JP2021003836A - ３次元造形装置、３次元造形方法およびプログラム - Google Patents

３次元造形装置、３次元造形方法およびプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】３次元造形の処理時間の短縮を図ることが可能な技術を提供する。【解決手段】３次元造形装置は、母粒子からなる粉末層を形成する粉末層形成手段と、造形物の３次元データに基づいて、前記粉末層において前記造形物が形成される造形領域に前記母粒子を結合させる液体を付与する液体付与手段と、前記粉末層の形成と前記液体の付与とを繰り返して、積層された前記粉末層内に前記造形物を形成するよう、前記粉末層形成手段および前記液体付与手段とを制御する制御手段と、前記粉末層の形成と前記液体の付与の各繰り返しにおいて、前記３次元データに基づいて前記粉末層内に前記造形領域が存在するか否かを判定する判定手段とを有する。さらに、前記制御手段は、前記判定手段による判定に基づいて、前記粉末層の形成と前記液体の付与の各繰り返しにおける前記粉末層形成手段および前記液体付与手段の制御内容の変更を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、母粒子を用いて造形物を造形する３次元造形装置、３次元造形方法およびプログラムに関する。
３次元の造形物（立体物）を造形する方法として、造形対象物である３次元モデルのスライスデータに従って母粒子を積層する積層造形法が注目されている。特許文献１には、積層ピッチ分下降させた造形ステージ上に粉末材料を均して粉末層を形成する粉末層形成工程と、造形物のスライスデータに基づいて形成した粉末層に液体を付与する液体付与工程と、を交互に繰り返して造形物を形成する技術が提案されている。また、特許文献２には、粉末層の焼結対象となる領域の内外において粉末層形成の速度を変更する技術が提案されている。
特開２０１５−２０５４８５号公報 特許第６１９４０４３号公報
しかしながら、上記の技術を用いても、造形物を含まない粉末層に対しても造形物を含む粉末層と同じ処理、すなわち不要な処理が行われるために造形時間が長くなる可能性がある。
本件開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであり、３次元造形の処理時間の短縮を図ることが可能な技術を提供する。
本件開示の技術である３次元造形装置は、
母粒子からなる粉末層を形成する粉末層形成手段と、
造形物の３次元データに基づいて、前記粉末層において前記造形物が形成される造形領域に前記母粒子を結合させる液体を付与する液体付与手段と、
前記粉末層の形成と前記液体の付与とを繰り返して、積層された前記粉末層内に前記造形物を形成するよう、前記粉末層形成手段および前記液体付与手段とを制御する制御手段と、
前記粉末層の形成と前記液体の付与の各繰り返しにおいて、前記３次元データに基づいて前記粉末層内に前記造形領域が存在するか否かを判定する判定手段と
を有し、
前記制御手段は、前記判定手段による判定に基づいて、前記粉末層の形成と前記液体の付与の各繰り返しにおける前記粉末層形成手段および前記液体付与手段の制御内容の変更を行う
ことを特徴とする。
また、本件開示の技術である３次元造形方法は、
母粒子からなる粉末層を形成する粉末層形成工程と、
造形物の３次元データに基づいて、前記粉末層において前記造形物が形成される造形領域に前記母粒子を結合させる液体を付与する液体付与工程と、
前記粉末層の形成と前記液体の付与とを繰り返して、積層された前記粉末層内に前記造
形物を形成するよう、前記粉末層形成工程および前記液体付与工程とを制御する制御工程と、
前記粉末層の形成と前記液体の付与の各繰り返しにおいて、前記３次元データに基づいて前記粉末層内に前記造形領域が存在するか否かを判定する判定工程と
を有し、
前記制御工程は、前記判定工程による判定に基づいて、前記粉末層の形成と前記液体の付与の各繰り返しにおける前記粉末層形成工程および前記液体付与工程の制御内容の変更を行う
ことを特徴とする。
また、本件開示の技術であるプログラムは、
コンピュータに、
母粒子からなる粉末層を形成する粉末層形成工程と、
造形物の３次元データに基づいて、前記粉末層において前記造形物が形成される造形領域に前記母粒子を結合させる液体を付与する液体付与工程と、
前記粉末層の形成と前記液体の付与とを繰り返して、積層された前記粉末層内に前記造形物を形成するよう、前記粉末層形成工程および前記液体付与工程とを制御する制御工程と、
前記粉末層の形成と前記液体の付与の各繰り返しにおいて、前記３次元データに基づいて前記粉末層内に前記造形領域が存在するか否かを判定する判定工程と
を実行させ、
前記制御工程は、前記判定工程による判定に基づいて、前記粉末層の形成と前記液体の付与の各繰り返しにおける前記粉末層形成工程および前記液体付与工程の制御内容の変更を行う
ことを特徴とする。
本件開示の技術によれば、造形物を含まない粉末層に対して、造形物の形成を行う手段の制御内容を変更することで、造形時間の短縮を図ることができる。
第１実施形態に係る３次元造形装置の構成を示す模式図 第１実施形態に係る造形中の粉末層の様子を示す模式図 第１実施形態に係る３次元造形装置の造形動作を示すフローチャート 第２実施形態に係る造形中の粉末層の様子を示す模式図 第２実施形態に係る３次元造形装置の造形動作を示すフローチャート
以下に、図面を参照しつつ、本件開示の技術の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置等は、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。よって、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。特に図示あるいは記述をしない構成や工程には、当該技術分野の周知技術または公知技術を適用することが可能である。また、重複する説明は省略する場合がある。
本件開示の技術は、粒子状の材料（以下、母粒子とも称する）を用いて立体的な造形物を作製する技術に関する。よって本件開示の方法は、アディティブマニファクチャリング（ＡＭ）システム、３次元プリンタ、ラピッドプロトタイピングシステム等と呼ばれる３次元造形装置またはその制御方法、あるいは３次元造形方法として捉えられる。
また、本件開示の技術に係る３次元造形装置には、造形ステージ上に材料粉末としての
母粒子を均して粉末層を形成する粉末層形成工程と、造形物の３次元データを基に粉末層に液体を付与する液体付与工程と、を交互に繰り返して造形物を形成する装置を含む。この場合、母粒子には、樹脂や金属、セラミックスなどの粉末が好適に用いられる。また、粉末層に付与される液体には、母粒子を結合させる結着液の他、ナノ粒子を分散させた粒子分散液などが好適に用いられる。
本明細書における造形物とは、典型的には造形対象の立体物であり、造形物の３次元データには、立体物の形状データやスライスデータなどが含まれる。造形物は必ずしも高い強度を持たず、造形物形状に応じて立体的に液体を付与したものを含む。また、液体を付与した箇所を乾燥や加熱などの手段で固化し、固化していない領域を取り除くことで得られるものについても造形物と呼ぶ。また、さらに熱処理を行い、焼結することで強度を増加させたものも造形物に含む。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る３次元造形装置１０の構成を示す模式図である。３次元造形装置１０は、母粒子タンク１００、母粒子の供給ステージ２１０と供給テーブル２１１とを備える母粒子供給部２００、造形ステージ３１０と造形テーブル３１１と造形容器３１２とを備える造形部３００を有する。さらに、３次元造形装置１０は、粉末層形成部４００、液体付与ヘッド５１０と液体サブタンク５２０と液体タンク５３０とを備える液体付与部５００、乾燥部６００、制御部７００、操作部８００を有する。これら各部は、３次元造形装置１０の装置筐体内に配置されている。また、３次元造形装置１０は、造形物Ｍを加熱および焼結する焼結炉を装置筐体内に有してもよいし、装置筐体外に別体として有してもよい。
（造形物Ｍ）
造形物Ｍは、本件開示の技術における３次元造形装置１０の一部を構成するものではないが、以下に説明する。造形物Ｍは、後述する母粒子Ｐに液体Ｌを付与し、立体的に固化することで得られる本実施形態の成果物である。また、造形物Ｍをさらに熱処理して強度を高めてもよい。造形物Ｍの３次元データは、あらかじめ３次元造形装置１０に記憶されていてもよいし、３次元造形装置１０が外部から取得してもよい。造形物Ｍの３次元データには、造形物Ｍの形状データの他に、母粒子の種類や平均粒径、積層ピッチ、液体種類、液体付与量などを示す情報が含まれる。３次元造形装置１０の使用者は、操作部８００を操作して、母粒子の種類や平均粒径、積層ピッチ、液体種類、液体付与量などを選択および決定することができる。また、３次元データに含まれる造形物Ｍの大きさ、位置、数などは、容易に変更可能であることが望ましい。
（母粒子Ｐ）
母粒子Ｐは、造形物Ｍの造形時における粉末層の形成に用いられ、母粒子Ｐには、樹脂や金属、セラミックスの粉末が用いられる。母粒子Ｐは、金属合金の粉末、炭素鋼など、金属に炭素などの非金属元素を添加したものの粉末、複数種類の金属の複合粉末、複数種類のセラミックスの複合粉末であってもよい。
造形物Ｍの密度および強度を向上させるには、母粒子Ｐの平均粒径が十分に小さいことが重要であり、一般に３次元造形には分級された細かい粉末が用いられる。また、後述する粉末層の形成では、母粒子Ｐの流動性が高いことが重要であり、造形物の品質向上のため流動性の高い母粒子が求められる。そのため、母粒子Ｐには、平均粒径が小さく、球形に近い粉末が用いられる。母粒子Ｐの流動性は湿度によっても変動するため、造形前の母粒子Ｐは乾燥した環境で保管されることが望ましく、造形中においても母粒子Ｐの乾燥状態が保たれることが望ましい。
また、母粒子Ｐの平均粒径は、母粒子Ｐの凝集が起こらない程度の寸法にすることが好ましい。具体的には、母粒子Ｐの体積基準の平均粒径が、１μｍ以上および５００μｍ以下の範囲から選択されるとよく、好ましくは、１μｍ以上および１００μｍ以下の範囲から選択されるとよい。母粒子Ｐの平均粒径が１μｍ以上であることで、粉末層形成時の母粒子Ｐの凝集が抑えられ、欠陥の少ない粉末層の形成が容易になる。また、母粒子Ｐには、平均粒径の異なる複数群の粉末が含まれてもよい。
例えば、相対的に平均粒径の大きい第１群の粉末と、相対的に平均粒径の小さい第２群の粉末とを混合することで、粉末層を形成したときに第１群の粉末の間に第２群の粉末が入り込み、粉末層の空隙を減らすことができる。このとき、第２群の粉末の平均粒径が第２群の粉末の平均粒径の０．４１倍以下であることが好ましい。第１群の粉末の平均粒径と第２群の粉末の平均粒径の比をこのように設定すると、第１群の粉末が最密構造を形成した場合の粒子間隙（八面体サイト）に第２群の粉末を配置できる。これにより、粉末層の空間充填率を可及的に大きくすることができ、結果的に空隙率の小さい造形物を作製することができる。なお、第１群の粉末と第２群の粉末は同じ材料の粉末であることが好ましいが、互いに異なる材料の粉末であってもよい。
母粒子Ｐの平均円形度は、０．９４以上であることが好ましく、より好ましくは０．９６以上である。母粒子Ｐの平均円形度が０．９４以上であれば、母粒子Ｐを含む粉末が互いに点接触する現象を抑えることができる。これにより、母粒子Ｐを含む第１の粉末の流動性が向上し、母粒子Ｐからなる粉末層を形成するときに母粒子Ｐが最密充填されやすくなるため、より容易に空隙が少ない粉末層を形成できる。
（母粒子タンク１００）
母粒子タンク１００は、母粒子Ｐが充填された図示しない母粒子カートリッジを備える。使用者は、母粒子カートリッジを３次元造形装置１０に挿入して装着する。装着された母粒子カートリッジ内の母粒子Ｐは、母粒子タンク１００から後述する母粒子供給部２００に送られ、供給用母粒子２２０として蓄えられる。母粒子カートリッジの母粒子Ｐの残量は１回の造形に必要な母粒子Ｐの容量以上であることが望ましく、さらに母粒子タンク１００には複数の母粒子カートリッジを挿入できることが望ましい。なお、母粒子カートリッジの母粒子Ｐの残量が１回の造形に必要な容量に満たない場合は、造形中に使用者が母粒子カートリッジを交換するなどにより母粒子Ｐを補充する。そこで、３次元造形装置１０は、各母粒子カートリッジの母粒子Ｐの残量を使用者に通知する機能を有することが望ましい。
上述の通り、母粒子Ｐは、乾燥した環境で保管される必要があり、一般に、母粒子タンク１００には乾燥機構が設けられる。また、母粒子カートリッジにも母粒子Ｐの乾燥機構が設けられることが望ましく、母粒子カートリッジ内の母粒子Ｐの乾燥が不十分である場合は、母粒子カートリッジの装着後に乾燥時間が設けられる。
３次元造形装置１０で複数の材料を扱う場合は、母粒子タンク１００から供給される母粒子Ｐの種類を変える必要がある。そのため、母粒子タンク１００は、母粒子Ｐの排出および清掃を容易に行うことができる機構を有することが望ましい。このことは、後述する母粒子供給部２００および造形部３００についてもあてはまる。また、３次元造形装置１０は、複数の母粒子タンク１００を備え、使用する母粒子Ｐの種類に応じて母粒子タンク１００を交換することができるように構成されてもよい。
（母粒子供給部２００）
母粒子供給部２００は、後述する粉末層の形成に必要な母粒子Ｐを供給する。以下の説明において、母粒子供給部２００が母粒子Ｐを供給する方法として２種類の方法を例示す
る。
第１の方法は、母粒子Ｐの供給ステージ２１０の供給テーブル２１１上に、母粒子タンク１００から供給用の母粒子Ｐ ２２０を積載しておき、供給ステージ２１０の昇降によって母粒子Ｐ ２２０を供給する方法である。例えば、図１では供給ステージ２１０がａ方向に移動されることで母粒子Ｐ ２２０が上昇し、その後後述する粉末層形成部４００がｆ方向に移動されることで母粒子Ｐ ２２０が造形部３００に供給される。この方法では、造形部３００への母粒子Ｐの供給量は、供給ステージ２１０の昇降の移動量に比例するため、供給ステージ２１０の昇降を制御するだけで母粒子Ｐ ２２０の供給量を容易に制御することができる。
供給テーブル２１１に積載された母粒子Ｐ ２２０がすべて造形部３００に供給された場合は、供給ステージ２１０がｂ方向に移動され、母粒子タンク１００から母粒子Ｐ ２２０が供給テーブル２１１上に再び積載される。母粒子Ｐの再度の積載を行うことなく１回の造形を完了するためには、１回の造形に必要な容量の母粒子Ｐを供給テーブル２１１上にあらかじめ積載できるよう供給テーブル２１１が移動される。また、使用者が後述する操作部８００を操作して供給テーブル２１１上の母粒子Ｐの残量を確認できることが望ましい。また、造形中に母粒子Ｐの供給テーブル２１１上への積載が必要になる場合には、造形開始前に使用者にその旨を通知するように３次元造形装置１０が構成されていることが望ましい。
第２の方法は、造形部３００の上部に備えたホッパーに母粒子Ｐが積載され、ホッパーよって既定量の母粒子Ｐを造形部３００に落下させることで母粒子Ｐを供給する方法である。ホッパーを用いる構成としては、例えば、母粒子タンク１００から母粒子Ｐを搬送する搬送機構と、搬送された母粒子Ｐを計量して既定量ずつサブタンクに送る供給機構とが用いられる。さらに、母粒子Ｐをライン上に均すスクリューを備えたサブタンクと、均した母粒子Ｐを必要なタイミングで造形部３００に落下させる開閉機構とが用いられる。これらの構成を採用することで、母粒子Ｐを造形部３００に供給することができる。ここで、サブタンクおよび開閉機構は、後述する粉末層形成部４００に設けることで移動可能にしてもよいし、３次元造形装置１０内に固定されていてもよい。
（造形部３００）
造形部３００は、造形中の造形物Ｍを含む粉末層３２０を保持し、また、新たな粉末層３２１を形成するために、既に積層された粉末層３２２を下降させる。造形部３００は造形ステージ３１０、造形テーブル３１１および造形容器３１２を備える。
造形部３００では、造形テーブル３１１上に粉末層を順次積層して造形を行う。新たな粉末層３２１の形成にはまず、造形テーブル３１１および積載された粉末層３２２を積層ピッチ分下降させる。下降した粉末層３２２の上に、母粒子供給部２００から供給された母粒子Ｐを、後述する粉末層形成部４００によって搬送・平坦化することで新たな粉末層３２１が形成される。
造形完了後に粉末層３２０中の造形物Ｍを加熱固化する場合、造形テーブル３１１および造形容器３１２を運搬可能に構成する必要がある。そのため、造形ステージ３１０が下降して造形テーブル３１１が造形容器３１２の底面に接触したときに、造形テーブル３１１が造形ステージ３１０と分離されるように構成されていることが望ましい。また、造形テーブル３１１および造形容器３１２には、造形物Ｍを固化する加熱処理による熱に耐えうる材質が選択される。造形テーブル３１１と造形容器３１２の隙間は、母粒子Ｐが隙間を通過しないように、造形テーブル３１１の昇降を阻害しない範囲で十分に狭くすることが望ましい。
（粉末層形成部４００）
粉末層形成部４００は、母粒子供給部２００に積載された母粒子Ｐを造形部３００に運搬して平坦化し、新たな粉末層３２１を形成する。粉末層形成部４００は、母粒子Ｐに接触する形成部材の他に、図中ｅ方向およびｆ方向に移動可能な移動機構を備える。また、粉末層形成部４００は、形成する粉末層３２１の厚さを制御するため、形成部材を昇降させる昇降機構を備えてもよい。
新たな粉末層３２１の形成においては、まず、供給ステージ２１０を上昇させて母粒子タンク１００から母粒子Ｐを供給テーブル２１１上に供給する。また、造形ステージ３１０を積層ピッチ分下降させ、造形テーブル３１１の上方に粉末層３２１を形成する空間を確保する。次に、粉末層形成部４００がｆ方向に移動し、供給テーブル２１１上に供給された母粒子Ｐを造形部３００側、すなわち造形テーブル３１１上に運搬した後に平坦化することで粉末層３２１が形成される。粉末層形成部４００は、ｆ方向に移動し続けて造形部３００上を通り過ぎた後に、ｅ方向に移動する。このときに、造形ステージ３１０を上昇させたり、形成部材を下降させたりすることで、粉末層３２１の平坦化を再び行ってもよい。粉末層形成部４００による粉末層３２１の再度の平坦化を行う場合、供給ステージ２１０を下降させておくことで、粉末層３２１に用いられない余剰の母粒子Ｐを造形部３００から母粒子供給部２００に回収することができる。また、粉末層形成部４００をｅ方向に移動させる際に、粉末層形成部４００の形成部材が粉末層３２１に接触しないように造形ステージ３１０を下降させたり、形成部材を上昇させたりしてもよい。なお、既に積層された粉末層３２２も、粉末層３２１と同様に形成されるため、ここでは詳細な説明は省略する。
形成部材としては、ローラやスキージなどを好適に用いることができる。形成部材にローラを用いる場合、一方向もしくは両方向に回転可能な回転機構を形成部材に設けて、粉末層３２１の形成時に回転機構を回転させながら形成部材を移動させるとよい。形成部材には、ローラおよびスキージの両方を用いてもよいし、それぞれを複数個並べて使用してもよい。また、例えば、母粒子Ｐの運搬をスキージが行い、母粒子Ｐの平坦化をローラが行うなど、形成部材を構成する各部にそれぞれ異なる処理を割り当ててもよい。このような構成では、ローラおよびスキージの少なくとも１つに昇降機構が設けられる。ローラとスキージの形状は、それぞれ母粒子Ｐの粒径や種類に応じて決定されることが望ましい。さらには、形成部材の移動速度や回転機構の回転数を変更することで、より安定した粉末層３２１の形成が実現できると言える。
粉末層形成部４００は、さらに加圧ローラおよび加圧板を有して、粉末層３２１を加圧するように構成されていてもよい。粉末層３２１に対する加圧によって粒子間の接触点数が増加し、造形物の欠陥が生じにくくなることが期待できる。また、粉末層３２１の加圧によって粉末層３２１の母粒子Ｐがより緻密に存在することになり、この結果、造形中に母粒子Ｐが動くこと、すなわち粉末層３２１が崩れることが抑制され、形状精度の高い造形物Ｍの作製が可能となる。粉末層３２１の形成が繰り返されて粉末層が積層されることで、造形部３００における低い位置の粉末層、すなわち造形テーブル３１１に近い側の粉末層には、積層される粉末層の重みが加わることで、層内の母粒子Ｐの密度が変化する。そこで、層内の母粒子Ｐの密度の変化に起因する造形物の造形精度の低下を防ぐため、１回の造形が開始される前に造形物を含まない粉末層の積層と、当該粉末層に対する加圧を行っておくことが望ましい。
母粒子Ｐと接触する形成部材には、母粒子Ｐが付着する可能性がある。そこで、粉末層形成部４００には、形成部材に付着した母粒子Ｐを除去するクリーニング機構を設けることが望ましい。クリーニング機構としては、例えば、ゴムブレード、ブラシ、布を形成部
材の表面に押し付ける方法、水やエアーを形成部材の表面に吹き付ける方法などが挙げられる。ただし、クリーニング機構には、いずれも形成部材を損傷しないような材質や方法が選択される。
（液体Ｌ）
液体Ｌは、造形物Ｍの形状に従って粉末層３２０に付与され、付与された領域の粉末層３２０を固化させる。液体Ｌは、粉末層３２１が形成される度に粉末層３２１に対して付与されることで、粉末層３２０に対して造形物Ｍの形状に従って付与される。液体Ｌとしては、母粒子Ｐを結合させる結着液の他、ナノ粒子を分散させた粒子分散液などが好適に用いられる。
液体Ｌには、母粒子Ｐを結合する結合剤として既存の物質が使用可能であり、より好ましくは後述する加熱処理によって分解される物質が使用される。液体Ｌが加熱によって分解されることで、加熱処理を行うまでは液体Ｌが付与された造形領域の母粒子Ｐを固定することができ、加熱処理後には造形物Ｍにおける不純物となりにくい。具体的な結合剤としては、樹脂材料や水溶性炭水化物が挙げられる。また、結合剤は、液体中に溶解する物質であることが好ましい。
液体Ｌが付与された粉末層３２０を乾燥処理や加熱処理によって固化する場合、液体Ｌが付与されていない非造形領域の粉末が焼結しない温度が選択される。例えば、液体Ｌに分散されている粒子を焼結することによって粉末層３２０の固化を行う場合、当該粒子は母粒子Ｐよりも低い温度または短い時間で焼結が可能な特性を有することが求められる。ここで「焼結」とは、粒子同士が接触する状態で粉末を融点以下の温度で加熱し、粒子同士を固定（結合）させる処理をいう。
液体Ｌに分散される粒子の平均粒径を１μｍ以下とすることで、同一の金属種であっても粒子の焼結開始温度を母粒子Ｐの焼結開始温度に比べて十分に小さくすることができる。粒子の平均粒径は、より好ましくは５０ｎｍ以下である。これは、粒子と母粒子Ｐとの間の焼結温度差が大きくなることで、後述する非造形領域の粉末の除去が容易になるためである。また、粒子の平均粒径は、液体Ｌの付与時に粒子が母粒子Ｐの間隙に容易に入り込むことができる程度の粒径に設定されるのがよい。粒子の材料として、母粒子Ｐと同一の金属種を用いることで、造形物Ｍにおける不純物の量を減らすことができる。
（液体付与部５００）
液体付与部５００は、造形物Ｍのスライスデータに従って粉末層３２０に液体Ｌを付与する。造形物Ｍの形状に従って粉末層３２０に液体Ｌが付与されることで、粉末層３２０において造形物Ｍの形成対象となる領域を固化することができる。液体付与部５００は、粉末層３２１が形成される度に液体Ｌを付与し、これを繰り返すことで粉末層３２０に対して造形物Ｍの形状に従って液体Ｌを付与することができる。
液体付与部５００は、液体付与ヘッド５１０、液体サブタンク５２０、液体タンク５３０を備える。また、液体付与部５００には、図中ｉ方向およびｊ方向に移動可能な移動機構を備え、インクの種類の数（図１では４種類）独立した液体付与ヘッド５１０が、移動機構の移動方向に沿って配置されている。本実施形態では、複数種類のインクの総称として液体Ｌを用いる。
液体付与部５００は、液体付与手段として機能し、ｉ方向およびｊ方向に移動することで、液体吐出部としての液体付与ヘッド５１０の粉末層３２１上の走査を行い、液体付与ヘッド５１０から液体Ｌを粉末層３２１に付与する。液体付与部５００は、造形物Ｍのスライスデータに従って液体付与ヘッド５１０から液体Ｌを吐出させる。ここで、液体付与
部５００は、ｉ方向とｊ方向のうちいずれか一方向の移動時にのみ液体付与ヘッド５１０から液体Ｌを粉末層３２１に付与してもよい。また、液体付与ヘッド５１０からの液体Ｌの吐出のタイミングは、液体付与部５００の移動用エンコーダの出力信号に基づいて決定されてよい。
液体タンク５３０は、液体付与ヘッド５１０から吐出されるインクごとに設けられている。液体タンク５３０に貯蔵されるインクの種別は重複してもよい。液体タンク５３０に貯蔵されているインクは、チューブによって液体サブタンク５２０に送られた後、液体付与ヘッド５１０に供給される。液体サブタンク５２０内の圧力は、液体付与ヘッド５１０からの液漏れを防いだり、ノズル詰まりを加圧除去したりするように制御される。それぞれの液体付与ヘッド５１０は、液体付与部５００の移動方向に沿って並ぶラインヘッドを備える。ラインヘッドは、継ぎ目無く単一ノズルチップで形成されたものであってもよいし、分割されたノズルチップが一列または千鳥配列のように規則的に並べられたものであってもよい。本実施形態では、当該ラインヘッドには、粉末層３２０における造形領域の一辺をカバーする範囲にノズルが並んでいる、いわゆるフルマルチヘッドが採用されているものとする。ただし、造形領域がラインヘッドの幅を超える場合には、ラインヘッドをさらに一軸移動させる機構を設け、複数回に分けて液体Ｌの付与を行うこともできる。また、液体付与部５００は、同一箇所に液体Ｌを複数回付与することで粉末層３２１に付与される液体Ｌの濃度を制御することができる。
液体付与部５００には、所望の位置に所望の液量で液体Ｌを付与できる機構であればよく、液量および付与位置の制御を精度良く行える観点からは、インクジェット方式による機構が好ましく用いられる。ノズルからインクを吐出するインクジェット方式には、発熱素子を用いた方式、ピエゾ素子を用いた方式、静電素子を用いた方式、ＭＥＭＳ素子を用いた方式などが好ましく用いられる。また、インクジェット方式の代わりに、サーマルプリンタ（昇華型、熱転写型など）、ドットインパクトプリンタ、ＬＥＤプリンタ、レーザープリンタなどの種々の印刷方式が採用されてもよい。
インクジェット方式による機構を用いて液体Ｌを吐出する場合は、後述する液体Ｌの粘度は、５０ｃＰ以下が好ましく、より好ましくは２０ｃＰ以下である。ここで、液体Ｌの粉末層３２１への付与時に母粒子Ｐの間に液体Ｌをより速やかに拡散させるため、また液体Ｌの乾燥処理において液体Ｌを母粒子Ｐの間により容易に凝集させるためには、液体Ｌの粘度が２０ｃＰ以下であることが好ましい。また、液体Ｌの粘度が２０ｃＰ以下であることで、液体付与ヘッド５１０による流体Ｌの吐出をより制御しやすくなることが期待できる。
液体付与部５００には、液体付与ヘッド５１０からインクが吐出されない現象を防ぐための機構が設けられることが望ましい。具体的には、液体付与ヘッド５１０に付着した蒸気やミスト、余剰インクを拭き取るクリーニング機構である。クリーニング機構には、液体付与ヘッド５１０を傷つけないようシリコーンゴムや布などの材質からなる部材が好適に用いられ、より好ましくは、液体付与ヘッド５１０に当接する部分が水や専用の洗浄液などで湿潤した状態となっていることが望ましい。
（乾燥部６００）
乾燥部６００は、液体付与部５００によって粉末層３２０に付与された液体Ｌを乾燥させる。乾燥部６００による乾燥方法としては、加熱による乾燥や、ドライエアーを吹き付ける方法などが挙げられる。乾燥処理は１層の粉末層３２１が形成される度に行うのが好ましい。また、１層の粉末層３２１に対して液体Ｌが複数回付与される場合には、液体Ｌの付与の度に乾燥処理が行われてもよい。乾燥部６００による乾燥処理においては、粉末層３２１に付与される液体Ｌの濃度や液量、インクの種類などに応じて出力や時間などの
動作パラメータが決定されてよい。
本実施形態では、造形部３００における造形領域をカバーするラインヒータが採用され、乾燥部６００はラインヒータを駆動して粉末層３２１における造形領域に対して乾燥処理を行う。このような構成を採用する場合、乾燥部６００は、粉末層形成部４００または液体付与部５００の動作と並行して乾燥処理を行うことができる。例えば、乾燥部６００を液体付与部５００と同じ移動機構に設けることで、液体付与部５００による粉末層３２１への液体Ｌの付与に続いて乾燥部６００による乾燥処理を行うことができる。また、乾燥部６００を粉末層形成部４００と同じ移動機構に設けることで、粉末層形成部４００による粉末層３２１の形成に続いて乾燥部６００による乾燥処理を行うことができる。さらに、乾燥部６００のラインヒータの代わりに面状ヒータを採用する場合は、乾燥部６００を移動させることなく造形領域全体を一度に乾燥することも可能となる。
乾燥部６００は、液体付与部５００によって粉末層３２１に付与される液体Ｌの液量に応じて、乾燥処理において液体Ｌに付与される熱量を変化させることが望ましい。さらに、粉末層３２１の液体Ｌが付与された領域のみに局所的な乾燥処理を行うことで、造形時間を短縮し、粉末層３２１の温度上昇を抑えることができる。粉末層３２１の温度上昇は、粉末層３２１上を通過する液体付与ヘッド５１０の乾燥やインクが吐出されない現象の原因ともなるため、このような現象を防止するためにも乾燥部６００による上記の局所的な乾燥処理は有効である。
（制御部７００）
制御部７００は、３次元造形装置１０の各部の制御を行う。制御部７００は、例えば、制御回路や情報処理装置などにより実現できる。情報処理装置としては、ＣＰＵやメモリなどの演算資源を有し、プログラムや入力情報に従って動作するＰＣなどが挙げられる。
制御部７００は、３次元造形装置１０の使用者による後述する操作部８００の操作に基づいて、上記の種々の動作を制御する。具体的には、制御部７００は、母粒子タンク１００から母粒子供給部２００への母粒子Ｐの搬送、母粒子供給部２００および造形部３００の昇降、粉末層形成部４００および液体付与部５００の移動、液体Ｌの吐出、乾燥部６００による乾燥などを制御する。また、制御部７００は、操作部８００の操作以外にも、メモリなどにあらかじめ記憶されている条件に基づいて自動で制御を行うように構成されていてもよい。例えば、制御部７００は、母粒子タンク１００から母粒子供給部２００への母粒子Ｐの搬送を、操作部８００の操作に基づく指示に従って行ってもよいし、３次元造形装置１０における母粒子Ｐの残量を検知して、検知した残量に基づいて行ってもよい。
制御部７００による制御に用いられるパラメータは、使用者が操作部８００を操作して入力してもよい。あるいは、制御部７００は、粉末層３２０の形成に用いられる粉末の種類や母粒子Ｐの平均粒径、液体Ｌの種類、造形物Ｍの形成に用いられるスライスデータなどに含まれる情報を基にパラメータを決定してもよい。また、制御部７００は、メモリなどにあらかじめ記憶されている上記情報とパラメータとの対応関係に基づいて決定してもよい。
本実施形態では、制御部７００は、１層の粉末層３２１内に造形領域が存在するか否かを判定し、粉末層３２１内に造形領域が存在しないと判定した場合に、３次元造形装置１０内の各部の制御内容を変更する。制御内容の変更の一例としては、液体付与部５００による液体付与ヘッド５１０の粉末層３２１上の走査の停止などが挙げられる。これは、造形領域が存在しないと判定された粉末層に対して、造形領域が存在すると判定された粉末層に行われる造形処理と同じ処理が行われても、当該造形処理は、造形物の造形精度に直接影響しないためである。
図２に、３次元造形装置１０によって造形物Ｍが形成された粉末層３２０を模式的に示す。図２には、１層の粉末層３２１と、粉末層３２１が形成される前に形成および積層された粉末層３２２を示す。図２では、実線と点線とで囲まれる１つの矩形領域が１層分の粉末層である。また、図２では、粉末層３２１と粉末層３２２ａは、造形物Ｍが形成される造形領域が存在しないと判定された粉末層となっている。ここで、造形領域が存在しないと判定される粉末層としては、一般に、１回の造形において積層される粉末層３２０において複数の造形物の間の空間や、造形物と造形テーブル３１１の間の空間を占有する粉末層が挙げられる。
制御部７００は、粉末層内に造形領域が存在しないと判定した場合に、さらに造形パラメータの変更を行ってもよい。例えば、制御部７００は、当該粉末層内では造形物は形成されないことから粉末層形成部４００の速度を増加させたり、乾燥部６００によって出力される熱量や乾燥時間を変更したりしてもよい。これらの処理は制御部７００により自動で行われるが、３次元造形装置１０の使用者は、操作部８００を操作して、制御部７００によって処理が変更される粉末層を特定できることが望ましい。
粉末層３２１内に造形領域が存在するか否かを判定する方法として、例えば、粉末層３２１に対する液体Ｌの付与面積を基準に判定することができる。また、粉末層３２１に対する液体Ｌの付与面積は、粉末層３２１に対応するスライスデータに含まれる情報に基づいて特定することができる。液体Ｌの付与面積を判定基準とする場合、粉末層３２１に対する液体Ｌの付与面積が０であるか否かを基準としても良いし、付与面積とあらかじめ設定された閾値との比較結果を基準としてもよい。また、粉末層３２１に対する液体Ｌの付与面積の算出において、造形領域外において吐出される液体Ｌの液量を除外してもよい。これは、液体Ｌの付与面積の算出において、液体Ｌの不吐防止や液体付与ヘッド５１０の保護のために造形領域の有無に関係なく吐出される液体Ｌの液量分を無視するためである。また、液体Ｌの付与面積を算出する代わりに、粉末層３２１に対して付与される液体Ｌの液量を算出して、算出した液量を基に造形領域の有無を判定してもよい。粉末層３２１に対して付与される液体Ｌの液量も、スライスデータを用いて算出することができるため、３次元造形装置１０が外部からスライスデータを取得する場合に好適に用いることができる。
また、造形物の３次元データをスライスデータに変換する際に、各層の粉末層における造形物の形成の有無を記憶しておき、これを基に造形テーブル３１１上に粉末層３２１が形成される度に当該粉末層３２１内に造形領域が存在するか否かを判定してもよい。この方法によれば、３次元造形装置１０において、複数の粉末層のスライスデータを基に、造形領域が存在しないと判定される粉末層３２１が連続して形成されることをあらかじめ検知することができる。そして、３次元造形装置１０において、造形領域が存在しないと判定された粉末層３２１が連続する場合に特別な処理を実行するように設定しておくこともできる。ここで特別な処理には、例えば液体付与部５００や乾燥部６００の駆動を省略するなどの処理が挙げられる。
さらに、３次元造形装置１０は、造形領域が存在しないと判定された粉末層３２１が何層連続して存在するかをあらかじめ特定することもできる。これにより、３次元造形装置１０は、例えば、造形領域が存在する粉末層と造形領域が存在しないと判定された粉末層とでそれぞれ造形処理の所要時間を算出し、より精度よく造形完了時間を算出することができる。
（操作部８００）
操作部８００は、３次元造形装置１０の使用者によって、造形物Ｍの造形の開始指示や
造形パラメータの変更を行うために操作される。また、操作部８００は、造形の中断指示や再開指示、３次元造形装置１０の各部を個別に駆動する指示などを行うために使用者が操作するものであってもよい。また、操作部８００は、粉末層形成部４００のクリーニングや液体付与ヘッド５１０のクリーニングなどのメンテナンスを実行できるように構成されていてもよい。また、操作部８００は、粉末層３２０に対する造形処理が何層目まで完了しているかなどの造形状況や、母粒子Ｐの残量やインクの残量などの装置状態などが使用者に通知されるように構成されていてもよい。さらに、３次元造形装置１０に、使用者がこれらの通知を確認するための表示部が別途設けられていてもよい。
操作部８００は、使用者が造形パラメータを入出力できるように構成されていることが好ましい。また、３次元造形装置１０が複数の造形パラメータの組み合わせを含むパターンをあらかじめ複数パターン作成し、使用者が操作部８００を操作していずれかのパターンを選択できるように構成されていてもよい。ここで作成されるパターンは、母粒子Ｐの種類や平均粒径、液体Ｌの種類などに基づいて、３次元造形装置１０が自動で選択するように構成されていてもよい。この場合に、使用者が操作部８００を操作して母粒子Ｐや液体Ｌを指定できるように構成されているとよい。
さらに、３次元造形装置１０は、造形物Ｍの造形処理の実行中に、使用者が操作部８００を操作してパラメータを変更できるように構成されていてもよい。特に、３次元造形装置１０は、使用者が造形物のＭの造形状況を確認しながら、母粒子供給部２００の供給量、粉末層形成部４００の移動速度、乾燥部６００の出力などを変更できるよう構成されていることが望ましい。
（造形フロー）
次に、図３に示すフローチャートを参照しながら、３次元造形装置１０の制御部７００が実行する処理について説明する。なお、造形対象の造形物Ｍの造形が開始される前に、３次元造形装置１０（例えばパーソナルコンピュータなど）によって、造形物Ｍの３次元形状データから、造形ステージ３１０に形成される粉末層の各層に対応するスライスデータが生成されているものとする。３次元形状データとしては、３次元ＣＡＤ、３次元モデラー、３次元スキャナなどで作成されたデータを用いることができ、例えば、ＳＴＬファイルなどを好ましく利用できる。スライスデータは、造形物の３次元形状を所定の間隔（厚さ）でスライスして得られるデータであり、造形物の断面の形状、粉末層の厚さ、材料の配置などを示す情報を含むデータである。粉末層の厚さは、造形物の造形精度に影響するため、要求される造形精度や造形に用いる粉末の平均粒径に応じて決定されるとよい。また、図３に示すＳ１０２の工程が、３次元データに基づいて粉末層内に造形領域が存在するか否かを判定する判定工程の一例である。また、図３に示すＳ１０１〜Ｓ１０５の工程が、粉末層の形成と液体の付与とを繰り返して、積層された粉末層内に造形物を形成するよう、粉末層形成工程および液体付与工程とを制御する制御工程の一例である。
造形物Ｍの造形の準備段階において、母粒子タンク１００に母粒子Ｐが充填され、液体タンク５３０に液体Ｌが充填される。また、母粒子タンク１００に充填された母粒子Ｐは、母粒子供給部２００に搬送される。また、供給ステージ２１０および造形ステージ３１０が昇降されて、供給テーブル２１１および造形テーブル３１１が初期位置に移動される。各テーブルが初期位置に移動される一例として、供給テーブル２１１が母粒子供給部２００において移動可能な範囲内で最も低い位置まで移動され、造形テーブル３１１が造形部３００において移動可能な範囲内で最も高い位置まで移動される場合が挙げられる。このような初期位置に各テーブルが移動されると、一度に造形できる造形物のサイズの中で最大サイズの造形物を造形することができる。なお、造形物のサイズに合わせて各テーブルの初期位置は変更されてよい。また、制御部７００は、造形開始時に、造形に必要な母粒子Ｐおよび液体Ｌが母粒子タンク１００および液体タンク５３０にそれぞれ充填されて
いるか否かを確認するよう構成されていてもよい。制御部７００は、母粒子Ｐまたは液体Ｌの充填量が不足している場合には、操作部８００を介して使用者に通知するように構成されているとよい。
また、粉末層の充填状態が密でないと粉末層の形状が安定しない可能性があるため、造形開始前に、あらかじめ造形テーブル３１１上で粉末層の形成が複数回行われているとよい。さらに、粉末層の加熱や乾燥などを行う際の温度調整をより安定して行うために、あらかじめ加熱や乾燥などの動作が行われるとよい。同様に、粉末層に対する液体Ｌの付与をより安定して行うために、あらかじめ液体付与部５００の液体Ｌの付与動作が行われるとよい。液体付与部５００の液体Ｌの吐出量は、液体付与ヘッド５１０の温度や状態などによって変化することが知られている。そのため、造形開始前および／または造形完了後に、液体付与部５００の液体Ｌの吐出量を計測し、必要に応じて吐出量の調整を含むメンテナンスが行われるとよい。ここで、液体付与部５００の液体Ｌの吐出量の計測や液体付与部５００のメンテナンスは、周知の技術を用いて実現できる。
３次元造形装置１０の制御部７００は、Ｓ１０１において、造形部３００の造形テーブル３１１上に粉末層を形成する。形成される粉末層は、必要な造形精度を満たす範囲で可能な限り厚くすることで、造形時間を短縮することができる。また、母粒子供給部２００から造形部３００に供給される母粒子Ｐの量は、形成される粉末層の体積の２倍以上となる量に設定されることで、より安定的な粉末層の形成が行える。粉末層形成部４００によって母粒子Ｐが造形部３００に移動される際に、造形部３００まで到達しない母粒子Ｐが存在する可能性がある。そこで、このように造形部３００まで到達しない母粒子Ｐの量が造形部３００における粉末層の形成に与える影響を低減する目的で、上記のように母粒子Ｐの供給量が設定される。
次に、Ｓ１０２において、制御部７００は、判定手段として機能し、形成される粉末層内に造形領域が存在するか否かを判定する。粉末層内に造形領域が存在するか否かを判定する方法としては、例えば、当該粉末層に対して付与される液体Ｌの付与面積を判定基準とすることができる。また、造形物の３次元データをスライスデータに変換する際にスライスデータに含まれる造形物の有無を示す情報を判定基準としてもよい。制御部７００は、Ｓ１０１において形成される粉末層内に造形領域が存在すると判定した場合は（Ｓ１０２：Ｙ）、処理をＳ１０３に進める。一方、制御部７００は、Ｓ１０１において形成される粉末層内に造形領域が存在しないと判定した場合は（Ｓ１０２：Ｎ）、処理をＳ１０５に進める。
Ｓ１０３において、制御部７００は液体付与部５００を制御して、液体付与ヘッド５１１の粉末層上の走査を行い、粉末層に対して造形物のスライスデータに従って液体Ｌを付与する。付与する液体Ｌは、後述するＳ１０５で粉末層内の造形物を選択的に固化するためのものである。なお、造形物のスライスデータはあらかじめ作成されたものを用いてもよいし、制御部７００が造形物の造形中に適宜作成してもよい。また、造形領域の単位面積あるいは造形物の単位体積当たりの液体Ｌの付与量は、各スライスデータで一律の量としてもよいし、段階的に調節されてもよい。
次に、Ｓ１０４において、制御部７００は乾燥部６００を制御して、Ｓ１０３において粉末層に付与された液体Ｌを乾燥させる処理を行う。ここで、液体Ｌを乾燥させる目的には、液体Ｌに含まれる成分の濃度を高めることや、液体Ｌが造形領域外に浸透する現象を防止することが含まれる。また、液体Ｌを乾燥させることにより、次回Ｓ１０１の処理によって新たな粉末層が形成される際に、新たな粉末層の下に積層されている粉末層における造形領域内の粉末の流動性が変化することを抑制できる。Ｓ１０３における液体Ｌの乾燥の方法としては、ヒータによる粉末層の加熱や、エアドライヤによる粉末層への乾燥空
気の吹き付けなどの方法が好適に用いられる。なお、Ｓ１０３における乾燥工程の処理時間や乾燥部６００の各種出力は、付与された液体Ｌの量などに応じて変更されるとよい。
Ｓ１０５において、制御部７００は、粉末層３２０内の造形物Ｍの造形が完了したか否かを判定する。制御部７００は、例えば、使用されていないスライスデータが存在するか否かに基づいて造形物Ｍの造形が完了したか否かを判定する。制御部７００は、造形物Ｍの造形が完了していないと判定した場合は（Ｓ１０５：Ｎ）、処理をＳ１０１に戻し、新たな粉末層の形成を行う。一方、制御部７００は、造形物Ｍの造形が完了したと判定した場合は（Ｓ１０５：Ｙ）、処理をＳ１０６に進める。なお、制御部７００は、本フローチャートの完了後、すなわち１回の造形の完了後に、母粒子供給部２００および造形部３００を制御して、造形物を含まない１層あるいは複数層の粉末層を形成してもよい。これにより、制御部７００は、形成した粉末層を次回の造形に利用することができる。
次に、Ｓ１０６において、制御部７００は、乾燥部６００を制御して、乾燥部６００の粉末層上の走査を行い、Ｓ１０３において液体Ｌを付与した造形領域を選択的に固化させる。Ｓ１０６における造形領域の固化の方法としては、Ｓ１０４と同様の方法を採用することができる。
次に、Ｓ１０７において、制御部７００は、Ｓ１０１において形成した粉末層のうちＳ１０６において固化されていない非造形領域の部分（非固化部分）を除去し、造形物を取り出す。Ｓ１０７における非固化部分の除去の方法としては、例えば、ブラシやエアーを用いて粉末を除去する方法が挙げられる。
以上の通り、本実施形態によれば、３次元造形装置１０において、粉末層内に造形領域が存在するか否かを判定して、造形領域が存在しないと判定された場合（Ｓ１０２：Ｎ）は液体付与ヘッド５１１の走査や液体Ｌの付与（Ｓ１０３の処理）が省略される。さらに、この場合は、乾燥部６００の走査や乾燥（Ｓ１０４の処理）が省略される。このように、当該判定に基づいて、粉末層の形成と液体の付与の各繰り返しにおける粉末層形成工程および液体付与工程の制御内容の変更が行われる。これにより、造形領域が存在しないと判定された粉末層に対しては造形領域に必要な処理を省略することができるため、造形の所要時間を短縮して造形をより高速化することができる。なお、上記のフローチャートの説明は、本実施形態の造形方法のうちの基本的な工程を例示するものにすぎず、本件開示の技術は、上記の内容に限定されるものではない。すなわち、上記の各処理の内容や順序を適宜変更したり、上記以外の処理を追加してもよい。
例えば、Ｓ１０７の処理の後に、Ｓ１０６における造形領域の固化に用いられる温度よりも高い温度で造形物Ｍを加熱する工程が設けられてもよい。そして、母粒子Ｐが焼結する条件（加熱温度、加熱時間など）で造形物を加熱することで、造形物の密度及び強度をさらに高めることができる。
（第２実施形態）
第２実施形態の３次元造形装置の構成は、第１実施形態とほぼ同様であるため、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。また、以下の説明において、第１実施形態と同様の構成や処理については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。第２実施形態の３次元造形装置では、造形領域が存在しないと判定された粉末層が連続して積層される場合の造形処理が変更される。
（制御部７００）
本実施形態では、３次元造形装置１０の制御部７００は、造形領域が存在しないと判定された粉末層が２層以上連続して積層される場合に、この連続した粉末層を１つの粉末層
として造形処理（一括処理）を行う。
図４では、図２における複数層にわたって連続して造形領域が存在しないと判定される粉末層３２２ａが、まとめて１つの粉末層３２２ｂとして示されている。図４に示すように、造形テーブル３１１上に積層される粉末層３２０において、粉末層３２２ｂは、粉末層３２０内の複数の造形物Ｍの間や造形物Ｍと造形テーブル３１１の間などに存在する。このように粉末層３２２ｂが存在する理由は、粉末層３２０において造形物Ｍの間に粉末層３２２ｂを介在させて、上記の造形処理時に造形物Ｍが互いに影響を及ぼすことを防ぐためである。通常、粉末層３２０において造形物Ｍの間は１ｍｍ以上の間隔を空けて存在することが望ましい。ただし、この間隔は、一般的な粉末層の１層分の厚さ（積層ピッチ）に対して非常に大きい。
そこで、本実施形態では、造形領域が存在しないと判定された連続する複数の粉末層に対してまとめて造形処理を行うことで、造形物Ｍの間の粉末層をより短時間で積層することができる。ここで、造形領域が存在しないと判定された連続する複数の粉末層の各粉末層は、１つのスライスデータに対応している。本実施形態では、この複数の粉末層に対応する複数のスライスデータを１つのスライスデータとして、造形領域が存在しないと判定された連続する複数の粉末層を単一の粉末層とみなしてもよい。すなわち、３次元造形装置１０において、制御部７００は、造形領域が存在しないと判定された連続する複数の粉末層に対して、造形領域が存在すると判定される粉末層の積層ピッチよりも大きな積層ピッチを用いてもよい。
制御部７００は、造形領域が存在しないと判定される連続する複数の粉末層に対して一括して造形処理を行う場合に、連続するすべての粉末層を一度に形成しなくてもよい。例えば、造形領域が存在しないと判定される粉末層が１０層以上連続する場合、制御部７００は粉末層の形成を複数回に分けて行うことが好ましい。このように造形処理を行う理由は、形成される粉末層の積層ピッチが変化することで、各粉末層の温度や充填率が大きく変化することを防ぐためである。また、形成される粉末層の直上の粉末層または直下の粉末層内に造形領域が存在すると判定される粉末層が積層される場合は、上記の一括処理ではなく個別の処理で粉末層の形成が行われることが好ましい。このように粉末層の形成を行う理由は、粉末層の形成処理が、直上または直下の、造形領域が存在すると判定される粉末層の形成に間接的に影響を与える可能性があるためである。
（造形フロー）
次に、図５に示すフローチャートを参照しながら、本実施形態に係る３次元造形装置１０の制御部７００が実行する処理について説明する。
Ｓ２０１において、制御部７００は、造形ステージ３１１において新たに粉末層３２１を形成する前に、スライスデータを基に粉末層３２１内に造形領域が存在するか否かを判定する。制御部７００は、粉末層３２１内に造形領域が存在すると判定した場合は（Ｓ２０１：Ｙ）、処理をＳ２０２に進める。一方、制御部７００は、粉末層３２１内に造形領域が存在しないと判定した場合は、処理をＳ２０５に進める。
Ｓ２０５において、制御部７００は、スライスデータを基に、Ｓ２０１において造形領域が存在しないと判定した粉末層３２１の後に形成される粉末層を対象に、粉末層３２１から連続して造形領域が存在しないと判定される粉末層の層数を特定する。なお、Ｓ２０５において、制御部７００は、連続して造形領域が存在しないと判定される粉末層の層数を特定する代わりに、連続して造形領域が存在しないと判定される粉末層全体の厚さを特定してもよい。すなわち、制御部７００は、粉末層３２１の直下の粉末層に形成されている造形物から次に形成される予定の造形物までの距離を特定してもよい。
次に、Ｓ２０６において、制御部７００は、母粒子供給部２００、造形部３００、粉末層形成部４００を制御して、Ｓ２０５において層数を特定した、連続して造形領域が存在しないと判定される粉末層に対して一括して形成処理を行う。なお、制御部７００は、一括処理の対象である粉末層を一度に形成する必要はない。上記の通り、一括処理の対象である粉末層のうち、直上または直下の粉末層内に造形領域が存在する粉末層については、個別に形成処理を行うことが望ましい。このように、第２実施形態では、制御部７００は、粉末層形成手段としての母粒子供給部２００、造形部３００、粉末層形成部４００によって形成される粉末層の厚さの変更を制御内容の変更として行う。制御部７００は、Ｓ２０６の処理が完了すると、処理をＳ２０７に進める。
Ｓ２０２、Ｓ２０３、Ｓ２０４、Ｓ２０７、Ｓ２０８、Ｓ２０９の処理は、第１実施形態におけるＳ１０１、Ｓ１０３、Ｓ１０４、Ｓ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１０７とそれぞれ同じ処理であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
以上の通り、第２実施形態において、３次元造形装置１０の制御部７００は、造形領域が存在しないと判定される粉末層が連続する場合に、これらの粉末層を一括して形成する。これにより、供給テーブル２１１から造形テーブル３１１への母粒子Ｐの移動や供給テーブル２１１および造形テーブル３１１の移動を複数層分まとめて行えるなど、粉末層を１層ずつ形成する場合よりも処理の所要時間を短縮し、造形を高速化することができる。
なお、第１実施形態と同様、上記のフローチャートの説明は、第２実施形態の造形方法のうちの基本的な工程を例示するものにすぎず、本件開示の技術は、上記の内容に限定されるものではない。すなわち、上記の各処理の内容や順序を適宜変更したり、上記以外の処理を追加したりしてもよい。例えば、造形領域が存在しないと判定される粉末層に対しても液体付与や乾燥の処理が行われてもよい。また、Ｓ２０６における一括処理において造形パラメータが適宜変更されてもよい。
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
本件開示の技術は、３次元造形装置に利用されるものであり、特に母粒子の粉末を用いて３次元造形を行なう３次元造形装置に利用可能である。
１０・・・３次元造形装置、２００・・・母粒子供給部、３２０，３２１，３２２・・・粉末層、５００・・・液体付与部、７００・・・制御部、Ｌ・・・液体、Ｍ・・・造形物、Ｐ・・・母粒子

Claims (9)

  1. 母粒子からなる粉末層を形成する粉末層形成手段と、
    造形物の３次元データに基づいて、前記粉末層において前記造形物が形成される造形領域に前記母粒子を結合させる液体を付与する液体付与手段と、
    前記粉末層の形成と前記液体の付与とを繰り返して、積層された前記粉末層内に前記造形物を形成するよう、前記粉末層形成手段および前記液体付与手段とを制御する制御手段と、
    前記粉末層の形成と前記液体の付与の各繰り返しにおいて、前記３次元データに基づいて前記粉末層内に前記造形領域が存在するか否かを判定する判定手段と
    を有し、
    前記制御手段は、前記判定手段による判定に基づいて、前記粉末層の形成と前記液体の付与の各繰り返しにおける前記粉末層形成手段および前記液体付与手段の制御内容の変更を行う
    ことを特徴とする３次元造形装置。
  2. 前記制御内容の変更は、前記粉末層形成手段によって形成される前記粉末層の厚さの変更である、ことを特徴とする請求項１に記載の３次元造形装置。
  3. 前記液体付与手段は、前記液体を吐出する液体吐出部の前記粉末層上の走査を行い、
    前記制御内容の変更は、前記液体付与手段による前記液体吐出部の走査の停止である
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の３次元造形装置。
  4. 前記粉末層に付与された前記液体を乾燥させる乾燥部をさらに有し、
    前記制御手段は、前記判定手段による判定に基づいて、前記乾燥部が前記液体に与える熱量または前記液体の乾燥時間の変更を行う
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の３次元造形装置。
  5. 前記制御手段は、前記判定手段によって前記造形領域が存在しないと判定された前記粉末層の層数と、前記造形領域が存在しないと判定された前記粉末層に対する前記制御内容の変更とに基づいて、前記粉末層内における前記造形物の形成が完了するまでの時間を算出する、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の３次元造形装置。
  6. 前記３次元データは複数のスライスデータを含み、
    前記判定手段は、前記スライスデータに基づいて、前記スライスデータに対応する前記粉末層への前記液体の付与面積を特定し、前記特定した付与面積に基づいて、前記粉末層内に前記造形領域が存在するか否かを判定する
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の３次元造形装置。
  7. 前記３次元データは複数のスライスデータを含み、
    前記スライスデータは、前記スライスデータに対応する前記粉末層に対する前記造形物の形成の有無を示す情報を含み、
    前記判定手段は、前記情報に基づいて、前記粉末層内に前記造形領域が存在するか否かを判定する
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の３次元造形装置。
  8. 母粒子からなる粉末層を形成する粉末層形成工程と、
    造形物の３次元データに基づいて、前記粉末層において前記造形物が形成される造形領域に前記母粒子を結合させる液体を付与する液体付与工程と、
    前記粉末層の形成と前記液体の付与とを繰り返して、積層された前記粉末層内に前記造
    形物を形成するよう、前記粉末層形成工程および前記液体付与工程とを制御する制御工程と、
    前記粉末層の形成と前記液体の付与の各繰り返しにおいて、前記３次元データに基づいて前記粉末層内に前記造形領域が存在するか否かを判定する判定工程と
    を有し、
    前記制御工程は、前記判定工程による判定に基づいて、前記粉末層の形成と前記液体の付与の各繰り返しにおける前記粉末層形成工程および前記液体付与工程の制御内容の変更を行う
    ことを特徴とする３次元造形方法。
  9. コンピュータに、
    母粒子からなる粉末層を形成する粉末層形成工程と、
    造形物の３次元データに基づいて、前記粉末層において前記造形物が形成される造形領域に前記母粒子を結合させる液体を付与する液体付与工程と、
    前記粉末層の形成と前記液体の付与とを繰り返して、積層された前記粉末層内に前記造形物を形成するよう、前記粉末層形成工程および前記液体付与工程とを制御する制御工程と、
    前記粉末層の形成と前記液体の付与の各繰り返しにおいて、前記３次元データに基づいて前記粉末層内に前記造形領域が存在するか否かを判定する判定工程と
    を実行させ、
    前記制御工程は、前記判定工程による判定に基づいて、前記粉末層の形成と前記液体の付与の各繰り返しにおける前記粉末層形成工程および前記液体付与工程の制御内容の変更を行う
    ことを特徴とするプログラム。
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