JP2021011043A - 三次元造形物の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を大型化させることなく、高速で三次元造形物を製造するとともに、三次元造形物の製造中に装置の構成部材と製造中の三次元造形物の構造体とが接触して該構造体が破損することを抑制する。【解決手段】ユニット８を往方向に移動させる際、第１供給部２Ａから粉末を供給し、第１層形成部６Ａにより粉末層５００を形成し、ヘッド３から造形領域Ｐに液体を吐出し、造形領域Ｐに第２層形成部６Ｂが対向する前に第２層形成部６Ｂを造形テーブル９から離れる方向に移動させ、ユニット８を復方向に移動させる際、第２供給部２Ｂから粉末を供給し、第２層形成部６Ｂにより粉末層５００を形成し、ヘッド３から造形領域Ｐに液体を吐出し、造形領域Ｐに第１層形成部６Ａが対向する前に第１層形成部６Ａを造形テーブル９から離れる方向に移動する三次元造形物の製造装置１。【選択図】図１

Description

本発明は、三次元造形物の製造装置に関する。

従来から、様々な種類の三次元造形物の製造装置が使用されている。このうち、粉末層を形成し、該粉末層における三次元造形物の造形領域にバインダーを含む液体をヘッドから吐出して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置がある。例えば、特許文献１には、粉末材料で層を形成し、ノズルヘッドの吐出ノズルから該層にバインダーを吐出して三次元造形物を製造する三次元造形装置が開示されている。

特開２００１−１５０５５６号公報

特許文献１に記載される三次元造形装置は、粉末を供給する粉末供給部とノズルヘッドとが各々独立して構成されているため、装置が大型化する傾向があるとともに、高速で三次元造形物を製造することが困難であった。また、三次元造形物の製造中にブレードなど装置の構成部材と製造中の三次元造形物の構造体とが接触して該構造体が破損する虞があった。

上記課題を解決するための本発明の三次元造形物の製造装置は、造形テーブルと、粉末を供給する第１供給部及び第２供給部と、前記粉末を用いて前記造形テーブルに粉末層を形成する第１層形成部及び第２層形成部と、前記粉末層における三次元造形物の造形領域にバインダーを含む液体を吐出する少なくとも１つのヘッドと、を有し、前記造形テーブルに対して往復移動するユニットと、前記第１層形成部及び第２層形成部を前記造形テーブルに対して接近する方向及び離れる方向である接離方向に移動可能な層形成部移動部と、前記層形成部移動部、前記ユニット及び前記造形テーブルを制御する制御部と、を備え、前記ユニットは、前記ユニットの往復移動方向における往方向における先頭側から順に、前記第１供給部、前記第１層形成部、前記ヘッド、前記第２層形成部、前記第２供給部となるように配置され、前記制御部は、三次元造形物の造形時に前記ユニットを前記往方向に移動させる際、前記第１供給部から前記粉末を供給し、前記第１層形成部により前記粉末を用いて前記造形テーブルに前記粉末層を形成し、前記ヘッドから前記造形領域に前記液体を吐出し、前記造形領域に前記第２層形成部が対向する前に前記第２層形成部を前記造形テーブルから離れる方向に移動するように制御し、三次元造形物の造形時に前記ユニットを前記往復移動方向における復方向に移動させる際、前記第２供給部から前記粉末を供給し、前記第２層形成部により前記粉末を用いて前記造形テーブルに前記粉末層を形成し、前記ヘッドから前記造形領域に前記液体を吐出し、前記造形領域に前記第１層形成部が対向する前に前記第１層形成部を前記造形テーブルから離れる方向に移動するように制御することを特徴とする。

実施例１に係る本発明の三次元造形物の製造装置を表す概略構成図。 実施例１の三次元造形物の製造装置を用いて行う三次元造形物の製造方法を説明するための概略図。 実施例１の三次元造形物の製造装置を用いて行う三次元造形物の製造方法のフローチャート。 実施例２に係る本発明の三次元造形物の製造装置を表す概略構成図。 実施例３に係る本発明の三次元造形物の製造装置を表す概略構成図。 実施例４に係る本発明の三次元造形物の製造装置を表す概略構成図。

最初に、本発明について概略的に説明する。
上記課題を解決するための本発明の第１の態様の三次元造形物の製造装置は、造形テーブルと、粉末を供給する第１供給部及び第２供給部と、前記粉末を用いて前記造形テーブルに粉末層を形成する第１層形成部及び第２層形成部と、前記粉末層における三次元造形物の造形領域にバインダーを含む液体を吐出する少なくとも１つのヘッドと、を有し、前記造形テーブルに対して往復移動するユニットと、前記第１層形成部及び第２層形成部を前記造形テーブルに対して接近する方向及び離れる方向である接離方向に移動可能な層形成部移動部と、前記層形成部移動部、前記ユニット及び前記造形テーブルを制御する制御部と、を備え、前記ユニットは、前記ユニットの往復移動方向における往方向における先頭側から順に、前記第１供給部、前記第１層形成部、前記ヘッド、前記第２層形成部、前記第２供給部となるように配置され、前記制御部は、三次元造形物の造形時に前記ユニットを前記往方向に移動させる際、前記第１供給部から前記粉末を供給し、前記第１層形成部により前記粉末を用いて前記造形テーブルに前記粉末層を形成し、前記ヘッドから前記造形領域に前記液体を吐出し、前記造形領域に前記第２層形成部が対向する前に前記第２層形成部を前記造形テーブルから離れる方向に移動するように制御し、三次元造形物の造形時に前記ユニットを前記往復移動方向における復方向に移動させる際、前記第２供給部から前記粉末を供給し、前記第２層形成部により前記粉末を用いて前記造形テーブルに前記粉末層を形成し、前記ヘッドから前記造形領域に前記液体を吐出し、前記造形領域に前記第１層形成部が対向する前に前記第１層形成部を前記造形テーブルから離れる方向に移動するように制御することを特徴とする。

本態様によれば、第１供給部及び第２供給部と、第１層形成部及び第２層形成部と、ヘッドと、が１つのユニットに構成されているので、装置の大型化を抑制できる。また、ユニットの往復移動方向において対称となるように、粉末を供給する供給部と粉末層を形成する形成部とヘッドとが配置されるので、往方向及び復方向における両方において三次元造形物の構造体を製造できるので、高速で三次元造形物を製造することができる。さらに、ユニットの往方向及び復方向における両方の移動において、往復移動方向における下流側の層形成部が造形領域に対向する前に該下流側の層形成部を造形テーブルから離れる方向に移動するので、製造中の三次元造形物の構造体と層形成部とが接触することを抑制できる。

本発明の第２の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１の態様において、前記バインダーは、エネルギーが付与されることで硬化する樹脂であって、前記ユニットは、前記バインダーを硬化させる少なくとも１つのエネルギー付与部を有することを特徴とする。

本態様によれば、エネルギーが付与されることで硬化する樹脂を用いて粉末を強固に結着させることができる。

本発明の第３の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第２の態様において、前記ヘッドとして、前記往復移動方向における前記第１層形成部側に設けられた第１ヘッドと、前記往復移動方向における前記第２層形成部側に設けられた第２ヘッドと、を有し、前記エネルギー付与部は、前記往復移動方向における前記第１ヘッドと前記第２ヘッドとの間に設けられることを特徴とする。

本態様によれば、ユニットの往復移動方向において対称となる配置でエネルギー付与部が設けられるので、往方向及び復方向における両方においてエネルギーを付与できる。このため、高速で三次元造形物を製造することができる。

本発明の第４の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第２または第３の態様において、前記エネルギー付与部として、第１エネルギー付与部と第２エネルギー付与部とを有することを特徴とする。

本態様によれば、エネルギー付与部として第１エネルギー付与部と第２エネルギー付与部とを有するので、例えば、異なる種類のエネルギーを使用できる。このため、硬化特性の異なる複数のバインダーを用いた場合などにおいて、特に効果的に、三次元造形物の構造体にエネルギーを付与することができる。

本発明の第５の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１から第４のいずれか１つの態様において、前記層形成部移動部は、前記ユニットのうちの前記第１層形成部及び前記第２層形成部だけを前記造形テーブルに対して前記接離方向に移動させる構成であることを特徴とする。

本態様によれば、層形成部移動部はユニットのうちの第１層形成部及び第２層形成部だけ造形テーブルに対して接離方向に移動させる構成であるので、第１層形成部及び第２層形成部の移動負荷を低減させることができる。

本発明の第６の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１から第４のいずれか１つの態様において、前記層形成部移動部は、前記ユニットごと前記造形テーブルに対して前記接離方向に移動させる構成であることを特徴とする。

本態様によれば、層形成部移動部はユニットごと造形テーブルに対して接離方向に移動させる構成であるので、第１層形成部及び第２層形成部を個別に移動させる必要性がないので、制御を簡単にできる。

本発明の第７の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１から第６のいずれか１つの態様において、前記第１層形成部及び前記第２層形成部は、前記接離方向及び前記往復移動方向とともに交差する方向の回転軸を有するローラーであり、前記制御部は、三次元造形物の造形時に前記ユニットを前記往方向に移動させる際、前記第１層形成部を、前記第１層形成部の前記造形テーブル側が前記往方向の先頭側に向かうように回転し、三次元造形物の造形時に前記ユニットを前記復方向に移動させる際、前記第２層形成部を、前記第２層形成部の前記造形テーブル側が前記復方向の先頭側に向かうように回転するように制御することを特徴とする。

本態様によれば、第１層形成部及び第２層形成部をローラーとすることで簡単に構成でき、ローラーの造形テーブル側がユニットの移動方向の先頭側に向かうように該ローラーを回転させることで高精度の粉末層を形成することができる。

本発明の第８の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１から第７のいずれか１つの態様において、前記往復移動方向における前記第１層形成部と前記ヘッドとの間隔及び前記往復移動方向における前記第２層形成部と前記ヘッドとの間隔を調整可能に構成されていることを特徴とする。

本態様によれば、往復移動方向における第１層形成部とヘッドとの間隔及び往復移動方向における第２層形成部とヘッドとの間隔を調整可能に構成されているので、形成する三次元造形物の構造体の大きさなどに応じて、往復移動方向における第１層形成部とヘッドとの間隔及び往復移動方向における第２層形成部とヘッドとの間隔を最適化することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
最初に、本発明の三次元造形物の製造方法を実行可能な三次元造形物の製造装置１の一実施例について図１を参照して説明する。ここで、図１及び後述する各図における図中のＸ方向は水平方向であり供給ユニット８の往復移動方向に対応し、このうち、Ｘ１方向は往方向、Ｘ２方向は復方向に対応する。また、Ｙ方向は水平方向であるとともにＸ方向と直交する方向であり、ローラー６の回転軸６ａの延びる方向に対応する。また、Ｚ方向は鉛直方向であり、層５００の積層方向及び供給ユニット８の造形テーブル９に対する接離方向に対応する。

なお、本明細書における「三次元造形」とは、いわゆる立体造形物を形成することを示すものであって、例えば、平板状、いわゆる二次元形状の形状であっても厚さを有する形状を形成することも含まれる。

本実施例の三次元造形物の製造装置１は、層５０１、層５０２、層５０３、・・・層５０ｎからなる層５００を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置である。そして、図１で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、造形テーブル９を有するテーブルユニット１０と、三次元造形物の造形材料を造形テーブル９に供給する供給ユニット８と、テーブルユニット１０及び供給ユニット８の動作を制御する制御部１２と、を備えている。なお、三次元造形物の製造装置１は、パーソナルコンピューターなどの外部装置２０と電気的に接続されており、外部装置２０を介してユーザーからの指示を受け付け可能な構成となっている。

造形テーブル９は、制御部１２の制御によりＺ方向に移動可能な構成となっている。造形テーブル９の造形面９ａをテーブルユニット１０の上面部１０ａに対してＺ方向において所定の距離だけ低い位置に配置し、造形面９ａに供給ユニット８から三次元造形物の造形材料を供給して１層分の層５００を形成する。そして、造形テーブル９の所定の距離分の下方への移動と、供給ユニット８からの三次元造形物の造形材料の供給と、を繰り返すことで積層する。図１は、層５０１、層５０２、層５０３及び層５０４の４層分の層形成を繰り返して、造形面９ａ上に三次元造形物の構造体Ｓを形成した様子を表している。

供給ユニット８は、ガイドバー１１に沿って、Ｘ方向に移動可能な構成となっている。また、供給ユニット８は、金属やセラミックスや樹脂などの粉末を含む造形材料を造形テーブル９に供給する造形材料供給部２を備えている。なお、造形材料供給部２として、Ｘ１方向の先頭側端部に形成された第１供給部２Ａと、Ｘ２方向の先頭側端部に形成された第２供給部２Ｂと、を備えている。

また、供給ユニット８は、造形テーブル９に供給された造形材料を圧縮して均すことが可能なローラー６を備えている。なお、ローラー６として、Ｘ方向における第１供給部２Ａの隣に形成されたローラー６Ａと、Ｘ方向における第２供給部２Ｂの隣に形成されたローラー６Ｂと、を備えている。ここで、ローラー６は、造形テーブル９に粉末層である層５００を形成する、層形成部を構成している。

ローラー６Ａ及びローラー６Ｂの両方において、ローラー６の回転軸６ａには、揺動軸７ａを基準に揺動する棒状の揺動部７が取り付けられている。供給ユニット８は、揺動軸７ａを基準に揺動部７を移動させることで、ローラー６を造形テーブル９に対して接近する方向及び離れる方向である接離方向に移動可能となっている。なお、図１は、揺動部７を移動させることで、ローラー６Ａを層５００に接触する位置に配置し、ローラー６Ｂを層５００とは接触しない位置に配置した状態を表している。

また、供給ユニット８は、造形材料供給部２から供給された造形材料に含まれる粉末を結着するバインダーを含む液体を、三次元造形物の造形領域Ｐに吐出するヘッド３を備えている。なお、ヘッド３として、Ｘ方向におけるローラー６Ａの隣に形成された第１ヘッド３Ａと、Ｘ方向におけるローラー６Ｂの隣に形成された第２ヘッド３Ｂと、を備えている。ここで、第１ヘッド３Ａ及び第２ヘッド３Ｂから吐出される液体は同じ液体であり、ともに、バインダーとして紫外線硬化樹脂を含む液体である。ただし、このような液体に限定されず、熱硬化樹脂をバインダーとして含む液体や、バインダーとしての固体の樹脂が揮発性の溶媒に溶解された状態の液体などを使用してもよい。第１ヘッド３Ａ及び第２ヘッド３Ｂから吐出される液体の組成を異ならせてもよい。

Ｘ方向における第１ヘッド３Ａと第２ヘッド３Ｂとの間には、紫外線硬化樹脂を硬化させることが可能な紫外線を照射する紫外線照射部４を備えている。なお、本実施例の供給ユニット８は、紫外線照射部４を１つ備える構成であるが、紫外線照射部４を２つ以上備える構成や、使用する液体の種類などに応じて、紫外線照射部４を備えない構成や、紫外線照射部４の代わりに熱硬化樹脂を硬化させるため或いは溶媒を揮発させるためのヒーターを備える構成などであってもよい。

図１で表されるように、本実施例の供給ユニット８は、Ｘ方向において構成部材の形状が対称となっている。このため、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、供給ユニット８をＸ１方向に移動させつつ三次元造形物の造形動作を実行できるとともに、供給ユニット８をＸ２方向に移動させつつ三次元造形物の造形動作を実行できる。

このように、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、造形テーブル９を備えている。また、粉末を供給する第１供給部２Ａ及び第２供給部２Ｂと、粉末を用いて造形テーブル９に粉末層である層５００を形成する第１層形成部としてのローラー６Ａ及び第２層形成部としてのローラー６Ｂと、層５００における三次元造形物の造形領域Ｐにバインダーを含む液体を吐出する少なくとも１つのヘッド３と、を有し、造形テーブル９に対して往復移動する供給ユニット８を備えている。また、ローラー６Ａ及びローラー６Ｂを造形テーブル９に対して接離方向に移動可能な層形成部移動部としての揺動部７を備えている。さらに、揺動部７を含む供給ユニット８の各構成部材及び造形テーブル９を制御する制御部１２を備えている。そして、供給ユニット８は、供給ユニット８のＸ１方向における先頭側から順に、第１供給部２Ａ、ローラー６Ａ、ヘッド３、ローラー６Ｂ、第２供給部２Ｂとなるように配置されている。

次に、本実施例の三次元造形物の製造装置１で使用可能な造形材料についての具体例を説明する。造形材料に含有可能な金属粉末としては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）やクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）の単体粉末、もしくはこれらの金属を１つ以上含む合金（マルエージング鋼、ステンレス（ＳＵＳ）、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金）の粉末、これらの混合粉末を、用いることが可能である。

また、造形材料に含有可能なセラミックス粉末としては、例えば二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素などを好ましく使用可能である。

また、造形材料に使用可能な樹脂粉末、或いは、液体中に含有されるバインダーとしては、例えば、ＰＭＭＡ（アクリル）、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−アクリル酸エステル）、ＡＳＡ（アクリロニトリル−スチレン−アクリル酸エステル）、ＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＡ（ポリアミド）、ＥＰ（エポキシ）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＳ（ポリスチレン）、パラフィンワックス、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、カルボキシメチルセルロース、ポリオキシメチレン、ポリメチルメタクリレートなどを好ましく使用可能である。また、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂などを単独で或いは組み合わせて用いることができる。さらには、熱可塑性樹脂や、アクリルなどのような不飽和二重結合のラジカル重合を用いるタイプやエポキシなどのカチオン重合を用いるタイプの紫外線硬化性樹脂を用いることもできる。

また、液体中に含有される溶剤としては、例えば、水；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の（ポリ）アルキレングリコールモノアルキルエーテル類；酢酸エチル、酢酸ｎ−プロピル、酢酸ｉｓｏ−プロピル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸ｉｓｏ−ブチル等の酢酸エステル類；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル−ｎ−ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類；エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類；テトラアルキルアンモニウムアセテート類；ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤；ピリジン、γ−ピコリン、２，６−ルチジン等のピリジン系溶剤；テトラアルキルアンモニウムアセテート（例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等）等のイオン液体等が挙げられ、これらから選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

次に、三次元造形物の製造装置１を用いて実行可能な三次元造形物の製造方法の一例について、図２を参照しつつ、図３のフローチャートを用いて説明する。図３のフローチャートで表される本実施例の三次元造形物の製造方法は、供給ユニット８や造形テーブル９など三次元造形物の製造装置１の各構成部材の制御を制御部１２が行うことにより行われる。なお、図２は、層５００のうちの層５０２を形成する際の一例を表している。

本実施例の三次元造形物の製造方法においては、図３で表されるように、最初に、ステップＳ１１０で、製造する三次元造形物の造形データを入力する。三次元造形物の造形データの入力元に特に限定はないが、外部装置２０を用いて造形データを三次元造形物の製造装置１に入力できる。

次に、ステップＳ１２０で造形材料供給部２から造形材料を造形テーブル９の造形面９ａに供給することで三次元造形物の構成材料となる粉末の供給をするとともに、ステップＳ１３０で揺動部７を制御部１２が制御することにより供給ユニット８の移動方向における下流側のローラー６を上昇させる。下流側のローラー６の上昇は、具体的には、Ｘ１方向に供給ユニット８を移動して層５００を形成する際においては供給ユニット８の移動方向における下流側であるローラー６Ｂを上昇させ、Ｘ２方向に供給ユニット８を移動して層５００を形成する際においては供給ユニット８の移動方向における下流側であるローラー６Ａを上昇させる。なお、ステップＳ１３０においては、上記のように造形材料供給部２から供給された造形材料と接触しないように下流側のローラー６を上昇させるとともに、造形材料供給部２から供給された造形材料で層５００を形成できるように上流側のローラー６を所望の位置に配置させる。

次に、ステップＳ１４０で下流側のローラー６の上昇が終了したか否かを制御部１２において判断し、下流側のローラー６の上昇が終了したと判断したら、ステップＳ１５０に進む。ステップＳ１５０では、上流側のローラー６で造形材料を圧縮して均すことで層５００を形成する。図２の一番上の状態図は、Ｘ１方向に供給ユニット８を移動して層５０２を形成している状態を表している。ここで、Ｘ１方向に供給ユニット８を移動して層５００を形成する場合は、第１供給部２Ａから造形材料を供給するとともにローラー６Ａで造形材料を圧縮して均すことで層５００を形成する。一方、Ｘ２方向に供給ユニット８を移動して層５００を形成する場合は、第２供給部２Ｂから造形材料を供給するとともにローラー６Ｂで造形材料を圧縮して均すことで層５００を形成する。

なお、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、下流側のローラー６の上昇が終了してから上流側のローラー６で層５００の形成を開始しているが、このような方法に限定されない。例えば、ステップＳ１４０を省略し、上流側のローラー６で層５００を形成しつつ下流側のローラー６を上昇させてもよい。さらには、上流側のローラー６で層５００の形成を開始した後に下流側のローラー６を上昇させてもよい。図２の真ん中の状態図及び図２の一番下の状態図で表されるように、少なくとも三次元造形物の造形領域Ｐと対向する位置に下流側のローラー６が至る前に該下流側のローラー６が上昇していればよい。

次に、ステップＳ１６０では、層５００における三次元造形物の造形領域Ｐにバインダーを含む液体をヘッド３から吐出する。図２の上から２番目の状態図は、Ｘ１方向に供給ユニット８を移動しつつ層５０２の造形領域Ｐに液体をヘッド３から吐出している状態を表している。ここで、Ｘ１方向に供給ユニット８を移動して層５００を形成する場合は、第１ヘッド３Ａから液体を吐出する。一方、Ｘ２方向に供給ユニット８を移動して層５００を形成する場合は、第２ヘッド３Ｂから液体を吐出する。

そして、ステップＳ１７０でヘッド３からの液体吐出が終了したか否かを制御部１２において判断し、ヘッド３からの液体吐出が終了したと判断したら、ステップＳ１８０で紫外線照射部４から紫外線を照射することで液体に含まれる紫外線硬化樹脂が硬化するエネルギーを付与する。その後、ステップＳ１９０で液体に含まれる紫外線硬化樹脂が硬化する硬化時間が終了したか否かを制御部１２において判断する。なお、図２の上から２番目の状態図はエネルギーの付与を開始した状態を表しており、図２の一番下の状態図はエネルギーの付与を終了した状態を表している。例えば、不図示のタイマーによって図２の一番下の状態図で表される状態からの経過時間を測定することなどにより硬化時間が終了したか否かを判断できる。

そして、ステップＳ２００で、制御部１２において、ステップＳ１１０で入力した造形データに基づく層５００の形成が全て終了したかどうかを判断する。層５００の形成が全て終了していないと判断した場合、ステップＳ１２０に戻り、次の層５００を形成する。一方、層５００の形成が全て終了したと判断した場合、ステップＳ２３０に進む。

ステップＳ２１０では、バインダーなど、ステップＳ１２０からステップＳ２００を繰り返すことで製造された構造体Ｓの樹脂成分を、外部装置などを用いて脱脂する。なお、脱脂の方法は、加熱することにより樹脂成分を揮発させる方法や、溶剤中に構造体Ｓを漬けて樹脂成分を溶解させる方法などがあるが、特に限定はない。なお、樹脂製の三次元造形物を製造する場合など、製造する三次元造形物の種類などによっては、本ステップＳ２１０を省略してもよい。

そして、ステップＳ２２０では、ステップＳ２１０で脱脂がなされた構造体Ｓを外部装置などを用いて加熱して造形材料を焼結する。なお、ステップＳ２１０を実行した後においても構造体Ｓのバインダーなどの樹脂成分が残存していた場合でも、本ステップＳ２２０の実行に伴い該樹脂成分は除去される。そして、本ステップＳ２２０の終了に伴い、本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。なお、ステップＳ２１０と同様、製造する三次元造形物の種類などによっては、本ステップＳ２２０を省略してもよい。

すなわち、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、制御部１２の制御により、三次元造形物の造形時に供給ユニット８をＸ１方向に移動させる際、第１供給部２Ａから粉末を供給し、ローラー６Ａにより粉末を用いて造形テーブル９に層５００を形成し、ヘッド３から造形領域Ｐに液体を吐出し、造形領域Ｐにローラー６Ｂが対向する前にローラー６Ｂを造形テーブル９から離れる方向に移動する。また、三次元造形物の造形時に供給ユニット８をＸ２方向に移動させる際、第２供給部２Ｂから粉末を供給し、ローラー６Ｂにより粉末を用いて造形テーブル９に層５００を形成し、ヘッド３から造形領域Ｐに液体を吐出し、造形領域Ｐにローラー６Ａが対向する前にローラー６Ａを造形テーブル９から離れる方向に移動する。

上記のように、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、第１供給部２Ａ及び第２供給部２Ｂと、ローラー６Ａ及びローラー６Ｂと、ヘッド３と、が１つの供給ユニット８に構成しているので、装置の大型化を抑制している。また、供給ユニット８の往復移動方向において対称となるように、粉末を供給する造形材料供給部２と層５００を形成する形成部であるローラー６とヘッド３とが配置されるので、往方向及び復方向における両方において三次元造形物の構造体Ｓを製造できるので、高速で三次元造形物を製造することができる。さらに、供給ユニット８の往方向及び復方向における両方の移動において、往復移動方向における下流側のローラー６が造形領域Ｐに対向する前に該下流側のローラー６を造形テーブル９から離れる方向に移動するので、製造中の三次元造形物の構造体Ｓとローラー６とが接触することを抑制できる。

また、上記のように、本実施例の三次元造形物の製造装置１においては、液体中のバインダーはエネルギーが付与されることで硬化する樹脂であって、供給ユニット８は該バインダーを硬化させるエネルギー付与部としての紫外線照射部４を有している。このため、エネルギーが付与されることで硬化する樹脂を用いて粉末を強固に結着させることができる。

ここで、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、ヘッド３として、Ｘ方向におけるローラー６Ａ側に設けられた第１ヘッド３Ａと、Ｘ方向におけるローラー６Ｂ側に設けられた第２ヘッド３Ｂと、を有し、紫外線照射部４は、Ｘ方向における第１ヘッド３Ａと第２ヘッド３Ｂとの間に設けられている。このように、供給ユニット８の往復移動方向において対称となる配置で紫外線照射部４が設けられることで、往方向及び復方向における両方においてエネルギーを付与でき、高速で三次元造形物を製造することができる。

また、上記のように、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、層形成部移動部である揺動部７が供給ユニット８のうちの第１層形成部としてのローラー６Ａ及び第２層形成部としてのローラー６Ｂだけを造形テーブル９に対して接離方向に移動させる構成である。このような構成とすることで、第１層形成部及び第２層形成部の移動負荷を低減させることができる。ただし、このような構成に限定されず、供給ユニット８ごと造形テーブル９に対して接離方向に移動させる構成としてもよい。

また、本実施例の三次元造形物の製造装置１においては、第１層形成部及び第２層形成部は、接離方向であるＺ方向及び往復移動方向であるＸ方向とともに交差するＹ方向の回転軸６ａを有するローラー６である。そして、制御部１２は、三次元造形物の造形時に供給ユニット８をＸ１方向に移動させる際、第１層形成部としてのローラー６Ａを、ローラー６Ａの造形テーブル側６ＴがＸ１方向の先頭側に向かうように回転方向Ｒ１（図１参照）に回転し、三次元造形物の造形時に供給ユニット８をＸ２方向に移動させる際、第２層形成部としてのローラー６Ｂを、ローラー６Ｂの造形テーブル側６ＴがＸ２方向の先頭側に向かうように回転方向Ｒ２（図１参照）に回転するように制御することができる。本実施例の三次元造形物の製造装置１は、第１層形成部及び第２層形成部をローラー６とすることで簡単に層形成部を構成しており、ローラー６の造形テーブル側６Ｔが供給ユニット８の移動方向の先頭側に向かうように該ローラー６を回転させることで層５００を高精度の粉末層とすることができる。

［実施例２］
次に、実施例１の三次元造形物の製造装置１とは異なる構成の実施例２の三次元造形物の製造装置１の一例について図４を参照して説明する。なお、図４は、実施例１の三次元造形物の製造装置１における図１に対応する図である。ここで、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、供給ユニット８以外の構成は実施例１の三次元造形物の製造装置１と同様の構成である。このため、構成が共通する部分である供給ユニット８以外の構成の説明は省略する。なお、上記実施例１と共通する構成部材は同じ符号で示している。

上記のように、実施例１の三次元造形物の製造装置１は、供給ユニット８のうちの第１層形成部としてのローラー６Ａ及び第２層形成部としてのローラー６Ｂだけを造形テーブル９に対して接離方向に移動させる層形成部移動部としての揺動部７を備えていた。一方、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、供給ユニット８全体を造形テーブル９に対して接離方向に移動させる層形成部移動部としてのラックアンドピニオン部１７を備えている。本実施例の三次元造形物の製造装置１は、制御部１２の制御により、ラックアンドピニオン部１７により供給ユニット８全体を造形テーブル９に対してＺ方向に移動可能な構成となっている。そして、このような構成であることで、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、第１層形成部及び第２層形成部を個別に移動させる必要性がないので、制御を簡単にできる。なお、本実施例の三次元造形物の製造装置１においては、供給ユニット８を上昇させるタイミングは、供給ユニット８の移動方向における上流側のヘッド３から造形領域Ｐに液体を吐出した後であって造形領域Ｐに供給ユニット８の移動方向における下流側のローラー６が対向する前のタイミングとなる。

また、図４で表されるように、供給ユニット８は、Ｘ方向におけるローラー６の位置を変更可能な間隔調整部５を備えている。そして、間隔調整部５のうちの間隔調整部５ＡによりＸ方向におけるローラー６Ａとヘッド３との間隔を調整可能であり、間隔調整部５ＢによりＸ方向におけるローラー６Ｂとヘッド３との間隔を調整可能である。別の表現をすると、供給ユニット８の移動方向における上流側のヘッド３から下流側のローラー６までの距離を調整可能である。このため、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、形成する三次元造形物の構造体Ｓの大きさなどに応じて、Ｘ方向におけるローラー６Ａとヘッド３との間隔及びＸ方向におけるローラー６Ｂとヘッド３との間隔を最適化することができる。

［実施例３］
次に、実施例１及び実施例２の三次元造形物の製造装置１とは異なる構成の実施例３の三次元造形物の製造装置１の一例について図５を参照して説明する。なお、図５は、実施例１の三次元造形物の製造装置１における図１、並びに、実施例２の三次元造形物の製造装置１における図４に対応する図である。ここで、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、供給ユニット８以外の構成は実施例１及び実施例２の三次元造形物の製造装置１と同様の構成である。詳細には、実施例１の三次元造形物の製造装置１に対して、紫外線照射部４を複数備えることのみが異なる構成である。このため、構成が共通する部分である供給ユニット８以外の構成の説明は省略する。なお、上記実施例１及び実施例２と共通する構成部材は同じ符号で示している。

図４で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、エネルギー付与部としての紫外線照射部４として、第１エネルギー付与部４Ａと第２エネルギー付与部４Ｂとを有している。このため、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、例えば、異なる種類のエネルギーを使用できるので、硬化特性の異なる複数のバインダーを用いた場合などにおいて、特に効果的に、三次元造形物の構造体Ｓにエネルギーを付与することができる。

［実施例４］
次に、実施例１から実施例３の三次元造形物の製造装置１とは異なる構成の実施例４の三次元造形物の製造装置１の一例について図６を参照して説明する。なお、図６は、実施例１の三次元造形物の製造装置１における図１、実施例２の三次元造形物の製造装置１における図４、並びに、実施例３の三次元造形物の製造装置１における図５に対応する図である。ここで、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、供給ユニット８以外の構成は実施例１から実施例３の三次元造形物の製造装置１と同様の構成である。このため、構成が共通する部分である供給ユニット８以外の構成の説明は省略する。なお、上記実施例１から実施例３と共通する構成部材は同じ符号で示している。

図６で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、エネルギー付与部を有さず、ヘッド３を１つのみ有している。なお、本実施例のヘッド３から吐出される液体に含まれるバインダーは、固体の樹脂が揮発性の溶媒に溶解された状態の液体である。このような液体を使用する場合、液体中の溶媒を自然乾燥させることができるので、エネルギー付与部を有さなくても三次元造形物の構造体Ｓを形成できる。また、エネルギー付与部を有さない構成であれば、ヘッド３を１つのみ有する構成であっても、Ｘ方向において構成部材の形状が対称となる。このため、本実施例の三次元造形物の製造装置１も、供給ユニット８をＸ１方向に移動させつつ三次元造形物の造形動作を実行できるとともに、供給ユニット８をＸ２方向に移動させつつ三次元造形物の造形動作を実行できる。

本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１…三次元造形物の製造装置、２…造形材料供給部（層形成部）、２Ａ…第１供給部、
２Ｂ…第２供給部、３…ヘッド、３Ａ…第１ヘッド、３Ｂ…第２ヘッド、
４…紫外線照射部（エネルギー付与部）、４Ａ…第１エネルギー付与部、
４Ｂ…第２エネルギー付与部、５…間隔調整部、５Ａ…間隔調整部、
５Ｂ…間隔調整部、６…ローラー（層形成部）、６ａ…回転軸、
６Ａ…ローラー（第１層形成部）、６Ｂ…ローラー（第２層形成部）、
６Ｔ…造形テーブル側、７…揺動部（層形成部移動部）、７ａ…揺動軸、
８…供給ユニット、９…造形テーブル、９ａ…造形面、１０…テーブルユニット、
１０ａ…上面部、１１…ガイドバー、１２…制御部、
１７…ラックアンドピニオン部（層形成部移動部）、２０…外部装置、
５００…層（粉末層）、５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎ…層、Ｐ…造形領域、
Ｓ…構造体

Claims (8)

1. 造形テーブルと、
   粉末を供給する第１供給部及び第２供給部と、前記粉末を用いて前記造形テーブルに粉末層を形成する第１層形成部及び第２層形成部と、前記粉末層における三次元造形物の造形領域にバインダーを含む液体を吐出する少なくとも１つのヘッドと、を有し、前記造形テーブルに対して往復移動するユニットと、
   前記第１層形成部及び第２層形成部を前記造形テーブルに対して接近する方向及び離れる方向である接離方向に移動可能な層形成部移動部と、
   前記層形成部移動部、前記ユニット及び前記造形テーブルを制御する制御部と、を備え、
   前記ユニットは、前記ユニットの往復移動方向における往方向における先頭側から順に、前記第１供給部、前記第１層形成部、前記ヘッド、前記第２層形成部、前記第２供給部となるように配置され、
   前記制御部は、
   三次元造形物の造形時に前記ユニットを前記往方向に移動させる際、前記第１供給部から前記粉末を供給し、前記第１層形成部により前記粉末を用いて前記造形テーブルに前記粉末層を形成し、前記ヘッドから前記造形領域に前記液体を吐出し、前記造形領域に前記第２層形成部が対向する前に前記第２層形成部を前記造形テーブルから離れる方向に移動するように制御し、
   三次元造形物の造形時に前記ユニットを前記往復移動方向における復方向に移動させる際、前記第２供給部から前記粉末を供給し、前記第２層形成部により前記粉末を用いて前記造形テーブルに前記粉末層を形成し、前記ヘッドから前記造形領域に前記液体を吐出し、前記造形領域に前記第１層形成部が対向する前に前記第１層形成部を前記造形テーブルから離れる方向に移動するように制御することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
2. 請求項１に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記バインダーは、エネルギーが付与されることで硬化する樹脂であって、
   前記ユニットは、前記バインダーを硬化させる少なくとも１つのエネルギー付与部を有することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
3. 請求項２に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記ヘッドとして、前記往復移動方向における前記第１層形成部側に設けられた第１ヘッドと、前記往復移動方向における前記第２層形成部側に設けられた第２ヘッドと、を有し、
   前記エネルギー付与部は、前記往復移動方向における前記第１ヘッドと前記第２ヘッドとの間に設けられることを特徴とする三次元造形物の製造装置。
4. 請求項２または３に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記エネルギー付与部として、第１エネルギー付与部と第２エネルギー付与部とを有することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記層形成部移動部は、前記ユニットのうちの前記第１層形成部及び前記第２層形成部だけを前記造形テーブルに対して前記接離方向に移動させる構成であることを特徴とする三次元造形物の製造装置。
6. 請求項１から４のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記層形成部移動部は、前記ユニットごと前記造形テーブルに対して前記接離方向に移動させる構成であることを特徴とする三次元造形物の製造装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記第１層形成部及び前記第２層形成部は、前記接離方向及び前記往復移動方向とともに交差する方向の回転軸を有するローラーであり、
   前記制御部は、
   三次元造形物の造形時に前記ユニットを前記往方向に移動させる際、前記第１層形成部を、前記第１層形成部の前記造形テーブル側が前記往方向の先頭側に向かうように回転し、
   三次元造形物の造形時に前記ユニットを前記復方向に移動させる際、前記第２層形成部を、前記第２層形成部の前記造形テーブル側が前記復方向の先頭側に向かうように回転するように制御することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記往復移動方向における前記第１層形成部と前記ヘッドとの間隔及び前記往復移動方向における前記第２層形成部と前記ヘッドとの間隔を調整可能に構成されていることを特徴とする三次元造形物の製造装置。
   

Images