JP2002264221A - 三次元造形装置、および三次元造形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度が向上した三次元造形物を生成できる三
次元造形技術を提供する。 【解決手段】 三次元造形装置１００Ａでは、粉末供給
部４０から熱溶融性樹脂である粉末材料を供給し、ブレ
ード５１を＋Ｘ方向に移動させて粉末材料を伸展し、造
形ステージ３２上に粉末層８２を形成する。そして、粉
末層８２における選択領域に対して、ノズルヘッド２２
から複数色のインク溶液を吐出する。この動作を順次に
形成する粉末層８２に対して繰り返した後、積層された
粉末材料に対して、電磁波照射用アンテナ６１から電磁
波を粉末層８２に照射することにより、粉末層８２に塗
布されたインク溶液中の水分が発熱する。この熱によっ
て粉末材料が溶融することにより、立体物８１が生成さ
れることとなる。その結果、粉末材料自体が溶融するこ
とで相互に結合するため、三次元造形物の強度が向上す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元造形技術に
関し、特に、粉末材料を結合させることによって三次元
造形物を生成する三次元造形技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の三次元造形装置においては、粉末
材料の層に対して、乾燥して硬化するバインダをインク
ジェットのヘッドなどから吐出し、粉末材料の結合体を
順次に形成し三次元造形物を造形するものがある。この
三次元造形装置では、例えば、次のような動作が行わ
れ、三次元造形物が生成される。

【０００３】まず、ブレードなどにより石膏や澱粉の粉
末材料を薄層に均一に拡げる。次に、この粉末材料の薄
層において造形すべき領域にインクジェットのヘッドを
走査し、乾燥で硬化するバインダを塗布する。このバイ
ンダが塗布された領域の粉末材料は下層、あるいは隣接
する硬化領域と結合する。造形が完了するまで、粉末材
料の薄層を順次に形成し、バインダを塗布する工程を繰
り返す。造形が完了すれば、バインダが塗布されない領
域の粉末材料は個々に独立した状態を保つため、バイン
ダで結合された三次元造形物を取り出せることとなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の三次
元造形装置では、乾燥によって硬化する性質のバインダ
を塗布し粉末材料を結合させるため、乾燥するのに時間
がかかるとともに、生成された三次元造形物が衝撃に弱
いなど強度が十分でない。このため、強化剤を含浸させ
る等の強度補強のための後処理工程が必要となってい
る。

【０００５】また、インクジェットのヘッドを用いて上
記バインダを塗布する場合には、ノズル部の穴径が非常
に細い（一般的には２０μｍ以下）ため、強い接着力を
持つバインダを使用すると、ノズル部で乾燥により硬化
して目詰りを起こし易い。このような不具合が発生すれ
ば目詰まりを起こしたノズルによってバインダを塗布す
べき領域の粉末材料が結合されず、三次元造形物の形状
精度や強度が低下してしまう要因となる。このため、イ
ンクジェットのヘッドを用いる場合は、弱い接着力のバ
インダしか用いることができず、完成した三次元造形物
の強度が低くなる。

【０００６】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、強度が向上した三次元造形物を生成できる三次
元造形技術を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１の発明は、粉末材料を結合させることによ
り、三次元造形物を生成する三次元造形装置であって、
(a)熱溶融性を有する粉末材料の層を順次に形成する層
形成手段と、(b)前記粉末材料の層における選択領域に
電磁波エネルギを吸収する液体を付与する付与手段と、
(c)前記粉末材料に付与された前記液体に対して、電磁
波を放射する放射手段とを備え、前記電磁波によって前
記液体が加熱され前記粉末材料が溶融することにより、
前記粉末材料の結合体が形成される。

【０００８】また、請求項２の発明は、請求項１の発明
に係る三次元造形装置において、前記放射手段は、順次
に形成される前記粉末材料の層ごとに前記電磁波を放射
する。

【０００９】また、請求項３の発明は、請求項１または
請求項２の発明に係る三次元造形装置において、前記液
体は、着色キャリアを含有する。

【００１０】また、請求項４の発明は、粉末材料を結合
させることにより、三次元造形物を生成する三次元造形
方法であって、(a)熱溶融性を有する粉末材料の層を順
次に形成する層形成工程と、(b)前記粉末材料の層にお
ける選択領域に、電磁波エネルギを吸収する液体を付与
する付与工程と、(c)前記粉末材料に付与された前記液
体に対して、電磁波を放射する放射工程とを備え、前記
電磁波によって前記液体が加熱され前記粉末材料が溶融
することにより、前記粉末材料の結合体が形成される。

【００１１】また、請求項５の発明は、請求項４の発明
に係る三次元造形方法において、前記放射工程において
は、順次に形成される前記粉末材料の層ごとに前記電磁
波を放射する。

【００１２】また、請求項６の発明は、請求項４または
請求項５の発明に係る三次元造形方法において、前記液
体は、着色キャリアを含有する。

【００１３】

【発明の実施の形態】＜第１実施形態＞ ＜三次元造形装置の要部構成＞図１は、本発明の第１実
施形態に係る三次元造形装置１００Ａを示す概略図であ
る。

【００１４】三次元造形装置１００Ａは、制御部１０Ａ
と、制御部１０Ａにそれぞれ電気的に接続するインク付
与部２０と造形部３０と粉末供給部４０と粉末拡散部５
０と電磁波照射部６０とを備えて構成される。

【００１５】制御部１０Ａは、コンピュータ１１と、コ
ンピュータ１１と電気的に接続する駆動制御部１２とを
備えている。

【００１６】コンピュータ１１は、内部にＣＰＵやメモ
リ等を備えて構成される一般的な卓上型コンピュータ等
である。このコンピュータ１１は、三次元形状の造形物
を形状データとしてデータ化し、それを平行な幾層もの
薄い断面体にスライスして得られる断面データを駆動制
御部１２に対して出力する。

【００１７】駆動制御部１２は、インク付与部２０と造
形部３０と粉末供給部４０と粉末拡散部５０と電磁波照
射部６０とをそれぞれに駆動する制御手段として機能す
る。また、駆動制御部１２は、コンピュータ１１から断
面データを取得すると、その断面データに基づいて上記
の各部に対して駆動指令を与えることにより造形部３０
において粉末材料の一層ごとの粉末の結合体を順次形成
する動作を統括制御する。

【００１８】インク付与部２０は、タンク部２１、タン
ク部２１内のインク溶液を吐出させるノズルヘッド２
２、ノズルヘッド２２を水平ＸＹ平面で移動させるＸＹ
方向移動部２３、およびＸＹ方向移動部２３を駆動する
駆動部２４を備えている。

【００１９】タンク部２１は、それぞれ異なる色のイン
ク溶液を収容する複数のタンク（この例では４つのタン
ク）２１ａ〜２１ｄを備えている。具体的には、それぞ
れのタンク２１ａ〜２１ｄには、着色キャリアであるＹ
（イエロー）、Ｍ（マジェンタ）、Ｃ（シアン）の３原
色およびＷ（ホワイト）の水溶性インクを水に溶解した
インク溶液（以下では、単に「インク」と呼ぶ）が収容
されている。

【００２０】ノズルヘッド２２は、ＸＹ方向移動部２３
の下部に固定されており、ＸＹ方向移動部２３とともに
一体となってＸＹ平面内で移動自在となっている。ま
た、ノズルヘッド２２はタンク部２１のタンク数と同数
の吐出ノズル２２ａ〜ｄを備え、各吐出ノズル２２ａ〜
ｄはタンク２１ａ〜ｄと４本のチューブ２５で連結して
いる。各吐出ノズル２２ａ〜ｄは、例えばインクジェッ
ト方式等で微小な液滴として各インクを吐出（噴出）す
るノズルである。各吐出ノズル２２ａ〜ｄによるインク
の吐出は、駆動制御部１２によって個別に制御されてお
り、各吐出ノズル２２ａ〜ｄから吐出されるインクはノ
ズルヘッド２２に対向する位置に設けられている造形部
３０の粉末層８２に付着する。

【００２１】ＸＹ方向移動部２３は、移動部本体２３ａ
およびガイドレール２３ｂを備えている。移動部本体２
３ａは、ガイドレール２３ｂに沿ってＸ方向への往復移
動が可能であるとともに、Ｙ方向への往復移動が可能と
なっている。よって、ノズルヘッド２２は、ＸＹ方向移
動部２３によりＸ軸およびＹ軸によって規定される平面
内で移動できることとなる。すなわち、駆動制御部１２
からの駆動指令に基づいてノズルヘッド２２を、その平
面における駆動範囲内で任意の位置に移動させることが
できる。

【００２２】造形部３０は、中央に凹状部を有する造形
部本体３１、造形部本体３１の凹状部の内部に設けられ
ている造形ステージ３２、造形ステージ３２をＺ方向に
移動させるＺ方向移動部３３と、Ｚ方向移動部３３を駆
動する駆動部３４を備えている。

【００２３】造形部本体３１は、三次元造形物を生成す
るための作業領域を提供する役目を果たしている。ま
た、造形部本体３１は、その上部に、粉末供給部４０か
ら供給される粉末を一時的に保持する粉末仮置部３１ｂ
を有している。

【００２４】造形ステージ３２は、ＸＹ断面において矩
形型の形状を有し、その側面が造形部本体３１における
凹状部の垂直内壁３１ａと接している。そして、この造
形ステージ３２と造形部本体３１の垂直内壁３１ａとで
形成される直方体状の三次元空間ＷＫが、三次元造形物
を生成するための基盤空間として機能する。

【００２５】Ｚ方向移動部３３は、造形ステージ３２と
連結する支持棒３３ａを有している。そして、支持棒３
３ａが、駆動部３４によって垂直方向に移動されること
により、支持棒３３ａと連結する造形ステージ３２のＺ
方向の移動が可能となる。

【００２６】粉末供給部４０は、タンク部４１とタンク
部４１の出口に設けられている締切板４２と、駆動制御
部１２の指令により締切板４２をスライドさせる駆動部
４３とを備えている。

【００２７】タンク部４１は、三次元造形物を生成する
ための材料として用いる熱溶融性樹脂の粉末材料が収容
されている。この粉末材料は、後述するように発熱した
水によって溶融させるため、水の沸点、すなわち１００
℃以下程度で熱溶融するものを使用するのが好ましい。

【００２８】締切板４２は、水平方向（Ｘ方向）にスラ
イドできるようになっており、造形部３０の粉末仮置部
３１ｂに対して、タンク部４１に収容される粉末の供給
および停止を行う。

【００２９】粉末拡散部５０は、ブレード５１と、ブレ
ード５１の動作を規制するガイドレール５２と、ブレー
ド５１を水平方向（Ｘ方向）に往復移動させる駆動部５
３とを備えている。

【００３０】ブレード５１は、Ｙ方向に長く、下部先端
が尖った刃状の形状を有している。ブレード５１のＹ方
向の長さは、三次元空間ＷＫにおけるＹ方向の幅をカバ
ーできる長さとなっている。なお、ブレード５１による
粉末の拡散が円滑に行えるように、ブレードに微小振動
を与えるバイブレーション機構を付加しても良い。

【００３１】駆動部５３は、ブレード５１を垂直方向
（Ｚ方向）に昇降移動させる垂直駆動部５３ａ、および
ブレード５１を水平方向（Ｘ方向）に往復移動させる水
平駆動部５３ｂを有している。そして、駆動制御部１２
からの指令に基づいて垂直駆動部５３ａおよび水平駆動
部５３ｂが駆動されることにより、ブレード５１のＸ方
向およびＺ方向の移動が可能となる。

【００３２】電磁波照射部６０は、電磁波照射用アンテ
ナ６１と、電磁波発生部６２とを有している。

【００３３】電磁波照射用アンテナ６１は、造形ステー
ジ３２上で積層される粉末材料に対して電磁波を放射す
るためのアンテナである。この電磁波照射用アンテナ６
１からは、水分を効率よく発熱させるのに適した特定波
長の電磁波(例えばマイクロ波帯の電磁波)を発生させる
のが好ましい。

【００３４】電磁波発生部６２は、電磁波照射用アンテ
ナ６１で電磁波を発生させるための回路を有している。

【００３５】＜三次元造形装置１００Ａの動作＞図２
は、三次元造形装置１００Ａの基本的な動作を示すフロ
ーチャートである。以下、同図を参照して、その基本動
作を説明する。

【００３６】ステップＳ１では、コンピュータ１１が、
表面にカラー模様等が施された三次元造形対象物を表現
したモデルデータが作成される。造形するための基にな
る形状データには、一般の三次元ＣＡＤモデリングソフ
トウェアで作成されるカラー三次元モデルデータを使用
することができる。また、三次元形状入力装置で計測さ
れた形状データおよびテクスチャを利用することも可能
である。

【００３７】モデルデータにおいては、色情報が三次元
モデルの表面にのみ付与されているもの、または色情報
がモデル内部まで付与されているものがある。後者の場
合でも造形に際してモデル表面の色情報のみを使用する
ことが可能であるし、モデル内部の色情報も使用するこ
とが可能である。例えば、人体モデル等の三次元造形物
を生成する際、各内臓ごとに異なる色で彩色を施したい
場合もあり、その場合にはモデル内部の色情報を使用す
る。

【００３８】ステップＳ２では、コンピュータ１１が上
記のモデルデータから造形対象物を水平方向にスライス
した各断面ごとの断面データを生成する。モデルデータ
から積層する粉末の一層分の厚みに相当するピッチ（層
厚ｔ）でスライスされた断面体を切り出し、形状データ
および彩色データを作成する。なお、スライスするピッ
チは、所定範囲内（粉末を結合可能な厚みの範囲）で変
更可能である。

【００３９】図３は、ステップＳ２で生成される断面デ
ータの一例を示す図である。図３に示すように、モデル
データから色情報を含めて断面体を切り出し、格子状に
細分化する。それを、２次元画像のビットマップと同様
に扱い、各色毎のビットマップ情報に変換する。このビ
ットマップ情報は階調などを考慮した情報となってい
る。

【００４０】ステップＳ３では、造形対象物を造形する
際における粉末の積層厚さ（断面データ作成の際のスラ
イスピッチ）及び積層数（断面データセットの数）に関
する情報が、コンピュータ１１から駆動制御部１２に入
力される。

【００４１】次のステップＳ４以降については、駆動制
御部１２が各部を制御することによって行われる動作で
ある。図４は、これらの動作を説明する概念図である。
以下では、同図を参照しながら説明する。

【００４２】ステップＳ４では、造形ステージ３２にお
いて粉末の第Ｎ層目（Ｎ＝１，２，…）の結合体を形成
するために、造形ステージ３２がＺ方向移動部３３によ
り、コンピュータ１１から入力された上記層厚ｔに基づ
き、その厚さに相当する距離だけ下降されて保持され
る。初期状態では、造形ステージ３２は造形部３０の上
端位置と同一の高さ位置に位置しており、そこから層厚
ｔに応じた距離だけ下降することとなる。そして、造形
ステージ３２は、粉末材料による１層分形成ごとに順次
層厚ｔに応じた距離だけ段階的に下降する。これによ
り、造形ステージ３２上に粉末材料が堆積された粉末層
の上方に、新たな粉末の層を１層分形成するためのスペ
ースを形成することができる。

【００４３】ステップＳ５では、粉末供給部４０から粉
末材料の供給を行うとともに、ブレード５１を＋Ｘ方向
に向かい移動させることにより、三次元造形物の造形に
おいて材料となる粉末材料の１層分の薄層形成を行う。

【００４４】このステップＳ５の動作においては、図４
(ａ)に示すように、まず粉末供給部４０から造形部本体
３１の粉末仮置部３１ｂに粉末材料を落下させる。そし
て、図４(ｂ)に示すように、ブレード５１の最下点が造
形部３０の上端部と同一高さ位置となるように下降し、
その状態で＋Ｘ方向への移動が行われる。これにより、
粉末供給部４０とブレード５１とによる粉末材料の均一
な薄層形成が正確に行われることとなる。

【００４５】粉末供給部４０から１層分形成時（＋Ｘ方
向に沿った１回の移動を行う間）に供給される粉末材料
の量は、１層分形成に必要な量よりも若干多めに設定さ
れ、造形空間内の任意の位置において粉末不足が生じる
ことを回避している。このため、１層分形成後は粉末材
料が余ることとなるが、余った粉末材料は回収して、再
度利用可能である。

【００４６】ステップＳ６では、図４(ｃ)に示すよう
に、ノズルヘッド２２が＋Ｘ方向に移動し、駆動制御部
１２からの制御信号に基づいて各吐出ノズル２２ａ〜ｄ
から伸展された粉末層に対して各色のインクを吐出す
る。このとき、駆動制御部１２は、断面データ(図３参
照)に基づいてノズルヘッド２２に対して制御信号を与
えることにより、造形すべき選択領域に対して各色のイ
ンクが塗布される。

【００４７】ここでは、ＹＣＭＷの彩色データ(図３参
照)に基づいて駆動制御部１２からノズルヘッド２２に
対して制御信号を与えることにより、三次元造形物の表
面付近の彩色領域に対してインクが塗布される。これに
より、三次元造形物に対して、所望の彩色が施せること
となる。

【００４８】一般に、彩色を行うためにはＹ、Ｍ、Ｃの
三原色を混色すればよいが、色の濃淡（階調）を表現す
るためには、三原色に加えて白色のインクを吐出し混色
することが有効となる。一般のプリンタ等では白色の紙
にインク、トナー等で字、画像をプリントしていくた
め、基材となる紙の白色を利用すれば白色インクは必要
でなく、Ｙ、Ｍ、Ｃの三色を使用するだけで原理的に各
色成分の濃淡を表現することができる。しかしながら、
三次元造形の材料となる粉末の色が白色でないような場
合には、白色のインクを使用することが特に有効とな
る。

【００４９】このように三次元造形物に彩色を施す際の
濃淡を表示する場合のインクの吐出形態の一例について
説明する。

【００５０】図５は、シアンについての階調表現の一例
を示す図である。駆動制御部１２において所定の階調変
換が行われると、断面データに含まれる多値の階調デー
タは基本ドット領域（図５の最小矩形）ごとの２値デー
タに変換される。この２値データはインクを吐出するノ
ズルヘッド２２ａ〜ｄをＯＮ／ＯＦＦ制御するための情
報となる。淡いシアンを表示する場合には、２×２のマ
トリクス配列のうち１つの基本ドット領域にシアンを吐
出し、他の基本ドット領域にはホワイトを吐出する。ま
た、濃いシアンを表示する場合には基本集合領域の全体
にシアンを吐出する。このように基本集合領域に対する
シアンのインクとホワイトのインクとの吐出割合を変化
させることにより、淡いシアンから濃いシアンへの階調
変化を適切に表現することが可能になる。

【００５１】次に、図６は淡いシアンから淡いイエロー
へ変化する表現の一例を示す図である。図６の左端は淡
いシアンを表現する際のＣとＷとの吐出パターンであ
り、右端は淡いイエローを表現する際のＹとＷとの吐出
パターンである。淡いシアンからシアンとイエローとの
混合色を経て淡いイエローへと変化させる際には図６に
示すように基本集合領域内へのＣとＹとＷとを吐出する
割合をしだいに変化させていくことによって、そのよう
な色の変化を表現することが可能になる。

【００５２】図７は、上記の彩色のための基本集合領域
が複数個集合したものを示している。図７(ａ)はＣとＷ
との吐出パターンを示しており、図７(ｂ)は、図７(ａ)
の吐出パターンによって表現される彩色形態を具体的に
示している。図７に示すように駆動制御部１２が吐出パ
ターンを制御することによって三次元造形物の造形過程
における彩色を行うことが可能になる。

【００５３】ステップＳ７では、粉末材料の積層が完了
したか、すなわちステップＳ３で入力した積層数に達し
たかを判定する。ここで、積層が完了していない場合に
は、第Ｎ層目の上側に第Ｎ＋１層目の新たな粉末層を形
成する動作が行われる。

【００５４】ステップＳ８では、図４(ｄ)に示すよう
に、インクが塗布され積層された粉末材料に対して電磁
波照射用アンテナ６１から電磁波を照射する。ここで
は、電磁波エネルギによって粉末材料に付着したインク
の水分子を振動させ、発熱させることによりインクの付
着した粉末材料が熱溶融し結合される。これにより、バ
インダという異質な物質を媒介として粉末材料を結合す
るのではなく、粉末材料自身が溶融し相互に結合するた
め、強度が向上することとなる。

【００５５】ステップＳ８の動作の後、電磁波が照射さ
れた粉末材料を自然冷却させる。この冷却後、インクが
塗布されていない未結合の粉末材料から立体物８１を分
離することで、立体部８１が取得できることとなる。な
お、未結合の粉末材料は回収して、再度粉末材料として
利用しても良い。

【００５６】このように、図４(ａ)〜(ｃ)に示す動作を
所定の積層数だけ繰り返すことにより、造形ステージ３
２上に各色インクでカラーリングされた粉末層が順次積
層されていき、最後に図４(ｄ)に示すように電磁波を照
射することにより、造形対象物の立体物８１が造形ステ
ージ３２上に造形されることとなる。

【００５７】以上のような三次元造形装置１００Ａの動
作により、インクが塗布された粉末材料が電磁波の照射
で溶融し結合するため、生成される立体物の強度が向上
することとなる。

【００５８】また、粉末材料を互いに溶融・結合させる
ため、バネなどの弾性を必要とする機能部品としての立
体物が生成でき、立体物造形に関する適用範囲が拡大す
る。

【００５９】また、電磁波を照射する時間は、バインダ
を乾燥させる時間より短くなるため、造形の高速化が図
れる。

【００６０】さらに、吐出ノズルから吐出する液体は、
それ自体が接着性のないインクなどの水溶液であるた
め、乾燥により吐出ノズルにおける目詰りが発生せず、
造形における信頼性が向上する。

【００６１】また、粉末材料として使用される熱溶融性
樹脂は、バインダで硬化させる対象として利用されてい
る澱粉や石膏などの粉末材料より湿気による凝集が少な
いため、保存などが容易となる。

【００６２】＜第２実施形態＞本発明の第２実施形態に
係る三次元造形装置１００Ｂは、第１実施形態の三次元
造形装置１００Ａと類似しているが、制御部１０Ｂが異
なっている。

【００６３】すなわち、制御部１０Ｂは、次で説明する
三次元造形物１００Ｂの動作を実行するためのプログラ
ムが格納されており、この点が第１実施形態と相違す
る。

【００６４】なお、タンク２１ａ〜ｃ内のＹＣＭの有色
インクは、タンク２１ｄ内の白色インクより水分量を小
さくするのが好ましい。これは、後述するように、白色
インクの水分は電磁波を吸収して発熱するために利用さ
れるが、他の有色インクは彩色のためのみに利用される
からである。

【００６５】＜三次元造形装置１００Ｂの動作＞図８
は、三次元造形装置１００Ｂの基本的な動作を示すフロ
ーチャートである。この動作では、第１実施形態と異な
り各粉末層ごとに電磁波を照射することとなるが、その
動作の詳細を以下で説明する。

【００６６】ステップＳ１１〜Ｓ１３までの動作につい
ては、図２のフローチャートに示すステップＳ１〜Ｓ３
と同様の動作を行う。

【００６７】ステップＳ１４以降については、駆動制御
部１２が各部を制御することによって行われる動作であ
る。図９は、これらの動作を説明する概念図である。以
下では、同図を参照しながら説明する。

【００６８】ステップＳ１４では、造形ステージ３２に
おいて粉末の第Ｎ層目（Ｎ＝１，２，…）の結合体を形
成するために、造形ステージ３２がＺ方向移動部３３に
より、コンピュータ１１から入力された層厚ｔに基づ
き、その厚さに相当する距離だけ下降されて保持され
る。

【００６９】ステップＳ１５では、第１実施形態と同様
に、粉末供給部４０から粉末材料の供給を行うととも
に、ブレード５１を＋Ｘ方向に向かい移動させることに
より、三次元造形物の造形において材料となる粉末材料
の１層分の薄層形成を行う(図９(ａ)、図９(ｂ)参照)。

【００７０】ステップＳ１６では、図９(ｃ)に示すよう
に、ノズルヘッド２２が＋Ｘ方向に移動し、駆動制御部
１２からの制御信号に基づいて各吐出ノズル２２ｄから
伸展された粉末層に対して白色のインクを吐出する。こ
のとき、駆動制御部１２が、断面データ(図３参照)に基
づいてノズルヘッド２２に対して制御信号を与えること
により、造形すべき選択領域に対して白色のインクが塗
布される。

【００７１】ここで、白色インクのみを吐出するのは、
次のステップＳ１７で立体物の形状を形成した後、ステ
ップＳ１８において他の色でカラーリングする際の下地
にするためである。

【００７２】ステップＳ１７では、図９(ｄ)に示すよう
に、ステップＳ１６で白色のインクが塗布された粉末材
料に対して電磁波照射用アンテナ６１から電磁波を照射
する。これにより、ステップＳ１５で形成された１層分
の薄層に対する粉末材料の結合体が生成できることとな
る。

【００７３】ステップＳ１８では、図９(ｅ)に示すよう
に、ノズルヘッド２２が−Ｘ方向に移動し、駆動制御部
１２からの制御信号に基づいて各吐出ノズル２２ａ〜ｃ
から伸展された粉末層に対して有色、すなわちＹＣＭ各
色のインクを吐出する。このとき、駆動制御部１２は、
断面データの彩色データ(図３参照)に基づいてノズルヘ
ッド２２に対して制御信号を与えることにより、粉末材
料の結合体に対して各有色のインクが塗布され、彩色が
施される。ここでは、結合された後の粉末材料に対して
インクが塗布されるため、彩色におけるにじみが抑制で
きることとなる。

【００７４】ステップＳ１９では、三次元造形物の造形
が完了したかを判定する。ここで、造形が完了していな
い場合には、第Ｎ層目の上側に第Ｎ＋１層目の新たな粉
末の結合体を形成する動作が行われる。そして、三次元
造形物の造形が完了すると、インクが付与されず融合し
ていない独立した個々の粉末材料を分離することによ
り、インクにより結合された粉末材料の結合体（三次元
造形物）を取り出すことができる。

【００７５】以上のような三次元造形装置１００Ｂの動
作により、第１実施形態の三次元造形装置１００Ａと同
様の効果を発揮する。さらに、三次元造形装置１００Ｂ
では、粉末材料の各層ごとに電磁波を照射するため、加
熱された水蒸気が上方に移動し上層の粉末材料を溶融さ
せることがなくなり、立体物の形状精度が向上すること
となる。

【００７６】なお、三次元造形装置１００Ｂでは、吐出
ノズルを追加してＹＭＣＷ各色のインクの他に無色透明
の水を吐出するようにしても良い。この場合には、無色
透明の水を、上記のステップＳ１６で吐出し、ステップ
Ｓ１８でＹＭＣＷ各色のインクによりカラーリングする
こととなる。これにより、装置構成が多少複雑になる
が、白色のインクの消費量を抑えることができる。

【００７７】＜変形例＞ ◎上記の粉末材料は、熱溶融性樹脂を使用するのは必須
でなく、例えば表面に熱溶融性樹脂がコーティングされ
ている材料を使用しても良い。この場合も、熱により材
料同士が融着することで、立体物の強度を向上できるこ
ととなる。

【００７８】また、粉末材料として、樹脂以外にも熱溶
融性のあるもの(例えばチョコレートパウダーなど)でも
良い。

【００７９】◎上記の各実施形態における彩色について
は、Ｙ、Ｍ、Ｃの３原色のインクを塗布するのは必須で
なく、Ｒ(レッド)、Ｇ(グリーン)、Ｂ(ブルー)の３原色
を塗布しても良い。

【００８０】また、インクにより彩色を行うのは必須で
はなく、トナーなどを含有させた溶液により彩色を行っ
ても良い。

【００８１】◎粉末材料に塗布する液体については、水
または水溶性インクを溶かした水溶液であるのは必須で
なく、油やアルコールなどの電磁波エネルギを吸収する
液体を利用しても良い。この場合には、使用する液体の
沸点以下で熱溶融する粉末材料を選定する。

【００８２】◎上記の第２実施形態については、各層ご
とに電磁波を照射するのは必須でなく、複数の粉末材料
層ごとに一回の割合で電磁波を照射するようにしても良
い。

【００８３】◎第１実施形態においては、各層ごとに
(または複数の粉末材料層ごとに)電子波を照射する形態
でも良い。この場合には、色のにじみが多少発生する
が、ノズルヘッドの走査回数が低減されるため、造形時
間が短縮できる。また、形状精度が良い三次元造形物が
得られることとなる。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし請
求項６の発明によれば、熱溶融性を有する粉末材料の層
における選択領域に電磁波エネルギを吸収する液体を付
与し、付与された液体に対して電磁波を放射する。その
結果、電磁波によって液体が加熱され粉末材料が熱溶融
することにより、強度が向上した三次元造形物を生成で
きる。

【００８５】特に、請求項２および請求項５の発明にお
いては、順次に形成される粉末材料の層ごとに電磁波を
放射するため、液体が蒸発し上方に向かう蒸気の影響を
抑制でき、三次元造形物の形状精度が向上する。

【００８６】また、請求項３および請求項６の発明にお
いては、液体が着色キャリアを含有するため、三次元造
形物に対して容易に彩色を施せる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る三次元造形装置１
００Ａの要部構成を示す図である。

【図２】三次元造形装置１００Ａの基本的な動作を示す
フローチャートである。

【図３】断面データの一例を示す図である。

【図４】三次元造形装置１００Ａの動作を説明するため
の図である。

【図５】シアンについての階調表現の一例を示す図であ
る。

【図６】淡いシアンから淡いイエローへ変化する表現の
一例を示す図である。

【図７】彩色のための基本集合領域が複数個集合したも
のを示す図である。

【図８】本発明の第２実施形態に係る三次元造形装置１
００Ｂの基本的な動作を示すフローチャートである。

【図９】三次元造形装置１００Ｂの動作を説明するため
の図である。

【符号の説明】

１０Ａ、１０Ｂ 制御部 ２０ インク付与部 ２２ ノズルヘッド ３０ 造形部 ４０ 粉末供給部 ５０ 粉末拡散部 ６０ 電磁波照射部 ６１ 電磁波照射用アンテナ ６２ 電磁波発生部 １００Ａ、１００Ｂ 三次元造形装置

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F213 AC04 AK03 WA25 WA53 WA86 WB01 WC06 WF06 WL03 WL15 WL26 WL29 WL42 WL95

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉末材料を結合させることにより、三次
   元造形物を生成する三次元造形装置であって、 (a)熱溶融性を有する粉末材料の層を順次に形成する層
   形成手段と、 (b)前記粉末材料の層における選択領域に電磁波エネル
   ギを吸収する液体を付与する付与手段と、 (c)前記粉末材料に付与された前記液体に対して、電磁
   波を放射する放射手段と、を備え、 前記電磁波によって前記液体が加熱され前記粉末材料が
   溶融することにより、前記粉末材料の結合体が形成され
   ることを特徴とする三次元造形装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の三次元造形装置におい
   て、 前記放射手段は、順次に形成される前記粉末材料の層ご
   とに前記電磁波を放射することを特徴とする三次元造形
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の三次元
   造形装置において、 前記液体は、着色キャリアを含有することを特徴とする
   三次元造形装置。
4. 【請求項４】 粉末材料を結合させることにより、三次
   元造形物を生成する三次元造形方法であって、 (a)熱溶融性を有する粉末材料の層を順次に形成する層
   形成工程と、 (b)前記粉末材料の層における選択領域に、電磁波エネ
   ルギを吸収する液体を付与する付与工程と、 (c)前記粉末材料に付与された前記液体に対して、電磁
   波を放射する放射工程と、を備え、 前記電磁波によって前記液体が加熱され前記粉末材料が
   溶融することにより、前記粉末材料の結合体が形成され
   ることを特徴とする三次元造形方法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の三次元造形方法におい
   て、 前記放射工程においては、順次に形成される前記粉末材
   料の層ごとに前記電磁波を放射することを特徴とする三
   次元造形方法。
6. 【請求項６】 請求項４または請求項５に記載の三次元
   造形方法において、 前記液体は、着色キャリアを含有することを特徴とする
   三次元造形方法。