。このように基本集合領
域に対するシアンのバインダとホワイトのバインダとの
吐出割合を変化させることにより、淡いシアンから濃い
シアンへの階調変化を適切に表現することが可能にな
る。

【００９６】なお、図７の例では説明の都合上、階調変
換によって生じる彩色のための基本集合領域を４個の基
本ドット領域で構成しているが、これに限定するもので
はない。例えば、断面データにおいて２５６階調を有し
ている場合であって、その階調を低下させずにＯＮ／Ｏ
ＦＦ制御のための２値データに変換する場合、基本集合
領域を２５６個の基本ドット領域の集合で構成する。

【００９７】次に、図８は淡いシアンから淡いイエロー
へ変化する表現の一例を示す図である。図８の左端は淡
いシアンを表現する際のＣとＷとの吐出パターンであ
り、右端は淡いイエローを表現する際のＹとＷとの吐出
パターンである。淡いシアンからシアンとイエローとの
混合色を経て淡いイエローへと変化させる際には図８に
示すように基本集合領域内へのＣとＹとＷとを吐出する
割合をしだいに変化させていくことによって、そのよう
な色の変化を表現することが可能になる。

【００９８】なお、このような場合でも既述したよう
に、造形物の強度を確保するため、Ｃ、Ｙ、Ｗの各着色
バインダは、単位面積当たり同量にすることが好まし
い。

【００９９】また、図９には上記の彩色のための基本集
合領域が複数個集合したものを示している。図９（ａ）
はＣとＷとの吐出パターンを示しており、図９（ｂ）は
図９（ａ）の吐出パターンによって表現される彩色形態
を具体的に示している。図９に示すように駆動制御部１
２が吐出パターンを制御することによって三次元造形物
９１の造形過程における彩色を行うことが可能になる。

【０１００】このように、この実施形態では、三次元造
形物９１の着色部分を造形する際に接合用および着色用
としてＹ、Ｍ、Ｃ、Ｗの着色バインダを使用し、内部側
を造形する際には内部接合用として白色のバインダを使
用することにより、造形過程において造形対象物に対応
した彩色を施していくことができる。

【０１０１】なお、吐出ノズル２２ａ〜２２ｃから吐出
される着色されたバインダはそれぞれ他の色成分（例え
ば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）等）に着色されてい
てもよいが、Ｙ、Ｍ、Ｃの三原色に着色されたバインダ
を使用してこれらを混合することにより、三次元造形物
９１の中間色等の全ての色成分の彩色ができるという効
果がある。

【０１０２】また、粉末の接合用としてのみ機能する吐
出ノズル２２ｄから吐出されるバインダは白色に限定さ
れるものではなく、クリーム色等のバインダであっても
よい。ただし、生成される三次元造形物９１において造
形対象物の白色や階調を鮮明に再現するためには、接合
用として白色のバインダを使用することが望ましい。

【０１０３】さらに、三次元造形物９１の表面側に黒色
を再現する場合には、Ｙ、Ｍ、Ｃの三原色を吐出するこ
とで黒色を表現することができるが、鮮明な黒色を再現
するために別途黒色に着色されたバインダを吐出するた
めの吐出ノズルを設けても良い。

【０１０４】また、２色以上のバインダが吐出ノズルか
ら同時に吐出されてもよく、色毎のバインダが時間的に
前後して吐出されてもよい。

【０１０５】三次元造形物の材料となる粉末について
は、本実施形態では白色粉末を用いている。プリンタの
場合、白い紙の上に印刷するため、色を付ける部分にの
み有色インクを塗布し、下地の白色とのバランスで色の
階調表現が行われる。これと同様に本実施形態の場合、
下地となる粉末を白色とすることで発色をよくすること
ができる。

【０１０６】粉末材料が無色透明ではなく地色を有して
いる場合、粉末材料の地色と同じ色にしたい領域には無
色透明のバインダを付与すれば済む。また、粉末材料の
地色に相当する色を薄めて着色したいときには、無色透
明のバインダと白のバインダとを所定の割合でドット配
列すればよい。このため、複数のバインダの中に無色透
明のバインダが含まれているときには、地色と同じ色の
バインダを準備するよりは、それ以外の色に着色された
バインダを準備した方が、その分だけ色表現の幅が広が
って好ましい。

【０１０７】＜1.4 白色粉末材料の具体例＞次に、粉
末が白色の場合の粉末材料の具体例について説明する。
既述のように、白色粉末としてはデンプン粉や石膏粉末
などを利用することが可能であるが、彩色された三次元
造形物の色再現をより適切に実現するためには白色顔料
を利用して白色粉末を製造することが好ましい。すなわ
ち、白色顔料を利用した白色粉末に対してＹＭＣＫ
（黒）などの着色を行うことにより、三次元造形物の色
をより鮮やかにするとともに適切な多階調表現が実現さ
れる。白色の粉末が用いられる場合、三次元造形物の白
色の部分には無色透明のバインダが付与される。

【０１０８】白色顔料を利用した粉末としては、白色顔
料自体から粉末を形成したもの、デンプン粉や石膏粉末
と白色顔料とを混合したもの、ポリエチレンなどの樹脂
粉末に白色顔料を含有させたものなどが利用可能であ
る。

【０１０９】デンプン粉や石膏粉末などの主たる造形材
料粉末（主要な造形粒子）と白色顔料の粉末とを混合す
る場合、白色顔料の粉末の粒子径を造形材料粉末の粒子
径よりも小さくすることが好ましい。これにより、両者
を混合すると造形材料粉末の表面を白色顔料の微粒子が
覆う状態となり、粉末材料の白色の発色性が向上され
る。その結果、三次元造形物の色再現性および階調再現
性が向上される。

【０１１０】また、樹脂粉末に白色顔料を含有させる場
合には、樹脂粉末を製造する過程において加熱溶融した
樹脂に白色顔料を分散させることにより混入させ（白色
顔料が練り込まれてもよい）、樹脂を白色にしてから粉
末化することにより適切な白色粉末材料が得られる。一
方、熱可塑性の樹脂粉末が主たる造形材料粉末として利
用される場合には、樹脂粉末を加熱して軟化させた状態
で白色顔料を粉末粒子の周囲に吸着させることで樹脂粉
末の表面のみを適切に白色化することもできる。

【０１１１】白色顔料の具体例としては、塩基性炭酸鉛
（２ＰbＣＯ₃Ｐb(ＯＨ)₂、いわゆる、シルバーホワイ
ト）、酸化亜鉛（ＺnＯ、いわゆる、ジンクホワイ
ト）、酸化チタン（ＴiＯ₂、いわゆる、チタンホワイ
ト）、チタン酸ストロンチウム（ＳrＴiＯ₃、いわゆ
る、チタンストロンチウムホワイト）などが利用可能で
ある。

【０１１２】ここで、酸化チタンは他の白色顔料と比べ
て比重が小さく、屈折率が大きく、科学的、物理的にも
安定であるため、顔料としての隠蔽力や着色力が大き
く、さらに、酸やアルカリ、その他の環境に対する耐久
性にも優れている。したがって、白色顔料としては酸化
チタンが利用されることが好ましい。もちろん、粉末材
料やバインダ成分の種類に応じて他の白色顔料（列挙し
た白色顔料以外であってもよい。）が利用されてもよ
い。

【０１１３】＜1.5 粉末材料の他の例＞以上に説明し
た粉末材料のさらに他の例として、生分解性樹脂粉末が
利用されてもよい。生分解性樹脂粉末を利用することに
より、作成した三次元造形物が不要となった後、三次元
造形物を土中に埋めることで自然界の微生物によって水
や二酸化炭素などに分解させることができる。その結
果、廃棄物の処理を適切に行うことが実現される。

【０１１４】生分解性樹脂は、一般に、「天然物利用
系」、「微生物産生系」、「化学合成系」に分類され
る。

【０１１５】天然物利用系としては、セルロースやデン
プンなどの天然高分子をプラスチックと混合したもの、
天然高分子を化学修飾したものがある。例えば、日本コ
ーンスターチ株式会社の「エバコーン」、伊国ノバモン
ト社の「マタビー」などが挙げられる。

【０１１６】微生物産生系の生分解性樹脂は、微生物が
細胞内に脂肪族ポリエステルを蓄える性質を利用して作
られるものであり、米国モンサント社の「バイオポー
ル」、三菱ガス化学株式会社の「バイオグリーン」など
が挙げられる。

【０１１７】化学合成系としては、ポリカプロラクト
ン、ポリ乳酸、ポリビニルアルコールなどがあり、重合
反応や発酵法などで製造される。例えば、三井化学株式
会社の「レイシア」、ダイセル化学工業株式会社の「セ
ルグリーン」、米国カーギル社の「エコプレイ」などが
挙げられる。

【０１１８】なお、生分解性プラスチックを利用する場
合、主たる原料がデンプン、セルロースなどの天然の素
材であることから、酢酸ビニル系、ユリア系、アクリル
系、ウレタン系などの各種接着剤とも相性がよく、三次
元造形物の固着強度の向上を図ることも実現される。

【０１１９】＜２． 第２実施形態＞ ＜2.1 三次元造形装置の要部構成＞第２実施形態の三
次元造形装置の構成は、第１実施形態の三次元造形装置
１００と類似しているが、各タンクには着色バインダの
残量を検出する検出器が設けられている。

【０１２０】図１０は、第２実施形態に係る三次元造形
装置１００Ａを示す概略図である。第２実施形態の三次
元造形装置１００Ａでは、タンク部２１Ａの検出器から
の信号を駆動制御部１２に送信するためのケーブル２６
が設けられる。

【０１２１】図１１は、タンク部２１Ａの一部断面を示
す図である。タンク部２１Ａの下部には、各タンク２１
Ａａ〜２１Ａｄに対応した検出器２５ａ〜２５ｄが設け
られている。検出器２５ａ〜２５ｄでは、各タンク２１
Ａａ〜２１Ａｄのバインダの残量を検出する。検出器２
５ａ〜２５ｄは、各タンク２１Ａａ〜２１Ａｄに収容さ
れているバインダのヘッド圧（バインダの量に対応して
タンク下部生じる圧力）を検出して、残量を算出する。
なお、検出器としては、各タンク２１Ａａ〜２１Ａｄの
内に垂直方向に１または複数のレベルスイッチを設けて
も良い。この場合、上記のヘッド圧を検出する方式と比
べ、バインダの残量は連続的に検出できないが、その構
成を比較的簡素にすることができる。

【０１２２】＜2.2 三次元造形装置の動作＞図１２
は、三次元造形装置１００Ａの動作の概要を説明するフ
ローチャートである。このフローチャートは、図２に示
すフローチャートと類似しているが、上記のバインダの
残量検出・制御に係る動作が、主に追加されている。以
下では、図２に示すフローチャートと相違する動作を説
明する。なお、ステップＳ１１〜Ｓ１３，Ｓ１６〜Ｓ１
８，Ｓ２０，Ｓ２２はそれぞれ図２のステップＳ１〜Ｓ
３，Ｓ４〜Ｓ６，Ｓ８，Ｓ９に対応している。

【０１２３】ステップＳ１２では、図２のステップＳ２
と同様にモデルデータから造形対象物をスライスした各
断面ごとの断面データを生成するが、三次元造形物にお
いて表面に現れ、彩色が必要な彩色領域と、造形物の内
側に対応する彩色不要領域とにデータを分解する。

【０１２４】ステップＳ１４では、三次元造形物の彩色
不要領域に対して、粉末を接合する目的のみの接合用バ
インダを、４つの着色バインダの中から選定する。この
場合、デフォルトとして特定の色、例えば白色のバイン
ダが選定されるようにしてもよい。

【０１２５】また、各タンク２１Ａａ〜２１Ａｄ内の各
バインダの残量検出のインターバルとなる粉末層の層数
ｎの設定を行う。粉末層の１層分の厚さは薄いため、粉
末層１層分では各着色バインダの消費量の明らかな差は
生じない。そこで、ｎ層分のバインダの消費累積値から
各バインダ残量の差異を明確にして検出が容易とされ
る。

【０１２６】ステップＳ１５では、造形ステージ３２上
に順次形成される粉末層の堆積層数ｉをカウントするた
め、初期値として０を設定する。

【０１２７】ステップＳ１９ａ、Ｓ１９ｂでは、図２の
ステップＳ７に対応するものであるが、ここでは、ステ
ップＳ１２で作成した断面データにおける彩色領域と彩
色不要領域とでバインダを使い分ける。つまり、彩色領
域に対して各着色バインダを粉末層に吐出する一方、彩
色不要領域に対して選定された接合用バインダのみを吐
出する。

【０１２８】ステップＳ２１では、ステップＳ２０でバ
インダを乾燥することにより、粉末の結合体が１層分形
成されるので、１を堆積層数ｉに加える。

【０１２９】そして、ステップＳ２２において三次元造
形物の造形が完了していなければ、ステップＳ２３に進
む。

【０１３０】ステップＳ２３では、堆積層数ｉをｎで割
った剰余が０であるか、つまり堆積層数がｎの倍数であ
るかを駆動制御部１２が判断する。そして、剰余が０で
ある場合にはステップＳ２４に進み、剰余が０でない場
合にはステップＳ１６に戻る。

【０１３１】ステップＳ２４では、検出器２５ａ〜２５
ｄにより、各タンク２１Ａａ〜２１Ａｄ内のバインダの
残量を検出する。そして、最も多い残量となる、すなわ
ち使用頻度が少ないバインダを接合用のバインダとして
選定する。例えば、図１１に示す場合では、タンク２１
Ａｂが最も多い残量のバインダを収容しているため、こ
のバインダが接合用バインダとして設定される。

【０１３２】なお、検出器２５ａ〜２５ｄにより、各バ
インダの残量が少なくなった場合にアラームを発信し
て、オペレータにバインダの補充を促すことも可能であ
る。

【０１３３】以上のような動作によって、使用頻度の少
ない色のバインダを優先的に彩色に関係のない内部領域
の接合用として用いることができ、着色バインダ間の消
費量を均一化できる。これにより、各着色バインダの効
率的な活用が可能となるとともに、各タンク２１Ａａ〜
２１Ａｄへのバインダの補充の時間間隔を延ばすことが
できる。

【０１３４】また、各タンク２１Ａａ〜２１Ａｄに１つ
のレベルスイッチのみを設けている場合には、所定の基
準レベル以上の残量があるバインダの中から所定の優先
順位（たとえばＷＹＭＣの順）で優先度が高いバインダ
を接合用バインダとして使用することもできる。

【０１３５】いずれの場合も、比較的残量が多いバイン
ダを接合用バインダとして使用することになる。

【０１３６】＜３． 第３実施形態＞ ＜3.1 三次元造形装置の要部構成＞第３実施形態の三
次元造形装置の構成は、第１実施形態の三次元造形装置
１００と類似しているが、２個のブレードが設けられて
いることが主に異なっている。

【０１３７】図１３は、第３実施形態に係る三次元造形
装置１００Ｂを示す概略図である。２個のブレード５１
Ｂａ、５１Ｂｂは、ＸＹ方向移動部２３Ｂの両側に設け
られている。左側ブレード５１Ｂａと右側ブレード５１
Ｂｂとは、ＹＺ平面に対して鏡面対称の形状となってい
る。

【０１３８】ＸＹ方向移動部２３Ｂを駆動する駆動部２
４Ｂは、上記の２個のブレードをそれぞれ独立して上下
方向（Ｚ方向）に駆動する役目も担っている。そして、
駆動制御部１２の指令に基づき、ノズルヘッド２２のＸ
Ｙ平面移動およびブレード５１Ｂａ、５１Ｂｂそれぞれ
の上下方向の昇降移動が可能となる。ここで、ＸＹ方向
移動部２３Ｂの移動に関して、紙面右方向（Ｘの増加方
向）を順方向、紙面左方向（Ｘの減少方向）を逆方向と
呼ぶこととする。

【０１３９】また、三次元造形装置１００Ｂは、２つの
粉末供給部４０Ｂａ、４０Ｂｂを備えている。これに伴
い、粉末供給部４０Ｂａ、４０Ｂｂからの粉末を堆積さ
せるための粉末仮置部３１Ｂａおよび３１Ｂｂが確保で
きるように、造形部本体３１Ｂの上部作業領域が、第１
実施形態の三次元造形装置１００に比べて拡がってい
る。

【０１４０】＜3.2 三次元造形装置の動作＞図１４
は、三次元造形装置１００Ｂの動作の概要を説明するフ
ローチャートである。このフローチャートは、図２に示
すフローチャートと類似しているが、上記の２種類のブ
レード５１Ｂａ、５１Ｂｂに係る動作が主に追加されて
いる。以下では、図２に示すフローチャートと相違する
動作を説明する。なお、ステップＳ３１〜Ｓ３４，Ｓ３
８，Ｓ３９はそれぞれ図２のステップＳ１〜Ｓ４，Ｓ
８，Ｓ９に対応している。

【０１４１】ステップＳ３５では、これから堆積される
層が奇数番目の層であるか否かを判断する（すなわち、
粉末が堆積される層数が奇数であるかを判断する）。こ
こで、奇数である場合にはステップＳ３６ａに進み、偶
数である場合にはステップＳ３６ｂに進む。以降のステ
ップにおける三次元造形装置１００Ｂの動作の概要を図
１５を参照しながら説明する。

【０１４２】ステップＳ３６ａでは、図１５（ａ）のよ
うに、順方向の起点側、つまり左側の粉末供給部４０Ｂ
ａから粉末を供給して粉末材料の左側の山Ｍａを形成す
る。

【０１４３】ステップＳ３７ａでは、順方向に粉末の薄
層を形成させながら、ノズルヘッドにより着色バインダ
の吐出を行う。ここでは、まず、ＸＹ移動部２３Ｂａを
順方向の起点に移動させ、右側ブレード５１Ｂｂの下部
先端を下降させて粉末仮置部３１Ｂａの最上面３１Ｂｃ
に接地させる。そして、図１５（ｂ）のように、順方向
にＸＹ移動部２３Ｂａを移動させて、右側ブレード５１
Ｂｂによる粉末の山Ｍａの拡散を行い、それによって粉
末の層の形成を行うとともに、ブレード５１Ｂａに移動
方向の後方に位置するノズルヘッド２２からバインダの
吐出を行う。これらの動作の際には、左側ブレード５１
Ｂａは上昇し待避しており、それによって、左側ブレー
ド５１Ｂａがバインダ付与後の粉末層の表面を乱すこと
を防止する。

【０１４４】一方、ステップＳ３６ｂでは、図１５
（ｃ）のように、逆方向の起点側、つまり右側の粉末供
給部４０Ｂｂから粉末を供給して粉末材料の右側の山Ｍ
ｂを形成する。

【０１４５】ステップＳ３７ｂでは、逆方向に粉末の薄
層を形成させながら、ノズルヘッドにより着色バインダ
の吐出を行う。ここでは、まず、ＸＹ移動部２３Ｂａを
逆方向の起点に移動させ、左側ブレード５１Ｂａの下部
先端を下降させて粉末仮置部３１Ｂｂの最上面３１Ｂｃ
に接地させる。そして、図１５（ｄ）にように、逆方向
にＸＹ移動部２３Ｂａを移動させて、左側ブレード５１
Ｂａによる粉末の山Ｍｂの拡散を行い、それによって粉
末の層の形成を行うとともに、ブレード５１Ｂａの移動
方向の後方に位置するノズルヘッド２２からバインダの
吐出を行う。これらの動作の際には、右側ブレード５１
Ｂｂは上昇し待避しており、それによって、右側ブレー
ド５１Ｂｂがバインダ付与後の粉末層の表面を乱すこと
を防止する。

【０１４６】以上のような動作によって、ノズルヘッド
２２およびブレード５１Ｂａ、５１ＢｂにおけるＸ方向
の往復動作を無駄なく利用することができるため、ブレ
ードを復帰させるための時間、ノズルヘッドを復帰させ
るための時間が不要となる。これにより、粉末を薄層化
するための時間を短縮できるとともに、粉末層に対する
バインダを付与する時間を短縮できる。その結果、三次
元造形物の造形をより迅速に行うことができる。また、
両側のブレード５１Ｂａ、５１Ｂｂを相補的に昇降させ
るため、造形物をブレードで乱すことを特に有効に防止
できる。

【０１４７】＜４． 第４実施形態＞図１６は第４実施
形態に係る三次元造形装置１００Ｃの構成を示す図であ
る。第４実施形態に係る三次元造形装置１００Ｃでは、
インクとバインダとが個別に吐出されるようになってお
り、図１に示す構成と比較して移動部本体２３ａにイン
ク用のノズルヘッド２２１とバインダ用のノズルヘッド
２２２とが設けられ、タンク部２１がインク用のタンク
２１１とバインダ用のタンク２１２とを有する点でのみ
相違している。なお、図１６では主要な構成にのみ第１
実施形態と同様の符号を付している。

【０１４８】インク用のタンク２１１およびノズルヘッ
ド２２１はインクの色（例えば、ＣＭＹＫ各色）毎に分
かれている。黒色（Ｋ）に相当するインクは黒色の発色
を鮮明としたい場合に使用されるものであり、粉体材料
が鮮明な白色でない場合にはさらに白色（Ｗ）のインク
が使用されてよい。

【０１４９】第４実施形態に係る三次元造形装置１００
Ｃの動作は、基本的には第１実施形態と同様であり、図
２に示す動作の流れと同様である。ただし、インクとバ
インダとが別個に吐出される点でステップＳ７の動作が
異なっている。図１７は第４実施形態におけるステップ
Ｓ７の動作の流れを示すフローチャートである。

【０１５０】１つの粉末の薄層が形成されると（図２：
ステップＳ４〜Ｓ６）、まず、ステップＳ２にて生成さ
れた彩色データに従ってインク用ノズルヘッド２２１か
らインクの吐出が行われる（ステップＳ７１）。インク
の吐出は第１実施形態における着色されたバインダの吐
出と同様に彩色すべき色に応じて選択的に行われる。続
いて、形状データに従ってバインダ用ノズルヘッド２２
２から無色透明のバインダの吐出が行われる（ステップ
Ｓ７２）。

【０１５１】このような動作により、図６（ａ）に例示
した各層の彩色領域にインクが付与され、彩色領域およ
び彩色不要領域、すなわち、三次元造形物の１つの断面
に相当する領域に無色透明のバインダが付与される。な
お、インク付与後のバインダの付与は、図１６において
移動部本体２３ａを右側（ノズルヘッド２２１側）へと
移動させながらインクとバインダとを並行して吐出する
ことにより実現される。

【０１５２】その後、バインダの乾燥が行われ（図２：
ステップＳ８）、第１実施形態と同様に１つの粉末層に
おける粉末の結合体８１の形成が完了する。

【０１５３】そして、ステップＳ４〜Ｓ８を繰り返すこ
とにより、造形が行われる空間ＷＫに三次元造形物が生
成される（ステップＳ９）。

【０１５４】三次元造形装置１００Ｃではバインダの吐
出の前にインクの吐出が行われるが、これには２つの理
由がある。１つの理由は、バインダを吐出してからすぐ
にインクを吐出することによるインクのにじみを防止す
るためである。一般にインクが吐出されてから乾燥して
安定的に定着するまでに要する時間は、バインダが吐出
されてから乾燥（あるいは、硬化）して安定状態となる
までに要する時間よりも短い。例えば、紙に印刷を行う
インクジェット式のプリンタ用のインクとしては速乾性
のものが多く提供されている。

【０１５５】したがって、バインダを吐出してからすぐ
にインクを吐出するとバインダが安定化する前にバイン
ダ上にインクが付与され、色がにじんで混ざってしま
う。その結果、色の再現性や解像度が劣化してしまい、
所望の彩色状態の三次元造形物が得られない。さらに、
バインダとインクとが混ざってしまうことにより、粉末
同士が結合する領域が広がり、形状精度も劣化してしま
う。

【０１５６】もちろん、バインダが乾燥あるいは硬化す
るまで待機してからインクを吐出する方式も考えられる
が、この場合、一層分の粉末結合体を形成するために要
する時間が長くなってしまう。図１６に示すように、イ
ンク用ノズルヘッド２２１とバインダ用ノズルヘッド２
２２とが移動部本体２３ａに固定されている場合、図１
６に示す右側（ノズルヘッド２２１側）へと移動部本体
２３ａを移動させながらインクおよびバインダの吐出を
同時に行うことにより、粉末層へのインクおよびバイン
ダの付与を順次に行うことができる。すなわち、粉末層
上の任意の領域に対して移動部本体２３ａが一度通過す
るのみでインクおよびバインダの付与が完了する。

【０１５７】しかしながら、粉末層にバインダを先に付
与する場合には、一度バインダのみを粉末層に付与した
後、バインダの乾燥や硬化を待った上でインクの付与を
行う必要がある。この場合、粉末層上の任意の領域に対
して移動部本体２３ａを２回通過させる必要が生じる。
その結果、一層分の粉末結合体を形成するために要する
時間が長くなってしまう。なお、インク用ノズルヘッド
２２１とバインダ用ノズルヘッド２２２とが独立して移
動可能である場合であっても、インクの吐出を先に行う
ことにより、２つのノズルヘッド２２１，２２２を同時
に移動させながらインクおよびバインダの付与を行うこ
とができ、バインダを先に吐出する場合よりも迅速に三
次元造形物の形成を行うことができる。

【０１５８】また、異なるインクを個別に吐出する場合
であっても、速乾性のインクを先に吐出し、速乾性でな
いインクを後に吐出することにより、インクとバインダ
との上述の関係と同様に色のにじみを防止しつつ迅速な
インクの付与が実現される。

【０１５９】このように、粉末層に複数種類の材料（複
数種類のインクや複数種類のバインダ等）を付与する際
に、付与後の安定化に要する時間が短い（すなわち、よ
り早く乾燥したり、より早く硬化する）材料を先に付与
することにより、適切な彩色（または、適切な形状）の
三次元造形物の生成を迅速に行うことが実現される。

【０１６０】インクを先に付与し、バインダを後に付与
するもう１つの理由は、バインダを先に付与してバイン
ダが安定化してからインクを付与するとインクが粉末層
に浸透せず、適切な彩色が困難となることを防止するた
めである。この場合、安定化したバインダの表面にのみ
インクが付着し、粉末層の内部は着色しない。その結
果、完成後の三次元造形物を切断すると、断面における
彩色が不適切なものとなってしまう。なお、バインダは
粉末層上の１つの領域に１つのノズルから吐出される形
態に限定されるものではなく、エポキシ系の２液性接着
剤や硬化促進剤が付与される接着剤のように、バインダ
が複数種類の材料により構成され、粉末層上の１つの領
域に複数のノズルからバインダを構成する材料が吐出さ
れるようになっていてもよい。

【０１６１】以上のように、第４実施形態に係る三次元
造形装置１００Ｃでは、粉末層に付与された後において
安定化するまでの時間が短い材料であるインクをバイン
ダよりも先に付与することにより、色再現および形状再
現が適切になされた三次元造形物を迅速に形成すること
が実現される。

【０１６２】＜５． 第５実施形態＞上記各実施形態で
は、各ノズルから異なる色の材料を供給するように構成
したが、色に関わらず、造形物の質感（硬さを含む。）
を異ならせる複数種類の材料（結合剤）をそれぞれのノ
ズルから供給するように構成してもよい。

【０１６３】このうち、質感が異なる複数の結合剤の例
としては、(1) 光沢があるものと、光沢がないものとの
組合せ、(2) 視覚的に粒状性を持つ結合剤と、視覚的に
滑らかな結合剤との組合せ、(3) 比較的透明性がある結
合剤と、不透明な結合剤との組合せ、(4) 金属光沢を持
たせた結合剤と、金属光沢を持たない結合剤との組合
せ、や、それらの複合的な組合せなどある。

【０１６４】また、硬さについては、単に硬度が異なる
複数種類の材料を使用するのみならず、弾力性のある材
料が用いられてもよい。これにより、例えば、把持部に
ゴムが取り付けられた製品のプロトプロダクトを三次元
造形装置を用いて作成する際に、把持部に弾力性を有す
るバインダを用いることにより部分的に弾力性を有する
三次元造形物を一体的に造形することが実現される。

【０１６５】以上のように、色のみならず、質感に影響
を与える複数種類の材料を粉末層に付与することによ
り、より複雑なプロトプロダクトを適切に製作すること
ができる。

【０１６６】＜６． 第６実施形態＞次に、第６実施形
態として造形材料である粉末に熱可塑性材料を利用する
場合について説明する。なお、熱可塑性材料の利用は上
記第１ないし第５実施形態のいずれにおいても可能であ
り、粉末層の形成およびバインダの付与を繰り返すこと
により熱可塑性材料の粉末により形成された三次元造形
物が得られる。また、以下の説明では、これまでの実施
形態に用いられた符号を適宜付して説明を行う。

【０１６７】熱可塑性材料の粉末が利用される場合、造
形完了後の三次元造形物に対して加熱を行うことにより
粉末粒子を互いに癒着させ、三次元造形物の強度の向上
を図ることが可能となる。

【０１６８】図１８は熱可塑性材料の粉末を利用する場
合における造形後（例えば、図２、図１２、図１４に示
す造形動作が行われた後）の後処理の流れを示すフロー
チャートである。最終の粉末層までバインダによる接着
が完了すると、三次元造形物を取り出すことができる程
度までバインダの強度が高まるまで放置される。バイン
ダの強度が十分に高まると、造形が行われる空間ＷＫ内
の粉末の中から三次元造形物が作業者により取り出さ
れ、三次元造形物の周囲に付着している不要な粉末の除
去が行われる（ステップＳ１０１）。このとき、三次元
造形物に振動を与えたり、高速の気流を与えることによ
り、三次元造形物の周囲や入り組んだ部分に付着してい
る粉末の除去が行われる。

【０１６９】続いて、三次元造形物が定着装置へと搬送
され、三次元造形物に熱を加えることにより熱可塑性材
料が軟化する温度以上に加熱し、粉末の定着（粉末同志
の結合力を高める処理をいう。）が行われる（ステップ
Ｓ１０２，Ｓ１０３）。これにより、三次元造形物の強
度の向上が容易に実現される。

【０１７０】図１９は定着装置７１の構成を示す図であ
る。図１９に示す定着装置７１の内部は加熱処理が行わ
れる空間となっており、搬入された三次元造形物９１に
フラッシュ光を照射するためのランプ７１１が配置され
ている。ランプ７１１としては、赤外線ランプ、キセノ
ンランプ、ハロゲンランプなどの熱エネルギーに変換さ
れやすい光を放出するランプが利用される。

【０１７１】ランプ７１１からの光が三次元造形物９１
に照射されると、三次元造形物９１の表面において熱可
塑性材料の粉末が光エネルギーを吸収して温度が上昇す
る。その結果、三次元造形物９１の表面において粉末が
互いに癒着（あるいは、融着）する。その後、ランプ７
１１が消灯されることにより表面の粉末が硬化して強固
に結合し、三次元造形物９１の強度が向上する。三次元
造形物９１の加熱にランプを用いる場合、ランプの点灯
を制御するのみで三次元造形物９１の定着を容易に行う
ことができる。

【０１７２】図２０は定着装置７１の他の構成を示す図
である。図２０に示す定着装置７１は内部が加熱処理が
行われる空間となっており、内部空間にはヒータ７２１
およびファン７２３が配置される。ヒータ７２１は電源
７２２により電力が供給される。すなわち、定着装置７
１はいわゆるオーブンとなっており、内部空間の空気を
加熱することにより三次元造形物９１を加熱するように
なっている。そして、図２０に示す定着装置７１の場合
においても、三次元造形物９１の表面の粉末が癒着（あ
るいは、融着）するように加熱制御が行われ、その後、
加熱を停止（あるいは、冷却）を行うことにより熱可塑
性樹脂を硬化させ、三次元造形物９１の強度が高められ
る。なお、加熱に際して加圧が行われてもよい。

【０１７３】図２１は第１実施形態に係る三次元造形装
置に三次元造形物の定着を自動的に行う構成が追加され
た様子を例示する図である。なお、図２１では三次元造
形装置１００Ｄの上部は第１実施形態と同様であるた
め、図示を適宜省略している。

【０１７４】三次元造形装置１００Ｄでは、造形部３０
の側方に定着部７０が配置され、造形部本体３１の側壁
の一部（筒状の部分）が移動側壁３１１となっている。
移動側壁３１１は軸３１２を介してシリンダが接続され
ており、シリンダを駆動することにより水平方向に移動
可能とされている。また、造形ステージ３２上には金網
などの多孔板３２１が配置される。

【０１７５】定着部７０内部には、三次元造形物にフラ
ッシュ光を照射するランプ７３１および三次元造形物に
付着している不要な粉末を除去するファン７３２が設け
られる。定着部７０内部の下方には三次元造形物を案内
するためのガイドローラ７３３が配置されており、ガイ
ドローラ７３３は定着部７０外部のガイドローラ７３４
へと連絡している。

【０１７６】第１実施形態と同様にして造形が行われる
空間ＷＫに三次元造形物９１の全体が形成されると、図
２１に示す状態から図２２に示すように支持棒３３ａに
より造形ステージ３２が下降し、三次元造形物９１が移
動側壁３１１に囲まれる位置にて停止する。そして、図
２３に示すように移動側壁３１１が軸３１２により押さ
れて定着部７０へと移動する。これにより、多孔板３２
１とともに三次元造形物９１および周囲の粉末がガイド
ローラ７３３に案内されながら定着部７０内部へと搬送
される。

【０１７７】定着部７０に三次元造形物９１および周囲
の粉末が搬送されると、多孔板３２１の孔から周囲の粉
末が下方へと落下する。さらに、ファン７３２により三
次元造形物に付着している粉末の除去が行われる。な
お、不要な粉末の除去を適切に行うため、ガイドローラ
７３３や移動側壁３１１を振動させてもよい。

【０１７８】不要な粉末の除去が完了するとランプ７３
１を点灯制御し、既述のように三次元造形物の表面を構
成する熱可塑性の粉末を定着させる。すなわち、粉末を
軟化させて癒着させた後、冷却して硬化させる。これに
より、三次元造形物の強度が高められる。定着工程が完
了すると、図２４に示すように移動側壁３１１がさらに
移動して三次元造形物９１が多孔板３２１とともにガイ
ドローラ７３４上へと搬出される。

【０１７９】完成した三次元造形物９１が移動側壁３１
１から取り出されると、移動側壁３１１が多孔板３２１
とともに造形部３０へと戻り、三次元造形物作成の最初
の段階へと戻る。

【０１８０】なお、定着部７０は図２０に示したオーブ
ン式であってもよく、造形部３０と定着部７０とは別体
となっていてもよい。造形部３０から定着部７０への三
次元造形物９１の搬送が自動で行われる場合において、
他の任意の機構が用いられてよい。また、熱可塑性材料
の粉末を用いて三次元造形物を形成し、加熱により三次
元造形物の強度を高めるという手法は、粉末を用いて三
次元造形を行うあらゆる形態に利用することが可能であ
る。

【０１８１】次に、粉末の材料として利用される熱可塑
性材料について説明する。熱可塑性材料としては、樹脂
（熱可塑性プラスチックや熱可塑性ゴムなど）や金属が
採用される。もちろん、熱可塑性を有するのであるなら
ば、他の材料が利用されてもよい。なお、粉末を白色と
することにより三次元造形物の発色を良くすることがで
き、無色透明とすることにより粉末の色が彩色の妨げと
なることを防止することができる。すなわち、粉末を白
色または無色透明とすることにより適切な色再現を実現
することができる。これは第１ないし第４実施形態にお
いても同様である。

【０１８２】熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン、
ポリスチレン、ＡＢＳ、ポリ塩化ビニル、メタクリル樹
脂、ポリアクリレート、アクリルゴム、ポリエステル系
熱可塑性エラストマー、ポリウレタンエラストマー、ス
チレン系熱可塑性エラストマー、イソプレン系熱可塑性
エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ポ
リカーボネート、ポリエステル、ポリイミドなどの多く
の種類がある。また、熱可塑性のゴムやエラストマーを
利用することにより、弾力性を有する三次元造形物を得
ることも可能となる。

【０１８３】熱可塑性の金属としては、低融点のはん
だ、Ｕアロイ（Ｂi-Ｐb-Ｓn-Ｃd-Ｉn合金）などが利用
可能である。

【０１８４】なお、熱可塑性樹脂を利用する場合、粉末
を容易に白色にすることができるとともに適切な着色も
容易に行うことができる。

【０１８５】ここで、熱可塑性材料として電子写真式の
複写機やプリンタなどに用いられる汎用の電子写真用ト
ナーを利用することも可能である。電子写真用トナー
（以下、「トナー」という。）は熱可塑性樹脂を主成分
とし、入手も容易であり、粒子の大きさも整っているこ
とから粉末による三次元造形に適した材料となる。

【０１８６】トナーは、主として樹脂、粒子内部に添加
される内添剤、および、粒子外部に添加される外添剤に
より構成され、一般にトナーの成分として９５％を占め
る樹脂はポリエステルまたはスチレンアクリルである。
そして、樹脂粉末の内添剤としての有機金属化合物、カ
ーボンなどの顔料、電荷制御剤としての有機金属化合
物、離型剤としてのポリエチレン、ポリプロピレン、天
然ワックスなどのワックスが樹脂粉末中に数パーセント
分散している。さらに、外添剤として酸化ケイ素、酸化
チタン、酸化ストロンチウム、ステアリン酸カルシウム
などが粒子表面に数パーセント固着している。

【０１８７】また、トナーを利用する場合のバインダに
含有させる接着剤としては、ポリエステル樹脂系、アク
リル樹脂系、シアノアクリレート系などの接着剤がり、
水性エマルジョンタイプの接着剤であればインクジェッ
ト式にて吐出が可能である。トナーを定着させる手法と
しては、上述のフラッシュ方式（ランプ方式）やオーブ
ン方式が利用可能である。

【０１８８】以上のように、粉末材料としてトナーを利
用することにより、熱可塑性の粉末を安価で容易に入手
することができる。

【０１８９】＜７． 変形例＞ ・彩色については、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ
（ブルー）からなる色光の３原色を用いてもよい。

【０１９０】・着色バインダについて、４種類の色を有
するのは必須ではなく、例えば３原色と白色と無色透明
とからなる５種類の色でもよく、６種類以上でもよい。

【０１９１】・吐出ノズルについては、タンクに収容さ
れた色別の各バインダを吐出前に混合して吐出できる構
成としてもよい。

【０１９２】・粉末の色については、白色であるのは必
須ではなく、青、黄などの有彩色またはガラス粉末など
の無色透明でも良い。

【０１９３】・粉末層の形成については、ブレードを用
いることは必須ではなく、ローラなどを用いても良い。

【０１９４】・第３実施形態においては両側のブレード
などを「左右」と表現しているが、これは相対的なもの
であり、たとえば前後方向にブレードなどを移動させて
粉末を拡散させる装置であっても、方向を変えて見れば
左右方向になる。このため、一般性を失うことなく、
「左右」と呼ぶことができる。

【０１９５】・第３実施形態では、２つのブレードを利
用して効率よく粉末層を形成する際に、粉末層を形成す
る側のブレードを下降させ、他方のブレードを上昇させ
るようにしているが、粉末の材質やバインダの材質によ
り他方のブレードが粉末層に影響を与えないという条件
が満たされるのであるならば必ずしも他方のブレードを
上昇させる必要はない。

【０１９６】・上記各実施形態では、形状データの存在
する領域のみに対してノズルヘッドを走査させるように
したが、ノズルヘッドの移動を造形部本体の作業領域全
面をラスタ走査するように構成してもよい。この場合、
形状データは不要であり、断面データとしては彩色デー
タのみを作成するように構成する（すなわち、形状デー
タの役割を彩色データが兼ねる。）。

【０１９７】・上記第１ないし第３実施形態では、各色
にバインダ機能を持たせたが、複数色のうち１つ（望ま
しくは白）をバインダとし、他の色についてはバインダ
機能を有さないインクとしてもよい。すなわち、粉末層
に付与されるバインダ（結合剤または結合剤を含む材
料）は少なくとも１種類存在すればよく、第４実施形態
は無色透明の１種類のバインダが使用される例となって
いる。

【０１９８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし請
求項２５の発明によれば、粉末材料の層に対して、少な
くとも１種類の結合剤を含む複数種類の材料を付与する
ことが可能であるため、三次元造形物の造形過程で種々
の特性を持たせることができる。その結果、短時間かつ
低コストで、種々の特性を有する三次元造形物を生成で
きる。

【０１９９】また、請求項２の発明によれば、適切な彩
色または形状の三次元造形物の生成を迅速に行うことが
できる。

【０２００】また、請求項３の発明によれば、付与手段
は結合剤とインクとを付与するため、短時間かつ低コス
トで種々に彩色された三次元造形物を生成できる。

【０２０１】また、請求項４の発明によれば、色再現お
よび形状再現が適切になされた三次元造形物を迅速に生
成することが実現される。

【０２０２】また、請求項５の発明によれば、付与手段
は、それぞれ異なる色を有する複数の結合剤を付与する
ため、短時間かつ低コストで種々に彩色された三次元造
形物を生成できる。

【０２０３】また、請求項６の発明によれば、複数の結
合剤は、それぞれ３原色で着色された３の結合剤を含む
ため、三次元造形物において特に多様な色表現が容易と
なる。

【０２０４】また、請求項７の発明によれば、複数の結
合剤は、白色で着色された結合剤を含むため、三次元造
形物における色の濃淡の表現が容易となる。

【０２０５】また、請求項８の発明によれば、複数の結
合剤は無色透明または乳白色の結合剤を含むため、粉末
材料の地色を三次元造形物における彩色に活用し易い。

【０２０６】また、請求項９の発明によれば、複数の結
合剤は粉末材料の地色以外で色された結合剤であるた
め、三次元造形物の彩色に不要となる粉末材料の地色に
対応する結合剤の節約ができる。

【０２０７】また、請求項１０の発明によれば、彩色領
域では複数の結合剤を選択的に用いて粉末材料が結合さ
れるとともに、彩色不要領域では複数のうちの１の色の
結合剤により結合される。その結果、彩色不要領域にお
いて、結合剤の付与が簡素化できる。

【０２０８】また、請求項１１の発明によれば、彩色領
域は三次元造形物の表面に現れる領域を含むため、三次
元造形物の適切な彩色ができるとともに、結合剤の効率
的な活用ができる。

【０２０９】また、請求項１２の発明によれば、複数の
結合剤のうち残量が比較的多い結合剤を彩色不要領域に
付与するため、複数の結合剤の消費量をほぼ均一化で
き、各結合剤の有効活用ができる。

【０２１０】また、請求項１３の発明によれば、付与手
段は、異なる質感をもたらす複数の結合剤を付与するた
め、短時間かつ低コストで種々の質感を有する三次元造
形物を生成できる。

【０２１１】また、請求項１４の発明によれば、複数の
ノズルのそれぞれは複数の結合剤のうちの１の結合剤を
吐出するため、三次元造形物において所望の彩色を容易
に行える。

【０２１２】また、請求項１５ないし請求項２０の発明
によれば、粉末材料は白色であるため、三次元造形物の
彩色において特に発色を良くすることができる。

【０２１３】また、請求項２１の発明によれば、三次元
造形物において、粉末の色が彩色の妨げとなるのを防止
できる。

【０２１４】また、請求項２２の発明によれば、結合剤
の付与量は、粉末材料の層の主面に関して単位面積あた
りほぼ同量であるため、三次元造形物の強度を適切に確
保できる。

【０２１５】また、請求項２３の発明によれば、付与手
段の移動方向に応じて左右の粉末拡散部材で粉末材料の
層を形成できるため、粉末材料の層形成を効率よく行う
ことができる。その結果、三次元造形物の造形をより迅
速に行うことができる。

【０２１６】また、請求項２４の発明によれば、左側の
粉末拡散部材で拡散形成した粉末層を右側の粉末拡散部
材で乱すことを確実に防止できるため、三次元造形物の
生成を正確かつ迅速に行うことができる。

【０２１７】請求項２６ないし請求項３２の発明によれ
ば、熱可塑性を有する粉末材料を用い、三次元造形物を
加熱するので、三次元造形物の強度を容易に高めること
ができる。

【０２１８】また、請求項２７および請求項２９の発明
によれば、光を用いてさらに容易に三次元造形物の強度
を高めることができる。

【０２１９】また、請求項３０の発明によれば、粉末材
料の適切な着色を容易に行うことができる。

【０２２０】また、請求項３１の発明によれば、安価な
粉末材料を容易に入手することができる。

【０２２１】また、請求項３２の発明によれば、適切な
色再現を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る三次元造形装置を示す概略
図である。

【図２】三次元造形装置の動作の概要を説明するフロー
チャートである。

【図３】（ａ）ないし（ｃ）は断面データの生成の様子
の一例を示す図である。

【図４】（ａ）ないし（ｃ）は断面データ（形状デー
タ）の他の例を示す図である。

【図５】（ａ）ないし（ｃ）は三次元造形装置の動作を
説明する概念図である。

【図６】（ａ）は第１実施形態において得られる三次元
造形物を示す断面図であり、（ｂ）は部分拡大図であ
る。

【図７】シアンについての階調表現の一例を示す図であ
る。

【図８】淡いシアンから淡いイエローへ変化する表現の
一例を示す図である。

【図９】（ａ）および（ｂ）は彩色の一例を示す図であ
る。

【図１０】第２実施形態に係る三次元造形装置を示す概
略図である。

【図１１】タンク部の一部断面を示す図である。

【図１２】三次元造形装置の動作の概要を説明するフロ
ーチャートである。

【図１３】第３実施形態に係る三次元造形装置を示す概
略図である。

【図１４】三次元造形装置の動作の概要を説明するフロ
ーチャートである。

【図１５】（ａ）ないし（ｄ）は三次元造形装置の動作
を説明する概念図である。

【図１６】第４実施形態に係る三次元造形装置を示す概
略図である。

【図１７】第４実施形態におけるインクおよびバインダ
の吐出動作の流れを示すフローチャートである。

【図１８】造形完了後の処理の流れを示すフローチャー
トである。

【図１９】定着装置の内部構成を例示する図である。

【図２０】定着装置の内部構成の他の例を示す図であ
る。

【図２１】定着部を有する三次元造形装置の一部を示す
図である。

【図２２】図２１に示す三次元造形装置の動作の様子を
示す図である。

【図２３】図２１に示す三次元造形装置の動作の様子を
示す図である。

【図２４】図２１に示す三次元造形装置の動作の様子を
示す図である。

【符号の説明】

１０ 制御部 ２０ バインダ付与部 ２１ａ〜２１ｄ，２１Ａａ〜２１Ａｄ タンク ２２ａ〜２２ｄ 吐出ノズル ２３ ＸＹ方向移動部 ２４Ｂ 駆動部 ２５ａ〜２５ｄ 検出器 ３０ 造形部 ３１Ｂａ，３１Ｂｂ 粉末仮置部 ３２ 造形ステージ ３３ Ｚ方向移動部 ４０，４０Ｂａ，４０Ｂｂ 粉末供給部 ５０ 粉末拡散部 ５１，５１Ｂａ，５１Ｂｂ ブレード ９１ 三次元造形物 ９１ａ 領域 ９１ｂ 領域 ７０ 定着部 ７１ 定着装置 １００，１００Ａ〜１００Ｄ 三次元造形装置 ７１１ ランプ ７２１ ヒータ Ｓ６，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１７，Ｓ１９ａ，Ｓ１９ｂ，Ｓ２
２，Ｓ３７ａ，Ｓ３７ｂ，Ｓ３９，Ｓ１０３ ステップ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F213 AB12 AC04 AM19 AR07 AR12 AR14 AR19 WA25 WA52 WA53 WA56 WA57 WA83 WA97 WB01 WF01 WF02 WF06 WF29 WF37 WK03 WL02 WL15 WL25 WL26 WL29 WL32 WL52 WL55 WL72 WL85 WL95

Claims (32)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉末材料に結合剤を付与して結合させる
   ことにより、造形対象物を平行な複数の面で切断した断
   面データに対応する前記粉末材料の結合体を順次形成し
   て前記造形対象物に応じた三次元造形物を生成する三次
   元造形装置であって、 (a）前記粉末材料の層を形成する層形成手段と、 (b）前記粉末材料の層に対して、少なくとも１種類の結
   合剤を含む複数種類の材料を付与する付与手段と、 (c）前記付与手段を制御することにより前記粉末材料の
   層の所定の領域に対して前記複数種類の材料を選択的に
   付与する制御手段と、を備えることを特徴とする三次元
   造形装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の三次元造形装置におい
   て、 前記付与手段は、前記複数種類の材料のうちの一の材料
   の付与の後に他の一の材料の付与を行い、 前記一の材料は前記他の一の材料よりも付与後の安定化
   に要する時間が短いことを特徴とする三次元造形装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の三次元造形装置におい
   て、 前記付与手段は、結合剤とインクとを付与することを特
   徴とする三次元造形装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の三次元造形装置におい
   て、 前記付与手段は、前記インクの付与後に前記結合剤の付
   与を行うことを特徴とする三次元造形装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の三次元造形装置におい
   て、 前記付与手段は、それぞれ異なる色を有する複数の結合
   剤を前記所定の領域に付与することを特徴とする三次元
   造形装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の三次元造形装置におい
   て、 前記複数の結合剤は、それぞれ３原色で着色された３の
   結合剤を含むことを特徴とする三次元造形装置。
7. 【請求項７】 請求項５または請求項６に記載の三次元
   造形装置において、 前記複数の結合剤は、白色で着色された結合剤を含むこ
   とを特徴とする三次元造形装置。
8. 【請求項８】 請求項５ないし請求項７のいずれかに記
   載の三次元造形装置において、 前記複数の結合剤は、無色透明または乳白色の結合剤を
   含むことを特徴とする三次元造形装置。
9. 【請求項９】 請求項５ないし請求項７のいずれかに記
   載の三次元造形装置において、 前記複数の結合剤は、無色透明の結合剤と、前記粉末材
   料の地色以外で着色された結合剤とを含むことを特徴と
   する三次元造形装置。
10. 【請求項１０】 請求項５ないし請求項９のいずれかに
    記載の三次元造形装置において、 前記所定の領域は、彩色領域と彩色不要領域で構成され
    おり、 前記彩色領域では、前記複数の結合剤を選択的に用いて
    前記粉末材料が結合されるとともに、前記彩色不要領域
    では、前記複数の結合剤のうちの１つにより結合される
    ことを特徴とする三次元造形装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の三次元造形装置に
    おいて、 前記彩色領域は、前記三次元造形物の表面に現れる領域
    を含むことを特徴とする三次元造形装置。
12. 【請求項１２】 請求項１０または請求項１１に記載の
    三次元造形装置において、 前記付与手段が、 前記複数の結合剤をそれぞれ収容し、前記付与手段に各
    結合剤を供給する複数のタンクと、 前記複数のタンク内における前記各結合剤の残量を検出
    する検出手段と、を備え、 前記各結合剤のうち前記複数のタンク内における残量が
    比較的多い結合剤を、前記彩色不要領域に付与すること
    を特徴とする三次元造形装置。
13. 【請求項１３】 請求項１に記載の三次元造形装置にお
    いて、 前記付与手段は、異なる質感をもたらす複数の結合剤を
    付与することを特徴とする三次元造形装置。
14. 【請求項１４】 請求項５ないし請求項１３のいずれか
    に記載の三次元造形装置において、 前記付与手段は、 前記複数の結合剤をそれぞれ吐出する複数のノズル、を
    有することを特徴とする三次元造形装置。
15. 【請求項１５】 請求項１ないし請求項１４のいずれか
    に記載の三次元造形装置において、 前記粉末材料は、白色であることを特徴とする三次元造
    形装置。
16. 【請求項１６】 請求項１５に記載の三次元造形装置に
    おいて、 前記粉末材料は、白色顔料により形成されることを特徴
    とする三次元造形装置。
17. 【請求項１７】 請求項１５に記載の三次元造形装置に
    おいて、 前記粉末材料に白色顔料の粉末が混合されていることを
    特徴とする三次元造形装置。
18. 【請求項１８】 請求項１７に記載の三次元造形装置に
    おいて、 前記白色顔料の粉末が前記粉末材料の主要粒子よりも小
    さいことを特徴とする三次元造形装置。
19. 【請求項１９】 請求項１５に記載の三次元造形装置に
    おいて、 前記粉末材料の粒子が白色顔料を含有することを特徴と
    する三次元造形装置。
20. 【請求項２０】 請求項１５ないし請求項１９のいずれ
    かに記載の三次元造形装置において、 前記白色顔料が酸化チタンであることを特徴とする三次
    元造形装置。
21. 【請求項２１】 請求項１ないし請求項１４のいずれか
    に記載の三次元造形装置において、 前記粉末材料は、無色透明であることを特徴とする三次
    元造形装置。
22. 【請求項２２】 請求項１ないし請求項２１のいずれか
    に記載の三次元造形装置において、 前記所定の領域における前記少なくとも１種類の結合剤
    の付与量は、前記粉末材料の層の主面に関して単位面積
    あたりほぼ同量であることを特徴とする三次元造形装
    置。
23. 【請求項２３】 請求項１ないし請求項２２のいずれか
    に記載の三次元造形装置において、 前記層形成手段が、 前記三次元造形物を形成すべき空間の左右両側の所定面
    の上に、前記粉末材料の左側の山と右側の山とを形成す
    る手段と、 前記付与手段の左右両側に付設された左側および右側粉
    末拡散部材と、を備え、 前記付与手段の左から右への移動に際して右側粉末拡散
    部材が前記粉末材料の左側の山を右方向に拡散して前記
    粉末材料の層を形成し、前記付与手段の右から左への移
    動に際して左側粉末拡散部材が前記粉末材料の右側の山
    を左方向に拡散して前記粉末材料の層を形成することを
    特徴とする三次元造形装置。
24. 【請求項２４】 請求項２３に記載の三次元造形装置に
    おいて、 前記右側粉末拡散部材と前記左側粉末拡散部材とを相補
    的に昇降させることにより、一方の粉末拡散部材によっ
    て前記粉末材料の層の形成を行っている際には、他方の
    粉末拡散部材を上昇させて待避させる駆動手段、をさら
    に備えることを特徴とする三次元造形装置。
25. 【請求項２５】 粉末材料に結合剤を付与して結合させ
    ることにより、造形対象物を平行な複数の面で切断した
    断面データに対応する前記粉末材料の結合体を順次形成
    して前記造形対象物に応じた三次元造形物を生成する三
    次元造形方法であって、 (a）前記粉末材料の層を形成する層形成工程と、 (b）前記粉末材料の層の所定の領域に対して、少なくと
    も１種類の結合剤を含む複数種類の材料を選択的に付与
    する付与工程と、 (c) 前記工程(a)および(b)を繰り返す工程と、 を備えることを特徴とする三次元造形方法。
26. 【請求項２６】 粉末材料に結合剤を付与して結合させ
    ることにより造形対象物に対応する三次元造形物を生成
    する三次元造形装置において、 熱可塑性を有する粉末材料の層を順次積層して形成する
    層形成手段と、 前記層形成手段が前記層を形成するごとに前記層に対し
    て結合剤を含む材料を付与することにより、前記造形対
    象物を平行な複数の面で切断した切断面に対応する前記
    粉末材料の結合体を順次形成する付与手段と、 前記層形成手段および前記付与手段により生成された三
    次元造形物を加熱する加熱手段と、を備えることを特徴
    とする三次元造形装置。
27. 【請求項２７】 請求項２６に記載の三次元造形装置に
    おいて、 前記加熱手段が、前記三次元造形物に向けて光を照射す
    るランプを有することを特徴とする三次元造形装置。
28. 【請求項２８】 粉末材料に結合剤を付与して結合させ
    ることにより造形対象物に対応する三次元造形物を生成
    する三次元造形方法において、 (a) 熱可塑性を有する粉末材料の層を形成する工程と、 (b) 前記層に対して結合剤を含む材料を付与することに
    より、前記造形対象物を一の面で切断した切断面に対応
    する前記粉末材料の結合体を形成する工程と、 (c) 前記工程(a)および(b)を繰り返すことにより、前記
    造形対象物を平行な複数の面で切断した切断面に対応す
    る前記粉末材料の結合体を順次積層形成して三次元造形
    物を形成する工程と、 (d) 前記三次元造形物を加熱する工程と、を有すること
    を特徴とする三次元造形方法。
29. 【請求項２９】 請求項２８に記載の三次元造形方法に
    おいて、 前記工程(d)にて前記三次元造形物に向けて光が照射さ
    れることを特徴とする三次元造形方法。
30. 【請求項３０】 請求項２８または請求項２９に記載の
    三次元造形方法において、 前記粉末材料が熱可塑性樹脂により形成されることを特
    徴とする三次元造形方法。
31. 【請求項３１】 請求項３０に記載の三次元造形方法に
    おいて、 前記粉末材料が電子写真用トナーであることを特徴とす
    る三次元造形方法。
32. 【請求項３２】 請求項２８ないし請求項３１のいずれ
    かに記載の三次元造形方法において、 前記粉末材料が無色透明または白色であることを特徴と
    する三次元造形方法。