JP6425222B2 - 三次元造形装置の粉体材料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、テーブル上に供給された層状の粉体材料に、該粉体材料を接合するバインダ液を吐出して形成した粉体材料の層を複数層積層することにより、造形対象となる三次元造形物を造形する三次元造形装置の、前記テーブルに粉体材料を層状に供給する粉体材料供給装置に関するものである。

従来から、造形対象となる三次元の造形物を、水平な複数の断面により切断した断面形状を有する層を積層して造形する、いわゆるラピッドプロトタイピングと呼ばれる技術は広く知られている。
このラピッドプロトタイピングとしては、光硬化性樹脂にレーザを照射する光造形や、薄膜状のシートを接着して積層するシート積層造形、熱可塑性樹脂を押し出して積層する方式、粉体材料を赤外線レーザや電子線ビーム、サーマルヘッドなどにより焼結又は溶融する粉末焼結（溶融）造形、粉体材料をバインダ液で接合する粉体による造形等、種々の技術が存在する。

このうち、粉体による造形は、他の技術に比べて取り扱いが比較的容易であり、また比較的安価に三次元造形物を形成することができるという利点がある。
この粉体による造形としては、例えば特許文献１及び特許文献２に示すように、粉体材料を所定の層厚の層状としてテーブルの上面に供給し、その層に対してインクジェットヘッド等によってバインダ液を吐出することにより三次元造形物の層の一部を形成し、その層を順次積層していくことにより三次元造形物を造形することが行われている。
あるいは、特許文献３〜７に示すように、粉体材料を所定の層厚の層状としてテーブルの上面に供給し、その層に対して、レーザや電子線ビーム、赤外線ランプ等を照射して加熱したり、またはサーマルヘッドによって加熱したりするなどして焼結あるいは溶融することにより三次元造形物の層の一部を形成し、その層を順次積層していくことにより三次元造形物を造形することも行われている。

このような粉体による造形を行う三次元造形装置においては、前記テーブルへの粉体材料の供給は粉体材料供給装置（いわゆるリコーター）によって行う一方、テーブル上に供給された粉体材料に対して、バインダ液を吐出する場合はバインダ液供給装置によって、焼結あるいは溶融する場合はレーザや電子線ビーム等を照射する照射装置やサーマルヘッドによってそれぞれ行うのが通常である。
このような構成の三次元造形装置によって三次元造形物の造形を行うに際しては、まず粉体材料供給装置を直線状に移動させてテーブル上に粉体材料を所定の層厚に一様に拡げた後、前記バインダ液供給装置を移動させる。その後、バインダ液をテーブル上の粉体材料に向けて吐出させることにより、あるいは、粉体材料を焼結または溶融することにより、その層において三次元造形物に合わせた形状に粉体材料を結合させた、該三次元造形物の一部の層部分を含む粉体材料の層を形成する。
そして、前記三次元造形物の一部の層部分を含む粉体材料の層を一層形成した後、前記粉体材料供給装置を再度移動させて新たな粉体材料を、テーブル上、より具体的には直前に形成された粉体材料の層の上に供給して、所定の層厚に一様に拡げ、次の粉体材料の層の形成を開始する。

ここで、前記粉体材料をテーブルに供給する粉体材料供給装置は、粉体材料をテーブルに対して円滑且つ均一に供給する必要がある。このような粉体材料供給装置としては、種々の構成のものが存在するが、例えば、特許文献１及び特許文献２に示すように、粉体材料を収容するタンクの一部を振動させることにより該粉体材料をタンクから排出させる構成となっている。
しかしながら、この種の粉体材料供給装置は、使用する粉体材料の粒度がほぼ一定の場合には粉体材料をテーブルに円滑に供給することができるが、粒度によってタンク内を移動する速度やタンクからテーブルに対して排出される量が異なる傾向がある。そのため、粉体材料の粒度が揃っていない場合には、粉体材料をテーブルに対して円滑且つ均一に供給することが難しい場合が考えられる。

一方で、前記三次元造形装置において、造形される三次元造形物の強度を確保したり、三次元造形物の表面粗度を小さくしてその表面を滑らかにしたりするためには、テーブル上の粉体材料の層が密に詰まった状態として、該層中の空隙をできるだけ少なくする必要がある。
このように粉体材料の層の層中の空隙を少なくするための手段の一つとして、粒度の大きい粉体材料と、その粉体材料よりも粒度が十分に小さい粉体材料とを用い、大きい粒度の粉体材料同士の間の隙間に粒度の小さい粉体材料を入り込ませることにより、各粉体材料間の隙間をできるだけ小さく、且つ少なくすることが考えられる。
このように粒度の大きい粉体材料と粒度の小さい粉体材料とを混在させて使用する場合に、前述のような、タンクの一部を振動させることにより粉体材料をテーブルに供給する構成の粉体材料供給装置を用いると、比重が等しい場合であっても、いわゆるブラジルナッツ現象により、粒度の大きい粉体材料と粒度の小さい粉体材料とが分離してしまうため、各粒度の粉体材料を均一にテーブルに供給することが困難となる。そうすると、粉体材料の層内の粒度分布に偏りができるため、粉体材料の層全体として、粉体材料同士の間の隙間を少なくすることができず、結果として造形された三次元造形物の強度を確保することができないという問題がある。

特開平６−２１８７１２号公報 特表平７−５０７５０８号公報 特開平８−２８１８０７号公報 特表平１１−５０８３２２号公報 特表２００３−５３１０３４号公報 特表２０１３−５０７２７５号公報 特表２００７−５３３４８０号公報

本発明の技術的課題は、粉体材料によって三次元造形物を製造する三次元造形装置の粉体材料供給装置において、粉体材料の粒度に関わらず該粉体材料をテーブルに均一に供給することができるものを提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明の三次元造形装置の粉体材料供給装置は、 層状に供給された粉体材料を、造形対象となる三次元造形物の形状に合わせて結合させる動作を繰り返し、その粉体材料の層を順次積層することにより三次元造形物を造形する三次元造形装置における、前記粉体材料の層を積層するテーブルに粉体材料を層状に供給する粉体材料供給装置であって、粉体材料供給装置は、前記粉体材料を貯蔵するタンク部と、該タンク部の下端側に設けられ、タンク部内の粉体材料を該タンク部外に排出する排出孔と、該排出孔から排出された粉体材料をテーブルに一定量ずつ供給する定量供給機構とを備え、該粉体材料供給装置全体として一方向に移動自在に形成されていて、前記定量供給機構は、前記粉体材料供給装置の移動方向と直交し且つ前記テーブルの上面と平行な方向に延びる、軸線まわりに回転自在の基体部と、該基体部の外周面に一定の間隔で形成され、その基体部の外方向けに突出し且つ該基体部の軸線と平行な方向に延びる複数の突出部とを備えた供給用ローラを有し、該供給用ローラを回転させながら、前記基体部の外周面上における隣接する突出部の間の空間内に前記排出孔から排出された粉体材料を充填すると共に、各空間内に充填された粉体材料をそれぞれの空間ごとに順次落下させることにより、前記粉体材料を前記テーブルに一定量ずつ供給可能であるものである。

本発明においては、前記定量供給機構の供給用ローラは、前記複数の突出部が基体部に放射状に突出するように配置されているものとすることができる。
また、本発明においては、前記排出孔に、該排出孔から排出される前記粉体材料の流通を制御する制御弁が取付けられているものとすることができる。

さらに、本発明においては、前記定量供給機構は、前記排出孔から前記定量供給機構に向けて排出される前記粉体材料の排出方向を制御する排出方向制御手段を備えているものとすることができる。
この場合において、前記排出方向制御手段は、前記排出孔側から前記定量供給機構の供給用ローラの方向に延びる板体状の方向制御板と、基端側が該方向制御板における供給用ローラ側の端部に取付けられ、先端側が、回転している供給用ローラの前記突出部に接触する位置まで延びる、可撓性を有する板体状に形成された補助板部材とを備えているものとすることが好ましい。

また、本発明においては、前記タンク部は、前記粉体材料供給装置の移動方向と直交する水平方向に延びる、前記粉体材料を収容する収容空間を備えていて、該収容空間は、下方に行くに従って次第に短手方向の中心側に向かって先細る構成を有しているものとすることができる。
あるいは、前記タンク部は、前記粉体材料供給装置の移動方向と直交する水平方向に延びる、前記粉体材料を収容する収容空間を備えていて、該収容空間は、下方に行くに従って次第に短手方向の一端側に向かって先細る構成を有しているものとすることができる。

さらに、本発明においては、前記粉体材料供給装置は、テーブルに供給された粉体材料の上面を平坦化する平坦化部材を備えているものとすることができる。

本発明によれば、粉体材料供給装置が、定量供給機構の供給用ローラを回転させながら、前記基体部の外周面上における隣接する突出部の間の空間内に前記排出孔から排出された粉体材料を充填すると共に、各空間内に充填された粉体材料をそれぞれの空間ごとに順次落下させる構成であるため、粉体材料の粒度に関係なく該粉体材料をテーブルに一定量均一に供給することができる。
これにより、例えば粒度の異なる粉体材料を用いた場合であっても、粉体材料の層中において、大きい粒度の粉体材料同士の間の隙間に粒度の小さい粉体材料を入り込ませることにより、各粉体材料間の隙間をできるだけ小さく、且つ少なくすることができるため、造形される三次元造形物の強度や密度、表面粗度を安定的に確保することが可能となる。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る粉体材料供給装置を用いた三次元造形装置を模式的に示す横断面図である。 図２は同縦断面図である。ただし、三次元造形装置の背面側から見た図である。 図３は本発明の第１の実施の形態に係る粉体材料供給装置を有する造形ユニットを模式的に示す要部拡大側面図である。ただし、移動部材は省略している。 図４は本発明の第１の実施の形態に係る粉体材料供給装置の断面図である。ただし、背面側から見た状態を示す。 図５は図４とは異なる位置での要部拡大断面図である。 図６は本発明の第１の実施の形態に係る粉体材料供給装置を有する造形ユニットが前進して粉体材料の層を形成している状態を示す図である。 図７は本発明の第２の実施の形態に係る粉体材料供給装置を有する造形ユニットを模式的に示す要部拡大断面図である。ただし、移動部材及びバインダ液供給装置は省略している。 図６は本発明の第２の実施の形態に係る粉体材料供給装置が前進して、テーブルに粉体材料を供給している状態を示す図である。

図１〜６は、本発明に係る三次元造形装置の粉体材料供給装置の第１の実施の形態を示すもので、図１及び図２はこの第１の実施の形態の粉体材料供給装置を用いた三次元造形装置の一例を示している。
この三次元造形装置１は、層状に供給された粉体材料２に、該粉体材料２を結合させるバインダ液３を供給すると共に、該バインダ液３が供給された部分の粉体材料２を結合させる動作を繰り返して、その粉体材料の層４を順次積層することにより三次元造形物を造形するものである。
具体的に、前記三次元造形装置１は、三次元造形物（以下、「造形物」という。）を形成する粉体材料２が層状に積層される単一のテーブル５と、該テーブル５の上面５ａに前記粉体材料の層４を形成する造形ユニット６とを備えている。
また、前記造形ユニット６は、前記テーブル５の上面５ａに前記粉体材料２を所定の層厚ごとに供給する粉体材料供給装置７と、該テーブル５の上面５ａに供給された粉体材料２に対して該粉体材料２を結合させる前記バインダ液３を吐出するバインダ液供給装置８とをそれぞれ有している。
なお、図１及び図２中の符号１６は、三次元造形装置１の筐体である。

前記テーブル５は、平坦且つ水平な上面５ａを有していて、該上面５ａが前記粉体材料の層４の積層高さに応じて、水平な状態を維持したまま鉛直方向に昇降自在となっている。
また、このテーブル５の上面５ａは、前記造形ユニット６、さらに具体的には前記粉体材料供給装置７及びバインダ液供給装置８の後述する移動方向と直交する方向（この実施の形態の場合、三次元造形装置１の左右方向）に長い、平面視略矩形状に形成されている。

さらに、前記テーブル５は、該テーブル５の正面側（手前側）及び背面側（奥側）、左右両面側の四方を取り囲む平面視矩形枠状に形成された、鉛直方向に延びる筒状部材９内に収容されている。そして、前記テーブル５の上面５ａに前記粉体材料の層４が形成、積層されるたびに、該テーブル５がこの筒状部材９内を降下する構成となっている。
したがって、造形対象となる造形物は、最終的には、この筒状部材９内に、前記バインダ液３によって結合されていない粉体材料２と共に収容された状態で造形が完了することとなる。

なお、前記テーブル５には、該テーブル５を鉛直方向に昇降させる図示しないテーブル用昇降装置が取付けられている。
このテーブル用昇降装置としては、安定的な昇降及び精密な位置制御を行うことができる構成であれば任意の構成を用いることができる。例えば、鉛直方向に延びるねじ軸と、該ねじ軸の回転によりそのねじ軸の外周面を軸線方向に移動するナットを有するボールねじを用いることができる。即ち、前記ねじ軸の上端部を前記テーブル５の下面に連結すると共に、前記ナットを位置不動の基台に固定し、電動モータ等で該ねじ軸を回転させることにより、そのねじ軸を昇降させて前記テーブル５を昇降させる構成とすることができる。
あるいは、鉛直方向にチェーンが移動するチェーンコンベアを設けて、該チェーンコンベアのチェーンの移動によって前記テーブル５を昇降させる構造であってもよい。
さらには、ピストンが鉛直方向に上下動する流体圧シリンダを用いて、該流体圧シリンダのピストンロッドの先端をテーブルの下面に連結し、前記ピストンを移動させることによりテーブル５を昇降させることができる。
また、前記テーブル５の昇降は、ガイドレールによって鉛直方向に案内させた状態で行わせることが好ましく、この場合においては、テーブル５を滑らかに昇降させるため、円柱状や球状の転動子を有するリニアガイドを用いることができる。

また、前記造形ユニット６は、前記粉体材料供給装置７により粉体材料２を所定の層厚でテーブル５の上面５ａに供給すると共に、そのテーブル５の上面５ａに供給された粉体材料２に対して、前記バインダ液供給装置８からバインダ液３を吐出することにより、粉体材料２内に造形対象の造形物の一部の層部分１０が造形された前記粉体材料の層４を形成する構成となっている。
そして、前記造形ユニット６が形成する粉体材料の層４を順次積層していくことにより、前記造形物の造形することが可能となっている。
なお、前記造形ユニット６による、造形対象の造形物の一部の層部分１０が造形された前記粉体材料の層４の形成は、図示しない電子計算機に入力された造形対象となる造形物のデータ（例えば、ＳＴＬ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｅｄ Ｌａｎｇｕａｇｅ）ファイル形式のデータ）に基づいて制御され、造形物の形状に合わせて粉体材料のテーブルの上面５ａへの供給及びバインダ液の吐出が行われる。

この実施の形態における前記造形ユニット６は、前記粉体材料供給装置７及びバインダ液供給装置８が一体的に移動する構成となっていて、この造形ユニット６全体として、予め定めた一定の移動方向、具体的には三次元造形装置１の前後方向（さらに具体的には、前記テーブル５の上面５ａの短手方向と略平行な方向）に一直線状に移動自在となっている。
また、前記造形ユニット６は、前進方向の前側に前記粉体材料供給装置７が、後側に前記バインダ液供給装置８が直列的に配置されていて、実質的に粉体材料供給装置７の移動にバインダ液供給装置８が追随して移動し、該粉体材料供給装置７がテーブル５に供給した粉体材料２に対して、バインダ液供給装置８がバインダ液３を吐出する構成となっている。
したがって、この実施の形態の場合、前記造形ユニット６が三次元造形装置１の前方側から後方側に移動するときを前進とし、この造形ユニット６が前進する場合にのみ前記粉体材料の層４を形成することが可能となっている。

さらに、前記造形ユニット６には、該造形ユニット６を前後方向に移動させるための造形ユニット用の移動装置１１が取付けられていて、この移動装置１１により前記各粉体材料供給装置７及びバインダ液供給装置８を水平に移動させることが可能となっている。
前記造形ユニット用の移動装置１１としては、図１及び図２に示すものの場合、三次元造形装置１の前後方向に一直線状且つ水平に延びる、相互に平行な左右一対ガイドレール１２,１３、及びこれらの一対のガイドレール１２，１３上を移動自在の左右一対の移動部材１４，１５を有するガイド機構と、これらの一対の移動部材１４，１５をガイドレール１２，１３に沿って移動させる駆動部材（図示せず）とを備えている。前記一対の移動部材１４，１５は、前記造形ユニット６の左右の両端部にそれぞれ連結されていて、該造形ユニット６と一体に移動自在となっている。
そして、前記駆動部材を駆動させて、前記各移動部材１４，１５を、それぞれガイドレール１２，１３上を移動させることにより、前記造形ユニット６がガイドレール１２，１３に沿って、三次元造形装置１の前後方向に一直線状且つ水平に移動する構成となっている。
ここで、前記ガイド機構は、移動部材１４，１５を滑らかに移動させることができるように、ガイドレール１２，１３と移動部材１４，１５との間に球状または円柱状の転動子が配設されたリニアガイドであることが好ましい。

前記バインダ液供給装置８は、前記造形ユニット６の移動に伴って、三次元造形装置１の前後方向（前記テーブル５の上面５ａの短手方向と略平行な方向）に直線的に前後進自在となっている。そして、前記バインダ液３を、最大で前記テーブル５の長手方向の長さとほぼ同じ吐出幅で該テーブル５の上面５ａに吐出可能に構成となっている。
具体的に、前記バインダ液供給装置８は、該バインダ液供給装置８の移動方向と交差する方向（この実施の形態の場合、三次元造形装置１の左右方向（前記テーブル５の上面５ａの長手方向と略平行な方向））に水平に延びて、前記バインダ液３をテーブル５の上面５ａに供給された粉体材料３に向けて吐出するインクジェットヘッド８ａをそれぞれ備えている。
前記インクジェットヘッド８ａは、三次元造形装置１の左右方向に長いいわゆるライン型ヘッドであり、バインダ吐出用のノズルから、最大で前記テーブル５の長手方向の長さとほぼ同じ吐出幅でバインダ液３を一度に吐出することができる構成となっている。そして、造形対象となる造形物の形状に応じてその吐出幅を拡縮させながら、テーブル５の上面５ａの粉体材料２にバインダ液を吐出させることが可能となっている。
したがって、前記バインダ液供給装置８は、三次元造形装置１の左右方向に全く移動することなく、前記テーブル５の短手方向に直線的に１回移動することにより１層の粉体材料２全体に対してバインダ液３を吐出することができる。

なお、前記バインダ液供給装置８におけるバインダ液３の吐出量は、バインダ液の種類や、１回の吐出でどの程度の大きさの粉体材料を固めるかによって異なるが、１ｐｌ〜２００ｐｌとすることができ、さらに好ましくは１０ｐｌ〜１５０ｐｌ、より好ましくは３０ｐｌ〜１００ｐｌである。
さらに、前記インジェットヘッドにおける吐出機構としては、ピエゾ型やサーマル型等の公知の機構を用いることができる。

また、本発明において使用される前記バインダ液は、粉体材料の種類に応じて自由に変えることが可能であるが、例えば粉体材料が石膏や澱粉の場合には水を主にした液体を用いることができ、また、通常のインクジェットプリンタで使われる種々のバインダ液を使うこともできる。この時、染料や顔料を使用してバインダを染色することもできる。
前記バインダ液として使用するものとしては、例えば、有機エステル、フルフリルアルコール、ポリイソシアネート、あるいはポリイソシアネートと３級アミン類とを混ぜたもの等が挙げられる。また、フルフリルアルコールとホルムアルデヒドとを混ぜたもの、場合によってはこれらのフルフリルアルコールとホルムアルデヒドとに尿素を混ぜたものを用いることができる。

一方、前記粉体材料供給装置７は、前記造形ユニット６の移動に伴って、一方向（この実施の形態の場合は三次元造形装置１の前後方向（前記テーブル５の上面５ａの短手方向と略平行な方向））に直線的に前後進自在に形成されたものである。そして、移動しながら前記粉体材料２を所定の供給幅で該テーブル５の上面５ａに供給自在にとなっている。
この粉体材料供給装置７は、前記テーブル５の上面５ａの長手方向の長さとほぼ同じ幅で粉体材料２を供給することが可能となっていて、この粉体材料供給装置７がテーブル５の上面５ａの短手方向に直線的に１回移動することにより、該テーブル５の上面５ａのほぼ全面に粉体材料２を供給することが可能となっている。

なお、本発明において、前記粉体材料供給装置によりテーブルに供給する粉体材料としては、例えば有機樹脂、金属、セラミック、澱粉、ガラス粉末などが挙げられる。
具体的には、ポリスチレン樹脂、ナイロン（ポリアミド）樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル（ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル））樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、ガラスフィラーの入った有機樹脂、カーボンファイバーの入った有機樹脂、微粒状ワックス、鋳物砂、珪酸アルミニウム、石膏、澱粉、石英、Ｔｉ₆Ａｌ₄Ｖ、ＡｌＳｉ₁₂、ＡｌＳｉ₁₀Ｍｇ、コバルトクロム合金、ニッケル合金、ステンレス合金、鉄、鋼等を用いることができる。
また、前記粉体材料の粒径は、形成される粉体材料の層の層厚より小さければ制限はないが、１μｍ〜３００μｍ程度とすることができ、さらに好ましくは１０μｍ〜２００μｍ、より好ましくは５０〜１５０μｍである。このとき、粉体材料については、複数の異なる粒径のものを用いることができ、それらの粒径が異なる粉体材料を混在させて使用してもよい。例えば、１５０〜３００μｍの粉体材料と、１０〜５０μｍの粉体材料とを混在させた状態で用いることができる。
さらに、本発明において、前記粉体材料供給装置が、前記テーブルの上面に供給する粉体材料の層厚については、造形対象となる造形物に応じて異なる。その造形物が鋳造や大型のケース備品のような非常に大きなものであればが、０．１５〜０．５ｍｍ程度とすることができ、さらに好ましくは０．２〜０．４ｍｍ、より好ましくは０．２５〜０．３５ｍｍである。前記造形物が一般的な工業製品であれば、０．０５〜０．２ｍｍ程度とすることができ、さらに好ましくは０．０７５〜０．１５ｍｍ程度とすることができる。小型の工業製品、例えばコネクタ等の小さなものであれば、０，０１〜０．１ｍｍ程度とすることができ、さらに好ましくは０．０２５〜０．０７５ｍｍ程度とすることができる。

具体的に、前記粉体材料供給装置７は、前記粉体材料２を貯蔵するタンク部２１と、該タンク部２１の下端側に設けられ、タンク部２１内の粉体材料２を該タンク部２１外に排出する排出孔２２と、該排出孔２２から排出された粉体材料２をテーブル５に一定量ずつ供給する定量供給機構２３とを備えている。
前記タンク部２１は、前記粉体材料供給装置７の移動方向と直交する水平方向（前記テーブル５の上面５ａの短手方向と略平行な方向）に長く延びるもので、長手及び短手の四方を取り囲む正面側及び背面側、左右両側の周壁２４と、該周壁２４の内周面側に形成された粉体材料２を収容する収容空間２５とを有している。

前記収容空間２５は、前記粉体材料供給装置７の移動方向と直交する水平方向に延びていると共に、下半部分に、下方に行くに従って次第に短手方向の中心側に向かって先細る構成を有している。
したがって、前記周壁２４のうち、正面側及び背面側に位置する壁部材２４ａ，２４ｂの内方側（周壁２４の内周面側）には、下方に行くに従って収容空間の短手方向の中心側に向かって傾斜する傾斜面２６，２７がそれぞれ形成された態様となっている。
なお、この実施の形態においては、前記周壁２４のうち、左右両側に位置する壁部材２４ｃ，２４ｄについては、各内方側は傾斜することなくほぼ鉛直方向に延びた態様となっている。

前記排出孔２２は、前記収容空間２５内の粉体材料２を該収容空間２５の底部側からタンク部２１外に排出させるもので、前記タンク部２１の短手方向の略中心部分に設けられ、該タンク部２１の長手方向に延び且つそのタンク部２１の底部を鉛直方向に貫通する長孔状に形成されている。
しがって、前記収容空間２５内に収容されている粉体材料２は、該収容空間２５内の前記傾斜面２６，２７に沿ってこの排出孔２２の方向に集められて、該排出孔２２を通してタンク部２１外に排出されることとなる。
なお、この排出孔２２は、前記テーブル５の上面５ａの長手方向の長さとほぼ同じ程度の長手方向長さを有していて、粉体材料２を該テーブル５の上面５ａの長手方向の長さに相当する幅でタンク部２１外に落下、排出させることができるようになっている。

また、前記排出孔２２には、該排出孔２２から排出される前記粉体材料２の流通を制御する制御弁２８が取付けられていて、この制御弁２８の弁体（図示せず）を動かして流通路２８ａを開閉させることにより排出孔２２を開放又は閉塞し、該排出孔２２からの粉体材料２の排出と、その排出の停止を適宜行うことが可能となっている。
これにより、粉体材料供給装置７がテーブル５に対して粉体材料２を供給する場合には、前記排出孔２２を開放してタンク部２１の収容空間２７内の粉体材料２をタンク部２１外に排出させる一方で、粉体材料供給装置７がテーブル５に粉体材料２を供給する必要がない場合には、排出孔２２をしっかりと閉塞して粉体材料２が該排出孔２２から排出されないようにしている。この制御弁２８、例えば粉体材料供給装置７が前進してテーブル５に対する粉体材料２の供給が一旦完了した後、後進して原点位置（三次元造形装置１におけるテーブル５の手前側の位置）に戻る場合等、粉体材料２をテーブルに落とさないようにする必要がある場合等には特に有効に機能する。
なお、制御弁２８としては、例えば、弁体が略水平方向に移動して粉体材料の流通路を開閉するゲートバルブ（仕切弁）やチョークバルブ、バタフライバルブ等を用いることができる。

前記定量供給機構２３は、軸線まわりに回転自在の基体部３１と、該基体部３１の外周面に設けられた複数の板体状の突出部３２とを備えた供給用ローラ３３を有している。
さらに、前記タンク部２１の下端側に設けられて、前記供給用ローラ３３を該供給用ローラ３３の正面側及び背面側、左右両側の四方を取り囲んだ状態で収容するケーシング部材３４と、前記供給用ローラ３３の軸線方向の両端を回転自在に保持する一対の軸受部材３５，３５と、該供給用ローラ３３を回転駆動させる図示しない駆動装置とを備えている。

前記供給用ローラ３３の基体部３１は、前記粉体材料供給装置７の移動方向と直交し且つ前記テーブル５の上面５ａと平行な方向、即ち該粉体材料供給装置７の長手方向に延びるものである。そして、この基体部３１は、該基体部３１の軸線が前記排出孔２２の短手方向の中心の直下に位置した状態で、該排出孔２２との間に一定の間隔を空けて配設されている。
また、前記基体部３１は、前記排出孔２２の長手方向の長さ、即ち前記テーブル５の長手方向の長さとほぼ同じ軸線方向の長さを有している。
さらに、この基体部３１は、軸線方向に延びる回転軸３６を備えていて、該回転軸３６の両端が、前記一対の軸受部材３５，３５に回転自在に保持されている。
なお、この実施の形態においては、前記基体部は、中実又は中空の円柱状に形成されたものとなっている。

また、前記供給用ローラ３３の各突出部３２は、いずれも、前記基体部３１の軸線と平行な方向に延びる略矩形状の板面を有する、相互に同形同大に形成された平板状もので、該基体部３１の外周面に等間隔に配設されている。そして、前記基体部３１上のおける隣接する突出部３２，３２の間の空間、即ち、隣接する突出部３２，３２の間と基体部３１の外周面とで囲まれた空間のそれぞれが、前記排出孔２２から排出された粉体材料２が充填される充填空間３７となっている。
したがって、前記定量供給機構２３は、前記供給用ローラ３３を回転させながら、前記充填空間３７内に前記排出孔２２から排出された粉体材料２を充填させると共に、各充填空間３７内に充填された粉体材料２をそれぞれの充填空間３７ごとに順次落下させることにより、粉体材料２を前記テーブル５に一定量ずつ供給することが可能である。

さらに具体的に、前記各突出部３２は、前記基体部３１の外周面の各部位における法線方向に立ち上がるように形成されていて、供給用ローラ３３の軸線方向の端部側から見て、これらの突出部３２が基体部３１から放射状に突出するように該基体部３１に配置された態様となっている。
また、前記各突出部３２は、長手方向の長さが前記基体部３１の軸線方向の長さ、即ち前記排出孔２２の長手方向の長さとほぼ同じ長さとなっていて、前記排出孔２２から排出された粉体材料２が、確実に前記充填空間３７に落下、充填されるようになっている。
一方、各突出部３２の前記基体部３１からの突出長さ（突出部３２の短手方向の長さ）は、前記ケーシング部材３４や制御弁２８、排出孔２２等の部材に接触しない程度の長さに設定されている。そして、各充填空間３７は、最大で、各突出部３２の先端部の位置まで粉体材料２を充填することができると共に、いずれの充填空間３７も同量の粉体材料２を充填することが可能となっている。

なお、前記各突出部３２は、前記充填空間３７内に粉体材料２を充填した際に容易に変形しない程度の剛性と、仮に突出部３２と前記ケーシング部材３４との間に粉体材料２が挟まった際にはそれらの突出部３２やケーシング部材３４を傷つけることなく撓む程度の柔軟性を合わせ持つ、例えば硬質のゴム等の素材により形成されている。
また、各突出部３２における前記基体部３１からの突出高さや突出部３２の数等については、例えば、粉体材料２の粒度や種類、形成すべき粉体材料の層４の層厚、あるいは粉体材料供給装置７の大きさや前進速度（即ち造形ユニット６の前進速度）、供給用ローラ３３の大きさや回転速度、各突出部３２自体の大きさ等に基づいて総合的に決定される。
ただし、突出部３２の枚数については、大量の粉体材料が前記各充填空間３７から一度に落下しないような枚数に設定し、少量の粉体材料を順次落下させるようにすることが好ましい。例えば、０．３ｍｍ程度の粉体材料を用いるとき、１２〜３６枚程度とすることができる。この実施の形態においては、前記突出部３２は２０枚設けられていて、粉体材料２の充填空間３７が２０個形成された態様となっている。

前記ケーシング部材３４は、前記タンク部２１の下端側に取り付けられたもので、該タンク部２１の下端側における長手及び短手の端面側に設けられた周壁４１と、前記タンク部２１の底面２１ａとで構成されている。このケーシング部材３４は、て、前記排出孔２２からの粉体材料が前記供給用ローラ３３に落下するようにガイドする機能を有する一方、供給用ローラ３３の回転によって充填空間３７内に充填されていた粉体材料２が落下する際に、その粉体材料２が色々な方向に飛び散ることなくテーブル５に落下するようにガイドする機能を有している。
具体的に、前記ケーシング部材３４は、前記供給用ローラ３３を収容する中空状の内部空間４２を備えていて、この内部空間４２内に、前記供給用ローラ３３が、該供給用ローラ３３の正面側及び背面側、左右両側、上方側のそれぞれを覆った状態で収容されている。したがって、前記供給用ローラ３３は粉体材料供給装置７の前後左右からは視認することができない。
また、このケーシング部材３４の前記内部空間４２は、前記供給用ローラ３３の基体部３１及び突出部３２が接触しない程度の大きさを有して、該供給用ローラ３３の軸線まわりの回転を妨げないようになっている。
さらに、前記ケーシング部材３４は、下方側に開口した形状となっていて、前記供給用ローラ３３の充填空間３７内に充填されている粉体材料２が、該供給用ローラ３３の回転に伴って該充填空間３７から排出される際に、その排出された粉体材料２をテーブル５に落下させることが可能となっている。

この実施の形態においては、前記ケーシング部材３４の周壁４１は、前記タンク部２１と一体的に形成されている。
また、前記ケーシング部材の周壁４１のうち、正面側及び背面側に位置する壁部材４１ａ，４１ｂは、図３及び図５、図６に示すように、内方側（周壁４１の内周面側）におけるタンク部側（上方側）の内方側が、上方側行くに従って次第に厚みが増すように湾曲する形状となっていて、前記供給用ローラ３３の回転を妨げることなく、前記排出孔２２から排出される粉体材料２が該供給用ローラ３３に落下させることができるようになっている。なお、前記ケーシング部材の周壁４１のうち、左右両側に位置する壁部材４１ｃ，４１ｄについては、内方側は傾斜することなくほぼ鉛直方向に延びた態様となっている。

前記一対の軸受部材３５，３５は、前記ケーシング部材３４の周壁４１における短手の壁部材、即ち左右側の壁部材４１ｃ、４１ｄの内方側の壁面に設けられていて、前記供給用ローラ３３の基体部３１に設けられた回転軸３６を、その軸線まわりに回転自在に保持している。なお、これらの一対の軸受部材３５，３５としては、例えば球状の転動子を有するボールベアリングや、円柱状の転動子を有するローラベアリング等の各種軸受を用いることができる。
また、前記駆動手段は、前記供給用ローラ３３を軸線回りに回転させるものであり、例えば前記供給用ローラ３３の基体部３１の回転軸３６に回転力を付与する電動モータ等が用いられる。

なお、前記供給用ローラ３３の回転方向としては、前記粉体材料供給装置７の背面側方向（前進方向側）から粉体材料２を落下させる方向（図３及び図５、図６における右回り。以下、正方向という。）、あるいは前記粉体材料供給装置７の正面側の方向（前進方向と反対側の方向）から粉体材料２を落下させる方向（図３及び図５、図６における左回り。以下、逆方向という。）のどちらの方向であってもよい。
ここで、前記供給用ローラ３３が正方向に回転する場合には、供給用ローラ３３の回転方向が粉体材料供給装置７の移動方向と等しくなるため、前記ケーシング部材３４の内部空間４２内において、表面を荒らすことなく粉体材料を積層することができる。逆に、前記供給用ローラ３３が逆方向に回転する場合には、供給用ローラ３３の回転方向が粉体材料供給装置７の移動方向と逆向きになるため、前記ケーシング部材３４の内部空間４２内において、表面を軽くならすように粉体材料を積層することができ、これにより、仮に粉体材料がだまになった状態でテーブル上に落下したとしても、粉体材料を一様にならすように積層することができる。

また、前記供給用ローラ３３の回転速度については、前記紛体材料供給装置７全体の移動速度にもよるが、５〜３０回転／分程度とすることができる。

さらに、前記粉体材料供給装置７は、テーブル５に供給された粉体材料２の上面を平坦化する平坦化部材４５を備えている。この平坦化部材４５は、前記粉体材料供給装置７からテーブル５に供給された直後の粉体材料２を一定の層厚に調整するものである。
通常、粉体材料を用いた三次元造形の場合、一定の層厚の粉体材料の層を積層していく必要があるが、粉体材料供給装置からテーブルに供給された直後の粉体材料は層厚が一定ではなく、供給過多の部分があるため、この平坦化部材によりテーブルの上面を平坦にならすことにより、該テーブル上の粉体材料をあらかじめ定めた層厚とするようにしている。

この実施の形態においては、前記粉体材料供給装置７における前記ケーシング部材３４の下端部に、板体状の平坦化部材４５が設けられている。
この平坦化部材４５は、前記ケーシング部材３４の周壁４１における正面側及び背面側の壁部材４１ａ，４１ｂのそれぞれの下端側に下方向きに突出し、該ケーシング部材３４の長手方向に延びるもので、先端側（下端側）がテーブル５の上面５ａに供給された粉体材料２の上面に接触して、略水平となるようにその粉体材料２の上面を平坦にならすようになっている。
また、前記平坦化部材４５は、前記粉体材料供給装置７の長手方向の長さとほぼ同じ程度の長さ（即ち、テーブル５の長手方向の長さとほぼ同じ長さ）となっていて、粉体材料供給装置７の前進の際にテーブル５上の粉体材料２の上面を確実に平坦化することができるようになっている。
なお、前記粉体材料供給装置７が前進する際には、主に正面側の壁部材４１ａに設けられた平坦化部材４５が機能して、テーブル５上の粉体材料２を平坦化する。一方、背面側の壁部材４１ｂに設けられた平坦化部材４５は、回転する前記供給用ローラ３３の充填空間から落下する粉体材料２が粉体材料供給装置７の進行方向に飛び散らないようにする働きがあり、仮に粉体材料２が粉体材料供給装置の前進方向側まで飛び出して一定の層厚以上になった場合には、その粉体材料の上面を平坦化する。

ところで、前記粉体材料供給装置７の前記定量供給機構２３は、排出方向制御手段４８を有している。
前記排出方向制御手段４８は、前記排出孔２２から前記定量供給機構２３に向けて排出される前記粉体材料２の排出方向を制御するもので、該排出孔２２から排出された粉体材料２の流れを整えて、その粉体材料２が前記供給用ローラ３の所定の充填空間３７に充填されるようにしている。
この実施の形態においては、この排出方向制御手段４８は、前記排出孔２２の長手（即ち排出孔２２の正面側及び背面側）の周縁部分にそれぞれ配置されていて、前記排出孔２２側から前記供給用ローラ３３の方向に延びる板体状の方向制御板４８ａと、基端側が該方向制御板４８ａにおける供給用ローラ３３側の端部に取付けられ、先端側が供給用ローラ３３の前記突出部３２に接触する位置まで延びる、可撓性を有する板体状に形成された補助板部材４８ｂとを備えた構成となっている。

前記方向制御板４８ａは、基端側が前記排出孔２２における供給用ローラ３３側の直下に設けられ、先端側が前記供給用ローラ３３に接触しない位置まで鉛直方向に延びる略矩形状の板体状に形成されていて、その板面によって粉体材料２の排出方向を制御している。
また、この方向制御板４８ａは、前記排出孔２２の長手方向の全長にわたって形成されていて、該排出孔２２から排出される粉体材料２のすべての排出方向を制御することが可能となっている。
一方、前記補助板部材４８ｂは、柔軟なゴム等により形成された略矩形状のもので、前記方向制御板４８ａの両方の板面にそれぞれ取付けられている（したがって、この実施の形態においては、計２枚の補助板部材４８ｂを備えていることになる。）。これらの補助板部材４８ｂは、前記方向制御板４８ａと同様に、その板面で排出孔２２から排出される粉体材料２の排出方向を制御する一方、前記供給用ローラ３３の突出部３２と接触する度に撓んで、該供給用ローラ３３の回転を妨げないようになっている。

前記構成を有する粉体材料供給装置７を備えた三次元造形装置１を用いて造形物を造形するに際しては、準備段階として、前記テーブル５を前記筒状部材９内における上端位置まで上昇させる。また、前記造形ユニット６は、原点位置（この実施の形態の場合、テーブル５の手前側）に戻した状態で、粉体材料供給装置７のタンク部２１に粉体材料２を、バインダ液供給装置８にバインダ液３をそれぞれ充填しておく。
そして、前記造形ユニット６を直線的に前進させると共に、その前進中、前記テーブル５の上面５ａに、粉体材料供給装置７により粉体材料２を所定の層厚で供給する。
このとき、図６に示すように、前記制御弁２８を開いて排出孔２２を開放すると共に、前記供給用ローラ３３を軸線まわりに回転させることにより、粉体材料供給装置７のタンク部２１内の粉体材料２が、該排出孔２２を通じて定量供給機構２３、具体的には供給用ローラ３３に向けて排出される。そして、その排出孔２２から排出された粉体材料２は、回転している供給用ローラ３３の外周面に形成された各充填空間３７のうち、上方側に開口した状態にある所定の充填空間３７に順次収容、充填されることとなる。
さらに、供給用ローラ３３の各充填空間３７内に充填された粉体材料２は、該供給用ローラ３３の回転に伴って開口側が次第に下方側を向くため、開口が下方側に向き始めた充填空間３７内の粉体材料２は、テーブル５に向けて順次落下する。その際に、充填空間３７内の粉体材料２のほとんどは、前記ケーシング部材３６の内部空間４２の内方側に落下するため、主に、造形ユニットの前進方向と反対側、即ち正面側に位置する平坦化部材４５によって、所定の層厚で平坦化される。

その後、前記テーブル５の上面５ａに供給された直後の粉体材料２に対して、粉体材料供給装置７に追随する、隣接した後続のバインダ液供給装置８から、バインダ液３を造形対象となる造形物の最下層の形状に合わせて吐出させ、結合させる。
これにより、造形対象となる造形物の一部の層部分１０と、結合されていない粉体材料２とを含む粉体材料の層４が形成される。

一層の粉体材料の層４を形成した後は、前記テーブルを１層分下降させると共に、前記造形ユニット６を原点位置まで移動させる。なお、この造形ユニット６が原点位置まで移動する際には、前記粉体材料供給装置７の制御弁２８を閉じて排出孔２２を閉塞すると共に、供給用ローラ３３の回転を停止し、粉体材料２がテーブル５上に落下しないようにする。また、造形ユニット６が原点位置に戻った際には、必要に応じて、粉体材料供給装置７のタンク部に新たな粉体材料２を補給する。
以降、前記造形ユニット６を前進させて粉体材料の層４を１層ずつ形成して順次積層していくことにより、該粉体材料の層４中の造形物の一部の層部分１０が積層され、最終的に造形対象となる造形物が完成することとなる。
なお、前記筒状部材９内には、造形された造形物が、結合されていない粉体材料２と共に収容された状態となるため、結合されていない粉体材料２を除去することにより、造形物を取り出すことができる。

このように、前記構成を有する三次元造形装置１の粉体材料供給装置７は、定量供給機構２３の供給用ローラ３３を回転させながら各突出部３２の間の充填空間３７内に、排出孔２２を通じて前記タンク部２１から排出された粉体材料２を順次充填すると共に、各充填空間３７内に充填された粉体材料２をそれぞれの充填空間３７ごとに落下させる構成であるため、粉体材料２の粒度に関係なく一定量の粉体材料２を、テーブル５に安定的且つ均一に供給することができる。
これにより、粒度の異なる粉体材料２を全く問題なく使用することができるため、粒度の異なる粉体材料を混在させた状態でテーブル５上に供給して、大きい粒度の粉体材料同士の間の隙間に粒度の小さい粉体材料を入り込ませることにより、各粉体材料間の隙間をできるだけ小さく、且つ少ない粉体材料の層を形成することができる。この結果、造形される造形物の強度を安定的に確保することが可能となる。

図７及び図８は、本発明の粉体材料供給装置の第２の実施の形態を示すもので、この実施の形態の粉体材料供給装置は、前記第１の実施の形態とはタンク部や定量供給機構の構成が異なっている。
即ち、この実施の形態の粉体材料供給装置５１は、前記粉体材料２を貯蔵するタンク部５２と、該タンク部５２の下端側に設けられ、タンク部５２内の粉体材料２を該タンク部５２外に排出する排出孔５３と、該排出孔２２から排出された粉体材料２をテーブル５に一定量ずつ供給する定量供給機構５４とを備えている。
そして、前記タンク部５２は、該粉体材料供給装置５１の移動方向と直交する水平方向（前記テーブル５の上面５ａの短手方向と略平行な方向）に長く延びる、前記粉体材料２を収容する収容空間５５を備えていて、該収容空間５５は、下方に行くに従って次第に短手方向の一端側に向かって先細る構成を有している。
また、前記定量供給機構５４は、全体として前記粉体材料供給装置５１における正面側（該粉体材料供給装置５１の前進側とは反対側）に配置された構成となっている。
なお、この第２の実施の形態に係る粉体材料供給装置５１が用いられる三次元造形装置について、該粉体材料供給装置５１以外の構成は基本的に前記第１の実施の形態と構成と同じ構成であるため、詳細な説明は省略する。

前記タンク部５２は、長手方向（左右方向）及び短手方向（前後方向）の四方を取り囲む正面側及び背面側、左右両側の周壁５６を備えていて、該周壁５６の内周面側に前記収容空間５５が形成された構成となっている。
また、前記収容空間５５は、前記粉体材料供給装置５１の移動方向と直交する水平方向に延びていると共に、この実施の形態においては、下方に行くに従って次第に正面側（粉体材料供給装置５１の前進方向とは反対側）の方向に向かって先細る構成となっている。
具体的には、前記タンク部５２の周壁５６における正面側の壁部材５６ａが、ほぼ鉛直方向に延びているのに対し、背面側（粉体材料供給装置５１の前進側）の壁部材５６ｂは、下方に行くに従って、次第に正面側の壁部材５６ａの方向に向かって傾斜する傾斜面５７が形成された態様となっている。

また、前記排出孔５３は、図７に示すように、前記タンク部５２の下端側における該タンク部５２の正面側に、斜め下方に向けて開口するように設けられている。
この排出孔５３は、前記テーブル５の上面５ａの長手方向の長さとほぼ同じ程度の長手方向長さを有する長孔状に形成されていて、粉体材料２を該テーブル５の長手方向の長さに相当する幅で排出することができるようになっている。
なお、この排出孔５３には、該排出孔５３から排出される前記粉体材料２の流通を制御する制御弁５８が取付けられている。この制御弁５８の構成については、基本的に第１の実施の形態と同様の構成であり、同様作用効果を奏するため、詳細な説明は省略する。

前記定量供給機構５４は、軸線まわりに回転自在の基体部６１と、該基体部６１の外周面に設けられた複数の板体状の突出部６２とを備えた供給用ローラ６３を有している。
さらに、前記タンク部５２の下端側に設けられた、前記供給用ローラ６３を該供給用ローラ６３の正面側及び背面側、左右両側の四方を取り囲んだ状態で収容するケーシング部材６４と、前記供給用ローラ６２の軸線方向の両端を回転自在に保持する一対の軸受部材（図示せず）と、該供給用ローラ６３を回転駆動させる図示しない駆動装置とを備えている。
また、前記供給用ローラ６３には、基体部の外周面における隣接する前記突出部６２，６２の間に、前記排出孔５３から排出された粉体材料２を充填される充填空間６５が形成されている。

前記供給用ローラ６３は、前記排出孔５３の開口方向の延長上、即ち、前記タンク部５２の正面側における該排出孔５３の斜め下方に、軸線まわりに回転自在に配設されている。そして、その排出孔５３から排出された粉体材料２を、該供給用ローラ６３における背面側の斜め上方側の一定の範囲において受け取って、その範囲に位置する供給用ローラ６３の前記充填空間６５に粉体材料２を充填することが可能となっている。
なお、前記供給用ローラ６３自体の基本的な構成、即ち、基体部６１や突出部６２の構成については、前記第１の実施の形態と同様の構成であり、同様の作用効果を奏することから、詳細な説明は省略する。

前記ケーシング部材６４は、前記タンク部５２の下端側における正面側に取り付けられていて、該タンク部５２の下端側における長手及び短手の端面側に設けられた周壁６６と、該周壁６６の上方側を覆う天板６７とにより構成されている。
このケーシング部材６４は、前記周壁６６及び天板６７で囲まれた中空状の内部空間６８を有していて、この内部空間６８内に、前記供給用ローラ６３が該供給用ローラ６３の正面側及び背面側、左右両側、上方側のそれぞれを覆った状態で収容されている。また、このケーシング部材６４の前記内部空間６８は、前記供給用ローラ６３の基体部６１及び突出部６２が接触しない程度の大きさを有して、該供給用ローラ６３の軸線まわりの回転を妨げないようになっている。なお、前記供給用ローラ６３は粉体材料供給装置５１の前後左右からは視認することができない。
さらに、前記ケーシング部材６４は、下方側に開口した形状となっていて、前記供給用ローラ６３の充填空間６５内に充填されている粉体材料２を、該供給用ローラ６３の回転に伴ってテーブル５に落下させることが可能となっている。

また、このケーシング部材６４の下端部には、テーブル５の上面５ａに供給された粉体材料２の上面に接触して、略水平となるようにその粉体材料２の上面を平坦化する平坦化部材６９が設けられている。
この平坦化部材６９は、前記ケーシング部材６４の周壁６６における正面側及び背面側の壁部材６６ａ，６６ｂのそれぞれの下端側に下方向きに突出する共に、該ケーシング部材６４の長手方向に延びている。
なお、前記平坦化部材６９は、前記粉体材料供給装置５１の長手方向の長さとほぼ同じ程度の長さ（即ち、テーブル５の長手方向の長さとほぼ同じ長さ）となっている。

さらに、前記定量供給機構５４は、前記排出孔５３から排出される粉体材料の排出方向を制御する排出方向制御手段７０を有している。この排出方向制御手段７０は、板体状の方向制御板７０ａと、該方向制御板７０ａの下端側の両方の板面にそれぞれ取付けられた、可撓性を有する板体状の補助板部材７０ｂとを備えている。
この実施の形態においては、前記ケーシング部材６４の天板６７における前記排出孔５３側の位置に、下方に突出した状態で取付けられていて、排出孔５３から排出された粉体材料２が、供給用ローラ６３の正面側の方向に飛散しないようになっている。
なお、この排出方向制御手段７０の具体的な構成、即ち、方向制御板７０ａ及び補助板部材７０ｂの構成については、基本的に前記第１の実施の形態とほぼ同じ構成であり、同様の作用効果を奏するため、詳細な説明は省略する。

前記構成を有する粉体材料供給装置５１は、基本的に前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
しかしながら、前記タンク部５２の収容空間５５が、下方に行くに従って次第に短手方向の一端側に向かって先細る部分を有したものとし、前記定量供給機構５４を、全体として前記粉体材料供給装置５１における正面側に配置した構成としたことにより、粉体材料が一気に落下せず、また粉体材料の重みが直接的に供給用ローラ６３に作用せず、該供給用ローラ６３の負担を軽減できるという利点がある。

前記第１及び第２の実施の形態においては、本発明に係る粉体材料供給装置７，５１と、バインダ液供給装置８とを一体化して造形ユニット６とし、該造形ユニット６の移動によってテーブル５への粉体材料２の供給及びバインダ液３の吐出とをそれぞれ行う構成としている。
しかしながら、前記粉体材料供給装置及びバインダ液供給装置は、必ずしも造形ユニットとして一体に移動するものである必要はなく、粉体材料供給装置とバインダ液供給装置とをそれぞれ別体に形成して、各々独立して移動して動作する構成であってもよい。

また、前記第１及び第２の実施の形態においては、造形ユニット６の構成上、実質的に粉体材料供給装置７，５１の移動にバインダ液供給装置８が追随するように同じ方向に移動する構成となっている。
しかしながら、これらの粉体材料供給装置及びバインダ液供給装置の配置は、粉体材料供給装置がテーブルに供給した粉体材料に対してバインダ液供給装置がバインダ液を吐出することができれば、必ずしも粉体材料供給装置にバインダ液供給装置が追随する構成でなくてもよい。例えば、粉体材料供給装置の原点位置をテーブルの手前側、バインダ液供給装置の原点位置をテーブルの奥側とした上で、粉体材料供給装置を移動させながらテーブル上に粉体材料を所定の層厚で供給させて、その供給終了時に一旦原点位置に戻した後、バインダ液供給装置を移動させながらテーブル上の粉体材料に対してバインダ液を吐出させ、吐出終了時に原点位置に戻す、という工程を繰り返すことにより造形を行う構成とすることができる。

また、前記第１及び第２の実施の形態においては、前記バインダ液供給装置８は、三次元造形装置１の左右方向に長いいわゆるライン型ヘッドであり、バインダ吐出用のノズルから、最大で前記テーブルの長手方向の長さとほぼ同じ吐出幅でバインダ液を一度に吐出することができる構成となっている。
しかしながら、バインダ液供給装置は、必ずしもライン型のヘッドである必要はなく、テーブルの長手方向の長さよりも短い吐出幅のヘッドを、該テーブルの短手方向及び長手方向に移動させながらバインダ液を吐出させる構成であってもよい。

さらに、前記第１及び第２の実施の形態では、造形ユニット６が単一の粉体材料供給装置７，５１及び単一のバインダ液供給装置８をそれぞれ備えた構成となっているが、造形ユニットは、複数の粉体材料供給装置及びバインダ液供給装置を移動方向に向かってそれぞれ交互に直列状に配置した構成とすることができる。
このとき、移動方向の先頭側に位置する粉体材料供給装置及び該先頭側に位置する粉体材料供給装置の後続側に隣接するバインダ液供給装置を１組として、各組の粉体材料供給装置が前記テーブルの上面に供給した粉体材料に対して同じ組のバインダ液供給装置がバインダ液を吐出することにより、前記テーブルの上面に粉体材料の層を形成自在とすることができる。さらに、移動方向の先頭側に位置する前記粉体材料供給装置とバインダ液供給装置の組が形成した粉体材料の層の上に、該組の後続側に隣接する粉体材料供給装置及びバインダ液供給装置の組が形成した新たな粉体材料の層を順次積層することができる。
これにより、造形ユニットの１回の移動で複数の粉体材料の層が形成されるため、造形物の造形速度が飛躍的に速くすることができる。なお、この場合においては、各粉体材料供給装置のすべてに本発明の構成を用いることが肝要である。

前記第１及び第２の実施の形態においては、前記粉体材料供給装置７，５１が、排出孔２２，５３の開放又は閉塞を行う制御弁２８，５８を備えているが、この制御弁については、例えば供給用ローラの回転が停止することにより、粉体材料のテーブルの落下も確実に停止する構成であれば、必ずしも設ける必要はなく、省略することができる。

また、前記第１及び第２の実施の形態においては、前記粉体材料供給装置７，５１が、排出孔２２，５３から排出される粉体材料２の排出方向を制御する排出方向制御手段４８，７０を備えているが、この排出方向制御手段については、排出孔から排出された粉体材料が供給用ローラの所定の充填空間にしっかり充填できれば、必ずしも設ける必要はない。
さらに、前記第１及び第２の実施の形態における排出方向制御手段４８，７０は、板体状の方向制御板４８ａ，７０ａと、該方向制御板４８ａ，７０ａの供給用ローラ３３，６３側に設けられた可撓性を有する補助板部材４８ｂ，７０ｂとを備えた構成となっている。しかしながら、この排出方向制御手段の構成としては、排出孔から排出される粉体材料の排出方向を制御することができれば、例えば、供給用ローラ側に行くに従って次第に先細り、下端側が可撓性を有するゴム等で形成された断面略三角形状の部材とするなど、任意の構成とすることができる。

前記第１の形態においては、粉体材料供給装置７のタンク部２１が、該粉体材料供給装置７の移動方向と直交する水平方向に延びる、前記粉体材料２を収容する収容空間２５を備えていて、該収容空間２５は、下方に行くに従って次第に短手方向の中心側に向かって先細る構成を有している。さらに、第２の実施の形態においては、収容空間５５は、下方に行くに従って次第に短手方向の一端側に向かって先細る構成を有している。
しかしながら、前記タンク部の収容空間の形状については、粉体材料を安定的且つ確実に排出孔から排出することができれば、必ずしも下方に行くに従って先細る形状である必要はなく、任意の形状とすることができる。さらに、前記収容空間については、下方に行くに従って先細る形状とした場合であっても、先細る方向については、排出孔との位置関係で任意に設定することができる。

前記第２の実施の形態においては、粉体材料供給装置５１におけるタンク部５２の収容空間５５が、下方に行くに従って次第に該粉体材料供給装置５１の正面側（該粉体材料供給装置５１の前進側とは反対側）の方向に向かって先細る構成を有していると共に、定量供給機構５４が、全体として前記粉体材料供給装置５１における正面側に配置された構成となっている。
しかしながら、前記タンク部の収容空間の先細る方向は、粉体材料供給装置の背面側（該粉体材料供給装置の前進側）の方向とすることができる。この場合においては、前記定量供給機構は、全体として前記粉体材料供給装置における正面側に設けてもよい。
また、第１及び第２の実施の形態のように、タンク部の収容空間が、下方に行くに従って次第に該タンク部の短手方向の一端側に向かって先細る場合においては、前記定量供給機構の位置は、供給用ローラが収容空間内の粉体材料を排出孔を通じて安定的に受け取ることができ、その粉体材料を充填空間に確実に充填することができれば、任意の位置とすることができる。

前記第１及び第２の実施の形態においては、定量供給機構２３，５４の供給用ローラ３３，６３の基体部３１，６１が、中実又は中空状の円柱状に形成されているが、該基体部の形状については、隣接する突出部の間に形成される粉体材料の各充填空間に、略同量の粉体材料を充填することができ、且つ軸線回りに回転させることができれば任意の形状とすることができ、例えば突出部の数に合わせた多角柱状とすることができる。
また、前記第１及び第２の実施の形態においては、供給用ローラ３３，６３の突出部３２，６２を平板状としているが、突出部の形状については、隣接する突出部の間に形成される粉体材料の各充填空間に、略同量の粉体材料を充填することができれば、例えば、先端に行くに従って先細る断面略三角形状のもの等、任意の形状とすることができる。

前記第１及び第２の実施の形態においては、粉体材料供給装置７，５１が板体状の平坦化部材４５，６９を備えた構成となっているが、この平坦化部材については、粉体材料供給装置とは別に設けてもよい。また、平坦化部材は、必ずしも板体状である必要はなく、テーブル上に供給した粉体材料を所定の層厚で平坦にならすことができれば、例えば、外周面が滑らかなローラ等であってもよい。

また、前記第１及び第２の実施の形態においては、粉体材料供給装置７，５１のタンク部２１，５２に対する粉体材料２の充填（補給）を、原点位置に戻る度に行うようにしているが、タンク部に、例えば可撓性や伸縮性等を有する柔軟な中空状のホースを連結して、該ホースを通して移動中の粉体材料供給装置におけるタンク部に粉体材料を随時充填できるようにしてもよい。

さらに、前記第１及び第２の実施の形態においては、粉体材料供給装置７，５１からテーブル上に供給した粉体材料に対して、バインダ液供給装置８から吐出したバインダ液によって粉体材料を結合して造形物を形成する、いわゆるインクジェット式の三次元造形装置に係るものであった。しかしながら、三次元造形装置としては、粉体材料を任意の手段で結合して造形を行うものであれば、例えば粉体材料を赤外線レーザや電子線ビーム、サーマルヘッドなどにより焼結又は溶融する粉末焼結（溶融）造形に係るものであってもよい。
あるいは、粉体材料供給装置によってテーブル上に粉体材料を供給して、その粉体材料に対して、インクジェットヘッド等によって造形物の形状に合わせて硬化阻害剤を吐出した後、硬化剤や該硬化剤と共に用いる添加剤を粉体材料に吐出することにより、造形物の一部の層を形成する手段を実施するための三次元造形装置であってもよい。

１ 三次元造形装置
２ 粉体材料
３ バインダ液
４ 粉体材料の層
５ テーブル
７，５１ 粉体材料供給装置
２１，５２ タンク部
２２，５３ 排出孔
２３，５４ 定量供給機構
２５，５５ 収容空間
２８，５８ 制御弁
３１，６１ 基体部
３２，６２ 突出部
３３，６３ 供給用ローラ
３７，６５ 充填空間
４５，６９ 平坦化部材
４８，７０ 排出方向制御手段
４８ａ，７０ａ 方向制御板
４８ｂ，７０ｂ 補助板部材

Claims (4)

1. 層状に供給された粉体材料を、造形対象となる三次元造形物の形状に合わせて結合させる動作を繰り返し、その粉体材料の層を順次積層することにより前記三次元造形物を造形する三次元造形装置における、前記粉体材料の層を積層するテーブルに粉体材料を層状に供給する粉体材料供給装置であって、粒度の大きい粉体材料と粒度の小さい粉体材料を混在使用する三次元造形装置において、
   粉体材料供給装置は、前記粉体材料を貯蔵するタンク部と、該タンク部の下端側に設けられ、制御弁を備えてタンク部内の粉体材料を該タンク部外に流通を制御しながら排出する排出孔と、該排出孔から排出された粉体材料をテーブルに一定量ずつ供給する定量供給機構とを備え、該粉体材料供給装置全体として一方向に移動自在に形成されていて、
   前記定量供給機構は、前記排出孔から前記定量供給機構に向けて排出される前記粉体材料の排出方向を制御する排出方向制御手段と、該排出方向制御手段によって排出方向が制御された前記粉体材料を受け入れて供給する供給用ローラを備え、
   前記供給用ローラは、前記粉体材料供給装置の移動方向と直交し且つ前記テーブルの上面と平行な方向に延びる、軸線まわりに回転自在の基体部と、該基体部の外周面に一定の間隔で形成され、その基体部の外方向けに放射状に突出し且つ該基体部の軸線と平行な方向に延びる複数の突出部とを備えており、
   前記排出方向制御手段は、前記排出孔側から前記定量供給機構の供給用ローラの方向に延びる板体状の方向制御板と、基端側が該方向制御板における供給用ローラ側の端部に取付けられ、先端側が前記供給用ローラの前記突出部に接触する位置まで延び、可撓性を有する板体状に形成されることによって前記突出部と接触する度に撓んで前記供給用ローラの回転を妨げない補助板部材とを備えており、
   前記供給用ローラを回転させながら、前記基体部の外周面上における隣接する突出部の間の空間内に前記排出孔から排出された粉体材料を、前記排出方向制御手段内を落下させて充填すると共に、各空間内に充填された粉体材料をそれぞれの空間ごとに順次前記テーブル方向に落下させることにより、粒度の異なる粉体材料が混在する前記粉体材料を前記テーブルに均一に一定量ずつ供給可能である、三次元造形装置の粉体材料供給装置。
2. 前記タンク部は、前記粉体材料供給装置の移動方向と直交する水平方向に延びる、前記粉体材料を収容する収容空間を備えていて、該収容空間は、下方に行くに従って次第に短手方向の中心側に向かって先細る構成を有している、請求項１に記載の三次元造形装置の粉体材料供給装置。
3. 前記タンク部は、前記粉体材料供給装置の移動方向と直交する水平方向に延びる、前記粉体材料を収容する収容空間を備えていて、該収容空間は、下方に行くに従って次第に短手方向の一端側に向かって先細る構成を有している、請求項１又は２に記載の三次元造形装置の粉体材料供給装置。
4. 前記粉体材料供給装置は、テーブルに供給された粉体材料の上面を平坦化する平坦化部材を備えている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の三次元造形装置の粉体材料供給装置。

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