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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024078389
(43)【公開日】2024-06-10
(54)【発明の名称】立体造形装置及び立体造形方法
(51)【国際特許分類】
B22F 10/14 20210101AFI20240603BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20240603BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20240603BHJP
B22F 10/322 20210101ALI20240603BHJP
B22F 12/52 20210101ALI20240603BHJP
B28B 1/30 20060101ALI20240603BHJP
【ＦＩ】
B22F10/14
B33Y30/00
B33Y10/00
B22F10/322
B22F12/52
B28B1/30
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023122466
(22)【出願日】2023-07-27
(31)【優先権主張番号】P 2022190257
(32)【優先日】2022-11-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000006747
【氏名又は名称】株式会社リコー
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】杉浦 健治
(72)【発明者】
【氏名】石井 洋光
【テーマコード（参考）】
4G052
4K018
【Ｆターム（参考）】
4G052DA02
4G052DB12
4G052DC06
4K018AA02
4K018AA03
4K018AA06
4K018AA07
4K018AA10
4K018AA14
4K018AA19
4K018AA21
4K018AA24
4K018AA33
4K018AA40
4K018BA01
4K018BA02
4K018BA03
4K018BA04
4K018BA08
4K018BA09
4K018BA10
4K018BA13
4K018BA17
4K018BA20
4K018CA44
4K018EA51
4K018EA60
(57)【要約】
【課題】立体造形物を造形する際に、安全性を向上する。
【解決手段】立体造形装置１００は、造形エリアに粉体層３１を形成する造形部１と、粉体層３１に造形液１０を吐出する液体吐出ユニット５０と、造形前に少なくとも一部の空間の雰囲気を空気Ａから所定のガスＧに置換する雰囲気置換部７０１と、を備え、雰囲気置換部７０１は、空間内において所定のガスＧと空気Ａとの境界層Ｌを維持して置換する。
【選択図】図７
【解決手段】立体造形装置１００は、造形エリアに粉体層３１を形成する造形部１と、粉体層３１に造形液１０を吐出する液体吐出ユニット５０と、造形前に少なくとも一部の空間の雰囲気を空気Ａから所定のガスＧに置換する雰囲気置換部７０１と、を備え、雰囲気置換部７０１は、空間内において所定のガスＧと空気Ａとの境界層Ｌを維持して置換する。
【選択図】図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
造形エリアに粉体層を形成する造形部と、
前記粉体層に造形液を吐出する液体吐出ユニットと、
造形前に少なくとも一部の空間の雰囲気を空気から所定のガスに置換する雰囲気置換部と、
を備え、
前記雰囲気置換部は、前記空間内において前記所定のガスと前記空気との境界層を維持して置換する、
立体造形装置。
前記粉体層に造形液を吐出する液体吐出ユニットと、
造形前に少なくとも一部の空間の雰囲気を空気から所定のガスに置換する雰囲気置換部と、
を備え、
前記雰囲気置換部は、前記空間内において前記所定のガスと前記空気との境界層を維持して置換する、
立体造形装置。
【請求項2】
前記雰囲気置換部は、
前記造形部または前記液体吐出ユニットの少なくとも一方の周囲の雰囲気を前記空気から前記所定のガスに置換し、
前記所定のガスを前記空間に供給するガス供給部と、
前記空間内に設置され、前記ガス供給部により前記空間内に供給された前記所定のガスを通過させて整流して前記造形部または前記液体吐出ユニットに供給するガス整流部と、
前記空間内の前記空気を排出する排出部と、
を有する、
請求項１に記載の立体造形装置。
前記造形部または前記液体吐出ユニットの少なくとも一方の周囲の雰囲気を前記空気から前記所定のガスに置換し、
前記所定のガスを前記空間に供給するガス供給部と、
前記空間内に設置され、前記ガス供給部により前記空間内に供給された前記所定のガスを通過させて整流して前記造形部または前記液体吐出ユニットに供給するガス整流部と、
前記空間内の前記空気を排出する排出部と、
を有する、
請求項１に記載の立体造形装置。
【請求項3】
前記雰囲気置換部は、
前記空間内に設置され、前記空間内の前記空気を通過させて整流して前記排出部に供給する空気整流部を有する、
請求項２に記載の立体造形装置。
前記空間内に設置され、前記空間内の前記空気を通過させて整流して前記排出部に供給する空気整流部を有する、
請求項２に記載の立体造形装置。
【請求項4】
前記ガス供給部は、前記ガス整流部よりも上方から前記所定のガスを前記空間内に導入し、
前記排出部は、前記ガス整流部よりも下方から前記空気を排出する、
請求項２または３に記載の立体造形装置。
前記排出部は、前記ガス整流部よりも下方から前記空気を排出する、
請求項２または３に記載の立体造形装置。
【請求項5】
前記所定のガスは、窒素、ヘリウム、ネオンのいずれかを含む、
請求項４に記載の立体造形装置。
請求項４に記載の立体造形装置。
【請求項6】
前記ガス供給部は、前記ガス整流部よりも下方から前記所定のガスを前記空間内に導入し、
前記排出部は、前記ガス整流部よりも上方から前記空気を排出する、
請求項２または３に記載の立体造形装置。
前記排出部は、前記ガス整流部よりも上方から前記空気を排出する、
請求項２または３に記載の立体造形装置。
【請求項7】
前記所定のガスは、アルゴン、二酸化炭素のいずれかを含む、
請求項６に記載の立体造形装置。
請求項６に記載の立体造形装置。
【請求項8】
前記ガス供給部、前記ガス整流部、前記排出部は水平方向に配置され、
前記所定のガスは前記空間内を前記水平方向に流れる、
請求項２または３に記載の立体造形装置。
前記所定のガスは前記空間内を前記水平方向に流れる、
請求項２または３に記載の立体造形装置。
【請求項9】
前記造形部には、ホッパーにより造形材料が供給される、
請求項１に記載の立体造形装置。
請求項１に記載の立体造形装置。
【請求項10】
前記液体吐出ユニットは、前記粉体層に対して前記造形液をインクジェット方式で吐出する、
請求項１に記載の立体造形装置。
請求項１に記載の立体造形装置。
【請求項11】
前記粉体層に前記液体吐出ユニットで造形液が吐出された造形層を積層して形成される造形物を加熱する加熱部と、
加熱された前記造形物に付与された余剰な造形材料を除去してグリーン体を得る除去部と、
を含む、
請求項１に記載の立体造形装置。
加熱された前記造形物に付与された余剰な造形材料を除去してグリーン体を得る除去部と、
を含む、
請求項１に記載の立体造形装置。
【請求項12】
前記グリーン体を脱脂する脱脂部と、
脱脂された前記グリーン体を焼結する焼結部と、
を含む、
請求項１１に記載の立体造形装置。
脱脂された前記グリーン体を焼結する焼結部と、
を含む、
請求項１１に記載の立体造形装置。
【請求項13】
造形エリアに粉体層を形成する造形部と、
前記粉体層に造形液を吐出する液体吐出ユニットと、
造形前に少なくとも一部の空間の雰囲気を空気から所定のガスに置換する雰囲気置換部と、
を備える立体造形装置を用いる立体造形方法であって、
前記雰囲気置換部が、前記空間内において前記所定のガスと前記空気との境界層を維持して置換するステップ
を含む立体造形方法。
前記粉体層に造形液を吐出する液体吐出ユニットと、
造形前に少なくとも一部の空間の雰囲気を空気から所定のガスに置換する雰囲気置換部と、
を備える立体造形装置を用いる立体造形方法であって、
前記雰囲気置換部が、前記空間内において前記所定のガスと前記空気との境界層を維持して置換するステップ
を含む立体造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、立体造形装置及び立体造形方法に関する。
【背景技術】
【0002】
立体造形物（三次元造形物）を造形する立体造形装置（三次元造形装置）として、例えば積層造形法で造形するものが知られている。例えば、粉体層の粉体を結合した層状造形物を積層して立体造形物を造形するための立体造形方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、特許文献１ではガスを効率的に利用することは考慮されていなかった。
【0004】
本発明は、ガスを効率的に利用することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上述した課題を解決するために、本発明の一観点に係る立体造形装置は、造形エリアに粉体層を形成する造形部と、前記粉体層に造形液を吐出する液体吐出ユニットと、造形前に少なくとも一部の空間の雰囲気を空気から所定のガスに置換する雰囲気置換部と、を備え、前記雰囲気置換部は、前記空間内において前記所定のガスと前記空気との境界層を維持して置換する。
【発明の効果】
【0006】
本発明は、ガスを効率的に利用ことができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明の一実施形態に係る立体造形装置の平面図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る立体造形装置の側面図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る立体造形装置の要部の斜視図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る立体造形装置の造形部の斜視図である。
【図5】本発明の一実施形態に係る立体造形装置の制御部のブロック図である。
【図6】本発明の一実施形態における立体造形物の造形動作を説明するための模式図である。
【図7】本発明の第１実施形態に係る雰囲気置換部の概略構成を示す側面視の模式図である。
【図8】本発明の第１実施形態に係る雰囲気置換部のガス供給系を示す上面視の模式図である。
【図9】本発明の第１実施形態に係る雰囲気置換部の排出系の概略構成を示す下面視の模式図である。
【図10】本発明の一実施形態に係る雰囲気置換部による効果を説明するための図である。
【図11】雰囲気置換部への酸素濃度計の設置位置の一例を示す図である。
【図12】境界層が形成されている場合の各酸素濃度計の数値の推移の一例を示す図である。
【図13】境界層が形成されていない場合の各酸素濃度計の数値の推移の一例を示す図である。
【図14】本発明の一実施形態に係るガス整流部の概略構成を示す平面図である。
【図15】本発明の第１実施形態の第１変形例に係る雰囲気置換部の側面視の模式図である。
【図16】本発明の第１実施形態の第２変形例に係る雰囲気置換部の側面視の模式図である。
【図17】本発明の第１実施形態に係る雰囲気置換部による雰囲気置換の経緯を示す図である。
【図18】本発明の第１実施形態の第１変形例に係る雰囲気置換部による雰囲気置換の経緯を示す図である。
【図19】本発明の第１実施形態の第１変形例に係る雰囲気置換部による雰囲気置換の経緯を示す図である。
【図20】本発明の第２実施形態に係る雰囲気置換部の概略構成を示す側面視の模式図である。
【図21】本発明の第２実施形態の変形例に係る雰囲気置換部の概略構成を示す側面視（Ｙ方向視）の模式図である。
【図22】本発明の第２実施形態の変形例に係る雰囲気置換部の概略構成を示す上面視の模式図である。
【図23】本発明の第２実施形態の変形例に係る雰囲気置換部の概略構成を示す側面視（Ｘ方向視）の模式図である。
【図24】本発明の第２実施形態の変形例に係る雰囲気置換部による雰囲気置換の経緯を示す図である。
【図25】本発明の第３実施形態に係る立体造形装置の概略構成を示す側面図である。
【図26】本発明の一実施形態の立体造形用ロボット装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【0009】
なお、以下の説明において、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は互いに垂直な方向である。Ｘ方向及びＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。Ｘ方向は液体吐出ユニット５０のガイド部材５４、５５に沿う移動方向である。Ｙ方向は、造形ユニット５のガイド部材７１に沿う移動方向である。Ｚ方向は、供給ステージ２３、造形ステージ２４、及び液体吐出ユニット５０の昇降方向である。また、以下では説明の便宜上、Ｚ正方向側を上側、Ｚ負方向側を下側とも表現する場合がある。
【0010】
【0011】
以下の説明では、造形ステージ２４（造形エリア）に形成される粉体２０の層を「粉体層３１」と呼ぶ。粉体層３１は、平坦化された層でもよい。また、粉体２０は、金属又は非金属を含む。また、粉体層３１に対して造形液１０を吐出した層を「造形層３０」を呼ぶ。造形層３０は、造形液１０が吐出されることによって粉体２０が結合された層状造形物である。なお、「粉体層３１」及び「造形層３０」は、それぞれ一層のものをいう。さらに、複数の造形層３０が積層されて形成される集合体であり、かつ造形が完成する前の状態のものを「造形物」と呼ぶ。一方、複数の造形層３０が積層されて造形が完成したものを「立体造形物」と呼ぶ。なお、「立体造形物」は、粉体２０が金属の場合、「造形物」が焼結された物であってもよい。
【0012】
図１は、本発明の一実施形態に係る立体造形装置１００の平面図である。図２は、本発明の一実施形態に係る立体造形装置１００の側面図である。図３は、本発明の一実施形態に係る立体造形装置１００の要部の斜視図である。
【0013】
本実施形態に係る立体造形装置１００は、粉体２０（粉末ともいう）を積層して立体造形物を造形する粉体造形装置（粉末造形装置）である。立体造形装置１００は、三次元造形装置や３Ｄプリンタなどと呼ばれる場合もある。
【0014】
立体造形装置１００は、造形部１、造形ユニット５、及びメンテナンス機構６１が含まれる。造形部１は、粉体２０（粉末ともいう）が結合された層状造形物である造形層３０を形成する。造形ユニット５は、造形部１の層状に敷き詰められた粉体層３１に造形液１０を吐出して立体造形物を造形する。
【0015】
造形部１は、粉末槽１１、平坦化部１２、モータ２６、モータ２７及びモータ２８、及び、粉末除去板１３が含まれる。
【0016】
粉末槽１１は、粉末２０を供給する供給槽２１と、造形層３０が積層されて立体造形物が造形される造形槽２２が含まれる。供給槽２１は、粉末２０が供給される供給ステージ２３が含まれる。造形槽２２は、造形層３０が積層される造形ステージ２４が含まれる。モータ２７、２８は、それぞれ供給ステージ２３、造形ステージ２４を昇降させる。
【0017】
供給槽２１の底部は、供給ステージ２３がモータ２７によって鉛直方向（高さ方向）に沿って昇降自在となっている。同様に、造形槽２２の底部は、造形ステージ２４がモータ２８によって鉛直方向に沿って昇降自在となっている。より具体的には、図３の矢印で示されるＺ方向に、供給ステージ２３及び造形ステージ２４は昇降される。供給ステージ２３の側面は、供給槽２１の内側面に接するように配置されている。造形ステージ２４の側面は造形槽２２の内側面に接するように配置されている。供給ステージ２３及び造形ステージ２４の上面は水平に保たれている。
【0018】
平坦化部１２は、粉末２０を平坦化する。モータ２６は、平坦化部１２を回転駆動させる。平坦化部１２はリコーターとして回転体としてもよいし、板状部材としてブレードとしてもよい。平坦化部１２は、供給槽２１の供給ステージ２３上に供給された粉末２０を造形槽２２に供給して平坦化し、粉体層３１を形成する。
【0019】
ここで、図３で示される平坦化部１２は、造形ステージ２４のステージ面（粉末２０が積層される面）に沿って、矢印のＹ方向に配置されている。この平坦化部１２は、往復移動機構２５により、ステージ面に対して相対的に往復移動される。また、平坦化部１２は、モータ２６によって、進行方向に対するカウンタ方向に回転駆動される。平坦化部１２は、回転駆動された状態で、供給槽２１の外側から供給槽２１及び造形槽２２の上方を通過するように水平移動する。これにより、粉体２０が造形槽２２上へと移送供給され、平坦化部１２が造形槽２２上を通過しながら粉末２０を平坦化することで粉体層３１が形成される。
【0020】
なお、本実施形態では粉末槽１１が供給槽２１と造形槽２２の２つの槽を有することとしたが、造形槽２２のみとしてもよい。この場合、造形槽２２に粉末を供給して、平坦化部１２で平坦化してもよい。
【0021】
粉末除去板１３は、平坦化部１２に付着した粉末２０を除去する。粉末除去板１３は、平坦化部１２の周面に接触した状態で、平坦化部１２と共に移動して平坦化部１２に付着した粉末２０を除去する。また、粉末除去板１３は、平坦化部１２が平坦化を行うときの回転方向に回転するときにカウンタ方向になる状態で配置されている。
【0022】
造形ユニット５は、液体吐出ユニット５０を備える。液体吐出ユニット５０は、キャリッジ５１、ヘッド５２、タンク装着部５６が含まれる。
【0023】
液体吐出ユニット５０は、ヘッド５２から造形ステージ２４の粉体層３１に造形液１０を吐出する。本実施形態のヘッド５２は、液体吐出ヘッド５２ａ、５２ｂとして、２つの液体吐出ヘッドを含む構成としているが、１つでも良いし、３つ以上でも良い。また、ヘッド５２ａ、５２ｂは、液体を吐出する複数のノズルを配列したノズル列がそれぞれ２列配置されている。
【0024】
タンク装着部５６は複数のタンク６０が装着されている。複数のタンク６０から液体吐出ヘッド５２ａ、５２ｂに液体が供給される。
【0025】
造形ユニット５は、ベース部材７上に配置されたガイド部材７１に移動可能に保持されたスライダ部７２を有し、造形ユニット５全体がＸ方向と直交するＹ方向（副走査方向）に往復移動可能となっている。また、キャリッジ５１は、ガイド部材５４、５５によりヘッド５２が移動可能に支持される。側板７０は、ガイド部材５４、５５を保持して、Ｚ方向に昇降可能とする。
【0026】
メンテナンス機構６１は、液体吐出ユニット５０のメンテナンスを行う。メンテナンス機構６１は、キャップ６２とワイパ６３が含まれる。キャップ６２を、ヘッド５２のノズル面に密着させ、造形液１０を吸引する。液体吐出ユニット５０に詰まった粉末２０の排出や高粘度化した造形液１０を排出できる。ワイパ６３は、ヘッド５２のノズル面をワイピング（払拭）する。メンテナンス機構６１は、液体吐出が行われない場合、ヘッド５２をキャップ６２で覆い、粉末２０の混入、及び、造形液１０の乾燥を防止する。
【0027】
図４は、本発明の一実施形態に係る立体造形装置１００の造形部１の斜視図である。余剰粉末受け槽２９は、供給槽２１からの粉末２０を余剰粉として受け取る。粉体層３１を形成するときに平坦化部１２によって移送供給される粉末２０のうちの余剰な粉末２０が生じるため、余剰粉末受け槽２９で保持する。そして、供給槽２１に戻される。余剰粉末受け槽２９は、造形槽２２の隣接した位置に構成され、上面が開放された凹形状となっている。
【0028】
また、供給槽２１には粉末供給装置５５４がもうけられている。粉末供給装置５５４は、造形に必要な粉末２０が保持されており、余剰粉末受け槽２９で保持された余剰な粉末２０も保持される。そして造形に必要な粉末２０が粉末供給装置５５４から供給槽２１へ供給される。粉末２０の供給のための粉末搬送方法としては、スクリューを利用したスクリューコンベア方式や、エアーを利用した空気輸送方式などが挙げられる。
【0029】
図５は、本発明の一実施形態に係る立体造形装置１００の制御部５００のブロック図である。立体造形装置１００の制御部５００は、立体造形装置への情報を入力及する操作パネル５２２、造形環境として温度及び湿度などを検出するセンサ５６０、造形データ作成装置６００、他、立体造形装置１００の各種制御部、駆動部に接続されている。また、制御部５００は、この立体造形装置１００全体の制御を司るＣＰＵ５０１と、ＣＰＵ５０１に立体造形制御を実行させるためのプログラム、その他の固定データを格納するＲＯＭ５０２と、データ等を一時格納するＲＡＭ５０３を含む主制御部５００Ａを備えている。不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）５０４は、データを保持する。ＡＳＩＣ５０５は、データに対する各種信号処理等を行う画像処理及びその他装置全体を制御するための入出力信号を処理する。Ｉ／Ｆ５０６は、造形データ作成装置６００からのデータ等の送受信を行う。なお、造形データ作成装置６００は、造形に必要なデータを装置であり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置を用いることができる。立体造形装置１００に情報処理装置を内蔵させてもよいし、それぞれ別個に保持してもよい。Ｉ／Ｏ５０７は、センサ５６０から検知された信号を取り込む。
【0030】
ヘッド駆動制御部５０８は、ヘッド５２を駆動制御する。
【0031】
モータ駆動部５１０，５１１及び５１２は、それぞれ、Ｘ方向走査機構５５０、Ｚ方向昇降機構５５１及びＹ方向走査機構５５２を駆動する。Ｘ方向走査機構５５０は、キャリッジ５１をモータ、プーリ及びベルトから構成される主走査移動機構を介して主走査方向であるＸ方向に往復移動させる。Ｚ方向昇降機構５５１は、液体吐出ユニット５０をガイド部材５４、５５と共にＺ方向に昇降させる。Ｙ方向走査機構５５２は、造形ユニット５をＹ方向に往復移動させる。
【0032】
モータ駆動部５１３は、供給ステージ２３を昇降させるモータ２７を駆動する。モータ駆動部５１４は、造形ステージ２４を昇降させるモータ２８を駆動する。モータ駆動部５１５は、平坦化部１２を移動させる往復移動機構２５のモータ５５３を駆動する。モータ駆動部５１６は、平坦化部１２を回転駆動させるモータ２６を駆動する。供給系駆動部５１７は、供給槽２１に粉末２０を供給する粉末供給装置５５４を駆動させる。メンテナンス駆動部５１８はメンテナンス機構６１を駆動させる。
【0033】
なお、制御部５００のヘッド駆動制御部５０８、モータ駆動部５１０～５１６、供給系駆動部５１７、メンテナンス駆動部５１８は、それぞれが例えば制御基板などのハードウェアで構成される。または、制御部５００のヘッド駆動制御部５０８、モータ駆動部５１０～５１６、供給系駆動部５１７、メンテナンス駆動部５１８は、主制御部５００Ａにより実行されるソフトウェアにより実装される構成でもよい。
【0034】
図６は、本発明の一実施形態に係る立体造形装置１００における立体造形物の造形動作を説明するための模式図である。図６（ａ）では、造形槽２２の造形ステージ２４に、１層目の造形層３０が形成される。造形層３０上に次の造形層３０を形成すると場合、供給槽２１の供給ステージ２３をＺ１方向に上昇させ、造形槽２２の造形ステージ２４をＺ２方向に下降させる。このとき、造形槽２２の上面と平坦化部１２の下部との間隔がΔｔ１となるように造形ステージ２４の下降距離を設定する。この間隔Δｔ１は、次に形成する粉体層３１の厚さに相当する。
【0035】
図６（ｂ）では、粉末２０が造形槽２２へ供給される。具体的には、供給槽２１の上面レベルよりも上方に位置する粉末２０を、平坦化部１２でＹ２方向として造形槽２２側に移動する。
【0036】
図６（ｃ）では、平坦化部１２が、造形槽２２の造形ステージ２４のステージ面と平行となるように移動する。図６（ｄ）では、造形ステージ２４の造形層３０上で所定の厚さΔｔ１になる粉体層３１を形成する。ここで、平坦化部１２は、造形槽２２及び供給槽２１の上面レベルとの距離を一定に保って移動できるようになっている。これにより、平坦化部１２で粉末２０を造形槽２２の上へと搬送させつつ、造形槽２２上又は既に形成された造形層３０の上に均一の厚さΔｔ１の粉体層３１を形成できる。
【0037】
図６（ｄ）では、供給槽２１の供給ステージ２３および造形槽２２の造形ステージ２４をＺ２方向に下降させて、供給槽２１および造形槽２２を下降させる。平坦化部１２は、粉体層３１を形成後、Ｙ１方向に移動されて初期位置に戻される。
【0038】
図６（ｅ）では、供給槽２１の供給ステージ２３および造形槽２２の造形ステージ２４をＺ１方向に上昇させる。
【0039】
図６（ｆ）では、液体吐出ユニット５０のヘッド５２から造形液１０を吐出し、次の粉体層３１に造形層３０を積層する（造形）。粉体層３１は、粉末２０の層で、造形層３０は、例えばヘッド５２から吐出された造形液１０が粉末２０に付与された層をさす。これらの工程を繰り返して新たな造形層３０を積層して造形物を構成する。必要に応じて、造形物（グリーン体）を焼結して立体造形物としてもよい。
【0040】
より詳細には、立体造形装置１００は、造形層３０を積層して形成される造形物を加熱する加熱部を造形ユニット５もしくは立体造形装置１００の筐体に含んでもよい。また、立体造形装置１００は、加熱部により加熱された造形物に付与された余剰な造形材料を除去してグリーン体を得る除去部と、を含む構成でもよい。さらに、立体造形装置１００は、グリーン体を脱脂する脱脂部と、脱脂部により脱脂された前記グリーン体を焼結する焼結部と、を含む構成でもよい。もしくは、加熱部、除去部、脱脂部、焼結部は、立体造形装置１００とは異なる装置として、加熱装置、除去装置、脱脂装置、焼結装置の構成としてもよい。また焼結装置は、脱脂部と焼結部を含んでも良い。加熱部、除去部、脱脂部により造形に余剰な粉末や造形液を除去できるので、精度が高く造形できる。
【0041】
また、立体造形装置１００では、造形部１には、ホッパーにより造形材料が供給される構成でもよい。ホッパーを用いることにより、造形材料の供給が乱れないので、精度よく造形できる。また、液体吐出ユニット５０は、粉体層３１に対して造形液１０をインクジェット方式で吐出する構成でもよい。インクジェット方式で造形液を吐出することにより、粉体層に対する造形液の着弾が乱れないので、精度よく造形できる。焼結部により積層した粉の密度を上げられるので、精度よく造形できる。
【0042】
粉末２０としては、粉末ないし粒子の形態を有する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、金属、セラミックス、カーボン、ポリマーなどが挙げられるが、高強度な立体造形物を得る観点からは、最終的に焼結処理が可能な金属、セラミックスなどが好ましい。粉末２０には、例えば、乾燥防止剤、粘度調整剤、界面活性剤、浸透剤、消泡剤、ｐＨ調整剤、防腐剤、着色剤、安定化剤などの添加剤を含ませてもよい。
【0043】
金属としては、材質として金属を含むものであれば特に限定されるものではなく、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）等の難焼結体、マグネシウム（Ｍｇ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉛（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ネオジウム（Ｎｄ）さらにこれらの合金が挙げられる。これらの中でも、ステンレス（ＳＵＳ）鋼、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、あるいはこれらの合金などが好ましく、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅等の難焼結体、及びこれらの合金がより好ましい。アルミニウム合金としては、例えば、ＡｌＳｉ１０Ｍｇ、ＡｌＳｉ１２、ＡｌＳｉ７Ｍｇ０．６、ＡｌＳｉ３Ｍｇ、ＡｌＳｉ９Ｃｕ３、Ｓｃａｌｍａｌｌｏｙ、ＡＤＣ１２などが挙げられる。これらは１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【0044】
金属の中でもアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）は、取り扱いが難しい材料として知られているので、本発明は金属としてアルミニウムやチタンが適用されることが好ましい。
【0045】
セラミックスとしては、例えば、酸化物、炭化物、窒化物、水酸化物などが挙げられる。酸化物としては、例えば、金属酸化物などが挙げられる。前記金属酸化物としては例えば、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）などが挙げられる。ただし、これらは一例であって、これらに限定されるものではない。これらは１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【0046】
カーボンとしては、例えば、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレンなどが挙げられる。
【0047】
これらの材料は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【0048】
【0049】
図７は、本発明の第１実施形態に係る雰囲気置換部７０１の概略構成を示す側面視の模式図である。図８は、本発明の第１実施形態に係る雰囲気置換部７０１のガス供給系を示す上面視の模式図である。図９は、本発明の第１実施形態に係る雰囲気置換部７０１の排出系の概略構成を示す下面視の模式図である。
【0050】
図７～図９に示すように、第１実施形態に係る立体造形装置１００は、一部の空間の雰囲気を空気から所定のガスに置換する雰囲気置換部７０１を備える。一部の空間として、例えば、図７～図９に示す雰囲気置換部７０１は、造形部１の周囲を包囲して形成される。雰囲気置換部７０１は、例えば筐体などにより造形部１の周囲の空間を外部と区分して、造形部１の周囲の空間を雰囲気置換部７０１の内部空間とする。
【0051】
造形部１の粉面に酸素濃度を空気下より低い８％Ｖｏｌ以下にすることが望ましい。第１実施形態では、雰囲気置換部７０１の内部空間に造形部１を収容して、造形部１の周囲の雰囲気を空気から所定のガスに置換する。本実施形態では、置換するガス（不活性ガス）に、窒素（純度９９％）を用いる。以下の説明では、窒素ガスを単に「ガス」と表記し、符号Ｇ１、Ｇ２で表す。また、置換される空気を符号Ａ１、Ａ２で表す。
【0052】
雰囲気置換部７０１は、ガス供給部７０２と、ガス整流部７０３と、空気整流部７０４と、排出部７０７とを備える。
【0053】
ガス供給部７０２は、一部の空間にガスを供給する。例えばガス供給部７０２は、造形部１の周囲の空間にガスを供給する。
【0054】
ガス整流部７０３は、空間内に設置され、ガス供給部７０２により空間内に供給されたガスを通過させて整流して造形部１または液体吐出ユニット５０に供給する。
【0055】
空気整流部７０４は、空間内に設置され、空間内の空気を通過させて整流して排出部７０７に供給する。
【0056】
ガス整流部７０３及び空気整流部７０４は、例えば板状部材であり、その主面が内部空間においてガスや空気の流れ方向と対向するよう配置される。本実施形態では、ガス整流部７０３及び空気整流部７０４としてはパンチングメタルが適用される。パンチングメタルには多数の貫通孔７５１が設けられ、ガスや空気が貫通孔７５１を通過することによって整流されて低速の層流となって下流側に送り出される。
【0057】
排出部７０７は、内部空間内の空気を排出する。
【0058】
雰囲気置換部７０１では、ガス供給部７０２は、ガス整流部７０３よりも上方からガスを内部空間内に導入し、排出部７０７は、ガス整流部７０３（及び空気整流部７０４）よりも下方から空気を排出する。
【0059】
つまり、本実施形態では、上方側（Ｚ正方向側）から順に、ガス供給部７０２、ガス整流部７０３、空気整流部７０４、排出部７０７の順で配置される。内部空間は、板状部材のガス整流部７０３と空気整流部７０４によって上下方向に３つの空間に区分されている。
【0060】
ガス整流部７０３により内部空間の上端部に上部個室７０５が形成され、この上部個室７０５にガス供給部７０２によってガスＧ１が導入される。上部個室７０５に導入されたガスＧ１は、ガス整流部７０３としてのパンチングメタルの多数の貫通孔７５１を通過することによって低速の層流として整流され、整流後のガスＧ２がガス整流部７０３より下方に流れる。
【0061】
このように、第１実施形態の雰囲気置換部７０１は、内部空間に導入されたガスＧ２を下方に流す。この構成に適用されるガスは、例えば窒素、ヘリウム、ネオンなど、空気Ａ１より比重が小さいものが好ましい。
【0062】
整流後のガスＧ２は低速の層流であるので、内部空間に残る空気との間に境界層Ｌを維持しながら下方に移動することができる。これにより、内部空間における造形部１の周囲の雰囲気を空気からガスに迅速に置換することができる。
【0063】
空気整流部７０４により内部空間の下端部に下部個室７０６が形成される。ガスＧ２により下方に押し出される内部空間の空気Ａ１は、空気整流部７０４としてのパンチングメタルの多数の貫通孔７５１を通過することによって、低速の層流として整流され、整流後の空気Ａ２が下部個室７０６に導入される。この下部個室７０６に排出部７０７が配置されており、下部個室７０６に導入された整流後の空気Ａ２は排出部７０７から外部に排出される。
【0064】
なお、排出系では空気整流部７０４や下部個室７０６を設けずに、ガスＧ２により下方に押し出される内部空間の空気Ａ１を直接排出部７０７から排出する構成でもよい。
【0065】
図８を参照してガス供給部７０２の具体例について説明する。窒素発生装置などで生成した窒素、窒素ボンベの窒素を、ガス供給部７０２を通じ雰囲気置換部７０１の内部空間に導入する。
【0066】
ガス供給部７０２は、外部からガスＧ１を導入する配管７２０と、配管７２０から上部個室７０５内にガスＧ１を導入する複数の導入管７２１とを備える。ガスＧ１の導入は、例えば供給圧０．３ＭＰａ（Ｇ）、１００ｌ／ｍｉｎで行う。
【0067】
なお、ガス供給部７０２の流量を例えば２００ｌ／ｍｉｎにすることで、ガス置換の時間を短縮することができる。しかしながら、流量を大きくしすぎると境界層Ｌが破壊される可能性があるので注意が必要である。また、ガス供給部７０２の供給圧を高くすることで、ガス置換の時間を短縮することができる。しかし、供給圧を上げた場合、配管７２０に加わる圧力も高くなるのでガスリークへの注意が必要である。
【0068】
導入管７２１は、例えば、上部個室７０５内で２系統の分割菅７２２、７２３に分割される。分割菅７２２、７２３にはチューブ表面に直径０．５ｍｍ程度の孔が開けれており、その孔から窒素ガスＧ１が上部個室７０５内に吹き出す。分割菅７２２、７２３の先端７２４は封止されておりガスＧ１は止まる。
【0069】
図９を参照して排出部７０７の具体例について説明する。排出部７０７は、複数のダクト７３１と、集合ダクト７３２とを備える。
【0070】
空気整流部７０４のパンチングメタルを通過した空気Ａ２（場合によってはガスＧ２も含まれる）は、下部個室７０６から雰囲気置換部７０１の筐体の背面や下面に配置された複数（図９では四本）のダクト７３１から排出される。複数のダクト７３１はさらに集合ダクト７３２につながっており、空気Ａ２は集合ダクト７３２から外部（例えば建物の設備のダクトなど）に排出される。
【0071】
本実施形態では、排出部７０７にダクト７３１を複数個所に配置することで、排気の均一性を保つことができるので、ガスＧ２と空気Ａ１の境界層Ｌを壊すことをさらに抑制できる。
【0072】
図１０は、本発明の一実施形態に係る雰囲気置換部７０１による効果を説明するための図である。図１０は、造形部１の周囲の雰囲気を空気からガスに置換する際の酸素濃度の推移を示す。図１０の横軸は時間（分）を示し、縦軸は酸素濃度（％）を示す。図１０では、本実施形態に係る雰囲気置換部７０１を適用した場合の推移を太い実線のグラフＥで示す。一方、比較例として従来の置換手法、本実施形態に係る雰囲気置換部７０１を用いずに、配管などを用いてガスを造形部１の周囲に直接導入した場合の推移を太い点線のグラフＣで示す。
【0073】
【0074】
従来手法のグラフＣでは、ガスと空気との境界層Ｌを維持できず、ガスと空気とが混合されながら徐々に雰囲気が空気からガスに置換される。このため、酸素濃度が所望の閾値ラインに到達するまでの所要時間ｔ２は相対的に長い。一方、本実施形態のグラフＥでは、酸素濃度が所望の閾値ラインに到達するまでの所要時間ｔ１は、従来の所要時間ｔ２に比べて約半分の時間でガス置換が可能なことがわかる。つまり、短時間かつ少ない量（同じ流量で窒素を流しているので、窒素量は時間に比例して多くなる）でガス置換ができる。
【0075】
ここで、本実施形態において、ガスＧ２と空気Ａ１の境界層Ｌが維持されていることの立証をどう行うかの判断方法の一例について説明する。
【0076】
この例では、大気を窒素に置換し、酸素濃度をある一定以下にする場合で説明する。大気の酸素濃度は２０％程度である。
【0077】
まず、図１１に示すように、３つの酸素濃度計７４０Ａ、７４０Ｂ、７４０Ｃを雰囲気置換部７０１の内部にセットする。図１１は、雰囲気置換部７０１への酸素濃度計７４０Ａ、７４０Ｂ、７４０Ｃの設置位置の一例を示す図である。図１１に示す雰囲気置換部７０１の構成の概略は、図７のものと同様である。
【0078】
図１１に示すように、３つの酸素濃度計７４０Ａ、７４０Ｂ、７４０Ｃは、この順番で窒素供給部（図中のガス整流部７０３）により近くなるように配置される。つまり、３つの酸素濃度計７４０Ａ、７４０Ｂ、７４０Ｃは、雰囲気置換部７０１の内部において、この順番で上方側（Ｚ正方向側）から下方側（Ｚ負方向側）へＺ方向に沿って並んで配置される。また、酸素濃度計７４０Ａは、ガス整流部７０３と空気整流部７０４との間の空間のうち、ガス整流部７０３に近い側に配置される。酸素濃度計７４０Ｂは、ガス整流部７０３と空気整流部７０４との間の空間のうち、空気整流部７０４に近い側に配置される。酸素濃度計７４０Ｃは、空気整流部７０４より下方の下部個室７０６に配置される。
【0079】
次に窒素を所定の方法（例えば図７を参照して説明した手順）で供給する。このとき、酸素濃度計７４０Ａ、７４０Ｂ、７４０Ｃの数値の変化を記録し、境界層Ｌが形成されたか否かを判断する。この判断は、例えば立体造形装置１００の制御部５００などが実施することができる。
【0080】
図１２は、境界層Ｌが形成されている場合の各酸素濃度計７４０Ａ、７４０Ｂ、７４０Ｃの数値の推移の一例を示す図である。図１２では、酸素濃度計７４０Ａ、７４０Ｂ、７４０Ｃにより計測された酸素濃度の推移をそれぞれ太い実線のグラフＥ１、太い点線のグラフＥ２、太い一点鎖線のグラフＥ３で示している。また、図１２には、酸素濃度が８％Ｖｏｌの閾値ラインＴを細い点線で示す。図１２に示すように、窒素供給部に近い側から濃度が下がれば、すなわち、酸素濃度が下がり始める順番が、酸素濃度計７４０Ａ、酸素濃度計７４０Ｂ、酸素濃度計７４０Ｃの順である場合に、境界層Ｌができたと判断することができる。
【0081】
図１３は、境界層Ｌが形成されていない場合の各酸素濃度計７４０Ａ、７４０Ｂ、７４０Ｃの数値の推移の一例を示す図である。図１３中の各グラフＥ１、Ｅ２、Ｅ３と閾値ラインＴの概要は図１２のものと同様である。図１３に示すように、各酸素濃度計７４０Ａ、７４０Ｂ、７４０Ｃの変化が重なった場合は、境界層Ｌができていないと判断することができる。
【0082】
なお、境界層Ｌができていない場合の各酸素濃度計７４０Ａ、７４０Ｂ、７４０Ｃにより計測された酸素濃度の推移は図１３に示す例に限られない。例えば、酸素濃度計７４０Ａの変化が酸素濃度計７４０Ｃの上側に来る場合、すなわち酸素濃度計７４０Ｃのほうが酸素濃度計７４０Ａよりも早いタイミングで下がりはじめる場合などもある。
【0083】
また、境界層Ｌを判断する方法は、ダミーのガスとしてドライアイスを流し、可視化する方法などもある。
【0084】
境界層Ｌについてだが、明確な境界できるわけではなく、比較的境界ができたような挙動という点であることに注意が必要である。
【0085】
図１４は、本発明の一実施形態に係るガス整流部７０３及び空気整流部７０４概略構成を示す平面図である。本実施形態では、ガス整流部７０３及び空気整流部７０４としてパンチングメタルが適用される。
【0086】
パンチングメタルの構造は、Ｚ方向の厚みが１～５ｍｍ、孔７５１の開度が直径０．１～５ｍｍで、主面の面積に対する孔７５１の開口率５～５０％程度が好ましい。
【0087】
図１４に示す例は、本実施形態で適用したパンチングメタルの一例であり、板厚は１．５ｍｍ、穴７５１の径Ｄは５ｍｍ、穴７５１のピッチＰは１４ｍｍ、孔７５１の中心間のなす角度θは６０°となるよう形成されるパンチングメタルを用いた。
【0088】
パンチングメタルの材料としては、鋼板、メッキ鋼板、カラー鋼板、ステンレス鋼板、アルミ板、チタン板などの金属材料が好ましい。具体的には、一般構造用圧延鋼板（ＳＳ）、冷延鋼板（ＳＰＣＣ－ＳＤ）、熱廷鋼板（ＳＰＨＣ－Ｐ）、亜鉛鋼板（ＳＧＣＣ、ＳＧＨＣ）、高張力鋼板、ステンレス鋼板（ＳＵＳ）、アルミニウム鋼板（ＡＬＰ）、表面処理鋼板、亜鉛メッキ鋼板、電気メッキ鋼板（ボンデ、ＳＥＣＣ、ＳＥＨＣ）、溶融亜鉛メッキ鋼板（ジンク、ＳＧＣＣ、ＳＧＨＣ）、アルミメッキ鋼板（アルスター）、カラー鋼板、黄銅板（真鍮板）、銅板、チタン板（Ｔｉｐ）、塩化ビニール板（ＰＶＣ）等、ＣＦＲＴＰ（炭素繊維強化熱可塑性樹脂）などが好ましい。
【0089】
パンチングメタルの厚みがない場合は、補強の構造体の上に配置する構成でもよい。これにより整流作用と強度とを両立できる。また、パンチングメタルは小さいサイズに分割して敷き詰めてもよい。これにより組立性を向上できる。また、パンチングメタルを２枚以上の複数枚重ねる構成でもよい。これにより整流作用を向上できる。
【0090】
なお、ガス整流部７０３及び空気整流部７０４は、通過するガスや空気を整流することができればよく、パンチングメタル以外の要素を適用してもよい。
【0091】
例えば、樹脂多孔質板を適用してもよい。樹脂多孔質板としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等の均一なプラスチック粉末を焼結成形した連続多孔質体がある。樹脂多孔質板を適用する効果としては、穴が細かいので、安定した層流を形成できる。
【0092】
また、金属多孔質板を適用してもよい。金属多孔質板としては、例えばブロンズ（ＢＣ／青銅）、ステンレス（ＳＵＳ３０４／ＳＵＳ３１６Ｌ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、インコネル（ｉｎｎｃｏｎｅｌ）、チタン（Ｔｉ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ２）の粉末を焼結成形した連続多孔質体がある。
【0093】
また、精密多孔板を適用してもよい。精密多孔板は、例えばステンレス・ニッケル・アルミなどの極薄板（厚さ０．０３～３ｍｍ程度）に無数の微細孔・貫通孔（直径５μｍ～２ｍｍ程度）を均質にあけた薄板で、エッチング・エレクトロフォーミング（電鋳）・電子ビーム（ＥＢＰ）・レーザー・ドリル加工・放電加工等で製作される。精密多孔板を適用する場合には、板厚が薄いため、別途構造体を設けその上に精密多孔質板を敷く。
【0094】
第１実施形態に係る立体造形装置１００は、造形前に造形部１の周囲の空間の雰囲気を空気Ａ１から所定のガスＧ２に置換する雰囲気置換部７０１を備える。雰囲気置換部７０１は、造形部１の周囲の空間内において所定のガスＧ２と空気Ａ１との境界層Ｌを維持して置換する。
【0095】
この構成により、第１実施形態の立体造形装置１００は、ガスを効率的に利用することができる。また、所定のガスＧ２として不活性ガスを用いると、造形部１の周囲の空間の雰囲気が不活性ガスに置換されるので、雰囲気の酸素濃度を低下させることができる。さらに、ガスＧ２と空気Ａ１との境界層Ｌを維持して置換を行うことにより、ガス置換時に機内に堆積した粉じんを舞い上げないことが可能となるので、短時間かつ少量でガス充填ができる。この結果、第１実施形態の立体造形装置１００は、粉体層３１や造形層３０を形成する空間の雰囲気を空気Ａ１から不活性ガスＧ２に置換するための所要時間を短縮することができる。
【0096】
また、第１実施形態に係る立体造形装置１００では、雰囲気置換部７０１は、所定のガスＧ１を造形部１の周囲の空間に供給するガス供給部７０２と、空間内に設置され、ガス供給部７０２により空間内に供給された所定のガスＧ１を通過させて整流して造形部１に供給するガス整流部７０３と、空間内の空気Ａ１を排出する排出部７０７と、を有する。
【0097】
この構成により、ガス供給部７０２により導入されたガスＧ１を直接造形部１の周囲の空間に送り出さずに、一旦ガス整流部７０３により整流して、低速の層流となったガスＧ２を造形部１側に送り出すことができる。これにより、ガスＧ２と空気Ａ１との境界層Ｌを維持して置換することをより確実にできるので、ガス置換の所要時間をより確実に短縮できる。
【0098】
また、第１実施形態に係る立体造形装置１００では、雰囲気置換部７０１は、造形部１の周囲の空間内に設置され、空間内の空気Ａ１を通過させて整流して排出部７０７に供給する空気整流部７０４を有する。
【0099】
この構成により、ガス置換の際に造形部１の周囲の空間の空気Ａ１を直接排出部７０７に送り出さすに、一旦空気整流部７０４により整流して、定速の層流となった空気Ａ２を排出部７０７側に送り出すことができる。これにより、造形部１の周囲の空間の空気Ａ１が急激に排出されることを抑制できるので、ガスＧ２と空気Ａ１との境界層Ｌの維持をより確実にできる。また、ガス置換時に機内に堆積した粉じんを舞い上げないことがより確実に可能となる。
【0100】
なお、ガス整流部７０３や空気整流部７０４としてパンチングメタルを適用することにより、整流作用を安価に実現できる。
【0101】
また、第１実施形態に係る立体造形装置１００では、ガス供給部７０２は、ガス整流部７０３よりも上方から所定のガスＧ１を造形部１の周囲の空間内に導入し、排出部７０７は、ガス整流部７０３（及び空気整流部７０４）よりも下方から空気Ａ２を排出する。
【0102】
この構成により、特に空気より軽いガスを用いる場合に、造形部１の周囲の空間の雰囲気を効率よくガスに置換できる。このような所定のガスとしては、窒素、ヘリウム、ネオンのいずれかを含むのが好ましい。
【0103】
図１５は、本発明の第１実施形態の第１変形例に係る雰囲気置換部８０１の概略構成を示す側面視の模式図である。
【0104】
第１変形例の雰囲気置換部８０１は、内部空間に導入されたガスＧ２を上方に流す点が雰囲気置換部７０１と異なる。この構成に適用されるガスは、例えばアルゴン、二酸化炭素など、空気Ａ１より比重が大きいものが好ましい。
【0105】
雰囲気置換部８０１は、雰囲気置換部７０１のガス供給部７０２（図８参照）及び排出部７０７（図９参照）と同様の要素を備える。また、雰囲気置換部８０１は、雰囲気置換部７０１の上部個室７０５、ガス整流部７０３、空気整流部７０４、下部個室７０６と同様の機能を有する下部個室８０５、ガス整流部８０３、空気整流部８０４、上部個室８０６を備える。
【0106】
雰囲気置換部８０１のガス供給部は、ガス整流部８０３よりも下方からガスＧ１を内部空間内に導入し、排出部は、ガス整流部８０３（及び空気整流部７０４）よりも上方から空気Ａ２を排出する。
【0107】
ガスＧ１は下部個室８０５に導入される。下部個室８０５内の配管は、図８に例示した構成と同様でよい。下部個室８０５内のガスＧ１は、ガス整流部８０３としてのパンチングメタルの多数の貫通孔７５１を通過することによって低速の層流として整流され、整流後のガスＧ２がガス整流部８０３より上方に流れる。
【0108】
整流後のガスＧ２は低速の層流であるので、内部空間に残る空気との間に境界層Ｌを維持しながら上方に移動することができる。これにより、内部空間における造形部１の周囲の雰囲気を空気からガスに迅速に置換することができる。
【0109】
ガスＧ２により上方に押し出される内部空間の空気Ａ１は、空気整流部８０４としてのパンチングメタルの多数の貫通孔７５１を通過することによって、低速の層流として整流され、整流後の空気Ａ２が上部個室８０６に導入される。この上部個室８０６に排出部が配置されている。排出部の構成は図９に例示した構成と同様でよい。上部個室８０６に導入された整流後の空気Ａ２は排出部から外部に排出される。
【0110】
第１実施形態の変形例に係る雰囲気置換部８０１では、ガス供給部８０２は、ガス整流部８０３よりも下方から所定のガスＧ１を造形部１の周囲の空間内に導入し、排出部８０７は、ガス整流部８０３（及び空気整流部８０４）よりも上方から空気Ａ２を排出する。
【0111】
この構成により、特に空気より重いガスを用いる場合に、造形部１の周囲の空間の雰囲気を効率よくガスに置換できる。このような所定のガスとしては、アルゴン、二酸化炭素のいずれかを含むのが好ましい。
【0112】
図１６は、本発明の第１実施形態の第２変形例に係る雰囲気置換部９０１の概略構成を示す側面視の模式図である。
【0113】
第２変形例の雰囲気置換部９０１は、内部空間に導入されたガスＧ２を水平方向（図１６の例ではＹ負方向）に流す点が雰囲気置換部７０１と異なる。例えば乾燥空気（湿度２０％ＲＨ以下）に置換する場合に、第２変形例の雰囲気置換部９０１の構成を用いるのが好ましい。湿度が造形品質に影響がある場合に有効である。
【0114】
雰囲気置換部９０１は、雰囲気置換部７０１のガス供給部７０２（図８参照）及び排出部７０７（図９参照）と同様の要素を備える。また、雰囲気置換部９０１は、雰囲気置換部７０１の上部個室７０５、ガス整流部７０３、空気整流部７０４、下部個室７０６と同様の機能を有する上流側個室９０５、ガス整流部９０３、空気整流部９０４、下流側個室９０６を備える。
【0115】
雰囲気置換部９０１のガス供給部、上流側個室９０５、ガス整流部９０３、空気整流部９０４、下流側個室９０６、排出部は水平方向に配置され、所定のガスＧ２は内部空間内を水平方向に流れる。
【0116】
ガスＧ１は上流側個室９０５に導入される。上流側個室９０５内の配管は、図８に例示した構成と同様でよい。上流側個室９０５内のガスＧ１は、ガス整流部９０３としてのパンチングメタルの多数の貫通孔７５１を通過することによって低速の層流として整流され、整流後のガスＧ２がガス整流部９０３よりＹ負方向側に流れる。
【0117】
整流後のガスＧ２は低速の層流であるので、内部空間に残る空気Ａ１の間に境界層Ｌを維持しながらＹ負方向側に移動することができる。これにより、内部空間における造形部１の周囲の雰囲気を空気からガスに迅速に置換することができる。
【0118】
ガスＧ２によりＹ負方向側に押し出される内部空間の空気Ａ１は、空気整流部９０４としてのパンチングメタルの多数の貫通孔７５１を通過することによって、低速の層流として整流され、整流後の空気Ａ２が下流側個室９０６に導入される。この下流側個室９０６に排出部が配置されている。排出部の構成は図９に例示した構成と同様でよい。下流側個室９０６に導入された整流後の空気Ａ２は排出部から外部に排出される。
【0119】
図１７は、本発明の第１実施形態に係る雰囲気置換部７０１による雰囲気置換の経緯を示す図である。図１７（Ａ）～（Ｃ）は、それぞれ雰囲気置換過程の各段階における雰囲気置換部７０１の内部空間の雰囲気を模式的に示している。
【0120】
図１７（Ａ）に示す初期状態では、内部空間はすべて空気Ａ１で満たされている状態にある。雰囲気置換部７０１による置換を始めると、図１７（Ｂ）に示すように、ガスＧ２が上から内部空間に入り、空気Ａ１を下に押しやる。このとき、ガスＧ２と空気Ａ１との境界層Ｌができ、境界層Ｌが維持されたまま下方に移動する。そして、図１７（Ｃ）に示す最終状態になると、内部空間はガスＧ２で満たされる。
【0121】
【0122】
図１８（Ａ）に示す初期状態では、内部空間はすべて空気Ａ１で満たされている状態にある。雰囲気置換部８０１による置換を始めると、図１８（Ｂ）に示すように、ガスＧ２が下から内部空間に入り、空気Ａ１を上に押しやる。このとき、ガスＧ２と空気Ａ１との境界層Ｌができ、境界層Ｌが維持されたまま上方に移動する。そして、図１８（Ｃ）に示す最終状態になると、内部空間はガスＧ２で満たされる。
【0123】
【0124】
図１９（Ａ）に示す初期状態では、内部空間はすべて空気Ａ１で満たされている状態にある。雰囲気置換部９０１による置換を始めると、図１９（Ｂ）に示すように、ガスＧ２が図中左側から内部空間に入り、空気Ａ１を右側に押しやる。このとき、ガスＧ２と空気Ａ１との境界層Ｌができ、境界層Ｌが維持されたまま右側に移動する。そして、図１９（Ｃ）に示す最終状態になると、内部空間はガスＧ２で満たされる。
【0125】
図１７～図１９に示すように、第１実施形態の雰囲気置換部７０１、８０１，９０１によって、雰囲気置換過程においてガスと空気との境界層Ｌが維持することができるので、短時間かつ最小量でガス置換ができる。一方、例えばガスが内部空間に一時に大量に導入されると、境界層Ｌを維持できずに破壊される場合がある。境界層Ｌが破壊されると、ガスが空気側に乱れて侵入し、この侵入したガスも空気とともに排気しながら置換する。このため、侵入したガスの分だけ、必要なガスが多くなり、時間も長くなる。
【0126】
【0127】
図２０は、本発明の第２実施形態に係る雰囲気置換部２１０１の概略構成を示す側面視の模式図である。
【0128】
図２０に示すように、第２実施形態に係る立体造形装置１００は、一部の空間の雰囲気を空気から所定のガスに置換するための雰囲気置換部２１０１を備える。一部の空間として、図２０に示す雰囲気置換部２１０１は、液体吐出ユニット５０の液体吐出ヘッド５２ａ、５２ｂの周囲を包囲して形成される。雰囲気置換部２１０１は、例えば液体吐出ユニット５０の筐体などにより液体吐出ヘッド５２ａ、５２ｂの周囲の空間を外部と区分して、液体吐出ヘッド５２ａ、５２ｂの周囲の空間を雰囲気置換部２１０１の内部空間とする。
【0129】
なお、雰囲気置換部２１０１は、液体吐出ユニット５０の外側を別の筐体で包囲して、液体吐出ユニット５０全体の周囲の雰囲気をガスに置換する構成でもよい。
【0130】
雰囲気置換部２１０１は、第１実施形態の雰囲気置換部７０１のガス供給部７０２、上部個室７０５、ガス整流部７０３、空気整流部７０４、下部個室７０６、排出部７０７と同様の機能を有するガス供給部２１０２、上部個室２１０５、ガス整流部２１０３、空気整流部２１０４、下部個室２１０６、排出部２１０７を備える。
【0131】
空気整流部２１０４の上面は、液体吐出ユニット５０の液体吐出ヘッド５２ａ、５２ｂのノズル面と同じ位置にある。
【0132】
ガス供給部２１０２はガスＧ１を液体吐出ユニット５０内の上部個室２１０５に導入する。上部個室２１０５内の配管は、図８に例示した構成と同様でよい。上部個室２１０５内のガスＧ１は、ガス整流部２１０３としてのパンチングメタルの多数の貫通孔７５１を通過することによって低速の層流として整流され、整流後のガスＧ２がガス整流部８０３より下方に流れる。
【0133】
整流後のガスＧ２は低速の層流であるので、液体吐出ユニット５０内に残る空気との間に境界層Ｌを維持しながら下方に移動することができる。これにより、液体吐出ユニット５０の内部空間における液体吐出ヘッド５２ａ、５２ｂの周囲の雰囲気を空気からガスに迅速に置換することができる。
【0134】
ガスＧ２により下方に押し出される内部空間の空気Ａ１は、空気整流部２１０４としてのパンチングメタルの多数の貫通孔７５１を通過することによって、低速の層流として整流され、整流後の空気Ａ２が下部個室２１０６に導入される。下部個室２１０６に導入された整流後の空気Ａ２は排出部２１０７から外部に排出される。
【0135】
第２実施形態に係る雰囲気置換部２１０１による雰囲気置換の経緯は、図１７を参照して説明した第１実施形態に係る雰囲気置換部７０１の内容と同様となる。
【0136】
第２実施形態に係る立体造形装置１００は、造形前に液体吐出ユニット５０の周囲の空間の雰囲気を空気Ａ１からガスＧ２に置換する雰囲気置換部２１０１を備える。雰囲気置換部２１０１は、雰囲気を置換するときに液体吐出ユニット５０の周囲の空間内においてガスＧ２と空気Ａ１との境界層Ｌを維持して置換する。
【0137】
第２実施形態に係る雰囲気置換部２１０１の効果は、第１実施形態と同様にガス置換の所要時間の短縮化もあるが、その他に液体吐出ユニット５０内部からガスを吐き出すことで、粉の進入を防止できる。このため、液体吐出ユニット５０の底面を空気整流部２１０４としている。
【0138】
第２実施形態に係る雰囲気置換部２１０１は、第１実施形態の雰囲気置換部７０１のガス供給部７０２、上部個室７０５、ガス整流部７０３、空気整流部７０４、下部個室７０６、排出部７０７と同様の機能を有するガス供給部２１０２、上部個室２１０５、ガス整流部２１０３、空気整流部２１０４、下部個室２１０６、排出部２１０７を備える。これにより、第２実施形態の雰囲気置換部２１０１でも、第１実施形態の各要素と同様の効果を奏することができる。
【0139】
図２１は、本発明の第２実施形態の変形例に係る雰囲気置換部２２０１の概略構成を示す側面視（Ｙ方向視）の模式図である。図２２は、本発明の第２実施形態の変形例に係る雰囲気置換部２２０１の概略構成を示す上面視の模式図である。図２３は、本発明の第２実施形態の変形例に係る雰囲気置換部２２０１の概略構成を示す側面視（Ｘ方向視）の模式図である。
【0140】
【0141】
雰囲気置換部２２０１は、雰囲気置換部２１０１のガス供給部２１０２及び排出部２１０７と同様の要素を備える。また、雰囲気置換部２２０１は、雰囲気置換部２１０１の上部個室２１０５、ガス整流部２１０３、空気整流部２１０４、下部個室２１０６と同様の機能を有する中央個室２２０５、ガス整流部２２０３、空気整流部２２０４、外側個室２２０６を備える。
【0142】
雰囲気置換部２２０１は、液体吐出ユニット５０の内部区間のＺ方向視の中央部に、Ｚ方向に沿って延在して、液体吐出ユニット５０の筐体の上面と下面とを連結する柱２２２１を備える。柱２２２１は、２つの液体吐出ヘッド５２ａ、５２ｂのＸ方向の中間位置に配置される。柱２２２１は、例えば図２２に示すようにＺ方向視の断面形状が楕円状などの遠心側に凸形状となる曲面形状に形成されるのが好ましい。
【0143】
図２３に示すように、柱２２２１の表面に、ガス供給部の一要素としての複数の配管２２３１が設置される。なお、図２３では複数のうち１つの配管２２３１のみを図示している。複数の配管２２３１は、それぞれＺ方向に延在して、柱２２２１のＺ軸まわりの周面方向に沿って略等間隔に配置される。また、各配管２２３１は、液体吐出ユニット５０の筐体の上面から外部に露出し、外部の集合配管などに連通されている。
【0144】
ガス発生装置などで生成したガスや、ガスボンベのガスが、ガス供給部によって上方から配管２２３１に導入される。各配管２２３１の表面には直径０．５ｍｍ程度の孔が複数個開けられており、それらの孔からガスＧ１が吹き出す。配管２２３１の下端２２３４は封止されておりガスは止まる。
【0145】
図２２に示すように、ガス整流部２２０３はＺ方向視において柱２２２１と略同心円状に配置される。これにより、中央個室２２０５は、柱２２２１及び複数の配管２２３１の外周側にガス整流部２２０３との間に所定幅で形成される。
【0146】
液体吐出ユニット５０の筐体のＸ正方向側の端部と、Ｘ負方向側の端部には、それぞれ法線方向がＸ方向となる向きで一対の空気整流部２２０４が配置されている。これにより、液体吐出ユニット５０の筐体のＸ正方向側の端部と、Ｘ負方向側の端部がそれぞれ空気整流部２２０４により区分されて、一対の外側個室２２０６が形成される。
【0147】
雰囲気置換部２２０１では、液体吐出ユニット５０の中心部の複数の配管２２３１（図２３）からガスＧ１が中央個室２２０５に導入される。中央個室２２０５内のガスＧ１は、ガス整流部２２０３としてのパンチングメタルの多数の貫通孔７５１を通過することによって低速の層流として整流され、整流後のガスＧ２がガス整流部２２０３よりＸ方向両側に流れる。
【0148】
整流後のガスＧ２は低速の層流であるので、内部空間に残る空気との間に一対の境界層Ｌを維持しながらＸ方向両側に移動することができる。これにより、液体吐出ユニット５０の内部空間における液体吐出ヘッド５２ａ、５２ｂの周囲の雰囲気を空気からガスに迅速に置換することができる。
【0149】
ガスＧ２によりＸ方向両側に押し出される内部空間の空気Ａ１は、一対の空気整流部２２０４としてのパンチングメタルの多数の貫通孔７５１を通過することによって、低速の層流として整流され、整流後の空気Ａ２が一対の外側個室２２０６に導入される。この外側個室２２０６に排出部が配置されている。排出部の構成は図９に例示した構成と同様でよい。一対の外側個室２２０６に導入された整流後の空気Ａ２は排出部から外部に排出される。
【0150】
また、図２１に示すように液体吐出ヘッド５２ａ、５２ｂの下面には造形液１０を吐出する吐出口５２ｃが設けられる。図２０では吐出口５２ｃの図示を省略しているが、空気整流部２１０４や排出部２１０７とは別系統で設置されている。
【0151】
【0152】
図２４（Ａ）に示す初期状態では、液体吐出ユニット５０の内部空間はすべて空気Ａ１で満たされている状態にある。雰囲気置換部２２０１による置換を始めると、図２４（Ｂ）に示すように、ガスＧ２が中央部から内部空間に入って左右に広がり、空気Ａ１を左右外側に押しやる。このとき、ガスＧ２と空気Ａ１との間に一対の境界層Ｌができ、一対の境界層Ｌが維持されたまま左右外側に移動する。そして、図２４（Ｃ）に示す最終状態になると、内部空間はガスＧ２で満たされる。
【0153】
＜第３実施形態＞
図２５は、本発明の第３実施形態に係る立体造形装置１００の概略構成を示す側面図である。図２５に示すように、第３実施形態に係る立体造形装置１００は、造形部１の周囲の空間の雰囲気を空気からガスに置換する、第１実施形態に係る雰囲気置換部７０１、８０１、９０１と、液体吐出ユニット５０の周囲の空間の雰囲気を空気からガスに置換する、第２実施形態に係る雰囲気置換部２１０１、２２０１の両方を備える。
図２５は、本発明の第３実施形態に係る立体造形装置１００の概略構成を示す側面図である。図２５に示すように、第３実施形態に係る立体造形装置１００は、造形部１の周囲の空間の雰囲気を空気からガスに置換する、第１実施形態に係る雰囲気置換部７０１、８０１、９０１と、液体吐出ユニット５０の周囲の空間の雰囲気を空気からガスに置換する、第２実施形態に係る雰囲気置換部２１０１、２２０１の両方を備える。
【0154】
第３実施形態の場合、雰囲気置換部２１０１、２２０１の排出部は、造形部１の周囲の空間に空気が排出されないように、チューブ配管などを利用して雰囲気置換部７０１、８０１、９０１の筐体より外部に排出箇所が配置されるよう構成するのが好ましい。これにより、造形部１の雰囲気置換と、液体吐出ユニット５０の雰囲気置換との両方を迅速に実施することができる。
【0155】
これまでの実施形態では立体造形装置１００で造形ユニット５を用いる例を説明した。次に立体造形装置１００で造形ユニット５に代えて、立体造形用ロボット装置５ａを用いる例について説明する。図２６は、本発明の一実施形態の立体造形用ロボット装置５ａの概略図を示す。立体造形装置１００は、例えば図２６に示すように、造形ユニット５の代わりに立体造形用ロボット装置５ａを適用して、立体造形ロボットシステム１００ａとしてもよい。
【0156】
立体造形用ロボット装置５ａは、複数の関節部２３２１ａ、２３２１ｂ、２３２１ｃと、複数の接続部２３２２ａ、２３２２ｂ、２３２２ｃと、エンドエフェクタとしての担持部２３５０ａ、２３５０ｂと、液体吐出ユニット５０と、を少なくとも含む。
【0157】
複数の関節部２３２１ａ、２３２１ｂ、２３２１ｃは、それぞれ駆動源により回転駆動されるロボットアームの関節部分である。複数の接続部２３２２ａ、２３２２ｂ、２３２２ｃは、隣接する関節部の間に連結されるロボットアームのリンク部分である。なお、図２６の例では、立体造形用ロボット装置５ａは、それぞれ３つの関節部２３２１ａ、２３２１ｂ、２３２１ｃと、接続部２３２２ａ、２３２２ｂ、２３２２ｃとを有する三自由度の構成を例示しているが、四自由度以上の構成でもよい。
【0158】
担持部２３５０ａ、２３５０ｂは、ロボットアームの先端に設置されるエンドエフェクタの一例である。図２６の例では、最も先端側に配置される接続部２３２２ａの先端に設置される。担持部２３５０ａ、２３５０ｂは、例えば一対の板状部材が相互に対向配置され、接続部２３２２ａの延在方向と直交する方向に移動可能に設置される。そして、一対の担持部２３５０ａ、２３５０ｂが相互に接近する方向に移動することによって、両者の間にある物体を担持できる。また、相互に離れる方向に移動することによって、担持していた物体を離すことができる。
【0159】
図２６の例では、担持部２３５０ａ、２３５０ｂは、上記実施形態の液体吐出ユニット５０のヘッド５２を、造形液１０の吐出方向が下方となるように担持する。複数の関節部２３２１ａ、２３２１ｂ、２３２１ｃと、複数の接続部２３２２ａ、２３２２ｂ、２３２２ｃとは、担持部２３５０ａ、２３５０ｂにより担持されているヘッド５２の姿勢を維持しながら、ヘッド５２を任意の位置に移動させることができる。また、立体造形用ロボット装置５ａの担持部２３５０ａ、２３５０ｂの下方には、上記実施形態と同様の造形部１が設置されている。立体造形用ロボット装置５ａは、ヘッド５２を造形部１上で任意に移動させながらヘッド５２から造形液１０を吐出させることで、造形部１の造形ステージ２４上に造形層３０を形成し、これを繰り返すことで立体造形物を形成できる。
【0160】
なお、担持部２３５０ａ、２３５０ｂは、液体吐出ユニット５０のヘッド５２を担持できればよく、図２６の例のように所定方向両側からの把持機構には限られない。例えば空気や磁石などによる吸着機構を適用してもよいし、爪やボルトなどによる係合機構を適用してもよい。
【0161】
立体造形用ロボット装置５ａは、制御装置（例えば上記実施形態の制御部５００）からの制御信号に応じて、複数の関節部２３２１ａ、２３２１ｂ、２３２１ｃの少なくとも一部のアクチュエータを駆動して、液体吐出ユニット５０を所定の位置に移動させてヘッド５２から造形液を吐出する。なお、複数の接続部２３２２ａ、２３２２ｂ、２３２２ｃの少なくとも一部は、制御装置からの制御信号に応じて伸縮する構成としてもよい。
【0162】
つまり、図２６に示す例では、立体造形ロボットシステム１００ａ及び立体造形用ロボット装置５ａが、上記実施形態の立体造形装置１００及び造形ユニット５と対応する。
【0163】
また、担持部２３５０ａ、２３５０ｂは、立体造形物を担持させることもできる。担持部２３５０ａ、２３５０ｂを駆動させて立体造形物を担持し、所定の場所を移動させることができるので、効率よく造形できる。例えば、加熱部、除去部、脱脂部、焼結部が、立体造形ロボットシステム１００ａとは異なる別の装置である加熱装置、除去装置、脱脂装置、焼結装置として設けられる構成の場合、立体造形用ロボット装置５ａの担持部２３５０ａ、２３５０ｂを利用して立体造形物を効率よく移動させることができる
【0164】
図２６の例でも、図７～図９などの実施形態と同様に、一部の空間として造形部１や、液体吐出ユニット５０（ヘッド５２）や、立体造形用ロボット装置５ａの周囲を包囲して雰囲気置換部７０１を形成してもよい。雰囲気置換部７０１は、例えば筐体などにより造形部１や液体吐出ユニット５０の周囲の空間を外部と区分して、造形部１や液体吐出ユニット５０の周囲の空間を雰囲気置換部７０１の内部空間とする。
【0165】
＜国連が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）への貢献＞
本発明の各実施形態は、所定のガスの廃棄ロスに寄与することができるので、ＳＤＧｓの目標１２、１３に貢献できる。
本発明の各実施形態は、所定のガスの廃棄ロスに寄与することができるので、ＳＤＧｓの目標１２、１３に貢献できる。
【0166】
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【0167】
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
＜１＞ 造形エリアに粉体層を形成する造形部と、
前記造形部に積層された前記粉体層に造形液を吐出して造形層を形成する液体吐出ユニットと、
造形前に少なくとも一部の空間の雰囲気を空気からガスに置換する雰囲気置換部と、
を備え、
前記雰囲気置換部は、前記雰囲気を置換するときに前記空間内において前記ガスと前記空気との境界層を維持して置換する、
立体造形装置。
＜２＞ 前記雰囲気置換部は、
前記ガスを前記空間に供給するガス供給部と、
前記空間内に設置され、前記ガス供給部により前記空間内に供給された前記ガスを通過させて整流して前記造形部または前記液体吐出ユニットに供給するガス整流部と、
前記空間内の前記空気を排出する排出部と、
を有する、
前記＜１＞に記載の立体造形装置。
＜３＞ 前記雰囲気置換部は、
前記空間内に設置され、前記空間内の前記空気を通過させて整流して前記排出部に供給する空気整流部を有する、
前記＜２＞に記載の立体造形装置。
＜４＞ 前記ガス供給部は、前記ガス整流部よりも上方から前記ガスを前記空間内に導入し、
前記排出部は、前記ガス整流部よりも下方から前記空気を排出する、
前記＜２＞または＜３＞に記載の立体造形装置。
＜５＞ 前記ガスは、窒素、ヘリウム、ネオンのいずれかを含む、
前記＜４＞に記載の立体造形装置。
＜６＞ 前記ガス供給部は、前記ガス整流部よりも下方から前記ガスを前記空間内に導入し、
前記排出部は、前記ガス整流部よりも上方から前記空気を排出する、
前記＜２＞または＜３＞に記載の立体造形装置。
＜７＞ 前記ガスは、アルゴン、二酸化炭素のいずれかを含む、
前記＜６＞に記載の立体造形装置。
＜８＞ 前記ガス供給部、前記ガス整流部、前記排出部は水平方向に配置され、
前記ガスは前記空間内を前記水平方向に流れる、
前記＜２＞または＜３＞に記載の立体造形装置。
＜９＞ 前記造形部には、ホッパーにより造形材料が供給される、
前記＜１＞～＜８＞のいずれか一項に記載の立体造形装置。
＜１０＞ 前記液体吐出ユニットは、前記粉体層に対して前記造形液をインクジェット方式で吐出する、
前記＜１＞～＜９＞のいずれか一項に記載の立体造形装置。
＜１１＞ 前記造形層を積層して形成される造形物を加熱する加熱部と、
加熱された前記造形物に付与された余剰な造形材料を除去してグリーン体を得る除去部と、
を含む、
前記＜１＞～＜１０＞のいずれか一項に記載の立体造形装置。
＜１２＞ 前記グリーン体を脱脂する脱脂部と、
脱脂された前記グリーン体を焼結する焼結部と、
を含む、
前記＜１１＞に記載の立体造形装置。
＜１３＞ 造形エリアに粉体層を形成する造形部と、
前記造形部に積層された前記粉体層に造形液を吐出して造形層を造形する液体吐出ユニットと、
造形前に少なくとも一部の空間の雰囲気を空気からガスに置換する雰囲気置換部と、
を備える立体造形装置を用いる立体造形方法であって、
前記雰囲気置換部が、前記雰囲気を置換するときに前記空間内において前記ガスと前記空気との境界層を維持して置換するステップ
を含む立体造形方法。
＜１＞ 造形エリアに粉体層を形成する造形部と、
前記造形部に積層された前記粉体層に造形液を吐出して造形層を形成する液体吐出ユニットと、
造形前に少なくとも一部の空間の雰囲気を空気からガスに置換する雰囲気置換部と、
を備え、
前記雰囲気置換部は、前記雰囲気を置換するときに前記空間内において前記ガスと前記空気との境界層を維持して置換する、
立体造形装置。
＜２＞ 前記雰囲気置換部は、
前記ガスを前記空間に供給するガス供給部と、
前記空間内に設置され、前記ガス供給部により前記空間内に供給された前記ガスを通過させて整流して前記造形部または前記液体吐出ユニットに供給するガス整流部と、
前記空間内の前記空気を排出する排出部と、
を有する、
前記＜１＞に記載の立体造形装置。
＜３＞ 前記雰囲気置換部は、
前記空間内に設置され、前記空間内の前記空気を通過させて整流して前記排出部に供給する空気整流部を有する、
前記＜２＞に記載の立体造形装置。
＜４＞ 前記ガス供給部は、前記ガス整流部よりも上方から前記ガスを前記空間内に導入し、
前記排出部は、前記ガス整流部よりも下方から前記空気を排出する、
前記＜２＞または＜３＞に記載の立体造形装置。
＜５＞ 前記ガスは、窒素、ヘリウム、ネオンのいずれかを含む、
前記＜４＞に記載の立体造形装置。
＜６＞ 前記ガス供給部は、前記ガス整流部よりも下方から前記ガスを前記空間内に導入し、
前記排出部は、前記ガス整流部よりも上方から前記空気を排出する、
前記＜２＞または＜３＞に記載の立体造形装置。
＜７＞ 前記ガスは、アルゴン、二酸化炭素のいずれかを含む、
前記＜６＞に記載の立体造形装置。
＜８＞ 前記ガス供給部、前記ガス整流部、前記排出部は水平方向に配置され、
前記ガスは前記空間内を前記水平方向に流れる、
前記＜２＞または＜３＞に記載の立体造形装置。
＜９＞ 前記造形部には、ホッパーにより造形材料が供給される、
前記＜１＞～＜８＞のいずれか一項に記載の立体造形装置。
＜１０＞ 前記液体吐出ユニットは、前記粉体層に対して前記造形液をインクジェット方式で吐出する、
前記＜１＞～＜９＞のいずれか一項に記載の立体造形装置。
＜１１＞ 前記造形層を積層して形成される造形物を加熱する加熱部と、
加熱された前記造形物に付与された余剰な造形材料を除去してグリーン体を得る除去部と、
を含む、
前記＜１＞～＜１０＞のいずれか一項に記載の立体造形装置。
＜１２＞ 前記グリーン体を脱脂する脱脂部と、
脱脂された前記グリーン体を焼結する焼結部と、
を含む、
前記＜１１＞に記載の立体造形装置。
＜１３＞ 造形エリアに粉体層を形成する造形部と、
前記造形部に積層された前記粉体層に造形液を吐出して造形層を造形する液体吐出ユニットと、
造形前に少なくとも一部の空間の雰囲気を空気からガスに置換する雰囲気置換部と、
を備える立体造形装置を用いる立体造形方法であって、
前記雰囲気置換部が、前記雰囲気を置換するときに前記空間内において前記ガスと前記空気との境界層を維持して置換するステップ
を含む立体造形方法。
【符号の説明】
【0168】
１００ 立体造形装置
１ 造形部
２４ 造形ステージ（造形エリア）
５ 造形ユニット
５０ 液体吐出ユニット
７０１、８０１、９０１、２１０１、２２０１ 雰囲気置換部
７０２、２１０２ ガス供給部
７０３、８０３、９０３、２１０３、２２０３ パンチングメタル（ガス整流部）
７０４、８０４、９０４、２１０４、２２０４ パンチングメタル（空気整流部）
７０７、２１０７ 排出部
Ｇ１、Ｇ２ 窒素ガス（不活性ガス）
Ａ１、Ａ２ 空気
Ｌ 境界層
２０ 粉体
３０ 造形層
３１ 粉体層
５ａ 立体造形用ロボット装置（造形ユニット）
１００ａ 立体造形ロボットシステム（立体造形装置）
１ 造形部
２４ 造形ステージ（造形エリア）
５ 造形ユニット
５０ 液体吐出ユニット
７０１、８０１、９０１、２１０１、２２０１ 雰囲気置換部
７０２、２１０２ ガス供給部
７０３、８０３、９０３、２１０３、２２０３ パンチングメタル（ガス整流部）
７０４、８０４、９０４、２１０４、２２０４ パンチングメタル（空気整流部）
７０７、２１０７ 排出部
Ｇ１、Ｇ２ 窒素ガス（不活性ガス）
Ａ１、Ａ２ 空気
Ｌ 境界層
２０ 粉体
３０ 造形層
３１ 粉体層
５ａ 立体造形用ロボット装置（造形ユニット）
１００ａ 立体造形ロボットシステム（立体造形装置）
【先行技術文献】
【特許文献】
【0169】
【特許文献1】特許６５６５４８９号公報
【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23】
【図24】
【図25】
【図26】