JP2018043424A - 三次元造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】材料粉末の層上に障害物があっても、造形品質を守れる三次元造形装置を提案する。【解決手段】本発明に係る三次元造形装置は、造形テーブルと、吐出ヘッド２０と、移動機構と、ガード７０とを備えている。移動機構は、吐出ヘッド２０を保持した保持部５２ａを備え、保持部５２ａを、造形を行う面として造形テーブルの上方に設定された造形面Ｌｙに対して、上方に予め定められた距離を保って動かす。ガード７０は、移動機構によって保持部５２ａが移動される移動方向において、吐出ヘッド２０よりも前方にくるように保持部５２ａに配置されている。また、ガード７０の下端は、吐出ヘッド２０の下面と造形面Ｌｙとの間の予め定められた高さまで延びている。【選択図】図４

Description

本発明は、三次元造形装置に関する。

材料粉末に硬化液等を吐出して硬化させ三次元造形物を造形する三次元造形装置において、液の吐出によって材料粉末が飛散し、液を吐出する吐出ヘッドに材料粉末が付着するという問題が発生する。材料粉末が吐出ヘッドに付着すると、吐出口から正常に液が吐出されず、被造形物の品質に影響することがある。特許文献１は、吐出不良に陥った吐出ヘッドが出ても被造形物の品質を損なう可能性が少ない吐出ヘッドの動かし方を特徴とする三次元造形装置を開示している。

特開２０１１−２１２８６２

ところで、本発明者は、上述したような材料粉末に硬化液等を吐出して硬化させ三次元造形物を造形する三次元造形装置において、さらに造形品質を向上させたいと考えている。吐出ヘッドは、材料粉末の層の上方で、２ｍｍ程度の隙間を維持して動かされるが、材料粉末の層は、ローラーやスキージなどで表面がならされているものの、ローラーやスキージの進行方向に沿ってうねりが発生し得る。また、ローラーやスキージに付着した材料粉末や異物が、ローラーやスキージの進行方向後方に落ち、ならされないまま層上に残る事態も生じ得る。これらの凹凸や異物が、吐出ヘッドの移動を阻害したり、造形品質を低下させたりする可能性があると、本発明者は考えた。

ここで提案する三次元造形装置は、造形テーブルと、吐出ヘッドと、移動機構と、ガードとを備えている。移動機構は、吐出ヘッドを保持した保持部を備え、保持部を、造形面に対して、上方に予め定められた距離を保って動かす。造形面は、造形が行われる面として、造形テーブルの上方に設定された仮想面である。ガードは、移動機構によって吐出ヘッドが移動される移動方向において、吐出ヘッドよりも前方にくるように保持部に配置されている。また、ガードの下端は、吐出ヘッドの下面と造形面との間の予め定められた高さまで延びている。

ガードは、吐出ヘッドの移動方向において、保持部の、吐出ヘッドよりも前方に配置されている。また、その下端は、吐出ヘッドの下面と造形面の間まで延びている。そのため、移動方向前方に障害物が存在する場合でも、障害物から吐出ヘッドを守ることができる。

一実施形態における三次元造形装置を模式的に表した断面図である。 図１の三次元造形装置を上方から見た平面図である。 保持部を上方から見た模式図である。 保持部を前方から見た模式図である。 第１のガードと材料粉末の山との接触後の保持部を前方から見た模式図である。 障害物が異物であった場合の保持部を上方から見た模式図である。 ３時点における、第２のガードを備えた保持部を上方から見た模式図である。 吐出ヘッドが２列に配置され、第１のガードを備えた保持部を上方から見た模式図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら本発明を限定することを意図したものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡潔化する。

図１は一実施形態における三次元造形装置１０を模式的に表した断面図である。ここでは、図１の左方を三次元造形装置１０の左方Ｌ、図１の右方を三次元造形装置１０の右方Ｒ、図１の上方を装置の上方Ｕ、図１の下方を装置の下方Ｄとする。また、図２は、図１の三次元造形装置１０を上方から見た平面図である。図１は、図２におけるＩ−Ｉ断面図である。そこで、図２の左方は三次元造形装置１０の左方Ｌ、図２の右方は三次元造形装置１０の右方Ｒ、図２の下方は装置の前方Ｆ、図２の上方は三次元造形装置の後方Ｒｒである。以後、実施形態の説明において、方向について述べるときは、上述の方向を意味するものとする。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、三次元造形装置１０の設置態様を限定するものではない。

図１、図２に示すように、本実施形態によれば、三次元造形装置１０は、吐出ヘッド２０と、タンク３０と、造形テーブル４０と、造形槽４２と、第１昇降機構４４と、材料槽４６と、第２昇降機構４８と、ローラー５０と、移動機構５２と、ガード７０と、を備えている。

吐出ヘッド２０は、材料粉末１００に液を吐出する機構である。図１、図２に示す実施形態においては、吐出ヘッド２０は４個あり、保持部５２ａによって、左右方向に列をなして保持されている。吐出ヘッド２０は、造形テーブル４０上の材料粉末１００に向けて液を吐出できるよう、吐出面を下方Ｄに向けて保持されている。図１に示すように、吐出ヘッド２０は、それぞれ１個のタンク３０と接続されている。そして、それぞれに接続されたタンク３０に収納された吐出液を吐出する。吐出液のうちの少なくとも一つは、材料粉末１００を硬化させる硬化液である。硬化液以外の吐出液は、例えば、シアン、マゼンタ、イエローなどのカラー液である。勿論これは一つの例示であって、実施に当たっては必要な液を用意すればよい。吐出ヘッド２０の駆動方式には、例えば、ピエゾ駆動方式が採用されている。ピエゾ駆動方式の吐出ヘッドは、吐出する液体で満たされた圧力室を備えている。そして、圧力室には、微細なノズル孔が開けられている。圧力室の外壁には、圧電素子（ピエゾ素子）が接している。このとき、ピエゾ素子に電圧を印加すると、電圧印加によるピエゾ素子の変異が圧力室に伝わる。それによって圧力室の体積が減少させられ、体積減少分が液滴として吐出される。

造形テーブル４０は、造形槽４２の内側に設置されている。造形槽４２内において、造形テーブル４０は、下方から第１昇降機構４４に接続されており、上下に摺動可能である。第１昇降機構４４は、造形槽４２内で、造形テーブル４０を上下に移動させることができる。造形テーブル４０には、材料粉末１００が載せられている。造形テーブル４０は、その上で造形が行われる部材であり、造形を進めていくと、被造形物２００のそれまでに造形の終わった部分の上に新しい層が積層されてゆく。そこで、造形テーブル４０上には、被造形物２００のそれまでに造形の終わった部分が載置されている。

材料槽４６は、本実施形態にあっては、造形テーブル４０の隣にあり、材料粉末１００を収納している。材料槽４６は、材料粉末１００を造形テーブル４０上に供給する機構の一つである。材料槽４６の底部４６ａは、材料槽４６内を、上下に摺動可能となっている。底部４６ａの下面には、第２昇降機構４８が接続されている。第２昇降機構４８は、材料槽４６内で、底部４６ａを上下に移動させることができる。材料槽４６に収納されている材料粉末１００は、例えば、石膏、セラミックス、金属、プラスチック等の粉末である。

本実施形態に係る三次元造形装置１０には、ローラー５０が備えられている。ローラー５０は、造形テーブル４０上に、材料粉末１００の層を形成する機構である。図１のように、ローラー５０は、表面下部が、造形面Ｌｙと同じ高さになるように設計されている。ローラー５０は、図示されない駆動部によって左右方向に水平移動し、材料粉末１００の層を形成する。従って、形成された材料粉末１００の層面は、設計上、造形面Ｌｙと一致する（以下、この形成された材料粉末１００の層面を、形成面Ｌｙ２と呼ぶ。）。造形テーブル４０上の全面に材料粉末１００の層を形成できるよう、ローラー５０の前後方向の長さは、造形テーブル４０、および材料槽４６の前後方向の幅よりも長い。

移動機構５２は、吐出ヘッド２０を保持して、造形テーブル４０上を動かす機構である。移動機構５２は、吐出ヘッド２０を保持する保持部５２ａを備え、造形面Ｌｙの上方において、保持部５２ａに保持された吐出ヘッド２０を、造形面Ｌｙに対して、所定の距離を保って移動させる。その所定の距離は、例えば２ｍｍ程度である。図１、図２に示した実施形態によれば、移動機構５２は、主走査方向Ｙと副走査方向Ｘに、吐出ヘッド２０を走査させる。主走査方向Ｙは、吐出ヘッド２０が吐出を行いながら（即ち造形を行いながら）走査される方向である。副走査方向Ｘは、主走査方向Ｙと交差する方向であり、通常は主走査方向Ｙと直交している。ただし、この交差は直交に限られるものではない。図２において、主走査方向Ｙは左右方向であり、副走査方向Ｘは前後方向である。移動機構５２は、主走査方向Ｙに吐出ヘッド２０を動かす主走査部５２ｙと、副走査方向Ｘに吐出ヘッド２０を動かす副走査部５２ｘを備えている。主走査部５２ｙは、保持部５２ａと接続され、保持部５２ａを主走査部ガイドレール５２ｙｇに沿ってＹ方向に動かす。副走査部５２ｘは、主走査部５２ｙと接続され、主走査部５２ｙを副走査部ガイドレール５２ｘｇに沿ってＸ方向に動かす。なお、ここに示した実施形態では、造形テーブル４０は不動であって、吐出ヘッド２０が移動機構５２によって移動されるが、この移動は相対的なものであればよく、造形テーブル４０が、主走査方向Ｙ、副走査方向Ｘのいずれか、または両方に移動されても構わない。また、ここに示した実施形態では、移動機構５２は、主走査方向Ｙ、副走査方向Ｘの両方に吐出ヘッド２０を走査させるが、主走査方向Ｙにだけ走査する方式もあり得る。その場合、保持部５２ａは、主走査方向Ｙに直交する方向（前後方向）の造形領域全幅をカバーするように、吐出ヘッド２０を多数並べて配置する、いわゆるラインヘッド方式の構造を取るのが通常である。

ここで開示される三次元造形装置１０は、下記のようなプロセスで、被造形物２００の造形を行う。即ち、本三次元造形装置１０は、例えば０．１ｍｍ程度の所定の厚みの層を、上方に次々に積層してゆくことによって、被造形物２００の造形を行う。垂直方向の、ある高さにおける造形された層の形状は、その高さにおける被造形物２００の断面形状である。ある一層の造形が終了したとき、造形テーブル４０は、第１昇降機構４４によって、造形槽４２内を下方Ｄに移動される。このときの移動量は、造形時の一層の厚み分である。次に、材料槽４６の底部４６ａが、第２昇降機構４８によって、材料槽４６内を、上方Ｕに移動される。そこで、材料槽４６内の材料粉末１００の一部が、材料槽４６の上端（造形面Ｌｙと同一面）よりも上に、盛り上がって積まれる形になる。その盛り上がって積まれた材料粉末１００は、ローラー５０のＲ方向への水平移動によって、造形槽４２方向に移動させられ、造形テーブル４０上でならされる。余分な材料粉末１００は、そのままローラー５０によって払い落とされ、図示されない材料回収槽に回収される。こうして、造形面Ｌｙと設計上同じ高さの形成面Ｌｙ２を上面とし、所定の一層分の厚みを持った材料粉末１００の層が、造形テーブル４０上に形成される。ただし、この層の形成方法は一つの例であって、層の形成方法は、これに限られるものではない。

続いて、層に形成された材料粉末１００に、吐出ヘッド２０が、硬化液他の液を吐出することによって、造形および着色が行われる。吐出ヘッド２０は、保持部５２ａによって保持されながら、主走査部５２ｙによって、造形テーブル４０上を主走査方向Ｙの前方Ｙ１に走査される。ここでは、主走査方向ＹのうちＹ１方向が、造形中における前進方向である。Ｙ１方向に走査中、吐出ヘッド２０は、材料粉末１００の層に向かって、それぞれが接続されたタンク３０に収納されている液を吐出する。こうしてＸ軸における一つの位置で吐出作業が完了すると、吐出ヘッド２０は、主走査部５２ｙによって、Ｙ２方向に戻される。さらに吐出ヘッド２０は、副走査部５２ｘによって、副走査方向Ｘの前方Ｘ１に移動させられる。副走査方向ＸのうちＸ１方向が、造形中における前進方向である。この移動後の位置においても、吐出ヘッド２０は、Ｙ１方向に走査されながら、造形・着色作業を行う。このようにして、全造形領域に吐出ヘッド２０が走査され、一層分の造形が完了する。前述のように、この一層分の造形形状は、その高さにおける被造形物２００の断面形状である。この一層分の造形プロセスを繰り返して、本三次元造形装置１０は、被造形物２００の三次元形状を造形する。勿論、ここに示した方法は一つの実施形態であって、例えば、吐出ヘッド２０がＹ２方向に走査させられるときにも吐出を行う、双方向造形等もあり得る。

ところで、本願の発明者は、上述したような材料粉末に硬化液等を吐出して硬化させ三次元造形物を造形する三次元造形装置１０において、さらに造形品質を向上させたいと考えている。形成面Ｌｙ２上の凹凸や異物が、吐出ヘッド２０の移動を阻害したり、造形品質を低下させたりする可能性があると、本発明者は考えた。

ここに提案する三次元造形装置１０は、ガード７０を備えている。ガード７０は、保持部５２ａが移動される移動方向において、吐出ヘッド２０よりも前方にくるように保持部５２ａに配置され、下端が吐出ヘッド２０の下面と造形面Ｌｙとの間の予め定められた高さまで延びている。

移動機構５２が主走査方向Ｙに吐出ヘッド２０を動かす主走査部５２ｙを備えている場合には、ガード７０は、主走査方向Ｙにおいて、吐出ヘッド２０よりも前方にくるように保持部５２ａに配置された第１のガード７０ｙを備えていてもよい。

以下、図３〜図６を使って、上述の三次元造形装置１０について説明する。図３は、保持部５２ａを上方Ｕから見た模式図である。また、図４は、保持部５２ａを前方Ｆから見た模式図である。図３のように、保持部５２ａは、Ｙ１方向の前端に第１のガード７０ｙを備えている。従って、第１のガード７０ｙは、吐出ヘッド２０よりも、主走査方向Ｙに沿って前方Ｙ１側にある。第１のガード７０ｙの下端は、図４に示されるように、造形面Ｌｙと吐出ヘッド２０の下面の間まで延びている。また、第１のガード７０ｙのＸ方向の幅は、図３に示されるように、吐出ヘッド２０のＸ方向の幅よりも広い。そこで、Ｙ１方向から見れば、吐出ヘッド２０は、第１のガード７０ｙに隠れて見えない状態になっている。

ここで、保持部５２ａをＹ１方向に動かしているとき、Ｙ１方向の前方に障害物が存在したとする。障害物は、例えば、材料粉末１００の山や、形成面Ｌｙ２上の異物である。ここでは、図３のように、障害物は、材料粉末の山１２０であるとする。図５は、第１のガード７０ｙと材料粉末の山１２０の接触後の保持部５２ａの模式図であり、図４と同じく、前方Ｆから見た図である。図５に示されるように、第１のガード７０ｙは、材料粉末の山１２０を排除し、吐出ヘッド２０を守っている。第１のガード７０ｙによって材料粉末の山１２０は崩され、第１のガード７０ｙの下端以下の高さになっている。吐出ヘッド２０の下面は、第１のガード７０ｙの下端よりも上方にあるので、残った材料粉末１００の山に突っ込むことはない。このようにして、本三次元造形装置１０は、第１のガード７０ｙによって、Ｙ１方向前方の障害物から吐出ヘッド２０を守ることができる。

このように、三次元造形装置１０は、移動方向に沿って吐出ヘッド２０よりも前方に配置され下端が吐出ヘッド２０の下面と造形面Ｌｙとの間にあるガード７０によって、移動方向前方の障害物から吐出ヘッド２０を守ることができる。主走査方向Ｙに沿って吐出ヘッド２０よりも前方Ｙ１側にある第１のガード７０ｙは、主走査方向の前方Ｙ１に障害物があったとき、その障害物から吐出ヘッド２０を守る。

上記の例においては、ガード７０は１個であったが、ガード７０は１個とは限られない。例えば、Ｙ１方向に進むときだけでなく、Ｙ２方向に進むときにも造形を行う双方向造形の場合には、Ｙ２方向も進行方向前方になるので、保持部５２ａのＹ２側前面にも、ガード７０を備えることが好ましい。

ガード７０は、その移動方向に沿った最前面のうちに、移動方向の後方に向かうにつれて高さが高くなる傾斜面を備えていてもよい。

上述の移動方向の後方に向かうにつれて高さが高くなる傾斜面は、凹んだ曲面を含んでいてもよい。

第１のガード７０ｙの最前面７２ｙは、後方に向かうにつれ高さが高くなる傾斜面を含んでいる。図５において、第１のガード７０ｙは、材料粉末の山１２０に突っ込んでいるが、第１のガード７０ｙの先端においてこの傾斜面と底面が作る角度は鋭角なので、第１のガード７０ｙは、前進の際、材料粉末の山１２０を掻き分けている。掻き分けられた材料粉末１００は、傾斜面に沿って、後方に逃がされる。これがもし、単純な壁状の最前面であったとすれば、最前面７２ｙは材料粉末の山１２０に激突し、その衝撃は比較的大きいと考えられる。また、最前面７２ｙは材料粉末１００を前方に押してゆく形となり、材料粉末の山１２０の排除に伴う抵抗も大きくなり得る。衝撃と抵抗を考えたとき、第１のガード７０ｙの先端における傾斜面と底面の間の角度は、鋭角であることが望ましい。さらに、最前面７２ｙが材料粉末１００を前方に押してゆく形になると、移動方向前方の材料粉末１００の層が乱れる可能性がある。そこで、材料粉末の山１２０は、後方に逃がされる方が望ましい。また、最前面７２ｙの傾斜面は、図４のように、凹んだ曲面を有している。傾斜面は、凹んだ曲面を含むことにより、より滑らかに材料粉末１００を後方に逃がすことができる。

このように、ガード７０は、移動方向の後方に向かうにつれて高さが高くなる傾斜面を含んだ最前面で材料粉末１００を掻き分けることによって、材料粉末の山１２０との接触の衝撃、および、材料粉末の山１２０の排除の際の抵抗を緩和する。また、材料粉末の山１２０を、傾斜面に沿って後方に逃がすことで、移動方向前方の材料粉末１００の層が乱れるのを防ぐことができる。この最前面の傾斜面は、凹んだ曲面を含むことにより、より滑らかに材料粉末１００を後方に逃がすことができ、材料粉末の山１２０の排除の際の抵抗をより緩和することができる。

ガード７０は、移動方向の後方から前方に向かうにつれて幅が狭くなってゆく先端を備えていてもよい。

上記先端を形成する面は、凹んだ曲面を含んでいてもよい。

図３において、第１のガード７０ｙは、移動方向（主走査方向の前方Ｙ１）に向いた先端を備えている。この移動方向に向いた先端によれば、上方に向かう傾斜面と同様に、材料粉末の山１２０を後方に逃がすことができる。それにより、障害物との衝突の抵抗を和らげるとともに、移動方向前方の材料粉末１００の層が乱れるのを防止することができる。図３に示された例においては、第１のガード７０ｙの先端を形成する面のうち、前方Ｆ側の面が移動方向と平行であるが、勿論、先端を形成するどちらかの面が移動方向と平行である必要はなく、二面とも移動方向に対して斜交していてもよい。また、上記先端を形成する面は、凹んだ曲面を含んでいる。先端を形成する面が、凹んだ曲面を含むことで、より滑らかに材料粉末の山１２０を後方に逃がすことができる。

また、移動機構５２が、造形テーブル４０に対して、主走査方向Ｙと交差する副走査方向Ｘに吐出ヘッド２０を動かす副走査部５２ｘを備えている場合には、第１のガード７０ｙは、主走査方向の前方Ｙ１に向かって延びていてもよく、副走査方向Ｘの前方Ｘ１から後方Ｘ２に向かうにつれて主走査方向の後方Ｙ２に後退してゆく最前面７２ｙを有していてもよい。

上述の副走査方向の前方から後方に向かうにつれて主走査方向の後方に後退してゆく最前面７２ｙを有する第１のガード７０ｙについて、図３と図６を使って説明する。図３に示されるように、第１のガード７０ｙは、最も副走査方向の前方Ｘ１側で最も主走査方向の前方Ｙ１側に延び、副走査方向の前方Ｘ１から後方Ｘ２に向かうにつれて主走査方向の後方Ｙ２側に後退する最前面７２ｙを備えている。つまり、第１のガード７０ｙは、三次元造形装置１０の左前方から右後方に向かって斜めに切断された平面形状をしている。図６は、図３と同じく保持部５２ａを上方Ｕ方向から見た模式図であって、障害物として異物１２１が存在する場合である。図６のように、保持部５２ａがＹ１方向に進み、進行方向前方に異物１２１が存在しているとすると、ある時点において、異物１２１は第１のガード７０ｙに接触する。図６において、実線で示した保持部５２ａと第１のガード７０ｙと異物１２１が、その接触時における保持部５２ａと第１のガード７０ｙと異物１２１である。二点鎖線で示した方は、接触の少し後の保持部５２ａと第１のガード７０ｙと異物１２１である。図６においては、異物１２１は、主走査方向の後方Ｙ２側かつ副走査方向の後方Ｘ２側である方向、即ち右後方に排除されている。異物１２１の種類や接触スピード等にもよるが、異物１２１は、第１のガード７０ｙの最前面７２ｙに弾かれ、または、最前面７２ｙに沿って、少なくとも副走査方向の後方Ｘ２側に排除される。この領域は、既に造形済みの領域である。従って、第１のガード７０ｙは、障害物の排除によって、これから行う造形に影響を与えることがない。ここでは障害物が排除される方向が分かりやすいように、障害物を異物として説明したが、障害物が材料粉末１００の山であるときも勿論、同様である。

上記のように、ガード７０は、移動方向の後方から前方に向かうにつれて幅が狭くなってゆく先端を備えていてもよく、先端によって材料粉末の山１２０を後方に逃がし、衝突の抵抗を和らげるとともに、移動方向前方の材料粉末１００の層が乱れるのを防止する。さらに、先端を形成する面は、凹んだ曲面を含んでいてもよく、その曲面によって、より滑らかに材料粉末の山１２０を後方に逃がすことができる。また、第１のガード７０ｙは、副走査方向の前方Ｘ１から後方Ｘ２に向かうにつれて主走査方向の後方Ｙ２方向に後退してゆく最前面７２ｙを有していてもよく、その最前面７２ｙによれば、第１のガード７０ｙは、障害物を副走査方向の後方Ｘ２側に排除できる。この方向は、既に造形済みの領域の方向なので、障害物の排除によって、これから行う造形に影響を与えることがない。

ガード７０の最前面は、材料粉末１００よりも硬い素材で構成されていてもよい。それにより、ガード７０には、材料粉末１００との接触による傷がつきにくい。材料粉末１００が、石膏等の柔らかい材料の場合、例えば、ガード７０の素材は、アルミニウム合金等でもよい。

また、ガード７０の最前面は、弾性体で構成されていてもよい。弾性体は、例えばゴム等である。ガード７０の最前面が弾性体で構成されていれば、ガード７０と障害物との接触による衝撃は緩和され、ガード７０が欠けてしまう等の破損を抑えることができる。また、ゴムのような弾性体は、傷がつきにくい。ガード７０のすべてまたは大半が弾性体で構成されていると、ガードが撓むので、弾性体は、最前面を中心に必要な部分に使用されているのが好ましい。そこで、弾性体にはゴムのシート等を選択し、ガード７０には、貼付等で取り付けるとよい。

移動機構５２が、主走査方向Ｙに吐出ヘッド２０を動かす主走査部５２ｙと、副走査方向Ｘに吐出ヘッド２０を動かす副走査部５２ｘを備えている場合には、ガード７０は、保持部５２ａの副走査方向Ｘに沿って吐出ヘッド２０よりも前方に配置された第２のガード７０ｘを備えていてもよい。第２のガード７０ｘは、吐出ヘッド２０よりも先に造形領域上を走査されるので、そこにある障害物を、吐出ヘッド２０の到達よりも先に排除することができる。また、第２のガード７０ｘの副走査方向Ｘの最大幅は、吐出ヘッド２０が造形中に副走査方向Ｘに一回に動かされる幅より広くてもよい。第２のガード７０ｘの副走査方向Ｘの最大幅が、副走査方向Ｘの１回の走査幅よりも広ければ、第２のガード７０ｘは、保持部５２ａにおける吐出ヘッド２０の配置のされ方に関わらず、吐出ヘッド２０を障害物から守ることができる。

第２のガード７０ｘの副走査方向Ｘの最大幅が副走査方向Ｘにおける１回の走査幅よりも広ければ、吐出ヘッド２０の配列に関わらず、吐出ヘッド２０を守ることができる仕組みを、図７を使って説明する。図７は、第２のガード７０ｘを備えた保持部５２ａを上方Ｕから見た模式図であって、三つの時点を重ねて示したものである。図７において、実線で表された保持部５２ａが、ある時点における保持部５２ａである。実線で表された保持部５２ａの左後方に一点鎖線で示された保持部５２ａが、実線で表された時点よりも１走査前の時点における保持部５２ａである。同様に、一点鎖線で表された保持部５２ａのさらに左後方に二点鎖線で示された保持部５２ａが、一点鎖線で表された時点よりもさらに１走査前の時点における保持部５２ａである。図７に示す例において、吐出ヘッド２０は前後方向に２列並んで配置されている。第２のガード７０ｘは、保持部５２ａの前方Ｆ側の面に取り付けられている。この位置は、全ての吐出ヘッド２０から見て副走査方向Ｘの前方Ｘ１側にあたる位置である。ここで、本三次元造形装置１０の副走査方向Ｘにおける１回の走査幅は、Ｌ１である。Ｌ１は、一つの吐出ヘッド２０の前後方向の幅と同じである。第２のガード７０ｘの前後方向の最大幅はＬ２であり、Ｌ２は副走査方向Ｘにおける１回の走査幅Ｌ１よりも広い。図７に示されるように、実線で表された時点における吐出ヘッド２０の前方は、一点鎖線で表された１回前の走査時、および、二点鎖線で表された２回前の走査時に、第２のガード７０ｘによって全て走査されている。このように隙間なく走査済み領域が続くのは、第２のガード７０ｘの副走査方向Ｘの最大幅Ｌ２が、副走査方向Ｘにおける１回の走査幅Ｌ１よりも広いからである。もしも第２のガード７０ｘの副走査方向Ｘの最大幅Ｌ２が副走査方向Ｘにおける１回の走査幅Ｌ１よりも狭ければ、第２のガード７０ｘの走査済み領域には隙間ができ、吐出ヘッド２０を保護できない可能性が生まれる。即ち、第２のガード７０ｘの副走査方向Ｘの最大幅Ｌ２を副走査方向Ｘにおける１回の走査幅Ｌ１よりも広くさえしておけば、走査済み領域に隙間はできず、吐出ヘッド２０を障害物から守ることができる。吐出ヘッド２０が保持部５２ａで前後方向に多数の列をなして配置され、前後方向の吐出ヘッド列全部の幅Ｌ３が長くなっても、この事情は同じであり、第２のガード７０ｘの前後方向の幅を広くする必要はない。これに対して、例えば、第１のガード７０ｙで吐出ヘッド２０を守ろうとする場合には、第１のガード７０ｙの大きさ、または数量は、保持部５２ａにおける吐出ヘッド２０の配置の影響を受ける。図８は、吐出ヘッド２０が図７と同様に２列で配置されており、かつ、第１のガード７０ｙを備えた保持部５２ａを上方Ｕから見た模式図である。図８に示されるように、第１のガード７０ｙで吐出ヘッド２０を守ろうとする場合には、第１のガード７０ｙは前後方向にＬ３より広い幅を持つか、または、Ｌ１より広い幅のガードを２個備えることが求められる。このように、第２のガード７０ｘの副走査方向Ｘの幅の最大幅Ｌ２を副走査方向Ｘの１回の走査幅Ｌ１よりも広くしておけば、保持部５２ａにおける吐出ヘッド２０の配置のされ方に関わらず、第２のガード７０ｘは吐出ヘッド２０を障害物から守ることができ、第２のガード７０ｘの大きさは、それ以上にする必要がない。

第２のガード７０ｘは、副走査方向の前方Ｘ１に向かって延びていてもよく、主走査方向の前方Ｙ１から後方Ｙ２に向かうにつれて副走査方向の前方Ｘ１に広がってゆく最前面７２ｘを有していてもよい。

図７に示す保持部５２ａは、主走査方向の前方Ｙ１から後方Ｙ２に向かうにつれて副走査方向の前方Ｘ１に広がってゆく最前面７２ｘを有する第２のガード７０ｘを備えている。つまり、第２のガード７０ｘは、左後方から右前方に向かって斜めに切断された平面形状を有している。第２のガード７０ｘによって吐出ヘッド２０を守ろうとする場合には、このような形状で、障害物を副走査方向の前方Ｘ１方向に排除するのが好ましい。もしも、副走査方向の後方Ｘ２方向に障害物を排除したとすると、排除した障害物が吐出ヘッド２０と衝突するかも知れず、吐出ヘッド２０を守れない虞がある。この第２のガード７０ｘの最前面７２ｘも、凹んだ曲面の形状を備えていてよい。これまでに示した実施形態と同様に、この曲面によって、障害物の排除をより滑らかに行うことができる。さらに勿論、第２のガード７０ｘの最前面７２ｘは、Ｙ２方向に向かうにつれて高さが高くなる傾斜面も備えていてよく、その傾斜面もまた凹んだ曲面を含んでいてよい。

以上、ガードを備えた三次元造形装置の実施形態について説明したが、ここに開示される三次元造形装置は、上記に説明したものに限られない。例えば、ガードと障害物の接触をセンサで感知し、造形中の異常として、警報を発する等の仕様が付加されてもよい。

１０ 三次元造形装置
２０ 吐出ヘッド
４０ 造形テーブル
４２ 造形槽
４６ 材料槽
５０ ローラー
５２ 移動機構
５２ａ 保持部
７０ ガード
７０ｙ 第１のガード
７０ｘ 第２のガード
７２ｙ 第１のガードの最前面
７２ｘ 第２のガードの最前面
Ｌｙ 造形面
１００ 材料粉末
２００ 被造形物

Claims (12)

1. 造形テーブルと、
   吐出ヘッドと、
   前記吐出ヘッドを保持した保持部を備え、前記保持部を、造形が行われる面として前記造形テーブルの上方に設定された造形面に対して、上方に予め定められた距離を保って動かす移動機構と、
   前記移動機構によって前記保持部が移動される移動方向において前記吐出ヘッドよりも前方にくるように前記保持部に配置され、下端が前記吐出ヘッドの下面と前記造形面の間の予め定められた高さまで延びたガードと、
   を備えた
   三次元造形装置。
2. 前記ガードは、前記移動方向に沿った最前面のうちに、前記移動方向の後方に向かうにつれて高さが高くなる傾斜面を含む、
   請求項１に記載の三次元造形装置。
3. 前記傾斜面は、凹んだ曲面を含む、
   請求項２に記載の三次元造形装置。
4. 前記ガードは、前記移動方向の後方から前方に向かうにつれて幅が狭くなってゆく先端を有する、
   請求項１〜３のいずれか一つに記載の三次元造形装置。
5. 前記先端を形成する面は、凹んだ曲面を含む、
   請求項４に記載の三次元造形装置。
6. 前記ガードの最前面は、前記造形テーブル上に載せられる材料粉末よりも硬い素材で構成された、
   請求項１〜５のいずれか一つに記載の三次元造形装置。
7. 前記ガードの最前面は、弾性体で構成された、
   請求項１〜５のいずれか一つに記載の三次元造形装置。
8. 前記移動機構は、前記造形テーブルに対して予め定められた主走査方向に前記吐出ヘッドを動かす主走査部を備え、
   前記ガードは、前記主走査方向において前記吐出ヘッドよりも前方にくるように前記保持部に配置された第１のガードを備えた、
   請求項１〜７のいずれか一つに記載の三次元造形装置。
9. 前記移動機構は、前記造形テーブルに対して、前記主走査方向と交差する副走査方向に前記吐出ヘッドを動かす副走査部を備え、
   前記第１のガードは、前記主走査方向の前方に向かって延びており、前記副走査方向の前方から後方に向かうにつれて前記主走査方向の後方に後退してゆく最前面を有する、
   請求項８に記載の三次元造形装置。
10. 前記移動機構は、前記造形テーブルに対して予め定められた主走査方向に前記吐出ヘッドを動かす主走査部と、前記主走査方向と交差する副走査方向に前記吐出ヘッドを動かす副走査部を備え、
    前記ガードは、前記副走査方向において前記吐出ヘッドよりも前方にくるように前記保持部に配置された第２のガードを備えた、
    請求項１〜９のいずれか一つに記載の三次元造形装置。
11. 前記第２のガードの前記副走査方向の最大幅は、前記吐出ヘッドが造形中に前記副走査方向に一回に動かされる幅よりも広い、
    請求項１０に記載の三次元造形装置。
12. 前記第２のガードは、前記副走査方向の前方に向かって延びており、前記主走査方向の前方から後方に向かうにつれて前記副走査方向の前方に広がってゆく最前面を有する、
    請求項１０または１１に記載の三次元造形装置。

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