３次元造形装置、３次元造形物の製造方法及び３次元造形物
【課題】造形材料供給機構の移動による振動に影響されることなく、均一な厚さの造形材料層を形成することができる３次元造形装置及びそれを用いて得られた造形物を提供する。
【解決手段】３次元造形装置１００は、ステージ２２と、移動機構２６と、第１供給機構１０ａ及び第２供給機構１０ｂと、ヘッド３２とを具備する。ステージ２２には、造形材料が堆積される。移動機構２６は、ステージ２２を所定方向に移動させる。第１供給機構１０ａ及び第２供給機構１０ｂは、移動機構２６によって移動するステージ２２上に造形材料を供給し、所定方向に沿って配置される。ヘッド３２は、第１供給機構１０ａ及び第２供給機構１０ｂの少なくとも一方の供給機構から供給される造形材料を硬化させることが可能な液剤を、ステージ２２上の造形材料に吐出する。
【解決手段】３次元造形装置１００は、ステージ２２と、移動機構２６と、第１供給機構１０ａ及び第２供給機構１０ｂと、ヘッド３２とを具備する。ステージ２２には、造形材料が堆積される。移動機構２６は、ステージ２２を所定方向に移動させる。第１供給機構１０ａ及び第２供給機構１０ｂは、移動機構２６によって移動するステージ２２上に造形材料を供給し、所定方向に沿って配置される。ヘッド３２は、第１供給機構１０ａ及び第２供給機構１０ｂの少なくとも一方の供給機構から供給される造形材料を硬化させることが可能な液剤を、ステージ２２上の造形材料に吐出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断面画像データの積層により３次元形状を形成する３次元造形装置、３次元造形物の製造方法及び３次元造形物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、この種の３次元造形装置は、ラピッドプロトタイピングと呼ばれる装置として知られており、業務用として広く使われている。３次元造形装置の主な方式として、光造形方式、シート積層造形方式、そして、粉体造形方式がある。
【０００３】
光造形方式は、光硬化型の樹脂に高出力レーザを照射して、断面形状を形成し、その積層によって３次元形状を造るものである。シート積層造形方式は、薄厚シートを層状に切り抜き、接着して積層して、３次元形状を造るものである。粉体造形方式は、粉体材料を層状に敷き詰めて、断面形状を作り、それを積層して３次元形状を造るものである。
【０００４】
粉体造形方式は、更に、粉体を溶融または焼結するものと、接着剤を使って粉体を固化させるものに大分される。後者は、石膏を主成分とする粉末に、印刷機等に用いられるインクジェットのヘッドを用いて、接着剤を吐出して固化させ、断面層を形成し、それを積層することによって３次元形状を造るものである。
【０００５】
インクジェットヘッドを利用した粉体造形方式では、インクジェットプリンタのヘッドが、石膏の粉体が敷き詰められたシート上であたかも印刷をするように移動しながら、粉体を結合させる結合剤溶液を吐出する。
【０００６】
このような粉体造形方式を採用した装置が開示されている。特許文献１では、その図１に示されるように、２つの粉末供給機構（２２ａ、２２ｂ）が設けられ、この粉末供給機構を移動させて粉末供給機構から連続的に造形ステージ（５０）上に粉末材料を供給して粉末層を形成する（例えば、特許文献１の段落［００２０］〜［００２８］、図１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３３４５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の装置においては、粉末供給機構を移動させるので、移動による振動で粉末が供給機構内で動き、粉末を供給する際に筋むらなどの不具合が発生しやすい。また、造形がすすむと、粉末供給機構内の粉末量が減ってくるので、移動に伴って内部の粉末が動きやすくなり、偏りが発生して、粉末の供給が更に不安定となる。このため、造形ステージ上に面内で均一な厚さで粉末層を形成することができないという問題がある。
【０００９】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、造形材料の供給機構の移動による振動に影響されることなく、均一な厚さの造形材料層を形成することができる３次元造形装置、３次元造形物の製造方法及び３次元造形物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る３次元造形装置は、ステージと、移動機構と、第１供給機構及び第２供給機構と、ヘッドとを具備する。
上記ステージには、造形材料が堆積される。
上記移動機構は、上記ステージを所定方向に移動させる。
上記第１供給機構及び第２供給機構は、上記移動機構によって移動する上記ステージ上に上記造形材料を供給し、上記所定方向に沿って配置される。
上記ヘッドは、上記第１供給機構及び上記第２供給機構の少なくとも一方の供給機構から供給される上記造形材料を硬化させることが可能な液剤を、上記ステージ上の上記造形材料に吐出する。
【００１１】
本発明では、ステージが移動機構により移動するので、第１供給機構及び第２供給機構が、ステージの移動方向に平行な方向で移動しなくても、造形材料の供給を行うことができる。従って、第１供給機構及び第２供給機構を固定することができ、第１供給機構及び第２供給機構の移動による振動がないため、第１供給機構及び第２供給機構からの造形材料の供給を、供給量一定の状態で安定して行うことができ、面内均一の厚さで造形材料をステージ上に堆積することができる。また、ステージの移動方向に沿って２つの第１供給機構及び第２供給機構を設けているので、１回のステージの往復移動で、第１供給機構から供給された造形材料からなる堆積層と第２供給機構から供給された造形材料からなる堆積層の計２層を形成することができる。従って、１つの供給機構を設けた３次元造形装置と比較して、造形時間を短縮することができる。
【００１２】
上記ヘッドは、上記液剤を、上記移動機構によって移動する上記ステージ上の上記造形材料に吐出してもよい。
【００１３】
ステージが移動機構により移動するので、ヘッドを、ステージの移動方向に平行な方向で移動しなくても、液剤の吐出を行うことができる。従って、ヘッドを固定することができ、ヘッドの移動による振動がないため、ステージ上の造形材料への溶材の吐出を、吐出量一定の状態で安定して行うことができ、面内均一の厚さで液剤を吐出することができる。
【００１４】
上記ヘッドは上記所定方向に沿って上記第１供給機構と上記第２供給機構との間に配置されていてもよい。
【００１５】
これにより、１つのヘッドから、第１供給機構から供給された造形材料及び第２供給機構から供給された造形材料それぞれへの液剤吐出が可能となる。
【００１６】
第１供給機構及び第２供給機構の少なくとも一方は、供給ボックスと、堆積面と、落下機構とを有していて良い。
上記供給ボックスは、上記造形材料を貯留することが可能であり、上記ステージの移動経路上にある上記ステージの上方側に配置される。
上記堆積面は、上記第１供給ボックス内で傾斜するように配置され、上記造形材料が堆積される。
上記落下機構は、上記ステージが移動しているときに、上記堆積面に堆積された上記造形材料を、上記造形材料の自重を利用して上記ステージ上に落下させる。
【００１７】
ステージが移動機構により移動しているときに、堆積面から造形材料が少なくともその自重を利用してステージ上に供給されるので、造形材料をステージ上に１層分積層させるための移動を、供給機構に行わせなくてもよい。つまり、供給機構は３次元造形装置に固定とすることができ、移動系の構造がシンプルとなる。
【００１８】
上記第１供給機構により供給される造形材料と上記第２供給機構により供給される造形材料とは同じ材料であってもよい。
【００１９】
上記第１供給機構により供給される造形材料と上記第２供給機構により供給される造形材料とは異なる材料であってもよい。
【００２０】
上記第１供給機構により供給される造形材料と上記第２供給機構により供給される造形材料は粉体であってもよい。
【００２１】
上記ステージは複数設けられていても良い。
【００２２】
これにより、１つの３次元造形装置で同時に複数の造形物を形成することができる。
【００２３】
本発明に係る３次元造形物の製造方法では、所定方向にステージが移動させられる。
前記ステージを移動させている間に、前記所定方向に沿って配置された第１供給機構及び第２供給機構により、前記ステージ上に造形材料が供給される。
前記第１供給機構及び前記第２供給機構の少なくとも一方の供給機構から供給される前記造形材料を硬化させることが可能な液剤が、前記ステージ上の前記造形材料に吐出される。
また、本発明に係る３次元造形物は、上記製造方法により得られるものである。
【発明の効果】
【００２４】
以上、本発明によれば、造形材料供給機構の移動による振動に影響されることなく、ステージ上に均一な厚さの造形材料層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る３次元造形装置のを示す斜視図である。
【図２】図１の３次元造形装置の側面から見た斜視図である。
【図３】図１におけるＹ方向に平行な面で３次元造形装置のほぼ中央を切断したときの、３次元造形装置の内部構造を示す斜視図である。
【図４】図３を正面から見た図（断面図）である。
【図５】図１においてすべてのカバーが取り外された状態の３次元造形装置を示す斜視図である。
【図６】図５に示す３次元造形装置の平面図である。
【図７】図５に示す３次元造形装置からプリントベースプレートが取り外された３次元造形装置を示す斜視図である。
【図８】主に３次元造形装置の制御系を示すブロック図である。
【図９】第１実施形態に係る３次元造形装置の動作を順に示す断面図（その１）である。
【図１０】図９に示す動作に続く動作を順に示す断面図（その２）である。
【図１１】図１０に示す動作に続く動作を順に示す断面図（その３）である。
【図１２】図１１に示す動作に続く動作を順に示す断面図（その４）である。
【図１３】図１２に示す動作に続く動作を順に示す断面図（その５）である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る３次元造形装置におけるＹ方向に平行な面で３次元造形装置のほぼ中央を切断したときの、３次元造形装置の内部構造を示す斜視図である。
【図１５】図１４を正面から見た図（断面図）である。
【図１６】第２実施形態に係る３次元造形装置の動作を順に示す断面図（その１）である。
【図１７】図１６に示す動作に続く動作を順に示す断面図（その２）である。
【図１８】図１７に示す動作に続く動作を順に示す断面図（その３）である。
【図１９】図１８に示す動作に続く動作を順に示す断面図（その４）である。
【図２０】図１９に示す動作に続く動作を順に示す断面図（その５）である。
【図２１】図２０に示す動作に続く動作を順に示す断面図（その６）である。
【図２２】他の実施形態に係る３次元造形装置の概略図である。
【図２３】更に他の実施形態に係る３次元造形装置の概略図である。
【図２４】更に他の実施形態に係る３次元造形装置の概略図である。
【図２５】更に他の実施形態に係る３次元造形装置の概略図である。
【図２６】更に他の実施形態に係る３次元造形装置の概略図である。
【図２７】更に他の実施形態に係る３次元造形装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２７】
[第１の実施形態]
（３次元造形装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る３次元造形装置を示す図である。
【００２８】
３次元造形装置１００は、いくつかのカバーで構成されるほぼ直方体形状でなる筐体を備えている。筐体の上部はトップカバー１、トップカバー１を両側から挟むように右カバー１５及び左カバー１６により構成される。また、正面カバー４、中央カバー１７、両側面カバー５及び図１では現れない背面カバーが設けられている。トップカバー１には取っ手１ａが取り付けられ、トップカバー１を右カバー２及び左カバー３に対して取り外しが可能となっている。
【００２９】
図２（Ａ）及び（Ｂ）は、３次元造形装置１００の側面から見た斜視図である。図１及び図２に示すように、双方の側面カバー５には、形成された造形物を取り出すための取り出し口５ａが設けられ、取り出しカバー６がこの取り出し口５ａに開閉可能に設けられている。
【００３０】
図３は、例えば図１におけるＹ方向に平行な面で３次元造形装置１００のほぼ中央を切断したときの、３次元造形装置１００の内部構造を示す斜視図である。図４は、図３を正面から見た図（断面図）である。図５は、図１においてすべてのカバーが取り外された状態の３次元造形装置１００を示す斜視図である。
【００３１】
図５に示すように、３次元造形装置１００は、例えば４角にそれぞれ設けられた４つの支柱２８を備え、これらの支柱２８に、順に所定の間隔をおいてＺ軸方向に配置され接続された、ベースプレート９、プリントベースプレート８及びトッププレート７を備えている。これら３つのプレートの間には、複数の柱部材２９が適宜設けられている。
【００３２】
図６は、図５に示す３次元造形装置１００の平面図である。図７は、図５に示す３次元造形装置１００からプリントベースプレート８が取り外された３次元造形装置１００を示す斜視図である。図４〜図７に示すように、プリントベースプレート８上には、第１ヒータ４０ａ、第１供給機構としての第１供給ユニット１０ａ、ヘッドユニット３０、第２供給機構としての第２供給ユニット１０ｂ及び第２ヒータ４０ｂが、３次元造形装置１００の長手方向であるＹ方向に沿って順に配置されている。第１供給ユニット１０ａ（第２供給ユニット１０ｂ）は、造形材料としての粉体材料（以下、単に粉体という。）を第１造形ユニット１１ａ（第２造形ユニット１１ｂ）の第２造形箱１２ａ（第２造形箱１２ｂ）に供給する。
【００３３】
粉体としては、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、上記無機物を主成分とした、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。ポリビニルピロリドン等は、水分が加えられ、加熱されることにより、良好な接着性を示す。粉体の平均粒子径は、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。また、食塩や上記ポリビニルピロリドン等の食用の材料が用いられることにより、この材料が廃棄されても環境に悪影響を及ぼさない。
【００３４】
トッププレート７には、作業者または作業用ロボットが各第１供給ユニット１０ａ、第２供給ユニット１０ｂに粉体を供給するための材料の開口７ａ、７ｂが設けられている。また、トッププレート７には、その開口７ａ、７ｂに隣接し、開口７ａと開口７ｂとの間に、例えば作業者が、ヘッドユニット３０における後述するインクタンクユニット３３を出し入れするための出し入れ口７ｃが設けられている。
【００３５】
図６に示すように、プリントベースプレート８の、各第１供給ユニット１０ａ、第２供給ユニット１０ｂの下部に四角の穴８ａ、８ｂが形成されている。この穴８ａの形状や大きさは適宜設計することができる。例えば、後述するように粉体が第１造形箱２１ａ内、第２造形箱２１ｂ内に落下することが可能であれば、穴８ａ、８ｂの形状は、Ｙ方向に直交するＸ方向に長いスリット状であってもよい。
【００３６】
図４に示すように、プリントベースプレート８の、各第１ヒータ４０ａ、第２ヒータ４０ｂの下方側には、形成された造形物が取り出される取り出し口８ｃが設けられている。
【００３７】
プリントベースプレート８の下部には、粉体による造形物が形成される造形ユニット２０が配置されている。造形ユニット２０は、第１供給ユニット１０ａ、第２供給ユニット１０ｂから供給された粉体を貯留する造形箱２１、この造形箱２１内に配置された、粉体が堆積される造形ステージ２２を有する。また、造形ユニット２０は、これら造形箱２１及び造形ステージ２２を支持し、造形箱２１内で造形ステージ２２を昇降させる昇降ユニット（昇降機構）２３を有する。
【００３８】
第１供給ユニット１０ａ（第２供給ユニット１０ｂ）は、粉体を貯留することが可能な第１供給ボックス１１ａ（第２供給ボックス１１ｂ）、第１供給ボックス１１ａ内で傾斜して配置された第１堆積板１２ａ（第２堆積板１２ｂ）、この第１堆積板１２ａ（第２堆積板１２ｂ）の下端部に配置された落下機構としての第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）を有する。第１供給ボックス１１ａ（第２供給ボックス１１ｂ）の上部は、トッププレート７の開口７ａ（開口７ｂ）に面した開口部を有し、第１供給ボックス１１ａ（第２供給ボックス１１ｂ）は、例えば立方体に近い形状を有している。第１堆積板１２ａは、例えば水平面（Ｘ−Ｙ平面）から４０〜５０度程度に傾斜し、かつ、粉体が堆積される面となる堆積面（上面）が、ヘッドユニット３０側に向くように、つまりＹ方向の正の方向に向くように配置されている。第２堆積板１２ｂは、例えば水平面（Ｘ−Ｙ平面）から４０〜５０度程度に傾斜し、かつ、粉体が堆積される面となる堆積面（上面）が、ヘッドユニット３０側に向くように、つまりＹ方向の負の方向に向くように配置されている。粉体は、第１堆積板１２ａ（第２堆積板１２ｂ）に堆積されることで、第１供給ボックス１１ａ（第２供給ボックス１１ｂ）内の三角柱状の領域に貯留される。
【００３９】
第１堆積板１２ａ（第２堆積板１２ｂ）の傾きは、４０〜５０度に限られず、後述するように、粉体が堆積面に摩擦により貼りつかずに造形ユニット２０の造形箱２１に流れ落ちるような角度に設定されていればよい。すなわち、第１堆積板１２ａ、第２堆積板１２ｂの傾きは、粉体の材料の種類、その形状、あるいは堆積面の材質等により適宜設定可能である。
【００４０】
第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）は、Ｘ方向に沿った回転軸を有し、少なくとも造形箱２１内のＸ方向で造形物が形成される範囲で、そのＸ方向に長い形状となっている。ヘッドユニット３０側の第１供給ボックス１１ａ（第２供給ボックス１１ｂ）の側壁は、その側壁の下端が第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）の表面上に所定の隙間をあけて位置するように配置されている。第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）が回転すると、第１供給ボックス１１ａ（第２供給ボックス１１ｂ）内に貯留された粉体がこの所定の隙間を介して、上記造形箱２１に供給される。また、この隙間は、第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）が回転しないで静止した状態では、第１堆積板１２ａ（第２堆積板１２ｂ）上の粉体が造形箱２１内に落ちない程度のわずかな隙間とされる。
【００４１】
第１供給ユニット１０ａ（第２供給ユニット１０ｂ）は、第１供給ボックス１１ａ（第２供給ボックス１１ｂ）及びヘッドユニット３０の間であって、第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）にＹ方向で並ぶように配置された第１ならしローラ１４ａ（第２ならしローラ１４ｂ）を備えている。第１ならしローラ１４ａ（第２ならしローラ１４ｂ）は、回転することで、造形ステージ２２に貯留された粉体の表面を平面状にならす。これら第１供給ボックス１１ａ（第２供給ボックス１１ｂ）、第１堆積板１２ａ（第２堆積板１２ｂ）、第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）、第１ならしローラ１４ａ（第２ならしローラ１４ｂ）等は供給機構として機能する。第１ならしローラ１４ａ（第２ならしローラ１４ｂ）も第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）と同様に、少なくとも造形箱２１内のＸ方向で造形物が形成される範囲で、そのＸ方向に長い形状となっている。このように、本実施形態の３次元造形装置１００は、２つの供給機構を備えている。
【００４２】
ベースプレート９上には、図３に示すように、造形ユニット２０をＹ方向に移動させる移動機構２６が設けられている。造形箱２１の、ヘッドユニット３０側とは反対側には、余剰の粉体を回収する回収ボックスが配置され、回収ボックスは昇降ユニット２３上または造形箱２１の下部に取り付けられている。
【００４３】
昇降ユニット２３は、例えば図示しない、ラックアンドピニオン、ベルト駆動機構、電磁気的な作用により駆動するリニアモータ等により構成される。昇降ユニット２３の代わりに、例えば流体圧を利用する昇降シリンダが用いられてもよい。
【００４４】
図３及び図４に示すように、移動機構２６は、ベースプレート９上にＹ方向に延設されたガイドレール２５、このガイドレール２５に沿って昇降ユニット２３をＹ方向に移動させるための駆動機構を有する。駆動機構は、移動モータ、この移動モータにより駆動されるピニオンギア、このピニオンギアと噛み合うラックギア等を備える。移動モータは、造形ユニット２０の例えば昇降ユニット２３に取り付けられている。駆動機構は、ラックアンドピニオンに限られず、ボールネジ、ベルト駆動、または、電磁的に作用により駆動されるリニアモータ等の各種の機構を用いることができる。このような移動機構２６により、造形箱２１、造形ステージ２２、昇降ユニット２３及び回収ボックスが一体的にＹ方向に移動する。
【００４５】
移動機構２６による造形ユニット２０のＹ方向の移動経路上であって、その移動経路上にある造形ユニット２０の上方側に、第１ヒータ４０ａ、第１供給ユニット１０ａ、ヘッドユニット３０、第２供給ユニット１０ｂ、第２ヒータ４０ｂが配置される。
【００４６】
造形箱２１は、第１供給ボックス１１ａ及び第２供給ボックス１１ｂと実質的に同じフットプリントの大きさを有している。図６に示すように、プリントベースプレート８の、第１ならしローラ１４ａ及び第２ならしローラ１４ｂそれぞれが配置される位置には、第１ならしローラ１４ａ及び第２ならしローラ１４ｂそれぞれの表面の一部を、プリントベースプレート８から下方に露出させるための露出穴が設けられている。
【００４７】
図５及び図６に示すように、第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）及び第１ならしローラ１４ａ（第２ならしローラ１４ｂ）を駆動する駆動源として、第１回転モータ３８ａ（第２回転モータ３８ｂ）がプリントベースプレート８上に設けられている。第１回転モータ３８ａ（第２回転モータ３８ｂ）の駆動出力軸には伝達ギアが接続され、この伝達ギアに、第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）の回転軸及び第１ならしローラ１４ａ（第２ならしローラ１４ｂ）の回転軸にそれぞれ接続された２つのギアが所定のギア比で噛み合っている。伝達ギアによる、ギア及びに対するそれぞれのギア比は同じでもよいし異なっていてもよい。第１回転モータ３８ａ（第２回転モータ３８ｂ）の駆動により伝達ギアが回転し、その回転力が２つのギアに伝達され、第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）及び第１ならしローラ１４ａ（第２ならしローラ１４ｂ）が同じ方向に回転する。このように、１つの駆動源により第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）及び第１ならしローラ１４ａ（第２ならしローラ１４ｂ）が駆動されるので、３次元造形装置１００の小型化を実現することができる。また、コストも削減することができる。
【００４８】
図３に示すように、ヘッドユニット３０は、複数のインクタンク３１を搭載したインクタンクユニット３３、インクタンク３１に図示しないチューブを介して接続されたインクジェットヘッド３２を有する。インクジェットヘッド３２は、インクタンク３１に貯留されたインクを造形ステージ２２上の粉体に吐出する。図６等に示すように、インクジェットヘッド３２はプリントベースプレート８に設置された支持台３７に固定され、インクタンクユニット３３はその支持台３７上に設置される。
【００４９】
インクジェットヘッド３２は、例えば図７に示すようにＸ方向に長いライン型ヘッドが用いられる。そのＸ方向のインクの吐出幅は、少なくとも造形ステージ２２上のＸ方向で造形物が形成される範囲で設計される。インクジェットの発生機構としては、ピエゾ型やサーマル型が挙げられ、公知の吐出原理が用いられればよい。
【００５０】
インク（液剤）としては、例えばシアン、マゼンダ及びイエローの各色（以下ＣＭＹ）のカラーインクが用いられてもよいし、これらのカラーインクに加えて、黒、白、無色等のインクが用いられてもよい。特に、黒、白または無色のインクタンク３１は、粉体自体の色に応じて適宜設置されればよい。本実施形態では、例えばインク中の水分により粉体が硬化するような、インク及び粉体の各材料が選定される。粉体が白である場合であって、造形物に白色を着色したい（白色を残したい）場合には、その残したい箇所に、無色のインクか、または白色のインクが吐出される。
【００５１】
また、インクの材料としては、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、粉体の材料に応じて油性であってもよい。無色インクには、例えば、純水とエチルアルコールを重量比で１対１で混合したもの、純水にグリセリンを重量比５％〜２０％程度混合したもの、これらの混合物にさらに微量の界面活性剤を混合したものが用いられる。
【００５２】
あるいは、インクの材料として、色付けを主目的とするものに限られず、例えば粉体粒子同士を結合するための結合剤を含む薬液であってもよい。
【００５３】
第１ヒータ４０ａ（第２ヒータ４０ｂ）は、例えば第１赤外線ランプ４１ａ（第２赤外線ランプ４１ｂ）及び第１リフレクタ４２ａ（第２リフレクタ４２ｂ）を備える。第１赤外線ランプ４１ａ（第２赤外線ランプ４１ｂ）による加熱に限られず、電熱線、または後述する赤外線レーザであってもよい。
【００５４】
（制御系）
図８は、主に上述した３次元造形装置１００の制御系を示すブロック図である。
【００５５】
この制御系は、ホストコンピュータ５１、メモリ５２、画像処理コンピュータ９０、造形箱移動モータコントローラ５４、造形ステージコントローラ５３、第１ローラ回転モータコントローラ５５ａ、第２ローラ回転モータコントローラ５５ｂ、プリントヘッドコントローラ５８、第１ヒータコントローラ５７ａ、第２ヒータコントローラ５７ｂを備える。
【００５６】
ホストコンピュータ５１は、上記メモリ５２及び各種コントローラの駆動を統括的に制御する。メモリ５２は、ホストコンピュータ５１に接続され、揮発性または不揮発性のどちらでもよい。
【００５７】
画像処理コンピュータ９０は、後述するように造形の対象物体の断層化画像として、例えばＣＴ（Computed Tomography）の画像データ５９を取り込む。このＣＴ画像データ５９についてＢＭＰ（ビットマップ）形式またはその他の形式に変換する等の画像処理を実行する。画像処理コンピュータ９０は、典型的には３次元造形装置１００とは別体のコンピュータであり、ホストコンピュータ５１に例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）により接続され、記憶された画像処理後の画像データをホストコンピュータ５１に送信する。
【００５８】
ＣＴとは、Ｘ線を用いたＣＴに限られず、ＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission CT）、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）等を含む広義のＣＴを意味する。
【００５９】
ホストコンピュータ５１と画像処理コンピュータ９０の接続形態は、ＵＳＢに限られず、ＳＣＳＩ（Small Computer System Interface）、その他の形態でもよい。また、有線及び無線のどちらでもよい。なお、画像処理コンピュータ９０は、３次元造形装置１００内に搭載された画像処理用のデバイスであってもよい。また、画像処理コンピュータ９０が３次元造形装置１００と別体の装置である場合、画像処理コンピュータ９０は、ＣＴ装置であってもよい。
【００６０】
造形ステージコントローラ５３は、インクジェットヘッド３２による粉体２００へのインク印刷時に、後述するように造形ステージ２２を所定の高さ単位で下降させていくために、昇降ユニットの昇降駆動量を制御する。
【００６１】
造形箱移動モータコントローラ５４は、移動機構２６の移動モータ３８の駆動を制御することにより、造形ユニット２０の移動の開始、停止及び移動速度等を制御する。
【００６２】
第１ローラ回転モータコントローラ５５ａ（第２ローラ回転モータコントローラ５５ｂ）は、第１回転モータ３８ａ（第２回転モータ３８ｂ）の駆動を制御することにより、第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）及び第１ならしローラ１４ａ（第２ならしローラ１４ｂ）の回転の開始、停止及び回転速度等を制御する。
【００６３】
プリントヘッドコントローラ５８は、インクの吐出量を制御するために、インクジェットヘッド３２内のインクジェットの発生機構に駆動信号を出力する。
【００６４】
第１ヒータコントローラ５７ａ（第２ヒータコントローラ５７ｂ）は、第１ヒータ４０ａ（第２ヒータ４０ｂ）による加熱の開始、停止、加熱温度及び加熱時間等を制御する。
【００６５】
上記ホストコンピュータ５１、画像処理コンピュータ９０、造形ステージコントローラ５３、第１ローラ回転モータコントローラ５５ａ、第２ローラ回転モータコントローラ５５ｂ、造形箱移動モータコントローラ５４、第１ヒータコントローラ５７ａ、第２ヒータコントローラ５７ｂは、例えば次のようなハードウェア、または、そのハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより実現されればよい。そのハードウェアは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、あるいはこれらに類するものが用いられる。
【００６６】
メモリ５２は、固体（半導体、誘電体または磁気抵抗）メモリのほか、磁気ディスク、光ディスク等の記憶デバイスでもよい。
【００６７】
（３次元造形装置１００の動作）
以上のように構成された３次元造形装置１００（及び画像処理コンピュータ９０）の動作について説明する。図９〜図１３は、その動作を摸式的に示す概略断面図である。本実施形態においては、第１供給ユニット１０ａの第１供給ボックス１１ａ内に貯留される粉体材料と第２供給ユニット１０ｂの第２供給ボックス１１ｂ内に貯留される粉体材料とを同一の材料とした。
【００６８】
画像処理コンピュータ９０により、ＣＴ画像データが読み込まれる。造形の対象となる物体は、医療分野では生物体、特に人体である。医療分野に限られず、建築分野、機械工学分野等、医療分野以外のＣＴ画像データを扱うことも可能である。
【００６９】
まず、作業者が、画像処理コンピュータ９０またはホストコンピュータ５１を操作して、造形対象のファイル、つまり、例えば１つの対象物体に対応するＣＴ画像データ群を選択する。
【００７０】
画像処理コンピュータ９０は、選択されたＣＴ画像の輝度情報に基づいて、その輝度に関して２値化処理、あるいは３値化以上の処理を実行してもよい。その場合、画像処理コンピュータ９０は、その２値化以上の多値化処理が実行された画像に対して、その多値化に対応した段階的な各輝度に対応した着色処理を実行してもよい。このような多値化処理やそれら各輝度に応じた着色処理により、３次元造形装置１００は内部まで色分けされた、あるいは内部までカラー化された造形物を造ることができる。
【００７１】
ホストコンピュータ５１は、画像処理コンピュータ９０からＣＴ画像データ群、または、上記のように画像処理（多値化処理、着色処理等）が実行された画像データ群を取り込む。以下、説明の便宜上、ＣＴ画像データ及び画像処理された画像データを、包括的に「断層化画像データ」という。
【００７２】
次に、作業者は、例えば画像処理コンピュータ９０を操作することにより、その断層化画像データの断層ごとの厚みを指定する。この断層化画像データの断層の厚みは、後述するように、造形ステージ２２上で粉体２００に印刷処理が実行されるときの、粉体２００の１層分の厚みとなる。
【００７３】
この粉体２００の１層分の厚みは、元の断層化画像データの断層ごとの厚みより小さくてもよいし、大きくてもよい。例えば元の断層化画像データの断層ごとの厚みが１ｍｍである場合に、粉体２００の１層分の厚みが０．１ｍｍに設定されてもよい。この場合、３次元造形装置１００は、同じ１つの断層化画像データに応じて、粉体２００の１０層分（０．１ｍｍ×１０）にそれぞれ同じ画像を印刷すればよい。あるいは、粉体２００の１層分の厚みは、元の断層化画像データの断層ごとの厚みと同じに設定されてもよい。
【００７４】
次に、例えば作業者が図示しないスタートボタンを押すと、３次元造形装置１００は動作を開始する。
【００７５】
図９（Ａ）に示すように、造形ユニット２０の造形ステージ２２には、粉体が供給されていない状態となっており、この状態から、硬化層を１層形成する工程が開始される。
【００７６】
まず、昇降ユニット２３が駆動されることにより、図９（Ｂ）に示すように造形ステージ２２が所定の層厚分下降する。次に、図９（Ｃ）に示すように、第１回転モータ３８ａが駆動されることにより、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが回転する。これらの回転方向は、図９において第１供給ローラ１３ａは時計回り、第１ならしローラ１４ａは反時計回りである。これらの第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが回転することにより、その第１供給ローラ１３ａの回転力及び粉体２００の自重により、第１供給ユニット１０ａの第１供給ボックス１１ａの第１堆積板１２ａ上に堆積された粉体２００が、第１供給ボックス１１ａの側壁の下端と第１供給ローラ１３ａの表面との隙間を介して流れ落ちる。
【００７７】
このように、造形ステージ２２がＹ方向（図上、右方向）に移動しているときに、堆積面から粉体２００が少なくともその自重を利用して造形ステージ２２上に供給される。したがって、粉体２００を造形ステージ２２上に１層分積層させるための、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａの移動を必要としない。つまり、第１供給ユニット１０ａを３次元造形装置１００に固定することができ、移動系の構造がシンプルとなる。
【００７８】
また、移動機構２６の駆動により、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａの回転が開始されるタイミングとほぼ同時、またはそのタイミングから所定時間経過後に、造形ユニット２０がインクジェットヘッド３２側へ向かって移動を開始する。造形ユニット２０が移動している途中においても第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａは回転し続け、粉体２００が造形箱２１内に供給され続ける。
【００７９】
図１０（Ａ）に示すように、造形ユニット２０の移動により造形箱２１上に第１ならしローラ１４ａが来ると、粉体２００の表面が均一にならされる。これにより、１層分の第１粉体層２１０ａが、造形ステージ２２上に堆積される。この１層分の厚みｕが、上記したように例えば０．１ｍｍとされる。
【００８０】
次に、造形ユニット２０の移動により、造形箱２１が所定の位置まで移動すると、インクジェットヘッド３２が、プリントヘッドコントローラ５８の制御に応じてインクの吐出を開始する。これにより、造形ステージ２２上に堆積された１層分の第１粉体層２１０ａの所定の選択領域が硬化された第１硬化層２１０が形成される。粉体粒子同士の結合を可能にするための、粉体２００の材料及びインクの種類が適宜選択されることにより、硬化層を形成することができる。市販されている水性インクは、例えば塩化ナトリウムを主成分として含む粉体２００、粉体２００を硬化させるための液剤となり得る。また、粉体２００の材料によっては、例えば粉体２００が上記した有機物との共重合体の場合は、水がその粉体２００の材料を硬化させるための液剤となる。
【００８１】
移動している造形箱２１の後端部（左端部）が、第１ならしローラ１４ａの下部付近を過ぎると、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが停止する。これにより、造形箱２１への粉体２００の供給が停止する。
【００８２】
また、造形ユニット２０が移動を続けることにより、造形箱２１からこぼれ落ちる余剰の粉体２００が回収ボックスに回収される。これにより、回収された粉体２００を再利用することができる。
【００８３】
そして、インクジェットヘッド３２は、粉体層の所定の選択領域のすべてにインクを供給すると、その吐出を停止する。なお、造形ステージ２２上への粉体２００の供給工程とインク吐出工程とは実質的に同時になる場合もある。
【００８４】
さらに造形ユニット２０がＹ方向（図上右方向）に移動し続けると、図１０（Ｂ）に示すように、造形箱２１が第２ヒータ４０ｂの直下位置まで移動する。ここで、造形ステージ２２上の１層分の第１硬化層２１０がヒータ４０により加熱される。加熱温度は、例えば１００〜２００℃であるが、この範囲に限られない。この加熱処理により、第１硬化層の硬化された領域の粉体２００の硬度が増し、焼き固められる。ヘッドから吐出されるインクによる粉体粒子同士の結合力が不十分で、造形物の硬度が足りない場合、このような第２ヒータ４０ｂの加熱により所望の硬度を得ることができる。
【００８５】
次に、昇降ユニット２３が駆動されることにより、図１０（Ｃ）に示すように造形ステージ２２が所定の層厚分下降する。次に、図１１（Ａ）に示すように、第２回転モータ３８ｂが駆動されることにより、第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂが回転する。これらの回転方向は、図１１において第２供給ローラ１３ｂは反時計回り、第２ならしローラ１４ｂは時計回りである。これらの第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂが回転することにより、その第２供給ローラ１３ｂの回転力及び粉体２００の自重により、第２供給ユニット１０ｂの第２供給ボックス１１ｂの第２堆積板１２ｂ上に堆積された粉体２００が、第２供給ボックス１１ｂの側壁の下端と第２供給ローラ１３ｂの表面との隙間を介して流れ落ちる。
【００８６】
このように、造形ステージ２２がＹ方向の負方向（図上左方向）に移動しているときに、堆積面から粉体２００が少なくともその自重を利用して造形ステージ２２上に供給される。したがって、粉体２００を造形ステージ２２上に１層分積層させるための、第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂの移動を必要としない。つまり、第２供給ユニット１０ｂを３次元造形装置１００に固定することができ、移動系の構造がシンプルとなる。
【００８７】
また、移動機構２６の駆動により、第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂの回転が開始されるタイミングとほぼ同時、またはそのタイミングから所定時間経過後に、造形ユニット２０がインクジェットヘッド３２側へ向かって移動を開始する。造形ユニット２０が移動している途中においても第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂは回転し続け、粉体２００が造形箱２１内に供給され続ける。
【００８８】
図１１（Ｂ）に示すように、造形ユニット２０の移動により造形箱２１上に第２ならしローラ１４ｂが来ると、粉体２００の表面が均一にならされる。これにより、１層分の第２粉体層２１１ａが、造形ステージ２２上に堆積される。この１層分の厚みｕが、上記したように例えば０．１ｍｍとされる。
【００８９】
次に、造形ユニット２０の移動により、造形箱２１が所定の位置まで移動すると、インクジェットヘッド３２が、プリントヘッドコントローラ５８の制御に応じてインクの吐出を開始する。これにより、造形ステージ２２上に堆積された１層分の第２粉体層２１１ａの所定の選択領域が硬化された第２硬化層２１１が形成される。
【００９０】
移動している造形箱２１の後端部（右端部）が、第２ならしローラ１４ｂの下部付近を過ぎると、第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂが停止する。これにより、造形箱２１への粉体２００の供給が停止する。
【００９１】
また、造形ユニット２０が移動を続けることにより、造形箱２１からこぼれ落ちる余剰の粉体２００が回収ボックスに回収される。これにより、回収された粉体２００を再利用することができる。
【００９２】
そして、インクジェットヘッド３２は、粉体層の所定の選択領域のすべてにインクを供給すると、その吐出を停止する。なお、造形ステージ２２上への粉体２００の供給工程とインク吐出工程とは実質的に同時になる場合もある。
【００９３】
さらに造形ユニット２０がＹ方向の負方向（図上左方向）に移動し続けると、図１１（Ｃ）に示すように、造形箱２１が第１ヒータ４０ａの直下位置まで移動する。ここで、造形ステージ２２上の１層分の第２硬化層２１１が第１ヒータ４０ａにより加熱される。加熱温度は、例えば１００〜２００℃であるが、この範囲に限られない。この加熱処理により、第２硬化層２１１の硬化した領域の粉体２００の硬度が増し、焼き固められる。ヘッドから吐出されるインクによる粉体粒子同士の結合力が不十分で、造形物の硬度が足りない場合、このような第１ヒータ４０ａの加熱により所望の硬度を得ることができる。
【００９４】
次に、昇降ユニット２３が駆動されることにより、図１２（Ａ）に示すように造形ステージ２２が所定の層厚分下降する。次に、第２回転モータ３８ｂが駆動されることにより、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが回転する。これらの回転方向は、図１２において時計回りである。これらの第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが回転することにより、その第１供給ローラ１３ａの回転力及び粉体２００の自重により、第１供給ユニット１０ａの第１供給ボックス１１ａの第１堆積板１２ａ上に堆積された粉体２００が、第１供給ボックス１１ａの側壁の下端と第１供給ローラ１３ａの表面との隙間を介して流れ落ち、造形ステージ２２上の第２硬化層２１１上に第３粉体層２１２ａが堆積される。
【００９５】
このように、造形ステージ２２がのＹ方向（図上右方向）に移動しているときに、堆積面から粉体２００が少なくともその自重を利用して造形ステージ２２上に供給される。
【００９６】
また、移動機構２６の駆動により、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａの回転が開始されるタイミングとほぼ同時、またはそのタイミングから所定時間経過後に、造形ユニット２０がインクジェットヘッド３２側へ向かって移動を開始する。造形ユニット２０が移動している途中においても第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａは回転し続け、粉体２００が造形箱２１内に供給され続ける。
【００９７】
図１２（Ｂ）に示すように、造形ユニット２０の移動により造形箱２１上に第１ならしローラ１４ａが来ると、粉体２００の表面が均一にならされる。
【００９８】
次に、造形ユニット２０の移動により、造形箱２１が所定の位置まで移動すると、インクジェットヘッド３２が、ヘッドスキャンコントローラ５６の制御に応じてインクの吐出を開始する。これにより、造形ステージ２２上に堆積された１層分の第３粉体層２１２ａの所定の選択領域が硬化された第３硬化層２１２が形成される。
【００９９】
移動している造形箱２１の後端部（左端部）が、第１ならしローラ１４ａの下部付近を過ぎると、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが停止する。これにより、造形箱２１への粉体２００の供給が停止する。
【０１００】
また、造形ユニット２０が移動を続けることにより、造形箱２１からこぼれ落ちる余剰の粉体２００が回収ボックスに回収される。これにより、回収された粉体２００を再利用することができる。
【０１０１】
そして、インクジェットヘッド３２は、粉体層の所定の選択領域のすべてにインクを供給すると、その吐出を停止する。なお、造形ステージ２２上への粉体２００の供給工程とインク吐出工程とは実質的に同時になる場合もある。
【０１０２】
さらに造形ユニット２０がＹ方向（図上右方向）に移動し続けると、図１２（Ｃ）に示すように、造形箱２１が第２ヒータ４０ｂの直下位置まで移動する。ここで、造形ステージ２２上の第３硬化層２１２が第２ヒータ４０ｂにより加熱される。この加熱処理により、第３硬化層２１２の硬化した領域の粉体２００の硬度が増し、焼き固められる。
【０１０３】
次に、第２ヒータ４０ｂの直下位置まで戻った造形ステージ２２は、昇降ユニット２３が駆動されることにより、所定の層厚分下降する。そして、造形ユニット２０をＹ方向の負方向（図上左方向）に移動させ、供給ボックスからの粉体供給、インク吐出、ヒータによる加熱といった一連の処理が、上述と同様に行われる。これにより、図１３（Ａ）に示すように第４硬化層２１３が形成される。造形ユニット２０は第１ヒータ４０ａの直下に位置する。
【０１０４】
次に、第１ヒータ４０ａの直下位置まで戻った造形ステージ２２は、昇降ユニット２３が駆動されることにより、所定の層厚分下降する。そして、造形ユニット２０をＹ方向（図上右方向）に移動させ、供給ボックスからの粉体供給、インク吐出、ヒータによる加熱といった一連の処理が上述と同様に行われる。これにより、図１３（Ｂ）に示すように最終層である第５硬化層２１４が形成される。尚、本実施形態では、５層目を最終層としたが、実際には、例えば３００〜５００層もしくはそれ以上であり、造形データの所望造形層数に至るまで一連の処理が繰り返される。
【０１０５】
加熱処理が終了すると、ホストコンピュータ５１は、対象物体に対応するすべての断層化画像の印刷が終了したか否かを判定する。終了の場合、造形物の周囲は未硬化の粉体層に覆われており、造形箱２１内の余分な粉体２００が除去され、造形物が完成する。そして、図１３（Ｃ）に示すように、人手または図示しないロボットにより、３次元造形装置１００から造形物２１５が取り出される。
【０１０６】
対象物体に対応するすべての断層化画像の印刷が終了していない場合、造形ユニット２０は、第１供給ボックス１１ａの直下位置又は第２供給ボックス１１ｂの直下位置から、Ｙ方向又はＹ方向の負方向に移動し、粉体供給、インク吐出、ヒータによる加熱といった一連の処理が繰り返される。
【０１０７】
以上のように、本実施形態では、造形ユニット２０が移動機構２６により移動するので、供給ユニット１０及びインクジェットヘッド３２が、Ｙ方向に移動しなくても粉体２００の供給及びインクの吐出を行うことができる。つまり、粉体２００及びインクの供給のを、移動機構２６による造形ユニット２０の移動だけで行うことができ、移動系の構造がシンプルとなる。移動系とは、粉体２００の所定の層厚分の造形物を形成するために必要な、各部材を移動させるための機構である。
【０１０８】
本実施形態では、Ｙ軸に沿って造形ステージ２２が移動可能に設けられ、この移動方向に沿って２つの第１供給ボックス１１ａ及び第２供給ボックス１１ｂが配置されている。これにより、造形ステージ２２をＹ方向に移動させて第１供給ボックス１１ａから粉体を造形ステージ２２上に供給でき、造形ステージ２２をＹ方向の負方向に移動させて第２供給ボックス１１ｂから粉体を造形ステージ上２２に供給できる。従って、造形ステージ２２の１回の往復移動で２層の粉体層を堆積することができ、供給ボックスを１つ設けた場合と比較して、造形時間を短縮することができる。すなわち、造形箱を１つ設けた場合では、ホームポジションからＹ方向の正方向に造形ステージを移動させることにより粉体層を堆積させるが、次の粉体層を堆積するには、正方向に移動した造形ステージを負方向に移動させて再度ホームポジションに戻す必要がある。すなわち、造形ステージの往復移動において、往路でのみ粉体層の堆積が行われる。これに対し、本実施形態では、供給ボックスを２つ設けているので、造形ステージの移動における往路、復路それぞれで粉体層を堆積することができ、造形時間を大幅に短縮することができる。したがって、本実施形態に係る３次元造形装置１００は、製品の量産に適している。
【０１０９】
本実施形態では、造形時間の短縮が可能となることにより、インク乾燥による吐出不良の発生を防止できる。すなわち、供給ボックスを１つ設けた場合では、造形ステージの移動の復路ではインク吐出が行われないため、インク乾燥が生じやすく、インク吐出不良の原因となりやすい。これに対し、本実施形態では、造形ステージの移動の復路でもインク吐出が行われるので、インク乾燥を極力防止することができる。
【０１１０】
本実施形態では、粉体が貯留される供給ボックスを固定し、造形ステージを移動させることによって造形を行う。これにより、供給ボックスの移動による振動がないため、供給ボックスからの粉体の供給を、供給量一定の状態で安定して行うことができ、面内均一の厚さで粉体層を造形ステージ上に堆積することができる。造形ステージを固定し、粉体が供給される供給ボックスを移動させて粉体層を供給する場合、供給ボックスの移動による振動で、粉体供給量が不安定となり、造形ステージ上に堆積される粉体層の厚さが面内でばらつきやすい。これに対し、本実施形態では、供給ボックスは固定されているため、所望の量で安定して粉体供給を行うことができる。
【０１１１】
本実施形態において、移動機構２６による造形ユニット２０の移動速度は一定でよいが、途中で加速または減速されてもよい。
【０１１２】
本実施形態では、例えば食塩等を含む粉体材料により造形物が造られ、従来のように接着剤が含まれないインクにより印刷される。したがって、インクのコストを削減することができる。接着剤が用いられないので、接着剤がインクジェットヘッドの吐出口で固まる、という問題も解消することができ、吐出口の目詰まりを防止することができる。
【０１１３】
[第２の実施形態]
（３次元造形装置の構成）
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る３次元造形装置１１００を、Ｙ方向に平行な面で３次元造形装置のほぼ中央を切断したときの、３次元造形装置１１００の内部構造を示す斜視図である。図１５は、図１４を正面から見た図（断面図）である。第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付して説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
【０１１４】
本実施形態に係る３次元造形装置１１００は、第１実施形態における３次元造形装置１００と比較して、造形ユニットが１つではなく２つある点で大きく異なる。
【０１１５】
図１４及び図１５に示すように、３次元造形装置１１００は、２つの第１造形ユニット１０２０ａ及び第２造形ユニット１０２０ｂを備えている。第１造形ユニット１０２０ａ（第２造形ユニット１０２０ｂ）は、第１造形箱１０２１ａ（第２造形箱１０２１ｂ）、第１造形ステージ１０２２ａ（第２造形ステージ１０２２ｂ）を有する。第１造形ユニット１０２０ａ（第２造形ユニット１０２０ｂ）は、第１供給ユニット１０ａ、第２供給ユニット１０ｂから供給された粉体を貯留する。粉体が堆積される第１造形ステージ１０２２ａ（第２造形ステージ１０２２ｂ）は、第１造形箱１０２１ａ（第２造形箱１０２１ｂ）内に配置される。また、第１造形ユニット１０２０ａ（第２造形ユニット１０２０ｂ）は、第１昇降ユニット１０２３ａ（第２昇降ユニット１０２３ｂ）を有する。第１昇降ユニット１０２３ａ（第２昇降ユニット１０２３ｂ）は、第１造形箱１０２１ａ（第２造形箱１０２１ｂ）及び第１造形ステージ１０２２ａ（第２造形ステージ１０２２ｂ）を支持し、第１造形箱１０２１ａ（第２造形箱１０２１ｂ）内で第１造形ステージ１０２２ａ（第２造形ステージ１０２２ｂ）を昇降させる。
【０１１６】
（３次元造形装置１１００の動作）
以上のように構成された３次元造形装置１１００の一動作例について説明する。図１６〜図２１は、その動作を摸式的に示す概略断面図である。本実施形態においては、第１供給ユニット１０ａの第１供給ボックス１１ａ内に貯留される粉体材料と第２供給ユニット１０ｂの第２供給ボックス１１ｂ内に貯留される粉体材料とを同一の材料とした。
【０１１７】
まず、画像処理コンピュータにより、ＣＴ画像データが読み込まれる。造形の対象となる物体は、医療分野では生物体、特に人体である。医療分野に限られず、建築分野、機械工学分野等、医療分野以外のＣＴ画像データを扱うことも可能である。
【０１１８】
まず、作業者が、画像処理コンピュータまたはホストコンピュータを操作して、造形対象のファイル、つまり、例えば１つの対象物体に対応するＣＴ画像データ群を選択する。
【０１１９】
次に、作業者は、例えば画像処理コンピュータを操作することにより、その断層化画像データの断層ごとの厚みを指定する。この断層化画像データの断層の厚みは、造形ステージ２２上で粉体２００に印刷処理が実行されるときの、粉体２００の１層分の厚みとなる。
【０１２０】
次に、例えば作業者が図示しないスタートボタンを押すと、３次元造形装置１１００は動作を開始する。
【０１２１】
図１６（Ａ）に示すように、第１造形ユニット１０２０ａの第１造形ステージ１０２２ａ、第２造形ユニット１０２０ｂの第２造形ステージ１０２２ｂには、粉体がまだ供給されていない状態となっており、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１６（Ａ）において、第１造形ユニット１０２０ａ、第２造形ユニット１０２０ｂが示されている位置が、各造形ユニットのホームポジションとなる。
【０１２２】
まず、第１昇降ユニット１０２３ａ（第２昇降ユニット１０２３ｂ）が駆動されることにより、図１６（Ｂ）に示すように第１造形ステージ１０２２ａ（第２造形ステージ１０２２ｂ）が所定の層厚分下降する。次に、図１６（Ｃ）に示すように、第１回転モータ３８ａが駆動されることにより、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが回転する。これらの回転方向は、図１６において第１供給ローラ１３ａは時計回り、第１ならしローラ１４ａは反時計回りである。これらの第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが回転することにより、その第１供給ローラ１３ａの回転力及び粉体２００の自重により、第１供給ユニット１０ａの第１供給ボックス１１ａの第１堆積板１２ａ上に堆積された粉体２００が、第１供給ボックス１１ａの側壁の下端と第１供給ローラ１３ａの表面との隙間を介して流れ落ちる。
【０１２３】
このように、第１造形ステージ１０２２ａがＹ方向（図上、右方向）に移動しているときに、第１堆積面１２ａから粉体２００が少なくともその自重を利用して造形ステージ２２上に供給される。
【０１２４】
また、移動機構２６の駆動により、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａの回転が開始されるタイミングとほぼ同時、またはそのタイミングから所定時間経過後に、造形ユニット２０がインクジェットヘッド３２側へ向かって移動を開始する。第１造形ユニット１０２０ａが移動している途中においても第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａは回転し続け、粉体２００が造形箱２１内に供給され続ける。
【０１２５】
図１７（Ａ）に示すように、第１造形ユニット１０２０ａの移動により第１造形箱１０２１ａ上に第１ならしローラ１４ａが来ると、粉体２００の表面が均一にならされる。これにより、１層分の第１粉体層３１０ａが、第１造形ステージ１０２２ａ上に堆積される。
【０１２６】
次に、第１造形ユニット１０２０ａの移動により、第１造形箱１０２１ａが所定の位置まで移動すると、インクジェットヘッド３２が、ヘッドスキャンコントローラの制御に応じてインクの吐出を開始する。これにより、造形ステージ２２上に堆積された１層分の第１粉体層３１０ａの所定の選択領域が硬化された第１硬化層３１０が形成される。
【０１２７】
移動している第１造形箱１０２１ａの後端部（左端部）が、第１ならしローラ１４ａの下部付近を過ぎると、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが停止する。これにより、第１造形箱１０２１ａへの粉体２００の供給が停止する。
【０１２８】
そして、インクジェットヘッド３２は、粉体層の所定の選択領域のすべてにインクを供給すると、その吐出を停止する。なお、第１造形ステージ１０２２ａ上への粉体２００の供給工程とインク吐出工程とは実質的に同時になる場合もある。
【０１２９】
さらに第１造形ユニット１０２０ａがＹ方向（図上右方向）に移動し続けると、図１７（Ｂ）に示すように、第１造形箱１０２１ａが第２ヒータ４０ｂの直下位置まで移動する。ここで、第１造形ステージ１０２２ａ上の１層分の第１硬化層３１０が第２ヒータ４０ｂにより加熱される。加熱温度は、例えば１００〜２００℃であるが、この範囲に限られない。この加熱処理により、第１硬化層の硬化された領域の粉体２００の硬度が増し、焼き固められる。ヘッドから吐出されるインクによる粉体粒子同士の結合力が不十分で、造形物の硬度が足りない場合、このような第２ヒータ４０ｂの加熱により所望の硬度を得ることができる。
【０１３０】
次に、第１昇降ユニット１０２３ａが駆動されることにより、図１７（Ｃ）に示すように第１造形ステージ１０２２ａが所定の層厚分下降する。次に、図１８（Ａ）に示すように、第２回転モータ３８ｂが駆動されることにより、第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂが回転する。これらの回転方向は、図１８において第２供給ローラ１３ｂは反時計回り、第２ならしローラ１４ｂは時計回りである。これらの第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂが回転することにより、その第２供給ローラ１３ｂの回転力及び粉体２００の自重により、第２供給ユニット１０ｂの第２供給ボックス１１ｂの第２堆積板１２ｂ上に堆積された粉体２００が、第２供給ボックス１１ｂの側壁の下端と第２供給ローラ１３ｂの表面との隙間を介して流れ落ちる。
【０１３１】
このように、第１造形ステージ１０２２ａ及び第２造形ステージ１０２２ｂがＹ方向の負方向（図上左方向）に移動しているときに、第２堆積面１２ｂから粉体２００が少なくともその自重を利用して第１造形ステージ１０２２ａ上、第２造形ステージ１０２２ｂ上に連続して供給される。
【０１３２】
また、移動機構２６の駆動により、第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂの回転が開始されるタイミングとほぼ同時、またはそのタイミングから所定時間経過後に、第１造形ユニット１０２０ａ、第２造形ユニット１０２０ｂがインクジェットヘッド３２側へ向かって移動を開始する。第１造形ユニット１０２０ａ、第２造形ユニット１０２０ｂが移動している途中においても第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂは回転し続け、粉体２００が第１造形箱１０２１ａ、第２造形箱１０２１ｂ内に供給され続ける。
【０１３３】
図１８（Ｂ）に示すように、第１造形ユニット１０２０ａの移動により第２造形箱１０２１ａ上に第２ならしローラ１４ｂが来ると、粉体２００の表面が均一にならされる。これにより、第２粉体層３１１ａが、第１造形ステージ１０２２ａ上に堆積される。続いて、図１８（Ｃ）に示されるように、第１粉体層４１０ａが、第２造形ステージ１０２２ｂ上に堆積される。
【０１３４】
第１造形ユニット１０２０ａの移動により、第１造形箱１０２１ａが所定の位置まで移動すると、インクジェットヘッド３２が、ヘッドスキャンコントローラの制御に応じてインクの吐出を開始する。これにより、第１造形ステージ１０２２ａ上に堆積された第２粉体層３１１ａの所定の選択領域が硬化された第２硬化層３１１が形成される。続いて、インクの吐出により、第２造形ステージ１０２２ｂ上に堆積された第１粉体層４１０ａの所定の選択領域が硬化された第１硬化層４１０が形成される。
【０１３５】
移動している第２造形箱１０２１ｂの後端部（右端部）が、第２ならしローラ１４ｂの下部付近を過ぎると、第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂが停止する。これにより、第１造形箱１０２１ａ及び第２造形箱１０２１ｂへの粉体２００の供給が停止する。
【０１３６】
そして、インクジェットヘッド３２は、粉体層の所定の選択領域のすべてにインクを供給すると、その吐出を停止する。
【０１３７】
さらに第１造形ユニット１０２０ａ及び第２造形ユニット１０２０ｂが負のＹ方向（図上左方向）に移動し続け、図１９（Ａ）に示すように、第１造形箱１０２１ａ及び第２造形箱１０２１ｂが第１ヒータ４０ａの直下位置まで移動する。ここで、第１造形ステージ１０２２ａ上の第２硬化層３１１及び第２造形ステージ１０２２ｂ上の第１硬化層４１０が、第１ヒータ４０ａにより加熱される。加熱温度は、例えば１００〜２００℃であるが、この範囲に限られない。この加熱処理により、第２硬化層３１１の硬化した領域の粉体２００、第１硬化層４１０の硬化した領域の粉体２００の硬度が増し、焼き固められる。ヘッドから吐出されるインクによる粉体粒子同士の結合力が不十分で、造形物の硬度が足りない場合、このような第１ヒータ４０ａの加熱により所望の硬度を得ることができる。
【０１３８】
次に、第１昇降ユニット１０２３ａ及び第２昇降ユニット１０２３ｂが駆動されることにより、図１９（Ｂ）に示すように第１造形ステージ１０２２ａ及び第２造形ステージ１０２２ｂが所定の層厚分下降する。次に、第１回転モータ３８ａが駆動されることにより、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが回転する。これらの回転方向は、図１９において時計回りである。これらの第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが回転することにより、その第１供給ローラ１３ａの回転力及び粉体２００の自重により、第１供給ユニット１０ａの第１供給ボックス１１ａの第１堆積板１２ａ上に堆積された粉体２００が、第１供給ボックス１１ａの側壁の下端と第１供給ローラ１３ａの表面との隙間を介して流れ落ちる。図１９（Ｃ）に示すように、流れおちた粉体２００は、第２造形ステージ１０２２ｂ上の第１硬化層４１０上に第２粉体層４１１ａとして堆積され、第１造形ステージ１０２２ａ上の第２硬化層３１１上に第３粉体層３１２ａとして堆積される。
【０１３９】
移動機構２６の駆動により、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａの回転が開始されるタイミングとほぼ同時、またはそのタイミングから所定時間経過後に、第１造形ユニット１０２０ａ及び第２造形ユニット１０２０ｂがインクジェットヘッド３２側へ向かって移動を開始する。第１造形ユニット１０２０ａ及び第２造形ユニット１０２０ｂが移動している途中においても第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａは回転し続け、粉体２００が第１造形箱１０２１ａ及び第２造形箱１０２１ｂ内に供給され続ける。
【０１４０】
第１造形ユニット１０２０ａ及び第２造形ユニット１０２０ｂの移動により第１造形箱１０２１ａ上及び第２造形箱１０２１ｂ上に第１ならしローラ１４ａが来ると、粉体２００の表面が均一にならされる。
【０１４１】
次に、第１造形ユニット１０２０ａ及び第２造形ユニット１０２０ｂの移動により、第１造形箱１０２１ａ及び第２造形箱１０２１ｂが所定の位置まで移動すると、インクジェットヘッド３２が、ヘッドスキャンコントローラの制御に応じてインクの吐出を開始する。これにより、第２造形ステージ１０２２ｂ上に堆積された第２粉体層４１１ａの所定の選択領域が硬化された第２硬化層４１１が形成される。続いて、インク吐出により、第１造形ステージ１０２２ａ上に堆積された第３粉体層３１２ａの所定の選択領域が硬化された第３硬化層３１２が形成される。
【０１４２】
移動している第１造形箱１０２１ａの後端部（左端部）が、第１ならしローラ１４ａの下部付近を過ぎると、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが停止する。これにより、第１造形箱１０２１ａへの粉体２００の供給が停止する。
【０１４３】
そして、インクジェットヘッド３２は、粉体層の所定の選択領域のすべてにインクを供給すると、その吐出を停止する。
【０１４４】
さらに造形ユニット２０がＹ方向（図上右方向）に移動し続け、図２０（Ａ）に示すように、第１造形箱１０２１ａ及び第２造形箱１０２１ｂが第２ヒータ４０ｂの直下位置まで移動する。ここで、第１造形ステージ１０２２ａ上の第３硬化層３１２及び第２造形ステージ１０２２ｂ上の第２硬化層４１１が第２ヒータ４０ｂにより加熱される。この加熱処理により、第３硬化層３１２の硬化した領域の粉体２００及び第２硬化層４１１の硬化した領域の粉体の硬度が増し、焼き固められる。
【０１４５】
次に、第２ヒータ４０ｂの直下位置まで戻った第１造形ステージ１０２２ａ及び第２造形ステージ１０２２ｂは、第１昇降ユニット１０２３ａ及び第２昇降ユニット１０２３ｂが駆動されることにより、所定の層厚分下降する。そして、上述と同様に、第１造形ユニット１０２０ａ及び第２造形ユニット１０２０ｂを負のＹ方向（図上左方向）に移動させ、供給ボックスからの粉体供給、インク吐出、ヒータによる加熱といった一連の処理が行われる。これにより、図２０（Ｂ）に示すように第１造形ステージ１０２２ａ上に最終層である第４硬化層３１３が形成され、第２造形ステージ１０２２ｂ上に第３硬化層４１２が形成される。
【０１４６】
次に、第１ヒータ４０ａの直下位置まで戻った第２造形ステージ１０２２ｂは、第２昇降ユニット１０２３ｂが駆動されることにより、所定の層厚分下降する。そして、第２造形ユニット１０２０ｂをＹ方向（図上右方向）に移動させ、供給ボックスからの粉体供給、インク吐出、ヒータによる加熱といった一連の処理が行われ、図２０（Ｃ）に示すように、第２造形ステージ１０２２ｂ上に第４硬化層４１３が形成される。第２造形ステージ１０２２ｂが第２ヒータ４０ｂの直下に位置するとき、第１造形ステージ１０２２ａは第１ヒータ４０ａの直下に位置する。尚、第１造形ステージ１０２２ａ上の硬化層３１３の第１ヒータ４０ａによる加熱と第２造形ステージ１０２２ｂ上の硬化層４１３の第２ヒータ４０ｂによる加熱を同時に行っても良い。これにより、図１３（Ｂ）に示すように、第２造形ステージ１０２２ｂ上に最終層である第４硬化層４１３が形成される。尚、本実施形態では、４層目を最終層としたが、実際には、例えば３００〜５００層もしくはそれ以上であり、造形データの所望造形層数に至るまで一連の処理が繰り返される。
【０１４７】
加熱処理が終了すると、ホストコンピュータ５１は、対象物体に対応するすべての断層化画像の印刷が終了したか否かを判定する。終了の場合、造形物の周囲は未硬化の粉体層に覆われており、造形箱２１内の余分な粉体２００が除去され、造形物が完成する。そして、図２１（Ａ）に示すように、ホームポジションに第１造形ステージ１０２２ａ及び第２造形ステージ１０２２ｂが戻され、図２１（Ｂ）に示すように、人手または図示しないロボットにより、３次元造形装置１００から造形物３１５、４１５が取り出される。
【０１４８】
対象物体に対応するすべての断層化画像の印刷が終了していない場合、第１造形ユニット１０２０ａ（第２造形ユニット１０２０ｂ）は、第１ヒータ４０ａの直下位置又は第２ヒータ４０ｂの直下位置まで戻り、Ｙ方向又はＹ方向の負方向に移動して、粉体供給、インク吐出、ヒータによる加熱といった一連の処理が繰り返される。
【０１４９】
以上のように、造形ユニットを２つ設けてもよく、１つの３次元造形装置で同時に２つの同じ造形物を得ることができ、造形時間の短縮を実現することができる。尚、ここでは、各造形ユニットで形成される造形物が同じであるが、インクジェットヘッド３２からのインクの吐出を制御して、異なる形状の造形物を２つ形成するようにすることも可能である。
【０１５０】
[他の実施形態]
本発明に係る実施形態は、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が考えられる。図２２〜図２７を用いて他の実施形態について説明する。図２２〜図２４はそれぞれ他の３次元造形装置を示す模式図である。尚、上述の実施形態と同様の構成については同様の符号を付して説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
【０１５１】
上記実施形態では、第１ヒータ４０ａ及び第２ヒータ４０ｂが設けられる構成を示したが、図２２に示すように、ヒータ４０ａ及び４０ｂは必ずしも設けられていなくてもよい。ヒータ４０ａ及び４０ｂを備えていない３次元造形装置により得られた造形物を加熱する加熱装置が、３次元造形装置とは別個設けられていてもよい。
【０１５２】
第１実施形態においては、第１供給ボックス１１ａ、第２供給ボックス１１ｂそれぞれに貯留される粉体が同一材料であったが、図２３に示すように、第１供給ボックス１１ａ、第２供給ボックス１１ｂそれぞれに貯留される粉体２００ａ、２００ｂが異なる材料からなるものであってもよい。また、同じ材料であっても粒径が異なるものをそれぞれ貯留しても良い。
【０１５３】
上述の実施形態においては、２つの第１供給ボックス１１ａ、第２供給ボックス１１ｂそれぞれに貯留される造形材料は粉体であったが、これに限られるものではない。例えば、図２４に示すように、一方に粉体２００ｃ、他方に例えばＵＶ硬化樹脂などからなる液体２００ｄを貯留してもよい。液体２００ｄがヒータ以外の加熱機構、例えばレーザによる加熱で硬化する場合、第１実施形態における３次元造形装置１００の第１ヒータ４０ａの代わりに、レーザ発生器２０１を配置し、液体を貯留する方の第２供給ユニット１０ｂの第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂを除く構成とすればよい。すなわち、図２４に示すように、造形ユニット２０の移動方向に沿って、図面左側から順にレーザ発生器２０１、第１供給ユニット１０ａ、インクジェットヘッド３２、第２供給ユニット１０ｂ、第２ヒータ４０ｂを配置する。これにより、図面上右方向に造形ユニット２０が移動する際には、造形ステージ２２上に粉体２００ｃが供給されて粉体層が形成され、この粉体層はインクジェットヘッド３２から吐出されるインクにより硬化されて硬化層が形成される。更に第２ヒータ４０ｂで硬化層が加熱される。また、図面上左方向に造形ユニット２０が移動する際には、造形ステージ２２上に液体２００ｄが供給されて液体層が形成され、レーザ発生器２０１で液体層が硬化される。本実施形態のように造形材料として液体を用いる場合、供給機構を固定し、ステージを移動させて造形することは非常に有効である。なぜなら、液体材料の場合には、液体を貯留する供給機構が移動すると、液面が動くため、液体が供給機構外に飛び散るという不具合が生じるからである。
【０１５４】
第２実施形態においては、第１供給ボックス１１ａ、第２供給ボックス１１ｂそれぞれに貯留される粉体が同一材料であったが、図２５に示すように、第１供給ボックス１１ａ、第２供給ボックス１１ｂそれぞれに貯留される粉体２００ｅ、２００ｆが、異なる材料や粒径が異なる同じ材料であってもよい。
【０１５５】
第１実施形態においては、粉体供給機構である第１供給ユニット１０ａ及び第２供給ユニット１０ｂが、造形ステージ２２の上方に位置していたが、図２６に示すように、造形ステージ２２と同じ高さから粉体を供給する形態を有する粉体供給機構としてもよい。図２６に示すように、本実施形態における３次元造形装置では、第１供給ユニット１０ａのかわりに粉体が貯留された第１材料供給ボックス３００ａ及び第１材料供給ローラ３０１ａが、第２供給ユニット１０ｂのかわりに粉体が貯留された第２材料供給ボックス３００ｂ及び第２材料供給ローラ３０１ｂが、設けられる。第１材料供給ボックス３００ａ（第２材料供給ボックス３００ｂ）内には、図示しない昇降可能な第１材料供給ステージ（第２材料供給ステージ）が配置されている。この３次元造形装置における硬化層形成工程では、まず造形ステージ２２が所定量押し下げられる。次に、第１材料供給ボックス３００ａ（第２材料供給ボックス３００ｂ）の第１材料供給ステージ（第２材料供給ステージ）が所定量押し上げられる。第１材料供給ローラ３０１ａ（第２材料供給ローラ３０１ｂ）が回転して第１材料供給ボックス３００ａ（第２材料供給ボックス３００ｂ）に貯留されている粉体を造形箱２１側に押しやり、造形箱２１を粉体で満たすようにする。造形箱２１内に粉体材料が充填されると、第１材料供給ステージ（第２材料供給ステージ）が移動しインクジェットヘッド３２からのインク吐出が行われ、硬化層が形成される。このように、粉体供給機構を異ならせても良い。また、一方の粉体供給機構を第１実施形態の供給ユニットの如く造形ステージの上方におき、他方の粉体供給機構を本実施形態のように造形ステージと同じ高さから粉体を供給する形態としてもよい。
【０１５６】
第２実施形態においては、粉体供給機構である第１供給ユニット１０ａ及び第２供給ユニット１０ｂが、造形ステージ２２の上方に位置していたが、一方の粉体供給機構を、図２７に示すように、造形ステージ２２と同じ高さから粉体を供給する形態としてもよい。図２７に示すように、本実施形態における３次元造形装置では、第１供給ユニット１０ａのかわりに、粉体が貯留された材料供給ボックス３００及び第１材料供給ローラ３０１が設けられる。材料供給ボックス３００内には、図示しない昇降可能な材料供給ステージが配置されている。材料供給ボックス３００からの粉体供給は、図２６に示した材料供給ボックス３００ａ及び３００ｂらの粉体供給と同じである。このように、粉体供給機構を異ならせても良い。
【０１５７】
以上のように、他の実施形態においても、Ｙ軸に沿って造形ステージ２２が移動可能に設けられ、この移動方向に沿って２つの材料供給機構が配置されている。これにより、造形ステージ２２の１回の往復移動で２層を堆積することができ、材料供給機構を１つ設けた場合と比較して、造形時間を短縮することができる。
【符号の説明】
【０１５８】
１０ａ…第１供給ユニット
１０ｂ…第２供給ユニット
１１ａ…第１供給ボックス
１１ｂ…第２供給ボックス
２２…造形ステージ
２３…昇降ユニット
２６…移動機構
３２…インクジェットヘッド
１００、１１００…３次元造形装置
２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｅ、２００ｆ…粉体
２００ｄ…液体
２１５、３１５、４１５…造形物
１０２２ａ…第１造形ステージ
１０２２ｂ…第２造形ステージ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断面画像データの積層により３次元形状を形成する３次元造形装置、３次元造形物の製造方法及び３次元造形物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、この種の３次元造形装置は、ラピッドプロトタイピングと呼ばれる装置として知られており、業務用として広く使われている。３次元造形装置の主な方式として、光造形方式、シート積層造形方式、そして、粉体造形方式がある。
【０００３】
光造形方式は、光硬化型の樹脂に高出力レーザを照射して、断面形状を形成し、その積層によって３次元形状を造るものである。シート積層造形方式は、薄厚シートを層状に切り抜き、接着して積層して、３次元形状を造るものである。粉体造形方式は、粉体材料を層状に敷き詰めて、断面形状を作り、それを積層して３次元形状を造るものである。
【０００４】
粉体造形方式は、更に、粉体を溶融または焼結するものと、接着剤を使って粉体を固化させるものに大分される。後者は、石膏を主成分とする粉末に、印刷機等に用いられるインクジェットのヘッドを用いて、接着剤を吐出して固化させ、断面層を形成し、それを積層することによって３次元形状を造るものである。
【０００５】
インクジェットヘッドを利用した粉体造形方式では、インクジェットプリンタのヘッドが、石膏の粉体が敷き詰められたシート上であたかも印刷をするように移動しながら、粉体を結合させる結合剤溶液を吐出する。
【０００６】
このような粉体造形方式を採用した装置が開示されている。特許文献１では、その図１に示されるように、２つの粉末供給機構（２２ａ、２２ｂ）が設けられ、この粉末供給機構を移動させて粉末供給機構から連続的に造形ステージ（５０）上に粉末材料を供給して粉末層を形成する（例えば、特許文献１の段落［００２０］〜［００２８］、図１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３３４５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の装置においては、粉末供給機構を移動させるので、移動による振動で粉末が供給機構内で動き、粉末を供給する際に筋むらなどの不具合が発生しやすい。また、造形がすすむと、粉末供給機構内の粉末量が減ってくるので、移動に伴って内部の粉末が動きやすくなり、偏りが発生して、粉末の供給が更に不安定となる。このため、造形ステージ上に面内で均一な厚さで粉末層を形成することができないという問題がある。
【０００９】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、造形材料の供給機構の移動による振動に影響されることなく、均一な厚さの造形材料層を形成することができる３次元造形装置、３次元造形物の製造方法及び３次元造形物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る３次元造形装置は、ステージと、移動機構と、第１供給機構及び第２供給機構と、ヘッドとを具備する。
上記ステージには、造形材料が堆積される。
上記移動機構は、上記ステージを所定方向に移動させる。
上記第１供給機構及び第２供給機構は、上記移動機構によって移動する上記ステージ上に上記造形材料を供給し、上記所定方向に沿って配置される。
上記ヘッドは、上記第１供給機構及び上記第２供給機構の少なくとも一方の供給機構から供給される上記造形材料を硬化させることが可能な液剤を、上記ステージ上の上記造形材料に吐出する。
【００１１】
本発明では、ステージが移動機構により移動するので、第１供給機構及び第２供給機構が、ステージの移動方向に平行な方向で移動しなくても、造形材料の供給を行うことができる。従って、第１供給機構及び第２供給機構を固定することができ、第１供給機構及び第２供給機構の移動による振動がないため、第１供給機構及び第２供給機構からの造形材料の供給を、供給量一定の状態で安定して行うことができ、面内均一の厚さで造形材料をステージ上に堆積することができる。また、ステージの移動方向に沿って２つの第１供給機構及び第２供給機構を設けているので、１回のステージの往復移動で、第１供給機構から供給された造形材料からなる堆積層と第２供給機構から供給された造形材料からなる堆積層の計２層を形成することができる。従って、１つの供給機構を設けた３次元造形装置と比較して、造形時間を短縮することができる。
【００１２】
上記ヘッドは、上記液剤を、上記移動機構によって移動する上記ステージ上の上記造形材料に吐出してもよい。
【００１３】
ステージが移動機構により移動するので、ヘッドを、ステージの移動方向に平行な方向で移動しなくても、液剤の吐出を行うことができる。従って、ヘッドを固定することができ、ヘッドの移動による振動がないため、ステージ上の造形材料への溶材の吐出を、吐出量一定の状態で安定して行うことができ、面内均一の厚さで液剤を吐出することができる。
【００１４】
上記ヘッドは上記所定方向に沿って上記第１供給機構と上記第２供給機構との間に配置されていてもよい。
【００１５】
これにより、１つのヘッドから、第１供給機構から供給された造形材料及び第２供給機構から供給された造形材料それぞれへの液剤吐出が可能となる。
【００１６】
第１供給機構及び第２供給機構の少なくとも一方は、供給ボックスと、堆積面と、落下機構とを有していて良い。
上記供給ボックスは、上記造形材料を貯留することが可能であり、上記ステージの移動経路上にある上記ステージの上方側に配置される。
上記堆積面は、上記第１供給ボックス内で傾斜するように配置され、上記造形材料が堆積される。
上記落下機構は、上記ステージが移動しているときに、上記堆積面に堆積された上記造形材料を、上記造形材料の自重を利用して上記ステージ上に落下させる。
【００１７】
ステージが移動機構により移動しているときに、堆積面から造形材料が少なくともその自重を利用してステージ上に供給されるので、造形材料をステージ上に１層分積層させるための移動を、供給機構に行わせなくてもよい。つまり、供給機構は３次元造形装置に固定とすることができ、移動系の構造がシンプルとなる。
【００１８】
上記第１供給機構により供給される造形材料と上記第２供給機構により供給される造形材料とは同じ材料であってもよい。
【００１９】
上記第１供給機構により供給される造形材料と上記第２供給機構により供給される造形材料とは異なる材料であってもよい。
【００２０】
上記第１供給機構により供給される造形材料と上記第２供給機構により供給される造形材料は粉体であってもよい。
【００２１】
上記ステージは複数設けられていても良い。
【００２２】
これにより、１つの３次元造形装置で同時に複数の造形物を形成することができる。
【００２３】
本発明に係る３次元造形物の製造方法では、所定方向にステージが移動させられる。
前記ステージを移動させている間に、前記所定方向に沿って配置された第１供給機構及び第２供給機構により、前記ステージ上に造形材料が供給される。
前記第１供給機構及び前記第２供給機構の少なくとも一方の供給機構から供給される前記造形材料を硬化させることが可能な液剤が、前記ステージ上の前記造形材料に吐出される。
また、本発明に係る３次元造形物は、上記製造方法により得られるものである。
【発明の効果】
【００２４】
以上、本発明によれば、造形材料供給機構の移動による振動に影響されることなく、ステージ上に均一な厚さの造形材料層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る３次元造形装置のを示す斜視図である。
【図２】図１の３次元造形装置の側面から見た斜視図である。
【図３】図１におけるＹ方向に平行な面で３次元造形装置のほぼ中央を切断したときの、３次元造形装置の内部構造を示す斜視図である。
【図４】図３を正面から見た図（断面図）である。
【図５】図１においてすべてのカバーが取り外された状態の３次元造形装置を示す斜視図である。
【図６】図５に示す３次元造形装置の平面図である。
【図７】図５に示す３次元造形装置からプリントベースプレートが取り外された３次元造形装置を示す斜視図である。
【図８】主に３次元造形装置の制御系を示すブロック図である。
【図９】第１実施形態に係る３次元造形装置の動作を順に示す断面図（その１）である。
【図１０】図９に示す動作に続く動作を順に示す断面図（その２）である。
【図１１】図１０に示す動作に続く動作を順に示す断面図（その３）である。
【図１２】図１１に示す動作に続く動作を順に示す断面図（その４）である。
【図１３】図１２に示す動作に続く動作を順に示す断面図（その５）である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る３次元造形装置におけるＹ方向に平行な面で３次元造形装置のほぼ中央を切断したときの、３次元造形装置の内部構造を示す斜視図である。
【図１５】図１４を正面から見た図（断面図）である。
【図１６】第２実施形態に係る３次元造形装置の動作を順に示す断面図（その１）である。
【図１７】図１６に示す動作に続く動作を順に示す断面図（その２）である。
【図１８】図１７に示す動作に続く動作を順に示す断面図（その３）である。
【図１９】図１８に示す動作に続く動作を順に示す断面図（その４）である。
【図２０】図１９に示す動作に続く動作を順に示す断面図（その５）である。
【図２１】図２０に示す動作に続く動作を順に示す断面図（その６）である。
【図２２】他の実施形態に係る３次元造形装置の概略図である。
【図２３】更に他の実施形態に係る３次元造形装置の概略図である。
【図２４】更に他の実施形態に係る３次元造形装置の概略図である。
【図２５】更に他の実施形態に係る３次元造形装置の概略図である。
【図２６】更に他の実施形態に係る３次元造形装置の概略図である。
【図２７】更に他の実施形態に係る３次元造形装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２７】
[第１の実施形態]
（３次元造形装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る３次元造形装置を示す図である。
【００２８】
３次元造形装置１００は、いくつかのカバーで構成されるほぼ直方体形状でなる筐体を備えている。筐体の上部はトップカバー１、トップカバー１を両側から挟むように右カバー１５及び左カバー１６により構成される。また、正面カバー４、中央カバー１７、両側面カバー５及び図１では現れない背面カバーが設けられている。トップカバー１には取っ手１ａが取り付けられ、トップカバー１を右カバー２及び左カバー３に対して取り外しが可能となっている。
【００２９】
図２（Ａ）及び（Ｂ）は、３次元造形装置１００の側面から見た斜視図である。図１及び図２に示すように、双方の側面カバー５には、形成された造形物を取り出すための取り出し口５ａが設けられ、取り出しカバー６がこの取り出し口５ａに開閉可能に設けられている。
【００３０】
図３は、例えば図１におけるＹ方向に平行な面で３次元造形装置１００のほぼ中央を切断したときの、３次元造形装置１００の内部構造を示す斜視図である。図４は、図３を正面から見た図（断面図）である。図５は、図１においてすべてのカバーが取り外された状態の３次元造形装置１００を示す斜視図である。
【００３１】
図５に示すように、３次元造形装置１００は、例えば４角にそれぞれ設けられた４つの支柱２８を備え、これらの支柱２８に、順に所定の間隔をおいてＺ軸方向に配置され接続された、ベースプレート９、プリントベースプレート８及びトッププレート７を備えている。これら３つのプレートの間には、複数の柱部材２９が適宜設けられている。
【００３２】
図６は、図５に示す３次元造形装置１００の平面図である。図７は、図５に示す３次元造形装置１００からプリントベースプレート８が取り外された３次元造形装置１００を示す斜視図である。図４〜図７に示すように、プリントベースプレート８上には、第１ヒータ４０ａ、第１供給機構としての第１供給ユニット１０ａ、ヘッドユニット３０、第２供給機構としての第２供給ユニット１０ｂ及び第２ヒータ４０ｂが、３次元造形装置１００の長手方向であるＹ方向に沿って順に配置されている。第１供給ユニット１０ａ（第２供給ユニット１０ｂ）は、造形材料としての粉体材料（以下、単に粉体という。）を第１造形ユニット１１ａ（第２造形ユニット１１ｂ）の第２造形箱１２ａ（第２造形箱１２ｂ）に供給する。
【００３３】
粉体としては、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、上記無機物を主成分とした、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。ポリビニルピロリドン等は、水分が加えられ、加熱されることにより、良好な接着性を示す。粉体の平均粒子径は、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。また、食塩や上記ポリビニルピロリドン等の食用の材料が用いられることにより、この材料が廃棄されても環境に悪影響を及ぼさない。
【００３４】
トッププレート７には、作業者または作業用ロボットが各第１供給ユニット１０ａ、第２供給ユニット１０ｂに粉体を供給するための材料の開口７ａ、７ｂが設けられている。また、トッププレート７には、その開口７ａ、７ｂに隣接し、開口７ａと開口７ｂとの間に、例えば作業者が、ヘッドユニット３０における後述するインクタンクユニット３３を出し入れするための出し入れ口７ｃが設けられている。
【００３５】
図６に示すように、プリントベースプレート８の、各第１供給ユニット１０ａ、第２供給ユニット１０ｂの下部に四角の穴８ａ、８ｂが形成されている。この穴８ａの形状や大きさは適宜設計することができる。例えば、後述するように粉体が第１造形箱２１ａ内、第２造形箱２１ｂ内に落下することが可能であれば、穴８ａ、８ｂの形状は、Ｙ方向に直交するＸ方向に長いスリット状であってもよい。
【００３６】
図４に示すように、プリントベースプレート８の、各第１ヒータ４０ａ、第２ヒータ４０ｂの下方側には、形成された造形物が取り出される取り出し口８ｃが設けられている。
【００３７】
プリントベースプレート８の下部には、粉体による造形物が形成される造形ユニット２０が配置されている。造形ユニット２０は、第１供給ユニット１０ａ、第２供給ユニット１０ｂから供給された粉体を貯留する造形箱２１、この造形箱２１内に配置された、粉体が堆積される造形ステージ２２を有する。また、造形ユニット２０は、これら造形箱２１及び造形ステージ２２を支持し、造形箱２１内で造形ステージ２２を昇降させる昇降ユニット（昇降機構）２３を有する。
【００３８】
第１供給ユニット１０ａ（第２供給ユニット１０ｂ）は、粉体を貯留することが可能な第１供給ボックス１１ａ（第２供給ボックス１１ｂ）、第１供給ボックス１１ａ内で傾斜して配置された第１堆積板１２ａ（第２堆積板１２ｂ）、この第１堆積板１２ａ（第２堆積板１２ｂ）の下端部に配置された落下機構としての第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）を有する。第１供給ボックス１１ａ（第２供給ボックス１１ｂ）の上部は、トッププレート７の開口７ａ（開口７ｂ）に面した開口部を有し、第１供給ボックス１１ａ（第２供給ボックス１１ｂ）は、例えば立方体に近い形状を有している。第１堆積板１２ａは、例えば水平面（Ｘ−Ｙ平面）から４０〜５０度程度に傾斜し、かつ、粉体が堆積される面となる堆積面（上面）が、ヘッドユニット３０側に向くように、つまりＹ方向の正の方向に向くように配置されている。第２堆積板１２ｂは、例えば水平面（Ｘ−Ｙ平面）から４０〜５０度程度に傾斜し、かつ、粉体が堆積される面となる堆積面（上面）が、ヘッドユニット３０側に向くように、つまりＹ方向の負の方向に向くように配置されている。粉体は、第１堆積板１２ａ（第２堆積板１２ｂ）に堆積されることで、第１供給ボックス１１ａ（第２供給ボックス１１ｂ）内の三角柱状の領域に貯留される。
【００３９】
第１堆積板１２ａ（第２堆積板１２ｂ）の傾きは、４０〜５０度に限られず、後述するように、粉体が堆積面に摩擦により貼りつかずに造形ユニット２０の造形箱２１に流れ落ちるような角度に設定されていればよい。すなわち、第１堆積板１２ａ、第２堆積板１２ｂの傾きは、粉体の材料の種類、その形状、あるいは堆積面の材質等により適宜設定可能である。
【００４０】
第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）は、Ｘ方向に沿った回転軸を有し、少なくとも造形箱２１内のＸ方向で造形物が形成される範囲で、そのＸ方向に長い形状となっている。ヘッドユニット３０側の第１供給ボックス１１ａ（第２供給ボックス１１ｂ）の側壁は、その側壁の下端が第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）の表面上に所定の隙間をあけて位置するように配置されている。第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）が回転すると、第１供給ボックス１１ａ（第２供給ボックス１１ｂ）内に貯留された粉体がこの所定の隙間を介して、上記造形箱２１に供給される。また、この隙間は、第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）が回転しないで静止した状態では、第１堆積板１２ａ（第２堆積板１２ｂ）上の粉体が造形箱２１内に落ちない程度のわずかな隙間とされる。
【００４１】
第１供給ユニット１０ａ（第２供給ユニット１０ｂ）は、第１供給ボックス１１ａ（第２供給ボックス１１ｂ）及びヘッドユニット３０の間であって、第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）にＹ方向で並ぶように配置された第１ならしローラ１４ａ（第２ならしローラ１４ｂ）を備えている。第１ならしローラ１４ａ（第２ならしローラ１４ｂ）は、回転することで、造形ステージ２２に貯留された粉体の表面を平面状にならす。これら第１供給ボックス１１ａ（第２供給ボックス１１ｂ）、第１堆積板１２ａ（第２堆積板１２ｂ）、第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）、第１ならしローラ１４ａ（第２ならしローラ１４ｂ）等は供給機構として機能する。第１ならしローラ１４ａ（第２ならしローラ１４ｂ）も第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）と同様に、少なくとも造形箱２１内のＸ方向で造形物が形成される範囲で、そのＸ方向に長い形状となっている。このように、本実施形態の３次元造形装置１００は、２つの供給機構を備えている。
【００４２】
ベースプレート９上には、図３に示すように、造形ユニット２０をＹ方向に移動させる移動機構２６が設けられている。造形箱２１の、ヘッドユニット３０側とは反対側には、余剰の粉体を回収する回収ボックスが配置され、回収ボックスは昇降ユニット２３上または造形箱２１の下部に取り付けられている。
【００４３】
昇降ユニット２３は、例えば図示しない、ラックアンドピニオン、ベルト駆動機構、電磁気的な作用により駆動するリニアモータ等により構成される。昇降ユニット２３の代わりに、例えば流体圧を利用する昇降シリンダが用いられてもよい。
【００４４】
図３及び図４に示すように、移動機構２６は、ベースプレート９上にＹ方向に延設されたガイドレール２５、このガイドレール２５に沿って昇降ユニット２３をＹ方向に移動させるための駆動機構を有する。駆動機構は、移動モータ、この移動モータにより駆動されるピニオンギア、このピニオンギアと噛み合うラックギア等を備える。移動モータは、造形ユニット２０の例えば昇降ユニット２３に取り付けられている。駆動機構は、ラックアンドピニオンに限られず、ボールネジ、ベルト駆動、または、電磁的に作用により駆動されるリニアモータ等の各種の機構を用いることができる。このような移動機構２６により、造形箱２１、造形ステージ２２、昇降ユニット２３及び回収ボックスが一体的にＹ方向に移動する。
【００４５】
移動機構２６による造形ユニット２０のＹ方向の移動経路上であって、その移動経路上にある造形ユニット２０の上方側に、第１ヒータ４０ａ、第１供給ユニット１０ａ、ヘッドユニット３０、第２供給ユニット１０ｂ、第２ヒータ４０ｂが配置される。
【００４６】
造形箱２１は、第１供給ボックス１１ａ及び第２供給ボックス１１ｂと実質的に同じフットプリントの大きさを有している。図６に示すように、プリントベースプレート８の、第１ならしローラ１４ａ及び第２ならしローラ１４ｂそれぞれが配置される位置には、第１ならしローラ１４ａ及び第２ならしローラ１４ｂそれぞれの表面の一部を、プリントベースプレート８から下方に露出させるための露出穴が設けられている。
【００４７】
図５及び図６に示すように、第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）及び第１ならしローラ１４ａ（第２ならしローラ１４ｂ）を駆動する駆動源として、第１回転モータ３８ａ（第２回転モータ３８ｂ）がプリントベースプレート８上に設けられている。第１回転モータ３８ａ（第２回転モータ３８ｂ）の駆動出力軸には伝達ギアが接続され、この伝達ギアに、第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）の回転軸及び第１ならしローラ１４ａ（第２ならしローラ１４ｂ）の回転軸にそれぞれ接続された２つのギアが所定のギア比で噛み合っている。伝達ギアによる、ギア及びに対するそれぞれのギア比は同じでもよいし異なっていてもよい。第１回転モータ３８ａ（第２回転モータ３８ｂ）の駆動により伝達ギアが回転し、その回転力が２つのギアに伝達され、第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）及び第１ならしローラ１４ａ（第２ならしローラ１４ｂ）が同じ方向に回転する。このように、１つの駆動源により第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）及び第１ならしローラ１４ａ（第２ならしローラ１４ｂ）が駆動されるので、３次元造形装置１００の小型化を実現することができる。また、コストも削減することができる。
【００４８】
図３に示すように、ヘッドユニット３０は、複数のインクタンク３１を搭載したインクタンクユニット３３、インクタンク３１に図示しないチューブを介して接続されたインクジェットヘッド３２を有する。インクジェットヘッド３２は、インクタンク３１に貯留されたインクを造形ステージ２２上の粉体に吐出する。図６等に示すように、インクジェットヘッド３２はプリントベースプレート８に設置された支持台３７に固定され、インクタンクユニット３３はその支持台３７上に設置される。
【００４９】
インクジェットヘッド３２は、例えば図７に示すようにＸ方向に長いライン型ヘッドが用いられる。そのＸ方向のインクの吐出幅は、少なくとも造形ステージ２２上のＸ方向で造形物が形成される範囲で設計される。インクジェットの発生機構としては、ピエゾ型やサーマル型が挙げられ、公知の吐出原理が用いられればよい。
【００５０】
インク（液剤）としては、例えばシアン、マゼンダ及びイエローの各色（以下ＣＭＹ）のカラーインクが用いられてもよいし、これらのカラーインクに加えて、黒、白、無色等のインクが用いられてもよい。特に、黒、白または無色のインクタンク３１は、粉体自体の色に応じて適宜設置されればよい。本実施形態では、例えばインク中の水分により粉体が硬化するような、インク及び粉体の各材料が選定される。粉体が白である場合であって、造形物に白色を着色したい（白色を残したい）場合には、その残したい箇所に、無色のインクか、または白色のインクが吐出される。
【００５１】
また、インクの材料としては、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、粉体の材料に応じて油性であってもよい。無色インクには、例えば、純水とエチルアルコールを重量比で１対１で混合したもの、純水にグリセリンを重量比５％〜２０％程度混合したもの、これらの混合物にさらに微量の界面活性剤を混合したものが用いられる。
【００５２】
あるいは、インクの材料として、色付けを主目的とするものに限られず、例えば粉体粒子同士を結合するための結合剤を含む薬液であってもよい。
【００５３】
第１ヒータ４０ａ（第２ヒータ４０ｂ）は、例えば第１赤外線ランプ４１ａ（第２赤外線ランプ４１ｂ）及び第１リフレクタ４２ａ（第２リフレクタ４２ｂ）を備える。第１赤外線ランプ４１ａ（第２赤外線ランプ４１ｂ）による加熱に限られず、電熱線、または後述する赤外線レーザであってもよい。
【００５４】
（制御系）
図８は、主に上述した３次元造形装置１００の制御系を示すブロック図である。
【００５５】
この制御系は、ホストコンピュータ５１、メモリ５２、画像処理コンピュータ９０、造形箱移動モータコントローラ５４、造形ステージコントローラ５３、第１ローラ回転モータコントローラ５５ａ、第２ローラ回転モータコントローラ５５ｂ、プリントヘッドコントローラ５８、第１ヒータコントローラ５７ａ、第２ヒータコントローラ５７ｂを備える。
【００５６】
ホストコンピュータ５１は、上記メモリ５２及び各種コントローラの駆動を統括的に制御する。メモリ５２は、ホストコンピュータ５１に接続され、揮発性または不揮発性のどちらでもよい。
【００５７】
画像処理コンピュータ９０は、後述するように造形の対象物体の断層化画像として、例えばＣＴ（Computed Tomography）の画像データ５９を取り込む。このＣＴ画像データ５９についてＢＭＰ（ビットマップ）形式またはその他の形式に変換する等の画像処理を実行する。画像処理コンピュータ９０は、典型的には３次元造形装置１００とは別体のコンピュータであり、ホストコンピュータ５１に例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）により接続され、記憶された画像処理後の画像データをホストコンピュータ５１に送信する。
【００５８】
ＣＴとは、Ｘ線を用いたＣＴに限られず、ＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission CT）、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）等を含む広義のＣＴを意味する。
【００５９】
ホストコンピュータ５１と画像処理コンピュータ９０の接続形態は、ＵＳＢに限られず、ＳＣＳＩ（Small Computer System Interface）、その他の形態でもよい。また、有線及び無線のどちらでもよい。なお、画像処理コンピュータ９０は、３次元造形装置１００内に搭載された画像処理用のデバイスであってもよい。また、画像処理コンピュータ９０が３次元造形装置１００と別体の装置である場合、画像処理コンピュータ９０は、ＣＴ装置であってもよい。
【００６０】
造形ステージコントローラ５３は、インクジェットヘッド３２による粉体２００へのインク印刷時に、後述するように造形ステージ２２を所定の高さ単位で下降させていくために、昇降ユニットの昇降駆動量を制御する。
【００６１】
造形箱移動モータコントローラ５４は、移動機構２６の移動モータ３８の駆動を制御することにより、造形ユニット２０の移動の開始、停止及び移動速度等を制御する。
【００６２】
第１ローラ回転モータコントローラ５５ａ（第２ローラ回転モータコントローラ５５ｂ）は、第１回転モータ３８ａ（第２回転モータ３８ｂ）の駆動を制御することにより、第１供給ローラ１３ａ（第２供給ローラ１３ｂ）及び第１ならしローラ１４ａ（第２ならしローラ１４ｂ）の回転の開始、停止及び回転速度等を制御する。
【００６３】
プリントヘッドコントローラ５８は、インクの吐出量を制御するために、インクジェットヘッド３２内のインクジェットの発生機構に駆動信号を出力する。
【００６４】
第１ヒータコントローラ５７ａ（第２ヒータコントローラ５７ｂ）は、第１ヒータ４０ａ（第２ヒータ４０ｂ）による加熱の開始、停止、加熱温度及び加熱時間等を制御する。
【００６５】
上記ホストコンピュータ５１、画像処理コンピュータ９０、造形ステージコントローラ５３、第１ローラ回転モータコントローラ５５ａ、第２ローラ回転モータコントローラ５５ｂ、造形箱移動モータコントローラ５４、第１ヒータコントローラ５７ａ、第２ヒータコントローラ５７ｂは、例えば次のようなハードウェア、または、そのハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより実現されればよい。そのハードウェアは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、あるいはこれらに類するものが用いられる。
【００６６】
メモリ５２は、固体（半導体、誘電体または磁気抵抗）メモリのほか、磁気ディスク、光ディスク等の記憶デバイスでもよい。
【００６７】
（３次元造形装置１００の動作）
以上のように構成された３次元造形装置１００（及び画像処理コンピュータ９０）の動作について説明する。図９〜図１３は、その動作を摸式的に示す概略断面図である。本実施形態においては、第１供給ユニット１０ａの第１供給ボックス１１ａ内に貯留される粉体材料と第２供給ユニット１０ｂの第２供給ボックス１１ｂ内に貯留される粉体材料とを同一の材料とした。
【００６８】
画像処理コンピュータ９０により、ＣＴ画像データが読み込まれる。造形の対象となる物体は、医療分野では生物体、特に人体である。医療分野に限られず、建築分野、機械工学分野等、医療分野以外のＣＴ画像データを扱うことも可能である。
【００６９】
まず、作業者が、画像処理コンピュータ９０またはホストコンピュータ５１を操作して、造形対象のファイル、つまり、例えば１つの対象物体に対応するＣＴ画像データ群を選択する。
【００７０】
画像処理コンピュータ９０は、選択されたＣＴ画像の輝度情報に基づいて、その輝度に関して２値化処理、あるいは３値化以上の処理を実行してもよい。その場合、画像処理コンピュータ９０は、その２値化以上の多値化処理が実行された画像に対して、その多値化に対応した段階的な各輝度に対応した着色処理を実行してもよい。このような多値化処理やそれら各輝度に応じた着色処理により、３次元造形装置１００は内部まで色分けされた、あるいは内部までカラー化された造形物を造ることができる。
【００７１】
ホストコンピュータ５１は、画像処理コンピュータ９０からＣＴ画像データ群、または、上記のように画像処理（多値化処理、着色処理等）が実行された画像データ群を取り込む。以下、説明の便宜上、ＣＴ画像データ及び画像処理された画像データを、包括的に「断層化画像データ」という。
【００７２】
次に、作業者は、例えば画像処理コンピュータ９０を操作することにより、その断層化画像データの断層ごとの厚みを指定する。この断層化画像データの断層の厚みは、後述するように、造形ステージ２２上で粉体２００に印刷処理が実行されるときの、粉体２００の１層分の厚みとなる。
【００７３】
この粉体２００の１層分の厚みは、元の断層化画像データの断層ごとの厚みより小さくてもよいし、大きくてもよい。例えば元の断層化画像データの断層ごとの厚みが１ｍｍである場合に、粉体２００の１層分の厚みが０．１ｍｍに設定されてもよい。この場合、３次元造形装置１００は、同じ１つの断層化画像データに応じて、粉体２００の１０層分（０．１ｍｍ×１０）にそれぞれ同じ画像を印刷すればよい。あるいは、粉体２００の１層分の厚みは、元の断層化画像データの断層ごとの厚みと同じに設定されてもよい。
【００７４】
次に、例えば作業者が図示しないスタートボタンを押すと、３次元造形装置１００は動作を開始する。
【００７５】
図９（Ａ）に示すように、造形ユニット２０の造形ステージ２２には、粉体が供給されていない状態となっており、この状態から、硬化層を１層形成する工程が開始される。
【００７６】
まず、昇降ユニット２３が駆動されることにより、図９（Ｂ）に示すように造形ステージ２２が所定の層厚分下降する。次に、図９（Ｃ）に示すように、第１回転モータ３８ａが駆動されることにより、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが回転する。これらの回転方向は、図９において第１供給ローラ１３ａは時計回り、第１ならしローラ１４ａは反時計回りである。これらの第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが回転することにより、その第１供給ローラ１３ａの回転力及び粉体２００の自重により、第１供給ユニット１０ａの第１供給ボックス１１ａの第１堆積板１２ａ上に堆積された粉体２００が、第１供給ボックス１１ａの側壁の下端と第１供給ローラ１３ａの表面との隙間を介して流れ落ちる。
【００７７】
このように、造形ステージ２２がＹ方向（図上、右方向）に移動しているときに、堆積面から粉体２００が少なくともその自重を利用して造形ステージ２２上に供給される。したがって、粉体２００を造形ステージ２２上に１層分積層させるための、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａの移動を必要としない。つまり、第１供給ユニット１０ａを３次元造形装置１００に固定することができ、移動系の構造がシンプルとなる。
【００７８】
また、移動機構２６の駆動により、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａの回転が開始されるタイミングとほぼ同時、またはそのタイミングから所定時間経過後に、造形ユニット２０がインクジェットヘッド３２側へ向かって移動を開始する。造形ユニット２０が移動している途中においても第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａは回転し続け、粉体２００が造形箱２１内に供給され続ける。
【００７９】
図１０（Ａ）に示すように、造形ユニット２０の移動により造形箱２１上に第１ならしローラ１４ａが来ると、粉体２００の表面が均一にならされる。これにより、１層分の第１粉体層２１０ａが、造形ステージ２２上に堆積される。この１層分の厚みｕが、上記したように例えば０．１ｍｍとされる。
【００８０】
次に、造形ユニット２０の移動により、造形箱２１が所定の位置まで移動すると、インクジェットヘッド３２が、プリントヘッドコントローラ５８の制御に応じてインクの吐出を開始する。これにより、造形ステージ２２上に堆積された１層分の第１粉体層２１０ａの所定の選択領域が硬化された第１硬化層２１０が形成される。粉体粒子同士の結合を可能にするための、粉体２００の材料及びインクの種類が適宜選択されることにより、硬化層を形成することができる。市販されている水性インクは、例えば塩化ナトリウムを主成分として含む粉体２００、粉体２００を硬化させるための液剤となり得る。また、粉体２００の材料によっては、例えば粉体２００が上記した有機物との共重合体の場合は、水がその粉体２００の材料を硬化させるための液剤となる。
【００８１】
移動している造形箱２１の後端部（左端部）が、第１ならしローラ１４ａの下部付近を過ぎると、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが停止する。これにより、造形箱２１への粉体２００の供給が停止する。
【００８２】
また、造形ユニット２０が移動を続けることにより、造形箱２１からこぼれ落ちる余剰の粉体２００が回収ボックスに回収される。これにより、回収された粉体２００を再利用することができる。
【００８３】
そして、インクジェットヘッド３２は、粉体層の所定の選択領域のすべてにインクを供給すると、その吐出を停止する。なお、造形ステージ２２上への粉体２００の供給工程とインク吐出工程とは実質的に同時になる場合もある。
【００８４】
さらに造形ユニット２０がＹ方向（図上右方向）に移動し続けると、図１０（Ｂ）に示すように、造形箱２１が第２ヒータ４０ｂの直下位置まで移動する。ここで、造形ステージ２２上の１層分の第１硬化層２１０がヒータ４０により加熱される。加熱温度は、例えば１００〜２００℃であるが、この範囲に限られない。この加熱処理により、第１硬化層の硬化された領域の粉体２００の硬度が増し、焼き固められる。ヘッドから吐出されるインクによる粉体粒子同士の結合力が不十分で、造形物の硬度が足りない場合、このような第２ヒータ４０ｂの加熱により所望の硬度を得ることができる。
【００８５】
次に、昇降ユニット２３が駆動されることにより、図１０（Ｃ）に示すように造形ステージ２２が所定の層厚分下降する。次に、図１１（Ａ）に示すように、第２回転モータ３８ｂが駆動されることにより、第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂが回転する。これらの回転方向は、図１１において第２供給ローラ１３ｂは反時計回り、第２ならしローラ１４ｂは時計回りである。これらの第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂが回転することにより、その第２供給ローラ１３ｂの回転力及び粉体２００の自重により、第２供給ユニット１０ｂの第２供給ボックス１１ｂの第２堆積板１２ｂ上に堆積された粉体２００が、第２供給ボックス１１ｂの側壁の下端と第２供給ローラ１３ｂの表面との隙間を介して流れ落ちる。
【００８６】
このように、造形ステージ２２がＹ方向の負方向（図上左方向）に移動しているときに、堆積面から粉体２００が少なくともその自重を利用して造形ステージ２２上に供給される。したがって、粉体２００を造形ステージ２２上に１層分積層させるための、第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂの移動を必要としない。つまり、第２供給ユニット１０ｂを３次元造形装置１００に固定することができ、移動系の構造がシンプルとなる。
【００８７】
また、移動機構２６の駆動により、第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂの回転が開始されるタイミングとほぼ同時、またはそのタイミングから所定時間経過後に、造形ユニット２０がインクジェットヘッド３２側へ向かって移動を開始する。造形ユニット２０が移動している途中においても第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂは回転し続け、粉体２００が造形箱２１内に供給され続ける。
【００８８】
図１１（Ｂ）に示すように、造形ユニット２０の移動により造形箱２１上に第２ならしローラ１４ｂが来ると、粉体２００の表面が均一にならされる。これにより、１層分の第２粉体層２１１ａが、造形ステージ２２上に堆積される。この１層分の厚みｕが、上記したように例えば０．１ｍｍとされる。
【００８９】
次に、造形ユニット２０の移動により、造形箱２１が所定の位置まで移動すると、インクジェットヘッド３２が、プリントヘッドコントローラ５８の制御に応じてインクの吐出を開始する。これにより、造形ステージ２２上に堆積された１層分の第２粉体層２１１ａの所定の選択領域が硬化された第２硬化層２１１が形成される。
【００９０】
移動している造形箱２１の後端部（右端部）が、第２ならしローラ１４ｂの下部付近を過ぎると、第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂが停止する。これにより、造形箱２１への粉体２００の供給が停止する。
【００９１】
また、造形ユニット２０が移動を続けることにより、造形箱２１からこぼれ落ちる余剰の粉体２００が回収ボックスに回収される。これにより、回収された粉体２００を再利用することができる。
【００９２】
そして、インクジェットヘッド３２は、粉体層の所定の選択領域のすべてにインクを供給すると、その吐出を停止する。なお、造形ステージ２２上への粉体２００の供給工程とインク吐出工程とは実質的に同時になる場合もある。
【００９３】
さらに造形ユニット２０がＹ方向の負方向（図上左方向）に移動し続けると、図１１（Ｃ）に示すように、造形箱２１が第１ヒータ４０ａの直下位置まで移動する。ここで、造形ステージ２２上の１層分の第２硬化層２１１が第１ヒータ４０ａにより加熱される。加熱温度は、例えば１００〜２００℃であるが、この範囲に限られない。この加熱処理により、第２硬化層２１１の硬化した領域の粉体２００の硬度が増し、焼き固められる。ヘッドから吐出されるインクによる粉体粒子同士の結合力が不十分で、造形物の硬度が足りない場合、このような第１ヒータ４０ａの加熱により所望の硬度を得ることができる。
【００９４】
次に、昇降ユニット２３が駆動されることにより、図１２（Ａ）に示すように造形ステージ２２が所定の層厚分下降する。次に、第２回転モータ３８ｂが駆動されることにより、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが回転する。これらの回転方向は、図１２において時計回りである。これらの第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが回転することにより、その第１供給ローラ１３ａの回転力及び粉体２００の自重により、第１供給ユニット１０ａの第１供給ボックス１１ａの第１堆積板１２ａ上に堆積された粉体２００が、第１供給ボックス１１ａの側壁の下端と第１供給ローラ１３ａの表面との隙間を介して流れ落ち、造形ステージ２２上の第２硬化層２１１上に第３粉体層２１２ａが堆積される。
【００９５】
このように、造形ステージ２２がのＹ方向（図上右方向）に移動しているときに、堆積面から粉体２００が少なくともその自重を利用して造形ステージ２２上に供給される。
【００９６】
また、移動機構２６の駆動により、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａの回転が開始されるタイミングとほぼ同時、またはそのタイミングから所定時間経過後に、造形ユニット２０がインクジェットヘッド３２側へ向かって移動を開始する。造形ユニット２０が移動している途中においても第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａは回転し続け、粉体２００が造形箱２１内に供給され続ける。
【００９７】
図１２（Ｂ）に示すように、造形ユニット２０の移動により造形箱２１上に第１ならしローラ１４ａが来ると、粉体２００の表面が均一にならされる。
【００９８】
次に、造形ユニット２０の移動により、造形箱２１が所定の位置まで移動すると、インクジェットヘッド３２が、ヘッドスキャンコントローラ５６の制御に応じてインクの吐出を開始する。これにより、造形ステージ２２上に堆積された１層分の第３粉体層２１２ａの所定の選択領域が硬化された第３硬化層２１２が形成される。
【００９９】
移動している造形箱２１の後端部（左端部）が、第１ならしローラ１４ａの下部付近を過ぎると、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが停止する。これにより、造形箱２１への粉体２００の供給が停止する。
【０１００】
また、造形ユニット２０が移動を続けることにより、造形箱２１からこぼれ落ちる余剰の粉体２００が回収ボックスに回収される。これにより、回収された粉体２００を再利用することができる。
【０１０１】
そして、インクジェットヘッド３２は、粉体層の所定の選択領域のすべてにインクを供給すると、その吐出を停止する。なお、造形ステージ２２上への粉体２００の供給工程とインク吐出工程とは実質的に同時になる場合もある。
【０１０２】
さらに造形ユニット２０がＹ方向（図上右方向）に移動し続けると、図１２（Ｃ）に示すように、造形箱２１が第２ヒータ４０ｂの直下位置まで移動する。ここで、造形ステージ２２上の第３硬化層２１２が第２ヒータ４０ｂにより加熱される。この加熱処理により、第３硬化層２１２の硬化した領域の粉体２００の硬度が増し、焼き固められる。
【０１０３】
次に、第２ヒータ４０ｂの直下位置まで戻った造形ステージ２２は、昇降ユニット２３が駆動されることにより、所定の層厚分下降する。そして、造形ユニット２０をＹ方向の負方向（図上左方向）に移動させ、供給ボックスからの粉体供給、インク吐出、ヒータによる加熱といった一連の処理が、上述と同様に行われる。これにより、図１３（Ａ）に示すように第４硬化層２１３が形成される。造形ユニット２０は第１ヒータ４０ａの直下に位置する。
【０１０４】
次に、第１ヒータ４０ａの直下位置まで戻った造形ステージ２２は、昇降ユニット２３が駆動されることにより、所定の層厚分下降する。そして、造形ユニット２０をＹ方向（図上右方向）に移動させ、供給ボックスからの粉体供給、インク吐出、ヒータによる加熱といった一連の処理が上述と同様に行われる。これにより、図１３（Ｂ）に示すように最終層である第５硬化層２１４が形成される。尚、本実施形態では、５層目を最終層としたが、実際には、例えば３００〜５００層もしくはそれ以上であり、造形データの所望造形層数に至るまで一連の処理が繰り返される。
【０１０５】
加熱処理が終了すると、ホストコンピュータ５１は、対象物体に対応するすべての断層化画像の印刷が終了したか否かを判定する。終了の場合、造形物の周囲は未硬化の粉体層に覆われており、造形箱２１内の余分な粉体２００が除去され、造形物が完成する。そして、図１３（Ｃ）に示すように、人手または図示しないロボットにより、３次元造形装置１００から造形物２１５が取り出される。
【０１０６】
対象物体に対応するすべての断層化画像の印刷が終了していない場合、造形ユニット２０は、第１供給ボックス１１ａの直下位置又は第２供給ボックス１１ｂの直下位置から、Ｙ方向又はＹ方向の負方向に移動し、粉体供給、インク吐出、ヒータによる加熱といった一連の処理が繰り返される。
【０１０７】
以上のように、本実施形態では、造形ユニット２０が移動機構２６により移動するので、供給ユニット１０及びインクジェットヘッド３２が、Ｙ方向に移動しなくても粉体２００の供給及びインクの吐出を行うことができる。つまり、粉体２００及びインクの供給のを、移動機構２６による造形ユニット２０の移動だけで行うことができ、移動系の構造がシンプルとなる。移動系とは、粉体２００の所定の層厚分の造形物を形成するために必要な、各部材を移動させるための機構である。
【０１０８】
本実施形態では、Ｙ軸に沿って造形ステージ２２が移動可能に設けられ、この移動方向に沿って２つの第１供給ボックス１１ａ及び第２供給ボックス１１ｂが配置されている。これにより、造形ステージ２２をＹ方向に移動させて第１供給ボックス１１ａから粉体を造形ステージ２２上に供給でき、造形ステージ２２をＹ方向の負方向に移動させて第２供給ボックス１１ｂから粉体を造形ステージ上２２に供給できる。従って、造形ステージ２２の１回の往復移動で２層の粉体層を堆積することができ、供給ボックスを１つ設けた場合と比較して、造形時間を短縮することができる。すなわち、造形箱を１つ設けた場合では、ホームポジションからＹ方向の正方向に造形ステージを移動させることにより粉体層を堆積させるが、次の粉体層を堆積するには、正方向に移動した造形ステージを負方向に移動させて再度ホームポジションに戻す必要がある。すなわち、造形ステージの往復移動において、往路でのみ粉体層の堆積が行われる。これに対し、本実施形態では、供給ボックスを２つ設けているので、造形ステージの移動における往路、復路それぞれで粉体層を堆積することができ、造形時間を大幅に短縮することができる。したがって、本実施形態に係る３次元造形装置１００は、製品の量産に適している。
【０１０９】
本実施形態では、造形時間の短縮が可能となることにより、インク乾燥による吐出不良の発生を防止できる。すなわち、供給ボックスを１つ設けた場合では、造形ステージの移動の復路ではインク吐出が行われないため、インク乾燥が生じやすく、インク吐出不良の原因となりやすい。これに対し、本実施形態では、造形ステージの移動の復路でもインク吐出が行われるので、インク乾燥を極力防止することができる。
【０１１０】
本実施形態では、粉体が貯留される供給ボックスを固定し、造形ステージを移動させることによって造形を行う。これにより、供給ボックスの移動による振動がないため、供給ボックスからの粉体の供給を、供給量一定の状態で安定して行うことができ、面内均一の厚さで粉体層を造形ステージ上に堆積することができる。造形ステージを固定し、粉体が供給される供給ボックスを移動させて粉体層を供給する場合、供給ボックスの移動による振動で、粉体供給量が不安定となり、造形ステージ上に堆積される粉体層の厚さが面内でばらつきやすい。これに対し、本実施形態では、供給ボックスは固定されているため、所望の量で安定して粉体供給を行うことができる。
【０１１１】
本実施形態において、移動機構２６による造形ユニット２０の移動速度は一定でよいが、途中で加速または減速されてもよい。
【０１１２】
本実施形態では、例えば食塩等を含む粉体材料により造形物が造られ、従来のように接着剤が含まれないインクにより印刷される。したがって、インクのコストを削減することができる。接着剤が用いられないので、接着剤がインクジェットヘッドの吐出口で固まる、という問題も解消することができ、吐出口の目詰まりを防止することができる。
【０１１３】
[第２の実施形態]
（３次元造形装置の構成）
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る３次元造形装置１１００を、Ｙ方向に平行な面で３次元造形装置のほぼ中央を切断したときの、３次元造形装置１１００の内部構造を示す斜視図である。図１５は、図１４を正面から見た図（断面図）である。第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付して説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
【０１１４】
本実施形態に係る３次元造形装置１１００は、第１実施形態における３次元造形装置１００と比較して、造形ユニットが１つではなく２つある点で大きく異なる。
【０１１５】
図１４及び図１５に示すように、３次元造形装置１１００は、２つの第１造形ユニット１０２０ａ及び第２造形ユニット１０２０ｂを備えている。第１造形ユニット１０２０ａ（第２造形ユニット１０２０ｂ）は、第１造形箱１０２１ａ（第２造形箱１０２１ｂ）、第１造形ステージ１０２２ａ（第２造形ステージ１０２２ｂ）を有する。第１造形ユニット１０２０ａ（第２造形ユニット１０２０ｂ）は、第１供給ユニット１０ａ、第２供給ユニット１０ｂから供給された粉体を貯留する。粉体が堆積される第１造形ステージ１０２２ａ（第２造形ステージ１０２２ｂ）は、第１造形箱１０２１ａ（第２造形箱１０２１ｂ）内に配置される。また、第１造形ユニット１０２０ａ（第２造形ユニット１０２０ｂ）は、第１昇降ユニット１０２３ａ（第２昇降ユニット１０２３ｂ）を有する。第１昇降ユニット１０２３ａ（第２昇降ユニット１０２３ｂ）は、第１造形箱１０２１ａ（第２造形箱１０２１ｂ）及び第１造形ステージ１０２２ａ（第２造形ステージ１０２２ｂ）を支持し、第１造形箱１０２１ａ（第２造形箱１０２１ｂ）内で第１造形ステージ１０２２ａ（第２造形ステージ１０２２ｂ）を昇降させる。
【０１１６】
（３次元造形装置１１００の動作）
以上のように構成された３次元造形装置１１００の一動作例について説明する。図１６〜図２１は、その動作を摸式的に示す概略断面図である。本実施形態においては、第１供給ユニット１０ａの第１供給ボックス１１ａ内に貯留される粉体材料と第２供給ユニット１０ｂの第２供給ボックス１１ｂ内に貯留される粉体材料とを同一の材料とした。
【０１１７】
まず、画像処理コンピュータにより、ＣＴ画像データが読み込まれる。造形の対象となる物体は、医療分野では生物体、特に人体である。医療分野に限られず、建築分野、機械工学分野等、医療分野以外のＣＴ画像データを扱うことも可能である。
【０１１８】
まず、作業者が、画像処理コンピュータまたはホストコンピュータを操作して、造形対象のファイル、つまり、例えば１つの対象物体に対応するＣＴ画像データ群を選択する。
【０１１９】
次に、作業者は、例えば画像処理コンピュータを操作することにより、その断層化画像データの断層ごとの厚みを指定する。この断層化画像データの断層の厚みは、造形ステージ２２上で粉体２００に印刷処理が実行されるときの、粉体２００の１層分の厚みとなる。
【０１２０】
次に、例えば作業者が図示しないスタートボタンを押すと、３次元造形装置１１００は動作を開始する。
【０１２１】
図１６（Ａ）に示すように、第１造形ユニット１０２０ａの第１造形ステージ１０２２ａ、第２造形ユニット１０２０ｂの第２造形ステージ１０２２ｂには、粉体がまだ供給されていない状態となっており、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１６（Ａ）において、第１造形ユニット１０２０ａ、第２造形ユニット１０２０ｂが示されている位置が、各造形ユニットのホームポジションとなる。
【０１２２】
まず、第１昇降ユニット１０２３ａ（第２昇降ユニット１０２３ｂ）が駆動されることにより、図１６（Ｂ）に示すように第１造形ステージ１０２２ａ（第２造形ステージ１０２２ｂ）が所定の層厚分下降する。次に、図１６（Ｃ）に示すように、第１回転モータ３８ａが駆動されることにより、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが回転する。これらの回転方向は、図１６において第１供給ローラ１３ａは時計回り、第１ならしローラ１４ａは反時計回りである。これらの第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが回転することにより、その第１供給ローラ１３ａの回転力及び粉体２００の自重により、第１供給ユニット１０ａの第１供給ボックス１１ａの第１堆積板１２ａ上に堆積された粉体２００が、第１供給ボックス１１ａの側壁の下端と第１供給ローラ１３ａの表面との隙間を介して流れ落ちる。
【０１２３】
このように、第１造形ステージ１０２２ａがＹ方向（図上、右方向）に移動しているときに、第１堆積面１２ａから粉体２００が少なくともその自重を利用して造形ステージ２２上に供給される。
【０１２４】
また、移動機構２６の駆動により、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａの回転が開始されるタイミングとほぼ同時、またはそのタイミングから所定時間経過後に、造形ユニット２０がインクジェットヘッド３２側へ向かって移動を開始する。第１造形ユニット１０２０ａが移動している途中においても第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａは回転し続け、粉体２００が造形箱２１内に供給され続ける。
【０１２５】
図１７（Ａ）に示すように、第１造形ユニット１０２０ａの移動により第１造形箱１０２１ａ上に第１ならしローラ１４ａが来ると、粉体２００の表面が均一にならされる。これにより、１層分の第１粉体層３１０ａが、第１造形ステージ１０２２ａ上に堆積される。
【０１２６】
次に、第１造形ユニット１０２０ａの移動により、第１造形箱１０２１ａが所定の位置まで移動すると、インクジェットヘッド３２が、ヘッドスキャンコントローラの制御に応じてインクの吐出を開始する。これにより、造形ステージ２２上に堆積された１層分の第１粉体層３１０ａの所定の選択領域が硬化された第１硬化層３１０が形成される。
【０１２７】
移動している第１造形箱１０２１ａの後端部（左端部）が、第１ならしローラ１４ａの下部付近を過ぎると、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが停止する。これにより、第１造形箱１０２１ａへの粉体２００の供給が停止する。
【０１２８】
そして、インクジェットヘッド３２は、粉体層の所定の選択領域のすべてにインクを供給すると、その吐出を停止する。なお、第１造形ステージ１０２２ａ上への粉体２００の供給工程とインク吐出工程とは実質的に同時になる場合もある。
【０１２９】
さらに第１造形ユニット１０２０ａがＹ方向（図上右方向）に移動し続けると、図１７（Ｂ）に示すように、第１造形箱１０２１ａが第２ヒータ４０ｂの直下位置まで移動する。ここで、第１造形ステージ１０２２ａ上の１層分の第１硬化層３１０が第２ヒータ４０ｂにより加熱される。加熱温度は、例えば１００〜２００℃であるが、この範囲に限られない。この加熱処理により、第１硬化層の硬化された領域の粉体２００の硬度が増し、焼き固められる。ヘッドから吐出されるインクによる粉体粒子同士の結合力が不十分で、造形物の硬度が足りない場合、このような第２ヒータ４０ｂの加熱により所望の硬度を得ることができる。
【０１３０】
次に、第１昇降ユニット１０２３ａが駆動されることにより、図１７（Ｃ）に示すように第１造形ステージ１０２２ａが所定の層厚分下降する。次に、図１８（Ａ）に示すように、第２回転モータ３８ｂが駆動されることにより、第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂが回転する。これらの回転方向は、図１８において第２供給ローラ１３ｂは反時計回り、第２ならしローラ１４ｂは時計回りである。これらの第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂが回転することにより、その第２供給ローラ１３ｂの回転力及び粉体２００の自重により、第２供給ユニット１０ｂの第２供給ボックス１１ｂの第２堆積板１２ｂ上に堆積された粉体２００が、第２供給ボックス１１ｂの側壁の下端と第２供給ローラ１３ｂの表面との隙間を介して流れ落ちる。
【０１３１】
このように、第１造形ステージ１０２２ａ及び第２造形ステージ１０２２ｂがＹ方向の負方向（図上左方向）に移動しているときに、第２堆積面１２ｂから粉体２００が少なくともその自重を利用して第１造形ステージ１０２２ａ上、第２造形ステージ１０２２ｂ上に連続して供給される。
【０１３２】
また、移動機構２６の駆動により、第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂの回転が開始されるタイミングとほぼ同時、またはそのタイミングから所定時間経過後に、第１造形ユニット１０２０ａ、第２造形ユニット１０２０ｂがインクジェットヘッド３２側へ向かって移動を開始する。第１造形ユニット１０２０ａ、第２造形ユニット１０２０ｂが移動している途中においても第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂは回転し続け、粉体２００が第１造形箱１０２１ａ、第２造形箱１０２１ｂ内に供給され続ける。
【０１３３】
図１８（Ｂ）に示すように、第１造形ユニット１０２０ａの移動により第２造形箱１０２１ａ上に第２ならしローラ１４ｂが来ると、粉体２００の表面が均一にならされる。これにより、第２粉体層３１１ａが、第１造形ステージ１０２２ａ上に堆積される。続いて、図１８（Ｃ）に示されるように、第１粉体層４１０ａが、第２造形ステージ１０２２ｂ上に堆積される。
【０１３４】
第１造形ユニット１０２０ａの移動により、第１造形箱１０２１ａが所定の位置まで移動すると、インクジェットヘッド３２が、ヘッドスキャンコントローラの制御に応じてインクの吐出を開始する。これにより、第１造形ステージ１０２２ａ上に堆積された第２粉体層３１１ａの所定の選択領域が硬化された第２硬化層３１１が形成される。続いて、インクの吐出により、第２造形ステージ１０２２ｂ上に堆積された第１粉体層４１０ａの所定の選択領域が硬化された第１硬化層４１０が形成される。
【０１３５】
移動している第２造形箱１０２１ｂの後端部（右端部）が、第２ならしローラ１４ｂの下部付近を過ぎると、第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂが停止する。これにより、第１造形箱１０２１ａ及び第２造形箱１０２１ｂへの粉体２００の供給が停止する。
【０１３６】
そして、インクジェットヘッド３２は、粉体層の所定の選択領域のすべてにインクを供給すると、その吐出を停止する。
【０１３７】
さらに第１造形ユニット１０２０ａ及び第２造形ユニット１０２０ｂが負のＹ方向（図上左方向）に移動し続け、図１９（Ａ）に示すように、第１造形箱１０２１ａ及び第２造形箱１０２１ｂが第１ヒータ４０ａの直下位置まで移動する。ここで、第１造形ステージ１０２２ａ上の第２硬化層３１１及び第２造形ステージ１０２２ｂ上の第１硬化層４１０が、第１ヒータ４０ａにより加熱される。加熱温度は、例えば１００〜２００℃であるが、この範囲に限られない。この加熱処理により、第２硬化層３１１の硬化した領域の粉体２００、第１硬化層４１０の硬化した領域の粉体２００の硬度が増し、焼き固められる。ヘッドから吐出されるインクによる粉体粒子同士の結合力が不十分で、造形物の硬度が足りない場合、このような第１ヒータ４０ａの加熱により所望の硬度を得ることができる。
【０１３８】
次に、第１昇降ユニット１０２３ａ及び第２昇降ユニット１０２３ｂが駆動されることにより、図１９（Ｂ）に示すように第１造形ステージ１０２２ａ及び第２造形ステージ１０２２ｂが所定の層厚分下降する。次に、第１回転モータ３８ａが駆動されることにより、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが回転する。これらの回転方向は、図１９において時計回りである。これらの第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが回転することにより、その第１供給ローラ１３ａの回転力及び粉体２００の自重により、第１供給ユニット１０ａの第１供給ボックス１１ａの第１堆積板１２ａ上に堆積された粉体２００が、第１供給ボックス１１ａの側壁の下端と第１供給ローラ１３ａの表面との隙間を介して流れ落ちる。図１９（Ｃ）に示すように、流れおちた粉体２００は、第２造形ステージ１０２２ｂ上の第１硬化層４１０上に第２粉体層４１１ａとして堆積され、第１造形ステージ１０２２ａ上の第２硬化層３１１上に第３粉体層３１２ａとして堆積される。
【０１３９】
移動機構２６の駆動により、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａの回転が開始されるタイミングとほぼ同時、またはそのタイミングから所定時間経過後に、第１造形ユニット１０２０ａ及び第２造形ユニット１０２０ｂがインクジェットヘッド３２側へ向かって移動を開始する。第１造形ユニット１０２０ａ及び第２造形ユニット１０２０ｂが移動している途中においても第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａは回転し続け、粉体２００が第１造形箱１０２１ａ及び第２造形箱１０２１ｂ内に供給され続ける。
【０１４０】
第１造形ユニット１０２０ａ及び第２造形ユニット１０２０ｂの移動により第１造形箱１０２１ａ上及び第２造形箱１０２１ｂ上に第１ならしローラ１４ａが来ると、粉体２００の表面が均一にならされる。
【０１４１】
次に、第１造形ユニット１０２０ａ及び第２造形ユニット１０２０ｂの移動により、第１造形箱１０２１ａ及び第２造形箱１０２１ｂが所定の位置まで移動すると、インクジェットヘッド３２が、ヘッドスキャンコントローラの制御に応じてインクの吐出を開始する。これにより、第２造形ステージ１０２２ｂ上に堆積された第２粉体層４１１ａの所定の選択領域が硬化された第２硬化層４１１が形成される。続いて、インク吐出により、第１造形ステージ１０２２ａ上に堆積された第３粉体層３１２ａの所定の選択領域が硬化された第３硬化層３１２が形成される。
【０１４２】
移動している第１造形箱１０２１ａの後端部（左端部）が、第１ならしローラ１４ａの下部付近を過ぎると、第１供給ローラ１３ａ及び第１ならしローラ１４ａが停止する。これにより、第１造形箱１０２１ａへの粉体２００の供給が停止する。
【０１４３】
そして、インクジェットヘッド３２は、粉体層の所定の選択領域のすべてにインクを供給すると、その吐出を停止する。
【０１４４】
さらに造形ユニット２０がＹ方向（図上右方向）に移動し続け、図２０（Ａ）に示すように、第１造形箱１０２１ａ及び第２造形箱１０２１ｂが第２ヒータ４０ｂの直下位置まで移動する。ここで、第１造形ステージ１０２２ａ上の第３硬化層３１２及び第２造形ステージ１０２２ｂ上の第２硬化層４１１が第２ヒータ４０ｂにより加熱される。この加熱処理により、第３硬化層３１２の硬化した領域の粉体２００及び第２硬化層４１１の硬化した領域の粉体の硬度が増し、焼き固められる。
【０１４５】
次に、第２ヒータ４０ｂの直下位置まで戻った第１造形ステージ１０２２ａ及び第２造形ステージ１０２２ｂは、第１昇降ユニット１０２３ａ及び第２昇降ユニット１０２３ｂが駆動されることにより、所定の層厚分下降する。そして、上述と同様に、第１造形ユニット１０２０ａ及び第２造形ユニット１０２０ｂを負のＹ方向（図上左方向）に移動させ、供給ボックスからの粉体供給、インク吐出、ヒータによる加熱といった一連の処理が行われる。これにより、図２０（Ｂ）に示すように第１造形ステージ１０２２ａ上に最終層である第４硬化層３１３が形成され、第２造形ステージ１０２２ｂ上に第３硬化層４１２が形成される。
【０１４６】
次に、第１ヒータ４０ａの直下位置まで戻った第２造形ステージ１０２２ｂは、第２昇降ユニット１０２３ｂが駆動されることにより、所定の層厚分下降する。そして、第２造形ユニット１０２０ｂをＹ方向（図上右方向）に移動させ、供給ボックスからの粉体供給、インク吐出、ヒータによる加熱といった一連の処理が行われ、図２０（Ｃ）に示すように、第２造形ステージ１０２２ｂ上に第４硬化層４１３が形成される。第２造形ステージ１０２２ｂが第２ヒータ４０ｂの直下に位置するとき、第１造形ステージ１０２２ａは第１ヒータ４０ａの直下に位置する。尚、第１造形ステージ１０２２ａ上の硬化層３１３の第１ヒータ４０ａによる加熱と第２造形ステージ１０２２ｂ上の硬化層４１３の第２ヒータ４０ｂによる加熱を同時に行っても良い。これにより、図１３（Ｂ）に示すように、第２造形ステージ１０２２ｂ上に最終層である第４硬化層４１３が形成される。尚、本実施形態では、４層目を最終層としたが、実際には、例えば３００〜５００層もしくはそれ以上であり、造形データの所望造形層数に至るまで一連の処理が繰り返される。
【０１４７】
加熱処理が終了すると、ホストコンピュータ５１は、対象物体に対応するすべての断層化画像の印刷が終了したか否かを判定する。終了の場合、造形物の周囲は未硬化の粉体層に覆われており、造形箱２１内の余分な粉体２００が除去され、造形物が完成する。そして、図２１（Ａ）に示すように、ホームポジションに第１造形ステージ１０２２ａ及び第２造形ステージ１０２２ｂが戻され、図２１（Ｂ）に示すように、人手または図示しないロボットにより、３次元造形装置１００から造形物３１５、４１５が取り出される。
【０１４８】
対象物体に対応するすべての断層化画像の印刷が終了していない場合、第１造形ユニット１０２０ａ（第２造形ユニット１０２０ｂ）は、第１ヒータ４０ａの直下位置又は第２ヒータ４０ｂの直下位置まで戻り、Ｙ方向又はＹ方向の負方向に移動して、粉体供給、インク吐出、ヒータによる加熱といった一連の処理が繰り返される。
【０１４９】
以上のように、造形ユニットを２つ設けてもよく、１つの３次元造形装置で同時に２つの同じ造形物を得ることができ、造形時間の短縮を実現することができる。尚、ここでは、各造形ユニットで形成される造形物が同じであるが、インクジェットヘッド３２からのインクの吐出を制御して、異なる形状の造形物を２つ形成するようにすることも可能である。
【０１５０】
[他の実施形態]
本発明に係る実施形態は、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が考えられる。図２２〜図２７を用いて他の実施形態について説明する。図２２〜図２４はそれぞれ他の３次元造形装置を示す模式図である。尚、上述の実施形態と同様の構成については同様の符号を付して説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
【０１５１】
上記実施形態では、第１ヒータ４０ａ及び第２ヒータ４０ｂが設けられる構成を示したが、図２２に示すように、ヒータ４０ａ及び４０ｂは必ずしも設けられていなくてもよい。ヒータ４０ａ及び４０ｂを備えていない３次元造形装置により得られた造形物を加熱する加熱装置が、３次元造形装置とは別個設けられていてもよい。
【０１５２】
第１実施形態においては、第１供給ボックス１１ａ、第２供給ボックス１１ｂそれぞれに貯留される粉体が同一材料であったが、図２３に示すように、第１供給ボックス１１ａ、第２供給ボックス１１ｂそれぞれに貯留される粉体２００ａ、２００ｂが異なる材料からなるものであってもよい。また、同じ材料であっても粒径が異なるものをそれぞれ貯留しても良い。
【０１５３】
上述の実施形態においては、２つの第１供給ボックス１１ａ、第２供給ボックス１１ｂそれぞれに貯留される造形材料は粉体であったが、これに限られるものではない。例えば、図２４に示すように、一方に粉体２００ｃ、他方に例えばＵＶ硬化樹脂などからなる液体２００ｄを貯留してもよい。液体２００ｄがヒータ以外の加熱機構、例えばレーザによる加熱で硬化する場合、第１実施形態における３次元造形装置１００の第１ヒータ４０ａの代わりに、レーザ発生器２０１を配置し、液体を貯留する方の第２供給ユニット１０ｂの第２供給ローラ１３ｂ及び第２ならしローラ１４ｂを除く構成とすればよい。すなわち、図２４に示すように、造形ユニット２０の移動方向に沿って、図面左側から順にレーザ発生器２０１、第１供給ユニット１０ａ、インクジェットヘッド３２、第２供給ユニット１０ｂ、第２ヒータ４０ｂを配置する。これにより、図面上右方向に造形ユニット２０が移動する際には、造形ステージ２２上に粉体２００ｃが供給されて粉体層が形成され、この粉体層はインクジェットヘッド３２から吐出されるインクにより硬化されて硬化層が形成される。更に第２ヒータ４０ｂで硬化層が加熱される。また、図面上左方向に造形ユニット２０が移動する際には、造形ステージ２２上に液体２００ｄが供給されて液体層が形成され、レーザ発生器２０１で液体層が硬化される。本実施形態のように造形材料として液体を用いる場合、供給機構を固定し、ステージを移動させて造形することは非常に有効である。なぜなら、液体材料の場合には、液体を貯留する供給機構が移動すると、液面が動くため、液体が供給機構外に飛び散るという不具合が生じるからである。
【０１５４】
第２実施形態においては、第１供給ボックス１１ａ、第２供給ボックス１１ｂそれぞれに貯留される粉体が同一材料であったが、図２５に示すように、第１供給ボックス１１ａ、第２供給ボックス１１ｂそれぞれに貯留される粉体２００ｅ、２００ｆが、異なる材料や粒径が異なる同じ材料であってもよい。
【０１５５】
第１実施形態においては、粉体供給機構である第１供給ユニット１０ａ及び第２供給ユニット１０ｂが、造形ステージ２２の上方に位置していたが、図２６に示すように、造形ステージ２２と同じ高さから粉体を供給する形態を有する粉体供給機構としてもよい。図２６に示すように、本実施形態における３次元造形装置では、第１供給ユニット１０ａのかわりに粉体が貯留された第１材料供給ボックス３００ａ及び第１材料供給ローラ３０１ａが、第２供給ユニット１０ｂのかわりに粉体が貯留された第２材料供給ボックス３００ｂ及び第２材料供給ローラ３０１ｂが、設けられる。第１材料供給ボックス３００ａ（第２材料供給ボックス３００ｂ）内には、図示しない昇降可能な第１材料供給ステージ（第２材料供給ステージ）が配置されている。この３次元造形装置における硬化層形成工程では、まず造形ステージ２２が所定量押し下げられる。次に、第１材料供給ボックス３００ａ（第２材料供給ボックス３００ｂ）の第１材料供給ステージ（第２材料供給ステージ）が所定量押し上げられる。第１材料供給ローラ３０１ａ（第２材料供給ローラ３０１ｂ）が回転して第１材料供給ボックス３００ａ（第２材料供給ボックス３００ｂ）に貯留されている粉体を造形箱２１側に押しやり、造形箱２１を粉体で満たすようにする。造形箱２１内に粉体材料が充填されると、第１材料供給ステージ（第２材料供給ステージ）が移動しインクジェットヘッド３２からのインク吐出が行われ、硬化層が形成される。このように、粉体供給機構を異ならせても良い。また、一方の粉体供給機構を第１実施形態の供給ユニットの如く造形ステージの上方におき、他方の粉体供給機構を本実施形態のように造形ステージと同じ高さから粉体を供給する形態としてもよい。
【０１５６】
第２実施形態においては、粉体供給機構である第１供給ユニット１０ａ及び第２供給ユニット１０ｂが、造形ステージ２２の上方に位置していたが、一方の粉体供給機構を、図２７に示すように、造形ステージ２２と同じ高さから粉体を供給する形態としてもよい。図２７に示すように、本実施形態における３次元造形装置では、第１供給ユニット１０ａのかわりに、粉体が貯留された材料供給ボックス３００及び第１材料供給ローラ３０１が設けられる。材料供給ボックス３００内には、図示しない昇降可能な材料供給ステージが配置されている。材料供給ボックス３００からの粉体供給は、図２６に示した材料供給ボックス３００ａ及び３００ｂらの粉体供給と同じである。このように、粉体供給機構を異ならせても良い。
【０１５７】
以上のように、他の実施形態においても、Ｙ軸に沿って造形ステージ２２が移動可能に設けられ、この移動方向に沿って２つの材料供給機構が配置されている。これにより、造形ステージ２２の１回の往復移動で２層を堆積することができ、材料供給機構を１つ設けた場合と比較して、造形時間を短縮することができる。
【符号の説明】
【０１５８】
１０ａ…第１供給ユニット
１０ｂ…第２供給ユニット
１１ａ…第１供給ボックス
１１ｂ…第２供給ボックス
２２…造形ステージ
２３…昇降ユニット
２６…移動機構
３２…インクジェットヘッド
１００、１１００…３次元造形装置
２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｅ、２００ｆ…粉体
２００ｄ…液体
２１５、３１５、４１５…造形物
１０２２ａ…第１造形ステージ
１０２２ｂ…第２造形ステージ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形材料が供給されるステージと、
前記ステージを所定方向に移動させる移動機構と、
前記移動機構によって移動する前記ステージ上に前記造形材料を供給する、前記所定方向に沿って配置された第１供給機構及び第２供給機構と、
前記第１供給機構及び前記第２供給機構の少なくとも一方の供給機構から供給される前記造形材料を硬化させることが可能な液剤を、前記ステージ上の前記造形材料に吐出するヘッドと
を具備する３次元造形装置。
【請求項２】
請求項１に記載の３次元造形装置であって、
前記ヘッドは、前記液剤を、前記移動機構によって移動する前記ステージ上の前記造形材料に吐出する３次元造形装置。
【請求項３】
請求項２に記載の３次元造形装置であって、
前記ヘッドは前記所定方向に沿って前記第１供給機構と前記第２供給機構との間に配置される３次元造形装置。
【請求項４】
請求項３に記載の３次元造形装置であって、
前記第１供給機構及び前記第２供給機構の少なくとも一方は、
前記造形材料を貯留することが可能であり、前記ステージの移動経路上にある前記ステージの上方側に配置された供給ボックスと、
前記第１供給ボックス内で傾斜するように配置され、前記造形材料が堆積される堆積面と、
前記ステージが移動しているときに、前記堆積面に堆積された前記造形材料を、前記造形材料の自重を利用して前記ステージ上に落下させる機構と
を有する３次元造形装置。
【請求項５】
請求項１に記載の３次元造形装置であって、
前記第１供給機構により供給される造形材料と前記第２供給機構により供給される造形材料とは同じ材料である３次元造形装置。
【請求項６】
請求項１に記載の３次元造形装置であって、
前記第１供給機構により供給される造形材料と前記第２供給機構により供給される造形材料とは異なる材料である３次元造形装置。
【請求項７】
請求項１に記載の３次元造形装置であって、
前記第１供給機構により供給される造形材料と前記第２供給機構により供給される造形材料は粉体である３次元造形装置。
【請求項８】
請求項１に記載の３次元造形装置であって、
前記ステージは複数設けられる３次元造形装置。
【請求項９】
所定方向にステージを移動させ、
前記ステージを移動させている間に、前記所定方向に沿って配置された第１供給機構及び第２供給機構により、前記ステージ上に造形材料を供給し、
前記第１供給機構及び前記第２供給機構の少なくとも一方の供給機構から供給される前記造形材料を硬化させることが可能な液剤を、前記ステージ上の前記造形材料に吐出する
３次元造形物の製造方法。
【請求項１０】
所定方向にステージを移動させ、
前記ステージを移動させている間に、前記所定方向に沿って配置された第１供給機構及び第２供給機構により、前記ステージ上に造形材料を供給し、
前記第１供給機構及び前記第２供給機構の少なくとも一方の供給機構から供給される前記造形材料を硬化させることが可能な液剤を、前記ステージ上の前記造形材料に吐出する
製造方法により得られる３次元造形物。
【請求項１】
造形材料が供給されるステージと、
前記ステージを所定方向に移動させる移動機構と、
前記移動機構によって移動する前記ステージ上に前記造形材料を供給する、前記所定方向に沿って配置された第１供給機構及び第２供給機構と、
前記第１供給機構及び前記第２供給機構の少なくとも一方の供給機構から供給される前記造形材料を硬化させることが可能な液剤を、前記ステージ上の前記造形材料に吐出するヘッドと
を具備する３次元造形装置。
【請求項２】
請求項１に記載の３次元造形装置であって、
前記ヘッドは、前記液剤を、前記移動機構によって移動する前記ステージ上の前記造形材料に吐出する３次元造形装置。
【請求項３】
請求項２に記載の３次元造形装置であって、
前記ヘッドは前記所定方向に沿って前記第１供給機構と前記第２供給機構との間に配置される３次元造形装置。
【請求項４】
請求項３に記載の３次元造形装置であって、
前記第１供給機構及び前記第２供給機構の少なくとも一方は、
前記造形材料を貯留することが可能であり、前記ステージの移動経路上にある前記ステージの上方側に配置された供給ボックスと、
前記第１供給ボックス内で傾斜するように配置され、前記造形材料が堆積される堆積面と、
前記ステージが移動しているときに、前記堆積面に堆積された前記造形材料を、前記造形材料の自重を利用して前記ステージ上に落下させる機構と
を有する３次元造形装置。
【請求項５】
請求項１に記載の３次元造形装置であって、
前記第１供給機構により供給される造形材料と前記第２供給機構により供給される造形材料とは同じ材料である３次元造形装置。
【請求項６】
請求項１に記載の３次元造形装置であって、
前記第１供給機構により供給される造形材料と前記第２供給機構により供給される造形材料とは異なる材料である３次元造形装置。
【請求項７】
請求項１に記載の３次元造形装置であって、
前記第１供給機構により供給される造形材料と前記第２供給機構により供給される造形材料は粉体である３次元造形装置。
【請求項８】
請求項１に記載の３次元造形装置であって、
前記ステージは複数設けられる３次元造形装置。
【請求項９】
所定方向にステージを移動させ、
前記ステージを移動させている間に、前記所定方向に沿って配置された第１供給機構及び第２供給機構により、前記ステージ上に造形材料を供給し、
前記第１供給機構及び前記第２供給機構の少なくとも一方の供給機構から供給される前記造形材料を硬化させることが可能な液剤を、前記ステージ上の前記造形材料に吐出する
３次元造形物の製造方法。
【請求項１０】
所定方向にステージを移動させ、
前記ステージを移動させている間に、前記所定方向に沿って配置された第１供給機構及び第２供給機構により、前記ステージ上に造形材料を供給し、
前記第１供給機構及び前記第２供給機構の少なくとも一方の供給機構から供給される前記造形材料を硬化させることが可能な液剤を、前記ステージ上の前記造形材料に吐出する
製造方法により得られる３次元造形物。
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２４】
【図２６】
【図２３】
【図２５】
【図２７】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２４】
【図２６】
【図２３】
【図２５】
【図２７】
【公開番号】特開２０１１−１５６６７８（Ｐ２０１１−１５６６７８Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７９３４（Ｐ２０１０−１７９３４）
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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