JP2019155608A - 粉末積層造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】造形物の収縮率や引張強度の異方性を適切に調整できるようにする。【解決手段】結晶性樹脂及びフィラ粒子を少なくとも含む材料粉末を用いて、立体形状物を造形可能な粉末積層造形装置２において、フィラ粒子は長手方向を有し、材料粉末層を敷設するための造形スペース２１２３を画成する造形部２１２と、造形スペース２１２３に対して、第１方向に沿って材料粉末を移動させることにより、造形スペース２１２３に材料粉末層を敷設可能な粉末敷設部２１３Ａと、造形スペース２１２３に対して、第１方向と平行ではない第２方向に沿って材料粉末を移動させることにより、造形スペース２１２３に材料粉末層を敷設可能な粉末敷設部２１３Ｂと、造形スペース２１２３に敷設された材料粉末層の立体形状物の断面層を構成する部位に対して、材料粉末を溶融又は焼結させるためのエネルギーを供給するエネルギー供給部２３と、を備えるようにする。【選択図】図８

Description

本発明は、粉末積層造形装置に関する。

本技術分野の背景技術として、特許文献１がある。特許文献１には、「粉体材料が積層するように堆積されるステージと、前記ステージ上に１層ごとに前記粉体材料を供給する供給機構と、造形物を形成するための液体を吐出する複数のノズルをそれぞれ有し、前記供給機構により前記ステージ上に供給された前記粉体材料に前記液体を吐出可能な複数のヘッドと、前記複数のヘッドを異なる方向で、前記ステージに相対的にそれぞれ移動させる移動機構とを具備する３次元造形装置。」と記載されている。

また、近年、液体を噴射して造形するのではなく、材料粉末にレーザ等によりエネルギーを供給することにより、材料粉末を溶融又は焼結等させて造形する粉末積層造形装置も知られている。

特開２０１２-１３１０９４号公報

例えば、装置によって造形される造形物に対しては、造形物の破損を防止したり、収縮率や引張強度についてユーザの所望する異方性を持たせたり、等方性を持たせたりすることが要請される。

特許文献１の技術によると、造形物を割れやすくさせる領域が形成されることを抑制し、その割れやすい方向での造形物の損壊を防止することができる。

しかしながら、特許文献１の技術は、１つのヘッドにおける少なくとも一つのノズルに吐出欠陥が発生した際において造形物の損壊を防止するための技術であって、液体を噴射させるヘッドを有する装置を前提とした発明であって、エネルギーを供給して粉末を積層する粉末積層造形装置には適用することができない。

また、材料粉末として長手方向を有するフィラが含まれることがあるが、このような材料粉末を使用する際には、フィラの影響も考慮しなくてはならず、造形物の収縮率や引張強度の異方性を調整することは困難であった。

上記課題を解決する為に、本発明の一観点に係る粉末積層造形方法は、結晶性樹脂及びフィラ粒子を少なくとも含む材料粉末を用いて、立体形状物を造形可能な粉末積層造形装置による粉末積層造形方法であって、フィラ粒子は、長手方向を有する形状となっており、立体形状物の各断面層について：粉末積層造形装置の造形部の材料粉末による材料粉末層を敷設するための造形スペースに対して、材料粉末層の上面となる面を含む平面上において、第１方向に沿って材料粉末を移動させることにより、フィラ粒子の長手方向が第１方向を向く割合が高くなるように造形スペースに材料粉末層を敷設する第１敷設ステップと、造形スペースに対して、平面上おいて、第１方向と平行ではない第２方向に沿って材料粉末を移動させることにより、フィラ粒子の長手方向が第２方向を向く割合が高くなるように造形スペースに材料粉末層を敷設する第２敷設ステップと、の少なくともいずれか一方のステップを少なくとも１回実行する材料粉末層敷設ステップと、材料粉末層敷設ステップで敷設された材料粉末層の立体形状物の断面層を構成する部位に対して、材料粉末を溶融又は焼結させるためのエネルギーを供給するエネルギー供給ステップと、を実行し、材料粉末層敷設ステップでは、所定の条件に従って、第１敷設ステップと第２敷設ステップとの中の実行するステップを決定する。

また、上記課題を解決する為に、本発明の一観点に係る粉末積層造形装置は、結晶性樹脂及びフィラ粒子を少なくとも含む材料粉末を用いて、立体形状物を造形可能な粉末積層造形装置であって、フィラ粒子は、長手方向を有する形状となっており、粉末積層造形装置は、立体形状物を造形するための材料粉末による材料粉末層を敷設するための造形スペースを画成する造形部と、材料粉末を蓄積し、上部に材料粉末を移動可能な第１粉末供給部と、造形スペースに対して、材料粉末層の上面となる面を含む平面上において、第１方向に沿って第１粉末供給部の上部に移動された材料粉末を移動させることにより、造形スペースに材料粉末層を敷設可能な第１粉末敷設部と、材料粉末を蓄積し、上部に材料粉末を移動させる第２粉末供給部と、造形スペースに対して、平面上おいて、第１方向と平行ではない第２方向に沿って材料粉末を移動させることにより、造形スペースに材料粉末層を敷設可能な第２粉末敷設部と、造形スペースに敷設された材料粉末層の立体形状物の造形対象の断面層を構成する部位に対して、材料粉末を溶融又は焼結させるためのエネルギーを供給するエネルギー供給部と、を有する。

本発明によれば、造形物の収縮率や引張強度の異方性を適切に調整することができる。

図１は、粉末積層造形装置による粉末積層造形方法の一例を説明する図である。 図２は、実施例１に係る粉末積層造形装置及び粉末積層造形方法を説明する図である。 図３は、実施例２に係る粉末積層造形装置及び粉末積層造形方法を説明する図である。 図４は、実施例３に係る粉末積層造形装置及び粉末積層造形方法を説明する図である。 図５は、実施例４に係る粉末積層造形装置及び粉末積層造形方法を説明する図である。 図６は、実施例５に係る粉末積層造形装置及び粉末積層造形方法を説明する図である。 図７は、実施例６に係る粉末積層造形装置及び粉末積層造形方法を説明する図である。 図８は、一実施形態に係る造形システムの構成図である。 図９は、一実施形態に係る粉末積層造形装置のコントローラの構成図である。 図１０は、一実施形態に係る設計用計算装置の構成図である。

＜＜１．本実施形態のシステム構成＞＞
図８は、一実施形態に係る造形システムの構成図である。

造形システム１は、粉末積層造形装置（以下、単に造形装置ともいう）２と、設計用計算機３と、粉末積層造形装置２と設計用計算機３とを接続するネットワーク４とを含む。ネットワーク４は、有線ネットワークでも無線ネットワークでもよい。なお、ネットワーク４に替えて、設計用計算機３から粉末積層造形装置２への情報送信手段として不揮発メモリ媒体（たとえばフラッシュメモリや、ＨＤＤ）を用いてもよい。また、粉末積層造形装置２の後述するコントローラ２２は、設計用計算機３を兼ねてもよい。

＜＜１．１．粉末積層造形装置＞＞
造形装置２は、造形機構部２１と、コントローラ２２と、エネルギー供給部２３と、を含む。造形機構部２１は、複数の粉末供給部２１１（２１１Ａ、２１１Ｂ）と、造形部２１２と、複数の粉末敷設部２１３（２１３Ａ、２１３Ｂ）とを含む。なお、立体形状物の造形中は、造形装置２の造形部２１２や、端末供給部２１１には、材料粉末が蓄積されているが、図８においては、図示を省略している。造形装置２の各構成要素の各々について下記説明する。

＊造形機構部２１：造形機構部２１は、前述のとおり、複数の粉末供給部２１１（２１１Ａ、２１１Ｂ）と、造形部２１２と、複数の粉末敷設部２１３（２１３Ａ、２１３Ｂ）とを含む。なお、図８においては、造形機構部２１は、後述する機構形態の一例の形状としているが、造形機構部２１の構成は、その他の機構形態であってもよいことは言うまでもない。

＊コントローラ２２：コントローラ２２は、造形機構部２１とエネルギー供給部２３とに接続され、これら構成部を制御する計算機である。
＊エネルギー供給部２３：エネルギー供給部２３は、立体形状物の構成部分となる位置の材料粉末にエネルギーを供給することで、材料粉末を溶融又は焼結させるデバイスである。なお、エネルギー供給部２３の一例としては、レーザ光線を照射させてエネルギーを供給するレーザ光源や、ビームによりエネルギーを供給するビーム源、熱線を照射させてエネルギーを供給するヒータがある。

＊＊粉末供給部２１１（２１１Ａ、２１１Ｂ）：粉末供給部２１１は、造形部２１２に敷設するための材料粉末を供給する構成物である。粉末供給部２１１は、例えば、図８に示すように、側壁２１１１（供給部側壁と呼ぶ）と、可動床２１１２（供給部可動床と呼ぶ）とを有する。粉末供給部２１１においては、供給部側壁２１１１と供給部可動床２１１２とによって、上部の少なくとも一部が開口されている材料粉末の蓄積スペース２１１３が画成されている。粉末供給部２１１では、供給部可動床２１１２を上方に移動させることで、蓄積スペース２１１３に蓄積された材料粉末を上方に移動させる。なお、後述する粉末敷設部２１３が無駄なく材料粉末を移動させることができるようにするために、供給部側壁２１１１の上端（特に蓄積スペース２１１３に沿う部分）は、蓄積スペース２１１３を囲う壁のすべてで同じ高さであることが望ましい。ただし、一部上端が高かったり、低かったりしてもよい。なお、粉末供給部２１１は、典型的には供給部可動床２１１２を上下に移動させるための図示しないアクチュエータ（たとえばモータやピストン）を含む。

＊＊造形部２１２：造形部２１２は、側壁２１２１（造形部側壁と呼ぶ）と、可動床２１２２（造形部可動床と呼ぶ）とを有する。造形部２１２においては、造形部側壁２１２１と造形部可動床２１２２とによって、上部の少なくとも一部が開口されている空間２１２３（以後、造形スペースと呼ぶ）が画成されている。造形スペース２１２３には、粉末供給部２１１から供給された材料粉末が層状に敷設され、エネルギー供給部２３によって供給されたエネルギーによって立体形状物が造形されていく。なお、図８では、その例として、設計用計算機３に表示された柄杓の円筒部分の一部が造形中であることを示している。

＊＊粉末敷設部２１３：粉末敷設部２１３は、粉末供給部２１１の上部に供給された材料粉末を、造形スペース２１２の上部の開口部から造形スペース２１２３内に材料粉末を層状に敷設する構成物である。粉末敷設部２１３は、典型的には、図８に示すローラや、ブレードのような材料粉末を押すことのできる形状となっている。なお、図８では省略したが、粉末敷設部２１３を移動させるレール、ピストン、モータ等の可動機構を造形機構部２１が備えている。

＜＜１．２．設計用計算機＞＞
設計用計算機３は、立体形状物の元となる立体形状情報を設計するための計算機である。設計用計算機３の一例は、パーソナルコンピュータや、タブレット、スマートフォンである。設計用計算機３は、少なくとも立体形状情報から、所定の平面と平行な面により複数に切り分けた複数の断面層（スライス）の形状（断面形状）の情報を生成し、造形装置２のコントローラ２２に送信する。以後、このような立体形状情報から複数の断面形状を生成する処理をスライシングと呼ぶことがある。

設計用計算機３はスライシングを行うためのスライシングプログラム以外に、例えば、下記のようなプログラムを実行することがある。
＊立体形状物の設計を行うための、ＣＡＤプログラム。
＊立体形状物の形状に基づいて力学変形や熱膨張を模擬する、シミュレーションプログラム。
なお、スライシングプログラムは、ＣＡＤプログラム、シミュレーションプログラム、ほかのプログラムの機能を含んでもよい。また、ＣＡＤプログラム及びシミュレーションプログラムがスライシングを実行する機能を含んでもよい。

＜＜１．３．造形機構部の動作概要＞＞
図１は、粉末積層造形装置による粉末積層造形方法の一例を説明する図である。図１は、造形機構部２１の造形部２１２と、１つの粉末供給部２１１Ａと、１つの粉末敷設部２１３Ａとを用いて粉末積層造形方法を実行する場合の例を示している。なお、図１には、図８で省略している粉末回収部２１５を表示しているが、造形機構部２１に粉末回収部２１５を備えなくてもよい。

粉末積層造形装置による粉末積層造形方法は、材料粉末１０を粉末敷設部２１３Ａ（図ではローラにて説明）を用いて移動させて、材料粉末の層６１（以後、材料粉末層と呼ぶことがある）を敷設し、そこにエネルギー供給部２３（図１では図示せず）からエネルギーを供給し（例えば、レーザを照射し）、材料粉末層の材料粉末を溶融又は焼結（材料粉末によって溶融となるか、焼結となるかは変わる）させることで、立体形状物を造形する方法である。

この粉末積層造形方法の一例として、まず、図１（Ａ）に示すように、材料粉末１０が蓄えられた粉末供給部２１１Ａから、粉末敷設部２１３Ａを使って造形部２１２の造形エリア２１２３に材料粉末１０を移動させて、材料粉末層６１を敷設する。次に、図１（Ｂ）に示すように、敷設した材料粉末層６１の立体形状物の第１層目の断面層に対応する位置に、エネルギー供給部２３からのエネルギーを供給する（例えば、レーザ等を照射する）ことで、エネルギーが供給された位置の材料粉末１０を溶融又は焼結させ、第１層目の断面層６０を造形する。続いて、図１（Ｃ）に示すように、粉末敷設部２１３Ａを粉末敷設部２１３の初期位置（原点）に戻した後、図１（Ｄ）に示すように、端末敷設部２１３Ａを使って、造形部２１２の造形エリア２１２３に材料粉末１０を移動させて、第２層目の断面層を造形するための材料粉末層６２を敷設する。この後、図１（Ｂ）と同様に、敷設した材料粉末層６２の立体形状物の第２層目の断面層に対応する位置に、エネルギー供給部２３からのエネルギーを供給することで、エネルギーが供給された位置の材料粉末１０を溶融又は焼結させることで、第１層目の断面層と、第２層目の断面層とが結合した立体形状物を造形する。このような工程を繰り返し行うことで、複数の断面層で構成される任意の立体形状物を積層造形することができる。

＜＜３．材料粉末と多方向からの材料粉末層敷設の必要性＞＞
粉末積層造形方法では、材料粉末に含まれる粉末としては、寸法精度と引張強度との観点から、結晶性樹脂の粉末（樹脂粉末）が使われる。結晶性樹脂としては、例えば、ＰＡ１２（ポリアミド１２）、ＰＡ１１（ポリアミド１１）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）ＰＡ６（ポリアミド６）、ＰＡ６-６（ポリアミド６-６）、ＰＰＳ、ＰＥＥＫなどが対象となる。ただし、結晶性樹脂の粉末が主材料であれば、非結晶性樹脂とのアロイ、ブレンドなどを材料粉末に含めるようにしてもよい。また、本実施形態では、造形物の強度や寸法精度を向上させるため、平均長さが１ｍｍ以下のフィラ粒子を、樹脂粉末と混合した材料粉末を使用する。フィラ粒子の材質は、ガラス、カーボンなどである。

粉末積層造形方法の課題の一つは、材料粉末にフィラを混合している際に発生する、引張強度や収縮量の異方性である。粉末敷設部２１３Ａ等を用いて材料粉末を敷設する際、ファイバー形状を有する（長手方向を有する）フィラは、粉末敷設部２１３Ａの移動方向と平行な方向に優先的に配向される傾向がある。すなわち、図１を例にとると、材料粉末に含まれているフィラ粒子は、粉末敷設部２１３Ａの造形スペース２１２３上の材料粉末層上面における移動方向であるＸ方向に優先配向される。このようにフィラが一方向に偏って配向された場合、造形された立体形状物（造形物ともいう）における配向の少ないＹ方向などでは、Ｘ方向に比べて曲げや引張強度の低下が生じる。また、造形物の線膨張係数や収縮率に異方性が生じることで、造形物に意図しない変形が発生する可能性がある。

このように、図１に示した粉末積層造形方法では、材料粉末層を敷設する際の粉末敷設部２１３Ａの移動方向が１方向のみであるため、フィラの配向が偏ってしまい、この配向の偏りに起因する、引張強度や収縮率の異方性を防止できない。

ここで、粉末敷設部としてローラを用い、その移動方向を１方向として材料粉末層を敷設して、立体形状物を造形した場合における立体形状物の引張強度と、収縮率と、フィラの配向度との実験結果を、表１に示す。

なお、本実験は下記の条件について行った。
＊ＰＢＴ樹脂粉末に、３０ｗｔ％のガラスフィラを混合した。
＊ガラスフィラの平均長さは１００μｍとし、平均直径は１０μｍ（アスペクト比１０）とした。
本実験によると、表１に示すように、立体形状物のローラ移動方向については、引張強度は、６０−６５（６０以上６５未満）［ＭＰａ］となり、収縮率は、１．３−１．４［％］となり、ガラスフィラの長手方向がローラ移動方向に配向されている割合（配向度）は、６５−７５［％］となった。一方、立体形状物のローラ移動に対して垂直な方向（ローラ移動垂直方向）については、引張強度は、４５−５０［ＭＰａ］となり、収縮率は、２．６−２．７［％］となり、ガラスフィラの長手方向がローラ移動垂直方向に配向されている割合（配向度）は、２５−３５［％］となった。なお、材料粉末にフィラを混合していない場合には、立体形状物の引張強度は、５０−５５［ＭＰａ］となり、収縮率は、３．６−３．７［％］となった。

この実験結果から、ガラスフィラの長手方向は、材料粉末層を形成する際の粉末敷設部の移動方向（ローラ移動方向）に配向されることが優勢となっており、造形される立体形状物は、ローラ移動方向に対して引張強度が高く、収縮率が小さいことがわかる。このことから、ガラスフィラの配向の影響を受けて、立体形状物におけるローラ移動方向と、ローラ移動垂直方向との引張強度と収縮率とに異方性が発生していることがわかる。

本実施形態に係る粉末積層造形装置では、平行でない複数の異なる方向に移動可能な粉末敷設部を設けることで、ガラスフィラの配向状態を制御することにより、引張強度や収縮率の異方性を軽減したり、或いは引張強度や収縮率の異方性を強化したりするといった、調整が可能となる。以下に詳細に説明する。

＜＜４．造形機構部のバリエーション＞＞
まずは、図８にて示した造形機構部２１のバリエーションについて詳細に説明する。
＜＜４．１．バリエーション１＞＞
図２は、実施例１に係る粉末積層造形装置及び粉末積層造形方法を説明する図である。図２は、造形機構部２１の造形部２１２で形成される材料粉末層の上面を含む平面（材料粉末層上面）に対して上方の視点から観察した状態を示している。

実施例１に係る造形装置２の造形機構部２１は、図２（Ａ）に示すように、造形部２１２と、粉末供給部（第１粉末供給部の一例）２１１Ａと、粉末敷設部（第１粉末敷設部の一例）２１３Ａと、粉末供給部（第２粉末供給部の一例）２１１Ｂと、粉末敷設部（第２粉末敷設部の一例）２１３Ｂとを含む。

粉末供給部２１１Ａは、矩形状の造形部２１２のＸ方向の逆側の辺部分に隣接して設けられ、材料粉末を供給可能である。粉末敷設部２１３Ａは、粉末供給部２１１Ａにより供給された材料粉末を、材料粉末層上面上を所定の方向（第１方向：図中Ｘ方向）に沿って移動させて、造形部２１２に材料粉末層を敷設する。

粉末供給部２１１Ｂは、造形部２１２のＹ方向の逆側の辺部分に隣接して設けられ、材料粉末を供給可能である。粉末敷設部２１３Ｂは、粉末供給部２１１Ｂによって供給された材料粉末を、材料粉末層上面上おいて、Ｘ方向と平行ではない方向（第２方向：本実施例では、Ｘ方向に対して垂直なＹ方向）に沿って材料粉末を移動させることにより、造形部２１２に材料粉末層を敷設する。

この造形機構部２１による粉末積層造形方法について説明する。

まず、図２（Ａ）に示す状態から、図２（Ｂ）に示すように、粉末供給部２１１Ａが蓄積している材料粉末を上部に移動させ、粉末敷設部２１３ＡがＸ方向に移動し、粉末供給部２１１Ａの上部に移動された材料粉末を移動させて、造形部２１２の造形スペース２１２３に材料粉末層を敷設する。この後、敷設された材料粉末層の立体形状物の１つの断面層に対応する位置に、エネルギー供給部２３からのエネルギーを供給することで、エネルギーが供給された位置の材料粉末を溶融又は焼結させ、１つの断面層を造形する。この後、粉末敷設部２１３Ａは、元の位置に移動する。

次に、図２（Ｃ）に示すように、粉末供給部２１１Ｂが蓄積している材料粉末を上部に移動させ、粉末敷設部２１３ＢがＹ方向に移動し、粉末供給部２１１Ｂの上部に移動された材料粉末を移動させて、造形部２１２に材料粉末層を敷設する。この後、敷設された材料粉末層の立体形状物の次の断面層に対応する位置に、エネルギー供給部２３からのエネルギーを供給することで、エネルギーが供給された位置の材料粉末を溶融又は焼結させ、次の断面層を造形する。

この造形機構部２１によると、材料粉末層上面において、異なる方向に移動する粉末敷設部２１３Ａと、粉末敷設部２１３Ｂとを備えているので、いずれの粉末敷設部によって材料粉末層を敷設するかによって、材料粉末層内のフィラの配向状態を制御することができる。

例えば、粉末敷設部２１３Ａと、粉末敷設部２１３Ｂとで交互に材料粉末層を敷設するようにしたプロセスによって立体形状物を造形した場合には、各断面層毎のフィラの配向状態を略９０°変化させた立体形状物を造形することができ、立体形状物のＸＹ方向での引張強度や収縮率の異方性を大きく低減することができる。

また、立体形状物の断面層の長手方向と、粉末敷設部の移動方向を一致するように移動させて、材料粉末層を敷設させて造形を行うようにすると、長手方向にフィラが優先配向した造形物が得られ、造形物における全体の収縮量を低減することが可能である。

なお、図２に示す造形機構部２１においては、粉末敷設部２１３Ａと粉末敷設部２１３Ｂとの移動方向が直交するようにしていたが、これらの移動方向は必ずしも直交している必要はなく、互いの移動方向が平行でなければ、換言すると、移動方向のなす角度がゼロでなければ、実現したいフィラの配向状態に合わせて自由に設計変更してもよい。

＜＜４．２．バリエーション２＞＞
次に、実施例２について説明する。なお、実施例１に記載され、本実施例に未記載の事項は、特段の事情のない限り本実施例にも適用可能である。

図３は、実施例２に係る粉末積層造形装置及び粉末積層造形方法を説明する図である。

本実施例に係る造形機構部２１は、実施例２に係る造形機構部に対して、さらに、粉末回収部２１５Ａと、粉末回収部２１５Ｂとを有する。

粉末回収部２１５Ａは、粉末供給部２１１Ａに対して造形部２１２の造形スペース２１２３を挟んで反対側に配置されている。粉末回収部２１５Ａは、粉末敷設部２１３Ａにより移動された材料粉末のうちの造形部２１２における材料粉末層の敷設に使用されなかった余剰の材料粉末を回収する。粉末回収部２１５Ｂは、粉末供給部２１１Ｂに対して造形部２１２の造形スペース２１２３を挟んで反対側に配置されている。粉末回収部２１５Ｂは、粉末敷設部２１３Ｂにより移動された材料粉末のうちの造形部２１２における材料粉末層の敷設に使用されなかった余剰の材料粉末を回収する。

本実施例における粉末積層造形方法について説明する。

まず、図３（Ａ）に示す状態から、図３（Ｂ）に示すように、粉末供給部２１１Ａが蓄積している材料粉末を上部に移動させ、粉末敷設部２１３ＡがＸ方向に移動し、粉末供給部２１１Ａの上部に移動された材料粉末を移動（掃引）させて、造形部２１２に材料粉末層を敷設する。ここで、粉末供給部２１１Ａから上部に移動された材料粉末の量は、造形部２１２に敷設する材料粉末層の量以上となっているので、粉末敷設部２１３Ａは、造形部２１２を通過した後に、余剰の材料粉末をさらに移動させることとなる。このように、粉末敷設部２１３Ａが造形部２１２を通過すると、余剰の材料粉末は、粉末回収部２１５Ａ上に移動されて、粉末回収部２１５Ａ内に落下して回収される。

一方、図３（Ｃ）に示すように、粉末供給部２１１Ｂが蓄積している材料粉末を上部に移動させ、粉末敷設部２１３ＢがＹ方向に移動し、粉末供給部２１１Ｂの上部に移動された材料粉末を移動させて、造形部２１２に材料粉末層を敷設した後においては、上記同様に、粉末敷設部２１３Ｂが造形部２１２を通過すると、余剰の材料粉末は、粉末回収部２１５Ｂ上に移動されて、粉末回収部２１５Ｂ内に落下して回収される。

上記した造形機構部２１によると、余剰な材料粉末が粉末回収部２１５Ａ、２１５Ｂに回収されることとなるので、周囲への材料粉末の飛散等を適切に防止できる。また、粉末回収部２１５Ａ、２１５Ｂに余剰な材料粉末を蓄積することができるので、リサイクル材料として再利用できる材料粉末を容易に回収することができる。

＜＜４．３．バリエーション３＞＞
次に、実施例３について説明する。なお、実施例１乃至２に記載され、本実施例に未記載の事項は、特段の事情のない限り本実施例にも適用可能である。

図４は、実施例３に係る粉末積層造形装置及び粉末積層造形方法を説明する図である。

本実施例に係る造形機構部２１は、実施例１の造形機構部に対して、粉末供給部２１１Ａに対して造形部２１２の造形スペース２１２３と反対側に配置される粉末供給部２１１Ｃと、粉末供給部２１１Ｂと造形スペース２１２３と反対側に配置される粉末供給部２１１Ｄと、をさらに有し、粉末敷設部２１３Ａは粉末供給部２１１Ａと粉末供給部２１１Ｃとの間を往復移動可能な機構を具備し、粉末敷設部２１３Ｂは粉末供給部２１１Ｂと粉末供給部２１１Ｄとの間を往復移動可能な機構を具備する。

本実施例における粉末積層造形方法について説明する。

まず、図４（Ａ）に示すように、粉末供給部２１１Ａが蓄積している材料粉末を上部に移動させ、粉末敷設部２１３ＡがＸ方向に移動し、粉末供給部２１１Ａの上部に移動された材料粉末を移動させて、造形部２１２に材料粉末層を敷設する。粉末敷設部２１３Ａは、粉末供給部２１１Ｃ側の端部まで移動する。この後、敷設された材料粉末層の立体形状物の１つの断面層に対応する位置に、エネルギー供給部２３からのエネルギーを供給することで、エネルギーが供給された位置の材料粉末を溶融又は焼結させ、１つの断面層を造形する。

次に、図４（Ｂ）に示すように、粉末供給部２１１Ｂが蓄積している材料粉末を上部に移動させ、粉末敷設部２１３ＢがＹ方向に移動し、粉末供給部２１１Ｂの上部に移動された材料粉末を移動させて、造形部２１２に材料粉末層を敷設する。粉末敷設部２１３Ｂは、粉末供給部２１１Ｄ側の端部まで移動する。この後、敷設された材料粉末層の立体形状物の１つの断面層に対応する位置に、エネルギー供給部２３からのエネルギーを供給することで、エネルギーが供給された位置の材料粉末を溶融又は焼結させ、１つの断面層を造形する。

次に、図４（Ｃ）に示すように、粉末供給部２１１Ｃが蓄積している材料粉末を上部に移動させ、粉末敷設部２１３ＡがＸ方向の逆方向に移動し、粉末供給部２１１Ｃの上部に移動された材料粉末を移動させて、造形部２１２に材料粉末層を敷設する。粉末敷設部２１３Ａは、粉末供給部２１１Ａ側の端部（原点）まで移動する。この後、敷設された材料粉末層の立体形状物の１つの断面層に対応する位置に、エネルギー供給部２３からのエネルギーを供給することで、エネルギーが供給された位置の材料粉末を溶融又は焼結させ、１つの断面層を造形する。

次に、図４（Ｄ）に示すように、粉末供給部２１１Ｄが蓄積している材料粉末を上部に移動させ、粉末敷設部２１３ＢがＹ方向の逆方向に移動し、粉末供給部２１１Ｄの上部に移動された材料粉末を移動させて、造形部２１２に材料粉末層を敷設する。粉末敷設部２１３Ｂは、粉末供給部２１１Ｂ側の端部（原点）まで移動する。この後、敷設された材料粉末層の立体形状物の１つの断面層に対応する位置に、エネルギー供給部２３からのエネルギーを供給することで、エネルギーが供給された位置の材料粉末を溶融又は焼結させ、１つの断面層を造形する。

以上説明したように、本実施例に係る造形機構部２１によれば、粉末敷設部２１３Ａ、粉末敷設部２１３Ｂを、材料粉末層を敷設するために、その都度原点に復帰させる必要がないので、材料粉末層の敷設時間を短縮でき、その結果、造形時間を短縮することができる。

＜＜４．４．バリエーション４＞＞
次に、実施例４について説明する。なお、実施例１乃至３に記載され、本実施例に未記載の事項は、特段の事情のない限り本実施例にも適用可能である。

図５は、実施例４に係る粉末積層造形装置及び粉末積層造形方法を説明する図である。

本実施例に係る造形機構部２１は、実施例３の造形機構部に対して、粉末供給部２１１Ａに対して造形部２１２と反対側に設けられた粉末回収部２１６Ａと、粉末供給部２１１Ｂに対して造形部２１２と反対側に設けられた粉末回収部２１６Ｂと、粉末供給部２１１Ｃに対して造形部２１２と反対側に設けられた粉末回収部２１６Ｃと、粉末供給部２１１Ｄに対して造形部２１２と反対側に設けられた粉末回収部２１６Ｄと、をさらに有する。

本実施例における粉末積層造形方法について説明する。

例えば、図５（Ａ）に示すように、粉末敷設部２１３ＡがＸ方向に移動し、粉末供給部２１１Ａの上部に移動された材料粉末を移動させて、造形部２１２に材料粉末層を敷設する。この後、粉末敷設部２１３Ａが造形部２１２を通過し、材料供給部２１１Ｃの端部に至ると、余剰の材料粉末は、粉末回収部２１６Ｃ上に移動されて、粉末回収部２１６Ｃ内に落下して回収される。

また、図５（Ｂ）に示すように、粉末敷設部２１３ＢがＹ方向に移動し、粉末供給部２１１Ｂの上部に移動された材料粉末を移動させて、造形部２１２に材料粉末層を敷設する。この後、粉末敷設部２１３Ｂが造形部２１２を通過し、材料供給部２１１Ｄの端部に至ると、余剰の材料粉末は、粉末回収部２１６Ｄ上に移動されて、粉末回収部２１６Ｄ内に落下して回収される。

また、図５（Ｃ）に示すように、粉末敷設部２１３ＡがＸ方向の逆方向に移動し、粉末供給部２１１Ｃの上部に移動された材料粉末を移動させて、造形部２１２に材料粉末層を敷設する。この後、粉末敷設部２１３Ａが造形部２１２を通過し、材料供給部２１１Ａの端部に至ると、余剰の材料粉末は、粉末回収部２１６Ａ上に移動されて、粉末回収部２１６Ａ内に落下して回収される。

また、図５（Ｄ）に示すように、粉末敷設部２１３ＢがＹ方向の逆方向に移動し、粉末供給部２１１Ｄの上部に移動された材料粉末を移動させて、造形部２１２に材料粉末層を敷設する。この後、粉末敷設部２１３Ｂが造形部２１２を通過し、材料供給部２１１Ｂの端部に至ると、余剰の材料粉末は、粉末回収部２１６Ｂ上に移動されて、粉末回収部２１６Ｂ内に落下して回収される。

以上説明したように、本実施例に係る造形機構部２１によれば、余剰の材料粉末を、粉末回収部２１６Ａ、２１６Ｂ、２１６Ｃ、２１６Ｄに回収して貯蔵することができる。これにより、実施例３の効果に加えて、周囲への材料粉末の飛散等を適切に防止でき、リサイクル材料として再利用できる材料粉末を容易に回収することができる。

＜＜４．５．バリエーション５＞＞
次に、実施例５について説明する。なお、実施例１乃至４に記載され、本実施例に未記載の事項は、特段の事情のない限り本実施例にも適用可能である。

図６は、実施例５に係る粉末積層造形装置及び粉末積層造形方法を説明する図である。

本実施例に係る造形機構部２１は、実施例３の造形機構部に対して、粉末回収部２１７Ａ、２１７Ｂ、２１７Ｃ、２１７Ｄをさらに備える。粉末回収部２１７Ａは、粉末供給部２１１Ａと造形部２１２との間に配置されている。粉末回収部２１７Ｂは、粉末供給部２１１Ｂと造形部２１２との間に配置されている。粉末回収部２１７Ｃは、粉末供給部２１１Ｃと造形部２１２との間に配置されている。粉末回収部２１７Ｄは、粉末供給部２１１Ｄと造形部２１２との間に配置されている。粉末回収部２１７Ａ、２１７Ｂ、２１７Ｃ、２１７Ｄは、それぞれ上部の粉末を回収可能な開口部を開閉可能なシャッター機構を有する。このシャッター機構は、コントローラ２２の制御に従って開閉される。

本実施例における粉末積層造形方法について説明する。

粉末供給部２１１Ａから供給される材料粉末によって造形部２１２に材料粉末層を敷設する場合には、図６（Ａ）に示すように、コントローラ２２は、粉末回収部２１７Ａのシャッター機構を閉じた状態とし、粉末回収部２１７Ｂ、２１７Ｃ、２１７Ｄのシャッター機構は開いた状態とする。次いで、粉末敷設部２１３ＡがＸ方向に移動し、粉末供給部２１１Ａの上部に移動された材料粉末を粉末回収部２１７Ａの上部を通過させて移動させて、造形部２１２に材料粉末層を敷設する。このように粉末敷設部２１３Ａが移動する際には、粉末敷設部２１３Ａの側面側（すなわち、粉末回収部２１７Ｂ、２１７Ｄの側）に余剰の材料粉末が溢れ出てしまう場合がある。この際、余剰の材料粉末は、高温となっている造形スペース２１２３を通過することとなるので、造形スペース２１２３からの熱履歴を受けて劣化してしまう恐れがある。なお、このように劣化した材料粉末が以降において造形スペース２１２３に敷設されてしまうと、造形される立体形状物の寸法精度や、引張強度等に悪影響を及ぼす恐れがある。

これに対して、本実施例では、粉末敷設部２１３Ａの側方から溢れ出た材料粉末は、粉末回収部２１７Ｂ及び粉末回収部２１７Ｄに脱落して回収される。また、粉末敷設部２１３Ａの移動により、造形部２１２を通過した余剰の材料粉末は、粉末供給部２１１Ｃに到達する前に粉末回収部２１７Ｃに脱落して回収される。したがって、劣化した材料粉末による、粉末供給部２１１Ｂ、２１１Ｃ、２１１Ｄの材料粉末のコンタミネーションを適切に防ぐことができる。

その後、粉末供給部２１１Ｂから供給される材料粉末によって造形部２１２に材料粉末層を敷設する場合には、図６（Ｂ）に示すように、コントローラ２２は、粉末回収部２１７Ｂのシャッター機構を閉じた状態とし、粉末回収部２１７Ａ、２１７Ｃ、２１７Ｄのシャッター機構は開いた状態とする。次いで、粉末敷設部２１３ＢがＹ方向に移動し、粉末供給部２１１Ｂの上部に移動された材料粉末を粉末回収部２１７Ｂの上部を通過させて移動させて、造形部２１２に材料粉末層を敷設する。このように粉末敷設部２１３Ｂが移動する際には、粉末敷設部２１３Ａの側面側（すなわち、粉末回収部２１７Ａ、２１７Ｃの側）に余剰の材料粉末が溢れ出てしまう場合があるが、粉末敷設部２１３Ｂの側方から溢れ出た材料粉末は、粉末回収部２１７Ａ及び粉末回収部２１７Ｃに脱落して回収される。また、粉末敷設部２１３Ｂの移動により、造形部２１２を通過した余剰の材料粉末は、粉末供給部２１１Ｄに到達する前に粉末回収部２１７Ｄに脱落して回収される。したがって、劣化した材料粉末による、粉末供給部２１１Ａ、２１１Ｃ、２１１Ｄの材料粉末のコンタミネーションを適切に防ぐことができる。

その後、粉末供給部２１１Ｃから供給される材料粉末によって造形部２１２に材料粉末層を敷設する場合には、図６（Ｃ）に示すように、コントローラ２２は、粉末回収部２１７Ｃのシャッター機構を閉じた状態とし、粉末回収部２１７Ａ、２１７Ｂ、２１７Ｄのシャッター機構は開いた状態とする。次いで、粉末敷設部２１３ＡがＸ方向の逆向きに移動し、粉末供給部２１１Ｃの上部に移動された材料粉末を粉末回収部２１７Ｃの上部を通過させて移動させて、造形部２１２に材料粉末層を敷設する。このように粉末敷設部２１３Ａが移動する際には、粉末敷設部２１３Ａの側面側（すなわち、粉末回収部２１７Ｂ、２１７Ｄの側）に余剰の材料粉末が溢れ出てしまう場合があるが、粉末敷設部２１３Ａの側方から溢れ出た材料粉末は、粉末回収部２１７Ｂ及び粉末回収部２１７Ｄに脱落して回収される。また、粉末敷設部２１３Ａの移動により、造形部２１２を通過した余剰の材料粉末は、粉末供給部２１１Ａに到達する前に粉末回収部２１７Ａに脱落して回収される。したがって、劣化した材料粉末による、粉末供給部２１１Ａ、２１１Ｂ、２１１Ｄの材料粉末のコンタミネーションを適切に防ぐことができる。

その後、粉末供給部２１１Ｄから供給される材料粉末によって造形部２１２に材料粉末層を敷設する場合には、図６（Ｄ）に示すように、コントローラ２２は、粉末回収部２１７Ｄのシャッター機構を閉じた状態とし、粉末回収部２１７Ａ、２１７Ｂ、２１７Ｃのシャッター機構は開いた状態とする。次いで、粉末敷設部２１３ＢがＹ方向の逆向きに移動し、粉末供給部２１１Ｄの上部に移動された材料粉末を粉末回収部２１７Ｄの上部を通過させて移動させて、造形部２１２に材料粉末層を敷設する。このように粉末敷設部２１３Ｂが移動する際には、粉末敷設部２１３Ｂの側面側（すなわち、粉末回収部２１７Ａ、２１７Ｃの側）に余剰の材料粉末が溢れ出てしまう場合があるが、粉末敷設部２１３Ｂの側方から溢れ出た材料粉末は、粉末回収部２１７Ａ及び粉末回収部２１７Ｃに脱落して回収される。また、粉末敷設部２１３Ｂの移動により、造形部２１２を通過した余剰の材料粉末は、粉末供給部２１１Ｂに到達する前に粉末回収部２１７Ｂに脱落して回収される。したがって、劣化した材料粉末による、粉末供給部２１１Ａ、２１１Ｂ、２１１Ｃの材料粉末のコンタミネーションを適切に防ぐことができる。

＜＜４．６．バリエーション６＞＞
次に、実施例６について説明する。なお、実施例１乃至５に記載され、本実施例に未記載の事項は、特段の事情のない限り本実施例にも適用可能である。

図７は、実施例６に係る粉末積層造形装置及び粉末積層造形方法を説明する図である。

本実施例に係る造形機構部２１は、実施例５の造形機構部に対して、粉末回収部２１６Ａ、２１６Ｂ、２１６Ｃ、２１６Ｄをさらに備えている。粉末回収部２１６Ａ、２１６Ｂ、２１６Ｃ、２１６Ｄは、実施例４の同符号の構成と同様である。

本実施例における粉末積層造形方法について説明する。

図７（Ａ）に示すように、粉末敷設部２１３ＡをＸ方向に移動させて、粉末供給部２１１Ａから供給される材料粉末によって造形部２１２に材料粉末層を敷設する場合においては、造形部２１２を通過した余剰の材料粉末は、粉末供給部２１１Ａに到達する前に粉末回収部２１７Ａに脱落して回収されることとなるが、この粉末回収部２１７Ａによって回収することができなかった余剰の材料粉末は、粉末回収部２１６Ｃによって回収される。

同様に、図７（Ｂ）に示すように、粉末敷設部２１３ＢをＹ方向に移動させて、粉末供給部２１１Ｂから供給される材料粉末によって造形部２１２に材料粉末層を敷設する場合においては、粉末回収部２１７Ｄによって回収することができなかった余剰の材料粉末は、粉末回収部２１６Ｄによって回収される。また、図７（Ｃ）に示すように、粉末敷設部２１３ＡをＸ方向と逆方向に移動させて、粉末供給部２１１Ｃから供給される材料粉末によって造形部２１２に材料粉末層を敷設する場合においては、粉末回収部２１７Ａによって回収することができなかった余剰の材料粉末は、粉末回収部２１６Ａによって回収される。また、図７（Ｄ）に示すように、粉末敷設部２１３ＢをＹ方向と逆方向に移動させて、粉末供給部２１１Ｄから供給される材料粉末によって造形部２１２に材料粉末層を敷設する場合においては、粉末回収部２１７Ｂによって回収することができなかった余剰の材料粉末は、粉末回収部２１６Ｂによって回収される。

本実施例によれば、造形部２１２に隣接して設けられた粉末回収部２１７Ａ、２１７Ｂ、２１７Ｃ、２１７Ｄで回収されなかった材料粉末を、粉末供給部２１１Ａ、２１１Ｂ、２１１Ｃ、２１１Ｄの外側に設けられた粉末回収部２１６Ａ、２１６Ｂ、２１６Ｃ、２１６Ｄにより回収して貯蔵することができる。このため、実施例５の効果に加えて、より効率的にリサイクル材料を回収できる。

＜＜２．コントローラの構成＞＞

次に、コントローラ２２について説明する。

図９は、一実施形態に係る粉末積層造形装置のコントローラの構成図である。

＜＜２．１．ハードウェア＞＞
コントローラ２２は、一例としてはパーソナルコンピュータ、タブレット、組み込み計算機である。コントローラ２２は、少なくともＣＰＵ２２１、ネットワークインターフェース２２２（図ではＮｅｔ Ｉ／Ｆと省略)、及びこれら構成物を接続する内部ネットワークを含むデバイスであれば他のデバイスでもよい。なお、コントローラ２２はこれら構成物以外にユーザインターフェース２２３(図ではＵｓｅｒ Ｉ／Ｆ)を含んでもよい。なお、ユーザインターフェース２３３は、例えば、タッチパネル、ディスプレイ、キーボード、マウス、メカニカルスイッチであるが、造形装置２へのユーザからの操作を受け付けるか、又は造形装置２からの情報表示ができるのであれば、他のデバイスであってもよい。

ＣＰＵ２２１は記憶資源２２４に格納されたプログラムを実行することができる。
記憶資源２２４は、ＣＰＵ２２１にて実行対象となるプログラムや、このプログラムにて使用する情報を格納する部品である。なお、記憶資源の一例としては半導体メモリ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等、揮発タイプのメモリでも、不揮発タイプのメモリでもよい。

ネットワークインターフェース２２２は、ネットワーク４を介して外部の計算機（例えば、設計用計算機３）と通信するためのインターフェースである。ネットワークインターフェースがエネルギー供給部２３や造形機構部２１の構成物と通信可能に接続するインターフェースでもある。ただし、外部の計算機と通信する規格と、造形装置２内部の構成物間での通信の規格とは異なる場合がある。このような場合は複数種類のインターフェースを備えてもよい。また、複数個のネットワークインターフェースを合わせて備えてもよい。

＜＜２．２．データ＞＞
コントローラ２２は、記憶資源２２４に下記の情報を格納する。なお、コントローラ２２はこれら以外の情報を格納してもよい。
＊造形情報２２６：造形情報２２６は、典型的にはネットワーク４を介して設計用計算機３から受信する情報である。造形情報２２６はさらに複数の断面層の形状（断面形状）を示す断面形状情報２２６１、付属情報２２６２を含む。

＊粉末層敷設情報２２７：各断面層に対してどの粉末敷設部（２１３Ａ又は２１３Ｂ）を用いて材料粉末層を敷設するかを特定可能な情報である。粉末層敷設情報２２７の１実現形態としては、断面形状情報に付与されるＩＤと、この断面形状情報に対応する断面層を造形する際に用いる粉末敷設部のＩＤとのペア（ＩＤペア）を複数格納することで実現する。制御プログラム２２５は粉末層敷設情報２２７を読み込むことで所定の断面層の造形時に使用する粉末敷設部を選択する。粉末層敷設情報２２７は、後述する標準敷設パターン２２８に基づいて生成してもよく、又は設計用計算機３から受信するようにしてもよい。

＊標準敷設パターン２２８：標準敷設パターン２２８は、設計用計算機３から受信された造形情報に粉末層敷設情報が含まれない場合に、各断面層を造形する時の材料粉末層を敷設する粉末敷設部（粉末敷設部２１３Ａ又は２１３Ｂ）を定めた情報である。なお、標準敷設パターン２２８の一例は、「粉末敷設部２１３Ａと２１３Ｂとを交互に用いる」や「粉末敷設部２１３Ａをｘ回用いた後に、粉末敷設部２１３Ｂをｙ回用いる」等であってもよく、粉末敷設部の使用順番が特定できる情報であってもよい。例えば、設計用計算機３からの使用する粉末敷設部の指定がない断面層についての粉末層敷設情報内のＩＤペアは、標準敷設パターン２２８に従って生成されてもよい。しかし、粉末層敷設情報２２７を省略する実現形態の場合には、制御プログラム２２５が標準敷設パターンを読み込むことで、所定の断面層の造形時に使用する粉末敷設部を選択してもよい。

なお、標準敷設パターンが固定の場合、標準敷設パターンは、制御プログラム２２５にプログラムコードとして埋め込まれていてもよい。なお、制御プログラム２２５の処理の１つとして、標準敷設パターンを、ユーザインターフェース２２３を介してユーザから受信して格納するようにしてもよい。また、標準敷設パターンを複数格納してもよい。また、ユーザインターフェースを介してユーザから複数の標準敷設パターンの１つを選択する指示を受信するようにしてもよい。
＊＊断面形状情報２２６１（複数）：断面形状情報２２６１は、材料粉末層にエネルギーを供給することで造形する断面層の形状を示す情報である。典型的には、断面層１つに対して、１つの材料粉末層が敷設されるが、断面層１つに対して、複数の材料粉末層を敷設するようにしてもよい。
＊＊付属情報２２６２：付属情報２２６２は、オプションとして、材料粉末層の厚さを格納してもよい。

＜＜２．３．制御プログラム＞＞

記憶資源２２４に格納された制御プログラム２２５は、ＣＰＵ２２１によって実行されることで以下の１以上の処理を行う。
＊造形制御処理：設計用計算機３又はユーザインターフェース２２３から、造形開始や造形停止の指示を受信し、下記処理の開始と停止を制御したり、複数の標準敷設パターンから今回の造形に用いる標準敷設パターンの指定を受信したりする。そして、後述するエネルギー供給処理と粉末敷設処理とを呼び出すことで、立体形状物を造形する。詳細なフローは後述する。
＊造形情報受信処理：設計用計算機３から造形情報を受信し、記憶資源２２４に格納する。
＊標準敷設パターンの設定処理：設計用計算機３又はユーザインターフェース２２３から標準敷設パターンを受信し、標準敷設パターンを記憶資源２２４に格納する。

＊粉末敷設部指定情報の受信処理:設計用計算機３から、造形情報に含まれる１以上の断面層に対してどの粉末敷設部を使用するかを指定した粉末敷設部指定情報を受信し、粉末敷設部指定情報に基づいて粉末層敷設情報のＩＤペアを作成する。なお、粉末敷設部指定情報は、断面層と敷設方法（どの粉末供給部から材料粉末を供給し、またはどの粉末敷設部で敷設を行うか）で種別分けした場合の材料粉末層の種別を関係づけているともいえる。粉末敷設部指定情報のフォーマット例は下記の通りである：
＊＊断面形状情報に付与されたＩＤと、この断面形状の造形に用いる粉末敷設部のＩＤ（Ｘ方向やＹ方向といった方向で代用してもよい）とのペアを含む。
＊＊所定の粉末敷設部のＩＤに対して断面形状情報のＩＤのリストを含む。
＊＊標準ではない敷設パターン（カスタム敷設パターン）を１以上と、カスタム敷設パターンの適用対象となる断面形状情報のＩＤのリストを含む。

＊粉末層敷設情報の生成処理（標準敷設パターン）：造形情報２２６及び粉末敷設部指定情報を受信した後に、粉末敷設部指定情報によって利用する粉末敷設部が特定できない断面層を標準敷設パターン適用対象の断面層と特定する。そして、特定した断面層を対象に、標準敷設パターンを参照してＩＤペアを作成し、粉末層敷設情報に格納する。なお、粉末敷設部指定情報を受信しなかった場合は、すべての断面層について標準敷設パターンの適用対象としてもよい。

＊エネルギー供給処理：造形制御処理から指定された断面形状情報に従った信号を生成し、エネルギー供給部２３に当該信号を送信することで、材料粉末層の所定の位置にエネルギーを供給する。なお、エネルギー供給処理は、断面層の造形前及び造形後はエネルギー供給を停止させる信号をエネルギー供給部２３に送信している。
＊粉末敷設処理：造形制御処理から指定された断面層の造形時に利用する粉末敷設部（２１３Ａ、２１３Ｂ）を粉末層敷設情報を参照することで特定する。次に、特定した粉末敷設部に対応する粉末供給部（２１１Ａ、２１１Ｂ、２１１Ｃ、２１１Ｄのいずれか）の可動床を上に移動することで、粉末供給部の上部に材料粉末を出す。次に、造形部２１２の可動床を材料粉末層の厚みだけ下に移動させる。次に、粉末敷設部を移動させることで粉末供給部の上部に出された材料粉末を造形部２１２に移動させることにより材料粉末層を敷設する。

＊粉末層敷設情報の生成処理（断面層の形状のアスペクト比に基づいた生成）：造形情報の断面層毎（複数まとめででもよい）に、断面層の全体又は一部を対象としたアスペクト比を計算する。そしてアスペクト比に基づいて粉末敷設部を選択し、選択結果を粉末層敷設情報に格納する。典型的な粉末敷設部の選択方法としては、（Ａ）アスペクト比が所定の閾値を超えてＸ方向に大きい場合は、Ｘ方向に移動する粉末敷設部を選択する、（Ｂ）アスペクト比が所定の閾値を超えてＹ方向に大きい場合は、Ｙ方向に移動する粉末敷設部を選択する、（Ｃ）アスペクト比が所定の閾値以内である場合は、前述の標準敷設パターンを適用して粉末敷設部を選択する。なお、（Ａ）又は（Ｂ）の選択方法のバリエーションとして、個々の断面層毎の粉末敷設部を決定するのではなく、複数の断面層に対して適用する敷設パターンをアスペクト比で決定してもよい。例えば、２０の断面層を計算単位とした場合に、各断面層の平均アスペクト比がＸ方向に大きな場合は、その大きさに関連するように敷設パターンの中のＸ方向に移動する粉末敷設部の利用頻度を上げるようにしてもよい。

＜＜２．４．造形制御処理の流れ＞＞
以下に制御プログラム２２５が造形制御処理を実行する時のフローを説明する。なお、以下の説明においては、造形機構部２１は、バリエーション１、２であるとする。

（Ｓｔｅｐ １）制御プログラム２２５は、ネットワークインターフェース２２２又はユーザインターフェース２２３から造形開始指示を受信する。
（ループＡ開始）制御プログラム２２５は、格納された造形情報の複数の断面層の各々（断面層（ループＡ）と呼ぶ）について（ループＡ終わり）との間のＳｔｅｐ Ａ１乃至Ａ４を実行する。なお、ループ対象の断面層は典型的には１つであるが、複数の断面層をループ内でまとめて処理をしてもよい。

（Ｓｔｅｐ Ａ１）制御プログラム２２５は、断面層（ループＡ）を造形するための材料粉末層を敷設する粉末敷設部を選択する。選択した粉末敷設部を粉末敷設部（Ａ１）と呼ぶ。なお、粉末敷設部の選択は、粉末層敷設情報２２７のＩＤペアを参照することで行うが、粉末層敷設情報２２７の生成元となった情報（たとえば標準敷設パターン２２８）を参照してもよい。
（Ｓｔｅｐ Ａ２）制御プログラム２２５は、粉末敷設部（Ａ１）を指定して粉末敷設処理を実行することで材料粉末層を造形部２１２に敷設する。
（Ｓｔｅｐ Ａ３）制御プログラム２２５は、粉末敷設処理が終了し、すべての粉末敷設部が造形部２１２の上部（正確には、エネルギー供給部２３によるエネルギーが供給される範囲）から外れた位置に位置していることを検知する。
（Ｓｔｅｐ Ａ４）制御プログラム２２５は、断面層（Ａ１）を指定してエネルギー供給処理を実行することでエネルギー供給を開始し、材料粉末層に断面層を造形させる。なお、断面層（ループＡ）の造形が終了したらエネルギー供給処理はエネルギー供給部２３にエネルギー供給を停止させることは前述したとおりである。
（ループＡ終わり）

（Ｓｔｅｐ ２）制御プログラムは２２５、造形完了処理を行う。造形完了処理は例えば造形部２１２の可動床を上に移動させることで完成した立体形状物を取り出し易くすることや、立体形状物を冷却することが例であるが、他の処理でもよい。
以上が、造形制御処理のフローである。なお、上記処理動作では、すべての粉末敷設部が敷設を終え、少なくとも造形部２１２の開口部から外れた位置に移動し終えた後にエネルギー供給を行う。しかし、より造形時間を短縮するために、粉末敷設部が造形部の開口部とエネルギー供給部２３との間から移動した後にエネルギー供給を開始してもよい。

なお、図４、５に示すバリエーション３、４へ上記フローが適用できることは言うまでもない。具体的には粉末敷設部の移動方向を往復の移動方向として考える。そして、粉末敷設処理では、各粉末敷設部の現在位置としてどの粉末供給部の近傍（たとえば粉末供給部の上端や粉末回収部の上）に位置するか記憶し、敷設する際には、造形部２１２を介して現在位置に相対する粉末供給部に向けて粉末敷設部を移動させればよい。

また、図６に示すバリエーション５についても同様である。この場合には、バリエーション３、４へ適用した場合に加えて、現在位置する粉末敷設部と造形部２１２との間の粉末回収部のシャッター機構を閉鎖し、粉末敷設部が通過した後にシャッター機構を開く制御を粉末供給処理が実行すればよい。
なお、造形情報は必ずしも造形開始前にすべての断面層の形状を受信している必要はなく、最低限ループで処理対象とする断面層の形状と、この断面形状に対応する粉末層敷設情報のＩＤペアとがコントローラ２２に格納されていればよい。

＜＜２．５．標準敷設パターンの他の用途＞＞

これまで説明した造形装置２は、フィラ粒子を含まない材料粉末も使うことができる。この場合、最低限１つの粉末敷設部とこの粉末敷設部に材料粉末を供給する粉末供給部があればよい。加えて造形で使わない粉末供給部はフィラ粒子を含む材料粉末からフィラ粒子を含まない材料粉末に入れ替える必要がないため、装置の使い分けが容易となる。そのため、造形に使用しない粉末敷設部とこの粉末敷設部に材料粉末を供給する粉末供給部と、を一時的に無効化するようにしてもよい。その実現形態としては下記がある。
＊制御プログラムは、ユーザから無効化する粉末供給部又は粉末敷設部の指定（フィラ不使用指定）を受信し（又は受け付け）、標準敷設パターンとしてこれらを用いないパターンを選択する。
＊制御プログラムは、ユーザからフィラ粒子を含まない材料粉末で敷設する粉末敷設部の指定を受信し（又は受け付け）、指定された粉末敷設部を使用する。
また、フィラ粒子を含まない材料粉末を用い、２つの粉末敷設部を造形で用いるようにする場合でも、いずれかの粉末供給部の材料粉末が不足する場合がある。この場合は、造形中でも標準敷設パターン又は粉末敷設情報を更新することで、材料粉末が不足した粉末供給部を使わない造形に変更するオプションをユーザから受け付けてもよい。

＜＜３．設計用計算機の構成＞＞
次に、設計用計算機３について説明する。

図１０は、一実施形態に係る設計用計算装置の構成図である。
＜＜３．１．ハードウェア＞＞
設計用計算機３は下記を除くとコントローラ２２のハードウェアと同様のため、同様なハードウェアについての詳細な説明は省略する。
＊設計用計算機３はユーザインターフェース３３を含む。
＊ネットワークインターフェース３２は、必ずしもエネルギー供給部２３や造形機構部２１と通信可能でなくてもよい。

＜＜３．２．情報＞＞
記憶資源３４は下記情報を格納する。なお、記憶資源３４はこれら以外の情報を格納してもよく、一部の情報を省略してもよい。
＊立体形状情報：造形対象の立体形状物の形状を含む情報である。立体形状情報は典型的にはＣＡＤプログラムによって生成されるが、必要に応じてその他プログラムで修正される場合がある。立体形状情報はスライシングプログラムに読み込まれ、造形情報が生成される元となる。その一例はＳＴＬ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｅｄ Ｌａｎｇｕａｇｅ）形式のデータである。
＊造形情報：コントローラ２２側と同様な意味を持つ情報のため、説明は省略する。
＊標準敷設パターン：コントローラ２２側と同様な意味を持つ情報のため、説明は省略する。
＊粉末敷設部指定情報（敷設指定情報の一例）：粉末敷設部指定情報は、コントローラ２２に送信する情報であって、造形情報に含まれる断面層毎に利用する粉末敷設部を特定できる情報を含む。粉末敷設部指定情報のフォーマット例は下記の通りである：
＊＊断面形状情報に付与されたＩＤと、この断面形状の造形に用いる粉末敷設部のＩＤ（Ｘ方向やＹ方向といった方向で代用してもよい）とのペアを含む。
＊＊所定の粉末敷設部のＩＤに対して断面形状情報のＩＤのリストを含む。
＊＊標準ではない敷設パターン（カスタム敷設パターン）を１以上と、カスタム敷設パターンの適用対象となる断面形状情報のＩＤのリストを含む。

＜＜３．３．プログラム＞＞
記憶資源３４は下記プログラムを格納する。なお、記憶資源３４はこれら以外のプログラムを格納してもよく、一部のプログラム又は処理を省略してもよい。それぞれのプログラムが担当する処理を後程説明するが、各プログラムと処理の分担はこれに限らない。
＊造形装置２の管理プログラム：造形装置２の管理用の指示を送信するプログラムである。その指示は例えば、造形開始指示、造形停止指示、敷設パターン（標準敷設パターンを含む）の選択や入力指示である。また、本プログラムは造形装置２の状態を表示してもよい。例えば、造形開始中か否か、敷設パターン、前述の無効化した粉末敷設部又は粉末供給部に関する情報が一例である。これら情報は本プログラムがコントローラ２２に要求して取得することが考えられる。また、別の例としては、これら情報に関係するユーザ操作によって管理情報として設計用計算機３に格納し、この管理情報を参照することも考えられる。

＊スライシングプログラム：立体形状情報を読み込み、造形情報を生成する。また、生成した造形情報や、粉末敷設部指定情報をネットワーク４を介してコントローラ２２に送信する。なお、粉末敷設部指定情報は造形情報に含まれてもよい。なお、粉末敷設部指定情報は下記管理プログラムが送信してもよい。
＊シミュレーションプログラム：立体形状情報を読み込み、種々の条件で熱膨張や引張強度をシミュレートするプログラムである。なお、シミュレート結果を、立体形状情報の付属情報（色データ等）として追加してもよい。例えば所定の条件下における変形量を色データ等に変換して付与する。
＊ＣＡＤプログラム：ユーザ操作によって造形対象の立体形状物を設計し、設計結果を立体形状情報に格納する。

＜＜３．３．２．スライシングプログラムの動作＞＞
下記に一例としてスライシングプログラムの造形情報を生成する処理の概要を示す。

（Ｓｔｅｐ １）スライシングプログラムは、断面を生成する元となる基準平面を特定する。基準平面の特定は本プログラムが立体形状情報に基づいて行ってもよく、ユーザの指定を受信し、指示に基づいて行ってもよい。なお、ユーザから各粉末敷設部の移動方向を含んだ基準平面の指定を受信してもよい。
（Ｓｔｅｐ ２）スライシングプログラムは、基準平面と平行な面を切断面として複数定める。典型的には、切断面は、基準平面から基準平面の法線方向に所定ピッチだけ基準平面を移動させた平面である。

（ループＢ開始）スライシングプログラムは、複数の切断面の各々（切断面（ループＢ）と呼ぶ）について、（ループＢ終わり）との間のＳｔｅｐＢ１及びＢ２を実行する。なお、複数の切断面（ループＢ）についてまとめて処理をしてもよい。
（Ｓｔｅｐ Ｂ１）スライシングプログラムは、立体形状情報に定められた立体形状物の切断面（ループＢ）での断面層の形状の情報（断面形状情報（ループＢ）と呼ぶ）を特定する。
（Ｓｔｅｐ Ｂ２）スライシングプログラムは、断面形状情報（ループＢ）を造形情報に格納する。
（ループＢ終わり）

以上が概要である。なお、スライシングプログラムはコントローラ２２にて説明した粉末敷設部指定情報を生成してもよい。その生成処理としては、Ｓｔｅｐ Ｂ１の追加処理として、下記を断面形状情報（ループＢ）に適用すれば、この断面形状情報が示す断面層で用いる粉末敷設部を特定できる。
＊ユーザから断面形状情報（ループＢ）の断面層に適用する粉末敷設部のＩＤを受信する。
＊コントローラ２２にて説明した「粉末層敷設情報の生成処理（標準敷設パターン）」又は「粉末層敷設情報の生成処理（断面形状のアスペクト比に基づいた生成）」と同様な処理。
＊立体形状データの付属情報(色、表面粗さ等）に基づいた粉末敷設部の特定。色を例として説明すると、断面形状が全部(或いは所定の閾値)黄色の面積（或いは断面形状の輪郭）で囲まれていたら第１方向に移動する粉末敷設部を特定し、所定の割合未満（例えば、２０％未満）なら標準敷設パターンを適用する。ＣＡＤプログラムのユーザが粉末層の敷設方向を指定することができる。

＜＜４．その他＞＞
造形機構部２１の粉末敷設部は２つ以上でもよい。また、粉末敷設部の移動方向は別な粉末敷設部の移動方向と上面視点で（材料粉末層上面において）直交していなくてもよい。

コントローラ２２及び設計用計算機３の記憶資源に格納された各種プログラムは、配布用計算機（たとえばＷｅｂサーバ）で配布されてもよい。配布用サーバは設計用計算機と同様なハードウェア構成を備え（ただしユーザインターフェースは必須ではない）、記憶資源に配布対象プログラムと、ネットワークから受信した配布要求に応じて配布対象プログラムをネットワーク４に送信する。また、各種プログラムは不揮発メモリに格納され、配布されてもよい。

１ 造形システム
２ 粉末積層造形装置
３ 設計用計算機
４ ネットワーク
２１ 造形機構部
２２ コントローラ
２１１Ａ、２１１Ｂ、２１１Ｃ、２１１Ｄ 粉末供給部
２１２ 造形部
２１２３ 造形スペース
２１３Ａ、２１３Ｂ 粉末敷設部

Claims (15)

1. 結晶性樹脂及びフィラ粒子を少なくとも含む材料粉末を用いて、立体形状物を造形可能な粉末積層造形装置による粉末積層造形方法であって、
   前記フィラ粒子は、長手方向を有する形状となっており、
   前記立体形状物の各断面層について：
   前記粉末積層造形装置の造形部の前記材料粉末による材料粉末層を敷設するための造形スペースに対して、前記材料粉末層の上面となる面を含む平面上において、第１方向に沿って前記材料粉末を移動させることにより、前記フィラ粒子の前記長手方向が前記第１方向を向く割合が高くなるように前記造形スペースに前記材料粉末層を敷設する第１敷設ステップと、前記造形スペースに対して、前記平面上おいて、前記第１方向と平行ではない第２方向に沿って前記材料粉末を移動させることにより、前記フィラ粒子の前記長手方向が前記第２方向を向く割合が高くなるように前記造形スペースに前記材料粉末層を敷設する第２敷設ステップと、の少なくともいずれか一方のステップを少なくとも１回実行する材料粉末層敷設ステップと、
   前記材料粉末層敷設ステップで敷設された前記材料粉末層の前記立体形状物の前記断面層を構成する部位に対して、前記材料粉末を溶融又は焼結させるためのエネルギーを供給するエネルギー供給ステップと、
   を実行し、
   前記材料粉末層敷設ステップでは、所定の条件に従って、前記第１敷設ステップと前記第２敷設ステップとの中の実行するステップを決定する
   粉末積層造形方法。
2. 前記エネルギー供給ステップでは、前記第１粉末敷設部及び前記第２粉末敷設部が前記エネルギー供給部によるエネルギーの供給範囲から外れている場合に、前記材料粉末層に前記エネルギーを供給する
   請求項１に記載の粉末積層造形方法。
3. 前記材料粉末層敷設ステップでは、
   （１）前記立体形状物を所定の平面と平行な平面で切断した複数の断面層のそれぞれの形状を示す断面形状情報を取得し、
   （２）複数の断面層の少なくとも１つの断面層について、前記断面層の造形時に前記材料粉末層を敷設させるために使用する前記第１粉末敷設部又は前記第２粉末敷設部を特定可能な敷設指定情報を取得し、
   （３）前記敷設指定情報に、使用する前記第１粉末敷設部又は前記第２粉末敷設部が対応付けられている断面層を造形する際に、前記敷設指定情報により特定される前記第１粉末敷設部又は前記第２粉末敷設部を制御して、前記材料粉末層を敷設させる
   請求項１又は請求項２に記載の粉末積層造形方法。
4. 前記敷設指定情報は、複数の断面層の中の前記第１粉末敷設部により前記材料粉末層を敷設させる１以上の断面層を特定する情報を含む
   請求項３に記載の粉末積層造形方法。
5. 前記敷設指定情報は、複数の断面層の中の前記第２粉末敷設部により前記材料粉末層を敷設させる１以上の断面層を特定する情報を含む
   請求項３又は請求項４に記載の粉末積層造形方法。
6. 前記敷設指定情報は、複数の断面層を造形する際に、前記材料粉末層を敷設させるために使用する前記第１粉末敷設部及び前記第２粉末敷設部の順番を規定する敷設パターン情報を含み、
   前記材料粉末敷設ステップでは、断面層に対して使用する前記第１粉末敷設部又は前記第２粉末敷設部が対応付けられている場合には、対応付けられている前記第１粉末敷設部又は前記第２粉末敷設部により前記材料粉末層を敷設させ、前記第１粉末敷設部又は前記第２粉末敷設部が対応付けられていない場合には、前記敷設パターン情報に基づいて前記第１粉末敷設部又は前記第２粉末敷設部により前記材料粉末層を敷設させる
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の粉末積層造形方法。
7. 前記材料粉末敷設ステップでは、
   （Ａ）前記立体形状物の前記断面層の少なくとも１つについて、前記断面層のアスペクト比を算出し、
   （Ｂ）算出された前記アスペクト比に基づいて、前記断面層を造形する際に敷設する前記材料粉末層を前記第１粉末敷設部又は前記第２粉末敷設部のいずれで行うかを決定し、
   （Ｃ）前記断面層を造形する際に、決定した前記第１粉末敷設部又は前記第２粉末敷設部により前記材料粉末層を敷設させる
   請求項１に記載の粉末積層造形方法。
8. 結晶性樹脂及びフィラ粒子を少なくとも含む材料粉末を用いて、立体形状物を造形可能な粉末積層造形装置であって、
   前記フィラ粒子は、長手方向を有する形状となっており、
   前記粉末積層造形装置は、
   前記立体形状物を造形するための前記材料粉末による材料粉末層を敷設するための造形スペースを画成する造形部と、
   前記材料粉末を蓄積し、上部に前記材料粉末を移動可能な第１粉末供給部と、
   前記造形スペースに対して、前記材料粉末層の上面となる面を含む平面上において、第１方向に沿って前記第１粉末供給部の上部に移動された前記材料粉末を移動させることにより、前記造形スペースに前記材料粉末層を敷設可能な第１粉末敷設部と、
   前記材料粉末を蓄積し、上部に前記材料粉末を移動させる第２粉末供給部と、
   前記造形スペースに対して、前記平面上おいて、前記第１方向と平行ではない第２方向に沿って前記材料粉末を移動させることにより、前記造形スペースに前記材料粉末層を敷設可能な第２粉末敷設部と、
   前記造形スペースに敷設された前記材料粉末層の前記立体形状物の造形対象の断面層を構成する部位に対して、前記材料粉末を溶融又は焼結させるためのエネルギーを供給するエネルギー供給部と、
   を有する粉末積層造形装置。
9. 前記エネルギー供給部は、前記第１粉末敷設部及び前記第２粉末敷設部が前記エネルギー供給部によるエネルギーの供給範囲から外れている場合に、前記材料粉末層に前記エネルギーを供給する
   請求項８に記載の粉末積層造形装置。
10. コントローラをさらに有し、
    前記コントローラは、
    （１）前記立体形状物を所定の平面と平行な平面で切断した複数の断面層のそれぞれの形状を示す断面形状情報を取得し、
    （２）複数の断面層の少なくとも１つの断面層について、前記断面層の造形時に前記材料粉末層を敷設させるために使用する前記第１粉末敷設部又は前記第２粉末敷設部を特定可能な敷設指定情報を取得し、
    （３）前記敷設指定情報に、使用する前記第１粉末敷設部又は前記第２粉末敷設部が対応付けられている断面層を造形する際に、前記敷設指定情報により特定される前記第１粉末敷設部又は前記第２粉末敷設部を制御して、前記材料粉末層を敷設させる
    請求項８又は請求項９に記載の粉末積層造形装置。
11. 前記敷設指定情報は、複数の断面層の中の前記第１粉末敷設部により前記材料粉末層を敷設させる１以上の断面層を特定する情報を含む
    請求項１０に記載の粉末積層造形装置。
12. 前記敷設指定情報は、複数の断面層の中の前記第２粉末敷設部により前記材料粉末層を敷設させる１以上の断面層を特定する情報を含む
    請求項１０又は請求項１１に記載の粉末積層造形装置。
13. 前記敷設指定情報は、複数の断面層を造形する際に、前記材料粉末層を敷設させるために使用する前記第１粉末敷設部及び前記第２粉末敷設部の順番を規定する敷設パターン情報を含み、
    前記コントローラは、断面層に対して使用する前記第１粉末敷設部又は前記第２粉末敷設部が対応付けられている場合には、対応付けられている前記第１粉末敷設部又は前記第２粉末敷設部により前記材料粉末層を敷設させ、前記第１粉末敷設部又は前記第２粉末敷設部が対応付けられていない場合には、前記敷設パターン情報に基づいて前記第１粉末敷設部又は前記第２粉末敷設部により前記材料粉末層を敷設させる
    請求項１０から請求項１２のいずれか一項に記載の粉末積層造形装置。
14. 前記コントローラは、
    前記フィラ粒子を含まない別種の材料粉末を使用して造形するとのフィラ不使用指定を受け付け、
    前記フィラ不使用指定を受け付けた場合には、前記第１粉末敷設部又は前記第２粉末敷設部のいずれか一方のみによって、前記材料粉末層を敷設させる
    請求項８から請求項１３のいずれか一項に記載の粉末積層造形装置。
15. 前記粉末積層造形装置は、コントローラをさらに有し、
    前記コントローラは、
    （Ａ）前記立体形状物の前記断面層の少なくとも１つについて、前記断面層のアスペクト比を算出し、
    （Ｂ）算出された前記アスペクト比に基づいて、前記断面層を造形する際に敷設する前記材料粉末層を前記第１粉末敷設部又は前記第２粉末敷設部のいずれで行うかを決定し、
    （Ｃ）前記断面層を造形する際に、決定した前記第１粉末敷設部又は前記第２粉末敷設部により前記材料粉末層を敷設させる
    請求項８に記載の粉末積層造形装置。