JP2020108975A - 立体造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。【解決手段】粉体２０を層状にした粉体層３１が形成され、粉体層３１の粉体２０が所要形状に結合された層状造形物である造形層３０が造形される造形槽２２と、粉体を収容する供給槽２１と、供給槽２１及び造形槽２２上を往復移動可能に配置され、粉体２０を移送し、造形槽２２に供給された粉体２０を平坦化して粉体層３１を形成する平坦化ローラ１２と、粉体２０の移送と粉体層３１の形成を制御する制御部５００とを備え、平坦化ローラ１２のＹ２方向への移動で、供給槽２１から造形槽２２に対して粉体２０を移送して供給し、平坦化ローラ１２のＹ１方向への移動で、粉体層３１を形成し、粉体層３１の形成に使用されなかった粉体２０を造形槽２２から供給槽２１に戻し移送する制御を行う。【選択図】図６

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形成し、層状の粉体（これを「粉体層」という。）に対して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層に形成し、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、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１）。

特開２００７−３０７７４２号公報

しかしながら、供給槽内に収容された余剰な粉体はかさ密度が低いなど、当初供給した粉体に比べて品質が低下するため、そのまま造形に使用すると、造形物の品質が低下す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、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、
粉体を層状にした粉体層が形成され、前記粉体層の前記粉体が所要形状に結合された層状造形物が造形される造形槽と、
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上を往復移動可能に配置され、前記粉体を移送し、前記造形槽に供給された前記粉体を平坦化して前記粉体層を形成する平坦化手段と、
前記粉体の移送と前記粉体層の形成を制御する手段と、を備え、
前記制御する手段は、
前記平坦化手段の一方向への移動で、前記供給槽から前記造形槽に対して前記粉体を移送して供給し、
前記平坦化手段の他方向への移動で、前記粉体層を形成し、前記粉体層の形成に使用されなかった前記粉体を前記造形槽から前記供給槽に戻し移送する
制御を行う
構成とした。

本発明によれば、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。

本発明の第１実施形態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。 同じく具体的構成の要部斜視説明図である。 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。 本発明の第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模式的説明図である。 本発明の第２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。 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。 同実施形態における制御部による造形制御の説明に供するフロー図である。 同じく粉体層の形成状態の説明に供する説明図である。 本発明の第５実施形態に係る立体造形装置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。 本第５実施形態における供給槽内の攪拌手段の説明に供する粉体槽部分の側面説明図である。 同じく平面説明図である。 同装置における制御部の概要の説明に供するブロック説明図である。 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フロー図である。 同じく説明図である。 本発明の第６実施形態における粉体槽の模式的側面説明図である。 同じく平面説明図である。 同実施形態の作用説明に供する要部側面説明図である。 本発明の第７実施形態における粉体槽の模式的側面説明図である。 同じく平面説明図である。 同本実施形態の作用説明に供する要部側面説明図である。 供給側の供給槽と回収側の供給槽の入れ替え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実施形態に係る立体造形装置の一例の概要について図１ないし図４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。また、図４は同じく具体的構成の要部斜視説明図である。

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、例えば図４に示すように、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。平坦化手段である平坦化ローラ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、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、余剰粉体受け槽２９の３つの上面が開放された槽とを備えている。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５５４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５５４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。

次に、上記立体造形装置の制御部の概要について図５を参照して説明する。図５は同制御部のブロック図である。

制御部５００は、この立体造形装置全体の制御を司るＣＰＵ５０１と、ＣＰＵ５０１に本発明に係わる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５５４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、本発明の第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６を参照して説明する。図６は同説明に供する模式的説明図である。

図６（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６（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６（ｃ）に示すように、平坦化ローラ１２を、供給槽２１側から一方の方向である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６（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６（ｅ）に示すように、平坦化ローラ１２を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は供給槽２１に戻される。

粉体層３１を形成後、平坦化ローラ１２は、図６（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（復帰される）。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造形槽に戻されるので、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、本発明の第２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模式的説明図である。

まず、図７（ａ）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分下降させた後、平坦化ローラ１２のＹ２方向への移動を開始する。

そして、図７（ｂ）に示すように、平坦化ローラ１２のＹ２方向への移動によって供給槽２１側から造形槽２２側に粉体２０を移送供給する（粉体供給）。

次いで、図７（ｃ）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。

そして、平坦化ローラ１２の矢印方向への回転駆動を開始し、平坦化ローラ１２のＹ１方向への移動を開始する。

これにより、図７（ｄ）に示すように、平坦化ローラ１２は矢印方向に回転しながらＹ１方向に移動して、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は供給槽２１に戻される。

そして、図７（ｅ）に示すように、厚さΔｔの粉体層３１を形成後、平坦化ローラ１２が造形槽２２を通過したとき、平坦化ローラ１２の回転駆動を停止する。その後、更に平坦化ローラ１２をＹ１方向に移動させて、図７（ｆ）に示すように平坦化ローラ１２を初期位置（原点位置）まで戻す。

その後、ヘッド５２から造形液１０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）動作に移行すること、粉体層３１の形成と造形層３０の造形を繰り返して立体造形物を形成することは、前記第１実施形態と同様である。

本実施形態では、平坦化ローラ１２を復路移動させて平坦化による粉体層３１の形成を行うとき、造形槽２２上を通過するときには平坦化ローラ１２を矢印方向に回転させ、造形槽２２を通過したときには平坦化ローラ１２の回転駆動を停止している。

このように、平坦化ローラ１２を回転させながら移動することで、高平面度な粉体層３１を形成できる。そして、粉体層３１を形成しているとき以外（造形テーブル２４上を通過しているとき以外）は、平坦化ローラ１２の回転駆動を停止することで、騒音の発生を少なくし、省電力を図れる。

また、供給槽２１から造形槽２２に対して１層分の粉体層３１を形成するために必要な量に対して多量の粉体２０を移送供給している。これにより、平坦化ローラ１２のＹ２方向への移動、Ｙ２方向への移動後の供給槽２１及び造形槽２２の平面度、平坦化ローラ１２のＹ１方向への移動後の供給槽２１の平面度が、粉体層３１の平面度に及ぼす影響は小さく、造形物品質には影響がない。

次に、本発明の第３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、平坦化ローラ１２がＹ２方向に移動するとき、つまり、供給槽２１から造形槽２２に粉体２０を移送供給するときに、平坦化ローラ１２の移動方向前方側に、平坦化ローラ１２にとともに移動するブレード１１０を配置している。ブレード３１には振動発生手段としての振動子１１１を備えている。

振動子１１１は、前記実施形態で説明した制御部５００に備えた振動駆動部５３０を介して主制御部５００Ａで駆動制御される。なお、制御部５００のその他の構成は前記第１実施形態で説明した同様である。

次に、本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ついて図９を参照して説明する。図９は同説明に供する模式的説明図である。

まず、図９（ａ）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。その後、振動子１１１を駆動してブレード１１０を振動させた状態で、ブレード１１１とともに平坦化ローラ１２のＹ２方向への移動を開始する。

そして、図９（ｂ）に示すように、ブレード１１０及び平坦化ローラ１２のＹ２方向への移動によって供給槽２１側から造形槽２２側に粉体２０を移送供給する（粉体供給）。このとき、ブレッド１１０によって粉体２０がタッピングされる。ブレード１１０は、造形槽２２を通過したときに振動が停止される。

次いで、図９（ｃ）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。

そして、平坦化ローラ１２の矢印方向への回転駆動を開始し、平坦化ローラ１２のＹ１方向への移動を開始する。

これにより、図９（ｄ）に示すように、平坦化ローラ１２は矢印方向に回転しながらＹ１方向に移動して、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は供給槽２１に戻される。

そして、図９（ｅ）に示すように、厚さΔｔの粉体層３１を形成後、平坦化ローラ１２が造形槽２２を通過したとき、平坦化ローラ１２の回転駆動を停止する。その後、更に平坦化ローラ１２をＹ１方向に移動させて、図９（ｆ）に示すように平坦化ローラ１２を初期位置（原点位置）まで戻す。

その後、ヘッド５２から造形液１０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）動作に移行すること、粉体層３１の形成と造形層３０の造形を繰り返して立体造形物を形成することは、前記第１実施形態と同様である。

このように、振動するブレード１１０（振動付与手段）で粉体２０をタッピングしながら移送供給することで、高密度な状態で造形槽２２内に粉体が供給される。これにより、高密度、高平面度な粉体層３１を形成することができる。

また、供給槽２１から造形槽２２に対して１層分の粉体層３１を形成するために必要な量に対して多量の粉体２０を移送供給しているので、ブレード１１０と前層の造形層３０とが粉体層３１の積層ピッチより大きく離間した状態となる。

これにより、ブレード１１０の振動により粉体２０をタッピングしながら造形槽２２に供給するとき、振動のエネルギーを大きくしても、既存の造形層３０に対する悪影響（ズレや破損）を生じることなく、高密度な粉体層３１を形成することができる。

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、平坦化ローラ１２の移動方向において、造形槽２２と反対側の供給槽２１の端部における粉体２０の表面のＺ方向位置を検知する第１変位検知手段４１を備えている。同様に、平坦化ローラ１２の移動方向において、供給槽２１と反対側の造形槽供２２の端部における粉体２０の表面のＺ方向位置を検知する第２変位検知手段４２を備えている。

第１変位検知手段４１、第２変位検知手段４２の各検知信号は、制御部５００のＩ／Ｏ５０７に入力される。制御部５００は、第１変位検知手段４１で検知した粉体２０の表面のＺ方向位置は不揮発性メモリ５０５などに格納保持される。

次に、本実施形態における制御部による造形制御について図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は同制御の説明に供するフロー図、図１２は図１０のＣ部に相当する粉体層の形成状態の説明に供する説明図である。

まず、図１１を参照して、前記第３実施形態と同様にして、粉体層３１の形成（リコート）を行う。

そして、第１変位検知手段４１で供給槽２２の粉体層形成後の粉体表面のＺ方向位置を検知し、格納保持された前回の粉体供給時の粉体表面のＺ方向位置と比較し、前回からの変化量（差）が予め設定した閾値を越えているか否かを判別する。

ここで、前回からの変化量（差）が閾値を越えているときには、次回リコート時の供給ステージ２３と造形ステージ２４の移動量ｚ１、ｚ２を変更し、格納保持しているＺ方向位置と検知したＺ方向位置の差がなくなるように補正する。

その後、また、前回からの変化量（差）が閾値を越えていないときはそのまま、第２変位検知手段４２によって粉体層３１の端部を検知して、粉体層３１の形成不良が発生していないか否かを判別する。

すなわち、第２変位検知手段４２によって粉体層３１の端部を検知した結果、例えば図１２（ａ）に示す状態であるときは正常とし、図１２（ｂ）に示すようにだれているときには不良とする。

ここで、粉体層３１の形成不良が発生しているときには、再度粉体層３１の形成を行う。

そして、正常な粉体層３１が形成されたときに、液体を吐出して造形層３０を形成する。

これにより、造形動作を繰返し、粉体層形成（リコート）、液体吐出を実施しても確実に薄層形成不良を防止することができる。したがって、造形物形状や雰囲気環境に起因して生じる液体吐出後の造形層３０の収縮量変化や、粉体２０のかさ密度変化が生じても、継続して安定的に粉体層の形成と造形層の造形を繰り返すことができる。

次に、本発明の第５実施形態に係る立体造形装置の一例の概要について図１３ないし図１５を参照して説明する。図１３は同立体造形装置の概略平面説明図、図１４は同じく概略側面説明図、図１５は同じく造形部の断面説明図である。

この装置では、粉体槽１１として、造形槽２２と、平坦化ローラ１２の移動方向において造形槽２２の両側に配置され、粉体２０を収容する２つの供給槽２１Ａ、２１Ｂ（以下、区別しないときは「供給槽２１」という。他の部材も同様）を備えている。

そして、平坦化ローラ１２は、供給槽２１Ａ、造形層２２及び供給槽２１Ｂ上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２１Ａ又は２１Ｂから造形槽２２に粉体２０を移送し、造形槽２２に供給された粉体２０を平坦化して粉体層３１を形成する平坦化手段である。

次に、本実施形態における供給槽内の攪拌手段について図１６及び図１７を参照して説明する。図１６は同実施形態における粉体槽部分の側面説明図、図１７は同じく平面説明図である。

本実施形態では、供給槽２１Ａの供給ステージ２３上には、攪拌手段４０１Ａとしての回転盤４１１が回転可能に配置されている。同様に、供給槽２１Ｂの供給ステージ２３上には、攪拌手段４０１Ｂとしての回転盤４１１が回転可能に配置されている。

回転盤４１１は、正逆両方向に回転可能であり、回転速度も変更可能である。

なお、その他の構成は、前記第１実施形態で説明した装置と同様である。

次に、この装置における制御部の概要について図１８を参照して説明する。図１８は同制御部のブロック説明図である。

制御部５００は、供給槽２１Ａ、２１Ｂの各造形ステージ２３を昇降させるモータ２７Ａ、２７Ｂを個別に駆動するモータ駆動部５１３と、攪拌手段４０１Ａ、４０１Ｂの回転盤４１１を回転させるモータ５４２Ａ、５４２Ｂを個別に駆動するモータ駆動部５４１とを備えている。

なお、その他の構成は、前記第１実施形態で制御部と同様である。

次に、本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は同制御の説明に供するフロー図、図２０は同じく説明図である。

ここでは、供給槽２１Ａ、２１Ｂのいずれか一方から造形槽２２に粉体２０を供給するとき、他方は未使用の粉体２０を受けて収容する回収槽として機能させる。そこで、供給側と回収側を区別するときには、平坦化ローラ１２で造形槽２２に粉体２０を供給する側を「供給側の供給槽２１」と称し、未使用の粉体２０を回収している側を「回収側の供給槽２１」と称する。

図１９を参照して、供給槽２１Ａの供給ステージ２３と供給槽２１Ｂの供給ステージ２３の高さを、供給側の供給槽２１に合わせる。

すなわち、供給側の供給槽２１から供給される粉体２０の供給量と回収側の供給槽２１に収容される粉体２０の回収量は、粉体層３１を１層形成するための粉体量分少なくなる。

そこで、供給槽２１Ａの供給ステージ２３と供給槽２１Ｂの供給ステージ２３の高さを、供給側の供給槽２１に合わせておくことで、回収側の供給槽２１の容積が当該粉体層３１を形成するときに生じる未使用の粉体２０で満たされることはない。これにより、回収側の供給槽２１の上部をヘッド５２が通過するときにノズル面が粉体２０と接触して吐出不良を生じるおそれがなくなる。

その後、造形槽２２の造形ステージ２４を上昇させないで、供給側の供給槽２１から１層分以上の粉体２０を回収側の供給槽２１に移送する（これを「捨てリコート」という。）。これは、詳細は後述するが、供給側と回収側を入れ替えるときに、次の供給側の供給槽２１から供給される粉体２０の量を一定に保つために行っている。

そして、所定厚みの粉体層３１を形成する。

ここでは、供給側の供給槽２１の供給ステージ２３を所要量上昇させ、造形槽２２の造形ステージ２４を所定量（粉体層３１の厚みΔｔ相当分）下降させる。そして、平坦化ローラ１２をＹ方向に移動して、供給側の供給槽２１から造形槽２２に粉体２０を供給し、所定厚みΔｔの粉体層３１を形成する。このとき、平坦化ローラ１２は回収側の供給槽２１の上方まで移動して、未使用の粉体２０は回収側の供給槽２１に収容されて回収される。

その後、回収側の供給槽２１の攪拌手段４０１としての回転盤４１１を正逆両方向に往復回転させて収容された粉体２０を攪拌して均す。

そして、供給側の供給槽２１の供給ステージ２３が所定の高さまで到達した（上昇した）か否かを判別する。

ここで、供給側の供給槽２１の供給ステージ２３が所定の高さまで到達していないときには、供給側の供給槽２１の粉体２０を使用して粉体層３１の形成を行い、回収側の供給槽２１に収容した粉体２０を攪拌して均す動作を繰り返す。

これに対し、供給側の供給槽２１の供給ステージ２３が所定の高さまで到達したときには、現在の回収側の供給槽２１が供給槽２１Ｂであるか否かを判別する。

ここで、現在の回収側の供給槽２１が供給槽２１Ｂであるときには、平坦化ローラ１２を供給槽２１Ｂの初期位置に移動する。

そして、供給槽２１Ｂから粉体２０がはみ出るまで供給ステージ２３Ｂを上昇させる。

その後、供給槽２１Ｂを供給側の供給槽２１とし、供給槽２１Ａを回収側の供給槽２１とする入れ替え設定を行う。

これに対し、現在の回収側の供給槽２１が供給槽２１Ｂでないときには、すなわち、回収側の供給槽２１が供給槽２１Ａであるときには、平坦化ローラ１２を供給槽２１Ａの初期位置に移動する。

そして、供給槽２１Ａから粉体２０がはみ出るまで供給ステージ２３Ｂを上昇させる。

その後、供給槽２１Ａを供給側の供給槽２１とし、供給槽２１Ｂを回収側の供給槽２１とする入れ替え設定を行う。

このように、攪拌手段を有する２つの供給槽を備えて、粉体層に形成に使用されなかった未使用の粉体を収容して攪拌することで、収容した粉体の均しを行っている。

例えば、図２０（ａ）に示すように、平坦化ローラ１２で粉体層３１を形成するときに粉体層３１の形成に使用されなかった未使用の粉体２０は、例えば回収側の供給槽２１が供給槽２１Ｂであるとき、供給槽２１Ｂに収容される。

そこで、攪拌手段４０１Ｂとしての回転盤４１１を回転して、図２０（ｂ）に示すように、供給槽２１Ｂに収容された粉体２０を均している。

すなわち、供給側の供給槽２１から供給された粉体２０のうちの粉体層３１の形成に使用されなかった粉体２０は回収側の供給槽２１まで移送される。このとき、造形槽２２を通過した未使用の粉体２０は、回収側の供給槽２１の造形槽２２側の壁面を伝って落下することになる。

そのため、回収側の供給槽２１の造形槽２２側の壁面に偏って堆積する。堆積された粉体２０は、粉体材料由来の安息角を超えない限り崩れ落ちないため、そのままでは粉体２０の偏った領域での堆積が進行することになる。その結果、供給槽２１に収容余力があるにもかかわらず、供給槽２１の開口から上部に部分的にはみ出してしまう。

また、供給槽２１で粉体２０の堆積に偏りが生じることで、回収側の供給槽２１と供給側の供給槽２１とを交代させたときに、交代直後の供給量を一定にするのが難しくなる。

そこで、供給槽２１の供給ステージ２３に撹拌手段４０１を設けて、粉体２０を回収している間に回収側の供給槽２１内を撹拌することで、回収された粉体２０が回収側の供給槽２１の開口からはみ出てしまうことを防止する。また、回収側の供給槽２１内の粉体２０を撹拌することで、収容された粉体の密度むらを低減して再供給することになる粉体の品質低下を低減することができる。

ここで、攪拌手段４０１としての回転盤４１１は、少なくとも粉体層３１を１層積層する間回転させる。

これにより、堆積された粉体２０が崩され、ある程度平らに均される。毎回同じ機構で供給ステージ２３の回転盤４１１が回転されるため、回収側となる供給槽２１が入れ替わっても、粉体の撹拌度合いは一定である。したがって、供給される粉体２０の状態（量、密度）も一定にすることができ、造形物の品質を一定に保つことができる。

また、供給側の供給槽２１と回収側の供給槽２１を入れ替えるとき、上述したように、造形槽２２の造形ステージ２４を上昇させないで、入れ替え後に供給側となる供給槽２１から１層分以上の粉体２０を入れ替え後に回収側となる供給槽２１に移送する捨てリコートを行う。

つまり、撹拌手段によって撹拌しても回収側の供給槽２１に収容された粉体２０の表面の平坦性は十分でない。一方、粉体２０の供給量を一定にするためには、供給槽２１の上部で粉体２０が擦り切り状態になっていることが好ましい。

そこで、造形ステージ２４の高さを変えずに、次に供給側となる供給槽２１の供給ステージ２３を上昇させ、平坦化ローラ１２で擦り切るように捨てリコートを行う。これにより、造形再開時に粉体２０の供給量が変化することはなく、常に一定量の供給量を搬送することができる。

そして、捨てリコート中、又は、捨てリコート終了後に、次に回収側となる供給槽２１の供給ステージ２３の高さを次に供給側となる供給槽２１の供給ステージ２３の高さに合わせ、その後、粉体層３１の形成、造形層１０の造形を再開する。

これを造形終了まで繰り返すことによって、常に一定の供給量を確保しつつ、使用した粉体を再利用することができる。

次に、本発明の第６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は同実施形態における粉体槽の模式的側面説明図、図２２は同じく平面説明図である。

攪拌手段４０１として、供給ステージ２３に対して垂直方向に立つ複数本の円柱状部材４１３を備えている。円柱状部材４１３の周面はスクリュー形状に形成され、円柱状部材４１３を回転させることで、供給ステージ２３の上昇、下降動作も同時に行うことができる。

次に、本実施形態の作用について図２３も参照して説明する。図２３は同作用説明に供する要部側面説明図である。

図２３（ａ）に示すように、粉体層３１の形成に使用されなかった未使用の粉体２０は、回収側の供給槽２１（ここでは、供給槽２１Ｂとする。）に排出されて収容される。そこで、攪拌手段４０１としての円柱状部材４１３が少なくとも積層回数１回以上の間隔で正逆方向に回転される。

これにより、供給ステージ２３が上下に動作する（昇降する）とともに、円柱状部材４１３の側面に位置する粉体２０が回転によって動くことで、円柱状部材４１３の近傍にある堆積された粉体２０が崩され、図２３（ｂ）に示すように、粉体２０はある程度平らに均される。

このとき、毎回同じ攪拌手段４０１で動作するため、回収側の供給槽２１が入れ替わっても粉体２０の撹拌度合いは一定である。

したがって、供給される粉体２０の状態（量、密度)も一定にすることができ、造形品質を一定に保つことができる。

次に、本発明の第７実施形態について図２４及び図２５を参照して説明する。図２４は同実施形態における粉体槽の模式的側面説明図、図２５は同じく平面説明図である。

攪拌手段４０１として、供給ステージ２３の内部に配置された振動機構部４１４を備えている。振動機構部４１４による振動方向は、供給ステージ２３の面内方向及び面直方向のいずれでもよい。

次に、本実施形態の作用について図２６も参照して説明する。図２６は同作用説明に供する要部側面説明図である。

図２６（ａ）に示すように、粉体層３１の形成に使用されなかった未使用の粉体２０は、回収側の供給槽２１（ここでは、供給槽２１Ｂとする。）に排出されて収容される。そこで、攪拌手段４０１としての振動機構部４１４によって振動を与える。

これにより、供給ステージ２３上に堆積された粉体２０が崩され、ある程度平らに均される。

このとき、毎回同じ攪拌手段４０１で動作するため、回収側の供給槽２１が入れ替わっても粉体２０の撹拌度合いは一定である。

したがって、供給される粉体２０の状態（量、密度)も一定にすることができ、造形品質を一定に保つことができる。

次に、供給側の供給槽と回収側の供給槽の入れ替えについて図２７を参照して説明する。図２７は同説明に供する模式的説明図である。

図２７（ａ）に示すように、供給側の供給槽２１（ここでは、供給槽２１Ａとする。）の供給ステージ２３が所定の高さまで到達すると、平坦化ローラ１２は、Ｙ２方向に、回収側の供給槽２１（ここでは、供給槽２１Ｂとする。）から供給するときの初期位置に移動する。

この場合、供給槽２１Ａから造形槽２２への粉体供給が終了した段階で、そのまま平坦化ローラ１２は供給槽２１Ｂの初期位置まで移動する。

その後、図２７（ｂ）に示すように、供給槽２１Ｂの供給ステージ２３を供給槽２１Ｂの開口から粉体２０が完全にはみ出るまで供給ステージ２３を上昇させ、供給槽２１Ａの供給ステージ２３を供給槽２１Ｂの供給ステージ２３と同じ高さまで下降させる。

そして、平坦化ローラ１２を、Ｙ１方向に、供給槽２１Ｂ側から供給槽２１Ａ側に移動させて、図２７（ｃ）に示すように、はみ出している粉体２０を供給槽２１Ａに移送する。

すなわち、前述したように、回収側の供給槽２１であった供給槽２１Ｂに収容されている粉体２０は、完全には均されていないため、粉体２０を完全に均すために捨てリコートを一層分行っている。

このとき、平坦化ローラ１２の移動速度は、粉体層３１を形成するときの移動速度以下とすることが好ましい。つまり、造形槽２２の最表面の粉体層３１には造形層３０が形成された状態にある。そこで、平坦化ローラ１２の移動速度を、粉体層３１を形成するときの移動速度以下とすることで、粉体２０を移送するときに、造形層３０の位置ずれが生じることを防止し、造形物の状態を維持する。

上述した捨てリコートを行うことで、供給槽２１Ｂ内の粉体２０は完全に均されるため、その後の粉体層３１の形成を行うときに供給される粉体量のばらつきを低減できる。

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、２１Ａ、２１Ｂ 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（造形液用）
４０１ 攪拌手段

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、
粉体を層状にした粉体層が形成され、前記粉体層の前記粉体が所要形状に結合された層状造形物が造形される造形槽と、
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、前記粉体を移送し、前記造形槽に供給された前記粉体を平坦化して前記粉体層を形成する平坦化手段と、を備え、
前記平坦化手段は、
往路移動によって前記粉体を前記供給槽から前記造形槽に移送し、
復路移動において、前記造形槽の上方を通過するときには回転し、前記造形槽の上方を通過したときに回転を停止する
構成とした。

Claims (10)

1. 粉体を層状にした粉体層が形成され、前記粉体層の前記粉体が所要形状に結合された層状造形物が造形される造形槽と、
   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、前記粉体を移送し、前記造形槽に供給された前記粉体を平坦化して前記粉体層を形成する平坦化手段と、
   前記粉体の移送と前記粉体層の形成を制御する手段と、を備え、
   前記制御する手段は、
   前記平坦化手段の一方向への移動で、前記供給槽から前記造形槽に対して前記粉体を移送して供給し、
   前記平坦化手段の他方向への移動で、前記粉体層を形成し、前記粉体層の形成に使用されなかった前記粉体を前記造形槽から前記供給槽に戻し移送する
   制御を行う
   ことを特徴とする立体造形装置。
2. 前記平坦化手段は、回転部材であり、前記造形槽の上方を前記他方向へ移動するときに回転駆動される
   ことを特徴とする請求項１に記載の立体造形装置。
3. 前記供給槽及び前記造形槽の上方を往復移動可能に配置され、前記粉体に振動を与える手段を備え、
   前記振動を与える手段は、前記供給槽から前記造形槽に粉体を移送するときに前記粉体に振動を与える
   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. 前記造形槽の前記粉体の表面状態を検知する手段を備え、
   前記検知する手段の検知結果から次回の平坦化を行うときの条件を変更する制御をする
   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立体造形装置。
5. 前記造形槽の前記粉体の表面状態を検知する手段を備え、
   前記検知する手段の検知結果から前記粉体層の形成をやり直す制御をする
   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立体造形装置。
6. 粉体を層状にした粉体層が形成され、前記粉体層の前記粉体が所要形状に結合された層状造形物が造形される造形槽と、
   前記造形槽の両側に配置され、前記粉体を収容する２つの供給槽と、
   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、前記供給槽から前記造形槽に前記粉体を移送し、前記造形槽に供給された前記粉体を平坦化して前記粉体層を形成する平坦化手段と、を備え、
   前記２つの供給槽の内の一方の供給槽から前記造形槽に前記粉体を供給するとき、他方の供給槽には前記粉体層の形成に使用されなかった前記粉体が排出されて収容され、
   前記２つの供給槽には、収容された前記粉体を撹拌する撹拌手段を備えている
   ことを特徴とする立体造形装置。
7. 前記造形槽に前記粉体を供給する前記供給槽を、一方の供給槽から他方の供給槽に切り替えるとき、前記造形槽における前記粉体層の形成を行わないで、前記平坦化手段によって、前記他方の供給槽から前記一方の供給槽に前記粉体を移送して前記他方の供給槽の粉体面を均す動作を行う
   ことを特徴とする請求項６に記載の立体造形装置。
8. 前記他方の供給槽から前記一方の供給槽に前記粉体を移送するときの前記平坦化手段の移動速度は、前記造形槽に前記粉体層を形成するときの移動速度よりも遅い
   ことを特徴とする請求項７に記載の立体造形装置。
9. 前記供給槽は、内部に昇降可能に配置されて前記粉体を保持する供給ステージを有し、
   前記攪拌手段は、前記供給ステージ上に配置された回転盤を有し、
   前記回転盤は、少なくとも一層の前記粉体層を形成する間は回転する
   ことを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の立体造形装置。
10. 前記回転盤は、正逆両方向への回転を周期的に繰り返す
    ことを特徴とする請求項９に記載の立体造形装置。

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