JP2002205338A

JP2002205338A - 粉末材料除去装置、および三次元造形システム

Info

Publication number: JP2002205338A
Application number: JP2001004132A
Authority: JP
Inventors: Shigeaki Tochimoto; 茂昭栃本; Naoki Kubo; 直樹久保; Motohiro Nakanishi; 基浩中西; Akira Wada; 和田　　晃
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2001-01-11
Filing date: 2001-01-11
Publication date: 2002-07-23

Abstract

(57)【要約】【課題】三次元造形物から不要な粉末材料を効率良く
除去できる粉末材料除去技術を提供する。【解決手段】三次元造形システム１は、粉末除去装置
７０を備えている。この粉末除去装置７０は、送風駆動
部７３を有する送風部ＷＳと、吸引駆動部７５を有する
吸引部ＷＲとを備えている。そして、造形ステージ６２
上で結合剤を選択的に付加しつつ粉末材料を積層して造
形された三次元造形物９１に対して、送風駆動部７３を
駆動することにより複数の送風開口７０ｂから送風を行
う。また、送風によって吹き飛ばされた粉末を、吸引駆
動部７５を駆動することにより複数の吸引開口７０ｃか
ら吸引する。これにより、三次元造形物９１の周囲から
不要な粉末材料を効率よく除去できることとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉末材料を選択的
に結合し生成される三次元造形物から未結合の粉末材料
を除去する粉末材料除去技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、造形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選択
的に付与することにより粉末を結合させた結合体を形成
させる動作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】そして、この三次元造形装置で生成された
三次元造形物は、その周りに未結合の粉末材料が存在
し、この不要な粉末材料に埋もれる状態で完成するた
め、三次元造形物を人手で掘出す作業が必要である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような人手による三次元造形物の掘出し作業において
は、三次元造形物を壊さないように慎重に行われなけれ
ばならず、効率が悪い。

【０００５】また、人手による掘出し作業中には、粉塵
が舞うため、作業環境が悪いという問題点もある。

【０００６】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、三次元造形物から不要な粉末材料を効率良く除
去できる粉末材料除去技術を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１の発明は、粉末材料の層に結合剤を選択的
に付与し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生成される三次元造形物につい
て、前記三次元造形物の周囲から未結合の粉末材料を除
去する装置であって、(a)前記三次元造形物を内包し、
前記未結合の粉末材料の除去処理を行う処理室と、(b)
前記処理室において、前記三次元造形物に送風する複数
の気流を相互に離れた部位からそれぞれ発生可能な送風
手段とを備える。

【０００８】また、請求項２の発明は、請求項１の発明
に係る粉末材料除去装置において、前記処理室には、前
記処理室の外部から前記複数の気流を選択的に導入する
複数の送風口が設けられる。

【０００９】また、請求項３の発明は、請求項１または
請求項２の発明に係る粉末材料除去装置において、(c)
前記複数の気流のうち少なくとも１の気流の方向を変更
する変更手段をさらに備える。

【００１０】また、請求項４の発明は、粉末材料の層に
結合剤を選択的に付与し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生成される三次
元造形物について、前記三次元造形物の周囲から未結合
の粉末材料を除去する装置であって、(a)前記三次元造
形物を内包し、前記未結合の粉末材料の除去処理を行う
処理室と、(b)前記処理室において、前記三次元造形物
に送風する気流を発生させる送風手段と、(c)前記気流
の方向を変更する変更手段とを備える。

【００１１】また、請求項５の発明は、粉末材料の層に
結合剤を選択的に付与し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生成される三次
元造形物について、前記三次元造形物の周囲から未結合
の粉末材料を除去する装置であって、(a)前記三次元造
形物を内包し、前記未結合の粉末の除去処理を行う処理
室と、(b)前記処理室において、前記未結合の粉末材料
を吸引する複数の気流を相互に離れた部位に向かってそ
れぞれ発生可能な吸引手段とを備える。

【００１２】また、請求項６の発明は、請求項５の発明
に係る粉末材料除去装置において、前記処理室には、前
記処理室の外部に前記複数の気流を選択的に排出する複
数の吸引口が設けられる。

【００１３】また、請求項７の発明は、粉末材料の層に
結合剤を選択的に付与し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生成される三次
元造形物について、前記三次元造形物の周囲から未結合
の粉末材料を除去する装置であって、(a)前記三次元造
形物から前記未結合の粉末材料を除去する除去手段と、
(b)前記未結合の粉末材料の除去中に、前記三次元造形
物の姿勢を変更する変更手段とを備える。

【００１４】また、請求項８の発明は、請求項１ないし
請求項７のいずれかの発明に係る粉末材料除去装置を有
し、三次元造形物を生成する三次元造形システムであっ
て、(d)前記三次元造形物の造形に使用する粉末材料を
供給する供給部と、(e)前記粉末材料除去装置によって
前記三次元造形物から除去された未結合の粉末材料を回
収する回収部と、(f)前記回収部で回収された前記未結
合の粉末材料を、前記供給部に搬送する搬送手段とを備
える。

【００１５】また、請求項９の発明は、請求項８の発明
に係る三次元造形システムにおいて、前記供給部は、(d
-1)前記三次元造形物の造形に未使用の粉末材料を補充
する手段、を有し、前記供給部では、前記未使用の粉末
材料よりも、前記回収部で回収された粉末材料を優先し
て供給する。

【００１６】また、請求項１０の発明は、請求項８の発
明に係る三次元造形システムにおいて、前記供給部は、
(d-1)前記三次元造形物の造形に未使用の粉末材料を補
充する手段、を有し、前記供給部では、前記回収部で回
収された粉末材料を、前記未使用の粉末材料と混合して
供給する。

【００１７】また、請求項１１の発明は、請求項８ない
し請求項１０のいずれかの発明に係る三次元造形システ
ムにおいて、前記搬送手段は、(f-1)前記回収部で回収
された未結合の粉末材料から異物を除去する手段を有す
る。

【００１８】また、請求項１２の発明は、請求項８ない
し請求項１１のいずれかの発明に係る三次元造形システ
ムにおいて、前記搬送手段は、(f-2)前記回収部で回収
された未結合の粉末材料を乾燥する手段を有する。

【００１９】

【発明の実施の形態】＜第１実施形態＞＜三次元造形システム１の要部構成＞図１は、本発明の
第１実施形態に係る粉末除去装置７０を組込んだ三次元
造形システム１の要部構成を示す図である。この三次元
造形システム１は、粉末材料に選択的に結合材を付与し
て粉末材料を結合させることにより、粉末材料の結合体
を順次形成していき、最終的な結合体として三次元造形
物を生成するものである。

【００２０】三次元造形システム１は、制御部１０と、
制御部１０にそれぞれ電気的に接続するバインダ付与部
２０と造形部６と粉末供給部４０と粉末伸展部５０と粉
末回収機構８０とを備えて構成される。また、造形部６
は、造形機構部６０と粉末除去装置７０とが一体的に構
成されている。

【００２１】＜制御部１０の構成＞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１３とを備えている。

【００２２】コンピュータ１１は、内部にＣＰＵ、メモ
リやタイマ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
の造形対象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、コンピュータから得ら
れる断面データに基づいて各部の動作を制御する。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６の造形機構部６０
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
する動作を統括的に制御する。また、造形終了後は結合
されなかった未結合粉末を、造形部６の粉末除去装置７
０において除去するための各動作を統括的に制御する。

【００２４】＜バインダ付与部２０の構成＞バインダ付
与部２０は、粉末材料を結合させるための結合材となる
液状のバインダ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方向駆動部２
３を備えている。

【００２５】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が収容されている。
ここで、着色されたバインダは、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。

【００２６】ノズルヘッド２２は、ＸＹ方向駆動部２３
の下部に固定されており、ＸＹ方向駆動部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本のチューブで
個別に連結されている。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２２ａ〜２２ｄによるバインダの吐出は、ノズルヘッ
ド駆動部１３によって個別に制御されており、各吐出ノ
ズル２２ａ〜２２ｄ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機構部６
０の粉末層９２に付着する。

【００２７】ＸＹ方向駆動部２３は、駆動部本体２３ａ
およびガイドレール２３ｂを備えている。駆動部本体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方向駆
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、ＸＹ方向駆動部
２３は、ノズルヘッド駆動部１３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。そして、ノズ
ルヘッド駆動部１３は、ＸＹ平面におけるノズルヘッド
２２の位置に応じて複数の吐出ノズル２２ａ〜２２ｄの
うちから選択してバインダ吐出を行うように制御し、造
形機構部６０の粉末層９２の必要な部分に選択的にバイ
ンダを付与する。

【００２８】＜造形部６の構成＞造形部６は、凹状部を
有する造形槽６１、造形槽６１の凹状部の底面を形成す
るように設けられている造形ステージ６２、造形ステー
ジ６２をＺ方向に移動させるＺ方向移動部６３と、Ｚ方
向移動部６３を駆動する駆動部６４を備えている。

【００２９】造形槽６１は、粉末材料を用いて三次元造
形物９１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、造形槽６１は、その上部一端側に、
粉末供給部４０から供給される粉末材料を一時的に保持
する粉末仮置部６１ｂを有している。

【００３０】造形ステージ６２は、ＸＹ断面において図
２(ｂ)に示す網状の断面を持つ矩形型の形状を有し、そ
の側面が造形槽６１における凹状部の垂直内壁６１ａと
接している。この造形ステージ６２には図２(ａ)に示す
断面形状を有する網状トレイ９が載置される。

【００３１】また、造形ステージ６２は、その上部に２
つの電磁石６２ｍを有している。この電磁石６２ｍは、
金属で形成される網状トレイ９を固定する役割を担って
いる。

【００３２】そして、この造形ステージ６２と造形槽６
１の垂直内壁６１ａとで形成される直方体状の三次元空
間（つまり、凹状部の空間）が、三次元造形物９１を生
成するための造形領域として機能する。そして、造形ス
テージ６２の網状トレイ９上に粉末材料の薄層が一層ご
とに順次形成されるとともに、一層形成ごとに各吐出ノ
ズル２２ａ〜２２ｄから吐出されるバインダにより、造
形ステージ６２上にて粉末材料の必要な部分を接合させ
て造形物が作成されることとなる。

【００３３】Ｚ方向移動部６３は、造形ステージ６２と
連結する支持棒６３ａを有している。そして、支持棒６
３ａが、駆動部６４によって垂直方向に移動されること
により、支持棒６３ａと連結する造形ステージ６２のＺ
方向の移動が可能となる。

【００３４】＜粉末除去装置７０の構成＞粉末除去装置
７０は、除去された粉末を回収する回収室７１と、粉末
の除去を行う処理室７２とを有するとともに、送風部Ｗ
Ｓと吸引部ＷＲとを有している。

【００３５】送風部ＷＳは、気流を発生させる送風駆動
部７３と、送風駆動部７３の送風出口から３方に分岐し
て垂直内壁６１ａのうち互いに離れた部位(この実施形
態では上下に離れて配列した部位)に設けられた３つの
送風開口７０ｂに接続する配管７４と、配管７４に介挿
される３つの送風用バルブ７４ｖとを備えている。

【００３６】送風駆動部７３は、送風ブロアを備えてお
り、配管７４を介して処理室７２に送風を行う。

【００３７】送風用バルブ７４ｖのそれぞれは、制御部
１０からの指令信号に応答して、それぞれの送風開口７
０ｂの開閉を自動的に行う電磁バルブである。ここで、
３つの送風用バルブ７４ｖを選択的に開閉することによ
り、処理室７２に送風する送風開口７０ｂを選ぶことが
可能となる。

【００３８】吸引部ＷＲは、処理室７２内の空気を吸引
する吸引駆動部７５と、吸引駆動部７５の吸引入口から
分岐して垂直内壁６１ａのうち互いに離れた部位(この
実施形態では上下に離れて配列した部位)に設けられた
３つの吸引開口７０ｃに接続する配管７６と、配管７６
に介挿される３つの吸引用バルブ７６ｖおよび流量セン
サ７８ａとを備えている。この流量センサ７８ａと同様
の流量センサ７８ｂが、後述する粉末搬送管８１の途中
に設けられている。また、吸引部ＷＲは、吸引した粉末
材料を粉末供給部４０に搬送するための回収部として機
能する。

【００３９】吸引駆動部７５は、配管７６を介して処理
室７２内に気流を発生させ、未結合粉末を吸引するため
の部位である。

【００４０】吸引用バルブ７６ｖのそれぞれは、制御部
１０からの指令信号に応答して、それぞれの吸引開口７
０ｃの開閉を自動的に行う電磁バルブである。ここで、
３つの吸引用バルブ７６ｖを選択的に開閉することによ
り、処理室７２から吸引する吸引開口７０ｃを選ぶこと
が可能となる。

【００４１】さらに、粉末除去装置７０は、垂直内壁６
１ａの突起部６１ｔに設けられている重量センサ７９を
有するとともに、垂直内壁６１ａの中央付近に設けられ
るシャッター６７と、シャッター６７をＸ方向に駆動す
る３つの駆動ローラ６８とを有している。

【００４２】重量センサ７９は、網状トレイ９上の三次
元造形物９１を含む積載重量を計測するためのセンサで
ある。

【００４３】そして、造形ステージ６２の降下により未
結合粉末に埋もれた三次元造形物９１が処理室７２内に
移動すると、送風駆動部７３を起動し、送風用バルブ７
４ｖを開いて送風開口７０ｂから処理室７２に送風が行
われる。また、吸引駆動部７５を起動し、吸引用バルブ
７６ｖを開いて吸引開口７０ｃから吸引が行われること
となる。

【００４４】この粉末除去において、三次元造形物９１
から落下した粉末材料は、網状トレイ９及び造形ステー
ジ６２の孔Ｈ１、Ｈ２(図２)を通って、回収室７１に堆
積することとなる。

【００４５】＜粉末回収機構８０の要部構成＞回収室７
１の底部には粉末搬送用スクリュー８２が設けられてい
る。この粉末搬送用スクリュー８２は、回収した粉末材
料を粉末供給部４０に搬送するための粉末回収機構８０
の一部を構成する。

【００４６】粉末回収機構８０は、上記粉末搬送用スク
リュー８２の他、粉末搬送管８１と駆動部８３とを備え
て構成される。粉末搬送管８１は、回収室７１の底部か
ら粉末供給部４０のタンク部４１内部へと配置されてい
る。そして、この粉末搬送管８１の内部には、柔軟な部
材で形成された粉末搬送用スクリュー８２が回収室７１
の底部からタンク部４１内部の管端部８４付近まで配置
されている。図１に示すように、粉末搬送管８１は２カ
所に屈曲部８１ａ，８１ｂを有するが、粉末搬送用スク
リュー８２は柔軟な部材で形成されていることから、そ
のような屈曲部８１ａ，８１ｂにおいても粉末搬送管８
１に沿って屈曲した状態で配置される。ただし、これら
屈曲部８１ａ，８１ｂは、曲率半径が大きくなるように
設定され、スクリューの回転力が屈曲部の前後で有効に
スクリューの回転力として伝達されるように構成するこ
とが好ましい。

【００４７】そして、粉末搬送用スクリュー８２の一端
側は、モータ等によって構成される駆動部８３の回転軸
に連結されており、駆動部８３が所定方向に回転駆動を
行うことで、粉末搬送用スクリュー８２もスクリューの
中心軸回りに所定方向への回転動作を行う。この回転力
は、屈曲部８１ａ，８１ｂにおいても有効に粉末搬送用
スクリュー８２に伝達され、粉末搬送管８１の内部に設
けられた粉末搬送用スクリュー８２は全体的に駆動部８
３に連動してその中心軸回りの回転動作を行う。

【００４８】この結果、回収室７１に堆積した粉末材料
は、粉末搬送用スクリュー８２によって粉末搬送管８１
の内部を搬送され、粉末供給部４０におけるタンク部４
１の内部に再供給されることとなり、粉末材料の再利用
を行うことが可能になる。

【００４９】＜粉末供給部４０の要部構成＞粉末供給部
４０は、粉末材料を収容するタンク部４１と、タンク部
４１からの粉末供給口（出口）に設けられ、駆動制御部
１２からの指令によってタンク部４１の粉末供給口を開
閉させる締切板４２とを備えている。

【００５０】タンク部４１には、例えば白色の粉末材料
が収容されている。この粉末材料は、三次元造形物９１
の形成における材料となるもので、例えば、デンプン
粉、樹脂粉末などが使用される。

【００５１】また、タンク部４１の上部側には、未使用
の粉末材料が収容される粉末材料容器３０を装着する容
器装着部４３が設けられている。

【００５２】締切板４２は、駆動制御部１２による駆動
指令に基づいて水平方向（Ｘ方向）にスライドできるよ
うになっており、造形部６の粉末仮置部６１ｂ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。

【００５３】粉末伸展部５０は、ブレード５１と、ブレ
ード５１の動作を規制するガイドレール５２と、ブレー
ド５１を移動させる駆動部５３とを備えている。

【００５４】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、造形槽６１の凹部における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
る粉末材料の伸展（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。

【００５５】駆動部５３は、ブレード５１を垂直方向
（Ｚ方向）に昇降移動させたり、水平方向（Ｘ方向）に
往復移動させることが可能となっている。そして、駆動
制御部１２からの指令に基づいて駆動部５３が動作する
ことにより、ブレード５１のＸ方向及びＺ方向の移動が
可能となる。

【００５６】＜三次元造形システム１の動作＞図３は、
三次元造形システム１の基本的な動作を示すフローチャ
ートである。この動作では、制御部１０により自動的に
実行される。

【００５７】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
る三次元形状データには、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。

【００５８】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。

【００５９】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。具体的には、
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、形状デー
タ及び彩色データを含む断面データを作成するのであ
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。

【００６０】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。

【００６１】次のステップＳ４以降については、制御部
１０が各部を制御することによって行われる動作であ
る。

【００６２】ステップＳ４では、造形ステージ６２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６２がＺ方向移動部６３によ
り、コンピュータ１１から入力された上記積層厚さに基
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。これにより、造形ステージ６２上に積層されて必要
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、網状ト
レイ９の上面自身の上にスペースが形成されるようにす
る。

【００６３】ここでは、孔Ｈ１(図２)を塞ぐように造形
ステージ６２上に網状トレイ９が配置されるとともに、
電磁石６２ｍの通電により造形ステージ６２に網状トレ
イ９が固定される。これにより、粉末が孔を通って落下
せず造形ステージ６２上で保持できることとなる。

【００６４】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。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
の粉末材料を所定量だけ造形部６の粉末仮置部６１ｂに
落下させる。この所定量とは、上記のスペースの体積
（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。また、最初の層形成時（Ｎ＝１の時）には、網
状トレイ９の隙間に粉末材料を充填することも考慮し
て、他の層形成時（Ｎ＞１の時）よりもさらに若干多め
に設定することが好ましい。所定量の粉末材料の供給完
了後、締切板４２が閉止位置に戻り粉末供給を停止す
る。

【００６５】ステップＳ６では、ステップＳ５で供給さ
れた粉末材料を造形ステージ６２上に伸展し、粉末材料
の薄層を１層分形成する。つまり、粉末仮置部６１ｂ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６２上に形成された薄層形成のための
スペースに粉末材料が入り込み、薄い均一な粉末層９２
が形成される。このとき、ブレード５１の下部先端を造
形部６の最上面に沿って移動させる。これにより、所定
の厚さの粉末材料の薄層が正確に形成できる。

【００６６】そして、粉末層９２が形成された後、ブレ
ード５１は、駆動部５３によって最上面から上方に離さ
れるとともに、粉末層９２の上方を通過して初期位置に
復帰する。

【００６７】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方向駆動
部２３を駆動することにより、ノズルヘッド２２をＸＹ
平面内で移動させる。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、その移動に伴って各吐出ノズル２２ａ〜２２ｄから
選択的に着色されたバインダの吐出を行わせる。これに
より、粉末材料の結合体が生成される。なお、バインダ
が塗布されない粉末材料（未結合粉末）は個々に独立し
た状態を保つこととなる。

【００６８】ここでは、三次元造形物９１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情報に基づいてＹ、Ｍ、Ｃお
よびＷのバインダを選択的に吐出する。これにより、三
次元造形物９１の造形過程において造形物表面に彩色を
施すことができ、カラー造形を行うことが可能になる。
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のバインダを吐出することにより、造
形を行う。

【００６９】また、粉末層９２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方向駆動部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。

【００７０】バインダの吐出完了後、バインダ吐出動作
を停止し、ＸＹ方向駆動部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。

【００７１】なお、バインダの吐出後、バインタを乾燥
させる工程を介在するように構成してもよい。例えば、
粉末層９２の上方側から、赤外線ランプ等を照射する工
程を行うようにしてもよい。これにより、粉末層９２に
付着したバインダの迅速な乾燥を行うことができる。た
だし、自然乾燥により迅速に硬化する種類のバインダで
は、特に乾燥工程は不要となる。

【００７２】そして、一層分の造形が終了するとステッ
プＳ８に進んで、駆動制御部１２が、ステップＳ３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
たかどうかを判定する。つまり、三次元造形物９１の造
形が完了したかどうかを判断するのである。ここで、造
形完了と判定された場合には、ステップＳ９に進み、造
形未完と判定された場合には、ステップＳ４からの処理
を繰り返す。

【００７３】ステップＳ４に戻った場合には、第Ｎ層目
の上側に第Ｎ＋１層目の新たな粉末材料の結合体を形成
する動作が行われる。そして、このような繰り返し動作
により、造形ステージ６２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９１が造形ステージ６２上に生成される。そ
してステップＳ８において造形完了と判定される。

【００７４】以上の造形動作では、次のステップＳ９に
おける粉末除去を考慮し、例えば凹部を有する箱型形状
の三次元造形物９１の造形では、未結合粉末が重力を利
用して落下できるよう、その凹部の開口が鉛直下方を向
くように三次元造形物９１の造形を制御するのが好まし
い。また、凹部が複数あり、その凹部が様々な方向を向
いている場合には、より多くの未結合粉末が重力により
落下除去できるような向きに三次元造形物９１を造形す
るのが好ましい。

【００７５】ステップＳ９では、後で詳述する粉末除去
が行われる。

【００７６】ステップＳ１０では、ステップＳ９で未結
合粉末が除去された三次元造形物９１の取出しが行われ
る。ここでは、図８に示すように造形ステージ６２が、
上昇し、三次元造形物９１を取出すことができる。

【００７７】以上で、三次元造形システム１における一
連の動作が終了する。上記の三次元造形システム１によ
れば、三次元造形物９１に付着している未結合粉末を自
動的に除去することができるように構成されているた
め、装置周囲の環境に粉末材料を飛散させることなく三
次元造形物９１を取り出すことができる。

【００７８】また、三次元造形システム１では、粉末除
去装置７０において除去された未結合粉末を回収室７１
にて回収するとともに、その回収された未結合粉末を粉
末回収機構８０によって粉末供給部４０に再供給するよ
うに構成されている。つまり、未結合粉末を自動的に再
利用することが可能なように構成されており、未結合粉
末を再利用するためにユーザが作業を行う必要はない。

【００７９】＜粉末除去の動作＞図４は、上記のステッ
プＳ９に対応する粉末除去の動作を説明するフローチャ
ートである。

【００８０】ステップＳ１１では、Ｚ方向移動部６３に
より造形ステージ６２が降下し、粉末除去装置７０に三
次元造形物９１が移動される。この際には、造形ステー
ジ６２上の網状トレイ９、三次元造形物９１、および三
次元造形物９１の周囲の未固化粉末が一体となって造形
槽６１を降下することとなる。

【００８１】また、上記の動作に付随して、ノズルヘッ
ド２２が、造形ステージ６２の上方から待避し、ノズル
ヘッド２２を保護する機構(図示せず)によって外部から
の粉塵侵入を防ぎ、また乾燥から保護される。

【００８２】ステップＳ１２では、図５に示すように粉
末層９２の最上層がシャッターより、下方に位置すると
ころまで造形ステージ６２が降下すると、待避位置にあ
ったシャッター６７が移動し造形槽６１に蓋をする。

【００８３】このシャッタ６７の閉動作により、未結合
粉末が上方に飛散し、雰囲気中に浮遊するのを防止でき
るとともに、ノズルヘッド２２や他の機構部への粉末の
付着を防止できる。なお、シャッター６７の閉止によ
り、処理室７２を密閉するのが望ましい。

【００８４】そして、網状トレイ９が造形槽６１内の重
量センサ７９に接触する位置まで造形ステージ６２が降
下すると、造形ステージ６２上で網状トレイ９を固定す
る電磁石６２ｍの通電が停止され、網状トレイ９と造形
ステージ６２との分離が可能となる。さらに造形ステー
ジ６２が降下すると、網トレイ９は造形槽６１の重量セ
ンサ７９に引っかかり造形ステージ６２と離れて保持さ
れることとなる。この網状トレイ９と造形ステージ６２
との分離動作により、未結合粉末の一部は網状トレイ９
および造形ステージ６２の孔Ｈ１、Ｈ２(図２)を通って
下方に落下することとなる(図６)。

【００８５】ステップＳ１３では、図６に示すように、
送風駆動部７４を駆動し、送風開口７０ｂから複数の気
流Ａｆを発生させ、三次元造形物９１に送風する。ここ
では、送風バルブ７４ｖを選択的に開閉して、次のよう
な送風制御が行われる。

【００８６】図７は、処理室７２における送風制御を説
明するための図である。図７の横軸は時間ｔを示してお
り、縦軸は風量Ｑを示している。

【００８７】送風開始ｔ＝０から時間Ｔａの間は、上段
の送風開口Ａ、中段の送風開口Ｂ、および下段の送風開
口Ｃから一定の風量で送風を行う。これにより、三次元
造形物９１から均等に未結合粉末を除去でき、大まかな
粉末除去が行える。

【００８８】次の時間Ｔｂでは、上段の開口Ａから下段
の開口Ｃまで順次に送風を行う。これにより、三次元造
形物９１の上部から下部にかけて粉末の除去を行えるた
め、重力を利用した粉末の除去を行える。

【００８９】そして、時間Ｔｃでは、風量を増して上段
の開口Ａから送風を行う。これにより、時間Ｔａ、Ｔｂ
における送風では未結合粉末の除去が難しい上部の傾斜
部に対して集中的に送風が行える。つまり、三次元造形
物９１の形状に応じ、粉末除去が難しい領域への集中的
な除粉が行える。

【００９０】このように、三次元造形物９１の形状、付
着する未結合粉末の量などを考慮し、制御部１０により
風量などを制御することにより、効率よく除粉が行え
る。

【００９１】ステップＳ１４では、吸引駆動部７６を駆
動し、吸引開口７０ｃから複数の気流Ａｇを発生させ、
三次元造形物９１周辺の未結合粉末を吸引する。ここで
は、図に示すように、３つの吸引用バルブ７６ｖを開い
て、処理室７２から吸引する。

【００９２】なお、ここでは、上記の送風制御と同様
に、三次元造形物９１の形状などを考慮して、吸引制御
するのが好ましい。

【００９３】ステップＳ１５では、網状トレイ９および
造形ステージ６２を通って落下した未結合粉末を粉末回
収機構８０によって回収する。ここでは、落下した粉末
が回収室７１に溜まり、粉末搬送用スクリュー８２の回
転により押出されて粉体供給部４０へと戻される。

【００９４】ステップＳ１６では、三次元造形物９１周
囲の未結合粉末の除去が完了したかを判定する。

【００９５】具体的には、コンピュータ１１内のタイマ
によって除粉開始から計測される経過時間と、粉末除去
が完了するまでに必要とされると予想される予想時間に
所定のマージンに相当する時間値を加算して算出され
る。

【００９６】この所要時間Ｔｏの長短に影響を及ぼす要
素としては、例えば次の５要素が考えられる。

【００９７】１.三次元造形物９１の造形に使用する粉
末材料の体積の大きさ。

【００９８】（造形槽６１における積層数ｎ×積層厚さ
ｔ）２.未結合粉末の量の多さ。

【００９９】（造形槽６１における積層数ｎ×積層厚さ
ｔ−三次元造形物９１の体積）３.三次元造形物９１の表面形状の複雑さ。

【０１００】（三次元造形物の表面積と体積との比）４.三次元造形物９１表面の凹部の数。

【０１０１】５.三次元造形物９１の陰となり、送風が
届かない領域の大きさ。

【０１０２】上記の５要素を考慮し、所要時間Ｔｏは、
例えば、上記マージンの大きさをＴｍとして、次の数式
(１)のように算出できる。この演算は、制御部１０で実
行される。

【０１０３】Ｔｏ＝ｋ1・Ｄ1＋ｋ2・Ｄ2＋ｋ3・Ｄ3＋ｋ4・Ｄ4＋ｋ5・Ｄ5＋Ｔｍ・・・(１) ここで、Ｄ1〜Ｄ5は、上記「１.」〜「５.」それぞれの
要素を表現する具体的な値であり、ｋ1〜ｋ5は、各要素
に対する重み係数である。これらの数値はあらかじめ実
験的に求められる。

【０１０４】そして、三次元形状データに基づき、所要
時間Ｔｏを、上式(１)の演算結果を予め記録しているデ
ータテーブルから読取り、これを粉末除去装置７０を運
転する基準時間と設定する。なお、所要時間Ｔｏは、デ
ータテーブルから読取るのでなく、逐次演算で求めても
良い。

【０１０５】なお、所要時間Ｔｏに影響を及ぼす要素
は、上記の５要素の他に、気温、湿度などによる粉末材
料の流動度合などが考えられる。これらもパラメータと
して考慮に入れた所要時間Ｔｏの算出を行うのが好まし
い。

【０１０６】このステップＳ１６の動作において、粉末
除去が完了した場合には、ステップＳ１７に進み、完了
していない場合には、ステップＳ１３に戻る。

【０１０７】ステップＳ１７では、粉末除去装置７０を
停止し、シャッター６７が閉止位置から開動作を行って
図８に示すような待避位置に移動する。

【０１０８】ステップＳ１８では、Ｚ方向移動部６３の
駆動部６４を駆動して造形ステージ６２を上昇し、粉末
除去装置７０から三次元造形物９１を搬出する。そし
て、図８に示す位置に造形ステージ６２が上昇すると、
三次元造形物９１が取出せることとなる。

【０１０９】この粉末除去装置７０の動作により、粉末
除去において、三次元造形物に対して複数の開口から送
風を行うとともに、複数の開口から吸引を行うため、不
要な粉末材料を効率よく除去でき、未結合粉末から三次
元造形物を容易に取出すことができる。

【０１１０】また、以上の三次元造形システム１の動作
により、三次元造形システム１における一連の動作の一
部として自動的に未結合粉末の除去を行うことが可能で
あるため、三次元造形物９１の生成後にユーザ自らが未
結合粉末を除去する必要がなく、手や服を汚すこともな
くなる。

【０１１１】なお、上述したステップＳ１６における除
去完了を、未結合の粉末材料の除去の進行状況を反映す
る計測値に基づいて判定する条件については、所要時間
により除去完了判定を行うだけでなく、以下で説明する
判定方法を併用することが好ましい。

【０１１２】＜三次元造形物９１に係る重量変化で判定
＞粉末除去装置７０において、三次元造形物９１周辺の
未結合粉末の除去が完了したか否かを、三次元造形物９
１を含む網状トレイ９上の積載物に対する重量センサ７
９による重量計測値と、予め設定される閾値との比較に
より判定する方法について、以下で説明する。

【０１１３】この判定方法では、上記の閾値を算出する
ため、まず三次元造形物９１の予想重量を制御部１０で
算出する。

【０１１４】この三次元造形物の重量Ｍａは、三次元造
形物９１の基礎となる三次元形状データと、粉末材料の
体積および比重と、接着剤の体積および比重とから計算
可能である。すなわち、三次元形状データから導かれる
三次元造形物の体積をＶａ、粉末の充填率をφｐ、粉末
の比重をρｐ、使用する接着剤の体積をＶｂ、接着剤の
比重をρｂとすると、造形物の重量は、次の数式(２)で
算出される。

【０１１５】Ｍａ＝ρｐ×Ｖａ×φｐ＋ρｂ×Ｖｂ・・・・・(２) 上式から算出された三次元造形物９１の重量を利用して
求められた閾値に対して、重量センサ７９により測定さ
れる三次元造形物９１と、その周囲に付着して残存して
いる未結合の粉末材料との合計重量の計測値が次の条件
を満足すれば、粉末除去動作を停止するよう制御部１０
から指示が出されることとなる。 (重量センサの計測値−網状トレイの重量)＜(造形物
の重量Ｍａ)×(１+α1）ここで、α１は、三次元造形物９１における粉末の充填
率が多少の誤差を含んでおり、上式(２)によって正確な
三次元造形物９１の重量の算出が困難であるため、これ
を考慮したものである。 (重量センサの計測値変化率)＜β１この計測値変化率とは、重量センサ７９による計測値の
単位時間あたりの変化量のことである。

【０１１６】なお、完了判定においては、上記、の
条件を単独で判定しても良い。また、所定値α１、β１
は予め経験的に求めた値を使用しても良いし、その値に
操作者が修正を加えたものでも良い。

【０１１７】このような重量変化による判定は、それを
単独で利用することもできるが、他の判定基準、特に既
述した所要時間による判定と併用するのが好ましい。そ
れは、重量変化判定において、もしエラーが生じると除
去完了判定が無限ループに入ってしまい、完了指令が生
じない可能性もあるためである。所要時間判定は、タイ
マ計測によるものであってエラーには強いため、これを
併用することにより、必ず除去完了指令が出ることにな
る。なお、このような所要時間判定との併用のメリット
は、以下の他の判定基準を採用した場合にも同様であ
る。

【０１１８】＜除去粉末の流量変化で判定＞粉末除去装
置７０において、三次元造形物９１周辺の未結合粉末の
除去が完了したか否かを、流量センサ７８に基づき算出
される除去された粉末の体積と、予め設定される閾値と
の比較により判定する方法について、以下で説明する。

【０１１９】この判定方法では、上記の閾値を算出する
ため、まず除去粉末の予想体積Ｖｅを制御部１０で算出
する。

【０１２０】この除去粉末の体積Ｖｅは、三次元形状デ
ータから導かれる三次元造形物の体積をＶａ、造形槽６
１のＸＹ平面における凹部の断面積をＳａ、粉末層の積
層数をｎ、粉末層厚さをｔとすると、除去粉末の体積
は、次の数式(３)で算出される。

【０１２１】Ｖｅ＝Ｓａ×ｎ×ｔ−Ｖａ・・・・・・・・・・(３) 上式から算出された除去粉末の体積を利用して求められ
た閾値に対して、流量センサ７８により測定された計測
値の積分値(累積値)、すなわち除去済み粉末の体積が次
の２つの条件を満足すれば、粉末除去動作を停止するよ
う制御部１０から指示が出される。 (流量センサから得られる除去済み粉末の体積)＞(除
粉粉末の体積Ｖｅ)×(1−α2) ここで、α２は、流量センサ７８の計測誤差などを考慮
したものである。 (流量センサの計測値)＜β２ここで、流量センサ７８の計測値は、除去済み粉末の体
積の単位時間あたりの変化量を示すこととなる。

【０１２２】なお、完了判定においては、上記、の
条件を単独で判定しても良い。また、上記の所定値α
２、β２は予め経験的に求めた値を使用しても良いし、
その値に操作者が修正を加えたものでも良い。

【０１２３】以上で説明した各判定のフローチャート
(すなわちステップＳ１６の詳細)を図２０に示してお
く。

【０１２４】＜第２実施形態＞＜三次元造形システムの要部構成＞図９は、本発明の第
２実施形態に係る粉末除去装置７０Ａを組込んだ三次元
造形システム１Ａの要部構成を示す図である。

【０１２５】三次元造形システム１Ａは、第１実施形態
の三次元造形システム１と類似の構成であるが、粉末除
去装置７０Ａの送風部ＷＴが異なっている。

【０１２６】送風部ＷＴは、第１実施形態と同様の送風
駆動部７３と、送風駆動部７３の送風出口から２方に分
岐して垂直内壁６１ａに接続する配管７４Ａと、配管７
４Ａに介挿される２つの送風用バルブ７４ｖとを備えて
いる。

【０１２７】また、送風部ＷＴは、配管７４Ａの端部に
接続するノズル部７００と、シャッター７０３とを有し
ている。

【０１２８】ノズル部７００は、俯仰自在の送風ノズル
７０１とノズル駆動部７０２とを有しており、制御部１
０からの指令信号に応答して能動化される。ノズル駆動
部７０２内のモータなどにより送風ノズル７０１の送風
方向がＸＺ平面内で変更可能となっている。

【０１２９】シャッター７０３は、Ｚ方向に移動自在に
構成されている。

【０１３０】＜三次元造形システム１Ａの動作＞三次元
造形システム１Ａは、第１実施形態の三次元造形システ
ム１と類似の動作を行うが、粉末除去装置７０Ａにおけ
る粉末除去の動作(図３のステップＳ９)が異なってい
る。

【０１３１】この除粉動作においては、三次元造形物９
１を造形(図９)した後、図１０に示すように、造形ステ
ージ６２を降下させるとともに、シャッター６７を閉
じ、送風部ＷＴのシャッター７０３を開ける。

【０１３２】そして、図１１に示すように、網状トレイ
９と造形ステージ６２とが分離されると、送風ノズル７
０１から気流Ａｆによる送風が行われるとともに吸引開
口７０ｃから気流Ａｇによる粉末の吸引が行われる。こ
の送風では、ノズル駆動部７０２を駆動し、気流Ａｆの
向きを三次元造形物９１の位置に追従するように制御す
る。

【０１３３】このように送風ノズル７０１からの気流Ａ
ｆの方向が可変となっているため、三次元造形物９１の
形状や、造形ステージ６２と送風ノズル７０１との相対
位置に基づき吐出制御を行うことで、効率よく除粉を行
えることとなる。

【０１３４】以上の粉末除去装置７０Ａの動作により、
粉末除去において、三次元造形物９１に対して複数の開
口から送風を効果的に行えるため、不要な粉末材料をよ
り効率よく除去できる。

【０１３５】なお、送風ノズル７０１の向きについて
は、ＸＺ平面内で変更自在となっているのは必須でな
く、ＸＹ平面内で変更自在となっていても良い。また、
三次元造形物９１の移動に追従して送風ノズル７０１の
向きを変更するのは必須でなく、ランダムにその向きを
変更しても良い。複数の送風ノズル７０１のうちの少な
くとも１の送風ノズルの向きを変更可能にすることによ
って、この実施形態と同様の作用が得られる。

【０１３６】＜第３実施形態＞図１２は、本発明の第３
実施形態に係る粉末除去装置７０Ｂを組込んだ三次元造
形システム１Ｂの要部構成を示す図である。

【０１３７】三次元造形システム１Ｂは、第１実施形態
の三次元造形システム１と類似の構成であるが、粉末除
去装置７０Ｂが異なっている。以下では、第１実施形態
の粉末除去装置７０と異なる部位を中心に説明する。

【０１３８】粉末除去装置７０Ｂは、造形槽６１上部の
垂直内壁６１ａより幅広となっている処理室７２Ｂと、
造形ステージ６２Ｂ上で三次元造形物９１の姿勢を変更
可能な姿勢変更部６５と、支持棒６３ａと造形ステージ
６２との間に設けられる重量センサ７９Ｂとを有してい
る。なお、造形ステージ６２Ｂは、網状トレイ９を載置
しないため、第１実施形態の造形ステージ６２に対し電
磁石６２ｍが削除されているとともに孔Ｈ２(図２(ｂ))
のない平板として形成されている。

【０１３９】姿勢変更部６５は、傾斜台６５ａと回転台
６５ｂとを有している。

【０１４０】傾斜台６５ａは、可動部と、この可動部と
円弧面で接続する基部を有しており、可動部が円弧面に
沿った方向ＳＬにスライド可能な構成となっている。こ
れにより、姿勢変更部６５上の三次元造形物９１を傾け
ることが可能となる。

【０１４１】回転台６５ｂは、円板状の形状を有し、上
部が軸Ｒｃを中心に回転できる構成となっている。これ
により、姿勢変更部６５上の三次元造形物９１を、その
底面に平行な面内で回転(旋回)させることが可能とな
る。

【０１４２】重量センサ７９Ｂは、第１実施形態の重量
センサ７９に代わるものであり、造形ステージ６２上の
三次元造形物９１を含む積載重量を計測する。

【０１４３】＜三次元造形システム１Ｂの動作＞三次元
造形システム１Ｂは、第１実施形態の三次元造形システ
ム１と類似の動作を行うが、粉末除去装置７０Ｂにおけ
る粉末除去の動作(図３のステップＳ９)が異なってい
る。

【０１４４】この除粉動作においては、第１実施形態の
網状トレイ９を使用せずに三次元造形物９１を造形した
後、図１２に示すように、造形ステージ６２Ｂを降下す
るとともに、シャッター６７を閉じる。

【０１４５】そして、送風部ＷＳにおける送風開口７０
ｂから三次元造形物９１の方に向けて気流Ａｆによる送
風を行うとともに、吸引開口７０ｃから気流Ａｇによる
粉末の吸引を行う。ここでは、図１３のように三次元造
形物９１を傾けるとともに、軸Ｒｃを中心に回転を加え
ることにより、より効率よく除粉が行えることとなる。

【０１４６】なお、重量センサ７９Ｂによる計測値を用
いて粉末除去の完了判定を行う場合には、次の判定式
(４)で判定される。

【０１４７】 (重量センサの計測値−造形ステージおよび姿勢変更部の重量) ＜(三次元造形物の重量)×(１+α1）・・・・(４) また、このような姿勢変更部６５による三次元造形物９
１の姿勢変更に加えて、造形ステージ６２の昇降による
三次元造形物９１の移動によって、三次元造形物９１と
送風開口７０ｂからの気流方向との相対位置を変更でき
るため、より効果的に粉末除去を行うことができる。

【０１４８】なお、粉末除去装置７０Ｂに第２実施形態
のノズル部７００をさらに付加することにより、さらに
効果的に粉末除去が行える。

【０１４９】また、上述のように除粉を容易にするた
め、三次元造形物９１の凹状部を鉛直下向きとなるよう
に造形するのが好ましいが、粉末積層造形法において
は、上面側の表面の方が下流側の表面よりも面精度がよ
く滑らかな面に仕上がる傾向にあり、三次元造形物９１
において精度良く仕上げたい面を鉛直上向きにして造形
を行いたい場合もある。このような場合にも、凹状部の
開口を上向きに造形した後、三次元造形部９１と送風開
口７０ｂとの相対位置が変更可能な姿勢変更部６５を駆
動することにより、適切に粉末除去が行えることとな
る。

【０１５０】以上の粉末除去装置７０Ｂの動作により、
粉末除去において、三次元造形物の姿勢を変更できるた
め、不要な粉末材料をより効率よく除去できる。

【０１５１】＜変形例＞ ◎上記の第３実施形態における三次元造形システムにつ
いては、造形ステージ６２Ｂ上の姿勢変更部６５が除去
された構成の造形部６Ａ(図１４)を備えるものでも良
い。

【０１５２】この造形部６Ａにおける除粉動作では、造
形ステージ６２を下降させつつ、まず上段の送風開口７
０ｂから気流Ａｆによる送風を行うとともに、上段の吸
引開口７０ｃから気流Ａｇによる粉末の吸引を行う(図
１４(ａ))。そして、造形ステージ６２の降下が進む
と、それに追従して、中段から下段に送風開口７０ｂか
らの気流Ａｆおよび吸引開口７０ｃへの気流Ａｇを追加
していく(図１４(ｂ))。

【０１５３】このような気流Ａｆ、Ａｇの選択的な動作
により、三次元造形物９１の姿勢変更を行う場合より多
少除粉効率が低下しつつも除粉が適切に行える。また、
以上の構成により造形部の構成を簡素化できる。

【０１５４】◎上記の各実施形態の送風部については、
図１５に示すような構成を有する送風部ＷＵでも良い。

【０１５５】送風部ＷＵは、送風ノズル７１１とロボッ
トアーム７１２とを有している。

【０１５６】このロボットアーム７１２は、アーム７１
３と、アーム７１３を移動させる水平駆動部７１４と、
送風ノズル７１１の向きを変更させる回転駆動部７１５
とを有している。

【０１５７】この水平駆動部７１４および回転駆動部７
１５の駆動により、送風ノズル７１１は、方向ＦＢにス
ライドできるとともに、方向ＲＯに回動できる。

【０１５８】このロボットアーム７１２により、例えば
図１５に示す気流Ａｆの方向にするなど様々な角度から
三次元造形物９１に対して送風できることとなる。

【０１５９】以上の構成を有する送風部ＷＵによって、
さらに効果的に未結合粉末の除去を行える。

【０１６０】なお、上記のロボットアームで吸引するよ
うにしても良い。この場合、送風が必ずしも必要でなく
なる。

【０１６１】◎上記の各実施形態における粉末回収機構
８０については、未結合の粉末材料をリフレッシュする
装置８５を付加しても良い(図１７参照)。

【０１６２】図１８は、リフレッシュ装置８５の要部構
成を示す図である。

【０１６３】リフレッシュ装置８５は、振動器８５１
と、振動器８５１に加振されるふるい８５２と、異物回
収容器８５３と、搬送ベルト８５４と、熱源８５５と、
搬送容器８５６とを有している。

【０１６４】このリフレッシュ装置８５では、まず、ふ
るい８５２に落下した粉末が、振動器８５１で加振され
るふるい８５２により、粒径が小さく再利用可能な粉末
が搬送ベルト８５４に落下されるとともに、粒径が大き
くなり異物として扱われる粉体が異物回収容器８５３に
排出される。

【０１６５】次に、駆動される搬送ベルト８５４によ
り、粉末が方向ＴＲに移動し熱源８５５で乾燥されて搬
送容器８５６に収容される。この搬送容器８５６内の粉
末は、粉末搬送用スクリュー８２により粉末供給部４０
に搬送されることとなる。

【０１６６】そして、粉末供給部４０のタンク部４１に
戻された粉末は、粉末材料容器３０に収容される未使用
の粉末と混合されて造形に再利用されることなる。な
お、例えば、タンク部４１において回収された粉末が不
足するまで造形部６に供給し、不足した合には未使用の
粉末を粉末材料容器３０から補充するといったように、
回収された粉末を未使用の粉末より優先して使用しても
良い。

【０１６７】以上のリフレッシュ装置８５の動作によ
り、再利用可能な粉末を粉末供給部４０に戻すことがで
き、経済的で品質の良い三次元造形物９１の造形が可能
となる。

【０１６８】また、次で説明するリフレッシュ装置８６
を粉末回収機構８０に適用しても良い。

【０１６９】図１９は、リフレッシュ装置８６の要部構
成を示す図である。

【０１７０】リフレッシュ装置８６は、送風機８６１
と、ヒータ８６２と、異物回収容器８６３と、搬送容器
８６４とを有している。

【０１７１】このリフレッシュ装置８６では、まず、導
入路８６５を通過して落下した粉末が、送風機８６１で
発生しヒータ８６２で暖められた温風によって、乾燥さ
れるとともに、重量が大きく異物として扱われる粉体が
異物回収容器８６３に落下する。一方、再利用可能な軽
い粉末は、温風によって吹き飛ばされ搬送容器６５４に
落下する。そして、搬送容器６５４内の粉末は、粉末搬
送用スクリュー８２により粉末供給部４０に搬送され
る。

【０１７２】以上のリフレッシュ装置８６の動作によ
り、上記のリフレッシュ装置８５と同様に、再利用可能
な粉末を粉末供給部４０に戻すことができ、経済的で品
質の良い三次元造形物９１の製作が可能となる。

【０１７３】◎上記の各実施形態については、造形槽に
おいて一方の内壁に送風開口が設けられ対向する内壁に
吸引開口が設けられているが、このような配置に限ら
ず、送風開口の直下に吸引開口を設けたり、鉛直方向に
送風開口と吸引開口とを互い違いに設けるなどの配置で
も良い。

【０１７４】また、造形槽の周囲の各面に送風口を設
け、それらを順に動作させることにより、造形物の全周
に対して送風を行うようにしても良い。

【０１７５】◎上記の第１および第２実施形態における
粉末除去装置については、未結合粉末を効率よく落下さ
せるため、網状トレイに振動器を接続し微小振動を与
え、粉末の流動性を高めるようにしても良い。この振動
器としては、モータの回転軸におもりを偏芯して取り付
けたページャモータ、圧電セラミクスなどが適用でき
る。この場合、粉末材料の粒径、質量などに応じて、網
状トレイに与える振動周波数の設定を変更し、最適な振
動を与え粉末粒子の流動性を高めるのが望ましい。

【０１７６】◎上記の各実施形態については、送風開口
を設けて処理室に送風するのは必須でなく、例えば処理
室内に複数の送風用ファンを設け、複数の気流を発生さ
せて三次元造形物に送風しても良い。

【０１７７】◎上記の各実施形態における除粉完了の判
定については、制限時間オーバで強制終了した場合に
は、制御装置のモニタや造形部の表面部に、除粉の強制
終了と人手による除粉作業とを促す旨の警告を表示する
のが好ましい。

【０１７８】◎上記の各実施形態において、除去粉末の
流量変化率または三次元造形物に係る重量変化率が、予
想より低く除粉の効率が悪化していると判断される場合
には、送風の風速、風圧を大きくするなどの制御を行
い、効率の良い除粉制御を行っても良い。

【０１７９】◎上記の各実施形態においては、除去粉末
量を流量センサ７８で測定するのは必須でなく、除去粉
末量を重量センサで計測しても良い。

【０１８０】また、吸引開口７０ｃが複数ある場合に
は、吸引開口７０ｃに接続するそれぞれの配管に、流量
センサを設けても良い。

【０１８１】◎上記の第１および第３実施形態における
送風開口については、造形ステージに平行にスリット状
の形状を有するものでも良い。この場合、送風開口から
空気を噴出させつつ造形ステージを昇降させることによ
り、三次元造形物の周囲から均一に送風が行えるため、
未結合の粉末の除去に有効である。

【０１８２】◎上記の第１および第２実施形態における
網状トレイの固定については、造形ステージに電磁石を
設けて行うのは必須でなく、機構的に固定・解除が行え
るものを適用しても良い。

【０１８３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし請
求項３の発明によれば、未結合の粉末材料の除去処理を
行う処理室において、三次元造形物に送風する複数の気
流を互いに離れた部位から同時にまたは選択的に発生さ
せることが可能であるため、三次元造形物から不要な粉
末材料を効率良く除去できる。

【０１８４】特に、請求項２の発明については、処理室
の外部から複数の気流を導入する複数の送風口が設けら
れて、それらを選択的に能動化できるため、粉末材料の
除去プロセスにおいて最適な気流を与えることができ
る。

【０１８５】また、請求項３の発明については、複数の
気流のうち少なくとも１の気流の方向を変更するため、
不要な粉末材料をより効率よく除去できる。

【０１８６】また、請求項４の発明によれば、未結合の
粉末材料の除去処理を行う処理室において、三次元造形
物に送風する気流の方向を変更するため、三次元造形物
から不要な粉末材料を効率良く除去できる。

【０１８７】また、請求項５および請求項６の発明によ
れば、未結合の粉末の除去処理を行う処理室において、
未結合の粉末材料を吸引する複数の気流を互いに離れた
部位から同時にまたは選択的に発生させることが可能で
あるため、三次元造形物から不要な粉末材料を効率良く
除去できる。

【０１８８】また、請求項６の発明については、処理室
の外部に複数の気流を排出する複数の吸引口が設けられ
るため、簡易に吸引機構を構成できる。

【０１８９】また、請求項７の発明によれば、三次元造
形物からの未結合の粉末材料の除去中に三次元造形物の
姿勢を変更するため、三次元造形物から不要な粉末材料
を効率良く除去できる。

【０１９０】また、請求項８ないし請求項１２の発明に
ついては、三次元造形物から除去された未結合の粉末材
料を粉末材料を供給する供給部に搬送するため、未結合
の粉末の再利用ができ、経済的である。

【０１９１】また、請求項９の発明については、供給部
では未使用の粉末材料より回収された未結合の粉末材料
を優先して供給するため、三次元造形をより廉価に行え
る。

【０１９２】また、請求項１１の発明については、回収
された未結合の粉末材料から異物を除去するため、より
品質の良い三次元造形物の造形ができる。

【０１９３】また、請求項１２の発明については、回収
された未結合の粉末材料を乾燥するため、より品質の良
い三次元造形物の造形ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る粉末除去装置７０
を組込んだ三次元造形システム１の要部構成を示す図で
ある。

【図２】網状トレイ９および造形ステージ６２の断面を
示す図である。

【図３】三次元造形システム１の基本的な動作を示すフ
ローチャートである。

【図４】粉末除去の動作を説明するフローチャートであ
る。

【図５】粉末除去の動作を説明するための図である。

【図６】粉末除去の動作を説明するための図である。

【図７】粉末除去の動作を説明するためのタイムチャー
トである。

【図８】粉末除去の動作を説明するための図である。

【図９】本発明の第２実施形態に係る粉末除去装置７０
Ａを組込んだ三次元造形システム１Ａの要部構成を示す
図である。

【図１０】粉末除去の動作を説明するための図である。

【図１１】粉末除去の動作を説明するための図である。

【図１２】本発明の第３実施形態に係る粉末除去装置７
０Ｂを組込んだ三次元造形システム１Ｂの要部構成を示
す図である。

【図１３】粉末除去の動作を説明するための図である。

【図１４】本発明の変形例に係る造形部６を説明する図
である。

【図１５】本発明の変形例に係る送風部ＷＵの要部構成
を示す図である。

【図１６】粉末除去の動作を説明するための図である。

【図１７】本発明の変形例に係るリフレッシュ装置８５
を説明する図である。

【図１８】リフレッシュ装置８５の要部構成を示す図で
ある。

【図１９】リフレッシュ装置８６の要部構成を示す図で
ある。

【図２０】粉末除去の完了判定を説明するフローチャー
トである。

【符号の説明】

１、１Ａ、１Ｂ三次元造形システム４０粉末供給部６５姿勢変更部７０、７０Ａ、７０Ｂ粉末除去装置７０ｂ送風開口７０ｃ吸引開口７１回収室７２処理室７３送風駆動部７５吸引駆動部７８流量センサ７９、７９Ｂ重量センサ８０粉末回収機構８５、８６リフレッシュ装置９１三次元造形物７００ノズル部７１２ロボットアームＷＳ、ＷＴ、ＷＵ送風部ＷＲ吸引部Ａｆ、Ａｇ気流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中西基浩大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内 (72)発明者和田晃大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内Ｆターム(参考） 4F213 AC04 WA25 WA97 WB01 WL02 WL15 WL26 WL55 WL87 WL96

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粉末材料の層に結合剤を選択的に付与し
粉末材料を結合させることにより、前記粉末材料の結合
体を順次形成し生成される三次元造形物について、前記
三次元造形物の周囲から未結合の粉末材料を除去する装
置であって、 (a)前記三次元造形物を内包し、前記未結合の粉末材料
の除去処理を行う処理室と、 (b)前記処理室において、前記三次元造形物に送風する
複数の気流を相互に離れた部位からそれぞれ発生可能な
送風手段と、を備えることを特徴とする粉末材料除去装
置。
【請求項２】請求項１に記載の粉末材料除去装置にお
いて、前記処理室には、前記処理室の外部から前記複数の気流
を選択的に導入する複数の送風口が設けられることを特
徴とする粉末材料除去装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の粉末材
料除去装置において、 (c)前記複数の気流のうち少なくとも１の気流の方向を
変更する変更手段、をさらに備えることを特徴とする粉
末材料除去装置。
【請求項４】粉末材料の層に結合剤を選択的に付与し
粉末材料を結合させることにより、前記粉末材料の結合
体を順次形成し生成される三次元造形物について、前記
三次元造形物の周囲から未結合の粉末材料を除去する装
置であって、 (a)前記三次元造形物を内包し、前記未結合の粉末材料
の除去処理を行う処理室と、 (b)前記処理室において、前記三次元造形物に送風する
気流を発生させる送風手段と、 (c)前記気流の方向を変更する変更手段と、を備えるこ
とを特徴とする粉末材料除去装置。
【請求項５】粉末材料の層に結合剤を選択的に付与し
粉末材料を結合させることにより、前記粉末材料の結合
体を順次形成し生成される三次元造形物について、前記
三次元造形物の周囲から未結合の粉末材料を除去する装
置であって、 (a)前記三次元造形物を内包し、前記未結合の粉末の除
去処理を行う処理室と、 (b)前記処理室において、前記未結合の粉末材料を吸引
する複数の気流を相互に離れた部位に向かってそれぞれ
発生可能な吸引手段と、を備えることを特徴とする粉末
材料除去装置。
【請求項６】請求項５に記載の粉末材料除去装置にお
いて、前記処理室には、前記処理室の外部に前記複数の気流を
選択的に排出する複数の吸引口が設けられることを特徴
とする粉末材料除去装置。
【請求項７】粉末材料の層に結合剤を選択的に付与し
粉末材料を結合させることにより、前記粉末材料の結合
体を順次形成し生成される三次元造形物について、前記
三次元造形物の周囲から未結合の粉末材料を除去する装
置であって、 (a)前記三次元造形物から前記未結合の粉末材料を除去
する除去手段と、 (b)前記未結合の粉末材料の除去中に、前記三次元造形
物の姿勢を変更する変更手段と、を備えることを特徴と
する粉末材料除去装置。
【請求項８】請求項１ないし請求項７のいずれかに記
載の粉末材料除去装置を有し、三次元造形物を生成する
三次元造形システムであって、 (d)前記三次元造形物の造形に使用する粉末材料を供給
する供給部と、 (e)前記粉末材料除去装置によって前記三次元造形物か
ら除去された未結合の粉末材料を回収する回収部と、 (f)前記回収部で回収された前記未結合の粉末材料を、
前記供給部に搬送する搬送手段と、を備えることを特徴
とする三次元造形システム。
【請求項９】請求項８に記載の三次元造形システムに
おいて、前記供給部は、 (d-1)前記三次元造形物の造形に未使用の粉末材料を補
充する手段、を有し、前記供給部では、前記未使用の粉末材料よりも、前記回
収部で回収された粉末材料を優先して供給することを特
徴とする三次元造形システム。
【請求項１０】請求項８に記載の三次元造形システム
において、前記供給部は、 (d-1)前記三次元造形物の造形に未使用の粉末材料を補
充する手段、を有し、前記供給部では、前記回収部で回収された粉末材料を、
前記未使用の粉末材料と混合して供給することを特徴と
する三次元造形システム。
【請求項１１】請求項８ないし請求項１０のいずれか
に記載の三次元造形システムにおいて、前記搬送手段は、 (f-1)前記回収部で回収された未結合の粉末材料から異
物を除去する手段、を有することを特徴とする三次元造
形システム。
【請求項１２】請求項８ないし請求項１１のいずれか
に記載の三次元造形システムにおいて、前記搬送手段は、 (f-2)前記回収部で回収された未結合の粉末材料を乾燥
する手段、を有することを特徴とする三次元造形システ
ム。