JP2022026528A - 立体造形物の製造方法及び立体造形物の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の温度の粉末を造形部の最上面に供給することができる立体造形物の製造方法の提供。【解決手段】粉末を用いて立体造形物を製造する製造方法において、造形部に供給する前記粉末を加温する加温工程と、加温した前記粉末を前記造形部に供給する供給工程と、を含み、前記加温工程において前記粉末を加温する温度を前記造形部の最上面の前記粉末の温度近傍となるように制御する、立体造形物の製造方法である。【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、立体造形物の製造方法及び立体造形物の製造装置に関する。

粉末床溶融（ＰＢＦ：ｐｏｗｄｅｒ ｂｅｄ ｆｕｓｉｏｎ）方式は、選択的にレーザーを照射して立体造形物を形成するＳＬＳ（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｌｅｓｅｒ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）方式や、マスクを使い平面状にレーザーを当てるＳＭＳ（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｍａｓｋ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）方式などが知られている。

例えば、造形部と粉末貯留部が並列し、粉末貯留部の下部にあるステージを所定量押し上げ、同時に造形部の下部にあるステージを所定量下げ、ローラーを粉末貯留部側から造形部側に移動させることによって造形部最上面に粉末を供給する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

本発明は、所望の温度の粉末を造形部の最上面に供給することができる立体造形物の製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段としての本発明の立体造形物の製造方法は、粉末を用いて立体造形物を製造する製造方法において、造形部に供給する前記粉末を加温する加温工程と、加温した前記粉末を前記造形部に供給する供給工程と、を含み、前記加温工程において前記粉末を加温する温度を前記造形部の最上面の前記粉末の温度近傍となるように制御する。

本発明によると、所望の温度の粉末を造形部の最上面に供給することができる立体造形物の製造方法を提供することができる。

図１Ａは、従来技術の立体造形物の製造装置の一例を示す概略説明図である。 図１Ｂは、従来技術の立体造形物の製造装置の他の一例を示す概略説明図である。 図１Ｃは、従来技術の立体造形物の製造装置の他の一例を示す概略説明図である。 図１Ｄは、従来技術の立体造形物の製造装置の他の一例を示す概略説明図である。 図２Ａは、本発明の立体造形物の製造装置の一例を示す概略説明図である。 図２Ｂは、本発明の立体造形物の製造装置の他の一例を示す概略説明図である。 図２Ｃは、本発明の立体造形物の製造装置の他の一例を示す概略説明図である。 図２Ｄは、本発明の立体造形物の製造装置の他の一例を示す概略説明図である。 図２Ｅは、本発明の立体造形物の製造装置の他の一例を示す概略説明図である。 図３Ａは、本発明の立体造形物の製造方法において粉末層（薄層）の温度分布を制御する方法の一例を説明する概略説明図である。 図３Ｂは、本発明の立体造形物の製造方法において粉末層（薄層）の温度分布を制御する方法の他の一例を説明する概略説明図である。 図４Ａは、本発明の立体造形物の製造装置の他の一例を示す概略説明図である。 図４Ｂは、本発明の立体造形物の製造装置の他の一例を示す概略説明図である。

（立体造形物の製造方法及び立体造形物の製造装置）
本発明の立体造形物の製造方法は、粉末を用いて立体造形物を製造する製造方法において、造形部に供給する前記粉末を加温する加温工程と、加温した前記粉末を前記造形部に供給する供給工程と、を含み、前記加温工程において前記粉末を加温する温度を前記造形部の最上面の前記粉末の温度近傍となるように制御し、更に必要に応じてその他の工程を含む。
本発明の立体造形物の製造装置は、粉末を用いて立体造形物を製造する製造装置において、造形部に供給する前記粉末を加温する加温手段と、加温した前記粉末を前記造形部に供給する供給手段と、を有し、前記加温手段において前記粉末を加温する温度を前記造形部の最上面の前記粉末の温度近傍となるように制御し、更に必要に応じてその他の手段を有する。
本発明の立体造形物の製造方法は、本発明の立体造形物の製造装置によって好適に実施することができ、前記加温工程は前記加温手段によって好適に実施することができ、前記供給工程は前記供給手段により好適に実施することができ、前記その他の工程は前記その他の手段により好適に実施することができる。

従来の技術について、例えば、図１Ａに示すように、粉末貯留部の粉末を造形部へ供給する前に加温はしているものの、前記粉末のリコート性を維持するために、造形部の粉末の温度よりも約１０℃以上低い温度までしか加温することができず、造形部へ供給する粉末の温度が低いことに起因する立体造形物の反りの発生が抑制できない場合があるという問題がある。

また、従来の技術では、例えば、図１Ｂに示すように、粉末貯留部内に不活性気体を注入することによって粉末貯留部内の粉末を流動化させているが、粉末貯留部内の粉末が常時加温されているため、長時間の加温によって粉末の物性変化（例えば、樹脂粉末である場合には結晶化度が変化すること）などが生じてしまう場合があり、製造する立体造形物において所望の物性が得られない場合があるという問題がある。さらにこの場合には、粉末貯留部と平滑化部材を兼ね備え、多くの粉末を収容しながら造形部上を移動するため、造形部の最上面の粉末表面が荒れたり、製造中の造形物を引きずってしまう場合があるという問題がある。図１Ｃは図１Ｂに示す装置構成において、平滑化部材が抱える粉末の量が少なくなるようにし、ガス注入せずに造形部に粉末を供給する以外はほぼ同様である。図１Ｃに示す従来技術においては、図１Ｂに示す技術に対して平滑化部材が抱える粉末の量が減るため、粉面荒れや造形物の引きずりは生じにくくはなるが、粉末貯留部で粉末の凝集が生じるの防止するため、加温する温度を造形部の粉末と同程度まで上げることが難しいという問題がある。なお、図１Ｂでは、リコート装置１１１の移動方向側に粉末Ｐを吐出する吐出口を設けているが、この場合には、吐出口に粉末Ｐが詰まりやすいという問題もある。
さらに、従来の技術では、粉末貯留部は相応の大きさを持った空間を外壁からの直接加温や上方からの間接加温により昇温するため、粉末貯留部内の粉末の温度ばらつきが大きいという問題がある。また、温度が高い粉末が含まれる場合には、粉末の凝集が発生してリコート性が悪化したり、供給した粉末が溶融させたくない領域でも溶融してしまって造形精度が悪化する場合がある。一方、温度が低い粉末が含まれる場合には、造形部最上面の温度低下によって造形物が反り返ったり、溶融させる領域の溶融度が不足して所望の性能の造形物を得ることが難しい場合がある。

さらに、図１Ｄに示すような従来技術の場合、粉末貯留部での加温は必要ないため、粉末貯留部内での凝集や品質変化は発生しない。また、排出した粉末を造形部最上面温度まで加温してから造形部上に供給するため、造形部最上面の温度低下も起こらない。しかしながら、１層ごとに排出した塊状の粉末を加温することは生産性が悪い上に、塊状内側が温まりにくく冷めにくいため温度ばらつきも大きいという場合があるという問題がある。また、造形部最上面の温度まで昇温することで凝集した塊状の粉末をほぐしながらリコートしなければならないため、粉面荒れや造形物引きずりが発生しやすい場合があるという問題がある。

本発明者は、これらの問題点について鋭意検討したところ、前記粉末を前記造形部の最上面の粉末の温度近傍まで加温してから粉末を前記造形部に供給することで、所望の温度で粉末を造形部の最上面に供給することができることを見出した。これにより、粉末が均一に加温されるため、変質がなく、温度ムラのない粉末を供給することができた。
なお、本発明において、変質とは、その物質の構造、分子量などが変化することを意味する。変質していることを確認する方法としては、例えば、質量分析などによってもとの物質から質量が変化していることを確認する方法などが挙げられる。
なお、本発明において、温度ムラとは、供給する粉末を異なる領域（例えば、加温した領域の端部、中央部、中心部など）の任意の１０点における温度の中央値からの誤差が±５℃以上であることを意味する。本発明において、加温とは、供給する粉末を異なる領域（例えば、加温した領域の端部、中央部、中心部など）の任意の１０点における温度の中央値からの誤差が±５℃以内になるように加温することを意味する。これによって粉末が所望の温度近傍まで均一に加温される。

＜＜加温工程及び加温手段＞＞
前記加温工程は、造形部に供給する前記粉末を加温する工程である。
前記加温手段は、造形部に供給する前記粉末を加温する手段である。
前記加温工程は、前記加温手段により好適に実施することができる。
前記粉末の材質としては、立体造形物の製造に従来用いられているものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、樹脂、金属、セラミックスなどが挙げられる。これらは１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。これらの中でも樹脂が好ましい。

前記加温工程は、前記加温工程において前記粉末を加温する温度を前記造形部の最上面の前記粉末の温度近傍となるように制御し、加温することができれば特に制限はなく、目的応じて適宜選択することができる。
前記加温工程において前記粉末を加温する温度を前記造形部の最上面の前記粉末の温度近傍となるように制御する方法としては、特に制限はなく、例えば、造形部の最上面の温度を測定し、測定した温度に基づき前記加温手段の温度を設定するフィードバック制御などが挙げられる。
前記造形部の最上面の前記粉末の温度としては、前記粉末の融点よりも１０℃低い温度（Ｔ_１）以上、前記粉末の融点（Ｔｍ）未満が好ましい。前記造形部の最上面の前記粉末の温度がこの範囲であると、造形領域以外の粉末が溶融せず、かつ造形物の反りの発生を抑制する効果を向上することができる。
なお、融点（Ｔｍ）とは、ＩＳＯ ３１４６（プラスチック転移温度測定方法、ＪＩＳ Ｋ７１２１）に準拠して、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を用いて測定することができ、複数の融点が存在する場合は、高温側の融点を使用することができる。

前記粉末を加温する温度（前記造形部の最上面の前記粉末の温度近傍）は、前記造形部の最上面の前記粉末の温度より５℃低い温度（Ｔ_２）以上、前記造形部の最上面の前記粉末の温度より５℃高い温度（Ｔ_３）以下であることが好ましい。前記粉末を加温する温度（前記造形部の最上面の前記粉末の温度近傍）が、この範囲にあると、前記造形部の最上面の粉末の温度低下を抑制することができ、製造する造形物の反りが発生することを抑制することができる。
なお、前記粉末を加温する温度とは、加温手段により加温された前記粉末を非接触で測定した温度を意味する。

前記加温工程としては、例えば、前記粉末を粉末貯留部から所定の厚みの粉末層となるように搬送手段上に配し、前記搬送手段上の前記粉末を加温する方法などが挙げられる。
前記加温する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記搬送手段に接するように備えられた加温手段を用いて搬送手段を加温することで粉末を加温する方法、前記搬送手段上に配された前記粉末に電磁照射する方法などが挙げられる。

前記粉末貯留部としては、特に制限はなく、目的に応じ適宜選択することができ、例えば、連続的に一定量の粉末を排出できればよく、ホッパーに振動機構を備えたものなどが挙げられる。

前記粉末層の平均厚みとしては、均一加温や平滑化部材で抱える粉末の量を抑制する観点から、５００μｍ以下とすることが好ましい。下限は特にないが、粒子の大きさが小さくても１０μｍ程度であることから、１０μｍ以上であることが好ましい。
平滑化部材は、前記造形部の最上面の前記粉末の粉面をならすことができればよく、ローラーやブレードが用いられる。粉面荒れや造形物引きずりを起こしにくい点で、ローラーの方が好ましい。また、前記平滑化部材は、造形部だけでなく、前記搬送手段上に設けることがより好ましい。
なお、前記粉末層の平均厚みは、搬送手段上に配された粉末の任意の１０点を測定した厚みの平均値を意味する。
前記粉末層の平均厚みを制御する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、搬送手段上に供給する前記粉末の供給量を制御する方法、搬送手段上に設けた平滑化部材と搬送手段との間隔を調整する方法などが挙げられる。前記搬送手段上に供給する前記粉末の供給量を制御する方法においては、造形する立体造形物の造形データに基づき粉末の供給量を制御する、前記造形部に供給した前記粉末の最上面の面高さに応じて供給する前記粉末層の厚みを制御することが好ましい。なお、前記造形部に供給した前記粉末の最上面の面高さとは、前記造形部に存在する造形部のステージから最上面までの高さを意味する。

前記搬送手段としては、排出された粉末を一定速度で搬送できればよく、振動板やベルトコンベアなどが用いられる。振動板を用いたほうが、排出された粉末がならされるため好ましい。なお、本明細書においては、前記粉末貯留部及び搬送手段が一体化したものをリコート装置と称することがある。

前記加温手段としては、例えば、前記搬送手段に接するように備えられた加温手段、電磁照射手段などが挙げられる。
前記電磁照射手段としては、例えば、ＣＯ_２レーザー、赤外照射源、マイクロウエーブ発生器、放射加温器、ＬＥＤランプ等、又はこれらの組合せなどがある。粉末が樹脂粒子である場合には、光熱変換効率の観点から、ＣＯ_２レーザー、赤外照射源が好ましい。また、薄層に対して面照射する場合は、装置が複雑となることを回避するために、赤外照射源を用いることが好ましい。
前記搬送手段に備えられた前記加温手段は、あってもなくてもよく、前記電磁照射手段だけで加温してもよい。前記電磁照射手段のコストの観点から、搬送手段に備えられた加温手段を併用することが好ましい。ただし、粉末の溶融を回避するため、搬送手段の加温による粉末の温度は、粉末の融点よりも低くする必要があり、また、搬送中の粉末層の流動性を確保できる温度にとどめる必要がある。例えば、粉末がポリアミド１２であれば、搬送手段の加温手段を１３０℃とすることで、粉末の流動性を確保できる。粉末貯留部を加温する手段も考えられるが、温度ばらつきの観点から、粉末層形成後に加温することが好ましい。
例えば、粉末としてポリアミド１２を用い、粉末層の平均厚みを１００μｍ、粉末層の被照射部における平均エネルギー密度を５Ｗ／ｍｍ^２、粉末の搬送速度を７５ｍｍ／ｓ、搬送手段の加温手段を１３０℃としたとき、粉末層の温度は、造形部最上面に供給される直前部分で非接触の温度測定計（例えば、サーモカメラなど）で測定したところ１８０℃となった。
このことから、生産性の観点から、電磁照射手段のエネルギー密度としては、粉末層の被照射部における平均エネルギー密度を５Ｗ／ｍｍ^２以上とすることが好ましい。

前記加温の方法としては、さらに、造形する立体造形物の造形データに基づき前記粉末層に温度分布を持たせて加温することが好ましく、前記造形部の最上面の前記粉末の温度分布に基づき前記粉末層の温度分布を制御することがより好ましい。
前記造形部の最上面の前記粉末の温度分布に基づき前記粉末層の温度分布を制御することによって、造形部における最上面の温度を均一に維持することができる。粉末層を固化させて造形した造形層（層状造形物）の積層を繰り返すことにより立体造形物を造形する装置では、造形物としたい領域をエネルギー照射手段により溶融させ、造形物としない領域にはエネルギー照射しない。このため、エネルギー照射した領域は、エネルギー照射していない領域よりも温度が高い状態となる。このため、次の層の造形部最上面の温度をより均一に保つためには、エネルギー照射した領域に対しては、エネルギー照射で昇温した分を打ち消すように、意図的に温度を低くすることが好ましい。
造形する立体造形物の造形データに基づき前記粉末層に温度分布を持たせて加温する方法としては、例えば、前記電磁照射手段の出力を加温させたい領域と、温度を下げたい領域とで変化させて加温する方法などが挙げられる。

上述の加温する手段による制御とは異なる前記粉末層に温度分布を持たせる方法としては、例えば、前記電磁照射手段の下流に温度を低下させるための液を付与する液体吐出手段を備え、温度を低下させたい前記粉末層の領域に液体を付与する方法などが挙げられる。前記液体吐出手段を用いることにより、前記造形部の最上面における前記粉末の温度分布を容易に制御することができる。
前記液としては、前記粉末の物性に影響を与えないものであれば特に制限なく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水などが挙げられる。

＜＜供給工程及び供給手段＞＞
前記供給工程は、加温した前記粉末を前記造形部に供給する工程である。
前記供給手段は、加温した前記粉末を前記造形部に供給する手段である。
前記供給工程は前記供給手段により好適に実施することができる。
前記供給手段としては、前記加温手段が搬送手段と加温手段とを有する場合には、前記加温手段と前記供給手段とは同一のものとすることができる。
前記供給手段が、前記搬送手段である場合、前記粉末層を層の形状のまま前記造形部に供給することが好ましい。このようにすることによって、加温した前記粉末を前記造形部に順次積層することができるため、生産性を向上させることができる。
前記粉末を粉末層のまま造形部最上面に供給する際には、搬送手段の搬送速度がリコート装置（粉末貯留部及び搬送手段）の移動速度と一致する。生産性観点から、リコート装置の移動速度はできるだけ早いほうが好ましい。

以下、図面参照して本発明の実施形態について説明する。なお、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

図２Ａは、本発明の立体造形物の立体造形物の製造装置の一例を示す概略説明図である。
図２Ａに示す立体造形物の製造装置は、粉末１１１を貯留する粉末貯留部１２１と、粉末を加温する加温部としての搬送手段１２２及び加温手段１２３と、造形部１２４と、造形部１２４上に供給された粉末１１１を平滑化する平滑化部材１２５と、造形部１２４の最上面に供給された粉末を加温する加温手段１２６とを有する。
図２Ａに示す立体造形物の製造装置においては、粉末貯留部１２１と搬送手段１２２が一体化されたリコート装置が、造形部１２４上を移動することで造形部最上面に粉末を供給する。
粉末貯留部１２１から連続的に排出された粉末は、搬送手段１２２上を薄層状態（粉末層１１２）で搬送され、さらに搬送手段１２２に備えられた加温手段１２３により造形部の最上面の粉末の温度近傍まで加温され、造形部１２４上に供給される。
造形部の最上面の粉末の温度は、造形部上に固定された加温手段（ヒーター）１２６によって制御される。
また、本方法では、必須ではないが、平滑化部材（スプレッダ）１２５を用いることもできる。供給された粉末は、平滑化部材（スプレッダ）１２５によってならされる。

図２Ｂは、本発明の立体造形物の製造装置の他の一例を示す概略説明図である。
図２Ｂに示す立体造形物の製造装置は、図２Ａに示す装置において粉末層１１２の加温手段として、加温手段１２３に加えて電磁照射手段１２３´を有している。電磁照射手段１２３´は、搬送手段１２２の上部から粉末層１１２に対して電磁線を照射し、粉末層１１２を加温する。電磁照射手段１２３´は、粉末貯留部１２１、搬送手段１２２と一体となって、造形部１２４上を移動する。
搬送手段１２２に備えられた加温手段１２３は、あってもなくてもよく、電磁照射手段１２３´だけで加温してもよい。

図２Ｃは、本発明の立体造形物の製造装置の他の一例を示す概略説明図である。
図２Ｃに示す立体造形物の製造装置は、図２Ｂに示す装置において、粉末貯留部１２１と電磁照射手段１２３´との間に、平滑化部材１２７を有している。平滑化部材１２７を粉末貯留部１２１と電磁照射手段１２３´との間に有することによって、粉末貯蓄部１２１から排出されて薄層となった粉末の表面をならし、より均一な面の薄層を得ることができる。
また、平滑化部材１２７と搬送手段１２２と間隔を調整することにより、粉末貯留部１２１からの粉末の排出量にばらつきがあったとしても、所望の厚みで均一な厚みの粉末層を得ることができる。

図２Ｄは、本発明の立体造形物の製造装置の他の一例を示す概略説明図である。
図２Ｄに示す立体造形物の製造装置は、図２Ｃに示す装置において、間欠的に定量の粉末を排出するタイプの粉末貯留部１２１を有している。図２Ｃで説明したように、粉末貯留部１２１と電磁照射手段１２３´との間に、平滑化部材１２７を有している場合には、粉末貯留部１２１からの排出量は、連続的に一定である必要がない。一層を形成するだけの粉末を一層ごとに排出するようにすれば、粉末供給部１２１をリコート装置と一体とする必要がなくなる。つまり、粉末貯留部１２１をリコート装置から切り離して、装置内に固定化できる。粉末貯留部がリコート装置から切り離せると、リコート装置自体が軽量化され、機械的負荷を軽減できる。

図２Ｅは、本発明の立体造形物の製造装置の他の一例を示す概略説明図である。
図２Ｅに示す立体造形物の製造装置は、図２Ｃに示す装置において、温度測定装置１２８を有している。温度測定装置１２８を用いて搬送手段１２２に配された粉末１１１の温度を測定することによって、温度分布を形成する場合において、造形部最上面の温度分布に加え、薄層の温度分布もフィードバック制御することで、より精度よく温度分布を制御できる。

図３Ａは、本発明の立体造形物の製造方法において粉末層（薄層）の温度分布を制御する方法の一例を説明する概略説明図である。
粉末層を固化させて造形した造形層（層状造形物）の積層を繰り返すことにより立体造形物を造形する装置では、造形物としたい領域をエネルギー照射手段により溶融させ、造形物としない領域にはエネルギー照射しない。このため、エネルギー照射した領域は、エネルギー照射していない領域よりも温度が高い状態となる。例えば、図３Ａに示すように、Ｒという文字の領域にエネルギー照射した場合、Ｒという文字の領域の温度が高くなっている。このため、次の層の造形部最上面の温度をより均一に保つためには、エネルギー照射した領域に対しては、エネルギー照射で昇温した分を打ち消すように、意図的に温度を低くすることが好ましい。（図３Ａの２０１）また、こうすることで、エネルギー照射した領域の次の層の粉末がエネルギー照射なしに溶融することを抑制できるため、造形物の精度が向上する。
薄層の面内で温度分布を形成する手段としては、電磁照射手段１２３´の出力を変化させる方法がある。あらかじめ造形部最上面の温度分布をサーモカメラ等の温度測定装置で検出しておき、温度が高い領域に対して供給される部分の粉末に電磁照射手段１２３´から与えるエネルギー量を調整する。あるいは、電磁照射手段を薄層の搬送方向に並列させ、薄層全面を加温するものと、前層の造形部最上面でエネルギー照射されなかった領域を加温するものを組み合わせてもよい。電磁照射手段は、薄層の搬送方向と垂直な方向に単子を並べたラインタイプであると好ましい。こうすることで、薄層の搬送方向と垂直な方向にも温度分布を制御することができる。
電磁照射手段の上流側に温度測定装置１２８があってもよい。造形部最上面の温度分布に加え、薄層の温度分布もフィードバック制御することで、より精度よく温度分布を制御できる。
また、造形データから造形部でのエネルギー照射領域を判別して電磁照射手段のエネルギー量調整を行ってもよい。

図３Ｂは、本発明の他の一例における粉末層（薄層）の温度分布を制御する方法を説明する概略説明図である。図３Ａとの違いは、電磁照射手段１２３´の下流側に、粉末層の温度を低下させるための液体吐出装置１２９があることである。
図３Ａの方法では、薄層の搬送方向と垂直な方向にも温度分布を持たせる際に、単子のサイズが解像度の限界となる。一方、図３Ｂのように液体吐出装置１２９を有すると、より精密に薄層の搬送方向と垂直な方向にも温度分布を制御することができる。

図４Ａは、本発明の立体造形物の製造方法における粉末層（薄層）の厚みを制御する方法の一例を説明する概略説明図である。
図３Ａの説明のとおり、本装置では、造形物としたい領域を図示しないエネルギー照射手段により溶融させ、造形物としない領域にはエネルギー照射しない。このとき、溶融した領域Ａは、造形部最上面から沈み込むため、図４Ａのような凹凸が生じる。凹凸が生じている面に対して、次の層の薄層を供給する時、凹んだ部分に対しては凹んだ分だけ多くの粉末を供給することが好ましい。こうすることで、スプレッダの抱える粉末の量をスプレッダ移動方向の上流から下流にかけて均一にでき、より均一な面が得られる。
粉末層の量を制御する方法としては、例えば、ホッパーの振動強さを変化させることが挙げられる。造形部最上面の凹凸形状を測定する装置１３１を用い、凹んだ部分に対して供給される部分は振動を強くして粉末量を増量することができる。また、造形データからエネルギー照射領域を判別して振動強さの調整を行ってもよい。粉末量を増やした領域に対しては、電磁照射手段１２３´の出力を増加するように調整することが好ましい。こうすることにより、粉末量が変わっても、粉末の温度分布を制御することができる。電磁照射手段１２３´の上流に凹凸形状を測定する装置２を加え、凹凸形状により出力を制御することもできる。

図４Ｂは、本発明の立体造形物の製造方法における粉末層（薄層）の厚みを制御する方法の他の一例を説明する図である。図４Ｂに示す立体造形物の製造装置は、図４Ａに示す装置において粉末供給部１２１及び粉末供給部１３２を有する。
図４Ｂに示すように粉末供給部を２つ有することによって、造形部において粉末の供給量を多くしたい領域にだけ、粉末供給部１３４から粉末を排出するように制御することができる。

以上、示したように、本発明では、粉末貯留部を造形部の最上面粉末の温度まで加温する必要はないため、粉末貯留部内での粉末の凝集や品質変化を回避できる。
さらに、粉末の流動性が確保できる温度とすることができるため、粉末貯留部から計量性よく粉末を排出できる。
また、造形部上に供給される前に搬送装置で搬送中に造形部最上面温度近傍まで加温されるため、造形部最上面温度の低下が起こらない。
さらに、塊状ではなく薄層状にしてから面で粉末を加温するため、従来の方法に比べて供給する粉末の温度ばらつきを抑制することができる。
また、粉末層（薄層）状のまま造形部最上面に供給すれば、平滑化部材（スプレッダ）が抱える粉末は平滑化部材（スプレッダ）の移動方向上流側から下流側まで一定かつ少ないため、粉面荒れや造形物引きずりを生じにくくすることができる。

本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
＜１＞ 粉末を用いて立体造形物を製造する製造方法において、
造形部に供給する前記粉末を加温する加温工程と、
加温した前記粉末を前記造形部に供給する供給工程と、を含み、
前記加温工程において前記粉末を加温する温度を前記造形部の最上面の前記粉末の温度近傍となるように制御する、ことを特徴とする立体造形物の製造方法である。
＜２＞ 前記加温工程が前記粉末により所定の厚みの粉末層を形成することを含む、前記＜１＞に記載の立体造形物の製造方法である。
＜３＞ 前記供給工程において、前記粉末層を層の形状のまま前記造形部に供給する、前記＜２＞に記載の立体造形物の製造方法である。
＜４＞ 前記造形部の最上面の前記粉末を平滑化部材で平滑化する平滑化工程を更に含む、前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜５＞ 造形する立体造形物の造形データに基づき、供給する前記粉末層の厚みを制御する、前記＜２＞から＜４＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜６＞ 前記造形部の最上面の面高さに応じて供給する前記粉末層の厚みを制御する、前記＜２＞から＜５＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜７＞ 前記粉末層の平均厚みが５００μｍ以下である、前記＜２＞から＜６＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜８＞ 前記造形部の最上面の前記粉末の温度が、前記粉末の融点よりも１０℃低い温度（Ｔ_１）以上、前記粉末の融点（Ｔｍ）未満である、前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜９＞ 前記粉末を加温する温度が、前記造形部の最上面の前記粉末の温度より５℃低い温度（Ｔ_２）以上、前記造形部の最上面の前記粉末の温度より５℃高い温度（Ｔ_３）以下である、前記＜１＞から＜８＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜１０＞ 前記粉末が樹脂を含む、前記＜１＞から＜９＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜１１＞ 造形する立体造形物の造形データに基づき前記粉末層に温度分布を持たせて加温する、前記＜２＞から＜１０＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜１２＞ 前記造形部の最上面の前記粉末の温度分布に基づき前記粉末層の温度分布を制御する、前記＜１１＞に記載の立体造形物の製造方法である。
＜１３＞ 液体を付与して前記粉末層の温度分布を制御する、前記＜１１＞から＜１２＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜１４＞ 粉末を用いて立体造形物を製造する製造装置において、
造形部に供給する前記粉末を加温する加温手段と、
加温した前記粉末を前記造形部に供給する供給手段と、を有し、
前記加温手段において前記粉末を加温する温度を前記造形部の最上面の前記粉末の温度近傍となるように制御する、ことを特徴とする立体造形物の製造装置である。
＜１５＞ 前記造形部の最上面の前記粉末を平滑化する平滑化部材を有する、前記＜１４＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜１６＞ 前記平滑化部材がローラーである、前記＜１５＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜１７＞ 前記加温手段が電磁照射手段である、前記＜１４＞から＜１６＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜１８＞ 前記造形部の最上面における前記粉末の温度分布を制御する液体吐出手段を有する、前記＜１４＞から＜１７＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。

前記＜１＞から＜１３＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法、及び前記＜１４＞から＜１８＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置は、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。

特開２０１９－０８４８１６号公報

１１１ 粉末
１１２ 粉末層
１２１ 粉末貯留部
１２２ 搬送手段
１２３ 加温手段
１２３´ 電磁照射手段
１２４ 造形部
１２５ 平滑化部材
１２６ 加温手段
１２７ 平滑化部材
１２８ 非接触温度測定装置
１２９ 液滴吐出装置
１２９´ 液滴
１３１ 厚み測定装置
１３２ 粉末貯留部

Claims (18)

1. 粉末を用いて立体造形物を製造する製造方法において、
   造形部に供給する前記粉末を加温する加温工程と、
   加温した前記粉末を前記造形部に供給する供給工程と、を含み、
   前記加温工程において前記粉末を加温する温度を前記造形部の最上面の前記粉末の温度近傍となるように制御する、ことを特徴とする立体造形物の製造方法。
2. 前記加温工程が前記粉末により所定の厚みの粉末層を形成することを含む、請求項１に記載の立体造形物の製造方法。
3. 前記供給工程において、前記粉末層を層の形状のまま前記造形部に供給する、請求項２に記載の立体造形物の製造方法。
4. 前記造形部の最上面の前記粉末を平滑化部材で平滑化する平滑化工程を更に含む、請求項１から３のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
5. 造形する立体造形物の造形データに基づき、供給する前記粉末層の厚みを制御する、請求項２から４のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
6. 前記造形部の最上面の面高さに応じて供給する前記粉末層の厚みを制御する、請求項２から５のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
7. 前記粉末層の平均厚みが５００μｍ以下である、請求項２から６のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
8. 前記造形部の最上面における前記粉末の温度が、前記粉末の融点よりも１０℃低い温度（Ｔ_１）以上、前記粉末の融点（Ｔｍ）未満である、請求項１から７のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
9. 前記粉末を加温する温度が、前記造形部の最上面の前記粉末の温度より５℃低い温度（Ｔ_２）以上、前記造形部の最上面の前記粉末の温度より５℃高い温度（Ｔ_３）以下である、請求項１から８のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
10. 前記粉末が樹脂を含む、請求項１から９のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
11. 造形する立体造形物の造形データに基づき前記粉末層に温度分布を持たせて加温する、請求項２から１０のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
12. 前記造形部の最上面の前記粉末の温度分布に基づき前記粉末層の温度分布を制御する、請求項１１に記載の立体造形物の製造方法。
13. 液体を付与して前記粉末層の温度分布を制御する、請求項１１から１２のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
14. 粉末を用いて立体造形物を製造する製造装置において、
    造形部に供給する前記粉末を加温する加温手段と、
    加温した前記粉末を前記造形部に供給する供給手段と、を有し、
    前記加温手段において前記粉末を加温する温度を前記造形部の最上面の前記粉末の温度近傍となるように制御する、ことを特徴とする立体造形物の製造装置。
15. 前記造形部の最上面の前記粉末を平滑化する平滑化部材を有する、請求項１４に記載の立体造形物の製造装置。
16. 前記平滑化部材がローラーである、請求項１５に記載の立体造形物の製造装置。
17. 前記加温手段が電磁照射手段である、請求項１４から１６のいずれかに記載の立体造形物の製造装置。
18. 前記造形部の最上面における前記粉末の温度分布を制御する液体吐出手段を有する、請求項１４から１７のいずれかに記載の立体造形物の製造装置。
    
    

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