JP2014000768A - 立体造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】立体造形粉体の供給と供給の遮断とを切り替えるためのシャッターを、簡易な構成で容易に駆動することができる立体造形装置を提供する。
【解決手段】立体造形装置は、ステージと、供給部１４と、粉体供給ローラ２１と、平坦化ローラ２８と、前後動モータと、シャッター２３と、切替部１５とを備える。ステージには立体造形粉体が載置される。粉体供給ローラ２１は、供給部１４に立体造形粉体を供給する。平坦化ローラ２８は、供給部１４に供給された立体造形粉体をステージ上で平坦化し、立体造形粉体の層である粉体層を形成する。前後動モータは、ステージを水平方向に移動させる。シャッター２３は、粉体供給ローラ２１から供給部１４への立体造形粉体の供給を遮断する。切替部１５は、前後動モータの動力によってステージと共に移動することで、シャッター２３を駆動する。
【選択図】図３

Description

本発明は、造形液が混合されることで固化する立体造形粉体を、ステージ上に供給して平坦化する立体造形装置に関する。

従来、立体造形粉体をステージ上に供給して平坦化する立体造形装置が知られている。例えば、特許文献１が開示する立体造形装置は、粉体供給手段と、シャッター（締切板）と、平坦化手段（ブレード）とを備える。粉体供給手段は、立体造形粉体を落下させる。シャッターは、駆動部によって水平方向にスライドすることで、粉体供給手段からステージへの立体造形粉体の供給と供給の遮断とを切り替える。駆動部の動作は駆動制御部によって制御される。平坦化手段は水平方向に往復移動し、ステージ上に供給された立体造形粉体を平坦化する。

特開２００２−２６４２２１号公報

特許文献１に記載の立体造形装置は、シャッターをスライドさせるための駆動部および駆動制御部を備える必要があるため、構成および動作が複雑になる。つまり、立体造形粉体の供給と供給の遮断とを切り替えるためのシャッターを、簡易な構成で容易に駆動することは、従来の立体造形装置では困難であった。

本発明は、立体造形粉体の供給と供給の遮断とを切り替えるためのシャッターを、簡易な構成で容易に駆動することができる立体造形装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る立体造形装置は、造形液と混合することで固化する立体造形粉体が載置されるステージと、前記ステージのステージ面または前記ステージ面の外側に設けられ、前記立体造形粉体が供給される供給部と、前記供給部に前記立体造形粉体を供給する粉体供給手段と、前記ステージに対する相対的な位置が、前記ステージ面と平行な方向に変化することで、前記粉体供給手段によって前記供給部に供給された前記立体造形粉体を平坦化し、前記立体造形粉体の層である粉体層を形成する平坦化手段と、前記平坦化手段および前記ステージの少なくとも一方を移動させることで、前記平坦化手段による前記立体造形粉体の平坦化を実行させる平坦化駆動手段と、前記粉体供給手段から前記供給部への前記立体造形粉体の供給を遮断するシャッターと、前記平坦化駆動手段によって移動することで前記シャッターを駆動し、前記粉体供給手段から前記供給部への前記立体造形粉体の供給と供給の遮断とを切り替える切替部とを備える。

本発明に係る立体造形装置は、平坦化を実行するために設けられた平坦化駆動手段を利用してシャッターを駆動し、立体造形粉体の供給と供給の遮断とを切り替えることができる。シャッターを駆動するための駆動部を、平坦化駆動手段と別に設ける必要が無い。従って、本発明に係る立体造形装置は、立体造形粉体の供給と供給の遮断とを、簡易な構成で容易に切り替えることができる。

立体造形装置１の外観斜視図である。 第一実施形態における造形台６の斜視図である。 第一実施形態における造形台６、粉体供給機構１７、および平坦化ローラ２８の斜視図である。 図３におけるＡ−Ａ線矢視方向部分断面図である。 立体造形装置１の電気的構成を示すブロック図である。 立体造形装置１が実行する立体造形処理のフローチャートである。 第二実施形態における造形台１０６および移動ユニット１０１の右側面図である。 第一変形例に係るシャッター１２３の斜視図である。 第二変形例に係るシャッター２２３の斜視図である。

以下、本発明の第一実施形態について、図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、立体造形装置１の概略構成について説明する。立体造形装置１は、立体造形データに従ってヘッド３２等を駆動することで、立体造形物を造形することができる。パーソナルコンピュータ（以下、「ＰＣ」という。）１００は、立体造形データを作成し、ネットワーク等を介して立体造形装置１に送信する。

立体造形装置１は、土台２と、造形台６と、粉体供給機構１７と、平坦化ローラ２８と、ヘッド３２と、粉体回収部３４とを主に備える。土台２は、左右方向を長手方向とする矩形板状に形成されており、立体造形装置１の全体を支持する。造形台６はステージ１１を備える。立体造形物はステージ１１上で造形される。粉体供給機構１７は、造形台６の供給部１４上に立体造形粉体を供給する。平坦化ローラ２８は、供給部１４上に載置された立体造形粉体を、ステージ１１上へ移動させて平坦化し、立体造形粉体の層（以下、「粉体層」という。）を形成する。ヘッド３２は、ステージ１１上に形成された粉体層に造形液を吐出する。粉体回収部３４は、固化せずに立体造形物の周辺に残存した余分な立体造形粉体（以下、「未硬化粉体」という。）を回収する。以下、各構成について説明する。

造形台６について説明する。図２に示すように、造形台６は、造形台６を支持する基部７と、基部７の上部に支持される枠部９とを備える。基部７の左右の各々には、前後方向に貫通する貫通孔８が形成されている。土台２（図１参照）の略中央には、前後方向に延びる２本のレール３が設けられている。２本のレール３は、土台２の正面側端部に設けられた支持部４と、背面側端部に設けられた支持部（図示せず）とによって、土台２の上面から所定の高さで支持されている。２本のレール３の各々は、造形台６の基部７に形成された２つの貫通孔８の各々を貫通する。

土台２の背面側端部には、造形台６を前後動させるための前後動モータ４１（図５参照）が設けられる。前後動モータ４１が駆動すると、キャリッジベルト（図示せず）を介して動力が造形台６に伝わり、造形台６は２本のレール３に沿って前後方向に移動する。つまり、前後動モータ４１が駆動すると、粉体供給機構１７、平坦化ローラ２８、およびヘッド３２は、造形台６のステージ１１に対して前後方向（ステージ面と平行な方向）に相対移動する。なお、前後動モータ４１は、粉体供給機構１７、平坦化ローラ２８、およびヘッド３２を移動させてもよいが、この詳細は第二実施形態において説明する。

図２に示すように、枠部９は、略立方体の箱型形状を成す。枠部９は、ステージ保持部１０を有する。ステージ保持部１０は、上面が開放された平面視略矩形状の凹部である。ステージ保持部１０の内側には、立体造形物が造形されるステージ１１が昇降可能に保持される。ステージ１１は、ステージ保持部１０の内周面に接するように平面視矩形状に形成されており、且つ、ステージ１１の上面は水平に保たれている。つまり、枠部９は、ステージ１１の側面に接し、且つステージ１１の昇降範囲の外周を取り囲む。枠部９の右側面には、未硬化粉体をステージ保持部１０内から粉体回収部３４（図１参照）に導くための回収路１２が接続している。ステージ保持部１０の背面側には、上面が開放された平面視矩形の凹部である粉体落下口１３が設けられている。粉体落下口１３には、粉体層を形成する際に平坦化ローラ２８によって集積された余剰粉体が落下する。粉体落下口１３に落下した余剰粉体は、作業者によって、造形台６の上方に位置する粉体供給機構１７（図１および図３参照）内に戻される。

ステージ１１は、造形台６に設けられたステージ昇降モータ４２（図５参照）の動力によって昇降する。立体造形装置１は、昇降範囲の上部からステージ１１を徐々に下降させながら立体造形物を造形する。また、ステージ１１は、図示しないが、上部ステージおよび下部ステージを備える。上部ステージおよび下部ステージは、略同一形状の板状部材であり、水平に配置される。上部ステージおよび下部ステージは、厚み方向に貫通する複数の孔２２を共に備える。しかし、平面視において、上部ステージの孔の位置と、下部ステージの孔の位置とが重複しないように、上部ステージおよび下部ステージが形成されている。従って、ステージ１１が静止している状態では、立体造形粉体はステージ１１上に堆積する。造形台６に設けられた加振モータ（図示せず）が駆動し、ステージ１１が振動すると、未硬化粉体は上部ステージおよび下部ステージの孔から落下し、回収路を通じて粉体回収部３４に吸引される。

図２に示すように、造形台６の正面側の上端部からは、板状の供給部１４が前方へ水平に延びる。供給部１４には、粉体供給機構１７が供給する立体造形粉体が載置される。供給部１４の左右の正面側端部の各々には、切替部１５が設けられている。切替部１５は、供給部１４の板面よりも上方へ延び、後方へ屈曲している。造形台６が後方へ移動すると、後述するシャッター２３（図３および図４参照）を切替部１５が後方へ押し込み、シャッター２３が開放される。造形台６が前方へ移動すると、シャッター２３は閉鎖する。

粉体供給機構１７について説明する。図３に示すように、粉体供給機構１７は、タンク１８、粉体供給ローラ２１、およびシャッター２３を備える。タンク１８は、貯留部１９と誘導部２０とを備える。貯留部１９は、上方へ向けて徐々に前後方向の幅が広がる箱状に形成されており、内部に立体造形粉体を貯留する。貯留部１９の下部は開口となっている。誘導部２０は角筒状であり、貯留部１９の下部の開口に接続する。誘導部２０は、タンク１８内の立体造形粉体を下方へ誘導する。

粉体供給ローラ２１は、貯留部１９の下部の開口の内側に回転可能に設けられている。貯留部１９と粉体供給ローラ２１の間には隙間が無いため、立体造形粉体が隙間から下方へ落下することは無い。粉体供給ローラ２１の回転軸は左右方向に延びており、タンク１８の右端および左端において回転可能に支持されている。粉体供給ローラ２１の外周面には、左右方向（つまり、粉体供給ローラ２１の軸線方向）に長く、且つ中心に向かって凹んだ凹部２２が設けられている。凹部２２には、貯留部１９に貯留された立体造形粉体が溜まる。従って、粉体供給モータ４４（図５参照）の動力によって粉体供給ローラ２１が回転すると、凹部２２に溜まった立体造形粉体が下方へ落下する（図４参照）。

シャッター２３は、矩形板状の部材であり、誘導部２０の下端近傍に水平に配置されている。詳細には、図３に示すように、誘導部２０の左右の下部後端の各々には、シャッター２３を前後方向に移動可能に支持する支持部２４が設けられている。支持部２４から誘導部２０の下端にかけて、前後方向を長手方向とする側面視矩形のガイド孔２５が形成されている。ガイド孔２５の前後方向の長さは、シャッター２３の前後方向の長さの約２倍となっている。従って、シャッター２３は、ガイド孔２５に沿って前後方向に移動することができる。

支持部２４の後端とシャッター２３の後端の間には、押しばね２６が介在している。左右に設けられた２つの押しばね２６（図３では、右側の押しばね２６のみを図示）は、シャッター２３を前方へ向けて付勢する。シャッター２３の高さは、造形台に設けられた切替部１５の高さと一致する。

平坦化ローラ２８について説明する。平坦化ローラ２８は、造形台６の供給部１４に供給された立体造形粉体を、ステージ１１上に移動させて平坦化し、粉体層を形成する。図３に示すように、平坦化ローラ２８の回転軸２９は、ステージ１１の上面と平行な状態（つまり、水平な状態）で、造形台６の移動方向と交差する方向（左右方向）に延びる。回転軸２９は、粉体回収部３４（図１参照）に配置された平坦化ローラ回転モータ４３（図５参照）に接続している。平坦化ローラ回転モータ４３が駆動すると、平坦化ローラ２８は、図３に示す矢印方向（右側面視反時計回りの方向）に回転する。立体造形装置１は、粉体層を形成する場合、平坦化ローラ２８を回転させながら造形台６を後方から前方へ移動させる。その結果、立体造形粉体は、ステージ１１（図１および図２参照）上で平坦化される。平坦化ローラ２８の背面側に集積した余剰粉体は、造形台６の背面側に形成された粉体落下口１３に落下する。

図３に示すように、粉体供給機構１７のタンク１８の正面には、板状のブレード３０が固定されている。ブレード３０は、タンク１８の正面の壁面から前方斜め下方へ延び、平坦化ローラ２８の背面側に隙間無く接触している。その結果、平坦化ローラ２８に付着した立体造形粉体は、ブレード３０によって除去される。さらに、ブレード３０の板面は、平坦化ローラ２８の正面側の空間と背面側の空間との間を遮断する。従って、ブレード３０は、平坦化ローラ２８の背面側の立体造形粉体が正面側に飛散することを防止することができる。よって、平坦化ローラ２８によって形成された粉体層の上面は平坦に保たれる。飛散した立体造形粉体が、以下に述べるヘッド３２に付着する可能性も低下する。

ヘッド３２について説明する。ヘッド３２は、立体造形粉体を固化するための造形液を下方に吐出する。本実施形態の立体造形装置１は、無色のクリア造形液と、複数のカラー造形液とをヘッド３２から吐出する。図１に示すように、造形台６の上方、且つ平坦化ローラ２８の前方には、ヘッド３２の左右方向の移動を案内するためのガイドレール３３が設けられている。ガイドレール３３は、立体造形装置１の左胴部３５の右側面から右方へ真っ直ぐに水平に延び、粉体回収部３４の左側面に接続する。ガイドレール３３は、ヘッド３２を左右方向に貫通しており、ヘッド３２はガイドレール３３に沿って左右方向に移動できる。立体造形装置１の左胴部３５には、ヘッド３２を移動させるためのヘッド移動モータ４５（図５参照）が設けられている。ヘッド移動モータが駆動すると、キャリッジベルト（図示せず）を介して動力がヘッド３２に伝わり、ヘッド３２が左右方向に移動する。

図３に示すように、ヘッド３２は、ステージ１１（図１参照）のステージ面に対する平坦化ローラ２８の平坦化工程における相対的な移動方向において、平坦化ローラ２８よりも後方に位置する。つまり、平坦化工程では、平坦化ローラ２８はステージ面に対して前方に相対的な移動を行うが、ヘッド３２は平坦化ローラ２８よりも前方に位置している。

粉体回収部３４は、図１に示すように、造形台６と右胴部３６の間に配置される。粉体回収部３４は、造形台６内の未硬化粉体を吸引するためのポンプ（図示せず）を備える。また、右胴部３６の正面には、作業者からの操作入力を受け付けるための操作パネル５３が設けられている。

図３および図４を参照して、供給部１４に立体造形粉体を供給する際の立体造形装置１の動作について説明する。まず、図４に示すように、立体造形装置１は、供給部１４（図３参照）に立体造形粉体を供給する前に、シャッター２３を閉鎖させた状態で、粉体供給ローラ２１を回転させる。その結果、貯留部１９に貯留された立体造形粉体が、シャッター２３の上部に蓄積される。シャッター２３上に蓄積させる立体造形粉体の量は、平坦化ローラ２８によって形成する粉体層の厚みに応じて制御される。

適量の立体造形粉体の蓄積が完了すると、立体造形装置１は、造形台６のステージ１１に対する粉体供給機構１７の相対的な位置を移動させる。詳細には、第一実施形態では、造形台６を後方（図３の右斜め上方）に移動させる。その結果、造形台６の左右に設けられた切替部１５が、シャッター２３の左右の端部に接触し、押しばね２６の付勢力に反してシャッター２３を後方へ押し込む。図４に示すように、シャッター２３が後方へ押し込まれて誘導部２０の下方が開放されると、シャッター２３の上部に蓄積されていた立体造形粉体は下方へ落下する。図３に示すように、切替部１５と供給部１４の前後方向の位置は一致するため、落下した立体造形粉体は供給部１４に供給される。

図５を参照して、立体造形装置１の電気的構成について説明する。立体造形装置１は、立体造形装置１の制御を司るＣＰＵ５０を備える。ＣＰＵ５０には、ＲＡＭ５１、ＲＯＭ５２、操作パネル５３、外部通信Ｉ／Ｆ５４、モータ駆動部５５、およびヘッド駆動部５６が、バス３９を介して接続されている。

ＲＡＭ５１には、ＰＣ１００から受信した立体造形データ等の各種データが一時的に記憶される。ＲＯＭ５２には、立体造形装置１の動作を制御するための制御プログラム、初期値等が記憶されている。外部通信Ｉ／Ｆ５４は、立体造形装置１をＰＣ１００等の外部機器に接続する。モータ駆動部５５は、前後動モータ４１、ステージ昇降モータ４２、平坦化ローラ回転モータ４３、粉体供給モータ４４、およびヘッド移動モータ４５の各々の動作を制御する。ヘッド駆動部５６はヘッド３２に接続しており、ヘッド３２の各吐出チャンネルに設けられた圧電素子を駆動する。なお、立体造形装置１は、ＵＳＢインタフェース、インターネット等を介して、他のデバイス（例えば、ＵＳＢメモリ、サーバ等）からデータを取得することも可能である。

図６を参照して、立体造形装置１が実行する立体造形処理について説明する。前述したように、立体造形装置１のＲＯＭ５２には、立体造形装置１の動作を制御するための制御プログラムが記憶されている。立体造形装置１のＣＰＵ５０は、立体造形物の作成指示を操作パネル５３等から入力すると、制御プログラムに従って、図６に示す立体造形処理を実行する。制御プログラムによると、作業者によって指定された立体造形データに基づいて立体造形装置１の動作が制御されて、立体造形物が造形される。

まず、粉体層の順を示すＺの値が、最下層であることを示す「１」とされる（Ｓ１）。次いで、Ｚ番目の層における立体造形データが読み出される（Ｓ３）。読み出された立体造形データから、Ｚ番目の層の厚みＴが取得される（Ｓ４）。取得された層の厚みＴに応じて、供給する立体造形粉体の粉体量Ｆが決定される（Ｓ５）。本実施形態では、厚みの単位量あたりの粉体量ｋに、層の厚みＴを乗じ、所定の余剰量αを足すことで、粉体量Ｆが算出される。しかし、粉体量Ｆは層の厚みＴに応じて決定すればよく、具体的な決定方法は適宜変更できる。例えば、余剰量αを足すことなく粉体量Ｆを算出してもよい。また、立体造形装置１は、層の厚みＴと粉体量Ｆとを対応付けたテーブルをあらかじめ記憶しておき、テーブルにおいて層の厚みＴに対応付けられている値を粉体量Ｆとしてもよい。

次いで、ＣＰＵ５０は、粉体供給モータ４４（図５参照）を駆動して粉体供給ローラ２１（図３および図４参照）を回転し、シャッター２３上に立体造形粉体を蓄積する（Ｓ７）。Ｓ５で決定された粉体量Ｆの蓄積が完了するまで（Ｓ８：ＮＯ）、粉体供給ローラ２１を回転させる（Ｓ７）。蓄積した立体造形粉体の量は、粉体供給ローラ２１の回転数から算出することができる。本実施形態の立体造形装置１は、造形液を吐出する期間以外の期間に立体造形粉体を蓄積する。従って、粉体供給ローラ２１の振動が造形液の吐出に悪影響を与えることは無い。さらに、立体造形装置は、立体造形粉体の平坦化が行われている期間以外の期間に立体造形粉体を蓄積する。従って、粉体供給ローラ２１の振動は、平坦化にも悪影響を与えない。

粉体量Ｆの蓄積が完了すると（Ｓ８：ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、ステージ１１に対する粉体供給機構１７の位置を、平坦化方向の反対方向へ移動させる（Ｓ１０）。第一実施形態では、ＣＰＵ５１は、前後動モータ４１（図５参照）を駆動して造形台６を後方へ移動させる。その結果、造形台６の切替部１５（図３参照）がシャッター２３を後方へ押し込み、シャッター２３が開放される。シャッター２３の開放が完了するまで（Ｓ１１：ＮＯ）、Ｓ１０の動作が継続される。シャッター２３の開放が完了すると（Ｓ１１：ＹＥＳ）、シャッター２３上に蓄積されていた粉体量Ｆの立体造形粉体が、供給部１４に供給される。

次いで、ＣＰＵ５１は、平坦化ローラ２８を回転させながら、ステージ１１に対する平坦化ローラ２８の位置を平坦化方向へ移動させる（Ｓ１３）。第一実施形態では、ＣＰＵ５１は、造形台６を前方へ移動させる。その結果、シャッター２３が押しばね２６（図３参照）の付勢力で閉鎖され、且つ、平坦化ローラ２８による立体造形粉体の平坦化が行われる。平坦化が完了するまで（Ｓ１４：ＮＯ）、Ｓ１３の動作が継続される。平坦化が完了すると（Ｓ１４：ＹＥＳ）、Ｚ番目の層の立体造形データに応じてヘッド３２、ヘッド移動モータ４５（図５参照）、および前後動モータ４１（図５参照）が駆動され、立体造形データに応じた位置に造形液が吐出される（Ｓ１６）。その結果、所定の位置の立体造形粉体が固化し、立体造形物の層が形成される。

次いで、全ての層の造形が完了したか否かが判断される（Ｓ１７）。完了していなければ（Ｓ１７：ＮＯ）、層の順を示すＺの値に「１」が加算されて（Ｓ１８）、処理はＳ３へ戻り、１つ上の層を造形する処理が行われる（Ｓ３〜Ｓ１６）。全ての層の造形が完了すると（Ｓ１７：ＹＥＳ）、未硬化粉体を回収する処理が行われて（Ｓ１９）、処理は終了する。

以上説明したように、第一実施形態の立体造形装置１は、平坦化を実行するために設けられた前後動モータ４１の動力を利用してシャッター２３を駆動し、供給部１４への立体造形粉体の供給と、供給の遮断とを切り替えることができる。シャッター２３を駆動するための駆動部を、前後動モータ４１と別に設ける必要が無い。従って、立体造形装置１は、立体造形粉体の供給と供給の遮断とを、簡易な構成で容易に切り替えることができる。

立体造形装置１は、シャッター２３が開放されるまでの間に粉体供給ローラ２１を回転させて、シャッター２３の上部に立体造形粉体を蓄積させる。その結果、シャッター２３が開放されると同時に、供給部１４に立体造形粉体が供給される。従って、立体造形装置１は、シャッター２３が開放された後に粉体供給ローラ２１の回転を開始させる場合に比べて、造形に要する時間を短縮することができる。

立体造形装置１は、形成する粉体層の厚みＴに応じて、シャッター２３上に蓄積させる立体造形粉体の粉体量Ｆを制御する。従って、余分な立体造形粉体が供給部１４に供給されることを抑制することができる。立体造形粉体の量が不足する可能性も低下させることができる。

立体造形装置１は、ヘッド３２から造形液を吐出させる期間以外の期間に粉体供給ローラ２１を回転させて、シャッター２３上に立体造形粉体を蓄積させる。従って、立体造形装置１は、造形液の吐出精度が粉体供給ローラ２１の振動によって悪化することを防ぎつつ、効率よく立体造形物を造形することができる。

立体造形装置１は、平坦化ローラ２８によって平坦化が実行されている期間以外の期間に、シャッター２３上に立体造形粉体を蓄積させる。従って、立体造形装置１は、平坦化の精度が粉体供給ローラ２１の振動によって悪化することを防ぎつつ、効率よく粉体層を形成することができる。

立体造形装置１の前後動モータ４１は、造形台６を水平方向（前後方向）に移動させる。切替部１５は、ステージ１１を備えた造形台６に設けられており、前後動モータ４１がステージ１１を前後動させることで、切替部１５がシャッター２３を駆動する。従って、立体造形装置１は、前後動モータ４１によってステージ１１（つまり、造形台６）を移動させるだけで、シャッター２３の駆動と平坦化とを共に効率よく実行することができる。

立体造形装置１では、ヘッド３２は、ステージ１１に対する平坦化ローラ２８の平坦化工程における相対的な移動方向において、平坦化ローラ２８よりも後方に位置する。この場合、平坦化ローラ２８によって立体造形粉体の平坦化が完了した後に、立体造形粉体の上方にヘッド３２が位置する。従って、立体造形装置１は、平坦化が完了していない立体造形粉体が飛散してヘッド３２に付着することを防止することができる。

第一実施形態において、粉体供給ローラ２１が本発明の「粉体供給手段」に相当する。平坦化ローラ２８が本発明の「平坦化手段」に相当する。前後動モータ４１が「平坦化駆動手段」に相当する。図６のＳ４〜Ｓ８で粉体供給モータ４４を制御するＣＰＵ５０が「供給制御手段」として機能する。図６のＳ１６でヘッド３２の動作を制御するＣＰＵ５０が「吐出制御手段」として機能する。ヘッド３２が「吐出手段」として機能する。

図７を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態に係る立体造形装置１は、造形台１０６を固定させた状態で、ヘッド１３２、平坦化ローラ１２８、および切替部１１５を水平方向に移動させる点が、第一実施形態に係る立体造形装置１と異なるのみである。従って、第二実施形態の説明では、第一実施形態と同一の構成については同一の番号を付し、説明を省略または簡略化する。

図７に示すように、第二実施形態に係る立体造形装置１では、造形台１０６は土台に固定されている。立体造形粉体が供給される供給部１１４は、造形台１０６の後端に形成されており、粉体供給機構１７の下方に位置する。また、第二実施形態に係る立体造形装置１は、前後方向に移動可能な移動ユニット１０１を備える。移動ユニット１０１は、前後動モータ４１（図５参照）によって移動する。移動ユニット１０１は、前方から順に、切替部１１５、平坦化ローラ１２８、およびヘッド１３２を備える。切替部１１５は、移動ユニット１０１の左右両端部から上方に延びており、シャッター２３の左右両端部の前方に接触することができる。平坦化ローラ１２８は、回転軸が左右方向となるように、移動ユニット１０１の略中央に回転可能に設けられている。ヘッド１３２は、平坦化ローラ１２８の後方に配置されている。平坦化工程において、造形台１０６に対する移動ユニット１０１の移動方向は、前方（図７の左方）である。従って、ヘッド１３２は、平坦化方向において、平坦化ローラ１２８の後方に位置する。

移動ユニット１０１が前後動モータ４１によって後方へ移動すると、２つの切替部１１５がシャッター２３の左右両端部を後方へ押し込む。その結果、シャッター２３が開放され、シャッター２３上に蓄積されていた立体造形粉体が供給部１１４に供給される（図７の上の状態）。シャッター２３の開放が完了すると、立体造形装置１は移動ユニット１０１を前方に移動させる。その結果、シャッター２３が閉鎖され、且つ、供給部１１４に供給された立体造形粉体が、造形台１０６のステージ（図示せず）に移動されて平坦化される。次いで、平坦化された立体造形粉体上をヘッド１３２が通過する過程で、造形液が吐出され、立体造形物の層が形成される。

以上説明したように、第二実施形態に係る立体造形装置１は、平坦化ローラ１２８を備えた移動ユニット１０１を、前後動モータ４１によって移動させることで、立体造形粉体の平坦化を行う。シャッター２３を駆動する切替部１１５は、平坦化ローラ１２８を備えた移動ユニット１０１に設けられている。従って、立体造形装置１は、前後動モータ４１によって移動ユニット１０１を移動させるだけで、シャッター２３の駆動と平坦化とを共に効率よく実行することができる。移動ユニット１０１は、造形台１０６に比べて容易に軽量化できるため、僅かな動力を用いて高速でシャッター２３を駆動することも可能である。

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、様々な変形が可能であることは勿論である。例えば、シャッター２３の形状は変更することができる。以下、図８および図９を参照して、シャッター２３の変形例について説明する。

図８を参照して、第一変形例に係るシャッター１２３について説明する。第一変形例に係るシャッター１２３は、両端部に爪部１２７を備える。切替部１５（図２および図３参照）が爪部１２７に接触することで、シャッター１２３が駆動する。シャッター１２３の後端には、シャッター１２３を前方に付勢するための押しばね１２６が設けられる。第一変形例に係るシャッター１２３は、正面側縁部に段差が設けられた形状に形成されている。詳細には、右端側の領域ｒ１の正面側縁部は最も後方に位置し、左端側の領域ｒ３の正面側縁部は最も前方に位置する。左右方向中心側の領域ｒ２の正面側縁部は、領域ｒ１の正面側縁部と、領域ｒ３の両面側縁部との間に位置する。

シャッター１２３を距離ｄ１だけ開放方向に移動させた場合、シャッター１２３の領域ｒ１に蓄積された立体造形粉体のみが供給部１４に供給される。シャッター１２３を距離ｄ２だけ移動させた場合、領域ｒ２に蓄積された立体造形粉体が供給部に供給される。シャッター１２３を距離ｄ３移動させると、領域ｒ３（つまり、全ての領域）の立体造形粉体が供給部１４に供給される。従って、第一変形例のシャッター１２３を用いることで、シャッター１２３を移動させる距離に応じて、供給する立体造形粉体の量、および、立体造形粉体を供給する領域を調整することができる。

図９を参照して、第二変形例に係るシャッター２２３について説明する。第二変形例に係るシャッター２２３は、左端部２２３Ａと、中央部２２３Ｂと、右端部２２３Ｃの３つに分割されている。左端部２２３Ａ、中央部２２３Ｂ、右端部２２３Ｃの各々に、押しばね２２６Ａ，２２６Ｂ，２２６Ｃが設けられている。また、切替部２１５には、左切替部２１５Ａと、中央切替部２１５Ｂと、右切替部２１５Ｃが形成されている。シャッター２２３との間の距離は、左切替部２１５Ａが最も遠く、右切替部２１５Ｃが最も近い。

切替部２１５を開放方向に移動させていくと、まず、右切替部２１５Ｃが右端部２２３Ｃに接触し、右端部２２３Ｃ上の立体造形粉体が落下する。次いで、中央切替部２１５Ｂが中央部２２３Ｂに接触し、中央部２２３Ｂ上の立体造形粉体が落下する。最後に、左端部２２３Ａが左切替部２１５Ａによって開放されて、シャッター２２３上の全ての立体造形粉体が落下する。従って、第二変形例のシャッター２２３を用いることで、切替部２１５を移動させる距離に応じて、供給する立体造形粉体の量、および、立体造形粉体を供給する領域を調整することができる。

本発明はその他の変形も可能である。例えば、上記実施形態の立体造形装置１は、シャッター２３を開放させるまでの間に、シャッター２３上に立体造形粉体を蓄積させる。従って、立体造形物の造形に要する時間を短縮することができる。しかし、シャッター２３上に立体造形粉体を蓄積せずに、シャッター２３を開放させてから粉体供給ローラ２１の駆動を開始してもよい。この場合でも、立体造形装置１は、シャッター２３の開閉を効率よく実行することができる。

粉体供給機構１７の構造は変更できる。例えば、粉体供給ローラの代わりに、ベルト等を用いて粉体を落下させてもよい。平坦化ローラ２８の代わりに、棒状の部材、板状の部材等を用いて平坦化を行ってもよい。また、ステージ１１上の立体造形粉体を平坦化して粉体層を形成する場合、平坦化ローラ２８とステージ１１が相対的に移動すればよい。従って、立体造形装置１は、平坦化ローラ２８とステージ１１を共に移動させて平坦化を行うことも可能である。立体造形装置１は、ヘッド３２を固定したままステージ１１を水平方向に移動させて造形液を吐出してもよい。

上記実施形態のシャッター２３，１２３，２２３は、水平方向に平行移動することで、立体造形粉体の供給および供給の遮断を切り替える。しかし、シャッターは、回転軸を中心に回転することで、供給および供給の遮断を切り替えてもよい。

１ 立体造形装置
６，１０６ 造形台
１１ ステージ
１４，１１４ 供給部
１５，１１５，２１５ 切替部
１７ 粉体供給機構
２１ 粉体供給ローラ
２３，１２３，２２３ シャッター
２８，１２８ 平坦化ローラ
３２，１３２ ヘッド
４１ 前後動モータ
４３ 平坦化ローラ回転モータ
４４ 粉体供給モータ
５０ ＣＰＵ

Claims (8)

1. 造形液と混合することで固化する立体造形粉体が載置されるステージと、
   前記ステージのステージ面または前記ステージ面の外側に設けられ、前記立体造形粉体が供給される供給部と、
   前記供給部に前記立体造形粉体を供給する粉体供給手段と、
   前記ステージに対する相対的な位置が、前記ステージ面と平行な方向に変化することで、前記粉体供給手段によって前記供給部に供給された前記立体造形粉体を平坦化し、前記立体造形粉体の層である粉体層を形成する平坦化手段と、
   前記平坦化手段および前記ステージの少なくとも一方を移動させることで、前記平坦化手段による前記立体造形粉体の平坦化を実行させる平坦化駆動手段と、
   前記粉体供給手段から前記供給部への前記立体造形粉体の供給を遮断するシャッターと、
   前記平坦化駆動手段によって移動することで前記シャッターを駆動し、前記粉体供給手段から前記供給部への前記立体造形粉体の供給と供給の遮断とを切り替える切替部と
   を備えたことを特徴とする立体造形装置。
2. 前記粉体供給手段の動作を制御する供給制御手段を備え、
   前記供給制御手段は、前記シャッターが開放されるまでの間に前記粉体供給手段を動作させて、前記シャッターの上部に前記立体造形粉体を蓄積させることを特徴とする請求項１に記載の立体造形装置。
3. 前記供給制御手段は、前記平坦化手段によって形成される前記粉体層の厚みに応じて、前記粉体供給手段から前記シャッターの上部に蓄積させる前記立体造形粉体の量を制御することを特徴とする請求項２に記載の立体造形装置。
4. 前記平坦化手段によって形成された前記粉体層への前記造形液の吐出を制御する吐出制御手段をさらに備え、
   前記供給制御手段は、前記吐出制御手段によって前記造形液の吐出が実行されている期間以外の期間に、前記粉体供給手段から前記シャッターの上部に前記立体造形粉体を蓄積させることを特徴とする請求項２または３に記載の立体造形装置。
5. 前記供給制御手段は、前記平坦化手段によって前記立体造形粉体の平坦化が実行されている期間以外の期間に、前記粉体供給手段から前記シャッターの上部に前記立体造形粉体を蓄積させることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の立体造形装置。
6. 前記平坦化駆動手段は、前記ステージを移動させることで、前記平坦化手段による前記立体造形粉体の平坦化を実行し、
   前記切替部は前記ステージに設けられており、前記平坦化駆動手段が前記ステージを移動させることで、前記切替部が前記シャッターを駆動することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の立体造形装置。
7. 前記平坦化駆動手段は、前記平坦化手段を移動させることで、前記平坦化手段による前記立体造形粉体の平坦化を実行し、
   前記切替部は前記平坦化手段に設けられており、前記平坦化駆動手段が前記平坦化手段を移動させることで、前記切替部が前記シャッターを駆動することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の立体造形装置。
8. 前記平坦化手段によって形成された前記粉体層に前記造形液を吐出する吐出手段をさらに備え、
   前記吐出手段は、前記ステージ面に対する前記平坦化手段の平坦化工程における相対的な移動方向において、前記平坦化手段よりも後方に位置することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の立体造形装置。

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