JP6905677B2 - 三次元造形装置及び三次元造形物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、三次元造形装置及び三次元造形物の製造方法に関するものである。

従来、平坦化部材を移動させることにより粉体を移送しつつ平坦化する平坦化処理を複数回実行して粉体層を形成し、その粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成するという動作を繰り返し行い、層状構造物が積層された三次元造形物（立体造形物）を造形する三次元造形装置（立体造形装置）が知られている。

例えば、特許文献１には、一層の粉体層を形成するために、平坦化ローラ（平坦化部材）をステージのステージ面に平行に往復移動させ、粉体を平坦化する平坦化処理を２回行う三次元造形装置が開示されている。この三次元造形装置では、１回目の平坦化処理時には、形成しようとする粉体層の目標厚みよりも厚いプレ粉体層を形成し、２回目の平坦化処理時には、目標厚みの粉体層を形成する。

一般に、粉体層を形成するにあたって平坦化部材を移動させる平坦化処理を複数回実行する従来の三次元造形装置では、各層状構造物の形状に誤差が生じ、層状構造物が積層して最終的に造形される三次元造形物の造形精度が低下するという課題がある。

上述した課題を解決するため、本発明は、平坦化部材を移動させて粉体を移送しつつ平坦化する平坦化処理を複数回実行して粉体層を形成し、該粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成するという動作を繰り返し行い、該層状構造物が積層された三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、前記平坦化部材は、後に実行される平坦化処理時における前記平坦化部材と前記粉体との間で生じる摩擦力が先に実行される平坦化処理時における前記摩擦力よりも小さくなるように、前記先に実行される平坦化処理時と前記後に実行される平坦化処理時とで、前記粉体に対して摺動する面の表面形状が異なることを特徴とする。

本発明によれば、形成される粉体層の高い粉体密度での均一化を実現しつつも、平坦化部材の移動により生じる下方の粉体層における層状構造物の引き摺りや膨張を抑制して、三次元造形物の造形精度の低下を抑制することができる。

第１の実施形態に係る三次元造形装置の一例の概略を示す平面説明図である。 同三次元造形装置の概略を示す側面説明図である。 同三次元造形装置における造形部の概略を示す断面説明図である。 同三次元造形装置の要部の具体的構成を示す斜視説明図である。 同三次元造形装置における制御部を示すブロック図である。 （ａ）〜（ｆ）は、同三次元造形装置における粉体層の形成動作を示す説明図である。 （ａ）〜（ｆ）は、同三次元造形装置の一変形例における粉体層の形成動作を示す説明図である。 （ａ）〜（ｆ）は、第２の実施形態に係る三次元造形装置における粉体層の形成動作を示す説明図である。 第３の実施形態に係る三次元造形装置における粉体層の形成動作を行う構成を示す説明図である。 第３の実施形態に係る三次元造形装置における平坦化ブレードの構成を示す説明図である。 第４の実施形態に係る三次元造形装置における平坦化ローラの構成を示す説明図である。 （ａ）は、同平坦化ローラのローラ軸方向に直交する断面図であり、（ｂ）は、同平坦化ローラの周面における図１１中符号Ｇ１で示す領域を拡大した拡大図である。 第４の実施形態に係る三次元造形装置における平坦化ローラの他の構成を示す説明図である。 同平坦化ローラの周面における図１３中符号Ｇ２で示す領域を拡大した拡大図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
本発明における第１の実施形態に係る三次元造形装置の一例の概要について、図１ないし図４を参照して説明する。
図１は同三次元造形装置の概略平面説明図、図２は同じく概略側面説明図、図３は同じく造形部の断面説明図である。なお、図３は造形時の状態で示している。また、図４は同じく具体的構成の要部斜視説明図である。

この三次元造形装置は、粉体造形装置（粉末造形装置ともいう。）であり、粉体（粉末）が結合された層状構造物３０が形成される造形部１と、造形部１の層状に敷き詰められた粉体の層（粉体層）３１に対して造形液１０を吐出する造形ユニット５とを備えている。

造形部１は、粉体槽１１と、平坦化手段（リコータ）を構成する平坦化部材としての回転部材である平坦化ローラ１２などを備えている。なお、平坦化部材は、回転部材に代えて、例えば板状部材（ブレード）とすることもできる。

粉体槽１１は、造形槽２２に供給する粉体２０を貯留する供給槽２１と、層状構造物３０が積層されて三次元造形物が造形される造形槽２２と、造形槽２２に供給された粉体の余剰分を回収する余剰粉体受け槽２９とを有している。

供給槽２１の底部を構成する供給ステージ２３は、鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。同様に、造形槽２２の底部を構成する造形ステージ２４も、鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。造形ステージ２４上に層状構造物３０が積層された三次元造形物が造形される。供給ステージ２３は、例えば図４に示すように、モータ２７によってＺ方向（高さ方向）に昇降され、造形ステージ２４も、同じく、モータ２８によってＺ方向に昇降される。

供給ステージ２３の側面は供給槽２１の内側面に接するように配置されている。造形ステージ２４の側面も造形槽２２の内側面に接するように配置されている。これらの供給ステージ２３及び造形ステージ２４の上面は水平に保たれている。

供給槽２１には、後述する粉体供給装置５５４が配置されている。造形の初期動作時や供給槽２１の粉体量が減少した時に、粉体供給装置５５４を構成するタンク内の粉体を供給槽２１へ供給する。粉体供給のための粉体搬送方法としては、スクリューを利用したスクリューコンベア方式や、エアーを利用した空気輸送方式などが挙げられる。

平坦化ローラ１２は、供給槽２１の供給ステージ２３上に貯留されている粉体２０を造形槽２２に移送して供給するとともに、造形槽２２に供給された粉体２０の表面を均して平坦化し、所定の厚みの粉体層を形成する。平坦化ローラ１２は、その軸方向長さが造形槽２２及び供給槽２１の内寸幅よりも長く、造形ステージ２４のステージ面（粉体２０が積載される面）に沿ってＹ方向に、ステージ面に対して相対的に往復移動可能に配置され、往復移動機構２５によって移動される。

また、平坦化ローラ１２は、モータ２６によって回転駆動される。平坦化ローラ１２は、モータ２６によって回転されながら、供給槽２１及び造形槽２２の上方を通過するようにして水平方向に往復移動する。これにより、供給槽２１の粉体２０が造形槽２２へと移送供給されるとともに、平坦化ローラ１２が造形槽２２上を通過しながら粉体２０を移送しつつ平坦化して、所望の厚みの粉体層３１が形成される。

造形ユニット５は、造形ステージ２４上の粉体層３１に粉体２０を結合させる造形液１０を吐出（付与）して、粉体２０が結合された層状構造物としての層状構造物３０を形成する液体吐出ユニット５０を備えている。

液体吐出ユニット５０は、キャリッジ５１と、キャリッジ５１に搭載された２つ（１又は３つ以上でもよい。）の液体吐出ヘッド（以下、単に「ヘッド」という。）５２ａ，５２ｂを備えている。

キャリッジ５１は、ガイド部材５４，５５に移動可能に保持されている。ガイド部材５４，５５は、両側の側板７０，７０に昇降可能に保持されている。このキャリッジ５１は、後述するＸ方向走査機構５５０を構成するＸ方向走査モータによってプーリ及びベルトを介して主走査方向であるＸ方向に往復移動される。

２つのヘッド５２ａ，５２ｂ（以下、区別しないときは「ヘッド５２」という。）は、造形液１０を吐出する複数のノズルを配列したノズル列がそれぞれ２列配置されている。一方のヘッド５２ａの２つのノズル列は、シアン造形液及びマゼンタ造形液を吐出する。他方のヘッド５２ｂの２つのノズル列は、イエロー造形液及びブラック造形液をそれぞれ吐出する。なお、ヘッド構成はこれに限るものではない。

これらのシアン造形液、マゼンタ造形液、イエロー造形液、ブラック造形液の各々を収容した複数のタンク６０がタンク装着部５６に装着され、供給チューブなどを介してヘッド５２ａ，５２ｂに供給される。

また、Ｘ方向の一方側には、液体吐出ユニット５０のヘッド５２の維持回復を行うメンテナンス機構６１が配置されている。メンテナンス機構６１は、主にキャップ６２とワイパ６３で構成される。メンテナンス機構６１では、キャップ６２をヘッド５２のノズル面（ノズルが形成された面）に密着させ、ノズルから造形液を吸引する。ノズルに詰まった粉体の排出や高粘度化した造形液を排出するためである。その後、メンテナンス機構６１では、ノズルのメニスカス形成のため、ノズル面をワイパ６３でワイピング（払拭）する。また、メンテナンス機構６１は、造形液の吐出を行わない期間に、ヘッドのノズル面をキャップ６２で覆い、粉体２０がノズルに混入することや造形液１０が乾燥することを防止する。

造形ユニット５は、ベース部材７上に配置されたガイド部材７１に移動可能に保持されたスライダ部７２を有し、造形ユニット５全体がＸ方向と直交するＹ方向（副走査方向）に往復移動可能である。この造形ユニット５は、後述するＹ方向走査機構５５２によって全体がＹ方向に往復移動される。

液体吐出ユニット５０は、ガイド部材５４，５５とともにＺ方向に昇降可能に配置され、後述するＺ方向昇降機構５５１によってＺ方向に昇降される。

次に、本実施形態における三次元造形装置の制御部の概要について図５を参照して説明する。
図５は同制御部のブロック図である。
制御部５００は、本実施形態の三次元造形装置全体の制御を司るＣＰＵ５０１と、ＣＰＵ５０１に三次元造形動作の制御を実行させるためのプログラムを含むプログラム、その他の固定データを格納するＲＯＭ５０２と、造形データ等を一時格納するＲＡＭ５０３とを含む主制御部５００Ａを備えている。

制御部５００は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）５０４を備えている。また、制御部５００は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ５０５を備えている。

制御部５００は、外部の造形データ作成装置６００から造形データを受信するときに使用するデータ及び信号の送受を行うための外部Ｉ／Ｆ５０６を備えている。造形データ作成装置６００は、最終形態の三次元造形物を各層状構造物にスライスした造形データを作成する装置であり、例えばパーソナルコンピュータ等の情報処理装置で構成される。また、制御部５００は、各種センサの検知信号を取り込むためのＩ／Ｏ５０７を備えている。Ｉ／Ｏ５０７には、装置の環境条件としての温度及び湿度を検出する温湿度センサ５６０などの検知信号やその他のセンサ類の検知信号が入力される。

制御部５００は、液体吐出ユニット５０のヘッド５２を駆動制御するヘッド駆動制御部５０８を備えている。また、制御部５００は、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＸ方向（主走査方向）に移動させるＸ方向走査機構５５０を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１０と、造形ユニット５をＹ方向（副走査方向）に移動させるＹ方向走査機構５５２を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１２を備えている。また、制御部５００は、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＺ方向に移動（昇降）させるＺ方向昇降機構５５１を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１１を備えている。なお、矢印Ｚ方向への昇降は造形ユニット５全体を昇降させる構成とすることもできる。

制御部５００は、供給ステージ２３を昇降させるモータ２７を駆動するモータ駆動部５１３と、造形ステージ２４を昇降させるモータ２８を駆動するモータ駆動部５１４を備えている。また、制御部５００は、平坦化ローラ１２を移動させる往復移動機構２５のモータ５５３を駆動するモータ駆動部５１５と、平坦化ローラ１２を回転駆動するモータ２６を駆動するモータ駆動部５１６を備えている。

制御部５００は、供給槽２１に粉体２０を供給する粉体供給装置５５４を駆動する供給系駆動部５１７と、液体吐出ユニット５０のメンテナンス機構６１を駆動するメンテナンス駆動部５１８と、後述する潤滑剤塗布装置８０のブラシローラ８２を駆動するブラシローラ駆動部５１９とを備えている。

制御部５００には、必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル５２２が接続されている。

次に、本実施形態における粉体層の形成動作について、図６を参照して説明する。
図６（ａ）〜（ｆ）は、本実施形態における粉体層の形成動作を説明するための説明図である。
まず、図６（ａ）に示すように、造形槽２２の造形ステージ２４上に、１又は複数層の層状構造物３０が形成されているものとする。

図６（ｂ）に示すように、最上層の層状構造物３０上に次の粉体層３１を形成するときには、供給槽２１の供給ステージ２３をＺ１方向に移動量ｚ１分だけ上昇させ、造形槽２２の造形ステージ２４をＺ２方向に移動量ｚ２分だけ下降させる。本実施形態において、移動量ｚ１，ｚ２は粉体層３１の目標厚みΔｔよりも大きな値に設定されている。目標厚みΔｔは、例えば数十〜１００μｍ程度であるのが好ましい。

供給ステージ２３の移動量ｚ１と造形ステージ２４の移動量ｚ２との関係は、本実施形態ではｚ１≧ｚ２の関係となっている。これにより、造形槽２２の全体に粉体２０を敷き詰めるのに十分な量の粉体２０を供給槽２１から造形槽２２へ供給することができる。なお、供給槽２１から移送された粉体２０のうち造形槽２２に供給されなかった余剰分の粉体は、余剰粉体受け槽２９に落下して回収される。

このような余剰分の粉体２０が生じるようにすると、平坦化ローラ１２が供給槽２１から造形槽２２へ向かうＹ２方向における造形槽２２の下流端まで粉体２０を移送する間、常に余剰分の粉体２０が存在する。このような余剰分の粉体２０が存在することで、その余剰分の粉体２０の重みによる粉体層の押し付け効果が造形槽２２の下流端まで得られる結果、より均一な高い粉体密度の粉体層を形成するのに有利である。

次に、図６（ｃ）に示すように、平坦化ローラ１２を、供給槽２１から造形槽２２へ向かうＹ２方向（往路の平坦化方向）に移動させる。このとき、平坦化ローラ１２を、図中矢印の向きに、すなわち、平坦化ローラ１２の下面側がＹ２方向と同方向に表面移動する向きに、回転駆動させる。このように平坦化ローラ１２が図中矢印の向きに回転しながらＹ２方向へ移動することにより、供給槽２１の上面レベルよりも上方に存在する粉体２０をＹ２方向へスムーズに移送して造形槽２２へ供給することができる。そして、平坦化ローラ１２が回転しながら更にＹ２方向へ移動し、造形槽２２の上方を通過する際に、造形槽２２に供給された粉体２０の表面を均して平坦化し、最終的に形成される粉体層３１の目標厚みΔｔよりも厚みのあるプレ粉体層３１’を形成する。

次いで、図６（ｄ）に示すように、供給槽２１の供給ステージ２３をＺ２方向に移動量ｚ３分だけ下降させ、造形槽２２の造形ステージ２４をＺ１方向に移動量ｚ４分だけ上昇させる。これにより、上述した往路での平坦化処理により造形槽２２の造形ステージ２４上に形成されたプレ粉体層３１’の上層部分の粉体２０が造形槽２２の上面レベルから上方に盛り上がった状態になる。このときの造形ステージ２４の移動量ｚ４は、前回形成した下方の粉体層３１の上面と平坦化ローラ１２の最下部との間隔が粉体層３１の目標厚みΔｔ１となるように設定される。

その後、図６（ｅ）に示すように、平坦化ローラ１２を、造形槽２２から供給槽２１へ向かうＹ１方向（復路の平坦化方向）に移動させる。このとき、平坦化ローラ１２を、図中矢印の向きに、すなわち、平坦化ローラ１２の下面側がＹ１方向と同方向に表面移動する向きに、回転駆動させる。このように平坦化ローラ１２が図中矢印の向きに回転しながらＹ１方向へ移動することにより、造形槽２２の上面レベルよりも上方に存在する粉体２０がＹ１方向へ移送されながら造形槽２２の粉体２０の表面が均されて平坦化され、これにより目標厚みΔｔの粉体層３１が形成される。

そして、平坦化ローラ１２が回転しながら更にＹ１方向へ移動し、造形槽２２の上方を通過したとき、粉体層３１の形成に使用されなかった未使用の粉体２０が供給槽２１に戻される。粉体層３１の形成後の平坦化ローラ１２は、図６（ｆ）に示すように、供給槽２１の上方を通過して、初期位置（原点位置）に戻る（復帰する）。その後、図６（ａ）に示す動作に戻り、ヘッド５２から造形液１０の液滴を吐出して、形成した粉体層３１に所要形状の層状構造物３０を形成する。

なお、層状構造物３０は、例えば、ヘッド５２から吐出された造形液１０が粉体２０と混合されることで、粉体２０に含まれる接着剤が溶解し、溶解した接着剤同士が結合して粉体２０が結合されることで形成される。新たな層状構造物３０とその下層の層状構造物３０とは一体化して三次元造形物の一部を構成する。

以後、上述した動作を繰り返し行うことにより、層状構造物３０が積層された三次元形状造形物（立体造形物）が造形される。

本実施形態においては、できるだけ高い粉体密度で均一化された粉体層３１を形成するために、平坦化ローラ１２を往復移動させて往路と復路で２回の平坦化処理を実行することにより一層の粉体層３１を形成する。なお、平坦化処理の回数は３回以上であってもよい。このように複数回の平坦化処理を実行して一層の粉体層３１を形成する場合、粉体層の密度を段階的に高めることができ、高い粉体密度で均一化された粉体層３１を形成するのに有利である。

ここで、このように複数回の平坦化処理を実行して高い粉体密度で均一化された粉体層３１を形成しようとする場合、先に実行される平坦化処理時（往路の平坦化処理時）に、形成しようとする粉体層全体（造形槽２２の全体）にわたって均一な量の粉体２０を行き渡らせることが重要となる。粉体２０の量が不十分な箇所があると、その後に更なる平坦化処理を行っても当該箇所の密度が不足しやすく、粉体層３１の密度ムラが生じやすいからである。そのため、本実施形態においては、往路の平坦化処理時に、形成しようとする粉体層全体（造形槽２２の全体）にわたって均一な量の粉体２０が行き渡るように調整されている。

特に、平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力が小さすぎると、平坦化ローラ１２に接する粉体２０を往路の平坦化方向Ｙ２へ移送させる移送力（平坦化ローラ１２がこれに接する粉体２０に及ぼす力のＹ２方向成分）が弱まる。これにより、平坦化ローラ１２の移動に伴って粉体２０を往路の平坦化方向Ｙ２へ移送する移送能力が低下してしまう。その結果、供給槽２１から造形槽２２へ供給される粉体２０の量が減り、往路の平坦化処理時に、造形槽２２のＹ２方向下流側で粉体２０の量が不足してしまい、造形槽２２の全体にわたって均一な量の粉体２０を行き渡らせることが困難となる。

また、このように平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力が小さすぎると、平坦化ローラ１２による平坦化方向Ｙ２への粉体２０の移送力が弱いために、Ｙ２方向へ移動する平坦化ローラ１２の下側を通り抜ける粉体２０の量が多くなる。そのため、往路の平坦化処理の初期の頃に、造形槽２２のＹ２方向上流側において多くの粉体２０が平坦化ローラ１２の下側を通り抜けてしまう結果、造形槽２２のＹ２方向下流側で粉体２０の量が不足し、造形槽２２の全体にわたって均一な量の粉体２０を行き渡らせることが困難となる。

そのため、本実施形態においては、平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力が、造形槽２２の全体にわたって均一な量の粉体２０を行き渡らせる移送能力が十分に確保される程度に大きくなるように、平坦化ローラ１２の周面の摩擦係数（粉体２０に対する摩擦係数）が設定されている。

ところが、このように平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力を大きくすると、移動する平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間で摺動（すべり）が生じにくくなる。そのため、粉体層３１を形成する際、既に層状構造物３０が形成されている下方の粉体層における層状構造物の引き摺りや膨張が発生しやすくなり、その結果、三次元造形物の造形精度が低下しやすい。ここでいう「引き摺り」とは、下方の粉体層中の層状構造物３０が平坦化ローラ１２の移動方向（平坦化方向）へ引き摺られて、位置がシフトする現象である。また、「膨張」とは、下方の粉体層中の層状構造物３０が平坦化方向へ引き延ばされて層状構造物３０の寸法が拡大する現象である。

このような下方の粉体層における層状構造物の引き摺りや膨張が発生するメカニズムは、次のように考えることができる。

移動中の平坦化ローラ１２の周面に接する粉体２０が平坦化ローラ１２の周面との間の摩擦力によって平坦化方向へ変位する。このように変位する粉体２０とこれに接する下方の粉体２０との間の摩擦力によって、当該下方の粉体２０も変位する。これのような変位の連鎖によって、最終的に下方の粉体層に接する粉体２０にも変位させる力が伝わり、下方の粉体層における層状構造物の引き摺りや膨張を引き起こす。

平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力が小さければ、移動中の平坦化ローラ１２の周面とこれに接する粉体２０との間で摺動（すべり）が発生し、下方の粉体層３１を変位させる力を小さく抑えることができ、下方の粉体層における層状構造物の引き摺りや膨張を抑制できる。しかしながら、本実施形態では、造形槽２２の全体にわたって均一な量の粉体２０を行き渡らせる移送能力を十分に確保するために、平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力は大きく設定される。そのため、粉体層３１を形成する際、平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間で摺動（すべり）が生じにくく、あるいは、摺動（すべり）が生じる場合でも、既に層状構造物３０が形成されている下方の粉体層を変位させる力が大きく、下方の粉体層における層状構造物の引き摺りや膨張が生じやすい。

特に、本実施形態では、往路の平坦化処理を実行した後の復路の平坦化処理では、前回形成した下方の粉体層３１の上面と平坦化ローラ１２の最下部との間隔が、往路の平坦化処理時よりも狭く設定される。そのため、復路の平坦化処理では、往路の平坦化処理時よりも大きな力で下方の粉体層３１を変位させやすい。したがって、本実施形態においては、往路の平坦化処理時よりも復路の平坦化処理時の方が、下方の粉体層における層状構造物の引き摺りや膨張を生じやすい。

そこで、本実施形態においては、復路の平坦化処理（後に実行される平坦化処理）時における平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力が、往路の平坦化処理（先に実行される平坦化処理）時よりも小さくなるようにしている。具体的には、摩擦力変更手段としての潤滑剤供給手段である潤滑剤塗布装置８０を設け、潤滑剤塗布装置８０により平坦化ローラ１２の周面に潤滑剤を付与することで平坦化ローラ１２の周面の摩擦係数を下げる。

潤滑剤塗布装置８０は、ステアリン酸亜鉛等の固形潤滑剤８１を回転駆動するブラシローラ８２によって削り取って、ブラシローラ８２に付着した粉末状の潤滑剤をブラシローラ８２に接触する平坦化ローラ１２の周面に塗布する。潤滑剤付与手段の構成は、このような潤滑剤塗布装置８０の構成に限らず、例えばブラシローラ８２を用いずに粉末状の潤滑剤を平坦化ローラ１２の周面に直接塗布する構成であってもよい。なお、潤滑剤の材料や形状（粉末状か液体状か）は、粉体２０に対する平坦化ローラ１２の周面の摩擦係数を下げることができるものであれば、特に制限はない。

本実施形態では、図６（ｃ）に示すように、回転する平坦化ローラ１２をＹ２方向へ移動させてプレ粉体層３１’を形成する往路の平坦化処理を終えると、造形槽２２を通過した所定位置で平坦化ローラ１２の移動を停止させる。この位置では、平坦化ローラ１２の周面が潤滑剤塗布装置８０のブラシローラ８２に当接する。そして、平坦化ローラ１２を回転させつつ、潤滑剤塗布装置８０のブラシローラ８２も回転させることで、固形潤滑剤８１から削り取られた粉末状の潤滑剤がブラシローラ８２によって平坦化ローラ１２の周面全体に塗布される。その結果、平坦化ローラ１２の周面は、これに付着した潤滑剤によって、往路の平坦化処理時よりも、粉体２０に対する摩擦係数が下がった状態になる。

その後、このように摩擦係数が下がった状態の平坦化ローラ１２を、図６（ｅ）に示すように、造形槽２２から供給槽２１へ向かうＹ１方向（復路の平坦化方向）に移動させ、復路の平坦化処理を実行する。このとき、平坦化ローラ１２の周面の摩擦係数が低い状態であるため、平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力が往路の平坦化処理時よりも小さい。したがって、移動中の平坦化ローラ１２の周面とこれに接する粉体２０との間で摺動（すべり）が発生しやすく、下方の粉体層３１を変位させる力を小さく抑えることができ、下方の粉体層における層状構造物の引き摺りや膨張が抑制される。

このように、本実施形態では、往路の平坦化処理時には、平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力を大きくして、造形槽２２の全体にわたって均一な量の粉体２０を行き渡らせる移送能力を確保する一方、復路の平坦化処理時には、その摩擦力を小さくして、既に層状構造物３０が形成されている下方の粉体層における層状構造物の引き摺りや膨張が抑制される。その結果、形成される粉体層３１を高い粉体密度で均一化しつつ、引き摺りや膨張による三次元造形物の造形精度の低下を抑制することができる。

特に、本実施形態のように、復路の平坦化処理において前回形成した下方の粉体層３１の上面と平坦化ローラ１２の最下部との間隔を往路の平坦化処理時よりも狭く設定する場合には、上述したとおり、往路の平坦化処理時よりも復路の平坦化処理時の方が下方の粉体層における層状構造物の引き摺りや膨張を生じやすい。このような場合に、復路の平坦化処理時における摩擦力を小さくして引き摺りや膨張を抑制することは非常に有効である。

なお、本実施形態では、復路の平坦化処理において前回形成した下方の粉体層３１の上面と平坦化ローラ１２の最下部との間隔を往路の平坦化処理時よりも狭く設定しているが、当該間隔を往路も復路も同じに設定することを排除するものではない。

また、本実施形態では、平坦化部材として平坦化ローラ１２のようなローラ部材を用いているため、平坦化処理時には、平坦化部材の移動方向前方で粉体２０に接触する接触面（平坦化ローラ１２の周面のうちの移動方向前方下側部分）が斜め下方を向く。そのため、平坦化部材を移動させることで、その接触面により粉体２０を移動方向へ移送するとともに下方へ押し込む力を生じさせる。よって、このような平坦化部材を用いることで、粉体密度を高める効果が得られる。

このような平坦化部材を用いる場合、その平坦化部材の接触面と粉体２０との間で生じる摩擦力を小さくするほど、平坦化部材の接触面と粉体２０との間の摺動（すべり）が発生しやすくなる結果、より多くの粉体２０が平坦化ローラ１２の下側を入り込みやすくなる。したがって、平坦化部材の移動方向前方で粉体２０に接触する接触面が斜め下方を向いている構成を採用している本実施形態において、上述したように復路の平坦化処理時に摩擦力を小さくすることにより、より粉体密度の高い粉体層３１を形成する効果が得られる。

また、本実施形態では、平坦化部材として、平坦化ローラ１２のような回転部材を用い、これを平坦化部材の下面側の表面移動する向きが平坦化部材の移動方向と同じになるように回転駆動させる。このような構成によれば、平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間の摩擦力が常に動摩擦力となり、粉体層３１の表面の平滑性を高めることができる。

ただし、このように平坦化部材を回転させる構成を採用する場合、平坦化処理中に粉体２０を巻き上げやすい。この場合、巻き上げられた粉体２０が平坦化部材の通過後の粉体層表面に降り積もることで、粉体層表面の平滑性の低下や粉体層３１の密度低下などを引き起こし、三次元造形物の造形精度の低下を招くおそれがある。ただし、往路の平坦化処理時においては、このような粉体２０の巻き上げが生じても、粉体層に降り積もった粉体２０が復路の平坦化処理時に回収されることになるので、三次元造形物の造形精度の低下を招くことはない。しかしながら、復路の平坦化処理時に生じる粉体２０の巻き上げは、その後に回収されることなく、層状構造物３０の形成に寄与するため、三次元造形物の造形精度の低下を招くおそれがある。

ここで、平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力が大きいほど、平坦化ローラ１２の回転による平坦化ローラ１２の周面の移動に伴って粉体２０が連れ回りやすく、巻き上げられる粉体量が多くなる。逆に、平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力を小さくするほど、巻き上げられる粉体量を減らすことができる。また、巻き上げられた粉体２０が飛散する量も抑制できるので、粉体２０の無駄な消費量を抑え、粉体２０のリサイクル性を向上させるなどの効果も得られる。

本実施形態においては、復路の平坦化処理時に、平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力を小さくしている。そのため、粉体２０の巻き上げによる三次元造形物の造形精度の低下を招くおそれのある復路の平坦化処理時における粉体２０の巻き上げ量を低減させることができる。よって、粉体２０の巻き上げによる三次元造形物の造形精度の低下を抑制する効果も得られる。

本実施形態では、復路の平坦化処理を終えると、図６（ｆ）に示すように、造形槽２２を通過し、更に供給槽２１も通過した所定位置で、平坦化ローラ１２の移動を停止させる。この位置では、平坦化ローラ１２の周面をクリーニングするクリーニング装置のクリーニングブレード１３が平坦化ローラ１２の周面に当接する。そして、平坦化ローラ１２を回転させることで、平坦化ローラ１２の周面に付着している潤滑剤や粉体２０がクリーニングブレード１３によって掻き取られて除去される。その結果、次の粉体層３１を形成するための往路の平坦化処理時には、再び、周面に潤滑剤が付着していない平坦化ローラ１２が用いられ、平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力が大きく、造形槽２２の全体にわたって均一な量の粉体２０を行き渡らせる移送能力を確保できる。

なお、平坦化ローラ１２の周面をクリーニングするクリーニング装置の構成は、クリーニングブレード１３を用いたものに限らず、ブラシで掻き取る方式、静電的にクリーニングする方式など、特に制限はない。

なお、本実施形態では、上述したように、供給ステージ２３の移動量ｚ１と造形ステージ２４の移動量ｚ２との関係がｚ１≧ｚ２の関係となるように設定し、造形槽２２の全体に粉体２０を敷き詰めるのに必要な量以上の量の粉体２０を供給槽２１から造形槽２２へ供給する。そのため、供給槽２１から移送された粉体２０のうち造形槽２２に供給されずに造形槽２２を通過する余剰分の粉体が生じるので、余剰粉体受け槽２９により余剰分の粉体を回収する構成となっている。

このような構成に限らず、図７（ａ）〜（ｆ）に示すように、供給ステージ２３の移動量ｚ１と造形ステージ２４の移動量ｚ２との関係をｚ２＞ｚ１の関係としてもよい。この場合、供給槽２１から造形槽２２へ供給される粉体２０のすべてが造形槽２２に供給され、余剰分の粉体２０が生じない。したがって、余剰粉体受け槽２９を小型化でき、あるいは、余剰粉体受け槽２９をなくすことができる。更には、余剰粉体受け槽２９に回収された粉体を取り出して廃棄したり、あるいは、再度供給槽２１に戻したりするために、作業員が作業を行ったり、あるいは、そのための機構を設けたりする必要がなく、装置の大型化を抑制できる。

なお、本実施形態では、復路の平坦化処理時における平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力を、往路の平坦化処理時よりも小さくする方法として、復路の平坦化処理時に平坦化ローラ１２の周面へ潤滑剤を付与して平坦化ローラ１２の周面の摩擦係数を下げる方法を採用しているが、これに限らない。

次に、第２の実施形態について図８を参照して説明する。
第２の実施形態では、それぞれ異なる２つの平坦化ローラ１１０，１１１を用いて２回の平坦化処理を実行するものである。本実施形態は、粉体層の形成動作に関わる構成及び動作に違いがある点を除き、上述した第１の実施形態と同様であるため、以下、上述した第１の実施形態との相違部分を中心に説明する。

図８（ａ）〜（ｆ）は、本実施形態における粉体層の形成動作を説明するための説明図である。
２つの平坦化ローラ１１０，１１１は、Ｙ２方向に移動するとき、つまり、供給槽２１から造形槽２２に粉体２０を移送供給するとき、第一平坦化ローラ１１０の移動方向後方側に第二平坦化ローラ１１１が配置され、第一平坦化ローラ１１０の移動とともに第二平坦化ローラ１１１も移動する。

第二平坦化ローラ１１１には、摩擦力変更手段としての潤滑剤付与手段である潤滑剤塗布装置８０が設けられている。潤滑剤塗布装置８０のブラシローラ８２が第二平坦化ローラ１１１の周面に当接した状態で、潤滑剤塗布装置８０と第二平坦化ローラ１１１とは一体的に移動する。また、第二平坦化ローラ１１１は、第一平坦化ローラ１１０とは別個に、Ｚ方向（高さ方向）に上下動可能に構成されている。

本実施形態では、第一平坦化ローラ１１０と第二平坦化ローラ１１１とは、同じローラ部材を採用している。ただし、第二平坦化ローラ１１１は、潤滑剤塗布装置８０により塗布される潤滑剤によって周面の摩擦係数が下げられているため、第二平坦化ローラ１１１の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力は、第一平坦化ローラ１１０の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力よりも小さいものとなる。

まず、図８（ａ）に示すように、造形槽２２の造形ステージ２４上に、１又は複数層の層状構造物３０が形成されているものとする。

図８（ｂ）に示すように、最上層の層状構造物３０上に次の粉体層３１を形成するときには、供給槽２１の供給ステージ２３をＺ１方向に移動量ｚ１’分だけ上昇させ、造形槽２２の造形ステージ２４をＺ２方向に移動量ｚ２’分だけ下降させる。このときの供給槽２１の供給ステージ２３の移動量ｚ１’は、上述した第一の実施形態のときよりも大きく設定されている。また、このときの造形槽２２の造形ステージ２４の移動量ｚ２’は、粉体層３１の目標厚みΔｔと同じに設定される。

そして、図８（ｂ）に示すように、第一平坦化ローラ１１０を、供給槽２１の上面レベルから一定距離だけ離れた位置で、供給槽２１から造形槽２２へ向かうＹ２方向（往路の平坦化方向）に移動させるとともに、その移動方向後方に配置される第二平坦化ローラ１１１もＹ２方向へ移動させる。このとき、第一平坦化ローラ１１０を、図中矢印の向きに、すなわち、第一平坦化ローラ１１０の下面側がＹ２方向と同方向に表面移動する向きに、回転駆動させる。このように平坦化ローラ１２が図中矢印の向きに回転しながらＹ２方向へ移動することにより、上述した第１の実施形態とほぼ同量の粉体２０がＹ２方向へ移送されて造形槽２２へ移送供給される。

一方、第一平坦化ローラ１１０の移動方向後方を移動する第二平坦化ローラ１１１は、供給槽２１の粉体２０とは非接触の状態で、Ｙ２方向へ移動する。このとき、第二平坦化ローラ１１１は回転していてもよいし、回転していなくてもよい。

次いで、図８（ｃ）に示すように、第一平坦化ローラ１１０は、造形槽２２の上面レベルから一定距離だけ離れた位置を、回転しながら更にＹ２方向へ移動する。そして、造形槽２２の上方を通過する際に、造形槽２２に供給された粉体２０の表面を均して平坦化し、最終的に形成される粉体層３１の目標厚みΔｔよりも厚みのあるプレ粉体層３１’を形成する。

一方、第二平坦化ローラ１１１は、図８（ｃ）に示すように、供給槽２１を通過した後、造形槽２２の上方位置に進入する前に、Ｚ３方向に移動量ｚ３分だけ下降させる。これにより、第二平坦化ローラ１１１は、造形槽２２の上面レベルと同じ高さまで下降する。これにより、造形槽２２内における前回形成した下方の粉体層３１の上面と平坦化ローラ１２の最下部との間隔が粉体層３１の目標厚みΔｔ１となるように設定される。

その後、図８（ｄ）に示すように、第二平坦化ローラ１１１を、造形槽２２の上面レベルに沿って、図中矢印の向きに回転させながらＹ２方向へ移動させる。このとき、第一平坦化ローラ１１０により先に実施された平坦化処理（先行の平坦化処理）により、造形槽２２の造形ステージ２４上に形成されたプレ粉体層３１’の上層部分の粉体２０が、造形槽２２の上面レベルから上方に盛り上がった状態になっている。したがって、第二平坦化ローラ１１１が造形槽２２の上方を通過する際に、先行の平坦化処理により形成されたプレ粉体層３１’の上層部分を移送しながら均して平坦化する後行の平坦化処理が実施され、これにより、図８（ｅ）に示すように、目標厚みΔｔの粉体層３１が形成される。

粉体層３１の形成後の第一平坦化ローラ１１０及び第二平坦化ローラ１１１は、図８（ｆ）に示すように、造形槽２２及び供給槽２１の上方を通過して、初期位置（原点位置）に戻る（復帰する）。このとき、供給槽２１の供給ステージ２３をＺ４方向に移動量ｚ４’分だけ下降させる。その後、図８（ａ）に示す動作に戻り、ヘッド５２から造形液１０の液滴を吐出して、形成した粉体層３１に所要形状の層状構造物３０を形成する。なお、第一平坦化ローラ１１０及び第二平坦化ローラ１１１によって移送された粉体２０の余剰分は、余剰粉体受け槽２９に回収される。

本実施形態においても、後に実施される後行の平坦化処理時における第二平坦化ローラ１１１の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力が、先に実施される先行の平坦化処理時における第一平坦化ローラ１１０の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力よりも小さい。したがって、本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

更に、本実施形態では、先行の平坦化処理と後行の平坦化処理とで異なる平坦化部材（第一平坦化ローラ１１０及び第二平坦化ローラ１１１）を用い、各平坦化処理時における平坦化部材の移動方向を同一方向としている。そのため、先行の平坦化処理が完了する前に後行の平坦化処理を開始することができ、一層の粉体層３１を形成するための処理時間が短縮でき、三次元造形物の造形時間を短くすることができるので、三次元造形物の生産性が向上する。

なお、本実施形態では、後行の平坦化処理時における第二平坦化ローラ１１１の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力を、先行の平坦化処理時における第一平坦化ローラ１１０の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力よりも小さくする方法として、潤滑剤付与によって第二平坦化ローラ１１１の周面の摩擦係数を下げる方法を採用しているが、これに限らない。

例えば、第一平坦化ローラ１１０及び第二平坦化ローラ１１１の少なくとも一方の周面を表面処理するなどして、互いに摩擦係数の違う表面状態の周面をもった第一平坦化ローラ１１０及び第二平坦化ローラ１１１を用いてもよい。

また、例えば、一方の平坦化部材としてブレード部材とするなどして、互いに形状が異なる平坦化部材を用いることで、後行の平坦化処理時の摩擦力を、先行の平坦化処理時よりも小さくしてもよい。

また、互いの平坦化部材の粉体に対する押圧力を変えるなどして、後行の平坦化処理時の摩擦力を、先行の平坦化処理時よりも小さくしてもよい。

次に、第３の実施形態について図９を参照して説明する。
上述した第１の実施形態や第２の実施形態では、平坦化部材における摩擦係数を調整することにより、後に実行される平坦化処理時における平坦化部材と粉体との間で生じる摩擦力が先に実行される平坦化処理時よりも小さくなるように構成した。これに対し、第３の実施形態では、粉体２０における摩擦係数を調整することにより、後に実行される平坦化処理時における平坦化部材と粉体との間で生じる摩擦力が先に実行される平坦化処理時よりも小さくなるようにする。なお、本実施形態は、粉体層の形成動作に関わる構成及び動作に違いがある点を除き、上述した第１の実施形態と同様であるため、以下、上述した第１の実施形態との相違部分を中心に説明する。

図９は、本実施形態における粉体層の形成動作を行う構成を示す説明図である。
本実施形態では、摩擦力変更手段としての潤滑剤付与手段である潤滑剤供給装置８０’が設けられている。この潤滑剤供給装置８０’は、液体潤滑剤を収容する潤滑剤供給ホッパ８３’を備え、潤滑剤供給ホッパ８３’に設けられた供給ノズル８２’から液体潤滑剤８１’を排出する。

潤滑剤供給装置８０’は、平坦化ローラ１２がＹ１方向に移動するとき、すなわち、復路の平坦化処理を実施するとき、平坦化ローラ１２の移動方向前方側に位置し、平坦化ローラ１２の移動とともに潤滑剤供給装置８０’も移動する。

本実施形態では、往路の平坦化処理時において、平坦化ローラ１２の移動とともに潤滑剤供給装置８０’も移動するが、潤滑剤供給装置８０’から液体潤滑剤８１’を供給しない状態で、プレ粉体層３１’を形成する。一方、復路の平坦化処理時において、潤滑剤供給装置８０’は、平坦化ローラ１２の移動とともに移動しつつ、平坦化ローラ１２の移動方向前方に位置するプレ粉体層３１’の上面に液体潤滑剤８１’を供給する。これにより、平坦化ローラ１２の周面に接する粉体２０（プレ粉体層３１’の上面の粉体２０）は、液体潤滑剤によって、往路の平坦化処理時よりも、平坦化ローラ１２の周面に対する摩擦係数が下がった状態になる。

これにより、本実施形態においても、後に実行される復路の平坦化処理時における平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力が先に実行される往路の平坦化処理時よりも小さくなる。したがって、本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施形態における潤滑剤供給装置８０’は、上述した第１の実施形態に適用して、平坦化ローラ１２の周面の摩擦係数を下げるための潤滑剤塗布装置８０と併用してもよい。また、同様に、上述した第２の実施形態に適用することもできる。

また、本実施形態においては、復路の平坦化処理時に液体潤滑剤を粉体２０に供給しているが、往路の平坦化処理時に、平坦化ローラ１２の移動方向後方に位置するプレ粉体層３１’の上面に液体潤滑剤８１’を供給するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、往路の平坦化処理時にも、平坦化ローラ１２の移動方向前方に位置する粉体２０の上面に液体潤滑剤８１’を供給するようにしてもよい。これによれば、往路と復路の間における平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力の差を微調整することが容易になる。

この場合、供給する液体潤滑剤８１’として、往路と復路で潤滑性能の異なる材料の液体潤滑剤を用いたり、同じ液体潤滑剤を用いる場合には粉体２０への潤滑剤供給量を変えたりするなどして、復路の平坦化処理時における粉体２０の摩擦係数が、往路の平坦化処理時よりも下がった状態になるようにする。

同じ液体潤滑剤を用いる場合には、例えば、潤滑剤供給装置８０’を平坦化ローラ１２に対して移動可能に構成し、往路の平坦化処理時には平坦化ローラ１２の移動方向前方側に位置し、復路の平坦化処理時には潤滑剤供給装置８０’の位置を移動させて平坦化ローラ１２の移動方向前方側に位置するようにする。

次に、第４の実施形態について図１０を参照して説明する。
上述した第１の実施形態や第２の実施形態や第３の実施形態では、平坦化部材として、ローラ状の平坦化ローラを用いているが、第４の実施形態では、ブレード状の平坦化ブレード１１２を用いる。なお、本実施形態は、粉体層の形成動作に関わる構成及び動作に違いがある点を除き、上述した第１の実施形態と同様であるため、以下、上述した第１の実施形態との相違部分を中心に説明する。

図１０は、本実施形態における平坦化ブレード１１２の構成を示す説明図である。
本実施形態の平坦化ブレード１１２は、上述した第１の実施形態における平坦化ローラ１２と同様、往復移動する。また、平坦化ブレード１１２は、往路の平坦化処理時も、往路の平坦化処理時も、平坦化ブレード１１２の移動方向前方で粉体２０に接触する接触面１１２ａ，１１２ｂが斜め下方を向いている。

本実施形態では、往路の平坦化処理時に平坦化ブレード１１２の移動方向前方で粉体２０に接触する接触面１１２ａよりも、復路の平坦化処理時に平坦化ブレード１１２の移動方向前方で粉体２０に接触する接触面１１２ｂの方が、摩擦係数が小さくなるように構成されている。例えば、接触面１１２ａ及び接触面１１２ｂの少なくとも一方の面を表面処理するなどして、互いに摩擦係数の違う表面状態の表面をもつようにする。また、例えば、互いに摩擦係数の違う表面状態の部材を取り付けるなどして、接触面１１２ａよりも接触面１１２ｂの方の摩擦係数を小さくする。

本実施形態においても、後に実行される復路の平坦化処理時における平坦化ブレード１１２の接触面１１２ｂと粉体２０との間で生じる摩擦力が、先に実行される往路の平坦化処理時における平坦化ブレード１１２の接触面１１２ａと粉体２０との間で生じる摩擦力よりも小さくなる。したがって、本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

次に、第５の実施形態について図１１を参照して説明する。
第５の実施形態では、平坦化部材として、回転方向の違いによって、平坦化部材と粉体との間で生じる摩擦力が異なるような周面をもった平坦化ローラ１１３を用いる。なお、本実施形態は、粉体層の形成動作に関わる構成及び動作に違いがある点を除き、上述した第１の実施形態と同様であるため、以下、上述した第１の実施形態との相違部分を中心に説明する。

図１１は、本実施形態における平坦化ローラ１１３の構成を示す説明図である。
図１２（ａ）は、平坦化ローラ１１３のローラ軸方向に直交する断面図であり、図１２（ｂ）は、平坦化ローラ１１３の周面における図１１中符号Ｇ１で示す領域を拡大した拡大図である。
本実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様、往路の平坦化処理時には、平坦化ローラ１１３の下面側の表面移動する向きＨ２が平坦化ローラ１１３の移動方向Ｙ２と同じになるように回転駆動され、復路の平坦化処理時も、平坦化ローラ１１３の下面側の表面移動する向きＨ１が平坦化ローラ１１３の移動方向Ｙ１と同じになるように回転駆動される。したがって、平坦化ローラ１１３の回転方向Ｈ１，Ｈ２は、往路の平坦化処理時と復路の平坦化処理時とで互いに逆向きである。

平坦化ローラ１１３の周面は、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、その周方向に沿って鋸歯状あるいは波形状の凹凸が形成されている。より詳しくは、平坦化ローラ１１３の周面上における凸部の周方向側面１１３ａ，１１３ｂのうち、平坦化ローラ１１３が復路時に回転するときの表面移動方向前方となる側面１１３ａは、平坦化ローラ１１３が往路時に回転するときの表面移動方向前方となる側面１１３ｂよりも、周方向に対して寝ているように形成されている。すなわち、側面１１３ａの法線方向は、側面１１３ｂの法線方向よりも、周方向に対する傾斜角度が大きくなるように形成されている。

このような凹凸が平坦化ローラ１１３の周面に形成されていることで、往路の平坦化処理時に平坦化ローラ１１３の周面上の凸部に粉体２０が引っ掛かりやすくなり、平坦化ローラ１１３の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力が大きくなる。一方、復路の平坦化処理時には、平坦化ローラ１１３の周面上の凸部に粉体２０が引っ掛かりにくくなり、平坦化ローラ１１３の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力が小さくなる。

このように、本実施形態においても、後に実行される復路の平坦化処理時における平坦化ローラ１１３の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力が、先に実行される往路の平坦化処理時よりも小さくなるので、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

回転方向の違いによって平坦化部材と粉体との間で生じる摩擦力が異なるようにする周面をもった平坦化部材は、本実施形態のものに限られない。例えば、図１３及び図１４に示すような平坦化ローラ１１４を用いてもよい。

この平坦化ローラ１１４の周面には、図１４に示すように、三角錐状の凸部１１５が多数分布して形成されている。各凸部１１５は、その底面（三角形）の一辺が平坦化ローラ１１４の軸方向に沿って平行に延び、他の二辺が当該一辺に対して復路時の回転方向Ｈ１における表面移動方向前方側に位置するように、平坦化ローラ１１４の周面上に配置されている。また、前記他の二辺をそれぞれ含む２つの側面１１５ａ，１１５ａは、当該一辺を含む側面１１５ｂよりも、平坦化ローラ１１４の周面に対して寝ているように形成されている。すなわち、側面１１５ａ，１１５ａの法線方向は、側面１１５ｂの法線方向よりも、周面に対する傾斜角度が大きくなるように形成されている。

このような凸部１１５が平坦化ローラ１１４の周面に形成されていることで、往路の平坦化処理時に平坦化ローラ１１４の周面上の凸部１１５に粉体２０が引っ掛かりやすくなり、平坦化ローラ１１４の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力が大きくなる。一方、復路の平坦化処理時には、平坦化ローラ１１４の周面上の凸部１１５に粉体２０が引っ掛かりにくくなり、平坦化ローラ１１４の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力が小さくなる。したがって、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

本実施形態で適用可能な造形方法は、上述したバインダージェット方式に限らず、レーザ焼結方式（ＬＳ方式等）や電子ビーム焼結方式（ＥＢＭ方式等）などであってもよい。すなわち、粉体の結合手段として、液体吐出ヘッドから吐出される液体を用いて粉体同士を結合させる手段を用いているが、これに代えて、レーザー照射手段等を用いて粉体同士を焼結等により結合させる手段などを用いることもできる。本発明は、粉体層３１を形成し、粉体層中の粉体を結合させる立体造形方法であれば、応用可能である。

なお、本実施形態のようなバインダージェット方式の場合、粉体２０に石膏を用い、インクジェットヘッドからバインダーインクを吐出し、石膏粉を凝固させることで層状構造物３０を形成するのが一般的であるが、粉体２０に砂を用いて、バインダー樹脂をインクジェットヘッドから吐出することで、鋳型などに利用される三次元造形物を造形することもできる。また、バインダージェット方式であれば、粉体２０に、金属、セラミック、ガラス等を用いることもできる。また、バインダージェット方式においては、結合液に溶解可能な材料をコートした粉体２０を用い、結合液をインクジェットヘッドから吐出することで、粉体同士をコート材料を介して結合させ、層状構造物３０を形成することもできる。

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
平坦化ローラ１２，１１０，１１１，１１３，１１４や平坦化ブレード１１２等の平坦化部材を移動させて粉体２０を移送しつつ平坦化する平坦化処理を複数回実行して粉体層３１を形成し、該粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物３０を形成するという動作を繰り返し行い、該層状構造物が積層された三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、後に実行される平坦化処理（復路又は後行の平坦化処理等）時における前記平坦化部材と前記粉体との間で生じる摩擦力が、先に実行される平坦化処理（往路又は先行の平坦化処理等）時における前記摩擦力よりも小さいことを特徴とする。
粉体層を形成する際、平坦化部材を移動させて粉体を移送しつつ平坦化する平坦化処理時に、既に層状構造物が形成された下方の粉体層における層状構造物の引き摺りや膨張が生じるのは、平坦化部材と粉体との間で生じる摩擦力が大きく影響している。
ここで、下方の粉体層における層状構造物の引き摺りや膨張は、移動中の平坦化部材に接する粉体が平坦化部材との間の摩擦力によって平坦化方向へ変位することで、このように変位する粉体がこれに接する下方の粉体との間の摩擦力によって下方の粉体を変位させ、最終的に下方の粉体層に接する粉体に変位させる力が伝わることで引き起こされる。したがって、平坦化部材と粉体との間で生じる摩擦力を小さくすれば、移動中の平坦化部材とこれに接する粉体との間で摺動（すべり）を発生させやすくなり、下方の粉体を変位させる力を小さく抑えることができ、下方の粉体層における層状構造物の引き摺りや膨張を抑制できる。
しかしながら、平坦化部材と粉体との間で生じる摩擦力を小さくすると、平坦化部材に接する粉体を平坦化方向へ移送させる移送力（平坦化部材がこれに接する粉体に及ぼす力の平坦化部材移動方向成分）が弱まる。その結果、平坦化部材の移動に伴って粉体を平坦化方向へ移送する移送能力が低下し、より多くの粉体をより遠くまで移送させることが困難となる。そのため、必要な粉体量を平坦化方向の下流端まで移送することが困難となり、形成しようとする粉体層全体にわたって均一な量の粉体を行き渡らせることが難しい。
ここで、形成される粉体層はできるだけ高い粉体密度で均一化されていることが望まれ、これを実現するうえでは、一層の粉体層にあたって複数回の平坦化処理を実行することが有効である。このとき、先に実行される平坦化処理時に、形成しようとする粉体層全体にわたって均一な量の粉体を行き渡らせ、かつ、後に実行される平坦化処理時に、全体に行き渡った粉体の密度を高めることが重要となる。
本態様においては、先の平坦化処理時における平坦化部材と粉体との間で生じる摩擦力が、後の平坦化処理時における平坦化部材と粉体との間で生じる摩擦力よりも相対的に大きいものとなっている。これにより、先の平坦化処理時には、例えば、平坦化部材の移動に伴って粉体を平坦化方向へ移送する移送能力を従来と同程度に維持して、形成しようとする粉体層全体にわたって均一な量の粉体を行き渡らせることができる。一方、本態様では、後の平坦化処理時における平坦化部材と粉体との間で生じる摩擦力が先の平坦化処理時よりも相対的に小さいため、後の平坦化処理時に生じ得る下方の粉体層における層状構造物の引き摺りや膨張を先の平坦化処理時よりも抑制できる。その結果、先の平坦化処理時も後の平坦化処理時も平坦化部材と粉体との間の摩擦力が同じである従来構成と比べて、後の平坦化処理時の引き摺りや膨張が抑制された分、一層の粉体層を形成する間に生じる引き摺りや膨張が抑制される。よって、形成される粉体層を従来と同様に高い粉体密度で均一化しつつも、引き摺りや膨張を抑制して、三次元造形物の造形精度の低下を抑制することができる。

（態様Ｂ）
前記態様Ａにおいて、前記後に実行される平坦化処理時に用いる平坦化部材に潤滑剤を供給する潤滑剤塗布装置８０等の潤滑剤供給手段を有し、前記潤滑剤の供給によって、前記後に実行される平坦化処理時における前記平坦化部材と前記粉体との間で生じる摩擦力を前記先に実行される平坦化処理時よりも小さくすることを特徴とする。
これによれば、潤滑剤を利用して、後に実行される平坦化処理時における平坦化部材と粉体との間で生じる摩擦力を先に実行される平坦化処理時よりも小さくすることができる。

（態様Ｃ）
前記態様Ａ又はＢにおいて、前記先に実行される平坦化処理後の粉体に潤滑剤を付与する潤滑剤供給装置８０’等の潤滑剤付与手段を有し、前記潤滑剤の付与によって、前記後に実行される平坦化処理時における前記平坦化部材と前記粉体との間で生じる摩擦力を前記先に実行される平坦化処理時よりも小さくすることを特徴とする。
これによれば、潤滑剤を利用して、後に実行される平坦化処理時における平坦化部材と粉体との間で生じる摩擦力を先に実行される平坦化処理時よりも小さくすることができる。

（態様Ｄ）
前記態様Ａ〜Ｃのいずれかの態様において、前記先に実行される平坦化処理時と前記後に実行される平坦化処理時とで、前記粉体に対して摺動する面の表面形状が異なる平坦化ローラ１１３，１１４等の平坦化部材を用いることにより、前記後に実行される平坦化処理時における前記平坦化部材と前記粉体との間で生じる摩擦力を前記先に実行される平坦化処理時よりも小さくすることを特徴とする。
これによれば、平坦化部材の表面形状の違いを利用して、後に実行される平坦化処理時における平坦化部材と粉体との間で生じる摩擦力を先に実行される平坦化処理時よりも小さくすることができる。
なお、本態様における「摩擦」は、「引っかかり」と言い換えることもできる。すなわち、先に実行される平坦化では、平坦化ローラの表面が粉体に引っかかるようにして、粉体を引きずる量を大きくする。そして、後に実行される平坦化では、平坦化ローラの表面が粉体に引っかかりにくいようにして、粉体を引きずる量を小さくする。このように構成することで、潤滑剤を用いずとも、摩擦（引っかかり）を変化させることができる。

（態様Ｅ）
前記態様Ａ〜Ｄのいずれかの態様において、前記先に実行される平坦化処理時と前記後に実行される平坦化処理時には、同じ平坦化部材を移動させて、前記平坦化処理を実行することを特徴とする。
これによれば、先に実行される平坦化処理時と後に実行される平坦化処理時とで異なる平坦化部材を用いる場合よりも、平坦化部材の数を少なくでき、小型化に有利である。

（態様Ｆ）
前記態様Ｅにおいて、前記後に実行される平坦化処理時には、前記先に実行される平坦化処理時における平坦化部材の移動経路を戻るように、該平坦化部材を移動させることを特徴とする。
これによれば、平坦化部材の移動スペースを最小限に抑えることができるので、小型化に有利である。

（態様Ｇ）
前記態様Ａ〜Ｄのいずれかの態様において、前記先に実行される平坦化処理時と前記後に実行される平坦化処理時には、互いに異なる平坦化部材を移動させて、前記平坦化処理を実行することを特徴とする。
これによれば、後に実行される平坦化処理時における平坦化部材と粉体との間で生じる摩擦力を、先に実行される平坦化処理時よりも小さくする構成の実現が容易である。

（態様Ｈ）
前記態様Ｇにおいて、前記後に実行される平坦化処理時には、前記先に実行される平坦化処理時における平坦化部材の移動に追従するように、別の平坦化部材を移動させることを特徴とする。
これによれば、粉体層の形成に要する処理時間の短縮化に有利である。

（態様Ｉ）
前記態様Ａ〜Ｈのいずれかの態様において、前記先に実行される平坦化処理時には、前記粉体層の目標厚みよりも厚いプレ粉体層３１’を形成し、前記後に実行される平坦化処理時には、目標厚みの前記粉体層３１を形成することを特徴とする。
これによれば、より高い粉体密度で均一化された粉体層を形成することができる。

（態様Ｊ）
前記態様Ａ〜Ｉのいずれかの態様において、前記平坦化部材は、平坦化ローラ１２，１１０，１１１，１１３，１１４等の回転部材であり、前記平坦化処理時には該平坦化部材の下面側が該平坦化部材の移動方向と同方向に表面移動する向きに回転駆動されることを特徴とする。
これによれば、回転部材である平坦化部材の周面と粉体との間の摩擦力が常に動摩擦力となり、粉体層の表面の平滑性を高めることができる。

（態様Ｋ）
前記態様Ａ〜Ｊのいずれかの態様において、前記平坦化部材は、前記平坦化処理時に移動方向前方で前記粉体に接触する面が斜め下方を向いていることを特徴とする。
これによれば、平坦化部材を移動させることで、その平坦化部材の面により粉体を移動方向へ移送するとともに下方へ押し込む力を生じさせることができ、粉体層の粉体密度を高めることができる。
特に、後に実行される平坦化処理時の平坦化部材として用いれば、その平坦化部材の面と粉体との間の摩擦力が小さいので、平坦化部材の面と粉体との間の摺動（すべり）が発生しやすいため、より多くの粉体が平坦化部材の下側を入り込みやすくなる。したがって、より粉体密度の高い粉体層を形成することができる。

（態様Ｌ）
平坦化部材を移動させて粉体を水平方向へ移送しつつ平坦化する平坦化処理を複数回実行して粉体層を形成し、該粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成するという動作を繰り返し行い、該層状構造物が積層された三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、後に実行される平坦化処理時における前記平坦化部材と前記粉体との間で生じる摩擦力が、先に実行される平坦化処理時よりも小さくして、前記粉体層を形成することを特徴とする。
これによれば、造形精度の高い三次元造形物を製造することができる。

（態様Ｍ）
平坦化部材を移動させて粉体を水平方向へ移送しつつ平坦化する平坦化処理を複数回実行して粉体層を形成し、該粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成するという動作を繰り返し行い、該層状構造物が積層された三次元造形物を造形する三次元造形装置を制御する制御手段として、該三次元造形装置のコンピュータを機能させるためのプログラムであって、
前記制御手段は、後に実行される平坦化処理時における前記平坦化部材と前記粉体との間で生じる摩擦力が、先に実行される平坦化処理時よりも小さくなるように制御することを特徴とする。
これによれば、造形精度の高い三次元造形物を製造することができる。
なお、このプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記録された状態で配布したり、入手したりすることができる。また、このプログラムを乗せ、所定の送信装置により送信された信号を、公衆電話回線や専用線、その他の通信網等の伝送媒体を介して配信したり、受信したりすることでも、配布、入手が可能である。この配信の際、伝送媒体中には、コンピュータプログラムの少なくとも一部が伝送されていればよい。すなわち、コンピュータプログラムを構成するすべてのデータが、一時に伝送媒体上に存在している必要はない。このプログラムを乗せた信号とは、コンピュータプログラムを含む所定の搬送波に具現化されたコンピュータデータ信号である。また、所定の送信装置からコンピュータプログラムを送信する送信方法には、プログラムを構成するデータを連続的に送信する場合も、断続的に送信する場合も含まれる。

１ 造形部
５ 造形ユニット
１０ 造形液
１１ 粉体槽
１２，１１０，１１１，１１３，１１４ 平坦化ローラ
１３ クリーニングブレード
２０ 粉体
２１ 供給槽
２２ 造形槽
２３ 供給ステージ
２４ 造形ステージ
２５ 往復移動機構
２９ 余剰粉体受け槽
３０ 層状構造物
３１ 粉体層
３１’ プレ粉体層
５０ 液体吐出ユニット
８０ 潤滑剤塗布装置
８０’ 潤滑剤供給装置
８１ 固形潤滑剤
８１’ 液体潤滑剤
８２ ブラシローラ
８２’ 供給ノズル
８３’ 潤滑剤供給ホッパ
５００ 制御部
６００ 造形データ作成装置

特開２０１４−６５１７９号公報

Claims (17)

1. 平坦化部材を移動させて粉体を移送しつつ平坦化する平坦化処理を複数回実行して粉体層を形成し、該粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成するという動作を繰り返し行い、該層状構造物が積層された三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
   前記平坦化部材は、後に実行される平坦化処理時における前記平坦化部材と前記粉体との間で生じる摩擦力が先に実行される平坦化処理時における前記摩擦力よりも小さくなるように、前記先に実行される平坦化処理時と前記後に実行される平坦化処理時とで、前記粉体に対して摺動する面の表面形状が異なることを特徴とする三次元造形装置。
2. 請求項１に記載の三次元造形装置において、
   前記後に実行される平坦化処理時における前記平坦化部材と前記粉体との間で生じる摩擦力が前記先に実行される平坦化処理時における前記摩擦力よりも小さくなるように、前記後に実行される平坦化処理時に用いる平坦化部材に潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段を有することを特徴とする三次元造形装置。
3. 平坦化部材を移動させて粉体を移送しつつ平坦化する平坦化処理を複数回実行して粉体層を形成し、該粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成するという動作を繰り返し行い、該層状構造物が積層された三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
   後に実行される平坦化処理時における前記平坦化部材と前記粉体との間で生じる摩擦力が、先に実行される平坦化処理時における前記摩擦力よりも小さくなるように、前記後に実行される平坦化処理時に用いる平坦化部材に潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段を有することを特徴とする三次元造形装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の三次元造形装置において、
   前記後に実行される平坦化処理時における前記平坦化部材と前記粉体との間で生じる摩擦力が前記先に実行される平坦化処理時における前記摩擦力よりも小さくなるように、前記先に実行される平坦化処理後の粉体に潤滑剤を付与する潤滑剤付与手段を有することを特徴とする三次元造形装置。
5. 平坦化部材を移動させて粉体を移送しつつ平坦化する平坦化処理を複数回実行して粉体層を形成し、該粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成するという動作を繰り返し行い、該層状構造物が積層された三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
   後に実行される平坦化処理時における前記平坦化部材と前記粉体との間で生じる摩擦力が、先に実行される平坦化処理時における前記摩擦力よりも小さくなるように、前記先に実行される平坦化処理後の粉体に潤滑剤を付与する潤滑剤付与手段を有することを特徴とする三次元造形装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の三次元造形装置において、
   前記先に実行される平坦化処理時と前記後に実行される平坦化処理時には、同じ平坦化部材を移動させて、前記平坦化処理を実行することを特徴とする三次元造形装置。
7. 請求項６に記載の三次元造形装置において、
   前記後に実行される平坦化処理時には、前記先に実行される平坦化処理時における平坦化部材の移動経路を戻るように、該平坦化部材を移動させることを特徴とする三次元造形装置。
8. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の三次元造形装置において、
   前記後に実行される平坦化処理時における前記平坦化部材と前記粉体との間で生じる摩擦力が前記先に実行される平坦化処理時における前記摩擦力よりも小さくなるように、前記先に実行される平坦化処理時と前記後に実行される平坦化処理時には、互いに異なる平坦化部材を移動させることを特徴とする三次元造形装置。
9. 平坦化部材を移動させて粉体を移送しつつ平坦化する平坦化処理を複数回実行して粉体層を形成し、該粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成するという動作を繰り返し行い、該層状構造物が積層された三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
   後に実行される平坦化処理時における前記平坦化部材と前記粉体との間で生じる摩擦力が先に実行される平坦化処理時における前記摩擦力よりも小さくなるように、前記先に実行される平坦化処理時と前記後に実行される平坦化処理時には、互いに異なる平坦化部材を移動させることを特徴とする三次元造形装置。
10. 請求項８又は９に記載の三次元造形装置において、
    前記後に実行される平坦化処理時には、前記先に実行される平坦化処理時における平坦化部材の移動に追従するように、別の平坦化部材を移動させることを特徴とする三次元造形装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の三次元造形装置において、
    前記先に実行される平坦化処理時に、前記粉体層の厚みよりも厚いプレ粉体層を形成し、前記後に実行される平坦化処理時に、前記粉体層を形成することを特徴とする三次元造形装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の三次元造形装置において、
    前記平坦化部材は、回転部材であり、前記平坦化処理時には該平坦化部材の下面側が該平坦化部材の移動方向と同方向に表面移動する向きに回転駆動されることを特徴とする三次元造形装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の三次元造形装置において、
    前記平坦化部材は、前記平坦化処理時に移動方向前方で前記粉体に接触する面が斜め下方を向いていることを特徴とする三次元造形装置。
14. 平坦化部材を移動させて粉体を水平方向へ移送しつつ平坦化する平坦化処理を複数回実行して粉体層を形成し、該粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成するという動作を繰り返し行い、該層状構造物が積層された三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
    先に実行される平坦化処理時と後に実行される平坦化処理時とで、前記粉体に対して摺動する面の表面形状が異なる平坦化部材を用いることにより、前記後に実行される平坦化処理時における前記平坦化部材と前記粉体との間で生じる摩擦力を、前記先に実行される平坦化処理時における前記摩擦力よりも小さくして、前記粉体層を形成することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
15. 平坦化部材を移動させて粉体を水平方向へ移送しつつ平坦化する平坦化処理を複数回実行して粉体層を形成し、該粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成するという動作を繰り返し行い、該層状構造物が積層された三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
    後に実行される平坦化処理時に用いる平坦化部材に潤滑剤供給手段により潤滑剤を供給することにより、前記後に実行される平坦化処理時における前記平坦化部材と前記粉体との間で生じる摩擦力を、先に実行される平坦化処理時における前記摩擦力よりも小さくして、前記粉体層を形成することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
16. 平坦化部材を移動させて粉体を水平方向へ移送しつつ平坦化する平坦化処理を複数回実行して粉体層を形成し、該粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成するという動作を繰り返し行い、該層状構造物が積層された三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
    先に実行される平坦化処理後の粉体に潤滑剤付与手段により潤滑剤を付与することにより、後に実行される平坦化処理時における前記平坦化部材と前記粉体との間で生じる摩擦力を、前記先に実行される平坦化処理時における前記摩擦力よりも小さくして、前記粉体層を形成することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
17. 平坦化部材を移動させて粉体を水平方向へ移送しつつ平坦化する平坦化処理を複数回実行して粉体層を形成し、該粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成するという動作を繰り返し行い、該層状構造物が積層された三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
    先に実行される平坦化処理時と後に実行される平坦化処理時には、互いに異なる平坦化部材を移動させることにより、前記後に実行される平坦化処理時における前記平坦化部材と前記粉体との間で生じる摩擦力を、前記先に実行される平坦化処理時における前記摩擦力よりも小さくして、前記粉体層を形成することを特徴とする三次元造形物の製造方法。

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