JP7421408B2

JP7421408B2 - 三次元造形装置

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Publication number: JP7421408B2
Application number: JP2020078083A
Authority: JP
Inventors: 洋一郎小川
Original assignee: Roland DG Corp
Current assignee: Roland DG Corp
Priority date: 2020-04-27
Filing date: 2020-04-27
Publication date: 2024-01-26
Anticipated expiration: 2040-04-27
Also published as: JP2021172022A

Description

本発明は、三次元造形装置に関する。

従来から、粉末材料に硬化液を吐出して所望の断面形状を有する薄い硬化層を形成し、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方法が知られている。かかる方法で三次元造形物を造形するときには、形成された硬化層を含む粉末材料層の上に、粉末材料を供給して新しい粉末材料層を形成する。

例えば、特許文献１には、三次元造形物が造形される造形槽と、造形槽に供給される粉末材料が貯留される供給槽と、供給槽の粉末材料を造形槽に敷詰める敷詰め部材（ここでは平坦化ローラ）とを備えた三次元造形装置が開示されている。

特開２０１８－４７５７０号公報

ところで、供給槽には三次元造形物を造形する前に予め粉末材料が供給される。従来は、袋等の容器に収容された粉末材料をユーザが供給槽の上方から供給槽内に落下させて供給していた。三次元造形に用いられる粉末材料は一般的に安息角が大きいため、供給槽に供給された粉末材料は円錐形状をなしていた。このため、ユーザは供給槽の広範囲に粉末材料が行き渡るように粉末材料を手作業で広げる必要があり、ユーザの負担が大きかった。

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、供給槽の貯留空間に粉末材料を容易かつ広範囲に供給することができる三次元造形装置を提供することである。

本発明に係る三次元造形装置は、粉末材料を硬化させて硬化層を形成し、これ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る。三次元造形装置は、造形された前記三次元造形物が収容される本体部と、前記本体部に設けられ、前記粉末材料が収容されかつ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、前記造形槽に配置され、前記粉末材料が載置される第１テーブルと、前記造形槽に配置され、前記第１テーブルを上昇および下降させる第１昇降装置と、前記本体部に設けられ、前記造形槽に供給される前記粉末材料が貯留される貯留空間を有する供給槽と、前記供給槽に配置され、前記粉末材料が載置される第２テーブルと、前記供給槽に配置され、前記第２テーブルを上昇および下降させる第２昇降装置と、前記第２テーブルに載置された前記粉末材料を前記造形槽に搬送しかつ前記粉末材料を前記造形空間に敷詰める第１敷詰め部材と、
前記造形空間に収容された前記粉末材料に硬化液を吐出する吐出ヘッドと、前記供給槽の上部に着脱自在に設けられ、かつ、前記貯留空間に前記粉末材料を供給する供給装置と、を備えている。前記供給装置は、前記貯留空間と連通する開口を有し、前記供給槽の上に位置するベース部と、平面視で前記開口と重なり、かつ、前記ベース部に対して回転可能に設けられ、かつ、定幅形状を有し、かつ、前記貯留空間に前記粉末材料を供給する供給口が形成された回転部と、前記供給口を囲うように前記回転部の表面に設けられ、前記粉末材料を貯留する貯留部と、を備えている。前記供給口は、前記回転部の径方向に延びる矩形状に形成され、かつ、前記回転部の中心から偏倚している。

本発明の三次元造形装置によると、供給装置の回転部に形成された供給口から供給槽の貯留空間に粉末材料を供給することができる。ここで、供給口は回転部の径方向に延びる矩形状に形成されかつ回転部の中心から偏倚しているため、回転部を回転させながら供給口から粉末材料を供給することで、貯留空間の広範囲に亘って粉末材料が供給される。また、粉末材料を供給口から貯留空間に供給するときに、粉末材料が空気中に舞ってしまう虞があるが、貯留空間の上方には供給装置のベース部および回転部が位置するため、粉末材料が供給槽から外部に舞い上がることが抑制される。さらに、供給装置は供給槽の上部に着脱自在に設けられているため、三次元造形物を造形するときには供給装置を供給槽から取り外すことで、第１敷詰め部材によって供給槽から造形槽の造形空間に粉末材料を搬送することができる。

本発明によれば、供給槽の貯留空間に粉末材料を容易かつ広範囲に供給することができる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。一実施形態に係る三次元造形装置の断面図であり、供給槽の上部に供給装置が取り付けられた状態を示す図である。一実施形態に係る供給装置の斜視図である。一実施形態に係る供給装置の平面図である。一実施形態に係る供給装置の斜視図である。一実施形態に係る供給装置の底面図である。一実施形態に係るガイド部材の周辺の構造を示す斜視図である。一実施形態に係る三次元造形装置の制御系のブロック図である。一実施形態に係る供給装置の正面図であり、供給槽の上部に供給装置が取り付けられた状態を示す。一実施形態に係る供給装置の正面図であり、第２テーブルを所定量だけ降下させた状態を示す。一実施形態に係る供給装置において、回転部が初期位置に位置する状態を示す底面図である。一実施形態に係る供給装置において、回転部が初期位置から９０°回転した状態を示す底面図である。一実施形態に係る供給装置において、回転部が初期位置から１８０°回転した状態を示す底面図である。一実施形態に係る供給装置において、回転部が初期位置から２７０°回転した状態を示す底面図である。一実施形態に係る供給装置の正面図であり、貯留空間の一部に粉末材料を敷詰めた状態を示す。一実施形態に係る供給装置の正面図であり、第２テーブルを所定量だけさらに降下させた状態を示す。他の一実施形態に係る第２敷詰め部材の周辺の構造を示す斜視図である。他の一実施形態に係る第２敷詰め部材の周辺の構造を示す側面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る三次元造形装置について説明する。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１０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１０の平面図である。図面中の符号Ｆは、前方を示し、符号Ｒｒは、後方を示している。本実施形態では、符号Ｆの方向から三次元造形装置１０を見たときの左、右、上、下が、それぞれ三次元造形装置１０の左、右、上、下である。ここでは、図面中の符号Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｄは、それぞれ左、右、上、下を意味するものとする。本実施形態では、符号Ｘは走査方向を示している。ここでは、走査方向Ｘは前後方向である。符号Ｚは上下方向を示し、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。また、三次元造形装置１０の後側を上流側と称し、三次元造形装置１０の前側を下流側と称する。また、本実施形態では、上流側から下流側へ向かう方向を行き方向Ｘ１とし、下流側から上流側へ向かう方向を帰り方向Ｘ２とする。ただし、これら方向は説明の便宜上定めた方向に過ぎず、三次元造形装置１０の設置態様を何ら限定するものではない。

図１に示すように、三次元造形装置１０は、粉末材料９０を硬化液で固めて硬化層９１を形成し、これを上下方向Ｚに順次一体的に積層することによって三次元造形物９２を造形する装置である。本実施形態では、三次元造形装置１０において、所望の三次元造形物９２の断面形状を示す断面画像に基づいて、粉末材料９０に硬化液を吐出し、粉末材料９０を硬化させて、断面画像に沿った硬化層９１を形成する。そして、硬化層９１を順次積層することで、所望の三次元造形物９２を造形する。

ここで、「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（例えば０．１ｍｍ。なお、所定の厚みは必ずしも一定の厚みに限定されない。）ごとにスライスしたときの断面の形状である。

粉末材料９０は、その組成や形態等は特に制限されず、無機材料、金属材料および樹脂材料等の各種の材料から構成された粉体を対象とすることができる。粉末材料９０としては、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や、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）等の金属材料や、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や、半水石膏（α型焼石膏、β型焼石膏）、アパタイト、食塩、澱粉、プラスチック等が挙げられる。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いてもよい。

硬化液は、上記粉末材料９０同士を固着することが可能な材料であれば特に限定されない。例えば、硬化液としては、粉末材料９０に応じて、当該粉末材料９０を構成する粒子同士を結着させることが可能な液体（粘性体を含む。）が用いられる。硬化液としては、例えば、水、ワックス、バインダ等を含む液体が挙げられる。粉末材料９０が水溶性の樹脂材料を含む場合には、例えば硬化液として水が用いられる。

図１に示すように、三次元造形装置１０は、本体部１１と、造形槽２０と、供給槽３０と、回収槽４０と、第１敷詰め部材５０と、ヘッドユニット６０と、支持部材７０と、制御装置８８と、供給装置１００（図３参照）とを備えている。

図２に示すように、本体部１１は、走査方向Ｘに長い形状を有する三次元造形装置１０の外装体である。本体部１１は、箱型形状に形成されている。本体部１１には、造形された三次元造形物９２が収容される。本体部１１には、造形槽２０、供給槽３０および回収槽４０が設けられている。本体部１１の上面１１Ａは平坦であって、上面１１Ａから凹むように造形槽２０、供給槽３０および回収槽４０が独立に並んで設けられている。本体部１１は、支持部材７０を支持する。

図１に示すように、造形槽２０は、本体部１１に設けられている。造形槽２０は、造形空間２０Ａを有する。造形空間２０Ａには、供給槽３０から供給された粉末材料９０が収容される。造形空間２０Ａにおいて、粉末材料９０に硬化液が吐出され、三次元造形物９２が造形される。

図１に示すように、三次元造形装置１０は、第１テーブル２４を備えている。第１テーブル２４は、造形槽２０に配置されている。第１テーブル２４は、造形空間２０Ａ内に配置されている。第１テーブル２４には、粉末材料９０が載置される。第１テーブル２４上に三次元造形物９２が造形される。第１テーブル２４は、上下方向Ｚに移動可能に構成されている。第１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。

図１に示すように、三次元造形装置１０は、第１昇降装置２５を備えている。第１昇降装置２５は、第１テーブル２４を上昇および下降させる装置である。即ち、第１昇降装置２５は、第１テーブル２４を上下方向Ｚに移動させる。第１昇降装置２５は、本体部１１に設けられている。第１昇降装置２５の構成は、特に限定されない。第１昇降装置２５は、第１支持部材２６と、第１駆動モータ２７（図９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２６は、第１テーブル２４の下面に接続されている。第１支持部材２６は、第１テーブル２４を下方から支持している。第１支持部材２６は、上下方向Ｚに延びる。第１支持部材２６は、ボールねじを介して第１駆動モータ２７に接続されている。第１駆動モータ２７を駆動させることにより、第１支持部材２６は上下方向Ｚに移動する。これにより、第１テーブル２４は、上下方向Ｚに移動する。第１駆動モータ２７は、制御装置８８に電気的に接続されており、制御装置８８によって制御される。即ち、第１昇降装置２５は、制御装置８８に制御される。

図１に示すように、供給槽３０は、本体部１１に設けられている。供給槽３０は、造形槽２０より後方に配置されている。供給槽３０は、貯留空間３０Ａを有する。貯留空間３０Ａには、造形槽２０に供給される粉末材料９０が収容される。貯留空間３０Ａの最大容積は、造形空間２０Ａの最大容積よりも大きい。即ち貯留空間３０Ａに収容される粉末材料９０は、造形空間２０Ａに収容される粉末材料９０よりも多い。

図１に示すように、三次元造形装置１０は、第２テーブル３４を備えている。第２テーブル３４は、供給槽３０に配置されている。第２テーブル３４は、貯留空間３０Ａ内に配置されている。第２テーブル３４には、粉末材料９０が載置される。第２テーブル３４は、上下方向Ｚに移動可能に構成されている。第２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。

図１に示すように、三次元造形装置１０は、第２昇降装置３５を備えている。第２昇降装置３５は、第２テーブル３４を上昇および下降させる装置である。即ち、第２昇降装置３５は、第２テーブル３４を上下方向Ｚに移動させる。第２昇降装置３５は、本体部１１に設けられている。第２昇降装置３５の構成は、特に限定されない。第２昇降装置３５は、第２支持部材３６と、第２駆動モータ３７（図９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３６は、第２テーブル３４の下面に接続されている。第２支持部材３６は、第２テーブル３４を下方から支持している。第２支持部材３６は、上下方向Ｚに延びる。第２支持部材３６は、ボールねじを介して第２駆動モータ３７に接続されている。第２駆動モータ３７を駆動させることにより、第２支持部材３６は上下方向Ｚに移動する。これにより、第２テーブル３４は、上下方向Ｚに移動する。第２駆動モータ３７は、制御装置８８に電気的に接続されており、制御装置８８によって制御される。即ち、第２昇降装置３５は、制御装置８８に制御される。

図１に示すように、回収槽４０は、本体部１１に設けられている。回収槽４０は、造形槽２０より前方に配置されている。回収槽４０は、回収空間４０Ａを有する。回収空間４０Ａには、造形空間２０Ａに敷詰められずに余った粉末材料９０が回収される。

図２に示すように、本体部１１には、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。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の走査方向Ｘへの移動をガイドする。左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒは、走査方向Ｘに延びる。左ガイドレール１２Ｌは、右ガイドレール１２Ｒより左方に配置されている。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、回収槽４０より前方に位置する。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、供給槽３０より後方に位置する。左ガイドレール１２Ｌと右ガイドレール１２Ｒとの間に造形槽２０、供給槽３０および回収槽４０が設けられている。本実施形態では、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および数は特に限定されない。

図２に示すように、支持部材７０は、本体部１１の上面１１Ａ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に沿って走査方向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に延びる。連結部７０Ｃは左右方向に延びる。支持部材７０は、後述する移動機構７２により左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒに沿って走査方向Ｘに往復移動する。

図２に示すように、三次元造形装置１０は、移動機構７２を備えている。移動機構７２は、支持部材７０を本体部１１に対して走査方向Ｘに相対的に移動させる機構である。移動機構７２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９参照）と、を備えている。なお、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。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８８と電気的に接続されており、制御装置８８によって制御される。即ち、移動機構７２は、制御装置８８に制御される。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に沿って走査方向Ｘに往復移動する。なお、説明の便宜上、図２においてのみ移動機構７２を図示しており、他の図では図示を省略している。

図１に示すように、本実施形態では、ヘッドユニット６０は、走査方向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。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、硬化液を吐出する複数のノズル（図示せず）を有する。複数のノズルは、左右方向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制限されず、例えばインクジェット方式である。ラインヘッド６２は、造形槽２０よりも上方に位置するように本体部１１に配置されている。ヘッドユニット６０は、支持部材７０の連結部７０Ｃに固定されている。即ち、ラインヘッド６２は、左右方向には移動しない。ラインヘッド６２の下端は、ケース６４の下面より下方に位置する。ラインヘッド６２は、制御装置８８に電気的に接続されている。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８８によって制御される。

図１に示すように、第１敷詰め部材５０は、本体部１１の上方に配置されている。第１敷詰め部材５０の下端５０Ｂは、本体部１１の上面１１Ａとの間に所定のクリアランス（間隙）が形成されるように、本体部１１の僅かに上方に設置されている。第１敷詰め部材５０は、ラインヘッド６２より前方に配置されている。第１敷詰め部材５０は、支持部材７０に支持されている。より詳細には、第１敷詰め部材５０は、左脚部７０Ｌおよび右脚部７０Ｒに回転可能に支持されている。第１敷詰め部材５０は、長尺の円筒形状を有している。第１敷詰め部材５０は、回転軸が左右方向と平行になるように配置されている。第１敷詰め部材５０は、第２テーブル３４に載置された粉末材料９０を造形槽２０に搬送する。第１敷詰め部材５０は、粉末材料９０を造形空間２０Ａに敷詰める。第１敷詰め部材５０は、第１テーブル２４上に供給された粉末材料９０の表面を平らに均して均一な粉末材料層を形成する。図２に示すように、三次元造形装置１０は、第２モータ５２を備えている。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８８に電気的に接続されており、制御装置８８によって制御される。図１に示すように、第２モータ５２を駆動することによって、第１敷詰め部材５０は順方向Ｒ１または逆方向Ｒ２に回転する。本実施形態の第１敷詰め部材５０は、支持部材７０の移動に伴って走査方向Ｘに往復移動する。第１敷詰め部材５０は、三次元造形物９２を造形する場合には、行き方向Ｘ１に移動するときに順方向Ｒ１に回転する。

図３に示すように、供給装置１００は、供給槽３０の上部に着脱自在に設けられている。供給装置１００は、供給槽３０の開口を塞ぐように配置される。供給装置１００は、供給槽３０の貯留空間３０Ａに粉末材料９０を供給する。図４に示すように、供給装置１００は、ベース部１１０と、回転部１２０と、貯留部１３０と、ガイド部材１４０と、付勢部材１５０と、第２敷詰め部材１６０とを備えている。

図４に示すように、ベース部１１０は、矩形状（例えば正方形状）に形成されている。ベース部１１０は、供給槽３０の上に位置する。ベース部１１０の一部は、本体部１１の上面１１Ａに支持される。ベース部１１０は、貯留空間３０Ａ（図３参照）と連通する開口１１２を有する。開口１１２は、矩形状（例えば正方形状）に形成されている。

図５に示すように、回転部１２０は、平面視でベース部１１０の開口１１２と重なる。回転部１２０は、定幅形状を有する。本実施形態では、回転部１２０は、ルーローの三角形状に形成されている。なお、回転部１２０は、円形状であってもよい。回転部１２０は、ベース部１１０より上方に位置する第１部分１２１と、第１部分１２１の下方に位置しかつベース部１１０の開口１１２を構成する側壁と接触する第２部分１２２（図６参照）とを有する。図７に示すように、第１部分１２１の形状と第２部分１２２の形状は、相似である。第１部分１２１は、第２部分１２２より大きい。回転部１２０は、ベース部１１０に対して回転可能に設けられている。より詳細には、回転部１２０の第２部分１２２がベース部１１０の開口１１２を構成する側壁に内接して転がる。

図５に示すように、回転部１２０には、供給槽３０の貯留空間３０Ａ（図３参照）に粉末材料９０を供給する供給口１２５が形成されている。供給口１２５は、回転部１２０の第１部分１２１および第２部分１２２を貫通するように形成されている。供給口１２５は、回転部１２０の径方向に延びる。供給口１２５は、矩形状に形成されている。供給口１２５のうち、径方向の外側を構成する外側辺１２５Ａの長さＬＡは、径方向の内側を構成する内側辺１２５Ｂの長さＬＢよりも長い。供給口１２５は、回転部１２０の中心１２０Ｃから偏倚している。本実施形態では、供給口１２５は、回転部１２０の中心１２０Ｃから回転部１２０の頂点側に偏倚している。

図７に示すように、回転部１２０には、第２敷詰め部材１６０が挿入される貫通孔１２８（図４も参照）が形成されている。貫通孔１２８は、回転部１２０の第１部分１２１および第２部分１２２を貫通するように形成されている。貫通孔１２８は、回転部１２０の径方向に延びる。貫通孔１２８は、矩形状に形成されている。貫通孔１２８の径方向の長さは、供給口１２５の径方向の長さより長い。貫通孔１２８は、回転部１２０の中心１２０Ｃを通る。

図４に示すように、貯留部１３０は、回転部１２０の表面に設けられている。貯留部１３０は、回転部１２０の第１部分１２１上に設けられている。貯留部１３０は、回転部１２０と一体となってベース部１１０に対して回転する。図５に示すように、貯留部１３０は、供給口１２５を囲うように設けられている。貯留部１３０は、粉末材料９０を貯留する。貯留部１３０には、外部から貯留部１３０内に粉末材料９０が供給される開口１３０Ａが形成されている。開口１３０Ａは、上方に向けて開口する。例えば、ユーザは、開口１３０Ａを介して袋等の容器に収容された粉末材料９０を貯留部１３０内に適宜供給する。

図４に示すように、ガイド部材１４０は、回転部１２０の表面に設けられている。ガイド部材１４０は、回転部１２０の第１部分１２１上に設けられている。ガイド部材１４０は、回転部１２０と一体となってベース部１１０に対して回転する。ガイド部材１４０は、平面視で貫通孔１２８と重なる。ガイド部材１４０は、第２敷詰め部材１６０の上下方向の移動を案内する。ガイド部材１４０は、回転部１２０から上方に延びる一対の縦壁１４１と、一対の縦壁１４１を接続しかつ水平方向に延びる横壁１４２とを有する。ガイド部材１４０は、Ｕ字形状に形成されている。縦壁１４１には、第２敷詰め部材１６０を案内するガイド溝１４３が形成されている。ガイド溝１４３は、上下方向Ｚに延びる。

図４に示すように、付勢部材１５０は、ガイド部材１４０および第２敷詰め部材１６０に接続されている。より詳細には、付勢部材１５０の上部がガイド部材１４０の横壁１４２に接続され、かつ、付勢部材１５０の下部が第２敷詰め部材１６０に接続されている。付勢部材１５０は、上下方向Ｚに弾性変形可能に構成されている。付勢部材１５０は、第２敷詰め部材１６０を下方に向けて付勢可能に構成されている。付勢部材１５０は、例えば、圧縮バネである。付勢部材１５０は、例えば、金属材料から形成された板バネである。

図８に示すように、第２敷詰め部材１６０は、回転部１２０に設けられている。第２敷詰め部材１６０は、貫通孔１２８に挿入されている。第２敷詰め部材１６０は、ガイド部材１４０に上下方向Ｚに移動可能に支持されている。第２敷詰め部材１６０は、回転部１２０の裏面から下方に突出する。第２敷詰め部材１６０は、回転部１２０の第２部分１２２から下方に突出する。図７に示すように、第２敷詰め部材１６０は、回転部１２０の径方向に延びる。第２敷詰め部材１６０の回転部１２０の径方向（第２敷詰め部材１６０の長手方向）の長さＬＸは、供給口１２５の回転部１２０の径方向（供給口１２５の長手方向）の長さＬＹより長い。回転部１２０を回転させる方向を矢印Ｔの方向としたとき、供給口１２５の後を追うように第２敷詰め部材１６０が回転移動することになる。また、供給口１２５と第２敷詰め部材１６０とのなす角αは、例えば、１２０°である。回転部１２０が矢印Ｔの方向に１回転するときに供給口１２５が描く回転軌跡は、第２敷詰め部材１６０が描く回転軌跡内に収まる。第２敷詰め部材１６０は、板状に形成されている。第２敷詰め部材１６０は、供給口１２５（図６参照）から貯留空間３０Ａに供給された粉末材料９０を貯留空間３０Ａに敷詰める。第２敷詰め部材１６０は、貯留空間３０Ａに供給された粉末材料９０の表面を平らに均す。第２敷詰め部材１６０は、粉末材料９０と接触するときに付勢部材１５０によって下方に付勢される。このため、貯留空間３０Ａ内の粉末材料９０を第２敷詰め部材１６０によって押し固めることができる。即ち、貯留空間３０Ａ内の粉末材料９０のかさ密度を大きくすることができる。なお、図８では、後述する第１突起１２９の図示を省略している。

図４に示すように、供給装置１００は、複数の第１突起１２９と、回転体１７０と、複数の第２突起１７９と、レバー１８０とを備えている。第１突起１２９は、回転部１２０の外周部分に設けられている。第１突起１２９は、回転部１２０の第１部分１２１から上方に延びる。第１突起１２９は、略円柱形状である。複数の第１突起１２９は、等間隔に並ぶ。回転体１７０は、ベース部１１０に回転可能に設けられている。回転体１７０は、ベース部１１０の縦壁１１５に回転可能に設けられている。回転体１７０は、円板形状に形成されている。回転体１７０は、複数の第２突起１７９を保持する。第２突起１７９は、回転体１７０の外周部分に設けられている。第２突起１７９は、回転体１７０から水平方向に延びる。第２突起１７９は、略円柱形状である。複数の第２突起１７９は、等間隔に並ぶ。第２突起１７９は、第１突起１２９と噛み合うように構成されている。レバー１８０は、回転体１７０に設けられている。レバー１８０は、手動により操作される。レバー１８０を操作して回転体１７０を回転させることによって、回転部１２０が回転するように構成されている。

図９に示すように、三次元造形装置１０の全体の動作は、制御装置８８によって制御されている。制御装置８８の構成は特に限定されない。制御装置８８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などの外部機器から印刷データなど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）と、ＣＰＵが実行するプログラムを格納したＲＯＭ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と、プログラムや各種データを格納するメモリなどの記憶装置と、を備えている。図１に示すように、制御装置８８は、本体部１１の内部に設けられている。

図９に示すように、制御装置８８は、ラインヘッド６２、第１駆動モータ２７、第２駆動モータ３７、第１モータ７７および第２モータ５２と通信可能に接続しており、これらを制御する。

図９に示すように、制御装置８８は、ヘッド制御部８８Ａと、移動制御部８８Ｂと、回転制御部８８Ｃと、第１テーブル制御部８８Ｄと、第２テーブル制御部８８Ｅとを備えている。制御装置８８の各部の機能は、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などの記録媒体から読み込まれる。なお、このプログラムは、インターネットを通じてダウンロードされるものであってもよい。また、制御装置８８の各部の機能は、プロセッサおよび／または回路などによって実現可能なものであってもよい。なお、これら各部の具体的な機能については後述する。

ヘッド制御部８８Ａは、ラインヘッド６２を制御する。ヘッド制御部８８Ａは、ラインヘッド６２のノズルから吐出される硬化液の量やタイミングを制御する。移動制御部８８Ｂは、第１モータ７７を制御して支持部材７０を走査方向Ｘに移動させる。回転制御部８８Ｃは、第２モータ５２を制御して第１敷詰め部材５０を順方向Ｒ１または逆方向Ｒ２に回転させる。第１テーブル制御部８８Ｄは、第１駆動モータ２７を制御して第１テーブル２４を上下方向Ｚに移動させる。第１テーブル制御部８８Ｄは、三次元造形物９２を造形しているときは、第１テーブル２４を下方へのみ移動させる。第２テーブル制御部８８Ｅは、第２駆動モータ３７を制御して第２テーブル３４を上下方向Ｚに移動させる。第２テーブル制御部８８Ｅは、供給装置１００から供給槽３０の貯留空間３０Ａに粉末材料９０を供給するときは、第２テーブル３４を下方へのみ移動させる。第２テーブル制御部８８Ｅは、三次元造形物９２を造形しているときは、第２テーブル３４を上方へのみ移動させる。

以上、三次元造形装置１０の構成について説明した。次に、供給装置１００から供給槽３０の貯留空間３０Ａに粉末材料９０を供給するときの動作について説明する。ここでは、供給装置１００から貯留空間３０Ａに粉末材料９０を供給する前には、貯留空間３０Ａに粉末材料９０が全く存在しない場合を例に説明するが、貯留空間３０Ａに粉末材料９０が多少存在している場合も同様である。

図１０に示すように、供給槽３０の上部に供給装置１００を取り付ける。供給装置１００は、通常、三次元造形物９２の造形を開始する前に供給槽３０の上部に取り付けられる。このとき、第２テーブル制御部８８Ｅは、第２駆動モータ３７を制御して第２テーブル３４を最も高い位置に上昇させる。この状態で、貯留部１３０に粉末材料９０を供給する。その後、第２テーブル制御部８８Ｅは、第２テーブル３４を所定量だけ下降させる（図１１参照）。これにより、供給口１２５（図５参照）と第２テーブル３４との間に空間ができ、供給口１２５から貯留空間３０Ａに粉末材料９０が供給される。そして、ユーザは、レバー１８０を操作して回転部１２０を図１２Ａの矢印Ｔの方向に複数回（例えば２回～３回程度）回転させる。図１２Ａ～図１２Ｄに示すように、供給口１２５はベース部１１０の開口１１２の広範囲に亘って移動するため、貯留空間３０Ａの広範囲に供給口１２５から粉末材料９０を供給することができる。また、図１３に示すように、第２敷詰め部材１６０が貯留空間３０Ａに供給された粉末材料９０を径方向の外側に押し出すことにより、貯留空間３０Ａの全体に亘って粉末材料９０を敷詰めることができる。このとき、第２敷詰め部材１６０は付勢部材１５０によって下方に付勢されているため、粉末材料９０は第２敷詰め部材１６０に適度に押し固められることになる。図１４に示すように、回転部１２０が矢印Ｔの方向に複数回回転した後、第２テーブル制御部８８Ｅは、第２テーブル３４を所定量だけ下降させる。これにより、供給口１２５と第２テーブル３４上に敷詰められた粉末材料９０との間に空間ができ、供給口１２５から貯留空間３０Ａにさらに粉末材料９０が供給される。そして、ユーザは、上記と同様にレバー１８０を操作して回転部１２０を図１２Ａの矢印Ｔの方向に複数回（例えば２回～３回程度）回転させる。これらの動作を複数回繰り返すことによって、供給槽３０の貯留空間３０Ａには三次元造形物９２を造形するのに必要な粉末材料９０が貯留される。なお、図１２Ａは回転部１２０の初期位置を示しているが、回転部１２０の初期位置は図１２Ａに示す位置に限定されず、例えば、図１２Ｂ～図１２Ｄを含むいずれの位置であってもよい。即ち、供給装置１００を供給槽３０の上部に取り付けたときの回転部１２０の位置が初期位置になる。また、図１０、図１１、図１３および図１４では、供給槽３０を説明の便宜上簡略化して図示している。

以上のように、本実施形態の三次元造形装置１０によると、供給装置１００の回転部１２０に形成された供給口１２５から供給槽３０の貯留空間３０Ａに粉末材料９０を供給することができる。ここで、供給口１２５は回転部１２０の径方向に延びる矩形状に形成されかつ回転部１２０の中心１２０Ｃから偏倚しているため、回転部１２０を回転させながら供給口１２５から粉末材料９０を供給することで、貯留空間３０Ａの広範囲に亘って粉末材料９０が供給される。また、粉末材料９０を供給口１２５から貯留空間３０Ａに供給するときに、粉末材料９０が空気中に舞ってしまう虞があるが、貯留空間３０Ａの上方には供給装置１００のベース部１１０および回転部１２０が位置するため、粉末材料９０が供給槽３０から外部に舞い上がることが抑制される。さらに、供給装置１００は供給槽３０の上部に着脱自在に設けられているため、三次元造形物９２を造形するときには供給装置１００を供給槽３０から取り外すことで、第１敷詰め部材５０によって供給槽３０から造形槽２０の造形空間２０Ａに粉末材料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１０によると、供給装置１００は、回転部１２０の裏面から下方に突出し、回転部１２０の径方向に延びる第２敷詰め部材１６０を備えている。第２敷詰め部材１６０は、供給口１２５から貯留空間３０Ａに供給された粉末材料９０を貯留空間３０Ａに敷き詰めるように構成されている。これにより、貯留空間３０Ａの広範囲により均一に粉末材料９０を敷き詰めることができる。

本実施形態の三次元造形装置１０によると、第２敷詰め部材１６０の径方向の長さＬＸは、供給口１２５の径方向の長さＬＹより長い。これにより、供給口１２５から貯留空間３０Ａに供給された粉末材料９０をより広範囲に広げることができ、貯留空間３０Ａの全体に亘って粉末材料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１０によると、供給装置１００は、ガイド部材１４０および第２敷詰め部材１６０に接続され、かつ、上下方向に弾性変形可能に構成され、かつ、第２敷詰め部材１６０を下方に向けて付勢可能な付勢部材１５０を備えている。これにより、第２敷詰め部材１６０によって粉末材料９０を貯留空間３０Ａに敷詰めるときに、粉末材料９０を第２敷詰め部材１６０によって押圧することができる。この結果、粉末材料９０が押し固められ、貯留空間３０Ａに敷詰められた粉末材料９０のかさ密度を増加させることができる。

本実施形態の三次元造形装置１０によると、供給口１２５のうち、径方向の外側を構成する外側辺１２５Ａの長さＬＡは、径方向の内側を構成する内側辺１２５Ｂの長さＬＢよりも長い。これにより、貯留空間３０Ａの外側の領域（即ち貯留空間３０Ａの中心から離れた領域）により多くの粉末材料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１０によると、開口１１２は、正方形状に形成され、回転部１２０は、ルーローの三角形状に形成されている。これにより、貯留空間３０Ａのより広範囲に亘って粉末材料９０が供給される。

本実施形態の三次元造形装置１０によると、供給装置１００は、回転部１２０の外周部分に設けられ、上方に向けて延びる複数の第１突起１２９と、水平方向に延び、かつ、第１突起１２９と噛み合う複数の第２突起１７９と、ベース部１１０に回転可能に設けられ、第２突起１７９を保持する回転体１７０と、を備えている。回転体１７０を回転させることによって、回転部１２０が回転するように構成されている。かかる構成によれば、回転部１２０を回転させて供給口１２５から貯留空間３０Ａに粉末材料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１０によると、回転体１７０には、手動により操作されるレバー１８０が設けられている。ユーザがレバー１８０を手動により操作することで、容易に貯留空間３０Ａの広範囲に亘って粉末材料９０を供給することができる。

図１５は、第２実施形態に係る供給装置２００の第２敷詰め部材１６０の周辺の構造を示す斜視図である。図１５に示すように、供給装置２００の回転部１２０には、第２敷詰め部材１６０の上下方向Ｚの移動を案内するガイド孔１２０Ｈが形成されている。ガイド孔１２０Ｈは、第１部分１２１および第２部分１２２を上下方向Ｚに貫通する。供給装置２００は、第２敷詰め部材１６０に連結された連結部材２１０を備えている。連結部材２１０は、第２敷詰め部材１６０に連結された一対のシャフト２１２と、一対のシャフト２１２を接続する接続板２１４とを備えている。一対のシャフト２１２は、それぞれガイド孔１２０Ｈに摺動可能に設けられている。接続板２１４は、回転部１２０より上方に位置する。供給装置２００は、付勢部材２２０を備えている。付勢部材２２０は、回転部１２０および連結部材２１０に接続されている。より詳細には、付勢部材２２０の上部が連結部材２１０の接続板２１４に接続され、かつ、付勢部材２１０の下部が回転部１２０に設けられた保持部１２０Ｘに接続されている。付勢部材２２０は、上下方向Ｚに弾性変形可能に構成されている。付勢部材２２０は、第２敷詰め部材１６０を下方に向けて付勢可能に構成されている。付勢部材２２０は、例えば、引っ張りバネである。かかる構成によると、第２敷詰め部材１６０によって粉末材料９０を貯留空間３０Ａに敷詰めるときに、粉末材料９０を第２敷詰め部材１６０によって押圧することができる。この結果、粉末材料９０が押し固められ、貯留空間３０Ａに敷詰められた粉末材料９０のかさ密度を増加させることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明した。しかし、上述の各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。

上述した実施形態では、供給口１２５は、回転部１２０の径方向において同じ高さに形成されていたが、これに限定されない。例えば、供給口１２５は、径方向の外側に行くほど上方に傾斜していてもよい。これにより、貯留空間３０Ａの外側の領域により多くの粉末材料９０を供給することができる。

上述した実施形態では、手動により操作されるレバー１８０によって回転体１７０を回転させていたが、これに限定されない。例えば、回転体１７０には、制御装置８８によって制御されるモータが接続されていてもよい。モータによって回転体１７０を自動で回転させることで、容易に貯留空間３０Ａの広範囲に亘って粉末材料９０を供給することができる。これにより、ユーザの負担をより軽減することができる。

上述した実施形態では、第２敷詰め部材１６０は長尺の板状に形成されていたが、これに限定されない。第２敷詰め部材１６０は、第１敷詰め部材５０と同様に長尺の円筒形状に形成されていてもよい。

１０三次元造形装置
２０造形槽
２０Ａ造形空間
２４第１テーブル
３０供給槽
３０Ａ貯留空間
３４第２テーブル
１００供給装置
１１０ベース部
１１２開口
１２０回転部
１２０Ｃ中心
１２５供給口
１３０貯留部
１４０ガイド部材
１５０付勢部材
１６０第２敷詰め部材

Claims

粉末材料を硬化させて硬化層を形成し、これ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、
造形された前記三次元造形物が収容される本体部と、
前記本体部に設けられ、前記粉末材料が収容されかつ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、
前記造形槽に配置され、前記粉末材料が載置される第１テーブルと、
前記造形槽に配置され、前記第１テーブルを上昇および下降させる第１昇降装置と、
前記本体部に設けられ、前記造形槽に供給される前記粉末材料が貯留される貯留空間を有する供給槽と、
前記供給槽に配置され、前記粉末材料が載置される第２テーブルと、
前記供給槽に配置され、前記第２テーブルを上昇および下降させる第２昇降装置と、
前記第２テーブルに載置された前記粉末材料を前記造形槽に搬送しかつ前記粉末材料を前記造形空間に敷詰める第１敷詰め部材と、
前記造形空間に収容された前記粉末材料に硬化液を吐出する吐出ヘッドと、
前記供給槽の上部に着脱自在に設けられ、かつ、前記貯留空間に前記粉末材料を供給する供給装置と、を備え、
前記供給装置は、
前記貯留空間と連通する開口を有し、前記供給槽の上に位置するベース部と、
平面視で前記開口と重なり、かつ、前記ベース部に対して回転可能に設けられ、かつ、定幅形状を有し、かつ、前記貯留空間に前記粉末材料を供給する供給口が形成された回転部と、
前記供給口を囲うように前記回転部の表面に設けられ、前記粉末材料を貯留する貯留部と、を備え、
前記供給口は、前記回転部の径方向に延びる矩形状に形成され、かつ、前記回転部の中心から偏倚している、三次元造形装置。
前記供給装置は、前記回転部の裏面から下方に突出し、前記径方向に延びる第２敷詰め部材を備え、
前記第２敷詰め部材は、前記供給口から前記貯留空間に供給された前記粉末材料を前記貯留空間に敷き詰め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。
前記第２敷詰め部材の前記径方向の長さは、前記供給口の前記径方向の長さより長い、請求項２に記載の三次元造形装置。
前記第２敷詰め部材は、上下方向に移動可能に構成され、
前記供給装置は、
前記回転部に設けられ、かつ、前記第２敷詰め部材の上下方向の移動を案内するガイド部材と、
前記ガイド部材および前記第２敷詰め部材に接続され、かつ、上下方向に弾性変形可能に構成され、かつ、前記第２敷詰め部材を下方に向けて付勢可能な付勢部材と、を備えている、請求項２または３に記載の三次元造形装置。
前記第２敷詰め部材は、上下方向に移動可能に構成され、
前記供給装置は、
前記回転部に形成され、かつ、前記第２敷詰め部材の上下方向の移動を案内するガイド孔と、
前記第２敷詰め部材に連結され、一部が前記ガイド孔に摺動可能に設けられた連結部材と、
前記回転部および前記連結部材に接続され、かつ、上下方向に弾性変形可能に構成され、かつ、前記第２敷詰め部材を下方に向けて付勢可能な付勢部材と、を備えている、請求項２または３に記載の三次元造形装置。
前記供給口のうち、前記径方向の外側を構成する外側辺の長さは、前記径方向の内側を構成する内側辺の長さよりも長い、請求項１から５のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
前記供給口は、前記径方向の外側に行くほど上方に傾斜している、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。
前記開口は、正方形状に形成され、
前記回転部は、ルーローの三角形状に形成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
前記供給装置は、
前記回転部の外周部分に設けられ、上方に向けて延びる複数の第１突起と、
水平方向に延び、かつ、前記第１突起と噛み合う複数の第２突起と、
前記ベース部に回転可能に設けられ、前記第２突起を保持する回転体と、を備え、
前記回転体を回転させることによって、前記回転部が回転す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。
前記回転体には、手動により操作されるレバーが設けられている、請求項９に記載の三次元造形装置。
前記回転体には、モータが接続されている、請求項９に記載の三次元造形装置。