JP2016153212A - 粉体除去装置、立体造形装置、粉体除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】取り出した立体造形物に付着している粉体を効率的に除去することができない。【解決手段】立体造形物３００に対し、立体造形物３００の造形に使用した粉体２０を含む気流４０３を吹き付ける噴射手段４０１を有し、粉体２０を含む気流４０３を吹き付けることで、立体造形物３００に付着している未固化の粉体２０を除去し、立体造形物３００を焼結したとき、吹き付けた粉体２０が立体造形物３００に付着して焼結されたとしても焼結後の立体造形物３００の物性が変化しない。【選択図】図６

Description

本発明は粉体除去装置、立体造形装置、粉体除去方法に関する。

立体造形物（三次元造形物）を造形する立体造形装置（三次元造形装置）として、例えば積層造形法で造形するものが知られている。これは、例えば、造形ステージに平坦化された金属又は非金属の粉体層を形成し、粉体層に対して造形液をヘッドから吐出して、粉体が結合された薄層の造形層を形成し、この造形層上に粉体層を形成して再度造形層を形成する工程を繰り返して、造形層を順次積層することで立体造形物を造形する。

従来、造形した立体造形物を取り出したときに付着している未固化の粉体を除去するため、立体造形物に対してノズルによってガスの噴出と、ガスで飛ばされる粉体を吸引する吸引機構を備えるものが知られている（特許文献１）。

特開２０１３−０４９１３７号公報

上述したように粉体積層造形法で造形した立体造形物を取り出したとき、立体造形物に未固化の粉体が付着したままの状態であるため、未固化の粉体を除去する必要がある。

このとき、特許文献１に開示されているようにガスを吹き付けるだけでは、複雑、微細な形状の立体造形物から未固化の粉体を除去することが困難であるという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、立体造形物から未固化粉体を効率的に除去することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る立体造形物の粉体除去装置は、
粉体を結合した層状造形物を積層して形成された立体造形物に付着している未結合の前記粉体を除去する立体造形物の粉体除去装置であって、
前記立体造形物に対して前記粉体を含む気流を吹き付ける手段を備えている
構成とした。

本発明によれば、立体造形物から未固化粉体を効率的に除去することができる。

本発明の第１実施形態における立体造形装置の要部斜視説明図である。 造形部の断面説明図である。 造形の流れの説明に供する造形部の模式的断面説明図である。 立体造形物の全体的な造形プロセスの説明に供するフロー図である。 目的とする立体造形物の３次元データと造形槽から取り出した立体造形物を説明する説明図である。 本発明に係る粉体除去方法の説明に供する説明図である。 同実施形態における粉体除去装置の説明に供する模式的説明図である。 本発明の第２実施形態の説明に供する模式的説明図である。 本発明の第３実施形態の説明に供する模式的説明図である。 本発明の第４実施形態の説明に供する模式的説明図である。 本発明の第５実施形態の説明に供する模式的説明図である。 同実施形態における立体造形物の全体的な造形プロセスの説明に供するフロー図である。本発明の第６実施形態の説明に供する模式的説明図である。 本発明の第６実施形態の説明に供する模式的説明図である。 本発明の第７実施形態の説明に供する模式的説明図である。 本発明の第８実施形態の説明に供する模式的説明図である。 本発明の第９実施形態の説明に供する模式的説明図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態における立体造形装置について図１及び図２を参照して説明する。図１は同立体造形装置の要部斜視説明図、図２は同じく造形部の断面説明図である。なお、図２は造形時の状態で示している。

この立体造形装置は、粉体造形装置（粉末造形装置ともいう。）であり、粉体（粉末）が結合された層状造形物である造形層３０が形成される造形部１と、造形部１の層状に敷き詰められた粉体層３１に造形液１０を吐出して立体造形物を造形する造形ユニット５とを備えている。

造形部１は、粉体槽１１と、平坦化部材（リコータ）である回転体としての平坦化ローラ１２などを備えている。なお、平坦化部材は、回転体に代えて、例えば板状部材（ブレード）とすることもできる。

粉体槽１１は、粉体２０を供給する供給槽２１と、造形物が造形される造形槽２２とを有している。供給槽２１の底部は供給ステージ２３として鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。同様に、造形槽２２の底部は造形ステージ２４として鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。造形ステージ２４上に立体造形物が造形される。

平坦化ローラ１２は、供給槽２１の供給ステージ２３上に供給された粉体２０を造形槽２２に供給し、平坦化手段である平坦化ローラ１２によって平坦化して、後述する粉体層３１を形成する。

この平坦化ローラ１２は、往復移動機構によって、造形ステージ２４のステージ面（粉体２０が積載される面）に沿って矢印Ｙ方向に、ステージ面に対して相対的に往復移動可能であり、移動するときに回転駆動される。

一方、造形ユニット５は、造形ステージ２４上の粉体層３１に造形液１０を吐出する液体吐出ユニット５０を備えている。

液体吐出ユニット５０は、キャリッジ５１と、キャリッジ５１に搭載された１又は複数の液体吐出ヘッド（以下、単に「ヘッド」という。）５２を備えている。

キャリッジ５１は、ガイド部材５４及び５５に移動可能に保持されている。ガイド部材５４及び５５は、両側の保持部材７０、７０に保持されている。

このキャリッジ５１は、モータ、プーリ及びベルトから構成される主走査移動機構によって主走査方向である矢印Ｘ方向（以下、単に「Ｘ方向」という。他のＹ、Ｚについても同様とする。）に往復移動される。

ヘッド５２は、液体を吐出する複数のノズルを配列したノズル列が配置され、シアン造形液、マゼンタ造形液、イエロー造形液、ブラック造形液、クリア造形液をそれぞれ吐出する。なお、ヘッド構成はこれに限るものではない。

造形ユニット５は、造形ユニット５全体がＸ方向と直交するＹ方向（副走査方向）に往復移動可能である。

液体吐出ユニット５０は、ガイド部材５４、５５とともに矢印Ｚ方向に昇降可能に配置されている。

ここで、造形部１の詳細について説明する。

粉体槽１１は、箱型形状をなし、供給槽２１と造形槽２２の２つの上面が開放された槽を備えている。供給槽２１内部には供給ステージ２３が、造形槽２２内部には造形ステージ２４がそれぞれＺ方向に昇降可能に配置される。

供給ステージ２３の側面は供給槽２１の内側面に接するように配置されている。造形ステージ２４の側面は造形槽２２の内側面に接するように配置されている。これらの供給ステージ２３及び造形ステージ２４の上面は水平に保たれている。

粉体槽１１の周りには、上面が開放された凹形状である粉体落下口（粉体受け部）２９が設けられている。粉体落下口２９には、粉体層３１を形成するときに平坦化ローラ１２によって供給される粉体２０のうちの余分な粉体２０が落下する。

供給槽２１上には粉体供給装置が配置される。造形の初期動作時や供給槽２１の粉体量が減少した場合に、粉体供給装置から粉体を供給槽２１に供給する。粉体供給のための粉体搬送方法としては、スクリューを利用したスクリューコンベア方式や、エアーを利用した空気輸送方式などが挙げられる。

平坦化ローラ１２は、供給槽２１から粉体２０を造形槽２２へと移送供給して、表面を均すことで平坦化して所定の厚みの層状の粉体である粉体層３１を形成する。

この平坦化ローラ１２は、造形槽２２及び供給槽２１の内寸（即ち、粉体が供される部分又は仕込まれている部分の幅）よりも長い棒状部材であり、往復移動機構によってステージ面に沿ってＹ方向（副走査方向）に往復移動される。

この平坦化ローラ１２は、回転されながら、供給槽２１の外側から供給槽２１及び造形槽２２の上方を通過するようにして水平移動する。これにより、粉体２０が造形槽２２上へと移送供給され、平坦化ローラ１２が造形槽２２上を通過しながら粉体２０を平坦化することで粉体層３１が形成される。

また、平坦化ローラ１２の周面に接触して、平坦化ローラ１２に付着した粉体２０を除去するための粉体除去部材である粉体除去板１３が配置されている。

粉体除去板１３は、平坦化ローラ１２の周面に接触した状態で、平坦化ローラ１２とともに移動する。また、粉体除去板１３は、平坦化ローラ１２が平坦化を行うときの回転方向に回転するときにカウンタ方向になる状態で配置されている。

本実施形態では、造形部１の粉体槽１１が供給槽２１と造形槽２２の二つの槽を有する構成としているが、造形槽２２のみとして、造形槽２２に粉体供給装置から粉体を供給して、平坦化手段で平坦化する構成とすることもできる。

次に、造形の流れについて図３も参照して説明する。図３は造形の流れの説明に供する造形部の模式的断面説明図である。

造形槽２２の造形ステージ２４上に、１層目の造形層３０が形成されている。

この造形層３０上に次の造形層３０を形成するときには、図３（ａ）に示すように、供給槽２１の供給ステージ２３を矢印Ｚ１方向に上昇させ、造形槽２２の造形ステージ２４を矢印Ｚ２方向に下降させる。

このとき、造形槽２２の粉体層表面と平坦化ローラ１２の下部（下方接線部）との間隔がΔｔ１となるように造形ステージ２４の下降距離を設定する。この間隔Δｔ１が次に形成する粉体層３１の厚さに相当する。間隔Δｔ１は、数十〜１００μｍ程度であることが好ましい。

次いで、図３（ｂ）に示すように、供給槽２１の上面レベルよりも上方に位置する粉体２０を、平坦化ローラ１２を順方向（矢印方向）に回転しながらＹ２方向（造形槽２２側）に移動することで、粉体２０を造形槽２２へと移送供給する（粉体供給）。

さらに、図３（ｃ）に示すように、平坦化ローラ１２を造形槽２２の造形ステージ２４のステージ面と平行に移動させ、図３（ｄ）に示すように、造形ステージ２４の造形層３０上で所定の厚さΔｔ１になる粉体層３１を形成する（平坦化）。

また、粉体層３１を形成後、平坦化ローラ１２は矢印Ｙ１方向に移動されて初期位置に戻される。

ここで、平坦化ローラ１２は、造形槽２２及び供給槽２１の上面レベルとの距離を一定に保って移動できるようになっている。一定に保って移動できることで、平坦化ローラ１２で粉体２０を造形槽２２の上へと搬送させつつ、造形槽２２上又は既に形成された造形層３０の上に均一厚さΔｔ１の粉体層３１を形成できる。

その後、図３（ｅ）に示すように、液体吐出ユニット５０のヘッド５２から造形液１０の液滴を吐出して、次の造形層３０を積層形成する（造形）。

なお、造形層３０は、例えば、ヘッド５２から吐出された造形液１０が粉体２０と混合されることで、粉体２０に含まれる接着剤が溶解し、溶解した接着剤同士が結合して粉体２０が結合されることで形成される。

次いで、上述した粉体供給・平坦化工程、ヘッドによる造形液吐出工程を繰り返して新たな造形層を形成する。このとき、新たな造形層とその下層の造形層とは一体化して三次元形状造形物の一部を構成する。

以後、粉体の供給・平坦化工程、ヘッドによる造形液吐出工程を必要な回数繰り返すことによって、三次元形状造形物（立体造形物）を完成させる。

次に、上記立体造形装置で使用する立体造形用粉末材料（粉体）及び造形液の一例について説明する。なお、以下で説明する粉体及び造形液に限定されるものではない。

立体造形用粉末材料は、基材と、この基材を平均厚み５ｎｍ〜５００ｎｍで被覆し、造形液としての架橋剤含有水の作用により溶解し架橋可能な水溶性有機材料とを有してなる。

この立体造形用粉末材料においては、基材を被覆する水溶性有機材料が、架橋剤含有水の作用により溶解し架橋可能であるため、水溶性有機材料に架橋剤含有水が付与されると、水溶性有機材料は、溶解すると共に、架橋剤含有水に含まれる架橋剤の作用により架橋する。

これにより、上記立体造形用粉末材料を用いて薄層（粉体層）を形成し、粉体層に架橋剤含有水を造形液１０として吐出することで、粉体層においては、溶解した水溶性有機材料が架橋する結果、粉体層が結合硬化して造形層３０が形成される。

このとき、基材を被覆する水溶性有機材料の被覆量が平均厚みで５ｎｍ〜５００ｎｍであるため、水溶性有機材料が溶解したときに基材の周囲に必要最小量だけ存在し、これが架橋して三次元ネットワークを形成するため、粉体層の硬化は寸法精度良く、かつ、良好な強度をもって行われる。

この操作を繰り返すことにより、簡便かつ効率的に、焼結等の前に型崩れが生ずることなく、寸法精度良く複雑な立体造形物を形成することができる。

−基材−
基材としては、粉末ないし粒子の形態を有する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。その材質としては、例えば、金属、セラミックス、カーボン、ポリマー、木材、生体親和材料、などが挙げられるが、高強度な立体造形物を得る観点からは、最終的に焼結処理が可能な金属、セラミックスなどが好ましい。

金属としては、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）鋼、鉄、銅、チタン、銀などが好適に挙げられ、該ステンレス（ＳＵＳ）鋼としては、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌなどが挙げられる。

セラミックスとしては、例えば、金属酸化物などが挙げられ、具体的には、シリカ（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、チタニア（ＴｉＯ_２）などが挙げられる。

カーボンとしては、例えば、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレンなどが挙げられる。

ポリマーとしては、例えば、水に不溶な公知の樹脂などが挙げられる。

木材としては、例えば、ウッドチップ、セルロースなどが挙げられる。

生体親和材料としては、例えば、ポリ乳酸、リン酸カルシウムなどが挙げられる。

これらの材料は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。

なお、基材として、これらの材料で形成された市販品の粒子ないし粉末を使用することができる。市販品としては、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ（山陽特殊鋼製、ＰＳＳ３１６Ｌ）、ＳｉＯ_２（トクヤマ製、エクセリカＳＥ−１５）、ＡｌＯ_２（大明化学工業製、タイミクロンＴＭ−５Ｄ）、ＺｒＯ_２（東ソー製、ＴＺ−Ｂ５３）などが挙げられる。

また、基材としては、水溶性有機材料との親和性を高める目的等で、公知の表面（改質）処理がされていてもよい。

−水溶性有機材料−
水溶性有機材料としては、水に溶解し、架橋剤の作用により架橋可能な性質を有するものであれば、換言すれば、水溶性であって架橋剤によって架橋可能である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。

ここでは、水溶性有機材料の水溶性は、例えば、３０℃の水１００ｇに水溶性有機材料を１ｇ混合して撹拌したとき、その９０質量％以上が溶解するものを意味する。

また、水溶性有機材料としては、その４質量％（ｗ／ｗ％）水溶液の２０℃における粘度が、４０ｍＰａ・ｓ以下であるものが好ましく、１〜３５Ｐａ・ｓであるものがより好ましく、５〜３０ｍＰａ・ｓであるものが特に好ましい。

水溶性有機材料の粘度が、４０ｍＰａ・ｓを超えると、立体造形用粉末材料に架橋剤含有水を付与して形成した立体造形物用粉末材料（粉体層）による硬化物（立体造形物、焼結用硬化物）の強度が充分でないことがあり、その後の焼結等の処理ないし取扱い時に型崩れ等の問題が生ずることがある。また、立体造形用粉末材料に架橋剤含有水を付与して形成した立体造形物用粉末材料（粉体層）による硬化物（立体造形物、焼結用硬化物）の寸法精度が充分でないことがある。

水溶性有機材料の粘度は、例えば、ＪＩＳＫ７１１７に準拠して測定することができる。

−架橋剤含有水−
造形液である架橋剤含有水としては、水性媒体中に架橋剤を含有するものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。なお、架橋剤含有水は、水性媒体、架橋剤のほか、必要に応じて適宜選択したその他の成分を含有していてもよい。

その他の成分としては、架橋剤含有水を付与する手段の種類、使用頻度や量などの諸条件を考慮して適宜選択することができる。例えば、液体吐出法によって架橋剤含有水を付与する場合には、液体吐出ヘッドのノズルへの目詰り等の影響を考慮して選択することができる。

水性媒体としては、例えば、水、エタノール等のアルコール、エーテル、ケトン、などが挙げられるが、水が好ましい。なお、水性媒体は、水がアルコール等の水以外の成分を若干量含有するものであってもよい。

上述した立体造形物用粉末材料及び造形液としての架橋剤含有水を使用することで、粉体（基材）を接着させるためのバインダーを液体吐出ヘッドから吐出する構成に比べて、ノズルの目詰まりが少なく、ヘッドの耐久性が向上する。

次に、立体造形物の全体的な造形プロセスについて図４のフロー図を参照して説明する。

前述したように、粉体層の形成と造形液の吐出によってすべての層の造形が完了したときには、造形槽２２から立体造形物を取出す。

その後、立体造形物に残存している粉体を除去する粉体除去処理を行った後、焼結処理を行って立体造形物を焼結し、完成物を得る。

立体造形物に残存している粉体を除去する粉体除去処理を行わないで焼結を行うと、未固化の粉体も結合されて、目的形状と異なる形状の造形物となる。

次に、本発明に係る粉体除去方法について図５及び図６を参照して説明図。図５は目的とする立体造形物の３次元データと造形槽から取り出した立体造形物を説明する説明図、図６は同粉体除去方法の説明に供する説明図である。

図５（ａ）に示す３次元データで表される立体物を造形することで、図５（ｂ）に示す立体造形物３００が造形槽２２内で造形される。この立体造形物３００を造形槽２２から取り出したとき、図５（ｂ）に示すように内部空間に粉体２０が詰まった状態で取り出され、未結合（未固化ともいう。）の粉体２０も立体造形物３００に付着している。

この立体造形物３００に付着している未結合の粉体２０は、前述したように、焼結によって、目的とする立体造形物３００の形状（目的形状）を変化させるため、除去される必要がある。このとき、立体造形物３００が内部空間を有している形状である場合、立体造形物３００が複雑で微細な形状である場合は、未結合の粉体２０の除去が困難になる。

そこで、本発明に係る粉体除去方法では、図６に示すように、噴射手段４０１のノズル４０２から、立体造形物３００の造形に用いる粉体２０と同じ粉体２０を含む気流４０３を噴き出して、立体造形物３００に対し粉体２０を含む気流４０３を吹き付ける。

このように、粉体２０を含む気流４０３を吹き付けることで、立体造形物３００に付着している未結合の粉体２０を除去する構成としている。これにより、立体造形物３００に付着している未結合の粉体２０を効率的に除去することができる。

そして、吹き付ける粉体として立体造形物３００の造形に使用する粉体２０を使用しているので、吹き付けた粉体２０が立体造形物３００に付着したままになって焼結されたとしても、焼結後の立体造形物３００の物性が変化しない。

すなわち、立体造形物３００に吹き付ける気体中に造形に使用する粉体以外の粉体を使用した場合、吹き付けた粉体が立体造形物３００に付着残存して焼結されると、焼結後の立体造形物３００の物性が変化してしまうことになる。

また、吹き付ける粉体として立体造形物３００の造形に使用する粉体２０を使用することで、粉体除去に使用した粉体２０を回収して再利用することも可能になる。

次に、本発明の第１実施形態における粉体除去装置について図７を参照して説明する。図７は同実施形態の説明に供する模式的説明図であり、（ａ）は粉体除去を行っているときの説明図、（ｂ）は供給槽に粉体を供給しているときの説明図である。

本実施形態では、立体造形物３００に対し粉体２０を含む気流４０３を噴き出す噴射手段４０１と、粉体２０を貯留した貯留手段である粉体貯留タンク４５１と、粉体貯留タンク４５１と噴射手段４０１とをつなぎ、粉体貯留タンク４５１の粉体２０を噴射手段４０１に導く粉体供給手段である粉体供給路４５２を備えている。

そして、粉体供給路４５２には、噴射手段４０１のノズル４０２から噴き出される気体の流れである気流４０３を発生させる気流発生手段としてのポンプ４５３とを有している。

噴射手段４０１に接続された粉体供給路４５２はフレキシブルな部材で構成され、噴射手段４０１からの粉体２０の吹き付け方向や位置を変更することができる。

そこで、立体造形物３００の粉体除去を行うときには、図７（ａ）に示すように、立体造形物３００を造形ステージ２４に載せ置く。そして、ポンプ４５３を駆動して、粉体貯留タンク４５１の粉体２０を吸引しながら噴射手段４０１のノズル４０２から立体造形物３００に対して粉体２０を含む気流４０３を吹き付ける。これにより、立体造形物３００に付着している未結合の粉体２０が除去される。

一方、供給槽２１に粉体２０を供給するときには、図７（ｂ）に示すように、噴射手段４０１を取り外し、あるいは、噴射手段４０１を取り付けたまま、供給槽２１に向けて粉体２０を供給する。

このようにして、立体造形物３００からの粉体除去と、供給槽２１の粉体２０の補充を行うことができる。

この場合、立体造形物３００からの粉体除去を行うときと、供給槽２１の粉体２０の補充を行うときとでは、ポンプ４５３の出力を変えることができる。

例えば、立体造形物３００からの粉体除去を行うときのポンプ４５３の出力を、供給槽２１へ粉体２０を供給するときのポンプ４５３の出力よりも大きくする。これにより、立体造形物３００からの粉体除去を行うときには、粉体供給路４５２内の流速が速くなり、効率的に粉体２０の除去を行うことができる。

また、粉体供給路４５２と噴射手段４０１とを着脱可能として、立体造形物３００からの粉体除去を行う噴射手段４０１と、供給槽２１の粉体２０の補充を行う噴射手段４０１とを付け替える構成とできる。

例えば、立体造形物３００からの粉体除去を行う噴射手段４０１のノズル径は相対的に小さく、供給槽２１へ粉体２０を供給する噴射手段４０１のノズル径は相対的に大きくする。これにより、立体造形物３００からの粉体除去を行うときには、粉体供給路４５２内の流速が速くなり、効率的に粉体２０の除去を行うことができる。一方、供給槽２１へ粉体２０を供給するときには、必要以上に粉体２０を高速で噴射することがなく、粉体２０の飛散を低減できる。

次に、本発明の第２実施形態について図８を参照して説明する。図８は同実施形態の説明に供する模式的説明図である。

本実施形態では、第１実施形態の粉体供給路４５２を、粉体層３１を形成するときに発生する余剰な粉体２０をうける粉体受け部２９に接続して、粉体受け部２９に溜まった粉体２０を使用して立体造形物３００からの粉体除去を行う。ここでは、粉体受け部２９が貯留手段を兼ねている。

このように構成することで、未使用の粉体２０を使用しないで未結合の粉体２０の除去を行うことができる。これにより、一度使用した粉体２０や未結合の粉体２０を再利用するときに、篩いによる分級や除湿処理等の工程を行う場合に、その工程にかかる工数を削減することが可能となる。

次に、本発明の第３実施形態について図９を参照して説明する。図９は同実施形態の説明に供する模式的説明図である。

本実施形態では、上記第２実施形態において、立体造形物３００の粉体２０を除去するときに、噴射手段４０１と立体造形物３００を挟んで反対側に、つまり、粉体２０を含む気流４０３を吹き付ける側と反対側に配置可能で、立体造形物３００から除去される粉体２０を吸引する手段である吸引部材４６１を備えている。

吸引部材４６１には、粉体回収路４６２が接続され、粉体回収路４６２には吸引気流を発生させる吸引ポンプ４６３が設けられている。

このように構成したので、立体造形物３００から粉体２０を除去するときに、噴射手段４０１から吹き付けられた気流４０３によって剥離された粉体２０や気流４０３に含まれる粉体２０を、吸引部材４６１から吸引回収することができる。

これにより、立体造形物３００の粉体除去を行うときに粉体２０が飛散することを低減できる。

また、粉体回収路４６２の他端側は、粉体受け部２９や前記第１実施形態の粉体貯留タンクに接続することで、粉体の効率的な循環を行うことができる。

次に、本発明の第４実施形態について図１０を参照して説明する。図１０は同実施形態の説明に供する模式的説明図である。

本実施形態では、上記第３実施形態において、立体造形物３００の粉体２０を除去するときに、噴射手段４０１の近傍に配置可能で、つまり、粉体２０を含む気流４０３を吹き付ける側と同じ側に配置可能で、立体造形物３００から跳ね返る粉体２０を吸引する手段である吸引部材４６４を備えている。

吸引部材４６４には、粉体回収路４６５が接続され、粉体回収路４６５には吸引気流を発生させる吸引ポンプ４６６が設けられている。

このように構成したので、立体造形物３００から粉体２０を除去するときに、噴射手段４０１から立体造形物３００に吹き付けられて跳ね返る粉体２０を吸引部材４６４から吸引回収することができる。

これにより、立体造形物３００の粉体除去を行うときに粉体２０が飛散することを低減できる。

また、粉体回収路４６５の他端側は、粉体受け部２９や前記第１実施形態の粉体貯留タンクに接続することで、粉体の効率的な循環を行うことができる。

上述した実施形態に係る粉体除去装置は、前述した立体造形装置の一部として構成することもできるし、立体造形装置とは独立した装置として、例えばブラストケース内に配置して粉体除去を行うようにすることもできる。

次に、本発明の第５実施形態について図１１を参照して説明する。図１１は同実施形態の説明に供する模式的説明図である。

本実施形態では、造形槽２２と一体に、造形槽２２の底部側に後処理空間形成部材４０を設け、造形槽２２内につながる後処理空間４１を形成している。

造形槽２２内に昇降可能に配置された造形ステージ２４は、造形槽２２から下降して後処理空間４１内に移動可能に配置されている。

ここで、後処理空間形成部材４０には、造形ステージ２４が嵌り込む底部開口部４０ａが形成されている。造形ステージ２４が後処理空間形成部材４０の底部開口部４０ａに嵌り込むことで、後処理空間４１はほぼ閉じた空間となる。

後処理空間４１内には、立体造形物３００に対し粉体２０を含む気流４０３を噴き出す噴射手段４０１が配置されている。

次に、本実施形態における立体造形物の全体的な造形プロセスについて図１２のフロー図も参照して説明する。

前述したように、粉体層の形成と造形液の吐出によってすべての層の造形が完了したときには、造形ステージ２４は図１１（ａ）の造形位置から図１１（ｂ）に示すように、後処理空間４１に移動し、後処理空間形成部材４０の底部開口部４０ａに嵌り込む。

そこで、図１１（ｂ）に示すように、噴射手段４０１によって粉体２０を含む気流４０３を吹き付けて、立体造形物３００から未固化粉体を除去する粉体除去処理を行う。なお、図１１（ｂ）は立体造形物３００の周囲の未固化の粉体２０を気流４０３で吹き飛ばした後の状態で、立体造形物３００の内部空間の未固化の粉体２０を吹き飛ばしている状態の説明図である。その後、焼結処理を行って立体造形物を焼結し、完成物を得る。

このように構成したので、造形終了後、造形槽２２内で未固化の粉体２０に埋まった状態の立体造形物３００を、造形ステージ２４の下方への移動により、装置周囲に粉体２０を飛散させることなく、後処理空間４１へと移動することができる。

そして、後処理空間４１内で立体造形物３００から未固化の粉体２０の除去を行うことで、装置周囲に粉体２０を飛散させることなく、除去作業を行うことが可能となる。

この場合、未固化の粉体２０の除去は、噴射手段４０１から粉体２０以外のブラスト材を含む気流を噴射することによって行うこともできるが、粉体２０を使用することで異物の混入がなく、一度使用した粉体を容易に再利用することができる。

また、造形槽２２の容積に対し後処理空間４１の容積を大きくすることにより、未固化の粉体２０を除去するときに良好な作業性を確保でき、また、後処理空間４１の上部４１ａから装置外への粉体排出を防止する効果もある。

次に、本発明の第６実施形態について図１３を参照して説明する。図１３は同実施形態の説明に供する模式的説明図である。

本実施形態では、造形槽２２の開口を開閉するカバー部材４４を設けている。

このように構成したので、造形終了後、未固化の粉体除去を行うとき、造形槽２２の開口部をカバー部材４４により閉じることができる。

これにより、未固化の粉体除去を行うときに粉体２０が装置の周囲に飛散することを確実に防止できる。

また、カバー部材４４を透明部材とすることにより、未固化の粉体を除去する作業を行うときの視認性を確保することができる。

次に、本発明の第７実施形態について図１４を参照して説明する。図１４は同実施形態の説明に供する模式的説明図である。

本実施形態では、造形槽２２と後処理空間４１との間を開閉する仕切り部材４５を設けている。仕切り部材４５は例えば軸４５ａで回転可能に支持されている。

このように構成しても、未固化の粉体除去を行うときに、仕切り部材４５によって造形槽２２と後処理空間４１との間を仕切ることができるので、粉体２０が装置の周囲に飛散することを確実に防止できる。

また、仕切り部材４５を透明部材とすることにより、未固化の粉体を除去する作業を行うときの視認性を確保することができる。

次に、本発明の第８実施形態について図１５を参照して説明する。図１５は同実施形態の説明に供する模式的説明図である。

本実施形態では、造形ステージ２４の軸部２４ａのみを後処理空間形成部材４０の底部に貫通させ、軸部２４ａと後処理空間形成部材４０との間にクリアランスはシール部材４６にて封止している。シール部材４６は、例えば発泡ポリウレタンを用いることで、密閉性と移動性を両立させることができる。

また、後処理空間４１内に通じる粉体回収路４７を設け、粉体回収路４７にはポンプ４８を配置している。

このように構成したので、図１５（ａ）に示すように造形が終了した後、図１５（ｂ）に示すように、造形ステージ２４を後処理空間４１へ移動させる。なお、図１５（ｂ）は造形ステージ２４を下げたときの状態であり、噴射手段４０１から気流を吹き付ける前の状態を説明している。

このとき、シール部材４６にて未固化の粉体２０が後処理空間４１の底部と造形ステージ２４の軸部２４ａのクリアランスから排出されてしまうことを防止できる。

そして、噴射手段４０１から気流を立体造形物３００に吹き付けて未固化の粉体２０を除去する。このとき、ポンプ４８を駆動して、粉体回収路４７に矢印で示す気流の流れを発生させて、立体造形物３００から吹き飛ばされて除去された粉体２０を粉体回収路４７を通じて回収する。

なお、造形ステージ２４と後処理空間形成部材４０との間を蛇腹部材で連結しても、造形ステージ２４の移動性を確保しつつ、未固化の粉体２０が後処理空間４１の底部と造形ステージ２４の軸部２４ａのクリアランスから排出されてしまうことを防止できる。

次に、本発明の第９実施形態について図１６を参照して説明する。図１６は同実施形態の説明に供する模式的説明図である。

本実施形態では、粉体２０を貯留する貯留手段である貯留・回収タンク４４１を備えている。貯留・回収タンク４４１と噴射手段４０１とは、粉体供給手段である粉体供給路４４２でつながれ、貯留・回収タンク４４１の粉体２０が噴射手段４０１に導かれる。

そして、粉体供給路４４２には、噴射手段４０１のノズルから噴き出される粉体２０を含む気流を発生させる気流発生手段としてのポンプ４４３を有している。

また、噴射手段４０１と立体造形物３００を挟んで反対側に、つまり、粉体２０を含む気流を吹き付ける側と反対側に配置可能で、立体造形物３００から除去される粉体２０を吸引する手段である吸引部材（吸引ノズル）４４４を備えている。

吸引部材４４４は、粉体回収路４４５を介してポンプ４８に接続されている。そして、ポンプ４８は粉体回収路４４６を介して貯留・回収タンク４４１に接続されている。

このように構成したので、立体造形物３００から未固化の粉体２０を除去するときには、噴射手段４０１に対してポンプ４４３により貯留・回収タンク４４１から粉体２０を供給して噴射させる。一方、ポンプ４８を駆動して、粉体回収路４７及び吸引部材４４４を通じて粉体２０を吸引回収し、回収した粉体２０は粉体回収路４４６を通じて貯留・回収タンク４４１に戻される。

このように、立体造形物３００が貫通部を有する形状などの場合に未固化の粉体２０や噴射手段４０１により噴射する粉体２０の飛散を防止することが可能となり、噴射する粉体２０を効率よく循環させることも可能となる。また、噴射手段４０１及び吸引部材４４４を後処理空間４１内で自由に移動可能な構成とすることで、良好な作業性を得ることができる。

１ 造形部
５ 造形ユニット
１０ 造形液
１２ 平坦化ローラ（平坦化手段、回転体）
２０ 粉体
２１ 供給槽
２２ 造形槽
２３ 供給ステージ
２４ 造形ステージ
３０ 造形層
３１ 粉体層
４０ 後処理空間形成部材
４１ 後処理空間
５０ 液体吐出ユニット
５２ 液体吐出ヘッド
３００ 立体造形物
４０１ 噴射手段
４４１ 貯留・回収タンク
４６１、４６４ 吸引部材

Claims (10)

1. 粉体を結合した層状造形物を積層して形成された立体造形物に付着している未結合の前記粉体を除去する立体造形物の粉体除去装置であって、
   前記立体造形物に対して前記粉体を含む気流を吹き付ける手段を備えている
   ことを特徴とする立体造形物の粉体除去装置。
2. 前記粉体を含む気流を噴き出す噴射手段と、
   前記粉体を貯留する貯留手段と、
   前記貯留手段の前記粉体を前記噴射手段に導く粉体供給手段と、
   前記粉体供給手段内に前記噴射手段から噴き出される気流を発生させる気流発生手段と、を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の粉体除去装置。
3. 前記粉体を含む気流を噴き出す噴射手段と、
   前記粉体を層状に形成するときに発生する余剰な前記粉体を前記噴射手段に導く粉体供給手段と、
   前記粉体供給手段内に前記噴射手段から噴き出される気流を発生させる気流発生手段と、を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の粉体除去装置。
4. 前記粉体を含む気流を吹き付ける側と反対側に配置可能で、前記立体造形物から除去される前記粉体を吸引する手段を備えている
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の粉体除去装置。
5. 前記粉体を含む気流を吹き付ける側と同じ側に配置可能で、前記立体造形物から跳ね返る前記粉体を吸引する手段を備えている
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の粉体除去装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の粉体除去装置を備えていることを特徴とする立体造形装置。
7. 請求項１に記載の粉体除去装置と、
   前記立体造形物が造形される造形槽と、
   前記造形槽内を昇降可能で、前記層状造形物が積層される造形ステージと、を備え、
   前記粉体除去装置は、前記造形槽の底部側に配置されて前記造形槽内につながる後処理空間を有し、
   前記造形ステージは、前記造形槽内から下降して前記後処理空間まで移動可能であり、
   前記粉体を含む気流を吹き付ける手段は、前記後処理空間内に下降された前記造形ステージ上の前記立体造形物に向けて前記粉体を含む気流を吹き付ける
   ことを特徴とする立体造形装置。
8. 前記造形槽の開口を開閉するカバー部材を備えている
   ことを特徴とする請求項７に記載の立体造形装置。
9. 前記造形槽内と前記後処理空間との間を開閉する仕切り部材を備えている
   ことを特徴とする請求項７に記載の立体造形装置。
10. 粉体を結合した層状造形物を積層して形成された立体造形物に付着している未結合の前記粉体を除去する立体造形物の粉体除去方法であって、
    前記立体造形物に対して前記粉体を含む気流を吹き付ける
    ことを特徴とする立体造形物の粉体除去方法。

Images