JP2001334583A - 三次元造形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周囲に粉末材料を飛散させることがなく、結
合強度の高い三次元造形物を自動生成すること。 【解決手段】 粉末供給部４０に対して粉末材料を補充
する際に、粉末供給部４０の上部側に設けられた容器装
着部４３に対して粉末材料容器３０を装着すればよいよ
うに構成される。また、造形機構部６０において造形ス
テージ６２上への造形動作が終了すると、造形ステージ
６２を下降させるとともに、搬送機構部６５が作用して
造形ステージ６２上の網状トレイ９及び三次元造形物９
１を粉末除去部７０の処理室７２へ搬送する。そして、
その処理室７２にて三次元造形物９１に付着した未結合
粉末の除去及び後処理が自動で行われるように構成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元造形技術に
関するものであって、特に、結合剤を付与して粉末を結
合させることにより、三次元造形物を生成する三次元造
形技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、所定のステージ上に粉末材料
を薄層状に伸展させ、その層の所定部分にバインダを付
与することで粉末を結合させた結合体を形成させ、薄層
形成とバインダ付与とを繰り返すことによって三次元造
形物を生成する三次元造形装置が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
三次元造形装置に対して造形材料となる粉末材料を補充
する際には、ユーザ自身が袋等に入った粉末材料を三次
元造形装置の粉末槽に注ぎ込む作業を行わなければなら
なかった。

【０００４】また、従来の三次元造形装置においては、
最終的な三次元造形物を得るために、ユーザが造形過程
でバインダの付与されなかった粉末材料を三次元造形物
から除去する作業を行わなければならなかった。

【０００５】さらに、従来の三次元造形装置にて得られ
る三次元造形物は、粉末材料を所定のバインダによって
結合させただけのものであるため、その表面は脆いもの
であった。このため、ユーザが三次元造形物を取り出し
た後、三次元造形物に対して結合強度を増加させるため
の後処理を手作業で行わなければならなかった。

【０００６】上記のようなユーザが行う作業は、いずれ
も手間と労力とを伴うものであるばかりか、ユーザの手
や服等を汚してしまう恐れがあり問題となる。また、作
業中に粉末材料が装置外の周辺に飛散することが問題と
なる。

【０００７】そこで、この発明は、上記課題に鑑みてな
されたものであって、周囲に粉末材料を飛散させること
がなく、結合強度の高い三次元造形物を自動生成するこ
とのできる三次元造形装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、粉末材料に結合材を付与
して前記粉末材料を結合させることにより、前記粉末材
料の結合体を順次形成して三次元造形物を生成する三次
元造形装置であって、前記三次元造形物を生成する造形
機構部と、前記粉末材料を収容し、前記造形機構部に対
して前記粉末材料の供給を行う粉末供給手段とを備え、
前記粉末供給手段の上部側に交換可能な粉末材料容器を
装着する容器装着部が設けられることを特徴としてい
る。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の三次元造形装置において、前記粉末供給手段が、前記
造形機構部の上方位置に配置されていることを特徴とし
ている。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の三次元造形装置において、前記造形機構
部に対して前記結合材を供給するための結合材収容部を
さらに備え、前記結合材収容部が、前記造形機構部の上
方位置に配置されていることを特徴としている。

【００１１】請求項４に記載の発明は、粉末材料に結合
材を付与して前記粉末材料を結合させることにより、前
記粉末材料の結合体を順次形成して三次元造形物を生成
する三次元造形装置であって、前記粉末材料の所定部分
に対して前記結合材を付与して前記三次元造形物を生成
する造形機構部と、前記三次元造形物に付着した未結合
粉末を除去する未結合粉末除去手段とを備えている。

【００１２】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の三次元造形装置において、前記造形機構部において生
成された前記三次元造形物を前記未結合粉末除去手段に
おいて前記未結合粉末の除去可能な位置に自動搬送する
搬送手段をさらに備えている。

【００１３】請求項６に記載の発明は、請求項４又は請
求項５に記載の三次元造形装置において、前記未結合粉
末を除去して得られる前記三次元造形物に対して所定の
後処理を施す後処理手段をさらに備えている。

【００１４】請求項７に記載の発明は、請求項６に記載
の三次元造形装置において、前記後処理が、前記未結合
粉末を除去して得られる前記三次元造形物に対して所定
の硬化材料を含浸させる処理であることを特徴としてい
る。

【００１５】請求項８に記載の発明は、請求項７に記載
の三次元造形装置において、前記後処理手段に対して前
記硬化材料を供給するための硬化材料容器が、前記造形
機構部の上方位置に設置されることを特徴としている。

【００１６】請求項９に記載の発明は、請求項６ないし
請求項８のいずれかに記載の三次元造形装置において、
前記後処理手段による前記後処理と、前記未結合粉末除
去手段による前記未結合粉末の除去とが、前記三次元造
形物を同一位置に置いた状態で行うことを特徴としてい
る。

【００１７】請求項１０に記載の発明は、請求項４ない
し請求項９のいずれかに記載の三次元造形装置におい
て、前記未結合粉末除去手段による粉末除去部が、前記
造形機構部による造形領域の横方向側に設置されること
を特徴としている。

【００１８】請求項１１に記載の発明は、請求項４ない
し請求項１０のいずれかに記載の三次元造形装置におい
て、前記粉末材料を収容し、前記造形機構部に対して前
記粉末材料の供給を行う粉末供給手段と、前記未結合粉
末除去手段によって前記三次元造形物から除去された前
記未結合粉末を回収し、前記粉末供給手段に搬送する粉
末搬送手段とをさらに備えている。

【００１９】請求項１２に記載の発明は、請求項４ない
し請求項１１のいずれかに記載の三次元造形装置におい
て、前記造形機構部による前記三次元造形物の生成と、
前記未結合粉末除去手段による前記未結合粉末の除去と
を、並列的に行うことを特徴としている。

【００２０】請求項１３に記載の発明は、粉末材料に結
合材を付与して前記粉末材料を結合させることにより、
前記粉末材料の結合体を順次形成して三次元造形物を生
成する三次元造形装置であって、前記粉末材料を収容
し、前記三次元造形物の生成の際に前記粉末材料を供給
する粉末供給手段と、前記三次元造形物の生成の際に、
前記結合材の付与されなかった前記粉末材料を回収し、
前記粉末供給手段に搬送する粉末搬送手段とを備えてい
る。

【００２１】請求項１４に記載の発明は、請求項１１又
は請求項１３に記載の三次元造形装置において、前記粉
末搬送手段が、前記粉末材料を乾燥させる乾燥手段を備
えている。

【００２２】請求項１５に記載の発明は、請求項１１又
は請求項１３に記載の三次元造形装置において、前記粉
末搬送手段が、所定の大きさ以下の前記粉末材料のみを
抽出するフィルタを備えている。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００２４】＜１．第１の実施の形態＞図１は、この発
明の第１の実施の形態における三次元造形装置１００を
示す概略図である。この三次元造形装置１００は、所定
の粉末材料に結合材を付与して粉末材料を結合させるこ
とにより、粉末材料の結合体を順次形成していき、最終
的な結合体として三次元造形物を生成するものである。

【００２５】三次元造形装置１００は、制御部１０と、
制御部１０にそれぞれ電気的に接続するバインダ付与部
２０と造形部６と粉末供給部４０と粉末伸展部５０と粉
末回収機構８０とを備えて構成される。また、造形部６
には造形機構部６０と粉末除去部７０とが一体的に構成
される。

【００２６】制御部１０は、コンピュータ１１と、コン
ピュータ１１と電気的に接続する駆動制御部１２と、駆
動制御部１２と電気的に接続するノズルヘッド駆動部１
３とを備えている。

【００２７】コンピュータ１１は、内部にＣＰＵやメモ
リ等を備えて構成される一般的な卓上型コンピュータ等
である。このコンピュータ１１は、三次元形状の造形対
象物を形状データとしてデータ化し、それを平行な幾層
もの薄い断面体にスライスして得られる断面データを駆
動制御部１２に対して出力する。

【００２８】駆動制御部１２は、コンピュータから得ら
れる断面データに基づいて各部の動作を制御する制御手
段として機能する。駆動制御部１２は、コンピュータ１
１から断面データを取得すると、その断面データに基づ
いて上記の各部に対して駆動指令を与えることにより造
形部６の造形機構部６０において粉末材料の一層ごとの
粉末の結合体を順次形成する動作を統括的に制御する。
また、造形終了後は結合されなかった未結合粉末を、造
形部６の粉末除去部７０において除去するとともに、生
成された三次元造形物に対して後処理を施すための各動
作を統括的に制御する。

【００２９】バインダ付与部２０は、粉末材料を結合さ
せるための結合材となる液状のバインダを収容するタン
ク部２１、タンク部２１内のバインダを吐出させるノズ
ルヘッド２２、ノズルヘッド２２を水平ＸＹ平面で移動
させるＸＹ方向駆動部２３を備えている。

【００３０】タンク部２１は、それぞれ異なる色のバイ
ンダを収容する複数のタンク（この例では４つのタン
ク）２１ａ〜２１ｄを備えている。具体的には、それぞ
れのタンク２１ａ〜２１ｄには、Ｙ（イエロー）、Ｍ
（マジェンタ）、Ｃ（シアン）の色料の３原色およびＷ
（ホワイト）に着色されたバインダが収容されている。
ここで、着色されたバインダは、粉末と結合しても変色
しないものであり、長時間経過しても変色・退色しない
ものを使用するのが望ましい。

【００３１】ノズルヘッド２２は、ＸＹ方向駆動部２３
の下部に固定されており、ＸＹ方向駆動部２３とともに
一体となってＸＹ平面内で移動自在となっている。ま
た、ノズルヘッド２２はタンク部２１のタンク数と同数
の吐出ノズル２２ａ〜２２ｄを備え、各吐出ノズル２２
ａ〜２２ｄはタンク２１ａ〜２１ｄと４本のチューブで
個別に連結されている。各吐出ノズル２２ａ〜２２ｄ
は、例えばインクジェット方式等で微小な液滴として各
バインダを吐出（噴出）するノズルである。各吐出ノズ
ル２２ａ〜２２ｄによるバインダの吐出は、ノズルヘッ
ド駆動部１３によって個別に制御されており、各吐出ノ
ズル２２ａ〜２２ｄから吐出されるバインダはノズルヘ
ッド２２に対向する位置に設けられている造形機構部６
０の粉末層９２に付着する。

【００３２】ＸＹ方向駆動部２３は、駆動部本体２３ａ
およびガイドレール２３ｂを備えている。駆動部本体２
３ａは、ガイドレール２３ｂに沿ってＸ方向への往復移
動が可能であるとともに、Ｙ方向への往復移動が可能と
なっている。よって、ノズルヘッド２２は、ＸＹ方向駆
動部２３によりＸ軸およびＹ軸によって規定される平面
内で移動できることとなる。すなわち、ＸＹ方向駆動部
２３は、ノズルヘッド駆動部１３からの駆動指令に基づ
いてノズルヘッド２２を、その平面における駆動範囲内
で任意の位置に移動させることができる。そして、ノズ
ルヘッド駆動部１３は、ＸＹ平面におけるノズルヘッド
２２の位置に応じて複数の吐出ノズル２２ａ〜２２ｄの
うちから選択的にバインダ吐出を行うように制御し、造
形機構部６０の粉末層９２の必要な部分にバインダを付
与する。

【００３３】造形機構部６０は、凹状部を有する造形機
構部本体６１、造形機構部本体６１の凹状部の底面を形
成するように設けられている造形ステージ６２、造形ス
テージ６２をＺ方向に移動させるＺ方向移動部６３と、
Ｚ方向移動部６３を駆動する駆動部６４を備えている。

【００３４】造形機構部本体６１は、粉末材料を用いて
三次元造形物９１を生成するための作業領域を提供する
役目を果たしている。また、造形機構部本体６１は、そ
の上部一端側に、粉末供給部４０から供給される粉末材
料を一時的に保持する粉末仮置部６１ｂを有している。

【００３５】造形ステージ６２は、ＸＹ断面において矩
形型の形状を有し、その側面が造形機構部本体６１にお
ける凹状部の垂直内壁６１ａと接している。また、造形
ステージ６２には網状トレイ９が載置される。そして、
この造形ステージ６２と造形機構部本体６１の垂直内壁
６１ａとで形成される直方体状の三次元空間（つまり、
凹状部の空間）が、三次元造形物９１を生成するための
造形領域として機能する。そして、造形ステージ６２の
網状トレイ９上に粉末材料の薄層が一層ごとに順次形成
されるとともに、一層形成ごとに各吐出ノズル２２ａ〜
２２ｄから吐出されるバインダにより、造形ステージ６
２上にて粉末材料の必要な部分を接合させて造形物が作
成されることとなる。

【００３６】Ｚ方向移動部６３は、造形ステージ６２と
連結する支持棒６３ａを有している。そして、支持棒６
３ａが、駆動部６４によって垂直方向に移動されること
により、支持棒６３ａと連結する造形ステージ６２のＺ
方向の移動が可能となる。

【００３７】また、造形機構部本体６１の側壁部には、
造形機構部６０にて生成された三次元造形物９１を粉末
除去部７０に搬送するための搬送機構部６５が設けられ
ている。搬送機構部６５は、搬送駆動部６６と伸縮部材
６７と押し出し部材６８とを備えている。

【００３８】搬送駆動部６６はシリンダ等によって構成
され、駆動制御部１２によって駆動制御が行われる。ま
た、伸縮部材６７は、搬送駆動部６６の駆動によって水
平方向（Ｘ方向）に伸縮する。押し出し部材６８は伸縮
部材６７の先端部に連結されており、伸縮部材６７の伸
縮動作に連動して水平方向（Ｘ方向）への移動を行う。

【００３９】造形ステージ６２上に粉末材料の結合体と
して三次元造形物９１が形成されると、造形ステージ６
２が所定位置まで下降する。この所定位置とは、押し出
し部材６８が網状トレイ９を横方向（Ｘ方向）に押し出
すことが可能な位置である。

【００４０】そして、搬送機構部６５は、造形ステージ
６２が下降した後に、網状トレイ９及び三次元造形物９
１を造形機構部６０の横方向（Ｘ方向）に隣接して設置
された粉末除去部７０に押し出し搬送するように構成さ
れている。具体的には、造形機構部６０と粉末除去部７
０との間に設けられた開口部７０ｂを通過して、三次元
造形物９１が粉末除去部７０に搬送されるのである。

【００４１】粉末除去部７０においては、搬送機構部６
５から搬送される網状トレイ９を搬送するための複数の
搬送ローラ７３ｂが設けられている。また、搬送ローラ
７３ｂは搬送機構部６５から受け取る網状トレイ９を処
理室７２の中央付近の位置で支持する機能も有する。搬
送ローラ７３ｂは、駆動部７３ａによって正逆の双方向
に回動可能となっている。なお、駆動部７３ａはモータ
等によって構成され、駆動制御部１２によって制御され
る。

【００４２】粉末除去部７０における処理室７２の上方
側には、送風ブロア７７が設けられている。送風ブロア
７７はモータ７６によって回転駆動され、下方向に向け
て送風を行う。また、搬送ローラ７３ｂの下方側には、
粉末材料の回収部７１が設けられている。

【００４３】そして、処理室７２の中央付近に搬送され
た三次元造形物９１からバインダの付与されていない未
結合粉末を除去するために、粉末除去部７０において、
搬送ローラ７３ｂがその上部に網状トレイ９を載置した
状態で所定角度範囲内での往復回転運動を行う。この往
復運動により、上部の網状トレイ９及び三次元造形物９
１はＸ方向に沿って振動が与えられることとなり、三次
元造形物９１の表面に付着している未結合粉末が振るい
落とされる。振るい落とされた粉末材料は、網状トレイ
９の隙間及び搬送ローラ７３ｂの間を通って、回収部７
１に堆積することとなる。また、上記のような搬送ロー
ラ７３ｂによる振動で、未結合粉末材料を振るい落とす
際には、処理室７２の上部に設けられた送風ブロア７７
が動作することで、振動では除去しにくい部分に付着し
ている未結合粉末を風力で下方向に吹き飛ばすように構
成されている。

【００４４】したがって、粉末除去部７０においては、
搬送ローラ７３ｂによる振動と、送風ブロア７７とが作
用することで、三次元造形物９１から未結合粉末を良好
に除去することができる。つまり、搬送ローラ７３ｂと
送風ブロア７７とは未結合粉末除去手段として機能する
のである。このような粉末除去部７０により、三次元造
形装置１００における一連の動作の一部として自動的に
未結合粉末の除去を行うことが可能であるため、三次元
造形物９１の生成後にユーザ自らが未結合粉末を除去す
る必要がなく、手や服を汚すこともない。

【００４５】また、この実施の形態においては、粉末除
去部７０は後処理部としても機能する。後処理として
は、例えばバインダによって結合された粉末材料により
形成される三次元造形物９１の結合強度（硬化強度）を
高める処理や、三次元造形物９１の表面に保護膜等を形
成する処理等がある。この実施の形態においては、処理
室７２の上方側には、樹脂等の硬化材料を噴霧するスプ
レーノズル７４が配置されている。粉末除去部７０の上
方側には液状の硬化材料を収容する交換可能な硬化材料
容器７５が設けられており、この硬化材料容器７５から
スプレーノズル７４に対して硬化材料の供給が行われ
る。

【００４６】そして、処理室７２の未結合粉末の除去が
行われた三次元造形物９１に対して後処理を施すため
に、粉末除去部７０においてスプレーノズル７４から硬
化材料を噴霧する。スプレーノズル７４から噴出される
硬化材料は、搬送ローラ７３ｂ上の三次元造形物９１に
含浸する。そして、スプレーノズル７４からの噴霧を開
始してから所定時間が経過すると、三次元造形物９１に
対して適量の硬化材料が含浸する。そして、その後、送
風ブロア７７を動作させて三次元造形物９１に含浸され
た硬化材料を乾燥させることで、三次元造形物９１の結
合強度を向上させることができる。したがって、スプレ
ーノズル７４と送風ブロア７７とは三次元造形物９１に
対して後処理を施す後処理手段として機能することとな
る。

【００４７】上記のようにして後処理が終了すると、三
次元造形物９１を搬出する動作が行われる。粉末除去部
７０の開口部７０ｂに対向する壁面側には、開口部７０
ｃが設けられており、その開口部７０ｃの外側には複数
の搬送ローラ７３ｃが設けられている。この搬送ローラ
７３ｃも上記搬送ローラ７３ｂと同様に、駆動部７３ａ
によって駆動される。そして、後処理が終了すると、駆
動部７３ａは搬送ローラ７３ｂ，７３ｃを所定方向に回
転駆動して、網状トレイ９及び三次元造形物９１が搬送
ローラ７３ｃ上に至るまでＸ方向に沿って搬送する。そ
して、網状トレイ９が搬送ローラ７３ｃ上に搬送される
と、ユーザは後処理まで完了した三次元造形物９１を取
得することができる。

【００４８】なお、粉末除去部７０においては処理室７
２の天井部分となる所定位置にも開口部７０ａが形成さ
れている。この開口部７０ａは、粉末伸展部５０のブレ
ード５１が造形ステージ６２上に粉末材料を伸展して一
層ごとの粉末層９２を形成する際に、余剰した粉末材料
を回収部７１へ導くためのものである。つまり、ブレー
ド５１をＸ方向に沿って移動させることで造形ステージ
６２上に１層分の粉末層９２を形成する際に、ブレード
５１を少なくとも開口部７０ａよりもＸ方向側に移動さ
せることで、粉末材料の余剰分は開口部７０ａから落下
し、粉末除去部７０の処理室７２を通って回収部７１に
堆積することになるのである。

【００４９】回収部７１の底部には粉末搬送用スクリュ
ー８２が設けられている。この粉末搬送用スクリュー８
２は、回収した粉末材料を粉末供給部４０に搬送するた
めの粉末回収機構８０の一部を構成する。

【００５０】粉末回収機構８０は、上記粉末搬送用スク
リュー８２の他、粉末搬送管８１と駆動部８３とを備え
て構成される。粉末搬送管８１は、回収部７１の底部か
ら粉末供給部４０のタンク部４１内部へと配置されてい
る。そして、この粉末搬送管８１の内部には、柔軟な部
材で形成された粉末搬送用スクリュー８２が回収部７１
の底部からタンク部４１内部の管端部８４付近まで配置
されている。図１に示すように、粉末搬送管８１は２カ
所に屈曲部８１ａ，８１ｂを有するが、粉末搬送用スク
リュー８２は柔軟な部材で形成されていることから、そ
のような屈曲部８１ａ，８１ｂにおいても粉末搬送管８
１に沿って屈曲した状態で配置される。ただし、これら
屈曲部８１ａ，８１ｂは、曲げ半径が大きくなるように
設定され、スクリューの回転力が屈曲部の前後で有効に
スクリューの回転力として伝達されるように構成するこ
とが好ましい。

【００５１】そして、粉末搬送用スクリュー８２の一端
側は、モータ等によって構成される駆動部８３の回転軸
に連結されており、駆動部８３が所定方向に回転駆動を
行うことで、粉末搬送用スクリュー８２もスクリューの
中心軸回りに所定方向への回転動作を行う。この回転力
は、屈曲部８１ａ，８１ｂにおいても有効に粉末搬送用
スクリュー８２に伝達され、粉末搬送管８１の内部に設
けられた粉末搬送用スクリュー８２は全体的に駆動部８
３に連動してその中心軸回りの回転動作を行う。

【００５２】この結果、回収部７１に堆積した粉末材料
は、粉末搬送用スクリュー８２によって粉末搬送管８１
の内部を搬送され、粉末供給部４０におけるタンク部４
１の内部に再供給されることとなり、粉末材料の再利用
を行うことが可能になる。

【００５３】粉末供給部４０は、粉末材料を収容するタ
ンク部４１と、タンク部４１からの粉末供給口（出口）
に設けられ、駆動制御部１２からの指令によってタンク
部４１の粉末供給口を開閉させる締切板４２とを備えて
いる。

【００５４】タンク部４１には、例えば白色の粉末材料
が収容されている。この粉末材料は、三次元造形物９１
の形成における材料となるもので、例えば、デンプン
粉、樹脂粉末などが使用される。

【００５５】また、タンク部４１の上部側には、交換可
能な粉末材料容器３０を装着する容器装着部４３が設け
られている。図２は、粉末材料容器３０の蓋部分を示す
図である。図２（ａ）に示すように、粉末材料容器３０
の蓋部分は内蓋３２と外蓋３３とを備えた二重構造とな
っている。

【００５６】内蓋３２には、内部に収容される粉末材料
を外部に導くための扇形状の開口部３２ａが粉末材料容
器３０の中心線３４を挟んで対称な位置に２個設けられ
ている。この開口部３２ａの扇形は、例えば中心角が９
０度以下に設定される。そして、この内蓋３２は容器本
体部３１に固着される。

【００５７】また、外蓋３３にも、粉末材料を外部に導
くための扇形状の開口部３３ａが粉末材料容器３０の中
心線３４を挟んで対称な位置に２個設けられている。こ
の開口部３３ａの扇形も、例えば中心角が９０度以下に
設定される。そして、この外蓋３３は内蓋３２に装着さ
れるとともに、中心線３４を回転中心として回動可能な
ように構成される。

【００５８】そして、粉末材料容器３０をタンク部４１
に装着する前の状態では、図２（ｂ）に示すように内蓋
３２の開口部３２ａと外蓋３３の開口部３３ａとが互い
に９０度程度ずれた位置関係にある。このため、外蓋３
３が内蓋３２の開口部３２ａを閉塞することとなり、粉
末材料容器３０を如何なる姿勢にしたとしても内部の粉
末材料が外部に漏れることはない。

【００５９】一方、粉末材料容器３０をタンク部４１に
装着した後の状態では、図２（ｃ）に示すように内蓋３
２の開口部３２ａの位置と、外蓋３３の開口部３３ａの
位置とが一致し、内部に収容される粉末材料が各開口部
３２ａ，３３ａを介して容器外部に導かれることとな
る。

【００６０】具体的に、粉末材料容器３０をタンク部４
１に設置し、タンク部４１の粉末材料を補充する場合の
作用について説明する。図３は、タンク部４１に粉末材
料容器３０を設置する態様を示す図である。

【００６１】図３（ａ）に示すように、タンク部４１の
上部側に設けられた容器装着部４３には、粉末材料容器
３０の蓋部分を挿入するための開口部４３ａと、その開
口部４３ａの一部に設けられた突起部４３ｂとによって
形成される。一方、粉末材料容器３０の外蓋３３の側面
部には、上記突起部４３ｂと咬合する図示しない溝部を
有している。したがって、粉末材料容器３０を容器装着
部４３に装着する際には、上記の突起部４３ｂと外蓋３
３の溝部とが咬合する状態で装着される。この結果、図
３（ｂ）に示すように、タンク部４１の上部側に粉末材
料容器３０が装着される。

【００６２】しかし、図３（ｂ）に示す状態では、粉末
材料容器３０の内蓋３２と外蓋３３との開口部の位置が
一致しておらず、容器内部の粉末材料はタンク部４１に
は供給されない。そのため、図３（ｂ）に示す状態にお
いて、図示しない容器本体回動手段やユーザの手動操作
等によって容器本体部３１を中心線３４の回りに９０度
程度回動させる。このとき、外蓋３３の溝部は突起部４
３ｂと咬合しているため、外蓋３３が回動することはな
く、容器本体部３１と内蓋３２とが中心線３４回りに回
動することとなる。この結果、図３（ｃ）に示すよう
に、内蓋３２の開口部３２ａの位置と、外蓋３３の開口
部３３ａの位置とが一致し、粉末材料容器３０の蓋部分
が開放された状態となる。そして、粉末材料容器３０に
収容されている粉末材料は自重によって開口部３２ａ，
３３ａを介してタンク部４１の内部へと供給されること
となり、タンク部４１の粉末材料が補充されることにな
る。

【００６３】このように、タンク部４１の上部側に交換
可能な粉末材料容器３０を装着するための容器装着部４
３を設けることによって、その容器装着部４３に装着さ
れる粉末材料容器３０から粉末材料が自重でタンク４１
の内部に補充される構成となる。そして、容器装着部４
３に粉末材料容器３０の蓋部分を開放するための開放手
段となる突起部４３ｂを設けておくことにより、粉末材
料容器３０の粉末材料をタンク部４１の外部に飛散させ
ることがない。つまり、突起部４３ｂを設けておくこと
で、粉末材料容器３０をタンク部４１に装着した状態で
蓋部分の開放を行うことができ、周囲の環境へ粉末材料
を飛散させることなくタンク部４１への粉末材料の補充
を行うことができるのである。

【００６４】なお、上記説明においては、粉末材料容器
３０の蓋部分は内蓋３２と外蓋３３とが二重構造となっ
ている例について説明したが、これに限定されるもので
はなく、例えば容器の口にアルミ箔等を貼り付けたもの
であってもよい。そして、容器装着部４３には粉末材料
容器３０の装着と同時に、そのアルミ箔等を破る機構を
開放手段として設ければ、装置周囲の環境に粉末材料を
飛散させることなくタンク部４１への粉末材料の補充が
可能である。

【００６５】図１に戻り、締切板４２は、駆動制御部１
２による駆動指令に基づいて水平方向（Ｘ方向）にスラ
イドできるようになっており、造形機構部６０の粉末仮
置部６１ｂに対して、タンク部４１に収容される粉末の
供給および停止を行う。

【００６６】粉末伸展部５０は、ブレード５１と、ブレ
ード５１の動作を規制するガイドレール５２と、ブレー
ド５１を移動させる駆動部５３とを備えている。

【００６７】ブレード５１は、Ｙ方向に長く、下部先端
が尖った刃状の形状を有している。ブレード５１のＹ方
向の長さは、三次元空間におけるＹ方向の幅をカバーで
きる長さとなっている。なお、ブレード５１による粉末
材料の伸展（拡散）が円滑に行えるように、ブレードに
微小振動を与えるバイブレーション機構を付加しても良
い。

【００６８】駆動部５３は、ブレード５１を垂直方向
（Ｚ方向）に昇降移動させたり、水平方向（Ｘ方向）に
往復移動させることが可能である。そして、駆動制御部
１２からの指令に基づいて駆動部５３が動作することに
より、ブレード５１のＸ方向及びＺ方向の移動が可能と
なる。

【００６９】次に、上記のように構成された三次元造形
装置１００において、実際に三次元造形物を生成する際
の動作について説明する。図４は、三次元造形装置１０
０の動作手順を示すフローチャートである。以下、同図
を参照して、その基本動作を説明する。

【００７０】ステップＳ１では、コンピュータ１１が、
表面にカラー模様等が施された三次元造形対象物を表現
したモデルデータが作成される。造形するための基にな
る形状データには、一般の三次元ＣＡＤモデリングソフ
トウェアで作成されるカラー三次元モデルデータを使用
することができる。また、三次元形状入力装置で計測さ
れた形状データおよびテクスチャを利用することも可能
である。

【００７１】モデルデータにおいては、色情報が三次元
モデルの表面にのみ付与されているもの、または色情報
がモデル内部まで付与されているものがある。後者の場
合でも造形に際してモデル表面の色情報のみを使用する
ことが可能であるし、モデル内部の色情報も使用するこ
とが可能である。例えば、人体モデル等の三次元造形物
を生成する際、各内臓ごとに異なる色で彩色を施したい
場合もあり、その場合にはモデル内部の色情報を使用す
る。

【００７２】ステップＳ２では、コンピュータ１１が上
記のモデルデータから造形対象物を水平方向にスライス
した各断面ごとの断面データを生成する。具体的には、
モデルデータから積層する粉末の一層分の厚みに相当す
るピッチでスライスされた断面体を切り出し、形状デー
タ及び彩色データを含む断面データを作成するのであ
る。なお、スライスするピッチは、所定範囲内（粉末を
結合可能な厚みの範囲）で変更可能である。

【００７３】ステップＳ３では、造形対象物を造形する
際における粉末の積層厚さ（断面データ作成の際のスラ
イスピッチ）及び積層数（断面データセットの数）に関
する情報が、コンピュータ１１から駆動制御部１２に入
力される。

【００７４】次のステップＳ４以降については、駆動制
御部１２が各部を制御することのよって行われる動作で
ある。図５ないし図８は、これらの動作を説明する概念
図である。

【００７５】ステップＳ４では、造形ステージ６２にお
いて粉末の第Ｎ層目（Ｎ＝1,2,・・）の結合体を形成す
るために、造形ステージ６２がＺ方向移動部６３によ
り、コンピュータ１１から入力された上記積層厚さに基
づき、その厚さに相当する距離だけ下降されて保持され
る。これにより、造形ステージ６２上に積層されて必要
な結合が完了した粉末層の上方に、新たな粉末の層を１
層分形成するためのスペースが形成される。ただし、Ｎ
＝１の場合は、最初の層の形成に相当するため、網状ト
レイ９の上面自身の上にスペースが形成されるようにす
る。

【００７６】ステップＳ５では、三次元造形物の造形に
おいて材料となる粉末の供給を行う。粉末供給部４０の
締切板４２が閉止位置からスライドしてタンク部４１内
の粉末材料を所定量だけ造形機構部６０の粉末仮置部６
１ｂに落下させる。この所定量とは、上記のスペースの
体積（造形における粉末の必要量）より若干多めに設定
されている。また、最初の層形成時（Ｎ＝１の時）に
は、網状トレイ９の隙間に粉末材料を充填することも考
慮して、他の層形成時（Ｎ＞１の時）よりもさらに若干
多めに設定することが好ましい。所定量の粉末材料の供
給完了後、締切板４２が閉止位置に戻り粉末供給を停止
する。

【００７７】ステップＳ６では、ステップＳ５で供給さ
れた粉末材料を造形ステージ６２上に伸展し、粉末材料
の薄層を１層分形成する。つまり、図５（ａ）に示すよ
うに、粉末仮置部６１ｂ上に堆積された粉末をブレード
５１がＸ方向に移動することで造形ステージ６２上に形
成された薄層形成のためのスペースに粉末材料が入り込
み、薄い均一な粉末層９２が形成される。このとき、ブ
レード５１の下部先端を造形機構部６０の最上面に沿っ
て移動させる。これにより、所定の厚さの粉末材料の薄
層が正確に形成できる。なお、余った粉末材料は開口部
７０ａより落下して、回収部７１に堆積していく。

【００７８】そして、粉末層９２が形成された後、ブレ
ード５１は、駆動部５３によって最上面から上方に離さ
れるとともに、粉末層９２の上方を通過して初期位置に
復帰する。

【００７９】ステップＳ７では、ステップＳ２で作成さ
れた形状データおよび彩色データに従ってＸＹ方向駆動
部２３を駆動することにより、図５（ｂ）に示すよう
に、ノズルヘッド２２をＸＹ平面内で移動させる。その
際、形状データの存在する領域のみを走査することによ
り時間が短縮される。そして、その移動に伴って各吐出
ノズル２２ａ〜２２ｄから選択的に着色されたバインダ
の吐出を行わせる。これにより、粉末材料の結合体が生
成される。なお、バインダが塗布されない粉末材料（未
結合粉末）は個々に独立した状態を保つこととなる。

【００８０】ここでは、三次元造形物９１の表面部分に
相当する部分について、バインダの吐出を行う際に、造
形対象物から導かれた彩色情報に基づいてＹ、Ｍ、Ｃお
よびＷのバインダを選択的に吐出する。これにより、三
次元造形物９１の造形過程において造形物表面に彩色を
施すことができ、カラー造形を行うことが可能になる。
一方、三次元造形物において彩色を施す必要のない部分
（彩色不要領域）では、彩色された部分の着色状態を妨
げることのないＷのバインダを吐出することにより、造
形を行う。

【００８１】また、粉末層９２に付着したバインダの拡
がりを均一化して造形物の強度を確保するため、造形部
分に対して単位面積当たり同量のバインダを均一に付与
することが好ましい。例えば、ＸＹ方向駆動部２３によ
る各吐出ノズル２２ａ〜２２ｄの移動速度に、単位時間
当たりに各吐出ノズル２２ａ〜２２ｄから吐出されるバ
インダの量（例えば、バインダ液滴の数）を乗じたもの
を一定にすれば、単位面積当たり同量のバインダが均一
に付与できることとなる。

【００８２】バインダの吐出完了後、バインダ吐出動作
を停止し、ＸＹ方向駆動部２３を駆動することにより、
ノズルヘッド２２は初期位置に復帰する。

【００８３】なお、バインダの吐出後、バインタを乾燥
させる工程を介在するように構成してもよい。例えば、
粉末層９２の上方側から、赤外線ランプ等を照射する工
程を行うようにしてもよい。これにより、粉末層９２に
付着したバインダの迅速な乾燥を行うことができる。た
だし、自然乾燥により迅速に硬化する種類のバインダで
は、特に乾燥工程は不要となる。

【００８４】そして、一層分の造形が終了するとステッ
プＳ８に進んで、駆動制御部１２が、ステップＳ３で入
力された積層数に基づき、その積層数分の処理が完了し
たかどうかを判断する。つまり、三次元造形物９１の造
形が完了したかどうかを判断するのである。そして、
「ＮＯ」と判断された場合はステップＳ４からの処理を
繰り返し、「ＹＥＳ」と判断された場合はステップＳ９
の処理に進むこととなる。

【００８５】ステップＳ４に戻った場合には、第Ｎ層目
の上側に第Ｎ＋１層目の新たな粉末材料の結合体を形成
する動作が行われる。つまり、図５（ａ），（ｂ）に示
すような動作が積層数分だけ繰り返されるのである。そ
して、このような繰り返し動作により、造形ステージ６
２上に一層ごとのカラー化された結合体が順次積層され
ていき最終的に造形対象物の三次元造形物９１が造形ス
テージ６２上に生成される。そしてステップＳ８におい
て「ＹＥＳ」と判断される。

【００８６】ステップＳ９では、三次元造形物９１から
未結合粉末を除去するために、粉末除去部７０への三次
元造形物９１の自動搬送が行われる。

【００８７】まず、駆動制御部１２はＺ方向移動部６３
の駆動部６４に対して下降指令を与えることによって、
図５（ｃ）に示すように、造形ステージ６２を搬送機構
部６５による押し出し搬送可能な位置まで下降させる。

【００８８】そして、駆動制御部１２は、搬送機構部６
５の搬送駆動部６６と、搬送ローラ７３ｂの駆動部７３
ａとに対して駆動指令を与え、図６（ａ）に示すよう
に、造形機構部６０から粉末除去部７０へと網状トレイ
９及び三次元造形物９１を搬送する。

【００８９】ステップＳ１０では、粉末除去部７０にお
いて三次元造形物９１に付着している未結合粉末の除去
が行われる。ここでは、図６（ｂ）に示すように、送風
ブロア７７を回転駆動させるとともに、駆動部７３ａが
搬送ローラ７３ｂを所定の角度範囲内で往復回転運動さ
せることによって、網状トレイ９及びその上に積層され
ている三次元造形物９１に横方向の振動を与えること
で、三次元造形物９１に付着している未結合粉末を除去
する。この結果、網状トレイ９の上部には三次元造形物
９１のみが載置された状態となる。

【００９０】そして、ステップＳ１１では、未結合粉末
の除去された三次元造形物９１に対して後処理が行われ
る。具体的には、三次元造形物９１の結合強度を高める
ための処理である。ここでは、図６（ｃ）に示すよう
に、スプレーノズル７４より所定の硬化材料を三次元造
形物９１に向けて噴霧することにより、三次元造形物９
１に硬化材料を含浸させることが行われる。その後、図
７（ａ）に示すように送風ブロア７７が動作して、三次
元造形物９１に含浸された硬化材料を乾燥させる。この
結果、三次元造形物９１の結合強度は向上する。

【００９１】そして、ステップＳ１２に進み、三次元造
形物９１の取り出しを行う。ここでは、図７（ｂ）に示
すように、駆動制御部１２が駆動部７３ａに駆動指令を
与え、搬送ローラ７３ｂ，７３ｃを所定方向に回転駆動
させて粉末除去部７０の外部に三次元造形物９１を搬送
する。この結果、ユーザは搬送ローラ７３ｃ上の三次元
造形物９１を取り出すことができる。

【００９２】その後、図７（ｃ）に示すように、搬送ロ
ーラ７３ｂ，７３ｃを回転駆動して網状トレイ９を造形
ステージ６２上に戻す。そして図８に示すように、次の
三次元造形物を生成するための位置まで造形ステージ６
２を上昇させる。

【００９３】以上で、この実施の形態の三次元造形装置
１００における一連の動作が終了する。上記の三次元造
形装置１００によれば、三次元造形物９１に付着してい
る未結合粉末を自動的に除去することができるように構
成されているため、装置周囲の環境に粉末材料を飛散さ
せることなく三次元造形物９１を取り出すことができ
る。また、三次元造形物９１の結合強度を高めるための
後処理工程も自動で行われるので、ユーザは三次元造形
物を取得した後に手作業で後処理を行う必要がない。

【００９４】また、三次元造形物９１を造形するための
造形機構部６０から、未結合粉末を除去するための粉末
除去部７０に対して三次元造形物９１を自動的に搬送す
るように構成されているため、ユーザの手間と労力とを
低減することができる。このとき、粉末除去部７０は造
形機構部６０の横方向側に設置されているため、自動搬
送を行うための搬送機構部６５を押し出し搬送機構等の
ような比較的簡単な機構で構成することができる。

【００９５】また、この実施の形態の三次元造形装置１
００においては、造形材料となる粉末材料を補充する際
に粉末材料を周囲に飛散させることがないように、粉末
供給部４０の上部側に容器装着部４３が設けられてい
る。そしてその容器装着部４３に対して交換可能な粉末
材料容器３０を装着することで、粉末材料容器３０の蓋
部分を開放することができるように構成されている。こ
のため、外部に粉末材料を飛散させることなく、三次元
造形装置１００に粉末材料を補充することが可能になっ
ている。また、粉末材料容器３０を交換する際には、粉
末材料容器３０の蓋部分は閉塞された状態で交換するこ
とが可能であるので、ユーザの手や服を汚すことなく粉
末材料の補充を行うことができる。

【００９６】また、この実施の形態の三次元造形装置１
００においては、粉末材料、バインダ、硬化材料等の各
種材料を収容するための部材は、造形機構部６０よりも
上方側に収容されるように構成されている（図１参
照）。このため、各種材料を収容するための部材を造形
機構部６０の横側に設置する場合に比べて、装置全体で
の設置面積を小さくすることができるとともに、ユーザ
による各種材料の交換作業等のメンテナンスが容易とな
る。

【００９７】また、この実施の形態の三次元造形装置１
００では、未結合粉末の除去と後処理とが三次元造形物
９１を同一位置に置いた状態で行うように構成されてい
るため、三次元造形装置１００の設置面積を最小限に抑
えることができる。また、未結合粉末の除去と後処理と
を一連で行うことができるので効率的な処理が可能とな
る。

【００９８】さらに、この実施の形態の三次元造形装置
１００では、粉末除去部７０において除去された未結合
粉末を回収部７１にて回収するとともに、その回収され
た未結合粉末を粉末回収機構８０によって粉末供給部４
０に再供給するように構成されている。つまり、未結合
粉末を自動的に再利用することが可能なように構成され
ており、未結合粉末を再利用するためにユーザが作業を
行う必要はない。

【００９９】＜２．第２の実施の形態＞次に、この発明
の第２の実施の形態について説明する。図９は、この発
明の第２の実施の形態における三次元造形装置１００ａ
を示す概略図である。図９においては、第１の実施の形
態において説明した部材と同様構成部材については同一
符号を付している。このため、ここではそれらについて
の詳細な説明は省略する。

【０１００】この実施の形態の三次元造形装置１００ａ
が第１の実施の形態の三次元造形装置１００と異なる点
は、２つの網状トレイ９ａ，９ｂを用いる点と、ブレー
ド５１が粉末材料を伸展したときに余剰分の粉末材料を
回収して搬送するための搬送機構が設けられている点で
ある。

【０１０１】三次元造形装置１００ａの搬送機構部６５
は、搬送駆動部６６と伸縮部材６７と押し出し部材６８
ａ，６８ｂとを備えている。押し出し部材６８ａ，６８
ｂはそれぞれ伸縮部材６７に連結されており、押し出し
部材６８ａと押し出し部材６８ｂとはその間に網状トレ
イ９ｂをセットすることが可能な程度の間隔が設けられ
る。また、造形機構部本体６１には、網状トレイ９ｂを
載置するための載置台６１ｃが形成されている。なお、
初期位置において押し出し部材６８ａは、造形機構部本
体６１の側壁部として機能する位置に待機する。

【０１０２】したがって、搬送機構部６５が造形ステー
ジ６２上に形成された三次元造形物９１を網状トレイ９
ａとともに粉末除去部７０に搬送する際に、押し出し部
材６８ａが造形ステージ６２上の網状トレイ９ａを粉末
除去部７０の処理室７２へと押し出す。このとき、押し
出し部材６８ｂが載置台６１ｃ上にセットされた網状ト
レイ９ｂを造形ステージ６２上に押し出す。

【０１０３】そして、上記の押し出し動作が完了後、造
形ステージ６２を網状トレイ９ｂに応じた厚さ分だけ下
降させ、搬送機構部６５の伸縮部材６７を収縮させて押
し出し部材６８ａを初期位置に戻す。

【０１０４】この結果、三次元造形装置１００ａにおい
ては、粉末除去部７０において網状トレイ９ａ上の三次
元造形物９１に対して未結合粉末の除去及び後処理を行
いつつ、造形機構部６０において網状トレイ９ｂ上に三
次元造形物の新たな造形を行うことができる。

【０１０５】また、三次元造形装置１００ａにおいてブ
レード５１が粉末材料をＸ方向に沿って伸展したときの
粉末材料の余剰分については、粉末除去部７０の上部に
設けられた回収部７９に堆積されるように構成されてい
る。このように、粉末除去部７０における回収部７１と
は別個に回収部７９を設けることによって、粉末除去部
７０にて未結合粉末の除去等を行っているときであって
も、一層ごとの粉末材料の薄層形成を行うことができ
る。

【０１０６】回収部７９の底部には粉末搬送用スクリュ
ー８５が設けられている。この粉末搬送用スクリュー８
５は、粉末層９２の一層形成ごとに回収する余剰分の粉
末材料を粉末供給部４０に搬送するための粉末回収機構
８０の一部を構成する。

【０１０７】そして、粉末搬送用スクリュー８５は、粉
末搬送管８７の内部に設置され、回収部７９の底部から
粉末搬送管８１と８７との連結部８１ｃの近傍位置まで
設置されている。また、この粉末搬送用スクリュー８５
の一端側は、モータ等によって構成される駆動部８６の
回転軸に連結されており、駆動部８６によって所定方向
に回転するように構成されている。

【０１０８】したがって、回収部７９に堆積した粉末材
料は、駆動部８６及び粉末搬送用スクリュー８５の作用
によって回収部７９の底部から粉末搬送管８７の内部を
通って、連結部８１ｃまで搬送される。そして、その連
結部８１ｃからは、粉末除去部７０から粉末供給部４０
まで導かれる粉末搬送管８１の内部を通って設けられた
粉末搬送用スクリュー８２の作用によって粉末供給部４
０まで搬送されることになる。

【０１０９】なお、三次元造形装置１００ａにおける上
記以外の部分については第１の実施の形態と同様であ
る。

【０１１０】次に、上記のように構成された三次元造形
装置１００ａにおいて、実際に三次元造形物を生成する
際の動作について説明する。

【０１１１】図１０は、三次元造形装置１００ａにおけ
る動作手順を示す概念図である。図１０に示すように、
コンピュータ１１において三次元造形のためのデータ生
成工程が行われる。このデータ生成工程は、第１の実施
の形態において示した図４のフローチャートにおいてス
テップＳ１〜Ｓ３に相当する処理である。

【０１１２】そして、コンピュータ１１におけるデータ
生成工程が終了すると、造形機構部６０における造形工
程が行われる。この造形工程は、図４のフローチャート
においてステップＳ４〜Ｓ８の処理を繰り返す処理であ
る。したがって、この造形工程では、造形ステージ６２
上に粉末層９２の形成とバインダの吐出とが１層ごとに
行われて、粉末材料の結合体を順次形成していき、最終
的に三次元造形物９１を生成するのである。

【０１１３】そして、造形機構部６０における造形工程
が終了すると、粉末除去部７０における粉末除去工程及
び後処理工程が行われる。この粉末除去工程及び後処理
工程は、図４のフローチャートにおけるステップＳ９〜
Ｓ１２に相当する処理である。したがって、この粉末除
去工程及び後処理工程では、三次元造形物９１に付着し
た未結合粉末の除去が行われるととともに、三次元造形
物の結合強度を高めるための後処理が行われる。

【０１１４】三次元造形装置１００ａは、上記のように
２つの網状トレイ９ａ，９ｂを有しており、一方を造形
機構部６０に配置して三次元造形に活用するとともに、
他方を既に生成された三次元造形物９１からの粉末除去
及び後処理のために活用するように構成されているた
め、図１０に示すように、造形機構部６０における造形
工程と、粉末除去部７０における粉末除去工程及び後処
理工程とを並行的に進めることができる。より具体的に
は、ある三次元造形物の造形と、それに先行して生成さ
れた三次元造形物に対する未結合粉末の除去及び後処理
とを並行的に行うことができるのである。

【０１１５】したがって、この実施の形態の三次元造形
装置１００ａにおいては、造形機構部６０が粉末除去部
７０での粉末除去や後処理が完了するのを待つことな
く、連続的に三次元造形を行うことが可能になり、三次
元造形のスループットを向上させることができるのであ
る。

【０１１６】またさらに、この実施の形態の三次元造形
装置１００ａにおいては、図１０に示すように、コンピ
ュータ１１によるデータ生成工程をも並行的に行うこと
ができるため、効率的な三次元造形を行うことが可能と
なっている。

【０１１７】次に、各部の動作について説明する。図１
１ないし図１４は、上記の動作を説明する概念図であ
る。

【０１１８】まず、造形工程においては、粉末材料を造
形ステージ６２上に伸展し、粉末材料の薄層を１層分形
成する。つまり、図１１（ａ）に示すように、粉末仮置
部６１ｂ上に堆積された粉末をブレード５１がＸ方向に
移動することで造形ステージ６２上に形成された薄層形
成のためのスペースに粉末材料が入り込み、薄い均一な
粉末層９２が形成される。なお、余った粉末材料は回収
部７１に堆積し、粉末供給部４０へと搬送されていく。

【０１１９】そして、駆動制御部１２が形状データおよ
び彩色データに従ってＸＹ方向駆動部２３を駆動するこ
とにより、図１１（ｂ）に示すように、ノズルヘッド２
２をＸＹ平面内で移動させる。その際、形状データの存
在する領域のみを走査することにより時間が短縮され
る。そして、その移動に伴って各吐出ノズル２２ａ〜２
２ｄから選択的に着色されたバインダの吐出を行わせ
る。これにより、粉末材料の結合体が生成される。

【０１２０】そして、図１１（ａ），（ｂ）に示すよう
な粉末材料の薄層形成と、バインダ吐出とを繰り返すこ
とによって、図１１（ｃ）に示すように造形ステージ６
２上に三次元造形物９１を生成することができる。

【０１２１】そして、三次元造形物９１から未結合粉末
を除去するために、粉末除去部７０への三次元造形物９
１の自動搬送が行われる。駆動制御部１２はＺ方向移動
部６３の駆動部６４に対して下降指令を与えることによ
って、図１２（ａ）に示すように、造形ステージ６２上
の網状トレイ９ａを搬送機構部６５による押し出し搬送
可能な位置まで下降させる。そして、駆動制御部１２
は、搬送機構部６５の搬送駆動部６６と、搬送ローラ７
３ｂの駆動部７３ａとに対して駆動指令を与え、図１２
（ｂ）に示すように、造形機構部６０から粉末除去部７
０へと網状トレイ９ａ及び三次元造形物９１を搬送す
る。このとき、網状トレイ９ａは押し出し部材６８ａに
よって粉末除去部７０側へと押し出されるとともに、載
置台６１ｃ上にセットされていた網状トレイ９ｂは押し
出し部材６８ｂによって造形機構部６０の造形ステージ
６２上へと搬送される。

【０１２２】そして、図１２（ｃ）に示すように、粉末
除去部７０においては、搬送された網状トレイ９ａ上の
三次元造形物９１から未結合粉末の除去が開始される。
また、造形ステージ６２は、搬送機構部６５を元の位置
に戻すことが可能なように、網状トレイ９ｂの厚さ相当
分だけ下降する。そして、図１３（ａ）に示すように、
搬送機構部６５を元の位置に戻すための動作が行われ
る。そして、粉末除去部７０において粉末除去が終了し
た場合には、スプレーノズル７４より硬化材料の噴霧が
行われて三次元造形物９１に対する後処理が行われる。

【０１２３】そして、図１３（ｂ）に示すように、搬送
機構部６５が元の位置に戻った後に、造形ステージ６２
は網状トレイ９ｂを載置した状態で、次の三次元造形を
行うための位置に上昇する。この結果、造形機構部６０
においては次の三次元造形物９１を造形するための動作
を開始することが可能になる。また、粉末除去部７０に
おいて、網状トレイ９ａ上の三次元造形物９１に対する
硬化材料の含浸が終了した場合、硬化材料の乾燥を行う
ために送風ブロア７７による送風が行われる。

【０１２４】したがって、この時点で造形機構部６０に
おける三次元造形と、粉末除去部７０における粉末除去
及び後処理とが並列的に行われる。そして、図１３
（ｃ）に示すように、造形機構部６０は粉末除去部７０
における処理が完了することを待つことなく、連続的な
三次元造形物の生成を開始することが可能になる。ま
た、粉末除去部７０において後処理が完了した場合に
は、搬送ローラ７３ｂ，７３ｃが駆動されて網状トレイ
９ａ及び三次元造形物９１が粉末除去部７０の外部へと
搬送される。

【０１２５】そして、ユーザが三次元造形物９１を取り
出した後、図示しないトレイ復帰手段又はユーザによる
手搬送によって、図１４（ａ）に示すように搬送ローラ
７３ｃ上の網状トレイ９ａが載置台６１ｃ上にセットさ
れる。これにより、図１４（ｂ）に示すように載置台６
１ｃ上に網状トレイ９ａがセットされた状態となり、次
の三次元造形のための準備が整うこととなる。なお、こ
のときも、造形機構部６０においては網状トレイ９ｂ上
への三次元造形動作は継続される。

【０１２６】以上のように、この実施の形態の三次元造
形装置１００ａは、造形ステージ６２上の三次元造形物
９１を粉末除去部７０へ搬送する際に、造形ステージ６
２上の網状トレイ９ａ，９ｂを交換するように構成され
ている。これにより、造形機構部６０における三次元造
形と、粉末除去部７０における粉末除去及び後処理とを
並行して行うことができるように実現されているのであ
る。

【０１２７】＜３．第３の実施の形態＞次に、この発明
の第３の実施の形態について説明する。図１５は、この
発明の第３の実施の形態における三次元造形装置１００
ｂを示す概略図である。図１５においては、上記各実施
の形態において説明した部材と同様構成部材については
同一符号を付している。このため、ここではそれらにつ
いての詳細な説明は省略する。

【０１２８】上記各実施の形態においては、一度使用さ
れて回収される粉末材料に、バインダや硬化材料等が付
着している可能性がある。このため、回収された粉末材
料が互いに結合して大きな固まりになったものが粉末供
給部４０に収容される可能性がある。また、空気中の湿
気等による湿った粉末材料が互いに結合することも考え
られる。このような粉末材料が粉末供給部４０より供給
されると、粉末材料の供給量が一定なくなったり、粉末
層９２の均一性が悪化する等の現象が生じ、造形精度が
低下する要因となる。

【０１２９】そこで、この実施の形態では、そのような
粉末供給部４０に収容される粉末材料が個々の独立した
状態とするような機構が設けられる構成例について説明
する。

【０１３０】図１５に示すように、この実施の形態の三
次元造形装置１００ｂには、粉末回収機構８０の一部と
して粉末処理部９５が設けられる。粉末処理部９５は、
回収した粉末材料に含まれるバインダ、硬化材料、湿気
等を乾燥させ、互いに結合した粉末材料が所定の大きさ
よりも大きく結合している場合に、その結合した粉末材
料を粉末供給部４０に再供給しないように構成されてい
る。

【０１３１】具体的には、粉末処理部９５は、粉末容器
９６と乾燥部９７と網状フィルタ９８と振動発生器９９
とを備えて構成される。

【０１３２】粉末容器９６は上記の粉末材料の乾燥等を
行う処理室として機能する。そして、粉末搬送管８１よ
り搬送されてくる回収された粉末材料は粉末容器９６の
上部側より供給される。この粉末容器９６の内部には、
乾燥部９７と網状フィルタ９８とが配置されている。乾
燥部９７は、赤外線ランプ等の熱源を備えて構成され、
その熱源から放射される熱によって、バインダ若しくは
硬化材料が付着した粉末材料又は湿気によって湿った粉
末材料が乾燥される。

【０１３３】網状フィルタ９８は所定のサイズの網目が
多数形成されたフィルタであり、乾燥部９７によって乾
燥された粉末材料が網目サイズ以下の大きさである場合
に、その網目を通過して粉末容器９６の下部側へと落下
するように構成される。

【０１３４】また、網状フィルタ９８による粉末材料の
振るい落としを有効に機能させるために、振動発生器９
９が設けられる。この振動発生器９９は網状フィルタ９
８をＸＹ平面内で振動させるように構成されている。こ
のため、振動発生部９９が作用することにより、網状フ
ィルタ９８が振動し、網目サイズ以下の大きさの粉末材
料が有効に粉末容器９６の下部側へ導かれるように構成
されている。

【０１３５】したがって、網状フィルタ９８により、バ
インダや硬化材料が付着して互いに結合した大きなサイ
ズの粉末材料を除去することができ、そのような粉末材
料が粉末供給部４０へと導かれるのを回避することが可
能となる。

【０１３６】これにより、造形時に粉末供給部４０から
供給される粉末材料の再利用が可能であるとともに、常
に所定のサイズ以下の粉末材料を用いて三次元造形動作
を行うことができるため、粉末材料の供給量を一定に保
つことができるとともに、粉末層９２の均一性を維持す
ることが可能である。故に、三次元造形の造形精度を低
下させることがない。

【０１３７】なお、上記のような乾燥部９７、網状フィ
ルタ９８等を備えた粉末処理部９５は、粉末搬送管８１
による粉末搬送経路の入り口付近、出口付近、途中のい
ずれの位置に配置してもよい。

【０１３８】＜４．変形例＞以上、この発明の実施の形
態について説明したが、この発明は、上記各実施の形態
で説明した内容のものに限定されるものではない。

【０１３９】例えば、上記各実施の形態では、粉末供給
部より供給される粉末材料をブレード５１によって伸展
する構成例について説明したが、これに限定されるもの
ではなく、例えば、回転ローラで粉末材料を伸展するよ
うに構成してもよい。

【０１４０】また、上記各実施の形態においては、三次
元造形物をカラー彩色することが可能な構成例について
説明したが、カラー造形しない場合であって、三次元造
形物の形状のみを再現する三次元造形装置に対しても本
発明の特徴的要素を設けるが可能であることは言うまで
もない。

【０１４１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、粉末供給手段の上部側に交換可能な粉末
材料容器を装着する容器装着部が設けられるため、粉末
材料容器を容器装着部に装着するだけで粉末供給手段へ
の粉末材料の補充を行うことができるので、ユーザの手
や服等を汚すことがない。また、装置周囲に粉末材料を
飛散させることなく粉末材料の補充を行うことができ
る。

【０１４２】請求項２に記載の発明によれば、造形機構
部の上方位置に粉末供給手段が配置されているため、装
置の設置面積を小さくすることができるとともに、ユー
ザによる粉末材料容器の装着作業が容易となる。

【０１４３】請求項３に記載の発明によれば、造形機構
部の上方位置に結合材収容部が配置されているため、装
置の設置面積を小さくすることができるとともに、結合
材料収容部の交換作業が容易となる。

【０１４４】請求項４に記載の発明によれば、未結合粉
末除去手段によって三次元造形物に付着した未結合粉末
を除去するように構成されているため、ユーザによる未
結合粉末の除去作業が必要でなくなる。また、装置周囲
に粉末材料を飛散させることなく未結合粉末の除去を行
うことが可能である。

【０１４５】請求項５に記載の発明によれば、搬送手段
が造形機構部において生成された三次元造形物を未結合
粉末除去手段において未結合粉末の除去可能な位置に自
動搬送するため、ユーザによる搬送作業を伴わずに三次
元造形物の搬送を行うことができる。

【０１４６】請求項６に記載の発明によれば、後処理手
段が未結合粉末を除去して得られる三次元造形物に対し
て所定の後処理を施すように構成されているため、ユー
ザ自身が三次元造形物への後処理を行う必要がない。

【０１４７】請求項７に記載の発明によれば、後処理が
未結合粉末を除去して得られる三次元造形物に対して所
定の硬化材料を含浸させる処理であるため、結合強度の
高い三次元造形物を自動生成することが可能になる。

【０１４８】請求項８に記載の発明によれば、硬化材料
容器が造形機構部の上方位置に設置されるため、装置の
設置面積を小さくすることができるとともに、ユーザに
よる硬化材料容器の交換作業が容易となる。

【０１４９】請求項９に記載の発明によれば、後処理と
未結合粉末の除去とが、三次元造形物を同一位置に置い
た状態で行うように構成されているため、装置の設置面
積を最小限に抑えることができるとともに、未結合粉末
の除去と後処理とを一連で行うことができるので効率的
な処理が可能となる。

【０１５０】請求項１０に記載の発明によれば、未結合
粉末除去手段による粉末除去部が、造形機構部による造
形領域の横方向側に設置されるため、比較的簡単に造形
機構部から粉末除去部へと三次元造形物を搬送すること
ができる。

【０１５１】請求項１１に記載の発明によれば、未結合
粉末除去手段によって三次元造形物から除去された未結
合粉末を回収し、粉末供給手段に搬送する粉末搬送手段
を備えるため、未結合粉末の再利用を行うことができ
る。

【０１５２】請求項１２に記載の発明によれば、造形機
構部による三次元造形物の生成と、未結合粉末除去手段
による未結合粉末の除去とを、並列的に行うように構成
されているため、効率的に三次元造形物を生成すること
が可能になる。

【０１５３】請求項１３に記載の発明によれば、三次元
造形物の生成の際に、結合材の付与されなかった粉末材
料を回収して搬送するように構成されているため、粉末
材料の再利用を行うことができる。

【０１５４】請求項１４に記載の発明によれば、粉末搬
送手段が粉末材料を乾燥させる乾燥手段を備えているた
め、回収した粉末材料を乾燥させることができる。

【０１５５】請求項１５に記載の発明によれば、粉末搬
送手段が所定の大きさ以下の粉末材料のみを抽出するフ
ィルタを備えているため、大きなサイズの粉末材料が再
利用されるのを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態における三次元造形装置を示
す概略図である。

【図２】粉末材料容器の蓋部分を示す図である。

【図３】タンク部に粉末材料容器を設置する態様を示す
図である。

【図４】第１の実施の形態における三次元造形装置の動
作手順を示すフローチャートである。

【図５】第１の実施の形態における三次元造形装置の動
作を説明する概念図である。

【図６】第１の実施の形態における三次元造形装置の動
作を説明する概念図である。

【図７】第１の実施の形態における三次元造形装置の動
作を説明する概念図である。

【図８】第１の実施の形態における三次元造形装置の動
作を説明する概念図である。

【図９】第２の実施の形態における三次元造形装置を示
す概略図である。

【図１０】第２の実施の形態の三次元造形装置における
動作手順を示す概念図である。

【図１１】第２の実施の形態における三次元造形装置の
動作を説明する概念図である。

【図１２】第２の実施の形態における三次元造形装置の
動作を説明する概念図である。

【図１３】第２の実施の形態における三次元造形装置の
動作を説明する概念図である。

【図１４】第２の実施の形態における三次元造形装置の
動作を説明する概念図である。

【図１５】第３の実施の形態における三次元造形装置を
示す概略図である。

【符号の説明】

９，９ａ，９ｂ 網状トレイ １２ 駆動制御部 １３ ノズルヘッド駆動部 ２１ タンク部（結合材料収容部） ２２ ノズルヘッド ３０ 粉末材料容器 ４０ 粉末供給部（粉末供給手段） ４３ 容器装着部 ５０ 粉末伸展部 ５１ ブレード ６０ 造形機構部 ６２ 造形ステージ ６５ 搬送機構部 ６６ 搬送駆動部 ７０ 粉末除去部 ７１ 回収部 ７３ｂ 搬送ローラ（未結合粉末除去手段） ７４ スプレーノズル（後処理手段） ７５ 硬化材料容器 ７７ 送風ブロア（未結合粉末除去手段、後処理手段） ７９ 回収部 ８０ 粉末回収機構（粉末搬送手段） ９１ 三次元造形物 ９２ 粉末層 ９５ 粉末処理部 ９７ 乾燥部（乾燥手段） ９８ 網状フィルタ（フィルタ） １００，１００ａ，１００ｂ 三次元造形装置

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F213 AA36 AB16 AB19 AC04 WA25 WB01 WL03 WL12 WL29 WL34 WL43 WL67 WL75 WL87 WL92 WW01 WW34 WW50

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉末材料に結合材を付与して前記粉末材
   料を結合させることにより、前記粉末材料の結合体を順
   次形成して三次元造形物を生成する三次元造形装置であ
   って、 前記三次元造形物を生成する造形機構部と、 前記粉末材料を収容し、前記造形機構部に対して前記粉
   末材料の供給を行う粉末供給手段と、を備え、 前記粉末供給手段の上部側に交換可能な粉末材料容器を
   装着する容器装着部が設けられることを特徴とする三次
   元造形装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の三次元造形装置におい
   て、 前記粉末供給手段は、前記造形機構部の上方位置に配置
   されていることを特徴とする三次元造形装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の三次元造
   形装置において、 前記造形機構部に対して前記結合材を供給するための結
   合材収容部をさらに備え、 前記結合材収容部は、前記造形機構部の上方位置に配置
   されていることを特徴とする三次元造形装置。
4. 【請求項４】 粉末材料に結合材を付与して前記粉末材
   料を結合させることにより、前記粉末材料の結合体を順
   次形成して三次元造形物を生成する三次元造形装置であ
   って、 前記粉末材料の所定部分に対して前記結合材を付与して
   前記三次元造形物を生成する造形機構部と、 前記三次元造形物に付着した未結合粉末を除去する未結
   合粉末除去手段と、を備えることを特徴とする三次元造
   形装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の三次元造形装置におい
   て、 前記造形機構部において生成された前記三次元造形物を
   前記未結合粉末除去手段において前記未結合粉末の除去
   可能な位置に自動搬送する搬送手段、をさらに備えるこ
   とを特徴とする三次元造形装置。
6. 【請求項６】 請求項４又は請求項５に記載の三次元造
   形装置において、 前記未結合粉末を除去して得られる前記三次元造形物に
   対して所定の後処理を施す後処理手段、をさらに備える
   ことを特徴とする三次元造形装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の三次元造形装置におい
   て、 前記後処理は、前記未結合粉末を除去して得られる前記
   三次元造形物に対して所定の硬化材料を含浸させる処理
   であることを特徴とする三次元造形装置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の三次元造形装置におい
   て、 前記後処理手段に対して前記硬化材料を供給するための
   硬化材料容器が、前記造形機構部の上方位置に設置され
   ることを特徴とする三次元造形装置。
9. 【請求項９】 請求項６ないし請求項８のいずれかに記
   載の三次元造形装置において、 前記後処理手段による前記後処理と、前記未結合粉末除
   去手段による前記未結合粉末の除去とは、前記三次元造
   形物を同一位置に置いた状態で行うことを特徴とする三
   次元造形装置。
10. 【請求項１０】 請求項４ないし請求項９のいずれかに
    記載の三次元造形装置において、 前記未結合粉末除去手段による粉末除去部が、前記造形
    機構部による造形領域の横方向側に設置されることを特
    徴とする三次元造形装置。
11. 【請求項１１】 請求項４ないし請求項１０のいずれか
    に記載の三次元造形装置において、 前記粉末材料を収容し、前記造形機構部に対して前記粉
    末材料の供給を行う粉末供給手段と、 前記未結合粉末除去手段によって前記三次元造形物から
    除去された前記未結合粉末を回収し、前記粉末供給手段
    に搬送する粉末搬送手段と、をさらに備えることを特徴
    とする三次元造形装置。
12. 【請求項１２】 請求項４ないし請求項１１のいずれか
    に記載の三次元造形装置において、 前記造形機構部による前記三次元造形物の生成と、前記
    未結合粉末除去手段による前記未結合粉末の除去とを、
    並列的に行うことを特徴とする三次元造形装置。
13. 【請求項１３】 粉末材料に結合材を付与して前記粉末
    材料を結合させることにより、前記粉末材料の結合体を
    順次形成して三次元造形物を生成する三次元造形装置で
    あって、 前記粉末材料を収容し、前記三次元造形物の生成の際に
    前記粉末材料を供給する粉末供給手段と、 前記三次元造形物の生成の際に、前記結合材の付与され
    なかった前記粉末材料を回収し、前記粉末供給手段に搬
    送する粉末搬送手段と、を備えることを特徴とする三次
    元造形装置。
14. 【請求項１４】 請求項１１又は請求項１３に記載の三
    次元造形装置において、 前記粉末搬送手段は、前記粉末材料を乾燥させる乾燥手
    段を備えることを特徴とする三次元造形装置。
15. 【請求項１５】 請求項１１又は請求項１３に記載の三
    次元造形装置において、 前記粉末搬送手段は、所定の大きさ以下の前記粉末材料
    のみを抽出するフィルタを備えることを特徴とする三次
    元造形装置。