JP2009101651A - 三次元造形装置、および三次元造形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】滑らかな側面を有する三次元物体を、粉体を結合させることによって造形する。
【解決手段】粉体層の上で吐出ヘッドを往復動させ、硬化液の液滴を吐出して粉体層を固
めて形成した断面部材を積層することにより三次元物体を造形する。三次元物体を造形し
たら、粉体層から取り出し、三次元物体の所望の側面を略水平に保持する。そして、その
面の上に略水平な表面の粉体層を形成し、硬化液の液滴を吐出して部材を形成する。こう
すれば、断面部材と断面部材との継ぎ目に生じた段差を滑らかな表面の部材で覆うことが
できるので、凹凸のない滑らかな側面の三次元物体を得ることが可能となる。
【選択図】図７

Description

本発明は、三次元物体を造形する技術に関し、詳しくは、硬化液を吐出して粉末材料（
粉体）を結合させることによって、三次元物体を造形する技術に関する。

粉体を硬化液で固めながら、三次元物体を造形する技術が知られている。この技術では
、次のような操作を繰り返すことによって三次元物体を造形する。先ず、粉体を均一な厚
さで薄く敷き詰めて粉体層を形成し、この粉体層の所望部分に硬化液の液滴を吐出するこ
とによって粉体同士を結合させる。この結果、粉体層の中で、硬化液の液滴が吐出された
部分だけが結合して、薄い板状の部材が形成される。本明細書中では、この薄い板状の部
材を「断面部材」と呼ぶことにする。次いで、その粉体層の上に更に粉体層を薄く形成し
、所望部分に硬化液の液滴を吐出する。その結果、新たに形成された粉体層の硬化液が吐
出された部分にも、新たな断面部材が形成される。このような操作を繰り返して、薄い板
状の断面部材を一層ずつ積層することによって、三次元物体を造形することができる。

このような三次元造形技術は、造形しようとする物体の三次元形状データさえあれば、
粉体を結合させて直ちに造形可能であり、造形に先立って金型を作成するなどの必要がな
いので、迅速にしかも安価に三次元物体を造形することが可能である。また、薄い板状の
断面部材を一層ずつ積層して造形するので、例えば内部構造を有する複雑な物体であって
も、複数の部品に分けることなく一体の造形物として形成することが可能となる（例えば
、特許文献１）。

特開２００２−３０７５６２号公報

しかし、こうした造形技術では、断面部材を一層ずつ積層して物体を造形することから
、造形物の側面部分では、断面部材と断面部材との継ぎ目にどうしても段差が生じてしま
い、滑らかな表面が得られないという問題があった。例えば、側面部が斜面状になってい
る物体を造形する場合、断面部材を少しずつずらしながら重ねることで斜面を作るので、
側面は階段状になってしまって滑らかな表面が得られなかった。また、斜面ではなく垂直
な側面を造形する場合であっても、断面部材と断面部材との継ぎ目に僅かな段差がどうし
ても生じてしまうので、やはり滑らかな表面を得ることができなかった。この様に、断面
部材を重ねることで物体を造形する工程上、断面部材と断面部材との継ぎ目が必然的に生
じてしまうので、側面を滑らかに仕上げることはできない。このため、側面を滑らかに仕
上げようとすると、手作業による仕上げが必要になるという問題があった。

この発明は、従来の技術が有する上述した課題を解決するためになされたものであり、
滑らかな側面を有する三次元物体を造形可能とする技術の提供を目的とする。

上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の三次元造形装置は次の構成
を採用した。すなわち、
粉体を結合液で互いに結合させることによって、三次元物体を造形する三次元造形装置
であって、
前記三次元物体の形状データを記憶している形状データ記憶手段と、
前記三次元物体を複数の断面で層状に切断したときに各層で得られる断面データを生成
する断面データ生成手段と、
前記粉体を略均一な厚さに敷き詰めて粉体層を形成するとともに、前記結合液を前記断
面データに従って該粉体層に供給することにより、前記三次元物体の一層分の断面形状に
相当する断面部材を形成する断面部材形成手段と、
前記断面部材が形成された粉体層の上に新たな粉体層を形成し、該新たな粉体層に前記
断面データに従って前記結合液を供給することによって、新たな断面部材を形成するとと
もに該新たな断面部材を先に形成された断面部材の上に順次積層することで、前記三次元
物体を造形する三次元物体造形手段と、
前記三次元物体造形手段によって造形された前記三次元物体の所望の表面を略水平に保
持する三次元物体保持手段と、
前記三次元物体保持手段によって略水平に保持された前記所望の表面上に、前記粉体を
敷き詰めることによって略水平な表面を有する粉体層を形成し、該粉体層に前記結合液を
供給することによって略水平な表面を有する部材を該所望の表面上に形成する表面部材形
成手段と
を備えることを要旨とする。

また、上記の三次元造形装置に対応する本発明の三次元造形方法は、
粉体を硬化液で互いに結合させることによって、三次元物体を造形する三次元造形方法
であって、
前記三次元物体の形状データを記憶している形状データ記憶工程と、
前記三次元物体を複数の断面で層状に切断したときに各層で得られる断面データを生成
する断面データ生成工程と、
前記粉体を略均一な厚さに敷き詰めて粉体層を形成するとともに、前記結合液を前記断
面データに従って該粉体層に供給することにより、前記三次元物体の一層分の断面形状に
相当する断面部材を形成する断面部材形成工程と、
前記断面部材が形成された粉体層の上に新たな粉体層を形成し、該新たな粉体層に前記
断面データに従って前記結合液を供給することによって、新たな断面部材を形成するとと
もに該新たな断面部材を先に形成された断面部材の上に順次積層することで、前記三次元
物体を造形する三次元物体造形工程と、
前記三次元物体造形手段によって造形された前記三次元物体の所望の表面を略水平に保
持する三次元物体保持工程と、
前記三次元物体保持手段によって略水平に保持された前記所望の表面上に、前記粉体を
敷き詰めることによって略水平な表面を有する粉体層を形成し、該粉体層に前記結合液を
供給することによって略水平な表面を有する部材を該所望の表面上に形成する表面部材形
成工程と
を備えることを要旨とする。

かかる本発明の三次元造形装置および三次元造形方法においては、三次元物体の造形に
先立って、造形しようとする三次元物体を複数の断面で層状に切断したときの各層での断
面データを、その三次元物体の形状データに基づいて生成する。そして、粉体を略均一な
厚さに敷き詰めて粉体層を形成し、その粉体層の上で硬化液吐出ヘッドを往復動させなが
ら、断面データに従って硬化液の液滴を吐出する。硬化液が供給されると粉体は互いに結
合するので、粉体層に断面データに従って硬化液の液滴を吐出することにより、粉体層の
厚みに相当する厚さを有し且つ三次元物体のある断面での断面形状を有する部材（断面部
材）を形成することができる。そこで、断面部材が形成された粉体層の上に、新たな粉体
層を形成し、その粉体層に対して、断面データに従って硬化液の液滴を吐出することで、
新たな断面部材を形成するとともに先に形成した断面部材の上に積層する。このような操
作を繰り返すことにより、三次元物体を造形することができる。こうして、三次元物体を
造形したら、今度は、造形した三次元物体の所望の面が略水平に保たれるように三次元物
体を保持し、その面に粉体を敷き詰めることで、表面が略水平な粉体層を形成する。そし
て、その粉体層に結合液を供給することによって、略水平な表面を有する部材を三次元物
体の表面に形成する。

こうすれば、表面に形成した部材によって断面部材と断面部材との繋ぎ目の凸凹を隠す
とともに、表面に形成した部材自体の表面を略水平に形成することができる。これにより
、手作業でヤスリをかけるなどの仕上げ作業をしなくても、滑らかな表面を有する良好な
三次元物体を得ることが可能となる。

また、上記の本発明の三次元造形装置では、三次元物体の表面に部材を形成する際には
、断面部材を形成する際に用いた粉体よりも粒径の小さな粉体を用いることとしてもよい
。

こうすれば、三次元物体の表面に構成された部材では、粉体一つ一つが目立たなくなる
ので、いっそう滑らかな表面に仕上げることが可能となる。

以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施
例を説明する。
Ａ．装置構成：
Ｂ．仕上げ処理工程：
Ｃ．変形例：
Ｃ−１．第１の変形例：
Ｃ−２．第２の変形例：

Ａ．装置構成 ：
図１は、本実施例の三次元造形装置１００の大まかな構成を示した説明図である。図示
されているように、三次元造形装置１００は、大きな枠体から構成され内部に三次元物体
が造形される造形部１０と、造形部１０内に粉体による粉体層を形成する粉体層形成部２
０と、粉体同士を結合させる硬化液を粉体層に供給する硬化液供給部３０と、粉体層に供
給された硬化液に紫外光を照射して硬化液を硬化させる紫外光照射部５０と、造形した三
次元物体を取り出すためのロボットアーム６０と、三次元造形装置１００の全体の動作を
制御するために各種の演算処理を行う演算処理部４０などから構成されている。

演算処理部４０は、造形しようとする三次元物体の形状データを記憶しておくとともに
、三次元物体を複数の断面で層状に切断して、各層での断面データを生成する断面データ
生成部４２と、得られた断面データに従って造形部１０や、粉体層形成部２０、硬化液供
給部３０の動作を制御する制御部４４などから構成されている。制御部４４は、断面デー
タ生成部４２から断面データを受け取ると、粉体層形成部２０を駆動して造形部１０内に
粉体層を形成し、硬化液供給部３０を駆動して硬化液を断面データに従って粉体層に供給
しながら、供給した硬化液に向かって紫外光を照射する。すると、紫外光によって硬化液
が硬化して粉体同士を結合させることにより、造形部１０内には、１層分の断面データに
対応する断面形状の薄板状の部材（断面部材）が形成される。こうして１層分の断面部材
が形成されたら、底面駆動部１６を駆動して底面部１４を少しだけ低下させる。次いで、
断面データ生成部４２から次の断面データを受け取って、断面部材を形成した粉体層の上
に新たな粉体層を形成し、その上から硬化液を供給して紫外光を照射することにより、新
たな断面部材を形成する。このように制御部４４は、断面データ生成部４２から各層の断
面データを受け取ると、造形部１０や、粉体層形成部２０、硬化液供給部３０、紫外光照
射部５０を駆動することにより、１層ずつ断面部材を形成して積層していく。

尚、断面データ生成部４２は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクなどが相互に
データをやり取り可能に構成された周知のコンピュータを用いて構成することができる。
また、制御部４４は、断面データを変換して、造形部１０や粉体層形成部２０、硬化液供
給部３０への駆動信号を生成する専用のＩＣチップを用いて構成することができる。もち
ろん、こうした変換をＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭなどを用いて実行しても良い。この場合は
、断面データ生成部４２を構成するコンピュータに制御部４４の機能を組み込んで、断面
データ生成部４２と制御部４４とを一体に構成することも可能である。

造形部１０は、上方から見ると矩形形状をした枠体１２と、枠体１２の底面を形成して
上下方向に摺動可能な底面部１４と、底面部１４を上下方向に摺動させる底面駆動部１６
等から構成されており、枠体１２と底面部１４との間に形成された空間に三次元物体が造
形される。また、底面駆動部１６は制御部４４からの制御によって、底面部１４を正確に
上下方向に移動させることが可能となっている。

粉体層形成部２０は、粉体が収納されるホッパー２２と、ホッパー２２の下部で回転す
ることにより粉体を一定量ずつ供給する粉体供給ローラ２４と、粉体供給ローラ２４から
供給された粉体を一定厚さに伸展させて粉体層を形成する伸展ローラ２６などから構成さ
れている。ホッパー２２や、粉体供給ローラ２４、伸展ローラ２６は図１の紙面に直角方
向（Ｙ方向）に延びるように形成されており、また粉体層形成部２０は全体が、図１の紙
面上で左右方向（Ｘ方向）に移動可能に構成されている。

粉体層を形成する際には、先ず初めに、粉体層形成部２０を図１の左端に移動させる。
このとき、形成する粉体層の厚さに相当する分だけ、底面駆動部１６を駆動して底面部１
４の位置を下方（マイナスのＺ方向）に下げておく。そして、粉体供給ローラ２４を回転
させて、伸展ローラ２６の前方に粉体を供給しながら、粉体層形成部２０を右方向（プラ
スのＸ方向）に移動させる。伸展ローラ２６は、進行方向に対して逆回転させておく。こ
うすると、伸展ローラ２６は、余分な粉体を進行方向に蹴り出すようにしながら移動する
ことになり、その結果、後方には、均一な厚さを有する粉体層が形成される。このとき、
粉体の供給速度は、形成する粉体層の厚さおよび粉体層形成部２０の移動速度に応じて、
適切な供給速度に制御されている。また、伸展ローラ２６の回転速度は、粉体層形成部２
０の移動速度に応じて適切な回転速度に制御されている。こうすることで、余分な粉体を
進行方向に蹴り出して、常に適量分ずつの粉体を伸展させることが可能となり、その結果
、粉体を過度に踏み固めてしまうことを回避することが可能となる。

また、図１に示されるように、本実施例の粉体層形成部２０には、吸引ポンプ２８も搭
載されている。吸引ポンプ２８は、本体と吸引ホースとから構成されており、吸引ホース
の先端部は、伸展ローラ２６によって形成された粉体層の直ぐ上方に設けられている。ま
た、吸引ポンプ２８の本体は、粉体層形成部２０とともに左右方向（Ｘ方向）にのみ移動
可能であるが、吸引ホースの先端部は、紙面に直角方向（Ｙ方向）にも移動することが可
能に構成されている。そして、制御部４４からの制御によって、吸引ホースの先端部を移
動させて粉体を吸引することにより、伸展ローラ２６が形成した粉体層を部分的に除去す
ることが可能となっている。

硬化液供給部３０は、硬化液による液滴を吐出する吐出ヘッドと、硬化液を収容してお
く収容部などから構成されており、硬化液収容部３４に収容された硬化液の液滴を、硬化
液吐出ヘッド３２から粉体層に向けて吐出することが可能となっている。

ここで、本実施例の硬化液吐出ヘッド３２には、いわゆるピエゾ駆動方式の液滴吐出ヘ
ッドが採用されている。ピエゾ駆動方式の液滴吐出ヘッドは、微細なノズル穴が設けられ
た圧力室を液体で満たしておき、ピエゾ素子を用いて圧力室の側壁を撓ませることによっ
て、圧力室の容積減少分に相当する体積の液体を液滴として吐出することが可能である。
本実施例の硬化液供給部３０では、硬化液収容部３４に収容された硬化液を、硬化液吐出
ヘッド３２の圧力室に導いてピエゾ素子を駆動することによって、液滴状の硬化液を吐出
することが可能となっている。

ここで硬化液としては、モノマーと、モノマーが結合したオリゴマーとを主成分とする
液体の樹脂材料と、紫外光が照射されると励起状態となってモノマーあるいはオリゴマー
に働きかけて重合を開始させる重合開始剤との混合物が用いられている。また、ピエゾ駆
動方式の液滴吐出ヘッドから液滴として吐出可能な程度の低粘度となるように、硬化液の
モノマーは比較低分子量のモノマーが選択されており、更に１つのオリゴマーに含まれる
モノマーの数も数分子程度に調整されている。そして、硬化液は、紫外光を浴びない限り
は安定であるため、硬化液収容部３４や硬化液吐出ヘッド３２の内部で硬化することなく
、液滴として吐出することができるが、紫外光を浴びて重合開始剤が励起状態になると、
モノマーが互いに重合してオリゴマーに成長し、またオリゴマー同士もところどころで重
合して、速やかに硬化して固体となる性質を有している。

また、粉体の表面には、硬化液内に含まれているものとは別のタイプの重合開始剤が付
着されている。粉体の表面に付着された重合開始剤は、硬化液と接触するとモノマーある
いはオリゴマーに働きかけて重合を開始させる性質を有している。このため、粉体層に硬
化液の液滴を供給すると、硬化液が粉体層の内部に浸透するとともに、粉体表面の重合開
始剤に接触して硬化し、その結果、硬化液が吐出された部分では、粉体同士が硬化した硬
化液によって結合された状態となる。

また、硬化液吐出ヘッド３２は、制御部４４の制御の元で、粉体層形成部２０とは独立
して、Ｘ方向（図１の紙面上で左右方向）およびＹ方向（図１の紙面に垂直方向）に移動
させることが可能となっている。この点については別図を用いて後述する。

紫外光照射部５０は、Ｙ方向（図１の紙面に垂直方向）に沿って設けられた細長い紫外
光照射ランプと、紫外光が下方にのみ照射されるように紫外光照射ランプの三方を囲う紫
外光遮蔽部材などから構成されている。紫外光照射部５０は、制御部４４からの制御によ
って点灯あるいは消灯するとともに、粉体層形成部２０や硬化液供給部３０と一緒にＸ方
向（図１の紙面上で左右方向）に移動することによって、粉体層の全面にわたって均一に
紫外光を照射することが可能となっている。

図２は、本実施例の三次元造形装置１００において粉体層形成部２０と、硬化液吐出ヘ
ッド３２と、紫外光照射部５０とが搭載されている位置関係を示した斜視図である。図２
（ａ）に示されているように、粉体層形成部２０および紫外光照射部５０は、Ｙ方向に長
く形成されており、粉体層形成部２０および紫外光照射部５０の間には、硬化液吐出ヘッ
ド３２が搭載されている。硬化液吐出ヘッド３２は、Ｙ方向に往復動可能に構成されてお
り、硬化液吐出ヘッド３２の底面側（粉体層の側）には、硬化液の液滴を吐出する吐出ヘ
ッドが設けられている。図２（ｂ）には、硬化液吐出ヘッド３２の底面側に吐出ノズル３
２ｎが設けられている様子が示されている。図示されるように、硬化液吐出ヘッド３２の
底面には、複数の吐出ノズル３２ｎが一定の間隔で設けられており、硬化液吐出ヘッド３
２をＹ方向に移動させながら液滴を吐出することで、複数のライン上に硬化液の液滴を吐
出することが可能となっている。

図３は、以上のような構成を有する本実施例の三次元造形装置１００で三次元物体を造
形する様子を概念的に示した説明図である。三次元物体を造形するにあたっては、造形し
ようとする物体の三次元形状データを予め記憶しておく必要がある。図３（ａ）は、造形
しようとする三次元物体の形状データを概念的に表している。図３（ａ）に示した例では
、造形しようとする三次元物体は、側面がやや傾斜した四角柱であり、その軸の中心には
略長方形の穴が形成されている。また、この穴には、壁面と一体に形成された仕切りが設
けられている。このような三次元物体を上面（あるいは下面）に平行な複数の断面で層状
に切断すると、図３（ｂ）に示すような断面データを得ることができる。尚、断面を取る
間隔は必ずしも等間隔である必要はないが、ここでは等間隔であるものとする。また、こ
れらの処理は、断面データ生成部４２で行われ、得られた断面データは制御部４４に供給
される。

制御部４４は、造形部１０および粉体層形成部２０を駆動して粉体層を形成するととも
に、断面データ生成部４２から受け取った断面データに従って硬化液吐出ヘッド３２を駆
動して、粉体層に硬化液の液滴を吐出する。前述したように、液滴を吐出する硬化液吐出
ヘッド３２は、インクジェットプリンタでも用いられているピエゾ駆動方式の液滴吐出ヘ
ッドが採用されており、制御部４４によってＸ方向およびＹ方向に正確に位置決めしなが
ら液滴を吐出することができる。このため、断面データに従って、粉体層の表面の正確な
位置に硬化液を吐出することで、断面データに示される通りの断面部材を形成することが
可能であり、こうした操作を繰り返して断面部材を積層していくことにより、三次元形状
データに対応する三次元物体を造形することが可能となる。

もっとも、断面部材を積層しながら三次元物体を造形することから、三次元物体の側面
部分では、断面部材と断面部材との継ぎ目にどうしても段差が生じてしまうので、滑らか
な表面を得ることができない。例えば、図３に例示された三次元物体を造形した場合、図
４に示されている様に、側面部分では断面部材と断面部分との段差が生じてしまい、デコ
ボコとした滑らかさのない表面になってしまう。こうした点に鑑みて、本実施例の三次元
造形装置１００では、上述した工程によって三次元物体を造形した後に、以下で説明する
仕上げ処理工程を行うことによって、三次元物体の側面を滑らかに仕上げることを可能と
している。

Ｂ．仕上げ処理工程 ：
仕上げ処理工程では、まず、上述した工程によって造形された三次元物体を、造形部１
０から取り出す作業を行う。ここで、造形部１０から三次元物体を取り出すためには、ロ
ボットアーム６０を造形部１０に差し込んで三次元物体を取り出したり、手作業で取り出
すことが考えられるが、これでは、取り出した三次元物体の表面を仕上げるために位置合
わせの工程が必要になってしまう。そこで、本実施例では、次のようにして三次元物体を
取り出すことによって、取り出した際の三次元物体の位置および向きを正確に把握可能と
し、位置合わせの工程を不要としている。

図５は、三次元物体を造形部１０から取り出す様子を概念的に示した説明図である。上
述の工程が終わった段階では、図５（ａ）に示されている様に、三次元物体は、造形部１
０に敷き詰められた粉体層に埋まった状態となっている。そこで、本実施例の仕上げ処理
工程では、先ず、三次元造形装置１００に備えられた吸引ポンプ２８を駆動させて、造形
部１０に敷き詰められた粉体を吸引する。すると、図５（ｂ）に示されている様に、造形
した三次元物体の上端部が粉体層の上に現れるので、次いで、三次元造形装置１００のロ
ボットアーム６０を駆動して、露出した部分を掴む（図５（ｃ）参照）。こうしてロボッ
トアーム６０で三次元物体の上端部を掴んだら、ロボットアーム６０を動かさずにその状
態で固定したまま、底面駆動部１６を駆動して底面部１４を下げる（図１を参照）。する
と、三次元物体はロボットアーム６０によって保持されているので粉体層だけが下がって
行き、結果として、粉体層から浮き出される様にして三次元物体が取り出される（図５（
ｄ）参照）。

この様にして三次元物体を取り出せば、三次元物体は造形された位置から少しも動かな
いので、取り出したときの三次元物体の位置および向きを正確に把握することが可能とな
る。すなわち、前述した三次元物体を造形する工程では、演算処理部４０が生成した断面
データ基づいて硬化液を吐出していることから（図１参照）、演算処理部４０は、粉体層
中に造形された三次元物体の位置および向きを正確に把握している。そこで、粉体層に埋
まった状態のまま三次元物体をロボットアーム６０で掴んで取り出すことにより、取り出
した際の三次元物体の位置および向きについても把握可能となる。

こうして、ロボットアーム６０が掴んだ三次元物体の位置および向きが把握できれば、
所望の位置に三次元物体を移動させることが容易に可能となり、また、所望の向きを向か
せることも容易に可能となる。すなわち、ロボットアーム６０が掴んだ際の三次元物体の
位置および向きと、三次元物体を移動させたい位置および向きとの差分を求めれば、その
差分だけロボットアーム６０を動かすことによって、所望の位置に三次元物体を移動させ
て所望の向きで保持することが可能となる。そこで、本実施例の仕上げ工程では、演算処
理部４０およびロボットアーム６０を用いて、次のような位置に三次元物体を保持する。

図６は、仕上げ処理を行うために三次元物体をロボットアーム６０で保持している様子
を示した説明図である。図示されているように、三次元物体は、粉体層形成部２０の下部
（Ｚ方向の負の向き）に近接した位置に保持されており、また、粉体層形成部２０の駆動
面（ＸＹ平面）と、仕上げ処理を施す面とが平行となるように保持されている。このよう
な位置および向きに三次元物体を保持すれば、粉体層形成部２０を駆動させることによっ
て、仕上げ処理を施す面の上に粉体層を形成することが可能となる。ここで、ロボットア
ーム６０が三次元物体を掴んでいる位置（粉体層から取り出した位置）は正確に分かって
いるので、三次元物体を図６の様に保持する際には、粉体層から取り出した位置と、所望
の位置との差分だけロボットアーム６０を動かすだけでよい。このため、作業者が三次元
物体と粉体層形成部２０とが平行となるように注意深く観察しながらロボットアーム６０
を操作するといった煩雑な作業を行わなくとも、演算処理部４０によって簡便に所定の位
置に保持可能となっている。こうして、仕上げ処理を行う面に粉体層を形成できるように
三次元物体を保持したら、粉体層形成部２０を駆動させて粉体層を形成する。

図７は、仕上げ処理を施す面に粉体層を形成している様子を例示した説明図である。図
示されている例では、仕上げ処理を施す面が、断面部材と断面部材との継ぎ目のために階
段状になっている（図４を参照）。しかし、このような階段状の面であっても、伸展ロー
ラ２６によって粉体層の表面をＸＹ平面に平行に伸展することができるので、粉体層の表
面が段形状になってしまうことはなく、平らな表面をもった粉体層を形成することが可能
である。こうして表面が平らな粉体層を形成したら、硬化液供給部３０によって硬化液を
粉体層に供給し、紫外光照射部５０によって紫外光を照射することによって、粉体層を硬
化させる。

図８は、以上に説明した仕上げ処理工程によって仕上げられた三次元物体の断面図であ
る。図示されている様に、三次元物体の側面の上に新たな断面部材が形成されることによ
って、元の階段状の表面は隠されている。また、新たに形成された断面部材は、粉体層が
伸展ローラ２６によって伸展されたことから、表面が滑らかに仕上がっている。こうして
、滑らかな表面を有する三次元物体を造形することが可能となる。

以上に説明した様に、本実施例の仕上げ処理工程では、造形した三次元物体の表面上に
新たな断面部材を形成することによって、表面を滑らかに仕上げることを可能としている
。このようにして表面を仕上げれば、造形後に三次元物体をヤスリで磨く等の煩わしい作
業をしなくても、表面が滑らかに仕上げられた好適な三次元造形物を得ることができる。
また、本実施例の三次元造形装置では、造形から仕上げまでを一つの装置で実行すること
が可能となっているので、仕上げ処理の為に他の装置を別途用意する必要がなく、装置構
成を簡素に保つことも可能となっている。更に、本実施例の三次元造形装置では、演算処
理部４０およびロボットアーム６０によって仕上げ処理を施す面を三次元造形装置１００
にセットできるので、手作業は何ら不要であり、三次元物体の造形から仕上げ処理までの
全ての工程を演算処理部４０によって自動的に実行することが可能である。このため、造
形する物体の三次元データと仕上げ処理を施す面とを初めに演算処理部４０に設定してし
まえば、後は何ら操作をしなくても、好適な三次元物体を得ることが可能である。この様
に、本実施例の三次元造形装置１００を用いれば、表面が滑らかに仕上げられた好適な三
次元造形物を、極めて簡便に得ることが可能となる。

Ｃ．変形例 ：
上述した実施例には幾つかの変形例を考えることができる。以下では、これら変形例に
ついて簡単に説明する。

Ｃ−１．第１の変形例 ：
上述した実施例では、仕上げ処理工程においても、三次元物体を造形する工程と同じ粉
体を用いるものとして説明した。しかし、仕上げ処理工程においては、より粒径の小さな
粉体を用いることとしてもよい。こうすれば、仕上げ処理を施した面では、表面の粉体一
つ一つがより目立たなくなるので、いっそう滑らかな表面に仕上げることが可能となる。

Ｃ−２．第２の変形例 ：
また、一つの面に対して仕上げ処理工程が終わったら、ロボットアーム６０を操作して
別の面をセットすることによって、複数の面に対して仕上げ処理を順次行うこととしても
よい。こうすれば、複数の面が滑らかに仕上げられたより良質な三次元物体を得ることが
可能となる。

以上、本実施例の三次元造形装置１００について説明したが、本発明は上記すべての実
施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施する
ことが可能である。

例えば、上述した実施例では、表面領域を形成するための硬化液としては、紫外光によ
って重合を開始する硬化液を用いた場合について説明した。しかし、空気中の水分（ある
いは酸素など）に触れると速やかに重合を開始する硬化液（例えば、瞬間接着剤など）を
用いることとしても良い。

本実施例の三次元造形装置の大まかな構成を示した説明図である。 本実施例の三次元造形装置において粉体層形成部と硬化液吐出ヘッドと紫外光照射部とが搭載されている位置関係を示した斜視図である。 本実施例の三次元造形装置で三次元物体を造形する様子を概念的に示した説明図である。 造形された三次元物体の側面が階段状になっている様子を示した説明図である。 造形された三次元物体を造形部１０の粉体層から取り出す様子を示した説明図である。 仕上げ処理を施すために三次元物体を粉体層形成部２０の下方に保持した様子を示した説明図である。 仕上げ処理を施す面に粉体層を形成している様子を示した説明図である。 仕上げ処理が施された三次元物体の断面を示した説明図である。

符号の説明

１０…造形部、 １２…枠体、 １４…底面部、 １６…底面駆動部、
２０…粉体層形成部、 ２２…ホッパー、 ２４…粉体供給ローラ、
２６…伸展ローラ、 ２８…吸引ポンプ、３０…硬化液供給部、
３２…硬化液吐出ヘッド、 ３２ｎ…吐出ノズル、 ３４…硬化液収容部、
４０…演算処理部、 ４２…断面データ生成部、 ４４…制御部、
５０…紫外光照射部、 ６０…ロボットアーム、 １００…三次元造形装置

Claims (3)

1. 粉体を結合液で互いに結合させることによって、三次元物体を造形する三次元造形装置
   であって、
   前記三次元物体の形状データを記憶している形状データ記憶手段と、
   前記三次元物体を複数の断面で層状に切断したときに各層で得られる断面データを生成
   する断面データ生成手段と、
   前記粉体を略均一な厚さに敷き詰めて粉体層を形成するとともに、前記結合液を前記断
   面データに従って該粉体層に供給することにより、前記三次元物体の一層分の断面形状に
   相当する断面部材を形成する断面部材形成手段と、
   前記断面部材が形成された粉体層の上に新たな粉体層を形成し、該新たな粉体層に前記
   断面データに従って前記結合液を供給することによって、新たな断面部材を形成するとと
   もに該新たな断面部材を先に形成された断面部材の上に順次積層することで、前記三次元
   物体を造形する三次元物体造形手段と、
   前記三次元物体造形手段によって造形された前記三次元物体の所望の表面を略水平に保
   持する三次元物体保持手段と、
   前記三次元物体保持手段によって略水平に保持された前記所望の表面上に、前記粉体を
   敷き詰めることによって略水平な表面を有する粉体層を形成し、該粉体層に前記結合液を
   供給することによって略水平な表面を有する部材を該所望の表面上に形成する表面部材形
   成手段と
   を備える三次元造形装置。
2. 請求項１に記載の三次元造形装置であって、
   前記表面部材形成手段は、前記断面部材形成手段が前記粉体層を形成する際に用いる前
   記粉体よりも粒径の小さな該粉体を用いて、前記粉体層を前記所望の表面上に形成する手
   段である三次元造形装置。
3. 粉体を結合液で互いに結合させることによって、三次元物体を造形する三次元造形方法
   であって、
   前記三次元物体の形状データを記憶している形状データ記憶工程と、
   前記三次元物体を複数の断面で層状に切断したときに各層で得られる断面データを生成
   する断面データ生成工程と、
   前記粉体を略均一な厚さに敷き詰めて粉体層を形成するとともに、前記結合液を前記断
   面データに従って該粉体層に供給することにより、前記三次元物体の一層分の断面形状に
   相当する断面部材を形成する断面部材形成工程と、
   前記断面部材が形成された粉体層の上に新たな粉体層を形成し、該新たな粉体層に前記
   断面データに従って前記結合液を供給することによって、新たな断面部材を形成するとと
   もに該新たな断面部材を先に形成された断面部材の上に順次積層することで、前記三次元
   物体を造形する三次元物体造形工程と、
   前記三次元物体造形手段によって造形された前記三次元物体の所望の表面を略水平に保
   持する三次元物体保持工程と、
   前記三次元物体保持手段によって略水平に保持された前記所望の表面上に、前記粉体を
   敷き詰めることによって略水平な表面を有する粉体層を形成し、該粉体層に前記結合液を
   供給することによって略水平な表面を有する部材を該所望の表面上に形成する表面部材形
   成工程と
   を備える三次元造形方法。

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