JP7491761B2 - 三次元造形装置および三次元造形装置用の帯電捕集装置 - Google Patents

Description

本発明は、三次元造形装置および三次元造形装置用の帯電捕集装置に関する。

従来から、造形対象物の三次元形状に基づいて立体的な造形物（三次元造形物）を作製する三次元造形装置が知られている。例えば特許文献１には、粉末材料が収容されかつ三次元造形物が造形される造形空間を有する造形槽と、造形空間に粉末材料を敷き詰める敷詰ローラと、造形空間の粉末材料に対して硬化液を吐出するノズルを有する吐出ヘッドと、を備える粉末積層造形方式の三次元造形装置が開示されている。かかる三次元造形装置では、まず敷詰ローラを回転させて造形空間に所定の厚みで粉末材料が敷き詰められる。次いで、吐出ヘッドから硬化液を吐出させて、粉末材料を硬化させる。このような動作を複数回繰り返すことで、三次元造形物が作製される。

特開２０２０－０２３１８９号公報

本発明者の検討によれば、上記のような三次元造形装置では、例えば、敷詰ローラで造形空間に粉末材料を敷き詰める際に粉末材料が巻き上げられ、空気中に飛散することがある。また、吐出ヘッドから吐出された硬化液がミストとなって空気中に飛散することがある。さらに、吐出ヘッドから吐出された硬化液が粉末材料の上に着弾したときの衝撃で、粉末材料が空気中に飛散することがある。空気中に飛散した粉末材料やミストが吐出ヘッドのノズルに付着すると、ノズルから吐出される硬化液の軌道が曲がる、所謂、飛翔曲がりが発生したり、ノズルが目詰まりしたりして、吐出不良が発生する虞がある。

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、吐出不良の発生が抑えられた三次元造形装置を提供することにある。また、関連する他の目的は、三次元造形装置用の帯電捕集装置を提供することにある。

本発明により、粉末材料が収容されかつ三次元造形物が造形される造形空間を有する造形槽と、前記造形空間に前記粉末材料を敷き詰める敷詰部材と、前記造形槽および前記敷詰部材のいずれか一方を、一方側から他方側に向かう進行方向に相対的に移動させる移動機構と、前記進行方向において前記敷詰部材よりも前記一方側に位置し、前記造形空間の前記粉末材料に対して硬化液を吐出するノズルを有する１つまたは複数の吐出ヘッドと、前記進行方向において前記敷詰部材よりも前記一方側に位置し、電圧を印加することによって帯電する電極部を備え、空気中に飛散した前記粉末材料および前記硬化液のミストのうちの少なくとも一方を電気的作用によって捕集する１つまたは複数の帯電捕集部と、前記移動機構と前記吐出ヘッドと前記帯電捕集部とを制御する制御部と、
を備える、三次元造形装置が提供される。

本発明により、所定の厚みの粉末材料に硬化液を吐出して硬化層を形成し、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に用いられる（三次元造形装置用の）帯電捕集装置が提供される。この帯電捕集装置は、電圧を印加することによって帯電する電極部を備え、空気中に飛散した前記粉末材料および前記硬化液のミストのうちの少なくとも一方を電気的作用によって捕集する。

上記構成では、空気中に飛散した粉末材料や硬化液のミストが電気的作用によって帯電捕集部で捕集される。このことにより、吐出ヘッドのノズル付近に浮遊する粉末材料の量を効率的に低減することができる。その結果、帯電捕集部を備えていない従来の三次元造形装置に比べて、吐出ヘッドへの粉末材料の付着を相対的に抑えることができ、ひいては吐出不良の発生を抑制することができる。

本発明によれば、吐出不良の発生が抑えられた三次元造形装置および三次元造形装置用の帯電捕集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。 図１の一部を拡大した部分断面図である。 ヘッド部および帯電捕集部の底面図である。 制御装置の機能ブロック図である。 敷詰処理を表す模式的な説明図である。 吐出処理を表す模式的な説明図である。 吐出処理後の状態を表す模式的な説明図である。 飛散粉およびミストの捕集を表す模式的な説明図である。 帯電列表の一例である。

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、三次元造形装置１の断面図である。図２は、三次元造形装置１の平面図である。図３は、図１の一部を拡大した部分断面図である。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１を見たときの左、右、上、下をそれぞれ意味する。また、符号Ｆ、Ｒｒ、Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｄは、それぞれ前、後、左、右、上、下を示し、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Ｒｒは一方側の一例であり、符号Ｆは他方側の一例である。符号Ｘ１は、後方（一方側）から前方（他方側）へ向かう進行方向の一例である。符号Ｙは符号Ｘと直交する方向である。符号Ｙは交差方向の一例である。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１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１は、造形対象物の三次元形状を表す三次元データに基づいて、所定の厚みの粉末材料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。より詳しくは、三次元造形装置１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１０～１００μｍ、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、シリカ、ムライト、石膏、半水石膏（α型焼石膏、β型焼石膏）、ガラス、砂、砂利、セメント、モルタル、コンクリート、アパタイト等の無機材料、鉄、アルミニウム、チタンおよびこれらの合金（例えばステンレス鋼、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、プラスチック、食塩等であってもよい。なお、上記「セメント」は、ポルトランドセメント、アルミナセメント、マグネシアセメント、リン酸セメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント等を包含する。粉末材料は、概ね５００℃以上、典型的には７００～２０００℃、例えば１０００～１５００℃での焼成によって、相対密度９０％以上の緻密な焼結体へと変化する焼結性の材料であってもよい。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。

特に限定されるものではないが、粉末材料９０の平均粒子径（電子顕微鏡観察に基づく個数基準の粒度分布において、粒子径の小さい方から累積５０％に相当する粒子径。以下同じ。）は、概ね１～１０００μｍ、例えば１０～１００μｍであってもよい。平均粒子径を所定値以上とすることで、粉末材料９０の舞い上がりを抑えることができる。平均粒子径を所定値以下とすることで、三次元造形物９２の造形精度を向上することができる。

粉末材料９０は、上記した成分のみで構成されていてもよいし、上記した成分に加えて他の成分を含んでいてもよい。例えば、上記した成分を第１成分として、第１成分を構成する粒子間の同士の結着を促進あるいは補助するような材料を第２成分として含んでいてもよい。粉末材料９０は、例えば、上記した無機材料と水溶性のバインダ樹脂とを含む混合粉体であってもよい。水溶性のバインダ樹脂は、水に対する溶解性を有し、水分を含んだときに結着性や粘着性を示す高分子化合物である。水溶性のバインダ樹脂としては、例えば、水溶性ポリビニルアルコール系樹脂、水溶性ポリビニルピロリドン系樹脂、水溶性アクリル系樹脂、水溶性ウレタン系樹脂、水溶性ポリアミド、澱粉、セルロース、セルロース誘導体、ワックス等が挙げられる。

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、バインダ樹脂、澱粉等を含む液体等であってもよい。粉末材料９０が水溶性のバインダ樹脂を含む場合に、硬化液は、水を主成分（質量基準で最も多くを占める成分。好ましくは全体の５０質量％以上を占める成分。以下同じ。）として構成されていてもよい。硬化液は、必要に応じて界面活性剤等の各種添加成分を含んでいてもよい。

図１に示すように、三次元造形装置１は、本体部１０と、造形槽２０と、造形テーブル２４と、第１昇降装置２５と、供給槽３０と、供給テーブル３４と、第２昇降装置３５と、回収槽４０と、回収テーブル４４と、第３昇降装置４５と、支持部材７０と、敷詰部５０と、ヘッド部６０と、帯電捕集部８０と、制御装置１００と、を備えている。

本体部１０は、三次元造形装置１のケーシングである。図２に示すように、本体部１０は、前後方向Ｘに長い形状を有する。図１に示すように、本体部１０は、中空の箱型形状に形成されている。本体部１０には、造形槽２０と、第１昇降装置２５と、供給槽３０と、第２昇降装置３５と、回収槽４０と、第３昇降装置４５と、が設けられている。本体部１０の上面１０Ａは平坦である。造形槽２０と、供給槽３０と、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、供給槽３０と、回収槽４０とは、前後方向Ｘに並んで配置されている。本体部１０は、支持部材７０を支持している。

図１に示すように、造形槽２０は、本体部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、回収槽４０が配置されている。造形槽２０の後方には、供給槽３０が配置されている。造形槽２０は、前後方向Ｘにおいて供給槽３０と回収槽４０との間に挟まれている。造形槽２０は、ここでは有底四角筒状である。図２に示すように、造形槽２０は、上方に向けて開口している。造形槽２０は、三次元造形物９２が造形される造形空間２０Ａを有する。造形空間２０Ａには、供給槽３０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、第１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。

第１昇降装置２５は、造形テーブル２４を上下方向Ｚに昇降移動させる装置である。第１昇降装置２５は、制御装置１００と電気的に接続されており、制御装置１００によって制御される。第１昇降装置２５は、ここでは、造形テーブル支持部材２６と、第１駆動モータ２７（図５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第１駆動モータ２７に接続されている。第１駆動モータ２７は、例えば、サーボモータである。第１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。第１駆動モータ２７は、制御装置１００に電気的に接続されており、制御装置１００によって制御される。ただし、ここで説明する機構は一例に過ぎず、第１昇降装置２５の構成は特に限定されない。

図１に示すように、供給槽３０は、本体部１０の上面１０Ａから下方に凹むように設けられている。供給槽３０は、造形槽２０に供給される粉末材料９０を貯留する粉末貯留部として機能する。供給槽３０は、造形槽２０よりも後方に配置されている。供給槽３０は、ここでは有底四角筒状である。図２に示すように、供給槽３０は、上方に向けて開口している。供給槽３０は、粉末材料９０が貯留される貯留空間３０Ａを有する。

供給テーブル３４は、供給槽３０の底部に配置されている。供給槽３０と供給テーブル３４とに囲まれた空間が、貯留空間３０Ａである。供給テーブル３４は、貯留空間３０Ａの底面を構成している。供給テーブル３４の形状は、例えば、平面視において矩形状である。供給テーブル３４は、水平である。供給テーブル３４には、粉末材料９０が載置される。供給テーブル３４は、第２昇降装置３５と電気的に接続されている。供給テーブル３４は、典型的には供給槽３０の内部を、供給槽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２昇降装置３５は、供給テーブル３４を上下方向Ｚに昇降移動させる装置である。第２昇降装置３５は、制御装置１００と電気的に接続されており、制御装置１００によって制御される。第２昇降装置３５は、第１昇降装置２５と同じ構成であってもよい。第２昇降装置３５は、ここでは、供給テーブル支持部材３６と、第２駆動モータ３７（図５も参照）と、ボールねじ（図示せず）と、を備えている。供給テーブル支持部材３６は、供給テーブル３４の下面に接続されている。供給テーブル支持部材３６は、供給テーブル３４を下方から支持している。供給テーブル支持部材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は、例えば、サーボモータである。第２駆動モータ３７を駆動させることにより、供給テーブル支持部材３６は上下方向Ｚに移動する。これにより、供給テーブル３４は上下方向Ｚに移動する。供給テーブル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２駆動モータ３７は、制御装置１００に電気的に接続されており、制御装置１００によって制御される。ただし、ここで説明する機構は一例に過ぎず、第２昇降装置３５の構成は特に限定されない。

図１に示すように、回収槽４０は、本体部１０の上面１０Ａから下方に凹むように設けられている。回収槽４０は、供給槽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を回収する粉末回収部として機能する。回収槽４０は、造形槽２０よりも前方に配置されている。前後方向Ｘにおいて、回収槽４０は、造形槽２０を挟んで供給槽３０の反対側に設けられている。回収槽４０は、ここでは有底四角筒状である。図２に示すように、回収槽４０は、上方に向けて開口している。回収槽４０は、粉末材料９０が回収される回収空間４０Ａを有する。

回収テーブル４４は、回収槽４０の底部に配置されている。回収槽４０と回収テーブル４４とに囲まれた空間が、回収空間４０Ａである。回収テーブル４４は、回収空間４０Ａの底面を構成している。回収テーブル４４の形状は、例えば、平面視において矩形状である。回収テーブル４４は、水平である。回収テーブル４４には、粉末材料９０が載置される。回収テーブル４４は、第３昇降装置４５と電気的に接続されている。回収テーブル４４は、典型的には回収槽４０の内部を、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３昇降装置４５は、回収テーブル４４を上下方向Ｚに昇降移動させる装置である。第３昇降装置４５は、制御装置１００と電気的に接続されており、制御装置１００によって制御される。第３昇降装置４５は、第２昇降装置３５と同じ構成であってもよい。第３昇降装置４５は、ここでは、回収テーブル支持部材４６と、第３駆動モータ４７（図５も参照）と、ボールねじ（図示せず）と、を備えている。回収テーブル支持部材４６は、回収テーブル４４の下面に接続されている。回収テーブル支持部材４６は、回収テーブル４４を下方から支持している。回収テーブル支持部材４６は、ボールねじを介して第３駆動モータ４７に接続されている。第３駆動モータ４７は、例えば、サーボモータである。第３駆動モータ４７を駆動させることにより、回収テーブル支持部材４６は上下方向Ｚに移動する。これにより、回収テーブル４４は、上下方向Ｚに移動する。回収テーブル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３駆動モータ４７は、制御装置１００に電気的に接続されており、制御装置１００によって制御される。ただし、ここで説明する機構は一例に過ぎず、第３昇降装置４５の構成は特に限定されない。

回収槽４０には、粉末回収ブラシ４８が取り付けられている。粉末回収ブラシ４８は、帯電捕集部８０（例えば、後述する帯電捕集用正電極８１（図３参照））で捕集された粉末材料９０やミストＭの固化物を回収するものである。粉末回収ブラシ４８は、粉末回収部材の一例である。図２に示すように、粉末回収ブラシ４８は、ここでは左右方向Ｙに延びる棒状である。粉末回収ブラシ４８の左右方向Ｙの長さＬｂは、帯電捕集用正電極８１の左右方向Ｙの長さＬｅ（図４参照）以上である。図１に示すように、粉末回収ブラシ４８は、ここではブラシ繊維４９を備えている。ブラシ繊維の材質は、特に限定されない。ブラシ繊維の材質は、例えば、ナイロン、レーヨン、アクリル、ポリエステル、ポリ塩化ビニル等であってもよい。また、帯電性や剛性等を調整する目的で、ブラシ繊維４９に表面処理を施してもよい。粉末回収ブラシ４８は、ゴム等の弾性材であってもよい。

ブラシ繊維４９は、本体部１０の上面１０Ａから上方に突出している。ブラシ繊維４９の上端は、帯電捕集用正電極８１（図３参照）の下端８１Ｂ（図３参照）よりも上方に位置している。ブラシ繊維４９の上端は、後述するヘッド部６０の下端（例えば、ラインヘッド６２の下端６２Ｂ（図３参照））よりも下方に位置している。ブラシ繊維４９は帯電捕集用正電極８１と接触可能に設けられている。ブラシ繊維４９が帯電捕集用正電極８１に接触することで、帯電捕集用正電極８１から粉末材料９０やミストＭの固化物が掻き落とされ、回収槽４０に回収される。

図２に示すように、本体部１０には、左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒと、移動機構７２と、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の前後方向Ｘへの移動をガイドするものである。図２に示すように、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の前端および右ガイドレール１２Ｒの前端は、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、供給槽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と供給槽３０と回収槽４０とが設けられている。前後方向Ｘは、支持部材７０の走査方向に対応する。なお、本実施形態では、本体部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、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と供給槽３０と回収槽４０との上方に位置している。図１に示すように、支持部材７０には、敷詰部５０とヘッド部６０と帯電捕集部８０とが設けられている。支持部材７０は、移動機構７２と電気的に接続されている。

移動機構７２は、支持部材７０を本体部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。移動機構７２は、ここでは、敷詰部５０とヘッド部６０と帯電捕集部８０とを、造形槽２０と供給槽３０と回収槽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。図２に示すように、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を回転させる移動モータ７７（図５参照）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。

移動モータ７７は、制御装置１００と電気的に接続されており、制御装置１００によって制御される。移動モータ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に設けられている敷詰部５０とヘッド部６０と帯電捕集部８０とが、一体となって前後方向Ｘに往復移動する。ただし、ここで説明する機構は一例に過ぎず、移動機構７２の構成は特に限定されない。例えば、ここでは移動モータ７７が連結ロッド７５Ａを回転させるように構成されているが、移動モータ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。

敷詰部５０は、供給テーブル３４に載置されている粉末材料９０を造形槽２０へと搬送し、造形テーブル２４の上に粉末材料９０を供給するものである。敷詰部５０はまた、造形槽２０に収容しきれない余剰の粉末材料９０を回収槽４０へと搬送するものでありうる。図１に示すように、敷詰部５０は、支持部材７０に支持されている。敷詰部５０は、ここでは、ブレード５１と、ローラ５３と、を備えている。ブレード５１およびローラ５３は、敷詰部材の一例である。敷詰部５０は、支持部材７０の移動に伴って、少なくとも供給槽３０の前端から回収槽４０の後端までの間を、前後方向Ｘに移動する。敷詰部５０は、本体部１０の上面１０Ａに沿って前後方向Ｘに水平移動する。これにより、造形テーブル２４の上に供給された粉末材料９０の表面が均される。

ブレード５１および／またはローラ５３の材質は、粉末材料９０の成分に応じて選定するとよい。ブレード５１の材質とローラ５３の材質とは、同じであってもよく、異なっていてもよい。ブレード５１は、可撓性を有していてもよい。造形空間２０Ａの粉末材料９０に硬化液が着弾するときに粉末材料９０の舞い上がりを抑える観点からは、粉末材料９０を予めマイナス（負）に帯電させておくことが好ましい。例えば、ブレード５１および／またはローラ５３で粉末材料９０を均すときに、粉末材料９０との摩擦で、粉末材料９０をマイナスに摩擦帯電させることが好ましい。

かかる観点から、ブレード５１および／またはローラ５３の材質は、帯電のしやすさを材質別に示した帯電列表（例えば図７参照）において、粉末材料９０よりもプラス側に位置するものであるとよい。例えば粉末材料９０がアルミナ等の無機材料を主成分とする場合、ブレード５１および／またはローラ５３の材質は、エボナイト等の硬質ゴムであってもよく、ステンレス鋼等の金属であってもよい。ただし、ブレード５１および／またはローラ５３は、粉末材料９０の主成分に関わらず、電圧を印加することによって強制的にプラス（正）に帯電するように構成されていてもよい。

ブレード５１は、支持部材７０に取り付けられている。図１に示すように、ブレード５１は、ローラ５３、ヘッド部６０、および帯電捕集部８０よりも前方に配置されている。図３に示すように、ブレード５１は、ここでは側面視で略Ｃ字形状に形成されている。すなわち、ブレード５１は、上方に行くほど後方に向けて湾曲し、かつ下方に行くほど後方に向けて湾曲している。ブレード５１の下端５１Ｂは、ラインヘッド６２の下端６２Ｂよりも下方に位置している。ブレード５１の下端５１Ｂは、ローラ５３の下端５３Ｂよりも上方に位置している。図示は省略するが、ブレード５１の下端５１Ｂは、本体部１０の上面１０Ａよりも上方に位置している。ブレード５１は、本体部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。

図２に示すように、ブレード５１は左右方向Ｙに延び、前後方向Ｘに移動可能に構成されている。ブレード５１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Ｌｔ以上である。ブレード５１は、上下方向Ｚに延びている。ブレード５１の上下方向Ｚの長さは、ここではローラ５３の直径よりも長い。ブレード５１の上端５１Ｔは、ローラ５３の上端５３Ｔよりも上方に位置している。これにより、ローラ５３に比べて、より多くの粉末材料９０を一度に搬送することができる。

ローラ５３は、左脚部７０Ｌおよび右脚部７０Ｒに取り付けられている。図１に示すように、ローラ５３は、ブレード５１よりも後方に配置されている。ローラ５３は、ラインヘッド６２および帯電捕集部８０よりも前方に配置されている。ローラ５３は、前後方向Ｘにおいて、ブレード５１とラインヘッド６２との間に配置されている。図３に示すように、ローラ５３は、ここでは側面視で略円形状に形成されている。ローラ５３の下端５３Ｂは、ラインヘッド６２の下端６２Ｂよりも下方に位置している。ローラ５３の下端５３Ｂは、ブレード５１の下端６２Ｂよりも下方に位置している。図示は省略するが、ローラ５３の下端５３Ｂは、本体部１０の上面１０Ａよりも上方に位置している。ローラ５３は、本体部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。

図２に示すように、ローラ５３は、長尺の円筒形状を有している。ローラ５３は、左右方向Ｙに延び、前後方向Ｘに移動可能に構成されている。ローラ５３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Ｌｔ以上である。ローラ５３の左右方向Ｙの長さＬ２は、ここではブレード５１の左右方向Ｙの長さＬ１と同じである。

ローラ５３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５３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５３は、回転モータ５４（図５も参照）に接続されている。回転モータ５４は、左脚部７０Ｌに設けられている。回転モータ５４は、制御装置１００に電気的に接続されており、制御装置１００によって制御される。

図１に示すように、ローラ５３は、回転モータ５４を駆動することによって、回転方向Ｒ１（図１における時計回りの方向）に回転する。ローラ５３は、後方から前方へ向かって進行方向Ｘ１に移動するときに、ここでは、進行方向Ｘ１とは逆方向に回転する。ローラ５３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。これにより、供給槽３０の粉末材料９０がローラ５３で下方から上方に向かって押し上げられ、貯留空間３０Ａに潜りこみにくくなる。そのため、供給槽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。

ローラ５３の回転速度は、回転モータ５４の電流値を変更することで調整される。すなわち、回転モータ５４に供給する電流値を大きくするほど、駆動力が大きくなり、ローラ５３の回転速度が早くなる。ローラ５３の回転速度は、典型的には支持部材７０の進行方向Ｘ１への移動速度よりも速い周速に設定される。ローラ５３は、造形テーブル２４の上に供給された粉末材料９０上を回転しながら移動して、粉末材料９０の表面を平らに均す。粉末材料９０は、ローラ５３によって造形テーブル２４上に所定の厚みで均質に敷き詰められる。

図１に示すように、ヘッド部６０は、支持部材７０に支持されている。ヘッド部６０は、連結部７０Ｃに固定されている。ヘッド部６０は、ここでは、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。ただし、ラインヘッド６２の数は一例に過ぎず、特に限定されない。ラインヘッド６２の数は１つ、２つ、あるいは４つ以上であってもよい。図３に示すように、ラインヘッド６２の下面には、帯電捕集部８０を取り付けるための取付板６５が設けられている。取付板６５は、例えば金属製の板部材である。

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ものである。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、本体部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。図３に示すように、ラインヘッド６２の下端６２Ｂ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の下端６２Ｂは、ブレード５１の下端５１Ｂよりも上方に位置している。ラインヘッド６２の下端６２Ｂは、ローラ５３の下端５３Ｂよりも上方に位置している。

図４は、ヘッド部６０および帯電捕集部８０の底面図である。図４に示すように、３つのラインヘッド６２は、それぞれ、硬化液を吐出する複数のノズル６２Ａと、複数のノズル６２Ａが形成されたノズル面６３と、を備えている。ノズル６２Ａは、粉末材料９０に向かって硬化液を吐出する吐出口である。ノズル面６３は造形空間２０Ａと対向する面に設けられている。ノズル面６３は、例えば金属製の板部材で構成されている。なお、硬化液の吐出機構は特に限定されないが、例えばインクジェット方式である。

ノズル面６３は、長さＬｎで左右方向Ｙに延びている。ノズル面６３の左右方向Ｙの長さＬｎは、造形槽２０の左右方向Ｙの長さＬｔ（図２参照）以下である。ノズル面６３では、複数のノズル６２Ａが左右方向Ｙに一直線状に並んで、長さＬｍのノズル列６３Ａを構成している。ただし、複数のノズル６２Ａの配置や個数は特に限定されない。複数のノズル６２Ａは、例えば千鳥状に配列されていてもよい。なお、長さＬｍは、複数のノズル６２Ａのなかで左右方向Ｙの最も前方に位置するノズル（最前ノズル）６２Ａの中心から最も後方に位置するノズル（最後ノズル）６２Ａの中心までの長さである。

ラインヘッド６２は、支持部材７０の移動に伴って、少なくとも供給槽３０の前端から回収槽４０の後端までの間を、前後方向Ｘに移動する。ラインヘッド６２は、ここではヘッド部６０および帯電捕集部８０と共に前後方向Ｘに移動する。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１００に電気的に接続されており、制御装置１００によって制御される。ラインヘッド６２のノズル６２Ａからの硬化液の吐出は、制御装置１００によって制御される。

帯電捕集部８０は、空気中に舞い上がった飛散粉９０Ｆ（図６Ａ、図６Ｃ参照）、および、ラインヘッド６２のノズル６２Ａから吐出された硬化液から飛散したミストＭ（図６Ｂ参照）のうちの少なくとも一方を、電気的作用で捕集するものである。帯電捕集部８０は、三次元造形装置１用の帯電捕集装置の一例である。図３に示すように、帯電捕集部８０は、取付板６５に支持されている。帯電捕集部８０は、取付板６５を介してケース６４に固定されている。ここでは、帯電捕集部８０がラインヘッド６２と同じ支持部材７０に支持されており、帯電捕集部８０がラインヘッド６２と共に前後方向Ｘに移動する。これにより、飛散粉９０ＦやミストＭの捕集効果を高めることできる。

図４に示すように、平面視において、帯電捕集部８０は、３つのラインヘッド６２を囲むように配置されている。帯電捕集部８０は、第１部分８０Ａと、第１部分８０Ａから連続する第２部分８０Ｂと、第２部分８０Ｂから連続する第３部分８０Ｃと、を備えている。第１部分８０Ａと第２部分８０Ｂと第３部分８０Ｃとは、各ラインヘッド６２を前後方向Ｘおよび左右方向Ｙの両側から挟みこんでいる。帯電捕集部８０の数は、ここでは１つである。ただし、帯電捕集部８０の数や形状は一例に過ぎず、特に限定されない。例えば、帯電捕集部８０の数は、各ラインヘッド６２をそれぞれ囲むように、ラインヘッド６２の数と同じであってもよい。第１部分８０Ａと第２部分８０Ｂと第３部分８０Ｃとは、それぞれ別個独立した状態であってもよい。

図３に示すように、帯電捕集部８０は、ここでは、帯電捕集用正電極８１と、帯電捕集用負電極８２と、帯電捕集用正電極８１および帯電捕集用負電極８２と電気的に接続された電源部８３（図５参照）と、帯電捕集用正電極８１および帯電捕集用負電極８２が取り付けられた絶縁ベース部８５と、帯電捕集用正電極８１および帯電捕集用負電極８２を覆う絶縁フィルム８６と、を備えている。帯電捕集部８０は、帯電捕集部８０の付近で飛散粉９０Ｆ（図６Ａ、図６Ｃ参照）やミストＭ（図６Ｂ参照）にマイナスの電荷を付与する荷電部をさらに備えていてもよい。絶縁フィルム８６は、帯電捕集用正電極８１と帯電捕集用負電極８２との間での放電を回避して、帯電状態を維持するためのものである。絶縁フィルム８６は、絶縁ベース部８５に取り付けられている。なお、図４では、絶縁フィルム８６の図示を省略している。

帯電捕集用正電極８１は、飛散粉９０Ｆ（図６Ａ、図６Ｃ参照）やミストＭ（図６Ｂ参照）を吸着させる被吸着部である。帯電捕集用正電極８１は、ここでは、プラスに帯電して、マイナスの電荷を帯びた飛散粉９０ＦやミストＭをクーロン力（静電気力）で引き寄せて吸着するものである。帯電捕集用正電極８１は、電極部の一例である。

図３に示すように、前後方向Ｘにおいて、帯電捕集用正電極８１の先端からノズル列６３Ａの中心まで距離Ｄ３は、ここではブレード５１の中心から帯電捕集用正電極８１の先端まで距離Ｄ１よりも短い。帯電捕集用正電極８１の先端からノズル列６３Ａの中心まで距離Ｄ３は、ローラ５３の中心から帯電捕集用正電極８１の先端まで距離Ｄ２よりも短い。

図４に示すように、帯電捕集用正電極８１は、ここでは帯電捕集用負電極８２とラインヘッド６２との間に配置されている。帯電捕集用正電極８１は、帯電捕集用負電極８２よりもラインヘッド６２に近い方に配置されている。これにより、マイナスに帯電している飛散粉９０Ｆ（図６Ａ、図６Ｃ参照）やミストＭ（図６Ｂ参照）から、ラインヘッド６２を好適に保護することができる。また、例えば取付板８５が金属製であっても、放電を回避して帯電状態を好適に維持することができる。帯電捕集用正電極８１と帯電捕集用負電極８２との間には、所定のクリアランス（第１クリアランス）ＣＬ１が設けられている。帯電捕集用正電極８１とラインヘッド６２との間には、所定のクリアランス（第２クリアランス）ＣＬ２が設けられている。第２クリアランスＣＬ２は、第１クリアランスＣＬ１と同等以上（ＣＬ１≦ＣＬ２）であるとよい。これにより、例えばノズル面６３が金属製であっても、放電を回避して帯電状態を好適に維持することができる。

帯電捕集用正電極８１は、所定の幅８１Ｗでパターン状に形成されている。帯電捕集用正電極８１の幅８１Ｗは、例えばラインヘッド６２の配置等にもよるため特に限定されないが、捕集効率を考慮すると、数ｍｍ程度（例えば１～１０ｍｍ）であるとよい。第１部分８０Ａと第２部分８０Ｂと第３部分８０Ｃとにおいて、帯電捕集用正電極８１は、それぞれ、ノズル列６３Ａに沿って延びている。帯電捕集用正電極８１の左右方向Ｙの長さＬｅは、ここではノズル列６３Ａの左右方向Ｙの長さＬｍよりも長く、ノズル面６３の左右方向Ｙの長さＬｎよりも長い。ただし、Ｌｍ≦Ｌｅであってもよいし、Ｌｎ≦Ｌｅであってもよい。

帯電捕集用負電極８２は、帯電捕集用正電極８１を囲むように配置されている。帯電捕集用負電極８２は、帯電捕集用正電極８１よりもラインヘッド６２から離れた方に配置されている。帯電捕集用負電極８２は、プラスに帯電しているもの（プラス帯電体）を吸着させる吸着部として機能しうる。帯電捕集用正電極８１に加えて帯電捕集用負電極８２を備えることで、プラス帯電体のノズル面６３への吸着を好適に抑制することができる。ただし、帯電捕集用負電極８２は必須ではなく、他の実施形態において省略することもできる。帯電捕集用負電極８２と絶縁ベース部８５の外縁との間には、所定のクリアランスが設けられているとよい。これにより、例えば取付板８５が金属製であっても、放電を回避して帯電状態を好適に維持することができる。

帯電捕集用負電極８２は、所定の幅８２Ｗでパターン状に形成されている。帯電捕集用負電極８２の幅８２Ｗは、例えばラインヘッド６２の配置等にもよるため特に限定されないが、数ｍｍ程度（例えば１～１０ｍｍ）であるとよい。帯電捕集用負電極８２の幅は、ここでは帯電捕集用正電極８１の幅８１Ｗと同じである。第１部分８０Ａと第２部分８０Ｂと第３部分８０Ｃとにおいて、帯電捕集用負電極８２は、それぞれ、ノズル列６３Ａに沿って延びている。帯電捕集用負電極８２は、ラインヘッド６２の（詳しくは、ノズル面６３の）物理的なシールドとしても機能しうる。

電源部８３は、帯電捕集用正電極８１と帯電捕集用負電極８２との間に所定の電圧を印加するものである。電源部８３は、制御装置１００に電気的に接続されており、制御装置１００によって制御される。ここでは、電源部８３をＯＮすることによって、帯電捕集用正電極８１がプラスに帯電し、帯電捕集用負電極８２がマイナスに帯電する。これによって、マイナスに帯電している飛散粉９０Ｆ（図６Ａ、図６Ｃ参照）やミストＭ（図６Ｂ参照）はクーロン力で帯電捕集用正電極８１に引き寄せられ、帯電捕集用正電極８１の表面に吸着、堆積する。また、電源部８３をＯＦＦすることによって、帯電捕集用正電極８１の表面に吸着した飛散粉９０ＦやミストＭが、帯電捕集用正電極８１から脱着しうる。

制御装置１００は、三次元造形装置１の全体の動作を制御する。制御装置１００の構成は特に限定されない。制御装置１００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１００は、本体部１０の内部に設けられている。ただし、制御装置１００は、本体部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１００は、有線または無線を介して三次元造形装置１と通信可能に接続されている。

図５は、制御装置１００の機能ブロック図である。制御装置１００は、第１駆動モータ２７と、第２駆動モータ３７と、第３駆動モータ４７と、回転モータ５４と、ラインヘッド６２と、移動モータ７７と、電源部８３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１００は、造形テーブル制御部１００Ａと、供給テーブル制御部１００Ｂと、回収テーブル制御部１００Ｃと、ヘッド制御部１００Ｄと、移動制御部１００Ｅと、回転制御部１００Ｆと、捕集制御部１００Ｇと、を備えている。制御装置１００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１００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。

造形テーブル制御部１００Ａは、第１駆動モータ２７を制御して、造形テーブル２４を上下方向Ｚに移動させる。造形テーブル制御部１００Ａは、三次元造形物９２を造形しているときに、造形テーブル２４を下方へ移動させる。供給テーブル制御部１００Ｂは、第２駆動モータ３７を制御して、供給テーブル３４を上下方向Ｚに移動させる。供給テーブル制御部１００Ｂは、三次元造形物９２を造形しているときに、供給テーブル３４を上方へ移動させる。回収テーブル制御部１００Ｃは、第３駆動モータ４７を制御して、回収テーブル４４を上下方向Ｚに移動させる。回収テーブル制御部１００Ｃは、三次元造形物９２を造形しているときに、回収テーブル４４を下方へ移動させる。

ヘッド制御部１００Ｄ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。ヘッド制御部１００Ｄは、ラインヘッド６２のノズル６２Ａ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。移動制御部１００Ｅは、移動モータ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。回転制御部１００Ｆは、回転モータ５４を制御して、ローラ５３を回転方向Ｒ１に回転させる。回転制御部１００Ｆは、回転モータ５４を回転させるタイミングや回転速度を制御する。捕集制御部１００Ｇは、電源部８３を制御して、帯電捕集用正電極８１をプラスに帯電させる。また、帯電捕集用負電極８２をマイナスに帯電させる。

次に、図６Ａ～図６Ｄを参照しつつ、三次元造形装置１を用いて一層分の硬化層９１を形成する際の動作について説明する。図１に示すように、支持部材７０は、三次元造形が行われていない造形待機時や一層分の硬化層９１の形成が完了したときに、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、供給槽３０よりも後方に位置している。三次元造形装置１で一層分の硬化層９１を形成するときには、まず、造形槽２０内に一層分の硬化層９１の厚みで粉末材料９０が敷き詰められる敷詰処理が実行される。次いで、一層分の硬化層９１の厚みで敷き詰められた粉末材料９０に対して、硬化液を吐出する吐出処理が実行される。三次元造形装置１は、敷詰処理と吐出処理とを繰り返すことで、三次元造形物９２を造形する。

敷詰処理において、造形テーブル制御部１００Ａは、第１駆動モータ２７を制御して、一層分の硬化層９１の分、造形テーブル２４を下方に移動させる。供給テーブル制御部１００Ｂは、第２駆動モータ３７を制御して、供給テーブル３４を上方へ移動させる。これにより、貯留空間３０Ａに貯留されている粉末材料９０の一部が、供給槽３０の上端よりも上方に押し上げられる。回収テーブル制御部１００Ｃは、第３駆動モータ４７を制御して、回収テーブル４４を下方に移動させる。回転制御部１００Ｆは、回転モータ５４を制御して、ローラ５３を回転方向Ｒ１、すなわち図１における時計回りの方向に回転させる。移動制御部１００Ｅは、移動モータ７７を制御して、支持部材７０を後方から前方へ向かう進行方向Ｘ１に移動させる。

図６Ａは、敷詰処理を表す模式的な説明図である。供給槽３０の上端よりも上方に押し上げられた粉末材料９０は、ブレード５１によって、前方（造形槽２０の側）に移動させられる。また、ローラ５３によって後上方に向かって押し上げられながら、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の上に一層分の硬化層９１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、そのままブレード５１およびローラ５３によって前方に移動させられ、回収槽４０に回収される。

このとき、図６Ａに示すように、粉末材料９０の一部がブレード５１および／またはローラ５３によって舞い上げられ、飛散粉９０Ｆとなって空気中に飛散しうる。また、造形テーブル２４の上では、ブレード５１および／またはローラ５３と、粉末材料９０と、が接触することで、両者の間で摩擦が発生しうる。これにより、粉末材料９０が摩擦帯電しうる。例えばブレード５１の材質が、帯電列表において粉末材料９０よりもプラス側に位置するもの（例えばエボナイト）である場合は、粉末材料９０がマイナスに帯電し、ブレード５１がプラスに帯電する。例えばローラ５３の材質が、帯電列表において粉末材料９０よりもプラス側に位置するもの（例えばステンレス鋼）である場合は、粉末材料９０がマイナスに帯電し、ローラ５３がプラスに帯電する。

吐出処理において、ヘッド制御部１００Ｄは、ラインヘッド６２を制御して、造形テーブル２４の上に一層分の硬化層９１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のノズル６２Ａから硬化液を吐出する。ここでは、ラインヘッド６２がブレード５１およびローラ５３と同じ支持部材７０に支持されており、ブレード５１およびローラ５３と共に前後方向Ｘに移動する。そのため、ブレード５１およびローラ５３が粉末材料９０を敷き詰めているときに、ラインヘッド６２のノズル６２Ａから硬化液を吐出することができる。

図６Ｂは、吐出処理を表す模式的な説明図である。図６Ｂに示すように、ラインヘッド６２のノズル６２Ａから吐出された硬化液は、レナード効果によって、大液滴ＤとミストＭとに分離しうる。すなわち、硬化液が吐出されると、そのうちの大部分は大液滴Ｄを形成して、プラスに帯電しうる。また、硬化液の一部は、ミストＭとなってマイナスに帯電しうる。とりわけ、硬化液に界面活性剤を含む場合は、表面張力が低下してミストＭが発生しやすい。

図６Ｃは、吐出処理後の状態を表す模式的な説明図である。図６Ｃに示すように、プラスに帯電した大液滴Ｄは、造形テーブル２４の粉末材料９０の上に着弾する。これにより、大液滴Ｄの周辺の粉末材料９０は、大液滴Ｄのプラス帯電と中和する。このとき、大液滴Ｄが着弾するときの衝撃で、粉末材料９０の一部が舞い上げられ、大液滴Ｄの着弾による電荷の移動で中和できなかった粉末材料９０が、マイナスに帯電したまま飛散粉９０Ｆとなって空気中に飛散しうる。また、空気中には、上記レナード効果によって生じ、マイナスに帯電したミストＭが飛散した状態でありうる。そこで、捕集制御部１００Ｇは、帯電捕集部８０の電源部８３をＯＮにして、空気中に飛散している飛散粉９０ＦやミストＭを捕集する。

図６Ｄは、飛散粉９０ＦおよびミストＭの捕集を表す模式的な説明図である。捕集制御部１００Ｇによって電源部８３がＯＮにされると、帯電捕集用正電極８１がプラスに帯電する。これにより、飛散粉９０ＦおよびミストＭがクーロン力で帯電捕集用正電極８１に引き寄せられ、帯電捕集用正電極８１の表面に吸着、堆積する。これにより、飛散粉９０ＦやミストＭが捕集される。例えば、ブレード５１および／またはローラ５３で舞い上げられた飛散粉９０Ｆは、ラインヘッド６２よりも前方に設けられた帯電捕集用正電極８１によって好適に捕集される。また、大液滴Ｄが着弾するときの衝撃で舞い上げられた飛散粉９０Ｆや硬化液のミストＭは、ラインヘッド６２よりも後方に設けられた帯電捕集用正電極８１によって好適に捕集される。

以上のように、三次元造形装置１は帯電捕集部８０を備えているので、空気中に飛散している飛散粉９０ＦやミストＭを電気的作用によって捕集して、ラインヘッド６２の付近に浮遊する粉末材料９０やミストＭの量を低減することができる。これにより、ラインヘッド６２（特には、ノズル６２Ａやノズル面６３）への粉末材料９０やミストＭの付着を効率的に抑えることができる。また、飛散粉９０Ｆをマイナスに帯電させることで、飛散粉９０Ｆがマイナスに帯電したミストＭを介して凝集（固化）し、より大きな凝集体となることを抑制することができる。これらのことにより、三次元造形装置１では、帯電捕集部８０を備えていない従来の三次元造形装置に比べて、ノズル６２Ａやノズル面６３への粉末材料９０の付着を相対的に抑えることができる。その結果、飛翔曲がりや目詰まり等の吐出不良の発生を抑制することができる。また、ラインヘッド６２を頻繁にクリーニングする必要がなくなるので、ラインヘッド６２のクリーニング回数を低減したり、クリーニングに要する時間を短縮したりすることができる。

本実施形態では、ブレード５１および／またはローラ５３（敷詰部材）の粉末材料９０と接触する部分は、帯電列表において粉末材料９０よりもプラス側に位置する材質で構成されている。これにより、ブレード５１および／またはローラ５３で粉末材料９０を敷き詰めるときに、ブレード５１および／またはローラ５３と粉末材料９０との間で摩擦帯電が生じ、粉末材料９０を自ずとマイナスに帯電させることができる。したがって、ブレード５１および／またはローラ５３を強制的に帯電させる必要がなくなり、制御をシンプルにすることができる。

本実施形態では、後方から前方へ向かう進行方向Ｘ１において、帯電捕集用正電極８１（電極部）が、少なくともラインヘッド６２（吐出ヘッド）の前方（他方側）に位置している。これにより、ブレード５１および／またはローラ５３で舞い上げられた飛散粉９０Ｆを、好適に捕集することができる。

本実施形態では、後方から前方へ向かう進行方向Ｘ１において、帯電捕集用正電極８１（電極部）が、少なくともラインヘッド６２（吐出ヘッド）の後方（一方側）に帯電捕集部８０が位置している。これにより、硬化液のミストＭや、硬化液の大液滴Ｄが粉末材料９０の上に着弾するときの衝撃で舞い上げられた飛散粉９０Ｆを、好適に捕集することができる。

本実施形態では、平面視において、帯電捕集用正電極８１（電極部）が、ラインヘッド６２（吐出ヘッド）の周囲を囲んでいる。これにより、飛散粉９０ＦやミストＭを高いレベルで捕集することができ、ラインヘッド６２を好適に保護することができる。

本実施形態の三次元造形装置１は、ラインヘッド６２（吐出ヘッド）と帯電捕集部８０とを支持する支持部材７０をさらに備え、移動機構７２によって支持部材７０を移動させることにより、ラインヘッド６２（吐出ヘッド）と帯電捕集部８０とが一体となって移動可能に構成されている。これにより、空気中に漂う飛散粉９０ＦやミストＭを高いレベルで捕集することができる。また、ノズル６２Ａやノズル面６３への粉末材料９０の付着を安定して抑えることができる。さらに、ラインヘッド６２と帯電捕集部８０とを同じ支持部材７０に搭載することで、三次元造形装置１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。

本実施形態では、敷詰部材が、制御装置１００と電気的に接続され、後方から前方へ向かう進行方向Ｘ１と平面視において交差する左右方向Ｙ（交差方向）に延びた回転軸を中心として回転可能なローラ５３である。移動機構７２は、ローラ５３を造形槽２０に対して後方から前方へ向かう進行方向Ｘ１に相対的に移動させるように構成され、制御装置１００は、ローラ５３を前後方向Ｘに移動させる際に前後方向Ｘとは逆方向の回転方向Ｒ１に回転させるように構成されている。ローラ５３の進行方向との回転方向とが逆方向であると、ローラ５３で粉末材料９０が巻き上げられ、飛散粉９０Ｆが発生しやすい。このため、ここに開示される技術が特に高い効果を奏する。

本実施形態では、帯電捕集用正電極８１（電極部）の下端が、ラインヘッド６２（吐出ヘッド）の下端よりも下方に位置している。これにより、飛散粉９０ＦやミストＭがラインヘッド６２（吐出ヘッド）に近づく前に、飛散粉９０ＦやミストＭを捕集することができる。また、帯電捕集用正電極８１に捕集された飛散粉９０ＦやミストＭを除去する際に誤ってラインヘッド６２に接触することを未然防止することができる。

本実施形態では、ラインヘッド６２（吐出ヘッド）は、後方から前方へ向かう進行方向Ｘ１と平面視において交差する左右方向Ｙ（交差方向）に複数のノズル６２Ａが並んだノズル列６３Ａを有し、左右方向Ｙ（交差方向）において、帯電捕集部８０の帯電捕集用正電極８１（電極部）がノズル列６３Ａに沿って延びている。これにより、飛散粉９０ＦやミストＭを効果的に捕集することができる。

本実施形態では、左右方向Ｙ（交差方向）において、帯電捕集用正電極８１（電極部）の長さがノズル列６３Ａの長さよりも長い。これにより、飛散粉９０ＦやミストＭを効果的に捕集することができる。

本実施形態では、後方から前方へ向かう進行方向Ｘ１において、帯電捕集用正電極８１（電極部）の先端からノズル列６３Ａの中心まで距離が、ブレード５１および／またはローラ５３（敷詰部材）の中心から帯電捕集用正電極８１（電極部）の先端まで距離よりも短い。帯電捕集用正電極８１をノズル列６３Ａの近傍に配置することで、飛散粉９０ＦやミストＭを効果的に捕集することができる。

本実施形態の三次元造形装置１は、帯電捕集部８０に捕集された粉末材料９０およびミストＭの固化物のうちの少なくとも一方を回収する粉末回収ブラシ４８（粉末回収部材）をさらに備える。これにより、飛散粉９０ＦやミストＭを帯電捕集部８０から除去することができ、ユーザの手間を削減することができる。

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、造形槽２０と供給槽３０と回収槽４０とが前後方向Ｘに並んで本体部１０に配置されていたが、これには限定されない。例えば供給槽３０は、造形空間２０Ａの上方に配置されていてもよい。

上述した実施形態では、本体部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、これには限定されない。例えば支持部材７０を本体部１０に固定し、支持部材７０に対して、本体部１０（造形槽２０、供給槽３０および回収槽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、敷詰部５０とヘッド部６０と帯電捕集部８０とが同じ支持部材７０に支持されており、一体となって移動可能に構成されていたが、これには限定されない。例えば敷詰部５０（ブレード５１および／またはローラ５３）は、ヘッド部６０および帯電捕集部８０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。

上述した実施形態では、敷詰部５０が、１つのブレード５１と、１つのローラ５３と、を備えていたが、これには限定されない。ブレード５１は１つでなく、複数であってもよい。ブレード５１は、例えばスクレイパーやヘラ等の板状部材であってもよい。敷詰部５０は、ブレード５１を備えていなくてもよい。また、ローラ５３は１つでなく、複数であってもよい。ローラ５３は回転不能であってもよい。敷詰部５０は、ローラ５３を備えていなくてもよい。

上述した実施形態では、三次元造形装置１は、吐出ヘッドとしてラインヘッド６２を備えていたが、これには限定されない。三次元造形装置１は、左右方向Ｙに移動可能に構成された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１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、イエロー等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。その場合、インクヘッドの前方および／または後方に帯電捕集部８０が配置されていてもよい。

上述した実施形態では、粉末回収ブラシ４８が回収槽４０に取り付けられ、ブラシ繊維４９が帯電捕集用正電極８１に接触することで粉末材料９０やミストＭの固化物を掻き落とすように構成されていたが、これには限定されない。粉末回収ブラシ４８は、例えばホームポジションＨＰの位置に設けられていてもよい。あるいは、三次元造形装置１は、粉末回収ブラシ４８を備えていなくてもよい。その場合、ユーザが、ブラシや布等を用いて手動で粉末材料９０やミストＭの固化物を掻き落としてもよい。また、三次元造形装置１は、電源部８３をＯＦＦすることによって、帯電捕集用正電極８１の表面に吸着した飛散粉９０ＦやミストＭを脱着させるように構成されていてもよい。

１ 三次元造形装置
５１ ブレード（敷詰部材）
５３ 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 帯電捕集部
８１ 帯電捕集用正電極（電極部）
９０ 粉末材料
９０Ｆ 飛散粉
Ｄ 大液滴
Ｍ ミスト

Claims (11)

1. 粉末材料が収容されかつ三次元造形物が造形される造形空間を有する造形槽と、
   前記造形空間に前記粉末材料を敷き詰める敷詰部材と、
   前記造形槽および前記敷詰部材のいずれか一方を、一方側から他方側に向かう進行方向に相対的に移動させる移動機構と、
   前記進行方向において前記敷詰部材よりも前記一方側に位置し、前記造形空間の前記粉末材料に対して硬化液を吐出するノズルを有する１つまたは複数の吐出ヘッドと、
   前記進行方向において前記敷詰部材よりも前記一方側に位置し、電圧を印加することによって帯電する電極部を備え、空気中に飛散した前記粉末材料および前記硬化液のミストのうちの少なくとも一方を電気的作用によって捕集する１つまたは複数の帯電捕集部と、
   前記移動機構と前記吐出ヘッドと前記帯電捕集部とを制御する制御部と、
   を備え、
   前記吐出ヘッドは、前記進行方向と平面視において交差する交差方向に複数の前記ノズルが並んだノズル列を有し、
   前記交差方向において、前記電極部が前記ノズル列に沿って延びており、
   前記進行方向において、前記電極部の先端から前記ノズル列の中心まで距離が、前記敷詰部材の中心から前記電極部の先端まで距離よりも短い、三次元造形装置。
2. 粉末材料が収容されかつ三次元造形物が造形される造形空間を有する造形槽と、
   前記造形空間に前記粉末材料を敷き詰める敷詰部材と、
   前記造形槽および前記敷詰部材のいずれか一方を、一方側から他方側に向かう進行方向に相対的に移動させる移動機構と、
   前記進行方向において前記敷詰部材よりも前記一方側に位置し、前記造形空間の前記粉末材料に対して硬化液を吐出するノズルを有する１つまたは複数の吐出ヘッドと、
   前記進行方向において前記敷詰部材よりも前記一方側に位置し、電圧を印加することによって帯電する電極部を備え、空気中に飛散した前記粉末材料および前記硬化液のミストのうちの少なくとも一方を電気的作用によって捕集する１つまたは複数の帯電捕集部と、
   前記移動機構と前記吐出ヘッドと前記帯電捕集部とを制御する制御部と、
   を備え、
   前記吐出ヘッドは、前記進行方向と平面視において交差する交差方向に複数の前記ノズルが並んだノズル列を有し、
   前記交差方向において、前記電極部が前記ノズル列に沿って延びており、
   前記交差方向において、前記電極部の長さが前記ノズル列の長さよりも長く、かつ
   前記進行方向において、前記電極部の先端から前記ノズル列の中心まで距離が、前記敷詰部材の中心から前記電極部の先端まで距離よりも短い、三次元造形装置。
3. 前記敷詰部材の前記粉末材料と接触する部分は、帯電列表において前記粉末材料よりもプラス側に位置する材質で構成されている、
   請求項１または２に記載の三次元造形装置。
4. 前記進行方向において、前記電極部が、少なくとも前記吐出ヘッドの前記他方側に位置している、
   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. 前記進行方向において、前記電極部が、少なくとも前記吐出ヘッドの前記一方側に位置している、
   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. 平面視において、前記電極部が前記吐出ヘッドの周囲を囲んでいる、
   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。
7. 前記吐出ヘッドと前記帯電捕集部とを支持する支持部材をさらに備え、
   前記移動機構または前記移動機構によって前記支持部材を移動させることにより、前記吐出ヘッドと前記帯電捕集部とが一体となって移動可能に構成されている、
   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. 前記敷詰部材は、前記制御部と電気的に接続され、前記交差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、
   前記移動機構は、前記ローラを前記造形槽に対して前記進行方向に相対的に移動させるように構成され、
   前記制御部は、前記ローラを前記進行方向に移動させる際に前記進行方向とは逆方向に回転させるように構成されている、
   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。
9. 前記電極部の下端が、前記吐出ヘッドの下端よりも下方に位置している、
   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. 前記帯電捕集部に捕集された前記粉末材料および前記ミストの固化物のうちの少なくとも一方を回収する粉末回収部材をさらに備える、
    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. 粉末材料が収容されかつ三次元造形物が造形される造形空間を有する造形槽と、
    前記造形空間に前記粉末材料を敷き詰める敷詰部材と、
    前記造形槽および前記敷詰部材のいずれか一方を、一方側から他方側に向かう進行方向に相対的に移動させる移動機構と、
    前記進行方向において前記敷詰部材よりも前記一方側に位置し、前記造形空間の前記粉末材料に対して硬化液を吐出するノズルを有する１つまたは複数の吐出ヘッドと、
    前記進行方向において前記敷詰部材よりも前記一方側に位置し、電圧を印加することによって帯電する電極部を備え、空気中に飛散した前記粉末材料および前記硬化液のミストのうちの少なくとも一方を電気的作用によって捕集する１つまたは複数の帯電捕集部と、
    前記移動機構と前記吐出ヘッドと前記帯電捕集部とを制御する制御部と、
    を備え、
    前記帯電捕集部は、
    前記電極部を構成し、プラスに帯電する帯電捕集用正電極と、
    マイナスに帯電する帯電捕集用負電極と、
    を有し、
    前記帯電捕集用正電極が、前記帯電捕集用負電極と前記吐出ヘッドとの間に配置されている、三次元造形装置。

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