JP7114444B2 - 三次元造形装置 - Google Patents

Description

本発明は、三次元造形装置に関する。

従来から、３次元モデルデータに基づいて立体的な造形物（三次元造形物）を作成する３次元造形装置が知られている。例えば特許文献１には、三次元造形物が造形される造形空間を有する造形槽と、造形槽に供給される粉末材料が貯留される貯留空間を有する供給槽と、造形槽に収容しきれなかった余剰の粉末材料が回収される回収槽と、造形槽に粉末材料を敷き詰めると共に余剰の粉末材料を回収槽まで搬送するローラと、を備えた粉体積層造形方式の三次元造形装置が開示されている。

特開２０１８－３９１５３号公報

このような従来の三次元造形装置では、造形が完了した後、回収槽に回収された粉末材料をユーザがスコップですくったり吸引装置で吸引したりして供給槽に戻し、再利用している。しかし、ユーザ自ら粉末材料を供給槽に戻すには、時間や労力がかかる。また、粉末材料を供給槽に戻す際に粉末材料が空気中に舞い上がると、例えば硬化液を吐出する吐出ヘッドに粉末材料が付着して硬化液を良好に吐出できなくなる等の問題が発生するおそれがある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、造形が完了した後の作業負担が軽減された三次元造形装置を提供することにある。

本発明により、所定の厚みの粉末材料を硬化させて硬化層を形成し、前記硬化層を順次積層することによって三次元造形物を造形する三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、ケーシングと、前記ケーシングに設けられ、前記粉末材料から前記三次元造形物が造形される造形空間を有する造形槽と、前記ケーシングにおいて前記造形槽の第１方向における一方側に設けられ、前記粉末材料が貯留される第１貯留空間を有する第１供給・回収槽と、前記ケーシングにおいて前記造形槽の前記第１方向における他方側に設けられ、前記第１供給・回収槽に貯留されているのと同じ前記粉末材料が貯留される第２貯留空間を有する第２供給・回収槽と、前記第１供給・回収槽から供給された前記粉末材料を前記造形空間に敷き詰め、かつ前記造形空間に収容しきれなかった前記粉末材料を前記第２供給・回収槽まで搬送すると共に、前記第２供給・回収槽から供給された前記粉末材料を前記造形空間に敷き詰め、かつ前記造形空間に収容しきれなかった前記粉末材料を前記第１供給・回収槽まで搬送する敷詰部材と、前記ケーシングおよび前記敷詰部材のいずれか一方を他方に対して前記第１方向に相対的に移動させる移動機構と、前記造形空間内の前記所定の厚みを有する前記粉末材料に対して硬化液を吐出する吐出ヘッドと、を備える。

上記構成では、第１方向において、造形槽が第１供給・回収槽と第２供給・回収槽との間に挟まれており、一方の供給・回収槽から粉末材料が供給されるとき、他方の供給・回収槽が余剰の粉末材料を回収する回収槽として機能する。このため、他方の供給・回収槽に回収された余剰の粉末材料を、そのまま再利用することができ、粉末材料の回収のみを専門で行う回収槽は不要となる。また、造形が完了した後に回収槽に回収された粉末材料を供給槽に戻す作業も必要なくなる。したがって、ユーザの手間を省いて、ユーザの利便性を向上することができる。さらに、造形が完了した後の作業で粉末材料が舞い上がることを抑制することができる。

本発明によれば、造形が完了した後の作業負担が軽減された三次元造形装置を提供することができる。

一実施形態に係る三次元造形装置の断面図である。 一実施形態に係る三次元造形装置の平面図である。 一実施形態に係る制御装置のブロック図である。 三次元造形物の造形を開始する前の状態を表す三次元造形装置の断面図である。 第１供給工程を表す三次元造形装置の断面図である。 第１敷詰工程を表す三次元造形装置の断面図である。 第２供給工程を表す三次元造形装置の断面図である。 第２敷詰工程および吐出工程を表す三次元造形装置の断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら本発明を特に限定することを意図したものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略または簡略化される。

図１は、本実施形態に係る三次元造形装置１００の断面図である。図２は、本実施形態に係る三次元造形装置１００の平面図である。なお、以下の説明において、左、右、上、下とは、符号Ｆの方向から三次元造形装置１００を見たときの左、右、上、下をそれぞれ意味することし、三次元造形装置１００からユーザに近づく方を前方、遠ざかる方を後方とする。また、符号Ｆ、Ｒｒ、Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｄは、それぞれ前、後、左、右、上、下を示している。また、符号Ｘ，Ｙ，Ｚは、それぞれ前後方向、左右方向、上下方向を示している。符号Ｘは第１方向の一例であり、符号Ｙは第２方向の一例である。符号Ｆは第１方向の一方側の一例であり、符号Ｒｒは第１方向の他方側の一例である。また、符号Ｘ１、Ｘ２は、それぞれ、前方（一方側）から後方（他方側）へ向かう方向、後方（他方側）から前方（一方側）へ向かう方向を示している。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、三次元造形装置１００の設置態様を何ら限定するものではない。

三次元造形装置１００は、３次元モデルデータに基づいて、所定の厚み（一層分の断面形状の厚み）の粉末材料９０を硬化させて硬化層９１を形成し、これを順次一体的に積層することによって所望の三次元造形物９２を造形する装置である。詳しくは、三次元造形装置１００は、三次元造形物９２の断面形状を表す断面データに基づいて、所定の厚みで敷き詰められた粉末材料９０に硬化液を吐出し、粉末材料９０同士を固着させて、断面データに即した一層の硬化層９１を形成する。そして、硬化層９１を一層ずつ上下方向Ｚに順次積ねることによって、三次元造形物９２を造形する。なお、本明細書において「断面形状」とは、造形する三次元造形物９２を所定の方向（例えば水平方向）に所定の厚み（典型的には、数十～１００μｍ、例えば１００μｍ（０．１ｍｍ）。）でスライスしたときの断面の形状をいう。ただし、所定の厚みは、必ずしも一定の厚みでなくてもよい。また、ここでは上下方向Ｚが、三次元造形における硬化層９１の積層方向に一致する。

粉末材料９０については、特に限定されない。粉末材料９０の種類は、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の無機材料、鉄、アルミニウム、チタンおよびこれらの合金（典型的にはステンレス鋼、チタン合金、アルミニウム合金）等の金属材料、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、水溶性アクリル樹脂、水溶性ウレタン樹脂、水溶性ポリアミド等の水溶性の樹脂材料、半水石膏（α型焼石膏、β型焼石膏）、アパタイト、食塩、澱粉、プラスチック等であってもよい。粉末材料９０は、上記いずれか１種の材料から構成されていてもよいし、２種以上が組み合わされて構成されていてもよい。粉末材料９０は、例えば、無機材料と水溶性の樹脂材料とを含む混合粉体であってもよい。

三次元造形装置１００は、ケーシング１０と、造形槽２０と、造形テーブル２４と、造形テーブル昇降装置２５と、第１供給・回収槽３０と、第１テーブル３４と、第１昇降装置３５と、第２供給・回収槽４０と、第２テーブル４４と、第２昇降装置４５と、左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒと、支持部材７０と、前後方向移動機構７２と、ヘッドユニット６０と、ローラ５０と、制御装置８０と、を備えている。

ケーシング１０は、三次元造形装置１００の外装体である。ケーシング１０は、中空の箱型形状に形成されている。ケーシング１０は、前後方向Ｘに長い形状を有する。ケーシング１０には、造形槽２０と、造形テーブル昇降装置２５と、第１供給・回収槽３０と、第１昇降装置３５と、第２供給・回収槽４０と、第２昇降装置４５と、が設けられている。ケーシング１０の上面１０Ａは平坦である。造形槽２０と、第１供給・回収槽３０と、第２供給・回収槽４０とは、それぞれ独立して設けられている。造形槽２０と、第１供給・回収槽３０と、第２供給・回収槽４０とは、前後方向Ｘに並んで配置されている。ケーシング１０は、左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒと、前後方向移動機構７２と、が設けられている。ケーシング１０は、支持部材７０が支持されている。

造形槽２０は、ケーシング１０に設けられている。造形槽２０は、ケーシング１０の上面１０Ａから下方に凹むように設けられている。造形槽２０の前方には、第１供給・回収槽３０が配置されている。造形槽２０の後方には、第２供給・回収槽４０が配置されている。造形槽２０は、前後方向Ｘにおいて、第１供給・回収槽３０と、第２供給・回収槽４０と、の間に挟まれている。造形槽２０は、有底四角筒状である。造形槽２０は、上方に向けて開口している。開口部は、ここでは平面視において矩形状である。造形槽２０は、三次元造形物が造形される造形空間２０Ａを有する。造形空間２０Ａには、第１供給・回収槽３０および第２供給・回収槽４０から粉末材料９０が供給される。造形空間２０Ａの粉末材料９０に硬化液が吐出されて、硬化層９１が形成される。

造形テーブル２４は、造形槽２０の底部に配置されている。造形槽２０と造形テーブル２４とに囲まれた空間が造形空間２０Ａである。造形テーブル２４は、造形空間２０Ａの底面を構成している。造形テーブル２４の形状は、例えば、平面視において矩形状である。造形テーブル２４は、水平である。造形テーブル２４には、粉末材料９０が載置される。硬化層９１の形成時には、造形テーブル２４の上に所定の厚みで粉末材料９０が敷き詰められる。三次元造形物９２は、造形テーブル２４の上に造形される。造形テーブル２４は、造形テーブル昇降装置２５と電気的に接続されている。造形テーブル２４は、典型的には造形槽２０の内部を、造形槽２０の側面に沿って上下方向Ｚに昇降移動可能に構成されている。

造形テーブル昇降装置２５は、ケーシング１０に設けられている。造形テーブル昇降装置２５は、造形テーブル２４を昇降移動させる装置である。造形テーブル昇降装置２５は、造形テーブル２４を上下方向Ｚに移動させる装置である。造形テーブル昇降装置２５は、制御装置８０に制御される。造形テーブル昇降装置２５の構成は、特に限定されない。造形テーブル昇降装置２５は、ここでは、造形テーブル支持部材２６と、造形テーブル駆動モータ２７（図３も参照）と、ボールねじ（図示せず）と、を備えている。造形テーブル支持部材２６は、造形テーブル２４の下面に接続されている。造形テーブル支持部材２６は、造形テーブル２４を下方から支持している。造形テーブル支持部材２６は、ボールねじを介して造形テーブル駆動モータ２７に接続されている。造形テーブル駆動モータ２７は、例えば、サーボモータである。造形テーブル駆動モータ２７を駆動させることにより、造形テーブル支持部材２６は上下方向Ｚに移動する。これにより、造形テーブル２４は上下方向Ｚに移動する。造形テーブル２４の移動幅は、一層分の断面形状の厚みに対応して予め定められている。造形テーブル駆動モータ２７は、制御装置８０に電気的に接続されており、制御装置８０によって制御される。

第１供給・回収槽３０は、ケーシング１０に設けられている。第１供給・回収槽３０は、ケーシング１０の上面１０Ａから下方に凹むように設けられている。第１供給・回収槽３０は、前後方向Ｘにおいて、造形槽２０の隣に並んで配置されている。第１供給・回収槽３０は、造形槽２０よりも前方に配置されている。第１供給・回収槽３０は、有底四角筒状である。第１供給・回収槽３０は、上方に向けて開口している。開口部は、ここでは平面視において矩形状である。図２に示すように、第１供給・回収槽３０の左右方向Ｙの長さＬ１は、ここでは造形槽２０の左右方向Ｙの長さＬｍと同じである。ただし、Ｌｍ＜Ｌ１であってもよい。第１供給・回収槽３０は、造形槽２０に粉末材料９０を供給する供給槽としての機能と、第２供給・回収槽４０から造形槽２０に対して過剰に供給された余剰の（言い換えれば、造形空間２０Ａに収容されずに余った）粉末材料９０を回収する回収槽としての機能とを兼ね備えている。第１供給・回収槽３０は、粉末材料９０が貯留される第１貯留空間３０Ａを有する。

第１テーブル３４は、第１供給・回収槽３０の底部に配置されている。第１供給・回収槽３０と第１テーブル３４とに囲まれた空間が、第１貯留空間３０Ａである。第１テーブル３４は、第１貯留空間３０Ａの底面を構成している。第１テーブル３４の形状は、例えば、平面視において矩形状である。第１テーブル３４は、水平である。第１テーブル３４には、粉末材料９０が載置される。第１貯留空間３０Ａの最大容積（第１テーブル３４が最も下方に位置するときの容積。以下、Ｃ１と略す。）は、ここでは、造形空間２０Ａの最大容積（造形テーブル２４が最も下方に位置するときの容積。以下、Ｃｍと略す。）よりも小さい。Ｃ１は、ここでは、０．５Ｃｍ≦Ｃ１＜Ｃｍ、例えば、０．６Ｃｍ≦Ｃ１≦０．７Ｃｍ、を満たしている。第１貯留空間３０Ａに貯留可能な粉末材料９０の体積は、造形空間２０Ａに収容可能な粉末材料９０の体積よりも小さい。第１テーブル３４は、第１昇降装置３５と電気的に接続されている。第１テーブル３４は、典型的には第１供給・回収槽３０の内部を、第１供給・回収槽３０の側面に沿って、上下方向Ｚに昇降移動可能に構成されている。

第１昇降装置３５は、ケーシング１０に設けられている。第１昇降装置３５は、第１テーブル３４を昇降移動させる装置である。第１昇降装置３５は、第１テーブル３４を上下方向Ｚに移動させる装置である。第１昇降装置３５は、制御装置８０に制御される。第１昇降装置３５の構成は、特に限定されない。第１昇降装置３５は、造形テーブル昇降装置２５と同じ構成であってもよい。第１昇降装置３５は、ここでは、第１支持部材３６と、第１駆動モータ３７（図３も参照）と、ボールねじ（図示せず）と、を備えている。第１支持部材３６は、第１テーブル３４の下面に接続されている。第１支持部材３６は、第１テーブル３４を下方から支持している。第１支持部材３６は、ボールねじを介して第１駆動モータ３７に接続されている。第１駆動モータ３７は、例えば、サーボモータである。第１駆動モータ３７を駆動させることにより、第１支持部材３６は上下方向Ｚに移動する。これにより、第１テーブル３４は上下方向Ｚに移動する。第１テーブル３４の移動幅は、例えば造形テーブル２４の移動幅に対応して予め定められている。第１駆動モータ３７は、制御装置８０に電気的に接続されており、制御装置８０によって制御される。

第２供給・回収槽４０は、ケーシング１０に設けられている。第２供給・回収槽４０は、ケーシング１０の上面１０Ａから下方に凹むように設けられている。第２供給・回収槽４０は、前後方向Ｘにおいて、造形槽２０の隣に並んで配置されている。第２供給・回収槽４０は、造形槽２０よりも後方に配置されている。第２供給・回収槽４０は、前後方向Ｘにおいて、造形槽２０を挟んで第１供給・回収槽３０の反対側に設けられている。第２供給・回収槽４０は、有底四角筒状である。第２供給・回収槽４０は、上方に向けて開口している。開口部は、ここでは平面視において矩形状である。図２に示すように、第２供給・回収槽４０は、ここでは第１供給・回収槽３０と同形状、同サイズである。第２供給・回収槽４０の左右方向Ｙの長さＬ２は、ここでは造形槽２０の左右方向Ｙの長さＬｍと同じである。ただし、Ｌｍ＜Ｌ２であってもよい。第２供給・回収槽４０は、造形槽２０に粉末材料９０を供給する供給槽として機能すると共に、第１供給・回収槽３０から造形槽２０に対して過剰に供給された余剰の（言い換えれば、造形空間２０Ａに収容されずに余った）粉末材料９０を回収する回収槽として機能する。第２供給・回収槽４０は、粉末材料９０が貯留される第２貯留空間４０Ａを有する。

第２テーブル４４は、第２供給・回収槽４０の底部に配置されている。第２供給・回収槽４０と第２テーブル４４とに囲まれた空間が、第２貯留空間４０Ａである。第２テーブル４４は、第２貯留空間４０Ａの底面を構成している。第２テーブル４４の形状は、例えば、平面視において矩形状である。第２テーブル４４は、水平である。第２テーブル４４には、粉末材料９０が載置される。第２貯留空間４０Ａの最大容積（第２テーブル４４が最も下方に位置するときの容積。以下Ｃ２と略す。）は、ここでは、造形空間２０Ａの最大容積Ｃｍよりも小さい。Ｃ２は、ここでは、０．５Ｃｍ≦Ｃ２、例えば、０．６Ｃｍ≦Ｃ２≦０．７Ｃｍ、を満たしている。第２貯留空間４０Ａに貯留可能な粉末材料９０の体積は、造形空間２０Ａに収容可能な粉末材料９０の体積よりも小さい。第２貯留空間４０Ａの最大容積Ｃ２は、ここでは第１貯留空間３０Ａの最大容積Ｃ１と同じである。ただし、第２貯留空間４０Ａの最大容積Ｃ２は、第１貯留空間３０Ａの最大容積Ｃ１よりも小さくてもよいし大きくてもよい。第１貯留空間３０Ａの最大容積Ｃ１と第２貯留空間４０Ａの最大容積Ｃ２との比は、例えば、Ｃ１：Ｃ２＝２：１～１：２であってもよい。

第１貯留空間３０Ａの最大容積Ｃ１と第２貯留空間４０Ａの最大容積Ｃ２との合計は、造形空間２０Ａの最大容積Ｃｍと同じかそれよりも大きい。すなわち、Ｃｍ≦（Ｃ１＋Ｃ２）である。上記Ｃｍと上記Ｃ１と上記Ｃ２とは、概ね、１．１Ｃｍ≦（Ｃ１＋Ｃ２）≦２Ｃｍ、例えば、１．２Ｃｍ≦（Ｃ１＋Ｃ２）≦１．５Ｃｍ、を満たしていてもよい。第２テーブル４４は、第２昇降装置４５と電気的に接続されている。第２テーブル４４は、典型的には第２供給・回収槽４０の内部を、第２供給・回収槽４０の側面に沿って、上下方向Ｚに昇降移動可能に構成されている。

第２昇降装置４５は、ケーシング１０に設けられている。第２昇降装置４５は、第２テーブル４４を昇降移動させる装置である。第２昇降装置４５は、第２テーブル４４を上下方向Ｚに移動させる装置である。第２昇降装置４５は、制御装置８０に制御される。第２昇降装置４５の構成は、特に限定されない。第２昇降装置４５は、第１昇降装置３５と同じ構成であってもよい。第２昇降装置４５は、ここでは、第２支持部材４６と、第２駆動モータ４７（図３も参照）と、ボールねじ（図示せず）と、を備えている。第２支持部材４６は、第２テーブル４４の下面に接続されている。第２支持部材４６は、第２テーブル４４を下方から支持している。第２支持部材４６は、ボールねじを介して第２駆動モータ４７に接続されている。第２駆動モータ４７は、例えば、サーボモータである。第２駆動モータ４７を駆動させることにより、第２支持部材４６は上下方向Ｚに移動する。これにより、第２テーブル４４は、上下方向Ｚに移動する。第２テーブル４４の移動幅は、例えば造形テーブル２４の移動幅に対応して予め定められている。第２駆動モータ４７は、制御装置８０に電気的に接続されており、制御装置８０によって制御される。

左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒは、ケーシング１０に設けられている。左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒは、前後方向Ｘに延びている。左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒは、左右方向Ｙに平行に配置されている。左ガイドレール１２Ｌは、右ガイドレール１２Ｒよりも左方に配置されている。左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒは、支持部材７０の前後方向Ｘへの移動をガイドする。前後方向Ｘは、支持部材７０の走査方向に対応する。左ガイドレール１２Ｌの前端および右ガイドレール１２Ｒの前端は、第２供給・回収槽４０の前端よりも前方に位置している。左ガイドレール１２Ｌの後端および右ガイドレール１２Ｒの後端は、第１供給・回収槽３０の後端よりも後方に位置している。左右方向Ｙにおいて、左ガイドレール１２Ｌと右ガイドレール１２Ｒとの間には、造形槽２０と第１供給・回収槽３０と第２供給・回収槽４０とが設けられている。なお、本実施形態では、ケーシング１０に左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒが設けられているが、ガイドレールの設置位置や数は特に限定されない。

支持部材７０は、ケーシング１０の上面１０Ａに配置されている。支持部材７０は、左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒに摺動自在に係合している。支持部材７０は、左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒに沿って前後方向Ｘに移動可能に構成されている。支持部材７０は、左ガイドレール１２Ｌに係合する左脚部７０Ｌと、右ガイドレール１２Ｒに係合する右脚部７０Ｒと、左脚部７０Ｌの上端と右脚部７０Ｒとの上端とを連結する連結部７０Ｃと、を備えている。左脚部７０Ｌおよび右脚部７０Ｒは、上下方向Ｚに延びている。連結部７０Ｃは左右方向Ｙに延びている。連結部７０Ｃは、造形槽２０と第１供給・回収槽３０と第２供給・回収槽４０との上方に位置している。支持部材７０には、ヘッドユニット６０とローラ５０とが支持されている。支持部材７０は、前後方向移動機構７２と電気的に接続されている。支持部材７０は、左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒに沿って前後方向Ｘに往復移動可能に構成されている。

前後方向移動機構７２は、支持部材７０をケーシング１０に対して前後方向Ｘに相対的に移動させる機構である。前後方向移動機構７２は、ローラ５０およびヘッドユニット６０を、造形槽２０と第１供給・回収槽３０と第２供給・回収槽４０とに対して、前後方向Ｘに相対的に移動させる機構である。なお、説明の便宜上、前後方向移動機構７２は図２のみに示し、他の図では図示を省略している。前後方向移動機構７２の構成は、特に限定されない。前後方向移動機構７２は、ここでは、左ガイドレール１２Ｌの前端側に配置されたプーリ７３Ｆと、左ガイドレール１２Ｌの後端側に配置されたプーリ７３Ｒと、右ガイドレール１２Ｒの前端側に配置されたプーリ７４Ｆと、右ガイドレール１２Ｒの後端側に配置されたプーリ７４Ｒと、プーリ７３Ｆとプーリ７４Ｆとを連結する連結ロッド７５Ａと、プーリ７３Ｒと、プーリ７４Ｒとを連結する連結ロッド７５Ｂと、プーリ７３Ｆとプーリ７３Ｒとに巻き掛けられた左側ベルト７６Ｌと、プーリ７４Ｆとプーリ７４Ｒとに巻き掛けられた右側ベルト７６Ｒと、連結ロッド７５Ａを回転させる第１モータ７７（図３参照）と、を備えている。左側ベルト７６Ｌは、左脚部７０Ｌに固定されている。右側ベルト７６Ｒは、右脚部７０Ｒに固定されている。

第１モータ７７は、制御装置８０と電気的に接続されており、制御装置８０によって制御される。第１モータ７７が駆動すると連結ロッド７５Ａが回転し、左側ベルト７６Ｌおよび右側ベルト７６Ｒが走行する。これにより、支持部材７０が左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒに沿って前後方向Ｘに往復移動する。支持部材７０が前後方向Ｘに往復移動すると、これに伴って、支持部材７０に支持されているヘッドユニット６０とローラ５０とが、共に前後方向Ｘに往復移動する。前後方向移動機構７２は、制御装置８０に制御される。なお、本実施形態では、第１モータ７７は連結ロッド７５Ａを回転させるように構成されているが、第１モータ７７は連結ロッド７５Ｂを回転させるように構成されていてもよい。

ヘッドユニット６０は、支持部材７０に支持されている。ヘッドユニット６０は、連結部７０Ｃに固定されている。ヘッドユニット６０は、前後方向Ｘに並ぶ３つのラインヘッド６２と、ラインヘッド６２を収容するケース６４と、を備えている。ラインヘッド６２は、造形空間２０Ａに収容された粉末材料９０に硬化液を吐出する装置である。なお、硬化液は、粉末材料９０を構成する粒子同士を固着させることが可能な液体（粘性体を含む。）であればよく、特に限定されない。硬化液は、例えば、水、ワックス、バインダ等を含む液体等であってもよい。硬化液は、粉末材料９０が水溶性の樹脂材料を含む場合に、例えば水であってもよい。ラインヘッド６２は、吐出ヘッドの一例である。

ラインヘッド６２は、ケーシング１０よりも上方に位置している。ラインヘッド６２は、造形槽２０よりも上方に位置している。ラインヘッド６２の下端は、ケース６４の下面よりも下方に突出している。ラインヘッド６２は、硬化液を吐出する複数のノズル（図示せず）を有する。ラインヘッド６２の左右方向Ｙの長さＬｈは、造形槽２０の左右方向Ｙの長さＬｍと同じかそれよりも長い。複数のノズルは、左右方向Ｙに直線状に並んでいる。ラインヘッド６２における硬化液の吐出機構は特に限定されず、例えばインクジェット方式である。ラインヘッド６２は、支持部材７０の移動に伴って前後方向Ｘに往復移動する。ラインヘッド６２は、ここでは左右方向Ｙには移動しない。ラインヘッド６２は、制御装置８０に電気的に接続されており、制御装置８０によって制御される。ラインヘッド６２のノズルからの硬化液の吐出は、制御装置８０によって制御される。

ローラ５０は、支持部材７０に支持されている。ローラ５０は、左脚部７０Ｌおよび右脚部７０Ｒに取り付けられている。ローラ５０は、ラインヘッド６２よりも前方に配置されている。ローラ５０の下端５０Ｂは、ラインヘッド６２の下端よりも下方に位置している。ローラ５０の下端５０Ｂは、ケーシング１０よりも上方に位置している。ローラ５０は、ケーシング１０の上面１０Ａとの間に所定のクリアランス（間隙）が形成されるように配置されている。ローラ５０は、長尺の円筒形状を有している。図２に示すように、ローラ５０の左右方向Ｙの長さＬｒは、造形槽２０の左右方向Ｙの長さＬｍよりも長く、第１供給・回収槽３０の左右方向Ｙの長さＬ１よりも長く、第２供給・回収槽４０の左右方向Ｙの長さＬ２よりも長い。ローラ５０は、支持部材７０の移動に伴って、少なくとも第１供給・回収槽３０の前端から第２供給・回収槽４０の後端までの間を、前後方向Ｘに水平移動する。ローラ５０は、ケーシング１０の上面１０Ａに沿って前後方向Ｘに水平移動する。

ローラ５０は、第１テーブル３４に載置されている粉末材料９０を造形槽２０へと搬送する。ローラ５０は、第２テーブル４４に載置されている粉末材料９０を造形槽２０へと搬送する。ローラ５０は、造形槽２０の前方および後方から、それぞれ造形テーブル２４の上に粉末材料９０を供給する。ローラ５０は、造形テーブル２４の上に供給された粉末材料９０上を移動して、粉末材料９０の表面を平らに均す。粉末材料９０は、ローラ５０によって造形テーブル２４上の全面に万遍なく敷き詰められる。粉末材料９０は、造形槽２０内に所定の厚みで敷き詰められる。造形槽２０内に敷き詰められる粉末材料９０の上面の高さは、ローラ５０の下端５０Ｂの高さである。ローラ５０は、造形槽２０に収容しきれなかった余剰の粉末材料９０を、第１供給・回収槽３０または第２供給・回収槽４０へと搬送する。

ローラ５０は、左右方向Ｙに延びた回転軸を中心として、支持部材７０に回転可能に支持されている。ローラ５０は、回転軸が左右方向Ｙと平行になるように配置されている。ローラ５０は、第２モータ５２に接続されている。第２モータ５２は、左脚部７０Ｌに設けられている。第２モータ５２は、制御装置８０に電気的に接続されており、制御装置８０によって制御される。ローラ５０は、第２モータ５２を駆動することによって、第１回転方向Ｒ１または第１回転方向Ｒ１と逆の第２回転方向Ｒ２に回転する。ローラ５０は、粉末材料９０を下方から上方に向かって押し上げる（掬い上げる）ように回転する。図１に示すように、ローラ５０は、前方から後方へ向かう方向Ｘ１に水平移動するときに、第１回転方向Ｒ１に回転する。図１において、第１回転方向Ｒ１は反時計回りの方向である。ローラ５０は、後方から前方へ向かう方向Ｘ２に水平移動するときに、第２回転方向Ｒ２に回転する。図１において、第２回転方向Ｒ２は時計回りの方向である。

制御装置８０は、三次元造形装置１００の全体の動作を制御する。制御装置８０の構成は特に限定されない。制御装置８０は、例えばマイクロコンピュータである。マイクロコンピュータのハードウェアの構成は特に限定されないが、例えば、ホストコンピュータ等の外部機器から印刷データ等を受信するインターフェイス（Ｉ／Ｆ）と、制御プログラムの命令を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ：central processing unit）と、ＣＰＵが実行するプログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）と、プログラムを展開するワーキングエリアとして使用されるＲＡＭ（random access memory）と、プログラムや各種データを格納するメモリ等の記憶部と、を備えている。本実施形態では、制御装置８０は、ケーシング１０の内部に設けられている。ただし、制御装置８０は、ケーシング１０の外部に設置されたコンピュータ等であってもよい。この場合、制御装置８０は、有線または無線を介して三次元造形装置１００と通信可能に接続されている。

図３は、制御装置８０のブロック図である。制御装置８０は、造形テーブル駆動モータ２７と、第１駆動モータ３７と、第２駆動モータ４７と、第１モータ７７と、ラインヘッド６２と、第２モータ５２と、通信可能に接続され、これらを制御可能に構成されている。制御装置８０は、第１制御部８１と、第２制御部８２と、吐出制御部８３と、を備えている。制御装置８０の各部の機能は、例えばプログラムによって実現されている。このプログラムは、例えばＣＤやＤＶＤ等の記録媒体から読み込まれるものであってもよいし、インターネット等を通じてダウンロードされるものであってもよい。制御装置８０の各部の機能は、プロセッサおよび／または回路等によって実現可能なものであってもよい。

第１制御部８１は、造形槽２０内に第１の厚みＴ１（図５参照）で粉末材料９０を敷き詰める第１制御を実行する。なお、第１の厚みＴ１は、必ずしも毎回同じである必要はない。第１制御部８１は、造形テーブル駆動モータ２７を制御して、造形テーブル２４を下方に移動させるように構成されている。このときの造形テーブル２４の下方への移動幅は、第１の厚みと同じＴ１である。移動幅Ｔ１は、一層分の断面形状の厚みよりも小さく、典型的には、一層分の断面形状の厚みを偶数分割した厚み、例えば、作業効率を考慮して、一層分の断面形状の厚みの１／２であってもよい。あるいは、一層分の断面形状の厚みの１／４、１／６であってもよい。これにより、造形テーブル２４の上方に、厚みＴ１の空間が形成される。

また、第１制御部８１は、第１駆動モータ３７を制御して、第１テーブル３４を上方に移動させるように構成されている。これにより、第１貯留空間３０Ａに貯留されている粉末材料９０の一部または全部を、第１供給・回収槽３０の上端よりも上方に押し上げる。通常、第１供給・回収槽３０の上端よりも上方に押し上げられる粉末材料９０の体積Ｖ１（図５参照）は、平面視における造形テーブル２４の面積と上記下方への移動幅Ｔ１とを乗じた体積よりも多い。すなわち、粉末材料９０は、通常、上記厚みＴ１の空間に収容される量よりも多めに供給される。

また、第１制御部８１は、第１テーブル３４を上方に移動させるときに、第２駆動モータ４７を制御して、第２テーブル４４を下方に移動させるように構成されていてもよい。このときの第２テーブル４４の下方への移動幅は、余剰の粉末材料９０の体積を平面視における第２テーブル４４の面積で除した高さと同じかそれよりも大きい。なお、余剰の粉末材料９０の体積は、第１供給・回収槽３０の上端よりも上方に押し上げられる粉末材料９０の体積Ｖ１から、平面視における造形テーブル２４の面積と上記下方への移動幅Ｔ１とを乗じた体積を差し引くことで、求められる。これにより、第２貯留空間４０Ａを広げて、第２供給・回収槽４０に、余剰の粉末材料９０を回収するための空間を適切に確保することができる。

第１制御部８１は、第２モータ５２を制御して、ローラ５０を第１回転方向Ｒ１に回転させる。第１制御部８１は、少なくとも造形テーブル２４を下方に移動させかつ第１テーブル３４を上方に移動させた後に、ローラ５０を第１回転方向Ｒ１に回転させながら、第１モータ７７を制御して、支持部材７０を前方から後方へ向かう方向Ｘ１に水平移動させる。これにより、第１供給・回収槽３０の上端よりも上に盛り上がって積まれた粉末材料９０が造形槽２０の側に移動させられ、造形テーブル２４の上で均される。この一連の動作によって、造形槽２０内に第１の厚みＴ１で粉末材料９０が敷き詰められる。また、造形槽２０に収容されずに余った粉末材料９０は、そのままローラ５０によってさらに後方に移動させられ、第２供給・回収槽４０に回収される。

第２制御部８２は、造形槽２０内に第２の厚みＴ２（図７参照、ただし、第１の厚み１と第２の厚みＴ２との合計は、一層分の断面形状の厚み以下である。）で粉末材料９０を敷き詰める第２制御を実行する。なお、第２の厚みＴ２は、必ずしも毎回同じである必要はない。第２制御部８２は、造形テーブル駆動モータ２７を制御して、造形テーブル２４を下方に移動させるように構成されている。このときの造形テーブル２４の下方への移動幅は、第２の厚みと同じＴ２である。三次元造形物９２の上下方向Ｚでの均質性を高める観点からは、移動幅Ｔ２が移動幅Ｔ１と同じであるとよい。ただし、移動幅Ｔ２は、移動幅Ｔ１と異なっていてもよい。移動幅Ｔ２は、一層分の断面形状の厚みよりも小さく、典型的には、一層分の断面形状の厚みを偶数分割した厚み、例えば、作業効率を考慮して、一層分の断面形状の厚みの１／２であってもよい。あるいは、一層分の断面形状の厚みの１／４、１／６であってもよい。これにより、造形テーブル２４の上方に、厚みＴ２の空間が形成される。

また、第２制御部８２は、第２駆動モータ４７を制御して、第２テーブル４４を上方に移動させるように構成されている。これにより、第２貯留空間４０Ａに貯留されている粉末材料９０の一部または全部を、第２供給・回収槽４０の上端よりも上方に押し上げる。通常、第２供給・回収槽４０の上端よりも上方に押し上げられる粉末材料９０の体積Ｖ２（図７参照）は、平面視における造形テーブル２４の面積と上記下方への移動幅Ｔ２とを乗じた体積よりも多い。すなわち、粉末材料９０は、通常、上記厚みＴ２の空間に収容される量よりも多めに供給される。

また、第２制御部８２は、第２テーブル４４を上方に移動させるときに、第１駆動モータ３７を制御して、第１テーブル３４を下方に移動させるように構成されていてもよい。このときの第１テーブル３４の下方への移動幅は、余剰の粉末材料９０の体積を平面視における第１テーブル３４の面積で除した高さと同じかそれよりも大きい。なお、余剰の粉末材料９０の体積は、第２供給・回収槽４０の上端よりも上方に押し上げられる粉末材料９０の体積Ｖ２から、平面視における造形テーブル２４の面積と上記下方への移動幅Ｔ２とを乗じた体積を差し引くことで、求められる。これにより、第１貯留空間３０Ａを広げて、第１供給・回収槽３０に、余剰の粉末材料９０を回収するための空間を適切に確保することができる。

第２制御部８２は、第２モータ５２を制御して、ローラ５０を第２回転方向Ｒ２に回転させる。第２制御部８２は、少なくとも造形テーブル２４を下方に移動させかつ第２テーブル４４を上方に移動させた後に、ローラ５０を第２回転方向Ｒ２に回転させながら、第１モータ７７を制御して、支持部材７０を後方から前方へ向かう方向Ｘ２に水平移動させる。これにより、第２供給・回収槽４０の上端よりも上に盛り上がって積まれた粉末材料９０が造形槽２０の側に移動させられ、造形テーブル２４の上で均される。この一連の動作によって、造形槽２０内に第２の厚みＴ２で粉末材料９０が敷き詰められる。また、造形槽２０に収容されずに余った粉末材料９０は、そのままローラ５０によってさらに前方に移動させられ、第１供給・回収槽３０に回収される。

本実施形態では、一層の硬化層９１を形成するときに、第１制御と第２制御とを少なくとも１回ずつ実行する。製造効率を向上する観点等からは、第１制御と第２制御とを各１回実行するとよい。ただし、第１制御および／または第２制御を、それぞれ独立して、複数回（例えば第１制御および第２制御を２回ずつ）実行してもよい。また、第１制御で造形テーブル２４の上に敷き詰められた総厚みと、第２制御で敷き詰められた総厚みとは、同じであってもよいし異なっていてもよい。そして、造形槽２０の造形テーブル２４の上に、一層分の断面形状の厚みで粉末材料９０を敷き詰める。

吐出制御部８３は、第１モータ７７を制御して、支持部材７０を前後方向Ｘに水平移動させるように構成されている。また、吐出制御部８３は、ラインヘッド６２を制御して、造形テーブル２４の上に一層分の断面形状の厚みで敷き詰められた粉末材料９０に対して、ラインヘッド６２から硬化液を吐出する。吐出制御部８３は、ラインヘッド６２のノズルから硬化液を吐出するタイミングや硬化液の量を制御するように構成されている。本実施形態において、吐出制御部８３は、第２制御においてローラ５０が造形テーブル２４に粉末材料９０を敷き詰めているときに、ラインヘッド６２から硬化液を吐出するように構成されている。言い換えれば、支持部材７０が後方から前方へ向かう方向Ｘ２に１回移動するときに、第２の厚みＴ２での粉末材料９０の敷き詰めと、ラインヘッド６２からの硬化液の吐出と、をあわせて行うように構成されている。これにより、三次元造形物９２を効率良く造形することができる。

次に、図４～図８を参照しつつ、三次元造形物９２を造形するときの三次元造形装置１００の製造方法について説明する。なお、本実施形態では、一層分の断面形状が厚み０．１ｍｍである硬化層９１を上方に次々に積層してゆくことによって、三次元造形物９２を製造する場合を例として説明する。本実施形態の製造方法は、第１工程と第２工程と第３工程とを包含する。第１工程は、第１供給工程と第１敷詰工程とをこの順に包含する。第２工程は、第２供給工程と第２敷詰工程とをこの順に包含する。第３工程は、吐出工程を包含する。以下、各工程について説明する。

図４は、造形を開始する前の状態を表す三次元造形装置１００の断面図である。図４に示すように、造形待機時、すなわち、三次元造形が行われていないときには、支持部材７０およびヘッドユニット６０がホームポジションＨＰで待機している。ホームポジションＨＰは、第２供給・回収槽４０よりも後方に位置している。造形テーブル２４は、造形テーブル駆動モータ２７によって初期位置に移動される。造形テーブル２４の初期位置は、造形槽２０内の最も高い位置である。造形テーブル２４は、造形の工程が進むにつれて、次第に造形槽２０内の低い位置に移動してゆく。第１テーブル３４は、第１駆動モータ３７によって初期位置に移動される。第１テーブル３４の初期位置は、ここでは第１供給・回収槽３０内の最も低い位置よりも上方の位置である。初期位置は、第１テーブル３４が下方に移動可能な位置である。第１貯留空間３０Ａには、上面１０Ａと面一になるように、粉末材料９０が貯留されている。第２テーブル４４は、第２駆動モータ４７によって初期位置に移動される。第２テーブル４４の初期位置は、ここでは第１テーブル３４の初期位置と同じ高さである。第２貯留空間４０Ａには、上面１０Ａと面一になるように、第１貯留空間３０Ａと同じ粉末材料９０が貯留されている。第２貯留空間４０Ａに貯留されている粉末材料９０の体積は、第１貯留空間３０Ａに貯留されている粉末材料９０の体積と同じである。

図５は、第１供給工程を表す三次元造形装置１００の断面図である。第１供給工程において、第１制御部８１は、造形テーブル駆動モータ２７を制御して、造形テーブル２４を下方に移動させる。このときの造形テーブル２４の下方への移動幅Ｔ１は、一層分の断面形状の厚みよりも小さく、予め定められている。移動幅Ｔ１は、ここでは一層分の断面形状の半分、すなわち０．０５ｍｍである。また、第１制御部８１は、第１駆動モータ３７を制御して、第１テーブル３４を上方に移動させる。これにより、第１貯留空間３０Ａの粉末材料９０の一部が、第１供給・回収槽３０の上端よりも上に盛り上がって積まれる形になる。また、第１制御部８１は、第２駆動モータ４７を制御して、第２テーブル４４を下方に移動させる。このときの第２テーブル４４の下方への移動幅は、第１テーブル３４の上方への移動幅と同じであってもよく、それよりも大きくあるいは小さくてもよい。さらに、第１制御部８１は、第１モータ７７を制御して、支持部材７０をホームポジションＨＰから待機位置ＳＰまで移動する。待機位置ＳＰは、第１供給・回収槽３０よりも前方に位置している。

図６は、第１敷詰工程を表す三次元造形装置１００の断面図である。第１敷詰工程は、第１供給工程に続いて実施される。第１敷詰工程において、第１制御部８１は、第２モータ５２を制御して、ローラ５０を第１回転方向Ｒ１、すなわち図５，図６における反時計回りの方向に回転させる。第１制御部８１は、ローラ５０を第１回転方向Ｒ１に回転させた状態で、第１モータ７７を制御して、支持部材７０を前方から後方へ向かう方向Ｘ１に水平移動させる。第１制御部８１は、支持部材７０を待機位置ＳＰからホームポジションＨＰまで移動する。これにより、第１供給工程において第１供給・回収槽３０の上端よりも上に盛り上がって積まれた粉末材料９０が、ローラ５０で後上方に向かって押し上げられながら造形槽２０の側に移動させられ、造形テーブル２４の上で均される。この一連の動作によって、造形テーブル２４の上に一層分の断面形状の厚み（０．１ｍｍ）よりも小さい第１の厚みＴ１（０．０５ｍｍ）で粉末材料９０が敷き詰められる。また、造形槽２０に収容されずに余った粉末材料９０は、そのままローラ５０によってさらに後方に移動させられ、第２供給・回収槽４０に回収される。

図７は、第２供給工程を表す三次元造形装置１００の断面図である。第２供給工程は、第１敷詰工程に続いて実施される。第２供給工程において、第２制御部８２は、造形テーブル駆動モータ２７を制御して、造形テーブル２４を下方に移動させる。このときの造形テーブル２４の下方への移動幅Ｔ２は、一層分の断面形状の厚みよりも小さく、予め定められている。移動幅Ｔ２は、ここでは第１供給工程における移動幅Ｔ１と同じであり、一層分の断面形状の半分、すなわち０．０５ｍｍである。また、第２制御部８２は、第２駆動モータ４７を制御して、第２テーブル４４を上方に移動させる。これにより、第２貯留空間４０Ａの粉末材料９０の一部が、第２供給・回収槽４０の上端よりも上に盛り上がって積まれる形になる。また、第２制御部８２は、第１駆動モータ３７を制御して、第１テーブル３４を下方に移動させる。このときの第１テーブル３４の下方への移動幅は、第２テーブル４４の上方への移動幅と同じであってもよく、それよりも大きくあるいは小さくてもよい。

図８は、第２敷詰工程を表す三次元造形装置１００の断面図である。第２敷詰工程は、ここでは第２供給工程に続いて実施される。第２敷詰工程において、第２制御部８２は、第２モータ５２を制御して、ローラ５０を第２回転方向Ｒ２、すなわち図７，図８における時計回りの方向に回転させる。第２制御部８２は、ローラ５０を第２回転方向Ｒ２に回転させた状態で、第１モータ７７を制御して、支持部材７０を後方から前方へ向かう方向Ｘ２に水平移動させる。第２制御部８２は、支持部材７０をホームポジションＨＰから待機位置ＳＰまで移動する。これにより、第２供給工程において第２供給・回収槽４０の上端よりも上に盛り上がって積まれた粉末材料９０が、ローラ５０で前上方に向かって押し上げられながら造形槽２０の側に移動させられ、造形テーブル２４の上で均される。この一連の動作によって、造形テーブル２４の上に一層分の断面形状の厚み（０．１ｍｍ）よりも小さい第２の厚みＴ２（０．０５ｍｍ）で粉末材料９０が敷き詰められる。第１供給工程および第１敷詰工程に続いて、第２供給工程および第２敷詰工程を行う場合は、第１の厚みの粉末材料９０の上に、第２の厚みで粉末材料９０が敷き詰められる。

本実施形態では、第１工程および第２工程を各１回行うことにより、造形テーブル２４の上に、一層分の断面形状の厚み（０．１ｍｍ）で粉末材料９０が敷き詰められる。また、造形槽２０に収容されずに余った粉末材料９０は、そのままローラ５０によってさらに前方に移動させられ、第１供給・回収槽３０に回収される。

続いて、吐出工程において、吐出制御部８３は、ラインヘッド６２を制御して、造形テーブル２４の上の厚み０．１ｍｍの粉末材料９０に対し、ラインヘッド６２のノズルから硬化液を吐出する。本実施形態では、ラインヘッド６２がローラ５０と同じ支持部材７０に支持されており、ローラ５０と共に前後方向Ｘに移動する。そのため、第２制御部８２が支持部材７０を後方から前方へ向かう方向Ｘ２に水平移動させ、ローラ５０が造形テーブル２４に粉末材料９０を敷き詰めているときに、ラインヘッド６２のノズルから硬化液を吐出することができる。これにより、効率的に一層分の硬化層９１を形成することができる。

一層分の硬化層９１が形成されると、第１制御部８１および第２制御部８２が、造形槽２０内に粉末材料９０を一層分の硬化層９１の厚みで再び敷き詰める。吐出制御部８３は、一層分の硬化層９１の厚みで再び敷き詰められた粉末材料９０に対して、再び硬化液を吐出する。これにより、上記で形成した第１層目の硬化層９１の上に、第２層目の硬化層９１が形成される。そして、この第１制御部８１および第２制御部８２が粉末材料９０を敷き詰める操作と、吐出制御部８３が一層分の硬化層９１の厚みで再び敷き詰められた粉末材料９０に対して硬化液を吐出する操作とを、三次元造形物９２の造形が完了するまで繰り返す。これにより、第１～第ｎの硬化層９１（ｎは２以上の整数）が上下方向Ｚに積み上げられた三次元造形物９２を製造することができる。

以上のように、三次元造形装置１００では、前後方向Ｘにおいて、造形槽２０が第１供給・回収槽３０と第２供給・回収槽４０との間に挟まれており、一方の供給・回収槽から粉末材料９０が供給されるとき、他方の供給・回収槽が余剰の粉末材料９０を回収する回収槽として機能する。これにより、粉末材料９０の回収のみを専門で行う回収槽は不要となり、造形が完了した後に回収槽に回収された粉末材料９０をユーザが供給槽に戻す作業も必要なくなる。したがって、造形が完了した後の作業で粉末材料９０が舞い上がることを抑制すると共に、ユーザの手間を省いて、ユーザの利便性を向上することができる。

本実施形態の三次元造形装置１００は、前後方向移動機構７２と電気的に接続された制御装置８０をさらに備える。制御装置８０は、ケーシング１０および敷詰部材５０のいずれか一方を他方に対して前後方向Ｘに相対的に移動させて、第１供給・回収槽３０に貯留されている粉末材料９０を、所定の厚みよりも薄い第１の厚みＴ１で造形空間２０Ａに敷き詰める第１制御を実行する第１制御部８１と、ケーシング１０および敷詰部材５０のいずれか一方を他方に対して前後方向Ｘに相対的に移動させて、第２供給・回収槽４０に貯留されている粉末材料９０を、上記所定の厚みよりも薄い第２の厚みＴ２（ただし、上記第１の厚みと上記第２の厚みとの合計は、上記所定の厚み以下である。）で造形空間２０Ａに敷き詰める第２制御を実行する第２制御部８２と、を備え、一層の硬化層９１を形成するときに、上記第１制御と上記第２制御とを少なくとも１回ずつ実行するように構成されている。

ところで、本発明者の検討によれば、従来の三次元造形装置では、通常、造形槽の一方向のみから粉末材料が供給される。このため、造形槽内の場所によって敷き詰められた粉末材料に密度のばらつき（敷きムラ）が生じることがある。すなわち、供給槽から遠い側では、供給槽に近い側に比べて相対的に粉末材料の密度が低くなる。このことにより、供給槽から遠い側で、相対的に三次元造形物の強度が低下したり、表面平滑性が低下したり、エッジ部分がダレやすくなったりすることがある。また、三次元造形物のサイズが大きい場合には、上記した不具合が部分的に生じて三次元造形物が不均質になってしまうことがある。

これに対して、本実施形態の三次元造形装置１００では、一層の硬化層９１を形成するときに、造形槽２０の前後方向Ｘの両側からそれぞれ粉末材料９０が供給される。これにより、造形槽２０内に敷き詰められた粉末材料９０の前後方向Ｘにおける敷きムラを軽減することができる。言い換えれば、前後方向Ｘにおいて粉末材料９０の密度を均質化することができる。これにより、均質性の向上した三次元造形物９２を得ることができ、造型品質を向上することができる。

本実施形態の三次元造形装置１００によれば、制御装置８０は、一層の硬化層９１を形成するときに、上記第１制御と上記第２制御とをそれぞれ１回実行するように構成されている。このように第１制御と第２制御とを各１回のみとすることで、一層の硬化層９１をより短時間で形成することができる。したがって、造型品質の向上した三次元造形物９２を効率良く得ることができる。

本実施形態の三次元造形装置１００によれば、上記第１制御で敷き詰める上記第１の厚みと、上記第２制御で敷き詰める上記第２の厚みとが、同じ厚みである。これにより、前後方向Ｘにおける粉末材料９０の敷きムラを一層軽減することができる。したがって、前後方向Ｘの均質性がより良く向上した三次元造形物９２を得ることができる。

本実施形態の三次元造形装置１００によれば、制御装置８０は、第２制御によってローラ５０が粉末材料９０を敷き詰めているときにラインヘッド６２から粉末材料９０に硬化液を吐出する吐出制御部８３を備えている。このように、粉末材料９０の供給が完全に完了する前に、粉末材料９０の供給された部分から順に、硬化液を吐出して硬化層９１を形成することにより、造型品質の向上した三次元造形物９２を効率良く得ることができる。すなわち、粉末材料９０を敷き詰める工程と、硬化液を吐出する工程とが完全に区分けされている場合と比べて、三次元造形物９２の造形に要する時間を短縮することができる。

本実施形態の三次元造形装置１００によれば、第１供給・回収槽３０内に配置され、粉末材料９０が載置される第１テーブル３４と、制御装置８０と電気的に接続され、第１テーブル３４を昇降移動させる第１昇降装置３５と、第２供給・回収槽４０内に配置され、粉末材料９０が載置される第２テーブル４４と、制御装置８０と電気的に接続され、第２テーブル４４を昇降移動させる第２昇降装置４５と、をさらに備える。造形槽２０と、第１供給・回収槽３０と、第２供給・回収槽４０とは、それぞれ、ケーシング１０の上面１０Ａから下方に凹むように設けられている。第１制御部８１は、第１昇降装置３５を制御して第１テーブル３４を上昇させ、第１供給・回収槽３０に貯留されている粉末材料９０を第１供給・回収槽３０の上端よりも上方に押し上げた後、前後方向移動機構７２を制御して造形槽２０およびローラ５０のいずれか一方を前後方向Ｘの前方Ｆから後側Ｒｒに移動させ、第１供給・回収槽３０の上端よりも上方に押し上げられた粉末材料９０を造形槽２０の側に移動させ、第１の厚みＴ１で造形空間２０Ａに敷き詰めるように構成されており、第２制御部８２は、第２昇降装置４５を制御して第２テーブル４４を上昇させ、第２供給・回収槽４０に貯留されている粉末材料９０を第２供給・回収槽４０の上端よりも上方に押し上げた後、前後方向移動機構７２を制御して造形槽２０およびローラ５０のいずれか一方を前後方向Ｘの後側Ｒｒから前方Ｆに移動させ、第２供給・回収槽４０の上端よりも上方に押し上げられた粉末材料９０を造形槽２０の側に移動させ、第２の厚みＴ２で造形空間２０Ａに敷き詰めるように構成されている。

本実施形態の三次元造形装置１００によれば、第１制御部８１は、第２昇降装置４５を制御して第２テーブル４４を下降させ、第２貯留空間４０Ａを広げるように構成されており、第２制御部８２は、第１昇降装置３５を制御して第１テーブル３４を下降させ、第１貯留空間３０Ａを広げるように構成されている。これにより、余剰の粉末材料９０を回収するための空間を適切に確保することができる。

本実施形態の三次元造形装置１００によれば、ローラ５０は、制御装置８０と電気的に接続され、前後方向Ｘと平面視において交差する左右方向Ｙに延びた回転軸を中心として回転可能なローラ５０であり、第１制御部８１は、ローラ５０を第１回転方向Ｒ１に回転させるように構成されており、第２制御部８２は、ローラ５０を第１回転方向Ｒ１とは逆の第２回転方向Ｒ２に回転させるように構成されている。ローラ５０を用いることで、平坦な表面を安定して形成することができる。また、進行方向に応じてローラ５０の回転方向を変えることにより、１つのローラで、造形槽２０の前後方向Ｘの両側から、造形槽２０内に安定して粉末材料９０を敷き詰めることができる。したがって、前後方向Ｘにおける粉末材料９０の敷きムラを一層軽減することができる。

本実施形態の三次元造形装置１００によれば、左右方向Ｙから見た側面視において、造形槽２０を正面として、第１供給・回収槽３０が向かって左側にあり、第２供給・回収槽４０が向かって右側にあるときに、ローラ５０の第１回転方向Ｒ１は反時計回りの方向である。これにより、第１供給・回収槽３０の粉末材料９０がローラ５０で下方から上方に向かって押し上げられ、第１貯留空間３０Ａに潜りこみにくくなる。そのため、第１供給・回収槽３０から造形槽２０に粉末材料９０を安定して搬送することができる。また、本実施形態の三次元造形装置１００によれば、左右方向Ｙから見た側面視において、造形槽２０を正面として、第１供給・回収槽３０が向かって左側にあり、第２供給・回収槽４０が向かって右側にあるときに、ローラ５０の第２回転方向Ｒ２は時計回りの方向である。これにより、第２供給・回収槽４０の粉末材料９０がローラ５０で下方から上方に向かって押し上げられ、第２貯留空間４０Ａに潜りこみにくくなる。そのため、第２供給・回収槽４０から造形槽２０に安定して粉末材料９０を搬送することができる。

本実施形態の三次元造形装置１００によれば、ローラ５０とラインヘッド６２とが搭載されている支持部材７０をさらに備え、前後方向移動機構７２は、支持部材７０をケーシング１０に対して前後方向Ｘに移動させるように構成されている。ローラ５０とラインヘッド６２とを同じ（例えば単一の）支持部材７０に搭載することで、三次元造形装置１００の構造を簡素化して、部品点数や組み付け工数を削減することができる。また、三次元造形装置１００の製造コストを低減することができる。

本実施形態の三次元造形装置１００によれば、第１貯留空間３０Ａの容積と、第２貯留空間４０Ａの容積と、が同じである。これにより、造形槽２０の前後方向Ｘの両側から、バランスよく粉末材料９０を供給することができる。

本実施形態の三次元造形装置１００によれば、第１貯留空間３０Ａの容積と第２貯留空間４０Ａの容積との合計が、造形空間２０Ａの容積よりも大きい。これにより、大きな三次元造形物を製造する場合であっても、造形の途中で粉末材料９０を補充する必要がなく、造形が完了するまで安定して粉末材料９０を供給することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明した。しかし、上述した実施形態は例示に過ぎず、本発明は他の種々の形態で実施することができる。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。請求の範囲に記載の技術には、上述した実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、上述した実施形態の一部を、他の変形態様に置き換えることも可能であり、上述した実施形態に他の変形態様を追加することも可能である。また、その技術的特徴が必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することも可能である。

上述した実施形態では、第１工程および第２工程を各１回行うことにより、造形テーブル２４の上に、一層分の断面形状の厚みで粉末材料９０を敷き詰めていたが、これに限定されない。例えば、第１制御と第２制御とを実行する回数は同じであってもよく、異なっていてもよい。また、第１制御および／または第２制御を、複数回行ってもよい。また、第１制御で造形テーブル２４の上に敷き詰める第１の厚みＴ１と、第２制御で敷き詰める第２の厚みＴ２とは、同じ厚みであってもよいし異なっていてもよい。また、第１制御および／または第２制御を複数回行うとき、第１の厚みＴ１および／または第２の厚みＴ２は、毎回同じであってもよいし各回で異なっていてもよい。

上述した実施形態では、敷詰部材が棒状の回転体（ローラ５０）であったがこれに限定されない。敷詰部材は、回転不能であってもよい。敷詰部材は、例えば、ブレード、スキージ、ヘラ等の板状部材でもよい。

上述した実施形態では、三次元造形装置１００は、吐出ヘッドとしてラインヘッド６２を備えていたが、これに限定されない。例えば、吐出ヘッドとして、前後方向Ｘに直線状に配置された複数のノズルを有し、左右方向Ｙに移動可能に構成されたいわゆるシャトル型の吐出ヘッドを備えていてもよい。また、三次元造形装置１００は、吐出ヘッドとして、硬化液以外の吐出液、例えば、シアン、マゼンタ、イエローなどのカラー液を吐出するインクヘッドをさらに備えていてもよい。

上述した実施形態では、ケーシング１０に対して支持部材７０を前後方向Ｘに相対的に移動させていたが、これに限定されない。例えば、支持部材７０をケーシング１０に固定し、支持部材７０に対して造形槽２０、第１供給・回収槽３０および第２供給・回収槽４０を前後方向Ｘに相対的に移動させてもよい。

上述した実施形態では、ローラ５０は、ラインヘッド６２と一体となって移動可能に構成されていたが、これに限定されない。ローラ５０は、ラインヘッド６２とは異なる支持部材に支持され、独立して移動可能に構成されていてもよい。また、ローラは１つでなく、複数であってもよい。

２０ 造形槽
３０ 第１供給・回収槽
３０Ａ 第１貯留空間
３４ 第１テーブル
４０ 第２供給・回収槽
４０Ａ 第２貯留空間
４４ 第２テーブル
５０ ローラ（敷詰部材）
６２ ラインヘッド（吐出ヘッド）
７０ 支持部材
７２ 移動機構
８０ 制御装置
９０ 粉末材料
９１ 硬化層
９２ 三次元造形物
１００ 三次元造形装置

Claims (12)

1. 所定の厚みの粉末材料を硬化させて硬化層を形成し、前記硬化層を順次積層することによって三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
   ケーシングと、
   前記ケーシングに設けられ、前記粉末材料から前記三次元造形物が造形される造形空間を有する造形槽と、
   前記ケーシングにおいて前記造形槽の第１方向における一方側に設けられ、前記粉末材料が貯留される第１貯留空間を有する第１供給・回収槽と、
   前記ケーシングにおいて前記造形槽の前記第１方向における他方側に設けられ、前記第１供給・回収槽に貯留されているのと同じ前記粉末材料が貯留される第２貯留空間を有する第２供給・回収槽と、
   前記第１供給・回収槽から供給された前記粉末材料を前記造形空間に敷き詰め、かつ前記造形空間に収容しきれなかった前記粉末材料を前記第２供給・回収槽まで搬送すると共に、前記第２供給・回収槽から供給された前記粉末材料を前記造形空間に敷き詰め、かつ前記造形空間に収容しきれなかった前記粉末材料を前記第１供給・回収槽まで搬送する敷詰部材と、
   前記ケーシングおよび前記敷詰部材のいずれか一方を他方に対して前記第１方向に相対的に移動させる移動機構と、
   前記造形空間内の前記所定の厚みを有する前記粉末材料に対して硬化液を吐出する吐出ヘッドと、
   前記移動機構と電気的に接続された制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記ケーシングおよび前記敷詰部材のいずれか一方を他方に対して前記第１方向に相対的に移動させて、前記第１供給・回収槽に貯留されている前記粉末材料を、前記所定の厚みよりも薄い第１の厚みで、前記造形空間に敷き詰める第１制御を実行する第１制御部と、
   前記ケーシングおよび前記敷詰部材のいずれか一方を他方に対して前記第１方向に相対的に移動させて、前記第２供給・回収槽に貯留されている前記粉末材料を、前記所定の厚みよりも薄い第２の厚み（ただし、前記第１の厚みと前記第２の厚みとの合計は、前記所定の厚み以下である。）で、前記造形空間に敷き詰める第２制御を実行する第２制御部と、
   を備え、一層の前記硬化層を形成するときに、前記第１制御と前記第２制御とを少なくとも１回ずつ実行するように構成されている、三次元造形装置。
2. 前記制御装置は、一層の前記硬化層を形成するときに、前記第１制御と前記第２制御とをそれぞれ１回実行するように構成されている、
   請求項１に記載の三次元造形装置。
3. 前記第１制御で敷き詰める前記第１の厚みと、前記第２制御で敷き詰める前記第２の厚みとが、同じ厚みである、
   請求項１または２に記載の三次元造形装置。
4. 前記制御装置は、前記吐出ヘッドと電気的に接続され、前記第２制御によって前記敷詰部材が前記粉末材料を敷き詰めているときに前記吐出ヘッドから前記粉末材料に対して前記硬化液を吐出する吐出制御部を備えている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
5. 前記第１供給・回収槽内に配置され、前記粉末材料が載置される第１テーブルと、
   前記制御装置と電気的に接続され、前記第１テーブルを昇降移動させる第１昇降装置と、
   前記第２供給・回収槽内に配置され、前記粉末材料が載置される第２テーブルと、
   前記制御装置と電気的に接続され、前記第２テーブルを昇降移動させる第２昇降装置と、
   をさらに備え、
   前記造形槽と、前記第１供給・回収槽と、前記第２供給・回収槽とは、それぞれ、前記ケーシングの上面から下方に凹むように設けられており、
   前記第１制御部は、前記第１昇降装置を制御して前記第１テーブルを上昇させ、前記第１供給・回収槽に貯留されている前記粉末材料を前記第１供給・回収槽の上端よりも上方に押し上げた後、前記移動機構を制御して前記造形槽および前記敷詰部材のいずれか一方を前記第１方向の前記一方側から前記他方側に移動させ、前記第１供給・回収槽の前記上端よりも上方に押し上げられた前記粉末材料を前記造形槽の側に移動させ、前記第１の厚みで前記造形空間に敷き詰めるように構成されており、
   前記第２制御部は、前記第２昇降装置を制御して前記第２テーブルを上昇させ、前記第２供給・回収槽に貯留されている前記粉末材料を前記第２供給・回収槽の上端よりも上方に押し上げた後、前記移動機構を制御して前記造形槽および前記敷詰部材のいずれか一方を前記第１方向の前記他方側から前記一方側に移動させ、前記第２供給・回収槽の前記上端よりも上方に押し上げられた前記粉末材料を前記造形槽の側に移動させ、前記第２の厚みで前記造形空間に敷き詰めるように構成されている、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
6. 前記第１制御部は、前記第２昇降装置を制御して前記第２テーブルを下降させ、前記第２貯留空間を広げるように構成されており、
   前記第２制御部は、前記第１昇降装置を制御して前記第１テーブルを下降させ、前記第１貯留空間を広げるように構成されている、
   請求項５に記載の三次元造形装置。
7. 前記敷詰部材は、前記制御装置と電気的に接続され、前記第１方向と平面視において交差する第２方向に延びた回転軸を中心として回転可能なローラであり、
   前記第１制御部は、前記ローラを第１回転方向に回転させるように構成されており、
   前記第２制御部は、前記ローラを前記第１回転方向とは逆の第２回転方向に回転させるように構成されている、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
8. 前記第２方向から見た側面視において、前記造形槽を正面として、前記第１供給・回収槽が向かって左側にあり、前記第２供給・回収槽が向かって右側にあるときに、前記第１回転方向は反時計回りの方向であり、前記第２回転方向は時計回りの方向である、
   請求項７に記載の三次元造形装置。
9. 前記敷詰部材と前記吐出ヘッドとが搭載されている支持部材をさらに備え、
   前記移動機構は、前記支持部材を前記ケーシングに対して前記第１方向に移動させるように構成されている、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
10. 前記第１貯留空間の容積と、前記第２貯留空間の容積と、が同じである、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
11. 前記第１貯留空間の容積と前記第２貯留空間の容積との合計が、前記造形空間の容積よりも大きい、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
12. 所定の厚みの粉末材料を硬化させて硬化層を形成し、前記硬化層を順次積層することによって三次元造形物を造形する三次元造形物の製造方法であって、
    ケーシングと、前記ケーシングに設けられ、前記粉末材料から前記三次元造形物が造形される造形空間を有する造形槽と、前記ケーシングにおいて前記造形槽の第１方向における一方側に設けられ、前記粉末材料が貯留される第１貯留空間を有する第１供給・回収槽と、前記ケーシングにおいて前記造形槽の前記第１方向における他方側に設けられ、前記第１供給・回収槽に貯留されているのと同じ前記粉末材料が貯留される第２貯留空間を有する第２供給・回収槽と、前記第１供給・回収槽から供給された前記粉末材料を前記造形空間に敷き詰め、かつ前記造形空間に収容しきれなかった前記粉末材料を前記第２供給・回収槽まで搬送すると共に、前記第２供給・回収槽から供給された前記粉末材料を前記造形空間に敷き詰め、かつ前記造形空間に収容しきれなかった前記粉末材料を前記第１供給・回収槽まで搬送する敷詰部材と、前記ケーシングおよび前記敷詰部材のいずれか一方を他方に対して前記第１方向に相対的に移動させる移動機構と、前記造形空間内の前記所定の厚みを有する前記粉末材料に対して硬化液を吐出する吐出ヘッドと、を備える三次元造形装置を準備する準備工程と、
    前記第１供給・回収槽に貯留されている前記粉末材料を、前記所定の厚みよりも薄い第１の厚みで、前記造形空間に敷き詰める第１工程と、
    前記第２供給・回収槽に貯留されている前記粉末材料を、前記所定の厚みよりも薄い第２の厚み（ただし、前記第１の厚みと前記第２の厚みとの合計は、前記所定の厚み以下である。）で、前記造形空間に敷き詰める第２工程と、
    前記第１工程および前記第２工程の後、前記所定の厚みを有する前記粉末材料に対して前記吐出ヘッドから硬化液を吐出する吐出工程と、
    を包含する、三次元造形物の製造方法。

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