特許 6397124 ３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】6397124

(24)【登録日】2018年9月7日

(45)【発行日】2018年9月26日

(54)【発明の名称】３次元造形装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/112 20170101AFI20180913BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20180913BHJP

   B29C 64/40 20170101ALI20180913BHJP

   B29C 64/214 20170101ALI20180913BHJP

   B29C 64/218 20170101ALI20180913BHJP

   B29C 64/232 20170101ALI20180913BHJP

【ＦＩ】

   B29C64/112

   B33Y30/00

   B29C64/40

   B29C64/214

   B29C64/218

   B29C64/232

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-513935(P2017-513935)

(86)(22)【出願日】2015年4月24日

(86)【国際出願番号】JP2015062552

(87)【国際公開番号】WO2016170682

(87)【国際公開日】20161027

【審査請求日】2017年7月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000237271

【氏名又は名称】株式会社ＦＵＪＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】特許業務法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】塚田 謙磁

(72)【発明者】

【氏名】藤田 政利

(72)【発明者】

【氏名】橋本 良崇

(72)【発明者】

【氏名】川尻 明宏

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 雅登

(72)【発明者】

【氏名】牧原 克明

【審査官】 ▲高▼村 憲司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−３３４５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０９６４３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０６８４３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２１６７７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０６７１１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０７４１６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ６４／００− ６４／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヘッド部から硬化前流動物をステージに向かって吐出して硬化前層状物を形成し、該硬化前層状物を平坦化部で平坦化したあと硬化するという一連の操作を繰り返すことにより、３次元物体を造形する３次元造形装置であって、
前記ヘッド部は、第１の硬化前流動物を吐出する第１の吐出ヘッド及び前記第１の硬化前流動物とは種類の異なる第２の硬化前流動物を吐出する第２の吐出ヘッドを有し、
前記平坦化部は、前記第１の硬化前流動物により形成された第１の硬化前層状物を平坦化する専用の第１の平坦化部材及び前記第２の硬化前流動物により形成された第２の硬化前層状物を平坦化する専用の第２の平坦化部材を有すると共に、第１及び第２の平坦化部材をそれぞれ独立して前記ステージに対して接近・離間させる駆動機構を有する、
３次元造形装置。

【請求項2】

ヘッド部から硬化前流動物をステージに向かって吐出して硬化前層状物を形成し、該硬化前層状物を平坦化部で平坦化したあと硬化するという一連の操作を繰り返すことにより、３次元物体を造形する３次元造形装置であって、
前記ヘッド部は、第１の硬化前流動物を吐出する第１の吐出ヘッド及び前記第１の硬化前流動物とは種類の異なる第２の硬化前流動物を吐出する第２の吐出ヘッドを有し、
前記平坦化部は、前記第１の硬化前流動物により形成された第１の硬化前層状物を平坦化する第１の平坦化部材及び前記第２の硬化前流動物により形成された第２の硬化前層状物を平坦化する第２の平坦化部材を有すると共に、第１及び第２の平坦化部材をそれぞれ独立して前記ステージに対して接近・離間させる駆動機構を有し、
更に、
前記第１の硬化前層状物が硬化した第１の樹脂と前記第２の硬化前層状物が硬化した第２の樹脂とが混在している層を形成するにあたり、前記第１の吐出ヘッドから前記第１の硬化前流動物を吐出して前記第１の硬化前層状物を形成させ、該第１の硬化前層状物から離間した位置に前記第２の平坦化部材を待避させた状態で前記第１の硬化前層状物を前記第１の平坦化部材で平坦化し、その後硬化させる第１の工程と、前記第２の吐出ヘッドから前記第２の硬化前流動物を吐出して前記第２の硬化前層状物を形成させ、該第２の硬化前層状物から離間した位置に前記第１の平坦化部材を待避させた状態で前記第２の硬化前層状物を前記第２の平坦化部材で平坦化し、その後硬化させる第２の工程とをこの順序で又は逆の順序で実行するよう前記ヘッド部及び前記平坦化部を制御する制御手段
を備えた３次元造形装置。

【請求項3】

前記第１の硬化前流動物は、前記３次元物体のうち最終的に必要な部位を構成するモデル材の元となる材料であり、
前記第２の硬化前流動物は、前記３次元物体のうち最終的に除去される部位を構成するサポート材の元となる材料である、
請求項１又は２に記載の３次元造形装置。

【請求項4】

前記第１及び第２の平坦化部材は、共にローラであるか、共にスキージであるか、一方がローラでもう一方がスキージである、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の３次元造形装置。

【請求項5】

前記ヘッド部、前記平坦化部及び前記平坦化後の硬化前層状物を硬化させる硬化実施部とが一つの筐体にまとめて搭載された、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の３次元造形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、３次元造形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、ヘッド部から硬化前流動物をステージに向かって吐出して硬化前層状物を形成し、該硬化前層状物を平坦化部で平坦化したあと硬化するという一連の操作を繰り返すことにより、３次元物体を造形する３次元造形装置が知られている。例えば、特許文献１では、ヘッド部から硬化前のモデル材又はサポート材をステージに向かって吐出し、ステージ上の流動可能なモデル材又はサポート材の余剰分をローラ部により回収して平坦化している。なお、モデル材とは、３次元物体のうち最終的に必要な部位を構成する材料のことをいい、サポート材とは、３次元物体のうちモデル材を支える基礎部分であって最終的に除去される部位を構成する材料のことをいう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−６７１２１号公報

【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、上述した特許文献１の３次元造形装置では、ローラ部を１つしか備えていないため、モデル材の余剰分を回収するときもサポート材の余剰分を回収するときも同じローラ部を使用する。そのため、ローラ部に付着したモデル材がステージ上のサポート材と混ざり合ったり、ローラ部に付着したサポート材がステージ上のモデル材と混ざり合ったりするという問題があった。

【0005】

本発明はこうした課題を解決するためになされたものであり、異なる種類の硬化前流動物が３次元物体の造形中に混ざり合わないようにすることを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の３次元造形装置は、
ヘッド部から硬化前流動物をステージに向かって吐出して硬化前層状物を形成し、該硬化前層状物を平坦化部で平坦化したあと硬化するという一連の操作を繰り返すことにより、３次元物体を造形する３次元造形装置であって、
前記ヘッド部は、第１の硬化前流動物を吐出する第１の吐出ヘッド及び前記第１の硬化前流動物とは種類の異なる第２の硬化前流動物を吐出する第２の吐出ヘッドを有し、
前記平坦化部は、前記第１の硬化前流動物により形成された第１の硬化前層状物を平坦化する第１の平坦化部材及び前記第２の硬化前流動物により形成された第２の硬化前層状物を平坦化する第２の平坦化部材を有すると共に、第１及び第２の平坦化部材をそれぞれ独立して前記ステージに対して接近・離間させる駆動機構を有する、
ものである。

【0007】

この３次元造形装置では、第１の硬化前流動物が硬化した第１の樹脂と前記第２の硬化前流動物が硬化した第２の樹脂とが混在している層を、以下の第１の工程と第２の工程を行うことにより形成することができる。すなわち、第１の工程では、第１の吐出ヘッドから第１の硬化前流動物を吐出して第１の硬化前層状物を形成させ、第１の硬化前層状物から離間した位置に第２の平坦化部材を待避させた状態で第１の硬化前層状物を前記第１の平坦化部材で平坦化したあと硬化させる。第２の工程では、第２の吐出ヘッドから第２の硬化前流動物を吐出して第２の硬化前層状物を形成させ、第２の硬化前層状物から離間した位置に第１の平坦化部材を待避させた状態で第２の硬化前層状物を第２の平坦化部材で平坦化したあと硬化させる。なお、第１の工程と第２の工程を実施する順序は、この順に行ってもよいし、逆の順序で行ってもよい。こうすれば、第１の硬化前層状物の平坦化には第１の平坦化部材を用い、第２の硬化前層状物の平坦化には第２の平坦化部材を用いるため、異なる種類の硬化前流動物が３次元物体の造形中に混ざり合うのを回避することができる。

【0008】

本発明の３次元造形装置において、前記第１の硬化前流動物は、前記３次元物体のうち最終的に必要な部位を構成するモデル材の元となる材料であり、前記第２の硬化前流動物は、前記３次元物体のうち最終的に除去される部位を構成するサポート材の元となる材料であってもよい。こうすれば、モデル材とサポート材とを用いて３次元物体を作製する場合に、モデル材とサポート材とが混ざり合うのを回避することができる。

【0009】

本発明の３次元造形装置において、前記第１及び第２の平坦化部材は、共にローラとしてもよいし、共にスキージとしてもよいし、一方がローラでもう一方がスキージとしてもよい。なお、ローラを使うにしてもスキージを使うにしても、掻き取った流動物を回収するのが好ましい。

【0010】

本発明の３次元造形装置において、前記ヘッド部、前記平坦化部及び前記平坦化後の硬化前層状物を硬化させる硬化実施部とが一つの筐体にまとめて搭載されていてもよい。こうすれば、ヘッド部、平坦化部及び硬化実施部がそれぞれ別々に搭載されている場合に比べて、装置構成がコンパクトになる。

【0011】

本発明の３次元造形装置は、前記第１の硬化前層状物が硬化した第１の樹脂と前記第２の硬化前層状物が硬化した第２の樹脂とが混在している層を形成するにあたり、前記第１の吐出ヘッドから前記第１の硬化前流動物を吐出して前記第１の硬化前層状物を形成させ、該第１の硬化前層状物から離間した位置に前記第２の平坦化部材を待避させた状態で前記第１の硬化前層状物を前記第１の平坦化部材で平坦化し、その後硬化させる第１の工程と、前記第２の吐出ヘッドから前記第２の硬化前流動物を吐出して前記第２の硬化前層状物を形成させ、該第２の硬化前層状物から離間した位置に前記第１の平坦化部材を待避させた状態で前記第２の硬化前層状物を前記第２の平坦化部材で平坦化し、その後硬化させる第２の工程とをこの順序で又は逆の順序で実行するよう前記ヘッド部及び前記平坦化部を制御する制御手段を備えていてもよい。こうすれば、第１の樹脂と第２の樹脂とが混在している層を形成するにあたり、第１の硬化前層状物の平坦化には第１の平坦化部材を用い、第２の硬化前層状物の平坦化には第２の平坦化部材を用いるため、異なる種類の硬化前流動物が混ざり合うのを回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】３次元造形装置１０の概略構成図。

【図2】第１のローラ３５（又は第２のローラ３６）とその周辺部材の断面図。

【図3】３次元造形ルーチンのフローチャート。

【図4】スライスデータの一例を模式的に表した説明図。

【図5】別の実施形態の概略構成図。

【図6】別の実施形態の概略構成図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。図１は３次元造形装置１０の概略構成図、図２は第１のローラ３５（又は第２のローラ３６）とその周辺部材の断面図である。なお、以下の説明において、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向を用いるが、それぞれの方向は図１に示した通りである。

【0014】

本実施形態の３次元造形装置１０は、ステージ１２と、ヘッド部２０と、平坦化部３０と、硬化実施部５０と、コントローラ（制御手段）６０とを備えている。この３次元造形装置１０は、インクジェット方式のヘッド部２０から硬化前流動物をステージ１２に向かって吐出して硬化前層状物を形成し、その硬化前層状物を平坦化部３０で平坦化したあと硬化実施部５０で硬化するという一連の操作を繰り返す。

【0015】

ステージ１２は、造形中の３次元物体を支持するための長方形状の台である。このステージ１２は、３次元物体を造形するための造形エリア１２ａを有している。ステージ１２は、Ｙ方向のボールネジ１４の移動体に取り付けられ、ボールネジ１４をモータ１５で駆動することによりＹ方向（左右方向）へ移動可能である。ステージ１２は、Ｚ方向のボールネジ１６の移動体に取り付けられ、ボールネジ１６をモータ１７で駆動することによりＺ方向（上下方向）へ移動可能である。

【0016】

ヘッド部２０は、ステージ１２をＸ方向に沿って跨（また）ぐように配置されたフレーム２５に取り付けられている。このヘッド部２０は、ステージ１２の造形エリア１２ａのＸ方向の幅と略同じ長さの第１のラインヘッド２１と第２のラインヘッド２２とを備えている。第１のラインヘッド２１は、小型の第１の吐出ヘッド２３を図１のＸ方向にジグザグに並べたものである。第１の吐出ヘッド２３は、ステージ１２に対向する面にノズル列を有している。ノズル列は、多数のノズルがＸ方向と平行になるように設けられている。第１の吐出ヘッド２３をＸ方向にジグザグではなく直線的に並べたとすると、隣り合う第１の吐出ヘッド２３同士の間にはノズルの存在しない領域が生じてしまう。そのため、ノズルの存在しない領域が生じないように、第１の吐出ヘッド２３をＸ方向にジグザグで且つ一部がオーバーラップするように並べている。第１の吐出ヘッド２３は、第１の硬化前流動物の液滴をインクジェット方式によりノズルからステージ１２に向かって吐出可能となっている。第１の硬化前流動物は、本実施形態では、所定の波長の紫外線が照射されると重合反応を起こしてモデル材となる材料、つまり、モデル材の元となる光硬化性樹脂である。第１の吐出ヘッド２３の各々には、図示しない供給ラインを介して第１の硬化前流動物が供給される。第２のラインヘッド２２は、小型の第２の吐出ヘッド２４を図１のＸ方向にジグザグに並べたものである。ジグザグに並べる理由は既に述べたとおりである。第２の吐出ヘッド２４は、第２の硬化前流動物の液滴をインクジェット方式によりノズルからステージに向かって吐出可能となっている。第２の硬化前流動物は、紫外線が照射されると重合反応を起こしてサポート材となる材料、つまり、サポート材の元となる光硬化性樹脂である。第２の吐出ヘッド２４の各々には、図示しない供給ラインを介して第２の硬化前流動物が供給される。

【0017】

ここで、モデル材とは、３次元物体のうち最終的に必要な部位（３次元目的物）を構成する材料であり、サポート材とは、３次元物体のうち最終的に除去される部位を構成する材料である。３次元目的物がピラミッド状であれば、サポート材を用いることなくモデル材をピラミッド状に積み上げていくことができる。しかし、３次元目的物が逆ピラミッド状であれば、モデル材だけを積層して造形することはできず、足場となる部分をサポート材で形成しながらモデル材を積み上げていき、最後にサポート材を除去する必要がある。サポート材を除去するには、サポート材を手ではぎ取ったり溶媒（例えば水）に溶かしたりする方法が知られている。なお、モデル材やサポート材の具体的な材料は周知である（例えば特開２０１２−１１１２２６号公報参照）。

【0018】

平坦化部３０は、ステージ１２をＸ方向に沿って跨（また）ぐように配置された第１及び第２のフレーム３１，３２を備えている。

【0019】

第１のフレーム３１には、モータ３５ａによって回転駆動される第１のローラ（第１の平坦化部材）３５が取り付けられているほか、図２に示す第１のブレード３７や第１の回収タンク３９が取り付けられている。第１のフレーム３１は、第１のエアシリンダ（駆動機構）３３によって上下動可能となっている。第１のローラ３５は、図２に示すように、第１の硬化前層状物４１の凹凸表面を平坦化するものである。第１の硬化前層状物４１は、第１のラインヘッド２１から吐出された第１の硬化前流動物によって造形エリア１２ａに形成された層状物である。第１のフレーム３１が下方位置にあるとき（図１の実線参照）、第１のローラ３５はステージ１２に接近した位置である定位置に配置されて硬化前層状物を平坦化可能な状態となる。一方、第１のフレーム３１が上方位置にあるとき（図１の１点鎖線参照）、第１のローラ３５はステージ１２から上方に離間した位置である退避位置に配置されて硬化前層状物と接触しない状態となる。第１のブレード３７は、第１のローラ３５に付着した第１の硬化前流動物を削ぎ落とすものである。第１の回収タンク３９は、第１のブレード３７によって削ぎ落とされた第１の硬化前流動物を回収するものである。

【0020】

第２のフレーム３２には、モータ３６ａによって回転駆動される第２のローラ（第２の平坦化部材）３６が取り付けられているほか、第１のローラ３５と同様、第２のブレード３８や第２の回収タンク４０が取り付けられている。なお、第２のローラ３６や第２のブレード３８、第２の回収タンク４０は、第１のローラ３５や第１のブレード３７、第１の回収タンク３９と同じであるため、図２では括弧内にこれらの符号を示した。第２のフレーム３２は、第２のエアシリンダ（駆動機構）３４によって上下動可能となっている。第２のローラ３６は、第２の硬化前層状物４２の凹凸表面を平坦化するものである。第２の硬化前層状物４２は、第２のラインヘッド２１から吐出された第２の硬化前流動物によって造形エリア１２ａに形成された層状物である。第２のフレーム３２が下方位置にあるとき（図１の実線参照）、第２のローラ３６はステージ１２に接近した位置である定位置に配置されて硬化前層状物を平坦化可能な状態となる。一方、第２のフレーム３２が上方位置にあるとき（図１の１点鎖線参照）、第２のローラ３６はステージ１２から離間した位置である退避位置に配置されて硬化前層状物と接触しない状態となる。第２のブレード３８は、第２のローラ３６に付着した第２の硬化前流動物を削ぎ落とすものである。第２の回収タンク４０は、第２のブレード３８によって削ぎ落とされた第２の硬化前流動物を回収するものである。

【0021】

硬化実施部５０は、ステージ１２をＸ方向に沿って跨（また）ぐように配置されたフレーム５５に取り付けられている。この硬化実施部５０は、第１及び第２の硬化前流動物に光重合反応を起こさせる波長の紫外線をステージ１２に向かって照射可能なＵＶランプ５２を備えている。

【0022】

コントローラ６０は、ＣＰＵ６２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶するＲＯＭ６４、各種データを記憶するＨＤＤ６６、作業領域として用いられるＲＡＭ６８などを備えている。これらは、図示しないバスを介して電気的に接続されている。コントローラ６０は、入力デバイス７０からの指令信号やヘッド部２０の各種センサからの検出信号、モータ１５，１７からの検出信号などを入力可能である。また、コントローラ６０は、ステージ１２を移動させるモータ１５，１７やヘッド部２０の各種アクチュエータ、第１及び第２のローラ３５，３６を回転させるモータ３５ａ，３６ａ、第１及び第２のフレーム３１，３２を昇降させる第１及び第２のエアシリンダ３３，３４、ＵＶランプ５２のスイッチなどへ制御信号を出力可能である。

【0023】

次に、こうした３次元造形装置１０の動作について説明する。オペレータが入力デバイス７０から３次元造形スタートの指示を入力すると、コントローラ６０のＣＰＵ６２は、ＲＯＭ６４から３次元造形ルーチンのプログラムを読み出し、これを実行する。図３は、３次元造形ルーチンのフローチャートである。なお、ＨＤＤ６６には、造形しようとする３次元物体の下から上へ所定間隔ごとに水平方向に層状にスライスしたスライスデータが保存されているものとする。スライスデータは、ＣＡＤデータを加工することにより作成される。これらのスライスデータの中には、モデル材とサポート材とが混在した層のスライスデータもあれば、モデル材のみの層のスライスデータもある。例えば、３次元目的物が略正八面体を縦置きにした形状の場合、スライスデータは図４に示すようになる。各スライスデータにおいて、白色部分はサポート材Ｓ、網かけ部分はモデル材Ｍを表す。この場合、三次元物体の下から中央までのスライスデータはモデル材Ｍとサポート材Ｓとの混合層であり、中央へ行くにしたがって、スライスデータに占めるサポート材Ｓの割合が小さく且つモデル材Ｍの割合が高くなる。また、三次元物体の中央から上までのスライスデータはモデル材Ｍのみの層である。

【0024】

ＣＰＵ６２は、３次元ルーチンのプログラムを開始すると、まず、第１及び第２のローラ３５，３６を退避位置へ移動させる（ステップＳ１０２）。具体的には、ＣＰＵ６２は、第１及び第２のエアシリンダ３３，３４のスイッチをオフにすることにより、第１及び第２のフレーム３１，３２を上方位置に配置する。これにより、第１及び第２のローラ３５，３６は、図１の１点鎖線で示す退避位置に位置決めされる。

【0025】

次に、ＣＰＵ６２は、造形エリア１２ａを初期位置へ配置する（ステップＳ１０４）。具体的には、ＣＰＵ６２は、造形エリア１２ａがヘッド部２０の下方に位置するようにモータ１５を制御してステージ１２をＹ方向へ移動させると共に、ヘッド部２０のノズル位置と造形エリア１２ａの表面との間隔が印刷に適した所定の間隔となるようにモータ１７を制御してステージ１２をＺ方向に移動させる。

【0026】

次に、ＣＰＵ６２は、第１の硬化前層状物を印刷する（ステップＳ１０６）。具体的には、ＣＰＵ６２は、今回の印刷に用いるスライスデータのうちモデル材のデータに基づいて、第１のラインヘッド２１を構成する第１の吐出ヘッド２３から第１の硬化前流動物を吐出させることにより、第１の硬化前層状物を印刷する。

【0027】

次に、ＣＰＵ６２は、第１のローラ３５を定位置へ移動させる（ステップＳ１０８）。具体的には、ＣＰＵ６２は、第１のエアシリンダ３３のスイッチをオンにすることにより、第１のフレーム３１を図１の実線で示す下方位置へ移動させる。これに伴って、第１のローラ３５は定位置へ移動する。なお、第２のローラ３６は退避位置のまま維持する。

【0028】

次に、ＣＰＵ６２は、印刷した第１の硬化前層状物の平坦化を行う（ステップＳ１１０）。具体的には、ＣＰＵ６２は、造形エリア１２ａが平坦化部３０の下方を通過するようにモータ１５を制御してステージ１２をＹ方向へ移動させると共に、第１のローラ３５の周速がステージ１２の移動速度と一致するようにモータ３５ａを制御する。第１のローラ３５は、定位置に配置された状態では、印刷された第１の硬化前層状物の表面とわずかに接触するように設計されている。そのため、第１の硬化前層状物の凹凸表面は第１のローラ３５によって平坦化される。このとき、第２のローラ３６は退避位置にあるため、第１の硬化前層状物と接触することはない。

【0029】

第１の硬化前層状物の平坦化が終了した後、ＣＰＵ６２は、第１のローラ３５を退避位置へ退避させる（ステップＳ１１２）。具体的には、ＣＰＵ６２は、第１のエアシリンダ３３のスイッチをオフにすることにより、第１のフレーム３１を図１の１点鎖線で示す上方位置へ移動させる。これに伴って、第１のローラ３５は退避位置へ移動する。その結果、第１及び第２のローラ３５，３６は共に退避位置に配置された状態となる。

【0030】

次に、ＣＰＵ６２は、第１の硬化前層状物の硬化を実施する（ステップＳ１１４）。具体的には、ＣＰＵ６２は、ＵＶランプ５２のスイッチをオンにすると共に、造形エリア１２ａが硬化実施部５０の下方を所定の速度で通過するようにモータ１５を制御してステージ１２をＹ方向へ移動させる。これにより、第１の硬化前層状物はＵＶランプ５２によって重合して硬化する。その結果、モデル材の層が形成される。

【0031】

次に、ＣＰＵ６２は、今回、第２の硬化前層状物の印刷が必要か否かを判定する（ステップＳ１１６）。図４のスライスデータを例に挙げれば、ＣＰＵ６２は、３次元物体の下から中央まではサポート材Ｓが存在するため第２の硬化前層状物の印刷が必要と判定し、中央から上まではモデル材Ｍのみのため第２の硬化前層状物の印刷は不要と判定する。

【0032】

ステップＳ１１６で第２の硬化前層状物の印刷が必要だったならば、ＣＰＵ６２は、造形エリア１２ａを初期位置へ戻す（ステップＳ１１８）。具体的には、ＣＰＵ６２は、造形エリア１２ａがヘッド部２０の下方に位置するようにモータ１５を制御してステージ１２をＹ方向へ移動させる。このとき、ヘッド部２０のノズル位置と造形エリア１２ａの表面との間隔は変更しない。

【0033】

次に、ＣＰＵ６２は、第２の硬化前層状物を印刷する（ステップＳ１２０）。具体的には、ＣＰＵ６２は、今回の印刷に用いるスライスデータのうちサポート材のデータに基づいて、第２のラインヘッド２２を構成する第２の吐出ヘッド２４から第２の硬化前流動物を吐出させることにより、第２の硬化前層状物を印刷する。第２の硬化前層状物は直前に形成したモデル材と同じ層に印刷される。

【0034】

次に、ＣＰＵ６２は、第２のローラ３６を定位置へ移動させる（ステップＳ１２２）。具体的には、ＣＰＵ６２は、第２のエアシリンダ３４のスイッチをオンにすることにより、第２のフレーム３２を図１の実線で示す下方位置へ移動させる。これに伴って、第２のローラ３６は定位置へ移動する。なお、第１のローラ３５は退避位置のまま維持する。

【0035】

次に、ＣＰＵ６２は、印刷した第２の硬化前層状物の平坦化を行う（ステップＳ１２４）。具体的には、ＣＰＵ６２は、造形エリア１２ａが平坦化部３０の下方を通過するようにモータ１５を制御してステージ１２をＹ方向へ移動させると共に、第２のローラ３６の周速がステージ１２の移動速度と一致するようにモータ３６ａを制御する。第２のローラ３６は、定位置に配置された状態では、印刷された第２の硬化前層状物の表面とわずかに接触するように設計されている。そのため、第２の硬化前層状物の凹凸表面は第２のローラ３６によって平坦化される。このとき、第１のローラ３５は退避位置にあるため、第２の硬化前層状物と接触することはない。

【0036】

第２の硬化前層状物の平坦化が終了した後、ＣＰＵ６２は、第２のローラ３６を退避位置へ退避させる（ステップＳ１２６）。具体的には、ＣＰＵ６２は、第２のエアシリンダ３４のスイッチをオフにすることにより、第２のフレーム３２を図１の１点鎖線で示す上方位置へ移動させる。これに伴って、第２のローラ３６は退避位置へ移動する。その結果、第１及び第２のローラ３５，３６は共に退避位置に配置された状態となる。

【0037】

次に、ＣＰＵ６２は、第２の硬化前層状物の硬化を実施する（ステップＳ１２８）。具体的には、ＣＰＵ６２は、ＵＶランプ５２のスイッチをオンにすると共に、造形エリア１２ａが硬化実施部５０の下方を所定の速度で通過するようにモータ１５を制御してステージ１２をＹ方向へ移動させる。これにより、第２の硬化前層状物はＵＶランプ５２によって重合して硬化する。その結果、モデル材とサポート材とが混在した層が形成される。

【0038】

次に、ＣＰＵ６２は、３次元物体が完成したか否かを判定する（ステップＳ１３０）。具体的には、今回の３次元物体を造形するためのすべてのスライスデータについて処理を実行したか否かを判定する。３次元物体が完成していなければ、つまりまだ未処理のスライスデータが残っていれば、ＣＰＵ６２は、ステージ１２を一段下げ（ステップＳ１３２）、再びステップＳ１０４以降の処理を実行する。その際、スライスデータは、前回のスライスデータよりも３次元物体の一つ上の層のものを使用する。なお、ステージ１２を一段下げることにより、ヘッド部２０のノズル位置と造形途中の３次元物体の表面との間隔が印刷に適した所定の間隔となる。一方、ステップＳ１３０で３次元物体が完成したならば、つまり未処理のスライスデータが残っていなければ、ＣＰＵ６２は、このルーチンを終了する。

【0039】

このようにして得られた３次元物体は、不要なサポート材を包含しているため、サポート材を手で剥がすか所定の溶媒で溶解させて除去することにより、モデル材のみからなる３次元目的物を得る。

【0040】

なお、上述した３次元造形ルーチンのステップＳ１０４〜Ｓ１１４が本発明の制御手段が実行する第１の工程に相当し、ステップＳ１１８〜Ｓ１２８が第２の工程に相当する。

【0041】

以上詳述した本実施形態の３次元造形装置１０によれば、モデル材とサポート材とが混在している層を形成するにあたり、第１の硬化前層状物の平坦化には第１のローラ３５を用い、第２の硬化前層状物の平坦化には第２のローラ３６を用いるため、異なる種類の硬化前流動物、つまりモデル材の元となる第１の硬化前流動物とサポート材の元となる第２の硬化前流動物、がローラ上で混ざり合うのを回避することができる。

【0042】

また、第１及び第２の硬化前層状物を平坦化するのに第１及び第２のローラ３５，３６を使用したため、第１の硬化前層状物や第２の硬化前層状物の移動方向と同方向にローラを回転させることにより、これらの表面をスムーズに平坦化することができる。

【0043】

更に、各硬化前層状物の平坦化を行うため、３次元物体の縦方向の精度が高くなり、ひいては３次元目的物の縦方向の精度が高くなる。

【0044】

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

【0045】

例えば、上述した実施形態では、第１及び第２の平坦化部材として第１及び第２のローラ３５，３６を用いたが、これらの代わりに図５に示すように第１及び第２のスキージ１３５，１３６を用いてもよい。この場合も、各スキージ１３５，１３６を独立して退避位置と定位置のいずれかに位置決めすることができるため、モデル材の元となる第１の硬化前流動物とサポート材の元となる第２の硬化前流動物がスキージ上で混ざり合うのを回避することができる。なお、第１及び第２の平坦化部材の一方をローラ、他方をスキージとしてもよい。

【0046】

上述した実施形態では、第１の硬化前流動物としてモデル材の元となる材料、第２の硬化前流動物としてサポート材の元となる材料を例示したが、特にモデル材とサポート材の２つに限定されるものではなく、互いに種類の異なる材料であればよい。例えば、第１及び第２の硬化前流動物として、種類の異なるモデル材の元となる材料を用いてもよい。その場合、種類の異なるモデル材の元となる材料同士がローラ上で混ざり合うのを回避することができる。

【0047】

上述した実施形態では、第１及び第２の硬化前流動物を例示したが、３次元物体によっては第１〜第ｎ（ｎは３以上の整数）の硬化前流動物、つまりｎ種類の硬化前流動物を用いるようにしてもよい。その場合、硬化前流動物の種類ごとにローラを設け、各ローラを独立して定位置と退避位置に位置決めできるように構成する。こうすることにより、ｎ種類の硬化前流動物がローラ上で混ざり合うのを回避することができる。

【0048】

上述した実施形態では、第１及び第２の硬化前流動物として、同じ波長の光で硬化する光硬化性樹脂を例示したが、異なる波長の光で硬化する硬化性樹脂を用いてもよい。その場合、硬化実施部５０には、各波長に合ったＵＶランプを用意すればよい。また、光硬化性樹脂以外に、熱硬化性樹脂を用いてもよい。例えば、モデル材の元となる材料は光硬化性樹脂、サポート材の元となる材料は熱硬化性樹脂としてもよい。

【0049】

上述した実施形態では、モデル材とサポート材とが混在する層を形成するにあたり、まずモデル材の部分を形成し、次にサポート材の部分を形成したが、この順序を逆にしてもよい。

【0050】

上述した実施形態では、第１のエアシリンダ３３で第１のフレーム３１を上下することにより第１のローラ３５を定位置と退避位置との間で位置決めし、第２のエアシリンダ３４で第２のフレーム３２を上下することにより第２のローラ３６を定位置と退避位置との間で位置決めしたが、駆動機構はエアシリンダに限定されるものではなく、例えばモータやソレノイドなどを用いてもよい。また、第１のフレーム３１を固定したまま、第１のローラ３５をリニアモータやボールネジなどで第１のフレーム３１に対して上下動可能に取り付けてもよい。第２のローラ３６についても同様である。

【0051】

上述した実施形態では、ヘッド部２０は、複数の第１の吐出ヘッド２３を有する第１のラインヘッド２１と複数の第２の吐出ヘッド２４を有する２のラインヘッド２２とを備えるものとしたが、特にラインヘッドに限定されるものではない。例えば、第１の吐出ヘッド２３及び第２の吐出ヘッド２４をＸ方向に移動可能なキャリッジに搭載し、キャリッジの移動に伴って第１又は第２の吐出ヘッド２３，２４から硬化前流動物を吐出するようにしてもよい。

【0052】

上述した実施形態では、第１のローラ３５を第１のフレーム３１に、第２のローラ３６を第２のフレーム３２に搭載したが、両方のローラ３５，３６を１つのフレームに搭載してもよい。この場合、駆動機構としては、ローラ３５の昇降装置とローラ３６の昇降装置とをそれぞれ個別にフレームに取り付ければよい。

【0053】

上述した実施形態では、ヘッド部２０と、第１及び第２ローラ３５，３６を有する平坦化部３０と、硬化実施部５０とを、それぞれ異なるフレームに搭載したが、図６に示すように、これらを一つの筐体１８にまとめて搭載してもよい。この場合、第１及び第２ローラ３５，３６の駆動機構としては、ローラ３５を昇降可能な昇降装置とローラ３６を昇降可能な昇降装置とをそれぞれ個別に筐体１８に取り付ければよい。昇降装置としては、リニアモータやボールネジ機構などが挙げられる。このようにしても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。また、上述した実施形態に比べて装置構成がコンパクトになる。

【産業上の利用可能性】

【0054】

本発明は、ヘッド部から硬化前流動物をステージに向かって吐出して硬化前層状物を形成し、該硬化前層状物を平坦化部で平坦化したあと硬化するという一連の操作を繰り返すことにより、３次元物体を造形する３次元造形装置に利用可能である。

【符号の説明】

【0055】

１０ ３次元造形装置、１２ ステージ、１２ａ 造形エリア、１４ ボールネジ、１５ モータ、１６ ボールネジ、１７ モータ、１８ 筐体、２０ ヘッド部、２１ 第１のラインヘッド、２２ 第２のラインヘッド、２３ 第１の吐出ヘッド、２４ 第２の吐出ヘッド、２５ フレーム、３０ 平坦化部、３１ 第１のフレーム、３２ 第２のフレーム、３３ 第１のエアシリンダ、３４ 第２のエアシリンダ、３５ 第１のローラ、３５ａ モータ、３６ 第２のローラ、３６ａ モータ、３７ 第１のブレード、３８ 第２のブレード、３９ 第１の回収タンク、４０ 第２の回収タンク、４１ 第１の硬化前層状物、４２ 第２の硬化前層状物、５０ 硬化実施部、５２ ＵＶランプ、５５ フレーム、６０ コントローラ、６２ ＣＰＵ、６４ ＲＯＭ、６６ ＨＤＤ、６８ ＲＡＭ、７０ 入力デバイス、１３５ 第１のスキージ、１３６ 第２のスキージ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】