除粉装置、造形システム及び造形物の製造方法
【課題】粉体を除去することができる新たな除粉装置、これを備えた造形システム及び造形物の製造方法を提供すること。
【解決手段】除粉装置は、ボックスと、ステージ移動機構と、除粉処理機構とを具備する。前記ボックスは、開口を有する本体と、前記本体に移動可能に設けられたステージとを有する。前記ボックスは、ラピッドプロトタイピング技術により粉体を用いて形成された造形物を、未結合の粉体とともに前記ステージ上に配置させるように、前記造形物及び未結合の粉体を収容可能である。前記ステージ移動機構は、前記ステージを、前記本体内で、前記本体に相対的に上昇移動させることが可能である。前記除粉処理機構は、前記ステージ移動機構の駆動により前記開口を介して押し出された前記造形物の周囲の前記未結合の粉体を除去する。
【解決手段】除粉装置は、ボックスと、ステージ移動機構と、除粉処理機構とを具備する。前記ボックスは、開口を有する本体と、前記本体に移動可能に設けられたステージとを有する。前記ボックスは、ラピッドプロトタイピング技術により粉体を用いて形成された造形物を、未結合の粉体とともに前記ステージ上に配置させるように、前記造形物及び未結合の粉体を収容可能である。前記ステージ移動機構は、前記ステージを、前記本体内で、前記本体に相対的に上昇移動させることが可能である。前記除粉処理機構は、前記ステージ移動機構の駆動により前記開口を介して押し出された前記造形物の周囲の前記未結合の粉体を除去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、ラピッドプロトタイピング技術のうち、粉体材料を用いて造形物を形成する造形装置、これに用いられる除粉装置及び造形物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の造形装置は、積層造形ユニット（２０）及び粉末除去ユニット（３０）等を備える。積層造形ユニット（２０）では、トレイ（９）上で造形物（９１）の積層造形作業が行われる。このトレイ（９）は、トレイ搬送部（５０）により下降移動するように構成されている。積層造形ユニット（２０）において造形物（９１）が形成された後、トレイ（９）が下降し、粉末除去ユニット（３０）において粉末除去処理が行われる（例えば、特許文献１の明細書段落[００６０]、[００７０]、図１、４，７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２４８６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、造形装置では製品（造形物）の生産効率を高めることが要求されており、特に新しいタイプの粉体材料の除去機構が求められている。
【０００５】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、粉体を除去することができる新たな除粉装置、これを備えた造形システム及び造形物の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本技術に係る除粉装置は、ボックスと、ステージ移動機構と、除粉処理機構とを具備する。
前記ボックスは、開口を有する本体と、前記本体に移動可能に設けられたステージとを有する。前記ボックスは、ラピッドプロトタイピング技術により粉体を用いて形成された造形物を、未結合の粉体とともに前記ステージ上に配置させるように、前記造形物及び未結合の粉体を収容可能である。
前記ステージ移動機構は、前記ステージを、前記本体内で、前記本体に相対的に上昇移動させることが可能である。
前記除粉処理機構は、前記ステージ移動機構の駆動により前記開口を介して押し出された前記造形物の周囲の前記未結合の粉体を除去する。
【０００７】
ステージ移動機構がボックスに設けられたステージを上昇させることで、本体の開口から造形物の少なくとも一部が押し出される。これにより、ボックスの上部で未結合の粉体を除去することができる、新たな除粉装置を提供することができる。
【０００８】
前記ボックスは、造形物を上下方向に複数段に収容可能であってもよい。その場合、前記除粉装置は、多段に収容された前記複数の造形物のうち、１段ごとに前記造形物が前記本体から押し出されるように前記ステージ移動機構を作動させ、前記１段ごとに前記除粉処理機構を作動させる制御部をさらに具備してもよい。
【０００９】
本技術では、一段ごとに除粉が行われ、一段ごとに除粉が除粉装置から取り出されることにより、例えばボックス内の粉体が一度に排出される場合に比べ、複数の造形物の配置が乱れたり、その順序がばらばらになったりすることを防止することができる。これにより、生産性を向上させることができる。
【００１０】
前記除粉装置は、前記ボックスの前記本体内の前記造形物に関連する関連情報を取得する取得部と、前記取得された関連情報に基づき、前記除粉処理機構を作動させる制御部とをさらに具備してもよい。
【００１１】
前記取得部は、少なくとも、前記ラピッドプロトタイピング技術で用いられる造形対象物の３次元データを前記関連情報として取得してもよい。例えば、制御部は、造形物の形成時に用いられる３次元データを利用することにより、別途の情報を生成する必要がない。
【００１２】
前記除粉処理機構は、前記造形物にガスを噴出するノズルと、前記制御部による前記３次元データに基づく制御にしたがって、前記ノズルの位置及び姿勢のうち少なくとも一方を可変に駆動するノズル駆動機構とを有してもよい。これにより、除粉精度が向上する。
【００１３】
前記除粉処理機構は、除粉作業領域と、前記造形物にガスを噴出するノズルと、前記除粉作業領域内にある前記粉体を吸引する吸引機構とを有してもよい。ガスを噴出するノズルが用いられることにより、除粉精度が向上する。
【００１４】
前記除粉装置は、前記除粉処理機構の除粉処理の進捗を計測する計測部をさらに具備する除粉装置。
【００１５】
前記計測部は、前記除粉処理機構から回収された前記未結合の粉体の量を検出するセンサを有してもよい。これにより、除粉装置の制御部は、測定された未結合の粉体の量に応じて、除粉処理の進捗を認識することができる。
【００１６】
前記計測部は、前記除粉処理機構が有する除粉作業領域内の雰囲気の透明度を検出するセンサを有してもよい。これにより、除粉装置の制御部は、除粉作業領域の雰囲気が所定の透明度に応じて、除粉処理の進捗を認識することができる。
【００１７】
前記除粉装置は、前記除粉処理機構から回収された前記未結合の粉体から異物を除去する篩機構をさらに具備してもよい。これにより、異物が除去された未結合の粉体を回収することができ、この粉体をリサイクルすることができる。
【００１８】
前記除粉装置は、前記ボックスを着脱可能に支持する支持機構をさらに具備してもよい。これにより、例えば造形装置において、そのボックスを造形用のボックスとして利用することができる。例えば複数のボックスが用意されることにより、造形装置による造形処理及び除粉装置による除粉処理の同時進行が可能となるので、生産性を高めることができる。
【００１９】
本技術に係る造形システムは、ラピッドプロトタイピング技術により粉体を用いて造形物を形成する造形装置と、上記の除粉装置とを具備する。ステージ移動機構がボックスに設けられたステージを上昇させることで、本体の開口から造形物の少なくとも一部が押し出される。これにより、ボックスの上部で未結合の粉体を除去することができる、新たな除粉装置を含む造形システムを提供することができる。
【００２０】
本技術に係る造形物の製造方法は、ラピッドプロトタイピング技術により粉体を用いて造形物を形成することを含む。
開口を有する本体と、前記本体に移動可能に設けられたステージとを有し、造形物を、未結合の粉体とともに前記ステージ上に配置させるように前記造形物及び未結合の粉体を収容可能なボックスの前記本体内で、前記ステージが、前記ボックスに相対的に上昇移動させられる。
前記上昇移動により前記ボックスの前記開口を介して押し出された前記造形物の周囲の前記未結合の粉体が除去される。
【発明の効果】
【００２１】
以上、本技術によれば、粉体を除去することができる新たな除粉装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本技術の一実施形態に係る造形装置を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す造形装置の側面図である。
【図３】図３は、図１に示す造形装置の平面図である。
【図４】図４Ａは、造形部に設けられたボックスを示す斜視図である。図４Ｂは、このボックスを示す断面図である。
【図５】図５Ａ及びＢは、昇降機構を説明するための模式図である。
【図６】図６は、搬送台車によりボックスが搬送される様子を示している。
【図７】図７Ａ〜Ｅは、ボックス２１がボックス保持機構に装着される時の動作を順に示す図である。
【図８】図８は、主に造形装置の造形動作を順に示す図であり、側面から見た模式図である。
【図９】図９は、造形装置及び除粉装置による処理を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、実施形態１に係る除粉装置を示す模式的な断面図である
【図１１】図１１は、除粉装置の制御システムの構成を示すブロック図である。
【図１２】除粉装置の動作の一部を説明するための図である。
【図１３】図１３は、実施形態２に係る除粉装置の模式的な構成及びその制御システムのブロック構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら、本技術の実施形態を説明する。
【００２４】
[造形装置]
【００２５】
（造形装置の構成）
図１は、本技術の一実施形態に係る造形装置を示す図である。図２は、図１に示す造形装置の側面図であり、図３は、その平面図である。
【００２６】
この造形装置１００は、ラピッドプロトタイピング技術により、粉体を材料とした造形物を形成する装置である。
【００２７】
造形装置１００は、造形ユニット３０と、これに隣接して配置された制御ユニット６０とを備える。造形ユニット３０は、フレーム１と、このフレーム１上に固定されたプレート２とを備える。プレート２の概ね中央部には、プレート２の長手方向であるＹ方向に沿って造形作業用の開口部２ａが設けられている。その開口部２ａの下部には、粉体の供給部１０、粉体による造形物が形成される造形部２０、及び、粉体の排出路部材３１（図１ではこれを省略）が配置されている。これら供給部１０、造形部２０及び排出路部材３１は、図２及び図３に示すように、それらの図中左側からＹ方向に沿って順に並ぶように配置されている。
【００２８】
なお、プレート２上にも図示しないフレームが設けられ、図１に示すように、フレームにカバー３３が取り付けられている。カバー３３はアクリル等により形成され、ユーザーが、造形ユニット３０の外部からその内部を見ることができるようになっている。また、このカバー３３には、静電気を帯びた粉体が取り付いたりして視認性を妨げないように、静電防止処理が施されている。
【００２９】
供給部１０は、粉体４（図８参照）を貯留することが可能な、供給ステージ１２を含む供給ボックス１１、供給ステージ１２を供給ボックス１１内で昇降させる昇降機構７０を有する。供給ステージ１２は、昇降機構７０の駆動により、供給ボックス１１内で供給ボックス１１に貯留された粉体４を下から押し上げることで、開口部２ａを介してプレート２上に粉体４を供給する。昇降機構７０としては、ボールネジ機構またはラックアンドピニオン機構等が用いられる。
【００３０】
図１及び２に示すように、この供給部１０上には、作業者またはロボットにより粉体が供給されて一時的に貯溜されるタンクシューター１５が設けられている。タンクシューター１５の底部には、例えば電気的な制御で開閉する図示しないカバーが設けられている。このカバーが開くと、貯溜されている粉体が自重で落下し、供給部１０に供給される。
【００３１】
粉体４としては、水溶性の材料が用いられ、例えば、食塩、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、塩化カリウム、塩化ナトリウムなどの無機物が用いられる。塩化ナトリウムとにがり成分（硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、塩化カリウムなど）が混合されたものが用いられてもよい。すなわち、これは塩化ナトリウムを主成分とするものである。あるいは、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリアクリル酸ナトリウム、メタアクリル酸アンモニウム、メタアクリル酸ナトリウムやその共重合体などの有機物を用いることもできる。
【００３２】
粉体４の平均粒子径は、典型的には10μm以上100μm以下である。食塩が用いられることにより、例えば金属またはプラスチック等の粉体材料を用いる場合に比べ、粉体材料の抽出や加工等に要するエネルギーが低いので環境に良い。
【００３３】
供給部１０に隣接して配置された造形部２０は、粉体４を収容することが可能なボックス２１と、このボックス２１に設けられたステージ２２を昇降させる昇降機構５０とを有する。ボックス２１は、ボックス保持機構４０に着脱可能に設けられている。ボックス保持機構４０及び昇降機構５０については後述する。
【００３４】
図３で見て、ボックス２１のＸ方向の長さは20〜50cm、そのＹ方向の長さは10〜30cmに設定されるが、この範囲に限られない。このボックス２１（の本体２３）内に収容された粉体が配置される領域が、造形可能領域となる。
【００３５】
各ボックス１１、１２及び排出路部材３１の上端部には開口が設けられ、それらの開口面は、プレート２の開口部２ａ（図３参照）にそれぞれ対面するように配置されている。
【００３６】
プレート２の開口部２ａの供給部１０側の端部付近には、供給部１０から供給された粉体４を造形部２０に搬送するローラ１６が配置されている。ローラ１６は、各ボックス１１、１２及び排出路部材３１の配列方向とは水平面内で直交する方向、すなわちＸ方向に沿って設けられた回転軸１７（図２参照）を有する。回転軸１７を回転させる図示しないモータも設けられている。プレート２上にはローラ１６をＹ方向に移動させる図示しない機構が設けられている。
【００３７】
排出路部材３１は、図２に示すように、ボックス保持機構４０をよけるために折れるように設けられている。排出路部材３１の下部には、回収ボックス３４が配置されている。排出路部材３１を自重により落下する余剰の粉体が、この回収ボックス３４に回収されるようになっている。
【００３８】
プレート２上には、プリントヘッド４１、及びこのプリントヘッド４１をＸ−Ｙ方向に移動させるプリントヘッド移動機構４６が設けられている。プリントヘッド４１は、造形部２０においてステージ２２上の粉体４にインクを吐出することが可能になっている。プリントヘッド４１及びプリントヘッド移動機構４６は、液体を供給する供給機構として機能する。
【００３９】
プリントヘッド移動機構４６は、開口部２ａのＸ方向での両側でＹ方向に沿って延設されたガイドレール４５、これらのガイドレール４５の端部に設けられたＹ軸駆動機構４８、これらのガイドレール４５の間に架け渡されたＸ軸駆動機構４７を有する。Ｘ軸駆動機構４７にプリントヘッド４１がＸ方向に移動可能に接続されている。また、Ｘ軸駆動機構４７は、ガイドレール４５に沿って、Ｙ軸駆動機構４８によりＹ方向に移動可能となっている。Ｘ軸駆動機構４７及びＹ軸駆動機構４８は、ボールネジ機構、ベルト機構、またはラックアンドピニオン機構等により構成されている。
【００４０】
プリントヘッド４１は、公知のインクジェットプリントヘッドの構造を備えるものが用いられればよい。例えば、プリントヘッド４１内には、図示しない複数のインクタンクが設けられている。各インクタンクは、シアン、マゼンダ及びイエローの各色（以下ＣＭＹという。）のインクをそれぞれ貯溜している。
【００４１】
プリントヘッド４１内には、図示しないが例えば透明インクを貯溜するタンクも設けられている。この透明インクは、粉体を結合して硬化させるためのバインダーの成分を含む。バインダーは、典型的にはポリビニルアルコールが挙げられるが、これに限られない。
【００４２】
インクとしては、例えば水性インクが用いられ、市販のインクジェットプリンタ用のインクを用いることも可能である。インクは、粉体４の材料に応じて油性であってもよい。
【００４３】
プリントヘッド４１の方式として、インクジェット方式とは異なる方式が採用されてもよい。
【００４４】
制御ユニット６０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭを有するコンピュータの機能を備える。また、制御ユニット６０は、前面の上部に配置された表示部６１、及びその下部に配置された入力操作機器６２を有している。入力操作機器６２は、典型的にはキーボードにより構成される。表示部６１は、タッチパネルによる入力デバイスを有していてもよい。
【００４５】
この制御ユニット６０には、ＣＴ（Computed Tomography）データが入力される。制御ユニット６０は、入力されたＣＴデータ、あるいはこれに基づき得られた３次元データに基づいて、造形物を形成するために、造形ユニット３０の各部の動き及びそのタイミングを制御する。
【００４６】
図４Ａは、造形部２０に設けられたボックス２１を示す斜視図である。図４Ｂは、このボックス２１を示す断面図である。
【００４７】
ボックス２１は、上記したように、上端に開口２３ａを有する本体２３と、この本体２３に移動可能に設けられ、この本体２３の底板を構成するステージ２２とを有する。本体２３の形状は、四角の筒状であり、ステージ２２は、この本体２３の内面の形状に沿うように、四角形の板状を有する。図４Ｂに示すように、本体２３の下部にはフランジ部２３ｂが設けられており、ステージ２２の周縁部がこのフランジ部２３ｂ上に載置された状態で、本体２３の容積が最も大きくなる。
【００４８】
ステージ２２の周縁部には、シール部材２９が装着されており、シール部材２９は、本体２３とステージ２２との間の隙間をシールする。シール部材２９は、例えばウレタン等、スポンジ状の素材で構成される。ステージ２２の裏面には、後述するクランプ機構５６の一部を構成する部材として、例えば永久磁石５５が取り付けられている。なお、図２、７Ａ〜Ｅ等では、シール部材２９の図示を省略している。
【００４９】
このボックス２１の本体２３の側面２３ｃには、ボックス保持機構４０の後述する支持部材２７に支持される被支持部材２４が設けられている。被支持部材２４は、例えば板状に形成されるが、この形状に限られない。ボックス保持機構４０の支持部材２７がボックス２１を支持できるように、被支持部材２４は連続的または断続的に本体２３の周囲の少なくとも一部に設けられていればよい。本実施形態では、被支持部材２４は、本体２３の対向する一対の側面２３ｃにそれぞれ設けられている。
【００５０】
図２に示すように、ボックス保持機構４０は、一対の昇降シリンダ２８と、一対のストッパー８３とを有する。これら昇降シリンダ２８及びストッパー８３は、造形ユニット３０に設けられた図示しない取付フレームに取り付つけられて固定されている。
【００５１】
昇降シリンダ２８は、昇降シリンダ２８は、駆動部２５と、駆動部２５により昇降移動するロッド２６とをそれぞれ有し、ロッド２６の先端には上記支持部材２７がそれぞれ取り付けられている。すなわち、支持部材２７が、ボックス２１に設けられた被支持部材２４を下方から支持するようになっている。昇降シリンダ２８としては、例えば流体圧シリンダ（典型的にはエアシリンダ）が用いられる。これら一対の昇降シリンダ２８は、同期して駆動するように、造形ユニット３０の図示しないコントローラにより、あるいは制御ユニット６０によりその駆動が制御される。
【００５２】
一対のストッパー８３は、昇降シリンダ２８が支持部材２７を上昇移動させる時に、その上昇移動を規制する機能を有する。ストッパー８３に被支持部材２４が当接した時点で、ボックス２１が造形部２０に位置決めされた状態となる。
【００５３】
図５Ａ及びＢは、昇降機構５０を説明するための模式図である。
【００５４】
昇降機構５０は、駆動部５４と、この駆動部５４によって昇降移動する昇降アーム（昇降部材）５２と、昇降アーム５２がステージ２２をクランプするためのクランプ機構５６とを含む。昇降アーム５２は例えばＬ字形状を有する。
【００５５】
クランプ機構５６は、例えば、昇降アーム５２の上端部に取り付けられた、磁界発生デバイス５３と、上述のように、ステージ２２の裏面に設けられた永久磁石５５とを有する。磁界発生デバイス５３が、図示しないコイルの通電により磁力を発生し、この磁力が永久磁石５５と作用することで、磁界発生デバイス５３と永久磁石５５とが接続され、ステージ２２がクランプされる。図５Ｂでは、クランプ機構５６が作動して、昇降アーム５２とステージ２２とがクランプされ、昇降アーム５２がステージ２２を押し上げている。
【００５６】
供給部１０の昇降機構７０も、基本的に昇降機構５０と同様の構造を有しており、昇降アーム７２の端部に供給ステージ１２が直接取り付けられている点で、昇降機構５０と異なる。
【００５７】
図６は、搬送台車によりボックス２１が搬送される様子を示している。搬送台車１５０は、ボックス２１を保持するフォーク１５３を有する。作業者が、この搬送台車１５０を動かして、フォーク１５３を造形ユニット３０に挿入することで、ボックス２１が所定の位置に配置される。
【００５８】
（造形装置における造形処理前の動作）
図７Ａ〜Ｅは、ボックス２１がボックス保持機構４０に装着される時の動作を順に示す図である。
【００５９】
最初、造形装置１００の各部の機構は、原点位置（初期位置）にある。ボックス保持機構４０の原点位置は、図７Ａに示すような位置である。すなわち原点位置では、昇降シリンダ２８の支持部材２７が、図２で示した位置より下降した状態にある。
【００６０】
図６に示したように、作業者は、造形装置１００内に搬送台車１５０のフォーク１５３を挿入するように、搬送台車１５０を移動させる。そうすると、図７Ｂに示すように、作業者が造形装置１００の入力操作機器６２を介して操作することにより、ボックス保持機構４０は、ボックス２１の保持動作を開始する。
【００６１】
図７Ｃに示すように、ボックス保持機構４０では、昇降シリンダ２８の駆動により、支持部材２７が上昇する。支持部材２７が被支持部材２４に当接しながら上昇することにより、ボックス２１が持ち上げられ、ボックス２１がフォーク１５３から離れる。昇降シリンダ２８は、被支持部材２４がストッパー８３に当接するまで支持部材２７を上昇させる。被支持部材２４がストッパー８３に当接することにより、その上昇が終了する。このようにしてボックス保持機構４０は、ボックス２１を保持する。
【００６２】
ボックス２１の下部には昇降機構５０が配置されるため、ボックス２１を保持するボックス保持機構４０は、このように動きが少ない、極力簡易な構成とされる。
【００６３】
作業者は搬送台車１５０をバックさせることによりそのフォーク１５３を造形装置１００から引き抜く。作業者は、安全を考慮してフォーク１５３を少し下降させてから引き抜いてもよい。
【００６４】
次に、図７Ｄに示すように、昇降機構５０が作動を開始する。昇降アーム５２が上昇し、クランプ機構５６によりステージ２２がクランプされる。ステージ２２がクランプされると、図７Ｅに示すように、昇降機構５０は、ステージ２２をボックス２１の本体２３の最上位置、すなわち開口付近まで上昇させる。その後、後述する造形処理（図８参照）が開始される。
【００６５】
以上のように、本実施形態では、ボックス保持機構４０によりボックス２１が着脱可能に保持されるので、作業者は、ボックス保持機構４０からそのボックス２１を取り外すことができる。作業者は、取り外されたボックス２１から造形物を取り出したり、造形物を収容したボックス２１を後述するように除粉装置３００に装着したりすることができる。これにより、作業効率を高めることができる。
【００６６】
また、本実施形態に係るクランプ機構５６は、電磁クランプ力を利用している。本実施形態では、ボックス２１がボックス保持機構４０に着脱可能であること、あるいは、ステージ２２がボックス２１の本体２３に移動可能に設けられることにより、ボックス２１及びステージ２２の製造誤差（サイズ誤差等）が発生することも想定される。しかし、本技術のような電磁クランプ力が利用されることにより、部材同士が係合してクランプ力を発生するメカニカルなクランプ力が利用される場合に比べ、その製造誤差を吸収してクランプを行うことができる。
【００６７】
（造形装置による造形処理）
図８は、主に造形装置１００の造形動作を順に示す図であり、側面から見た模式図である。
【００６８】
造形装置１００が造形物を形成する前の段階で、造形の対象となる対象物のＣＴデータ、あるいは、これに基づき得られるＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and COmmunication in Medicine）等の３次元データが制御ユニット６０に入力される。
【００６９】
図８Ａ〜Ｄでは、後述するように、プリントヘッド４１からインクが吐出されることで粉体４が硬化（結合）される層が１層分（所定の層厚分）形成される工程が示されている。粉体４及び未硬化（未結合）の粉体４がドットのハッチングで示され、硬化層が黒塗りで示されている。
【００７０】
図８Ａに示すように、供給ボックス１１には既に上記のタンクシューター１５から粉体４が供給されて貯溜さている。造形部２０のステージ２２には、硬化層及び未硬化の粉体層が積層された状態となっており、この状態から、硬化層を１層形成する工程が開始される。図８Ａにおいて、ローラ１６及びプリントヘッド４１が示されている位置が、ぞれぞれの待機位置とされる。
【００７１】
まず、図８Ｂに示すように、供給部１０の供給ステージ１２に堆積している粉体４が昇降機構７０（図２等参照）により押し上げられ、１層分の粉体層よりも少し過剰な量の粉体４が、プレート２の上面２ｂより高い位置まで供給される。また、造形部２０において、昇降機構５０によりステージ２２が降下することで、硬化層及び未硬化の粉体層の上面とプレート２の上面２ｂとの間に、粉体層の１層分の厚みの間隔が設けられる。
【００７２】
図８Ｂにおいて粉体層の１層分の厚みｕは、典型的には、0.1mm〜0.2mm程度であるが、この範囲より大きくてもよいし、小さくてもよい。
【００７３】
図８Ｃに示すように、図８Ｃにおいてローラ１６が反時計回りに回転しつつ、白抜きの矢印の方向に移動することにより、供給部１０から供給された粉体４が搬送される。ここで、ローラ１６の回転方向は、ローラ１６を回転自在にして（ローラ１６の回転軸にかかる回転力をフリーにして）白抜きの矢印の方向に移動させたとしたときに、ローラ１６と造形部２０との摩擦によりローラ１６が回転するであろう方向に対して逆の方向である。このようなローラ１６の回転により粉体４が搬送されることで、造形部２０の硬化層及び未硬化の粉体層の上面に設けられた間隔に粉体４が充填されて、均一に均された粉体層が形成される。
【００７４】
図８Ｄに示すように、ローラ１６が造形部２０を通過して、過剰な量の粉体４を排出路部材３１から排出する。そしてローラ１６が待機位置まで戻る動作と連動するように、プリントヘッド４１がプリントヘッド移動機構４６の駆動により移動しながら、着色された画像を描くようにインクを吐出する。この場合、粉体層に水性インク（カラーインク及び透明インク）が浸透し、インクが吐出された部分の粉体４が互いに接着され、硬化層（結合層）が形成される。
【００７５】
粉体を硬化させる（結合させる）ためには、プリントヘッド４１は、上記のようにバインダーを含む透明インクを吐出する。つまり、着色されたインク（ＣＭＹインク）が吐出された領域と同じ領域に、透明インクが吐出されることにより、着色された粉体の硬化層が形成される。
【００７６】
なお、着色しない硬化層を形成する場合、プリントヘッド４１は、透明インクのみを造形可能領域に選択的に吐出すればよい。
【００７７】
なお、ローラ１６が粉体４を搬送し終えて待機位置に戻った後に、プリントヘッド４１は移動を開始し、インクの吐出を開始させてもよい。しかし、上記のように、ローラ１６の戻り動作の時間帯とヘッドの移動動作の時間帯とが重なることにより、処理時間を短縮することができる。
【００７８】
プリントヘッド４１が待機位置まで戻ると、図８Ａに示す状態に戻り、１層分の着色された硬化物が形成される。造形装置１００は、以上のような動作を繰り返すことにより、硬化層が積層されて造形物が形成されていく。
【００７９】
このように造形装置１００による造形処理後、造形装置１００とは別の、図示しない加熱装置により造形物が加熱されることで、さらに硬度の高い造形物を得るようにしてもよい。
【００８０】
造形装置１００による造形処理後、作業者により、ボックス２１が造形ユニット３０から取り外される。このボックス２１の取り外しは、図７Ａ〜Ｅで説明した順序と逆の順序で行われればよい。作業者は、ボックス２１を保持した運搬台車のフォーク１５３を造形装置１００から引き抜き、その搬送台車１５０をそのまま後述の除粉装置３００へ運搬すればよい。
【００８１】
以上の造形装置１００による処理を、図９の左側にフローチャートとして示した。
【００８２】
[除粉装置]
【００８３】
次に、除粉装置について説明する。
【００８４】
（実施形態１に係る除粉装置）
図１０は、実施形態１に係る除粉装置を示す模式的な断面図である。
【００８５】
除粉装置３００は、ボックス２１を着脱可能に保持するボックス保持機構３４０と、このボックス保持機構３４０に保持されたボックス２１のステージ２２を昇降移動させるステージ移動機構３５０とを備える。また、除粉装置３００は、造形物４’の周囲にある未結合の粉体４を除去する除粉処理機構３７０を備える。
【００８６】
除粉装置３００は、支持ハウジング３６２と、この支持ハウジング３６２上に除粉室（除粉作業領域）３２０を形成するカバー部材３２５とを備える。支持ハウジング３６２上には、区画板３２４が設けられ、この区画板３２４及びカバー部材３２５により除粉室３２０が形成される。
【００８７】
カバー部材３２５は、例えば、主に透明なアクリル等を有する。カバー部材３２５の前方側は、上下方向に開閉可能なドア３２６として形成されている。カバー部材３２５には、静電気を帯びた粉体が取り付いたりして視認性を妨げないように、静電防止処理が施されている。
【００８８】
除粉処理機構３７０は、除粉室３２０内に配置されたガスブロー用のノズル３２８と、粉体を集めて排出する排気装置３３０とを有する。排気装置３３０は、除粉室３２０内に配置され排気用のファンを内部に備えた排気フード３３５と、排気フード３３５に接続された排気管３３６とを有する。排気装置３３０は、吸引機構として機能する。
【００８９】
ノズル３２８は、図１０に示すように複数設けられていてもよい。ノズル３２８から噴出されるガスとしては、典型的には空気が用いられるが、窒素等の不活性ガスが用いられてもよい。ノズル３２８は、図示しないが、ガスを収容したタンクに、ポンプ及びバルブ等を介して接続されている。少なくともノズル３２８が、除粉処理機構３７０として機能する。除粉処理機構３７０は、排気装置３３０を含んでもよい。
【００９０】
区画板３２４の下部には、上記ボックス保持機構３４０、これに隣接して粉体回収部３６０、及びステージ移動機構３５０が配置されている。上記排気装置３３０の排気管３３６の出口が区画板３２４より下方に配置され、排気管３３６から排出された粉体が粉体回収部３６０で回収されるようになっている。
【００９１】
区画板３２４の一部の領域には、多数の穴３２４ａが形成されている。区画板３２４の上に溜まった粉体がこれらの穴３２４ａから落下して、区画板３２４の下方に配置された傾斜板３６９を滑り落ち、粉体回収部３６０へ集められる。
【００９２】
区画板３２４には、ボックス２１の外形または内径に対応する形状の開口部３２４ｂが設けられている。ボックス２１は、ボックス保持機構３４０に支持された状態で、ボックス２１の本体２３の上部がその開口部３２４ｂに挿入されるか、または、開口部３２４ｂの周囲に当接するようになっている。
【００９３】
粉体回収部３６０は、回収領域を形成する回収容器３６１と、回収容器３６１内に設けられた撹拌機構３６３と、撹拌機構３６３の下部に設けられ、異物を集める篩機構３６５と、篩機構３６５で集められた異物を排除する異物排除機構３６７とを有する。
【００９４】
撹拌機構３６３は、複数のブレードを有する回転体及びこの回転体を駆動するモータ等を有する。篩機構３６５は、例えば図示しない駆動部により振動するフィルタ部材を有する。異物排除機構３６７は、篩機構３６５に接続されるようにして構成されており、例えば図示しない排気ファン等を利用して異物を排出するように構成されている。異物には、粉体以外の材料や、粉体であっても、仮に造形物が欠けたり割れたりして発生する粉体の塊も含まれる。
【００９５】
ボックス保持機構３４０は、上記造形装置１００におけるボックス保持機構４０と実質的に同様の構造及び機能を有するので、その説明を省略する。ステージ移動機構３５０も、上記造形装置１００における昇降機構５０と実質的に同様の構造及び機能を有するので、その説明を省略する。しかし、ボックス保持機構３４０やステージ移動機構３５０は、造形装置１００のボックス保持機構４０及び昇降機構５０とは異なる構造を有していてもよい。
【００９６】
ボックス２１は、造形装置１００に装着されていたボックス２１である。上記のように、造形装置１００から搬送台車１５０により運搬されて来たボックス２１が、この除粉装置３００に装着される。
【００９７】
図１１は、除粉装置３００の制御システムの構成を示すブロック図である。
【００９８】
この制御システムは、メインコントローラ９０、ステージ移動機構コントローラ９１、ボックス保持機構コントローラ９２、ガス噴出コントローラ９３、排気ファンコントローラ９４、排気ファンコントローラ９５、篩機構コントローラ９６、通信部９７を備える。
【００９９】
メインコントローラ９０は、各コントローラ９１〜９６及び通信部９７を統括的に制御する。ステージ移動機構コントローラ９１は、ステージ移動機構３５０の駆動を制御する。ボックス保持機構コントローラ９２は、ボックス保持機構３４０の駆動を制御する。ガス噴出コントローラ９３は、ノズル３２８からのガスの噴出のON/OFFの切り替えを制御したり、あるいはガスの流量を制御したりする。排気ファンコントローラ９４及び９５は、例えばファンの回転数を制御することにより、その排気量を制御する。篩機構コントローラ９６は、篩の振幅及びその周波数のうち少なくとも一方を制御する。
【０１００】
通信部９７は、メインコントローラ９０は、造形装置１００の制御ユニット６０と、有線または無線により通信可能に接続されている。
【０１０１】
メインコントローラ９０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等、コンピュータに用いられるハードウェア要素及びソフトウェアにより実現される。あるいは、制御ユニットは、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のＰＬＤ(Programmable Logic Device)、その他ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のデバイスにより実現されてもよい。
【０１０２】
また、上記メインコントローラ９０以外の各コントローラ及び通信部９７は、ハードウェアにより、または、ハードウェア及びソフトウェアにより構成される。
【０１０３】
次に、以上のように構成された除粉装置３００の動作を説明する。図１２は、その動作の一部を説明するための図である。
【０１０４】
作業者が、造形物を収容したボックス２１を保持した搬送台車１５０を、除粉装置３００の、ボックス保持機構３４０に装着する。この装着方法は、造形装置１００でのボックス２１の装着方法と同様であるので、その説明を省略する。
【０１０５】
除粉処理前に、除粉装置３００のメインコントローラ９０は、造形装置１００の制御ユニット６０から、装着されたボックス２１内にある造形物に関連する関連情報を取得する。この場合、メインコントローラ９０は「取得部」として機能する。
【０１０６】
関連情報は、造形の対象となる対象物の３次元データ、ボックス２１内に配置された造形物の個数及びその上下方向の段数の情報を含む。関連情報は、粉体やインクの種類等の情報を含んでいてもよい。作業者が、除粉装置３００の図示しない操作部を介して、その関連情報の取得のための操作を行えばよい。
【０１０７】
図１２に示すように、ステージ移動機構コントローラ９１による制御にしたがって、ステージ移動機構３５０の昇降アーム３５２が、所定の高さ分上昇する。所定の高さとは、例えば、ボックス２１内に、複数の造形物４’が上下方向に複数段で配置されている場合に、実質的にその１つ分の造形物４’の高さである。上記したように、メインコントローラ９０は、制御ユニット６０から関連情報を取得しているので、１つ分の造形物４’の高さを認識することができる。この場合、主に、メインコントローラ９０は「制御部」として機能する。
【０１０８】
図１２では、その１段ごとの高さを、破線で区切って図示している。このような昇降アーム３５２によるステージ２２の上昇により、本体２３の開口２３ａ（図４Ａ、Ｂ参照）を介して最上段にある造形物４’がボックス２１外に押し出される。
【０１０９】
そして排気ファンコントローラ９５の制御にしたがって、排気装置３３０が作動を開始する。ガス噴出コントローラ９３による制御にしたがって、ノズル３２８から所定の流量のガスが噴出し、造形物４’の周囲にある主に未結合（未硬化）の粉体４が、造形物４’から離れて飛散する。つまり、未結合の粉体４が造形物４’から除去される。これにより、粉体４は、排気装置３３０を介して下方の粉体回収部３６０へ移送される。このようにガスを噴出するノズル３２８が用いられることにより、除粉精度が向上する。
【０１１０】
ボックス２１内の最上段の造形物４’の除粉処理が終了すると、作業者またはロボットによりドア３２６が開けられ、最上段の造形物４’が取り出される。この取り出し作業時に、排気ファンコントローラ９５は、排気装置３３０の運転を一旦停止してもよいし、あるいは、そのまま運転を続けてもよい。
【０１１１】
作業者またはロボットによる最上段の造形物４’の取り出し作業が終了すると、除粉室３２０のドア３２６が閉められ、また、ステージ移動機構３５０の昇降アーム３５２が、さらに所定の高さ分上昇する。そして、最上段の造形物４’と同様に、ボックス２１内の２段目に収容されていた造形物４’の周囲の粉体が除去される。
【０１１２】
除粉装置３００は、このような動作を、ボックス２１内に収容された造形物４’の段数分、繰り返し行う。
【０１１３】
作業者またはロボットによって、ボックス２１内の最下段の造形物４’が取り出されると、ボックス２１が除粉装置３００から取り外される。ボックス２１の、除粉装置３００からの取り外し方法は、造形装置１００でのボックス２１の取り外し方法と同様であるので、その説明を省略する。
【０１１４】
作業者は、空のボックス２１を保持した搬送台車１５０から、その空のボックス２１を取り出すか、または、空のボックス２１を保持した搬送台車１５０を所定の位置に運搬する。
【０１１５】
以上の除粉装置３００による処理を、図９の右側にフローチャートとして示した。
【０１１６】
以上のように、本実施形態では、造形装置１００により形成された造形物４’を収容するボックス２１ごとに、除粉装置３００により未結合の粉体４が除去されるので、造形装置１００の内部が粉体４で汚れる、といった問題を解決することができる。つまり、本技術のような着脱可能なボックス２１を用いない、一般的な粉体ラピッドプロトタイピング装置においては、作業者が、ボックスから粉体に埋もれた造形物を取り出す際に、粉体が周りに拡散し、未結合の粉体でその造形部（ヘッドやそれを動かす移動機構等）を汚す、といった問題があった。しかし、本技術ではこのような問題を解決することができる。
【０１１７】
本実施形態では、ステージ移動機構３５０がボックス２１に設けられたステージ２２を上昇させることで、本体２３の開口２３ａから造形物４’がボックス２１外に押し出される。これにより、ボックス２１の上部で未結合の粉体４を除去することができる新たな除粉装置３００を提供することができる。
【０１１８】
本技術と対比される参考例に係る造形装置では、ボックスの下方側から未結合の粉体を自重で落とすようにして排出していた。このような装置では、そのボックスから作業者が造形物を取り出し、除粉作業を手作業で行う必要があり、非常に手間がかかっていた。
【０１１９】
また、ボックス内に複数の造形物が形成される場合であって粉体が一度に排出されるような造形装置（本技術と対比される参考例に係る造形装置）では、複数の造形物が順序や配列がばらばらになっていた。このような状況の下では、例えば複数の造形物の形状が似通ってはいるが、多少異なる場合、作業者にとってそれら造形物の識別が困難となる。
【０１２０】
また、そのように粉体が一度に排出される場合、それら造形物が転がったり、造形物同士がぶつかったりするため、造形物の破損（割れ、欠け、崩れ）するおそれがある。
【０１２１】
本技術によれば、複数段で収容された造形物４’が、１段ごとに本体２３から押し出されて除粉が行われることにより、例えば、ボックス内の未結合の粉体が一度に除去される場合に比べ、複数の造形物４’を個別に識別可能にしつつ、これら造形物４’を上から順に取り出すことが可能となる。したがって、参考例に係る造形装置が含んでいる上記のような問題をすべて解決することができる。
【０１２２】
本実施形態では、篩機構３６５及び異物排除機構３６７により、粉体中の異物を排除するので、異物が除去された未結合の粉体を回収することができ、この粉体をリサイクルすることができる。
【０１２３】
本実施形態では、複数のボックス２１を用意することにより、それらボックス２１のうち第１のボックス内の造形物についての除粉装置３００による除粉処理の間に、造形装置１００により第２のボックス内の造形物についての造形処理を行うことができる。このような造形システムは、例えば造形処理部と除粉処理部とが一体となった装置とは異なり、造形処理を中断する時間を短くすることができ、造形物の生産性を高めることができる。その結果、造形処理のコストも抑えることができるようになる。
【０１２４】
また、造形装置１００及び除粉装置３００が別体の装置であることにより、それぞれの装置のメンテナンスを独立して行うことができる。
【０１２５】
（実施形態２に係る除粉装置）
図１３は、実施形態２に係る除粉装置の模式的な構成及びその制御システムのブロック構成を示す図である。これ以降の説明では、図１０及び１１等に示した実施形態１に係る除粉装置３００が含む部材、機能、ブロック等について同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
【０１２６】
本実施形態に係る除粉装置４００は、ノズル３２８を駆動するノズル駆動機構３７６を備える。ノズル駆動機構３７６は、例えば並進移動機構３７２及び角度調整機構３７４を有する。
【０１２７】
並進移動機構３７２は、図１０において１次元（例えばＸ軸）の方向に沿って各ノズル３２８を並進移動させる。並進移動機構３７２としては、ボールネジ機構等が利用される。並進移動機構３７２は、各ノズル３２８を、ノズル３２８ごとに個別にそれぞれ駆動する。
【０１２８】
角度調整機構３７４は、ノズル３２８の噴出方向を変更するために、ノズル３２８の角度（姿勢）を調整するように、これらノズル３２８に接続されている。角度調整機構３７４は、作業者が手動で調整する機構であってもよいし、あるいは、モータ及びギア等を含んだ、電気的制御によりその角度を調整可能な（自動調整可能な）機構であってもよい。以下では、角度調整機構３７４は、電気的制御によりその角度が調整される機構として、本実施形態を説明する。
【０１２９】
ノズル駆動機構３７６の駆動は、ガス噴出コントローラ９３によって制御される。
【０１３０】
なお、図１３では、並進移動機構３７２はノズル３２８ごとに個別に設けられたが、１つのノズル機構が設けられ、これが複数のノズル３２８を一体的に駆動してもよい。あるいは、Ｘ軸に沿った１次元だけでなく、Ｙ軸またはＺ軸を含めた２次元内、あるいはこれら両方を含めた３次元内でノズルを並進移動させる機構が設けられていてもよい。これらは、ノズル３２８の形態（形状、配置及び個数等）に応じて、任意の次元数の移動軸を持つ移動機構が設けられればよい。例えば、Ｘ軸方向に沿って多数のノズルが配置される場合は、Ｘ軸方向に沿ったノズルの並進移動のための機構は必要ない。あるいは、複数のノズルを備えた１つの噴出ヘッド（またはこの噴出ヘッドが複数設けられる）が除粉室３２０内に設けられていてもよい。
【０１３１】
また、この除粉装置４００は、回収容器３６１の重量を検出する重量センサ３６８を備えている。重量センサ３６８は、重量センサ３６８は、所定の重量を有する回収容器３６１内に回収された未結合の粉体４の重量を検出する。重量センサ３６８で検出された情報は、メインコントローラ９０が取得可能となっている。
【０１３２】
以上のように構成された除粉装置４００は、除粉処理時、上記実施形態１と同様に、１段ごとに造形物をボックス２１外へ押し出して除粉を行う。この時、ガス噴出コントローラ９３は、メインコントローラ９０を介して取得した、制御ユニット６０からの造形物の関連情報、特に３次元データに応じて、ノズル駆動機構３７６を制御する。ノズル駆動機構３７６は、その造形物の形状に合わせて、ノズル３２８を並進移動させること、及び、ノズル３２８の角度を調整することのうち、少なくとも一方を行う。このような駆動の制御により、除粉処理に最適となる位置からガスが噴出される。
【０１３３】
あるいは、ガス噴出コントローラ９３は、造形物の複雑な形状部分（第１の表面積を持つ部分）の除粉処理について、それより単純な形状部分（第１の表面積より小さい第２の表面積を持つ部分）の除粉処理に比べ、長い時間となるようにまたは流量を多くするように、そのガスの噴出を制御することもできる。このように、メインコントローラ９０は、造形物の形成時に用いられる３次元データを利用することにより、別途の情報を生成する必要がなく、また、この３次元データに応じて除粉を細かく行うことにより、除粉精度が向上する。
【０１３４】
本実施形態では、メインコントローラ９０は、重量センサ３６８からの検出情報に応じて、除粉処理機構３７０による除粉処理の進捗を計測する。この場合、メインコントローラ９０及び重量センサ３６８は、「計測部」として機能する。
【０１３５】
例えば、メインコントローラ９０は、重量センサ３６８の検出値が閾値以下である場合、そのまま除粉処理を続け、それが閾値を超えた場合、その除粉処理を停止する。除粉処理の停止とは、例えば、排気装置３３０の作動の停止、ノズルによるガスの噴出の停止等である。上記閾値は、例えばボックス２１内の容積及び造形物４’の体積等に基づき定まる値である。また、メインコントローラ９０が制御ユニット６０から取得した３次元データに応じて、その造形物４’の体積を計算することができる。
【０１３６】
このように、メインコントローラ９０は、測定された未結合の粉体の量に応じて、除粉処理の進捗を認識することができる。
【０１３７】
（実施形態３）
本実施形態３に係る除粉装置は、図示しないが、除粉室３２０内の雰囲気の透明度を検出するセンサを備えている。このセンサとしては、例えば光センサが用いられる。
【０１３８】
光センサは透過型でもよいし、散乱光を検出する反射型でもよい。センサはイメージセンサでもよい。除粉処理の途中では、除粉室３２０には粉体が舞うのでその透明度は低いが、所定の透明度が得られれば、それが除粉処理の終了のサインとなる。メインコントローラ９０は、そのセンサからの検出情報に基づいて、除粉処理の進捗を認識することができる。
【０１３９】
[その他の実施形態]
【０１４０】
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
【０１４１】
上記実施形態では、ボックス２１が着脱可能に設けられていた。しかし、ボックス２１は造形装置及び除粉装置それぞれ固定されていてもよい。例えば複数のボックス２１が除粉装置（または造形装置）に設置され、除粉装置がそれら複数のボックス２１が水平面内で一体的に移動するような機構を備えていてもよい。複数のボックス２１が水平面内で一体的に移動するような機構は、例えばそれらボックス２１が１つの点を中心に回転（公転）するような回転機構であってもよい。それらボックス２１のうち所定位置に配置された少なくとも１つが、上記で説明した除粉処理方法による除粉処理対象（上記で説明した造形処理方法による造形対象）とされるボックスとなる。
【０１４２】
造形装置または除粉装置が、このような複数のボックス２１が水平面内で一体的に移動するような機構を備える場合、もちろん、これらのボックス２１がこれらの装置に着脱可能に設けられていてもよい。
【０１４３】
上記各除粉装置は、ガスを噴出するノズル３２８に代えて、またはそれに加えて、刷毛等、造形物４に物理的に接触してその周囲の未結合の粉体４’を除去するデバイスを備えていてもよい。
【０１４４】
上記各除粉装置において、メインコントローラは、ステージ２２の上昇速度または上昇の仕方、あるいは、ノズル３２８の選択個数等も制御することもできる。
【０１４５】
上記ボックス保持機構４０、３４０における主要部分の機構として流体圧シリンダが用いられたが、これに代えて、ボールネジ、ラックアンドピニオン、あるいはベルト等の機構が用いられてもよい。
【０１４６】
上記除粉装置の実施形態２では、粉体の量を計測するデバイスとして重量センサが設けられたがこれに限られない。例えばイメージセンサや光センサにより、回収容器内のどの深さ位置まで粉体４が溜められたかを検出し、メインコントローラがその検出情報に基づいて、粉体の量（重量または体積）を演算してもよい。
【０１４７】
上記各除粉装置は、造形装置１００からの３次元形状データを取得する方法に代えて、または、それに加えて、ボックス２１ごとにそのボックスを個別に識別する識別子が、ボックス２１に設けられていてもよい。識別子としては、例えばＩＣタグまたは情報コード（バーコードや２次元情報コードなど）を含む。これにより、除粉装置３００は、そのボックス２１ごと、あるいはそのボックス２１内に収容されている造形物ごとに、除粉処理を制御することができる。
【０１４８】
上記各除粉装置の上記の説明では、ボックス２１内に複数の造形物が収容されている例を説明した。しかし、ボックス２１内に１つの造形物が収容されている場合であっても、昇降アーム３５２がステージ２２を段階的（断続的）に上昇させながら、ノズル３２８からの連続的または断続的なガスの噴出によって、その造形物４’の周囲の未結合の粉体４が除去されればよい。あるいは、昇降アーム５２がステージ２２を連続的に上昇させながら、未結合の粉体４が除去されてもよい。このように、ステージ２２が連続的に上昇される場合でも、除粉装置３００は、上述のように３次元形状データに応じて、そのステージ２２の上昇速度を可変に制御することもできる。
【０１４９】
上記実施形態に係るクランプ機構５６として電磁クランプが用いられた。しかし、クランプ機構として、静電容量によりクランプ力を発生する機構、あるいは機械的な係合によりクランプ力を発生する機構が用いられてもよい。
【０１５０】
昇降機構５０、７０等の昇降部材として、上記実施形態ではＬ字形状の昇降アームを例に挙げたが、このような形態に限られず、昇降部材はロッド状等、どのような形態を有していてもよい。ステージ移動機構３５０も同様である。
【０１５１】
ボックスの形状は、上記実施形態のような四角筒状に限られず、三角筒、五角形以上の筒、あるいは、円筒、楕円筒、これらのうち少なくとも２つの組み合わせ、あるいは、その他の任意の形状でもよい。
【０１５２】
上記実施形態では、造形装置１００及び除粉装置３００は別体であるとしたが、これらは一体となって設けられていてもよい。
【０１５３】
あるいは、造形装置１００及び除粉装置３００が一体及び別体に関わらずインラインで配置され、自動の搬送装置が、造形装置１００及び除粉装置３００の間で、ボックス２１を搬送するような造形システムにも本技術を適用可能である。自動の搬送装置としては、例えばＲＧＶ（Rail Guided Vehicle）、あるいはＰＧＶ（Personal Guided Vehicle）のようなＡＧＶ（Automatic Guided Vehicle）がある。
【０１５４】
自動の搬送装置としては、例えばアームアンドハンドのような、車輪を持たない搬送装置であってもよい。この場合、造形装置１００及び除粉装置３００は、このような車輪を持たない搬送装置とともに一体的な装置として構成されてもよい。
【０１５５】
造形物の３次元形状データのうち少なくとも造形物のサイズに応じて、複数の異なるサイズの容積を持つボックスが用意されてもよい。例えば、造形装置１００の制御ユニット６０は、小さい造形物を形成する場合、それに対応した小さいボックスを選択し、そのボックスを用いて造形処理を行うことで、すべて同じ容積を持つボックスを用いる場合に比べ、粉体の使用量を節約することができる。この場合、ボックスの外形及びその外形のサイズは、複数のボックスで実質的に同じでよく、それらの容積が異なるように、各ボックスが形成されていればよい。
【０１５６】
粉体として、上記した材料の他、金属や樹脂であってもよい。金属粉が用いられる場合、焼結により金属粉を結合（硬化）させることができる。造形可能領域にある金属粉を選択的に焼結させるためには、レーザーが用いられる。
【０１５７】
また、磁性を持つ金属粉が用いられる場合であって、クランプ機構５６として上記実施形態のような電磁クランプが用いられる場合、ステージ２２の上面と下面（裏面）との間で磁界を遮断する磁気シールドが設けられていればよい。
【０１５８】
上記昇降機構５０は、ステージ２２を本体２３に対して昇降移動させたが、本体２３をステージ２２に対して昇降移動させてもよい。除粉装置３００のステージ移動機構３５０も、ステージ２２を本体２３に対して昇降移動させたが、本体２３をステージ２２に対して昇降移動させてもよい。この場合、ステージ移動機構３５０は、ボックス２１の下端部が区画板３２４付近の高さ位置するように設置され、その状態から、本体２３を徐々に下降させていけばよい。
【０１５９】
上記実施形態では、造形装置１００の制御ユニット６０と、除粉装置３００の通信部とが通信可能に接続されていたが、例えばサーバーとなるコンピュータが、造形装置１００及び除粉装置３００に通信可能に接続され、このコンピュータが造形装置１００及び除粉装置３００を管理してもよい。
【０１６０】
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
【０１６１】
本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）開口を有する本体と、前記本体に移動可能に設けられたステージとを有し、ラピッドプロトタイピング技術により粉体を用いて形成された造形物を、未結合の粉体とともに前記ステージ上に配置させるように、前記造形物及び未結合の粉体を収容可能なボックスと、
前記ステージを、前記本体内で、前記本体に相対的に上昇移動させることが可能なステージ移動機構と、
前記ステージ移動機構の駆動により前記開口を介して押し出された前記造形物の周囲の前記未結合の粉体を除去する除粉処理機構と
を具備する除粉装置。
（２）（１）に記載の除粉装置であって、
前記ボックスは、造形物を上下方向に複数段に収容しており、
前記除粉装置は、多段に収容された前記複数の造形物のうち、１段ごとに前記造形物が前記本体から押し出されるように前記ステージ移動機構を作動させ、前記１段ごとに前記除粉処理機構を作動させる制御部をさらに具備する除粉装置。
（３）（１）に記載の除粉装置であって、
前記ボックスの前記本体内の前記造形物に関連する関連情報を取得する取得部と、
前記取得された関連情報に基づき、前記除粉処理機構を作動させる制御部と
をさらに具備する除粉装置。
（４）（３）に記載の除粉装置であって、
前記取得部は、少なくとも、前記ラピッドプロトタイピング技術で用いられる造形対象物の３次元データを前記関連情報として取得する
除粉装置。
（５）（４）に記載の除粉装置であって、
前記除粉処理機構は、前記造形物にガスを噴出するノズルと、前記制御部による前記３次元データに基づく制御にしたがって、前記ノズルの位置及び姿勢のうち少なくとも一方を可変に駆動するノズル駆動機構とを有する
除粉装置。
（６）（１）から（５）のうちいずれか１つに記載の除粉装置であって、
前記除粉処理機構は、除粉作業領域と、前記造形物にガスを噴出するノズルと、前記除粉作業領域内にある前記粉体を吸引する吸引機構とを有する
除粉装置。
（７）（１）に記載の除粉装置であって、
前記除粉処理機構の除粉処理の進捗を計測する計測部をさらに具備する除粉装置。
（８）（７）に記載の除粉装置であって、
前記計測部は、前記除粉処理機構から回収された前記未結合の粉体の量を検出するセンサを有する
除粉装置。
（９）（７）に記載の除粉装置であって、
前記計測部は、前記除粉処理機構が有する除粉作業領域内の雰囲気の透明度を検出するセンサを有する
除粉装置。
（１０）（１）から（９）のうちいずれか１つに記載の除粉装置であって、
前記除粉処理機構から回収された前記未結合の粉体から異物を除去する篩機構をさらに具備する
除粉装置。
（１１）（１）から（１０）のうちいずれか１つに記載の除粉装置であって、
前記ボックスを着脱可能に支持する支持機構をさらに具備する除粉装置。
（１２） ラピッドプロトタイピング技術により粉体を用いて造形物を形成する造形装置と、
開口を有する本体と、前記本体に移動可能に設けられたステージとを有し、前記造形装置により形成された造形物を、未結合の粉体とともに前記ステージ上に配置させるように、前記造形物及び未結合の粉体を収容可能なボックスと、
前記ステージを、前記本体内で、前記本体に相対的に上昇移動させることが可能なステージ移動機構と、
前記ステージ移動機構の駆動により前記開口を介して押し出された前記造形物の周囲の前記未結合の粉体を除去する除粉処理機構と、を有する除粉装置と
を具備する造形システム。
（１３）ラピッドプロトタイピング技術により粉体を用いて造形物を形成し、
開口を有する本体と、前記本体に移動可能に設けられたステージとを有し、造形物を、未結合の粉体とともに前記ステージ上に配置させるように前記造形物及び未結合の粉体を収容可能なボックスの前記本体内で、前記ステージを、前記ボックスに相対的に上昇移動させ、
前記上昇移動により前記ボックスの前記開口を介して押し出された前記造形物の周囲の前記未結合の粉体を除去する
造形物の製造方法。
【符号の説明】
【０１６２】
４’…造形物
４…（未結合の）粉体
２０…造形部
２１…ボックス
２２…ステージ
２３…本体
２３ａ…開口
３０…造形ユニット
９０…メインコントローラ
１００…造形装置
１５０…搬送台車
３００、４００…除粉装置
３２０…除粉室
３２８…ノズル
３４０…ボックス保持機構
３５０…ステージ移動機構
３６５…篩機構
３６７…異物排除機構
３６８…重量センサ
３７０…除粉処理機構
３７６…ノズル駆動機構
【技術分野】
【０００１】
本技術は、ラピッドプロトタイピング技術のうち、粉体材料を用いて造形物を形成する造形装置、これに用いられる除粉装置及び造形物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の造形装置は、積層造形ユニット（２０）及び粉末除去ユニット（３０）等を備える。積層造形ユニット（２０）では、トレイ（９）上で造形物（９１）の積層造形作業が行われる。このトレイ（９）は、トレイ搬送部（５０）により下降移動するように構成されている。積層造形ユニット（２０）において造形物（９１）が形成された後、トレイ（９）が下降し、粉末除去ユニット（３０）において粉末除去処理が行われる（例えば、特許文献１の明細書段落[００６０]、[００７０]、図１、４，７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２４８６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、造形装置では製品（造形物）の生産効率を高めることが要求されており、特に新しいタイプの粉体材料の除去機構が求められている。
【０００５】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、粉体を除去することができる新たな除粉装置、これを備えた造形システム及び造形物の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本技術に係る除粉装置は、ボックスと、ステージ移動機構と、除粉処理機構とを具備する。
前記ボックスは、開口を有する本体と、前記本体に移動可能に設けられたステージとを有する。前記ボックスは、ラピッドプロトタイピング技術により粉体を用いて形成された造形物を、未結合の粉体とともに前記ステージ上に配置させるように、前記造形物及び未結合の粉体を収容可能である。
前記ステージ移動機構は、前記ステージを、前記本体内で、前記本体に相対的に上昇移動させることが可能である。
前記除粉処理機構は、前記ステージ移動機構の駆動により前記開口を介して押し出された前記造形物の周囲の前記未結合の粉体を除去する。
【０００７】
ステージ移動機構がボックスに設けられたステージを上昇させることで、本体の開口から造形物の少なくとも一部が押し出される。これにより、ボックスの上部で未結合の粉体を除去することができる、新たな除粉装置を提供することができる。
【０００８】
前記ボックスは、造形物を上下方向に複数段に収容可能であってもよい。その場合、前記除粉装置は、多段に収容された前記複数の造形物のうち、１段ごとに前記造形物が前記本体から押し出されるように前記ステージ移動機構を作動させ、前記１段ごとに前記除粉処理機構を作動させる制御部をさらに具備してもよい。
【０００９】
本技術では、一段ごとに除粉が行われ、一段ごとに除粉が除粉装置から取り出されることにより、例えばボックス内の粉体が一度に排出される場合に比べ、複数の造形物の配置が乱れたり、その順序がばらばらになったりすることを防止することができる。これにより、生産性を向上させることができる。
【００１０】
前記除粉装置は、前記ボックスの前記本体内の前記造形物に関連する関連情報を取得する取得部と、前記取得された関連情報に基づき、前記除粉処理機構を作動させる制御部とをさらに具備してもよい。
【００１１】
前記取得部は、少なくとも、前記ラピッドプロトタイピング技術で用いられる造形対象物の３次元データを前記関連情報として取得してもよい。例えば、制御部は、造形物の形成時に用いられる３次元データを利用することにより、別途の情報を生成する必要がない。
【００１２】
前記除粉処理機構は、前記造形物にガスを噴出するノズルと、前記制御部による前記３次元データに基づく制御にしたがって、前記ノズルの位置及び姿勢のうち少なくとも一方を可変に駆動するノズル駆動機構とを有してもよい。これにより、除粉精度が向上する。
【００１３】
前記除粉処理機構は、除粉作業領域と、前記造形物にガスを噴出するノズルと、前記除粉作業領域内にある前記粉体を吸引する吸引機構とを有してもよい。ガスを噴出するノズルが用いられることにより、除粉精度が向上する。
【００１４】
前記除粉装置は、前記除粉処理機構の除粉処理の進捗を計測する計測部をさらに具備する除粉装置。
【００１５】
前記計測部は、前記除粉処理機構から回収された前記未結合の粉体の量を検出するセンサを有してもよい。これにより、除粉装置の制御部は、測定された未結合の粉体の量に応じて、除粉処理の進捗を認識することができる。
【００１６】
前記計測部は、前記除粉処理機構が有する除粉作業領域内の雰囲気の透明度を検出するセンサを有してもよい。これにより、除粉装置の制御部は、除粉作業領域の雰囲気が所定の透明度に応じて、除粉処理の進捗を認識することができる。
【００１７】
前記除粉装置は、前記除粉処理機構から回収された前記未結合の粉体から異物を除去する篩機構をさらに具備してもよい。これにより、異物が除去された未結合の粉体を回収することができ、この粉体をリサイクルすることができる。
【００１８】
前記除粉装置は、前記ボックスを着脱可能に支持する支持機構をさらに具備してもよい。これにより、例えば造形装置において、そのボックスを造形用のボックスとして利用することができる。例えば複数のボックスが用意されることにより、造形装置による造形処理及び除粉装置による除粉処理の同時進行が可能となるので、生産性を高めることができる。
【００１９】
本技術に係る造形システムは、ラピッドプロトタイピング技術により粉体を用いて造形物を形成する造形装置と、上記の除粉装置とを具備する。ステージ移動機構がボックスに設けられたステージを上昇させることで、本体の開口から造形物の少なくとも一部が押し出される。これにより、ボックスの上部で未結合の粉体を除去することができる、新たな除粉装置を含む造形システムを提供することができる。
【００２０】
本技術に係る造形物の製造方法は、ラピッドプロトタイピング技術により粉体を用いて造形物を形成することを含む。
開口を有する本体と、前記本体に移動可能に設けられたステージとを有し、造形物を、未結合の粉体とともに前記ステージ上に配置させるように前記造形物及び未結合の粉体を収容可能なボックスの前記本体内で、前記ステージが、前記ボックスに相対的に上昇移動させられる。
前記上昇移動により前記ボックスの前記開口を介して押し出された前記造形物の周囲の前記未結合の粉体が除去される。
【発明の効果】
【００２１】
以上、本技術によれば、粉体を除去することができる新たな除粉装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本技術の一実施形態に係る造形装置を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す造形装置の側面図である。
【図３】図３は、図１に示す造形装置の平面図である。
【図４】図４Ａは、造形部に設けられたボックスを示す斜視図である。図４Ｂは、このボックスを示す断面図である。
【図５】図５Ａ及びＢは、昇降機構を説明するための模式図である。
【図６】図６は、搬送台車によりボックスが搬送される様子を示している。
【図７】図７Ａ〜Ｅは、ボックス２１がボックス保持機構に装着される時の動作を順に示す図である。
【図８】図８は、主に造形装置の造形動作を順に示す図であり、側面から見た模式図である。
【図９】図９は、造形装置及び除粉装置による処理を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、実施形態１に係る除粉装置を示す模式的な断面図である
【図１１】図１１は、除粉装置の制御システムの構成を示すブロック図である。
【図１２】除粉装置の動作の一部を説明するための図である。
【図１３】図１３は、実施形態２に係る除粉装置の模式的な構成及びその制御システムのブロック構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら、本技術の実施形態を説明する。
【００２４】
[造形装置]
【００２５】
（造形装置の構成）
図１は、本技術の一実施形態に係る造形装置を示す図である。図２は、図１に示す造形装置の側面図であり、図３は、その平面図である。
【００２６】
この造形装置１００は、ラピッドプロトタイピング技術により、粉体を材料とした造形物を形成する装置である。
【００２７】
造形装置１００は、造形ユニット３０と、これに隣接して配置された制御ユニット６０とを備える。造形ユニット３０は、フレーム１と、このフレーム１上に固定されたプレート２とを備える。プレート２の概ね中央部には、プレート２の長手方向であるＹ方向に沿って造形作業用の開口部２ａが設けられている。その開口部２ａの下部には、粉体の供給部１０、粉体による造形物が形成される造形部２０、及び、粉体の排出路部材３１（図１ではこれを省略）が配置されている。これら供給部１０、造形部２０及び排出路部材３１は、図２及び図３に示すように、それらの図中左側からＹ方向に沿って順に並ぶように配置されている。
【００２８】
なお、プレート２上にも図示しないフレームが設けられ、図１に示すように、フレームにカバー３３が取り付けられている。カバー３３はアクリル等により形成され、ユーザーが、造形ユニット３０の外部からその内部を見ることができるようになっている。また、このカバー３３には、静電気を帯びた粉体が取り付いたりして視認性を妨げないように、静電防止処理が施されている。
【００２９】
供給部１０は、粉体４（図８参照）を貯留することが可能な、供給ステージ１２を含む供給ボックス１１、供給ステージ１２を供給ボックス１１内で昇降させる昇降機構７０を有する。供給ステージ１２は、昇降機構７０の駆動により、供給ボックス１１内で供給ボックス１１に貯留された粉体４を下から押し上げることで、開口部２ａを介してプレート２上に粉体４を供給する。昇降機構７０としては、ボールネジ機構またはラックアンドピニオン機構等が用いられる。
【００３０】
図１及び２に示すように、この供給部１０上には、作業者またはロボットにより粉体が供給されて一時的に貯溜されるタンクシューター１５が設けられている。タンクシューター１５の底部には、例えば電気的な制御で開閉する図示しないカバーが設けられている。このカバーが開くと、貯溜されている粉体が自重で落下し、供給部１０に供給される。
【００３１】
粉体４としては、水溶性の材料が用いられ、例えば、食塩、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、塩化カリウム、塩化ナトリウムなどの無機物が用いられる。塩化ナトリウムとにがり成分（硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、塩化カリウムなど）が混合されたものが用いられてもよい。すなわち、これは塩化ナトリウムを主成分とするものである。あるいは、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリアクリル酸ナトリウム、メタアクリル酸アンモニウム、メタアクリル酸ナトリウムやその共重合体などの有機物を用いることもできる。
【００３２】
粉体４の平均粒子径は、典型的には10μm以上100μm以下である。食塩が用いられることにより、例えば金属またはプラスチック等の粉体材料を用いる場合に比べ、粉体材料の抽出や加工等に要するエネルギーが低いので環境に良い。
【００３３】
供給部１０に隣接して配置された造形部２０は、粉体４を収容することが可能なボックス２１と、このボックス２１に設けられたステージ２２を昇降させる昇降機構５０とを有する。ボックス２１は、ボックス保持機構４０に着脱可能に設けられている。ボックス保持機構４０及び昇降機構５０については後述する。
【００３４】
図３で見て、ボックス２１のＸ方向の長さは20〜50cm、そのＹ方向の長さは10〜30cmに設定されるが、この範囲に限られない。このボックス２１（の本体２３）内に収容された粉体が配置される領域が、造形可能領域となる。
【００３５】
各ボックス１１、１２及び排出路部材３１の上端部には開口が設けられ、それらの開口面は、プレート２の開口部２ａ（図３参照）にそれぞれ対面するように配置されている。
【００３６】
プレート２の開口部２ａの供給部１０側の端部付近には、供給部１０から供給された粉体４を造形部２０に搬送するローラ１６が配置されている。ローラ１６は、各ボックス１１、１２及び排出路部材３１の配列方向とは水平面内で直交する方向、すなわちＸ方向に沿って設けられた回転軸１７（図２参照）を有する。回転軸１７を回転させる図示しないモータも設けられている。プレート２上にはローラ１６をＹ方向に移動させる図示しない機構が設けられている。
【００３７】
排出路部材３１は、図２に示すように、ボックス保持機構４０をよけるために折れるように設けられている。排出路部材３１の下部には、回収ボックス３４が配置されている。排出路部材３１を自重により落下する余剰の粉体が、この回収ボックス３４に回収されるようになっている。
【００３８】
プレート２上には、プリントヘッド４１、及びこのプリントヘッド４１をＸ−Ｙ方向に移動させるプリントヘッド移動機構４６が設けられている。プリントヘッド４１は、造形部２０においてステージ２２上の粉体４にインクを吐出することが可能になっている。プリントヘッド４１及びプリントヘッド移動機構４６は、液体を供給する供給機構として機能する。
【００３９】
プリントヘッド移動機構４６は、開口部２ａのＸ方向での両側でＹ方向に沿って延設されたガイドレール４５、これらのガイドレール４５の端部に設けられたＹ軸駆動機構４８、これらのガイドレール４５の間に架け渡されたＸ軸駆動機構４７を有する。Ｘ軸駆動機構４７にプリントヘッド４１がＸ方向に移動可能に接続されている。また、Ｘ軸駆動機構４７は、ガイドレール４５に沿って、Ｙ軸駆動機構４８によりＹ方向に移動可能となっている。Ｘ軸駆動機構４７及びＹ軸駆動機構４８は、ボールネジ機構、ベルト機構、またはラックアンドピニオン機構等により構成されている。
【００４０】
プリントヘッド４１は、公知のインクジェットプリントヘッドの構造を備えるものが用いられればよい。例えば、プリントヘッド４１内には、図示しない複数のインクタンクが設けられている。各インクタンクは、シアン、マゼンダ及びイエローの各色（以下ＣＭＹという。）のインクをそれぞれ貯溜している。
【００４１】
プリントヘッド４１内には、図示しないが例えば透明インクを貯溜するタンクも設けられている。この透明インクは、粉体を結合して硬化させるためのバインダーの成分を含む。バインダーは、典型的にはポリビニルアルコールが挙げられるが、これに限られない。
【００４２】
インクとしては、例えば水性インクが用いられ、市販のインクジェットプリンタ用のインクを用いることも可能である。インクは、粉体４の材料に応じて油性であってもよい。
【００４３】
プリントヘッド４１の方式として、インクジェット方式とは異なる方式が採用されてもよい。
【００４４】
制御ユニット６０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭを有するコンピュータの機能を備える。また、制御ユニット６０は、前面の上部に配置された表示部６１、及びその下部に配置された入力操作機器６２を有している。入力操作機器６２は、典型的にはキーボードにより構成される。表示部６１は、タッチパネルによる入力デバイスを有していてもよい。
【００４５】
この制御ユニット６０には、ＣＴ（Computed Tomography）データが入力される。制御ユニット６０は、入力されたＣＴデータ、あるいはこれに基づき得られた３次元データに基づいて、造形物を形成するために、造形ユニット３０の各部の動き及びそのタイミングを制御する。
【００４６】
図４Ａは、造形部２０に設けられたボックス２１を示す斜視図である。図４Ｂは、このボックス２１を示す断面図である。
【００４７】
ボックス２１は、上記したように、上端に開口２３ａを有する本体２３と、この本体２３に移動可能に設けられ、この本体２３の底板を構成するステージ２２とを有する。本体２３の形状は、四角の筒状であり、ステージ２２は、この本体２３の内面の形状に沿うように、四角形の板状を有する。図４Ｂに示すように、本体２３の下部にはフランジ部２３ｂが設けられており、ステージ２２の周縁部がこのフランジ部２３ｂ上に載置された状態で、本体２３の容積が最も大きくなる。
【００４８】
ステージ２２の周縁部には、シール部材２９が装着されており、シール部材２９は、本体２３とステージ２２との間の隙間をシールする。シール部材２９は、例えばウレタン等、スポンジ状の素材で構成される。ステージ２２の裏面には、後述するクランプ機構５６の一部を構成する部材として、例えば永久磁石５５が取り付けられている。なお、図２、７Ａ〜Ｅ等では、シール部材２９の図示を省略している。
【００４９】
このボックス２１の本体２３の側面２３ｃには、ボックス保持機構４０の後述する支持部材２７に支持される被支持部材２４が設けられている。被支持部材２４は、例えば板状に形成されるが、この形状に限られない。ボックス保持機構４０の支持部材２７がボックス２１を支持できるように、被支持部材２４は連続的または断続的に本体２３の周囲の少なくとも一部に設けられていればよい。本実施形態では、被支持部材２４は、本体２３の対向する一対の側面２３ｃにそれぞれ設けられている。
【００５０】
図２に示すように、ボックス保持機構４０は、一対の昇降シリンダ２８と、一対のストッパー８３とを有する。これら昇降シリンダ２８及びストッパー８３は、造形ユニット３０に設けられた図示しない取付フレームに取り付つけられて固定されている。
【００５１】
昇降シリンダ２８は、昇降シリンダ２８は、駆動部２５と、駆動部２５により昇降移動するロッド２６とをそれぞれ有し、ロッド２６の先端には上記支持部材２７がそれぞれ取り付けられている。すなわち、支持部材２７が、ボックス２１に設けられた被支持部材２４を下方から支持するようになっている。昇降シリンダ２８としては、例えば流体圧シリンダ（典型的にはエアシリンダ）が用いられる。これら一対の昇降シリンダ２８は、同期して駆動するように、造形ユニット３０の図示しないコントローラにより、あるいは制御ユニット６０によりその駆動が制御される。
【００５２】
一対のストッパー８３は、昇降シリンダ２８が支持部材２７を上昇移動させる時に、その上昇移動を規制する機能を有する。ストッパー８３に被支持部材２４が当接した時点で、ボックス２１が造形部２０に位置決めされた状態となる。
【００５３】
図５Ａ及びＢは、昇降機構５０を説明するための模式図である。
【００５４】
昇降機構５０は、駆動部５４と、この駆動部５４によって昇降移動する昇降アーム（昇降部材）５２と、昇降アーム５２がステージ２２をクランプするためのクランプ機構５６とを含む。昇降アーム５２は例えばＬ字形状を有する。
【００５５】
クランプ機構５６は、例えば、昇降アーム５２の上端部に取り付けられた、磁界発生デバイス５３と、上述のように、ステージ２２の裏面に設けられた永久磁石５５とを有する。磁界発生デバイス５３が、図示しないコイルの通電により磁力を発生し、この磁力が永久磁石５５と作用することで、磁界発生デバイス５３と永久磁石５５とが接続され、ステージ２２がクランプされる。図５Ｂでは、クランプ機構５６が作動して、昇降アーム５２とステージ２２とがクランプされ、昇降アーム５２がステージ２２を押し上げている。
【００５６】
供給部１０の昇降機構７０も、基本的に昇降機構５０と同様の構造を有しており、昇降アーム７２の端部に供給ステージ１２が直接取り付けられている点で、昇降機構５０と異なる。
【００５７】
図６は、搬送台車によりボックス２１が搬送される様子を示している。搬送台車１５０は、ボックス２１を保持するフォーク１５３を有する。作業者が、この搬送台車１５０を動かして、フォーク１５３を造形ユニット３０に挿入することで、ボックス２１が所定の位置に配置される。
【００５８】
（造形装置における造形処理前の動作）
図７Ａ〜Ｅは、ボックス２１がボックス保持機構４０に装着される時の動作を順に示す図である。
【００５９】
最初、造形装置１００の各部の機構は、原点位置（初期位置）にある。ボックス保持機構４０の原点位置は、図７Ａに示すような位置である。すなわち原点位置では、昇降シリンダ２８の支持部材２７が、図２で示した位置より下降した状態にある。
【００６０】
図６に示したように、作業者は、造形装置１００内に搬送台車１５０のフォーク１５３を挿入するように、搬送台車１５０を移動させる。そうすると、図７Ｂに示すように、作業者が造形装置１００の入力操作機器６２を介して操作することにより、ボックス保持機構４０は、ボックス２１の保持動作を開始する。
【００６１】
図７Ｃに示すように、ボックス保持機構４０では、昇降シリンダ２８の駆動により、支持部材２７が上昇する。支持部材２７が被支持部材２４に当接しながら上昇することにより、ボックス２１が持ち上げられ、ボックス２１がフォーク１５３から離れる。昇降シリンダ２８は、被支持部材２４がストッパー８３に当接するまで支持部材２７を上昇させる。被支持部材２４がストッパー８３に当接することにより、その上昇が終了する。このようにしてボックス保持機構４０は、ボックス２１を保持する。
【００６２】
ボックス２１の下部には昇降機構５０が配置されるため、ボックス２１を保持するボックス保持機構４０は、このように動きが少ない、極力簡易な構成とされる。
【００６３】
作業者は搬送台車１５０をバックさせることによりそのフォーク１５３を造形装置１００から引き抜く。作業者は、安全を考慮してフォーク１５３を少し下降させてから引き抜いてもよい。
【００６４】
次に、図７Ｄに示すように、昇降機構５０が作動を開始する。昇降アーム５２が上昇し、クランプ機構５６によりステージ２２がクランプされる。ステージ２２がクランプされると、図７Ｅに示すように、昇降機構５０は、ステージ２２をボックス２１の本体２３の最上位置、すなわち開口付近まで上昇させる。その後、後述する造形処理（図８参照）が開始される。
【００６５】
以上のように、本実施形態では、ボックス保持機構４０によりボックス２１が着脱可能に保持されるので、作業者は、ボックス保持機構４０からそのボックス２１を取り外すことができる。作業者は、取り外されたボックス２１から造形物を取り出したり、造形物を収容したボックス２１を後述するように除粉装置３００に装着したりすることができる。これにより、作業効率を高めることができる。
【００６６】
また、本実施形態に係るクランプ機構５６は、電磁クランプ力を利用している。本実施形態では、ボックス２１がボックス保持機構４０に着脱可能であること、あるいは、ステージ２２がボックス２１の本体２３に移動可能に設けられることにより、ボックス２１及びステージ２２の製造誤差（サイズ誤差等）が発生することも想定される。しかし、本技術のような電磁クランプ力が利用されることにより、部材同士が係合してクランプ力を発生するメカニカルなクランプ力が利用される場合に比べ、その製造誤差を吸収してクランプを行うことができる。
【００６７】
（造形装置による造形処理）
図８は、主に造形装置１００の造形動作を順に示す図であり、側面から見た模式図である。
【００６８】
造形装置１００が造形物を形成する前の段階で、造形の対象となる対象物のＣＴデータ、あるいは、これに基づき得られるＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and COmmunication in Medicine）等の３次元データが制御ユニット６０に入力される。
【００６９】
図８Ａ〜Ｄでは、後述するように、プリントヘッド４１からインクが吐出されることで粉体４が硬化（結合）される層が１層分（所定の層厚分）形成される工程が示されている。粉体４及び未硬化（未結合）の粉体４がドットのハッチングで示され、硬化層が黒塗りで示されている。
【００７０】
図８Ａに示すように、供給ボックス１１には既に上記のタンクシューター１５から粉体４が供給されて貯溜さている。造形部２０のステージ２２には、硬化層及び未硬化の粉体層が積層された状態となっており、この状態から、硬化層を１層形成する工程が開始される。図８Ａにおいて、ローラ１６及びプリントヘッド４１が示されている位置が、ぞれぞれの待機位置とされる。
【００７１】
まず、図８Ｂに示すように、供給部１０の供給ステージ１２に堆積している粉体４が昇降機構７０（図２等参照）により押し上げられ、１層分の粉体層よりも少し過剰な量の粉体４が、プレート２の上面２ｂより高い位置まで供給される。また、造形部２０において、昇降機構５０によりステージ２２が降下することで、硬化層及び未硬化の粉体層の上面とプレート２の上面２ｂとの間に、粉体層の１層分の厚みの間隔が設けられる。
【００７２】
図８Ｂにおいて粉体層の１層分の厚みｕは、典型的には、0.1mm〜0.2mm程度であるが、この範囲より大きくてもよいし、小さくてもよい。
【００７３】
図８Ｃに示すように、図８Ｃにおいてローラ１６が反時計回りに回転しつつ、白抜きの矢印の方向に移動することにより、供給部１０から供給された粉体４が搬送される。ここで、ローラ１６の回転方向は、ローラ１６を回転自在にして（ローラ１６の回転軸にかかる回転力をフリーにして）白抜きの矢印の方向に移動させたとしたときに、ローラ１６と造形部２０との摩擦によりローラ１６が回転するであろう方向に対して逆の方向である。このようなローラ１６の回転により粉体４が搬送されることで、造形部２０の硬化層及び未硬化の粉体層の上面に設けられた間隔に粉体４が充填されて、均一に均された粉体層が形成される。
【００７４】
図８Ｄに示すように、ローラ１６が造形部２０を通過して、過剰な量の粉体４を排出路部材３１から排出する。そしてローラ１６が待機位置まで戻る動作と連動するように、プリントヘッド４１がプリントヘッド移動機構４６の駆動により移動しながら、着色された画像を描くようにインクを吐出する。この場合、粉体層に水性インク（カラーインク及び透明インク）が浸透し、インクが吐出された部分の粉体４が互いに接着され、硬化層（結合層）が形成される。
【００７５】
粉体を硬化させる（結合させる）ためには、プリントヘッド４１は、上記のようにバインダーを含む透明インクを吐出する。つまり、着色されたインク（ＣＭＹインク）が吐出された領域と同じ領域に、透明インクが吐出されることにより、着色された粉体の硬化層が形成される。
【００７６】
なお、着色しない硬化層を形成する場合、プリントヘッド４１は、透明インクのみを造形可能領域に選択的に吐出すればよい。
【００７７】
なお、ローラ１６が粉体４を搬送し終えて待機位置に戻った後に、プリントヘッド４１は移動を開始し、インクの吐出を開始させてもよい。しかし、上記のように、ローラ１６の戻り動作の時間帯とヘッドの移動動作の時間帯とが重なることにより、処理時間を短縮することができる。
【００７８】
プリントヘッド４１が待機位置まで戻ると、図８Ａに示す状態に戻り、１層分の着色された硬化物が形成される。造形装置１００は、以上のような動作を繰り返すことにより、硬化層が積層されて造形物が形成されていく。
【００７９】
このように造形装置１００による造形処理後、造形装置１００とは別の、図示しない加熱装置により造形物が加熱されることで、さらに硬度の高い造形物を得るようにしてもよい。
【００８０】
造形装置１００による造形処理後、作業者により、ボックス２１が造形ユニット３０から取り外される。このボックス２１の取り外しは、図７Ａ〜Ｅで説明した順序と逆の順序で行われればよい。作業者は、ボックス２１を保持した運搬台車のフォーク１５３を造形装置１００から引き抜き、その搬送台車１５０をそのまま後述の除粉装置３００へ運搬すればよい。
【００８１】
以上の造形装置１００による処理を、図９の左側にフローチャートとして示した。
【００８２】
[除粉装置]
【００８３】
次に、除粉装置について説明する。
【００８４】
（実施形態１に係る除粉装置）
図１０は、実施形態１に係る除粉装置を示す模式的な断面図である。
【００８５】
除粉装置３００は、ボックス２１を着脱可能に保持するボックス保持機構３４０と、このボックス保持機構３４０に保持されたボックス２１のステージ２２を昇降移動させるステージ移動機構３５０とを備える。また、除粉装置３００は、造形物４’の周囲にある未結合の粉体４を除去する除粉処理機構３７０を備える。
【００８６】
除粉装置３００は、支持ハウジング３６２と、この支持ハウジング３６２上に除粉室（除粉作業領域）３２０を形成するカバー部材３２５とを備える。支持ハウジング３６２上には、区画板３２４が設けられ、この区画板３２４及びカバー部材３２５により除粉室３２０が形成される。
【００８７】
カバー部材３２５は、例えば、主に透明なアクリル等を有する。カバー部材３２５の前方側は、上下方向に開閉可能なドア３２６として形成されている。カバー部材３２５には、静電気を帯びた粉体が取り付いたりして視認性を妨げないように、静電防止処理が施されている。
【００８８】
除粉処理機構３７０は、除粉室３２０内に配置されたガスブロー用のノズル３２８と、粉体を集めて排出する排気装置３３０とを有する。排気装置３３０は、除粉室３２０内に配置され排気用のファンを内部に備えた排気フード３３５と、排気フード３３５に接続された排気管３３６とを有する。排気装置３３０は、吸引機構として機能する。
【００８９】
ノズル３２８は、図１０に示すように複数設けられていてもよい。ノズル３２８から噴出されるガスとしては、典型的には空気が用いられるが、窒素等の不活性ガスが用いられてもよい。ノズル３２８は、図示しないが、ガスを収容したタンクに、ポンプ及びバルブ等を介して接続されている。少なくともノズル３２８が、除粉処理機構３７０として機能する。除粉処理機構３７０は、排気装置３３０を含んでもよい。
【００９０】
区画板３２４の下部には、上記ボックス保持機構３４０、これに隣接して粉体回収部３６０、及びステージ移動機構３５０が配置されている。上記排気装置３３０の排気管３３６の出口が区画板３２４より下方に配置され、排気管３３６から排出された粉体が粉体回収部３６０で回収されるようになっている。
【００９１】
区画板３２４の一部の領域には、多数の穴３２４ａが形成されている。区画板３２４の上に溜まった粉体がこれらの穴３２４ａから落下して、区画板３２４の下方に配置された傾斜板３６９を滑り落ち、粉体回収部３６０へ集められる。
【００９２】
区画板３２４には、ボックス２１の外形または内径に対応する形状の開口部３２４ｂが設けられている。ボックス２１は、ボックス保持機構３４０に支持された状態で、ボックス２１の本体２３の上部がその開口部３２４ｂに挿入されるか、または、開口部３２４ｂの周囲に当接するようになっている。
【００９３】
粉体回収部３６０は、回収領域を形成する回収容器３６１と、回収容器３６１内に設けられた撹拌機構３６３と、撹拌機構３６３の下部に設けられ、異物を集める篩機構３６５と、篩機構３６５で集められた異物を排除する異物排除機構３６７とを有する。
【００９４】
撹拌機構３６３は、複数のブレードを有する回転体及びこの回転体を駆動するモータ等を有する。篩機構３６５は、例えば図示しない駆動部により振動するフィルタ部材を有する。異物排除機構３６７は、篩機構３６５に接続されるようにして構成されており、例えば図示しない排気ファン等を利用して異物を排出するように構成されている。異物には、粉体以外の材料や、粉体であっても、仮に造形物が欠けたり割れたりして発生する粉体の塊も含まれる。
【００９５】
ボックス保持機構３４０は、上記造形装置１００におけるボックス保持機構４０と実質的に同様の構造及び機能を有するので、その説明を省略する。ステージ移動機構３５０も、上記造形装置１００における昇降機構５０と実質的に同様の構造及び機能を有するので、その説明を省略する。しかし、ボックス保持機構３４０やステージ移動機構３５０は、造形装置１００のボックス保持機構４０及び昇降機構５０とは異なる構造を有していてもよい。
【００９６】
ボックス２１は、造形装置１００に装着されていたボックス２１である。上記のように、造形装置１００から搬送台車１５０により運搬されて来たボックス２１が、この除粉装置３００に装着される。
【００９７】
図１１は、除粉装置３００の制御システムの構成を示すブロック図である。
【００９８】
この制御システムは、メインコントローラ９０、ステージ移動機構コントローラ９１、ボックス保持機構コントローラ９２、ガス噴出コントローラ９３、排気ファンコントローラ９４、排気ファンコントローラ９５、篩機構コントローラ９６、通信部９７を備える。
【００９９】
メインコントローラ９０は、各コントローラ９１〜９６及び通信部９７を統括的に制御する。ステージ移動機構コントローラ９１は、ステージ移動機構３５０の駆動を制御する。ボックス保持機構コントローラ９２は、ボックス保持機構３４０の駆動を制御する。ガス噴出コントローラ９３は、ノズル３２８からのガスの噴出のON/OFFの切り替えを制御したり、あるいはガスの流量を制御したりする。排気ファンコントローラ９４及び９５は、例えばファンの回転数を制御することにより、その排気量を制御する。篩機構コントローラ９６は、篩の振幅及びその周波数のうち少なくとも一方を制御する。
【０１００】
通信部９７は、メインコントローラ９０は、造形装置１００の制御ユニット６０と、有線または無線により通信可能に接続されている。
【０１０１】
メインコントローラ９０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等、コンピュータに用いられるハードウェア要素及びソフトウェアにより実現される。あるいは、制御ユニットは、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のＰＬＤ(Programmable Logic Device)、その他ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のデバイスにより実現されてもよい。
【０１０２】
また、上記メインコントローラ９０以外の各コントローラ及び通信部９７は、ハードウェアにより、または、ハードウェア及びソフトウェアにより構成される。
【０１０３】
次に、以上のように構成された除粉装置３００の動作を説明する。図１２は、その動作の一部を説明するための図である。
【０１０４】
作業者が、造形物を収容したボックス２１を保持した搬送台車１５０を、除粉装置３００の、ボックス保持機構３４０に装着する。この装着方法は、造形装置１００でのボックス２１の装着方法と同様であるので、その説明を省略する。
【０１０５】
除粉処理前に、除粉装置３００のメインコントローラ９０は、造形装置１００の制御ユニット６０から、装着されたボックス２１内にある造形物に関連する関連情報を取得する。この場合、メインコントローラ９０は「取得部」として機能する。
【０１０６】
関連情報は、造形の対象となる対象物の３次元データ、ボックス２１内に配置された造形物の個数及びその上下方向の段数の情報を含む。関連情報は、粉体やインクの種類等の情報を含んでいてもよい。作業者が、除粉装置３００の図示しない操作部を介して、その関連情報の取得のための操作を行えばよい。
【０１０７】
図１２に示すように、ステージ移動機構コントローラ９１による制御にしたがって、ステージ移動機構３５０の昇降アーム３５２が、所定の高さ分上昇する。所定の高さとは、例えば、ボックス２１内に、複数の造形物４’が上下方向に複数段で配置されている場合に、実質的にその１つ分の造形物４’の高さである。上記したように、メインコントローラ９０は、制御ユニット６０から関連情報を取得しているので、１つ分の造形物４’の高さを認識することができる。この場合、主に、メインコントローラ９０は「制御部」として機能する。
【０１０８】
図１２では、その１段ごとの高さを、破線で区切って図示している。このような昇降アーム３５２によるステージ２２の上昇により、本体２３の開口２３ａ（図４Ａ、Ｂ参照）を介して最上段にある造形物４’がボックス２１外に押し出される。
【０１０９】
そして排気ファンコントローラ９５の制御にしたがって、排気装置３３０が作動を開始する。ガス噴出コントローラ９３による制御にしたがって、ノズル３２８から所定の流量のガスが噴出し、造形物４’の周囲にある主に未結合（未硬化）の粉体４が、造形物４’から離れて飛散する。つまり、未結合の粉体４が造形物４’から除去される。これにより、粉体４は、排気装置３３０を介して下方の粉体回収部３６０へ移送される。このようにガスを噴出するノズル３２８が用いられることにより、除粉精度が向上する。
【０１１０】
ボックス２１内の最上段の造形物４’の除粉処理が終了すると、作業者またはロボットによりドア３２６が開けられ、最上段の造形物４’が取り出される。この取り出し作業時に、排気ファンコントローラ９５は、排気装置３３０の運転を一旦停止してもよいし、あるいは、そのまま運転を続けてもよい。
【０１１１】
作業者またはロボットによる最上段の造形物４’の取り出し作業が終了すると、除粉室３２０のドア３２６が閉められ、また、ステージ移動機構３５０の昇降アーム３５２が、さらに所定の高さ分上昇する。そして、最上段の造形物４’と同様に、ボックス２１内の２段目に収容されていた造形物４’の周囲の粉体が除去される。
【０１１２】
除粉装置３００は、このような動作を、ボックス２１内に収容された造形物４’の段数分、繰り返し行う。
【０１１３】
作業者またはロボットによって、ボックス２１内の最下段の造形物４’が取り出されると、ボックス２１が除粉装置３００から取り外される。ボックス２１の、除粉装置３００からの取り外し方法は、造形装置１００でのボックス２１の取り外し方法と同様であるので、その説明を省略する。
【０１１４】
作業者は、空のボックス２１を保持した搬送台車１５０から、その空のボックス２１を取り出すか、または、空のボックス２１を保持した搬送台車１５０を所定の位置に運搬する。
【０１１５】
以上の除粉装置３００による処理を、図９の右側にフローチャートとして示した。
【０１１６】
以上のように、本実施形態では、造形装置１００により形成された造形物４’を収容するボックス２１ごとに、除粉装置３００により未結合の粉体４が除去されるので、造形装置１００の内部が粉体４で汚れる、といった問題を解決することができる。つまり、本技術のような着脱可能なボックス２１を用いない、一般的な粉体ラピッドプロトタイピング装置においては、作業者が、ボックスから粉体に埋もれた造形物を取り出す際に、粉体が周りに拡散し、未結合の粉体でその造形部（ヘッドやそれを動かす移動機構等）を汚す、といった問題があった。しかし、本技術ではこのような問題を解決することができる。
【０１１７】
本実施形態では、ステージ移動機構３５０がボックス２１に設けられたステージ２２を上昇させることで、本体２３の開口２３ａから造形物４’がボックス２１外に押し出される。これにより、ボックス２１の上部で未結合の粉体４を除去することができる新たな除粉装置３００を提供することができる。
【０１１８】
本技術と対比される参考例に係る造形装置では、ボックスの下方側から未結合の粉体を自重で落とすようにして排出していた。このような装置では、そのボックスから作業者が造形物を取り出し、除粉作業を手作業で行う必要があり、非常に手間がかかっていた。
【０１１９】
また、ボックス内に複数の造形物が形成される場合であって粉体が一度に排出されるような造形装置（本技術と対比される参考例に係る造形装置）では、複数の造形物が順序や配列がばらばらになっていた。このような状況の下では、例えば複数の造形物の形状が似通ってはいるが、多少異なる場合、作業者にとってそれら造形物の識別が困難となる。
【０１２０】
また、そのように粉体が一度に排出される場合、それら造形物が転がったり、造形物同士がぶつかったりするため、造形物の破損（割れ、欠け、崩れ）するおそれがある。
【０１２１】
本技術によれば、複数段で収容された造形物４’が、１段ごとに本体２３から押し出されて除粉が行われることにより、例えば、ボックス内の未結合の粉体が一度に除去される場合に比べ、複数の造形物４’を個別に識別可能にしつつ、これら造形物４’を上から順に取り出すことが可能となる。したがって、参考例に係る造形装置が含んでいる上記のような問題をすべて解決することができる。
【０１２２】
本実施形態では、篩機構３６５及び異物排除機構３６７により、粉体中の異物を排除するので、異物が除去された未結合の粉体を回収することができ、この粉体をリサイクルすることができる。
【０１２３】
本実施形態では、複数のボックス２１を用意することにより、それらボックス２１のうち第１のボックス内の造形物についての除粉装置３００による除粉処理の間に、造形装置１００により第２のボックス内の造形物についての造形処理を行うことができる。このような造形システムは、例えば造形処理部と除粉処理部とが一体となった装置とは異なり、造形処理を中断する時間を短くすることができ、造形物の生産性を高めることができる。その結果、造形処理のコストも抑えることができるようになる。
【０１２４】
また、造形装置１００及び除粉装置３００が別体の装置であることにより、それぞれの装置のメンテナンスを独立して行うことができる。
【０１２５】
（実施形態２に係る除粉装置）
図１３は、実施形態２に係る除粉装置の模式的な構成及びその制御システムのブロック構成を示す図である。これ以降の説明では、図１０及び１１等に示した実施形態１に係る除粉装置３００が含む部材、機能、ブロック等について同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
【０１２６】
本実施形態に係る除粉装置４００は、ノズル３２８を駆動するノズル駆動機構３７６を備える。ノズル駆動機構３７６は、例えば並進移動機構３７２及び角度調整機構３７４を有する。
【０１２７】
並進移動機構３７２は、図１０において１次元（例えばＸ軸）の方向に沿って各ノズル３２８を並進移動させる。並進移動機構３７２としては、ボールネジ機構等が利用される。並進移動機構３７２は、各ノズル３２８を、ノズル３２８ごとに個別にそれぞれ駆動する。
【０１２８】
角度調整機構３７４は、ノズル３２８の噴出方向を変更するために、ノズル３２８の角度（姿勢）を調整するように、これらノズル３２８に接続されている。角度調整機構３７４は、作業者が手動で調整する機構であってもよいし、あるいは、モータ及びギア等を含んだ、電気的制御によりその角度を調整可能な（自動調整可能な）機構であってもよい。以下では、角度調整機構３７４は、電気的制御によりその角度が調整される機構として、本実施形態を説明する。
【０１２９】
ノズル駆動機構３７６の駆動は、ガス噴出コントローラ９３によって制御される。
【０１３０】
なお、図１３では、並進移動機構３７２はノズル３２８ごとに個別に設けられたが、１つのノズル機構が設けられ、これが複数のノズル３２８を一体的に駆動してもよい。あるいは、Ｘ軸に沿った１次元だけでなく、Ｙ軸またはＺ軸を含めた２次元内、あるいはこれら両方を含めた３次元内でノズルを並進移動させる機構が設けられていてもよい。これらは、ノズル３２８の形態（形状、配置及び個数等）に応じて、任意の次元数の移動軸を持つ移動機構が設けられればよい。例えば、Ｘ軸方向に沿って多数のノズルが配置される場合は、Ｘ軸方向に沿ったノズルの並進移動のための機構は必要ない。あるいは、複数のノズルを備えた１つの噴出ヘッド（またはこの噴出ヘッドが複数設けられる）が除粉室３２０内に設けられていてもよい。
【０１３１】
また、この除粉装置４００は、回収容器３６１の重量を検出する重量センサ３６８を備えている。重量センサ３６８は、重量センサ３６８は、所定の重量を有する回収容器３６１内に回収された未結合の粉体４の重量を検出する。重量センサ３６８で検出された情報は、メインコントローラ９０が取得可能となっている。
【０１３２】
以上のように構成された除粉装置４００は、除粉処理時、上記実施形態１と同様に、１段ごとに造形物をボックス２１外へ押し出して除粉を行う。この時、ガス噴出コントローラ９３は、メインコントローラ９０を介して取得した、制御ユニット６０からの造形物の関連情報、特に３次元データに応じて、ノズル駆動機構３７６を制御する。ノズル駆動機構３７６は、その造形物の形状に合わせて、ノズル３２８を並進移動させること、及び、ノズル３２８の角度を調整することのうち、少なくとも一方を行う。このような駆動の制御により、除粉処理に最適となる位置からガスが噴出される。
【０１３３】
あるいは、ガス噴出コントローラ９３は、造形物の複雑な形状部分（第１の表面積を持つ部分）の除粉処理について、それより単純な形状部分（第１の表面積より小さい第２の表面積を持つ部分）の除粉処理に比べ、長い時間となるようにまたは流量を多くするように、そのガスの噴出を制御することもできる。このように、メインコントローラ９０は、造形物の形成時に用いられる３次元データを利用することにより、別途の情報を生成する必要がなく、また、この３次元データに応じて除粉を細かく行うことにより、除粉精度が向上する。
【０１３４】
本実施形態では、メインコントローラ９０は、重量センサ３６８からの検出情報に応じて、除粉処理機構３７０による除粉処理の進捗を計測する。この場合、メインコントローラ９０及び重量センサ３６８は、「計測部」として機能する。
【０１３５】
例えば、メインコントローラ９０は、重量センサ３６８の検出値が閾値以下である場合、そのまま除粉処理を続け、それが閾値を超えた場合、その除粉処理を停止する。除粉処理の停止とは、例えば、排気装置３３０の作動の停止、ノズルによるガスの噴出の停止等である。上記閾値は、例えばボックス２１内の容積及び造形物４’の体積等に基づき定まる値である。また、メインコントローラ９０が制御ユニット６０から取得した３次元データに応じて、その造形物４’の体積を計算することができる。
【０１３６】
このように、メインコントローラ９０は、測定された未結合の粉体の量に応じて、除粉処理の進捗を認識することができる。
【０１３７】
（実施形態３）
本実施形態３に係る除粉装置は、図示しないが、除粉室３２０内の雰囲気の透明度を検出するセンサを備えている。このセンサとしては、例えば光センサが用いられる。
【０１３８】
光センサは透過型でもよいし、散乱光を検出する反射型でもよい。センサはイメージセンサでもよい。除粉処理の途中では、除粉室３２０には粉体が舞うのでその透明度は低いが、所定の透明度が得られれば、それが除粉処理の終了のサインとなる。メインコントローラ９０は、そのセンサからの検出情報に基づいて、除粉処理の進捗を認識することができる。
【０１３９】
[その他の実施形態]
【０１４０】
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
【０１４１】
上記実施形態では、ボックス２１が着脱可能に設けられていた。しかし、ボックス２１は造形装置及び除粉装置それぞれ固定されていてもよい。例えば複数のボックス２１が除粉装置（または造形装置）に設置され、除粉装置がそれら複数のボックス２１が水平面内で一体的に移動するような機構を備えていてもよい。複数のボックス２１が水平面内で一体的に移動するような機構は、例えばそれらボックス２１が１つの点を中心に回転（公転）するような回転機構であってもよい。それらボックス２１のうち所定位置に配置された少なくとも１つが、上記で説明した除粉処理方法による除粉処理対象（上記で説明した造形処理方法による造形対象）とされるボックスとなる。
【０１４２】
造形装置または除粉装置が、このような複数のボックス２１が水平面内で一体的に移動するような機構を備える場合、もちろん、これらのボックス２１がこれらの装置に着脱可能に設けられていてもよい。
【０１４３】
上記各除粉装置は、ガスを噴出するノズル３２８に代えて、またはそれに加えて、刷毛等、造形物４に物理的に接触してその周囲の未結合の粉体４’を除去するデバイスを備えていてもよい。
【０１４４】
上記各除粉装置において、メインコントローラは、ステージ２２の上昇速度または上昇の仕方、あるいは、ノズル３２８の選択個数等も制御することもできる。
【０１４５】
上記ボックス保持機構４０、３４０における主要部分の機構として流体圧シリンダが用いられたが、これに代えて、ボールネジ、ラックアンドピニオン、あるいはベルト等の機構が用いられてもよい。
【０１４６】
上記除粉装置の実施形態２では、粉体の量を計測するデバイスとして重量センサが設けられたがこれに限られない。例えばイメージセンサや光センサにより、回収容器内のどの深さ位置まで粉体４が溜められたかを検出し、メインコントローラがその検出情報に基づいて、粉体の量（重量または体積）を演算してもよい。
【０１４７】
上記各除粉装置は、造形装置１００からの３次元形状データを取得する方法に代えて、または、それに加えて、ボックス２１ごとにそのボックスを個別に識別する識別子が、ボックス２１に設けられていてもよい。識別子としては、例えばＩＣタグまたは情報コード（バーコードや２次元情報コードなど）を含む。これにより、除粉装置３００は、そのボックス２１ごと、あるいはそのボックス２１内に収容されている造形物ごとに、除粉処理を制御することができる。
【０１４８】
上記各除粉装置の上記の説明では、ボックス２１内に複数の造形物が収容されている例を説明した。しかし、ボックス２１内に１つの造形物が収容されている場合であっても、昇降アーム３５２がステージ２２を段階的（断続的）に上昇させながら、ノズル３２８からの連続的または断続的なガスの噴出によって、その造形物４’の周囲の未結合の粉体４が除去されればよい。あるいは、昇降アーム５２がステージ２２を連続的に上昇させながら、未結合の粉体４が除去されてもよい。このように、ステージ２２が連続的に上昇される場合でも、除粉装置３００は、上述のように３次元形状データに応じて、そのステージ２２の上昇速度を可変に制御することもできる。
【０１４９】
上記実施形態に係るクランプ機構５６として電磁クランプが用いられた。しかし、クランプ機構として、静電容量によりクランプ力を発生する機構、あるいは機械的な係合によりクランプ力を発生する機構が用いられてもよい。
【０１５０】
昇降機構５０、７０等の昇降部材として、上記実施形態ではＬ字形状の昇降アームを例に挙げたが、このような形態に限られず、昇降部材はロッド状等、どのような形態を有していてもよい。ステージ移動機構３５０も同様である。
【０１５１】
ボックスの形状は、上記実施形態のような四角筒状に限られず、三角筒、五角形以上の筒、あるいは、円筒、楕円筒、これらのうち少なくとも２つの組み合わせ、あるいは、その他の任意の形状でもよい。
【０１５２】
上記実施形態では、造形装置１００及び除粉装置３００は別体であるとしたが、これらは一体となって設けられていてもよい。
【０１５３】
あるいは、造形装置１００及び除粉装置３００が一体及び別体に関わらずインラインで配置され、自動の搬送装置が、造形装置１００及び除粉装置３００の間で、ボックス２１を搬送するような造形システムにも本技術を適用可能である。自動の搬送装置としては、例えばＲＧＶ（Rail Guided Vehicle）、あるいはＰＧＶ（Personal Guided Vehicle）のようなＡＧＶ（Automatic Guided Vehicle）がある。
【０１５４】
自動の搬送装置としては、例えばアームアンドハンドのような、車輪を持たない搬送装置であってもよい。この場合、造形装置１００及び除粉装置３００は、このような車輪を持たない搬送装置とともに一体的な装置として構成されてもよい。
【０１５５】
造形物の３次元形状データのうち少なくとも造形物のサイズに応じて、複数の異なるサイズの容積を持つボックスが用意されてもよい。例えば、造形装置１００の制御ユニット６０は、小さい造形物を形成する場合、それに対応した小さいボックスを選択し、そのボックスを用いて造形処理を行うことで、すべて同じ容積を持つボックスを用いる場合に比べ、粉体の使用量を節約することができる。この場合、ボックスの外形及びその外形のサイズは、複数のボックスで実質的に同じでよく、それらの容積が異なるように、各ボックスが形成されていればよい。
【０１５６】
粉体として、上記した材料の他、金属や樹脂であってもよい。金属粉が用いられる場合、焼結により金属粉を結合（硬化）させることができる。造形可能領域にある金属粉を選択的に焼結させるためには、レーザーが用いられる。
【０１５７】
また、磁性を持つ金属粉が用いられる場合であって、クランプ機構５６として上記実施形態のような電磁クランプが用いられる場合、ステージ２２の上面と下面（裏面）との間で磁界を遮断する磁気シールドが設けられていればよい。
【０１５８】
上記昇降機構５０は、ステージ２２を本体２３に対して昇降移動させたが、本体２３をステージ２２に対して昇降移動させてもよい。除粉装置３００のステージ移動機構３５０も、ステージ２２を本体２３に対して昇降移動させたが、本体２３をステージ２２に対して昇降移動させてもよい。この場合、ステージ移動機構３５０は、ボックス２１の下端部が区画板３２４付近の高さ位置するように設置され、その状態から、本体２３を徐々に下降させていけばよい。
【０１５９】
上記実施形態では、造形装置１００の制御ユニット６０と、除粉装置３００の通信部とが通信可能に接続されていたが、例えばサーバーとなるコンピュータが、造形装置１００及び除粉装置３００に通信可能に接続され、このコンピュータが造形装置１００及び除粉装置３００を管理してもよい。
【０１６０】
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
【０１６１】
本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）開口を有する本体と、前記本体に移動可能に設けられたステージとを有し、ラピッドプロトタイピング技術により粉体を用いて形成された造形物を、未結合の粉体とともに前記ステージ上に配置させるように、前記造形物及び未結合の粉体を収容可能なボックスと、
前記ステージを、前記本体内で、前記本体に相対的に上昇移動させることが可能なステージ移動機構と、
前記ステージ移動機構の駆動により前記開口を介して押し出された前記造形物の周囲の前記未結合の粉体を除去する除粉処理機構と
を具備する除粉装置。
（２）（１）に記載の除粉装置であって、
前記ボックスは、造形物を上下方向に複数段に収容しており、
前記除粉装置は、多段に収容された前記複数の造形物のうち、１段ごとに前記造形物が前記本体から押し出されるように前記ステージ移動機構を作動させ、前記１段ごとに前記除粉処理機構を作動させる制御部をさらに具備する除粉装置。
（３）（１）に記載の除粉装置であって、
前記ボックスの前記本体内の前記造形物に関連する関連情報を取得する取得部と、
前記取得された関連情報に基づき、前記除粉処理機構を作動させる制御部と
をさらに具備する除粉装置。
（４）（３）に記載の除粉装置であって、
前記取得部は、少なくとも、前記ラピッドプロトタイピング技術で用いられる造形対象物の３次元データを前記関連情報として取得する
除粉装置。
（５）（４）に記載の除粉装置であって、
前記除粉処理機構は、前記造形物にガスを噴出するノズルと、前記制御部による前記３次元データに基づく制御にしたがって、前記ノズルの位置及び姿勢のうち少なくとも一方を可変に駆動するノズル駆動機構とを有する
除粉装置。
（６）（１）から（５）のうちいずれか１つに記載の除粉装置であって、
前記除粉処理機構は、除粉作業領域と、前記造形物にガスを噴出するノズルと、前記除粉作業領域内にある前記粉体を吸引する吸引機構とを有する
除粉装置。
（７）（１）に記載の除粉装置であって、
前記除粉処理機構の除粉処理の進捗を計測する計測部をさらに具備する除粉装置。
（８）（７）に記載の除粉装置であって、
前記計測部は、前記除粉処理機構から回収された前記未結合の粉体の量を検出するセンサを有する
除粉装置。
（９）（７）に記載の除粉装置であって、
前記計測部は、前記除粉処理機構が有する除粉作業領域内の雰囲気の透明度を検出するセンサを有する
除粉装置。
（１０）（１）から（９）のうちいずれか１つに記載の除粉装置であって、
前記除粉処理機構から回収された前記未結合の粉体から異物を除去する篩機構をさらに具備する
除粉装置。
（１１）（１）から（１０）のうちいずれか１つに記載の除粉装置であって、
前記ボックスを着脱可能に支持する支持機構をさらに具備する除粉装置。
（１２） ラピッドプロトタイピング技術により粉体を用いて造形物を形成する造形装置と、
開口を有する本体と、前記本体に移動可能に設けられたステージとを有し、前記造形装置により形成された造形物を、未結合の粉体とともに前記ステージ上に配置させるように、前記造形物及び未結合の粉体を収容可能なボックスと、
前記ステージを、前記本体内で、前記本体に相対的に上昇移動させることが可能なステージ移動機構と、
前記ステージ移動機構の駆動により前記開口を介して押し出された前記造形物の周囲の前記未結合の粉体を除去する除粉処理機構と、を有する除粉装置と
を具備する造形システム。
（１３）ラピッドプロトタイピング技術により粉体を用いて造形物を形成し、
開口を有する本体と、前記本体に移動可能に設けられたステージとを有し、造形物を、未結合の粉体とともに前記ステージ上に配置させるように前記造形物及び未結合の粉体を収容可能なボックスの前記本体内で、前記ステージを、前記ボックスに相対的に上昇移動させ、
前記上昇移動により前記ボックスの前記開口を介して押し出された前記造形物の周囲の前記未結合の粉体を除去する
造形物の製造方法。
【符号の説明】
【０１６２】
４’…造形物
４…（未結合の）粉体
２０…造形部
２１…ボックス
２２…ステージ
２３…本体
２３ａ…開口
３０…造形ユニット
９０…メインコントローラ
１００…造形装置
１５０…搬送台車
３００、４００…除粉装置
３２０…除粉室
３２８…ノズル
３４０…ボックス保持機構
３５０…ステージ移動機構
３６５…篩機構
３６７…異物排除機構
３６８…重量センサ
３７０…除粉処理機構
３７６…ノズル駆動機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口を有する本体と、前記本体に移動可能に設けられたステージとを有し、ラピッドプロトタイピング技術により粉体を用いて形成された造形物を、未結合の粉体とともに前記ステージ上に配置させるように、前記造形物及び未結合の粉体を収容可能なボックスと、
前記ステージを、前記本体内で、前記本体に相対的に上昇移動させることが可能なステージ移動機構と、
前記ステージ移動機構の駆動により前記開口を介して押し出された前記造形物の周囲の前記未結合の粉体を除去する除粉処理機構と
を具備する除粉装置。
【請求項２】
請求項１に記載の除粉装置であって、
前記ボックスは、造形物を上下方向に複数段に収容可能であり、
前記除粉装置は、多段に収容された前記複数の造形物のうち、１段ごとに前記造形物が前記本体から押し出されるように前記ステージ移動機構を作動させ、前記１段ごとに前記除粉処理機構を作動させる制御部をさらに具備する除粉装置。
【請求項３】
請求項１に記載の除粉装置であって、
前記ボックスの前記本体内の前記造形物に関連する関連情報を取得する取得部と、
前記取得された関連情報に基づき、前記除粉処理機構を作動させる制御部と
をさらに具備する除粉装置。
【請求項４】
請求項３に記載の除粉装置であって、
前記取得部は、少なくとも、前記ラピッドプロトタイピング技術で用いられる造形対象物の３次元データを前記関連情報として取得する
除粉装置。
【請求項５】
請求項４に記載の除粉装置であって、
前記除粉処理機構は、前記造形物にガスを噴出するノズルと、前記制御部による前記３次元データに基づく制御にしたがって、前記ノズルの位置及び姿勢のうち少なくとも一方を可変に駆動するノズル駆動機構とを有する
除粉装置。
【請求項６】
請求項１に記載の除粉装置であって、
前記除粉処理機構は、除粉作業領域と、前記造形物にガスを噴出するノズルと、前記除粉作業領域内にある前記粉体を吸引する吸引機構とを有する
除粉装置。
【請求項７】
請求項１に記載の除粉装置であって、
前記除粉処理機構の除粉処理の進捗を計測する計測部をさらに具備する除粉装置。
【請求項８】
請求項７に記載の除粉装置であって、
前記計測部は、前記除粉処理機構から回収された前記未結合の粉体の量を検出するセンサを有する
除粉装置。
【請求項９】
請求項７に記載の除粉装置であって、
前記計測部は、前記除粉処理機構が有する除粉作業領域内の雰囲気の透明度を検出するセンサを有する
除粉装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の除粉装置であって、
前記除粉処理機構から回収された前記未結合の粉体から異物を除去する篩機構をさらに具備する
除粉装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の除粉装置であって、
前記ボックスを着脱可能に支持する支持機構をさらに具備する除粉装置。
【請求項１２】
ラピッドプロトタイピング技術により粉体を用いて造形物を形成する造形装置と、
開口を有する本体と、前記本体に移動可能に設けられたステージとを有し、前記造形装置により形成された造形物を、未結合の粉体とともに前記ステージ上に配置させるように、前記造形物及び未結合の粉体を収容可能なボックスと、
前記ステージを、前記本体内で、前記本体に相対的に上昇移動させることが可能なステージ移動機構と、
前記ステージ移動機構の駆動により前記開口を介して押し出された前記造形物の周囲の前記未結合の粉体を除去する除粉処理機構と、を有する除粉装置と
を具備する造形システム。
【請求項１３】
ラピッドプロトタイピング技術により粉体を用いて造形物を形成し、
開口を有する本体と、前記本体に移動可能に設けられたステージとを有し、造形物を、未結合の粉体とともに前記ステージ上に配置させるように前記造形物及び未結合の粉体を収容可能なボックスの前記本体内で、前記ステージを、前記ボックスに相対的に上昇移動させ、
前記上昇移動により前記ボックスの前記開口を介して押し出された前記造形物の周囲の前記未結合の粉体を除去する
造形物の製造方法。
【請求項１】
開口を有する本体と、前記本体に移動可能に設けられたステージとを有し、ラピッドプロトタイピング技術により粉体を用いて形成された造形物を、未結合の粉体とともに前記ステージ上に配置させるように、前記造形物及び未結合の粉体を収容可能なボックスと、
前記ステージを、前記本体内で、前記本体に相対的に上昇移動させることが可能なステージ移動機構と、
前記ステージ移動機構の駆動により前記開口を介して押し出された前記造形物の周囲の前記未結合の粉体を除去する除粉処理機構と
を具備する除粉装置。
【請求項２】
請求項１に記載の除粉装置であって、
前記ボックスは、造形物を上下方向に複数段に収容可能であり、
前記除粉装置は、多段に収容された前記複数の造形物のうち、１段ごとに前記造形物が前記本体から押し出されるように前記ステージ移動機構を作動させ、前記１段ごとに前記除粉処理機構を作動させる制御部をさらに具備する除粉装置。
【請求項３】
請求項１に記載の除粉装置であって、
前記ボックスの前記本体内の前記造形物に関連する関連情報を取得する取得部と、
前記取得された関連情報に基づき、前記除粉処理機構を作動させる制御部と
をさらに具備する除粉装置。
【請求項４】
請求項３に記載の除粉装置であって、
前記取得部は、少なくとも、前記ラピッドプロトタイピング技術で用いられる造形対象物の３次元データを前記関連情報として取得する
除粉装置。
【請求項５】
請求項４に記載の除粉装置であって、
前記除粉処理機構は、前記造形物にガスを噴出するノズルと、前記制御部による前記３次元データに基づく制御にしたがって、前記ノズルの位置及び姿勢のうち少なくとも一方を可変に駆動するノズル駆動機構とを有する
除粉装置。
【請求項６】
請求項１に記載の除粉装置であって、
前記除粉処理機構は、除粉作業領域と、前記造形物にガスを噴出するノズルと、前記除粉作業領域内にある前記粉体を吸引する吸引機構とを有する
除粉装置。
【請求項７】
請求項１に記載の除粉装置であって、
前記除粉処理機構の除粉処理の進捗を計測する計測部をさらに具備する除粉装置。
【請求項８】
請求項７に記載の除粉装置であって、
前記計測部は、前記除粉処理機構から回収された前記未結合の粉体の量を検出するセンサを有する
除粉装置。
【請求項９】
請求項７に記載の除粉装置であって、
前記計測部は、前記除粉処理機構が有する除粉作業領域内の雰囲気の透明度を検出するセンサを有する
除粉装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の除粉装置であって、
前記除粉処理機構から回収された前記未結合の粉体から異物を除去する篩機構をさらに具備する
除粉装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の除粉装置であって、
前記ボックスを着脱可能に支持する支持機構をさらに具備する除粉装置。
【請求項１２】
ラピッドプロトタイピング技術により粉体を用いて造形物を形成する造形装置と、
開口を有する本体と、前記本体に移動可能に設けられたステージとを有し、前記造形装置により形成された造形物を、未結合の粉体とともに前記ステージ上に配置させるように、前記造形物及び未結合の粉体を収容可能なボックスと、
前記ステージを、前記本体内で、前記本体に相対的に上昇移動させることが可能なステージ移動機構と、
前記ステージ移動機構の駆動により前記開口を介して押し出された前記造形物の周囲の前記未結合の粉体を除去する除粉処理機構と、を有する除粉装置と
を具備する造形システム。
【請求項１３】
ラピッドプロトタイピング技術により粉体を用いて造形物を形成し、
開口を有する本体と、前記本体に移動可能に設けられたステージとを有し、造形物を、未結合の粉体とともに前記ステージ上に配置させるように前記造形物及び未結合の粉体を収容可能なボックスの前記本体内で、前記ステージを、前記ボックスに相対的に上昇移動させ、
前記上昇移動により前記ボックスの前記開口を介して押し出された前記造形物の周囲の前記未結合の粉体を除去する
造形物の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−４９１３７（Ｐ２０１３−４９１３７Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８６６７６（Ｐ２０１１−１８６６７６）
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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