特許 7537154 立体造形装置、及び立体造形方法

(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】2024-08-13

(45)【発行日】2024-08-21

(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】

   B29C 64/223 20170101AFI20240814BHJP

   B29C 64/218 20170101ALI20240814BHJP

   B29C 64/214 20170101ALI20240814BHJP

   B29C 64/268 20170101ALI20240814BHJP

   B29C 64/314 20170101ALI20240814BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20240814BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240814BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240814BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20240814BHJP

   B22F 3/105 20060101ALI20240814BHJP

   B22F 3/16 20060101ALI20240814BHJP

   B28B 1/30 20060101ALI20240814BHJP

【ＦＩ】

B29C64/223

B29C64/218

B29C64/214

B29C64/268

B29C64/314

B29C64/393

B33Y10/00

B33Y30/00

B33Y50/02

B22F3/105

B22F3/16

B28B1/30

【請求項の数】 22

(21)【出願番号】P 2020123985

(22)【出願日】2020-07-20

(65)【公開番号】P2021133676

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2023-05-11

(31)【優先権主張番号】P 2020029505

(32)【優先日】2020-02-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【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】吉田 知史

(72)【発明者】

【氏名】藤田 貴史

【審査官】田村 佳孝

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／１３６７２２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００５－０１７９２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－３３８７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１８８１５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１２３１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１４６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０７７８６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０６６７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１２２３９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／２２３

Ｂ２９Ｃ ６４／２１８

Ｂ２９Ｃ ６４／２１４

Ｂ２９Ｃ ６４／２６８

Ｂ２９Ｃ ６４／３１４

Ｂ２９Ｃ ６４／３９３

Ｂ３３Ｙ １０／００

Ｂ３３Ｙ ３０／００

Ｂ３３Ｙ ５０／０２

Ｂ２２Ｆ ３／１０５

Ｂ２２Ｆ ３／１６

Ｂ２８Ｂ １／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

立体造形物を造形する立体造形装置であって、
第１の担持体に造形材料を供給する供給手段と、
前記第１の担持体に担持されている前記造形材料を飛翔させる手段と、を備え、
前記供給手段は、
造形材料収容部に収容された該造形材料を担持して搬送する第２の担持体と、
前記第２の担持体に担持された前記造形材料の層厚を規制する規制部材と、
を備え、
前記規制部材は、回転可能な規制回転部材であり、
前記供給手段は、
前記第２の担持体に前記造形材料を供給する供給部材と、
前記規制回転部材の表面を清掃する清掃部材と、を備える
立体造形装置。

【請求項2】

前記供給手段は、前記造形材料の種類に応じたバイアス電圧を、前記第２の担持体及び前記規制部材のそれぞれに印加する
請求項１に記載の立体造形装置。

【請求項3】

前記供給手段は、前記造形材料の種類に応じた回転数で、前記第２の担持体を回転させる
請求項１、又は２に記載の立体造形装置。

【請求項4】

前記造形材料の種類に応じて、前記第２の担持体の回転数と、前記第２の担持体及び前記規制部材のそれぞれに印加するバイアス電圧の少なくとも１つを記録する情報記録部をさらに備える
請求項１乃至３の何れか１項に記載の立体造形装置。

【請求項5】

前記情報記録部は、前記供給手段に設けられている
請求項４に記載の立体造形装置。

【請求項6】

前記立体造形装置は、前記造形材料の種類に基づき、前記情報記録部を参照して、前記回転数と、前記バイアス電圧の少なくとも１つを決定する
請求項４、又は５に記載の立体造形装置。

【請求項7】

前記第１の担持体の表面における前記造形材料の付着量を検知する付着量検知手段をさらに備える
請求項１乃至３の何れか１項に記載の立体造形装置。

【請求項8】

前記供給手段は、前記付着量検知手段により検知された情報に基づいて決定されたバイアス電圧を、前記第２の担持体及び前記規制部材のそれぞれに印加する
請求項７に記載の立体造形装置。

【請求項9】

前記供給手段は、前記付着量検知手段により検知された情報に基づき決定された回転数で、前記第２の担持体を回転させる
請求項７、又は８に記載の立体造形装置。

【請求項10】

前記第１の担持体は回転部材である
請求項１乃至９の何れか１項に記載の立体造形装置。

【請求項11】

前記第１の担持体の搬送速度は、前記第２の担持体の周速度より小さい
請求項９に記載の立体造形装置。

【請求項12】

前記飛翔させる手段は、パルスレーザを照射する手段、又は空気を吹き付ける手段の何れか一方である
請求項１乃至１１の何れか１項に記載の立体造形装置。

【請求項13】

前記飛翔させる手段は、前記第１の担持体と、前記第１の担持体に担持されている前記造形材料とを加熱する加熱手段を含む
請求項１乃至１２の何れか１項に記載の立体造形装置。

【請求項14】

前記第１の担持体に担持される前記造形材料に対して液体を付与する手段をさらに備える
請求項１乃至１３の何れか１項に記載の立体造形装置。

【請求項15】

前記液体が付与されていない前記第１の担持体から除去する手段をさらに備える
請求項１４に記載の立体造形装置。

【請求項16】

前記供給手段は、前記造形材料の種類に応じたバイアス電圧を、前記第２の担持体、前記規制回転部材、前記供給部材、及び前記清掃部材のそれぞれに印加する
請求項１乃至１５の何れか１項に記載の立体造形装置。

【請求項17】

前記供給手段は、前記造形材料の種類に応じた回転数で、前記第２の担持体、前記規制回転部材、及び前記供給部材のそれぞれを回転させる
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の立体造形装置。

【請求項18】

前記造形材料の種類に応じて、前記第２の担持体、前記供給部材、及び前記規制部材のそれぞれの回転数と、前記第２の担持体、前記規制回転部材、前記供給部材、及び前記清掃部材のそれぞれに印加するバイアス電圧の少なくとも１つを記録する情報記録部をさらに備える請求項１乃至１７の何れか１項に記載の立体造形装置。

【請求項19】

前記第１の担持体の表面における前記造形材料の付着量を検知する付着量検知手段をさらに備え、
前記供給手段は、前記付着量検知手段により検知された情報に基づいて決定されたバイアス電圧を、前記第２の担持体、前記規制回転部材、前記供給部材、及び前記清掃部材のそれぞれに印加する
請求項１乃至１８の何れか１項に記載の立体造形装置。

【請求項20】

前記供給手段は、前記付着量検知手段により検知された情報に基づき決定された回転数で、前記第２の担持体、前記規制回転部材、及び前記供給部材のそれぞれを回転させる
請求項１９に記載の立体造形装置。

【請求項21】

前記第２の担持体、前記規制回転部材、及び前記供給部材は、それぞれ独立に駆動可能に構成されている
請求項１乃至２０の何れか１項に記載の立体造形装置。

【請求項22】

立体造形物を造形する立体造形装置による立体造形方法であって、
供給手段により、第１の担持体に造形材料を供給する供給工程と、
前記第１の担持体に担持されている前記造形材料を飛翔させる工程と、を行い、
前記供給工程は、
造形材料収容部に収容された該造形材料を第２の担持体により担持して搬送すると、
規制部材により、前記第２の担持体に担持された前記造形材料の層厚を規制する工程と、を行い、
前記規制部材は、回転可能な規制回転部材であり、
前記供給手段は、
供給部材により、前記第２の担持体に前記造形材料を供給し、
清掃部材により、前記規制回転部材の表面を清掃する
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）を造形する装置としては、一般的に、溶融堆積(ＭＥＸ；Materials Extrusion)、光造形（ＶＰＰ；Vat Photo Polymerization）、粉体焼結（ＰＢＦ；Powder Bed Fusion）、材料噴射（ＭＪＴ；Material Jetting）、結合剤噴射（ＢＪＴ；Binder Jetting）、シート積層（ＳＨＬ；Sheet. Lamination）、指向性エネルギー堆積（ＤＥＤ；Directed Energy Deposition）等の技術を利用した積層造形法が知られている。

【0003】

また、光を吸収する立体造形剤に対して光渦レーザービームを照射して、立体造形剤を飛翔させて被付着物に立体的に付着させるものも知られている（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】

【0004】

しかしながら、特許文献１の構成では、飛翔させた立体造形剤が付着した後に紫外線等で硬化させるため、立体造形剤が造形物に衝突したとき、衝突した立体造形剤が飛散し、造形品質が得られにくい場合がある。

【0005】

本発明は、造形品質の向上を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決するために、立体造形物を造形する立体造形装置であって、第１の担持体に造形材料を供給する供給手段と、前記第１の担持体に担持されている前記造形材料を飛翔させる手段と、を備え、前記供給手段は、造形材料収容部に収容された該造形材料を担持して搬送する第２の担持体と、前記第２の担持体に担持された前記造形材料の層厚を規制する規制部材と、を備え、前記規制部材は、回転可能な規制回転部材であり、前記供給手段は、前記第２の担持体に前記造形材料を供給する供給部材と、前記規制回転部材の表面を清掃する清掃部材と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、造形品質の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係る立体造形装置の構成例を示す図である。

【図2】供給手段によるバイアス及び回転数の切り替え例を示す図である。

【図3】造形材料担持搬送体上での造形材料の様子の一例の写真である。

【図4】造形材料担持搬送体上での造形材料の様子の他の例の写真である。

【図5】造形材料の飛翔状態例を示す図である。

【図6】造形材料の落下軌跡例を示す図である。

【図7】造形材料の着弾ばらつき例を示す図である。

【図8】第１実施形態に係る立体造形装置の動作例のフローチャートである。

【図9】第２実施形態に係る立体造形装置の構成例を示す図である。

【図10】第３実施形態に係る立体造形装置の構成例を示す図である。

【図11】第４実施形態に係る立体造形装置の構成例を示す図である。

【図12】第５実施形態に係る立体造形装置の構成例を示す図である。

【図13】マルチエアーノズルの構成例を示す図である。

【図14】第６実施形態に係る立体造形装置の構成例を示す図である。

【図15】複雑形状を造形する場合のサポート方法を示す図である。

【図16】第７実施形態に係る立体造形装置の造形物表面温度を示す図である。

【図17】造形材料と溶融用レーザの照射領域との関係例を示す図である。

【図18】第８実施形態に係る立体造形装置造形物表面温度を示す図である。

【図19】第９実施形態に係る粒子を飛翔させる装置の作用例を示す図である。

【図20】第１０実施形態に係る立体造形装置の構成例を示す図である。

【図21】ドクターローラ及びスクレーパへのバイアス電圧印加例、並びにドクターローラの回転例を示す図であり、（ａ）は第１の種類の造形材料の場合の図、（ｂ）は第２の種類の造形材料の場合の図である。

【図22】ドクターローラの担持ローラへの当接例の図であり、（ａ）は第１の種類の造形材料の場合の図、（ｂ）は第２の種類の造形材料の場合の図である。

【図23】ドクターローラの担持ローラへの当接の他の例の図であり、（ａ）は第１の種類の造形材料の場合の図、（ｂ）は第２の種類の造形材料の場合の図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。

【0010】

［第１実施形態］
まず、第１実施形態に係る立体造形物を造形する装置（以下、立体造形装置という）について図１を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る立体造形装置１００の構成の一例を説明する図である。

【0011】

図１に示すように、立体造形装置１００は、ステージ１０１と、ステージ加熱ヒータ１０２と、断熱板１０３と、造形物加熱ヒータ１０４と、造形材料担持搬送体１１１と、供給手段３００と、造形材料付着量検知手段１７０とを備えている。また飛翔用レーザ１１５と、エネルギーを付与する手段として溶融用レーザ１１６と、クリーニングブレード１１７と、回収ケース１１８とを備えている。

【0012】

これらのうち、ステージ１０１は、造形する造形物（造形過程にある造形物）２００を支持する支持部材として機能する。ステージ１０１は、矢印Ｙ方向に往復移動可能であり、矢印Ｚ方向に例えば造形厚み０．０５ｍｍピッチで上下動可能である。

【0013】

ステージ１０１の下側にはステージ加熱ヒータ１０２が配置され、ステージ１０１は造形材料２０１に合わせた温度に制御される。また、ステージ１０１の上側には、断熱板１０３が配置され、その下面に造形物加熱ヒータ１０４が配置されている。造形物２００は造形材料２０１に合わせた温度に制御される。さらに温度制御を均一に保つために、ステージ１０１と断熱板１０３の間を囲う壁面が配置され、その内側にヒータが配置されることもある。

【0014】

ステージ１０１の上方には、粒子状の造形材料２０１を担持しつつ造形位置まで搬送する造形材料担持搬送体１１１が配置されている。造形材料担持搬送体１１１は、ガイドローラ１５０，１５１，１５２及び造形ガイド１５５に掛け回されている。

【0015】

造形材料担持搬送体１１１は、造形材料２０１を担持して矢印１１１'方向（搬送方向）に走行し、ステージ１０１上の造形物２００の上方まで造形材料２０１を搬送する第１の担持体の一例である。造形材料担持搬送体１１１は、透明な部材であり、無端ベルト状で構成しているが、これに限るものではない。

【0016】

造形材料２０１は、目的とする造形物２００に応じて適宜選択されるべきものであるが、樹脂の場合、例えば、ＰＡ１２（ポリアミド１２）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＳＵ（ポリスルホン）、ＰＡ６６（ポリアミド６６）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＳＦ（ポリサルホン）、ＰＡ６（ポリアミド６）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等である。

【0017】

また、造形材料２０１は、結晶性樹脂のみに限らず、非晶性樹脂であるＰＣ（ポリカーボネート）やＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、あるいは結晶性と非晶性の混合樹脂であってもよい。

【0018】

また、造形材料２０１は、樹脂の他、金属や、セラミック、液体等の種々の材料を用いることができる。また、造形材料２０１は、１ｐａ・ｓ以上の粘度を有する材料であってもよい。

【0019】

造形材料担持搬送体１１１による造形材料２０１の担持は、本実施形態では、ファンデルワールス力によって行っている。また、造形材料２０１の抵抗値が高い場合、静電的な付着力だけでも担持できる。

【0020】

造形材料担持搬送体１１１の周囲には、造形材料担持搬送体１１１の表面に造形材料２０１を供給する供給手段３００が配置されている。

【0021】

供給手段３００は、内部に造形材料２０１を収容保持する造形材料収容部の一例であり、担持ローラ３０１と、規制部材３０２と、供給ローラ３０３と、情報記録部３０４とを備えている。

【0022】

担持ローラ３０１は、供給手段３００に収容された造形材料２０１を担持して搬送する第２の担持体の一例である。担持ローラ３０１は、矢印３０１'方向に回転し、その表面に造形材料２０１を担持する部材である。

【0023】

規制部材３０２は、担持ローラ３０１の表面に当接して造形材料２０１の層厚を規制する規制ブレード、又は規制ローラ等の部材である。

【0024】

供給ローラ３０３は、規制部材３０２で規制された層厚の造形材料を、担持ローラ３０１から造形材料担持搬送体１１１に供給する供給部材である。供給ローラ３０３は、担持ローラ３０１に当接して矢印３０３'方向に回転し、造形材料２０１を担持ローラ３０１に供給する。

【0025】

情報記録部３０４は、造形材料２０１の種類を示す情報や使用開始年月日情報等を記録するＩＤチップである。また情報記録部３０４は、造形材料２０１の種類に対応付けて、担持ローラ３０１及び供給ローラ３０３の回転数と、担持ローラ３０１、規制部材３０２及び供給ローラ３０３のそれぞれに印加するバイアス電圧の少なくとも１つを記録している。さらに情報記録部３０４は、バイアス電圧を印加する場合における電位差（オフセット）や、交流のバイアス電圧を印加する場合における周波数、振幅、オフセットバイアス電圧値等を記録することもできる。

【0026】

供給手段３００は、立体造形装置１００に対して着脱可能に設けられ、使用する造形材料２０１の種類に応じて交換することができ、造形材料を変更して造形を行う場合に好適に構成されている。

【0027】

担持ローラ３０１、規制部材３０２及び供給ローラ３０３は、立体造形装置１００に対して電気的に接続されている。これにより、規制部材３０２及び供給ローラ３０３にプラス直流バイアス電圧、マイナス直流バイアス電圧、交流バイアス電圧等を印加でき、またこれらを接地できるようになっている。

【0028】

担持ローラ３０１、規制部材３０２、供給ローラ３０３のそれぞれのバイアス正負、接地、ＡＣ／ＤＣ切替えを自在に可変できることで、規制部材３０２による規制の際に摩擦により発生する造形材料２０１の帯電列での帯電や、造形材料担持搬送体１１１に当接する際に発生する静電気等の影響を抑制できる。

【0029】

供給手段３００は、造形材料２０１の種類に基づき、情報記録部３０４を参照して決定されたプラス直流バイアス電圧、マイナス直流バイアス電圧、又は交流バイアス電圧等を規制部材３０２及び供給ローラ３０３のそれぞれに印加できる。

【0030】

供給手段３００によるプラス直流バイアス電圧、マイナス直流バイアス電圧、交流バイアス電圧等の印加については、別途図２によっても説明する。

【0031】

また供給手段３００は、造形材料２０１の種類に基づき、情報記録部３０４を参照して決定された回転数で、担持ローラ３０１及び供給ローラ３０３のそれぞれを回転させることができる。

【0032】

供給手段３００は、担持ローラ３０１の回転方向（矢印３０１'方向）における上流側で、担持ローラ３０１に対して造形材料２０１を供給及び規制し、担持ローラ３０１の表面に連続的に安定した造形材料２０１の薄層を形成する。そして担持ローラ３０１が造形材料担持搬送体１１１に当接することで、造形材料担持搬送体１１１の表面に造形材料２０１の薄層を形成することができる。

【0033】

ここで、造形材料担持搬送体１１１の搬送速度Ｖ１１１と担持ローラ３０１の周速度Ｖ３０１をＶ１１１＜Ｖ３０１の関係にすると、造形材料２０１による薄層を造形材料担持搬送体１１１に対してより密な状態で形成できるため、好適である。

【0034】

供給手段３００は、収容保持する造形材料２０１の種類に応じて、構成や配置を変更できる。例えば、担持ローラ３０１及び供給ローラ３０３の材料又は外径、規制部材３０２の形状、担持ローラ３０１への当接圧Ｐ３０２や当接位置等の変更が可能である。

【0035】

立体造形装置１００と供給手段３００との間のインターフェースを共通化しておくことで、造形材料２０１の種類に応じて、立体造形装置１００と供給手段３００の設定を適正化できる。このインターフェースの項目には、造形材料担持搬送体１１１に対する供給手段３００の当接条件や、立体造形装置１００と供給手段３００との電気接続条件、情報記録部３０４による記録情報の読み取り条件等が挙げられる。

【0036】

造形材料付着量検知手段１７０は、造形材料担持搬送体１１１の搬送方向における供給手段３００の下流側に設けられている。造形材料付着量検知手段１７０は、造形材料担持搬送体１１１表面に形成された薄層における造形材料２０１の付着量を検知する。造形材料付着量検知手段１７０として、照射した光の造形材料による反射光の光強度に基づき造形材料の付着量を検出する反射型光学センサ等を用いることができる。この造形材料付着量検知手段１７０は、「付着量検知手段」の一例である。

【0037】

検知された造形材料２０１の付着量が所定範囲を超える場合には、立体造形装置１００は、電気的接続条件や担持ローラ３０１及び供給ローラ３０３に印加するバイアス電圧や回転数等を変更する。所定範囲を超えた場合に、変更するバイアス電圧や回転数等は予め実験やシミュレーションに基づき定められている。

【0038】

換言すると、供給手段３００は、造形材料付着量検知手段１７０により検知された情報に基づいて、立体造形装置１００により決定されたバイアス電圧を、担持ローラ３０１、規制部材３０２及び供給ローラ３０３のそれぞれに印加できる。また供給手段３００は、造形材料付着量検知手段１７０により検知された情報に基づいて、立体造形装置１００により決定された回転数で、担持ローラ３０１及び供給ローラ３０３のそれぞれを回転させることができる。

【0039】

このようにすることで、同一の造形材料２０１でも規制により材料が劣化（割れ、変形等）したり、造形材料２０１の収容保持量又は使用環境が変動したりした場合にも、担持ローラ３０１による造形材料２０１の供給を安定して行うことができる。

【0040】

飛翔用レーザ１１５は、造形材料担持搬送体１１１の搬送軌道内側に配置され、造形材料担持搬送体１１１に担持されている造形材料にエネルギーを付与するエネルギー付与手段である。

【0041】

ここで、「飛翔」とは、造形材料２０１が非接触で造形材料担持搬送体１１１からステージ１０１側に移動することを意味し、転写と異なり、非接触で移動できるので、造形材料２０１のロスを少なくしたり、造形精度を向上したりすることができる。

【0042】

飛翔用レーザ１１５はエネルギーが付与されればよく特に手段は限定されないが、例えば造形材料担持搬送体１１１の表面の造形材料２０１を飛翔させるためのパルスレーザである。

【0043】

飛翔用レーザ１１５は、造形材料担持搬送体１１１に担持された造形材料２０１に対してパルスレーザ光１１５ａを照射する。パルスレーザ光１１５ａは、造形ガイド１５５の一部を空隙とした造形ガイドスリット部１５５ａから造形材料担持搬送体１１１に照射される。

【0044】

造形材料２０１は、パルスレーザ光１１５ａを受けることで、輻射圧と呼ばれる力により粉の付着力が開放され、重力により下向きに落下する。換言すると、パルスレーザ光１１５ａが照射された造形材料２０１は、造形物２００の表面に向けて飛翔する。

【0045】

なお、図１などでは、造形材料２０１が、ステージ１０１に対して重力方向に飛翔する例で示しているが、必ずしもステージ１０１に対して垂直（９０°）を維持する必要はなく、必要に応じてステージ１０１に対して所要の角度で傾斜させてもよい。

【0046】

ＵＳ００６０２５１１０Ａ等に記載されているレーザ転写ＬＩＦＴ（Laser Induced Forward Transfer）は、担持体に密着した箔状、液状の材料をレーザ照射により非接触転写するものであり、局部的に加熱されて材料が気化することにより、造形材料担持搬送体１１１の表面からパルスレーザ光１１５ａの方向に飛翔する。

【0047】

本実施形態では、後者のメカニズムの寄与を皆無とまで言うことはできないが、前者が中心と考える理由に以下のものがある。

【0048】

１．レーザ光の吸収率が高い黒色粉と透明粉で飛翔開始エネルギーが同等である。
２．担持体が透明樹脂フィルムであっても透明粉は飛翔する。
３．担持体の透明樹脂フィルムは１０００回までの多数回パルスレーザ照射でも劣化しない。

【0049】

造形材料担持搬送体１１１と造形物２００との空隙距離は、造形材料２０１の平均粒径の３～１０倍を目安に維持することが好ましい。これにより、飛翔前後の上下の造形材料同士の接触を避け、飛翔による散逸を避けることができる。

【0050】

溶融用レーザ１１６は、造形材料担持搬送体１１１の外側に配置され、エネルギーを付与する手段として造形物２００の表面を加熱することで、ステージ１０１上で造形される造形物２００の表面を加熱して溶融状態にする。溶融用レーザ１１６は、ステージ１０１上で造形される造形物２００の表面を加熱して溶融状態にする。1つまたは複数のエネルギーを付与する手段のエネルギーによって溶融状態になればよく、レーザによる加熱以外にも対流、ランプ、誘導加熱、誘電加熱など適用可能である。このときの「表面」とは、造形１回の１層でも良いし、２、３層などの複数層にわたっても良い。また、各層の一部でも良いし、全体でもよい。つまり、最表層の一部が含まれていることが重要である。
溶融用レーザ１１６には、エネルギーが付与されればよく特に手段は限定されないが、連続波（Continuous Wave）のレーザが好適である。

【0051】

溶融用レーザ１１６の溶融用レーザ光１１６ａは、パルスレーザ光１１５ａの照射により飛翔した造形材料２０１の着弾位置を狙って照射される。溶融用レーザ１１６の溶融用レーザ光１１６ａで溶融状態になった造形物２００の表面に、パルスレーザ光１１５ａの照射で飛翔した造形材料２０１が着弾することで、造形材料２０１を造形物２００の表面に付着させることができる。

【0052】

なお、飛翔用レーザ１１５及び溶融用レーザ１１６による照射位置は、造形材料２０１の種類や造形速度等に応じて調整可能である。また、着弾位置のばらつきや過不足は積層間で調整できる。造形物２００の形状を決定するのは主に溶融用レーザ１１６である。

【0053】

また、造形材料２０１の飛翔と造形物２００の溶融の開始タイミングの前後関係は特に限定されるものではない。つまり、造形材料２０１が飛翔する前に、造形物２００の表面を溶融させても良い。または、造形材料２０１が飛翔した後、造形物２００の表面を溶融させ、この溶融させた表面に飛翔した造形材料２０１が着弾しても良い。

【0054】

クリーニングブレード１１７は、造形材料担持搬送体１１１の搬送方向における造形物２００の下流側に設けられ、造形材料担持搬送体１１１の表面に残存する造形材料２０１を除去する清掃部材である。クリーニングブレード１１７で掻き落とされた造形材料２０１は回収ケース１１８に回収される。但し、清掃部材は、クリーニングブレード１１７に限定されるものではなく、フィルムクリーナ等であってもよい。

【0055】

次に図２は、供給手段３００のバイアス電圧及び回転数の切り替えの一例を説明する図である。図２（ａ），（ｂ）は、供給手段３００における担持ローラ３０１、規制部材３０２及び供給ローラ３０３の電気的接続の切り替えを示している。図２（ｃ），（ｄ）は供給手段３００における担持ローラ３０１及び供給ローラ３０３の回転数の切り替えを示している。また図２（ｅ），（ｆ）は、供給手段３００における担持ローラ３０１及び規制部材３０２の電気的接続の極性(バイアス電圧のプラスマイナス)の切り替えを示している。

【0056】

図２（ａ）では、担持ローラ３０１には直流マイナスバイアス電圧が印加され、規制部材３０２には直流プラスバイアス電圧が印加され、供給ローラ３０３は接地している。図２（ｂ）では、担持ローラ３０１には交流バイアス電圧が印加され、規制部材３０２は接地し、供給ローラ３０３には直流マイナスバイアス電圧が印加されるように切り替わっている。図２（ａ）と図２（ｂ）の状態の切り替えは自在に行うことができる。

【0057】

図２（ｃ）では、担持ローラ３０１及び供給ローラ３０３は共に遅い回転数であり、図２（ｄ）では、担持ローラ３０１及び供給ローラ３０３は共に速い回転数に切り替わっている。図２（ｃ）と図２（ｄ）の状態の切り替えも自在に行うことができる。例えば、収容保持している造形材料２０１が少ない場合には、担持ローラ３０１及び供給ローラ３０３の回転数を速くすることができる。

【0058】

図２（ｅ）では、担持ローラ３０１及び規制部材３０２は共にプラスバイアス電圧が印加され、図２（ｆ）では担持ローラ３０１及び規制部材３０２は共にマイナスバイアス電圧が印加されるように切り替わっている。図２（ｅ）と図２（ｆ）の状態の切り替えは自在に行うことができる。

【0059】

なお、図２に示したものは一例であり、切り替えを組み合わせて行うこともできる。

【0060】

図２（ａ）～（ｆ）は、図１におけるガイドローラ１５１や情報記録部３０４、担持ローラ３０１、規制部材３０２、供給ローラ３０３の電気的接続のインターフェースは共通であるが、３００内部の形状などは造形材料２０１の種類に応じて自在に変更することができる。例えば、図２（ａ）（ｂ）と図２（ｃ）（ｄ）の供給ローラ３０３はその外径が異なるがインターフェースが共通なのでユニットとしては互換性がある。

【0061】

ここで、造形材料担持搬送体１１１上での造形材料２０１の様子について図３及び図４を参照して説明する。図３は、造形材料担持搬送体上での造形材料の様子の一例を示す光学顕微鏡写真であり、図４は、造形材料担持搬送体上での造形材料の様子の他の例を示す光学顕微鏡写真である。

【0062】

図３は、造形材料２０１として体積平均粒径は４８μｍの柱状の造形材料２０１を使用し、開目７０μｍ、線径５０μｍのステンレス製メッシュを用いて、造形材料２０１を造形材料担持搬送体１１１の表面に供給したときの光学顕微鏡写真である。この例では、造形材料２０１は重なりがほぼなく全体として均一に配置されていることが確認された。

【0063】

図４（ａ）は、造形材料２０１としてＳｉｔｅｒｉｔ社製ＰＡ１２ｓｍｏｏｔｈ（体積平均粒径は３８μｍ）を使用し、供給手段３００を用いた立体造形装置１００実験機を用いて、造形材料２０１を造形材料担持搬送体１１１の表面に供給したときの光学顕微鏡写真である。

【0064】

なお、図４（ｂ）は図４（ａ）の拡大写真である。この例でも、造形材料２０１の重なりがほぼなく、全体として均一に配置されている。なお、この造形材料２０１は、３ないし４つの球形粒子が合体したような特異な形状をしているが、凝集したり、重なったりしているわけではない。

【0065】

また、供給手段３００による供給は、図１に示した構成に限定されるものではない。例えば、電鋳等より製作可能なメッシュローラからの接触供給、非接触供給、非接触のメッシュ上からの散布、粉体気流撹拌による流動浸漬なども可能である。

【0066】

次に、造形材料２０１の飛翔状態について図５を参照して説明する。図５は造形材料２０１の飛翔状態の一例を説明する図である。図５（ｂ）、（ｃ）は高速カメラによる断面観察の状態を示している。

【0067】

図５（ａ１）に示すように、造形材料担持搬送体１１１の表面に造形材料２０１が多層に重なっているときには、パルスレーザ光１１５ａを照射することによって、図５（ｂ）に示すように、造形材料２０１が飛翔によって散逸する。

【0068】

これに対し、図５（ａ２）に示すように、造形材料担持搬送体１１１の表面に造形材料２０１が重ならないで担持されているときには、パルスレーザ光１１５ａを照射することによって、図５（ｃ）に示すように、造形材料２０１が鉛直方向に飛翔する。

【0069】

次に、造形材料の落下軌跡及び着弾ばらつきについて図６及び図７を参照して説明する。ここで図６は、造形材料の落下軌跡の一例を示す図であり、図７は造形材料の着弾ばらつきの一例を示す図である。

【0070】

図６では、以下の条件で複数の粉末（造形材料）の落下軌跡をインターバル連続撮影でとらえた結果を示している。

【0071】

ＰＡ１２粉体：平均粒径３８μｍ
レーザ波長：５３２ｎｍ
パルス幅：１５ｐｓ
ピークパワー：０．７４ＭＷ
ビーム重ね回数：１．３
ビーム径：４０μｍ
周波数：６．６ｋＨｚ
走査速度：２００ｍｍ／ｓ
撮影：２０ｋｆｐｓ
粉体は透明ＰＣ、黒色ＰＣ、ＰＥ、ＰＢＴで、レーザ波長：１０６４ｎｍ、パルス幅：２ｎｓ、２０ｎｓなどの組み合わせで同様な飛翔を確認した。特に、透明ＰＣは５３２ｎｍでも１０６４ｎｍでも透過率が高く、熱として吸収されることが少ないため、従来のＬＩＦＴとは異なる機構であることが推察される。

【0072】

その際の造形予定位置の０．５ｍｍギャップ位置の着弾ばらつきを図７にヒストグラムで示している。

【0073】

この結果から分かるように、７６％の粒子が±５０μｍの範囲に着弾しており、±１００μｍなどの精度の造形を行うには十分である。最終形状は、溶融用レーザの位置精度で決まるため、溶融部から外れた僅かな粉は造形後に除去される。

【0074】

飛翔用レーザ１１５のレーザ光源としては、特に制限はなく、ピコ秒からナノ秒などのパルス発振可能なものが好ましい。固体レーザとしては、ＹＡＧレーザ、チタンサファイアレーザなどがある。気体レーザとしては、アルゴンレーザ、ヘリウムネオンレーザ、炭酸ガスレーザなどがある。半導体レーザも小型で好ましい。ファイバーレーザはそのピークエネルギーの高さと小型化可能な面で本発明を製品化するに当たり最も適した光源である。

【0075】

レーザの波長としては、適宜選択することができるが、３００ｎｍ以上１１μｍ以下が好ましい。特に、造形材料２０１が樹脂であるとき、２４６０ｎｍ付近はＣＨとＣＣ結合の複合吸収帯で、カーボン入りのものも含む多様な樹脂で吸収率が８０％以上であった。また、波長が２３００ｎｍ～２５００ｎｍは吸収率が６５％以上であり、この範囲でも安定的な飛翔及び溶融のエネルギーを付与できる。

【0076】

この波長域は通常のガラスの透過率も高いため、基材との組み合わせも容易である。

【0077】

レーザのパルス周波数としては、レーザの走査速度との組み合わせで適宜選択することができる。両者の組み合わせで決まるビーム径の重なりが多いと飛翔後の粉体（造形材料）にもレーザが当たり、粉が散逸しやすい。ビーム径の重なりが２回以上となるとその傾向が顕著であり、１．２～１．７回は粉の散逸が小さい。

【0078】

次に、この立体造形装置１００の動作の一例について図８のフローチャートを参照して説明する。

【0079】

造形動作を開始すると、まずステップＳ０において、立体造形装置１００は、情報記録部３０４に記録された情報を読み取り（参照し）、造形材料２０１に対応付けられた適正な電気的接続および担持ローラ３０１供給ローラ３０３の回転数を決定する。

【0080】

続いて、ステップＳ１において、供給手段３００は、担持ローラ３０１及び供給ローラ３０３を回転駆動させながら、内部に収容保持された造形材料２０１を担持ローラ３０１に担持させ、担持ローラ３０１上の造形材料２０１の厚みを規制部材３０２で規制して、担持ローラ３０１上に造形材料２０１の薄層を形成する。

【0081】

続いて、ステップＳ２において、供給手段３００は、造形材料２０１を造形材料担持搬送体１１１の表面に造形材料２０１同士が重ならない状態で配置する。

【0082】

続いて、ステップＳ３において、造形材料付着量検知手段１７０は、適正な造形材料の薄層状態であるかを確認する。

【0083】

続いて、ステップＳ４において、供給手段３００は、造形が完了するまで、造形材料担持搬送体１１１に対して造形材料２０１の安定した供給を継続する。

【0084】

このようにして、供給手段３００によって造形材料担持搬送体１１１の表面に造形材料２０１が供給され、造形物２００を支持するステージ１０１の上方に配置された造形材料担持搬送体１１１の表面に造形材料２０１が担持される。

【0085】

そして、造形材料担持搬送体１１１を搬送駆動する機構によってステージ１０１の上方に搬送され、ステージ１０１の上方に造形材料２０１の天井が形成される。

【0086】

一方、ステップＳ５において、造形開始タイミングになると、ステップＳ６において、溶融用レーザ１１６は溶融用レーザ光１１６ａを照射して、造形物２００の表面のうち造形材料２０１を付着する部分を加熱して溶融させる。但し、造形開始直後の第一層目だけはステージ加熱ヒータ１０２の温度により造形材料２０１が融着する。

【0087】

続いて、ステップＳ７において、飛翔用レーザ１１５は造形データに応じて所要の造形材料２０１にパルスレーザ光１１５ａを照射して、造形材料担持搬送体１１１に担持されている造形材料２０１を造形物２００の溶融の部分に向けて飛翔させる。

【0088】

造形材料担持搬送体１１１から飛翔する造形材料２０１は溶融状態にある造形物２００の表面に着弾して造形物２００と一体になり、造形物２００が少なくとも１造形材料分成長する。

【0089】

続いて、ステップＳ８において、供給手段３００と造形材料担持搬送体１１１の連続供給と搬送によって造形材料２０１を順次ステージ１０１上に移送しながら、溶融用レーザ１１６による造形物２００の表面に溶融化、飛翔用レーザ１１５による造形材料２０１の飛翔、着弾を、造形が完了するまで繰り返す。

【0090】

これによって、造形物２００を所要の形状まで成長させて立体造形物を造形することができる。

【0091】

＜立体造形装置１００の作用効果＞
以上説明したように、本実施形態では、造形材料２０１を表面に担持する担持ローラ３０１と、担持ローラ３０１に造形材料２０１を供給する供給ローラ３０３と、担持ローラ３０１の表面における造形材料２０１の層厚を規制する規制部材３０２とを備える供給手段３００を用いて、造形材料担持搬送体１１１に造形材料２０１を供給する。供給手段３００により造形材料２０１の薄層を形成してから造形材料担持搬送体１１１に供給することで、造形材料２０１を造形材料担持搬送体１１１の表面に造形材料２０１同士が重ならない状態で配置することができる。これにより造形材料２０１を安定した状態で供給することができる。その結果、造形品質の向上を図ることができる。

【0092】

また本実施形態では、供給手段３００は、立体造形装置１００本体から着脱可能に設けられ、供給手段３００を交換することで、造形に用いる造形材料２０１を簡単に変更することができる。

【0093】

また本実施形態では、造形材料２０１の種類に応じて予め定められた、担持ローラ３０１及び供給ローラ３０３の回転数と、担持ローラ３０１、規制部材３０２及び供給ローラ３０３のそれぞれに印加するバイアス電圧の少なくとも１つを記録する情報記録部３０４をさらに備える。造形材料２０１の種類に基づき情報記録部３０４に記録された情報を参照することで、造形材料２０１の種類に応じた適正な担持ローラ３０１及び供給ローラ３０３の回転数や、バイアス電圧等の条件を取得できる。そして、取得された条件を用いて造形を行うことで、造形材料２０１をより安定した状態で供給できる。その結果、造形品質の向上を図ることができる。

【0094】

また情報記録部３０４を供給手段３００に設けることで、造形材料２０１を変更するために供給手段３００を交換した場合に、供給手段３００に設けられた情報記録部３０４を参照することで、供給手段３００が収容する造形材料２０１の種類に応じた造形条件の情報を簡単に取得可能になる。

【0095】

また本実施形態では、造形材料担持搬送体１１１の表面における造形材料２０１の付着量を検知する造形材料付着量検知手段１７０をさらに備える。そして、供給手段３００は、検知された情報に基づき決定されたバイアス電圧を、担持ローラ３０１、規制部材３０２及び供給ローラ３０３のそれぞれに印加し、また検知された情報に基づき決定された回転数で、造形材料担持体及び供給部材のそれぞれを回転させる。

【0096】

例えば、検知された造形材料２０１の付着量が所定範囲を超える場合には、立体造形装置１００は、電気的接続条件や担持ローラ３０１及び供給ローラ３０３に印加するバイアス電圧や回転数等を変更する。そして変更後のバイアス電圧を、担持ローラ３０１、規制部材３０２及び供給ローラ３０３のそれぞれに印加し、変更後の回転数で、造形材料担持体及び供給部材のそれぞれを回転させる。

【0097】

このようにすることで、造形材料２０１をより安定した状態で供給できる。

【0098】

また本実施形態では、飛翔された造形材料２０１は溶融にある造形物２００の表面に着弾し付着し、衝突によって拡散しないので、造形物２００のエッジ等でも高い精度を得ることができ、造形品質が向上する。

【0099】

また粉体としては、結晶性樹脂のみならず、結晶性及び非結晶性樹脂の混合樹脂なども使用することができ、材料の多様性を確保でき、また連続造形によって造形速度の高速化を図れる。

【0100】

更に、粉体焼結法では、立体造形物の周囲をその造形物の形状大きさにかかわらず、また立体造形装置の造形容積分の材料をそのレーザによる溶融有無にかかわらず埋め尽くす必要がある。これに対し、本実施形態では造形物の溶融分と、一部造形物の形状を補うサポート材兼務分しか使用しないため、廃棄材料を大幅に減少することができる。

【0101】

また、飛翔用レーザ１１５によって飛翔されずに残留する造形材料２０１はクリーニングブレード１１７で回収ケース１１８に回収されるため、回収ケース１１８に堆積した造形材料２０１をリユースすることも可能であり、さらに廃棄材料を減少できる。

【0102】

また、本実施形態及び粉体焼結法でも、立体造形後に造形物を取り出すまでに、造形物および周辺の余材（廃棄物）の温度が十分に冷めてからでないと造形物の材料収縮や反り変形などで精度が落ちる場合がある。

【0103】

粉体焼結法では、造形容積分を造形材料で埋め尽くしているため熱容量が大きくなってしまい、造形物含めた冷却時間に長時間を要する。これに対し、本実施形態では、造形物の周囲にサポート材兼務分程度しかないため冷却時間を短くすることができ、造形時の時間と冷却時間を加算したトータル時間で粉体焼結法より圧倒的短時間で造形物を形成することができる。

【0104】

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る立体造形装置１００ａについて図９を参照して説明する。図９は立体造形装置１００ａの構成の一例を説明する図である。図９において、図１と同一の符号を付している手段については、図１と同一のため説明を適宜省略する。

【0105】

図９に示すように、立体造形装置１００ａは、造形材料担持搬送体１１１ａを備えている。この造形材料担持搬送体１１１ａは、飛翔用レーザ１１５の波長及び溶融用レーザ１１６の波長の両方に対して透過性を有する円筒形のガラス部材で構成され、矢印１１１'の方向に沿って回転する回転ドラムである。但し、回転ドラムであれば、円筒形のガラス部材に限定されるものではない。

【0106】

造形材料担持搬送体１１１ａの周囲には、造形材料担持搬送体１１１ａの表面に造形材料２０１を供給する供給手段３００ａが配置されている。

【0107】

この供給手段３００ａは、内部に造形材料２０１が供給されて矢印３００'の方向に沿って回転するメッシュローラ１２１と、メッシュローラ１２１内で造形材料２０１を摺って擦るブレード１２２とを備えている。供給手段３００ａは、ブレード１２２で造形材料２０１を摺って擦りながら凝集を解くことで、メッシュローラ１２１を通過させ、造形材料担持搬送体１１１ａの表面に造形材料２０１の薄層を形成する。

【0108】

メッシュローラ１２１のメッシュの開目は造形材料２０１の平均粒径より２０～３０％大きいものが好ましい。金属線を編んだものを使用できるが、電鋳などで作製されるフラットなメッシュがより好ましい。また、ブレード１２２の当接方法は、図９に示すようにトレーリングでも良いし、カウンタ等であってもよく、適宜選択できる。

【0109】

メッシュの開目には、造形材料２０１が詰まることがあるが、開目より細い繊維からなるブラシをメッシュローラ外周から接触させることで、詰まりを解消できる。

【0110】

この供給手段３００ａを、第１実施形態で説明した供給手段３００に置き換えることもできる。なお、以下の実施形態で供給手段３００ａを示す場合も、供給手段３００に置き換え可能である点は同様である。

【0111】

［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る立体造形装置１００ｂついて図１０を参照して説明する。図１０は、立体造形装置１００ｂの構成の一例を説明する図である。図１０において、図１と同一の符号を付している手段については、図１と同一のため説明を適宜省略する。

【0112】

図１０に示すように、立体造形装置１００ｂは、ヘッド１３１と、吸引手段１３２と、タンク１３３とを備えている。

【0113】

ヘッド１３１は、造形材料担持搬送体１１１ａの周囲に沿った供給手段３００ａと造形材料２０１を飛翔させる位置（造形位置）との間に配置され、造形材料２０１に液体１３０を吐出して付与する。

【0114】

吸引手段１３２は、矢印１１１'で示す造形材料担持搬送体１１１ａの回転方向（粉体移送方向）におけるヘッド１３１の下流側に配置され、液体１３０が付与されていない造形材料２０１を吸引回収する。

【0115】

また、タンク１３３は、吸引手段１３２で回収した造形材料２０１を貯留する。

【0116】

ヘッド１３１によって造形材料２０１に液体１３０を付与することで、造形材料２０１同士の間、及び造形材料担持搬送体１１１ａと造形材料２０１との間のそれぞれに液架橋力が生じる。これにより、より安定して造形材料２０１を造形材料担持搬送体１１１ａの表面に担持して造形位置まで移送できる。また液体が付与されていない造形材料２０１を造形材料担持搬送体１１１から吸引して除去することで、次に造形材料担持搬送体１１１に造形材料２０１を供給する際に、より安定して供給を行える。また除去した造形材料２０１を再利用すれば、造形材料２０１の有効活用を図れる。

【0117】

ここで、ヘッド１３１は「液体を付与する手段」の一例であり、吸引手段１３２は「造形材料担持搬送体から除去する手段」の一例である。

【0118】

また、ヘッド１３１を造形データに応じて駆動して、液体１３０を付与する領域を選択することで、造形材料担持搬送体１１１ａ上で造形データに応じた造形材料２０１の画像を形成できる。さらに、ヘッド１３１から吐出する液体に色材や添加剤を加えることで、色を加えたり、機能を付与したりすることもできる。また、ヘッド１３１として多色ヘッドを使用することで所要の色を着色することもできる。

【0119】

なお、造形材料２０１による作像を行わず、全体に液架橋力を付与するのであれば、超音波加湿器のミストを吹き付けることなどでも、より安定的に造形位置までの移送を行うことができる。

【0120】

また、ファンデルワールス力や粉の抵抗値が高い場合静電的な付着力だけでも飛翔部まで搬送することが可能である。

【0121】

吸引手段１３２は、造形材料担持搬送体１１１ａの表面に液架橋力で担持されていない造形材料２０１を吸引除去する。吸引手段１３２は、減圧吸引の他、高導電性の粉体以外では静電的な吸引も可能であり、これらを併用することもできる。吸引された造形材料２０１は、液体等も付着していないので、供給手段３００ａ内に再供給することもできる。

【0122】

ここで、液体１３０について説明する。液体１３０としては水を用いる。粘度調整のために、グリセリンやポリエチレングリコールなどの微量の増粘剤などを含んでもよい。

【0123】

但し、造形材料２０１を構成する樹脂によっては、微量の水分をも加水分解などから避ける必要があり、その場合は、難燃性と材料への影響のないことを考慮した液体、例えばフッ化水素系の溶剤を選ぶと好適である。

【0124】

例えば、スリーエム社製：商品名フロリナート（登録商標）、ソルベイ社製：商品名ガルデン（登録商標）等が沸点に応じて選択できる。フッ化水素系の溶剤がレーザ加熱などで分解する場合には、排気経路にフッ酸を吸収する炭酸カルシウムなどの吸収剤を配置しておけばよい。

【0125】

［第４実施形態］
次に、第４実施形態に係る立体造形装置１００ｃについて、図１１を参照して説明する。図１１は、立体造形装置１００ｃの構成の一例を説明する図である。図１１において、図１と同一の符号を付している手段については、図１と同一のため説明を適宜省略する。

【0126】

立体造形装置１００ｃは、造形材料担持搬送体１１１ｃと、ガイドローラ１５１ｃ，１５２ｃと、加熱手段である加熱ローラ１５３ｃと、バックアップローラ１５４と、回収ローラ１３４とを備えている。

【0127】

造形材料担持搬送体１１１ｃは、周回移動する回転部材である無端ベルトで構成されている。造形材料担持搬送体１１１ｃには例えばニッケルベルトを使用できる。

【0128】

また造形材料担持搬送体１１１ｃは、ガイドローラ１５１ｃ，１５２ｃと、加熱ローラ１５３ｃに掛け回されている。ここで、加熱ローラ１５３ｃは造形物２００を造形する位置でステージ１０１の上方に配置されている。

【0129】

加熱ローラ１５３ｃに対向してバックアップローラ１５４が配置されている。バックアップローラ１５４は加熱ローラ１５３ｃが小径であるために生じる無端ベルトの撓みを低減する。

【0130】

回収ローラ１３４はバイアスローラであり、バイアス電界によって造形材料２０１を回収し、タンク１３３に落下させる。

【0131】

加熱ローラ１５３ｃは例えば１５０℃まで加熱される。この加熱により造形材料担持搬送体１１１ｃと加熱ローラ１５３ｃとの接触部では１００℃を超える温度になり、造形材料担持搬送体１１１ｃに担持された造形材料２０１の水による架橋力が開放される（突沸）。また、加熱ローラ１５３ｃが相対的に小径であり、造形材料２０１は遠心力でも架橋力が開放される。これにより、造形材料２０１は、例えば造形材料担持搬送体１１１ｃの搬送速度３００ｍｍ／ｓで、造形材料担持搬送体１１１ｃから造形物２００に向けて飛翔する。

【0132】

換言すると、本実施形態では、造形材料担持搬送体１１１ｃから造形材料２０１を飛翔させる手段は、加熱ローラ１５３ｃと造形材料担持搬送体１１１ｃを回転させる手段とで構成され、突沸と遠心力によって造形材料担持搬送体１１１ｃの表面から造形材料２０１を飛翔させる。これにより、造形材料２０１がより飛翔しやすくなる。

【0133】

一方、造形物２００の造形材料２０１を付着させる部位は溶融用レーザ１１６によって加熱されて溶融される。

【0134】

これにより、造形材料担持搬送体１１１ｃから飛翔した造形材料２０１は造形物２００の溶融の部分に付着し、造形物２００が成長する。

【0135】

［第５実施形態］
次に、第５実施形態に係る立体造形装置１００ｄについて、図１２及び図１３を参照して説明する。図１２は立体造形装置１００ｄの構成の一例を説明する図であり、図１３は立体造形装置１００ｄにおけるマルチエアーノズルの構成の一例を説明する図である。図１２において、図１と同一の符号を付している手段については、図１と同一のため説明を適宜省略する。

【0136】

図１２に示すように、立体造形装置１００ｄは、造形材料担持搬送体１１１ｄと、ガイドローラ１５１ｄ，１５２ｄ，１５６，１５７と、マルチエアーノズル１６０とを備えている。

【0137】

造形材料担持搬送体１１１ｄは、無端のメッシュベルトで構成されている。造形材料担持搬送体１１１ｄは、ガイドローラ１５１ｄ，１５２ｄ，１５６，１５７に掛け回されている。そして、造形材料担持搬送体１１１ｄの周囲に沿ったガイドローラ１５６とガイドローラ１５７との間であって、造形物２００を造形する位置でステージ１０１の上方には、マルチエアーノズル１６０が配置されている。

【0138】

マルチエアーノズル１６０には供給源から空気が送られており、ノズル１６０ａから造形材料担持搬送体１１１ｄに向けて空気を吹き出し、この空気圧によって造形材料担持搬送体１１１ｄから造形材料２０１が飛翔する。

【0139】

飛翔前の粉体作像はインクジェットを用いたが、他の実施形態のようにレーザによりネガ部を除去しておくことも可能である。また、マルチエアーノズル１６０自体がマイクロキャビティ構造で個別に制御できるインクジェットのような構成の場合、事前の作像は不要であってパウダージェットの構成も実施可能である。

【0140】

一方、造形物２００の造形材料２０１を付着させる部位は溶融用レーザ１１６によって加熱されて溶融される。

【0141】

これにより、造形材料担持搬送体１１１ｄから飛翔した造形材料２０１は造形物２００の溶融部分に付着し、造形物２００が成長する。

【0142】

［第６実施形態］
次に、第６実施形態に係る立体造形装置１００ｅについて、図１４を参照して説明する。図１４は、立体造形装置１００ｅの構成の一例を説明する図である。図１４において、図１と同一の符号を付している手段については、図１と同一のため説明を適宜省略する。

【0143】

図１４に示すように、立体造形装置１００ｅは、造形材料担持搬送体１１１ｅと、ガイドローラ１５１ｅ，１５２ｅと、造形ガイド１５５と、供給手段３００ｅと、当接ローラ１２４と、塗布装置１６３とを備えている。

【0144】

造形材料担持搬送体１１１ｅは、周回移動する回転部材である無端ベルトで構成されている。造形材料担持搬送体１１１ｅは、例えばＰＥＴフィルム（東レ製ルミラー）で構成されている。また、ポリイミドフィルム（東レ製カプトンH）で構成することもできる。これらのフィルムは、工業的に量産されており、無端ベルトとして使用することも可能であるが、長尺のフィルムロールをそのまま利用し、ロールｔｏロールで繰り返し使用することも可能である。

【0145】

造形材料担持搬送体１１１ｅは、ガイドローラ１５１ｅ，１５２ｅ及び造形ガイド１５５に掛け回されている。ここで、造形ガイド１５５は、造形物２００を造形する位置でステージ１０１の上方に配置されている。

【0146】

供給手段３００ｅはローレットローラ１２３を備えている。ローレットローラ１２３に対向して表面にゴム層を有する当接ローラ１２４が配置されている。

【0147】

飛翔用レーザ１１５のパルスレーザ光１１５ａは、造形ガイド１５５で造形ガイドスリット部１５５ａから造形材料担持搬送体１１１ｅへ照射できる。

【0148】

塗布装置１６３は、ステージ１０１に塗布液を吐出して塗布する。塗布装置１６３は、例えば加熱により析出する硫酸マグネシウム等の耐熱性で水溶性の液体１６２を吐出する。これにより、造形物２００の界面のサポート除去性の向上などを図っている。

【0149】

次に、複雑形状を造形する場合のサポート方法について図１５を参照して説明する。

【0150】

ここでは、図１５（ａ）に示すように、コの字型の造形物２００を造形する。このとき、図１５（ｂ）に示すように、造形物２００の上部を支えるとともに、造形後に容易に外せるサポート材２１１を使用する。

【0151】

サポート材２１１によるサポート部を形成するとき、飛翔用レーザ１１５のみ作動し、溶融用レーザ１１６は作動しないことで形成できる。粉の高さは飛翔頻度で調整可能であり、予め造形データ内で予測設定してもよいし、造形中に形状を測定しながら補正することもできる。

【0152】

また、図１５（ｃ）、（ｄ）に示すように、サポート材２０１ｂが崩れる可能性や精度を考慮し、サポート材２１１の一部に造形物２１２～２１４を造形して、造形後に除去する。

【0153】

この供給手段３００ｅを、第１実施形態で説明した供給手段３００に置き換えることもできる。

【0154】

［第７実施形態］
次に、第７実施形態に係る立体造形装置１００ｆについて、図１６を参照して説明する。図１６は立体造形装置１００ｆにおける造形中の造形物の表面温度を説明する図である。

【0155】

立体造形装置１００ｆの構成及び造形動作は、第１実施形態の立体造形装置１００と同様である。なお、第２乃至第６実施形態に係る立体造形装置１００ａ乃至１００ｅの何れかと同様の構成にすることもできる。

【0156】

本実施形態では、造形材料２０１として、結晶性樹脂であるＰＥＥＫを使用している。但し、これ以外の結晶性樹脂を使用することもできる。

【0157】

図１６は造形物２００の造形開始以降の表面の温度の時間による変化を示している。図１６のＳ６は図８のステップＳ６（溶融用レーザ照射）のタイミングを示し、図１６のＳ７は図８のステップＳ７（飛翔用レーザ照射）のタイミングを示している。

【0158】

図１６に示すように、本実施形態では、ステップＳ７で溶融用レーザ１１６によって溶融用レーザ光１１６ａが照射されて温度が上昇した造形物２００の表面は、飛翔用レーザ１１５によって飛翔される造形材料２０１が到達（衝突）して積層されるとき、ガラス転移温度Ｔｇである１４３℃以上に保たれている。

【0159】

造形物２００の表面の温度をガラス転移温度Ｔｇ以上にすることで、造形物２００の表面がゴム状態になり、飛翔した造形材料２０１が造形物２００に衝突したときに造形物２００の表面が変形し、造形材料２０１の運動エネルギーを吸収することができる。

【0160】

これにより、造形材料２０１が造形物２００の表面に衝突（到達）したときに、造形材料２０１が跳ね返りにくくなり、造形材料２０１の飛散を抑制することができ、造形物２００の寸法精度や表面性が向上し、造形品質が向上する。

【0161】

この場合、造形物２００の表面の温度は、結晶化温度（Ｔｃ）、造形材料２０１としてＰＥＥＫを使用するときには３００℃以上とすることが好ましい。これにより、温度下降時に結晶化に伴う急激な収縮による反りが局所的に発生することを抑制し、安定した形状の立体造形物を得ることができる。

【0162】

造形物２００の表面温度を保つために、造形物２００を加熱する造形物加熱手段としての造形物加熱ヒータ１０４がステージ１０１の上側に配置されている（図１参照）。造形物加熱ヒータ１０４は、面状の抵抗発熱体により形成されており、造形物２００の周囲の雰囲気温度を、造形材料２０１のガラス転移温度Ｔｇである１４３℃以上に保っている。

【0163】

また、断熱板１０３とステージ１０１との間には、ファン等により送風がなされており、雰囲気の温度が一様になるようにされている（図１参照）。

【0164】

なお、造形物加熱ヒータ１０４或いは造形物２００の周囲に温度センサを配置し、造形物２００の周囲の雰囲気の温度を一定に保つように温度制御を行うこともできる。雰囲気温度を高く保つことにより、造形材料２０１が造形物２００に衝突するときの造形材料２０１の飛散を抑制できるだけでなく、造形後の造形物２００の内部の温度勾配を低減させることで反りを抑制させることもできる。

【0165】

造形物加熱ヒータ１０４は、飛翔用レーザ１１５によって飛翔する前（担持された状態）の造形材料２０１の温度もガラス転移温度Ｔｇである１４３℃以上に保持されるように造形物２００の周囲の雰囲気温度を加熱する。

【0166】

これにより、溶融用レーザ１１６によって投入するエネルギーを軽減させることができ、高速化、省電力化を図ることができる。

【0167】

一方で、飛翔用レーザ１１５によって飛翔される前の造形材料２０１はガラス転移温度Ｔｇである１４３℃未満でも良く、造形材料２０１がゴム状態にならないようにすることで造形材料担持搬送体１１１との接着力を一定以下に抑え、造形材料２０１が飛翔しやすいように調整することが好ましい。

【0168】

また、図１６に示すように、Ｓ６のタイミングで、造形物２００の表面の温度は、溶融用レーザ１１６による溶融用レーザ光１１６ａの照射前は融点Ｔｍである３４３℃未満であり、かつ、溶融用レーザ光１１６ａの照射後は３４３℃以上となっている。

【0169】

溶融用レーザ１１６によって溶融用レーザ光１１６ａを照射した後に融点Ｔｍ以上となるようにすることで、造形物２００が液体状態となり、溶融した造形材料２０１同士が結合することで、高い強度の造形物を形成することができる。

【0170】

一方で、溶融用レーザ１１６によって溶融用レーザ光１１６ａを照射する前には融点Ｔｍ未満となるようにすることで、造形物２００全体が溶融して崩れてしまうことを抑制し、一定の寸法精度を保つことができる。

【0171】

なお、溶融用レーザ１１６による造形物２００の表面の温度上昇は５０℃になるようにしており、造形物の局所的な変形による反りが発生しない程度の温度上昇としている。

【0172】

また、造形物２００の表面の温度をガラス転移温度Ｔｇ以上に加熱する（保つ）手段として造形物加熱ヒータ１０４を用いる例を示したが、これに限るものではない。

【0173】

例えば、溶融用レーザ１１６の出力や照射時間、あるいは、溶融用レーザ１１６からの溶融用レーザ光１１６ａと飛翔用レーザ１１５からのパルスレーザ光１１５ａを照射する時間の間隔などをレーザの制御により調整することもできる。

【0174】

例えば、時間の間隔を調整する場合には、溶融用レーザ１１６からの溶融用レーザ光１１６ａを造形物２００の表面に照射して造形物２００の表面温度が融点を超えてから、熱が造形物２００の内部或いは雰囲気に伝わって温度が低下していく過程で、ガラス転移温度Ｔｇを下回らない範囲で時間の間隔を決めておけば良い。

【0175】

次に、造形材料を飛翔させる時間間隔について説明する。

【0176】

造形材料２０１が飛翔して造形物２００の表面に衝突したときに、造形物２００から熱が伝わり造形材料２０１の温度が上昇する。このときの伝熱が不十分であると、同じ位置へ、次の造形材料２０１が衝突するときに造形材料２０１の表面温度が十分上がらず、ガラス転移温度Ｔｇに届かない可能性が生じる。

【0177】

そこで、十分な伝熱時間が得られるように、造形材料２０１の平均粒径をＬ［μｍ］とするとき、造形材料２０１が飛翔して造形物２００の表面に到達する時間の間隔がＬ×Ｌ／２００［ｍｓ］以上となるようにする。

【0178】

時間間隔の閾値は厚さＬ、熱拡散率αの材料の温度が均一になるための閾値（RC回路での時定数ＲＣに相当）としてＬ２／αとし、樹脂材料では一般にα＝２．０×１０―７［ｍ２／ｓ］であることを利用して導いた。Ｌ＝５０［μｍ］とするとき、時間間隔は１２．５［ｍｓ］以上必要であることから、例えば、造形材料２０１を飛翔させる時間間隔を２０［ｍｓ］とする。

【0179】

これにより、造形材料２０１が飛翔して造形物２００の表面に衝突したときに、造形物２００から熱が伝わり造形材料２０１の温度が上昇するに十分な時間を確保でき、造形品質が向上する。

【0180】

次に、飛翔中の造形材料に対する加熱について図１７も参照して説明する。図１７は飛翔する造形材料と溶融用レーザの照射領域（レーザ光の領域）との関係を示す説明図である。

【0181】

溶融用レーザ光１１６ａは、造形物２００の表面に照射されるとともに、斜めに入射することで、造形物２００の上方を通過する。

【0182】

ここで、溶融用レーザ１１６から溶融用レーザ光１１６ａを照射しているときに、造形材料２０１が飛翔して造形物２００の表面に着弾する。

【0183】

このようにして、飛翔中の造形材料２０１に直接溶融用レーザ１１６の溶融用レーザ光１１６ａが照射されることにより、造形物２００の表面だけでなく、造形材料２０１も同時に加熱することができる。

【0184】

したがって、着弾する造形材料２０１自体がガラス転移温度Ｔｇ以上になったり、あるいは、造形物２００と衝突するときの温度が高まったりすることにより、造形物２００と衝突するときに、より造形物２００の表面が変形し、運動エネルギーを吸収する。

【0185】

これにより、造形材料２０１が造形物２００の表面に衝突するときに跳ね返りにくくなり、造形材料２０１の飛散が抑制され、造形物２００の寸法精度や表面性をさらに向上して、造形品質を向上させることができる。

【0186】

［第８実施形態］
次に、第８実施形態に係る立体造形装置１００ｇについて、図１８を参照して説明する。図１８は立体造形装置１００ｇにおける造形中の造形物の表面温度を説明する図である。

【0187】

立体造形装置１００ｇの構成及び造形動作は、第１実施形態の立体造形装置１００と同様である。なお、第２乃至第６実施形態に係る立体造形装置１００ａ乃至１００ｅの何れかと同様の構成にすることもできる。

【0188】

本実施形態では、造形材料２０１として、非晶性樹脂であるＰＥＳを使用している。但し、これ以外の非晶性樹脂を使用することもできる。

【0189】

造形材料２０１が非晶性樹脂である場合、融点を持たないため、第７実施形態と同様の作用効果を得ようとする場合、溶融用レーザ１１６の照射前後における造形物２００の表面の温度で規定することができない。

【0190】

そこで、本実施形態では、樹脂の粘度を元に規定する。

【0191】

樹脂の粘度が溶融用レーザ１１６からの溶融用レーザ光１１６ａの照射前は粘度が１．０×１０３Ｐａ・ｓ以上であるのに対し、溶融用レーザ光１１６ａの照射後は１．０×１０３Ｐａ・ｓ未満となるようにする。つまり、造形物２００の表面が加熱する手段によって加熱された後に粘度が１．０×１０３Ｐａ・ｓ未満になり、加熱される前の粘度が１．０×１０３Ｐａ・ｓ以上である構成とする。

【0192】

ＰＥＳでは、粘度が１．０×１０３Ｐａ・ｓとなるのが３００℃である。従って造形物２００の表面の温度は、溶融用レーザ１１６による溶融用レーザ光１１６ａの照射前は３００℃未満であり、かつ、照射後は３００℃以上となる。

【0193】

これにより、融点を持たない非晶性樹脂に対しても第６実施形態と同様に、溶融用レーザ１１６からの溶融用レーザ光１１６ａの照射後に造形物２００が柔らかくなり、粉体同士が結合することで、高い強度の造形物を形成することができる。そして、溶融用レーザ１１６によるレーザ光の照射前に融点未満となるようにすることで、造形物２００全体が柔らかくなり崩れてしまうことを抑制し一定の寸法精度を保つことができる。

【0194】

上述した各実施形態においては非接触で積層することから、電子写真方式のＳＴＥＰ方式などで生じる課題をほとんど解決できる。例えば、溶融樹脂を造形物に接触させて積層する方式では、界面でオフセットや荒れが起きやすく、温度の厳密な制御、時間の増大、溶融粘度などからも材料の制約があり、また、静電気を用いるため導電性樹脂は使用できないという課題があるが、非接触で積層することで、これら課題はなくなる。

【0195】

［第９実施形態］
次に、第９実施形態に係る立体造形装置１００ｈついて、図１９を参照して説明する。図１９は、立体造形装置１００ｈにおける粒子を飛翔させる装置の作用を説明する図である。

【0196】

本実施形態では、粒子を飛翔させる装置を第１実施形態に係る立体造形装置１００に適用した場合を一例として説明する。

【0197】

図１９に示すように、粒子である造形材料２０１が造形材料担持搬送体１１１の一面に吸着力Ｆvdwで保持された状態で、造形材料担持搬送体１１１の造形材料２０１が保持されている面とは反対側の面に対して、飛翔用レーザ１１５からパルスレーザ光１１５ａが照射されている。飛翔用レーザ１１５は、パルスレーザ光１１５ａを１０μ以下のパルス光で照射している。

【0198】

図１９において、「Ｆg」は、造形材料２０１（粒子）にかかる重力を表す。これは、一般に、物体の体積と密度の積で表される重量に重力加速度を乗じることで算出される。造形材料２０１として、Ｓｉｔｅｒｉｔ社製ＰＡ１２ｓｍｏｏｔｈ（体積平均粒径は３８μｍ）にて求めたところ、重力Ｆgは１０－１０Ｎ程度であった。

【0199】

「Ｆvdw」は、造形材料２０１にかかるファンデルワールス力を表す。これは、計算により算出すると、１０－７Ｎ程度であった。

【0200】

「Ｆe」は、静電力による造形材料２０１の吸着力を表す。これは、同程度のサイズのプリンタにおけるキャリア材料で、１０Ｎ程度の力のオーダーであることが知られているが、これは造形材料２０１（粒子、粉体）の帯電量に依存する。

【0201】

ＦvdwとＦeの和である付着力Ｆvは、遠心分離機を用いた付着力試験などにより実験的に求められるが、同様にＳｉｔｅｒｉｔ社製ＰＡ１２ｓｍｏｏｔｈにて付着力試験で求めたところ、Ｆgは１０－８Ｎ程度であった。

【0202】

Ｆvdwを構成する要素としては、他に造形材料２０１（粒子）と造形材料担持搬送体１１１の間に液体が含まれている場合に生じる液架橋力などが考えられる。

【0203】

「Ｆr」は、輻射圧により造形材料２０１にかかる力を表す。Ｆrは計算により算出することができるが、パルス幅１０ｐｓ、パルスエネルギー１ＵＪで計算すると、瞬間の力は１０－４Ｎ程度であった。

【0204】

「Ｆab」は、造形材料２０１の表面がレーザーアブレーションにより、一部の個体が瞬間的に気体化することで、気体の射出時に圧力が生じることで造形材料２０１にかかる力を表す。

【0205】

例えばパルス幅ＰＳ程度のレーザを用いると、この気体及び場合によってはプラズマ化する、一般的にアブレーションと呼ばれる現象がある。これらは、数十万度といった高温となることが知られており、その場合、噴射圧はＦvdwに比べて非常に大きいと考えることができる。

【0206】

従って、レーザのエネルギーがアブレーションを誘起するだけのエネルギーを持てば、造形材料２０１に瞬間にかかる力は付着力を大きく上回る。

【0207】

ここで、レーザが物体に対してアブレーション閾値を超えるか否かはレーザーフルエンスＦｌｌが閾値を超えるかどうかで議論されるケースが普通である。

【0208】

フルエンスＦllとは、パルスエネルギーＪをレーザの面積で割ることで算出される（単位はＪ／ｃｍ２が一般的）。粉体材料の場合、そのフルエンス閾値Ｆlthは０．１－１．０Ｊ／ｃｍ２が一般的である。これは、当該材料のバルク材料にレーザを照射することで算定が可能である。

【0209】

これらより、吸着力Ｆvdwはファンデルワールス力、静電力、液架橋力から構成され、粒子（造形材料２０１）に作用する重力をＦgとするとき、Ｆvdw＞Ｆgとすることで、造形材料担持搬送体１１１に造形材料２０１を担持することができる。

【0210】

また、レーザ光の入力条件は、輻射圧により粒子（造形材料２０１）にかかる力をＦrとするとき、Ｆr＞Ｆvdwとすることで、粒子を飛翔させることができる。

【0211】

また、レーザ光の入力条件は、フルエンス閾値をFlth、レーザーフルエンスをFlとするとき、Fl＞Flthとすることで、粒子を飛翔させることができる。

【0212】

本実施形態に係る粒子を飛翔させる装置を使用することで、飛翔させる粒子（粉体）が限定されてない。つまり、前述したように、例えば、結晶性樹脂、非晶性樹脂、エンプラ、金属材料、セラミックなどの粒子（粉体）を飛翔させることができる。

【0213】

そして、粒子を担持体に吸着することができれば、立体造形物を造形することができる。

【0214】

ここで、造形材料担持搬送体１１１と、立体造形物が造形されるステージ１０１とは、対向部位で同じ方向に移動する構成とすることが好ましい。

【0215】

また、担持体の搬送速度は、ステージの移動速度よりも速いことが好ましい。通常、造形材料担持搬送体１１１は粉体材料が完全に充填することは難しい。そのため、造形材料担持搬送体１１１は造形物２００に十分な速度で粉体を供給するためにより速い速度で移動する必要がある。

【0216】

［第１０実施形態］
次に、第１０実施形態に係る立体造形装置１００ｊについて、図２０を参照して説明する。図２０は、立体造形装置１００ｊの構成の一例を説明する図である。図２０において、図１と同一の符号を付している手段については、図１と同一のため説明を適宜省略する。

【0217】

図２０に示すように、立体造形装置１００ｊは供給手段３００ｊを備える。また供給手段３００ｊは、ドクターローラ３１０と、スクレーパ３１１と、第１モータ３１２と、第２モータ３１３とを備える。

【0218】

ドクターローラ３１０は、担持ローラ３０１に担持された２０１の層厚を規制する規制部材の一例であり、また回転可能な規制回転部材の一例である。ドクターローラ３１０は、担持ローラ３０１とは反対方向（カウンタ方向）等に回転しながら担持ローラ３０１に周面にドクターローラ３１０自身の重量と圧付与部材３０５とによる当接圧Ｐ３０２にて当接させ、担持ローラ３０１に担持された造形材料２０１の層厚を規制する。

【0219】

スクレーパ３１１は、ドクターローラ３１０の表面を清掃する清掃部材の一例である。

【0220】

第１モータ３１２は、カップリング又はギア等を介して担持ローラ３０１及び供給ローラ３０３のそれぞれと機械的に接続され、担持ローラ３０１及び供給ローラ３０３を回転駆動させるモータである。第２モータ３１３は、カップリング又はギア等を介してドクターローラ３１０と機械的に接続され、ドクターローラ３１０を回転駆動させるモータである。

【0221】

担持ローラ３０１、供給ローラ３０３及びドクターローラ３１０は、それぞれ独立に駆動可能に構成されている。

【0222】

次に、図２１は、ドクターローラ３１０及びスクレーパ３１１へのバイアス電圧印加、並びにドクターローラ３１０の回転の一例を説明する図であり、（ａ）は第１の種類の造形材料２０１'の場合の図、（ｂ）は第２の種類の造形材料２０１"の場合の図である。

【0223】

図２１に示すように、供給手段３００ｊは、造形材料の種類に応じたバイアス電圧を、担持ローラ３０１、ドクターローラ３１０、供給ローラ３０３及びスクレーパ３１１のそれぞれに印加できる。

【0224】

また供給手段３００ｊは、造形材料付着量検知手段１７０により検知された情報に基づいて決定されたバイアス電圧を、担持ローラ３０１、ドクターローラ３１０、供給ローラ３０３及びスクレーパ３１１のそれぞれに印加できる。

【0225】

また供給手段３００ｊは、造形材料の種類に応じた回転数で、担持ローラ３０１、ドクターローラ３１０及び供給ローラ３０３を回転させることができる。

【0226】

また供給手段３００ｊは、造形材料付着量検知手段１７０により検知された情報に基づいて決定された回転数で、担持ローラ３０１、ドクターローラ３１０、供給ローラ３０３及びスクレーパ３１１のそれぞれを回転させることができる。

【0227】

また供給手段３００ｊは、造形材料の種類に応じて、担持ローラ３０１、ドクターローラ３１０及び供給ローラ３０３のそれぞれの回転数と、担持ローラ３０１、ドクターローラ３１０及び供給ローラ３０３のそれぞれに印加するバイアス電圧の少なくとも１つを記録する情報記録部３０４を有する。供給手段３００ｊは、造形材料の種類に応じて、情報記録部３０４を参照して、担持ローラ３０１、ドクターローラ３１０及び供給ローラ３０３を回転させ、担持ローラ３０１、ドクターローラ３１０及び供給ローラ３０３のそれぞれにバイアス電圧を印加できる。

【0228】

次に、図２２は、ドクターローラ３１０の担持ローラ３０１への当接の一例を説明する図であり、（ａ）は第１の種類の造形材料２０１'の場合の図、（ｂ）は第２の種類の造形材料２０１"の場合の図である。

【0229】

図２２に示すように、供給手段３００ｊは、造形材料の種類に応じて、ドクターローラ３１０が担持ローラ３０１に当接する位置を異ならせることができるように構成されている。

【0230】

次に、図２３は、ドクターローラ３１０の担持ローラ３０１への当接の他の例を説明する図であり、（ａ）は第１の種類の造形材料２０１'の場合の図、（ｂ）は第２の種類の造形材料２０１"の場合の図である。

【0231】

図２３に示すように、供給手段３００ｊは、造形材料の種類に応じて、ドクターローラ３１０が担持ローラ３０１に当接する当接圧Ｐ３０２をドクターローラ３１０自身の重量と担持ローラ３０１への当接角度、および圧付与部材３０５との組み合わせで異ならせることができるように構成されている。造形材料の種類に応じて、図２３（ａ）では、担持ローラ３０１に当接圧Ｐ３０２ａが付与され、図２３（ｂ）では、担持ローラ３０１に当接圧Ｐ３０２ｂが付与されている。

【0232】

＜供給手段３００ｊの作用効果＞
担持ローラと、規制部材３０２（図１参照）等のブレード状の規制部材では、両者が物理的に擦れ合うため、造形材料が摩擦熱と規制圧で溶融する場合がある。固定された規制部材側に溶融した造形材料が付着固化すると、担持ローラ上に均一な層厚の造形材料の薄膜を形成できなくなる。

【0233】

本実施形態では、回転可能なドクターローラ（規制回転部材）により規制部材を構成し、ドクターローラを担持ローラと反対方向（カウンタ方向）等に回転させながら、担持ローラに担持された造形材料の層厚を規制する。これにより、担持ローラとの当接部で摩擦熱と規制圧により造形材料がドクターローラに付着固化することを抑え、担持ローラ上に均一な層厚の造形材料の薄膜を形成できる。なお、ドクターローラの回転方向は担持ローラと反対方向に限定されるものではなく、回転駆動が可能であれば同じ方向であっても効果を発揮できる。

【0234】

また供給手段３００ｊは、スクレーパ（清掃部材）を備えることで、ドクターローラに造形材料が付着固化した場合にもドクターローラの表面を清掃できるため、担持ローラ上に均一な層厚の造形材料の薄膜をより好適に形成できる。

【0235】

また供給手段３００ｊは、造形材料の種類に応じて、担持ローラ、ドクターローラ、供給ローラ及びスクレーパのそれぞれにバイアス電圧を印加する。また供給手段３００ｊは、造形材料の種類に応じて、担持ローラ、ドクターローラ、供給ローラ及びスクレーパのそれぞれを回転させる。これにより、ドクターローラへの造形材料の付着固化を造形材料の種類に応じて適切に抑制し、より安定して薄膜を形成できる。

【0236】

また供給手段３００ｊは、造形材料付着量検知手段の検知結果に応じて、担持ローラ、ドクターローラ、供給ローラ及びスクレーパのそれぞれに対する印加バイアス電圧、又は回転数を決定する。これにより、ドクターローラへの造形材料の付着固化を造形材料の付着量に応じて適切に抑制し、より安定して薄膜を形成できる。

【0237】

また供給手段３００ｊは、造形材料の種類に応じて情報記録部を参照して、担持ローラ、ドクターローラ、及び供給ローラを回転させ、或いは担持ローラ、ドクターローラ、及び供給ローラのそれぞれにバイアス電圧を印加する。これにより、ドクターローラへの造形材料の付着固化を造形材料の種類に応じて適切に抑制し、より安定して薄膜を形成できる。

【0238】

さらに供給手段３００ｊは、造形材料の種類に応じて、ドクターローラが担持ローラに当接する位置を異ならせたり、担持ローラへの当接圧を異ならせたりできる。これにより、担持ローラとの当接部における摩擦熱と規制圧を造形材料の種類に応じて適切に調整でき、ドクターローラへの造形材料の付着固化を抑制して、より安定して薄膜を形成できる。

【0239】

本実施形態では、バイアス電圧に加え、ドクターローラの回転数（停止含む）も可変にすることで、担持ローラに安定して造形材料の薄層を供給できる。

【0240】

また、ドクターローラの回転駆動を、担持ローラや供給ローラとは別の駆動源により行うことで、回転比率を担持ローラとは独立して変化させることができる。これにより、より細やかな造形材料の層厚制御が可能となり、多種の造形材料を適正且つ安定的に供給できる。

【0241】

以上、実施形態を説明してきたが、本発明は、具体的に開示された上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

【0242】

また、実施形態は立体造形方法も含む。例えば、立体造形方法は、立体造形物を造形する立体造形装置による立体造形方法であって、第１の担持体に造形材料を供給する供給工程と、前記第１の担持体に担持されている前記造形材料を飛翔させる工程と、を行い、前記供給工程は、造形材料収容部に収容された該造形材料を第２の担持体により担持して搬送すると、前記第２の担持体に担持された前記造形材料の層厚を規制する工程と、を行う。このような立体造形方法により、上述した立体造形装置と同様の効果を得ることができる。

【符号の説明】

【0243】

１００ 立体造形装置
１０１ ステージ
１０２ ステージ加熱ヒータ
１０３ 断熱板
１０４ 造形物加熱ヒータ
１１１ 造形材料担持搬送体（第１の担持体の一例）
１１５ 飛翔用レーザ
１１５ａ パルスレーザ光
１１６ 溶融用レーザ（エネルギーを付与する手段）
１１６ａ 溶融用レーザ光（エネルギー）
１１７ クリーニングブレード
１１８ 回収ケース
１２１ メッシュローラ
１２２ ブレード
１２３ ローレットローラ
１２４ 当接ローラ
１３０ 液体
１３１ ヘッド
１３２ 吸引手段
１３３ タンク
１３４ 回収ローラ
１５０、１５１、１５２、１５６、１５７ ガイドローラ
１５３ 加熱ローラ
１５４ バックアップローラ
１５５ 造形ガイド
１５５ａ 造形ガイドスリット部
１６０ マルチエアーノズル
１６０ａ ノズル
１６２ 耐熱水溶性液体
１６３ 塗布装置
１７０ 造形材料付着量検知手段
２００ 造形物
２０１ 造形材料
３００ 供給手段
３０１ 担持ローラ（第２の担持体の一例）
３０２ 規制部材
３０３ 供給ローラ（供給部材の一例）
３０４ 情報記録部
３１０ ドクターローラ（規制部材の一例、規制回転部材の一例）
３１１ スクレーパ（清掃部材の一例）
３１２ 第１モータ
３１３ 第２モータ
Ｖ１１１ 造形材料担持搬送体の搬送速度
Ｖ３０１ 担持ローラの周速度
Ｐ３０２ 規制部材の当接圧

【先行技術文献】

【特許文献】

【0244】

【文献】再表２０１６－１３６７２２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】