WO2023238436A1 - 三次元造形装置 - Google Patents

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文良 岩瀬
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ローランドディー．ジー．株式会社
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    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a three-dimensional printing device.
  • the three-dimensional modeling apparatus includes a supply tank that supplies powder material and a modeling tank that models a three-dimensional object.
  • the powder material supplied from the supply tank is spread over the modeling tank to form a powder material layer.
  • a hardening liquid is discharged onto this powder material layer to form a hardened layer having a desired cross-sectional shape.
  • the cured layers are laminated and a three-dimensional structure is formed.
  • the three-dimensional structure formed in this way is buried in the excess powder material that remains uncured in the modeling tank.
  • the three-dimensional structure is removed by removing excess powder material. Thereafter, excess powder material is collected from the modeling tank into the supply tank using a scoop or the like.
  • the present invention has been made in view of these points, and its purpose is to reduce the burden and increase the efficiency of the work of recovering powder material from a modeling tank to a supply tank after the completion of modeling a three-dimensional object. .
  • the three-dimensional printing apparatus is a three-dimensional printing apparatus that uses powder materials to form three-dimensional objects.
  • the three-dimensional modeling apparatus is arranged in the modeling tank, and includes a supply tank for supplying the powder material, a modeling tank having a modeling space in which the powder material is stored and the three-dimensional structure is modeled, and a supply tank for supplying the powder material.
  • the powder material supplied from the supply tank is spread over the modeling tank to form a powder material layer.
  • a hardening liquid is discharged onto the powder material layer to form a hardening layer. By repeating this operation, the cured layers are laminated to form a three-dimensional structure.
  • the powder material remaining without being hardened rises together with the modeling table. Since the powder material is at a relatively high position after the modeling table is raised, it can be easily returned to the supply tank by pushing it to one side in the horizontal direction with a shovel or the like, for example. There is no need to lift a shovel or the like from inside the modeling tank. Therefore, it is possible to reduce the burden and increase the efficiency of the work of collecting the powder material into the supply tank. Note that there is a concern that the powder material may spill from the modeling tank when the powder material rises together with the modeling table.
  • the modeling tank is provided with a first screen that extends above the position above the modeling table.
  • the first screen prevents powder material from spilling out of the modeling tank. Therefore, the powder material can be easily collected into the supply tank without spilling.
  • the burden of collecting excess powder material from the modeling tank to the supply tank after the completion of modeling the three-dimensional object is reduced, and the efficiency of the work is improved.
  • cross-sectional shape refers to the shape when the three-dimensional structure 92 is sliced in a predetermined direction (for example, horizontal direction) to a predetermined thickness (typically, several tens to 100 ⁇ m, for example, 100 ⁇ m). Refers to the shape of the cross section.
  • the predetermined thickness may or may not be a constant thickness.
  • the vertical direction Z corresponds to the stacking direction of the hardened layer 91 in three-dimensional modeling.
  • cement includes Portland cement, alumina cement, magnesia cement, phosphate cement, blast furnace cement, silica cement, fly ash cement, and the like.
  • the powder material is a sinterable material that changes into a dense sintered body with a relative density of 90% or more by firing at approximately 500°C or higher, typically 700 to 2000°C, for example 1000 to 1500°C. It's okay.
  • the powder material 90 may be composed of any one of the above-mentioned materials, or may be composed of a combination of two or more kinds.
  • the powder material 90 may be composed of only the above-described components, or may contain other components in addition to the above-described components.
  • the above-mentioned components may be used as the first component, and a material that promotes or assists binding between the particles constituting the first component may be included as the second component.
  • the powder material 90 may be, for example, a mixed powder containing the above-described inorganic material and a water-soluble binder resin.
  • a water-soluble binder resin is a polymer compound that has solubility in water and exhibits binding properties and adhesive properties when it contains water.
  • the first lifting device 25 is a device that moves the modeling table 24 up and down in the vertical direction Z.
  • the first lifting device 25 is provided in the housing 10.
  • the configuration of the first lifting device 25 is not particularly limited.
  • the first lifting device 25 includes, for example, a first support member 26, a first motor (not shown), and a ball screw (not shown).
  • the first support member 26 is connected to the lower surface of the modeling table 24.
  • the first support member 26 supports the modeling table 24 from below.
  • the first support member 26 extends in the vertical direction Z.
  • the first support member 26 is connected to the first motor via a ball screw. By driving the first motor, the ball screw rotates, and the first support member 26 moves in the vertical direction Z. Thereby, the modeling table 24 moves in the vertical direction Z.
  • the first lifting device 25 is electrically connected to and controlled by the control device 88 .
  • the second lifting device 35 is a device that moves the supply table 34 up and down in the vertical direction Z.
  • the configuration of the second lifting device 35 is not particularly limited.
  • the second lifting device 35 has the same configuration as the first lifting device 25.
  • the second lifting device 35 is operated and controlled in the same manner as the first lifting device 25.
  • the vertical portions 80B of the left and right first screens 80 are arranged flush with the left wall 20L and right wall 20R of the modeling tank 20, respectively.
  • the vertical portions 81B of the left and right second screens 81 are arranged flush with the left wall 30L and right wall 30R of the supply tank 30, respectively.
  • the vertical portions 82B of the left and right third screens 82 are arranged flush with the left wall 40L and right wall 40R of the collection tank 40, respectively.
  • the materials of the first screen 80, second screen 81, and third screen 82 are not particularly limited, and may be metal materials, resin materials, or the like.
  • the modeling table 24, the supply table 34, and the recovery table 44 are raised, forces in the left and right directions are applied to the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82, respectively, due to the weight of the powder material 90.
  • the first screen 80, second screen 81, and third screen 82 have sufficient strength against this force.
  • the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 are desirably made of a material to which the powder material 90 does not easily adhere, in order to reduce the influence on the collection work of the powder material 90.
  • magnets 84 are attached to the surfaces of the horizontal portions 80A, 81A, and 82A of the first screen 80, second screen 81, and third screen 82 that contact the mounting portion 10B of the housing 10. It is being The first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 are fixed to the housing 10 with magnets 84, and can be attached and removed. When the head unit 60 reciprocates in the longitudinal direction , the second screen 81, and the third screen 82 impede the reciprocating movement of the support member 70. Therefore, the three-dimensional structure 92 is formed with the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 removed.
  • first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 are separate bodies, but two of them may be integrated and the other one may be separate. Further, the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 may be integrated. Moreover, one or more of the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 may be formed by combining a plurality of screens.
  • the configuration of the three-dimensional printing apparatus 100 has been described above. Next, the operation of the three-dimensional printing apparatus 100 will be explained.
  • the modeling table 24 is lowered and the supply table 34 is raised by a predetermined thickness of the cross-sectional shape of the three-dimensional structure 92.
  • the support member 70 is moved forward.
  • the spreading member 50 conveys the powder material 90 on the supply table 34 to the modeling tank 20, spreads the powder material 90 in the modeling space 20A, and forms a powder material layer. Excess powder material 90 in the modeling tank 20 is pushed by the spreading member 50 and collected into the collection tank 40.
  • a hardening liquid is discharged from the line head 62 onto the powder material layer, thereby forming a hardening layer 91 and modeling a desired cross-sectional shape. By repeating this operation, a three-dimensional object 92 is formed.
  • the modeling table 24 is lowered from the first opening 20T of the modeling tank. At this time, the modeling space 20A is filled with powder material 90. In this state, the operator attaches the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 to the left and right mounting portions 10B of the housing 10.
  • the operator When the operator completes modeling the three-dimensional structure 92, the operator lowers the supply table 34 and raises the modeling table 24 and collection table 44 (see FIG. 2).
  • the modeling table 24 rises, the three-dimensional structure 92 and excess powder material 90 on the modeling table 24 rise. At this time, there is a concern that the excess powder material 90 may spill from the modeling tank 20.
  • the first screen 80 prevents the powder material 90 from spilling from the modeling tank 20.
  • the collection table 44 is raised, the excess powder material 90 on the collection table 44 is raised. At this time, there is a concern that the excess powder material 90 may spill from the collection tank 40.
  • the third screen 82 prevents the powder material 90 from spilling from the collection tank 40.
  • the operator takes out the three-dimensional structure 92. As a result, excess powder material 90 is left on the modeling table 24. Additionally, surplus powder material 90 is left on the collection table 44 as well.
  • the operator collects the remaining powder material 90 on the modeling table 24 and the collection table 44 by pushing it into the supply tank 30 by hand or with a shovel or the like. Since the surplus powder material 90 is at a position equal to or higher than the first opening 20T of the modeling tank 20 and the third opening 40T of the collection tank 40, the operator simply moves a shovel or the like horizontally.
  • the powder material 90 can then be collected into the supply tank 30.
  • the powder material 90 can be collected into the supply tank 30 without lifting a scoop or the like from inside the modeling tank 20 and the collection tank 40.
  • the first screen 80 extends upward from the first opening 20T of the modeling tank 20. Therefore, when collecting the powder material 90, the powder material 90 on the modeling table 24 can be raised to a higher position without spilling it. Therefore, the burden of the work of collecting the powder material 90 can be further reduced, and efficiency can be improved.
  • the third screen 82 extends upward from the third opening 40T of the collection tank 40. Therefore, when collecting the powder material 90, the powder material 90 on the collection table 44 can be raised to a higher position without spilling it. Therefore, the burden of the work of collecting the powder material 90 can be further reduced, and efficiency can be improved.
  • the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 each have a removable structure. Therefore, when modeling the three-dimensional structure 92, the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 can be removed. Furthermore, when collecting the powder material 90 after the three-dimensional structure 92 has been formed, the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 are attached. As a result, an adverse effect on the three-dimensional structure 92 can be avoided, and when the powder material 90 is collected, the collection work can be performed with high efficiency.
  • the modeling table 24 is raised after the modeling of the three-dimensional model 92 is completed, so that the three-dimensional model 92 cannot be raised to a relatively high position. I can do it. Therefore, the operator can remove excess powder material around the three-dimensional structure 92 without having to bend deeply. Moreover, the work of lifting the three-dimensional model 92 from the modeling tank 20 is no longer necessary. Therefore, it is possible to further reduce the burden and increase the efficiency of the work of taking out the three-dimensional structure 92.
  • the powder material when the powder material is not collected from the collection tank 40, the powder material may be collected from the modeling tank 20 to the supply tank 30 by attaching the first screen 80 and the second screen 81.
  • the work of attaching the third screen 82 can be omitted, and the work can be made more efficient.
  • the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 are separate, the size of each screen becomes smaller and the weight is reduced, so that handling can be facilitated.
  • each of the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 does not necessarily have to be a single member.
  • the first screen 80, the second screen 81, or the third screen 82 may be formed by combining a plurality of members.
  • the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 are fixed to the attachment part 10B with the magnet 84, but the method of fixing is to use something other than the magnet 84.
  • the horizontal portions 80A, 81A, 82A of the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 and the mounting portion 10B may be fixed with bolts.
  • the fixing mechanism may not be provided.
  • the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 may be installed by simply being placed on the mounting portion 10B.
  • the three-dimensional structure 92 is taken out after the modeling table 24 is raised.
  • the three-dimensional structure 92 may be taken out from the modeling tank 20, and then the modeling table 24 may be raised.
  • Modeling tank 24 Modeling table 25
  • First lifting device 30 Supply tank 80
  • First screen 81 Second screen 82
  • Third screen 84 Magnet 90 Powder material 91 Hardened layer 92
  • Three-dimensional model 100 Three-dimensional model

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Abstract

造形槽から供給槽に粉末材料を回収する作業の負担軽減および高効率化を図る。三次元造形装置１００は、三次元造形物９２を造形する造形槽２０と、造形テーブル２４と、粉末材料９０を供給する供給槽３０と、造形槽２０に設けられ、造形テーブル２４の上位置よりも上方に延びる第１衝立８０と、を備えている。三次元造形物９２の造形完了後に造形テーブル２４が上昇すると、粉末材料９０は、こぼれ落ちることが第１衝立８０により防止されながら、比較的高い位置まで上昇する。作業者は、粉末材料９０を水平方向の一方向に押しやることにより、供給槽３０に容易に戻すことができる。造形槽２０の中からスコップ等を持ち上げる作業が不要になる。

Description

三次元造形装置
　本発明は、三次元造形装置に関する。
　従来から、粉末材料を使用する三次元造形装置が知られている(例えば、特許文献１および２参照）。三次元造形装置は、粉末材料を供給する供給槽と、三次元造形物を造形する造形槽とを備える。供給槽から供給された粉末材料は、造形槽に敷き詰められ、粉末材料層が形成される。この粉末材料層に硬化液が吐出され、所望の断面形状を有する硬化層が形成される。この動作が複数回繰り返されることで、硬化層が積層され、三次元造形物が形成される。このようにして形成された三次元造形物は、造形槽内において、硬化されずに残った余剰の粉末材料の中に埋まっている。三次元造形物は、余剰の粉末材料を除去することで、取り出される。その後、余剰の粉末材料は、スコップ等を用いて造形槽から供給槽に回収される。
特開２０１６－２２１８７５号公報 特開２０１７－１９６８９０号公報
　しかしながら、ユーザがスコップ等を用いて粉末材料を供給槽に回収する作業は、造形槽の中からスコップ等を持ち上げる作業を伴い、作業者にとって負担が大きく、効率が悪い。
　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、三次元造形物の造形完了後に造形槽から供給槽に粉末材料を回収する作業の負担軽減および高効率化を図ることである。
　本発明にかかる三次元造形装置は、粉末材料を使用し、三次元造形物を造形する三次元造形装置である。前記三次元造形装置は、前記粉末材料を供給する供給槽と、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造形テーブルと、前記造形槽に配置され、前記造形テーブルを上昇および下降させる昇降装置と、前記造形槽に設けられ、前記造形槽に対して水平方向に延びかつ前記造形テーブルの上位置よりも上方に延びる第１衝立と、を備えている。前記供給槽から供給された前記粉末材料は、前記造形槽に敷き詰められ、粉末材料層が形成される。前記粉末材料層に硬化液が吐出されることで、硬化層を形成する。この動作が繰り返されることで、前記硬化層が積層され三次元造形物が形成される。
　本発明の三次元造形装置によると、三次元造形物の造形が完了した後、造形テーブルを昇降装置にて上昇させると、硬化されずに残った粉末材料は造形テーブルと共に上昇する。造形テーブルの上昇後、粉末材料は比較的高い位置にあるため、例えばスコップ等で水平方向の一方側に押しやることにより、供給槽に容易に戻すことができる。造形槽の中からスコップ等を持ち上げる作業は不要となる。したがって、粉末材料を供給槽に回収する作業の負担軽減および高効率化を図ることができる。なお、粉末材料が造形テーブルと共に上昇した際に、粉末材料が造形槽からこぼれることが懸念される。しかし、本発明の三次元造形装置によると、造形槽には造形テーブルの上位置よりも上方に延びる第１衝立が設けられている。粉末材料が造形槽からこぼれることは、第１衝立によって防がれる。よって、粉末材料をこぼすことなく供給槽に容易に回収することができる。
　本発明によれば、三次元造形物の造形完了後に造形槽から供給槽へ余剰の粉末材料を回収する作業の負担が軽減され、作業の効率が向上する。
図１は、一実施形態に係る三次元造形装置の斜視図である。 図２は、一実施形態に係る三次元造形装置の鉛直断面図である。 図３は、一実施形態に係る三次元造形装置の平面図である。 図４は、一実施形態に係る衝立の斜視図である。 図５は、三次元造形物の造形が完了したときの状態を示す三次元造形装置の鉛直断面図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の一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１００の斜視図である。図２は、本実施形態に係る三次元造形装置１００の鉛直断面図である。図３は本実施形態に係る三次元造形装置１００の平面図である。以下の説明では便宜上、三次元造形装置１００の方向を下記のように定義することとする。図面中の符号Ｆは前方を示し、符号Ｒｒは後方を示す。前方から三次元造形装置１００を見たときの左、右、上、下が、それぞれ三次元造形装置１００の左、右、上、下となる。図面中の符号Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｄは、それぞれ左、右、上、下を意味する。符号Ｘ、Ｙ、Ｚは、それぞれ前後方向、左右方向、上下方向を示す。詳細は後述するが、上下方向Ｚは三次元造形における硬化層９１（図２参照）の積層方向に一致する。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１００の設置態様を何ら限定するものではない。
　図１、２に示すように、三次元造形装置１００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１００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。
　なお、本明細書において「断面形状」とは、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）でスライスしたときの断面の形状をいう。所定の厚みは、一定の厚みであってもよく、一定の厚みでなくてもよい。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。
　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。
　図２に示すように、三次元造形装置１００は、筐体１０と、造形槽２０と、供給槽３０と、回収槽４０と、造形テーブル２４と、供給テーブル３４と、回収テーブル４４と、第１昇降装置２５と、第２昇降装置３５と、第３昇降装置４５と、敷詰め部材５０と、ヘッドユニット６０と、支持部材７０と、第１衝立８０と、第２衝立８１と、第３衝立８２と、制御装置８８と、を備えている。第１衝立８０、第２衝立８１および第３衝立８２は、本実施形態では別体となっているが、それらのうちの２つまたは全部は一体になっていてもよい。例えば、第１衝立８０、第２衝立８１および第３衝立８２は単一の部品となっていてもよい。
　図１、２、３に示すように、筐体１０は、三次元造形装置１００の外装体である。筐体１０は、前後方向Ｘの長さが左右方向Ｙの長さよりも長い形状を有する。筐体１０には、前方から後方に向かって順に、回収槽４０、造形槽２０、供給槽３０が設けられている。供給槽３０は造形槽２０に対して水平方向の一方側（ここでは後側）に配置されている。回収槽４０は造形槽２０に対して水平方向の他方側（ここでは前側）に配置されている。図１に示すように、筐体１０は、造形槽２０、供給槽３０および回収槽４０の周囲に位置する上面１０Ａを有している。上面１０Ａは平坦な面である。図３に示すように、上面１０Ａのうち、造形槽２０、供給槽３０、回収槽４０の左側および右側に、第１衝立８０、第２衝立８１、第３衝立８２が配置される取付部１０Ｂが設けられている。取付部１０Ｂは、磁性体によって形成されている。ここでは、取付部１０Ｂは、鉄等の金属で形成されている。支持部材７０は筐体１０に支持されている。支持部材７０は、ヘッドユニット６０を支持している。
　図２、３に示すように、造形槽２０は、筐体１０に設けられている。造形槽２０は、上方に開口する第１開口部２０Ｔを有する槽である。造形槽２０は、前壁２０Ｆ、後壁２０Ｒｒ、左壁２０Ｌ、右壁２０Ｒを有する。造形槽２０は、内部に造形空間２０Ａを有する。造形空間２０Ａには、供給槽３０から供給される粉末材料９０が収容される。造形空間２０Ａにおいて、後述するラインヘッド６２（図２参照）から粉末材料９０に硬化液が吐出され、三次元造形物９２が造形される。造形槽２０には、造形された三次元造形物９２が収容される。
　図２に示すように、造形テーブル２４は、造形槽２０の内部に配置されている。造形槽２０の前壁２０Ｆと後壁２０Ｒｒと左壁２０Ｌと右壁２０Ｒと造形テーブル２４の上面とに囲まれた空間が造形空間２０Ａである。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、水平に配置されている。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の上に粉末材料９０が積層される。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の前壁２０Ｆ、後壁２０Ｒｒ、左壁２０Ｌ、および右壁２０Ｒ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２４は、第１昇降装置２５により、昇降移動可能な範囲の上端位置である上位置２４Ｔと、昇降移動可能な範囲の下端位置である下位置２４Ｕと、の間を移動する。
　図２に示すように、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、筐体１０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、例えば、第１支持部材２６と、第１モータ（図示せず）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、造形テーブル２４の下面に接続されている。第１支持部材２６は、造形テーブル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に延びている。第１支持部材２６は、ボールねじを介して第１モータに接続されている。第１モータを駆動させることによりボールねじが回転し、第１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。第１昇降装置２５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。
　図２、３に示すように、供給槽３０は、筐体１０に設けられている。供給槽３０は、上方に開口する第２開口部３０Ｔを有する槽であり、前壁３０Ｆ、後壁３０Ｒｒ、左壁３０Ｌ、右壁３０Ｒを有する。供給槽３０は、内部に貯留空間３０Ａを有する。供給槽３０は、造形槽２０に供給する粉末材料９０を貯留する。
　図２に示すように、供給テーブル３４は、供給槽３０の内部に配置されている。供給槽３０の前壁３０Ｆと後壁３０Ｒｒと左壁３０Ｌと右壁３０Ｒと供給テーブル３４の上面とに囲まれた空間が貯留空間３０Ａである。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、水平に配置されている。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の前壁３０Ｆと後壁３０Ｒｒと左壁３０Ｌと右壁３０Ｒに沿って上下方向Ｚに昇降移動可能に構成されている。供給テーブル３４は、第２昇降装置３５により、昇降移動可能な範囲の上端位置である上位置３４Ｔと、昇降移動可能な範囲の下端位置である下位置３４Ｕと、の間を移動する。
　図２に示すように、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の構成は特に限定されない。ここでは、第２昇降装置３５は第１昇降装置２５と同様の構成を有している。第２昇降装置３５は、第１昇降装置２５と同様に動作、制御される。
　図２、３に示すように、回収槽４０は、筐体１０に設けられている。回収槽４０は、上方に開口する第３開口部４０Ｔを有する槽であり、前壁４０Ｆ、後壁４０Ｒｒ、左壁４０Ｌ、右壁４０Ｒを有する。回収槽４０は、内部に粉末材料９０を回収する回収空間４０Ａを有する。回収槽４０は、供給槽３０から造形槽２０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。
　図２に示すように、回収テーブル４４は、回収槽４０の内部に配置されている。回収槽４０の前壁４０Ｆと後壁４０Ｒｒと左壁４０Ｌと右壁４０Ｒと回収テーブル４４の上面とに囲まれた空間が、回収空間４０Ａである。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、水平に配置されているある。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の前壁４０Ｆと後壁４０Ｒｒと左壁４０Ｌと右壁４０Ｒに沿って上下方向Ｚに昇降移動可能に構成されている。回収テーブル４４は、第３昇降装置４５により、昇降移動可能な範囲の上端位置である上位置４４Ｔと、昇降移動可能な範囲の下端位置である下位置４４Ｕと、の間を移動する。
　図２に示すように、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の構成は特に限定されない。ここでは、第３昇降装置４５は、第１昇降装置２５と同様の構成を有している。第３昇降装置４５は、第１昇降装置２５と同様に動作、制御される。
　図２、３に示すように、三次元造形装置１００は、粉末材料９０に硬化液を吐出するヘッドユニット６０と、ヘッドユニット６０を支持する支持部材７０と、支持部材７０を移動させる移動機構７２と、を備えている。移動機構７２は、支持部材７０を筐体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。
　図３に示すように、移動機構７２は、筐体１０に設けられ、支持部材７０の前後方向Ｘへの移動をガイドするガイドレール１２と、ガイドレール１２の側方に配置されたプーリ７３と、プーリ７３を連結する連結ロッド７４と、プーリ７３に巻き付けられたベルト７５と、連結ロッド７４を回転させる第２モータ（図示せず）と、を備えている。第２モータは、制御装置８８と電気的に接続されており、制御装置８８により制御される。第２モータが駆動すると、連結ロッド７４が回転し、ベルト７５が走行する。これにより、支持部材７０がガイドレール１２に沿って前後方向Ｘに運動する。なお、図３以外の図では、プーリ７３、連結ロッド７４、およびベルト７５の図示は省略している。
　図２に示すように、本実施形態では、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方式は特に制限されず、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筐体１０に配置されている。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２に示すように、敷詰め部材５０は、筐体１０の上方に配置されている。敷詰め部材５０は、ヘッドユニット６０に支持されている。敷詰め部材５０は、長尺の円筒形状を有している。敷詰め部材５０は、回転可能に構成され、回転軸線が左右方向Ｙと平行になるように配置されている。図３に示すように、敷詰め部材５０の左右方向Ｙの長さＬ１は、供給槽３０の左右方向Ｙの長さＬ２より長い。三次元造形物９２の造形の際には、三次元造形物９２の断面形状の所定の厚みの分だけ、造形テーブル２４が下降しかつ供給テーブル３４が上昇する。敷詰め部材５０は、移動機構７２により前方に移動することで、供給テーブル３４に載置された所定の厚みの粉末材料９０を造形槽２０に搬送する。また、敷詰め部材５０は、造形槽２０に搬送された粉末材料９０の表面を平らに均して均一な粉末材料層を形成する。このようにして、造形空間２０Ａに粉末材料９０が敷き詰められる。
　図１、２、３に示すように第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２は、筐体１０の左右の取付部１０Ｂにそれぞれ配置されている。図４に示すように、第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２はそれぞれ、取付部１０Ｂに固定される水平部８０Ａ、８１Ａ、８２Ａと、水平部８０Ａ、８１Ａ、８２Ａに対して上方向に垂直に延びる垂直部８０Ｂ、８１Ｂ、８２Ｂと、を有している。第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２はそれぞれ、Ｌ字の形状となっている。図１に示すように、左および右の第１衝立８０の垂直部８０Ｂは、それぞれ造形槽２０の左壁２０Ｌおよび右壁２０Ｒに対して面一に配置されている。左および右の第２衝立８１の垂直部８１Ｂは、それぞれ供給槽３０の左壁３０Ｌおよび右壁３０Ｒに対して面一に配置されている。左および右の第３衝立８２の垂直部８２Ｂは、それぞれ回収槽４０の左壁４０Ｌおよび右壁４０Ｒに対して面一に配置されている。
　図２に示すように、第１衝立８０の垂直部８０Ｂは、造形テーブル２４の上位置２４Ｔよりも上方および造形槽２０の第１開口部２０Ｔよりも上方に延びている。これにより、第１衝立８０は、造形テーブル２４を上昇させたときに粉末材料９０が造形槽２０からこぼれ落ちることを防ぐ。第２衝立８１の垂直部８１Ｂは、供給テーブル３４の上位置３４Ｔよりも上方および供給槽３０の第２開口部３０Ｔよりも上方に延びている。これにより、第２衝立８１は、供給テーブル３４を上昇させたときに粉末材料９０が供給槽３０からこぼれ落ちることを防ぐ。第３衝立８２の垂直部８２Ｂは、回収テーブル４４の上位置４４Ｔよりも上方および回収槽４０の第３開口部４０Ｔよりも上方に延びている。これにより、第３衝立８２は、回収テーブル４４を上昇させたときに粉末材料９０が回収槽４０からこぼれ落ちることを防ぐ。図３に示すように、第１衝立８０の前後方向の長さ８０Ｗは、造形槽２０の前後方向の長さ２０Ｗよりも長い。第２衝立８１の前後方向の長さ８１Ｗは、供給槽３０の前後方向の長さ３０Ｗよりも長い。第３衝立８２の前後方向の長さ８２Ｗは、回収槽４０の前後方向の長さ４０Ｗよりも長い。
　第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２の材料は特に制限されず、金属材料、樹脂材料などであってもよい。造形テーブル２４、供給テーブル３４、および回収テーブル４４が上昇した際に粉末材料９０の重量により第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２に左右方向の力がそれぞれ加わる。この力に対して、第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２は、十分な強度を有していることが望ましい。また、第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２は、粉末材料９０の回収作業への影響を小さくするために、粉末材料９０が付着しにくい材料であることが望ましい。
　図４に示すように、第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２の水平部８０Ａ、８１Ａ、８２Ａのうち、筐体１０の取付部１０Ｂと接する面には、磁石８４が取り付けられている。第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２は、筐体１０に対し、磁石８４で固定されており、取付けおよび取外しが可能となっている。ヘッドユニット６０が前後方向Ｘに往復運動し、硬化層９１を形成するとき、第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２が筐体１０に取り付けられていると、第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２は、支持部材７０の往復運動を妨げてしまう。よって、三次元造形物９２の造形は、第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２を取り外した状態で行われる。このように第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２を取り外しておくことで、三次元造形物９２の造形への悪影響が回避される。三次元造形物９２の造形が完了した後、粉末材料９０を回収するときには、第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２が取り付けられる。
　なお、本実施形態では、第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２は別体となっているが、それらのうちの２つが一体化され、他の１つが別体でもよい。また、第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２は、一体化されていてもよい。また、第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２の１つまたは２つ以上は、複数の衝立を組み合わせて形成されていてもよい。
　以上、三次元造形装置１００の構成について説明した。次に、三次元造形装置１００の動作について説明する。
　三次元造形物９２を造形するには、まず三次元造形物９２の断面形状の所定の厚みの分だけ、造形テーブル２４を下降させかつ供給テーブル３４を上昇させておく。この状態で、支持部材７０を前方に移動させる。このとき、敷詰め部材５０は、供給テーブル３４上の粉末材料９０を造形槽２０に搬送し、造形空間２０Ａに粉末材料９０を敷詰め、粉末材料層を形成する。造形槽２０の余剰の粉末材料９０は、敷詰め部材５０に押され、回収槽４０に回収される。支持部材７０が前後方向Ｘに移動するとき、ラインヘッド６２から硬化液が粉末材料層に吐出されることで、硬化層９１が形成され、所望の断面形状が造形される。この動作を繰り返すことで、三次元造形物９２を造形する。
　図５に示すように、三次元造形物９２の造形が完了したとき、造形テーブル２４は、造形槽の第１開口部２０Ｔより下降している。このとき造形空間２０Ａは粉末材料９０で満たされている。この状態で、作業者は、第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２を、筐体１０の左右の取付部１０Ｂに取り付ける。
　作業者は三次元造形物９２の造形が完了すると、供給テーブル３４を下降させ、造形テーブル２４および回収テーブル４４を上昇させる（図２参照）。造形テーブル２４が上昇すると、造形テーブル２４上の三次元造形物９２および余剰の粉末材料９０は上昇する。このとき、余剰の粉末材料９０が造形槽２０からこぼれおちることが懸念される。しかし、本実施形態によれば、第１衝立８０により、粉末材料９０が造形槽２０からこぼれ落ちることは防がれる。また、回収テーブル４４が上昇すると、回収テーブル４４上の余剰の粉末材料９０は上昇する。このとき余剰の粉末材料９０が回収槽４０からこぼれおちることが懸念される。しかし、本実施形態によれば、第３衝立８２により、粉末材料９０が回収槽４０からこぼれ落ちることは防がれる。次に、作業者は、三次元造形物９２を取り出す。その結果、造形テーブル２４の上には余剰の粉末材料９０が残される。また、回収テーブル４４の上にも余剰の粉末材料９０が残される。作業者は、造形テーブル２４上および回収テーブル４４上の残った粉末材料９０を、手またはスコップ等により供給槽３０に押しやることで回収する。余剰の粉末材料９０は造形槽２０の第１開口部２０Ｔおよび回収槽４０の第３開口部４０Ｔと同等の位置またはそれよりも高い位置にあるので、作業者はスコップ等を水平に移動させるだけで、粉末材料９０を供給槽３０に回収することができる。スコップ等を造形槽２０の内部および回収槽４０の内部から持ち上げなくても、供給槽３０に粉末材料９０を回収することができる。
　本実施形態の三次元造形装置１００によれば、三次元造形物９２の造形が完了した後、第１衝立８０、第２衝立８１、第３衝立８２を取り付けるので、余剰の粉末材料９０をこぼさずに比較的高い位置まで上昇させることができる。そのため、例えばスコップ等で水平方向の一方側に押しやることにより、粉末材料９０を供給槽３０に容易に戻すことができる。造形槽２０の中からスコップ等を持ち上げる作業は不要となる。したがって、粉末材料９０を供給槽３０に回収する作業の負担軽減および高効率化を図ることができる。
　本実施形態に係る三次元造形装置１００によれば、第１衝立８０は、造形槽２０の第１開口部２０Ｔよりも上方に延びている。そのため、粉末材料９０の回収に際して、造形テーブル２４上の粉末材料９０をこぼすことなく、より高い位置まで上昇させることができる。したがって、粉末材料９０を回収する作業の負担をより軽減することができ、より高効率化することができる。
　本実施形態に係る三次元造形装置１００によれば、第２衝立８１は、供給槽３０の第２開口部３０Ｔよりも上方に延びている。そのため、粉末材料９０の回収に際して、供給槽３０の第２開口部３０Ｔよりも高い位置に粉末材料９０が堆積しても、粉末材料９０が供給槽３０からこぼれ落ちることが防がれる。したがって、粉末材料９０を回収する作業を高効率化することができる。
　本実施形態に係る三次元造形装置１００によれば、第３衝立８２は、回収槽４０の第３開口部４０Ｔよりも上方に延びている。そのため、粉末材料９０の回収に際して、回収テーブル４４上の粉末材料９０をこぼすことなく、より高い位置まで上昇させることができる。したがって、粉末材料９０を回収する作業の負担をより軽減することができ、より高効率化することができる。
　本実施形態に係る三次元造形装置１００によれば、第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２は、それぞれ着脱可能な構造である。そのため、三次元造形物９２の造形の際には、第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２を取り外しておくことができる。また、三次元造形物９２の造形が完了した後、粉末材料９０を回収する際には、第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２が取り付けられる。このことにより、三次元造形物９２の造形への悪影響が回避され、粉末材料９０の回収の際には、回収作業を高効率化することができる。
　従来技術では、三次元造形物を造形した後、周りの余剰の粉末材料を取り除いて、造形槽２０の内部から三次元造形物を取り出す必要があった。作業者は、深くかがんだ姿勢でこのような作業を行う必要があった。しかし、本実施形態に係る三次元造形装置１００によれば、三次元造形物９２の造形が完了した後、造形テーブル２４を上昇させるので、三次元造形物９２を比較的高い位置まで上昇させることができる。そのため、作業者は、深くかがんだ姿勢をとらなくても、三次元造形物９２の周囲の余剰の粉末材料を取り除くことができる。また、造形槽２０の中から三次元造形物９２を持ち上げる作業は不要となる。したがって、三次元造形物９２を取り出す作業の更なる負担軽減および高効率化を図ることができる。
　以上、本発明の一実施形態について説明した。しかし、上述の実施形態は例示に過ぎず、本発明は他にも種々の形態で実施可能である。
　上述した実施形態では、第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２は別体となっているが、それらのうち、２つが一体化され、他の１つが別体でもよい。また、第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２は、一体化されていてもよい。衝立が一体となっていることで、それぞれの衝立の間に隙間がなくなるため、隙間から粉末材料９０がこぼれ落ちることが防がれる。また、衝立が一体となっていることで、一回の動作で複数の衝立を同時に取り付けることができる。衝立の取付作業の回数が減るので、取付作業の容易化および高効率化を図ることができる。一方、第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２が別体の場合、粉末材料９０がこぼれ落ちることが懸念される箇所にのみ衝立を取り付けることができる。例えば、回収槽４０から粉末材料を回収しない場合、第１衝立８０および第２衝立８１を取り付けることにより、造形槽２０から供給槽３０に粉末材料を回収するようにしてもよい。この場合、第３衝立８２の取付作業を省略することができ、作業の高効率化を図ることができる。また、第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２が別体の場合、１個当たりの衝立のサイズが小さくなり、軽量化されるため、取り扱いの容易化を図ることができる。なお、第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２の各々は、必ずしも単一の部材でなくてもよい。第１衝立８０、第２衝立８１、または第３衝立８２は、複数の部材を組み合わせて形成されていてもよい。
　上述した実施形態では、第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２は、磁石８４にて取付部１０Ｂに固定されているが、固定の方法は、磁石８４以外のものを用いてもよい。例えば、第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２のそれぞれの水平部８０Ａ、８１Ａ、８２Ａと、取付部１０Ｂと、をボルトで固定してもよい。また、第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２が、粉末材料９０回収時にかかる左右方向の力によっても動かないほどの重量を有する場合、固定機構は無くてもよい。第１衝立８０、第２衝立８１、および第３衝立８２は、単に取付部１０Ｂに載せられることにより設置されていてもよい。
　上述した実施形態では、三次元造形物９２の造形が完了した後、造形テーブル２４を上昇させてから三次元造形物９２を取り出すこととした。しかし、造形テーブル２４を上昇させる前に、三次元造形物９２を造形槽２０から取り出し、その後に造形テーブル２４を上昇させてもよい。
２０　　　造形槽
２４　　　造形テーブル
２５　　　第１昇降装置
３０　　　供給槽
８０　　　第１衝立
８１　　　第２衝立
８２　　　第３衝立
８４　　　磁石
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 (14)

  1. 　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、
    　前記三次元造形物が造形される造形槽と、
    　前記造形槽に配置され、前記粉末材料が載置される造形テーブルと、
    　前記造形槽に配置され、前記造形テーブルを上位置と下位置との間で上昇および下降させる昇降装置と、
    　前記造形槽に対して水平方向の一方側に位置し、前記粉末材料を貯留すると共に、前記造形槽に前記粉末材料を供給する供給槽と、
    　前記造形槽に設けられ、前記水平方向に延びかつ前記造形テーブルの前記上位置よりも上方に延びる第１衝立と、を備える三次元造形装置。
  2. 　前記造形槽は、上方に開口する第１開口部を有し、
    　前記第１衝立は、前記第１開口部よりも上方に延びている、
    　請求項１に記載の三次元造形装置。
  3. 　前記供給槽は、上方に開口する第２開口部を有し、
    　前記供給槽に設けられ、前記水平方向に延びかつ前記第２開口部よりも上方に延びる第２衝立を備える請求項１または２に記載の三次元造形装置。
  4. 　前記第１衝立および前記第２衝立が一体となった、請求項３に記載の三次元造形装置。
  5. 　前記造形槽に対して前記水平方向の他方側に位置し、前記造形槽から前記粉末材料を回収する回収槽を備え、
    　前記回収槽は、上方に開口する第３開口部を有し、
    　前記回収槽に設けられ、前記水平方向に延びかつ前記第３開口部よりも上方に延びる第３衝立を備える請求項１または２に記載の三次元造形装置。
  6. 　前記第１衝立および前記第３衝立が一体となった、請求項５に記載の三次元造形装置。
  7. 　前記供給槽は、上方に開口する第２開口部を有し、
    　前記供給槽に設けられ、前記水平方向に延びかつ前記第２開口部よりも上方に延びる第２衝立と
    　前記造形槽に対して前記水平方向の他方側に位置し、前記造形槽から前記粉末材料を回収する回収槽と、を備え
    　前記回収槽は、上方に開口する第３開口部を有し、
    　前記回収槽に設けられ、前記水平方向に延びかつ前記第３開口部よりも上方に延びる第３衝立を備える
    　請求項１または２に記載の三次元造形装置。
  8. 　前記第１衝立、前記第２衝立および前記第３衝立が一体となった、請求項７に記載の三次元造形装置。
  9. 　前記第１衝立は、前記造形槽に着脱可能に取り付けられている、請求項１に記載の三次元造形装置。
  10. 　前記第１衝立および前記造形槽の一方は磁石を有し、他方は前記磁石と吸着する磁性体を有している、請求項９に記載の三次元造形装置。
  11. 　前記第２衝立は、前記供給槽に着脱可能に取り付けられている、請求項３に記載の三次元造形装置。
  12. 　前記第２衝立および前記供給槽の一方は磁石を有し、他方は前記磁石と吸着する磁性体を有している、請求項１１に記載の三次元造形装置。
  13. 　前記第３衝立は、前記回収槽に着脱可能に取り付けられている、請求項５に記載の三次元造形装置。
  14. 　前記第３衝立および前記回収槽の一方は磁石を有し、他方は前記磁石と吸着する磁性体を有している、請求項１３に記載の三次元造形装置。
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