JP2019072967A - 三次元造形装置および三次元造形物の造形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】造形後の三次元造形物を容易に取り出すことができる三次元造形装置を提供する。【解決手段】本発明に係る三次元造形装置は、造形槽５０と、粉末材料１００が通過可能な貫通穴５２Ｃを備えた造形プレート５２と、造形プレート５２よりも下方において造形槽５０に挿入され、粉末材料１００を載置可能な造形テーブル５１と、造形プレート５２および造形テーブル５１の上下位置を変更可能な昇降装置５３、５４とを備える。粉末材料１００は、第１状態では、造形プレート５２よりも上方まで堆積している。粉末材料１００のうちの少なくとも一部は、第１状態よりも造形プレート５２と造形テーブル５１との間の距離が大きい第２状態では、造形プレート５２上から貫通穴５２Ｃを通って造形テーブル５１上に落下する。【選択図】図６Ｂ

Description

本発明は、三次元造形装置および三次元造形物の造形方法に関する。

従来から、特許文献１に開示されているように、粉末材料にバインダを吐出し、粉末材料を硬化させることによって所望の三次元造形物を造形する粉末積層法が知られている。

特許文献１に開示された三次元造形装置は、粉末が収容される造形部と、造形部に供給される粉末が収納される粉末供給部と、造形部より上方に配置されたインクジェットヘッドとを備えている。インクジェットヘッドは、造形部に収容された粉末に水性インクを吐出する。即ち、インクジェットヘッドは、造形部に収容された粉末のうち三次元造形物の断面形状に対応する部分に水性インクを吐出する。造形部に収容された粉末のうち水性インクが吐出された部分は硬化し、断面形状に対応した硬化層が形成される。そして、硬化層を順次積層することで、所望の三次元造形物が造形される。

特許第５４０００４２号公報

ところで、特許文献１に示されたような三次元造形装置では、造形終了時において、三次元造形物は粉末材料に埋まっている。そこで、造形終了後、三次元造形物を粉末材料から掘り出す作業が必要である。この掘り出し作業は、例えば手作業や、集塵機などによって行われるが、その際、いくつかの問題が起こり得る。手作業で三次元造形物を取り出す場合には、多大な工数が発生する他、掘り出しの際に三次元造形物を破損してしまう危険が伴う。また、集塵機による粉末材料の吸引では、吸引される粉末材料が混合粉である場合に、吸引によって成分が分離してしまうことがある。成分が分離してしまった場合、使用するためには再混錬が必要である。上記のように、三次元造形装置においては、造形後の三次元造形物の取り出しは必ずしも容易ではなく、三次元造形物を破損させるリスクも伴っている。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、造形後の三次元造形物を容易かつ確実に取り出すことができる三次元造形装置を提供することである。また、造形後の三次元造形物を容易かつ確実に取り出すことができる三次元造形物の造形方法を提供することである。

本発明に係る三次元造形装置は、上下方向に延びるとともに少なくとも上方に開口を有する筒状の内面を備えた造形槽と、前記造形槽に粉末材料を供給する材料供給装置と、前記材料供給装置によって供給された前記粉末材料を上方から硬化させて三次元造形物を造形する材料硬化装置と、前記造形槽に昇降自在に挿入され、前記粉末材料が通過可能な貫通穴を備えた造形プレートと、前記造形プレートよりも下方において前記造形槽に昇降自在に挿入され、前記粉末材料を載置可能な造形テーブルと、前記造形槽における前記造形プレートおよび前記造形テーブルの上下位置を変更可能な昇降装置と、を備える。前記昇降装置は、前記造形プレートと前記造形テーブルとの距離が所定の第１距離に保たれるとともに前記粉末材料が前記造形プレートよりも上方まで堆積した第１状態と、前記造形プレートと前記造形テーブルとの距離が前記第１距離よりも長い第２距離に保たれた第２状態とを形成可能に構成されている。前記粉末材料のうちの少なくとも一部は、前記昇降装置を前記第１状態から前記第２状態に移行させた場合において、前記造形プレート上から前記貫通穴を通って前記造形テーブル上に落下する。

上記三次元造形装置によれば、第１状態において粉末材料が造形プレートよりも上方まで堆積しているため、三次元造形物は造形プレート上に造形される。そして、三次元造形物の造形後、昇降装置を第２状態に移行させることによって、造形プレートと造形テーブルとの間の距離が広がり、粉末材料の一部または全部が造形プレート上から貫通穴を通って造形テーブル上に落下する。即ち、三次元造形物が形成されている造形プレート上から上記落下分だけ粉末材料が減少する。そのため、手作業による掘り出しと比較すると、掘り出しに係る工数が削減でき、三次元造形物を破損してしまうリスクを低減できる。また、集塵機による吸引と比較すると、集塵に係る工数が削減できるとともに、粉末材料の成分が分離する不具合が発生しないため再混錬作業を省略することができる。

また、本発明に係る三次元造形物の造形方法は、上下方向に延びるとともに少なくとも上方に開口を有する筒状の造形槽と、前記造形槽に挿入され粉末材料を載置可能な造形テーブルと、前記造形テーブル上の前記粉末材料を上方から硬化させる材料硬化装置と、を備えた三次元造形装置によって三次元造形物を造形する方法であって、第１工程と、第２工程と、第３工程とを含む。前記第１工程では、前記粉末材料が通過可能な貫通穴を備えた造形プレートを前記造形テーブル上に載置する。前記第２工程では、前記造形プレート上に前記粉末材料を供給しながら、前記造形プレート上で前記粉末材料を硬化させる。前記第３工程では、前記造形テーブルに対して前記造形プレートを上方に離反させる。前記第３工程において、前記粉末材料のうちの少なくとも一部は、前記造形プレート上から前記貫通穴を通って前記造形テーブル上に落下する。

上記三次元造形物の造形方法によれば、粉末材料が通過可能な貫通穴が設けられた造形プレートが造形テーブル上に載置（第１工程）された状態で三次元造形物の造形が行われ、三次元造形物は造形プレート上に造形される（第２工程）。その後、造形プレートを造形テーブルに対して上方に離反させることによって、造形プレートから粉末材料が落下する（第３工程）。粉末材料が造形プレートから落下することによって奏される作用効果は、上記三次元造形装置の場合と同様である。なお、造形プレートと造形テーブルとの離反は相対的なものであって、必ずしも造形プレートが上方に引き上げられることを意味しない。造形プレートと造形テーブルとを相対的に離反させるためには、例えば、造形プレートを下方に対して固定した上で造形テーブルを降下させてもよい。

第１実施形態に係る三次元造形装置を模式的に示した断面図である。 第１実施形態に係る三次元造形装置を模式的に示した平面図である。 造形槽、造形テーブル、および造形プレートを模式的に示した斜視図である。 三次元造形装置のブロック図である。 造形開始前の造形槽内を模式的に示した断面図である。 準備プロセス終了後の造形槽内を模式的に示した断面図である。 造形中の造形槽内を模式的に示した断面図である。 造形終了後の造形槽内を模式的に示した断面図である。 粉末除去プロセスの途中における造形槽内を模式的に示した断面図である。 粉末除去プロセス終了後の造形槽内を模式的に示した断面図である。 跳ね出しプロセス終了時の造形槽内を模式的に示した断面図であって、粉末除去プロセスが図６Ｂの状態で終了した場合を示す図である。 跳ね出しプロセス終了時の造形槽内を模式的に示した断面図であって、粉末除去プロセスが図６Ａの状態で終了した場合を示す図である。 造形プレートにリフト用アダプタを取り付け、リフト用アダプタをリフト爪で持ち上げた状態を模式的に示した正面図である。 ストッパ機構付近を模式的に示した断面図である。 第２実施形態に係る造形槽付近を模式的に示した断面図であって、造形プロセスが終了した時点の状態を示す図である。 第２実施形態に係る造形槽付近を模式的に示した断面図であって、粉末除去プロセスの途中における状態を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る三次元造形装置について説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら本発明を特に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、重複する説明は適宜省略または簡略化される。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る三次元造形装置１０を模式的に示した断面図である。図２は、本実施形態に係る三次元造形装置１０の平面図である。図１は、図２のＩ−Ｉ断面である。図面中の符号Ｆは、前方を示し、符号Ｒｒは、後方を示している。本実施形態では、符号Ｆの方向から三次元造形装置１０を見たときの左、右、上、下が、それぞれ三次元造形装置１０の左、右、上、下である。ここでは、図面中の符号Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｄは、それぞれ左、右、上、下を意味するものとする。本実施形態では、符号Ｘ、Ｙ、Ｚは、それぞれ前後方向、左右方向、上下方向を示している。左右方向Ｙは、三次元造形装置１０の主走査方向である。前後方向Ｘは、三次元造形装置１０の副走査方向である。また、上下方向Ｚは、三次元造形における積層方向である。ただし、これら方向は説明の便宜上定めた方向に過ぎず、三次元造形装置１０の設置態様を何ら限定するものではない。

図１に示すように、本実施形態に係る三次元造形装置１０は、粉末材料１００を硬化液で固めて硬化層１０１を形成し、これを上下方向Ｚに順次一体的に積層することによって三次元造形物１１０を造形する装置である。本実施形態に係る三次元造形装置１０は、所望の三次元造形物１１０の断面形状を示す断面画像に基づいて粉末材料１００に硬化液を吐出し、粉末材料１００を硬化させて硬化層１０１を形成する。そして、硬化層１０１を順次積層することで、所望の三次元造形物１１０を造形する。

ここで、「断面形状」とは、造形する三次元造形物１１０を所定の方向（例えば水平方向）に所定の厚み（例えば０．１ｍｍ。なお、所定の厚みは必ずしも一定の厚みに限定されない。）ごとにスライスしたときの断面の形状である。

粉末材料１００の組成や形態等は特に制限されず、樹脂材料、金属材料および無機材料等の各種の材料から構成された粉体を対象とすることができる。粉末材料１００としては、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等のセラミック材料や、鉄、アルミニウム、チタンおよびこれらの合金（典型的にはステンレス鋼、チタン合金、アルミニウム合金）、半水石膏（α型焼石膏、β型焼石膏）、アパタイト、食塩、プラスチック等が挙げられる。これらはいずれか１種の材料から構成されていてもよいし、２種以上が組み合わされていてもよい。粉末材料１００が混合粉である場合、成分である各粉末の粒度が異なっていることもある。例えば、骨材となる粉末よりもバインダとなる粉末の方が細かいことなどがある。

「硬化液」は、上記粉末材料１００同士を固着することが可能な材料であれば特に限定されない。例えば、硬化液としては、粉末材料に応じて、当該粉末材料を構成する粒子同士を結着させることが可能な液体（粘性体を含む。）が用いられる。硬化液としては、例えば、水、ワックス、バインダ等を含む液体が挙げられる。また、粉末材料が副材として水溶性樹脂を有している場合には、硬化液として、水溶性樹脂を溶解可能な液体、例えば水を用いることもできる。かかる水溶性樹脂は特に制限されないが、例えば、澱粉、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、水溶性アクリル樹脂、水溶性ウレタン樹脂、水溶性ポリアミド等が挙げられる。

図１に示すように、三次元造形装置１０は、本体１１と、副走査方向移動機構２０と、敷詰ローラ３０と、造形槽ユニット４０と、ヘッドユニット６０と、主走査方向移動機構７０と、制御装置８０と、を備えている。

図２に示すように、本体１１は、副走査方向Ｘに長い形状を有する三次元造形装置１０の外装体である。本体１１は、上方に向けて開口する箱型形状に形成されている。本体１１は、副走査方向移動機構２０と、造形槽ユニット４０と、制御装置８０とを収容する。また、図１に示されるように、本体１１は、敷詰ローラ３０と主走査方向移動機構７０とを支持する支持台でもある。

図１に示すように、造形槽ユニット４０は、本体１１に収容されている。造形槽ユニット４０は、造形槽５０と、供給槽４２と、余剰粉末収容槽４５とを備えている。造形槽ユニット４０の上面４１は平坦であって、この上面４１から凹むように造形槽５０と供給槽４２と余剰粉末収容槽４５とが独立に並んで設けられている。

図１に示すように、造形槽５０は、造形槽ユニット４０に設けられている。造形槽５０は、その内部で三次元造形物１１０が造形される槽である。造形槽５０は、上下方向に延びる筒状の内面５０Ｂを有している。また、上方に向けて開口した開口５０Ｃを備えている。図２に示すように、造形槽５０の内面５０Ｂおよび開口５０Ｃは、平面視において矩形の形状を有している。ただし、造形槽５０は、平面視において矩形である必要は必ずしもない。

図１に示すように、造形槽５０の内部には造形テーブル５１および造形プレート５２が挿入されている。造形槽５０の内部にはさらに、テーブル昇降機構５４が設けられており、造形テーブル５１はテーブル昇降機構５４の駆動に従って昇降するようになっている。また、造形プレート５２は、造形テーブル５１上に載置されており、基本的に造形テーブル５１の上下動に伴って造形槽５０内を上下動する。造形槽５０の内部には、造形槽５０の内面５０Ｂと造形テーブル５１とによって造形空間５０Ａが構成されている。造形空間５０Ａは、その内部で三次元造形物１１０が造形される空間である。

図３は、造形槽５０、造形テーブル５１、および造形プレート５２を模式的に示す斜視図である。図３においては、造形テーブル５１および造形プレート５２は、造形槽５０と分離して図示している。図３に示すように、造形テーブル５１は、造形槽５０の内面５０Ｂの平面形状とほぼ同形状の矩形の板である。造形テーブル５１は、造形槽５０に挿入されたとき、造形槽５０の内面５０Ｂとほぼ隙間なく摺動可能である。つまり、造形テーブル５１は、造形槽５０において内面５０Ｂと接しながら上下方向Ｚに移動する。ただし、図３に示されるように、造形テーブル５１は、４隅にそれぞれ切り欠き５１Ａを備えている。切り欠き５１Ａは、造形テーブル５１の４隅に設けられた三角形の欠落部である。造形テーブル５１は、切り欠き５１Ａにおいてだけ造形槽５０の内面５０Ｂと接することなく昇降する。

図３に示されるように、造形プレート５２は、造形槽５０の内面５０Ｂの平面形状と同形の外形を備えている。造形プレート５２は、外形に関して、矩形の板状の部材である。造形プレート５２は、フレーム５２Ａと多孔板５２Ｂとを備えている。フレーム５２Ａは、所定の厚みＤ１を持った矩形のリング形状を有している。フレーム５２Ａは、造形プレート５２の外形を構成している。フレーム５２Ａは、例えば、金属板を組み合わせて接合することにより形成されている。フレーム５２Ａの中心部分には、多孔板５２Ｂがはめ込まれている。図３に示すように、多孔板５２Ｂはハニカム構造を備えている。即ち、鉛直方向に延びる複数の板によって複数の六角形に区切られた構造を備えている。ハニカム構造の各六角形は、造形プレート５２の上面と下面とを連通させる貫通穴５２Ｃを構成している。ハニカム構造を構成する複数の板は、フレーム５２Ａの厚みＤ１と同じ高さを有している。従って、フレーム５２Ａと多孔板５２Ｂとを組み合わせたとき、上面、下面はともに面一である。ただし、フレーム５２Ａ、多孔板５２Ｂのうちの一方の高さが高い構成が排除されるわけではない。多孔板５２Ｂとフレーム５２Ａとは、例えば溶接などによって一体に接合されている。

造形プレート５２の前後の側面には、それぞれアダプタ取付部５２Ｄが設けられている（図３では前方のアダプタ取付部５２Ｄのみ図示）。アダプタ取付部５２Ｄは、リフト用アダプタ９０（図８参照）が取り付けられる部位である。造形プレート５２は、リフト用アダプタ９０をリフトの爪などで保持することによって持ち上げることができる。造形プレート５２は、造形槽５０から着脱自在である。アダプタ取付部５２Ｄは、図３に示すように、例えば、フレーム５２Ａの側面に設けられた横長の長穴である。リフト用アダプタ９０の構造や使用方法などについては後述する。

造形槽５０は、内面５０Ｂに落下阻止部材５３を備えている。落下阻止部材５３は、造形プレート５２がそれよりも下方に落下しないように設けられている部材である。落下阻止部材５３は、４つの支持部５３Ａを備えている。４つの支持部５３Ａは、それぞれ造形槽５０の内面５０Ｂの４隅に設けられている。支持部５３Ａは、造形槽５０の内面５０Ｂから内側に向かって突出させた部材である。支持部５３Ａは、ここでは三角柱状の部材であり、柱の伸長方向が上下方向に向くように取り付けられている。図１、図２に示されているように、組み立て状態においては、造形プレート５２は落下阻止部材５３よりも上方で造形槽５０に挿入されており、落下阻止部材５３に突き当たるために、それより下方に降下することはできない。そこで、以下では、落下阻止部材５３に突き当たったときの造形プレート５２の上面の位置を、プレート下降停止位置ＰＰ１（図６Ｂ参照）と称することとする。一方、造形テーブル５１は、４隅に三角形の切り欠き５１Ａを備えているために、落下阻止部材５３とすれ違うことが可能である。造形テーブル５１の切り欠き５１Ａは、造形テーブル５１がプレート下降停止位置ＰＰ１を通過する際、支持部５３Ａと干渉しないように構成されている。そこで、造形テーブル５１は、プレート下降停止位置ＰＰ１の上方、下方のいずれにも位置することが可能である。

テーブル昇降機構５４は、造形テーブル５１を上下方向Ｚに移動させる機構である。テーブル昇降機構５４の構成は特に限定されないが、本実施形態では図示しないサーボモータとボールねじなどを備えている。テーブル昇降機構５４は、造形テーブル５１に下方から接続されている。造形テーブル５１は、テーブル昇降機構５４のサーボモータが駆動することによって上下方向Ｚに移動する。テーブル昇降機構５４は、制御装置８０と電気的に接続されており、制御装置８０によって制御される。本実施形態では、テーブル昇降機構５４および落下阻止部材５３が、造形テーブル５１および造形プレート５２の上下方向Ｚの位置を変更する昇降装置を構成している。

供給槽４２は、粉末材料１００が造形槽５０の造形空間５０Ａに供給される前において貯留されている槽である。図２に示されるように、供給槽４２の形状は、平面視において矩形状である。ただし、供給槽４２の平面形状は矩形に限定されるわけではない。供給槽４２の内部には、平面形状において供給槽４２と同形の底部材４３が収納されている。供給槽４２と底部材４３とは、粉末材料１００が収容される貯留空間４２Ａを構成している。貯留空間４２Ａ内の粉末材料１００は、後述する敷詰ローラ３０によって造形槽５０の造形空間５０Ａに敷き詰められる。供給槽４２は、造形槽５０の後方に配置されている。供給槽４２は、主走査方向Ｙに関して造形槽５０と揃った位置に配置されている。図２に示すように、平面視において、造形槽５０の主走査方向Ｙの長さは、供給槽４２の主走査方向Ｙの長さと同じである。しかしながら、供給槽４２の主走査方向Ｙの長さは、造形槽５０の主走査方向Ｙの長さより長くてもよい。

底部材４３は、供給槽４２内部において、上下方向Ｚに移動可能に構成されている。底部材４３の下部には、供給槽昇降機構４４が連結されている。供給槽昇降機構４４は、底部材４３を上下方向Ｚに移動させる機構である。供給槽昇降機構４４の構成は、特に限定されないが、本実施形態では、テーブル昇降機構５４と同様に、図示しないサーボモータとボールねじなどを備えている。供給槽昇降機構４４のサーボモータが駆動することで、底部材４３は上下方向Ｚに移動する。供給槽昇降機構４４は、制御装置８０と電気的に接続されており、制御装置８０によって制御される。

余剰粉末収容槽４５は、粉末材料１００が敷詰ローラ３０によって造形槽５０に敷き詰められた際に、造形槽５０に収容しきれなかった粉末材料１００を回収する槽である。余剰粉末収容槽４５は、粉末材料１００が収容される収容空間４５Ａを有する。余剰粉末収容槽４５は、造形槽５０の前方に配置されている。余剰粉末収容槽４５は、主走査方向Ｙに関して造形槽５０と揃った位置に配置されている。図２に示すように、平面視において、造形槽５０の主走査方向Ｙの長さと、余剰粉末収容槽４５の主走査方向Ｙの長さとは同じである。しかしながら、余剰粉末収容槽４５の主走査方向Ｙの長さは、造形槽５０の主走査方向Ｙの長さより長くてもよい。

図１に示すように、副走査方向移動機構２０は、ヘッドユニット６０、敷詰ローラ３０に対して造形槽ユニット４０を副走査方向Ｘに移動させる機構である。本実施形態では、副走査方向移動機構２０は、一対のガイドレール２１と、フィードモータ２２とを備えている。

図１に示すように、ガイドレール２１は、造形槽ユニット４０の副走査方向Ｘへの移動をガイドする。ガイドレール２１は、本体１１内に設けられている。ガイドレール２１は、副走査方向Ｘに延びている。造形槽ユニット４０は、ガイドレール２１に摺動可能に係合している。ただし、ガイドレール２１の設置位置および数は特に限定されない。フィードモータ２２は、例えば、ボールねじ等を介して造形槽ユニット４０に接続されている。フィードモータ２２は、制御装置８０に電気的に接続されている。フィードモータ２２が回転駆動することによって、造形槽ユニット４０は、ガイドレール２１上を副走査方向Ｘに移動することができる。

敷詰ローラ３０は、供給槽４２の貯留空間４２Ａに貯留されている粉末材料１００を造形空間５０Ａに敷き詰める部材である。敷詰ローラ３０は、粉末材料１００の表面を平らにならして粉末層を形成する。敷詰ローラ３０は、本体１１の上方に配置されている。敷詰ローラ３０は、ヘッドユニット６０より前方に配置されている。敷詰ローラ３０は、長尺の円筒形状を有している。敷詰ローラ３０は、円筒軸が主走査方向Ｙに沿うように配置されている。敷詰ローラ３０は、主走査方向Ｙの寸法が造形槽５０の寸法よりも長い。敷詰ローラ３０の下端は、造形槽ユニット４０の上面４１との間に所定のクリアランス（間隙）が形成されるように、造形槽ユニット４０の僅かに上方に設置されている。敷詰ローラ３０は、本体１１の上面１１Ａに設けられた一対の支持部材３１に回転可能に支持されている。敷詰ローラ３０は、例えば接続されたモータなどによって回転するように構成されていてもよい。この敷詰ローラ３０と、副走査方向移動機構２０と、供給槽４２に係る各部材（供給槽４２、底部材４３、供給槽昇降機構４４）とは、造形槽５０に粉末材料１００を供給する材料供給装置の一例である。

図２に示すように、ヘッドユニット６０は、キャリッジ６１と、キャリッジ６１に搭載された複数の吐出ヘッド６２とを備えている。複数の吐出ヘッド６２は、キャリッジ６１の下面に配置されている。吐出ヘッド６２は、粉末材料１００を結合させる硬化液を造形プレート５２上の粉末材料１００に対して吐出する部材である。図２に示すように、複数の吐出ヘッド６２は、主走査方向Ｙに並んでいる。吐出ヘッド６２は、硬化液を吐出する複数のノズル６３を有している。複数のノズル６３は、副走査方向Ｘに直線状に並んでいる。吐出ヘッド６２における硬化液の吐出機構は特に制限されず、例えばインクジェット方式などが好適に利用できる。吐出ヘッド６２は、制御装置８０に電気的に接続されている。吐出ヘッド６２のノズル６３からの硬化液の吐出は、制御装置８０によって制御される。

主走査方向移動機構７０は、キャリッジ６１を主走査方向Ｙに移動させる機構である。図２に示されるように、主走査方向移動機構７０は、ガイドレール７１を備えている。ガイドレール７１は、主走査方向Ｙに延びている。ガイドレール７１には、キャリッジ６１が摺動自在に係合している。キャリッジ６１には、例えば、無端状のベルトとプーリなどを介してキャリッジモータ７２が接続されている。キャリッジモータ７２が駆動することによって、キャリッジ６１は、ガイドレール７１に沿って主走査方向Ｙに移動する。キャリッジモータ７２は、制御装置８０と電気的に接続されている。キャリッジモータ７２は、制御装置８０によって制御される。キャリッジ６１が主走査方向Ｙに移動することによって、複数の吐出ヘッド６２も主走査方向Ｙに移動する。この主走査方向移動機構７０と、ヘッドユニット６０とは、粉末材料１００を硬化させて三次元造形物１１０を造形する材料硬化装置の一例である。

図１に示すように、本体１１の前面には、操作パネル８５が設けられている。操作パネル８５には、機器状態を表示する表示部と、ユーザーによって操作される入力キー等が設けられている。操作パネル８５は、三次元造形装置１０の各種の動作を制御する制御装置８０と接続されている。図４は、本実施形態に係る三次元造形装置１０のブロック図である。図４に示すように、制御装置８０は、フィードモータ２２、テーブル昇降機構５４、供給槽昇降機構４４、吐出ヘッド６２、およびキャリッジモータ７２とそれぞれ通信可能に接続されており、それらを制御可能に構成されている。制御装置８０は、供給制御部８１と、造形制御部８２と、排出制御部８３と、取出し制御部８４とを備えている。

制御装置８０の構成は特に限定されない。制御装置８０は、例えばマイクロコンピュータである。マイクロコンピュータのハードウェア構成は特に限定されないが、例えば、ホストコンピュータ等の外部機器から造形データ等を受信するインターフェイス（Ｉ／Ｆ）と、制御プログラムの命令を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ：central processing unit）と、ＣＰＵが実行するプログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）と、プログラムを展開するワーキングエリアとして使用されるＲＡＭ（random access memory）と、上記プログラムや各種データを格納するメモリ等の記憶装置とを備えている。なお、制御装置８０は必ずしも三次元造形装置１０の内部に設けられている必要はなく、例えば、三次元造形装置１０の外部に設置され、有線または無線を介して三次元造形装置１０と通信可能に接続されたコンピュータ等であってもよい。

供給制御部８１は、フィードモータ２２および供給槽昇降機構４４を制御して、造形空間５０Ａに粉末材料１００を供給させる部位である。供給制御部８１は、供給槽昇降機構４４を駆動させることによって底部材４３を上昇させ、貯留空間４２Ａの外側に粉末材料１００を溢れさせる。その状態からフィードモータ２２を駆動させて造形槽ユニット４０を後方に移動させることにより、敷詰ローラ３０を供給槽４２および造形槽５０に対して相対的に前方に走行させる。それにより、貯留空間４２Ａの外側に溢れた粉末材料１００は、敷詰ローラ３０によって造形槽５０上に供給される。

造形制御部８２は、フィードモータ２２、吐出ヘッド６２、キャリッジモータ７２、およびテーブル昇降機構５４を制御して、造形空間５０Ａに敷き詰められた粉末材料１００から三次元造形物１１０を造形させる。造形制御部８２がフィードモータ２２、吐出ヘッド６２、キャリッジモータ７２を制御して吐出させる硬化液の吐出位置は、三次元造形物１１０の造形データに基づいている。吐出ヘッド６２から吐出された硬化液によって、造形空間５０Ａ内の粉末材料１００は硬化され、硬化層１０１を形成する。造形制御部８２は、１層の硬化層１０１が形成される度に、テーブル昇降機構５４を制御して硬化層１０１の上下方向Ｚの位置を下げさせる。それにより、次の層の粉末材料１００の供給および造形が可能となる。

排出制御部８３は、テーブル昇降機構５４を制御して、三次元造形物１１０の造形後における粉末材料１００の除去を行わせる部位である。図４に示すように、排出制御部８３は、第１排出位置設定部８３Ａと、第２排出位置設定部８３Ｂとを備えている。第１排出位置設定部８３Ａは、粉末除去時における造形テーブル５１の上下方向Ｚの位置を、三次元造形物１１０の造形データに基づき自動設定する。第２排出位置設定部８３Ｂは、粉末除去時における造形テーブル５１の上下方向Ｚの位置をユーザーが設定可能なように構成されている。造形テーブル５１の上下方向Ｚの位置が自動設定された場合には、粉末材料１００は全部除去される。造形テーブル５１の上下方向Ｚの位置がマニュアル設定された場合には、粉末材料１００は設定値に応じて一部または全部除去される。この詳細については後述する。第１排出位置設定部８３Ａおよび第２排出位置設定部８３Ｂは、例えば、コンピュータの表示装置などに操作画面を表示させる。ユーザーは、まず第１排出位置設定部８３Ａ（自動設定）、第２排出位置設定部８３Ｂ（マニュアル設定）のいずれを使用するかを選択し、第２排出位置設定部８３Ｂ（マニュアル設定）を選択した場合には、設定値を入力する。

取出し制御部８４は、テーブル昇降機構５４を制御して、粉末除去後の三次元造形物１１０を所定の位置まで移動させる。好適には、造形プレート５２が造形槽ユニット４０の上面４１よりも上面に突出する位置まで、造形テーブル５１を上昇させる（いわゆる「跳ね出し」）。図４に示すように、取出し制御部８４は、第１取出し位置設定部８４Ａと、第２取出し位置設定部８４Ｂとを備えている。第１取出し位置設定部８４Ａは、跳ね出し時における造形テーブル５１の上下方向Ｚの位置を自動設定する。第２取出し位置設定部８４Ｂは、跳ね出し時における造形テーブル５１の上下方向Ｚの位置をユーザーが任意に設定可能なように構成されている。造形テーブル５１の上下方向Ｚの位置が自動設定された場合には、造形テーブル５１は、造形プレート５２が造形槽ユニット４０の上面４１よりも上面に突出すると推定される所定の位置まで上昇する。造形テーブル５１の上下方向Ｚの位置がマニュアル設定された場合には、造形テーブル５１は設定された位置まで移動する。この詳細については後述する。第１取出し位置設定部８４Ａおよび第２取出し位置設定部８４Ｂもまた、例えば、コンピュータの表示装置などに操作画面を表示させる。ユーザーは、まず第１取出し位置設定部８４Ａ（自動設定）、第２取出し位置設定部８４Ｂ（マニュアル設定）のいずれを使用するかを選択し、第２取出し位置設定部８４Ｂ（マニュアル設定）を選択した場合には、設定値を入力する。

以下では、本実施形態に係る三次元造形装置１０による三次元造形物１１０の造形プロセス、粉末除去プロセス、および跳ね出しプロセスの各プロセスについて説明する。ただし、以下に説明する各プロセスは、それぞれ１つの好適な例に過ぎず、各プロセスはそれに限定されるわけではない。

（造形プロセス）
三次元造形物１１０の造形プロセスにおいては、造形空間５０Ａへの粉末材料１００の供給、粉末材料１００の硬化による硬化層１０１の形成、造形テーブル５１の下降が繰り返される。上記繰り返しの前には、準備プロセスが実施される。図５Ａ〜図５Ｄは、造形開始前から造形終了までの造形槽５０内を模式的に示す断面図である。そのうち図５Ａは、造形スタート前の状態を示している。図５Ｂは、準備プロセス終了時の状態を示している。図５Ｃは、造形途中の状態を示している。図５Ｄは、造形終了時の状態を示している。

図５Ａは、造形スタート前の状態を示した図である。図５Ａでは、造形テーブル５１の上に造形プレート５２が載置され、さらに造形プレート５２の上に粉末材料１００が盛り上げられている。粉末材料１００は、造形槽ユニット４０の上面４１よりも上まで積み上げられている。造形テーブル５１は、造形プレート５２が造形槽ユニット４０の上面４１よりも下方にくるような高さに配置されている。そこで、造形プレート５２は、造形テーブル５１上において粉末材料１００に埋もれている。粉末材料１００は、造形プレート５２の多孔板５２Ｂの貫通穴５２Ｃを通して造形テーブル５１上に達している。この時点における粉末材料１００は、例えば、ユーザーによって手作業で供給されたものである。

続く図５Ｂは、準備プロセスが終了した時点を示した図である。図５Ｂにおいて、造形空間５０Ａの粉末材料１００の上面は、敷詰ローラ３０の下面の高さに均一にならされている。準備プロセスにおいて、本実施形態に係る三次元造形装置１０は、フィードモータ２２を駆動させて、敷詰ローラ３０に造形槽５０上を走行させる。この敷詰ローラ３０の走行により、粉末材料１００の上面は、敷詰ローラ３０の下面の高さにならされる。このようにして形成される予備層１０２は、三次元造形物１１０が造形される領域よりも下方にあらかじめ敷き詰めておく粉末材料１００の層である。予備層１０２の厚さは、ここではＴ１である。この予備層１０２が形成された時点から、三次元造形物１１０の造形が開始される。

三次元造形物１１０の造形プロセスにおいては、造形空間５０Ａへの粉末材料１００の供給、粉末材料１００の硬化による硬化層１０１の形成、造形テーブル５１の下降が繰り返される。図５Ｃは、上記のような造形プロセスの途中を図示した図である。図５Ｃに示されているように、１つの硬化層１０１の形成が終了すると、制御装置８０はテーブル昇降機構５４を制御して次の硬化層１０１の厚み分だけ造形テーブル５１を下降させる。このときに造形テーブル５１が下降される距離は、例えば、０．１ｍｍ程度である。同時に、制御装置８０は、供給槽昇降機構４４を制御して、供給槽４２に挿入された底部材４３を上昇させる。この底部材４３の上昇により、供給槽４２上には粉末材料１００が溢れる。この溢れた粉末材料１００は、敷詰ローラ３０の走行により造形槽５０の方に押しやられ、一部が造形空間５０Ａに敷き詰められる。敷き詰められなかった残りの粉末材料１００は、余剰粉末収容槽４５に収容される。こうして硬化層１０１の上に新たな粉末層が形成される。その後に、制御装置８０は、フィードモータ２２、吐出ヘッド６２、およびキャリッジモータ７２を制御して造形槽５０上の所定の場所に硬化液を吐出させ、新たな硬化層１０１を形成する。

上記のプロセスを繰り返し、本実施形態に係る三次元造形装置１０は三次元造形物１１０の造形を完了する。図５Ｄは、造形終了時における造形槽５０内を示す図である。図５Ｄに示されるように、造形終了時、完成した三次元造形物１１０は、硬化されなかった粉末材料１００に埋没している。ここでは、完成した三次元造形物１１０の高さ（＝硬化層１０１の累積高さ）はＴ２であり、造形空間５０Ａ内に堆積した全ての粉末材料１００の高さＴは、予備層１０２の厚さＴ１および造形プレート５２の厚さＤ１と合わせて、Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｄ１である。造形終了時における造形テーブル５１の上下方向Ｚの位置は、図５Ｄに示すように位置ＰＴ０である。

従来の三次元造形装置では、ここで全プロセスが終了し、造形空間５０Ａからの三次元造形物１１０の取り出しは、手作業によっていた。具体的には、シャベル等を使用して未硬化の粉末材料１００を除去し、三次元造形物１１０を掘り出していた。または、集塵機等を使用して、未硬化の粉末材料１００を吸引除去していた。しかしながら、三次元造形物１１０を掘り出すのには多大な労力が必要なほか、その過程において三次元造形物１１０を破損してしまう危険が伴う。一方、集塵機による吸引除去では、粉末材料１００が混合粉である場合、しばしば成分の分離が発生する。例えば、骨材とバインダの粒度が異なる粉末材料などの場合には、骨材とバインダが分離する。吸引によって成分が分離した粉末材料１００を再使用するためには、再混錬が必要である。

（粉末除去プロセス）
本実施形態に係る三次元造形装置１０においては、排出制御部８３がテーブル昇降機構５４を制御して粉末材料１００の除去を行う。以下では、第１排出位置設定部８３Ａによる自動設定モードが選択された場合について説明する。自動設定モードでは、粉末材料１００は、造形空間５０Ａ内から全て除去される。図６Ａは、粉末除去プロセスの途中における造形槽５０内を模式的に示す断面図である。図６Ｂは、粉末除去プロセス終了後における造形槽５０内を模式的に示す断面図である。図６Ａに示されるように、本実施形態に係る粉末除去プロセスにおいて、排出制御部８３は、テーブル昇降機構５４を制御して造形テーブル５１を下降させる。

図６Ａに図示した位置ＰＴ０は、造形終了時における造形テーブル５１の位置である。即ち、粉末除去プロセス開始時点における造形テーブル５１の位置である。粉末除去プロセスでは、位置ＰＴ０よりも下方に造形テーブル５１を下降させる。粉末除去プロセスの当初段階において、造形テーブル５１上に載置された造形プレート５２は、造形テーブル５１とともに下降する。この段階において、造形プレート５２と造形テーブル５１との位置関係に変化はない。即ち、それぞれの上面を基準とした場合、造形プレート５２と造形テーブル５１とは、造形プロセス中と同じく、造形プレート５２の厚みＤ１だけ上下方向Ｚに離れており、その関係は維持されている。しかし、造形テーブル５１がさらに下降し、造形プレート５２が落下阻止部材５３に突き当たると、その関係は変化する。即ち、造形テーブル５１は落下阻止部材５３と干渉することなくさらに下降を続けるのに対し、造形プレート５２は落下阻止部材５３によって下降が妨げられ、造形プレート５２の下面と造形テーブル５１の上面との間に隙間が生じる。言い換えれば、造形プレート５２と造形テーブル５１との間の距離が、それまでに比べて大きくなる。この隙間に向かって、多孔板５２Ｂの貫通穴５２Ｃから造形プレート５２上の粉末材料１００が落下する。そして、その落下分だけ、造形プレート５２上の粉末材料１００が減少する。図６Ａは、この粉末材料１００の落下中を示した図である。

図６Ｂは、図６Ａの状態からさらに造形テーブル５１が下降し、粉末除去プロセスが終了した時点を示している。図６Ｂに示されるように、造形テーブル５１は、テーブル下降停止位置ＰＴ１まで下降して停止している。この時点において造形空間５０Ａ内に堆積されていた粉末材料１００は、全て造形プレート５２上から除去されている。つまり、造形テーブル５１上に落下している。上記のようにして、本実施形態に係る三次元造形装置１０は、三次元造形物１１０の周囲の未硬化の粉末材料１００を除去することができる。

図６Ｂのテーブル下降停止位置ＰＴ１は、第１排出位置設定部８３Ａによって自動設定された位置である。第１排出位置設定部８３Ａは、三次元造形物１１０の造形データに基づいてテーブル下降停止位置ＰＴ１を自動で決定する。造形プレート５２上の全ての粉末材料１００が除去されるためのテーブル下降停止位置ＰＴ１の必要条件は、テーブル下降停止位置ＰＴ１とプレート下降停止位置ＰＰ１との距離（最終離間距離）Ｄ２が粉末材料１００の堆積高さＴ以上となることである（ただし、これは必要条件に関することであり、実際に造形テーブル５１上に落下した粉末材料１００が積み上がる高さは、高さＴから硬化によって減少した粉末材料１００を差し引いた高さＴａである。）。粉末材料１００の堆積高さＴは、図５Ｄに示したように、予備層１０２の厚さＴ１と、三次元造形物の高さＴ２と、造形プレート５２の厚みＤ１との和である。予備層１０２の厚さＴ１と、造形プレート５２の厚みＤ１とはあらかじめ分かっている。三次元造形物の高さＴ２は、造形データに基づいて求めることができる。また、プレート下降停止位置ＰＰ１は、本実施形態では固定である。第１排出位置設定部８３Ａは、例えば、最終離間距離Ｄ２が粉末材料１００の堆積高さＴに所定のマージンＭを加えた値になるようにテーブル下降停止位置ＰＴ１を設定する。ただし、上記は１つの好適な設定例であり、テーブル下降停止位置ＰＴ１の設定方法はそれに限定されない。例えば、テーブル下降停止位置ＰＴ１は、単純に、造形テーブル５１が位置し得る最も低い位置であってもよい。

なお、本実施形態に係る三次元造形装置１０では、第２排出位置設定部８３Ｂによってテーブル下降停止位置ＰＴ１をマニュアル設定することもできる。粉末材料１００を造形プレート５２上に残したい何らかの理由（例えば、ある程度の粉末材料１００を残し、粉末材料１００でサポートしないと三次元造形物１１０が倒れてしまう等）がある場合などには、第２排出位置設定部８３Ｂによってテーブル下降停止位置ＰＴ１をマニュアル設定してもよい。その場合、最終排出状態は、例えば図６Ａのような状態となる。また、操作画面によって設定する位置はテーブル下降停止位置ＰＴ１でなくともよく、例えば、排出終了時における粉末材料１００の上面の位置などであってもよい。

（跳ね出しプロセス）
本実施形態に係る三次元造形装置１０は、上記した粉末除去プロセスの終了後、三次元造形物１１０を造形槽５０の外側まで運び出す跳ね出しプロセスを実行する。本実施形態に係る三次元造形装置１０は制御装置８０に取出し制御部８４を備え、取出し制御部８４は、テーブル昇降機構５４を制御して造形テーブル５１を設定された位置まで上昇させる。以下では、第１取出し位置設定部８４Ａによる自動設定モードが選択された場合について説明する。自動設定モードにおいて造形テーブル５１が上昇を停止する位置は様々な方法で決定されてよいが、ここでは、造形テーブル５１は、造形プロセス終了時点の位置ＰＴ０まで上昇後に停止する。

図７Ａは、跳ね出しプロセス終了時における造形槽５０内を模式的に示す断面図である。図７Ａは、図６Ｂの状態で粉末除去プロセスが終了した場合における跳ね出しプロセスを示している。図７Ａにおいて、造形テーブル５１は造形プロセス終了時の位置ＰＴ０まで上昇している。図７Ａに示されるように、跳ね出しプロセスにおいては、造形プレート５２は、排出された粉末材料１００に支持されている。粉末除去プロセスでは、粉末材料１００は造形プレート５２の多孔板５２Ｂを通り抜けて移動（落下）したが、跳ね出しプロセスでは、造形プレート５２の多孔板５２Ｂを通り抜けず、造形プレート５２を下方から支持している。

この造形プレート５２を支持している粉末材料１００の堆積高さはＴａである。多くの場合、造形空間５０Ａに供給される粉末材料１００の体積は、造形される三次元造形物１１０の体積よりもかなり大きいので、高さＴａは、造形によって積み上がった粉末材料の高さＴに近い高さである。造形テーブル５１の造形終了時の位置ＰＴ０は、造形槽ユニット４０の上面４１から高さＴだけ下方の位置である。そこで、造形テーブル５１を造形終了時の位置ＰＴ０まで上昇させると、粉末材料１００の上面は、図７Ａに示されるように、造形槽ユニット４０の上面４１よりも若干低い位置まで到達する。この位置は、三次元造形物１１０を取り出すのに好適な位置である。

図７Ｂは、跳ね出しプロセス終了時における造形槽５０内を模式的に示す断面図であって、粉末除去プロセスが図６Ａの状態で終了した場合を示す図である。図６Ａの状態は、マニュアル設定モードで粉末除去を行い、一部の粉末材料１００を造形プレート５２上に残した場合の状態である。この図６Ａの状態から自動設定モードで跳ね出しを実施すると、状況は図７Ｂに示されるものに移行する。即ち、ここでも、粉末材料１００の上面は、造形槽ユニット４０の上面４１よりも若干低い位置まで到達する。このように、自動モードによれば、多くの場合、粉末除去プロセス後の状態によらず、三次元造形物１１０を好適な位置まで跳ね出すことができる。ただし、上記した自動設定の方法は一例であり、これに限定されない。また、本実施形態に係る三次元造形装置１０においてはマニュアル設定によって跳ね出し位置を設定することも可能であり、ユーザーは任意に好適な跳ね出し位置を設定することができる。

本実施形態では、上記した跳ね出しプロセスの後、三次元造形物１１０は、造形プレート５２ごと回収され、次工程（例えば乾燥工程など）に回される。本実施形態に係る造形プレート５２は、造形槽５０から脱着可能に構成されている。さらに、本実施形態に係る造形プレート５２には、リフトでの運搬を容易にするリフト用アダプタを取り付けることができる。図３に示したが、造形プレート５２の前後の側面には、それぞれアダプタ取付部５２Ｄが設けられている。図８は、造形プレート５２にリフト用アダプタ９０を取り付け、リフト用アダプタ９０をリフト爪９１で持ち上げた状態を模式的に示す正面図である。図８に示されるように、ここでのリフト用アダプタ９０は、正面から見て略Ｓ字形の形状を有する板状の部材である。造形プレート５２への取り付けにあたり、アダプタ取付部５２Ｄには、リフト用アダプタ９０の第１水平部９０Ａが挿入される。１つの造形プレート５２に対してリフト用アダプタ９０は、前後から１つずつ取り付けられる。このようにリフト用アダプタ９０が取り付けられた造形プレート５２は、リフト爪９１によって持ち上げられ、運搬される。その際、リフト爪９１は、リフト用アダプタ９０の第２水平部９０Ｂを下方から支持する。造形プレート５２が運搬された後の造形テーブル５１上には、別の造形プレート５２が載置される。

なお、リフト用アダプタ９０は上記したような形状のものに限らず、造形プレート５２と接続され造形プレート５２の運搬を補助するように構成されている限りで、どのようなものであってもよい。リフト用アダプタの形状、造形プレート５２への接続方法、リフト用アダプタの使用方法などは特に限定されない。また、図８に示すように、造形プレート５２は、粉落ち防止用の受け部材９２を取り付けることが可能なように構成されていてもよい。

上記したように、本実施形態に係る三次元造形装置１０は、粉末材料１００が落下する貫通穴５２Ｃが設けられた造形プレート５２と、粉末材料１００を載置可能な造形テーブル５１と、造形プレート５２および造形テーブル５１の上下方向Ｚの位置を変更可能な昇降装置（ここでは、テーブル昇降機構５４と落下阻止部材５３）とを備え、造形プレート５２上に粉末材料１００が堆積した第１の状態と、造形プレート５２上から貫通穴５２Ｃを通って造形テーブル５１上に粉末材料１００が落下する第２の状態とを形成することが可能である。そこで、造形プレート５２上から造形テーブル５１上に粉末材料１００を落下させて、造形プレート５２上の粉末材料１００を除去することができる。

本実施形態に係る三次元造形装置１０は、造形プロセスにおいて上記した第１の状態を維持するとともに、粉末除去プロセスにおいて第２の状態に移行するように構成され、粉末除去プロセスを自動で実施する。

さらに、本実施形態に係る三次元造形装置１０は、粉末除去プロセスにおいて、粉末材料１００の除去量を設定可能に構成されている。本実施形態では、造形プレート５２上の全ての粉末材料１００を除去する自動設定モードを選択することができ、それによれば、特別な設定をしなくとも造形プレート５２上の全ての粉末材料１００を除去することができる。また、造形プレート５２上の任意の高さまで粉末材料１００を除去するマニュアル設定モードを選択することもでき、それによれば、設定された分量を残して造形プレート５２上の粉末材料１００を除去することができる。

また、本実施形態に係る三次元造形装置１０は、粉末除去プロセスの後に三次元造形物１１０の跳ね出しを行うことができるように構成されている。跳ね出しプロセスにおいて、三次元造形物１１０が載置された造形プレート５２は、所定の位置まで上昇する。この跳ね出しにより、ユーザーはより容易に完成した三次元造形物１１０を回収することができる。

さらに、本実施形態に係る造形プレート５２は造形槽５０から着脱自在であり、造形プレート５２ごと三次元造形物１１０を回収することができるようになっている。そのため、造形プレート５２を交換するだけで次の造形を行うことができ、生産性の向上を図ることができる。本実施形態に係る造形プレート５２は、さらに、リフト用アダプタ９０を取り付けることができるアダプタ取付部５２Ｄを備え、リフト用アダプタ９０を取り付けることにより簡単にリフト運搬できるように構成されている。

造形プレート５２から粉末材料１００を落下させる貫通穴５２Ｃを構成する部材としては、ハニカム構造を有する多孔板５２Ｂが好適である。ハニカム構造は、開口率が大きい（１００％に近い）が構造的に強く、また軽量なので、貫通穴５２Ｃを構成する部材として好適である。もっとも、貫通穴５２Ｃを構成する部材はハニカム構造の多孔板５２Ｂに限定されず、例えばパンチングメタルなども好適に利用できる。

本実施形態に係る三次元造形装置１０は、造形プレート５２と造形テーブル５１との間の距離を変更する機構として、テーブル昇降機構５４と落下阻止部材５３を備えている。このテーブル昇降機構５４と落下阻止部材５３との組み合わせによれば、構造においても制御においても簡単かつ確実に、造形プレート５２と造形テーブル５１との間の距離を変更することができる。落下阻止部材５３としては、造形槽５０の内面５０Ｂから内側に突出した支持部５３Ａが、構造が単純であり、コストも抑えられるために好適である。もっとも、本実施形態では支持部５３Ａは三角柱状の部材であったが、このような形状に限定されるわけではない。支持部５３Ａは柱状である必要はなく、例えば平板状であってもよい。また、その平面視における形状はどのような形状であってもよい。支持部５３Ａは、造形プレート５２の落下を阻止する段差を形成するものであれば特に限定されない。

本実施形態では、造形テーブル５１は、落下阻止部材５３とすれ違うことができるように構成されており、落下阻止部材５３よりも上方に移動させることもできる。造形テーブル５１が落下阻止部材５３よりも上方に移動できることは必ずしも必須ではないが、その場合には、造形プレート５２を支持する部材（例えば、上方に延びる手のような部材）が必要になり、かつ、造形プレート５２と造形テーブル５１との間の長い距離に粉末材料１００が堆積する。そこで、造形槽５０の上下方向Ｚの長さが長くなり、用意すべき粉末材料１００の量も増加する。本実施形態では、造形テーブル５１が落下阻止部材５３とすれ違うことができ、落下阻止部材５３よりも上方に移動させることができるように構成されているため、造形槽５０の上下方向Ｚの長さが長くなったり、用意すべき粉末材料１００の量が増加したりする問題を回避することができる。

なお、本実施形態では、造形テーブル５１の下降停止位置ＰＴ１が設定できたが、その他に、例えば、造形テーブル５１の下降速度などが設定できてもよい。例えば、造形プレート５２上からの粉末材料１００の排出速度が速すぎると三次元造形物１１０が破損してしまう恐れがあるときなどには、造形テーブル５１の下降速度の調整は有効である。造形テーブル５１の下降速度を調整することにより、粉末材料１００の排出速度を調整することができる。

（第１実施形態の変形例）
第１実施形態に係る三次元造形装置１０は、若干の変形例で実施することもできる。以下の変形例は、第１実施形態と落下阻止部材５３の構成が異なっている。また、造形プレート５２の構造が一部異なっている。本変形例に係る三次元造形装置１０は、落下阻止部材５３としてストッパ機構５３Ｂを備えている。そして、造形プレート５２は、受け穴５２Ｅを備えている。

図９は、１つのストッパ機構５３Ｂ付近を模式的に示す断面図である。落下阻止部材５３は、複数（例えば４個）のストッパ機構５３Ｂを備えていてもよい。図９に示すように、ストッパ機構５３Ｂは、ボディ５３Ｃと、ピン５３Ｄと、ソレノイド５３Ｅと、スプリング５３Ｆとを備えている。ピン５３Ｄは、ボディ５３Ｃから突出／収納自在に構成されており、図９では突出した状態を示している。収納状態では、ピン５３Ｄはボディ５３Ｃの内部に収納される。ボディ５３Ｃは、造形槽５０の内面５０Ｂよりも外側に配置されている。ボディ５３Ｃの内部には、ピン５３Ｄの一部、ソレノイド５３Ｅ、およびスプリング５３Ｆが収納されている。

スプリング５３Ｆは、ピン５３Ｄをボディ５３Ｃの内部に収納させるように、ピン５３Ｄを押圧する部材である。そこで、通常時、ピン５３Ｄは、ボディ５３Ｃの内部に収納されている。ソレノイド５３Ｅは、ＯＮするとピン５３Ｄをボディ５３Ｃから突出させる部材である。ソレノイド５３Ｅは、制御装置８０の排出制御部８３に電気的に接続され、排出制御部８３に制御されている。そこで、排出制御部８３がＯＮ指令を発したとき、ピン５３Ｄはボディ５３Ｃから突出する。図９に示されているように、ピン５３Ｄは、突出時、造形槽５０の内面５０Ｂよりも内側に突出する。

本変形例に係る造形プレート５２の側面には、受け穴５２Ｅが設けられている。受け穴５２Ｅは、ストッパ機構５３Ｂのピン５３Ｄが突出されたときに挿入される穴である。受け穴５２Ｅは、ピン５３Ｄの位置と対応する位置に、ピン５３Ｄと同数設けられている。

本変形例では、粉末除去プロセスに入ると、排出制御部８３は、まずテーブル昇降機構５４を制御して造形テーブル５１を下降させる。次に、排出制御部８３は、受け穴５２Ｅの高さがピン５３Ｄの高さと同じになる高さで、いったん造形テーブル５１の下降を停止する。この位置は、第１実施形態のプレート下降停止位置ＰＰ１に対応する。そして、排出制御部８３は、ソレノイド５３ＥをＯＮさせ、ピン５３Ｄを突出させる。ピン５３Ｄが突出し受け穴５２Ｅに挿入されることによって、造形プレート５２の上下方向Ｚの位置は固定される。即ち、これ以上下降しない状態となる。その後、排出制御部８３は、さらに造形テーブル５１を下降させ、テーブル下降停止位置ＰＴ１で停止させる。また、詳細は省略するが、本変形例に係る三次元造形装置１０は、跳ね出しプロセスにおいては、ピン５３Ｄを収納状態にすることによって、造形プレート５２を上昇可能な状態にする。

本変形例に係る三次元造形装置１０によれば、造形テーブル５１に特段の構造を設けることなく落下阻止部材５３とすれ違わせることができるため、造形テーブル５１と造形槽５０の内面５０Ｂとの密着が確保しやすい。従って、造形テーブル５１の下方に粉末材料１００が入り込みにくく、例えば、造形テーブル５１の下部にテーブル昇降機構５４が設けられていたとしても問題が起こりにくい。

（第２実施形態）
第２実施形態は、造形テーブル５１だけでなく造形プレート５２も独自に昇降する機構を備えた実施形態である。本実施形態は、上記と一部の制御とを除き第１実施形態と共通である。そこで、本実施形態の説明においても第１実施形態と共通する部材には同じ符号を使用するものとし、重複する説明は省略または簡略化する。

図１０Ａは、本実施形態に係る造形槽５０付近を模式的に示した断面図である。図１０Ａに示すように、本実施形態に係る三次元造形装置１０は、プレート昇降機構５５を備えている。プレート昇降機構５５は、駆動部５５Ａ、テーブル昇降機構設置部材５５Ｂ、スペーサ５５Ｃを備えている。テーブル昇降機構５４は、テーブル昇降機構設置部材５５Ｂ上に設置されている。

駆動部５５Ａは、テーブル昇降機構設置部材５５Ｂに下方から接続され、テーブル昇降機構設置部材５５Ｂを上下方向Ｚに移動させる。テーブル昇降機構設置部材５５Ｂから上方には、スペーサ５５Ｃが延びている。スペーサ５５Ｃは、下方から造形プレート５２を支持している。そこで、駆動部５５Ａは、テーブル昇降機構設置部材５５Ｂおよびスペーサ５５Ｃを介して造形プレート５２を上下動させることができる。

一方、テーブル昇降機構５４はテーブル昇降機構設置部材５５Ｂ上に設置され、テーブル昇降機構設置部材５５Ｂと造形プレート５２との間において造形テーブル５１を昇降させることができる。

図１０Ａは、造形プロセスが終了した時点の状態を示している。図１０Ａでは、造形テーブル５１は、造形プレート５２に下方から接し、多孔板５２Ｂの貫通穴５２Ｃを通過してきた粉末材料１００を受けている。このときの造形テーブル５１の位置が位置ＰＴ０であり、造形プレート５２の位置が位置ＰＰ０である。

図１０Ｂは、粉末除去プロセス中における造形槽５０付近を模式的に示した断面図である。図１０Ｂでは、造形テーブル５１の位置は位置ＰＴ０で変わっておらず、造形プレート５２の位置だけが位置ＰＰ０から上昇している。そこで、造形プレート５２の上昇分だけ粉末材料１００は造形テーブル５１上に落下している。造形空間５０Ａにおける粉末材料１００の上面の位置は、粉末材料１００を載置している造形テーブル５１の位置が変化しないため、造形プレート５２の上昇によってもほぼ変化しない（厳密には、硬化による粉末材料１００の量の減少に対応する高さだけ下降する。）。このように、本実施形態に係る三次元造形装置１０によれば、粉末除去プロセスと跳ね出しプロセスとを兼ねることができ、生産性を向上させることができる。制御としては、造形テーブル５１の位置を位置ＰＴ０に保つために、テーブル昇降機構５４をプレート昇降機構５５の上昇速度と同じ速度で下降させればよい。あるいは、テーブル昇降機構５４をプレート昇降機構５５の上昇速度よりも若干速い速度で下降させて造形テーブル５１の位置をゆるやかに下げてもよい。ただし、造形テーブル５１および造形プレート５２の位置の制御は上記のようなものに限られず、様々に実施できる。本実施形態では、造形テーブル５１および造形プレート５２をそれぞれ独立に移動させることができるため、制御の自由度が高い。

なお、プレート昇降機構およびテーブル昇降機構は、上記したような方式のものに限定されず、他の方式によって実現されてもよい。例えば、テーブル昇降機構は、造形槽５０の下部ではなく外部（例えば後方）に収納され、アーム状の機構などで造形テーブル５１を支持してもよい。

（第２実施形態の変形例）
第２実施形態もいくつかの変形例で実施することが可能である。例えば、１つの変形例では、三次元造形装置１０は、テーブル昇降機構を備えず、プレート昇降機構だけを備えていてもよい。そして、造形プレート５２またはその近傍に、造形プレート５２と造形テーブル５１とを連結または分離する連結装置を備えていてもよい。この連結装置により、造形プレート５２と造形テーブル５１との距離を変更することができる。上記連結装置は、例えばソレノイドなどを備え、ソレノイドのＯＮ／ＯＦＦによって造形プレート５２と造形テーブル５１とを連結／分離する。造形テーブル５１は、造形プレート５２と分離されているときには、例えば自由落下（摩擦を与え、ゆるやかに落下させてもよい）によって造形プレート５２から離反する。

以上、本発明のいくつかの好適な実施形態について説明した。しかし、上記した実施形態は例示に過ぎず、本発明は他の種々の形態で実施することができる。

例えば、上記した実施形態では、造形中において造形プレート５２の下面と造形テーブル５１の上面とは接していた。つまり、造形テーブル５１上には造形プレート５２が直接載置されていた。しかし、造形中においても造形プレート５２の下面と造形テーブル５１の上面とは必ずしも接している必要はなく、一定の距離が保たれていればよい。即ち、両者の間には粉末材料１００が挟まれていてもよい。また、上記した第１実施形態では、造形テーブル５１は落下阻止部材５３とすれ違えるように構成され、落下阻止部材５３よりも上方まで移動されたが、造形テーブル５１は常に落下阻止部材５３の下方に位置していてもよい。

上記した実施形態では、造形プレート５２は、平板状の外形を備えていたが、それには限定されない。造形プレート５２は、例えば上方に延びる側板などを備え、箱状に形成されていてもよい。その他、可能などんな形状であってもよい。造形プレート５２の形状は特に限定されない。造形テーブル５１についても同様である。

上記した実施形態では、材料供給装置は、敷詰ローラ３０と、副走査方向移動機構２０と、供給槽４２に係る各部材（供給槽４２、底部材４３、供給槽昇降機構４４）とによって構成されていたが、材料供給装置の構成はそのようなものに限られない。例えば、材料供給装置は、上方から粉末材料１００を落下させて供給するような部材を備えていてもよい。粉末材料１００をならして粉末層を形成する部材は、敷詰ローラ３０でなくともよく、例えば、スキージなどでもよい。また、上記した実施形態では、造形槽５０と敷詰ローラ３０との相対移動は、造形槽ユニット４０の移動によってなされたが、それに限定されない。例えば、造形槽ユニット４０は本体１１に固定され、造形槽ユニット４０に対して敷詰ローラ３０が副走査方向Ｘに移動される構成であってもよい。その他、本発明に係る移動は全て相対的なものであって、どの部材が実際に移動されるかは任意に選択されてよい。

上記した実施形態では、硬化液の吐出位置は、副走査方向移動機構２０および主走査方向移動機構７０によって調整されたが、いわゆるラインヘッド方式により、いずれか一方だけによってなされてもよい。また、粉末材料１００の硬化は硬化液の吐出による方法に限定されず、いかなる方法で実施されてもよい。例えば、レーザーの照射による焼結など公知の様々な技術が適用されてよい。

また、本発明は、上記したような三次元造形装置によって実施されるものに必ずしも限定されず、ユーザーによる作業を介して類似のプロセスを辿る三次元造形物の造形方法を含む。即ち、上下方向に延びるとともに少なくとも上方に開口を有する筒状の造形槽と、前記造形槽に挿入され粉末材料を載置可能な造形テーブルと、前記造形テーブル上の前記粉末材料を上方から硬化させる材料硬化装置と、を備えた三次元造形装置によって三次元造形物を造形する方法であって、前記粉末材料が通過可能な貫通穴を備えた造形プレートを前記造形テーブル上に載置する第１工程と、前記造形プレート上に前記粉末材料を供給しながら前記造形プレート上で前記粉末材料を硬化させる第２工程と、前記造形テーブルに対して前記造形プレートを上方に離反させる第３工程とを有する三次元造形物の造形方法を含む。前記第３工程においては、前記粉末材料のうちの少なくとも一部が、前記造形プレート上から前記貫通穴を通って前記造形テーブル上に落下する。このような方法によっても、上記した三次元造形装置と同様の作用効果を奏することができる。なお、「造形テーブルに対して造形プレートを上方に離反させる」とは、必ずしも造形プレートを上方に引き上げることを意味せず、互いに離間する方向に両者が相対的に移動することを意味する。従って、例えば、造形プレートが下方に落下しないように固定した上で、テーブル昇降機構によって造形テーブルを下降させる方法なども上記方法に含まれる。

１０ 三次元造形装置
５０ 造形槽
５１ 造形テーブル
５２ 造形プレート
５２Ｂ 多孔板
５２Ｃ 貫通穴
５２Ｄ アダプタ取付部
５３ 落下阻止部材（阻止部材）
５３Ａ 支持部
５３Ｂ ストッパ機構（伸縮突起部）
５４ テーブル昇降機構
５５ プレート昇降機構
８０ 制御装置
８１ 供給制御部
８２ 造形制御部
８３ 排出制御部
８３Ａ 第１排出位置設定部（第１設定部）
８３Ｂ 第２排出位置設定部（第２設定部）
８４ 取出し制御部
９０ リフト用アダプタ（運搬用アダプタ）
１００ 粉末材料
１１０ 三次元造形物
Ｄ１ 造形プレートの厚み（第１距離）
Ｄ２ 最終離間距離（第２距離）

Claims (14)

1. 上下方向に延びるとともに少なくとも上方に開口を有する筒状の内面を備えた造形槽と、
   前記造形槽に粉末材料を供給する材料供給装置と、
   前記材料供給装置によって供給された前記粉末材料を上方から硬化させて三次元造形物を造形する材料硬化装置と、
   前記造形槽に昇降自在に挿入され、前記粉末材料が通過可能な貫通穴を備えた造形プレートと、
   前記造形プレートよりも下方において前記造形槽に昇降自在に挿入され、前記粉末材料を載置可能な造形テーブルと、
   前記造形槽における前記造形プレートおよび前記造形テーブルの上下位置を変更可能な昇降装置と、
   を備え、
   前記昇降装置は、前記造形プレートと前記造形テーブルとの距離が所定の第１距離に保たれるとともに前記粉末材料が前記造形プレートよりも上方まで堆積した第１状態と、前記造形プレートと前記造形テーブルとの距離が前記第１距離よりも長い第２距離に保たれた第２状態とを形成可能に構成され、
   前記粉末材料のうちの少なくとも一部は、前記昇降装置を前記第１状態から前記第２状態に移行させた場合において、前記造形プレート上から前記貫通穴を通って前記造形テーブル上に落下する、
   三次元造形装置。
2. 前記材料供給装置、前記材料硬化装置、および前記昇降装置に通信可能に接続された制御装置を備え、
   前記制御装置は、
   前記粉末材料を前記造形槽に供給するように前記材料供給装置を制御する供給制御部と、
   前記造形槽の前記粉末材料を硬化させて前記三次元造形物を造形するように前記材料硬化装置を制御する造形制御部と、
   前記三次元造形物の造形中に前記第１状態が形成されるように前記昇降装置を制御する昇降制御部と、
   前記三次元造形物の造形後に前記第２状態が形成されるように前記昇降装置を制御する排出制御部と、
   を備えた、
   請求項１に記載の三次元造形装置。
3. 前記排出制御部は、前記第２状態において前記造形プレート上の前記粉末材料の全部が前記造形テーブル上に落下するように前記第２距離を設定する第１設定部を備えている、
   請求項２に記載の三次元造形装置。
4. 前記排出制御部は、前記第２距離を任意の値に設定可能な第２設定部を備えている、
   請求項２または３に記載の三次元造形装置。
5. 前記制御装置は、前記排出制御部による前記第２状態の形成の後に少なくとも前記造形プレートを上昇させる取出し制御部を備えている、
   請求項２〜４のいずれか一つに記載の三次元造形装置。
6. 前記昇降装置は、
   前記造形プレートが前記造形槽において所定の第１位置よりも下方に降下することを阻止する阻止部材と、
   前記造形テーブルを支持して前記造形テーブルを昇降させ、前記造形テーブルを前記第１位置よりも下方の第２位置に下降させることが可能に構成されたテーブル昇降機構と、
   を備え、
   前記造形プレートは、前記第１状態においては、前記第１位置よりも上方で、少なくとも前記造形テーブルを介して前記テーブル昇降機構に支持され、前記第２状態においては、前記第１位置で前記阻止部材に支持される、
   請求項１〜５のいずれか一つに記載の三次元造形装置。
7. 前記阻止部材は、前記造形槽の内面よりも突出するとともに前記造形プレートを下方から支持する支持部を備えている、
   請求項６に記載の三次元造形装置。
8. 前記テーブル昇降機構は、前記第１位置よりも上方まで前記造形テーブルを上昇させることが可能に構成され、
   前記造形テーブルと前記阻止部材とは、上下方向の移動においてすれ違い可能に構成されている、
   請求項６または７に記載の三次元造形装置。
9. 前記テーブル昇降機構は、前記第１位置よりも上方まで前記造形テーブルを上昇させることが可能に構成され、
   前記阻止部材は、前記造形槽の内面よりも突出した突出状態と前記造形槽の内面よりも陥没した収納状態とを取ることが可能な伸縮突起部を備え、
   前記伸縮突起部は、前記造形テーブルが前記第１位置に位置するときには前記収納状態を取り、前記造形プレートが前記第１位置に位置するときには前記突出状態を取る、
   請求項６に記載の三次元造形装置。
10. 前記昇降装置は、
    前記造形プレートを支持し、前記造形槽において前記造形プレートを昇降させるプレート昇降機構と、
    前記造形テーブルを支持し、前記造形槽において前記造形テーブルを昇降させるテーブル昇降機構と、
    を備えている、
    請求項１〜５のいずれか一つに記載の三次元造形装置。
11. 前記造形プレートは、前記造形槽および前記昇降装置から着脱自在に構成されている、
    請求項１〜１０のいずれか一つに記載の三次元造形装置。
12. 前記造形プレートは、運搬時に把持または支持される運搬用アダプタを取り付けるアダプタ取付部を備えている、
    請求項１１に記載の三次元造形装置。
13. 前記造形プレートは、ハニカム構造の多孔板を備えている、
    請求項１〜１２のいずれか一つに記載の三次元造形装置。
14. 上下方向に延びるとともに少なくとも上方に開口を有する筒状の造形槽と、前記造形槽に挿入され粉末材料を載置可能な造形テーブルと、前記造形テーブル上の前記粉末材料を上方から硬化させる材料硬化装置と、を備えた三次元造形装置によって三次元造形物を造形する方法であって、
    前記粉末材料が通過可能な貫通穴を備えた造形プレートを前記造形テーブル上に載置する第１工程と、
    前記造形プレート上に前記粉末材料を供給しながら、前記造形プレート上で前記粉末材料を硬化させる第２工程と、
    前記造形テーブルに対して前記造形プレートを上方に離反させる第３工程と、
    を含み、
    前記粉末材料のうちの少なくとも一部は、前記第３工程において、前記造形プレート上から前記貫通穴を通って前記造形テーブル上に落下する、
    三次元造形物の造形方法。

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