JP2017202620A - 立体造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】立体造形物の品質低下を抑制しつつ、粉体の使用効率を向上する立体造形装置の提供。【解決手段】粉体２０が所要形状に結合された造形層３０が積層造形される造形槽２２と、造形層２２に供給する粉体２０を収容する供給槽２１と、供給槽２１及び造形槽２２の上方を往復移動可能に配置された平坦化ローラ１２とを備え、平坦化ローラ１２を供給槽２１から造形槽２２に向かう往路方向に移動させて供給槽２１から粉体２０を造形槽２２に供給させ、平坦化ローラ１２を造形槽２２から供給槽２１に向かう復路方向に移動させて造形槽２２に供給された粉体２０を平坦化する動作を行い、平坦化ローラ１２とともに往復移動可能で、平坦化ローラ１２が復路方向に移動するときに平坦化ローラ１２の前方側に位置し、平坦化ローラ１２の前方側で造形槽２２に供給された粉体２０の一部を掬って回収する粉体回収部材１４を備えている立体造形装置。【選択図】図９

Description

本発明は立体造形装置に関する。

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を層状に敷き詰め、粉体を結合させる造形液を吐出して、粉体が結合された層状造形物（これを「造形層」といい。）を形成する。そして、この造形層上に粉体を敷き詰め、再度、造形層を形成する動作を繰り返して、造形層を積層することで立体造形物を造形する。

従来、供給槽から造形槽に粉体を移送供給して粉体を敷き詰めるときに生じる余剰な粉体を受ける造形槽外で受ける余剰粉体受けを備えるものが知られている（特許文献１）。

また、造形層を挟んで２つの供給槽を配置し、一方の供給槽から造形槽に粉体を供給するときの余剰な粉体を他方の供給槽に回収して収容するものが知られている（特許文献２）。

特開２０１５−２２７０２１号公報 特開２００７−３０７７４２号公報

しかしながら、造形槽に敷き詰められなかった余剰な粉体を廃棄するのでは、無駄な粉体消費が増加することになる。そこで、２つの供給槽を配置し、余剰粉体を供給槽に戻し、再度供給して造形槽に敷き詰める構成とすると、装置が無駄に大型化するという課題が生じる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、立体造形物の品質低下を抑制しつつ、粉体の使用効率を向上することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の請求項１に係る立体造形装置は、
粉体が所要形状に結合された層状造形物が積層造形される造形槽と、
前記造形層に供給する前記粉体を収容する供給槽と、
前記供給槽及び前記造形槽の上方を往復移動可能に配置された平坦化手段と、を備え、
前記平坦化手段を前記供給槽から前記造形槽に向かう往路方向に移動させて前記供給槽から前記粉体を前記造形槽に供給させ、
前記平坦化手段を前記造形槽から前記供給槽に向かう復路方向に移動させて前記造形槽に供給された前記粉体を平坦化する動作を行い、
前記平坦化手段とともに往復移動可能で、前記平坦化手段が前記復路方向に移動するときに前記平坦化手段の前方側に位置し、前記平坦化手段の前方側で前記造形槽に供給された前記粉体の一部を掬って回収する粉体回収手段を備えている
構成とした。

本発明によれば、立体造形物の品質低下を抑制しつつ、粉体の使用効率を向上することができる。

本発明に係る立体造形装置の一例の概略平面説明図である。 同じく概略側面説明図である。 同じく造形部の断面説明図である。 同立体造形装置の制御部の概要の説明に供するブロック図である。 同装置における造形の流れの説明に供する造形部の模式的説明図である。 平坦化手段の往路で造形槽に粉体を供給し、復路で造形槽に粉体槽を形成する場合の既存造形層の移動の説明に供する説明図である。 本発明の第１実施形態の説明に供する造形部の斜視説明図である。 第１実施形態における制御部による粉体層の形成動作の制御の説明に供する造形部の模式的説明図である。 同じく図８に続く造形部の模式的説明図である。 同じく図９（ｃ）の要部拡大説明図である。 本発明の第２実施形態における粉体回収手段の回転機構部の説明に供する斜視説明図である。 同じく回転機構部を動作とともに説明する側面説明図である。 同じく粉体回収手段及び回転機構部の要部拡大説明図である。 同じく粉体回収手段の回転位置の説明に供する側面説明図である。 本発明の第３実施形態の説明に供する造形部の側面説明図である。 第３実施形態における制御部による粉体層の形成動作の制御の説明に供する造形部の模式的説明図である。 同じく図１６に続く造形部の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造形部の側面説明図である。 第４実施形態における制御部による粉体層の形成動作の制御の説明に供する造形部の模式的説明図である。 同じく図１９に続く造形部の模式的説明図である。 本発明の第５実施形態における制御部による粉体層の形成動作の制御の説明に供する造形部の模式的説明図である。 同じく図２１に続く造形部の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造形部の側面説明図である。 同じく拡大説明図である。

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実施形態に係る立体造形装置の一例の概要について図１ないし図３を参照して説明する。図１は同立体造形装置の概略平面説明図、図２は同じく概略側面説明図、図３は同じく造形部の断面説明図である。なお、図３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（以下、「粉体層３１」という。）に対して造形液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、平坦化手段（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、平坦化手段は、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、造形槽２２に供給する粉体２０を保持する供給槽２１と、造形層３０が積層されて立体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上に造形層３０が積層された立体造形物が造形される。

供給ステージ２３は、後述するモータ２７によって矢印Ｚ方向（高さ方向）に昇降され、造形ステージ２４は、同じく、モータ２８によって矢印Ｚ方向に昇降される。

平坦化ローラ１２は、供給槽２１及び造形槽２２の上方を往復移動可能に配置されている。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に移送して供給する。また、平坦化ローラ１２によって造形槽２２に供給した粉体２０の表面を均して敷き詰めることで平坦化して、粉体層３１を形成する。

この平坦化ローラ１２は、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に配置され、往復移動機構２５によって移動される。また、平坦化ローラ１２は、後述するモータ２６によって回転駆動される。

一方、造形ユニット５は、造形ステージ２４上の粉体層３１に粉体２０を結合させる造形液１０を吐出して（与えて）、粉体２０が結合された層状造形物としての造形層３０を形成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に搭載された造形液付与手段である２つ（１又は３つ以上でもよい。）の液体吐出ヘッド（以下、単に「ヘッド」という。）５２ａ、５２ｂ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、両側の側板７０、７０に昇降可能に保持されている。

このキャリッジ５１は、後述するＸ方向走査機構５５０を構成するＸ方向走査モータによってプーリ及びベルトを介し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。

２つのヘッド５２ａ、５２ｂ（以下、区別しないときは「ヘッド５２」という。）は、造形液を吐出する複数のノズルを配列したノズル列がそれぞれ２列配置されている。一方のヘッド５２ａの２つのノズル列は、シアン造形液及びマゼンタ造形液を吐出する。他方のヘッド５２ｂの２つのノズル列は、イエロー造形液及びブラック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。

これらのシアン造形液、マゼンタ造形液、イエロー造形液、ブラック造形液の各々を収容した複数のタンク６０がタンク装着部５６に装着され、供給チューブなどを介してヘッド５２ａ、５２ｂに供給される。

また、Ｘ方向の一方側には、液体吐出ユニット５０のヘッド５２の維持回復を行うメンテナンス機構６１が配置されている。

メンテナンス機構６１は、主にキャップ６２とワイパ６３で構成される。キャップ６２をヘッド５２のノズル面（ノズルが形成された面）に密着させ、ノズルから造形液を吸引する。ノズルに詰まった粉体の排出や高粘度化した造形液を排出するためである。その後、ノズルのメニスカス形成（ノズル内は負圧状態である）のため、ノズル面をワイパ６３でワイピング（払拭）する。また、メンテナンス機構６１は、造形液の吐出が行われない場合に、ヘッドのノズル面をキャップ６２で覆い、粉体２０がノズルに混入することや造形液１０が乾燥することを防止する。

造形ユニット５は、ベース部材７上に配置されたガイド部材７１に移動可能に保持されたスライダ部７２を有し、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。この造形ユニット５は、後述するＹ方向走査機構５５２によって全体がＹ方向に往復移動される。

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、後述するＺ方向昇降機構５５１によってＺ方向に昇降される。

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とを備えている。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。

供給槽２１上には後述する粉体供給装置１００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１００を構成するタンク内の粉体を供給槽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、また、平坦化ローラ１２で造形槽２２の粉体２０の表面を均すことで平坦化して所定の厚みで層状に敷き詰められた粉体２０の層（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２５によってステージ面に沿って、供給槽２１及び造形槽２２上を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、モータ２６によって回転されながら、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方向に往復移動する。これにより、粉体２０が造形槽２２上へと移送供給され、また、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。

この場合、平坦化ローラ１２は供給槽２１及び造形槽２２の上端面に対してギャップＧを置いて配置している。したがって、造形槽２２に粉体２０を移送供給するとき、造形槽２２の粉体２０を平坦化するとき、平坦化ローラ１２が供給槽２１及び造形槽２２の上端面に接触することを確実に防止できる。これにより、平坦化ローラ１２の損傷が低減する。平坦化ローラ１２の表面が損傷すると粉体層３１の表面にスジが発生して平坦性が低下する。

次に、上記立体造形装置の制御部の概要について図４を参照して説明する。図４は同制御部のブロック図である。

制御部５００は、この装置全体の制御を司るＣＰＵ５０１と、ＣＰＵ５０１に本発明に係わる動作の制御を含む立体造形動作の制御を実行させるためのプログラムを含むプログラム、その他の固定データを格納するＲＯＭ５０２と、造形データ等を一時格納するＲＡＭ５０３とを含む主制御部５００Ａを備えている。

制御部５００は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）５０４を備えている。また、制御部５００は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ５０５を備えている。

制御部５００は、外部の造形データ作成装置６００から造形データを受信するときに使用するデータ及び信号の送受を行うためのＩ／Ｆ５０６を備えている。なお、造形データ作成装置６００は、最終形態の造形物を各造形層にスライスした造形データを作成する装置であり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置で構成されている。

制御部５００は、各種センサの検知信号を取り込むためのＩ／Ｏ５０７を備えている。

制御部５００は、液体吐出ユニット５０のヘッド５２を駆動制御するヘッド駆動制御部５０８を備えている。

制御部５００は、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＸ方向（主走査方向）に移動させるＸ方向走査機構５５０を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１０と、造形ユニット５をＹ方向（副走査方向）に移動させるＹ方向走査機構５５２を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１２を備えている。

制御部５００は、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＺ方向に移動（昇降）させるＺ方向昇降機構５５１を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１１を備えている。なお、矢印Ｚ方向への昇降は造形ユニット５全体を昇降させる構成とすることもできる。

制御部５００は、供給ステージ２３を昇降させるモータ２７を駆動するモータ駆動部５１３と、造形ステージ２４を昇降させるモータ２８を駆動するモータ駆動部５１４を備えている。

制御部５００は、平坦化ローラ１２を移動させる往復移動機構２５のモータ５５３を駆動するモータ駆動部５１５と、平坦化ローラ１２を回転駆動するモータ２６を駆動する５１６を備えている。

制御部５００は、供給槽２１に粉体２０を供給する粉体供給装置１００を駆動する供給系駆動部５１７と、液体吐出ユニット５０のメンテナンス機構６１を駆動するメンテナンス駆動部５１８を備えている。

制御部５００は、粉体後供給部８０から粉体２０の供給を行わせる後供給駆動部５１９を備えている。

制御部５００のＩ／Ｏ５０７には、装置の環境条件としての温度及び湿度を検出する温湿度センサ５６０などの検知信号やその他のセンサ類の検知信号が入力される。

制御部５００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル５２２が接続されている。

なお、造形データ作成装置６００と立体造形装置（粉体積層造形装置）６０１によって造形装置が構成される。

次に、この装置における造形の流れについて図５を参照して説明する。図５は同説明に供する造形部の模式的説明図である。

図５（ａ）に示すように、造形槽２２の造形ステージ２４上に、１又は複数層の造形層３０が形成されているものとする。

そこで、最上層の造形層３０上に次の粉体層３１を形成するときには、図５（ｂ）に示すように、供給槽２１の供給ステージ２３をＺ１方向に移動量ｚ１分上昇させ、造形槽２２の造形ステージ２４をＺ２方向に移動量ｚ２分下降させる。

このとき、移動量ｚ１、ｚ２は粉体層３１の厚みΔｔよりも大きな値であり、移動量ｚ２≧ｚ１としている。これにより、供給槽２１から粉体２０を造形槽２２に供給するとき供給される粉体２０をすべて造形槽２２内に収容することができる。

そこで、図５（ｃ）に示すように、平坦化ローラ１２を、供給槽２１側から造形槽２２側に向かう一方の方向であるＹ２方向（往路方向とする。）に移動させて、粉体２０を造形槽２２へと移送供給する（粉体供給）。

次いで、図５（ｄ）に示すように、供給槽２１の供給ステージ２３をＺ２方向に移動量ｚ３分下降させ、造形槽２２の造形ステージ２４をＺ１方向に移動量ｚ４分上昇させる。これにより、造形槽２２の造形ステージ２４上の粉体２０が造形槽２２の開口部から上方に盛り上がった状態になる。

このときの造形ステージ２４の移動量ｚ４は、造形槽２２の前回の粉体層３１の表面（粉体面）の表面と平坦化ローラ１２の下部（下方接線部）との間隔が粉体層３１の厚みΔｔ１となるように設定する。粉体層３１の厚みΔｔ１（積層ピッチ）は、数十〜１００μｍ程度であることが好ましい。

そこで、図５（ｅ）に示すように、平坦化ローラ１２を、造形槽２２側から供給槽２１側に向かう他方の方向であるＹ１方向（復路方向とする。）に移動させることで、造形ステージ２４の造形層３０上で粉体２０が平坦化されて所定の厚さΔｔ１になる粉体層３１が形成される。このとき、粉体層３１の形成に使用されなかった未使用の粉体２０は、平坦化ローラ１２で供給槽２１側に移送される。

粉体層３１を形成後、平坦化ローラ１２は、図５（ｆ）に示すように、更にＹ１方向に移動されて初期位置（原点位置）に戻される。その後、ヘッド５２から造形液１０の液滴を吐出して、次の粉体層３１に所要形状の造形層３０を積層形成する造形動作に移行する。

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、上述した一方向に平坦化ローラ１２を移動して造形槽２２に粉体を移送供給し、他方向に平坦化ローラ１２を移動して粉体の平坦化による粉体層３１の形成を行い、ヘッド５２による造形液の吐出して造形層３０を形成する。このとき、新たな造形層３０とその下層の造形層３０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・平坦化よる粉体層３１を形成する工程、ヘッド５２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。

このように、平坦化手段の往路移動（一方向への移動）で供給槽から造形槽に粉体を供給し、続いて、平坦化手段の復路移動（他方向への移動）で粉体層の形成（平坦化）と未使用粉体の供給槽への回収を行う。

これにより、粉体層の形成に使用されなった未使用粉体はそのまま供給槽に戻されるので、品質の低下が抑制される。

また、供給槽及び造形槽外に未使用の粉体を排出することがないので、余剰な粉体を収容する余剰粉体受け手段、余剰粉体受け手段から粉体を回収して再度供給槽に戻すための回収機構を設ける必要がなく、装置の大型化を抑制できる。

次に、上述したように平坦化手段の往路で造形槽に粉体を供給し、復路で造形槽に粉体層を形成する場合の既存造形層の移動について図６を参照して説明する。図６は図５（ｅ）、（ｆ）の工程に相当する説明図である。

図６（ａ）に示すように、平坦化ローラ１２を矢印方向に回転しながらＹ１方向に移動して粉体２０を既存の造形層３０上で平坦化するとき、粉体２０の重さや平坦化ローラ１２の移動によって加わる摩擦力などによって、造形層３０に対して圧Ｆが加わる。

この圧Ｆが加わったまま平坦化ローラ１２がＹ１方向に移動することによって、図６（ｂ）に示すように、造形層３０が平坦化ローラ１２の移動方向（Ｙ１方向）に移動する造形層３０の引きずりが発生して隙間３５が生じることがある。

この場合、平坦化ローラ１２による造形層３０の引きずりを抑えるためには、平坦化ローラ１２の移動速度を低下したり、少量の粉体を数回に分けて移動させたりして対応することもできるが、このような対応では、生産性（造形速度）が低下する。

本発明の第１実施形態について図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造形部の斜視説明図である。

本実施形態では、平坦化ローラ１２とともに往復移動可能で、平坦化ローラ１２が復路方向に移動するときに平坦化ローラ１２の前方側に位置し、平坦化ローラ１２の前方側で造形槽２２に供給された粉体２０の一部を掬って回収する粉体回収手段である粉体回収部材１４を備えている。

粉体回収部材１４は、粉体２０を掬い上げて一時的に保持する湾曲形状の本体部１４ａを有している。粉体回収部材１４は、図７（ａ）に示すＣ方向に回転した第１姿勢と、図７（ｂ）に示すＤ方向に回転した第２姿勢との間で変位可能に配置されている。粉体回収部材１４の第１姿勢は粉体２０を掬える姿勢であり、第２姿勢は粉体２０と干渉しない位置まで退避した姿勢であるとともに、掬って回収した粉体２０を排出する姿勢である。

次に、第１実施形態における制御部による粉体層の形成動作の制御について図８ないし図１０を参照して説明する。図８ないし図１０は同説明に供する造形部の模式的説明図である。

図８（ａ）に示すように、造形槽２２の造形ステージ２４上に、１又は複数層の造形層３０が形成されているものとする。また、平坦化ローラ１２が供給槽２１側にあるときには、粉体回収部材１４は、図７（ｂ）に示す第２姿勢にして粉体２０と干渉しない位置まで退避させている。

そして、最上層の造形層３０上に次の粉体層３１を形成するときには、図８（ｂ）に示すように、供給槽２１の供給ステージ２３をＺ１方向に移動量ｚ１分上昇させ、造形槽２２の造形ステージ２４をＺ２方向に移動量ｚ２分下降させる。

このとき、前述したように、移動量ｚ１、ｚ２は粉体層３１の厚みΔｔよりも大きな値であり、移動量ｚ２≧ｚ１としている。これにより、供給槽２１から粉体２０を造形槽２２に供給するとき供給される粉体２０をすべて造形槽２２内に収容することができる。

そして、図８（ｃ）に示すように、平坦化ローラ１２を矢印Ａ方向に回転させながら供給槽２１の外側からＹ２方向（往路方向）に移動させ、平坦化ローラ１２が供給槽２１から造形槽２２に移行するときに粉体回収部材１４を矢印Ｃ方向に回転させて第１姿勢にして、平坦化ローラ１２の移動を継続する。

これにより、図８（ｄ）に示すように、平坦化ローラ１２によって造形槽２２に所要量の粉体２０が供給される（粉体供給）。このとき、平坦化ローラ１２は粉体回収部材１４が造形槽２２を通過した位置まで移動させる。

次いで、図９（ａ）に示すように、供給槽２１の供給ステージ２３をＺ２方向に移動量ｚ３分下降させ、造形槽２２の造形ステージ２４をＺ１方向に移動量ｚ４分上昇させる。これにより、造形槽２２の造形ステージ２４上の粉体２０が造形槽２２の開口部から上方に盛り上がった状態になる。

このときの造形ステージ２４の移動量ｚ４は、造形槽２２の前回の粉体層３１の表面（粉体面）の表面と平坦化ローラ１２の下部（下方接線部）との間隔が粉体層３１の厚みΔｔ１となるように設定する。

また、平坦化ローラ１２を供給時とは逆方向の矢印Ｂ方向に回転させ、造形槽２２の外側から供給槽２１に向かうＹ１方向（復路方向）への移動を開始する。

平坦化ローラ１２が造形槽２２上をＹ１方向へ移動するとき、図９（ｂ）及び図１０に示すように、平坦化ローラ１２の前方側に位置する粉体回収部材１４によって粉体２０の一部が掬われて粉体回収部材１４上に回収される。そして、残った粉体２０を後続の平坦化ローラ１２で平坦化することにより、所定厚みΔｔの粉体層３１が形成される。

そして、図９（ｃ）に示すように、平坦化ローラ１２が造形槽２２側から供給槽２１側に移行するときに、粉体回収部材１４がＤ方向に第２姿勢まで回転して、掬って回収した粉体２０を供給槽２１に排出する。

さらに、図９（ｄ）に示すように、平坦化ローラ１２は粉体回収部材１４とともに初期位置まで戻り、供給槽２１に造形槽２２における粉体層３１の形成に使用されなかった粉体２０が供給槽２１に戻される。

このように、平坦化ローラ１２によって粉体層３１を形成するときに、平坦化ローラ１２の前方側に配置した粉体回収部材１４によって供給した粉体２０の一部を掬って回収する。したがって、平坦化ローラ１２によって粉体２０を平坦化するときに、既存の造形層３０に対してかかる圧が低減し、造形層３０が移動して造形品質が低下することを抑制できる。

この場合、粉体回収部材１４で回収する量を除いて供給槽２１から造形槽２２に粉体２０を供給することでも、平坦化ローラ１２によって造形槽２２の粉体２０を平坦化するときの量を減らすことができる。しかしながら、供給する粉体２０の量を少なくすると、粉体２０を高いかさ密度で敷き詰めることが難しくなり、造形品質が低下することになる。

本実施形態のように構成することで、供給槽２１から造形槽２２に粉体２０を供給するときには多くの量の粉体２０を供給してかさ密度を上げ、平坦化するときにはその一部を掬って粉体量を減らすことで、平坦化を行うときの既存造形層の位置ずれを防止する。これにより、高い造形品質で造形することができる。

ここで、粉体回収部材１４の先端部の厚みは、例えば０．３ｍｍ〜１ｍｍ程度であることが好ましい。粉体回収部材１４の厚みが厚すぎると、粉体２０を掬い上げて回収することができず、押し付けて移動させることになり、造形層３０の位置ズレ（引きずり）を発生させるおそれがある。一方、粉体回収部材１４の厚みが薄すぎると、回収した粉体２０の重さで粉体回収部材１４にひずみが発生するおそれがある。

また、粉体回収部材１４と平坦化ローラ１２との高さの関係は、図１０に示すように、粉体回収部材１４の底面と平坦化ローラ１２の粉体面との接線とのＺ軸方向のギャップ（Ｇａｐ）をｚ１０１とすると、ｚ１０１＜ｚ４とする。なお、ｚ４は、図９（ａ）に示す、造形槽２２の造形ステージ２４をＺ１方向に移動させた量である。

また、粉体回収部材１４は、粉体２０を掬い上げて一時保持する本体部１４ａの面は、粉体２０との摩擦を低減させる構成とすることが好ましい。例えば、表面性状（表面粗さ）を高くしたり（滑らかにしたり）、フィルムを貼ったりするなどすればよい。

これにより、粉体回収部材１４で粉体２０を掬い上げて回収するときに、より多くの粉体２０を回収することができ、平坦化ローラ１２で平坦化するときの粉体量を低減でき、造形層３０の引きずりによる位置ずれを抑制できる。

このように、造形槽から供給槽へ未使用の粉体を移送する工程において、粉体回収手段で粉体を一部回収することによって、生産性を低下させることなく、平坦化手段で造形槽に押し付けられながら移送される粉体量を減らすことができる。

これにより、造形層にかかる圧を低減させることができ、造形層の引きずりによる位置ずれを防止することができ、造形品質が向上する。

次に、本発明の第２実施形態について図１１ないし図１４を参照して説明する。図１１は同実施形態における粉体回収手段の回転機構部の説明に供する斜視説明図、図１２は同じく回転機構部を動作とともに説明する側面説明図、図１３は同じく粉体回収手段及び回転機構部の要部拡大説明図、図１４は同じく粉体回収手段の回転位置の説明に供する側面説明図である。

粉体槽１１のＸ方向（平坦化ローラ１２の移動方向と直交する方向）の両側方には、粉体回収部材１４の回転及び案内を行う回転機構部１５を構成するレール部材である回転レール１６が、Ｙ方向に沿って配置されている。

ここで、粉体回収部材１４の軸１４ｂは、図１３に拡大して示すように、Ｄカット形状の軸としている。

そして、回転レール１６には、粉体回収部材１４の軸１４ｂの軸心よりも下部に当接する押し当て部及び軸１４ｂの移動を案内する案内部を兼ねたレール部１６ａと、平坦化ローラ１２の軸１２ａの移動を許容する溝部１６ｂがＹ方向に沿って設けられている。なお、粉体回収部材１４の軸１４ｂを案内するレール部１６ａの案内面（上面）には滑りを高める処理を施しておくことが好ましい。

このように構成したので、平坦化ローラ１２と粉体回収部材１４が造形槽２２側から供給槽２１側へＹ１方向に移動するとき、図１２（ａ）及び図１３に示すように、粉体回収部材１４のＤカット形状の軸１４ｂのＺ方向の下部がレール部１６ａの先端に当接して押される。これにより、粉体回収部材１４は、図１２（ｂ）に示すように、Ｄ方向に９０度回転し、レール部１６ａ上に軸１４ｂが乗り上がり、第２姿勢となる。

また、図１２（ｂ）の状態から、平坦化ローラ１２及び粉体回収部材１４がＹ２方向に移動して、粉体回収部材１４の軸１４ｂがレール部１６ａから外れると、粉体回収部材１４は自重でＤ方向と反対方向（前述したＣ方向）に回転して第１姿勢になる。

つまり、粉体回収部材１４は、レール部１６ａに載り上げるときに第１姿勢から第２姿勢に変位し、レール部１６ａから外れるときに第２姿勢から第１姿勢に変位する。

ここで、図１４に示すように、回転レール１６のレール部１６ａの先端は、Ｙ方向において、供給槽２１内に位置させている。これにより、Ｙ方向において、粉体回収部材１４が９０度回転する位置は、供給槽２１の範囲内である。

このように、粉体回収部材１４を回転及び案内する回転レール１６を設けて粉体回収部材１４を回転させることで、回転させるための新たな駆動源が不要となり、機構の簡略化による装置の小型化を図れ、部品点数の増加によるコスト増加を抑制できる。

次に、本発明の第３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造形部の側面説明図である。

本実施形態では、粉体回収部材１４に振動を付与する振動付与手段１７を設けている。振動付与手段１７は例えば圧電振動子で構成できる。

ここでは、粉体回収部材１４の粉体を掬って一時保持する部分（本体部１４ａ）に設けているが、粉体回収部材１４の軸部１４ｂ上に設けることもできる。

次に、第３実施形態における制御部による粉体層の形成動作の制御について図１６及び図１７を参照して説明する。図１６及び図１７は同説明に供する造形部の模式的説明図である。

ここでは、図１７（ｃ）に示すように、平坦化ローラ１２及び粉体回収部材１４を造形槽２２から供給槽２１側にＹ１方向に移動させるとき、供給槽２１上に粉体回収部材１４が位置していて、かつ、粉体回収部材１４が９０度回転して第２姿勢になった状態でのみ振動付与手段１７で振動を付与する。なお、その他は、前記第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

これにより、粉体回収部材１４で回収した未使用の粉体２０を確実に供給槽２１内に排出することができるので、次層の粉体２０を供給するとき（図１６（ｂ））において、供給する粉体量のバラツキを抑えることができ、造形品質を維持できる。

また、粉体回収部材１４内の粉体２０を確実に排出除去することができるので、次層の未使用の粉体２０を回収するとき（図１７（ｂ））において、より多くの粉体２０を回収することができ、平坦化ローラ１２で平坦化するときの粉体量を低減でき、造形層３０の引きずりによる位置ずれを抑制できる。

次に、本発明の第４実施形態について図１８を参照して説明する。図１８は同実施形態の説明に供する造形部の側面説明図である。

平坦化ローラ１１２は、外周面に、粉体２０を掬い上げて保持する複数の鋸刃状の粉体回収部１１４が設けられている。

そして、平坦化ローラ１１２がＹ１方向に移動するときに、平坦化ローラ１１２の後方側で、平坦化ローラ１１２の粉体回収部１１４から落下する粉体２０を受ける粉体受け部１１５を配置している。

この粉体受け部１１５は、実線図示の受け姿勢（第１姿勢）と仮想線図示の排出姿勢（第２姿勢）との間で変位可能に配置されている。

次に、第４実施形態における制御部による粉体層の形成動作の制御について図１９及び図２０を参照して説明する。図１９及び図２０は同説明に供する造形部の模式的説明図である。

図１９（ａ）に示すように、造形槽２２の造形ステージ２４上に、１又は複数層の造形層３０が形成されているものとする。また、平坦化ローラ１１２が供給槽２１側にあるときには、粉体受け部１１５は第１姿勢の保持されている。

そして、最上層の造形層３０上に次の粉体層３１を形成するときには、図１９（ｂ）に示すように、供給槽２１の供給ステージ２３をＺ１方向に移動量ｚ１分上昇させ、造形槽２２の造形ステージ２４をＺ２方向に移動量ｚ２分下降させる。

そして、図１９（ｃ）に示すように、平坦化ローラ１１２を矢印Ａ方向に回転させながら供給槽２１側からＹ２方向に移動させる。平坦化ローラ１１２が矢印Ａ方向に回転するときには、粉体回収部１１４による粉体２０の掬い上げは行われない。

これにより、図１９（ｄ）に示すように、平坦化ローラ１１２によって造形槽２２に所要量の粉体２０が供給される（粉体供給）。

次いで、図２０（ａ）に示すように、供給槽２１の供給ステージ２３をＺ２方向に移動量ｚ３分下降させ、造形槽２２の造形ステージ２４をＺ１方向に移動量ｚ４分上昇させる。これにより、造形槽２２の造形ステージ２４上の粉体２０が造形槽２２の開口部から上方に盛り上がった状態になる。

また、平坦化ローラ１１２を供給時とは逆方向の矢印Ｂ方向に回転させ、造形槽２２のＹ２方向終端側から供給槽２１に向かうＹ１方向への移動を開始する。

平坦化ローラ１１２がＹ１方向へ移動するとき、図２０（ｂ）に示すように、平坦化ローラ１１２の粉体回収部１１４によって粉体２０の一部が掬い上げられて、平坦化ローラ１１２の回転で後方側に移送され、粉体受け部１１５上に落下して保持される。そして、掬い上げられないで残った粉体２０を平坦化ローラ１１２で平坦化することにより、所定厚みΔｔの粉体層３１が形成される。

そして、図２０（ｃ）に示すように、平坦化ローラ１１２と粉体受け部１１５は供給槽２１の端部側まで移動し、粉体受け部１１５が矢印Ｄ方向に回転されて第２姿勢となって、粉体受け部１１５に保持されていた粉体２０が供給槽２１に排出されて戻される。

その後、図２０（ｄ）に示すように、粉体受け部１１５が矢印Ｃ方向に回転されて第１姿勢に戻され、初期位置に戻る。

このように、平坦化手段で造形槽の粉体の一部を回収しながら平坦化を行うことで、生産性を低下させることなく、平坦化手段で造形槽に押し付けられながら移送される粉体量を減らすことができる。これにより、造形層にかかる圧を低減させることができ、造形層の位置ズレ（引きずり）を防止して、造形品質を向上することができる。

なお、粉体受け部１１５の回転は個別の駆動源で行ってもよい。また、前述した第２実施形態で説明したような回転機構部の回転レールを粉体槽の幅方向（Ｘ方向）に設けることで、機構の簡略化による装置の小型化を図り、部品点数の増加を抑えることができる。

次に、本発明の第５実施形態について図２１及び図２２を参照して説明する。図２１及び図２２は同実施形態における制御部による粉体層の形成動作の制御の説明に供する造形部の模式的説明図である。

本実施形態では、粉体受け部１１５に振動を付与する振動付与手段１１７を備えている。振動付与手段１１７は圧電素子などで構成できる。

そして、本実施形態では、図２１（ｃ）に示すように平坦化ローラ１１２によって造形槽２２に粉体２０を移送しているときに、振動付与手段１１７によって粉体受け部１１５に振動を付与する。

このように、造形槽２２に供給される粉体２０に振動を付与することで、粉体２０の密度が高まり、密度や精度が高い造形層３０を造形できるようになる。

また、図２２（ｃ）に示すように粉体受け部１１５が第２姿勢に回転されて保持している粉体２０を供給槽２１に排出するときに、振動付与手段１１７によって振動を付与する。

このように、回収した粉体２０を供給槽２１に戻すときに振動を付与することで、戻される粉体量のバラツキを抑えることができるので、造形品質を維持できる。

次に、本発明の第６実施形態について図２３及び図２４を参照して説明する。図２３は同実施形態の説明に供する造形部の側面説明図、図２４は同じく拡大説明図である。

本実施形態では、粉体回収手段として、粉体２０の一部を掬う粉体回収部材１４と、粉体回収部材１４と平坦化ローラ１２との間に配置された粉体移送ローラ１８とを備えている。

本実施形態では、平坦化ローラ１２がＹ１方向に移動して造形槽２２の粉体２０を平坦化して粉体層３１を形成するとき、粉体回収部材１４によって粉体２０の一部を掬い、更に、粉体移送ローラ１８によって粉体２０の一部を移送する。

これにより、平坦化ローラ１２で平坦化するときの粉体量が減少し、造形層３０にかかる圧を低減させることができ、生産性を低下させることなく、造形層の引きずりによる位置ずれを防止して、造形品質を向上することができる。

この場合、粉体回収部材１４の後方側に粉体移送ローラ１８を配置することで、平坦化ローラ１２によって平坦化を行うときの粉体量を第１実施形態よりも減らすことができる。したがって、供給量を増加することができ、粉体２０を供給したときの密度を高くすることができ、造形品質をさらに向上できる。

ここで、図２４に示すように、平坦化ローラ１２の粉体面との接線と粉体移送ローラ１８と粉体面との接線におけるＺ軸方向のギャップ（Ｇａｐ）をｚ１０２とすると、ｚ１０２＜ｚ４である。

また、粉体移送ローラ１８は平坦化ローラ１２と同じ径でもよいが、平坦化ローラ１２よりも小さい径にすることで曲率を上げ、粉体移送において粉体２０をＺ型向の下側に押さえ付ける力を小さくすることができ、造形層の引きずりによる位置ずれを抑制することができる。

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）
１４ 粉体回収部材
１７ 振動付与手段
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（層状造形物）
３１ 粉体層（層状の粉体）
５０ 液体吐出ユニット
５１ キャリッジ
５２ 液体吐出ヘッド
１１２ 平坦化ローラ
１１４ 粉体回収部
１１５ 粉体受け部
１１７ 振動付与手段

Claims (6)

1. 粉体が所要形状に結合された層状造形物が積層造形される造形槽と、
   前記造形層に供給する前記粉体を収容する供給槽と、
   前記供給槽及び前記造形槽の上方を往復移動可能に配置された平坦化手段と、を備え、
   前記平坦化手段を前記供給槽から前記造形槽に向かう往路方向に移動させて前記供給槽から前記粉体を前記造形槽に供給させ、
   前記平坦化手段を前記造形槽から前記供給槽に向かう復路方向に移動させて前記造形槽に供給された前記粉体を平坦化する動作を行い、
   前記平坦化手段とともに往復移動可能で、前記平坦化手段が前記復路方向に移動するときに前記平坦化手段の前方側に位置し、前記平坦化手段の前方側で前記造形槽に供給された前記粉体の一部を掬って回収する粉体回収手段を備えている
   ことを特徴とする立体造形装置。
2. 前記粉体回収手段は、前記粉体を掬える第１姿勢と、掬った粉体を排出する第２姿勢との間で変位可能に設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の立体造形装置。
3. 前記供給槽側に前記平坦化手段の移動方向に沿って前記粉体回収手段の移動を案内するレール部材が配置され、
   前記粉体回収手段は、前記レール部材に載り上げるときに前記第１姿勢から前記第２姿勢に変位し、前記レール部材から外れるときに前記第２姿勢から前記第１姿勢に変位する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の立体造形装置。
4. 前記粉体回収手段は、前記粉体を掬う部分の表面粗さが他の部分の表面粗さよりも高い
   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立体造形装置。
5. 前記粉体回収手段を振動させる振動付与手段を備えている
   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立体造形装置。
6. 敷き詰められた粉体が所要形状に結合された層状造形物が積層造形される造形槽と、
   前記造形層に供給する前記粉体を収容する供給槽と、
   前記供給槽及び前記造形槽の上方を往復移動可能に配置された平坦化手段と、を備え、
   前記平坦化手段を前記供給槽から前記造形槽に向かう往路方向に移動させて前記供給槽から前記粉体を前記造形槽に供給させ、
   前記平坦化手段を前記造形槽から前記供給槽に向かう復路方向に移動させて前記造形槽に供給された前記粉体を平坦化する動作を行い、
   前記平坦化手段は、回転体であって、周面に、前記往路方向に移動するときに前記造形槽に供給された前記粉体の一部を掬って回収する粉体回収部が設けられ、
   前記平坦化手段とともに往復移動可能で、前記平坦化手段が前記復路方向に移動するときに前記平坦化手段の後方側に位置し、前記平坦化手段の粉体回収部から排出される前記粉体を受ける粉体受け部が配置されている
   ことを特徴とする立体造形装置。

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