特許 7514199 三次元造形装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-02

(45)【発行日】2024-07-10

(54)【発明の名称】三次元造形装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/165 20170101AFI20240703BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20240703BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240703BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240703BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20240703BHJP

   B29C 64/209 20170101ALI20240703BHJP

   B22F 3/16 20060101ALI20240703BHJP

   B28B 1/30 20060101ALI20240703BHJP

【ＦＩ】

B29C64/165

B29C64/393

B33Y10/00

B33Y30/00

B33Y50/02

B29C64/209

B22F3/16

B28B1/30

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021033334

(22)【出願日】2021-03-03

(65)【公開番号】P2022134290

(43)【公開日】2022-09-15

【審査請求日】2023-12-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000116057

【氏名又は名称】ローランドディー．ジー．株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121500

【弁理士】

【氏名又は名称】後藤 高志

(74)【代理人】

【識別番号】100121186

【弁理士】

【氏名又は名称】山根 広昭

(74)【代理人】

【識別番号】100189887

【弁理士】

【氏名又は名称】古市 昭博

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 拓

【審査官】岸 智章

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０８２４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１４６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－２４５１６７３（ＫＲ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／１６５

Ｂ２９Ｃ ６４／３９３

Ｂ３３Ｙ １０／００

Ｂ３３Ｙ ３０／００

Ｂ３３Ｙ ５０／０２

Ｂ２９Ｃ ６４／２０９

Ｂ２２Ｆ ３／１６

Ｂ２８Ｂ １／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

粉末材料を硬化させて硬化層を形成し、これを順次積層することによって三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
造形された前記三次元造形物が収容される本体部と、
前記粉末材料が収容されかつ前記三次元造形物が造形される造形空間を有し、前記本体部に設けられた造形槽と、
前記造形槽に配置され、前記粉末材料が載置される第１テーブルと、
前記造形槽に配置され、前記第１テーブルを上昇および下降させる第１昇降装置と、
前記造形槽に対して走査方向の一方側に位置するように前記本体部に設けられ、前記造形槽に供給される前記粉末材料が貯留される貯留空間を有する供給槽と、
前記供給槽に配置され、前記粉末材料が載置される第２テーブルと、
前記供給槽に配置され、前記第２テーブルを上昇および下降させる第２昇降装置と、
前記第２テーブルに載置された前記粉末材料を前記造形槽に搬送しかつ前記粉末材料を前記造形空間に敷き詰める敷詰め部材と、
前記敷詰め部材を支持する支持部材と、
前記三次元造形物の三次元モデルに基づいて、前記造形空間に収容された前記粉末材料に硬化液を吐出して前記硬化層を形成する吐出ヘッドと、
前記本体部および前記支持部材のいずれか一方を他方に対して前記走査方向に相対的に移動させる移動機構と、
前記第１昇降装置、前記第２昇降装置、前記吐出ヘッドおよび前記移動機構を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記三次元モデルを記憶する記憶部と、
第１方向、第２方向および第３方向の少なくとも３つの方向から前記三次元モデルを見たときに、方向毎に各方向と直交する面の合計面積を算出する面積算出部と、
算出された方向毎の合計面積のうち最も大きい合計面積を有する方向である第１特定方向を特定する特定部と、
前記第１特定方向と前記走査方向とが異なるように、前記三次元モデルの向きを変更する変更部と、を備えている、三次元造形装置。

【請求項2】

前記特定部は、算出された方向毎の合計面積のうち最も小さい合計面積を有する方向である第２特定方向を特定し、
前記変更部は、前記第２特定方向と前記走査方向とが同じになるように、前記三次元モデルの向きを変更する、請求項１に記載の三次元造形装置。

【請求項3】

前記吐出ヘッドは、前記支持部材に支持され、
前記敷詰め部材は、前記吐出ヘッドよりも前記走査方向の他方側に位置する、請求項１または２に記載の三次元造形装置。

【請求項4】

粉末材料を硬化させて硬化層を形成し、これを順次積層することによって三次元造形物を造形する三次元造形方法であって、
第１方向、第２方向および第３方向の少なくとも３つの方向から前記三次元造形物の三次元モデルを見たときに、方向毎に各方向と直交する面の合計面積を算出する算出工程と、
算出された方向毎の合計面積のうち最も大きい合計面積を有する方向である第１特定方向を特定する特定工程と、
前記第１特定方向と、前記粉末材料を造形空間に敷き詰める敷詰め部材の移動方向である走査方向とが異なるように、前記三次元モデルの向きを変更する変更工程と、
前記敷詰め部材を前記走査方向に移動させて、前記造形空間に前記粉末材料を敷き詰める敷詰工程と、
前記三次元モデルに基づいて、前記造形空間に収容された前記粉末材料に硬化液を吐出し、前記硬化層を形成する形成工程と、を包含する、製造方法。

【請求項5】

前記特定工程において、算出された方向毎の合計面積のうち最も小さい合計面積を有する方向である第２特定方向を特定し、
前記変更工程において、前記第２特定方向と前記走査方向とが同じになるように、前記三次元モデルの向きを変更する、請求項４に記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元造形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、粉末材料に硬化液を吐出して所望の断面形状を有する薄い硬化層を形成し、硬化層を順次積層することによって三次元造形物を造形する方法が知られている。かかる方法で三次元造形物を造形するときには、形成された硬化層を含む粉末材料層の上に、粉末材料を供給して新しい粉末材料層を形成する。

【0003】

例えば、特許文献１には、三次元造形物が造形される造形槽と、造形槽に供給される粉末材料が貯留される供給槽と、供給槽の粉末材料を造形槽に供給する敷詰め部材とを備えた三次元造形装置が開示されている。敷詰め部材は、造形槽の造形空間に粉末材料を搬送し、造形空間に粉末材料を敷詰める。このとき、敷詰め部材は、粉末材料の表面を平らに均して均一な粉末材料層を形成する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２０－０８２４８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１に記載のように敷詰め部材が一方から他方に移動して造形槽の造形空間に粉末材料を敷詰める際には、粉末材料は敷詰め部材に上方から押し固められるように敷詰められる。このため、先に形成された硬化層に敷詰め部材の力が加わり、敷詰め部材の移動に伴って硬化層が敷詰め部材の移動方向に若干ずれることが発生し得る。硬化層にずれが発生することによって、完成した三次元造形物にスジが発生してしまい、品質が低下する虞がある。

【0006】

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、硬化層にずれが発生した場合であっても三次元造形物に生じるスジを低減することができる三次元造形装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る三次元造形装置は、粉末材料を硬化させて硬化層を形成し、これを順次積層することによって三次元造形物を造形する三次元造形装置である。前記三次元造形装置は、造形された前記三次元造形物が収容される本体部と、前記粉末材料が収容されかつ前記三次元造形物が造形される造形空間を有し、前記本体部に設けられた造形槽と、前記造形槽に配置され、前記粉末材料が載置される第１テーブルと、前記造形槽に配置され、前記第１テーブルを上昇および下降させる第１昇降装置と、前記造形槽に対して走査方向の一方側に位置するように前記本体部に設けられ、前記造形槽に供給される前記粉末材料が貯留される貯留空間を有する供給槽と、前記供給槽に配置され、前記粉末材料が載置される第２テーブルと、前記供給槽に配置され、前記第２テーブルを上昇および下降させる第２昇降装置と、前記第２テーブルに載置された前記粉末材料を前記造形槽に搬送しかつ前記粉末材料を前記造形空間に敷き詰める敷詰め部材と、前記敷詰め部材を支持する支持部材と、前記三次元造形物の三次元モデルに基づいて、前記造形空間に収容された前記粉末材料に硬化液を吐出して前記硬化層を形成する吐出ヘッドと、前記本体部および前記支持部材のいずれか一方を他方に対して前記走査方向に相対的に移動させる移動機構と、前記第１昇降装置、前記第２昇降装置、前記吐出ヘッドおよび前記移動機構を制御する制御装置と、を備えている。前記制御装置は、前記三次元モデルを記憶する記憶部と、第１方向、第２方向および第３方向の少なくとも３つの方向から前記三次元モデルを見たときに、方向毎に各方向と直交する面の合計面積を算出する面積算出部と、算出された方向毎の合計面積のうち最も大きい合計面積を有する方向である第１特定方向を特定する特定部と、前記第１特定方向と前記走査方向とが異なるように、前記三次元モデルの向きを変更する変更部と、を備えている。

【0008】

本発明の三次元造形装置によると、変更部は、第１特定方向と走査方向とが異なるように、三次元モデルの向きを変更する。ここで、第１特定方向とは、算出された方向毎の合計面積のうち最も大きい合計面積を有する方向である。このため、第１特定方向と走査方向とが同じである場合には、硬化層にずれが生じたときにスジが発生する面積が最も大きくなるので、完成した三次元造形物のスジがより目立ってしまう。しかしながら、本実施形態では、第１特定方向と走査方向とが異なっているため、硬化層にずれが生じたときにスジが発生する面積を小さくすることができる。これにより、完成した三次元造形物のスジを低減することができ、三次元造形物の品質を維持することができる。

【0009】

本発明の一実施形態により、粉末材料を硬化させて硬化層を形成し、これを順次積層することによって三次元造形物を造形する三次元造形方法が提供される。第１方向、第２方向および第３方向の少なくとも３つの方向から前記三次元造形物の三次元モデルを見たときに、方向毎に各方向と直交する面の合計面積を算出する算出工程と、算出された方向毎の合計面積のうち最も大きい合計面積を有する方向である第１特定方向を特定する特定工程と、前記第１特定方向と、前記粉末材料を造形空間に敷き詰める敷詰め部材の移動方向である走査方向とが異なるように、前記三次元モデルの向きを変更する変更工程と、前記敷詰め部材を前記走査方向に移動させて、前記造形空間に前記粉末材料を敷き詰める敷詰工程と、前記三次元モデルに基づいて、前記造形空間に収容された前記粉末材料に硬化液を吐出し、前記硬化層を形成する形成工程と、を包含する。

【0010】

ここに開示される製造方法を用いることで、完成した三次元造形物のスジを低減することができ、三次元造形物の品質を維持することができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、硬化層にずれが発生した場合であっても三次元造形物に生じるスジを低減することができる三次元造形装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一実施形態に係る三次元造形装置の断面図である。

【図2】一実施形態に係る三次元造形装置の平面図である。

【図3】一実施形態に係る三次元造形装置の制御系のブロック図である。

【図4A】一実施形態に係る三次元モデルの斜視図である。

【図4B】一実施形態に係る三次元モデルの側面図である。

【図4C】一実施形態に係る三次元モデルの正面図である。

【図5】一実施形態に係る三次元造形物の製造方法を示すフローチャートである。

【図6A】向きを変更する前の三次元モデルと敷詰め部材との位置関係を示す模式図である。

【図6B】向きを変更した後の三次元モデルと敷詰め部材との位置関係を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る三次元造形装置について説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら本発明を特に限定することを意図したものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略または簡略化される。

【0014】

図１は、本実施形態に係る三次元造形装置１０の断面図である。図２は、本実施形態に係る三次元造形装置１０の平面図である。図面中の符号Ｆは、前方を示し、符号Ｒｒは、後方を示している。本実施形態では、符号Ｆの方向から三次元造形装置１０を見たときの左、右、上、下が、それぞれ三次元造形装置１０の左、右、上、下である。ここでは、図面中の符号Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｄは、それぞれ左、右、上、下を意味するものとする。本実施形態では、符号Ｘ、Ｙ、Ｚは、それぞれ前後方向、左右方向、上下方向を示している。前後方向Ｘは、走査方向Ｘである。上下方向Ｚは、三次元造形における硬化層９１の積層方向に一致する。また、三次元造形装置１０の後側を上流側と称し、三次元造形装置１０の前側を下流側と称する。上流側は本発明の「走査方向の一方側」に対応し、下流側は本発明の「走査方向の他方側」に対応する。また、本実施形態では、上流側から下流側へ向かう方向を行き方向Ｘ１とし、下流側から上流側へ向かう方向を帰り方向Ｘ２とする。ただし、これら方向は説明の便宜上定めた方向に過ぎず、三次元造形装置１０の設置態様を何ら限定するものではない。

【0015】

図１に示すように、三次元造形装置１０は、粉末材料９０を硬化液で固めて硬化層９１を形成し、これを上下方向Ｚに順次一体的に積層することによって三次元造形物９２を造形する装置である。本実施形態では、三次元造形装置１０において、所望の三次元造形物９２の三次元モデル（より詳細には三次元モデルの断面形状を示す断面画像）に基づいて、粉末材料９０に硬化液を吐出し、粉末材料９０を硬化させて硬化層９１を形成する。そして、硬化層９１を順次積層することで、所望の三次元造形物９２を造形する。

【0016】

ここで、「断面形状」とは、造形する三次元造形物９２の三次元モデルを所定の方向（例えば水平方向）に所定の厚み（例えば０．１ｍｍ。なお、所定の厚みは必ずしも一定の厚みに限定されない。）ごとにスライスしたときの断面の形状である。

【0017】

粉末材料９０は、その組成や形態等は特に制限されず、無機材料、金属材料および樹脂材料等の各種の材料から構成された粉体を対象とすることができる。粉末材料９０としては、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の無機材料や、鉄、アルミニウム、チタンおよびこれらの合金（典型的にはステンレス鋼、チタン合金、アルミニウム合金）等の金属材料や、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、水溶性アクリル樹脂、水溶性ウレタン樹脂、水溶性ポリアミド等の水溶性の樹脂材料や、半水石膏（α型焼石膏、β型焼石膏）、アパタイト、食塩、澱粉、プラスチック等が挙げられる。粉末材料９０は、上記いずれか１種の材料から構成されていてもよいし、２種以上が組み合わされていてもよい。

【0018】

硬化液は、上記粉末材料９０同士を固着することが可能な材料であれば特に限定されない。例えば、硬化液としては、粉末材料９０に応じて、当該粉末材料９０を構成する粒子同士を結着させることが可能な液体（粘性体を含む。）が用いられる。硬化液としては、例えば、水、ワックス、バインダ等を含む液体が挙げられる。粉末材料９０が水溶性の樹脂材料を含む場合には、例えば硬化液として水が用いられる。

【0019】

図１に示すように、三次元造形装置１０は、本体部１１と、造形槽２０と、供給槽３０と、回収槽４０と、敷詰め部材５０と、ヘッドユニット６０と、支持部材７０と、制御装置８０とを備えている。

【0020】

図２に示すように、本体部１１は、走査方向Ｘに長い形状を有する三次元造形装置１０の外装体である。本体部１１は、箱型形状に形成されている。本体部１１には、造形された三次元造形物９２が収容される。本体部１１には、造形槽２０、供給槽３０および回収槽４０が設けられている。本体部１１の上面１１Ａは平坦であって、上面１１Ａから凹むように造形槽２０、供給槽３０および回収槽４０が独立に並んで設けられている。本体部１１は、支持部材７０を支持する。

【0021】

図１に示すように、造形槽２０は、本体部１１に設けられている。造形槽２０は、造形空間２０Ａを有する。造形空間２０Ａには、供給槽３０から供給された粉末材料９０が収容される。造形空間２０Ａにおいて、粉末材料９０に硬化液が吐出されて硬化層９１が順次形成され、三次元造形物９２が造形される。

【0022】

図１に示すように、三次元造形装置１０は、第１テーブル２４を備えている。第１テーブル２４は、造形槽２０に配置されている。第１テーブル２４は、造形空間２０Ａ内に配置されている。第１テーブル２４には、粉末材料９０が載置される。第１テーブル２４上に三次元造形物９２が造形される。第１テーブル２４は、上下方向Ｚに移動可能に構成されている。第１テーブル２４の形状は、例えば、平面視において矩形状である。

【0023】

図１に示すように、三次元造形装置１０は、第１昇降装置２５を備えている。第１昇降装置２５は、第１テーブル２４を上昇および下降させる装置である。即ち、第１昇降装置２５は、第１テーブル２４を上下方向Ｚに移動させる。第１昇降装置２５は、本体部１１に設けられている。第１昇降装置２５の構成は、特に限定されない。第１昇降装置２５は、第１支持部材２６と、第１駆動モータ２７（図３も参照）と、ボールねじ（図示せず）とを備えている。第１支持部材２６は、第１テーブル２４の下面に接続されている。第１支持部材２６は、第１テーブル２４を下方から支持している。第１支持部材２６は、上下方向Ｚに延びる。第１支持部材２６は、ボールねじを介して第１駆動モータ２７に接続されている。第１駆動モータ２７を駆動させることにより、第１支持部材２６は上下方向Ｚに移動する。これにより、第１テーブル２４は、上下方向Ｚに移動する。第１駆動モータ２７は、制御装置８０に電気的に接続されており、制御装置８０によって制御される。即ち、第１昇降装置２５は、制御装置８０に制御される。

【0024】

図１に示すように、供給槽３０は、本体部１１に設けられている。供給槽３０は、造形槽２０より後方（即ち走査方向Ｘの一方側）に配置されている。供給槽３０は、貯留空間３０Ａを有する。貯留空間３０Ａには、造形槽２０に供給される粉末材料９０が収容される。貯留空間３０Ａの最大容積は、造形空間２０Ａの最大容積よりも大きい。即ち貯留空間３０Ａに収容される粉末材料９０は、造形空間２０Ａに収容される粉末材料９０よりも多い。

【0025】

図１に示すように、三次元造形装置１０は、第２テーブル３４を備えている。第２テーブル３４は、供給槽３０に配置されている。第２テーブル３４は、貯留空間３０Ａ内に配置されている。第２テーブル３４には、粉末材料９０が載置される。第２テーブル３４は、上下方向Ｚに移動可能に構成されている。第２テーブル３４の形状は、例えば、平面視において矩形状である。

【0026】

図１に示すように、三次元造形装置１０は、第２昇降装置３５を備えている。第２昇降装置３５は、第２テーブル３４を上昇および下降させる装置である。即ち、第２昇降装置３５は、第２テーブル３４を上下方向Ｚに移動させる。第２昇降装置３５は、本体部１１に設けられている。第２昇降装置３５の構成は、特に限定されない。第２昇降装置３５は、第２支持部材３６と、第２駆動モータ３７（図３も参照）と、ボールねじ（図示せず）とを備えている。第２支持部材３６は、第２テーブル３４の下面に接続されている。第２支持部材３６は、第２テーブル３４を下方から支持している。第２支持部材３６は、上下方向Ｚに延びる。第２支持部材３６は、ボールねじを介して第２駆動モータ３７に接続されている。第２駆動モータ３７を駆動させることにより、第２支持部材３６は上下方向Ｚに移動する。これにより、第２テーブル３４は、上下方向Ｚに移動する。第２駆動モータ３７は、制御装置８０に電気的に接続されており、制御装置８０によって制御される。即ち、第２昇降装置３５は、制御装置８０に制御される。

【0027】

図１に示すように、回収槽４０は、本体部１１に設けられている。回収槽４０は、造形槽２０より前方（即ち走査方向Ｘの他方側）に配置されている。回収槽４０は、回収空間４０Ａを有する。回収空間４０Ａには、造形空間２０Ａに敷詰められずに余った粉末材料９０が回収される。

【0028】

図２に示すように、本体部１１には、左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒが設けられている。左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒは、支持部材７０の走査方向Ｘへの移動をガイドする。左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒは、走査方向Ｘに延びる。左ガイドレール１２Ｌは、右ガイドレール１２Ｒより左方に配置されている。左ガイドレール１２Ｌの前端および右ガイドレール１２Ｒの前端は、回収槽４０より前方に位置する。左ガイドレール１２Ｌの後端および右ガイドレール１２Ｒの後端は、供給槽３０より後方に位置する。左ガイドレール１２Ｌと右ガイドレール１２Ｒとの間に造形槽２０、供給槽３０および回収槽４０が設けられている。本実施形態では、左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒが設けられているが、ガイドレールの設置位置および数は特に限定されない。

【0029】

図２に示すように、支持部材７０は、本体部１１の上面１１Ａに配置されている。支持部材７０は、左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒに摺動自在に係合している。支持部材７０は、左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒに沿って走査方向Ｘに移動可能に構成されている。支持部材７０は、左ガイドレール１２Ｌに係合する左脚部７０Ｌと、右ガイドレール１２Ｒに係合する右脚部７０Ｒと、左脚部７０Ｌの上端と右脚部７０Ｒとの上端とを連結する連結部７０Ｃとを備えている。左脚部７０Ｌおよび右脚部７０Ｒは、上下方向Ｚに延びる。連結部７０Ｃは左右方向に延びる。支持部材７０は、後述する移動機構７２により左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒに沿って走査方向Ｘに往復移動する。

【0030】

図２に示すように、三次元造形装置１０は、移動機構７２を備えている。移動機構７２は、支持部材７０を本体部１１に対して走査方向Ｘに相対的に移動させる機構である。移動機構７２は、左ガイドレール１２Ｌの前端側に配置されたプーリ７３Ｆと、左ガイドレール１２Ｌの後端側に配置されたプーリ７３Ｒと、右ガイドレール１２Ｒの前端側に配置されたプーリ７４Ｆと、右ガイドレール１２Ｒの後端側に配置されたプーリ７４Ｒと、プーリ７３Ｆとプーリ７４Ｆとを連結する連結ロッド７５Ａと、プーリ７３Ｒと、プーリ７４Ｒとを連結する連結ロッド７５Ｂと、プーリ７３Ｆとプーリ７３Ｒとに巻き掛けられた左側ベルト７６Ｌと、プーリ７４Ｆとプーリ７４Ｒとに巻き掛けられた右側ベルト７６Ｒと、連結ロッド７５Ａを回転させる第１モータ７７（図３参照）と、を備えている。なお、第１モータ７７は、連結ロッド７５Ｂを回転させるように構成されていてもよい。左側ベルト７６Ｌは、左脚部７０Ｌに固定されている。右側ベルト７６Ｒは、右脚部７０Ｒに固定されている。第１モータ７７は、制御装置８０と電気的に接続されており、制御装置８０によって制御される。即ち、移動機構７２は、制御装置８０に制御される。第１モータ７７が駆動すると連結ロッド７５Ａが回転し、左側ベルト７６Ｌおよび右側ベルト７６Ｒが走行する。これにより、支持部材７０が左ガイドレール１２Ｌおよび右ガイドレール１２Ｒに沿って走査方向Ｘに往復移動する。なお、説明の便宜上、図２においてのみ移動機構７２を図示しており、他の図では図示を省略している。

【0031】

図１に示すように、本実施形態では、ヘッドユニット６０は、走査方向Ｘに並ぶ３つのラインヘッド６２と、ラインヘッド６２を収容するケース６４と、を備えている。ラインヘッド６２は、三次元造形物９２の三次元モデルに基づいて、造形空間２０Ａに収容された粉末材料９０に硬化液を吐出して硬化層９１を形成する装置である。ラインヘッド６２は、吐出ヘッドの一例である。ラインヘッド６２は、硬化液を吐出する複数のノズル（図示せず）を有する。複数のノズルは、左右方向に直線状に並んでいる。ラインヘッド６２における硬化液の吐出機構は特に制限されず、例えばインクジェット方式である。ラインヘッド６２は、造形槽２０よりも上方に位置するように本体部１１に配置されている。ヘッドユニット６０は、支持部材７０の連結部７０Ｃに固定されている。即ち、ラインヘッド６２は、左右方向には移動しない。ラインヘッド６２の下端は、ケース６４の下面より下方に位置する。ラインヘッド６２は、制御装置８０に電気的に接続されている。ラインヘッド６２のノズルからの硬化液の吐出は、制御装置８０によって制御される。

【0032】

図１に示すように、敷詰め部材５０は、本体部１１の上方に配置されている。敷詰め部材５０の下端５０Ｂは、本体部１１の上面１１Ａとの間に所定のクリアランス（間隙）が形成されるように、本体部１１の僅かに上方に設置されている。敷詰め部材５０は、ラインヘッド６２より前方（即ち走査方向Ｘの他方側）に配置されている。敷詰め部材５０は、支持部材７０に支持されている。より詳細には、敷詰め部材５０は、左脚部７０Ｌおよび右脚部７０Ｒに回転可能に支持されている。敷詰め部材５０は、長尺の円筒形状を有している。敷詰め部材５０は、回転軸が左右方向と平行になるように配置されている。敷詰め部材５０は、第２テーブル３４に載置された粉末材料９０を造形槽２０に搬送する。敷詰め部材５０は、粉末材料９０を造形空間２０Ａに敷詰める。敷詰め部材５０は、造形空間２０Ａに供給された粉末材料９０の表面を平らに均して均一な粉末材料層を形成する。粉末材料層は１層ずつ形成される。図２に示すように、三次元造形装置１０は、第２モータ５２を備えている。第２モータ５２は、左脚部７０Ｌに設けられている。第２モータ５２は、制御装置８０に電気的に接続されており、制御装置８０によって制御される。図１に示すように、第２モータ５２を駆動することによって、敷詰め部材５０は順方向Ｒ１または逆方向Ｒ２に回転する。本実施形態の敷詰め部材５０は、支持部材７０の移動に伴って走査方向Ｘに往復移動する。敷詰め部材５０は、粉末材料９０を造形空間２０Ａに敷詰める場合（ここでは三次元造形物９２を造形する場合）には、行き方向Ｘ１に移動するときに順方向Ｒ１に回転する。

【0033】

図３に示すように、三次元造形装置１０の全体の動作は、制御装置８０によって制御されている。制御装置８０の構成は特に限定されない。制御装置８０は、例えばマイクロコンピュータである。マイクロコンピュータのハードウェアの構成は特に限定されないが、例えば、ホストコンピュータなどの外部機器から印刷データなどを受信するインターフェイス（Ｉ／Ｆ）と、制御プログラムの命令を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、ＣＰＵが実行するプログラムを格納したＲＯＭと、プログラムを展開するワーキングエリアとして使用されるＲＡＭと、プログラムや各種データを格納するメモリなどの記憶装置と、を備えている。図１に示すように、制御装置８０は、本体部１１の内部に設けられている。

【0034】

図３に示すように、制御装置８０は、ラインヘッド６２、第１昇降装置２５の第１駆動モータ２７、第２昇降装置３５の第２駆動モータ３７、第１モータ７７および第２モータ５２と通信可能に接続しており、これらを制御する。

【0035】

図３に示すように、制御装置８０は、記憶部８１と、面積算出部８２と、特定部８３と、変更部８４と、ヘッド制御部８５と、移動制御部８６と、回転制御部８７と、第１テーブル制御部８８と、第２テーブル制御部８９とを備えている。制御装置８０の各部の機能は、プログラムによって実現されている。このプログラムは、例えばＣＤやＤＶＤなどの記録媒体から読み込まれる。なお、このプログラムは、インターネットを通じてダウンロードされるものであってもよい。また、制御装置８０の各部の機能は、プロセッサおよび／または回路などによって実現可能なものであってもよい。なお、これら各部の具体的な機能については後述する。

【0036】

記憶部８１は、三次元造形物９２の三次元モデル１００（図４参照）を記憶する。三次元モデル１００とは、ソフトウェア上で表現されるデータである。三次元モデル１００は、コンピュータ支援設計装置（ＣＡＤ）などのソフトウェアを用いて作成されるものであってもよいし、いわゆる３Ｄスキャナによって三次元造形物９２をスキャンして作成されるものであってもよい。

【0037】

図４Ａに示すように、三次元モデル１００は、ＸＹＺ座標空間に配置される。ここでは、Ｘ軸と平行な方向を第１方向Ｄ１（図４Ｂ参照）、Ｙ軸と平行な方向を第２方向Ｄ２（図４Ｃ参照）、Ｚ軸と平行な方向を第３方向Ｄ３（図４Ｂ参照）、Ｘ軸に対して所定の角度だけ傾斜した方向を第４方向Ｄ４（図４Ｂ参照）とする。なお、第１方向Ｄ１～第４方向Ｄ４の方向は特に限定されず、任意の方向であってよい。即ち、第１方向Ｄ１はＸ軸と平行でなくてもよく、第２方向Ｄ２はＹ軸と平行でなくてもよく、第３方向Ｄ３はＺ軸と平行でなくてもよい。三次元モデル１００は、第１方向Ｄ１と直交する面である第１面１０１Ａと、第２面１０１Ｂと、第３面１０１Ｃと、第４面１０１Ｄと、第５面１０１Ｅとを有し、第２方向Ｄ２と直交する面である第６面１０２Ａと、第７面１０２Ｂとを有し、第３方向Ｄ３と直交する面である第８面１０３Ａと、第９面１０３Ｂと、第１０面１０３Ｃと、第１１面１０３Ｄと、第１２面１０３Ｅを有し、第４方向Ｄ４と直交する第１３面１０４Ａを有する。

【0038】

図５は、三次元造形物９２を造形する手順を示したフローチャートである。本実施形態の製造方法は、算出工程（ステップＳ１０）と、特定工程（ステップＳ２０）と、変更工程（ステップＳ３０）と、敷詰工程（ステップＳ４０）と、形成工程（ステップＳ５０）と、を包含する。なお、任意の段階においてその他の工程を含むことは妨げられない。以下、各工程について詳述する。

【0039】

まず、算出工程（ステップＳ１０）では、面積算出部８２は、第１方向Ｄ１～第４方向Ｄ４から三次元モデル１００を見たときに、方向毎に各方向と直交する面の合計面積を算出する。より詳細には、面積算出部８２は、第１方向Ｄ１と直交する面である第１面１０１Ａ、第２面１０１Ｂ、第３面１０１Ｃ、第４面１０１Ｄおよび第５面１０１Ｅの合計面積である第１合計面積Ｓ１を算出し、第２方向Ｄ２と直交する面である第６面１０２Ａおよび第７面１０２Ｂの合計面積である第２合計面積Ｓ２を算出し、第３方向Ｄ３と直交する面である第８面１０３Ａ、第９面１０３Ｂ、第１０面１０３Ｃ、第１１面１０３Ｄおよび第１２面１０３Ｅの合計面積である第３合計面積Ｓ３を算出し、第４方向Ｄ４と直交する面である第１３面１０４Ａの面積（ここでは合計面積に相当）である第４合計面積Ｓ４を算出する。

【0040】

次に、特定工程（ステップＳ２０）では、特定部８３は、面積算出部８２によって算出された方向毎の合計面積のうち最も大きい合計面積を有する方向である第１特定方向を特定する。本実施形態では、第１合計面積Ｓ１が最も大きいため、特定部８３は第１方向が第１特定方向であることを特定する。なお、特定部８３は、面積算出部８２によって算出された方向毎の合計面積のうち最も小さい合計面積を有する方向である第２特定方向を特定してもよい。本実施形態では、第４合計面積Ｓ４が最も大きいため、特定部８３は第４方向が第２特定方向であることを特定する。

【0041】

次に、変更工程（ステップＳ３０）では、変更部８４は、第１特定方向と走査方向Ｘとが異なるように、三次元モデル１００の向きを変更する。変更部８４は、第２特定方向と走査方向Ｘとが同じになるように、三次元モデル１００の向きを変更してもよい。図６Ａは、向きを変更する前（即ち初期状態）の三次元モデル１００と敷詰め部材５０との位置関係を示す模式図である。図６Ｂは、向きを変更した後の三次元モデル１００と敷詰め部材５０との位置関係を示す模式図である。図６Ａに示すように、通常は記憶部８１に記憶された三次元モデル１００の第１方向Ｄ１と敷詰め部材５０の走査方向Ｘとは同じ方向になる。このため、硬化層９１（図１参照）にずれが生じたときにスジが発生する面積が最も大きくなるので、完成した三次元造形物９２のスジがより目立ってしまう。一方、図６Ｂに示すように、変更部８４によって第１特定方向（ここでは第１方向Ｄ１）と走査方向Ｘとが異なるように、即ち、第２特定方向（ここでは第４方向Ｄ４）と走査方向Ｘとが同じになるように、三次元モデル１００の向きを変更することで、硬化層９１（図１参照）にずれが生じたときにスジが発生する面積がより小さくなるので、完成した三次元造形物９２のスジがあまり目立たない。変更部８４によって三次元モデル１００の向きが変更されたとき、記憶部８１には向きが変更された三次元モデル１００が記憶される。

【0042】

次に、敷詰工程（ステップＳ４０）では、敷詰め部材５０を走査方向Ｘに移動させて、造形空間２０Ａに粉末材料９０を敷き詰める。本工程では、移動制御部８６は、第１モータ７７を制御して支持部材７０を走査方向Ｘに移動させる。回転制御部８７は、第２モータ５２を制御して敷詰め部材５０を順方向Ｒ１に回転させる。第１テーブル制御部８８は、第１駆動モータ２７を制御して第１テーブル２４を上下方向Ｚに移動させる。第１テーブル制御部８８は、供給槽３０から造形槽２０の造形空間２０Ａに粉末材料９０が供給されるときは、粉末材料層１層分だけ第１テーブル２４を下方へ移動させる。第２テーブル制御部８９は、第２駆動モータ３７を制御して第２テーブル３４を上下方向Ｚに移動させる。第２テーブル制御部８９は、供給槽３０から造形槽２０に粉末材料９０を供給するときは、第２テーブル３４を上方へ移動させる。

【0043】

次に、形成工程（ステップＳ５０）では、記憶部８１に記憶された三次元モデルに基づいて、造形空間２０Ａに収容された粉末材料９０に硬化液を吐出し、硬化層９１を形成する。本工程では、ヘッド制御部８５は、ラインヘッド６２を制御する。ヘッド制御部８５は、ラインヘッド６２のノズルから吐出される硬化液の量やタイミングを制御する。ヘッド制御部８５は、例えば、向きが変更された三次元モデル１００を水平方向にスライスしたときの断面形状を示す断面画像（スライスモデル）に従って、ラインヘッド６２のノズルから粉末材料９０に硬化液を吐出させる。移動制御部８６は、第１モータ７７を制御して支持部材７０を走査方向Ｘに移動させる。敷詰工程（ステップＳ４０）と形成工程（ステップＳ５０）とを複数回繰り返すことで、三次元造形物９２が造形される。なお、敷詰工程（ステップＳ４０）と形成工程（ステップＳ５０）とは同時に行ってもよい。即ち、敷詰め部材５０によって造形空間２０Ａに粉末材料を敷き詰めながら、ラインヘッド６２から粉末材料に向けて硬化液を吐出して硬化層９１を形成してもよい。

【0044】

以上のように、本実施形態の三次元造形装置１０によると、変更部８４は、第１特定方向（例えば第１方向Ｄ１）と走査方向Ｘとが異なるように、三次元モデル１００の向きを変更する。ここで、第１特定方向とは、算出された方向毎の合計面積のうち最も大きい合計面積を有する方向である。このため、第１特定方向と走査方向Ｘとが同じである場合には、硬化層９１にずれが生じたときにスジが発生する面積が最も大きくなるので、完成した三次元造形物９２のスジがより目立ってしまう。しかしながら、本実施形態では、第１特定方向と走査方向Ｘとが異なっているため、硬化層９１にずれが生じたときにスジが発生する面積を小さくすることができる。これにより、完成した三次元造形物９２のスジを低減することができ、三次元造形物９２の品質を維持することができる。

【0045】

本実施形態の三次元造形装置１０によると、特定部８３は、算出された方向毎の合計面積のうち最も小さい合計面積を有する方向である第２特定方向（例えば第４方向Ｄ４）を特定し、変更部８４は、第２特定方向と走査方向Ｘとが同じになるように、三次元モデル１００の向きを変更する。このように、第２特定方向と走査方向Ｘとが同じであるため、硬化層９１にずれが生じたときにスジが発生する面積を最小にすることができる。これにより、完成した三次元造形物９２のスジをより低減することができ、三次元造形物９２の品質をより高く維持することができる。

【0046】

本実施形態の三次元造形装置１０によると、ラインヘッド６２は、支持部材７０に支持され、敷詰め部材５０は、ラインヘッド６２よりも走査方向Ｘの他方側（例えば前方）に位置する。これにより、敷詰め部材５０によって造形空間２０Ａに粉末材料９０を敷詰めながら、ラインヘッド６２から硬化液を吐出させて硬化層９１を形成することができる。

【0047】

以上、本発明の好適な実施形態について説明した。しかし、上述の実施形態は例示に過ぎず、本発明は他の種々の形態で実施することができる。

【0048】

上述した実施形態では、変更部８４は、第４方向Ｄ４と走査方向Ｘとが同じになるように、三次元モデル１００の向きを変更しているが、これに限定されない。変更部８４は、第２方向Ｄ２または第３方向Ｄ３と走査方向Ｘとが同じになるように、三次元モデル１００の向きを変更してもよい。

【0049】

上述した実施形態では、面積算出部８２は、第１方向Ｄ１～第４方向Ｄ４から三次元モデル１００を見たときに、方向毎に各方向と直交する面の合計面積を算出しているが、これに限定されない。例えば、三次元モデルが５以上の方向と直交する面を有する場合には、方向毎に各方向と直交する面の合計面積を算出する。面積算出部８２は、少なくとも３つの方向から三次元モデルを見たときに、方向毎に各方向と直交する面の合計面積を算出する。

【0050】

上述した実施形態では、三次元造形装置１０は、吐出ヘッドとしてラインヘッド６２を備えていたがこれに限定されない。例えば、吐出ヘッドとして、走査方向Ｘに直線状に配置された複数のノズルを有し、左右方向Ｙに移動可能に構成されたいわゆるシャトル型のインクヘッドを備えていてもよい。

【0051】

上述した実施形態では、本体部１１に対して支持部材７０を走査方向Ｘに相対的に移動させていたが、これに限定されない。例えば、支持部材７０を本体部１１に固定し、支持部材７０に対して造形槽２０、供給槽３０および回収槽４０を走査方向Ｘに相対的に移動させてもよい。

【0052】

上述した実施形態では、敷詰め部材５０は、ラインヘッド６２と一体となって移動可能に構成されていたが、敷詰め部材５０は、ラインヘッド６２に対して独立して移動可能に構成されていてもよい。

【符号の説明】

【0053】

１０ 三次元造形装置
２０ 造形槽
３０ 供給槽
５０ 敷詰め部材
６２ ラインヘッド（吐出ヘッド）
７０ 支持部材
８０ 制御装置
８１ 記憶部
８２ 面積算出部
８３ 特定部
８４ 変更部
９０ 粉末材料
９１ 硬化層
９２ 三次元造形物
１００ 三次元モデル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6A】

【図6B】