３次元造形装置
【課題】 装置のサイズが大きくなるのを抑制しつつ、脱臭効率を向上させることができる３次元造形装置を提供する。
【解決手段】 造形ステージ１１２が略水平に配置される造形室Ｒｚと、造形室Ｒｚ内の造形空間に対して外気を取り込む吸気口１１ａと、造形空間からの空気を排出するための排気口５２ａと、造形室Ｒｚの下方に配置される脱臭室Ｒｄと、排気口５２ａと脱臭室Ｒｄ内の上部に設けられる連通口１４１とを接続する排気ダクトＤにより構成される。脱臭室Ｒｄは、略水平に配置された誘導板１４２により、上部導風路１４３及び下部導風路１４４に分割され、誘導板１４２の前端を回り込んで上部導風路１４３から下部導風路１４４へ流れるＵターン型の導風経路を形成し、下部導風路１４４には、排気ファン１４５が配置されるとともに、排気ファン１４５よりも前方に脱臭フィルタ１４６が配置される。
【解決手段】 造形ステージ１１２が略水平に配置される造形室Ｒｚと、造形室Ｒｚ内の造形空間に対して外気を取り込む吸気口１１ａと、造形空間からの空気を排出するための排気口５２ａと、造形室Ｒｚの下方に配置される脱臭室Ｒｄと、排気口５２ａと脱臭室Ｒｄ内の上部に設けられる連通口１４１とを接続する排気ダクトＤにより構成される。脱臭室Ｒｄは、略水平に配置された誘導板１４２により、上部導風路１４３及び下部導風路１４４に分割され、誘導板１４２の前端を回り込んで上部導風路１４３から下部導風路１４４へ流れるＵターン型の導風経路を形成し、下部導風路１４４には、排気ファン１４５が配置されるとともに、排気ファン１４５よりも前方に脱臭フィルタ１４６が配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元造形装置に係り、さらに詳しくは、造形ステージ上に造形材からなる造形材層を積層形成する３次元造形装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、積層造形法を用いて、立体造形物を簡易的に作製することが行われている。積層造形法は、造形対象物を多数の薄い層に分割した際の各層と同じ２次元形状の薄板を形成し、この薄板を積層して立体造形物を作製する造形方法であり、ラピッドプロトタイピングに用いられている。この様な積層造形法には、光造形法、粉末結合法、シート堆積法、樹脂押し出し法、インクジェット方式などがある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
インクジェット方式の造形法は、インクジェットプリンタの技術を利用した造形法であり、インクの代わりに紫外線（ＵＶ）硬化樹脂などの光硬化性の造形材を用い、造形材をノズルから吐出させ、造形ステージ上に堆積させた造形材にＵＶ光を照射して固化させる。この造形法では、造形材を吐出するための多数の吐出口が略直線状に配列された造形材ノズルを造形ステージと平行に２次元走査することによって、造形材からなるスライス層が形成され、スライス層を順に積層形成することによって立体造形物が形成される。
【０００４】
インクジェット方式の３次元造形装置において用いられるＵＶ硬化樹脂は、固化時に特有の刺激臭を発する。一方、造形ステージ上に堆積した造形材は、ＵＶ光が照射されることから高温状態になり、そのまま放置すれば熱だれを生じるので、冷却する必要がある。通常、インクジェット方式の造形装置には、造形ステージ上へ外気を流入させるための吸気口と、造形ステージ上に流入したエアを排出するための排気ダクトが設けられ、外気に曝すことによって造形材の冷却が行われている。このため、造形ステージ上のエアが排気ダクトを介して外部へ排出され、刺激臭が造形装置外へ拡散してしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−９０５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
造形ステージ上の造形材を冷却するために流入させたエアが造形装置外へ排出されてしまうという課題は、インクジェット方式の造形装置に限らず、３次元造形装置全般に共通の課題である。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、造形ステージ上に流入させたエアを脱臭して外部へ排出することができる３次元造形装置を提供することを目的とする。
【０００８】
特に、装置のサイズが大きくなるのを抑制しつつ、脱臭効率を向上させることができる３次元造形装置を提供することを目的とする。また、脱臭フィルタの濾材全体を均一に用いて脱臭することができる３次元造形装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、脱臭フィルタの濾材を交換する際の作業性を向上させることができる３次元造形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の本発明による３次元造形装置は、造形ステージ上に造形材からなる造形材層を順に積層形成する３次元造形装置であって、造形材からなる造形材層が積層形成される上記造形ステージが略水平に配置される造形空間を形成する造形室と、上記造形室の、装置前面部に形成され、造形室内の造形ステージを含む造形空間に対して外気を取り込む吸気口と、上記造形室の、装置背面部に形成され、上記造形空間からの空気を排出するための排気口と、上記造形室の下方に配置される脱臭室と、上記造形室の排気口と、上記脱臭室内の上部に設けられる連通口とを接続するとともに、装置背面部に設けられる排気ダクトとを備えて構成される。上記脱臭室は、略水平に配置された誘導板により、上部導風路及び下部導風路に分割され、上記誘導板の装置前面部に向かって延びる前端を回り込んで上記上部導風路から上記下部導風路へ流れるＵターン型の導風経路を形成し、上記下部導風路には、排気ファンが配置されるとともに、上記排気ファンよりも前方に脱臭フィルタが配置され、上記脱臭フィルタは、下部導風路内において、装置の背面側に位置する脱臭フィルタ端部が高さ方向において、誘導板の近傍となるように配置されるとともに、その一端部と対向する位置にあって装置の前面側に位置する脱臭フィルタの他端部が高さ方向において、上記一端部よりも低い位置となるように傾けて配置され、上記誘導板は、上記脱臭フィルタの配置に対して、装置の前面側に位置する誘導板端部が装置の前後方向において、脱臭フィルタの中間部に位置するように配置される。
【００１１】
この様な構成によれば、吸気口から造形室に流入したエアは、造形ステージ上を通って排気口から排気ダクトへ排出され、排気ダクトを通って脱臭室へ流入する。連通口から脱臭室に流入したエアは、脱臭フィルタによって濾過され、排気ファンを介して外部へ排出される。このため、造形室に流入させたエアを脱臭してから外部へ排出することができ、刺激臭が３次元造形装置外へ拡散するのを抑制することができる。また、脱臭室に流入したエアは、誘導板の前端を回り込むＵターン型の導風経路を通って排気ファンへ到達する。エアが誘導板の前端を回り込む際は、前端から離れるほど経路長が長くなって流速が低下することから、下側ほど流速が遅い層流としてエアを脱臭フィルタへ流入させることができる。このため、脱臭フィルタの前面を上方に傾けて配置することにより、エアを脱臭フィルタ全体に均一に流入させることができ、脱臭フィルタによるエアの脱臭効率を向上させることができる。さらに、脱臭フィルタを傾斜させているので、３次元造形装置のサイズが大きくなるのを抑制することができる。従って、装置のサイズが大きくなるのを抑制しつつ、脱臭効率を向上させることができる。
【００１２】
第２の本発明による３次元造形装置は、上記構成に加え、上記下部導風路の風路断面が上記上部導風路よりも広くなるように構成される。この様な構成によれば、上部導風路を通って前方へ誘導されたエアが誘導板の前端を回り込む際に十分に減速させることができる。
【００１３】
第３の本発明による３次元造形装置は、上記構成に加え、上記脱臭フィルタが、平板状の濾材からなり、その中央が概ね上記誘導板の上記前端の下方に位置しているように構成される。
【００１４】
この様な構成によれば、エアが誘導板の前端を回り込む際の等流速面に合わせて脱臭フィルタの濾材を傾斜させることにより、エアを脱臭フィルタの濾材全体に均一な速度で概ね垂直に流入させることができる。このため、エアが脱臭フィルタを通過する際に、脱臭フィルタの濾材全体を均一に用いて脱臭することができ、十分な脱臭効果を得ることができる。
【００１５】
第４の本発明による３次元造形装置は、上記構成に加え、上記脱臭室が、上記誘導板の前端よりも前方に、外部から上記脱臭フィルタへアクセスするための開閉扉が設けられているように構成される。この様な構成によれば、開閉扉を開扉することにより、脱臭フィルタへアクセスすることができるので、脱臭フィルタの濾材を交換する際の作業性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による３次元造形装置では、造形室に流入させたエアを脱臭してから外部へ排出することができる。また、脱臭室に流入したエアを誘導板の前端を回り込ませて脱臭フィルタへ流入させることにより、エアを脱臭フィルタ全体に均一に流入させることができ、脱臭フィルタによるエアの脱臭効率を向上させることができる。さらに、脱臭フィルタを傾斜させているので、３次元造形装置のサイズが大きくなるのを抑制することができる。従って、装置のサイズが大きくなるのを抑制しつつ、脱臭効率を向上させることができる。
【００１７】
また、本発明による３次元造形装置では、開閉扉を開扉することにより、脱臭フィルタへアクセスすることができるので、脱臭フィルタの濾材を交換する際の作業性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態による３次元造形装置１０を含む造形システム１００の一構成例を示したシステム図である。
【図２】図１の３次元造形装置１０の一構成例を示した斜視図であり、作業空間１１０及びカートリッジ収容空間１３０内の様子が示されている。
【図３】図２のヘッドユニット１１１の概略構成の一例を示した図であり、ヘッドユニット１１１をｘ，ｙ，ｚ方向から見た様子が示されている。
【図４】図２の３次元造形装置１０における造形時の動作の一例を模式的に示した説明図であり、造形ステージ１１２上に立体造形物が形成される様子が示されている。
【図５】図２の３次元造形装置１０における造形時の動作の一例を模式的に示した説明図であり、ｘ方向の主走査往路及び主走査復路の様子が示されている。
【図６】図１の３次元造形装置１０をｙｚ面に平行な鉛直面で切断した場合の切断面を示した断面図である。
【図７】図６の造形室Ｒｚをｚｘ面に平行な鉛直面で切断した場合の切断面を示した断面図である。
【図８】図６の脱臭室Ｒｄをｙｚ面に平行な鉛直面で切断した場合の切断面を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
まず、本発明による３次元造形装置が前提とするインクジェット方式の造形装置の概略構成について、図１〜図５を用いて説明する。
【００２０】
＜造形システム１００＞
図１は、本発明の実施の形態による３次元造形装置１０を含む造形システム１００の一構成例を示したシステム図である。この造形システム１００は、３次元造形装置１０と、ＬＡＮ（Local Area Network）１を介して３次元造形装置１０に接続された複数の造形依頼者端末２０により構成される。
【００２１】
３次元造形装置１０は、インクジェット方式の積層型造形機であり、所定のＵＶ硬化樹脂を造形材として用い、後述する造形ステージ上に造形材からなる造形材層を順に積層形成することによって所望の立体造形物を形成する。造形依頼者端末２０は、３次元造形用のアプリケーションプログラムがインストールされたＰＣ（パーソナルコンピュータ）であり、所望の立体造形物を作製するための造形データを生成する造形データ作成装置として機能する。
【００２２】
造形データは、造形対象物の３次元形状を示す形状情報と、形状情報以外の造形条件とからなる。造形データは、例えば、ＣＡＤデータに基づいて作成され、必要に応じて、３次元造形装置１０で用いられる積層データとして、各層単位でのデータに加工される。但し、層単位でのデータ加工は、３次元造形装置１０側で行われても良い。形状情報以外の造形条件とは、造形対象物に関わらず指定することが可能な造形情報のことであり、造形材の種類、造形材層の厚さ、走査速度などの造形パラメータと、造形ステージ上における造形対象物の配置態様を示す配置情報とからなる。
【００２３】
造形依頼者端末２０において作成された造形データは、３次元造形装置１０へ送信される。３次元造形装置１０では、ＬＡＮ１を介して造形依頼者端末２０から受信した複数の造形データが造形ジョブとして管理される。すなわち、造形ジョブは、造形データと、造形データに関連付けて保持される属性情報とからなる。この属性情報には、造形データの識別情報、造形データの送受信日時、造形依頼者の識別情報などが含まれる。造形依頼者端末２０は、この様な造形処理の依頼者が使用する端末装置である。
【００２４】
この３次元造形装置１０には、造形室扉１１、操作表示部１２、タンク室扉１３及び脱臭室扉１４が設けられている。造形室扉１１は、外部から後述する作業空間１１０へアクセスするのを規制し、また、造形材などが外部空間へ飛散するのを防止するための開閉可能な遮断扉であり、手前側を持ち上げることにより、作業空間１１０へアクセスすることができる。この造形室扉１１には、造形ステージ上へ外気を流入させるための吸気口１１ａが設けられている。操作表示部１２は、例えば、タッチパネルからなり、ユーザによる操作を受け付け、また、動作状態や各種のエラーメッセージを画面表示する。
【００２５】
タンク室扉１３は、造形材カートリッジや廃液タンクを収容するカートリッジ収容空間１３０へアクセスするための開閉扉であり、上部を手前側へ移動させることにより、後述するカートリッジ収容空間１３０へアクセスすることができる。脱臭室扉１４は、後述する脱臭空間１４０へアクセスするための開閉扉であり、上部を手前側へ移動させることにより、脱臭空間１４０へアクセスすることができる。
【００２６】
＜３次元造形装置１０＞
図２は、図１の３次元造形装置１０の一構成例を示した斜視図であり、作業空間１１０及びカートリッジ収容空間１３０内の様子が示されている。図中には、造形室扉１１及びタンク室扉１３を開扉した状態の３次元造形装置１０が示されている。
【００２７】
作業空間１１０は、造形材を吐出するヘッドユニット１１１を２次元走査させ、また、ヘッドユニット１１１から吐出した造形材を造形ステージ１１２上に堆積させるための造形空間であり、作業台としての天板１１６上に形成されている。この天板１１６には、ヘッドユニット１１１を主走査方向であるｘ方向に駆動させる際にヘッドユニット１１１をガイドする一対のｘ走査用係合溝１１３ａと、ヘッドユニット１１１を副走査方向であるｙ方向に駆動させる際にヘッドユニット１１１をガイドするｙ走査用ガイド機構１１３ｂと、パージトレイ１１４及び受光孔１１５が配置されている。なお、ヘッドユニット１１１は、一方のｘ走査用係合溝１１３ａに沿って作業台近傍に設けられる図示しない駆動手段によってｘ走査方向に往復動されるようになっている。
【００２８】
造形ステージ１１２は、水平で平坦な造形面を有し、造形面上に造形材を堆積させ、立体造形物を形成するための可動ステージであり、鉛直方向に移動させることができる。この造形ステージ１１２は、天板１１６の中央に配置されている。ヘッドユニット１１１は、図示しない駆動装置によって、造形ステージ１１２と平行に２次元走査される可動ユニットである。
【００２９】
この３次元造形装置１０では、鉛直方向をｚ方向とし、互いに直交する水平方向をｘｙ方向とすれば、ユーザから見て左右方向となるｘ方向を主走査方向とし、ユーザから見て前後方向となるｙ方向を副走査方向として、２次元走査が行われる。造形材は、主走査方向の走査時に吐出される。また、ヘッドユニット１１１は、上記２次元走査により、矩形エリア内の任意の位置に移動させることができ、当該矩形エリアが可動エリアとなる。
【００３０】
また、言い換えれば、ここでのｙ方向とは、後述するモデル材用ノズルユニット３２及びサポート材用ノズルユニット３１の各々が有する複数のオリフィス（後述する吐出口２）が配列した並び方向であり、ｘ方向は水平面内においてこのｙ方向と直交する方向である。
【００３１】
ｘ走査用係合溝１１３ａは、ヘッドユニット１１１を主走査方向へ走査する駆動装置と係合させるための溝であり、天板１１６の前端部及び後端部に形成されている。パージトレイ１１４は、ヘッドユニット１１１から排出された造形材を使用済み造形材として一時的に収容する容器であり、その様な使用済み造形材からなる造形材液が排液として保持される。パージトレイ１１４は、ヘッドユニット１１１の可動エリア内であって、造形ステージ１１２よりも左側に配置されている。
【００３２】
３次元造形装置１０では、造形処理中において、定期的にパージ処理が行われる。パージ処理は、ヘッドユニット１１１を造形エリアとしての造形ステージ１１２上からパージトレイ１１４上に移動させ、ヘッドユニット１１１に搭載されている造形材ノズル３１２，３２２から造形材を強制的に吐出させることにより、造形材を吐出するための吐出口２や、吐出口２に造形材を供給するための造形材供給経路内に残留する残留物を除去するとともに、造形材ノズル３１２，３２２の表面に、図示しないゴム部材を当接させ、摺動させることにより、造形材ノズル表面を清掃する処理である。ここで、ノズルから吐出された造形材は、後述する廃液タンク１３Ｈに回収されるようになっている。
【００３３】
受光孔１１５は、造形材を硬化させるためのＵＶ光の照度を検出する照度センサ用の受光窓であり、天板１１６に形成された貫通孔からなる。この受光孔１１５は、上述したパージ用の廃液トレイ（パージトレイ１１４）の近傍を避け、造形ステージ１１２を挟んでパージトレイ１１４とは反対側に配置されている。また、具体的な動作としては、操作表示部１２に設けられるランプユニット３５の照度検査スイッチを押下し、ヘッドユニット１１１を駆動させることにより、自動的に受光孔１１５の真上に位置させ、ランプユニット３５を点灯させ、ＵＶ光の照度を、受光孔１１５の内部に設けられる照度センサにより検出させる。
【００３４】
カートリッジ収容空間１３０には、２つのモデル材カートリッジ１３Ｍと、２つのサポート材カートリッジ１３Ｓと、廃液タンク１３Ｈが収容されている。ヘッドユニット１１１から吐出される造形材には、造形対象物自体を構成するモデル材Ｍと、造形対象物のオーバーハング部分や孤立部分を支持し、最終的には除去されるサポート材Ｓとがある。
【００３５】
本実施例では、サポート材Ｓは、モデル材Ｍに比べ、サポート材Ｓを除去するための水に対する溶解性の高い材料が含まれている。なお、ここでのオーバーハング部分とは、造形物がｚ方向（つまり高さ方向）において下方に位置する造形部分よりｘ−ｙ平面で張り出した部分を意味し、言い換えれば、オーバーハング形状を有する造形物とは、既に成形されたモデル材のスライスが存在しない部分の上表面に新たなモデル材のスライスが成形される部分（オーバーハング部）を有する造形物である。
【００３６】
モデル材カートリッジ１３Ｍは、使用前のモデル材Ｍを収容する着脱式の造形材タンクである。サポート材カートリッジ１３Ｓは、使用前のサポート材Ｓを収容する着脱式の造形材タンクである。つまり、モデル材カートリッジ１３Ｍやサポート材カートリッジ１３Ｓには、ヘッドユニット１１１の造形材ノズル３１２，３２２から吐出させる前の造形材が収容される。
【００３７】
廃液タンク１３Ｈは、パージトレイ１１４や後述するヘッドユニット１１１内のローラードレイントレイ（図示せず）から回収された廃液を蓄積するための貯留容器であり、取り外して交換することができる。なお、廃液タンク１３Ｈには、内部に液面検出用のセンサや、廃液タンク１３Ｈ自体の重量を検出する重量センサなどを設けることにより、廃液タンク１３Ｈ内の廃液の程度を検出し、オペレータに通知する機能を搭載している。
【００３８】
カートリッジ収容空間１３０には、２個のモデル材カートリッジ１３Ｍと、２個のサポート材カートリッジ１３Ｓとが収容可能であり、両カートリッジを交互に使用することにより、造形処理を中断させることなく空になったカートリッジを交換することができる。
【００３９】
＜ヘッドユニット１１１＞
図３は、図２のヘッドユニット１１１の概略構成の一例を示した図であり、図中の（ａ）には、ヘッドユニット１１１をｙ方向（ヘッドユニット１１１の副走査方向）から見た様子が示され、（ｂ）には、ｘ方向（ヘッドユニット１１１の主走査方向）から見た様子が示され、（ｃ）には、ｚ方向から見た様子が示されている。
【００４０】
このヘッドユニット１１１は、サポート材用ノズルユニット３１、モデル材用ノズルユニット３２、ｙ走査用ホルダユニット３３、ローラーユニット３４及びランプユニット３５により構成され、これらのユニット３１〜３５を一体的に保持している。ユニット３１〜３５は、この順に、ｘ方向に配列されている。
【００４１】
なお、ｘ軸方向に沿うサポート材用ノズルユニット３１、モデル材用ノズルユニット３２、ローラーユニット３４及びランプユニット３５の配列の基本的な考え方は、以下の通りである。ヘッドユニット１１１の主走査方向の往路方向をベースに考えると、サポート材用ノズルユニット３１、モデル材用ノズルユニット３２は、いずれか一方が他方の前方に位置すればよい。このようなノズルユニットのレイアウトに対して、ローラーユニット３４ならびにランプユニット３５は、ローラーの作用を往路で行いたい場合は、往路進行方向において、サポート材用ノズルユニット３１、モデル材用ノズルユニット３２の後方にローラーユニット３４、ランプユニット３５の順で配置し、ローラーの作用を復路で行いたい場合は、サポート材用ノズルユニット３１、モデル材用ノズルユニット３２の復路の進行方向において後方にローラーユニット３４、ランプユニット３５の順で配置すればよい。
【００４２】
また、上記実施例においては、ヘッドユニット１１１から新たな最上層となるための樹脂を吐出させた後、造形途中の未硬化状態の最上層の樹脂層に対して、ローラーユニット３４による余剰樹脂の掻き取りを行った後、ランプユニット３５によって少なくとも最上層の樹脂層に対する硬化のためのＵＶ光を照射する方法を採用した。
【００４３】
しかし、これ以外にも、ヘッドユニット１１１から新たな最上層となるための樹脂を吐出させた後、余剰樹脂層を含む最上層に対して、ランプユニット３５によって一旦光を照射した後、造形途中の未硬化状態の最上層の樹脂層に対して、ローラーユニット３４による余剰樹脂の掻き取りを行い、その後再度ランプユニット３５によって少なくとも最上層の樹脂層に対する硬化のためのＵＶ光を照射する方法もある。
【００４４】
この場合、ランプユニット３５は、ヘッドユニット１１１において、ｘ方向、つまりヘッドユニット１１１の主走査方向で、サポート材用ノズルユニット３１、モデル材用ノズルユニット３２を挟む前後方向に一対のランプユニット３５を設けることにより、上述のような二度の照射を行うことができる。また、この場合、一度目の照射と二度目の照射を合わせて、最終的に所望する樹脂の硬化の程度を達成するようになるため、一度目の照射後の樹脂は硬化状態ではなく、まだその後のローラーユニット３４による掻き取り動作のために、流動可能な、半硬化状態である。このため、この場合においても、ローラーユニット３４による樹脂の掻き取り前の最上層の状態は、未硬化または流動可能な状態と表現することとする。
【００４５】
モデル材用ノズルユニット３２は、モデル材カートリッジ１３Ｍから供給されるモデル材Ｍを吐出するためのノズルユニットであり、モデル材Ｍを一時的に収容するリザーブタンク３２１と、造形ステージ１１２に対しモデル材Ｍを吐出する複数の吐出口２がｙ方向に配列された造形材ノズル３２２からなる。
【００４６】
サポート材用ノズルユニット３１は、サポート材カートリッジ１３Ｓから供給されるサポート材Ｓを吐出するためのノズルユニットであり、サポート材Ｓを一時的に収容するリザーブタンク３１１と、サポート材Ｓを吐出する複数の吐出口２がｙ方向に配列された造形材ノズル３１２からなる。
【００４７】
モデル材Ｍやサポート材Ｓは、造形材ノズル３２２ならびに３１２の各々に設けられる吐出口２ごとにノズルユニット内に設けられる圧電素子の振動を利用することにより、吐出口２から液滴となって射出される。吐出口２は一定ピッチでｙ方向において直線上に配置されている。
【００４８】
ヘッドユニット１１１は、造形材ノズル３１２，３２２から造形材を吐出させながらｘ方向に走査することにより、造形材ノズル３１２，３２２の各々に設けられる全ての吐出口２の配列長さに対応する所定幅の造形材層を１回の主走査によって造形ステージ１１２上に形成することができる。
【００４９】
ｙ走査用ホルダユニット３３は、ヘッドユニット１１１を副走査方向へ走査するために、ｘ走査用係合溝１１３間を結ぶ橋梁体に支持されている。このｙ走査用ホルダユニット３３が上記橋梁体に支持されるとともに、橋梁体上に設けられる図示しない駆動部により、橋梁体に設けられる図示しないｙ方向（ヘッドユニット１１１の副走査方向）に延びる軸に沿ってヘッドユニット１１１を駆動する構造となっている。なお、ヘッドユニット１１１のｙ方向（ヘッドユニット１１１の副走査方向）の駆動方式としては、ヘッドユニット１１１自体に駆動部を内蔵させ、上述した軸上を移動させるようにしてもよい。
【００５０】
ローラーユニット３４は、膜厚調整用ローラー３４１と、このローラー３４１を回転させる駆動部（図示せず）と、膜厚調整用ローラー３４１によって造形ステージ１１２上に形成される造形材層の最表面から掻き取られた造形材を使用済み造形材として一時的に収容するローラードレイントレイからなる。
【００５１】
膜厚調整用ローラー３４１は、造形ステージ１１２上に吐出し堆積させた造形材膜の厚さを調整する。より詳細に説明すれば、膜厚調整用ローラー３４１は、造形材ノズル３１２，３２２から吐出された造形材にて形成された最表面層の一部を、ランプユニット３５にて硬化させる前に所定の厚みを掻き取ることにより、最表面層の厚みの最適化を図っている。また、膜厚調整用ローラー３４１は、造形材膜の表面を平坦化するためのローラーでもあり、ｙ方向の回転軸を中心として回転する。より詳細に説明すれば、膜厚調整用ローラー３４１が作用する際のヘッドユニット１１１の進行方向に対して、膜厚調整用ローラー３４１は、順方向に回転する。膜厚調整用ローラー３４１にて掻き取られ、上記ローラードレイントレイ内に収容された造形材は、使用済み造形材からなる廃液として廃液タンク１３Ｈへ送られる。
【００５２】
ランプユニット３５は、造形ステージ１１２上に吐出し堆積させた造形材膜にＵＶ光を照射するためのＵＶランプ３５１からなり、吐出口２の配列長さよりも幅が広い照射エリアを造形ステージ１１２上に形成することができる。
【００５３】
図３に示すランプユニット３５のレイアウトを採用した場合は、図の左から右にヘッドユニット１１１を移動させる、いわゆる主走査の往路においては、ランプユニット３５は、造形材ノズル３１２，３２２よりも先行した位置に配置されるため、往路に吐出した造形物の表面にＵＶ光を照射することがない。従って、点灯制御を容易化するため、常時点灯していてもよい。実際のＵＶ光の照射は、復路において、膜厚調整用ローラー３４１が造形物の最表面の厚みを適正化した後の最表面に対して行われることとなる。
【００５４】
なお、ここでのランプユニット３５は、ＵＶ光を照射する光源であれば、ＵＶ光照射用ランプに限る必要はなく、ＵＶ光を照射するＬＥＤ光源も含むものである。つまり、ＵＶ光などの樹脂硬化に必要な特定波長の光を照射する樹脂硬化用の光照射手段である。更に、光硬化型の樹脂に代えて、造形用樹脂として所定の温度によって硬化するような熱可塑性樹脂を採用するのであれば、本発明のランプユニット３５に代えて、樹脂硬化手段として、冷却または加熱手段を採用したり、場合によっては、不要な場合もある。
【００５５】
＜造形処理＞
図４は、図２の３次元造形装置１０における造形時の動作の一例を模式的に示した説明図であり、造形ステージ１１２上に立体造形物が形成される様子が示されている。図中には、立体造形物を造形中の３次元造形装置１０におけるヘッドユニット１１１及び造形ステージ１１２をｚｘ面に平行な鉛直面で切断した場合の切断面の様子が示されている。
【００５６】
モデル材Ｍ及びサポート材Ｓは、造形ステージ１１２に対し、主走査方向（ｘ方向）の走査中にヘッドユニット１１１から下方へ液滴３となって吐出される。主走査往路時に造形ステージ１１２上に吐出し堆積させたこれらの造形材からなる造形材層は、主走査復路において、膜厚調整用ローラー３４１により膜厚が調整され、ＵＶランプ３５１によるＵＶ光の照射によって硬化する。なお、上記の説明では、モデル材Ｍ及びサポート材Ｓの吐出を、主走査の往路方向にて行うと共に、ヘッドユニット１１１の主走査の復路において行っても良い。また、モデル材Ｍ及びサポート材Ｓの吐出を、ヘッドユニット１１１の主走査の復路単独で行ってもよい。
【００５７】
本実施の形態におけるモデル材Ｍ及びサポート材Ｓは、共にＵＶ硬化性の樹脂であり、同一のＵＶランプ３５１によりＵＶ光が照射されることにより硬化する。なお、３次元造形装置１０に使用可能な樹脂としては、光硬化性の樹脂の他に、熱を与えて硬化させる熱硬化性の樹脂や、自然冷却により硬化する熱可塑性樹脂を用いることもできる。
【００５８】
ヘッドユニット１１１のｙ方向の長さ（ヘッド幅）に対応する一定幅の帯状領域は、フィールドと呼ばれ、あるフィールドについて、造形材層の形成が完了すれば、ヘッドユニット１１１を副走査方向（ｙ方向）へ移動させ、隣接するフィールドに対する造形材層の形成が開始される。どの程度ヘッドユニット１１１を副走査方向（ｙ方向）へ移動させるかは、造形ステージ１１２上にて形成する造形物をどのような位置に配置させるかによって決定され、その決定は、造形依頼者端末２０における依頼者の入力に基づいて行われる。
【００５９】
ヘッドユニット１１１は、ｘ走査用係合溝１１３ａ間をｙ方向に跨ぐ門型の橋梁体に支持され、一対のｘ走査用係合溝１１３に沿って主走査方向に走査される。なお、本実施の形態では、門型の橋梁体にヘッドユニット１１１を支持させ、一対のｘ走査用係合溝１１３に沿ってヘッドユニット１１１を主走査方向に移動させる構成としたが、ｘ走査用係合溝１１３を１本とし、ヘッドユニット１１１を片持ちで支持した状態で主走査方向に移動させる構成としても良い。
【００６０】
ヘッドユニット１１１に配設されたモデル材用ノズルユニット３２及びサポート材用ノズルユニット３１により造形可能なｙ方向の幅は造形ステージ１１２上の造形エリアに対して短いため、ヘッドユニット１１１を主走査方向へ往復移動させて１フィールド分の造形が完了すると、ヘッドユニット１１１を副走査方向（ｙ方向）に移動させて隣接するフィールドの造形が行われる。ユーザが設定した立体造形物が１フィールド内に収まる場合には、ヘッドユニット１１１の副走査方向への移動は行われない。なお、ヘッドユニット１１１による造形可能なｙ方向の幅が造形ステージ１１２上の造形エリアのｙ方向の幅よりも同一又は大きい場合には、ヘッドユニット１１１は副走査方向へ移動させながら造形する必要はなく、副走査方向への移動機構は不要となる。
【００６１】
造形ステージ１１２上には、上述したヘッドユニット１１１の主走査及び副走査によって造形材層がフィールドごとに形成され、立体造形物を構成する１つの樹脂層が形成される。この樹脂層は、スライス層と呼ばれ、あるｚ方向の位置でスライス層の形成が完了すれば、造形ステージ１１２をスライス層の厚さに相当する距離だけ下方向（ｚ方向）へ移動させ、次のスライス層の形成が開始される。
【００６２】
この３次元造形装置１０では、着脱可能な可搬プレート４１の上面が造形ステージ１１２であり、可搬プレート４１と、可搬プレート４１が載置されるプレート取付台４２とから、ｚ方向に移動可能なｚ移動ユニット４０が構成される。ｚ移動ユニット４０は、ｚ駆動装置４３によりｚ方向の位置が調整される。ｚ駆動装置４３は、ヘッドユニット１１１と造形ステージ１１２との間の高さ方向の相対位置を変化させる垂直駆動手段である。可搬プレート４１は、矩形状の金属板からなり、造形依頼者端末２０から指示した全ての造形が完了した時点で、立体造形物を載せたままの状態で、プレート取付台４２から取り外すことができる。プレート取付台４２には、可搬プレート４１を固定するための固定機構（図示せず）が設けられる。
【００６３】
立体造形物は、モデル材Ｍによって構成され、サポート材Ｓは、立体造形物のオーバーハング部分や孤立部分を支持し、最終的には所定の方法によって除去される。例えば、モデル材Ｍとして、水に対し不溶性又は難溶性の樹脂を用い、サポート材Ｓとして、易溶性の樹脂を用いれば、可搬プレート４１上に形成された造形物を取り出して水に浸すことにより、サポート材Ｓからなる造形材層だけを容易に除去することができる。また、言うまでもなく、造形物としてのモデル材Ｍからサポート材Ｓの除去は、従来通り、手を用いてモデル材Ｍからサポート材Ｓを外すようにしても良い。
【００６４】
この例では、可搬プレート４１上に形成された下地層ＳＳ上にモデル材Ｍ及びサポート材Ｓからなるスライス層を積層形成することによって所望の立体造形物が形成される。下地層ＳＳは、可搬プレート４１の傾きや表面の凹凸を吸収し、また、造形物を剥離し易くするサポート材Ｓからなる。さらに、この下地層ＳＳは、可搬プレート４１の傾きや表面の凹凸を吸収できるのであれば、造形依頼者端末２０における造形条件において、中実の構造以外に格子状などの中空構造を採用することにより、材料の使用量の低減を図ることもできる。
【００６５】
＜主走査＞
図５は、図２の３次元造形装置１０における造形時の動作の一例を模式的に示した説明図であり、図中の（ａ）には、ｘ方向の主走査往路の様子が示され、（ｂ）には、主走査復路の様子が示されている。主走査往路では、ｚ方向に関して造形ステージ１１２の位置がヘッドユニット１１１から離間した位置に固定され、モデル材Ｍやサポート材Ｓが造形材ノズル３１２，３２２から吐出される。造形ステージ１１２上には、これらの造形材からなる造形材層４が形成される。
【００６６】
なお、図５（ａ）に開示するヘッドユニット１１１と造形ステージ１１２との間の距離と、図５（ｂ）に開示するヘッドユニット１１１と造形ステージ１１２との間の距離とは明らかに異なるように示しているが、これは動作の内容をわかりやすく説明するためであり、実際は、図５（ａ）の状態でのヘッドユニット１１１と造形ステージ１１２との間の距離は２ｍｍ以下であり、図５（ｂ）におけるその距離は、図５（ａ）の状態から造形ステージ１１２をｚ方向で且つヘッドユニット１１１に近づくように１ｍｍ以下の距離を移動させるようになっている。
【００６７】
造形材層４の厚みはユーザが造形精度や造形速度の観点から決定することができる。つまり、ユーザが造形精度を優先することを選択すれば、造形材層４の厚みは設定可能な最小の厚み又はその近傍の厚みに設定し、造形速度を優先することを選択すれば、最低限の造形精度を維持した厚みに設定すればよい。このような選択は、造形依頼者端末２０において形状情報以外の造形条件として選択、設定することができるようになっている。
【００６８】
主走査復路の走査は、膜厚調整用ローラー３４１が造形材層４と接触する位置まで造形ステージ１１２を上方へ移動させた状態で行われる。この主走査復路では、主走査往路での造形材の吐出に加え、モデル材Ｍやサポート材Ｓが造形材ノズル３１２，３２２から吐出させることも可能であり、主走査往路や復路で吐出し堆積させた造形材層４の上層部が膜厚調整用ローラー３４１によって掻き取られる。
【００６９】
造形材ノズル３１２，３２２に配設された各吐出口２からの造形材の吐出量には個体差があり、また、予め設定された厚みの造形材層４が正確に得られるように、造形材ノズル３１２，３２２からの造形材の吐出量を制御するのは困難であるため、少なくとも各造形層を形成する単位で、造形材ノズル３１２，３２２からは設定された厚み以上の造形材を吐出し、余分な造形材を膜厚調整用ローラー３４１により掻き取って回収することで、予め設定された厚みの造形材層４を維持し、均一な厚みの造形材層４を積層することができる。但し、膜厚調整用ローラー３４１を、その時点での造形層の最表面に当接させるタイミングは、造形データとしての各スライス層データ単位での最表面で行う必要はなく、造形の種々の狙い、例えば、造形精度と造形速度の両立の観点から、必要なタイミングにて行うことができる。
【００７０】
膜厚調整用ローラー３４１は、主走査の往路及び復路に関わらず、一定の回転数で同じ向きに回転する。ＵＶランプ３５１は、造形材の種類や造形材層４の厚さ、ｘ方向の走査速度に応じた所定の光度で点灯し、主として、膜厚調整用ローラー３４１による膜厚調整後の造形材層４をＵＶ光の照射によって硬化させる。
【００７１】
次に、造形ステージ１１２上に流入させた外気を脱臭空間１４０へ誘導し、脱臭フィルタ１４６によって脱臭してから外部へ排出する構成について、図６〜図８を用いて説明する。
【００７２】
図６は、図１の３次元造形装置１０をｙｚ面に平行な鉛直面で切断した場合の切断面を示した断面図である。この３次元造形装置１０は、装置の上から順に概略、ヘッドユニット１１１と造形ステージ１１２を備えた造形室Ｒｚ、造形室Ｒｚの下方に位置し、造形ステージ１１２を駆動するｚ移動ユニット４０ならびにそのｚ方向への駆動部、モデル材カートリッジ１３Ｍやサポート材カートリッジ１３Ｓならびに廃液タンク１３Ｈを収容するタンク室Ｒｔ、そして脱臭室Ｒｄから構成されている。更に、最上層の造形室Ｒｚの背面部から最下層の脱臭室Ｒｄの背面部には、上方から下方に延びる排気ダクトＤが設けられている。これにより、造形室Ｒｚの背面部に対向する位置に設けられる前面部の吸気口１１ａから取り入れられた外気は造形室Ｒｚ内に導入させた後、造形室Ｒｚの背面部に設けられる排気口５２ａ、それに続く排気ダクトＤを介して、最下層に位置する脱臭室Ｒｄに導かれる。脱臭室Ｒｄに導かれた空気は、脱臭室Ｒｄ内に設けられる脱臭フィルタ１４６を通って、排気口５３ａから外部に排出される。なお、このようなエアの流れは、後述する脱臭室Ｒｄの最下流に位置する排気ファン１４５によって形成される。
【００７３】
なお、上述した造形室Ｒｚ、タンク室Ｒｔならびに脱臭室Ｒｄは、最上層に造形室Ｒｚを設け、その下方の同層部にタンク室Ｒｔならびに脱臭室Ｒｄを形成しても良い。その場合は、言うまでもなく、装置背面部に形成される排気ダクトＤは、造形室Ｒｚから直接脱臭室Ｒｄに連通することになり、タンク室Ｒｔの背面部を通過しないくてもよい。
【００７４】
造形室Ｒｚは、造形ステージ１１２上の作業空間１１０を外部空間から遮断するための隔壁からなる気室であり、造形室扉１１、造形ステージ１１２、吸気口１１ａ及び排気口５２ａが配置されている。造形ステージ１１２は、略水平に配置されている。造形室扉１１は、作業空間１１０を覆うように装置の前面部に設けられ、造形ステージ１１２よりも前方に配置される前隔壁５１とともに、造形ステージ１１２の上方に配置される上部隔壁を構成している。吸気口１１ａは、前隔壁５１に形成されている。なお、吸気口１１ａは、前隔壁５１以外に装置の前面部に位置する造形室扉１１または造形室扉１１と前隔壁５１との間に形成しても良い。
【００７５】
排気口５２ａは、造形室Ｒｚの背面部に設けられ、吸気口１１ａを介して造形ステージ１１２上に流入したエアを排出するための通気口であり、造形ステージ１１２よりも後方に配置された後隔壁５２に設けられている。つまり、造形ステージ１１２よりも前方に吸気口１１ａが配置され、造形ステージ１１２よりも後方に排気口５２ａが配置されている。排気口５２ａは、吸気口１１ａよりも鉛直方向の高い位置に配置され、ヘッドユニット１１１内のＵＶランプ３５１などで発生する熱を排熱し易くなっている。
【００７６】
タンク室Ｒｔは、天板１１６の下側に形成されるカートリッジ収容空間１３０を外部空間から遮断するための隔壁からなる気室であり、造形室Ｒｚの下方に配置され、タンク室扉１３が配置されている。タンク室扉１３は、カートリッジ収容空間１３０の前方に配置される前隔壁である。
【００７７】
脱臭室Ｒｄは、エアの脱臭処理が行われる脱臭空間１４０を外部空間から遮断するための隔壁からなる気室であり、タンク室Ｒｔの下方に配置され、連通口１４１及び排気口５３ａが共に後方、つまり、装置の背面部近傍に配置されている。
【００７８】
排気ダクトＤは、造形室Ｒｚの排気口５２ａを脱臭室Ｒｄの連通口１４１に接続するための導風管であり、造形室Ｒｚ及びタンク室Ｒｔの後隔壁よりも後方に配置されている。より詳細には、この排気ダクトＤは、装置の背面部の上下方向に延びるように形成され、その上端が排気口５２ａに接続され、下端が連通口１４１に接続されている。
【００７９】
連通口１４１は、排気ダクトＤ内のエアを脱臭空間１４０内へ流入させるための通気口であり、脱臭室Ｒｄの装置の背面近傍の上部隔壁に設けられている。排気口５３ａは、脱臭空間１４０内のエアを外部空間へ排出するための通気口であり、脱臭室Ｒｄの後隔壁５３に設けられている。
【００８０】
この脱臭室Ｒｄには、脱臭室扉１４、誘導板１４２、排気ファン１４５及び脱臭フィルタ１４６が配置されている。誘導板１４２は、排気ダクトＤを介して、装置背面部近傍であって、かつ、脱臭室Ｒｄ内の上部に設けられた連通口１４１から脱臭空間１４０に流入したエアを装置背面部側から装置前面部方向に誘導することによって、整流するための矩形状の整流板であり、脱臭空間１４０内に略水平に配置されている。この誘導板１４２は、上面を連通口１４１に対向させ、後端を後隔壁５３に接触させた状態で固定されている。別の意味では、脱臭室Ｒｄをこの誘導板１４２によって上下に分割することにより、脱臭室Ｒｄ内の上方で且つ装置背面部近傍に設けられた連通口１４１から脱臭室Ｒｄ内の下方で且つ装置背面部近傍に設けられた排気口５３ａまでの通路をＵ字状に形成することにより通路長を長くする狙いがある。
【００８１】
脱臭室扉１４は、装置の前面部に設けられ、誘導板１４２の前端よりも前方に配置される前隔壁であり、開扉することにより、外部から脱臭フィルタ１４６へアクセスして脱臭フィルタ１４６を交換することができる。
【００８２】
脱臭空間１４０は、誘導板１４２により、風路断面が異なる上部導風路１４３及び下部導風路１４４に分割され、誘導板１４２の前端を回り込んで上部導風路１４３から下部導風路１４４へ流れるＵターン型の導風経路が形成されている。
【００８３】
下部導風路１４４は、風路断面が上部導風路１４３よりも広い。すなわち、下部導風路１４４をｚｘ面に平行な鉛直面で切断した場合の切断面の鉛直方向の長さＡ２は、上部導風路１４３の長さＡ１よりも長い。このため、上部導風路１４３内を通って前方へ誘導されたエアは、誘導板１４２の前端を回り込む際に、十分に減速される。誘導板１４２の前後方向の長さを調節することにより、脱臭空間１４０におけるエアの流速を調整することができる。
【００８４】
排気ファン１４５は、誘導板１４２の前端を回り込んだエアを後方へ誘導し、外部空間へ排出するための送風機であり、下部導風路１４４内に配置されている。排気ファン１４５は、例えば、複数のブレードからなるローターを回転軸を中心として回転させることにより、エアを強制的に排出する。この排気ファン１４５は、回転軸を水平後方に向けた状態で、後隔壁５３の排気口５３ａに対向させて配置されている。
【００８５】
脱臭フィルタ１４６は、外部空間へ排出される前のエアを脱臭するための濾過装置であり、下部導風路１４４内において排気ファン１４５よりも前方に配置されている。脱臭フィルタ１４６は、例えば、平板状の濾材からなり、濾材には、例えば、活性炭を表面に塗布した紙によって、ハニカム状の多数の吸着孔からなる濾過面を形成した部材が用いられる。
【００８６】
この脱臭フィルタ１４６では、濾過面に略垂直にエアを流入させることにより、脱臭フィルタ１４６を通過する際の圧力損失を少なくしつつ、吸着効率を向上させることができる。この様な脱臭フィルタ１４６を用いれば、エア中に含まれるＶＯＣ（Volatile Organic Compounds：揮発性有機化合物）を吸着除去することができる。ここでは、造形材が固化する際の化学反応により、造形材から気化した成分が脱臭フィルタ１４６によって、除去される。
【００８７】
この脱臭フィルタ１４６は、上述したように、フィルタ面に対して導かれるエアを極力略垂直に導くことで吸着効率の向上を図ることと、フィルタの設置高さを極力抑えることによる装置のコンパクト化を図ることを両立するため、下部導風路１４４内において、装置の背面側に位置するフィルタ１４６の一端部１４６ａを高さ方向において、誘導板１４２の近傍に配置するとともに、その一端部１４６ａと対向する位置にあるとともに、装置の前面側に位置するフィルタ１４６の他端部１４６ｂを高さ方向において一端部１４６ａよりも低い位置に配置している。
【００８８】
つまり、脱臭フィルタ１４６は、３次元造形装置１０の前面方向から背面方向に向けて、フィルタが高くなるように傾斜された状態で、下部導風路１４４内に配置されている。更に、このような脱臭フィルタ１４６の配置に対して、誘導板１４２の装置前面側に位置する端部は、装置前後方向において、脱臭フィルタ１４６の中間部に位置するように配置される。このことにより、連通口１４１から上部導風路１４３内に導かれ、誘導板１４２の装置前面側に位置する端部から下部導風路１４４へ回り込むエアは、十分に減速されるとともに、脱臭フィルタ１４６の面に対して、略垂直方向に導かれることとなる。
【００８９】
＜造形室Ｒｚ＞
図７は、図６の造形室Ｒｚをｚｘ面に平行な鉛直面で切断した場合の切断面を示した断面図である。排気口５２ａは、造形室Ｒｚの後隔壁５２に形成され、横長の矩形状の開口からなる。排気口５２ａに流入したエアは、排気ダクトＤ内を通って脱臭空間１４０へ誘導される。
【００９０】
この排気ダクトＤは、排気口５２ａから造形ステージ１１２の位置にかけて、風路断面が下側ほど狭くなっている。このため、排気口５２ａから流入したエアの流速は、下側ほど速く、排気口５２ａから流入した際の流速に比べて、連通口１４１から脱臭空間１４０へ導入される際の流速が大きくなる。
【００９１】
＜脱臭室Ｒｄ＞
図８は、図６の脱臭室Ｒｄをｙｚ面に平行な鉛直面で切断した場合の切断面を示した断面図である。排気ダクトＤを介して連通口１４１から脱臭空間１４０へ流入したエアは、誘導板１４２の前端を回り込んで、脱臭フィルタ１４６へ流入される。
【００９２】
排気ダクトＤ内で加速させたエアを上部導風路１４３の前方へ誘導し、誘導板１４２の前端を回り込ませることにより、エアの流れを均一化して脱臭フィルタ１４６へ流入させることができる。
【００９３】
脱臭フィルタ１４６は、その下端が誘導板１４２の前端よりも前側に配置され、上端が誘導板１４２の前端よりも後側に配置され、濾材の中央が概ね誘導板１４２前端の下方に位置する状態で固定されている。
【００９４】
誘導板１４２によって前方へ誘導されたエアの流速は、十分に減速されていることから、誘導板１４２の前端を回り込んだエアは、脱臭フィルタ１４６の濾材全体に均一に流入される。すなわち、脱臭フィルタ１４６の濾材に対し、エアは、濾材全体に均一な速度で概ね垂直に流入される。このため、エアが脱臭フィルタ１４６を通過する際に、脱臭フィルタ１４６の濾材全体を均一に用いて脱臭することができ、十分な脱臭効果を得ることができる。
【００９５】
また、上部導風路１４３及び下部導風路１４４間の風路断面の比率と、脱臭フィルタ１４６の傾斜角度とを調節することにより、脱臭フィルタ１４６による脱臭効率と、排熱効率とをバランスさせることができる。
【００９６】
本実施の形態によれば、吸気口１１ａから造形室Ｒｚに流入したエアは、造形ステージ１１２上を通って排気口５２ａから排気ダクトＤ内へ排出され、排気ダクトＤを通って脱臭室Ｒｄへ流入する。連通口１４１から脱臭室Ｒｄに流入したエアは、脱臭フィルタ１４６によって濾過され、排気口５３ａから排出される。このため、造形室Ｒｚに流入させたエアを脱臭してから外部へ排出することができ、刺激臭が３次元造形装置１０外へ拡散するのを抑制することができる。例えば、３次元造形装置１０が建屋内に設置されるのであれば、刺激臭が建屋内に拡散するのを防止することができる。
【００９７】
また、脱臭室Ｒｄに流入したエアは、誘導板１４２の前端を回り込むＵターン型の導風経路を通って排気ファン１４５へ到達する。エアが誘導板１４２の前端を回り込む際は、前端から離れるほど経路長が長くなって流速が低下することから、下側ほど流速が遅い層流としてエアを脱臭フィルタ１４６へ流入させることができる。このため、脱臭フィルタ１４６の前面を上方に傾けて配置することにより、エアを脱臭フィルタ１４６全体に均一に流入させることができ、脱臭フィルタ１４６によるエアの脱臭効率を向上させることができる。さらに、脱臭フィルタ１４６を傾斜させているので、脱臭効率を上げるために脱臭フィルタ１４６の面積を大きくした場合に、３次元造形装置１０のサイズが大きくなるのを抑制することができる。
【００９８】
また、脱臭室扉１４を開扉することにより、脱臭フィルタ１４６へアクセスすることができるので、脱臭フィルタ１４６の濾材を交換する際の作業性を向上させることができる。
【００９９】
なお、本実施の形態では、可搬プレート４１とプレート取付台４２とからｚ移動ユニット４０が構成される場合の例について説明したが、本発明は、可搬プレート４１及びプレート取付台４２からなるユニットが可動式のものに限定するものではなく、固定式のものであっても良い。すなわち、ヘッドユニット１１１を鉛直方向へ移動させることにより、可搬プレート４１上に造形材層を積層形成するようなものも本発明には含まれる。
【０１００】
また、本実施の形態では、３次元造形装置１０がインクジェット方式の積層型造形機である場合の例について説明したが、本発明は造形対象物の造形方法をこれに限定するものではなく、造形ステージ１１２上に造形材層を順に積層形成するものであれば他の方式のものであっても良い。例えば、ＵＶ硬化樹脂にレーザー光を照射して固化させる光造形法を採用した造形装置にも本発明は適用することができる。光造形法は、ＵＶ硬化樹脂からなる液体を入れた容器の上方から樹脂液面にレーザー光を照射し、レーザー光を２次元走査することによって樹脂液面を選択的に露光し固化させる。或いは、本発明は、粉末結合法、シート積層法、樹脂押し出し法を採用した造形装置にも適用することができる。粉末結合法は、熱可塑性の粉末からなる粉末層にレーザー光を照射することによって粉末層を選択的に溶融固化させ、或いは、砂などの粉末にバインダー液を塗布することによって粉末層を選択的に固化させる造形法である。シート積層法は、ＬＯＭ（Laminated Object Manufacturing）方式とも呼ばれ、紙などのシート材同士を接着し、ナイフなどを用いて上側のシート材を切断することにより所定形状に切れ目を入れる造形法である。樹脂押し出し法は、ＦＤＭ（Fused Deposition Molding）方式とも呼ばれ、熱可塑性樹脂を溶融させた状態でノズルから押し出しながらノズルを走査して樹脂層を形成する造形法である。
【符号の説明】
【０１０１】
１００ 造形システム
１０ ３次元造形装置
１１ 造形室扉
１１ａ 吸気口
１１０ 作業空間
１１１ ヘッドユニット
１１２ 造形ステージ
１１３ａ ｘ走査用係合溝
１１３ｂ ｙ走査用ガイド機構
１１４ パージトレイ
１１６ 天板
１２ 操作表示部
１２１ 操作部
１２２ 表示部
１３ タンク室扉
１３０ カートリッジ収容空間
１３Ｍ モデル材カートリッジ
１３Ｓ サポート材カートリッジ
１３Ｈ 廃液タンク
１４ 脱臭室扉
１４０ 脱臭空間
１４１ 吸気口
１４２ 誘導板
１４３ 上部導風路
１４４ 下部導風路
１４５ 排気ファン
１４６ 脱臭フィルタ
２０ 造形依頼者端末
３１ サポート材用ノズルユニット
３１１ サポート材用のリザーブタンク
３１２ サポート材用の造形材ノズル
３２ モデル材用ノズルユニット
３２１ モデル材用のリザーブタンク
３２２ モデル材用の造形材ノズル
３３ ｙ走査用ホルダユニット
３４ ローラーユニット
３４１ 膜厚調整用ローラー
３５ ランプユニット
３５１ ＵＶランプ
４０ ｚ移動ユニット
４１ 可搬プレート
４２ プレート取付台
４３ ｚ駆動装置
５１ 前隔壁
５２，５３ 後隔壁
５２ａ，５３ａ 排気口
１ ＬＡＮ
２ 吐出口
３ 液滴
４ 造形材層
Ｍ モデル材
Ｓ サポート材
ＳＳ 下地層
Ｒｚ 造形室
Ｒｔ タンク室
Ｒｄ 脱臭室
Ｄ 排気ダクト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元造形装置に係り、さらに詳しくは、造形ステージ上に造形材からなる造形材層を積層形成する３次元造形装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、積層造形法を用いて、立体造形物を簡易的に作製することが行われている。積層造形法は、造形対象物を多数の薄い層に分割した際の各層と同じ２次元形状の薄板を形成し、この薄板を積層して立体造形物を作製する造形方法であり、ラピッドプロトタイピングに用いられている。この様な積層造形法には、光造形法、粉末結合法、シート堆積法、樹脂押し出し法、インクジェット方式などがある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
インクジェット方式の造形法は、インクジェットプリンタの技術を利用した造形法であり、インクの代わりに紫外線（ＵＶ）硬化樹脂などの光硬化性の造形材を用い、造形材をノズルから吐出させ、造形ステージ上に堆積させた造形材にＵＶ光を照射して固化させる。この造形法では、造形材を吐出するための多数の吐出口が略直線状に配列された造形材ノズルを造形ステージと平行に２次元走査することによって、造形材からなるスライス層が形成され、スライス層を順に積層形成することによって立体造形物が形成される。
【０００４】
インクジェット方式の３次元造形装置において用いられるＵＶ硬化樹脂は、固化時に特有の刺激臭を発する。一方、造形ステージ上に堆積した造形材は、ＵＶ光が照射されることから高温状態になり、そのまま放置すれば熱だれを生じるので、冷却する必要がある。通常、インクジェット方式の造形装置には、造形ステージ上へ外気を流入させるための吸気口と、造形ステージ上に流入したエアを排出するための排気ダクトが設けられ、外気に曝すことによって造形材の冷却が行われている。このため、造形ステージ上のエアが排気ダクトを介して外部へ排出され、刺激臭が造形装置外へ拡散してしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−９０５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
造形ステージ上の造形材を冷却するために流入させたエアが造形装置外へ排出されてしまうという課題は、インクジェット方式の造形装置に限らず、３次元造形装置全般に共通の課題である。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、造形ステージ上に流入させたエアを脱臭して外部へ排出することができる３次元造形装置を提供することを目的とする。
【０００８】
特に、装置のサイズが大きくなるのを抑制しつつ、脱臭効率を向上させることができる３次元造形装置を提供することを目的とする。また、脱臭フィルタの濾材全体を均一に用いて脱臭することができる３次元造形装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、脱臭フィルタの濾材を交換する際の作業性を向上させることができる３次元造形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の本発明による３次元造形装置は、造形ステージ上に造形材からなる造形材層を順に積層形成する３次元造形装置であって、造形材からなる造形材層が積層形成される上記造形ステージが略水平に配置される造形空間を形成する造形室と、上記造形室の、装置前面部に形成され、造形室内の造形ステージを含む造形空間に対して外気を取り込む吸気口と、上記造形室の、装置背面部に形成され、上記造形空間からの空気を排出するための排気口と、上記造形室の下方に配置される脱臭室と、上記造形室の排気口と、上記脱臭室内の上部に設けられる連通口とを接続するとともに、装置背面部に設けられる排気ダクトとを備えて構成される。上記脱臭室は、略水平に配置された誘導板により、上部導風路及び下部導風路に分割され、上記誘導板の装置前面部に向かって延びる前端を回り込んで上記上部導風路から上記下部導風路へ流れるＵターン型の導風経路を形成し、上記下部導風路には、排気ファンが配置されるとともに、上記排気ファンよりも前方に脱臭フィルタが配置され、上記脱臭フィルタは、下部導風路内において、装置の背面側に位置する脱臭フィルタ端部が高さ方向において、誘導板の近傍となるように配置されるとともに、その一端部と対向する位置にあって装置の前面側に位置する脱臭フィルタの他端部が高さ方向において、上記一端部よりも低い位置となるように傾けて配置され、上記誘導板は、上記脱臭フィルタの配置に対して、装置の前面側に位置する誘導板端部が装置の前後方向において、脱臭フィルタの中間部に位置するように配置される。
【００１１】
この様な構成によれば、吸気口から造形室に流入したエアは、造形ステージ上を通って排気口から排気ダクトへ排出され、排気ダクトを通って脱臭室へ流入する。連通口から脱臭室に流入したエアは、脱臭フィルタによって濾過され、排気ファンを介して外部へ排出される。このため、造形室に流入させたエアを脱臭してから外部へ排出することができ、刺激臭が３次元造形装置外へ拡散するのを抑制することができる。また、脱臭室に流入したエアは、誘導板の前端を回り込むＵターン型の導風経路を通って排気ファンへ到達する。エアが誘導板の前端を回り込む際は、前端から離れるほど経路長が長くなって流速が低下することから、下側ほど流速が遅い層流としてエアを脱臭フィルタへ流入させることができる。このため、脱臭フィルタの前面を上方に傾けて配置することにより、エアを脱臭フィルタ全体に均一に流入させることができ、脱臭フィルタによるエアの脱臭効率を向上させることができる。さらに、脱臭フィルタを傾斜させているので、３次元造形装置のサイズが大きくなるのを抑制することができる。従って、装置のサイズが大きくなるのを抑制しつつ、脱臭効率を向上させることができる。
【００１２】
第２の本発明による３次元造形装置は、上記構成に加え、上記下部導風路の風路断面が上記上部導風路よりも広くなるように構成される。この様な構成によれば、上部導風路を通って前方へ誘導されたエアが誘導板の前端を回り込む際に十分に減速させることができる。
【００１３】
第３の本発明による３次元造形装置は、上記構成に加え、上記脱臭フィルタが、平板状の濾材からなり、その中央が概ね上記誘導板の上記前端の下方に位置しているように構成される。
【００１４】
この様な構成によれば、エアが誘導板の前端を回り込む際の等流速面に合わせて脱臭フィルタの濾材を傾斜させることにより、エアを脱臭フィルタの濾材全体に均一な速度で概ね垂直に流入させることができる。このため、エアが脱臭フィルタを通過する際に、脱臭フィルタの濾材全体を均一に用いて脱臭することができ、十分な脱臭効果を得ることができる。
【００１５】
第４の本発明による３次元造形装置は、上記構成に加え、上記脱臭室が、上記誘導板の前端よりも前方に、外部から上記脱臭フィルタへアクセスするための開閉扉が設けられているように構成される。この様な構成によれば、開閉扉を開扉することにより、脱臭フィルタへアクセスすることができるので、脱臭フィルタの濾材を交換する際の作業性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による３次元造形装置では、造形室に流入させたエアを脱臭してから外部へ排出することができる。また、脱臭室に流入したエアを誘導板の前端を回り込ませて脱臭フィルタへ流入させることにより、エアを脱臭フィルタ全体に均一に流入させることができ、脱臭フィルタによるエアの脱臭効率を向上させることができる。さらに、脱臭フィルタを傾斜させているので、３次元造形装置のサイズが大きくなるのを抑制することができる。従って、装置のサイズが大きくなるのを抑制しつつ、脱臭効率を向上させることができる。
【００１７】
また、本発明による３次元造形装置では、開閉扉を開扉することにより、脱臭フィルタへアクセスすることができるので、脱臭フィルタの濾材を交換する際の作業性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態による３次元造形装置１０を含む造形システム１００の一構成例を示したシステム図である。
【図２】図１の３次元造形装置１０の一構成例を示した斜視図であり、作業空間１１０及びカートリッジ収容空間１３０内の様子が示されている。
【図３】図２のヘッドユニット１１１の概略構成の一例を示した図であり、ヘッドユニット１１１をｘ，ｙ，ｚ方向から見た様子が示されている。
【図４】図２の３次元造形装置１０における造形時の動作の一例を模式的に示した説明図であり、造形ステージ１１２上に立体造形物が形成される様子が示されている。
【図５】図２の３次元造形装置１０における造形時の動作の一例を模式的に示した説明図であり、ｘ方向の主走査往路及び主走査復路の様子が示されている。
【図６】図１の３次元造形装置１０をｙｚ面に平行な鉛直面で切断した場合の切断面を示した断面図である。
【図７】図６の造形室Ｒｚをｚｘ面に平行な鉛直面で切断した場合の切断面を示した断面図である。
【図８】図６の脱臭室Ｒｄをｙｚ面に平行な鉛直面で切断した場合の切断面を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
まず、本発明による３次元造形装置が前提とするインクジェット方式の造形装置の概略構成について、図１〜図５を用いて説明する。
【００２０】
＜造形システム１００＞
図１は、本発明の実施の形態による３次元造形装置１０を含む造形システム１００の一構成例を示したシステム図である。この造形システム１００は、３次元造形装置１０と、ＬＡＮ（Local Area Network）１を介して３次元造形装置１０に接続された複数の造形依頼者端末２０により構成される。
【００２１】
３次元造形装置１０は、インクジェット方式の積層型造形機であり、所定のＵＶ硬化樹脂を造形材として用い、後述する造形ステージ上に造形材からなる造形材層を順に積層形成することによって所望の立体造形物を形成する。造形依頼者端末２０は、３次元造形用のアプリケーションプログラムがインストールされたＰＣ（パーソナルコンピュータ）であり、所望の立体造形物を作製するための造形データを生成する造形データ作成装置として機能する。
【００２２】
造形データは、造形対象物の３次元形状を示す形状情報と、形状情報以外の造形条件とからなる。造形データは、例えば、ＣＡＤデータに基づいて作成され、必要に応じて、３次元造形装置１０で用いられる積層データとして、各層単位でのデータに加工される。但し、層単位でのデータ加工は、３次元造形装置１０側で行われても良い。形状情報以外の造形条件とは、造形対象物に関わらず指定することが可能な造形情報のことであり、造形材の種類、造形材層の厚さ、走査速度などの造形パラメータと、造形ステージ上における造形対象物の配置態様を示す配置情報とからなる。
【００２３】
造形依頼者端末２０において作成された造形データは、３次元造形装置１０へ送信される。３次元造形装置１０では、ＬＡＮ１を介して造形依頼者端末２０から受信した複数の造形データが造形ジョブとして管理される。すなわち、造形ジョブは、造形データと、造形データに関連付けて保持される属性情報とからなる。この属性情報には、造形データの識別情報、造形データの送受信日時、造形依頼者の識別情報などが含まれる。造形依頼者端末２０は、この様な造形処理の依頼者が使用する端末装置である。
【００２４】
この３次元造形装置１０には、造形室扉１１、操作表示部１２、タンク室扉１３及び脱臭室扉１４が設けられている。造形室扉１１は、外部から後述する作業空間１１０へアクセスするのを規制し、また、造形材などが外部空間へ飛散するのを防止するための開閉可能な遮断扉であり、手前側を持ち上げることにより、作業空間１１０へアクセスすることができる。この造形室扉１１には、造形ステージ上へ外気を流入させるための吸気口１１ａが設けられている。操作表示部１２は、例えば、タッチパネルからなり、ユーザによる操作を受け付け、また、動作状態や各種のエラーメッセージを画面表示する。
【００２５】
タンク室扉１３は、造形材カートリッジや廃液タンクを収容するカートリッジ収容空間１３０へアクセスするための開閉扉であり、上部を手前側へ移動させることにより、後述するカートリッジ収容空間１３０へアクセスすることができる。脱臭室扉１４は、後述する脱臭空間１４０へアクセスするための開閉扉であり、上部を手前側へ移動させることにより、脱臭空間１４０へアクセスすることができる。
【００２６】
＜３次元造形装置１０＞
図２は、図１の３次元造形装置１０の一構成例を示した斜視図であり、作業空間１１０及びカートリッジ収容空間１３０内の様子が示されている。図中には、造形室扉１１及びタンク室扉１３を開扉した状態の３次元造形装置１０が示されている。
【００２７】
作業空間１１０は、造形材を吐出するヘッドユニット１１１を２次元走査させ、また、ヘッドユニット１１１から吐出した造形材を造形ステージ１１２上に堆積させるための造形空間であり、作業台としての天板１１６上に形成されている。この天板１１６には、ヘッドユニット１１１を主走査方向であるｘ方向に駆動させる際にヘッドユニット１１１をガイドする一対のｘ走査用係合溝１１３ａと、ヘッドユニット１１１を副走査方向であるｙ方向に駆動させる際にヘッドユニット１１１をガイドするｙ走査用ガイド機構１１３ｂと、パージトレイ１１４及び受光孔１１５が配置されている。なお、ヘッドユニット１１１は、一方のｘ走査用係合溝１１３ａに沿って作業台近傍に設けられる図示しない駆動手段によってｘ走査方向に往復動されるようになっている。
【００２８】
造形ステージ１１２は、水平で平坦な造形面を有し、造形面上に造形材を堆積させ、立体造形物を形成するための可動ステージであり、鉛直方向に移動させることができる。この造形ステージ１１２は、天板１１６の中央に配置されている。ヘッドユニット１１１は、図示しない駆動装置によって、造形ステージ１１２と平行に２次元走査される可動ユニットである。
【００２９】
この３次元造形装置１０では、鉛直方向をｚ方向とし、互いに直交する水平方向をｘｙ方向とすれば、ユーザから見て左右方向となるｘ方向を主走査方向とし、ユーザから見て前後方向となるｙ方向を副走査方向として、２次元走査が行われる。造形材は、主走査方向の走査時に吐出される。また、ヘッドユニット１１１は、上記２次元走査により、矩形エリア内の任意の位置に移動させることができ、当該矩形エリアが可動エリアとなる。
【００３０】
また、言い換えれば、ここでのｙ方向とは、後述するモデル材用ノズルユニット３２及びサポート材用ノズルユニット３１の各々が有する複数のオリフィス（後述する吐出口２）が配列した並び方向であり、ｘ方向は水平面内においてこのｙ方向と直交する方向である。
【００３１】
ｘ走査用係合溝１１３ａは、ヘッドユニット１１１を主走査方向へ走査する駆動装置と係合させるための溝であり、天板１１６の前端部及び後端部に形成されている。パージトレイ１１４は、ヘッドユニット１１１から排出された造形材を使用済み造形材として一時的に収容する容器であり、その様な使用済み造形材からなる造形材液が排液として保持される。パージトレイ１１４は、ヘッドユニット１１１の可動エリア内であって、造形ステージ１１２よりも左側に配置されている。
【００３２】
３次元造形装置１０では、造形処理中において、定期的にパージ処理が行われる。パージ処理は、ヘッドユニット１１１を造形エリアとしての造形ステージ１１２上からパージトレイ１１４上に移動させ、ヘッドユニット１１１に搭載されている造形材ノズル３１２，３２２から造形材を強制的に吐出させることにより、造形材を吐出するための吐出口２や、吐出口２に造形材を供給するための造形材供給経路内に残留する残留物を除去するとともに、造形材ノズル３１２，３２２の表面に、図示しないゴム部材を当接させ、摺動させることにより、造形材ノズル表面を清掃する処理である。ここで、ノズルから吐出された造形材は、後述する廃液タンク１３Ｈに回収されるようになっている。
【００３３】
受光孔１１５は、造形材を硬化させるためのＵＶ光の照度を検出する照度センサ用の受光窓であり、天板１１６に形成された貫通孔からなる。この受光孔１１５は、上述したパージ用の廃液トレイ（パージトレイ１１４）の近傍を避け、造形ステージ１１２を挟んでパージトレイ１１４とは反対側に配置されている。また、具体的な動作としては、操作表示部１２に設けられるランプユニット３５の照度検査スイッチを押下し、ヘッドユニット１１１を駆動させることにより、自動的に受光孔１１５の真上に位置させ、ランプユニット３５を点灯させ、ＵＶ光の照度を、受光孔１１５の内部に設けられる照度センサにより検出させる。
【００３４】
カートリッジ収容空間１３０には、２つのモデル材カートリッジ１３Ｍと、２つのサポート材カートリッジ１３Ｓと、廃液タンク１３Ｈが収容されている。ヘッドユニット１１１から吐出される造形材には、造形対象物自体を構成するモデル材Ｍと、造形対象物のオーバーハング部分や孤立部分を支持し、最終的には除去されるサポート材Ｓとがある。
【００３５】
本実施例では、サポート材Ｓは、モデル材Ｍに比べ、サポート材Ｓを除去するための水に対する溶解性の高い材料が含まれている。なお、ここでのオーバーハング部分とは、造形物がｚ方向（つまり高さ方向）において下方に位置する造形部分よりｘ−ｙ平面で張り出した部分を意味し、言い換えれば、オーバーハング形状を有する造形物とは、既に成形されたモデル材のスライスが存在しない部分の上表面に新たなモデル材のスライスが成形される部分（オーバーハング部）を有する造形物である。
【００３６】
モデル材カートリッジ１３Ｍは、使用前のモデル材Ｍを収容する着脱式の造形材タンクである。サポート材カートリッジ１３Ｓは、使用前のサポート材Ｓを収容する着脱式の造形材タンクである。つまり、モデル材カートリッジ１３Ｍやサポート材カートリッジ１３Ｓには、ヘッドユニット１１１の造形材ノズル３１２，３２２から吐出させる前の造形材が収容される。
【００３７】
廃液タンク１３Ｈは、パージトレイ１１４や後述するヘッドユニット１１１内のローラードレイントレイ（図示せず）から回収された廃液を蓄積するための貯留容器であり、取り外して交換することができる。なお、廃液タンク１３Ｈには、内部に液面検出用のセンサや、廃液タンク１３Ｈ自体の重量を検出する重量センサなどを設けることにより、廃液タンク１３Ｈ内の廃液の程度を検出し、オペレータに通知する機能を搭載している。
【００３８】
カートリッジ収容空間１３０には、２個のモデル材カートリッジ１３Ｍと、２個のサポート材カートリッジ１３Ｓとが収容可能であり、両カートリッジを交互に使用することにより、造形処理を中断させることなく空になったカートリッジを交換することができる。
【００３９】
＜ヘッドユニット１１１＞
図３は、図２のヘッドユニット１１１の概略構成の一例を示した図であり、図中の（ａ）には、ヘッドユニット１１１をｙ方向（ヘッドユニット１１１の副走査方向）から見た様子が示され、（ｂ）には、ｘ方向（ヘッドユニット１１１の主走査方向）から見た様子が示され、（ｃ）には、ｚ方向から見た様子が示されている。
【００４０】
このヘッドユニット１１１は、サポート材用ノズルユニット３１、モデル材用ノズルユニット３２、ｙ走査用ホルダユニット３３、ローラーユニット３４及びランプユニット３５により構成され、これらのユニット３１〜３５を一体的に保持している。ユニット３１〜３５は、この順に、ｘ方向に配列されている。
【００４１】
なお、ｘ軸方向に沿うサポート材用ノズルユニット３１、モデル材用ノズルユニット３２、ローラーユニット３４及びランプユニット３５の配列の基本的な考え方は、以下の通りである。ヘッドユニット１１１の主走査方向の往路方向をベースに考えると、サポート材用ノズルユニット３１、モデル材用ノズルユニット３２は、いずれか一方が他方の前方に位置すればよい。このようなノズルユニットのレイアウトに対して、ローラーユニット３４ならびにランプユニット３５は、ローラーの作用を往路で行いたい場合は、往路進行方向において、サポート材用ノズルユニット３１、モデル材用ノズルユニット３２の後方にローラーユニット３４、ランプユニット３５の順で配置し、ローラーの作用を復路で行いたい場合は、サポート材用ノズルユニット３１、モデル材用ノズルユニット３２の復路の進行方向において後方にローラーユニット３４、ランプユニット３５の順で配置すればよい。
【００４２】
また、上記実施例においては、ヘッドユニット１１１から新たな最上層となるための樹脂を吐出させた後、造形途中の未硬化状態の最上層の樹脂層に対して、ローラーユニット３４による余剰樹脂の掻き取りを行った後、ランプユニット３５によって少なくとも最上層の樹脂層に対する硬化のためのＵＶ光を照射する方法を採用した。
【００４３】
しかし、これ以外にも、ヘッドユニット１１１から新たな最上層となるための樹脂を吐出させた後、余剰樹脂層を含む最上層に対して、ランプユニット３５によって一旦光を照射した後、造形途中の未硬化状態の最上層の樹脂層に対して、ローラーユニット３４による余剰樹脂の掻き取りを行い、その後再度ランプユニット３５によって少なくとも最上層の樹脂層に対する硬化のためのＵＶ光を照射する方法もある。
【００４４】
この場合、ランプユニット３５は、ヘッドユニット１１１において、ｘ方向、つまりヘッドユニット１１１の主走査方向で、サポート材用ノズルユニット３１、モデル材用ノズルユニット３２を挟む前後方向に一対のランプユニット３５を設けることにより、上述のような二度の照射を行うことができる。また、この場合、一度目の照射と二度目の照射を合わせて、最終的に所望する樹脂の硬化の程度を達成するようになるため、一度目の照射後の樹脂は硬化状態ではなく、まだその後のローラーユニット３４による掻き取り動作のために、流動可能な、半硬化状態である。このため、この場合においても、ローラーユニット３４による樹脂の掻き取り前の最上層の状態は、未硬化または流動可能な状態と表現することとする。
【００４５】
モデル材用ノズルユニット３２は、モデル材カートリッジ１３Ｍから供給されるモデル材Ｍを吐出するためのノズルユニットであり、モデル材Ｍを一時的に収容するリザーブタンク３２１と、造形ステージ１１２に対しモデル材Ｍを吐出する複数の吐出口２がｙ方向に配列された造形材ノズル３２２からなる。
【００４６】
サポート材用ノズルユニット３１は、サポート材カートリッジ１３Ｓから供給されるサポート材Ｓを吐出するためのノズルユニットであり、サポート材Ｓを一時的に収容するリザーブタンク３１１と、サポート材Ｓを吐出する複数の吐出口２がｙ方向に配列された造形材ノズル３１２からなる。
【００４７】
モデル材Ｍやサポート材Ｓは、造形材ノズル３２２ならびに３１２の各々に設けられる吐出口２ごとにノズルユニット内に設けられる圧電素子の振動を利用することにより、吐出口２から液滴となって射出される。吐出口２は一定ピッチでｙ方向において直線上に配置されている。
【００４８】
ヘッドユニット１１１は、造形材ノズル３１２，３２２から造形材を吐出させながらｘ方向に走査することにより、造形材ノズル３１２，３２２の各々に設けられる全ての吐出口２の配列長さに対応する所定幅の造形材層を１回の主走査によって造形ステージ１１２上に形成することができる。
【００４９】
ｙ走査用ホルダユニット３３は、ヘッドユニット１１１を副走査方向へ走査するために、ｘ走査用係合溝１１３間を結ぶ橋梁体に支持されている。このｙ走査用ホルダユニット３３が上記橋梁体に支持されるとともに、橋梁体上に設けられる図示しない駆動部により、橋梁体に設けられる図示しないｙ方向（ヘッドユニット１１１の副走査方向）に延びる軸に沿ってヘッドユニット１１１を駆動する構造となっている。なお、ヘッドユニット１１１のｙ方向（ヘッドユニット１１１の副走査方向）の駆動方式としては、ヘッドユニット１１１自体に駆動部を内蔵させ、上述した軸上を移動させるようにしてもよい。
【００５０】
ローラーユニット３４は、膜厚調整用ローラー３４１と、このローラー３４１を回転させる駆動部（図示せず）と、膜厚調整用ローラー３４１によって造形ステージ１１２上に形成される造形材層の最表面から掻き取られた造形材を使用済み造形材として一時的に収容するローラードレイントレイからなる。
【００５１】
膜厚調整用ローラー３４１は、造形ステージ１１２上に吐出し堆積させた造形材膜の厚さを調整する。より詳細に説明すれば、膜厚調整用ローラー３４１は、造形材ノズル３１２，３２２から吐出された造形材にて形成された最表面層の一部を、ランプユニット３５にて硬化させる前に所定の厚みを掻き取ることにより、最表面層の厚みの最適化を図っている。また、膜厚調整用ローラー３４１は、造形材膜の表面を平坦化するためのローラーでもあり、ｙ方向の回転軸を中心として回転する。より詳細に説明すれば、膜厚調整用ローラー３４１が作用する際のヘッドユニット１１１の進行方向に対して、膜厚調整用ローラー３４１は、順方向に回転する。膜厚調整用ローラー３４１にて掻き取られ、上記ローラードレイントレイ内に収容された造形材は、使用済み造形材からなる廃液として廃液タンク１３Ｈへ送られる。
【００５２】
ランプユニット３５は、造形ステージ１１２上に吐出し堆積させた造形材膜にＵＶ光を照射するためのＵＶランプ３５１からなり、吐出口２の配列長さよりも幅が広い照射エリアを造形ステージ１１２上に形成することができる。
【００５３】
図３に示すランプユニット３５のレイアウトを採用した場合は、図の左から右にヘッドユニット１１１を移動させる、いわゆる主走査の往路においては、ランプユニット３５は、造形材ノズル３１２，３２２よりも先行した位置に配置されるため、往路に吐出した造形物の表面にＵＶ光を照射することがない。従って、点灯制御を容易化するため、常時点灯していてもよい。実際のＵＶ光の照射は、復路において、膜厚調整用ローラー３４１が造形物の最表面の厚みを適正化した後の最表面に対して行われることとなる。
【００５４】
なお、ここでのランプユニット３５は、ＵＶ光を照射する光源であれば、ＵＶ光照射用ランプに限る必要はなく、ＵＶ光を照射するＬＥＤ光源も含むものである。つまり、ＵＶ光などの樹脂硬化に必要な特定波長の光を照射する樹脂硬化用の光照射手段である。更に、光硬化型の樹脂に代えて、造形用樹脂として所定の温度によって硬化するような熱可塑性樹脂を採用するのであれば、本発明のランプユニット３５に代えて、樹脂硬化手段として、冷却または加熱手段を採用したり、場合によっては、不要な場合もある。
【００５５】
＜造形処理＞
図４は、図２の３次元造形装置１０における造形時の動作の一例を模式的に示した説明図であり、造形ステージ１１２上に立体造形物が形成される様子が示されている。図中には、立体造形物を造形中の３次元造形装置１０におけるヘッドユニット１１１及び造形ステージ１１２をｚｘ面に平行な鉛直面で切断した場合の切断面の様子が示されている。
【００５６】
モデル材Ｍ及びサポート材Ｓは、造形ステージ１１２に対し、主走査方向（ｘ方向）の走査中にヘッドユニット１１１から下方へ液滴３となって吐出される。主走査往路時に造形ステージ１１２上に吐出し堆積させたこれらの造形材からなる造形材層は、主走査復路において、膜厚調整用ローラー３４１により膜厚が調整され、ＵＶランプ３５１によるＵＶ光の照射によって硬化する。なお、上記の説明では、モデル材Ｍ及びサポート材Ｓの吐出を、主走査の往路方向にて行うと共に、ヘッドユニット１１１の主走査の復路において行っても良い。また、モデル材Ｍ及びサポート材Ｓの吐出を、ヘッドユニット１１１の主走査の復路単独で行ってもよい。
【００５７】
本実施の形態におけるモデル材Ｍ及びサポート材Ｓは、共にＵＶ硬化性の樹脂であり、同一のＵＶランプ３５１によりＵＶ光が照射されることにより硬化する。なお、３次元造形装置１０に使用可能な樹脂としては、光硬化性の樹脂の他に、熱を与えて硬化させる熱硬化性の樹脂や、自然冷却により硬化する熱可塑性樹脂を用いることもできる。
【００５８】
ヘッドユニット１１１のｙ方向の長さ（ヘッド幅）に対応する一定幅の帯状領域は、フィールドと呼ばれ、あるフィールドについて、造形材層の形成が完了すれば、ヘッドユニット１１１を副走査方向（ｙ方向）へ移動させ、隣接するフィールドに対する造形材層の形成が開始される。どの程度ヘッドユニット１１１を副走査方向（ｙ方向）へ移動させるかは、造形ステージ１１２上にて形成する造形物をどのような位置に配置させるかによって決定され、その決定は、造形依頼者端末２０における依頼者の入力に基づいて行われる。
【００５９】
ヘッドユニット１１１は、ｘ走査用係合溝１１３ａ間をｙ方向に跨ぐ門型の橋梁体に支持され、一対のｘ走査用係合溝１１３に沿って主走査方向に走査される。なお、本実施の形態では、門型の橋梁体にヘッドユニット１１１を支持させ、一対のｘ走査用係合溝１１３に沿ってヘッドユニット１１１を主走査方向に移動させる構成としたが、ｘ走査用係合溝１１３を１本とし、ヘッドユニット１１１を片持ちで支持した状態で主走査方向に移動させる構成としても良い。
【００６０】
ヘッドユニット１１１に配設されたモデル材用ノズルユニット３２及びサポート材用ノズルユニット３１により造形可能なｙ方向の幅は造形ステージ１１２上の造形エリアに対して短いため、ヘッドユニット１１１を主走査方向へ往復移動させて１フィールド分の造形が完了すると、ヘッドユニット１１１を副走査方向（ｙ方向）に移動させて隣接するフィールドの造形が行われる。ユーザが設定した立体造形物が１フィールド内に収まる場合には、ヘッドユニット１１１の副走査方向への移動は行われない。なお、ヘッドユニット１１１による造形可能なｙ方向の幅が造形ステージ１１２上の造形エリアのｙ方向の幅よりも同一又は大きい場合には、ヘッドユニット１１１は副走査方向へ移動させながら造形する必要はなく、副走査方向への移動機構は不要となる。
【００６１】
造形ステージ１１２上には、上述したヘッドユニット１１１の主走査及び副走査によって造形材層がフィールドごとに形成され、立体造形物を構成する１つの樹脂層が形成される。この樹脂層は、スライス層と呼ばれ、あるｚ方向の位置でスライス層の形成が完了すれば、造形ステージ１１２をスライス層の厚さに相当する距離だけ下方向（ｚ方向）へ移動させ、次のスライス層の形成が開始される。
【００６２】
この３次元造形装置１０では、着脱可能な可搬プレート４１の上面が造形ステージ１１２であり、可搬プレート４１と、可搬プレート４１が載置されるプレート取付台４２とから、ｚ方向に移動可能なｚ移動ユニット４０が構成される。ｚ移動ユニット４０は、ｚ駆動装置４３によりｚ方向の位置が調整される。ｚ駆動装置４３は、ヘッドユニット１１１と造形ステージ１１２との間の高さ方向の相対位置を変化させる垂直駆動手段である。可搬プレート４１は、矩形状の金属板からなり、造形依頼者端末２０から指示した全ての造形が完了した時点で、立体造形物を載せたままの状態で、プレート取付台４２から取り外すことができる。プレート取付台４２には、可搬プレート４１を固定するための固定機構（図示せず）が設けられる。
【００６３】
立体造形物は、モデル材Ｍによって構成され、サポート材Ｓは、立体造形物のオーバーハング部分や孤立部分を支持し、最終的には所定の方法によって除去される。例えば、モデル材Ｍとして、水に対し不溶性又は難溶性の樹脂を用い、サポート材Ｓとして、易溶性の樹脂を用いれば、可搬プレート４１上に形成された造形物を取り出して水に浸すことにより、サポート材Ｓからなる造形材層だけを容易に除去することができる。また、言うまでもなく、造形物としてのモデル材Ｍからサポート材Ｓの除去は、従来通り、手を用いてモデル材Ｍからサポート材Ｓを外すようにしても良い。
【００６４】
この例では、可搬プレート４１上に形成された下地層ＳＳ上にモデル材Ｍ及びサポート材Ｓからなるスライス層を積層形成することによって所望の立体造形物が形成される。下地層ＳＳは、可搬プレート４１の傾きや表面の凹凸を吸収し、また、造形物を剥離し易くするサポート材Ｓからなる。さらに、この下地層ＳＳは、可搬プレート４１の傾きや表面の凹凸を吸収できるのであれば、造形依頼者端末２０における造形条件において、中実の構造以外に格子状などの中空構造を採用することにより、材料の使用量の低減を図ることもできる。
【００６５】
＜主走査＞
図５は、図２の３次元造形装置１０における造形時の動作の一例を模式的に示した説明図であり、図中の（ａ）には、ｘ方向の主走査往路の様子が示され、（ｂ）には、主走査復路の様子が示されている。主走査往路では、ｚ方向に関して造形ステージ１１２の位置がヘッドユニット１１１から離間した位置に固定され、モデル材Ｍやサポート材Ｓが造形材ノズル３１２，３２２から吐出される。造形ステージ１１２上には、これらの造形材からなる造形材層４が形成される。
【００６６】
なお、図５（ａ）に開示するヘッドユニット１１１と造形ステージ１１２との間の距離と、図５（ｂ）に開示するヘッドユニット１１１と造形ステージ１１２との間の距離とは明らかに異なるように示しているが、これは動作の内容をわかりやすく説明するためであり、実際は、図５（ａ）の状態でのヘッドユニット１１１と造形ステージ１１２との間の距離は２ｍｍ以下であり、図５（ｂ）におけるその距離は、図５（ａ）の状態から造形ステージ１１２をｚ方向で且つヘッドユニット１１１に近づくように１ｍｍ以下の距離を移動させるようになっている。
【００６７】
造形材層４の厚みはユーザが造形精度や造形速度の観点から決定することができる。つまり、ユーザが造形精度を優先することを選択すれば、造形材層４の厚みは設定可能な最小の厚み又はその近傍の厚みに設定し、造形速度を優先することを選択すれば、最低限の造形精度を維持した厚みに設定すればよい。このような選択は、造形依頼者端末２０において形状情報以外の造形条件として選択、設定することができるようになっている。
【００６８】
主走査復路の走査は、膜厚調整用ローラー３４１が造形材層４と接触する位置まで造形ステージ１１２を上方へ移動させた状態で行われる。この主走査復路では、主走査往路での造形材の吐出に加え、モデル材Ｍやサポート材Ｓが造形材ノズル３１２，３２２から吐出させることも可能であり、主走査往路や復路で吐出し堆積させた造形材層４の上層部が膜厚調整用ローラー３４１によって掻き取られる。
【００６９】
造形材ノズル３１２，３２２に配設された各吐出口２からの造形材の吐出量には個体差があり、また、予め設定された厚みの造形材層４が正確に得られるように、造形材ノズル３１２，３２２からの造形材の吐出量を制御するのは困難であるため、少なくとも各造形層を形成する単位で、造形材ノズル３１２，３２２からは設定された厚み以上の造形材を吐出し、余分な造形材を膜厚調整用ローラー３４１により掻き取って回収することで、予め設定された厚みの造形材層４を維持し、均一な厚みの造形材層４を積層することができる。但し、膜厚調整用ローラー３４１を、その時点での造形層の最表面に当接させるタイミングは、造形データとしての各スライス層データ単位での最表面で行う必要はなく、造形の種々の狙い、例えば、造形精度と造形速度の両立の観点から、必要なタイミングにて行うことができる。
【００７０】
膜厚調整用ローラー３４１は、主走査の往路及び復路に関わらず、一定の回転数で同じ向きに回転する。ＵＶランプ３５１は、造形材の種類や造形材層４の厚さ、ｘ方向の走査速度に応じた所定の光度で点灯し、主として、膜厚調整用ローラー３４１による膜厚調整後の造形材層４をＵＶ光の照射によって硬化させる。
【００７１】
次に、造形ステージ１１２上に流入させた外気を脱臭空間１４０へ誘導し、脱臭フィルタ１４６によって脱臭してから外部へ排出する構成について、図６〜図８を用いて説明する。
【００７２】
図６は、図１の３次元造形装置１０をｙｚ面に平行な鉛直面で切断した場合の切断面を示した断面図である。この３次元造形装置１０は、装置の上から順に概略、ヘッドユニット１１１と造形ステージ１１２を備えた造形室Ｒｚ、造形室Ｒｚの下方に位置し、造形ステージ１１２を駆動するｚ移動ユニット４０ならびにそのｚ方向への駆動部、モデル材カートリッジ１３Ｍやサポート材カートリッジ１３Ｓならびに廃液タンク１３Ｈを収容するタンク室Ｒｔ、そして脱臭室Ｒｄから構成されている。更に、最上層の造形室Ｒｚの背面部から最下層の脱臭室Ｒｄの背面部には、上方から下方に延びる排気ダクトＤが設けられている。これにより、造形室Ｒｚの背面部に対向する位置に設けられる前面部の吸気口１１ａから取り入れられた外気は造形室Ｒｚ内に導入させた後、造形室Ｒｚの背面部に設けられる排気口５２ａ、それに続く排気ダクトＤを介して、最下層に位置する脱臭室Ｒｄに導かれる。脱臭室Ｒｄに導かれた空気は、脱臭室Ｒｄ内に設けられる脱臭フィルタ１４６を通って、排気口５３ａから外部に排出される。なお、このようなエアの流れは、後述する脱臭室Ｒｄの最下流に位置する排気ファン１４５によって形成される。
【００７３】
なお、上述した造形室Ｒｚ、タンク室Ｒｔならびに脱臭室Ｒｄは、最上層に造形室Ｒｚを設け、その下方の同層部にタンク室Ｒｔならびに脱臭室Ｒｄを形成しても良い。その場合は、言うまでもなく、装置背面部に形成される排気ダクトＤは、造形室Ｒｚから直接脱臭室Ｒｄに連通することになり、タンク室Ｒｔの背面部を通過しないくてもよい。
【００７４】
造形室Ｒｚは、造形ステージ１１２上の作業空間１１０を外部空間から遮断するための隔壁からなる気室であり、造形室扉１１、造形ステージ１１２、吸気口１１ａ及び排気口５２ａが配置されている。造形ステージ１１２は、略水平に配置されている。造形室扉１１は、作業空間１１０を覆うように装置の前面部に設けられ、造形ステージ１１２よりも前方に配置される前隔壁５１とともに、造形ステージ１１２の上方に配置される上部隔壁を構成している。吸気口１１ａは、前隔壁５１に形成されている。なお、吸気口１１ａは、前隔壁５１以外に装置の前面部に位置する造形室扉１１または造形室扉１１と前隔壁５１との間に形成しても良い。
【００７５】
排気口５２ａは、造形室Ｒｚの背面部に設けられ、吸気口１１ａを介して造形ステージ１１２上に流入したエアを排出するための通気口であり、造形ステージ１１２よりも後方に配置された後隔壁５２に設けられている。つまり、造形ステージ１１２よりも前方に吸気口１１ａが配置され、造形ステージ１１２よりも後方に排気口５２ａが配置されている。排気口５２ａは、吸気口１１ａよりも鉛直方向の高い位置に配置され、ヘッドユニット１１１内のＵＶランプ３５１などで発生する熱を排熱し易くなっている。
【００７６】
タンク室Ｒｔは、天板１１６の下側に形成されるカートリッジ収容空間１３０を外部空間から遮断するための隔壁からなる気室であり、造形室Ｒｚの下方に配置され、タンク室扉１３が配置されている。タンク室扉１３は、カートリッジ収容空間１３０の前方に配置される前隔壁である。
【００７７】
脱臭室Ｒｄは、エアの脱臭処理が行われる脱臭空間１４０を外部空間から遮断するための隔壁からなる気室であり、タンク室Ｒｔの下方に配置され、連通口１４１及び排気口５３ａが共に後方、つまり、装置の背面部近傍に配置されている。
【００７８】
排気ダクトＤは、造形室Ｒｚの排気口５２ａを脱臭室Ｒｄの連通口１４１に接続するための導風管であり、造形室Ｒｚ及びタンク室Ｒｔの後隔壁よりも後方に配置されている。より詳細には、この排気ダクトＤは、装置の背面部の上下方向に延びるように形成され、その上端が排気口５２ａに接続され、下端が連通口１４１に接続されている。
【００７９】
連通口１４１は、排気ダクトＤ内のエアを脱臭空間１４０内へ流入させるための通気口であり、脱臭室Ｒｄの装置の背面近傍の上部隔壁に設けられている。排気口５３ａは、脱臭空間１４０内のエアを外部空間へ排出するための通気口であり、脱臭室Ｒｄの後隔壁５３に設けられている。
【００８０】
この脱臭室Ｒｄには、脱臭室扉１４、誘導板１４２、排気ファン１４５及び脱臭フィルタ１４６が配置されている。誘導板１４２は、排気ダクトＤを介して、装置背面部近傍であって、かつ、脱臭室Ｒｄ内の上部に設けられた連通口１４１から脱臭空間１４０に流入したエアを装置背面部側から装置前面部方向に誘導することによって、整流するための矩形状の整流板であり、脱臭空間１４０内に略水平に配置されている。この誘導板１４２は、上面を連通口１４１に対向させ、後端を後隔壁５３に接触させた状態で固定されている。別の意味では、脱臭室Ｒｄをこの誘導板１４２によって上下に分割することにより、脱臭室Ｒｄ内の上方で且つ装置背面部近傍に設けられた連通口１４１から脱臭室Ｒｄ内の下方で且つ装置背面部近傍に設けられた排気口５３ａまでの通路をＵ字状に形成することにより通路長を長くする狙いがある。
【００８１】
脱臭室扉１４は、装置の前面部に設けられ、誘導板１４２の前端よりも前方に配置される前隔壁であり、開扉することにより、外部から脱臭フィルタ１４６へアクセスして脱臭フィルタ１４６を交換することができる。
【００８２】
脱臭空間１４０は、誘導板１４２により、風路断面が異なる上部導風路１４３及び下部導風路１４４に分割され、誘導板１４２の前端を回り込んで上部導風路１４３から下部導風路１４４へ流れるＵターン型の導風経路が形成されている。
【００８３】
下部導風路１４４は、風路断面が上部導風路１４３よりも広い。すなわち、下部導風路１４４をｚｘ面に平行な鉛直面で切断した場合の切断面の鉛直方向の長さＡ２は、上部導風路１４３の長さＡ１よりも長い。このため、上部導風路１４３内を通って前方へ誘導されたエアは、誘導板１４２の前端を回り込む際に、十分に減速される。誘導板１４２の前後方向の長さを調節することにより、脱臭空間１４０におけるエアの流速を調整することができる。
【００８４】
排気ファン１４５は、誘導板１４２の前端を回り込んだエアを後方へ誘導し、外部空間へ排出するための送風機であり、下部導風路１４４内に配置されている。排気ファン１４５は、例えば、複数のブレードからなるローターを回転軸を中心として回転させることにより、エアを強制的に排出する。この排気ファン１４５は、回転軸を水平後方に向けた状態で、後隔壁５３の排気口５３ａに対向させて配置されている。
【００８５】
脱臭フィルタ１４６は、外部空間へ排出される前のエアを脱臭するための濾過装置であり、下部導風路１４４内において排気ファン１４５よりも前方に配置されている。脱臭フィルタ１４６は、例えば、平板状の濾材からなり、濾材には、例えば、活性炭を表面に塗布した紙によって、ハニカム状の多数の吸着孔からなる濾過面を形成した部材が用いられる。
【００８６】
この脱臭フィルタ１４６では、濾過面に略垂直にエアを流入させることにより、脱臭フィルタ１４６を通過する際の圧力損失を少なくしつつ、吸着効率を向上させることができる。この様な脱臭フィルタ１４６を用いれば、エア中に含まれるＶＯＣ（Volatile Organic Compounds：揮発性有機化合物）を吸着除去することができる。ここでは、造形材が固化する際の化学反応により、造形材から気化した成分が脱臭フィルタ１４６によって、除去される。
【００８７】
この脱臭フィルタ１４６は、上述したように、フィルタ面に対して導かれるエアを極力略垂直に導くことで吸着効率の向上を図ることと、フィルタの設置高さを極力抑えることによる装置のコンパクト化を図ることを両立するため、下部導風路１４４内において、装置の背面側に位置するフィルタ１４６の一端部１４６ａを高さ方向において、誘導板１４２の近傍に配置するとともに、その一端部１４６ａと対向する位置にあるとともに、装置の前面側に位置するフィルタ１４６の他端部１４６ｂを高さ方向において一端部１４６ａよりも低い位置に配置している。
【００８８】
つまり、脱臭フィルタ１４６は、３次元造形装置１０の前面方向から背面方向に向けて、フィルタが高くなるように傾斜された状態で、下部導風路１４４内に配置されている。更に、このような脱臭フィルタ１４６の配置に対して、誘導板１４２の装置前面側に位置する端部は、装置前後方向において、脱臭フィルタ１４６の中間部に位置するように配置される。このことにより、連通口１４１から上部導風路１４３内に導かれ、誘導板１４２の装置前面側に位置する端部から下部導風路１４４へ回り込むエアは、十分に減速されるとともに、脱臭フィルタ１４６の面に対して、略垂直方向に導かれることとなる。
【００８９】
＜造形室Ｒｚ＞
図７は、図６の造形室Ｒｚをｚｘ面に平行な鉛直面で切断した場合の切断面を示した断面図である。排気口５２ａは、造形室Ｒｚの後隔壁５２に形成され、横長の矩形状の開口からなる。排気口５２ａに流入したエアは、排気ダクトＤ内を通って脱臭空間１４０へ誘導される。
【００９０】
この排気ダクトＤは、排気口５２ａから造形ステージ１１２の位置にかけて、風路断面が下側ほど狭くなっている。このため、排気口５２ａから流入したエアの流速は、下側ほど速く、排気口５２ａから流入した際の流速に比べて、連通口１４１から脱臭空間１４０へ導入される際の流速が大きくなる。
【００９１】
＜脱臭室Ｒｄ＞
図８は、図６の脱臭室Ｒｄをｙｚ面に平行な鉛直面で切断した場合の切断面を示した断面図である。排気ダクトＤを介して連通口１４１から脱臭空間１４０へ流入したエアは、誘導板１４２の前端を回り込んで、脱臭フィルタ１４６へ流入される。
【００９２】
排気ダクトＤ内で加速させたエアを上部導風路１４３の前方へ誘導し、誘導板１４２の前端を回り込ませることにより、エアの流れを均一化して脱臭フィルタ１４６へ流入させることができる。
【００９３】
脱臭フィルタ１４６は、その下端が誘導板１４２の前端よりも前側に配置され、上端が誘導板１４２の前端よりも後側に配置され、濾材の中央が概ね誘導板１４２前端の下方に位置する状態で固定されている。
【００９４】
誘導板１４２によって前方へ誘導されたエアの流速は、十分に減速されていることから、誘導板１４２の前端を回り込んだエアは、脱臭フィルタ１４６の濾材全体に均一に流入される。すなわち、脱臭フィルタ１４６の濾材に対し、エアは、濾材全体に均一な速度で概ね垂直に流入される。このため、エアが脱臭フィルタ１４６を通過する際に、脱臭フィルタ１４６の濾材全体を均一に用いて脱臭することができ、十分な脱臭効果を得ることができる。
【００９５】
また、上部導風路１４３及び下部導風路１４４間の風路断面の比率と、脱臭フィルタ１４６の傾斜角度とを調節することにより、脱臭フィルタ１４６による脱臭効率と、排熱効率とをバランスさせることができる。
【００９６】
本実施の形態によれば、吸気口１１ａから造形室Ｒｚに流入したエアは、造形ステージ１１２上を通って排気口５２ａから排気ダクトＤ内へ排出され、排気ダクトＤを通って脱臭室Ｒｄへ流入する。連通口１４１から脱臭室Ｒｄに流入したエアは、脱臭フィルタ１４６によって濾過され、排気口５３ａから排出される。このため、造形室Ｒｚに流入させたエアを脱臭してから外部へ排出することができ、刺激臭が３次元造形装置１０外へ拡散するのを抑制することができる。例えば、３次元造形装置１０が建屋内に設置されるのであれば、刺激臭が建屋内に拡散するのを防止することができる。
【００９７】
また、脱臭室Ｒｄに流入したエアは、誘導板１４２の前端を回り込むＵターン型の導風経路を通って排気ファン１４５へ到達する。エアが誘導板１４２の前端を回り込む際は、前端から離れるほど経路長が長くなって流速が低下することから、下側ほど流速が遅い層流としてエアを脱臭フィルタ１４６へ流入させることができる。このため、脱臭フィルタ１４６の前面を上方に傾けて配置することにより、エアを脱臭フィルタ１４６全体に均一に流入させることができ、脱臭フィルタ１４６によるエアの脱臭効率を向上させることができる。さらに、脱臭フィルタ１４６を傾斜させているので、脱臭効率を上げるために脱臭フィルタ１４６の面積を大きくした場合に、３次元造形装置１０のサイズが大きくなるのを抑制することができる。
【００９８】
また、脱臭室扉１４を開扉することにより、脱臭フィルタ１４６へアクセスすることができるので、脱臭フィルタ１４６の濾材を交換する際の作業性を向上させることができる。
【００９９】
なお、本実施の形態では、可搬プレート４１とプレート取付台４２とからｚ移動ユニット４０が構成される場合の例について説明したが、本発明は、可搬プレート４１及びプレート取付台４２からなるユニットが可動式のものに限定するものではなく、固定式のものであっても良い。すなわち、ヘッドユニット１１１を鉛直方向へ移動させることにより、可搬プレート４１上に造形材層を積層形成するようなものも本発明には含まれる。
【０１００】
また、本実施の形態では、３次元造形装置１０がインクジェット方式の積層型造形機である場合の例について説明したが、本発明は造形対象物の造形方法をこれに限定するものではなく、造形ステージ１１２上に造形材層を順に積層形成するものであれば他の方式のものであっても良い。例えば、ＵＶ硬化樹脂にレーザー光を照射して固化させる光造形法を採用した造形装置にも本発明は適用することができる。光造形法は、ＵＶ硬化樹脂からなる液体を入れた容器の上方から樹脂液面にレーザー光を照射し、レーザー光を２次元走査することによって樹脂液面を選択的に露光し固化させる。或いは、本発明は、粉末結合法、シート積層法、樹脂押し出し法を採用した造形装置にも適用することができる。粉末結合法は、熱可塑性の粉末からなる粉末層にレーザー光を照射することによって粉末層を選択的に溶融固化させ、或いは、砂などの粉末にバインダー液を塗布することによって粉末層を選択的に固化させる造形法である。シート積層法は、ＬＯＭ（Laminated Object Manufacturing）方式とも呼ばれ、紙などのシート材同士を接着し、ナイフなどを用いて上側のシート材を切断することにより所定形状に切れ目を入れる造形法である。樹脂押し出し法は、ＦＤＭ（Fused Deposition Molding）方式とも呼ばれ、熱可塑性樹脂を溶融させた状態でノズルから押し出しながらノズルを走査して樹脂層を形成する造形法である。
【符号の説明】
【０１０１】
１００ 造形システム
１０ ３次元造形装置
１１ 造形室扉
１１ａ 吸気口
１１０ 作業空間
１１１ ヘッドユニット
１１２ 造形ステージ
１１３ａ ｘ走査用係合溝
１１３ｂ ｙ走査用ガイド機構
１１４ パージトレイ
１１６ 天板
１２ 操作表示部
１２１ 操作部
１２２ 表示部
１３ タンク室扉
１３０ カートリッジ収容空間
１３Ｍ モデル材カートリッジ
１３Ｓ サポート材カートリッジ
１３Ｈ 廃液タンク
１４ 脱臭室扉
１４０ 脱臭空間
１４１ 吸気口
１４２ 誘導板
１４３ 上部導風路
１４４ 下部導風路
１４５ 排気ファン
１４６ 脱臭フィルタ
２０ 造形依頼者端末
３１ サポート材用ノズルユニット
３１１ サポート材用のリザーブタンク
３１２ サポート材用の造形材ノズル
３２ モデル材用ノズルユニット
３２１ モデル材用のリザーブタンク
３２２ モデル材用の造形材ノズル
３３ ｙ走査用ホルダユニット
３４ ローラーユニット
３４１ 膜厚調整用ローラー
３５ ランプユニット
３５１ ＵＶランプ
４０ ｚ移動ユニット
４１ 可搬プレート
４２ プレート取付台
４３ ｚ駆動装置
５１ 前隔壁
５２，５３ 後隔壁
５２ａ，５３ａ 排気口
１ ＬＡＮ
２ 吐出口
３ 液滴
４ 造形材層
Ｍ モデル材
Ｓ サポート材
ＳＳ 下地層
Ｒｚ 造形室
Ｒｔ タンク室
Ｒｄ 脱臭室
Ｄ 排気ダクト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形ステージ上に造形材からなる造形材層を順に積層形成する３次元造形装置において、
造形材からなる造形材層が積層形成される上記造形ステージが略水平に配置される造形空間を形成する造形室と、
上記造形室の、装置前面部に形成され、造形室内の造形ステージを含む造形空間に対して外気を取り込む吸気口と、
上記造形室の、装置背面部に形成され、上記造形空間からの空気を排出するための排気口と、
上記造形室の下方に配置される脱臭室と、
上記造形室の排気口と、上記脱臭室内の上部に設けられる連通口とを接続するとともに、装置背面部に設けられる排気ダクトとを備え、
上記脱臭室は、略水平に配置された誘導板により、上部導風路及び下部導風路に分割され、上記誘導板の装置前面部に向かって延びる前端を回り込んで上記上部導風路から上記下部導風路へ流れるＵターン型の導風経路を形成し、
上記下部導風路には、排気ファンが配置されるとともに、上記排気ファンよりも前方に脱臭フィルタが配置され、
上記脱臭フィルタは、下部導風路内において、装置の背面側に位置する脱臭フィルタ端部が高さ方向において、誘導板の近傍となるように配置されるとともに、その一端部と対向する位置にあって装置の前面側に位置する脱臭フィルタの他端部が高さ方向において、上記一端部よりも低い位置となるように傾けて配置され、
上記誘導板は、上記脱臭フィルタの配置に対して、装置の前面側に位置する誘導板端部が装置の前後方向において、脱臭フィルタの中間部に位置するように配置されることを特徴とする３次元造形装置。
【請求項２】
上記下部導風路は、風路断面が上記上部導風路よりも広いことを特徴とする請求項１に記載の３次元造形装置。
【請求項３】
上記脱臭フィルタは、平板状の濾材からなり、その中央が概ね上記誘導板の上記前端の下方に位置していることを特徴とする請求項２に記載の３次元造形装置。
【請求項４】
上記脱臭室は、上記誘導板の上記前端よりも前方に、外部から上記脱臭フィルタへアクセスするための開閉扉が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の３次元造形装置。
【請求項１】
造形ステージ上に造形材からなる造形材層を順に積層形成する３次元造形装置において、
造形材からなる造形材層が積層形成される上記造形ステージが略水平に配置される造形空間を形成する造形室と、
上記造形室の、装置前面部に形成され、造形室内の造形ステージを含む造形空間に対して外気を取り込む吸気口と、
上記造形室の、装置背面部に形成され、上記造形空間からの空気を排出するための排気口と、
上記造形室の下方に配置される脱臭室と、
上記造形室の排気口と、上記脱臭室内の上部に設けられる連通口とを接続するとともに、装置背面部に設けられる排気ダクトとを備え、
上記脱臭室は、略水平に配置された誘導板により、上部導風路及び下部導風路に分割され、上記誘導板の装置前面部に向かって延びる前端を回り込んで上記上部導風路から上記下部導風路へ流れるＵターン型の導風経路を形成し、
上記下部導風路には、排気ファンが配置されるとともに、上記排気ファンよりも前方に脱臭フィルタが配置され、
上記脱臭フィルタは、下部導風路内において、装置の背面側に位置する脱臭フィルタ端部が高さ方向において、誘導板の近傍となるように配置されるとともに、その一端部と対向する位置にあって装置の前面側に位置する脱臭フィルタの他端部が高さ方向において、上記一端部よりも低い位置となるように傾けて配置され、
上記誘導板は、上記脱臭フィルタの配置に対して、装置の前面側に位置する誘導板端部が装置の前後方向において、脱臭フィルタの中間部に位置するように配置されることを特徴とする３次元造形装置。
【請求項２】
上記下部導風路は、風路断面が上記上部導風路よりも広いことを特徴とする請求項１に記載の３次元造形装置。
【請求項３】
上記脱臭フィルタは、平板状の濾材からなり、その中央が概ね上記誘導板の上記前端の下方に位置していることを特徴とする請求項２に記載の３次元造形装置。
【請求項４】
上記脱臭室は、上記誘導板の上記前端よりも前方に、外部から上記脱臭フィルタへアクセスするための開閉扉が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の３次元造形装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−６７０３５（Ｐ２０１３−６７０３５Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０５５７９（Ｐ２０１１−２０５５７９）
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
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