JP6614135B2 - 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、前記テーブルに対して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。
この粉体のよる造形としては、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、その粉体材料の層に対して、必要に応じてインクジェットヘッド等によってバインダ液を所定の範囲に吐出することにより、造形対象の三次元造形物の層の一部を形成し、三次元造形物の層の一部を含む粉体材料の層を（造形対象の三次元造形物の形状によっては、三次元造形物の層の一部を含まない粉体材料の層も）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、その三次元造形物の層の一部を含む粉体材料の層を（造形対象の三次元造形物の形状によっては、三次元造形物の層の一部を含まない粉体材料の層も）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、バインダ液の吐出を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場合は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、必要に応じて、バインダ液をテーブル上の粉体材料の層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、その粉体材料の層での前記三次元造形物の形状に合わせて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均一に供給する必要があるが、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し、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、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の、基本的には粉体材料を自由落下させてテーブルに供給する構成であるため、隣接する粉体材料の間には空隙ができる可能性があり、粉体材料の層の密度が全体として、又は部分的に小さくなる場合があった。
粉体材料の層の密度（嵩密度）が小さいと、粉体材料同士の結合がうまくいかず、三次元造形物の表面が粗くなったり、精密な造形を行うことができなくなったりする可能性があるだけでなく、最終的に造形される三次元造形物の強度が著しく低下するという問題があった。

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、層中の粉体材料の嵩密度を可能な限り大きくした粉体材料の層を形成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、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前記テーブルに向けて層状に供給する供給孔と、該供給孔から前記テーブルに向けて供給された粉体材料の層を、所定の層厚に調整しながら該粉体材料の層の上面を平坦にならす平坦化部材とを備え、該粉体材料供給装置全体として水平な一方向に移動自在に形成されて、移動しながら前記粉体材料を所定の供給幅で該テーブルの上面に供給自在となっていて、前記平坦化部材は、前記粉体材料供給装置の移動と共に平坦化対象の粉体材料の層を下方に押圧しながら該粉体材料の層の層厚を調整し、且つその粉体材料の層の上面を平坦にならし、前記粉体材料供給装置は、前記タンク部に収容されている粉体材料に対して水を噴霧自在であるタンク部内用の水噴霧装置を備えるものである。

本発明においては、前記平坦化部材は、前記粉体材料供給装置が前記テーブルに粉体材料を供給する際の該粉体材料供給装置の移動方向とは反対方向の斜め下方に向けて傾斜する板体状に形成されていて、下方側に位置する板面において前記平坦化対象の粉体材料の層を下方に押圧するものとすることができる。

この場合においては、前記平坦化部材は、平坦化対象の粉体材料の層を、調整すべき層厚に応じて下方側の板面の角度を調整自在であるものとすることができる。
また、前記平坦化部材は、前記板面が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ているものとすることができる。あるいは、前記平坦化部材は、前記板面が前記粉体材料供給装置の移動方向に対して、予め定めた角度をなす水平方向に延びているものとすることができる。
さらに、前記平坦化部材は、前記粉体材料供給装置の移動方向の一方側及び他方側の位置に、前記供給孔を挟むようにそれぞれ配設されているものとすることができる。

または、本発明においては、前記平坦化部材は、前記粉体材料供給装置の移動方向と直交する方向に延び、且つ該粉体材料供給装置の移動方向に沿って回転する回転部材を備えていて、前記粉体材料供給装置の移動に伴って周方向に回転しながら外周面で前記平坦化対象の粉体材料の層を下方に押圧するものとすることができる。
あるいは、前記平坦化部材は、前記粉体材料供給装置の移動方向と直交する方向に延び、回転不能に固定された中空又は中実の円柱状に形成された円柱状部材を備えていて、前記粉体材料供給装置の移動に伴って該円柱状部材の外周面が前記平坦化対象の粉体材料の層を下方に押圧す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、該粉体材料供給装置と共に移動して前記タンク部に補給用の粉体材料を供給可能である、該補給用の粉体材料を貯蔵するホッパーを備えているものとすることができる。

本発明においては、前記粉体材料供給装置は、前記タンク部に収容されている粉体材料に対して水を噴霧自在であるタンク部内用の水噴霧装置を備えているものとすることができる。
また、本発明においては、前記粉体材料供給装置は、前記テーブルに向けて供給されて平坦化された粉体材料の層に対して水を噴霧自在である水噴霧装置を備えているものとしてもよい。

さらに、本発明においては、前記粉体材料供給装置は、前記タンク部内を加圧して高圧状態にする加圧装置を備えているものとすることができる。

本発明によれば、テーブルに向けて供給された粉体材料の層を、所定の層厚に調整しながら上面を平坦にならす平坦化部材が、前記粉体材料供給装置の移動と共に平坦化対象の粉体材料の層を下方に押圧しながら該粉体材料の層の層厚を調整し、且つその粉体材料の層の上面を平坦にならす。これにより、前記平坦化部材が、層中の粉体材料の間の隙間を可及的に小さくし、且つ少なくして該粉体材料の層の密度を可能な限り大きくするため、造形される三次元造形物の強度を安定的に確保することができ、また、該三次元造形物の表面を滑らかにして精密な造形を行うことが可能となる。

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模式的な図である。 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、ホッパーは省略している。 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模式的な断面図である。 ただし、（ａ）粉体材料の層の層厚が比較的小さい場合、（ｂ）粉体材料の層が比較的大きい場合をそれぞれ示す。 図５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模式的に示す斜視図である。 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を模式的に示す斜視図である。 図７は図６の要部拡大断面図である。 図８は本発明の第２の実施の形態に係る粉体材料供給装置の模式的な断面図である。ただし、（ａ）粉体材料供給装置が前進している場合、（ｂ）粉体材料供給装置が後進している場合をそれぞれ示す。 図９は粉体材料供給装置を該記粉体材料供給装置の移動方向に対して、予め定めた角度にずらした状態を模式的に示す図である。 図１０は、本発明の第１及び第２の実施の形態に係る三次元造形装置とは全体の構成が異なる三次元造形装置の構成の概要を示す模式的な断面図である。

図１〜図５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〜図３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、造形対象となる三次元造形物の形状に合わせて該粉体材料２を結合させるバインダ液を供給することにより結合させる動作を繰り返し、その三次元造形物の層の一部を含む粉体材料の層４を（造形対象の三次元造形物の形状によっては、三次元造形物の層の一部を含まない粉体材料の層も）順次積層していく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に前記三次元造形物の層の一部を含む粉体材料の層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上に前記粉体材料２を層状に供給して、該粉体材料２からなる予め定めた層厚の粉体材料の層４を形成する粉体材料供給装置７と、該テーブル５上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をテーブル５の上面５ａに所定の層厚で層状に供給して粉体材料の層４とすると共に、該テーブル５の上面５ａの粉体材料の層４に対して、必要に応じて前記バインダ液供給装置８からバインダ液を吐出、供給して粉体材料２を結合させることにより、粉体材料の層４中に造形対象の造形物の一部の層部分を形成する構成となっている。そして、この造形対象の造形物の一部の層部分を含む粉体材料の層４を（造形対象の造形物によっては、造形対象の造形物の一部の層部分を一切含まない粉体材料の層）を順次積層していくことにより、前記造形物を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）に基づいて行われ、造形対象の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。

具体的に、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と、２つのバインダ液供給装置８（８Ａ，８Ｂ）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、より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、前記バインダ供給装置８Ａ，８Ｂが、前記粉体材料供給装置７の移動方向の両端部に、該粉体材料供給装置を挟むように配設されている。即ち、図１及び図３に示すように、前記造形ユニット６の前進方向側に第１のバインダ供給装置８Ａが、後進方向側に第２のバインダ供給装置８Ｂがそれぞれ配置されていて、これらの第１のバインダ供給装置８Ａ、粉体材料供給装置７、第２のバインダ供給装置８Ｂが直列的に配置されている。
そして、前記造形ユニット６が前進した場合には、粉体材料供給装置７から粉体材料２をテーブル５に向けて供給すると共に、第２のバインダ供給装置８Ｂからバインダ液を吐出する一方、前記造形ユニット６が後進した場合には、粉体材料供給装置７から粉体材料２をテーブル５に向けて供給すると共に、第１のバインダ供給装置８Ａからバインダ液を吐出することができる。
したがって、前記造形ユニット６は、前進時及び後進時の両方において造形物の造形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により前記粉体材料供給装置７及びバインダ液供給装置８を水平な一方向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（８Ａ，８Ｂ）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、前記第１及び第２のバインダ液供給装置８Ａ，８Ｂは、これらの第１及び第２のバインダ液供給装置８Ａ，８Ｂ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、前記バインダ液をテーブル５の上面５ａ（さらに厳密には、テーブル５の上面５ａ、あるいは粉体材料の層４の形成及びバインダ液の供給が完了した既設の粉体材料の層４の上面）に供給された粉体材料の層４に向けて吐出して供給するインクジェットヘッド８ａをそれぞれ備えている。
なお、前記第１及び第２のバインダ液供給装置８Ａ，８Ｂは、いずれも相互に同大同形となっている。

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８Ａ，８Ｂ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層の粉体材料の層４全体に対してバインダ液を吐出することができる。

なお、前記第１及び第２のバインダ液供給装置８Ａ，８Ｂにおけるバインダ液の吐出量は、バインダ液の種類や、１回の吐出でどの程度の大きさの、どのような種類の粉体材料を固めるかによって異なるが、例えば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、前記造形ユニット６の移動方向と直交する方向に長く形成されている。そして、移動しながら前記粉体材料２を所定の供給幅（最大で前記テーブルの長手方向長さと同じ長さ）で該テーブル５の上面５ａに供給自在となっている。
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を供給して粉体材料の層４を形成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、砂（人工砂、珪砂）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部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、図３及び図４に示すように、前記粉体材料供給装置７は、該粉体材料供給装置７の外郭を形成するケーシング２０内に配設された、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を前記テーブル５（さらに厳密には、テーブル５の上面５ａ、あるいは粉体材料の層４の形成及びバインダ液の供給が完了した既設の粉体材料の層４の上面）に向けて層状に供給する供給孔２２とを備えている。
さらに、前記供給孔２２から前記テーブルに向けて供給された粉体材料の層４を、所定の層厚に調整しながら該粉体材料の層４の上面を平坦にならす平坦化部材２３とを備えている。

前記タンク部２１は、この実施の形態においては、前記ケーシング２０の内部空間であり、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、前記ケーシング２０により長手方向（左右方向）及び短手方向（前後方向）の四方が囲まれた空間となっている。
なお、図３〜図５に示すように、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に延びていると共に、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先細り部分が形成された構成となっている。

前記供給孔２２は、前記タンク部２１内の粉体材料２を該タンク部２１外に排出させるもので、前記タンク部２１の下端部分に設けられ、該タンク部２１の長手方向に延びる長孔状に形成されている。
しがって、前記タンク部２１内に収容されている粉体材料２は、該タンク部２１内の前記先細り部分に沿ってこの供給孔２２の方向に集められ、該供給孔２２を通してタンク部２１外に排出されることにより、前記テーブル５の上面５ａに供給されることとなる。
なお、この供給孔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、前記供給孔２２には、該供給孔２２からテーブル５に向けて供給される前記粉体材料２の流量を調節する、流量調節弁等の図示しない流量調整手段が配設されている。

前記平坦化部材２３は、図３及び図４に示すように、前記ケーシング２０の下端側に配設されていて、前記供給孔２２から前記テーブル５に向けて供給された粉体材料２からなる前記粉体材料の層４に対して、線や点あるいは面で接触して下方に押し付けることにより、前記平坦化部材２３が該粉体材料の層４（その粉体材料の層４を形成する粉体材料２自体を含む）を上面側から押圧しながら、前記粉体材料の層４の層厚を予め定められた調整し且つその粉体材料の層４の上面を平坦にならす、平坦化を行うことが可能となっている。
具体的に、前記平坦化部材２３は、前記粉体材料供給装置７が前記テーブル５に粉体材料２を供給する際の該粉体材料供給装置７の移動方向とは反対方向の斜め下方に向けて傾斜する板体状に形成されていて、下方側の板面２３ａが前記粉体材料の層４に接触することができるようになっている。この実施の形態においては、平坦化部材２３は、湾曲していない平坦な板面を有する板体状となっている。
また、前記平坦化部材２３は、前記粉体材料供給装置７の幅方向に沿う方向、即ち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略矩形状の板面を有していて、短手方向の一端側が前記ケーシング２０に連結されている。また、この平坦化部材２３は、前記粉体材料供給装置７の長手方向（移動方向と直交する方向）長さとほぼ同じ長手方向長さとなっている。したがって、前記平坦化部材２３は、造形ユニット６の移動に伴って、前記テーブル５の長手方向の全長にわたって前記粉体材料の層４の平坦化を行うことができる。

この実施の形態においては、前述のように、前記造形ユニット６が前進時及び後進時の両方の場合に造形物の造形を行うことから、前記平坦化部材２３は、前記粉体材料供給装置７の移動方向の両端側にそれぞれ設けられていて、造形ユニットの前進時及び後進時に粉体材料の層の平坦化を行うことができるようになっている。
即ち、前記平坦化部材２３は、前記粉体材料供給装置の移動方向の一方側及び他方側の位置に、前記供給孔２２を挟むようにそれぞれ配設されている。
具体的には、前記造形ユニット６が前進した場合に粉体材料の層４の平坦化を行う、該造形ユニット６の前進方向（粉体材料供給装置７の前進方向）とは反対方向（後進方向）の斜め下方に向けて傾斜する第１の平坦化部材２３Ａを備えている。また、前記造形ユニット６が後進した場合に粉体材料の層４の平坦化を行う、該造形ユニット６の後進方向（粉体材料供給装置７の後進方向）とは反対方向（前進方向）の斜め下方に向けて傾斜する第２の平坦化部材２３Ｂとを備えている。
なお、前記第１の平坦化部材２３Ａと第２の平坦化部材２３Ｂとは、傾斜方向が違う以外は、基本的に同形同大に形成されている。

また、図４に示すように、前記第１及び第２の平坦化部材２３Ａ，２３Ｂは、いずれも、平坦化対象の粉体材料の層４を、その粉体材料の層４について調整すべき層厚に応じて下方側の板面２３ａの角度を調整自在となっている。
具体的には、前記第１及び第２の平坦化部材２３Ａ，２３Ｂは、それらの基端部（上方側の端部）が、それらの基端部の長手方向の全長にわたって前記ケーシング２０に連結されていて、該ケーシング２０との連結部分を起点として一定の範囲で回動自在に取付けられていると共に、設定した任意の角度でその傾斜を維持することができるようになっている。これにより、板面の傾斜角度、特に下面側の板面２３ａ（前記粉体材料の層４と接触する側の面）の傾斜角度を、調整すべき粉体材料の層４の層厚に応じて、変更自在となっている。
したがって、前記第１及び第２の平坦化部材２３Ａ，２３Ｂは、いずれも、平坦化対象の粉体材料の層４を、予め定めた層厚に調整しながら平坦化、さらには粉体材料の層４の押圧を行うことが可能となる。
ただし、前記粉体材料の層４の前記予め定めた層厚が不変である場合は、その角度を固定してもよい。

ここで、前記第１及び第２の平坦化部材２３Ａ，２３Ｂの各板面２３ａ，２３ａの傾斜角度の調整を行う場合、図４（ａ）に示すように、平坦化対象となっている前記粉体材料の層４の層厚が小さいほど、下面側の板面２３ａ，２３ａの傾斜角度を鉛直に近い角度とする必要があり、逆に、図４（ｂ）に示すように、平坦化対象となっている前記粉体材料の層４の層厚が大きいほど、下面側の板面２３ａ，２３ａの傾斜角度を水平に近い角度とする必要がある。
なお、この実施の形態においては、前記第１及び第２の平坦化部材２３Ａ，２３Ｂは板体状に形成されているため、これらの前記第１の平坦化部材２３Ａ自体及び第２の平坦化部材２３Ｂ自体の傾斜角度を変更、調整することにより、下面側の板面２３ａ，２３ａの傾斜角度を変更、調整することができる。

ところで、図５に示すように、前記粉体材料供給装置７には、該粉体材料供給装置７と共に移動して前記タンク部２１に補給用の粉体材料を供給可能である、補給用の粉体材料を貯蔵するホッパー３１が取付けられている。これにより、前記粉体材料供給装置７のタンク部２１には、必要に応じてあるいは定常的に粉体材料２が補給、充填されることとなる。
この実施の形態においては、前記ホッパー３１は全体として筒状に形成されていて、下方側には、下方にいくに従って次第に先細りとなる先細り部分が形成されている。また、上端側の開口には、図示しない粉体材料の供給源からの粉体材料が搬送される、可撓性を有する供給管３２が取付けられている。一方、下端側の開口は、前記粉体材料供給装置７のタンク部２１内に向いた状態に配置されていて、ホッパー３１内の粉体材料２を該タンク部２１に排出することが可能となっている。
なお、前記ホッパー３１自体は、前記粉体材料供給装置７のケーシング２０に取付けられていて、これにより、該ホッパー３１は該粉体材料供給装置７と共に移動することが可能となっている。また、前記ホッパー３１は、前記下端側の開口を通じた前記タンク部２１への粉体材料２の供給及びその停止を行うことが可能となっている。このとき、このホッパー３１には、粉体材料２の補給時に、前記粉体材料２の供給量の調整を行う調整弁が取付けられていてもよい。
また、前記粉体材料供給装置７におけるタンク部２１内には、該タンク部２１内の粉体材料を、該タンク部２１の長手方向の全長にわったって均等に行き渡らせるための、スクリューコンベア等の搬送手段（図示せず）が設けられていて、前記ホッパー３１から補給された粉体材料２を、タンク部２１全体に行き渡らせることができるようになっている。

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を層状に供給する。

このとき、前記造形ユニット６の前進に伴って、前記テーブル５の上面５ａの粉体材料の層４には前記粉体材料供給装置７に設けられた第１の平坦化部材２３Ａが接触する。
前記第１の平坦化部材２３Ａは、前記造形ユニット６の前進とともに、前記粉体材料の層４と接触した部分において該粉体材料の層４を下方に押圧しながら該粉体材料の層４の層厚を調整し、且つその粉体材料の層４の上面を平坦にならしていく。
その後、前記造形ユニット６の前進に伴って、前記粉体材料の層４のうち平坦化が完了した直後の部分に対して、後進方向側に位置する前記バインダ供給装置８Ｂからバインダ液を造形対象となる造形物の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が形成されることとなる。

一方、前記造形ユニット６の前進が完了した場合には、前記テーブル５を１層分降下させた上で、該造形ユニット６に後進を開始させる。その後進中、前記テーブル５の上面５ａに既に供給が完了し、造形対象となる造形物の一部の層部分が形成されている既設の粉体材料の層４（下層の粉体材料の層４）の上面に、粉体材料供給装置７により粉体材料２を層状に供給し、新たに粉体材料の層４を形成する。
このとき、前記造形ユニット６の後進に伴って、前記下層の粉体材料の層４の上面に供給された粉体材料の層４には前記粉体材料供給装置７に設けられた第２の平坦化部材２３Ｂが接触する。
前該第２の平坦化部材２３Ｂは、前記造形ユニット６の後進とともに、前記粉体材料の層４と接触した部分において該粉体材料の層４を下方に押圧しながら該粉体材料の層４の層厚を調整し、且つその粉体材料の層４の上面を平坦にならしていく。
そして、前記造形ユニット６の後進に伴い、前記粉体材料の層４のうち平坦化が完了した直後の部分に対して、前進方向側に位置する前記バインダ供給装置８Ａからバインダ液を造形対象となる造形物の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、下層の粉体材料の層４の上に形成されることとなる。
その後、造形ユニット６の前進及び後進を順次行うことにより、造形対象となる造形物の一部の層部分を含む粉体材料の層が順次積層され、最終的には、所望の形状に造形された造形物が完成する。

このように、前記構成を有する粉体材料供給装置７は、前記平坦化部材２３（２３Ａ，２３Ｂ）が、前記粉体材料の層４を押圧するため、該粉体材料の層４中の粉体材料２の間の隙間を可及的に小さく且つ少なくし、該粉体材料の層４の密度を可能な限り大きくすることができる。
この結果、平坦化対象となった粉体材料の層４は、粉体材料２が密に詰まった状態となるため、造形される造形物の強度を安定的に確保することができると共に、該造形物の表面を滑らかにして精密な造形を行うことが可能となる。

図６〜図８は、本発明の三次元造形装置の粉体材料供給装置の第２の実施の形態を示すものである。この第２の実施の形態の粉体材料供給装置は、前記第１の実施の形態とは平坦化部材の構成、及び供給孔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４０は、前記粉体材料２を貯蔵するタンク部４１と、該タンク部４１の下端側に設けられ、タンク部４１内の粉体材料２を前記テーブル５に向けて層状に供給する供給孔４２，４３と、該供給孔４２，４３から前記テーブル５に向けて供給された粉体材料の層４を、所定の層厚に調整しながら該粉体材料の層の上面を平坦にならす平坦化部材４４を備えている。
前記平坦化部材４４は、粉体材料供給装置４０の移動方向、即ち短手方向の中央部分に設けられていて、前記供給孔４２，４３は、前記粉体材料供給装置４０の移動方向の一方側及び他方側の位置の両方に、該平坦化部材４４を挟むようにそれぞれ配設されている。

なお、この第２の実施の形態における三次元造形装置については、前記粉体材料供給装置４０以外の構成及び作用効果は、基本的に前記第１の実施の形態と同じであるため、同様の符号を付して詳細な説明については省略する。

前記平坦化部材４４は、前記粉体材料供給装置４０の移動方向と直交する方向（即ち、粉体材料供給装置４０の長手方向）に延び、且つ該粉体材料供給装置４０の移動方向に沿って回転する回転部材と、前記粉体材料供給装置４０の移動方向、即ち粉体材料供給装置４０の短手方向の中央部分に設けられ、下方側が開口する断面略コ字形に形成された、前記回転部材を回転自在に収容する収容部材４５とを備えている。
この実施の形態においては、前記回転部材として、粉体材料供給装置４０の長手方向に延びて、平坦化対象の前記粉体材料の層４を回転しながら押圧する、粉体材料供給装置４０の移動方向に沿って回転自在である中実又は中空状の押圧用ローラ４６を用いている。

前記収容部材４５は、図７及び図８に示すように、全体として前記粉体材料供給装置４０の長手方向に延びるもので、略水平方向に延びる略矩形状の板面を有し、且つ前記粉体材料供給装置の長手方向に長く形成された、前記タンク部４１の底部の一部を形成する板体状の基部４７と、該基部４７の短手方向の両端部から略鉛直下方向にそれぞれ垂下する、相互に同大同形の略矩形状の板面を有する一対の立壁４８，４９とを備えている。
前記一対の立壁４８，４９は、鉛直方向長さが前記押圧用ローラ４６の外周径よりも短く形成されていて、該押圧用ローラ４６の下端側の一部が、常にこれらの一対の立壁４８，４９の下端部よりも突出して外部に露出した状態が維持されるようになっている。
その一方で、前記一対の立壁４８，４９は、その下端部分が、前記供給孔４２，４３からテーブル５の上面５ａに層状に供給された粉体材料からなる粉体材料の層４に前記押圧用ローラ４６よりも先行して接触して、その粉体材料の層４を前記押圧用ローラ４６の接触前に予め一定の厚さに調整し、且つその粉体材料の層４の上面をある程度平坦化する機能がある。したがって、前記一対の立壁４８，４９は、最終的に調整される粉体材料の層４の層厚よりもある程度厚めの層厚（例えば１．５倍程度）に調整されるように垂下する長さに設定されている。
なお、前記一対の立壁４８，４９については、前記押圧用ローラ４６の最下端側の位置と粉体材料の層４これらの一対の立壁４８，４９の下端部の位置との鉛直方向の位置関係を変更可能であることが好ましい。これにより、前記粉体材料の層の大きさを調整すると共に、嵩密度を調整することが可能である。
このとき、前記一対の立壁４８，４９自体をそれぞれ昇降可能な構成としたり、前記収容部材４５全体を昇降可能な構成としたり、あるいは前記押圧用ローラ４６を昇降可能な構成としたりすることにより、前記押圧用ローラ４６の最下端側の位置と前記一対の立壁４８，４９の下端部との位置の鉛直方向の位置関係を調整できるようにしてもよい。

一方、前記押圧用ローラ４６は、前記収容部材４５内、即ち、前記基部４７及び一対の立壁４８，４９に囲まれた空間内に、下端側が前記収容部材の開口から常に突出して外部に露出した状態に収容されている。
この押圧用ローラ４６は、前記収容部材４５内において、前記粉体材料供給装置７に長手方向に略水平に延びて前記粉体材料供給装置４０のケーシング５０に固定された軸部材（図示せず）により回転自在に支持され、該軸部材の軸線回りに回転する構成となっている。
また、前記押圧用ローラ４６は、前記造形ユニット６の移動（即ち粉体材料供給装置４０の移動）に伴って、前記テーブル５の上面５ａの粉体材料の層４の上面に接触した状態で回転しながら、該押圧用ローラ４６の外周面４６ａが前記平坦化対象の粉体材料の上面を連続的に押圧することが可能となっている。さらには、この押圧用ローラ４６は、その押圧と同時に、平坦化対象の粉体材料の層４の層厚を所定の層厚に調整し且つ該粉体材料の層４の上面を平坦化する動作も行うことができる。

なお、この実施の形態においては、前記押圧用ローラ４６は、その外周面４６ａが前記造形ユニット６の移動に伴って平坦化対象４４が前記粉体材料の層４に接触することにより、該押圧用ローラ４６と粉体材料の層４を形成する粉体材料との間で発生する摩擦で回転するものとしている。したがって、前記押圧用ローラ４６は、粉体材料の層４を下方側に押し込む方向（図８（ａ）の場合は時計回り、図８（ｂ）の場合は反時計回り）に回転する。
しかしながら、前記押圧用ローラ材４６は、電動モータ等の外部駆動力によって積極的に回転するものであってもよく、また前記外部駆動力による押圧ローラ４６の回転に対してブレーキを設けて前記押圧用ローラ４６の回転速度を変更できるようにしてもよい。あるいは、前記押圧用ローラ４６は、回転不能に前記収容部材４５内に固定したものであってもよく、該押圧用ローラ４６が前記粉体材料の層４の上面を滑りながら該粉体材料の層４を押圧する構成であってもよい。

また、図８に示すように、前記供給孔４２，４３は、前記タンク部４１の下端側に、前記平坦化部材４４における収容部材４５を挟むようにそれぞれ配設されている。
即ち、前記供給孔４２，４３は、前記タンク部の４１の下端側において、前記平坦化部材４４の一対の立壁４８，４９の外面、即ちこれらの一対の立壁４８，４９における前記押圧用ローラ４６の収容空間側とは反対側の板面に沿うようにそれぞれ設けられている。
これにより、前記造形ユニット６が前進する場合には、図８（ａ）に示すように、前記粉体材料供給装置４０の前進方向側に位置する第１の供給孔４２から粉体材料２をテーブル５に向けて供給させることができ、その後、前進方向において該第１の供給孔４２より後ろ側に位置する前記平坦化部材４４により平坦化を行わせることが可能となる。
逆に、前記造形ユニット６が後進する場合には、図８（ｂ）に示すように、前記粉体材料供給装置４０の後進方向側に位置する第２の供給孔４３から粉体材料２をテーブル５に向けて供給させることができ、その後、後進方向において該第２の供給孔４３より後ろ側に位置する前記平坦化部材４４により平坦化を行わせることが可能となる。
なお、前記第１及び第２の供給孔４２，４３は、いずれも、前記粉体材料供給装置４０の長手方向とほぼ同じ長さに形成されていて、前記テーブル５の長手方向の全長にわたって粉体材料２を供給することが可能である点は、前記第１の実施の形態と同じである。

また、前記第１及び第２供給孔４２，４３には、それぞれ、これらの供給孔４２，４３からテーブル５に向けて供給される前記粉体材料２の流量の調整を調整する流量調整弁等の流量調整手段が配設されている。また、この実施の形態においては、前記第１及び第２供給孔４２，４３には、粉体材料の供給とその停止を行う開閉弁４２ａ，４３ｂがそれぞれ配設されている。
したがって、前記造形ユニット６の移動方向、即ち、前記粉体材料供給装置４０の移動方向に応じて、前記開閉弁４２ａ，４３ｂが、第１の供給孔４２、第２の供給孔４３からの前記テーブルに向けての粉体材料２の供給を停止すると共に、前記テーブル５に向けて粉体材料２を供給している供給孔については、前記流量調整手段がその流量を調整することができるようになっている。

また、前記タンク部４１は、前記粉体材料供給装置４０のケーシング５０により、長手方向（左右方向）及び短手方向（前後方向）の四方と、下方側である底部とが取り囲まれている上、さらに上方側についても天板部材４１ａが取付けられていて、タンク部４１内に粉体材料２が収容された状態においては、該タンク部４１内の空間が気密に閉塞された状態が維持されるようになっている。
そして、図６に示すように、前記粉体材料供給装置４０には、前記タンク部４１内に空気を圧送することにより該タンク部４１内を加圧して高圧にする、コンプレッサー等の加圧装置５１が取付けられている。これにより、タンク部４１内の圧力をタンク部４１外の圧力よりも高くすることができるため、その圧力差によってタンク部４１内の粉体材料２を、粉体材料２を供給可能な状態の前記第１の供給孔４２又は第２供給孔４３からタンク部４１外に押し出し、スムーズに排出することができる。したがって、前記第１の供給孔４２又は第２供給孔４３から前記テーブル５に向けて供給する際には、粉体材料２を確実且つ安定的に該タンク部４１から排出させることが可能となる。
なお、前記タンク部４１内の圧力は、タンク部４１外の圧力（大気圧とほぼ同じ）より高ければ、テーブル５に向けて供給する粉体材料２の量や、粉体材料２の種類や粒径に応じ、且つタンク部４１内の加圧によって粉体材料供給装置４０に故障等が生じない範囲で、任意に設定することができる。前記タンク部内については、例えば５０．６５〜５０６５ｈＰａ（０．０５〜５気圧）程度加圧することができる。加える圧力が５０．６５ｈＰａ未満であると、加圧する効果がほとんどなく、また５０６５ｈＰａを超えると、タンク部４１内の密閉をかなりしっかりしなければ、タンク部４１外に空気が漏れて風が起き、粉体材料の層４が崩れるおそれがある。

さらに、図６に示すように、前記粉体材料供給装置４０には、該粉体材料供給装置４０と共に移動して前記タンク部４１に補給用の粉体材料を供給可能である、補給用の粉体材料を貯蔵するホッパー５２が取付けられている。これにより、前記粉体材料供給装置４０のタンク部４１には、必要に応じてあるいは定常的に粉体材料２が補給、充填されることとなる。
この実施の形態の前記ホッパー５２は、基本的に前記第１の実施の形態と同様の構成となっているが、前記タンク部４１には天板部材４１ａが設けられているため、この実施の形態の前記ホッパー５２は、その下端側は該天板部材４１ａを貫通し、下端側の開口が前記タンク部４１内に臨んだ態様となっている。
また、前記ホッパー５２の下端部分には、前記下端側の開口を通じた前記タンク部４１への粉体材料２の供給及びその停止、並びに供給時における供給量の調整を行う調整弁（図示せず）の他に、ホッパー５２内の空間とタンク部４１内との連通及び遮断を行う開閉弁５３が設けられている。
この開閉弁５３は、前記ホッパー５２から補給用の粉体材料を前記タンク部４１内に補給する際には、これらのホッパー５２内の空間とタンク部４１内とを連通させる一方、該タンク部４１を前記加圧装置５１によって加圧している場合においてはホッパー５２内の空間と該タンク部４１内とを連通を遮断して、前記タンク部４１内の圧力を維持させることができる。なお、前記開閉弁５３としては、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。
なお、前記粉体材料供給装置４０におけるタンク部４１内には、該タンク部４１内の粉体材料を、該タンク部４１の長手方向の全長にわったって均等に行き渡らせるための、スクリューコンベア等の搬送手段（図示せず）が設けられていて、前記ホッパー５２から補給された粉体材料２を、タンク部４１全体に行き渡らせることができるようになっている。

ところで、図６及び図７に示すように、前記粉体材料供給装置４０は、前記タンク部４１に収容されている粉体材料２に対して水を噴霧自在であるタンク部内用の水噴霧装置５５を備えている。
このように、前記タンク部内用の水噴霧装置５５を設けたのは、前記タンク部４１内に収容されている粉体材料２を水で湿らせることにより、該粉体材料２が前記テーブル５に向けて供給された際に、その粉体材料２が該テーブル５上において撒き上がったり飛び散ったりすることを可及的に抑止するためである。
特に、粒径が小さく乾燥した粉体材料２は、前記テーブル５に向けて供給した際には、該テーブル５への落下の衝撃等によって撒き上がったり周囲に飛び散ったりする可能性がある。そして、そのような撒き上がったり飛び散ったりした粉体材料２が、平坦化の完了した粉体材料の層４の領域に至ると、粉体材料の層４を所定の層厚に維持することが困難になるため、造形物の造形に悪影響を与えることが考えられる。
そのため、この実施の形態においては、前記粉体材料供給装置４０に前記タンク部内用の水噴霧装置５５を設けて、前記タンク部４１内に収容されている粉体材料２を水で湿らせ、水の重みや粘度等のその水の作用により粉体材料２の撒き上がりや飛び散りを抑止するようにしている。

前記タンク部内用の水噴霧装置５５は、前記タンク部４１内に水を霧状に噴射する噴射孔を有する複数の噴霧ノズル５６と、これらの噴霧ノズル５６に連結されたタンク等の水源から水を供給する配管（図示せず）と、該配管を通じて水を圧送するポンプ（図示せず）と、前記配管中に設けられて、前記噴霧ノズルから噴霧される水の量を調整する図示しない流量調整弁を備えている。
前記複数の噴霧ノズル５６は、前記タンク部４１における上方側に部分に、該タンク部４１の長手方向に向けて一定の間隔で並べられた状態で前記ケーシング５０に取付けられていて、これらの複数の噴霧ノズル５６全部によって、タンク部４１内に収容されている粉体材料２のうちの少なくとも上端に位置する粉体材料２の全範囲に対して水を噴霧することができるようにしている。
なお、前記噴霧ノズル５６としては、任意のものを用いることができるが、水を広範囲にわたって放射状に拡散させることができるものであることが好ましい。

さらに、図６及び図７に示すように、前記粉体材料供給装置４０は、前記テーブル５に向けて供給されて平坦化された粉体材料の層４に対して水を噴霧自在である水噴霧装置６０を備えている。
このように、前記水噴霧装置６０を前記粉体材料供給装置４０に設けたのは、既にテーブル５上に供給されて平坦化が完了した粉体材料の層４を形成する粉体材料２を水で湿らせることにより、該粉体材料２が該テーブル５上において撒き上がったり飛び散ったりすることを可及的に抑止するためである。
前記三次元供給装置においては、前記造形ユニット６、即ち粉体材料供給装置４０やバインダ液供給装置８が前進及び後進すると共に、これらの装置に粉体材料供給装置４０やバインダ液供給装置８に付随する配線や配管その他の部材も動く。このとき、前記造形ユニット６等の移動により発生する風や衝撃によって、テーブル５上に存在する粉体材料の層４中の粉体材料２が撒き上がったり飛び散ったりすることが考えられる。特に、粉体材料の層４のうちの平坦化が完了した領域において粉体材料２の撒き上がりや飛び散りが発生すると、粉体材料の層４を所定の層厚に維持することが困難になるため、造形物の造形に悪影響を与えることが考えられる。
そのため、この実施の形態においては、前記粉体材料供給装置４０に、前記タンク部内用の水噴霧手装置５５とは別に、粉体材料の層４に水を直接噴霧するための水噴霧装置６０を設けて、前記粉体材料の層４中の粉体材料２を水で湿らせ、水の重みや粘度等のその水の作用により粉体材料２の撒き上がりや飛び散りを抑止するようにしている。

前記水噴霧装置６０は、前記平坦化が完了した直後の粉体材料の層４に対して水を霧状に噴射する噴射孔を有する複数の噴霧ノズル６１と、これらの噴霧ノズル６１に連結されたタンク等の水源から水を供給する配管（図示せず）と、該配管を通じて水を圧送するポンプ（図示せず）と、前記配管中に設けられて、前記噴霧ノズルから噴霧される水の量を調整する図示しない流量調整弁（図示せず）を備えている。
前記噴霧ノズル６１は、前記ケーシング５０の外部において、前記粉体材料供給装置４０の長手方向に向けて一定の間隔で並べられた状態で、該ケーシング５０に取付けられていて、前記平坦化部材４４による平坦化が完了した直後の粉体材料の層４の、前記テーブル５の長手方向の全範囲に対して水を噴霧することができるようにしている。
なお、前記噴霧ノズル６１としては、任意のものを用いることができるが、水を広範囲にわたって放射状に拡散させることができるものであることが好ましい。

前記構成を有する粉体材料供給装置４０は、前記平坦化部材４４に設けた回転部材である押圧用ローラ４６が、前記粉体材料の層４を下方側に押圧して、該粉体材料の層４中の粉体材料２の間の隙間を可及的に小さく且つ少なくして、該粉体材料の層４の密度を可能な限り大きくするため、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、前記平坦化部材４４が前記回転部材として押圧用ローラ４６を備えたものとしたことにより、前記第１の実施の形態のような平坦化部材が板体状である場合に比べて、押圧した際に粉体材料２に作用する圧力が連続的に変化するため、粉体材料の層４の上面を均一に平坦化することができる点で、より優れるというメリットがある。

前記第１の実施の形態においては、前記平坦化部材２３を板体状として、該平坦化部材２３の板面が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たものとしている。
しかしながら、平坦化部材の板面の方向については、例えば図９に示すように、粉体材料供給装置７自体を、その長手部分が該粉体材料供給装置７の移動方向に対して予め定めた角度を成すように配置することにより、平坦化部材が前記板面が前記粉体材料供給装置７の移動方向に対して、予め定めた角度をなす水平方向に延びているものとすることができる。なお、図９に示すものについて、前記第１の実施の形態と同様の符号を付している。
これにより、前記平坦化部材が平坦化により除去した余剰の粉体材料は、粉体材料供給装置の移動に伴って、前記平坦化部材において粉体材料供給装置の進行方向の後方側に位置する部分側（図９における平坦化部材の左側に位置する部分側）次第に寄せられていくため、余剰の粉体材料がいつまでも前記粉体材料供給装置や平坦化部材の特定の場所に留まらずに除去されるというメリットがある。
なお、この場合の前記平坦化部材の前記粉体材料供給装置の移動方向に対する角度としては、粉体材料の種類や粒径等に応じて、粉体材料の層の形成に支障が生じない範囲で任意に設定することができる。
なお、粉体材料供給装置自体の配置は通常のままで、平坦化部材のみを、その板面が前記粉体材料供給装置７の移動方向に対して、予め定めた角度をなす水平方向に延びるような配置としてもよい。

また、前記第１の実施の形態においては、前記平坦化部材２３は、平坦化対象の粉体材料の層４を、調整すべき層厚に応じて下方側の板面の角度を調整自在である構成としているが、平坦化部材については、粉体材料の層の層厚を変更する必要がない場合には、その板面の角度が特定の角度に固定されていてもよい。
さらに、前記第の実施の形態では、前記平坦化部材２３は、平坦な板面を有する板体状に形成されているが、平坦化部材が板体状である場合には、例えば下方側に凸となるように緩やかに湾曲した板面を有する板体状としてもよい。

前記第１の実施の形態においては、前記造形ユニット６は、前進時及び後進時のいずれの場合においても粉体材料の層４の形成とバインダ液の吐出をすることができるように、粉体材料供給装置７の前進方向及び後進方向のそれぞれに、前記バインダ液供給装置８Ａ，８Ｂを、該粉体材料供給装置７を挟むように配置し、また、前記平坦化部材に関しても、前進時及び後進時において粉体材料の層４の平坦化を行えるように、前記粉体材料供給装置７の移動方向の一方側及び他方側の両方の位置に第１及び第２の平坦化部材をそれぞれ配設していた。
しかしながら、前記造形ユニットは、前進時又は後進時のいずれかの場合にのみ粉体材料の層の形成及びバインダ液の吐出を行うことができるように、粉体材料供給装置の前進方向又は後進方向のいずれかにバインダ液供給装置を配置するようにしてもよい。この場合において、前記平坦化部材は、前記造形ユニットが粉体材料の層の形成及びバインダ液の吐出を行う移動の際に、粉体材料の層の平坦化を行うことができる位置に１つだけ設ければよい。

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７，４０は、該粉体材料供給装置７、４０と共に移動する、補給用の粉体材料を貯蔵するホッパー３１，５２を備えているが、前記粉体材料供給装置にはホッパーは必ずしも設ける必要はない。

前記第２の実施の形態においては、前記粉体材料供給装置４０が、タンク部４１に収容されている粉体材料２に対して水を噴霧自在であるタンク部内用の水噴霧装置５５を備えているが、このタンク部内用の水噴霧装置は必ずしも設ける必要はない。
また、前記第２の実施の形態においては、前記粉体材料供給装置４０が、テーブル５に向けて供給されて平坦化された粉体材料の層４に対して水を噴霧自在である水噴霧装置６０を備えているが、この水噴霧装置は必ずしも設ける必要はない。
さらに、前記第２の実施の形態においては、前記粉体材料供給装置４０は、タンク部内用の水噴霧装置５５と、粉体材料の層４に水を直接噴霧するための水噴霧装置６０との両方を備えた構成となっているが、粉体材料供給装置は、これらのうちのいずれか一方のみを設けた構成であってもよい。

なお、前記第１の実施の形態においては、前記粉体材料供給装置７は、タンク部内用の水噴霧装置、及び粉体材料の層に水を直接噴霧するための水噴霧装置を両方とも備えていないが、前記第１の実施の形態に係る構成の粉体材料供給装置に、これらのタンク部内用の水噴霧装置と、粉体材料の層に水を直接噴霧するための水噴霧装置のうちのいずれか一方又は両方を設けるようにしてもよい。

また、前記第２の実施の形態においては、前記粉体材料供給装置４０が、前記タンク部４１内を加圧して高圧状態にする加圧装置５１を備えているが、この加圧装置については必ずしも設ける必要はない。
なお、前記第１の実施の形態においては、前記粉体材料供給装置７は、前記加圧装置を備えていないが、タンク部を気密に保つ構造とすることができれば、前記第１の実施の形態に係る構成の粉体材料供給装置に加圧装置を設けてもよい。

前記第２の実施の形態では、平坦化部材４４を構成する前記回転部材として押圧用ローラ４６を用いているが、回転部材としては、粉体材料供給装置の移動方向と直交する方向に延び、且つ該粉体材料供給装置の移動方向に沿って回転するものであれば、必ずしもローラである必要はなく、任意の構成のものを用いることができる。
例えば、前記回転部材として、収容部材内に収容された状態で前記粉体材料供給装置の移動方向に回転して粉体材料の層に面接触し、該粉体材料の層の平坦化を行う、外周面が平坦な無端ベルトを備え、前記粉体材料供給装置の移動方向と直交する方向に延び且つ前記粉体材料供給装置の移動方向に沿うように設けられたクローラを用いることができる。
このように、前記回転部材をクローラとすることにより、前記粉体材料の層に対する下方への加圧部分の面積を、前記押圧用ローラの場合に比べて大きくすることができ、粉体材料への加圧を広い範囲で連続的に行うことができる。

ここで、前記クローラの前記無端ベルトとしては、前記粉体材料の層の上面を安定的にならして平坦化することができれば、任意の構成のものを用いることができるが、例えば、外周面が平坦なゴムベルト等を用いることが好ましい。
また、前記クローラにおいては、前記無端ベルトは、前記粉体材料供給装置の移動に伴って、粉体材料の層との摩擦により回転するものであっても、電動モータ等の外部駆動力によって積極的に回転するものであってもよい。なお、前記クローラにおいて、前記無端ベルト回転自在に支持する複数の転輪は、無端ベルトの回転を妨げない位置であれば、その位置、個数に制限はない。

さらに、前記クローラの複数の転輪のうちの少なくとも１つを前記外部駆動力によって回転させる駆動輪とした場合には、前記クローラは、該粉体材料供給装置が移動するに従って、前記粉体材料の層に対する加圧力を徐々に大きくするように構成することができる。
即ち、前記クローラを、該クローラ（無端ベルト）の下面側に位置する部分が前記粉体材料供給装置の進行方向とは反対側に行くに従って下方側に傾斜する構成することができる。このとき、前記粉体材料供給装置が、例えば前進時のみに粉体材料の層を形成する場合には、前記駆動輪を前記クローラにおける前記粉体材料供給装置の移動方向側の端部（粉体材料供給装置の前側又は後側）に配置して、前記クローラ（無端ベルト）の下面側が、前記粉体材料供給装置の前進方向とは反対側の下方に向かって傾斜した構成とすることができる。
また、前記粉体材料供給装置が前後進時に粉体材料の層を形成する場合、前記駆動輪を、クローラにおける前記粉体材料供給装置の移動方向の略中央に配置して、該駆動輪の位置を中心に、前記粉体材料供給装置の前後進方向に向けて徐々に上方に傾斜する構成、即ち、前記クローラにおける前記粉体材料供給装置の移動方向の両端部から略中央側に向かって次第に下方に傾斜する構成とすることができる。
なお、前記粉体材料供給装置が前進時のみに粉体材料の層を形成する場合、あるいは前後進時に粉体材料の層を形成する場合のいずれの場合であっても、前記クローラには、該クローラにおける無端ベルトの前記粉体材料の層に対する加圧力（接地圧）を調整するための錘をもうけてもよい。また、前記クローラは、前記複数の転輪のうちの２つ以上を駆動輪としてもよい。

また、前記第２の実施の形態においては、前記平坦化部材４４が、前記粉体材料供給装置４０の移動方向と直交する方向に延び、且つ該粉体材料供給装置４０の移動方向に沿って回転する回転部材を備えていた。
しかしながら、前記平坦化部材は、粉体材料供給装置の移動方向と直交する方向に延び、回転不能に固定された中空又は中実の円柱状に形成された円柱状部材を備えていて、前記粉体材料供給装置の移動に伴って該円柱状部材の外周面が前記平坦化対象の粉体材料の層を下方に押圧するようしてもよい。なお、前記第２の実施の形態の平坦化部材４４の場合、前記押圧用ローラ４６の回転を不能にすることにより、該押圧用ローラ４６を前記円柱状部材とすることができる。

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７，４０からテーブル５上に供給した粉体材料２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２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、本発明の粉体材料供給装置が用いられる三次元造形装置としては、粉体材料供給装置により粉体材料をテーブル上に層状に供給し、その粉体材料の層を平坦化部材により平坦化を行う構成であれば、粉体材料を結合する手段については任意の手段を用いることができる。例えば、三次元造形装置としては、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）造形を行う構成であってもよい。

なお、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７，４０と、２つのバインダ液供給装置８（８Ａ，８Ｂ）とを一体に備えた造形ユニット６を備えた構成としていたが、三次元造形装置の粉体材料供給装置とバインダ液供給装置とは一体の構成でなくてもよい。
即ち、例えば図１０に示すように、三次元造形装置１００が、テーブル５における該三次元造形装置１００の前側（正面側）を原点位置とする、該三次元造形装置１００の前後方向に移動自在の粉体材料供給装置１０７と、テーブル５における前記三次元造形装置１００の後側（背面側）を原点位置とする、該三次元造形装置１００の前後方向及び左右方向に移動自在のバインダ液供給装置１０８とを備えた構成としてもよい。
このとき、前記粉体材料供給装置１０７を、本発明の構成を有する粉体材料供給装置とすると共に、前記バインダ液供給装置１０８については、該粉体材料供給装置１０７やテーブルの左右方向の長さよりも小さい小型のものとする。そして、前記粉体材料供給装置１０７を三次元造形装置１００の後側に向けて前進させて、テーブル５上に粉体材料の層を形成した後、前記バインダ液供給装置１０８を三次元造形装置１００の前側に向けて前進させながら左右方向に往復動させることにより、粉体材料の層中の粉体材料を結合させるようになっている。
この図１０に示す三次元造形装置１００においても、基本的には、前記第１及び第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、図１０中において、符号１１０は前記バインダ液供給装置１０８を三次元造形装置１００の前後方向及び左右方向に移動させるバインダ液供給装置用の移動装置であり、三次元造形装置１００の前後方向に相互に平行且つ水平に延びる一対のガイドレール１１１，１１１と、これらの一対のガイドレール１１１，１１１上を移動する、前記三次元造形装置１００の左右方向に延びる前後方向移動部材１１２とを備えている。さらに、前記前後方向移動部材１１２に前記三次元造形装置１００左右方向に移動自在の左右方向移動部材１１３を備えていて、前記バインダ液供給装置１０８はこの左右方向移動部材１１３に取付けられている。
また、図１０中において、符号１２０は、前記粉体材料供給装置１０７を三次元造形装置１００の前後方向に移動させる粉体材料供給装置用の移動装置であり、三次元造形装置１００の前後方向に相互に平行且つ水平に延びる一対のガイドレール１２１，１２１と、これらの一対のガイドレール１２１，１２１上をそれぞれ移動する移動部材１２２，１２２とを備えている。そして前記粉体材料供給装置１０７は、その両端側が前記移動部材１２２，１２２に取付けられている。
なお、図１０においては、テーブル５及び筒状部材９については、前記第１及び第２の実施の形態と同じ構成であり、同様の作用効果を奏するため、同様の符号を付して詳細な説明は省略する。

また、前記第１の実施の形態においては、図３及び図４に示すものの場合、前記第１の平坦化部材２３Ａと第２の平坦化部材２３Ｂとは、下方側の板面２３ａの角度を相互にほぼ同じ角度としている。しかしながら、これらの前記第１の平坦化部材と第２の平坦化部材とは、下方側の板面の角度を相互に異なる角度としてもよい。
例えば、粉体材料供給装置が前進した時あるいは後進した時のみ粉体材料の層を形成する場合や、前進時と後進時とに異なる層厚の粉体材料の層を形成する場合には、前記第１の平坦化部と第２の平坦化部材とは、下方側の板面の角度は同じである必要はない。

１，１００ 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
７，４０，１０７ 粉体材料供給装置
２１，４１ タンク部
２２，４２，４３ 排出孔
２３，４４ 平坦化部材
３１，５２ ホッパー
４６ 押圧用ローラ（回転部材）
５１ 加圧部材
５５ タンク部内用の水噴霧装置
６０ 水噴霧装置

Claims (11)

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、
   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前記テーブルに向けて層状に供給する供給孔と、該供給孔から前記テーブルに向けて供給された粉体材料の層を、所定の層厚に調整しながら該粉体材料の層の上面を平坦にならす平坦化部材とを備え、該粉体材料供給装置全体として水平な一方向に移動自在に形成されて、移動しながら前記粉体材料を所定の供給幅で該テーブルの上面に供給自在となっていて、
   前記平坦化部材は、前記粉体材料供給装置の移動と共に平坦化対象の粉体材料の層を下方に押圧しながら該粉体材料の層の層厚を調整し、且つその粉体材料の層の上面を平坦にならし、
   前記粉体材料供給装置は、前記タンク部に収容されている粉体材料に対して水を噴霧自在であるタンク部内用の水噴霧装置を備える、三次元造形装置の粉体材料供給装置。
2. 前記平坦化部材は、前記粉体材料供給装置の移動方向と直交する方向に延び、且つ該粉体材料供給装置の移動方向に沿って回転する回転部材を備えていて、前記粉体材料供給装置の移動に伴って周方向に回転しながら外周面で前記平坦化対象の粉体材料の層を下方に押圧する、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. 前記平坦化部材は、前記粉体材料供給装置の移動方向と直交する方向に延び、回転不能に固定された中空又は中実の円柱状に形成された円柱状部材を備えていて、前記粉体材料供給装置の移動に伴って該円柱状部材の外周面が前記平坦化対象の粉体材料の層を下方に押圧する、請求項１に記載の三次元造形装置の粉体材料供給装置。
4. 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、
   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前記テーブルに向けて層状に供給する供給孔と、該供給孔から前記テーブルに向けて供給された粉体材料の層を、所定の層厚に調整しながら該粉体材料の層の上面を平坦にならす平坦化部材とを備え、該粉体材料供給装置全体として水平な一方向に移動自在に形成されて、移動しながら前記粉体材料を所定の供給幅で該テーブルの上面に供給自在となっていて、
   前記平坦化部材は、前記粉体材料供給装置の移動と共に平坦化対象の粉体材料の層を下方に押圧しながら該粉体材料の層の層厚を調整し、且つその粉体材料の層の上面を平坦にならし、
   前記平坦化部材は、前記粉体材料供給装置が前記テーブルに粉体材料を供給する際の該粉体材料供給装置の移動方向とは反対方向の斜め下方に向けて傾斜する板体状に形成されていて、下方側に位置する板面において前記平坦化対象の粉体材料の層を下方に押圧し、
   前記平坦化部材は、平坦化対象の粉体材料の層を、調整すべき層厚に応じて下方側の板面の角度を調整自在である、三次元造形装置の粉体材料供給装置。
5. 前記平坦化部材は、前記板面が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ている、請求項４に記載の三次元造形装置の粉体材料供給装置。
6. 前記平坦化部材は、前記板面が前記粉体材料供給装置の移動方向に対して、予め定めた角度をなす水平方向に延びている、請求項４に記載の三次元造形装置の粉体材料供給装置。
7. 前記平坦化部材は、前記粉体材料供給装置の移動方向の一方側及び他方側の位置に、前記供給孔を挟むようにそれぞれ配設されている、請求項４〜６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。
8. 前記粉体材料供給装置は、前記タンク部に収容されている粉体材料に対して水を噴霧自在であるタンク部内用の水噴霧装置を備えている、請求項４〜７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。
9. 前記粉体材料供給装置は、該粉体材料供給装置と共に移動して前記タンク部に補給用の粉体材料を供給可能である、該補給用の粉体材料を貯蔵するホッパーを備えている、請求項１〜８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。
10. 前記粉体材料供給装置は、前記テーブルに向けて供給されて平坦化された粉体材料の層に対して水を噴霧自在である水噴霧装置を備えている、請求項１〜９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。
11. 前記粉体材料供給装置は、前記タンク部内を加圧して高圧状態にする加圧装置を備えている、請求項１〜１０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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