JP2001334581A - 三次元造形装置 - Google Patents

三次元造形装置

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JP2001334581A
JP2001334581A JP2000153274A JP2000153274A JP2001334581A JP 2001334581 A JP2001334581 A JP 2001334581A JP 2000153274 A JP2000153274 A JP 2000153274A JP 2000153274 A JP2000153274 A JP 2000153274A JP 2001334581 A JP2001334581 A JP 2001334581A
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powder
powder material
roller
extending
dimensional modeling
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Naoki Kubo
直樹 久保
Shigeaki Tochimoto
茂昭 栃本
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Minolta Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 三次元造形装置の大型化を招くことなく、均
一な厚みの層を高速で形成して、三次元造形物を生成す
ること。 【解決手段】 薄層形成部２０が＋Ｘ方向に移動する際
には、伸展ローラ２１ａと粉末供給機構２２ａとが機能
し、伸展ローラ２１ａの移動前方側に粉末供給機構２２
ａが粉末材料を＋Ｘ方向に沿って供給する。そして、伸
展ローラ２１ａが所定方向への回転を行いつつ、粉末供
給機構２２ａによって進行方向前方側に供給される粉末
材料を伸展することで、均一な粉末層８２を形成する。
反対に、薄層形成部２０が−Ｘ方向に移動する際には、
伸展ローラ２１ｂと粉末供給機構２２ｂとが機能し、伸
展ローラ２１ｂの移動前方側に粉末供給機構２２ｂが粉
末材料を−Ｘ方向に沿って供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、三次元造形技術
に関するものであって、特に、結合材を付与して粉末を
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、所定のステージ上に粉末材料
を薄層状に伸展させ、その層の所定部分にバインダを付
与することで粉末を結合させた結合体を形成させ、層形
成とバインダ付与とを繰り返すことによって三次元造形
物を生成する三次元造形装置が知られている。
【０００３】従来の装置では、粉末の薄層を形成する
際、粉末が溜められた粉末槽の底部が持ち上げられ、ス
テージの横からローラ等の伸展手段によって粉末槽から
ステージ上に粉末材料が広げられるように構成されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の装置
では、三次元造形物を生成するためのステージの横側に
ステージとほぼ同等サイズの粉末槽を配置する必要があ
るため、装置全体が大型化するという問題があった。
【０００５】また、伸展の際には、粉末をステージの端
部からステージ上の全面に引き伸ばすことが必要である
ため、粉末によって形成される層の厚みが不均一とな
る。このため、従来の装置では、均一な厚みの層を高速
で生成することは困難であった。
【０００６】さらに、伸展手段として回転するローラを
用い、該ローラを回転させつつ粉末材料を伸展させてい
く場合には、ローラの表面に付着した粉末が、ローラの
回転によって、伸展された後の粉末層の表面にこぼれ落
ちることもあり、層表面を粗くしてしまうという問題も
有する。
【０００７】そこで、この発明は、上記課題に鑑みてな
されたものであって、装置の大型化を招くことなく、均
一な厚みの層を高速で形成することの可能な三次元造形
装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、粉末材料に結合材を付与
して前記粉末材料を結合させることにより、前記粉末材
料の結合体を順次形成して三次元造形物を生成する三次
元造形装置であって、所定の移動方向に向かって移動可
能であって、前記粉末材料を前記移動方向に伸展させる
ことで前記粉末材料の層を形成する粉末伸展手段と、前
記移動方向に沿って、前記粉末伸展手段の前記移動方向
の前方側に前記粉末材料を供給する粉末供給手段とを備
えている。
【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の三次元造形装置において、前記粉末供給手段が、前記
移動方向に沿って前記粉末材料を連続的に供給すること
を特徴としている。
【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の三次元造形装置において、前記粉末供給
手段が、粉末容器の下部側に設けられた多孔質の表面を
有するローラを回転させることにより、所定量の前記粉
末材料を供給することを特徴としている。
【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の三次元造形装置において、前記粉末供給
手段が、粉末容器の底面側に設けられた、複数の穴を有
する網状のプレートを振動させることにより、所定量の
前記粉末材料を供給することを特徴としている。
【００１２】請求項５に記載の発明は、請求項１ないし
請求項３のいずれかに記載の三次元造形装置において、
前記粉末供給手段又は前記粉末伸展手段が、前記粉末伸
展手段を前記移動方向に移動させるための駆動手段から
の動力が伝達されるように構成され、前記駆動手段の動
作に連動した前記粉末材料の供給又伸展を前記動力を利
用して行うことを特徴としている。
【００１３】請求項６に記載の発明は、請求項１ないし
請求項５のいずれかに記載の三次元造形装置において、
前記粉末伸展手段が前記移動方向に沿って往復移動可能
であり、前記粉末供給手段が、前記粉末伸展手段が往復
移動する際のそれぞれの移動方向において前記粉末伸展
手段の前方側に前記粉末材料を供給することを特徴とし
ている。
【００１４】請求項７に記載の発明は、請求項１ないし
請求項６のいずれかに記載の三次元造形装置において、
前記粉末供給手段による前記粉末材料の供給量を、前記
粉末伸展手段によって形成される前記層の厚みに応じて
可変させる粉末供給量可変手段をさらに備えている。
【００１５】請求項８に記載の発明は、請求項１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、
前記粉末伸展手段が、ローラを所定方向に回転させつ
つ、所定の移動方向に向かって移動させることにより、
前記粉末材料を前記移動方向に伸展させて前記粉末材料
の層を形成するように構成されており、前記ローラの表
面に付着した粉末を除去する粉末除去手段をさらに備え
ることを特徴としている。
【００１６】請求項９に記載の発明は、粉末材料に結合
材を付与して前記粉末材料を結合させることにより、前
記粉末材料の結合体を順次形成して三次元造形物を生成
する三次元造形装置であって、ローラを所定方向に回転
させつつ、所定の移動方向に向かって移動させることに
より、前記粉末材料を前記移動方向に伸展させて前記粉
末材料の層を形成する粉末伸展手段と、前記ローラの表
面に付着した粉末を除去する粉末除去手段とを備えてい
る。
【００１７】請求項１０に記載の発明は、請求項８又は
請求項９に記載の三次元造形装置において、前記ローラ
が、前記粉末伸展手段を前記移動方向に移動させるため
の駆動手段からの動力が伝達されるように構成され、前
記動力を利用して前記所定方向への回転を行うことを特
徴としている。
【００１８】請求項１１に記載の発明は、粉末材料に結
合材を付与して前記粉末材料を結合させることにより、
前記粉末材料の結合体を順次形成して三次元造形物を生
成する三次元造形装置であって、所定方向に沿って往復
移動可能であって、前記所定方向に向かって移動する際
に第１の伸展部材により前記粉末材料を伸展させ、前記
所定方向と逆方向に向かって移動する際に第２の伸展部
材により前記粉末材料を伸展させることにより、前記往
復移動のそれぞれで前記粉末材料の層を形成する粉末伸
展手段と、前記第１の伸展部材と前記第２の伸展部材と
の間の位置に設置され、前記粉末伸展手段が往復移動す
る際に、前記第１の伸展部材又は前記第２の伸展部材の
前方側に前記粉末材料を供給する粉末供給手段とを備え
ている。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２０】＜１．第１の実施の形態＞図１は、この発
明に係る三次元造形装置１００の一例を示す概略図であ
る。三次元造形装置１００は、制御部１０と、薄層形成
部２０と、バインダタンク３０と、薄層形成部駆動部４
０と、造形部５０とを備えて構成される。
【００２１】制御部１０は、コンピュータ１１と、コン
ピュータ１１と電気的に接続する駆動制御部１２と、駆
動制御部１２と電気的に接続するノズルヘッド駆動部１
３とを備えている。
【００２２】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
を形状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。
【００２３】駆動制御部１２は、薄層形成部２０と造形
部５０と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５０におい
て粉末材料の供給及び伸展を行わせ、造形部５０に粉末
の結合体を一層ごとに順次形成していくように統括制御
する。
【００２４】また、駆動制御部１２は、断面データに基
づいて粉末材料を結合させる領域を特定して、それをノ
ズルヘッド駆動部１３に与える。
【００２５】ノズルヘッド駆動部１３は、薄層形成部２
０において粉末材料の薄層を一層分形成するごとに結合
材となるバインダを層表面の所定領域に吐出するように
駆動制御するものである。
【００２６】薄層形成部２０は、第１の伸展ローラ２１
ａ、第２の伸展ローラ２１ｂ、第１の粉末供給機構２２
ａ、第２の粉末供給機構２２ｂ及びノズルヘッド３１を
備えて構成される。薄層形成部２０は薄層形成部駆動部
４０によってＸ方向に沿って往復移動可能となってい
る。伸展ローラ２１ａ，２１ｂ、粉末供給機構２２ａ，
２２ｂ及びノズルヘッド３１はＹ方向に長く構成されて
おり、薄層形成部駆動部４０によるＸ方向に沿った１回
の動作で、造形部５０に粉末材料の薄層形成及びバイン
ダによる粉末材料の結合を行うことができるように構成
されている。
【００２７】第１の粉末供給機構２２ａは、薄層形成部
２０が＋Ｘ方向に移動する場合に、第１の伸展ローラ２
１ａの進行方向前方側（すなわち、進行方向の下流側）
に位置するように配置されている。また、第２の粉末供
給機構２２ｂは、薄層形成部２０が−Ｘ方向に移動する
場合に、第２の伸展ローラ２１ｂの進行方向前方側に位
置するように配置されている。
【００２８】そして、薄層形成部２０が＋Ｘ方向に移動
する際には、第１の伸展ローラ２１ａと第１の粉末供給
機構２２ａとが機能し、粉末供給機構２２ａが伸展ロー
ラ２１ａの移動方向前方側に粉末材料を供給する。一
方、薄層形成部２０が−Ｘ方向に移動する際には、第２
の伸展ローラ２１ｂと第２の粉末供給機構２２ｂとが機
能し、粉末供給機構２２ｂが伸展ローラ２１ｂの移動方
向前方側に粉末材料を供給する。なお、これを実現する
ための駆動機能の詳細については後述する。
【００２９】薄層形成部駆動部４０は、駆動手段となる
モータ４１とガイドレール４２とを備えて構成される。
そして、モータ４１が正逆の双方向に回転駆動されるこ
とによって、薄層形成部２０が、Ｘ方向に沿って設置さ
れたガイドレール４２により規定される軌道上を往復移
動するように構成されている。
【００３０】バインダタンク３０は複数のタンク３０ａ
〜３０ｄを備えており、各タンク３０ａ〜３０ｄ内には
それぞれ異なる色成分の液状バインダが収容されてい
る。具体的には、それぞれのタンク３０ａ〜３０ｄ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）に着色された液状
バインダが収容されている。なお、各バインダは、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。そして
各タンク３０ａ〜３０ｄにはチューブが敷設されてお
り、タンク内の各バインダがノズルヘッド３１に個別に
導かれる。
【００３１】ノズルヘッド３１は、Ｙ方向に伸びる複数
の吐出ノズル３１ａ〜３１ｄを備えており、各吐出ノズ
ル３１ａ〜３１ｄからはインクジェット方式等で微小な
液滴として上記各色のバインダが吐出（噴出）されるよ
うに構成されている。
【００３２】各吐出ノズル３１ａ〜３１ｄは、Ｙ方向に
複数のバインダ吐出孔を有するマルチノズル機構となっ
ており、ノズルヘッド駆動部１３が複数のバインダ吐出
孔のうちから粉末の結合体を形成するのに必要なバイン
ダ吐出孔を選択して、バインダ吐出を個別に制御するこ
とが可能となっている。そして、各吐出ノズル３１ａ〜
３１ｄから吐出されるバインダはノズルヘッド３１に対
向する位置に設けられている造形部５０の粉末層８２に
付着する。
【００３３】造形部５０は、中央に凹状部を有する造形
部本体５１、造形部本体５１の凹状部の内部に設けられ
ている造形ステージ５２、造形ステージ５２をＺ方向に
移動させるＺ方向移動部５３と、Ｚ方向移動部５３を駆
動する駆動部５４を備えている。
【００３４】造形部本体５１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。
【００３５】造形ステージ５２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５１における
凹状部の垂直内壁５１ａと接している。そして、この造
形ステージ５２と造形部本体５１の垂直内壁５１ａとで
形成される直方体状の三次元空間が、三次元造形物を生
成するための造形空間として機能する。すなわち、各吐
出ノズル３１ａ〜３１ｄから吐出されたバインダによ
り、造形ステージ５２上にて粉末を接合させて三次元造
形物が作成されることとなる。
【００３６】Ｚ方向移動部５３は、造形ステージ５２と
連結する支持棒５３ａを有している。そして、支持棒５
３ａが、駆動部５４によって垂直方向に昇降駆動される
ことにより、支持棒５３ａと連結する造形ステージ５２
のＺ方向の移動が可能となる。
【００３７】次に、薄層形成部２０の詳細構成について
説明する。図２は、薄層形成部２０の詳細構成を示す図
である。ただし、図２においてはノズルヘッド３１以外
の構成について示している。
【００３８】図２に示すように粉末供給機構２２ａ，２
２ｂは、Ｔ字状の連結部材６１に固定されている。ま
た、連結部材６１は、薄層形成部駆動部４０のモータ４
１による駆動力を伝達するために駆動ベルト６２の一部
と固定部材６３により固着されている。駆動ベルト６２
は、薄層形成部２０がＸ方向に沿って移動可能なよう
に、モータ４１の回転部材４１ａと、所定位置に設けら
れたプーリ４４とに掛架される。
【００３９】また、連結部材６１の下部には回動自在な
プーリ７１が設けられており、プーリ７１に設けられた
トルクリミッタ７１ａを介して揺動部材６４が連結され
ている。そして、上記の駆動ベルト６２は、さらに連結
部材６１に設けられたプーリ６５を介してプーリ７１に
も掛架されている。
【００４０】この結果、例えば、モータ４１が図２に示
す矢印方向（右回り）に回転したとすると、連結部材６
１の固定部材６３が右方向（Ｘ方向）に移動することと
なる。そして、プーリ７１にも右回りの回転力が与えら
れ、揺動部材６４は＋Ｘ方向端を低く、−Ｘ方向端を高
くするように回動する。連結部材６１の下部所定位置に
は上記揺動部材６４の揺動動作を規制するためのストッ
パ６６が設けられており、プーリ７１に与えられる回転
力によって揺動部材６４が一方向に傾斜したとしても、
その傾斜角は所定の角度で規制される。そして、揺動部
材６４の揺動動作が規制された後は、トルクリミッタ７
１ａが作用し、駆動ベルト６２がプーリ７１を右回りに
空転させることになる。
【００４１】また、モータ４１が図２に示す矢印方向と
逆方向（左回り）に回転したとすると、連結部材６１の
固定部材６３が左方向（−Ｘ方向）に移動することとな
る。そして、プーリ７１にも左回りの回転力が与えら
れ、揺動部材６４は−Ｘ方向端を低く、＋Ｘ方向端を高
くするように回動する。そして、揺動部材６４の揺動動
作がストッパ６６で規制された後は、トルクリミッタ７
１ａが作用し、駆動ベルト６２がプーリ７１を左回りに
空転させることになる。
【００４２】揺動部材６４の両端側には、第１の伸展ロ
ーラ２１ａと第２の伸展ローラ２１ｂとが、プーリ７
２，７３、ワンウェイクラッチ７２ａ，７２ｂを介して
取り付けられている。
【００４３】伸展ローラ２１ａは、プーリ７２が左回り
に回動するときにワンウェイクラッチ７２ａによって駆
動力の伝達が行われる一方、プーリ７２が右回りに回動
するときにはワンウェイクラッチ７２ａが空転して伸展
ローラ２１ａには駆動力の伝達が行われないように構成
されている。
【００４４】また、伸展ローラ２１ｂは、プーリ７３が
右回りに回動するときにワンウェイクラッチ７３ａによ
って駆動力の伝達が行われる一方、プーリ７２が左回り
に回動するときにはワンウェイクラッチ７２ａが空転し
て伸展ローラ２１ａには駆動力の伝達が行われないよう
に構成されている。
【００４５】粉末供給機構２２ａ，２２ｂの上部側は、
所定の粉末材料を収容するための粉末容器２３として構
成されており、その粉末容器２３の下部側には多孔質の
供給ローラ２４が設けられる。供給ローラ２４の表面が
多孔質であるため、粉末容器２３の粉末材料と接する部
分の孔部には、粉末材料が充填される。そして、この供
給ローラ２４が回転することにより、ローラ表面の孔部
に充填された粉体が粉末供給機構２２ａ，２２ｂの最下
部に形成された開口部側に導かれ、その開口部より粉末
材料が落下することで、造形部５０側に粉末材料が供給
されるように構成されている。
【００４６】そして、粉末供給機構２２ａ，２２ｂに設
けられる各供給ローラ２４を回転させるために、粉末供
給機構２２ａ，２２ｂのそれぞれの下部側には、供給ロ
ーラ２４と同軸に、プーリ７４，７５とワンウェイクラ
ッチ７４ａ，７５ａとが設けられる。
【００４７】プーリ７４が左回りに回動するときには、
ワンウェイクラッチ７４ａによって駆動力が粉末供給機
構２２ａの供給ローラ２４に伝達される一方、プーリ７
４が右回りに回動するときにはワンウェイクラッチ７４
ａが空転して供給ローラ２４は回動しないように構成さ
れている。
【００４８】また、プーリ７５が右回りに回動するとき
には、ワンウェイクラッチ７５ａによって駆動力が粉末
供給機構２２ｂの供給ローラ２４に伝達される一方、プ
ーリ７５が左回りに回動するときにはワンウェイクラッ
チ７５ａが空転して供給ローラ２４は回動しないように
構成されている。
【００４９】そして、プーリ７１，７２，７３，７４，
７５のそれぞれには第２の駆動ベルトとなる動力伝達ベ
ルト６７が掛架されており、プーリ７１が駆動ベルト６
２によって回動すると、それに連動して動力伝達ベルト
６７が駆動されるように構成されている。
【００５０】以上のような構成により、例えば、モータ
４１が図２に示す矢印方向（右回り）に回転したとする
と、薄層形成部２０は右方向（Ｘ方向）に移動するとと
もに、動力伝達ベルト６７が駆動される。その結果、第
１の伸展ローラ２１ａと、第１の粉末供給機構２２ａの
供給ローラ２４とが左回りに回動することとなる。この
とき、第２の伸展ローラ２１ｂと、第２の粉末供給機構
２２ｂの供給ローラ２４とは静止状態となる。
【００５１】反対に、モータ４１が図２に示す矢印方向
と逆方向（左回り）に回転したとすると、薄層形成部２
０は左方向（−Ｘ方向）に移動するとともに、動力伝達
ベルト６７が上記と逆方向に駆動される。その結果、第
２の伸展ローラ２１ｂと、第２の粉末供給機構２２ｂの
供給ローラ２４とが右回りに回動することとなる。この
とき、第１の伸展ローラ２１ａと、第１の粉末供給機構
２２ａの供給ローラ２４とは静止状態となる。
【００５２】したがって、薄層形成部２０が＋Ｘ方向に
移動する際には、伸展ローラ２１ａと粉末供給機構２２
ａとが機能し、伸展ローラ２１ａが粉末層を形成してい
くために、第２の伸展ローラ２１ｂよりも低い位置とな
って進行方向前方側に供給される粉末材料を均一に伸展
していくように構成されている。逆に、−Ｘ方向に移動
する際には、伸展ローラ２１ｂと粉末供給機構２２ｂと
が機能し、伸展ローラ２１ｂが粉末層を形成していくた
めに、第１の伸展ローラ２１ａよりも低い位置となって
進行方向前方側に供給される粉末材料を均一に伸展して
いくように構成されている。
【００５３】また、この実施の形態の薄層形成部２０に
おいて伸展ローラ２１ａ又は２１ｂを回転させつつ、そ
の進行方向前方側に供給される粉末材料を薄層状に伸展
させていく際に、伸展ローラ２１ａ又は２１ｂの表面に
付着した粉末材料が伸展後の粉末層に付着しないよう
に、伸展ローラ２１ａ及び２１ｂの所定位置に伸展ロー
ラ２１ａ，２１ｂの表面から粉末を除去する粉末除去手
段が設けられる。
【００５４】図３は、粉末除去手段の一例を示す図であ
る。なお、図３では、上記の駆動機構やノズルヘッド３
１の図示を省略している。図３に示すように、伸展ロー
ラ２１ａ及び２１ｂには、粉末除去手段として弾性材料
等で形成されるブレード２５ａ，２５ｂが設けられる。
ブレード２５ａ，２５ｂは、それぞれ伸展ローラ２１
ａ，２１ｂの表面に接する状態で配置され、Ｙ方向に伸
びる伸展ローラ２１ａ，２１ｂの全長と同等若しくはそ
れ以上の長さを有している。
【００５５】なお、このブレード２５ａ，２５ｂは、伸
展ローラ２１ａ，２１ｂの表面から除去した粉末材料を
各伸展ローラ２１ａ，２１ｂの進行方向前方側に再度供
給することができる位置に設置することが好ましい。
【００５６】図４は、ブレード２５ａによる粉末除去の
概略動作を示す図である。まず、図４（ａ）に示すよう
に薄層形成部２０がＸ方向に進行する場合、粉末供給機
構２２ａによって粉末材料が伸展ローラ２１ａの進行方
向前方側に供給される。供給された粉末材料は、図にお
いて左回りに回転する伸展ローラ２１ａによって所定厚
さの層として均一に伸展される。このとき、伸展ローラ
２１ａの表面に粉末材料が転写されることもあるが、そ
の転写された粉末材料は伸展ローラ２１ａの回転に伴っ
てブレード２５ａの設置位置に導かれる。そして、ブレ
ード２５ａによってローラ表面に転写した粉末材料が除
去されるとともに、除去された粉末材料は再び伸展ロー
ラ２１ａの進行方向前方側にこぼれ落ちる。この結果、
図４（ｂ）に示すように伸展ローラ２１ａのＸ方向への
移動が進んだ場合であっても、伸展後の粉末層８２の表
面には転写粉末による影響がなく、表面状態の均一な粉
末層８２となる。なお、ブレード２５ｂによる作用も上
記と同様である。
【００５７】したがって、伸展ローラ２１ａ，２１ｂが
回転しつつ粉末材料を伸展させても、伸展ローラ２１
ａ，２１ｂの表面に付着した粉末材料はブレード２５
ａ，２５ｂによって除去されるため、伸展ローラ２１
ａ，２１ｂの後方側に粉末材料がこぼれ落ちることはな
く、伸展された粉末層の表面が粗くなることを防止する
ことができる。
【００５８】なお、ここでは粉末除去手段としてブレー
ド２５ａ，２５ｂを例示したが、これに限定されるもの
ではなく、ブラシ状の粉末除去手段を用いてもよい。
【００５９】また、この実施の形態の薄層形成部２０に
おいては、粉末供給機構２２ａ，２２ｂが造形部５０の
造形ステージ５２上に形成する一層ごとの粉末層８２の
層厚に応じて粉末材料の供給量を可変させることができ
るように、粉末供給量可変手段が設けられる。
【００６０】図５は、粉末供給量可変手段の一例を示す
図である。なお、図５では、上記の駆動機構、ノズルヘ
ッド３１及びブレード２５ａ，２５ｂの図示を省略して
いる。図５に示すように、粉末供給機構２２ａ，２２ｂ
の供給ローラ２４が設けられている部位の外壁部分２６
に対して外部より圧力を与える圧力付与機構２７ａ，２
７ｂが設けられる。圧力付与機構２７ａ，２７ｂは、シ
リンダ機構等によって構成され、駆動制御部１２によっ
て駆動制御される。そして、外壁部分２６に対して与え
る圧力を可変させることで供給ローラ２４の締め付け度
合いを調整する。
【００６１】供給ローラ２４は、圧力付与機構２７ａ，
２７ｂによる締め付け度合いが増大すると、表面の孔部
に充填される粉末の量が減少するため、供給ローラ２４
の１回転当たりに造形部５０に供給される粉末材料の量
が減少する。一方、圧力付与機構２７ａ，２７ｂによる
締め付け度合いが低下すると、供給ローラ２４の表面の
孔部に充填される粉末の量が増加するため、供給ローラ
２４の１回転当たりに造形部５０に供給される粉末材料
の量が増加する。したがって、このような圧力付与機構
２７ａ，２７ｂが駆動制御部１２の制御指令に基づいて
供給ローラ２４の締め付け度合いを調整することで、粉
末材料の供給量を調整することができるのである。
【００６２】なお、圧力付与機構２７ａ，２７ｂは、そ
れぞれＹ方向に伸びる粉末供給機構２２ａ，２２ｂの外
壁部分２６の全長と同等若しくはそれ以上の長さを有し
ており、Ｙ方向に対して締め付け度合いの調整を均一に
行うことができるように構成される。
【００６３】図６は、上記の圧力付与機構２７ａによる
粉末材料の供給量調整の概略動作を示す図である。な
お、図６には一方の圧力付与機構２７ａのみを図示して
いるが、他方の圧力付与機構２７ｂについても同様であ
るため、ここではその説明を省略する。
【００６４】まず、図６（ａ）に示すように、造形部５
０に形成する粉末材料の１層分の層厚ｔが小さい場合に
は、駆動制御部１２は圧力付与機構２７ａに対して粉末
供給機構２２ａの外壁部分２６を押す圧力を層厚ｔに応
じて増加させるように制御指令を与える。そして圧力付
与機構２７ａは粉末供給機構２２ａの外壁部分２６を押
す圧力を層厚ｔに応じて増加させることで、供給ローラ
２４の締め付け度合いを増大させる。この結果、供給ロ
ーラ２４の表面に形成される孔部に充填される粉末材料
の量が減少し、造形部５０に供給される粉末材料の供給
量が低下する。したがって、層厚ｔが小さい場合に、粉
末供給量を少なくすることができ、粉末層８２の形成時
における粉末材料の余剰量を低減することが可能とな
る。
【００６５】また、図６（ｂ）に示すように、造形部５
０に形成する粉末材料の１層分の層厚ｔが大きい場合に
は、駆動制御部１２は圧力付与機構２７ａに対して粉末
供給機構２２ａの外壁部分２６を押す圧力を層厚ｔに応
じて低下させるように制御指令を与える。そして圧力付
与機構２７ａは粉末供給機構２２ａの外壁部分２６を押
す圧力を層厚ｔに応じて低下させることで、供給ローラ
２４の締め付け度合いを低下させる。この結果、供給ロ
ーラ２４の表面に形成される孔部に充填される粉末材料
の量が増加し、造形部５０に供給される粉末材料の供給
量が増加する。したがって、層厚ｔが大きい場合に、粉
末供給量を多くすることができ、粉末層８２の形成時に
おいて粉末材料の供給量が不足することを回避すること
が可能となる。
【００６６】この実施の形態における三次元造形装置１
００は上記のように構成されており、薄層形成部２０が
Ｘ方向に沿って往復移動することが可能であり、＋Ｘ方
向に移動する際には、粉末供給機構２２ａが伸展ローラ
２１ａの進行方向前方側に粉末材料を供給しつつ粉末供
給機構２２ａと伸展ローラ２１ａとが一定の位置関係を
保ったまま一体となって移動し、かつ、伸展ローラ２１
ａが粉末供給機構２２ａによって供給される粉末材料を
伸展して粉末層８２を形成するために所定の位置に下降
するようになっている。このとき、伸展ローラ２１ｂは
粉末層８２の表面から浮いた状態となり、伸展ローラ２
１ａによって伸展された粉末層８２を乱すことが無いよ
うに構成されている。
【００６７】これに対して、薄層形成部２０が−Ｘ方向
に移動する際には、粉末供給機構２２ｂが伸展ローラ２
１ｂの進行方向前方側に粉末材料を供給しつつ粉末供給
機構２２ｂと伸展ローラ２１ｂとが一定の位置関係を保
ったまま一体となって移動し、かつ、伸展ローラ２１ｂ
が粉末供給機構２２ｂによって供給される粉末材料を伸
展して粉末層８２を形成するために所定の位置に下降す
るようになっている。このとき、伸展ローラ２１ａは粉
末層８２の表面から浮いた状態となり、伸展ローラ２１
ｂによって伸展された粉末層８２を乱すことが無いよう
に構成されている。
【００６８】次に、上記のように構成された三次元造形
装置１００において、実際に三次元造形物を生成する際
の動作について説明する。
【００６９】図７は、三次元造形装置１００の動作手順
を示す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。
【００７０】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
したモデルデータが作成される。造形するための基にな
る形状データには、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
れた形状データおよびテクスチャを利用することも可能
である。
【００７１】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。
【００７２】ステップＳ２では、コンピュータ１１が上
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（層
厚ｔ）でスライスされた断面体を切り出し、形状データ
および彩色データを作成する。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
更可能である。
【００７３】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。
【００７４】次のステップＳ４以降については、駆動制
御部１２及びノズルヘッド駆動部１３が各部を制御する
ことによって行われる動作である。図８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。
【００７５】ステップＳ４では、造形ステージ５２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５２がＺ方向移動部５３によ
り、コンピュータ１１から入力された上記層厚ｔに基づ
き、その厚さに相当する距離だけ下降されて保持され
る。初期状態では、造形ステージ５２は造形部５０の上
端位置と同一の高さ位置に位置しており、そこから層厚
ｔに応じた距離だけ下降することとなる。そして、造形
ステージ５２は、粉末材料による１層分形成ごとに順次
層厚ｔに応じた距離だけ段階的に下降する。これによ
り、造形ステージ５２上に粉末材料が堆積され、バイン
ダによる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を形成するこ
とができる。
【００７６】ステップＳ５では、薄層形成部２０をＸ方
向に沿った移動（＋Ｘ方向又は−Ｘ方向）を行うことに
より、三次元造形物の造形において材料となる粉末の供
給を行いつつ粉末材料の１層分の薄層形成を行うととも
に、ノズルヘッド３１から所定領域にバインダ吐出を行
うことで粉末材料の必要な部分の結合及び彩色を行う。
【００７７】粉末供給機構２２ａ，２２ｂがＸ方向に沿
った移動を行う過程で粉末材料を供給する際には、Ｙ方
向に均一な状態で粉末供給が行われるとともに、上記駆
動機構により、造形ステージ５２上のＸ方向に対して連
続的な粉末供給が行われる。
【００７８】図８（ａ），（ｂ）に示すように、薄層形
成部２０が＋Ｘ方向に移動する際には、伸展ローラ２１
ａの最下点が造形部５０の上端部と同一高さ位置となる
ように下降し、その状態で＋Ｘ方向への移動が行われる
ことで、粉末供給機構２２ａと伸展ローラ２１ａとによ
る粉末材料の均一な薄層形成が正確に行われる。
【００７９】粉末供給機構２２ａ，２２ｂから１層分形
成時（Ｘ方向に沿った１回の移動を行う間）に供給され
る粉末材料の量は、１層分形成に必要な量よりも若干多
めに設定され、造形空間内の任意の位置において粉末不
足が生じることを回避している。このため、１層分形成
後は粉末材料が余ることとなるが、余った粉末材料は回
収して、再度利用可能である。
【００８０】また、図８（ｂ）に示すように、ノズルヘ
ッド３１も薄層形成部２０の移動と一体となって＋Ｘ方
向に移動し、ノズルヘッド駆動部１３からの制御信号に
基づいてノズルヘッド３１は複数の吐出ノズルから伸展
された粉末層に対して各色のバインダを吐出する。この
とき、ノズルヘッド駆動部１３は、積層対象となる断面
データの形状データ及び彩色データに基づいてノズルヘ
ッド３１に対して制御信号を与えることにより、三次元
造形物の生成に適した粉末材料の結合及び彩色を行うこ
とができる。この結果、粉末の結合体が生成される。な
お、バインダが塗布されない領域の粉末材料は個々に独
立した状態を保つこととなる。
【００８１】このように、この三次元造形装置１００で
は薄層形成とバインダによる粉末結合及び彩色とを１回
の動作で行うことが可能となっており、効率的な造形動
作を行うことが可能となっている。
【００８２】そして、薄層形成部２０が図８（ｃ）に示
すような位置に到達すれば、１回の走査が終了し、１層
分の造形が完了したことになる。なお、このときに必要
ならば吐出したバインダを乾燥させる工程を入れるよう
にしてもよい。
【００８３】そして、一層分の造形が終了するとステッ
プＳ６に進み、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（つまり、三次元造形物の造形が完了した
かどうかを判断）する。そして、「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
ない独立した個々の粉末材料を分離することにより、バ
インダで結合された粉末材料の結合体（三次元造形物）
を取り出すことができる。なお、結合されなかった粉末
材料は回収して、再度粉末材料として利用しても良い。
【００８４】一方、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。このとき、三次元造形装置１０
０が図８（ｃ）に示す状態であれば、次に、薄層形成部
２０は−Ｘ方向への移動を開始し、伸展ローラ２１ａが
上昇して伸展ローラ２１ｂが下降する。そして、図８
（ｄ），（ｅ）に示すように、薄層形成部２０の−Ｘ方
向への移動に伴って、粉末供給機構２２ｂと伸展ローラ
２１ｂとによる粉末層の形成が行われるとともに、ノズ
ルヘッド３１によるバインダ吐出が行われる。そして、
薄層形成部２０が図８（ｆ）に示すような位置に到達す
れば、１回の走査が終了し、次の１層分の造形が完了し
たことになる。
【００８５】このように、図８（ａ）〜（ｆ）に示す動
作を積層数だけ繰り返すことにより、ステージ５２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５２
上に造形されるのである。
【００８６】以上説明したように、この実施の形態の三
次元造形装置１００は、伸展ローラ２１ａ，２１ｂがＸ
方向に沿って移動可能であって、粉末材料を＋Ｘ方向又
は−Ｘ方向に伸展させることで粉末層を形成するように
構成されており、かつ、その伸展ローラ２１ａ，２１ｂ
の移動方向前方側に粉末材料を供給する粉末供給機構２
２ａ，２２ｂが設けられ、当該粉末供給機構２２ａ，２
２ｂが＋Ｘ方向又は−Ｘ方向に沿って各伸展ローラ２１
ａ，２１ｂの移動方向前方側に粉末材料を供給するよう
に構成されている。したがって、従来の装置のように造
形ステージの横側に粉末槽を配置する必要がなく、装置
全体の小型化を行うことができる。また、この実施の形
態の装置１００は、従来の装置のように造形ステージの
端部側からステージ上の全面に粉末を引き伸ばすもので
はなく、伸展ローラ２１ａ，２１ｂの移動方向前方側に
適宜粉末材料を供給していく構成であるため、均一な層
厚の粉末層を高速で生成することができる。
【００８７】また、この三次元造形装置１００において
は、粉末供給機構２２ａ，２２ｂが薄層形成部２０の移
動方向に沿って粉末材料を連続的に供給するように構成
されているので、より均一な粉末層の形成を高速で行う
ことができる。
【００８８】また、粉末供給機構２２ａ，２２ｂは、伸
展ローラ２１ａ，２１ｂを含む薄層形成部２０を移動方
向に移動させるための駆動手段となるモータ４１からの
動力が伝達されるように構成され、そのモータ４１の動
作に連動した粉末材料の供給をモータ４１による動力を
利用して行うように構成されている。したがって、粉末
供給を行うための駆動手段を別途設ける必要がなく、三
次元造形装置１００のさらなる小型化を図ることができ
る。また、駆動制御部１２が駆動機構を制御する際に一
のモータ４１に対して制御指令を与えればよいため、複
雑な制御動作は必要でなく、制御動作の簡略化を図るこ
ともできる。
【００８９】また、この三次元造形装置１００では、薄
層形成部２０がＸ方向に沿って往復移動する際の往路及
び復路の双方において薄層形成及び粉末結合を行うこと
が可能となっており、三次元造形物を効率よく生成する
ことができる構成となっている。
【００９０】また、粉末供給機構２２ａ，２２ｂによる
粉末供給量を、粉末層の厚みに応じて可変させるように
構成されているので、任意の層厚で三次元造形物を生成
することができ、三次元造形物の造形精度を高めたり、
造形速度を上昇させたりすることができる。
【００９１】さらに、この実施の形態の三次元造形装置
１００では、粉末を伸展させるための粉末伸展手段が伸
展ローラ２１ａ，２１ｂによって構成されており、その
伸展ローラ２１ａ，２１ｂの表面に付着する粉末を除去
するために、ブレード２５ａ，２５ｂ等の粉末除去手段
を備えて構成されているため、伸展ローラ２１ａ，２１
ｂの表面に付着した粉末が伸展された後の粉末層の表面
にこぼれ落ちることを回避することができ、均一な粉末
層を形成することが可能である。
【００９２】＜２．第２の実施の形態＞次に、この発明
の第２の実施の形態について説明する。上記第１の実施
の形態では、粉末供給機構２２ａ，２２ｂが粉末供給量
を調整するために、供給ローラ２４の締め付け度合いを
変更する構成例について説明した。これに対し、この実
施の形態では、供給ローラ２４の回転速度を層厚に応じ
て変更することで粉末供給量を調整する構成例について
説明する。なお、この実施の形態における三次元造形装
置１００の全体構成及び概略動作については、第１の実
施の形態に説明したものと同様である。
【００９３】図９は、第２の実施の形態における薄層形
成部２０の詳細構成を示す図である。ただし、図９にお
いてはノズルヘッド３１及び粉末除去手段以外の構成に
ついて示しており、また第１の実施の形態において説明
したものと同様構成部材については同一符号を付してお
り、ここではその詳細な説明は省略する。
【００９４】図９に示すように粉末供給機構２２ａ，２
２ｂは、Ｔ字状の連結部材６１に固定されており、連結
部材６１は、薄層形成部駆動部４０のモータ４１による
駆動力を伝達するために駆動ベルト６２の一部と固定部
材６３により固着されている。駆動ベルト６２は、薄層
形成部２０がＸ方向に沿って移動可能なように、モータ
４１の回転部材４１ａと、所定位置に設けられたプーリ
４４とに掛架される。したがって、連結部材６１はモー
タ４１によってＸ方向に沿って移動可能となっている。
【００９５】また、連結部材６１の中央部には、伸展ロ
ーラ２１ａ，２１ｂを駆動するためのモータ４５が設け
られており、このモータ４５はプーリ４５ａを右回り及
び左回りの双方向に回転させることが可能である。ま
た、連結部材６１の下部には回動自在なプーリ７１が設
けられており、プーリ７１に設けられたトルクリミッタ
７１ａを介して揺動部材６４が連結されている。そし
て、プーリ４５ａとプーリ７１には、モータ４５による
動力を伝達するための駆動ベルト６９が掛架されてい
る。
【００９６】したがって、例えば、モータ４５が図９に
示す矢印方向（右回り）に回転したとすると、プーリ７
１にも右回りの回転力が与えられ、揺動部材６４は＋Ｘ
方向端を低く、−Ｘ方向端を高くするように回動する。
そして、揺動部材６４は、上述したようにストッパ６６
によって規制される位置関係で静止する。また、揺動部
材６４の揺動動作が規制された後は、トルクリミッタ７
１ａが作用し、駆動ベルト６９がプーリ７１を右回りに
空転させることになる。
【００９７】また、モータ４５が図９に示す矢印方向と
逆方向（左回り）に回転したとすると、プーリ７１にも
左回りの回転力が与えられ、揺動部材６４は−Ｘ方向端
を低く、＋Ｘ方向端を高くするように回動する。そし
て、揺動部材６４の揺動動作がストッパ６６で規制され
た後は、トルクリミッタ７１ａが作用し、駆動ベルト６
９がプーリ７１を左回りに空転させることになる。
【００９８】そして、伸展ローラ２１ａ，２１ｂに設け
られたプーリ７２，７３と、プーリ７１とのそれぞれに
は、駆動ベルト６８が掛架され、プーリ７１が駆動ベル
ト６９によって回動すると、それに連動して駆動ベルト
６８が駆動されるように構成されている。
【００９９】つまり、モータ４５は第１の実施の形態で
説明した伸展ローラ２１ａ，２１ｂの動作を独立した駆
動手段で実現するように構成されているのである。な
お、モータ４５は駆動制御部１２によって回転方向及び
回転速度が制御されるように構成される。
【０１００】また、粉末供給機構２２ａ，２２ｂのそれ
ぞれには、内部に設けられた供給ローラ２４を回転させ
るためのモータ４６，４７が設けられており、これらモ
ータ４６，４７は駆動制御部１２によって回転速度が制
御されるように構成される。
【０１０１】この実施の形態の三次元造形装置１００で
は、薄層形成部２０を＋Ｘ方向に移動させつつ薄層形成
を行う場合に、駆動制御部１２がモータ４１に対して右
回り駆動を行うような駆動指令を与えるとともに、モー
タ４５及びモータ４６に対して個別に駆動指令を与える
ことで、粉末供給機構２２ａからの粉末供給を行いつ
つ、伸展ローラ２１ａによる粉末伸展を行うことができ
る。そして、このとき伸展ローラ２１ｂは静止するとと
もに、粉末供給機構２２ｂによる粉末供給は停止する。
【０１０２】一方、薄層形成部２０を−Ｘ方向に移動さ
せつつ薄層形成を行う場合には、駆動制御部１２がモー
タ４１に対して左回り駆動を行うような駆動指令を与え
るとともに、モータ４５及びモータ４７に対して個別に
駆動指令を与えることで、粉末供給機構２２ｂからの粉
末供給を行いつつ、伸展ローラ２１ｂによる粉末伸展を
行うことができる。そして、このとき伸展ローラ２１ａ
は静止するとともに、粉末供給機構２２ａによる粉末供
給は停止する。
【０１０３】さらに、駆動制御部１２は形成する１層分
の層厚ｔを変更する際には、Ｚ方向移動部５３に対して
層厚ｔに応じた造形ステージ５２の下降量を設定すると
ともに、各粉末供給機構２２ａ，２２ｂに設けられたモ
ータ４６，４７の回転速度を層厚ｔに応じて変更する。
これにより、多孔質の供給ローラ２４による造形部５０
への粉末供給量が変更されることとなり、造形ステージ
５２上に形成される粉末層の層厚を変更することが可能
になるのである。
【０１０４】このように、この実施の形態の三次元造形
装置１００では、粉末供給量可変手段として、粉末供給
機構２２ａ，２２ｂに設けられる多孔質の供給ローラ２
４の回転速度を調整するように構成されており、それに
よって、層厚に応じた粉末供給量の調整を行うように実
現されている。
【０１０５】したがって、第１の実施の形態のように圧
力付与機構を設ける場合に比べて、装置構成を簡素化及
び小型化することができる。また、第１の実施の形態の
ように圧力付与機構によって粉末供給量を調整する場合
には供給ローラ２４は常に一定の速度で回転しているた
め、締め付け度合いを増大させたり又は低下させたりし
ても、ある一定量より粉末供給量を低減又は増加させる
ことは困難であるのに対し、この実施の形態のように供
給ローラ２４の回転速度を調整することで粉末供給量の
調整を行うようにすれば、圧力付与機構による場合に比
べて粉末供給量の調整幅を大きくすることも可能であ
る。
【０１０６】さらに、この実施の形態の薄層形成部２０
では、Ｘ方向に沿った移動を行うためのモータ４１と、
伸展ローラ２１ａ，２１ｂの駆動手段となるモータ４５
と、各粉末供給機構２２ａ，２２ｂを個別に駆動するた
めの駆動手段となるモータ４６，４７とがそれぞれ別個
に設けられているため、駆動制御部１２がそれぞれの回
転速度等を個別に制御することができ、精度の高い薄層
形成を行うことが可能である。
【０１０７】＜３．第３の実施の形態＞次に、この発明
の第３の実施の形態について説明する。上記各実施の形
態では、薄層形成部２０が往復移動する際の往路と復路
とのそれぞれで粉末供給を適切に行うために、２つの粉
末供給機構２２ａ，２２ｂを配置した構成例について説
明した。これに対し、この実施の形態では、１つの粉末
供給機構によって往路と復路とのそれぞれで粉末供給を
適切に行うことの可能な構成例について説明する。
【０１０８】図１０は、この実施の形態における薄層形
成部２０を示す概念図である。図１０に示すように、こ
の実施の形態の薄層形成部２０は、第１の伸展ローラ２
１ａと第２の伸展ローラ２１ｂとの間に粉末供給機構２
２が１つ配置されている。伸展ローラ２１ａは薄層形成
部２０が＋Ｘ方向へ移動する際に粉末材料を伸展して薄
層を形成するための粉末伸展手段であり、伸展ローラ２
１ｂは薄層形成部２０が−Ｘ方向へ移動する際に粉末材
料を伸展して薄層を形成するための粉末伸展手段であ
る。また、粉末供給機構２２は＋Ｘ方向及び−Ｘ方向の
いずれの方向に移動する場合であっても、粉末材料を各
方向について機能する伸展ローラ２１ａ，２１ｂの進行
方向前方側に粉末材料を供給する粉末供給手段として機
能する。
【０１０９】各伸展ローラ２１ａ，２１ｂは、例えば、
第２の実施の形態において説明した駆動機構と同様の駆
動機構を適用することができる。ただし、伸展ローラ２
１ａ，２１ｂの位置関係が第２の実施の形態の場合と異
なることから、図９における駆動ベルト６８の掛架形態
を変更することが必要となる。また、粉末供給機構２２
については個別のモータ等によって内部の供給ローラが
任意の回転速度で回転するように構成される。
【０１１０】また、伸展ローラ２１ａ，２１ｂには、そ
れぞれ粉末除去手段となるブレード２５ａ，２５ｂが設
けられ、ローラ回転に伴って伸展後の粉末層表面に粉末
材料がこぼれ落ちることを回避している。
【０１１１】上記のような構成により、この実施の形態
の薄層形成部２０が＋Ｘ方向に移動する際には、伸展ロ
ーラ２１ａが所定の伸展位置に下降する一方で、伸展ロ
ーラ２１ｂが浮いた状態となる。そして、粉末供給機構
２２が伸展ローラ２１ａの進行方向前方側に粉末材料の
供給を行う。これにより、粉末材料は伸展ローラ２１ａ
の進行方向前方側に＋Ｘ方向に沿って連続的に供給され
るため、均一な粉末材料の薄層を形成することが可能に
なる。
【０１１２】これに対し、薄層形成部２０が−Ｘ方向に
移動する際には、伸展ローラ２１ｂが所定の伸展位置に
下降する一方で、伸展ローラ２１ａが浮いた状態とな
る。そして、粉末供給機構２２が伸展ローラ２１ｂの進
行方向前方側に粉末材料の供給を行う。これにより、粉
末材料は伸展ローラ２１ｂの進行方向前方側に−Ｘ方向
に沿って連続的に供給されるため、均一な粉末材料の薄
層を形成することが可能になる。
【０１１３】このように、この実施の形態の薄層形成部
２０では、１つの粉末供給機構２２によって各伸展ロー
ラ２１ａ，２１ｂの進行方向前方側に粉末材料を連続的
に供給することができるため、均一な粉末層の形成が可
能であるとともに、薄層形成部２０の構成を簡略化する
ことができる。
【０１１４】ただし、この実施の形態の場合、伸展後の
粉末層に対してバインダを吐出するためのノズルヘッド
３１を上記各実施の形態と同様位置に設けることは困難
である。このため、粉末層を１層形成ごとにノズルヘッ
ド３１を単独で駆動してバインダを所定領域に吐出する
ことが必要になる。また、薄層形成部２０がＸ方向に沿
って１回移動する間にバインダ吐出を完了させたい場合
には、図１０に示す薄層形成部２０の両端側に２個のノ
ズルヘッドを設けることが好ましい。
【０１１５】なお、この実施の形態における三次元造形
装置１００のその他の構成部分については、上記各実施
の形態で説明したものと同様である。
【０１１６】＜４．第４の実施の形態＞次に、この発明
の第４の実施の形態について説明する。上記各実施の形
態では、粉末供給機構２２，２２ａ，２２ｂの下部側に
多孔質の供給ローラ２４が設けられ、その供給ローラ２
４が回転することで所定量の粉末材料が供給される形態
について説明した。この実施の形態では、上記と異なる
形態の粉末供給形態について説明する。
【０１１７】図１１は、この実施の形態における粉末供
給機構２２を示す概念図である。図１１（ａ）に示すよ
うに、粉末供給機構２２の粉末容器２３の底面側には、
複数の穴を有する網状のプレート２８ａが設けられる。
また、そのプレート２８ａの下部には開閉可能なシャッ
タ２９ａが設けられる。シャッタ２９ａは、シャッタ駆
動部２９ｂにより開閉動作が行われるように構成されて
いる。また、粉末供給機構２２の下部側にはプレート２
８ａを振動させるための振動発生機構部２８ｂが設けら
れている。
【０１１８】図１２は、振動発生機構部２８ｂの一構成
例を示す図である。この振動発生機構部２８ｂは、モー
タ２８１と分銅２８２とを備えて構成される。図１２に
示すように、分銅２８２はモータ２８１の回転軸に接続
されており、分銅２８２の重心位置と回転中心とは一致
しないように設定されており、モータ２８１が分銅２８
２を回転駆動することで振動を生じさせるように構成さ
れている。つまり、振動発生機構部２８ｂは、携帯電話
機等のバイブレーション機能等に用いられる、いわゆる
ページャモータの構成によって実現されているのであ
る。
【０１１９】そして、上記のような構成の粉末供給機構
２２において、粉末供給を停止する場合には、シャッタ
駆動部２９ｂがシャッタ２９ａによって粉末容器２３の
底面側を閉塞することで粉末供給の停止が行われる。こ
のとき、振動発生機構部２８ｂも停止した状態である。
【０１２０】一方、粉末供給を行う場合には、図１１
（ｂ）に示すように、シャッタ駆動部２９ｂがシャッタ
２９ａによって粉末容器２３の底面側を開放するととも
に、振動発生機構部２８ｂが動作して網状のプレート２
８ａに振動を与える。この結果、振動する網状のプレー
ト２８ａによって粉末容器２３内の粉末材料が適量ずつ
造形部５０に供給されていくことになる。
【０１２１】したがって、粉末供給機構２２の粉末容器
２３の底面側に網状のプレート２８ａを設けるととも
に、そのプレート２８ａを振動させるための振動発生機
構部２８ａを設けるように構成しても、粉末材料の供給
は適切に行われることとなる。
【０１２２】ただし、図１１に示すように、振動発生機
構部２８ｂを粉末供給機構２２の側面部に直接取り付け
ることは、粉末供給機構２２の全体に対して振動を与え
ることになるので、振動が吸収されて適量ずつの粉末材
料供給を行うことが困難になることも想定される。
【０１２３】このため、プレート２８ａのみに振動を与
え、粉末供給機構２２の他の部分については振動を与え
ないように構成することが好ましい。図１３は、プレー
ト２８ａのみを振動させる構成の粉末供給機構２２を示
す図である。図１３に示すように、図１３（ａ）に示す
ように、粉末供給機構２２の粉末容器２３の底面側に
は、複数の穴を有する網状のプレート２８ａが設けら
れ、そのプレート２８ａの下部には開閉可能なシャッタ
２９ａが設けられる。そして、プレート２８ａを振動さ
せるための振動発生機構部２８ｂがプレート２８ａに対
して直接的に設置されている。
【０１２４】そして、粉末供給を行う場合には、図１３
（ｂ）に示すように、シャッタ駆動部２９ｂがシャッタ
２９ａによって粉末容器２３の底面側を開放するととも
に、振動発生機構部２８ｂが動作して網状のプレート２
８ａに対して直接的に振動を与える。この結果、振動発
生機構部２８ｂが動作しても粉末供給機構２２の他の部
分には振動は与えられず、プレート２８ａの振動が吸収
されることがなくなり、より適切な粉末材料の供給を行
うことが可能になる。
【０１２５】＜５．変形例＞以上、この発明に関してい
くつかの実施の形態について説明したが、この発明は、
上記各実施の形態で説明した内容のものに限定されるも
のではない。
【０１２６】例えば、上記各実施の形態では、粉末供給
機構より供給される粉末材料を伸展するための粉末伸展
手段を伸展ローラで構成した例について説明したが、こ
れに限定されるものではなく、例えば、ブレード状の部
材で構成してＸ方向に沿って往復移動させるようにして
もよい。粉末伸展手段をブレード状部材で構成する場合
には、駆動機構や粉末除去手段等を省略することがで
き、装置構成を簡略化することが可能である。
【０１２７】また、上記各実施の形態では、粉末供給機
構より粉末材料をＸ方向に沿って連続的に供給する場合
について例示したが、連続的である必要はなく、Ｘ方向
に沿って断続的に供給するように構成してもよい。Ｘ方
向に沿って断続的に供給する形態であっても、従来のよ
うに１層分形成に必要な全ての粉末材料を造形部の端部
からステージ上の全面に引き伸ばす場合に比べて、均一
な厚みの粉末層を形成することが可能である。
【０１２８】また、上記各実施の形態においては、三次
元造形物の表面をカラー造形することが可能な構成例に
ついて説明したが、カラー造形しない場合であって、三
次元造形物の形状のみを再現する三次元造形装置に対し
ても本発明の特徴的要素を付加することが可能であるこ
とは言うまでもない。
【０１２９】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、粉末伸展手段が、所定の移動方向に向か
って移動可能であって、粉末材料をその移動方向に伸展
させることで粉末層を形成するように構成されるととも
に、その移動方向に沿って、粉末伸展手段の移動方向の
前方側に粉末材料を供給する粉末供給手段が設けられる
ため、装置の大型化を招くことなく、均一な厚みの層を
高速で形成することの可能となる。
【０１３０】請求項２に記載の発明によれば、粉末供給
手段が、移動方向に沿って粉末材料を連続的に供給して
いくため、より均一な厚みの層を形成することが可能で
ある。
【０１３１】請求項３に記載の発明によれば、粉末供給
手段が、粉末容器の下部側に設けられた多孔質の表面を
有するローラを回転させることにより、所定量の粉末材
料を供給するように構成されるため、粉末材料を適切に
供給することができる。
【０１３２】請求項４に記載の発明によれば、粉末供給
手段が、粉末容器の底面側に設けられた、複数の穴を有
する網状のプレートを振動させることにより、所定量の
粉末材料を供給するように構成されるため、粉末材料を
適切に供給することができる。
【０１３３】請求項５に記載の発明によれば、粉末供給
手段又は粉末伸展手段が、粉末伸展手段を移動方向に移
動させるための駆動手段からの動力が伝達されるように
構成されるとともに、その動力を利用して駆動手段の動
作に連動した粉末材料の供給又は伸展を行うことが可能
なように構成されるため、粉末供給手段を駆動するため
の駆動手段を別途設ける必要がなく、三次元造形装置の
さらなる小型化を図ることができる。
【０１３４】請求項６に記載の発明によれば、粉末伸展
手段が移動方向に沿って往復移動可能であり、粉末供給
手段が、粉末伸展手段が往復移動する際のそれぞれの移
動方向において、粉末伸展手段の前方側に粉末材料を供
給するため、三次元造形物を効率よく生成することがで
きる。
【０１３５】請求項７に記載の発明によれば、粉末供給
手段による粉末材料の供給量を、粉末伸展手段によって
形成される層の厚みに応じて可変させる粉末供給量可変
手段をさらに備えて構成されるため、任意の層厚で三次
元造形物を生成することができ、三次元造形物の造形精
度を高めたり、造形速度を上昇させたりすることができ
る。
【０１３６】請求項８及び請求項９に記載の発明によれ
ば、ローラの表面に付着した粉末を除去する粉末除去手
段を備えて構成されるため、ローラの表面に付着した粉
末によって伸展後の粉末層が粗くなることを防止するこ
とができ、均一な層形成を行うことができる。
【０１３７】請求項１０に記載の発明によれば、ローラ
に対して駆動手段からの動力が伝達されるように構成さ
れており、その動力を利用してローラを所定方向へ回転
させるように構成されているので、ローラを駆動するた
めの駆動手段を別途設ける必要がなく、三次元造形装置
のさらなる小型化を図ることができる。
【０１３８】請求項１１に記載の発明によれば、第１の
伸展部材と第２の伸展部材との間の位置に設置された粉
末供給手段が、粉末伸展手段が往復移動する際に、第１
の伸展部材又は第２の伸展部材の前方側に粉末材料を供
給するように構成されているため、三次元造形装置のさ
らなる小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る三次元造形装置の一例を示す概略
図である。
【図２】第１の実施の形態における薄層形成部の詳細構
成を示す図である。
【図３】粉末除去手段の一例を示す図である。
【図４】ブレードによる粉末除去の概略動作を示す図で
ある。
【図５】粉末供給量可変手段の一例を示す図である。
【図６】圧力付与機構による粉末材料の供給量調整の概
略動作を示す図である。
【図７】三次元造形装置の動作手順を示すフローチャー
トである。
【図８】三次元造形装置の動作を説明する概念図であ
る。
【図９】第２の実施の形態における薄層形成部の詳細構
成を示す図である。
【図１０】第３の実施の形態における薄層形成部を示す
概念図である。
【図１１】第４の実施の形態における粉末供給機構の一
構成例を示す概念図である。
【図１２】振動発生機構部の一構成例を示す図である。
【図１３】第４の実施の形態における粉末供給機構の他
の構成例を示す概念図である。
【符号の説明】
１００ 三次元造形装置 １２ 駆動制御部 １３ ノズルヘッド駆動部 ２０ 薄層形成部 ２１ａ，２１ｂ 伸展ローラ（粉末伸展手段） ２２，２２ａ，２２ｂ 粉末供給機構（粉末供給手段） ２４ 供給ローラ ２５ａ，２５ｂ ブレード（粉末除去手段） ２７ａ，２７ｂ 圧力付与機構（粉末供給量可変手段） ２８ａ プレート ２８ｂ 振動発生機構部 ２９ａ シャッタ ２９ｂ シャッタ駆動部 ３１ ノズルヘッド ４０ 薄層形成部駆動部 ４１ モータ（駆動手段） ４６，４７ モータ（粉末供給量可変手段） ５０ 造形部 ５２ 造形ステージ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F213 AC04 WA25 WA53 WA90 WA97 WB01 WL02 WL15 WL26 WL32 WL74 WL87 WL92

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 粉末材料に結合材を付与して前記粉末材
    料を結合させることにより、前記粉末材料の結合体を順
    次形成して三次元造形物を生成する三次元造形装置であ
    って、 所定の移動方向に向かって移動可能であって、前記粉末
    材料を前記移動方向に伸展させることで前記粉末材料の
    層を形成する粉末伸展手段と、 前記移動方向に沿って、前記粉末伸展手段の前記移動方
    向の前方側に前記粉末材料を供給する粉末供給手段と、
    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、 前記粉末供給手段は、前記移動方向に沿って前記粉末材
    料を連続的に供給することを特徴とする三次元造形装
    置。
  3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の三次元造
    形装置において、 前記粉末供給手段は、粉末容器の下部側に設けられた多
    孔質の表面を有するローラを回転させることにより、所
    定量の前記粉末材料を供給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１又は請求項２に記載の三次元造
    形装置において、 前記粉末供給手段は、粉末容器の底面側に設けられた、
    複数の穴を有する網状のプレートを振動させることによ
    り、所定量の前記粉末材料を供給することを特徴とする
    三次元造形装置。
  5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
    載の三次元造形装置において、 前記粉末供給手段又は前記粉末伸展手段は、前記粉末伸
    展手段を前記移動方向に移動させるための駆動手段から
    の動力が伝達されるように構成され、前記駆動手段の動
    作に連動した前記粉末材料の供給又伸展を前記動力を利
    用して行うことを特徴とする三次元造形装置。
  6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項５のいずれかに記
    載の三次元造形装置において、 前記粉末伸展手段は前記移動方向に沿って往復移動可能
    であり、 前記粉末供給手段は、前記粉末伸展手段が往復移動する
    際のそれぞれの移動方向において前記粉末伸展手段の前
    方側に前記粉末材料を供給することを特徴とする三次元
    造形装置。
  7. 【請求項７】 請求項１ないし請求項６のいずれかに記
    載の三次元造形装置において、 前記粉末供給手段による前記粉末材料の供給量を、前記
    粉末伸展手段によって形成される前記層の厚みに応じて
    可変させる粉末供給量可変手段、をさらに備えることを
    特徴とする三次元造形装置。
  8. 【請求項８】 請求項１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、 前記粉末伸展手段は、ローラを所定方向に回転させつ
    つ、所定の移動方向に向かって移動させることにより、
    前記粉末材料を前記移動方向に伸展させて前記粉末材料
    の層を形成するように構成されており、 前記ローラの表面に付着した粉末を除去する粉末除去手
    段をさらに備えることを特徴とする三次元造形装置。
  9. 【請求項９】 粉末材料に結合材を付与して前記粉末材
    料を結合させることにより、前記粉末材料の結合体を順
    次形成して三次元造形物を生成する三次元造形装置であ
    って、 ローラを所定方向に回転させつつ、所定の移動方向に向
    かって移動させることにより、前記粉末材料を前記移動
    方向に伸展させて前記粉末材料の層を形成する粉末伸展
    手段と、 前記ローラの表面に付着した粉末を除去する粉末除去手
    段と、を備えることを特徴とする三次元造形装置。
  10. 【請求項１０】 請求項８又は請求項９に記載の三次元
    造形装置において、 前記ローラは、前記粉末伸展手段を前記移動方向に移動
    させるための駆動手段からの動力が伝達されるように構
    成され、前記動力を利用して前記所定方向への回転を行
    うことを特徴とする三次元造形装置。
  11. 【請求項１１】 粉末材料に結合材を付与して前記粉末
    材料を結合させることにより、前記粉末材料の結合体を
    順次形成して三次元造形物を生成する三次元造形装置で
    あって、 所定方向に沿って往復移動可能であって、前記所定方向
    に向かって移動する際に第１の伸展部材により前記粉末
    材料を伸展させ、前記所定方向と逆方向に向かって移動
    する際に第２の伸展部材により前記粉末材料を伸展させ
    ることにより、前記往復移動のそれぞれで前記粉末材料
    の層を形成する粉末伸展手段と、 前記第１の伸展部材と前記第２の伸展部材との間の位置
    に設置され、前記粉末伸展手段が往復移動する際に、前
    記第１の伸展部材又は前記第２の伸展部材の前方側に前
    記粉末材料を供給する粉末供給手段と、を備えることを
    特徴とする三次元造形装置。
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