JP7119889B2

JP7119889B2 - 三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法

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Description

本発明は、三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法に関する。

従来から、様々な三次元造形物の製造方法が使用されている。このうち、テーブルに三次元造形物の構成材料の層を積層して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法がある。
例えば、特許文献１には、三次元造形物の構成材料としてのレーザー焼結用粉末の層をテーブルとしての容器に積層し、該層における三次元造形物に対応する部分にレーザーを照射して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法が開示されている。

特開２０１５－９６６４６号公報

特許文献１には、加圧機構によりレーザー焼結用粉末の層を加圧可能な構成が開示されている。このため、特許文献１の三次元造形物の製造方法を実行することで、レーザー焼結用粉末の層を圧密化でき、焼結に伴う体積収縮などを抑制できる。
なお、三次元造形物を製造する際、三次元造形物の構成材料として貴重なものや高価なものを使用する場合がある。このため、三次元造形物に対応する部分以外の部分に配置された構成材料など三次元造形物を製造する際に使用されなかった構成材料をリユースすることが望まれている。しかしながら、特許文献１に開示される構成では、構成材料に造粒粉を用い、造粒粉で構成される層全体を加圧するので、該層全体の構成材料が圧縮されることで粒状の造粒形態が変化してしまい、三次元造形物を製造する際に使用されなかった構成材料をリユースすることができない場合がある。

上記課題を解決するための本発明の三次元造形物の製造装置は、造粒粉の層が積層されるテーブルと、前記テーブル上の前記造粒粉を所定の厚みの層にする層形成部と、前記層における前記三次元造形物の形成領域を圧縮可能な圧縮部と、前記層における前記形成領域を加工する加工部と、前記形成領域における前記造粒粉が潰され、前記層のうちの前記三次元造形物が形成されない非形成領域における前記造粒粉が潰されないように前記圧縮部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明の実施例１に係る三次元造形物の製造装置の構成を表す概略構成図。本発明の実施例１に係る三次元属造形物の製造装置を用いて行う三次元属造形物の製造方法のフローチャート。三次元属造形物の製造方法を実行している際における層形成工程時の三次元造形物の製造装置の状態を表す概略側面断面図。三次元属造形物の製造方法を実行している際における圧縮工程時の三次元造形物の製造装置の状態を表す概略側面断面図。三次元属造形物の製造方法を実行している際における回収工程時の三次元造形物の製造装置の状態を表す概略側面断面図。三次元属造形物の製造方法を実行し、層の積層が完了した際の三次元造形物の製造装置の状態を表す概略側面断面図。三次元属造形物の製造方法を実行し、層の積層が完了した際の三次元造形物の製造装置の状態を表す概略平面図。本発明の実施例２に係る三次元造形物の製造装置の構成を表す概略構成図。本発明の実施例２に係る三次元属造形物の製造装置を用いて行う三次元属造形物の製造方法のフローチャート。

最初に、本発明について概略的に説明する。
上記課題を解決するための本発明の第１の態様の三次元造形物の製造装置は、造粒粉の層が積層されるテーブルと、前記テーブル上の前記造粒粉を所定の厚みの層にする層形成部と、前記層における前記三次元造形物の形成領域を圧縮可能な圧縮部と、前記層における前記形成領域を加工する加工部と、前記形成領域における前記造粒粉が潰され、前記層のうちの前記三次元造形物が形成されない非形成領域における前記造粒粉が潰されないように前記圧縮部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本態様によれば、造粒粉を使用する。造粒粉は細かい粒子を有し嵩高く形成されているので、嵩高い造粒粉を用いることで、細かい粒子を用いて層形成する際の流動性が低いことに起因する層厚の不均一や、膜厚方向の密度の不均一を抑制でき層形成を簡単に行える。また、形成領域における造粒粉が潰され、非形成領域における造粒粉が潰されないように、層を圧縮するので、形成領域における造粒粉が潰されることで三次元造形物を細かい粒子で圧密化でき、非形成領域における造粒粉が潰されないことで該領域の造粒粉をリユースすることができる。

本発明の第２の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１の態様において、前記非形成領域における前記造粒粉を回収する回収部を備えることを特徴とする。

本態様によれば、非形成領域における造粒粉を回収する回収部を備えるので、リユースすることができる造粒粉を簡単に回収することができる。

本発明の第３の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第２の態様において、前記回収部は、潰された前記造粒粉と潰されていない前記造粒粉とを区分けする篩を有していることを特徴とする。

本態様によれば、篩により、潰された造粒粉と潰されていない造粒粉とを簡単に区分けすることができる。

本発明の第４の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１から第３のいずれか１つの態様において、前記加工部は、前記形成領域にバインダーを付与して三次元造形物の形状を形作るバインダー付与部であることを特徴とする。

本態様によれば、形成領域にバインダーを付与して三次元造形物の形状を形作るので、三次元造形物の形状を簡単に形作ることができる。

本発明の第５の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１から第３のいずれか１つの態様において、前記加工部は、前記形成領域にレーザーを照射して三次元造形物の形状を形作るレーザー照射部であることを特徴とする。

本態様によれば、形成領域にレーザーを照射して三次元造形物の形状を形作るので、例えば、形成領域の焼結または溶融を効率よく進めることができ、金属製の頑丈な三次元造形物を製造することができる。

本発明の第６の態様の三次元造形物の製造方法は、造粒粉の層が積層されるテーブル上で前記造粒粉を所定の厚みの層にする層形成工程と、前記層における前記三次元造形物の形成領域を圧縮する圧縮工程と、前記層における前記形成領域を加工する加工工程と、を有し、前記圧縮工程では、前記形成領域における前記造粒粉が潰され、前記層のうちの前記三次元造形物が形成されない非形成領域における前記造粒粉が潰されないように制御することを特徴とする。

本態様によれば、造粒粉を使用する。造粒粉は細かい粒子を有し嵩高く形成されているので、このように嵩高い造粒粉を用いることで粉状物の飛び散りなどを抑制でき層形成を簡単に行える。また、形成領域における造粒粉が潰され、非形成領域における造粒粉が潰されないように、層を圧縮するので、形成領域における造粒粉が潰されることで三次元造形物を細かい粒子で圧密化でき、非形成領域における造粒粉が潰されないことで該領域の造粒粉をリユースすることができる。

本発明の第７の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第６の態様において、前記非形成領域における前記造粒粉を回収部に回収する回収工程を有することを特徴とする。

本態様によれば、非形成領域における造粒粉を回収部に回収する回収工程を有するので、リユースすることができる造粒粉を簡単に回収することができる。

本発明の第８の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第７の態様において、前記層形成工程では、頂部の位置が同じ高さの相対する壁部に挟まれた前記テーブルを前記頂部の位置から第１距離下がった第１位置に下げ、前記テーブルと平行に移動可能なローラーを少なくとも前記頂部のうちの一方から他方まで移動させることで、前記第１距離の厚みの層を形成し、前記圧縮工程では、前記ローラーを前記頂部の位置から第２距離下げて前記形成領域の範囲を前記テーブルと平行に移動させる、或いは、前記テーブルを前記第１位置から第２距離上がった第２位置に上げて前記ローラーを前記形成領域の範囲を前記テーブルと平行に移動させる、ことで前記形成領域を圧縮し、前記回収工程では、前記テーブルを前記第２位置に配置させ、前記ローラーを少なくとも前記頂部のうちの一方から他方まで移動させることで、前記非形成領域における前記造粒粉を回収することを特徴とする。

本態様によれば、上下移動が可能なテーブルと平行に移動可能なローラーと言う簡単な組み合わせで、三次元造形物を圧密化でき、効率的に造粒粉をリユースすることができる。

本発明の第９の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第６から第８のいずれか１つの態様において、前記加工工程は、前記形成領域にバインダーを付与して前記三次元造形物の形状を形作るバインダー付与工程であることを特徴とする。

本発明の第１０の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第６から第８のいずれか１つの態様において、前記加工工程は、前記形成領域にレーザーを照射して前記三次元造形物の形状を形作るレーザー照射工程であることを特徴とする。

本態様によれば、形成領域にレーザーを照射して三次元造形物の形状を形作るので、頑丈な三次元造形物を例えば焼結などを別途行うことなく製造することができる。

本発明の第１１の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第６から第１０のいずれか１つの態様において、前記加工工程は、前記層における前記形成領域と前記非形成領域との間に壁を形成することを特徴とする。

本態様によれば、形成領域と非形成領域との間に壁を形成するので、形成領域を圧縮することに伴って圧縮に伴う力が非形成領域に伝わって非形成領域における造粒粉が潰れてしまうことを抑制できる。このため、非形成領域における造粒粉が潰れて造粒粉の回収効率が低下することを抑制できる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
［実施例１］（図１から図７）
最初に、本発明の実施例１に係る三次元造形物の製造装置１の概要について図１を参照して説明する。
ここで、図中のＸ方向は水平方向であり、Ｙ方向は水平方向であるとともにＸ方向と直交する方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。

本実施例の三次元造形物の製造装置１は、ＰＣ２と接続され該ＰＣ２から造形データを入力する制御部３を備えている。また、頂部１２ａの位置が同じ高さの相対する壁部１２に挟まれたテーブル１０と、三次元造形物Ｏの構成材料としての造粒粉Ｍを頂部１２ａ上、又はテーブル１０上に供給する供給部１６と、所定の位置に配置されたテーブル１０に供給された造粒粉Ｍを均すことで所定の厚みの造粒粉Ｍの層Ｒを形成するローラー１７と、層Ｒにおける三次元造形物Ｏの形成領域Ｓｆにバインダーを含む流体Ｉを吐出して三次元造形物Ｏの形状を形作る吐出部７と、を備えている。ここで、造粒粉Ｍを頂部１２ａ上に供給する場合は、ローラー１７を用いて頂部１２ａ上に供給された造粒粉Ｍを頂部１２ａ上からテーブル１０上に移動させることを伴いながら層Ｒを形成する。また、壁部１２のＸ方向における一方側端部には、三次元造形物Ｏの形成に使用しなかった造粒粉Ｍを回収可能な回収部８が設けられている。

ここで、テーブル１０は、制御部３に接続されたテーブル駆動部１１により、積層方向であるＺ方向に沿って移動可能に構成されている。また、供給部１６は、制御部３に接続されており、Ｚ方向と交差する水平方向に移動可能に構成されている。また、ローラー１７は、Ｙ方向に延設される構成であり、制御部３に接続されており、Ｘ方向に延びるガイドレール２３に沿ってＸ方向に沿って移動可能に構成されている。また、ガイドレール２３は、Ｚ方向に沿って移動可能に構成されており、ガイドレール２３がこのような構成となっていることで、ガイドレール２３の移動に伴ってローラー１７もＺ方向に沿って移動可能である。

本実施例の三次元造形物の製造装置１は、このような構成により、層Ｒを積層して三次元造形物Ｏを製造する三次元造形物の製造装置である。また、ローラー１７は、一方側の頂部１２ａから他方側の頂部１２ａに向かってＸ方向に沿って移動することで頂部１２ａ上、又はテーブル１０に載置された造粒粉Ｍを所定の厚みに均す層形成部として役割のほか、層Ｒのうちの少なくとも三次元造形物Ｏの形成領域Ｓｆを圧縮可能な圧縮部としての役割をする。ただし、例えば層形成部をスキージーなどで構成して圧縮部をローラーなどで構成するなど、層形成部と圧縮部とを別々に構成してもよい。

ここで一旦まとめると、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、造粒粉Ｍの供給部１６と、供給部１６から供給される造粒粉Ｍを載置するテーブル１０とを備えている。また、テーブル１０に載置された造粒粉Ｍを所定の厚みの層Ｒにする層形成部としての役割をするとともに、層Ｒにおける三次元造形物Ｏの形成領域Ｓｆを圧縮可能な圧縮部としての役割をするローラー１７を備えている。また、層Ｒにおける形成領域Ｓｆを加工する加工部としての吐出部７を備えている。ここで、上記のように、供給部１６からの造粒粉Ｍの供給先はテーブル１０上でもよいし、頂部１２ａ上でもよい。

そして、図２から図７を用いて詳細は後述するが、本実施例の三次元造形物の製造装置１における制御部３は、層Ｒのうちの三次元造形物Ｏの形成領域Ｓｆにおける造粒粉Ｍが潰され、層Ｒのうちの三次元造形物Ｏが形成されない非形成領域Ｓｎにおける造粒粉Ｍが潰されないように圧縮部としてのローラー１７を制御することが可能に構成されている。

造粒粉Ｍは、金属やセラミックなど複数の微粒子をポリビニルアルコールなどのバインダー樹脂で纏めることで形成され、押圧などによって潰れやすく、潰したときやレーザーを照射したときなどに粉塵などが舞う虞が少なく、嵩高い粒子である。造粒粉Ｍとしては、特に限定はないが、例えば、１ＭＰａ以下の加重で潰すことができ、平均粒径５μｍ程度の複数の金属微粒子により直径５０μｍの略球形の粒状に加工されたものを好ましく使用することができる。本実施例の三次元造形物の製造装置１は、このように嵩高い造粒粉Ｍを用いることで、複数の微粒子を用いて層形成する際に発生する層厚の不均一や、膜厚方向の密度の不均一を抑制することができる。また、複数の微粒子の飛散なども抑制でき層Ｒを安定して形成できる。また、形成領域Ｓｆにおける造粒粉Ｍが潰され、非形成領域Ｓｎにおける造粒粉Ｍが潰されないように、層Ｒを圧縮するので、形成領域Ｓｆにおける造粒粉Ｍが潰されることで三次元造形物Ｏを細かい粒子で圧密化でき、非形成領域Ｓｎにおける造粒粉Ｍが潰されないことで該非形成領域Ｓｎの造粒粉Ｍをリユースすることができる。ここで潰されるとは、押圧することにより平面的に潰されることであり、粒状に加工された造粒粉Ｍが圧縮されることによって扁平形状になり、扁平形状になった複数の造粒粉Ｍ同士が連続的に繋がった層の状態となることである。

また、上記のように本実施例の三次元造形物の製造装置１は、回収部８を備えており、非形成領域Ｓｎにおける造粒粉Ｍなど、三次元造形物Ｏの形成に使用せず、三次元造形物の製造に伴い潰されなかった造粒粉Ｍを回収することが可能に構成されている。このため、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、非形成領域Ｓｎにおける造粒粉Ｍなどそのままリユース可能な造粒粉Ｍを回収できるので、リユースすることができる造粒粉Ｍを簡単に回収することができる構成になっている。なお、本実施例の回収部８は、図１で表されるように着脱可能な篩８ａを備えており、造粒粉Ｍの粒径よりも細かい孔を有する該篩８ａを取り付けることで、潰された造粒粉とＭ潰されなかった造粒粉Ｍとを簡単に区分けできる構成になっている。

また、上記のように本実施例の三次元造形物の製造装置１における加工部は、バインダーを含む流体Ｉを層Ｒの形成領域Ｓｆに吐出して三次元造形物Ｏの形状を形作ることが可能な吐出部７であり、形成領域Ｓｆにバインダーを付与して三次元造形物Ｏの形状を形作るバインダー付与部である。本実施例の三次元造形物の製造装置１は、形成領域Ｓｆにバインダーを付与して三次元造形物Ｏの形状を形作るので、三次元造形物Ｏの形状を簡単に形作ることができる。

次に、本実施例の三次元造形物の製造装置１を用いて行う三次元造形物の製造方法、すなわち、制御部３の具体的な制御について、図２のフローチャート、並びに、図３から図７を用いて説明する。なお、図３から図７では、篩８ａを取り外した状態を表している。

本実施例の三次元造形物の製造方法においては、最初に、図２のフローチャートで表されるように、ステップＳ１１０で、製造する三次元造形物Ｏの造形データを入力する。三次元造形物Ｏの造形データの入力元に特に限定はないが、ＰＣ２などを用いて造形データを三次元造形物の製造装置１に入力できる。

次に、ステップＳ１２０で、三次元造形物Ｏの構成材料である造粒粉Ｍを供給部１６から供給することで構成材料の供給を開始する。

次に、ステップＳ１３０で、供給部１６から供給される造粒粉Ｍをテーブル１０に載置する。なお、本ステップを実行する際、テーブル１０は所望の厚みの層Ｒが形成できるように、Ｚ方向における所望の位置である第１位置に高さ調整される。具体的には、本実施例においては、テーブル１０における造粒粉Ｍの載置面から壁部１２の頂部１２ａまでの高さは１００μｍである。

次に、ステップＳ１４０で、図３の矢印で表されるようにローラー１７を一方側の頂部１２ａから他方側の頂部１２ａに向かってＸ方向に沿って移動することで、図３で表されるように、テーブル１０に載置された造粒粉Ｍを所定の厚みに均す。本ステップＳ１４０は、層Ｒを所定の厚みにする層形成工程に対応する。さらに、本ステップＳ１４０は、三次元造形物Ｏの形成に不要な造粒粉Ｍを回収部８に回収する回収工程にも対応する。なお、本ステップＳ１４０により回収された造粒粉Ｍは圧縮されておらず、そのままリユースが可能である。なお、頂部１２ａ上に載置された造粒粉Ｍを所定の厚みに均してもよい。

次に、ステップＳ１５０で、図４で表されるように、ローラー１７のＺ方向における位置を下げ、ローラー１７をＸ方向に沿って三次元造形物Ｏの形成領域Ｓｆを往復移動させることで、層Ｒにおける形成領域Ｓｆを圧縮する。ここで、具体的には、本実施例においては、ローラー１７を下げる距離は５０μｍである。なお、本実施例では、層Ｒにおける形成領域Ｓｆを圧縮するために、ローラー１７のＺ方向における位置を下げたが、ローラー１７のＺ方向における位置を下げる代わりにテーブル１０のＺ方向における位置を第１位置よりも５０μｍ高い第２位置に上げてもよい。

次に、ステップＳ１６０で、図５で表されるように、テーブル１０のＺ方向における位置を第２位置に上げ、ローラー１７をＸ方向に沿って移動させることで、三次元造形物Ｏが形成されない非形成領域Ｓｎに載置されていた造粒粉Ｍを回収部８に回収する。ここで、具体的には、本実施例においては、テーブル１０を上げる距離は５０μｍである。すなわち、層Ｒの厚みは、形成領域Ｓｆ及び非形成領域Ｓｎ共に、５０μｍとなり、形成領域Ｓｆは圧縮された造粒粉Ｍがテーブル１０に載置されており、非形成領域Ｓｎは圧縮されていない造粒粉Ｍがテーブル１０に載置されている状態となっている。

次に、ステップＳ１７０で、ステップＳ１１０で入力した造形データに基づく三次元造形物Ｏの形状を形作る位置、並びに、形成領域Ｓｆと非形成領域Ｓｎとの境界位置に、吐出部７からバインダーを含む流体Ｉを吐出する。

そして、ステップＳ１９０により、ステップＳ１１０で入力した造形データに基づく層Ｒの形成が終了したかどうかを判断する。層Ｒの形成が終了していないと判断した場合、すなわち、さらに層Ｒを積層すると判断した場合は、ステップＳ１２０に戻り、次の層Ｒを形成する。一方、層Ｒの形成が終了したと判断した場合、ステップＳ２００に進む。図６は、ステップＳ１２０からステップＳ１９０を５回繰り返した状態を表している。

ステップＳ２００では、ステップＳ１２０からステップＳ１９０を所望の回数繰り返して形成された、例えば図６で表されるような三次元造形物Ｏのグリーン体を焼結する。そして、本ステップの終了に伴い、本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。なお、焼結を必要としない三次元造形物Ｏを製造する場合は、本ステップＳ２００を省略することもできる。

上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、ステップＳ１２０に対応する造粒粉Ｍの供給工程と、ステップＳ１３０に対応し、供給工程で供給される造粒粉Ｍをテーブル１０に載置する載置工程と、ステップＳ１４０に対応し、テーブル１０に載置された造粒粉Ｍを所定の厚みの層Ｒにする層形成工程と、ステップＳ１５０に対応し、層Ｒにおける三次元造形物の形成領域Ｓｆを圧縮する圧縮工程と、ステップＳ１７０に対応し、層Ｒにおける形成領域Ｓｆを加工する加工工程としてのバインダー付与工程と、を有する。そして、圧縮工程では、形成領域Ｓｆにおける造粒粉Ｍが潰され、層Ｒのうちの三次元造形物Ｏが形成されない非形成領域Ｓｎにおける造粒粉Ｍが潰されないように制御される。なお、供給工程における造粒粉Ｍの供給先はテーブル１０上でもよいし、頂部１２ａ上でもよい。ここで、造粒粉Ｍの供給先がテーブル１０上の場合は載置工程は供給工程と共に行われることとなり、造粒粉Ｍの供給先が頂部１２ａ上の場合は載置工程は層形成工程と共に行われることとなる。

細かい微粒子を有し嵩高く形成されている造粒粉Ｍを用いる本実施例の三次元造形物の製造方法を実行することで、粉状物の飛び散りなどを抑制でき層形成を簡単に行える。また、形成領域Ｓｆにおける造粒粉Ｍが潰され、非形成領域Ｓｎにおける造粒粉Ｍが潰されないように、層Ｒを圧縮するので、形成領域Ｓｆにおける造粒粉Ｍが潰されることで三次元造形物Ｏを細かい微粒子で圧密化でき、非形成領域Ｓｎにおける造粒粉Ｍが潰されないことで該非形成領域Ｓｎの造粒粉Ｍをリユースすることができる。

また、本実施例の三次元造形物の製造方法は、ステップＳ１６０に対応し、非形成領域Ｓｎにおける造粒粉Ｍを回収部８に回収する回収工程を有するので、リユースすることができる造粒粉Ｍを簡単に回収することができる。

なお、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、ステップＳ１２０の層形成工程では、頂部１２ａの位置が同じ高さの相対する壁部１２に挟まれたテーブル１０を頂部１２ａの位置から第１距離である１００μｍ下がった第１位置に下げ、テーブル１０と平行に移動可能なローラー１７を少なくとも頂部１２ａのうちの一方から他方まで移動させることで、第１距離に対応する厚み、すなわち、１００μｍの厚みの層Ｒを形成する。そして、ステップＳ１５０の圧縮工程では、テーブル１０のＺ方向の位置を変えずにローラー１７を頂部１２ａの位置から第２距離である５０μｍ下げて形成領域Ｓｆの範囲をテーブル１０と平行に移動させることで形成領域Ｓｆを圧縮する。なお、圧縮工程では、ローラー１７のＺ方向の位置を変えずにテーブル１０を第１位置から第２距離上がった第２位置に上げてローラー１７を形成領域Ｓｆの範囲をテーブル１０と平行に移動させてもよい。そして、ステップＳ１６０の回収工程では、テーブル１０を第１位置から５０μｍ上げた第２位置に配置させ、ローラー１７を少なくとも頂部１２ａのうちの一方から他方まで移動させることで、非形成領域Ｓｎにおける造粒粉Ｍを回収する。すなわち、本実施例の三次元造形物の製造方法を実行することで、上下移動が可能なテーブル１０と平行に移動可能なローラー１７と言う簡単な組み合わせで、三次元造形物Ｏを圧密化でき、効率的に造粒粉Ｍをリユースすることができる。ここで「平行」とは、厳密な意味での平行に限定されず、実質的に概ね平行であればよい意味である。

また、本実施例の三次元造形物の製造方法は、図６及び図７で表されるように、ステップＳ１７０の加工工程では、層Ｒにおける形成領域Ｓｆと非形成領域Ｓｎとの間に壁Ｗを形成する。このため、形成領域Ｓｆを圧縮することに伴って圧縮に伴う力が非形成領域Ｓｎに伝わって非形成領域Ｓｎにおける造粒粉Ｍが潰れてしまうことを抑制できる。このため、非形成領域Ｓｎにおける造粒粉Ｍが潰れて造粒粉の回収効率が低下することを抑制できる。なお、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、圧縮工程後に加工工程で壁Ｗを形成するので、積層された下層の層Ｒにおいて非形成領域Ｓｎにおける造粒粉Ｍが潰れてしまうことを抑制できる方法となっている。ただし、積層中の層Ｒにおいて非形成領域Ｓｎにおける造粒粉Ｍが潰れてしまうことを抑制するため、圧縮工程前に壁Ｗを形成するようにしてもよい。

ここで、本実施例の三次元造形物の製造方法における加工工程は、形成領域Ｓｆにバインダーを付与して三次元造形物Ｏの形状を形作るバインダー付与工程である。このため、三次元造形物Ｏの形状を簡単に形作ることができる。

ただし、加工工程は、バインダー付与工程に限定されない。以下に、加工工程としてバインダー付与工程とは異なるレーザー照射工程を実行可能な三次元造形物の製造装置１及び三次元造形物の製造方法の実施例について説明する。

［実施例２］（図８及び図９）
図８は、本実施例の三次元造形物の製造装置１を表す概略構成図であり、実施例１の三次元造形物の製造装置１を表す図１に対応する図である。また、図９は、本実施例の三次元造形物の製造装置１を用いて行う三次元造形物の製造方法の一実施例のフローチャートであり、実施例１の三次元造形物の製造方法のフローチャートを表す図２に対応する図である。なお、上記実施例１と共通する構成部材は同じ符号で示しており、詳細な説明は省略する。ここで、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、吐出部７の代わりにレーザー発生部４及びガルバノミラー部５を備える構成となっていること以外は、実施例１の三次元造形物の製造装置１と同様の構成である。

図８で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、供給部１６からテーブル１０に供給された造粒粉Ｍの層Ｒにおける三次元造形物Ｏの形成領域ＳｆにレーザーＬを照射可能な、レーザー発生部４及びガルバノミラー部５からなる加工部としてのガルバノレーザーユニット２２を備えている。ガルバノレーザーユニット２２は、制御部３に接続され、制御部３の制御により、レーザー発生部４で発生させたレーザーＬをガルバノミラー部５のミラーを動かすことで所望の方向に照射させる構成である。本実施例の三次元造形物の製造装置１は、層Ｒを形成する毎にガルバノレーザーユニット２２からレーザーＬを照射して三次元造形物Ｏの形状を形作るとともに造粒粉Ｍの焼結を行うことができる。

別の表現をすると、本実施例の三次元造形物の製造装置１における加工部としてのガルバノレーザーユニット２２は、形成領域ＳｆにレーザーＬを照射して三次元造形物Ｏの形状を形作るレーザー照射部である。このため、形成領域Ｓｆの焼結または溶融を効率よく進めることができ、頑丈な三次元造形物Ｏを例えば焼結などを製造することができる。

次に、本実施例の三次元造形物の製造装置１を用いて行う三次元造形物の製造方法の一実施例について図９を用いて説明する。なお、本実施例の三次元造形物の製造方法は、図２で表される実施例１の三次元造形物の製造装置１を用いて行う三次元造形物の製造方法に対して、ステップＳ２００の焼結工程を省略するとともに、加工工程としてステップＳ１７０のバインダー付与工程の代わりにステップＳ１８０のレーザー照射工程を実施する、ということ以外は同様である。このため、ステップＳ１８０のレーザー照射工程以外の詳細な説明は省略する。

本実施例の三次元造形物の製造方法においては、加工工程としてのステップＳ１８０のレーザー照射工程は、形成領域ＳｆにレーザーＬを照射して三次元造形物Ｏの形状を形作る。このため、例えば造粒粉Ｍとして頑丈な金属粒子を用いた三次元造形物Ｏを、例えば焼結などを別途行うことなく簡単に製造することができる。

また、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、使用する造粒粉Ｍとして、金属粒子とバインダーとを含むものを好ましく用いることができる。バインダーとしては、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタールのほか、例えば、無機系のベントナイトや、天然有機系の廃糖蜜、リグニンスルホン酸塩、でん粉、こんにゃく飛粉及びアルギン酸ナトリウムや、合成有機系のカルボキシメチルセルロース及びポリアクリルアミドなどを好ましく用いることができる。また、上記のバインダーをバインダー付与工程で付与されるバインダーとして使用することもできる。

本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１…三次元造形物の製造装置、２…ＰＣ、３…制御部、４…レーザー発生部、
５…ガルバノミラー部、７…吐出部（加工部、バインダー付与部）、８…回収部、
８ａ…篩、１０…テーブル、１１…テーブル駆動部、１２…壁部、１２ａ…頂部、
１６…供給部、１７…ローラー（層形成部、圧縮部）、
２２…ガルバノレーザーユニット（加工部、レーザー照射部）、２３…ガイドレール、
Ｉ…バインダーを含む流体、Ｍ…造粒粉、Ｏ…三次元造形物、Ｒ…層、
Ｓｆ…形成領域、Ｓｎ…非形成領域、Ｗ…壁

Claims

造粒粉の層が積層されるテーブルと、
前記テーブル上の前記造粒粉を所定の厚みの層にする層形成部と、
前記層における三次元造形物の形成領域を圧縮可能な圧縮部と、
前記層における前記形成領域を加工する加工部と、
前記形成領域における前記造粒粉が潰され、前記層のうちの前記三次元造形物が形成されない非形成領域における前記造粒粉が潰されないように前記圧縮部を制御する制御部と、を備え、
前記層形成部は、頂部の位置が同じ高さの相対する壁部に挟まれた前記テーブルを前記頂部の位置から第１距離下がった第１位置に下げ、前記テーブルと平行に移動可能なスキージーまたは第１のローラーを少なくとも前記頂部のうちの一方から他方まで移動させることで、前記第１距離の厚みの層を形成し、
前記圧縮部は、第２のローラーを前記頂部の位置から第２距離下げて前記形成領域の範囲を前記テーブルと平行に移動させる、或いは、前記テーブルを前記第１位置から第２距離上がった第２位置に上げて前記第２のローラーを前記形成領域の範囲を前記テーブルと平行に移動させる、ことで前記形成領域を圧縮することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
請求項１に記載された三次元造形物の製造装置において、
前記非形成領域における前記造粒粉を回収する回収部を備えることを特徴とする三次元造形物の製造装置。
請求項２に記載された三次元造形物の製造装置において、
前記回収部は、潰された前記造粒粉と潰されていない前記造粒粉とを区分けする篩を有していることを特徴とする三次元造形物の製造装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造装置において、
前記加工部は、前記形成領域にバインダーを付与して前記三次元造形物の形状を形作るバインダー付与部であることを特徴とする三次元造形物の製造装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造装置において、
前記加工部は、前記形成領域にレーザーを照射して前記三次元造形物の形状を形作るレーザー照射部であることを特徴とする三次元造形物の製造装置。
造粒粉の層が積層されるテーブル上で前記造粒粉を所定の厚みの層にする層形成工程と、
前記層における三次元造形物の形成領域を圧縮する圧縮工程と、
前記層における前記形成領域を加工する加工工程と、を有し、
前記層形成工程では、頂部の位置が同じ高さの相対する壁部に挟まれた前記テーブルを前記頂部の位置から第１距離下がった第１位置に下げ、前記テーブルと平行に移動可能なスキージーまたは第１のローラーを少なくとも前記頂部のうちの一方から他方まで移動させることで、前記第１距離の厚みの層を形成し、
前記圧縮工程では、第２のローラーを前記頂部の位置から第２距離下げて前記形成領域の範囲を前記テーブルと平行に移動させる、或いは、前記テーブルを前記第１位置から第２距離上がった第２位置に上げて前記第２のローラーを前記形成領域の範囲を前記テーブルと平行に移動させる、ことで前記形成領域を圧縮し、
前記圧縮工程では、前記形成領域における前記造粒粉が潰され、前記層のうちの三次元造形物が形成されない非形成領域における前記造粒粉が潰されないように制御することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
請求項６に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記非形成領域における前記造粒粉を回収部に回収する回収工程を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
請求項７に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記回収工程では、前記テーブルを前記第２位置に配置させ、前記ローラーを少なくとも前記頂部のうちの一方から他方まで移動させることで、前記非形成領域における前記造粒粉を回収することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
請求項６から８のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記加工工程は、前記形成領域にバインダーを付与して前記三次元造形物の形状を形作るバインダー付与工程であることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
請求項６から８のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記加工工程は、前記形成領域にレーザーを照射して前記三次元造形物の形状を形作るレーザー照射工程であることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
請求項６から１０のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記加工工程は、前記層における前記形成領域と前記非形成領域との間に壁を形成することを特徴とする三次元造形物の製造方法。