造形装置
【課題】 粉末結合法の場合は粉末状形成材料を造形する各層ごとに吐出し、表面をなだらかにしなければならない。
【解決手段】 造形ヘッドには、粉末状形成材料を吐出する吐出部と、この吐出部が吐出した上記粉末状形成材料をならすならし部と、ならされた粉末状形成材料に結合材を噴出する噴出部とを備えている。この造形ヘッドと、吐出された粉末状形成材料を支持する支持部とは、移動部により相対的に移動可能である。従って、造形ヘッドに着目すると、造形ヘッドは支持部上の任意の位置へ移動可能であり、この移動によって吐出部から支持部上に粉末状形成材料を吐出できる。これとともにならし部によって吐出された粉末状形成材料の表面をならすことができる。そして、ならされた状態で制御部が造形データを用いて上記造形ヘッドにて粉末状形成材料に結合材を噴出させることで、造形を行わせることができる。
【解決手段】 造形ヘッドには、粉末状形成材料を吐出する吐出部と、この吐出部が吐出した上記粉末状形成材料をならすならし部と、ならされた粉末状形成材料に結合材を噴出する噴出部とを備えている。この造形ヘッドと、吐出された粉末状形成材料を支持する支持部とは、移動部により相対的に移動可能である。従って、造形ヘッドに着目すると、造形ヘッドは支持部上の任意の位置へ移動可能であり、この移動によって吐出部から支持部上に粉末状形成材料を吐出できる。これとともにならし部によって吐出された粉末状形成材料の表面をならすことができる。そして、ならされた状態で制御部が造形データを用いて上記造形ヘッドにて粉末状形成材料に結合材を噴出させることで、造形を行わせることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元の造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体物の造形技術として幾つかの手法が知られている。具体的には、いわゆる光造形法（特許文献１参照）、選択的レーザー焼結法（特許文献２参照）、溶融堆積法（特許文献３参照）、粉末結合法（特許文献４参照）、シート積層法（特許文献５参照）、インクジェットによる材料の直接吐出による造形法（特許文献６参照）等の積層型の造形法が知られている。
【０００３】
また、測定対象となる立体物を３次元測定して３次元モデルデータを出力可能な３次元測定器（３次元デジタイザ）が知られている。
また、測定対象物を測定する装置や、コンピューターや、立体物の造形のための装置といった複数の装置からなるシステムによって、立体物のコピーを実現する技術が知られている（特許文献７，８参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８‐１９５０６９号公報
【特許文献２】特表２０１０‐５１０１０４号公報
【特許文献３】特表２００９‐５２５２０７号公報
【特許文献４】特表２００２‐５０７９４０号公報
【特許文献５】特開２００１‐３０１０６０号公報
【特許文献６】特表２００３‐５３５７１２号公報
【特許文献７】特開２００４‐６９４０３号公報
【特許文献８】特開２００６‐２５０９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
粉末結合法の場合は粉末状形成材料を造形する各層ごとに吐出し、表面をなだらかにしなければならない。従来は、この過程をコンパクトな構成で実現することができなかった。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、構成が簡易な粉末結合法による造形装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、造形ヘッドには、粉末状形成材料を吐出する吐出部と、この吐出部が吐出した上記粉末状形成材料をならすならし部と、ならされた粉末状形成材料に結合材を噴出する噴出部とを備えている。この造形ヘッドと、吐出された粉末状形成材料を支持する支持部とは、移動部により相対的に移動可能である。従って、造形ヘッドに着目すると、造形ヘッドは支持部上の任意の位置へ移動可能であり、この移動によって吐出部から支持部上に粉末状形成材料を吐出できる。これとともにならし部によって吐出された粉末状形成材料の表面をならすことができる。そして、ならされた状態で制御部が造形データを用いて上記造形ヘッドにて粉末状形成材料に結合材を噴出させることで、造形を行わせることができる。
【０００７】
ならし部は吐出された粉末状形成材料の表面をならすものであるが、このならし部は、上記吐出部と上記噴出部とを仕切るように配置し、吐出部から吐出される粉末状形成材料が噴出部の側に回り込まないようにすることができる。
噴出部の側に回り込みにくくする構成として、上記ならし部は、上記噴出部を覆って粉末状形成材料をならす際のならし位置と、上記噴出部を露出させて結合材を噴出可能とする露出位置とを移動可能に設けるようにしてもよい。そして、上記制御部は、吐出部から粉末状形成材料を吐出するときにならし位置に上記ならし部を位置させ、上記噴出部が結合材を噴出するときに露出位置に上記ならし部を位置させるように制御する。これにより、粉末状形成材料が噴出部に付着しにくくできる。
【０００８】
さらに、噴出部に付着しにくくするため、上記ならし部は、上記噴出部を囲う形状として形成してもよい。噴出部を囲うことにより、粉末状形成材料は噴出部に付着しにくくなる。
造形物が形成される支持部の構成として、テーブルと、このテーブルを囲む筒部と、この筒部の外でならした粉末状形成材料を回収する回収部とを備えるように構成し、回収した粉末状形成材料を再利用するようにしてもよい。
【０００９】
また、上記支持部の上に載ったスキャン対象を立体スキャンするスキャナー部を備えた上で、上記制御部が、このスキャナー部が立体スキャンして得たスキャンデータに基づいて上記造形データを求めるようにしてもよい。
造形データを求める演算には多大な処理能力を必要とする。このため、上記制御部は、自ら演算して上記造形データを求めるか、外部のネットワークを介して外部の複数の演算装置で上記造形データを求めるようにすることができる。
【００１０】
造形のみならず、模様の複写も実現可能であり、このためには、上記粉末状形成材料と上記結合材は透明または白であり、上記噴出部は、同結合材に加えて着色剤を噴出可能であり、同着色剤に有色成分を含むように構成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の造形装置は、粉末状形成材料と結合材とを供給できる造形ヘッドを備えつつ、粉末状形成材料を吐出した上で平坦にならすことができるので、コンパクトな構成で実現可能な造形装置を提供できる。
また、ならし部は吐出部と噴出部とを区切るようにすることで、結合材を噴出する噴出部に粉末状形成材料が付着しにくくすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】造形装置の外観例を示した斜視図である。
【図２】造形装置の構成を概略的に示した図である。
【図３】プラットフォームの構成例を示した図である。
【図４】支持部と移動部と造形ヘッドを概略的に示す斜視図である。
【図５】造形ヘッドを拡大表示する正面図である。
【図６】造形ヘッドの噴出部を下面側から見たときの概略を示す図である。
【図７】造形処理を模式的に示す概略図である。
【図８】造形データをネットワークを介して取得する状況を示す概略図である。
【図９】造形処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】造形処理の要部の手順を示すフローチャートである。
【図１１】造形処理の要部の他の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
１．複合機の構成
図１は、本実施形態にかかる造形装置を適用した３次元複合機１０の外観例を斜視図により示している。３次元複合機１０は、装置全体を覆う筺体１１の前面上部側に扉１２を有している。また、筺体１１の内部には、処理用空間としてのチャンバー１３が形成されている。ユーザは、扉１２を開けることで、チャンバー１３内にアクセス可能であり、チャンバー１３内に測定対象物Ｍとしての立体物を載置したり、載置した測定対象物Ｍを取り出したり、チャンバー１３内で造形された立体物（造形物Ｒ）を取り出したりすることができる。３次元複合機１０は、筺体１１表面の所定位置に、ユーザに対する表示部としての表示装置１１ａ（液晶パネル等）や、ユーザからの操作を受け付ける操作受付部１１ｂとしてのスイッチやボタンやタッチパネル等を適宜備える。
【００１４】
図２は、３次元複合機１０の構成を概略的に示している。３次元複合機１０は、チャンバー１３内に載置された測定対象物Ｍを３次元測定して３次元モデルデータを取得可能な測定部２０と、与えられた３次元モデルデータに基づいてチャンバー１３内に造形物Ｒを造形可能な造形部３０と、測定部２０と造形部３０とを制御する制御部４０とを含む。ここで言う与えられた３次元モデルデータとは、外部から３次元複合機１０に接続されたコンピューターや記憶媒体（メモリーカード等）から３次元複合機１０が読み込む３次元モデルデータと、測定部２０によって取得される３次元モデルデータとの両方を含む意味である。つまり、一台の３次元複合機１０は、立体物の３次元測定機能と、立体物の造形機能と、これら機能を合わせた立体物の複製機能とを兼ね備えている。また、３次元複合機１０は、造形方法に応じた造形のための構造を備え、例えばチャンバー１３の底面側に配設された略水平な台（プラットフォーム１４）と、プラットフォーム１４をチャンバー１３内において３次元複合機１０の上下方向（縦方向）に移動させることが可能なモーター等からなるプラットフォーム移動機構１５を含む。
【００１５】
測定部２０は、測定対象物Ｍを３次元測定して３次元モデルデータを取得可能な機構であれば、公知の非接触型の３次元デジタイザを含めて種々の構成を採ることができる。測定部２０は、例えば、照射光を発する光源２１、光源２１から照射された照射光の測定対象物Ｍからの反射光を読み取るイメージセンサー２２、イメージセンサー２２による読み取り結果（点群データ）に基づいて所定のフォーマットの３次元モデルデータを生成するファイル生成部２３などを備える。ファイル生成部２３は、例えば、ＳＴＬやＯＢＪやＩＧＥＳ等のフォーマットで３次元モデルデータを生成可能である。
【００１６】
一例として、ファイル生成部２３がＳＴＬフォーマットの３次元モデルデータを生成する場合、３次元モデルデータは、３つの頂点（座標値）を有する三角形の集合により立体を表現する。ここでいう座標値とは、例えば、チャンバー１３内に定義された空間（互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの３軸により定義された空間）における座標値（Ｘ成分値、Ｙ成分値、Ｚ成分値）である。また、各三角形は面法線ベクトルを有し、各面法線ベクトルが向く方向は立体物の表面が向く方向を示している。本実施形態では、Ｚ軸は上記上下方向（縦方向）を向き、これに垂直なＸＹ平面は、水平面を形成するものする。
【００１７】
造形部３０は、３次元モデルデータに基づいて立体物を造形可能な機構であり、本実施例では積層型の粉末造形法により造形を行なう。造形部３０は、例えば、３次元モデルデータを各層の造形のためのスライスデータに変換するデータ変換部３１、造形のための可動部（造形ヘッド３２）、造形ヘッド３２をチャンバー１３内においてＸ，Ｙ軸方向それぞれに移動させることが可能なモーター等からなるヘッド移動機構（移動部）３３などを備える。データ変換部３１は、３次元モデルデータの断面形状であって、例えば、Ｚ軸方向に垂直な断面形状（ＸＹ平面における形状）を演算により取得する。データ変換部３１は、このような断面形状をＺ軸方向においてスライス幅（造形部３０が積層する層の厚さ。なお、スライス幅は一定とは限らない。）間隔で取得する。このようなスライス幅毎の断面形状を表したデータを、スライスデータと呼ぶ。
【００１８】
造形ヘッド３２は、チャンバー１３内にてプラットフォーム１４上をヘッド移動機構３３によってＸ，Ｙ軸方向に移動させられながら、一層のスライスデータが示す形状に応じて一層の造形を行なう。本実施例における粉末結合法では、造形ヘッド３２はプラットフォーム１４上に粉末状形成材料を吐出して粉末層を形成し、結合材をこのプラットフォーム１４上の粉末層に吐出する。このようなスライスデータに応じた一層分の造形と、Ｚ軸方向に沿ったプラットフォーム１４の当該一層分の移動（下降）とを繰り返すことで、プラットフォーム１４上に層単位での造形結果が積層され、造形物Ｒが完成する。これらの構成については後に詳述する。なお、プラットフォーム１４は吐出された粉末状形成材料を支持する支持部に相当する。
【００１９】
制御部４０は、ＣＰＵ４１やメモリー４２などを備え、ＣＰＵ４１がメモリー４２に記憶された所定のプログラムに従って測定部２０や造形部３０を制御する。また制御部４０は、造形部３０による造形時に、プラットフォーム移動機構１５のモーターを数値制御することでプラットフォーム１４のＺ軸方向の移動距離や移動速度を制御し、ヘッド移動機構３３のモーターを数値制御することで造形ヘッド３２のＸ，Ｙ軸方向の移動距離や移動速度を制御する。すなわち、ヘッド移動機構３３による造形ヘッド３２のＸ，Ｙ軸方向の移動とともに、プラットフォーム１４のＺ軸方向の移動を組み合わせることにより、造形ヘッド３２と支持部とが相対的に移動することになり、移動部を構成する。
【００２０】
図３は、チャンバー１３内におけるプラットフォーム１４（テーブル１４ａ）の構成例を示している。図３に示すテーブル１４ａは円形状であり、且つ中心が軸１６により下方から支持されている。軸１６は、上記プラットフォーム移動機構１５によりＺ軸方向に沿って移動可能であり且つ回転可能である。この軸１６の回転についても制御部４０により数値制御される。つまり図３の例では、プラットフォームはターンテーブルとなっている。測定部２０による測定対象物Ｍの測定時には、このターンテーブルとしてのテーブル１４ａに測定対象物Ｍが載置され、テーブル１４ａが回転する状況で測定が行なわれる。回転するターンテーブルに測定対象物Ｍが載ることで、イメージセンサー２２は、それ自体が固定されていても測定対象物Ｍを３６０度満遍無く読み取ることができる。つまり、造形用の空間としても使用されるチャンバー１３内において効率よく測定対象物Ｍについての正確な３次元モデルデータを取得できる。一方、造形部３０による造形物Ｒの造形時には、テーブル１４ａは基本的には回転せず、Ｚ軸方向に沿った移動を行なう。
【００２１】
図４はチャンバ１３内の支持部と移動部と造形ヘッドを概略的に示す斜視図である。
ヘッド移動機構（移動部）３３は、造形ヘッド３２を枠内でＸ，Ｙ方向に移動可能なように支持している。支持部は、テーブル１４ａと、このテーブル１４ａを囲む筒部１４ｂと、この筒部１４ｂ外の外でならした粉末状形成材料を回収する回収部３６ａとを備え、回収した粉末状形成材料を再利用できるようになっている。
【００２２】
図５は、造形ヘッド３２を正面図により拡大表示して示している。
造形ヘッド３２は、粉末状形成材料と結合材と着色剤を供給するものである。図に示す右方には上部からチューブで供給される粉末状形成材料を下方の所定の領域に吐出する吐出部３４を備え、図に示す左方には上部からチューブで供給される結合材と着色剤を噴出する噴出部３２ａを備えている。また、吐出部３４と噴出部３２ａとの間には回転駆動可能に支持されるならし部３５を備えている。ならし部３５は、上記噴出部３２ａを覆って覆蓋する凹部状に形成されたキャップ３５ａと、このキャップ３５ａを両側で半回転可能に支持するアーム３５ｂ，３５ｂを有している。キャップ３５ａの下面には堤防状の突起３５ａ１が形成されており、噴出部３２ａを覆蓋する位置がならし位置であり、半回転して噴出部３２ａを露出させる位置が露出位置である。なお、半回転したときに突起３５ａ１は上方に突出することになるが、造形ヘッド３２の側には同突起３５ａ１を収容可能な凹みを形成してあるので、造形ヘッド３２は半回転可能である。ならし位置では、キャップ３５ａが噴出部３２ａを覆蓋しつつ、突起３５ａ１が下に突き出る状態となるので、吐出部３４から吐出される粉末状形成材料をならすことができる。
【００２３】
図６は、造形ヘッドの噴出部３２ａを下面側から見たときの概略を示している。噴出部３２ａは、結合材を噴出する結合材噴出ヘッド３２ａ１と、複数の着色剤をそれぞれ個別に噴出する着色剤ヘッド３２ａ２とを備えている。本実施例においては、粉末状形成材料と結合材は透明または白であり、噴出部３２ａは有色成分を含む着色剤を同結合材に加えて噴出可能となっている。
【００２４】
図７は、本実施例における造形処理を模式的に示している。
造形ヘッド３２は、結合材タンク３２ｂと、着色剤タンク３２ｃと、粉末状形成材料タンク３６ｂに対してチューブで接続されており、噴出及び吐出する着色剤と結合材と粉末状形成材料が供給されるようになっている。また、造形ヘッド３２が吐出部３４から上記テーブル１４ａ上に粉末状形成材料を吐出した後、ならし部３５の突起３５ａ１で上面をならし、余分な粉末状形成材料は筒部１４ｂの外に掻き出される。掻き出された粉末状形成材料は回収部３６ａにて回収されて粉末状形成材料タンク３６ｂに供給されるので、回収した粉末状形成材料を再利用できる。なお、ならすときにはならし部３５のキャップ３５ａが噴出部３２ａを覆蓋しているので、吐出部３４から吐き出されて撒き上がった粉末状形成材料が噴出部３２ａに付着して詰まらせてしまうことがない。なお、本実施例では、キャップ３５ａが噴出部３２ａを覆い被さっているが、少なくとも吐出部３４と噴出部３２ａとを区切るような位置であれば粉末状形成材料が噴出部３２ａに付着して詰まらせてしまうことを防止できる。
【００２５】
図８は、造形データをネットワークを介して取得する状況を示す概略図である。
上述したように本実施例では制御部４０が３次元モデルデータを生成したりスライスデータを生成している。しかし、かかる演算処理の負担は大きいのでネットワーク５０を介して外部の演算装置５１ａ〜５１ｃに接続し、これらを利用して３次元モデルデータやスライスデータを求めるようにしても良い。このように構成すれば、制御部４０のＣＰＵ４１やメモリー４２として処理能力の低いものでも利用できるようになる。
【００２６】
２．複製処理の説明
図９は、３次元複合機１０によって実行される立体物の複製処理の概略をフローチャートにより示している。なお、フローチャート中の各ステップのうち、ユーザによる行為は鎖線で囲んで示している。
ステップＳ１００では、ユーザにより、チャンバー１３内のターンテーブル上に測定対象物Ｍが載置される。ステップＳ１１０では、制御部４０は複製処理の開始指示を受け付ける。この場合、ユーザが操作受付部１１ｂを操作して、例えば“コピー”ボタンを押下げ等することで、制御部４０は複製処理の開始指示を受け付ける。ステップＳ１２０では、制御部４０は、測定部２０に対して測定実行を指示し、当該指示に応じて測定部２０は測定対象物Ｍを３次元測定して３次元モデルデータを生成する。むろんこのとき、制御部４０は、ターンテーブルを回転させる制御も行なう。
【００２７】
測定部２０による測定の終了後、ステップ１３０では、制御部４０は、測定対象物Ｍの取り出し催促を外部に対して行なう。測定対象物Ｍの取り出し催促は、３次元複合機１０が備えるスピーカーから所定の音声を出力させたり、表示装置１１ａに所定のメッセージを表示させたりして行なう。ステップＳ１４０では、ターンテーブル上に載置された測定対象物Ｍがユーザにより３次元複合機１０外へ取り出される。ステップＳ１５０では、制御部４０は、測定対象物Ｍが取り出されたか否かを所定のセンサー等を介して判定し、取り出しを確認したらステップＳ１６０で造形準備を実行する。造形準備とは、造形部３０のデータ変換部３１に、上記ステップＳ１２０で取得された３次元モデルデータをスライスデータへ変換させたり、プラットフォーム１４の位置を造形開始のための所定位置に移動させたりする処理等である。
【００２８】
造形準備が整った後、ステップＳ１７０では、制御部４０は、造形部３０に対して上記ステップＳ１６０で変換させた各スライスデータに基づく造形実行を指示し、当該指示に応じて造形部３０は造形ヘッド３２を駆動させて造形を実行する。むろんこのとき、制御部４０は、造形ヘッド３２およびプラットフォーム１４を移動させる制御も行なう。ステップＳ１７０の結果、プラットフォーム１４上にはスライスデータに応じて粉末状形成材料が結合された各層が積み重なり、上記ステップＳ１００で載置された測定対象物Ｍの複製物である造形物Ｒが完成する。ステップＳ１８０では、制御部４０は、造形部３０による造形が終了したタイミングで造形物Ｒの取り出しの催促を外部に対して行なう。造形物Ｒの取り出し催促も音声やメッセージ表示等により行なう。ステップＳ１９０では、プラットフォーム１４上に造形された造形物Ｒがユーザにより３次元複合機１０外へ取り出され、ステップＳ１９５では、制御部４０は、造形物Ｒが取り出されたか否かをイメージセンサー２２を介して判定し、取り出しを確認したら処理を終了する。なお、造形物Ｒが取り出されたか否かの判定は、プラットフォームに設けた重量センサーや扉１２の開閉センサーやその他のセンサーを用いても良いし、ユーザの終了操作で判定しても良い。
【００２９】
図１０は、造形処理の要部（ステップＳ１７０）の手順を示すフローチャートである。
造形処理は、各層ごとに粉末層を形成した後、結合材を噴出して壁部を形成し、さらに着色することになる。この各層の処理の詳細を以下に説明する。
まず、ステップＳ２００では、造形ヘッド３２を走査開始位置へ移動させる。走査開始位置は、造形ヘッド３２をＸ，Ｙ平面で移動させる際の起点となる位置であり、この位置から主走査動作と副走査動作を繰り返してプラットフォーム１４のテーブル１４ａ上面を満遍なく移動できる。なお、この時点では、ならし部３５のキャップ３５ａはならし位置（カバー位置）にあり、噴出部３２ａを覆蓋している。
【００３０】
走査開始位置から、ステップＳ２１０では、粉末状形成材料の吐出を開始する。すなわち、粉末状形成材料をテーブル１４ａ上面に満遍なく吐出する。そして、ステップＳ２２０では、ならし走査を開始する。ステップＳ２１０で吐出部３４から粉末状形成材料をテーブル１４ａに吐出しただけでは、その表面はなだらかではなく、凹凸が残っている。このため、ステップＳ２２０で行なうならし走査では、ならし部３５の突起３５ａ１を堆積している粉末状形成材料に突き刺した状態で移動することで表面をならし、必要な平面度を得られるようにする。従って、この時点で粉末層の上面の高さは突起３５ａ１の下端の高さ位置となり、粉末層が完成する。
【００３１】
この後、ステップＳ２３０では、造形ヘッドを一旦退避位置へ移動させ、ステップＳ２４０では、ならし部３５のキャップ３５ａを露出位置へ移動させる。この退避位置は、キャップ３５ａを移動させることで生じる風により粉末状形成材料が舞い上がらないような位置である。これにより噴出部３２ａが露出し、結合材と着色剤の噴出が可能となる。続いて、ステップＳ２５０では、造形ヘッドを再度走査開始位置に移動させて結合材の噴出走査を開始する。これは上述したスライスデータに基づいて造形物Ｒの壁部を形成するように、結合させたい粉末状形成材料の部位に対して結合材を噴出させる。このようにして１層分の造形のための処理は完成する。その後、ステップＳ２６０では、造形ヘッド３２を走査開始位置へ移動させ、ステップＳ２７０では、着色剤の噴出走査を開始する。着色剤は壁部における表側にあたる部分に対して行う。最後に、ステップＳ２８０では、造形ヘッドを一旦退避位置へ移動させて、ならし部３５のキャップ３５ａをならし位置（カバー位置）に戻し、次の粉末層の形成に備えて、一層の造形処理を終了する。
【００３２】
上の例では粉末状形成材料の吐出走査と、ならし走査と、結合材の噴出走査と、着色剤の噴出走査とを個別に行うので、４回の走査が必要になる。しかし、これをより短時間に行うための造形処理を、次に説明する。
図１１は、造形処理の要部（ステップＳ１７０）の他の手順を示すフローチャートである。
ステップＳ３００では、ステップＳ２００と同様に、造形ヘッドを走査開始位置へ移動する。このときも、ならし部３５のキャップ３５ａはならし位置（カバー位置）にある。次のステップＳ３１０では、粉末状形成材料の吐出とならし走査を開始する。先の例では、一旦、粉末状形成材料を吐出し終えた後でならし走査を行ったが、この例では、吐出しながらならし動作を行う。図５に示す造形ヘッド３２の場合、右の吐出部３４から粉末状形成材料を吐出し、造形ヘッド３２を左方から右方へ移動させる。すると、キャップ３５ａの下方に突き出る突起３５ａ１が吐出されたばかりの粉末状形成材料の表面をならす。テーブル１４ａ上で端から端まで一方向に造形ヘッド３２を主走査で移動させたら、副走査するとともに、次の主走査を同様に左の端から右の端まで移動させる。すなわち、常に左から右へ移動させながら、粉末状形成材料の吐出とならしを同時に行う。
【００３３】
ステップＳ３３０と、ステップＳ３４０では、ステップＳ２３０とステップＳ２４０と同様であり、結合材の吐出のための走査の準備として、造形ヘッド３２を走査開始位置へ移動させるとともに、ならし部３５のキャップ３５ａを露出位置へ移動させる。次の、ステップＳ３５０では、結合材の吐出と着色剤の噴出走査を開始する。図６に示すように、結合材噴出ヘッド３２ａ１と着色剤ヘッド３２ａ２とは並んで形成されているので、結合材噴出ヘッド３２ａ１から結合材を噴出させながら着色剤ヘッド３２ａ２からも着色剤を噴出させ、テーブル１４ａ上を満遍なく一回走査することで一層の造形と着色とを行う。そして、最後に、ステップＳ３８０では、ならし部３５のキャップ３５ａをならし位置（カバー位置）へ移動させ、次の粉末層の形成に備える。
【００３４】
なお、本発明は上記実施例に限られるものでないことは言うまでもない。当業者であれば言うまでもないことであるが、
・上記実施例の中で開示した相互に置換可能な部材および構成等を適宜その組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術であって上記実施例の中で開示した部材および構成等と相互に置換可能な部材および構成等を適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
【００３５】
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術等に基づいて当業者が上記実施例の中で開示した部材および構成等の代用として想定し得る部材および構成等と適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
は本発明の一実施例として開示されるものである。
【符号の説明】
【００３６】
１０…３次元複合機、１１…筺体、１１ａ…表示装置、１１ｂ…操作受付部、１２…扉、１３…チャンバー、１４…プラットフォーム、１４ａ…テーブル、１４ｂ…筒部、１５…プラットフォーム移動機構、２０…測定部（スキャナー部）、２１…光源、２２…イメージセンサー、２３…ファイル生成部、３０…造形部、３１…データ変換部、３２…造形ヘッド、３２ａ…噴出部、３２ａ１…結合材噴出ヘッド、３２ａ２…着色剤ヘッド、３２ｂ…結合材タンク、３２ｃ…着色剤タンク、３３…ヘッド移動機構（移動部）、３４…吐出部、３５…ならし部、３５ａ…キャップ、３５ａ１…突起、３５ｂ…アーム、３６ａ…回収部、３６ｂ…粉末状形成材料タンク、４０…制御部、４１…ＣＰＵ、４２…メモリー、５０…ネットワーク、５１ａ〜５１ｃ…外部の演算装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元の造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体物の造形技術として幾つかの手法が知られている。具体的には、いわゆる光造形法（特許文献１参照）、選択的レーザー焼結法（特許文献２参照）、溶融堆積法（特許文献３参照）、粉末結合法（特許文献４参照）、シート積層法（特許文献５参照）、インクジェットによる材料の直接吐出による造形法（特許文献６参照）等の積層型の造形法が知られている。
【０００３】
また、測定対象となる立体物を３次元測定して３次元モデルデータを出力可能な３次元測定器（３次元デジタイザ）が知られている。
また、測定対象物を測定する装置や、コンピューターや、立体物の造形のための装置といった複数の装置からなるシステムによって、立体物のコピーを実現する技術が知られている（特許文献７，８参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８‐１９５０６９号公報
【特許文献２】特表２０１０‐５１０１０４号公報
【特許文献３】特表２００９‐５２５２０７号公報
【特許文献４】特表２００２‐５０７９４０号公報
【特許文献５】特開２００１‐３０１０６０号公報
【特許文献６】特表２００３‐５３５７１２号公報
【特許文献７】特開２００４‐６９４０３号公報
【特許文献８】特開２００６‐２５０９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
粉末結合法の場合は粉末状形成材料を造形する各層ごとに吐出し、表面をなだらかにしなければならない。従来は、この過程をコンパクトな構成で実現することができなかった。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、構成が簡易な粉末結合法による造形装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、造形ヘッドには、粉末状形成材料を吐出する吐出部と、この吐出部が吐出した上記粉末状形成材料をならすならし部と、ならされた粉末状形成材料に結合材を噴出する噴出部とを備えている。この造形ヘッドと、吐出された粉末状形成材料を支持する支持部とは、移動部により相対的に移動可能である。従って、造形ヘッドに着目すると、造形ヘッドは支持部上の任意の位置へ移動可能であり、この移動によって吐出部から支持部上に粉末状形成材料を吐出できる。これとともにならし部によって吐出された粉末状形成材料の表面をならすことができる。そして、ならされた状態で制御部が造形データを用いて上記造形ヘッドにて粉末状形成材料に結合材を噴出させることで、造形を行わせることができる。
【０００７】
ならし部は吐出された粉末状形成材料の表面をならすものであるが、このならし部は、上記吐出部と上記噴出部とを仕切るように配置し、吐出部から吐出される粉末状形成材料が噴出部の側に回り込まないようにすることができる。
噴出部の側に回り込みにくくする構成として、上記ならし部は、上記噴出部を覆って粉末状形成材料をならす際のならし位置と、上記噴出部を露出させて結合材を噴出可能とする露出位置とを移動可能に設けるようにしてもよい。そして、上記制御部は、吐出部から粉末状形成材料を吐出するときにならし位置に上記ならし部を位置させ、上記噴出部が結合材を噴出するときに露出位置に上記ならし部を位置させるように制御する。これにより、粉末状形成材料が噴出部に付着しにくくできる。
【０００８】
さらに、噴出部に付着しにくくするため、上記ならし部は、上記噴出部を囲う形状として形成してもよい。噴出部を囲うことにより、粉末状形成材料は噴出部に付着しにくくなる。
造形物が形成される支持部の構成として、テーブルと、このテーブルを囲む筒部と、この筒部の外でならした粉末状形成材料を回収する回収部とを備えるように構成し、回収した粉末状形成材料を再利用するようにしてもよい。
【０００９】
また、上記支持部の上に載ったスキャン対象を立体スキャンするスキャナー部を備えた上で、上記制御部が、このスキャナー部が立体スキャンして得たスキャンデータに基づいて上記造形データを求めるようにしてもよい。
造形データを求める演算には多大な処理能力を必要とする。このため、上記制御部は、自ら演算して上記造形データを求めるか、外部のネットワークを介して外部の複数の演算装置で上記造形データを求めるようにすることができる。
【００１０】
造形のみならず、模様の複写も実現可能であり、このためには、上記粉末状形成材料と上記結合材は透明または白であり、上記噴出部は、同結合材に加えて着色剤を噴出可能であり、同着色剤に有色成分を含むように構成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の造形装置は、粉末状形成材料と結合材とを供給できる造形ヘッドを備えつつ、粉末状形成材料を吐出した上で平坦にならすことができるので、コンパクトな構成で実現可能な造形装置を提供できる。
また、ならし部は吐出部と噴出部とを区切るようにすることで、結合材を噴出する噴出部に粉末状形成材料が付着しにくくすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】造形装置の外観例を示した斜視図である。
【図２】造形装置の構成を概略的に示した図である。
【図３】プラットフォームの構成例を示した図である。
【図４】支持部と移動部と造形ヘッドを概略的に示す斜視図である。
【図５】造形ヘッドを拡大表示する正面図である。
【図６】造形ヘッドの噴出部を下面側から見たときの概略を示す図である。
【図７】造形処理を模式的に示す概略図である。
【図８】造形データをネットワークを介して取得する状況を示す概略図である。
【図９】造形処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】造形処理の要部の手順を示すフローチャートである。
【図１１】造形処理の要部の他の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
１．複合機の構成
図１は、本実施形態にかかる造形装置を適用した３次元複合機１０の外観例を斜視図により示している。３次元複合機１０は、装置全体を覆う筺体１１の前面上部側に扉１２を有している。また、筺体１１の内部には、処理用空間としてのチャンバー１３が形成されている。ユーザは、扉１２を開けることで、チャンバー１３内にアクセス可能であり、チャンバー１３内に測定対象物Ｍとしての立体物を載置したり、載置した測定対象物Ｍを取り出したり、チャンバー１３内で造形された立体物（造形物Ｒ）を取り出したりすることができる。３次元複合機１０は、筺体１１表面の所定位置に、ユーザに対する表示部としての表示装置１１ａ（液晶パネル等）や、ユーザからの操作を受け付ける操作受付部１１ｂとしてのスイッチやボタンやタッチパネル等を適宜備える。
【００１４】
図２は、３次元複合機１０の構成を概略的に示している。３次元複合機１０は、チャンバー１３内に載置された測定対象物Ｍを３次元測定して３次元モデルデータを取得可能な測定部２０と、与えられた３次元モデルデータに基づいてチャンバー１３内に造形物Ｒを造形可能な造形部３０と、測定部２０と造形部３０とを制御する制御部４０とを含む。ここで言う与えられた３次元モデルデータとは、外部から３次元複合機１０に接続されたコンピューターや記憶媒体（メモリーカード等）から３次元複合機１０が読み込む３次元モデルデータと、測定部２０によって取得される３次元モデルデータとの両方を含む意味である。つまり、一台の３次元複合機１０は、立体物の３次元測定機能と、立体物の造形機能と、これら機能を合わせた立体物の複製機能とを兼ね備えている。また、３次元複合機１０は、造形方法に応じた造形のための構造を備え、例えばチャンバー１３の底面側に配設された略水平な台（プラットフォーム１４）と、プラットフォーム１４をチャンバー１３内において３次元複合機１０の上下方向（縦方向）に移動させることが可能なモーター等からなるプラットフォーム移動機構１５を含む。
【００１５】
測定部２０は、測定対象物Ｍを３次元測定して３次元モデルデータを取得可能な機構であれば、公知の非接触型の３次元デジタイザを含めて種々の構成を採ることができる。測定部２０は、例えば、照射光を発する光源２１、光源２１から照射された照射光の測定対象物Ｍからの反射光を読み取るイメージセンサー２２、イメージセンサー２２による読み取り結果（点群データ）に基づいて所定のフォーマットの３次元モデルデータを生成するファイル生成部２３などを備える。ファイル生成部２３は、例えば、ＳＴＬやＯＢＪやＩＧＥＳ等のフォーマットで３次元モデルデータを生成可能である。
【００１６】
一例として、ファイル生成部２３がＳＴＬフォーマットの３次元モデルデータを生成する場合、３次元モデルデータは、３つの頂点（座標値）を有する三角形の集合により立体を表現する。ここでいう座標値とは、例えば、チャンバー１３内に定義された空間（互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの３軸により定義された空間）における座標値（Ｘ成分値、Ｙ成分値、Ｚ成分値）である。また、各三角形は面法線ベクトルを有し、各面法線ベクトルが向く方向は立体物の表面が向く方向を示している。本実施形態では、Ｚ軸は上記上下方向（縦方向）を向き、これに垂直なＸＹ平面は、水平面を形成するものする。
【００１７】
造形部３０は、３次元モデルデータに基づいて立体物を造形可能な機構であり、本実施例では積層型の粉末造形法により造形を行なう。造形部３０は、例えば、３次元モデルデータを各層の造形のためのスライスデータに変換するデータ変換部３１、造形のための可動部（造形ヘッド３２）、造形ヘッド３２をチャンバー１３内においてＸ，Ｙ軸方向それぞれに移動させることが可能なモーター等からなるヘッド移動機構（移動部）３３などを備える。データ変換部３１は、３次元モデルデータの断面形状であって、例えば、Ｚ軸方向に垂直な断面形状（ＸＹ平面における形状）を演算により取得する。データ変換部３１は、このような断面形状をＺ軸方向においてスライス幅（造形部３０が積層する層の厚さ。なお、スライス幅は一定とは限らない。）間隔で取得する。このようなスライス幅毎の断面形状を表したデータを、スライスデータと呼ぶ。
【００１８】
造形ヘッド３２は、チャンバー１３内にてプラットフォーム１４上をヘッド移動機構３３によってＸ，Ｙ軸方向に移動させられながら、一層のスライスデータが示す形状に応じて一層の造形を行なう。本実施例における粉末結合法では、造形ヘッド３２はプラットフォーム１４上に粉末状形成材料を吐出して粉末層を形成し、結合材をこのプラットフォーム１４上の粉末層に吐出する。このようなスライスデータに応じた一層分の造形と、Ｚ軸方向に沿ったプラットフォーム１４の当該一層分の移動（下降）とを繰り返すことで、プラットフォーム１４上に層単位での造形結果が積層され、造形物Ｒが完成する。これらの構成については後に詳述する。なお、プラットフォーム１４は吐出された粉末状形成材料を支持する支持部に相当する。
【００１９】
制御部４０は、ＣＰＵ４１やメモリー４２などを備え、ＣＰＵ４１がメモリー４２に記憶された所定のプログラムに従って測定部２０や造形部３０を制御する。また制御部４０は、造形部３０による造形時に、プラットフォーム移動機構１５のモーターを数値制御することでプラットフォーム１４のＺ軸方向の移動距離や移動速度を制御し、ヘッド移動機構３３のモーターを数値制御することで造形ヘッド３２のＸ，Ｙ軸方向の移動距離や移動速度を制御する。すなわち、ヘッド移動機構３３による造形ヘッド３２のＸ，Ｙ軸方向の移動とともに、プラットフォーム１４のＺ軸方向の移動を組み合わせることにより、造形ヘッド３２と支持部とが相対的に移動することになり、移動部を構成する。
【００２０】
図３は、チャンバー１３内におけるプラットフォーム１４（テーブル１４ａ）の構成例を示している。図３に示すテーブル１４ａは円形状であり、且つ中心が軸１６により下方から支持されている。軸１６は、上記プラットフォーム移動機構１５によりＺ軸方向に沿って移動可能であり且つ回転可能である。この軸１６の回転についても制御部４０により数値制御される。つまり図３の例では、プラットフォームはターンテーブルとなっている。測定部２０による測定対象物Ｍの測定時には、このターンテーブルとしてのテーブル１４ａに測定対象物Ｍが載置され、テーブル１４ａが回転する状況で測定が行なわれる。回転するターンテーブルに測定対象物Ｍが載ることで、イメージセンサー２２は、それ自体が固定されていても測定対象物Ｍを３６０度満遍無く読み取ることができる。つまり、造形用の空間としても使用されるチャンバー１３内において効率よく測定対象物Ｍについての正確な３次元モデルデータを取得できる。一方、造形部３０による造形物Ｒの造形時には、テーブル１４ａは基本的には回転せず、Ｚ軸方向に沿った移動を行なう。
【００２１】
図４はチャンバ１３内の支持部と移動部と造形ヘッドを概略的に示す斜視図である。
ヘッド移動機構（移動部）３３は、造形ヘッド３２を枠内でＸ，Ｙ方向に移動可能なように支持している。支持部は、テーブル１４ａと、このテーブル１４ａを囲む筒部１４ｂと、この筒部１４ｂ外の外でならした粉末状形成材料を回収する回収部３６ａとを備え、回収した粉末状形成材料を再利用できるようになっている。
【００２２】
図５は、造形ヘッド３２を正面図により拡大表示して示している。
造形ヘッド３２は、粉末状形成材料と結合材と着色剤を供給するものである。図に示す右方には上部からチューブで供給される粉末状形成材料を下方の所定の領域に吐出する吐出部３４を備え、図に示す左方には上部からチューブで供給される結合材と着色剤を噴出する噴出部３２ａを備えている。また、吐出部３４と噴出部３２ａとの間には回転駆動可能に支持されるならし部３５を備えている。ならし部３５は、上記噴出部３２ａを覆って覆蓋する凹部状に形成されたキャップ３５ａと、このキャップ３５ａを両側で半回転可能に支持するアーム３５ｂ，３５ｂを有している。キャップ３５ａの下面には堤防状の突起３５ａ１が形成されており、噴出部３２ａを覆蓋する位置がならし位置であり、半回転して噴出部３２ａを露出させる位置が露出位置である。なお、半回転したときに突起３５ａ１は上方に突出することになるが、造形ヘッド３２の側には同突起３５ａ１を収容可能な凹みを形成してあるので、造形ヘッド３２は半回転可能である。ならし位置では、キャップ３５ａが噴出部３２ａを覆蓋しつつ、突起３５ａ１が下に突き出る状態となるので、吐出部３４から吐出される粉末状形成材料をならすことができる。
【００２３】
図６は、造形ヘッドの噴出部３２ａを下面側から見たときの概略を示している。噴出部３２ａは、結合材を噴出する結合材噴出ヘッド３２ａ１と、複数の着色剤をそれぞれ個別に噴出する着色剤ヘッド３２ａ２とを備えている。本実施例においては、粉末状形成材料と結合材は透明または白であり、噴出部３２ａは有色成分を含む着色剤を同結合材に加えて噴出可能となっている。
【００２４】
図７は、本実施例における造形処理を模式的に示している。
造形ヘッド３２は、結合材タンク３２ｂと、着色剤タンク３２ｃと、粉末状形成材料タンク３６ｂに対してチューブで接続されており、噴出及び吐出する着色剤と結合材と粉末状形成材料が供給されるようになっている。また、造形ヘッド３２が吐出部３４から上記テーブル１４ａ上に粉末状形成材料を吐出した後、ならし部３５の突起３５ａ１で上面をならし、余分な粉末状形成材料は筒部１４ｂの外に掻き出される。掻き出された粉末状形成材料は回収部３６ａにて回収されて粉末状形成材料タンク３６ｂに供給されるので、回収した粉末状形成材料を再利用できる。なお、ならすときにはならし部３５のキャップ３５ａが噴出部３２ａを覆蓋しているので、吐出部３４から吐き出されて撒き上がった粉末状形成材料が噴出部３２ａに付着して詰まらせてしまうことがない。なお、本実施例では、キャップ３５ａが噴出部３２ａを覆い被さっているが、少なくとも吐出部３４と噴出部３２ａとを区切るような位置であれば粉末状形成材料が噴出部３２ａに付着して詰まらせてしまうことを防止できる。
【００２５】
図８は、造形データをネットワークを介して取得する状況を示す概略図である。
上述したように本実施例では制御部４０が３次元モデルデータを生成したりスライスデータを生成している。しかし、かかる演算処理の負担は大きいのでネットワーク５０を介して外部の演算装置５１ａ〜５１ｃに接続し、これらを利用して３次元モデルデータやスライスデータを求めるようにしても良い。このように構成すれば、制御部４０のＣＰＵ４１やメモリー４２として処理能力の低いものでも利用できるようになる。
【００２６】
２．複製処理の説明
図９は、３次元複合機１０によって実行される立体物の複製処理の概略をフローチャートにより示している。なお、フローチャート中の各ステップのうち、ユーザによる行為は鎖線で囲んで示している。
ステップＳ１００では、ユーザにより、チャンバー１３内のターンテーブル上に測定対象物Ｍが載置される。ステップＳ１１０では、制御部４０は複製処理の開始指示を受け付ける。この場合、ユーザが操作受付部１１ｂを操作して、例えば“コピー”ボタンを押下げ等することで、制御部４０は複製処理の開始指示を受け付ける。ステップＳ１２０では、制御部４０は、測定部２０に対して測定実行を指示し、当該指示に応じて測定部２０は測定対象物Ｍを３次元測定して３次元モデルデータを生成する。むろんこのとき、制御部４０は、ターンテーブルを回転させる制御も行なう。
【００２７】
測定部２０による測定の終了後、ステップ１３０では、制御部４０は、測定対象物Ｍの取り出し催促を外部に対して行なう。測定対象物Ｍの取り出し催促は、３次元複合機１０が備えるスピーカーから所定の音声を出力させたり、表示装置１１ａに所定のメッセージを表示させたりして行なう。ステップＳ１４０では、ターンテーブル上に載置された測定対象物Ｍがユーザにより３次元複合機１０外へ取り出される。ステップＳ１５０では、制御部４０は、測定対象物Ｍが取り出されたか否かを所定のセンサー等を介して判定し、取り出しを確認したらステップＳ１６０で造形準備を実行する。造形準備とは、造形部３０のデータ変換部３１に、上記ステップＳ１２０で取得された３次元モデルデータをスライスデータへ変換させたり、プラットフォーム１４の位置を造形開始のための所定位置に移動させたりする処理等である。
【００２８】
造形準備が整った後、ステップＳ１７０では、制御部４０は、造形部３０に対して上記ステップＳ１６０で変換させた各スライスデータに基づく造形実行を指示し、当該指示に応じて造形部３０は造形ヘッド３２を駆動させて造形を実行する。むろんこのとき、制御部４０は、造形ヘッド３２およびプラットフォーム１４を移動させる制御も行なう。ステップＳ１７０の結果、プラットフォーム１４上にはスライスデータに応じて粉末状形成材料が結合された各層が積み重なり、上記ステップＳ１００で載置された測定対象物Ｍの複製物である造形物Ｒが完成する。ステップＳ１８０では、制御部４０は、造形部３０による造形が終了したタイミングで造形物Ｒの取り出しの催促を外部に対して行なう。造形物Ｒの取り出し催促も音声やメッセージ表示等により行なう。ステップＳ１９０では、プラットフォーム１４上に造形された造形物Ｒがユーザにより３次元複合機１０外へ取り出され、ステップＳ１９５では、制御部４０は、造形物Ｒが取り出されたか否かをイメージセンサー２２を介して判定し、取り出しを確認したら処理を終了する。なお、造形物Ｒが取り出されたか否かの判定は、プラットフォームに設けた重量センサーや扉１２の開閉センサーやその他のセンサーを用いても良いし、ユーザの終了操作で判定しても良い。
【００２９】
図１０は、造形処理の要部（ステップＳ１７０）の手順を示すフローチャートである。
造形処理は、各層ごとに粉末層を形成した後、結合材を噴出して壁部を形成し、さらに着色することになる。この各層の処理の詳細を以下に説明する。
まず、ステップＳ２００では、造形ヘッド３２を走査開始位置へ移動させる。走査開始位置は、造形ヘッド３２をＸ，Ｙ平面で移動させる際の起点となる位置であり、この位置から主走査動作と副走査動作を繰り返してプラットフォーム１４のテーブル１４ａ上面を満遍なく移動できる。なお、この時点では、ならし部３５のキャップ３５ａはならし位置（カバー位置）にあり、噴出部３２ａを覆蓋している。
【００３０】
走査開始位置から、ステップＳ２１０では、粉末状形成材料の吐出を開始する。すなわち、粉末状形成材料をテーブル１４ａ上面に満遍なく吐出する。そして、ステップＳ２２０では、ならし走査を開始する。ステップＳ２１０で吐出部３４から粉末状形成材料をテーブル１４ａに吐出しただけでは、その表面はなだらかではなく、凹凸が残っている。このため、ステップＳ２２０で行なうならし走査では、ならし部３５の突起３５ａ１を堆積している粉末状形成材料に突き刺した状態で移動することで表面をならし、必要な平面度を得られるようにする。従って、この時点で粉末層の上面の高さは突起３５ａ１の下端の高さ位置となり、粉末層が完成する。
【００３１】
この後、ステップＳ２３０では、造形ヘッドを一旦退避位置へ移動させ、ステップＳ２４０では、ならし部３５のキャップ３５ａを露出位置へ移動させる。この退避位置は、キャップ３５ａを移動させることで生じる風により粉末状形成材料が舞い上がらないような位置である。これにより噴出部３２ａが露出し、結合材と着色剤の噴出が可能となる。続いて、ステップＳ２５０では、造形ヘッドを再度走査開始位置に移動させて結合材の噴出走査を開始する。これは上述したスライスデータに基づいて造形物Ｒの壁部を形成するように、結合させたい粉末状形成材料の部位に対して結合材を噴出させる。このようにして１層分の造形のための処理は完成する。その後、ステップＳ２６０では、造形ヘッド３２を走査開始位置へ移動させ、ステップＳ２７０では、着色剤の噴出走査を開始する。着色剤は壁部における表側にあたる部分に対して行う。最後に、ステップＳ２８０では、造形ヘッドを一旦退避位置へ移動させて、ならし部３５のキャップ３５ａをならし位置（カバー位置）に戻し、次の粉末層の形成に備えて、一層の造形処理を終了する。
【００３２】
上の例では粉末状形成材料の吐出走査と、ならし走査と、結合材の噴出走査と、着色剤の噴出走査とを個別に行うので、４回の走査が必要になる。しかし、これをより短時間に行うための造形処理を、次に説明する。
図１１は、造形処理の要部（ステップＳ１７０）の他の手順を示すフローチャートである。
ステップＳ３００では、ステップＳ２００と同様に、造形ヘッドを走査開始位置へ移動する。このときも、ならし部３５のキャップ３５ａはならし位置（カバー位置）にある。次のステップＳ３１０では、粉末状形成材料の吐出とならし走査を開始する。先の例では、一旦、粉末状形成材料を吐出し終えた後でならし走査を行ったが、この例では、吐出しながらならし動作を行う。図５に示す造形ヘッド３２の場合、右の吐出部３４から粉末状形成材料を吐出し、造形ヘッド３２を左方から右方へ移動させる。すると、キャップ３５ａの下方に突き出る突起３５ａ１が吐出されたばかりの粉末状形成材料の表面をならす。テーブル１４ａ上で端から端まで一方向に造形ヘッド３２を主走査で移動させたら、副走査するとともに、次の主走査を同様に左の端から右の端まで移動させる。すなわち、常に左から右へ移動させながら、粉末状形成材料の吐出とならしを同時に行う。
【００３３】
ステップＳ３３０と、ステップＳ３４０では、ステップＳ２３０とステップＳ２４０と同様であり、結合材の吐出のための走査の準備として、造形ヘッド３２を走査開始位置へ移動させるとともに、ならし部３５のキャップ３５ａを露出位置へ移動させる。次の、ステップＳ３５０では、結合材の吐出と着色剤の噴出走査を開始する。図６に示すように、結合材噴出ヘッド３２ａ１と着色剤ヘッド３２ａ２とは並んで形成されているので、結合材噴出ヘッド３２ａ１から結合材を噴出させながら着色剤ヘッド３２ａ２からも着色剤を噴出させ、テーブル１４ａ上を満遍なく一回走査することで一層の造形と着色とを行う。そして、最後に、ステップＳ３８０では、ならし部３５のキャップ３５ａをならし位置（カバー位置）へ移動させ、次の粉末層の形成に備える。
【００３４】
なお、本発明は上記実施例に限られるものでないことは言うまでもない。当業者であれば言うまでもないことであるが、
・上記実施例の中で開示した相互に置換可能な部材および構成等を適宜その組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術であって上記実施例の中で開示した部材および構成等と相互に置換可能な部材および構成等を適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
【００３５】
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術等に基づいて当業者が上記実施例の中で開示した部材および構成等の代用として想定し得る部材および構成等と適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
は本発明の一実施例として開示されるものである。
【符号の説明】
【００３６】
１０…３次元複合機、１１…筺体、１１ａ…表示装置、１１ｂ…操作受付部、１２…扉、１３…チャンバー、１４…プラットフォーム、１４ａ…テーブル、１４ｂ…筒部、１５…プラットフォーム移動機構、２０…測定部（スキャナー部）、２１…光源、２２…イメージセンサー、２３…ファイル生成部、３０…造形部、３１…データ変換部、３２…造形ヘッド、３２ａ…噴出部、３２ａ１…結合材噴出ヘッド、３２ａ２…着色剤ヘッド、３２ｂ…結合材タンク、３２ｃ…着色剤タンク、３３…ヘッド移動機構（移動部）、３４…吐出部、３５…ならし部、３５ａ…キャップ、３５ａ１…突起、３５ｂ…アーム、３６ａ…回収部、３６ｂ…粉末状形成材料タンク、４０…制御部、４１…ＣＰＵ、４２…メモリー、５０…ネットワーク、５１ａ〜５１ｃ…外部の演算装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末状形成材料を吐出する吐出部と、
この吐出部が吐出した上記粉末状形成材料をならすならし部と、
ならされた粉末状形成材料に結合材を噴出する噴出部と、
を備えた造形ヘッドと、
吐出された粉末状形成材料を支持する支持部と、
上記造形ヘッドと上記支持部とを相対的に移動させる移動部と、
造形データを用いて上記造形ヘッドにて粉末状形成材料に結合材を噴出させて造形を行わせる制御部と
を備えたことを特徴とする造形装置。
【請求項２】
上記ならし部は、上記吐出部と上記噴出部とを仕切ることを特徴とする請求項１に記載の造形装置。
【請求項３】
上記ならし部は、上記噴出部を覆って粉末状形成材料をならす際のならし位置と、上記噴出部を露出させて結合材を噴出可能とする露出位置とを移動可能に設けられ、
上記制御部は、吐出部と粉末状形成材料を吐出するときにならし位置に上記ならし部を位置させ、上記噴出部が結合材を噴出するときに露出位置に上記ならし部を位置させるように制御することを特徴とする請求項２に記載の造形装置。
【請求項４】
上記ならし部は、上記噴出部を囲う形状として形成されていることを特徴とする請求項３に記載の造形装置。
【請求項５】
上記支持部は、テーブルと、このテーブルを囲む筒部と、この筒部の外でならした粉末状形成材料を回収する回収部とを備え、回収した粉末状形成材料を再利用することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の造形装置。
【請求項６】
上記支持部の上に載ったスキャン対象を立体スキャンするスキャナー部と
を備え、
上記制御部は、このスキャナー部が立体スキャンして得たスキャンデータに基づいて上記造形データを求めることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の造形装置。
【請求項７】
上記制御部は、自ら演算して上記造形データを求めるか、外部のネットワークを介して外部の複数の演算装置で上記造形データを求めることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の造形装置。
【請求項８】
上記粉末状形成材料と上記結合材は透明または白であり、上記噴出部は、同結合材に加えて着色剤を噴出可能であり、同着色剤に有色成分を含むことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の造形装置。
【請求項１】
粉末状形成材料を吐出する吐出部と、
この吐出部が吐出した上記粉末状形成材料をならすならし部と、
ならされた粉末状形成材料に結合材を噴出する噴出部と、
を備えた造形ヘッドと、
吐出された粉末状形成材料を支持する支持部と、
上記造形ヘッドと上記支持部とを相対的に移動させる移動部と、
造形データを用いて上記造形ヘッドにて粉末状形成材料に結合材を噴出させて造形を行わせる制御部と
を備えたことを特徴とする造形装置。
【請求項２】
上記ならし部は、上記吐出部と上記噴出部とを仕切ることを特徴とする請求項１に記載の造形装置。
【請求項３】
上記ならし部は、上記噴出部を覆って粉末状形成材料をならす際のならし位置と、上記噴出部を露出させて結合材を噴出可能とする露出位置とを移動可能に設けられ、
上記制御部は、吐出部と粉末状形成材料を吐出するときにならし位置に上記ならし部を位置させ、上記噴出部が結合材を噴出するときに露出位置に上記ならし部を位置させるように制御することを特徴とする請求項２に記載の造形装置。
【請求項４】
上記ならし部は、上記噴出部を囲う形状として形成されていることを特徴とする請求項３に記載の造形装置。
【請求項５】
上記支持部は、テーブルと、このテーブルを囲む筒部と、この筒部の外でならした粉末状形成材料を回収する回収部とを備え、回収した粉末状形成材料を再利用することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の造形装置。
【請求項６】
上記支持部の上に載ったスキャン対象を立体スキャンするスキャナー部と
を備え、
上記制御部は、このスキャナー部が立体スキャンして得たスキャンデータに基づいて上記造形データを求めることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の造形装置。
【請求項７】
上記制御部は、自ら演算して上記造形データを求めるか、外部のネットワークを介して外部の複数の演算装置で上記造形データを求めることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の造形装置。
【請求項８】
上記粉末状形成材料と上記結合材は透明または白であり、上記噴出部は、同結合材に加えて着色剤を噴出可能であり、同着色剤に有色成分を含むことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の造形装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２１３９７１（Ｐ２０１２−２１３９７１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８１６９９（Ｐ２０１１−８１６９９）
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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