特許 6781623 ３Ｄ印刷装置およびその３Ｄ印刷方法

(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】6781623

(24)【登録日】2020年10月20日

(45)【発行日】2020年11月4日

(54)【発明の名称】３Ｄ印刷装置およびその３Ｄ印刷方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/393 20170101AFI20201026BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20201026BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20201026BHJP

【ＦＩ】

   B29C64/393

   B33Y30/00

   B33Y10/00

【請求項の数】16

【外国語出願】

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-246347(P2016-246347)

(22)【出願日】2016年12月20日

(65)【公開番号】特開2018-58328(P2018-58328A)

(43)【公開日】2018年4月12日

【審査請求日】2018年12月5日

(31)【優先権主張番号】15/281,076

(32)【優先日】2016年9月30日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】514008930

【氏名又は名称】三緯國際立體列印科技股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＸＹＺｐｒｉｎｔｉｎｇ， Ｉｎｃ．

(73)【特許権者】

【識別番号】511067204

【氏名又は名称】金▲宝▼電子工業股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100081961

【弁理士】

【氏名又は名称】木内 光春

(72)【発明者】

【氏名】▲ぱん▼博

【審査官】 田代 吉成

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０３３９７４１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１６−５１５０５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ６４／３９３

Ｂ３３Ｙ １０／００

Ｂ３３Ｙ ３０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体成形材料を含有し、内底部が階段状の第１部分と第２部分を有し、前記第１部分が前記第２部分よりも高いタンクと、
前記タンク内に移動可能に配置され、前記液体成形材料に浸漬する、または前記液体成形材料の外に移動する作業台と、そのうち、前記タンクおよび前記作業台が、互いに相対して回転され、前記作業台の領域全体が、前記第１部分および前記第２部分に対応し、前記領域全体の特定部分は、前記第１部分または前記第２部分に切り替え可能に対応し、
前記タンクまたは前記作業台の隣に配置され、前記作業台と前記第１部分の間の前記液体成形材料を硬化して固化層を形成し、前記タンクと前記作業台の相対回転により前記固化層を前記第１部分から剥離する硬化装置と、
前記タンクと前記作業台のうちの少なくとも１つおよび前記硬化装置に電気接続され、前記領域全体の前記特定領域が前記第１部分に対応している時、前記硬化装置が前記作業台と前記第１部分の間の前記液体成形材料を硬化して固化層を形成した後、前記タンクと前記作業台を相対的に回転するよう駆動し、前記固化層を前記第１部分から剥離して、前記固化層を前記第２部分に対応する位置に移動させる制御装置と、
を含む３Ｄ印刷装置。

【請求項2】

前記第１部分の面積が、前記第２部分の面積よりも大きい請求項１に記載の３Ｄ印刷装置。

【請求項3】

前記タンクの前記内底部が、円形状の輪郭を有するとともに、中心軸の周りを回転するよう制御され、前記タンクの前記内底部を占有する前記第１部分および前記第２部分の各回転角度が、１８０度である請求項１に記載の３Ｄ印刷装置。

【請求項4】

前記タンクが、平面上で回転するよう制御され、前記作業台が、軸に沿って前記タンクの近くに、またはさらに遠くに移動するよう制御され、前記軸が、前記平面に直交する請求項１に記載の３Ｄ印刷装置。

【請求項5】

前記タンクが、前記第１部分の上に配置された塗布層を有し、前記塗布層が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で作られた請求項１に記載の３Ｄ印刷装置。

【請求項6】

前記３Ｄ印刷装置が、ステレオリソグラフィ（ＳＬ）装置またはデジタル光処理（ＤＬＰ）装置である請求項１に記載の３Ｄ印刷装置。

【請求項7】

請求項１に記載の前記３Ｄ印刷装置に適用することができ、複数の第１固化層および複数の第２固化層を含む３Ｄ物体を前記作業台の上に印刷する３Ｄ印刷方法であって、
ステップＳ１：前記作業台と前記第１部分の間の前記液体成形材料を硬化して、第１固化層（Ａ1）を形成した後、前記タンクを前記作業台に相対して回転させて、前記第１固化層（Ａ1）を前記第１部分から剥離し、前記第１固化層（Ａ1）を前記第２部分に対応する位置に移動させるステップと、
ステップＳ２：前記作業台および前記タンクを互いから相対的にさらに離れるよう移動させるステップと、
ステップＳ３：前記作業台と前記第１部分の間の前記液体成形材料を硬化して、第２固化層（Ｂ1）を形成した後、前記タンクを前記作業台に相対して回転させて、前記第２固化層（Ｂ1）を前記第１部分から剥離し、前記第２固化層（Ｂ1）を前記第２部分に対応する位置に移動させるステップと、
ステップＳ４：前記タンクと前記作業台を互いから相対的にさらに離れるよう移動させるステップと、
ステップＳ５：前記作業台と前記第１部分の間の前記液体成形材料を硬化して、前記第１固化層（Ａ1）の上に積み重ねられた別の第１固化層（Ａ2）を形成し、前記タンクを前記作業台に相対して回転させて、前記第１固化層（Ａ2）を前記第１部分から剥離し、前記第１固化層（Ａ2）を前記第２部分に対応する位置に移動させるステップと、
ステップＳ２〜Ｓ５を繰り返して、前記第２固化層（Ｂ1）の上に複数の第２固化層（Ｂ2、…、Ｂn-1）を積み重ね、前記第１固化層（Ａ1）の上に複数の第１固化層（Ａ2、…、Ａn）を積み重ね、ｎが正の整数であるステップと、
ステップＳ６：前記作業台と前記第１部分の間の前記液体成形材料を硬化して、前記第２固化層（Ｂn-1）の上に積み重ねられた別の第２固化層（Ｂn）を形成し、前記タンクを前記作業台に相対して回転させて、前記第２固化層（Ｂn）を前記第１部分から剥離し、第１固化層セットＡ＝｛Ａ1、…、Ａn-1、Ａn｝および第２固化層セットＢ＝｛Ｂ1、…、Ｂn-1、Ｂn｝が前記３Ｄ物体を形成するステップと、
を含む３Ｄ印刷方法。

【請求項8】

前記第１固化層（Ａ1）の厚さが、前記第２固化層（Ｂn）の厚さに等しく、各前記第１固化層（Ａ2…、Ａn）の厚さが、各前記第２固化層（Ｂ1…、Ｂn-1）の厚さに等しい請求項７に記載の３Ｄ印刷方法。

【請求項9】

前記第１固化層（Ａ1）の厚さが、各前記第１固化層（Ａ2…、Ａn）の厚さの半分に等しく、また、各前記第２固化層（Ｂ1…、Ｂn-1）の厚さの半分にも等しく、前記第２固化層（Ｂn）の厚さが、各前記第２固化層（Ｂ1…、Ｂn-1）の厚さの半分に等しく、また、各前記第１固化層（Ａ2…、Ａn）の厚さの半分にも等しい請求項７に記載の３Ｄ印刷方法。

【請求項10】

ステップＳ２およびステップＳ４において、前記タンクが前記作業台から相対的にさらに離れるよう移動する距離が、各前記第１固化層（Ａ2…、Ａn）の厚さの半分に等しく、また、各前記第２固化層（Ｂ2…、Ｂn-1）の厚さの半分にも等しい請求項７に記載の３Ｄ印刷方法。

【請求項11】

前記作業台の外を向いている前記第１固化層（Ａn）の表面と前記作業台の外を向いている前記第２固化層（Ｂn）の別の表面が、共平面である請求項７に記載の３Ｄ印刷方法。

【請求項12】

前記第１固化層（Ａ1…、Ａn-1）および前記第２固化層（Ｂ1…、Ｂn-1）において、前記第１固化層の１つと前記作業台の間の距離が、前記第２固化層の１つと前記作業台の間の距離と異なり、前記第１固化層の前記１つと前記第２固化層の前記１つが、同じ序数を有する請求項７に記載の３Ｄ印刷方法。

【請求項13】

ステップＳ１、ステップＳ３、およびステップＳ５において、前記タンクが、中心軸の周りを前記作業台に相対して１８０度回転する請求項７に記載の３Ｄ印刷方法。

【請求項14】

前記第１固化層セットＡと前記第２固化層セットＢが、前記タンクの前記内底部の中心断面において互いに接続され、前記中心軸が、前記中心断面に位置する請求項１３に記載の３Ｄ印刷方法。

【請求項15】

前記第１部分の面積が、前記第２部分の面積よりも大きく、前記中心軸が、前記第１部分を通過する請求項１３に記載の３Ｄ印刷方法。

【請求項16】

前記３Ｄ物体が前記第１部分の範囲の外にあるかどうかを判断するステップと、
前記３Ｄ物体が前記第１部分の範囲の外にある時、前記作業台を前記第１部分および前記第２部分にそれぞれ切り替え可能に対応する第３部分および第４部分に分割するとともに、前記３Ｄ物体を前記第１固化層セットＡ＝｛Ａ1、…、Ａn-1、Ａn｝および前記第２固化層セットＢ＝｛Ｂ1、…、Ｂn-1、Ｂn｝に分割し、前記第１固化層セットＡが、前記第３部分に位置し、前記第２固化層セットＢが、前記第４部分に位置する請求項７に記載の３Ｄ印刷方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、３Ｄ（three dimensional）印刷装置およびその３Ｄ印刷方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

技術の進歩に伴い、積層造形技術（additive manufacturing technology）により３Ｄモデルを形成する多くの方法が提案されてきた。一般的に、積層造形技術は、ＣＡＤ（computer-aided design）等のソフトウェアから得た３Ｄモデルの設計情報を使用して、連続積層された複数の薄い断面（擬二次元）に変換する技術である。

【0003】

現在、複数の薄い断面を形成する多くの方法が既に開発されている。例えば、液体成形材料の中に自動作業台を配置し、３Ｄモデルの設計情報のｘ‐ｙ‐ｚ座標に基づいて光源を駆動する。光源をｘ‐ｙ座標に沿って駆動して、液体成形材料を照射する。そして、液体成形材料を硬化させて、正確な断面形状にする。次に、自動作業台をｚ軸に沿って移動させながら、層毎に硬化した硬化材料を３Ｄ物体に成形することができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、固化層を有効に分離して、印刷効率を上げることのできる３Ｄ印刷装置およびその３Ｄ印刷方法を提供する。

【0005】

また、印刷精度を上げ、物体の印刷可能範囲を拡大し、印刷した３Ｄ物体の構造強度を高めるメリットがある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

液体成形材料を含有するタンクと、タンク内に移動可能に配置され、液体成形材料に浸漬する、または液体成形材料の外に移動する作業台と、タンクまたは作業台の隣に配置された硬化装置と、硬化装置およびタンクと作業台のうちの少なくとも１つに電気接続された制御装置とを含む３Ｄ印刷装置を提供する。タンクの内底部は、階段状の第１部分と第２部分を有し、第１部分は、第２部分よりも高い。制御装置は、タンクおよび作業台をそれぞれ回転するよう駆動するため、作業台の領域は、第１部分または第２部分に対応する。領域が第１部分に対応している時、硬化装置が作業台と第１部分の間の液体成形材料を硬化させて固化層を形成した後、制御装置がタンクと作業台を互いに相対して回転させて固化層を第１部分から剥離し、固化層を第２部分に対応する位置に移動させる。

【0007】

本発明の３Ｄ印刷方法は、３Ｄ印刷装置に適用することができる。３Ｄ印刷装置は、タンクと、作業台と、硬化装置と、制御装置とを含む。タンクは、液体成形材料を含有し、タンクの内底部は、階段状の第１部分と第２部分を有し、第１部分は、第２部分よりも高い。作業台は、タンク内に移動可能に配置され、液体成形材料に浸漬する、または液体成形材料の外に移動する。硬化装置は、タンクまたは作業台の隣に配置される。制御装置は、硬化装置およびタンクと作業台のうちの少なくとも１つに電気接続される。制御装置は、タンクおよび作業台を互いに相対して回転させて、互いに相対的に近くに、または互いからさらに遠くに移動するよう駆動するため、作業台の領域は、第１部分または第２部分に切り替え可能に対応する。３Ｄ印刷方法は、以下のステップを含む。ステップＳ１：作業台と第１部分の間の液体成形材料を硬化して、第１固化層（Ａ1）を形成した後、タンクを作業台に相対して回転させて、第１固化層（Ａ1）を第１部分から剥離し、第１固化層（Ａ1）を第２部分に対応する位置に移動させる。ステップＳ２：作業台およびタンクを互いから相対的にさらに離れるよう移動させる。ステップＳ３：作業台と第１部分の間の液体成形材料を硬化して、第２固化層（Ｂ1）を形成した後、タンクを作業台に相対して回転させて、第２固化層（Ｂ1）を第１部分から剥離し、第２固化層（Ｂ1）を第２部分に対応する位置に移動させる。ステップＳ４：タンクと作業台を互いから相対的にさらに離れるよう移動させる。ステップＳ５：作業台と第１部分の間の液体成形材料を硬化して、第１固化層（Ａ1）の上に積み重ねられた別の第１固化層（Ａ2）を形成し、タンクを作業台に相対して回転させて、第１固化層（Ａ2）を第１部分から剥離し、第１固化層（Ａ2）を第２部分に対応する位置に移動させる。ステップＳ２〜Ｓ５を繰り返して、第２固化層（Ｂ1）の上に複数の第２固化層（Ｂ2、…、Ｂn-1）を層毎に積み重ね、第１固化層（Ａ1）の上に複数の第１固化層（Ａ2、…、Ａn）を層毎に積み重ねる。ｎは、正の整数である。最後に、ステップＳ６：作業台と第１部分の間の液体成形材料を硬化して、第２固化層（Ｂn-1）の上に積み重ねられた別の第２固化層（Ｂn）を形成し、タンクを作業台に相対して回転させて、第２固化層（Ｂn）を第１部分から剥離する。第１固化層セットＡ＝｛Ａ1、…、Ａn-1、Ａn｝および第２固化層セットＢ＝｛Ｂ1、…、Ｂn-1、Ｂn｝は、３Ｄ物体を形成する。

【発明の効果】

【0008】

以上のように、上述した３Ｄ印刷装置の実施形態は、タンクの内底部を階段状の第１部分と第２部分に分割する。第１部分は、第２部分よりも高く、第１部分を固化層の成形領域として使用した後、タンクと作業台の間の相対回転により形成されたせん断力（shear force）が固化層を第１部分から剥離して、後続の固化層の形成を容易にする。

【0009】

さらに、３Ｄ印刷装置に基づく印刷方法は、第１および第２部分に相対する３Ｄ物体の位置と範囲を決定してから所望のステップを採用する。こうすることによって、３Ｄ印刷効果が上がる。所望の３Ｄ物体が第１部分と第２部分の両方に対応している時、第１および第２固化層を互いに並べて層毎にラミネートすることにより、構造的にさらに完成した３Ｄ物体を形成して、異なる部分の固化層間の継ぎ目を防止し、これにより、印刷サイズと印刷精度が有効に増加し、印刷された３Ｄ物体の構造強度も高まる。

【0010】

本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の１つの実施形態に係る３Ｄ印刷装置の概略図である。

【図2】異なる状態の図１の３Ｄ印刷装置を示す局部側面図である。

【図3】異なる状態の図１の３Ｄ印刷装置を示す局部側面図である。

【図4】異なる状態の図１の３Ｄ印刷装置を示す局部側面図である。

【図5】３Ｄ物体を印刷した後の図１の３Ｄ印刷装置を示す局部概略図である。

【図6】本発明の１つの実施形態に係る３Ｄ印刷方法のフローチャートである。

【図7】本発明の別の実施形態に係る３Ｄ印刷装置の状態を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付の図面を例として、本発明の実施形態を詳細に説明する。各図面および関連説明において、同一または類似する構成要素には、同一の参照番号を使用する。

【0013】

図１は、本発明の１つの実施形態に係る３Ｄ印刷装置の概略図である。図２〜図４は、異なる状態の図１の３Ｄ印刷装置を示す局部側面図である。図１〜図４を同時に参照すると、本実施形態において、３Ｄ印刷装置１００は、タンク１１０と、作業台１２０と、硬化装置１３０と、制御装置１４０とを含み、タンク１１０は、液体成形材料２００を含有し、作業台１２０は、タンク１１０に対して移動可能に配置され、液体成形材料２００に浸漬する、または液体成形材料２００の外に移動する。硬化装置１３０は、タンク１１０または作業台１２０の隣に配置され、作業台１２０とタンク１１０の間の液体成形材料２００を硬化して、作業台１２０の上に少なくとも１つの固化層（例えば、図２および図４に示した固化層Ａ1およびＢ1）を形成するよう構成される。制御装置１４０は、タンク１１０と作業台１２０のうちの少なくとも１つおよび硬化装置１３０に電気接続され、これらの構成要素を互いに相対して移動するよう駆動する。

【0014】

また、３Ｄ印刷装置１００は、例えば、ステレオリソグラフィ（stereo lithography, SL）装置またはデジタル光処理（digital light processing, DLP）装置であり、液体成形材料２００は、例えば、感光性樹脂であるため、制御装置１４０は、硬化光源等の硬化装置１３０を照射するよう駆動して、液体成形材料２００を凝固させ、作業台１２０の上に形成する。しかしながら、本発明はこれに限定されず、上述した３Ｄ物体の形成に適した任意の材料および対応する付加製造技術を適用してもよい。

【0015】

以上のように、本実施形態において、硬化装置１３０は、液体成形材料２００を硬化し、タンク１１０と作業台１２０の間の相対運動（回転する、離れる）と併せて作業台１２０の成形面Ｐ１の上に層毎に凝固させて積み重ねることにより、最終的に３Ｄ物体を形成する。

【0016】

また、硬化装置１３０の数およびタンク１１０に相対する硬化装置１３０の位置は、本発明において限定されない。本実施形態において、硬化装置１３０はタンク１１０の下方に設置されるが、硬化装置１３０は、成形条件に基づいて配置されるため、硬化装置１３０は、作業台１２０のボトムアップ式（bottom-up）の上昇動作に合わせて液体成形材料２００を有効に凝固させて作業台１２０の上に形成し、３Ｄ物体を段階的に形成することができる。硬化装置１３０は、タンク１１０の隣または作業台１２０の隣の適切な位置に配置される。

【0017】

さらに詳しく説明すると、図１に示すように、タンク１１０の内底部は、階段状の第１部分１１２と第２部分１１４を有する。第１部分１１２は、第２部分１１４よりも高く、第１部分１１２は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethene, PTFE）やポリジメチルシロキサン（polydimethylsiloxane, PDMS）等の抗接着性の材料で作られた塗布層１１６を有し、タンク１１０の底部（第１部分１１２）から硬化層または硬化物体を剥離する。制御装置１４０は、タンク１１０を中心軸Ｃ１の周りを作業台１２０に相対して回転するよう駆動し、制御装置１４０は、さらに、作業台１２０を中心軸Ｃ１の周りを作業台１２０に相対して回転させて、作業台１２０をタンク１１０の近くに、またはタンク１１０からさらに遠くに移動するよう制御することができる。タンク１１０が中心軸Ｃ１の周りを作業台１２０に相対して回転した時、作業台１２０の成形面Ｐ１の領域は、タンク１１０の第１部分１１２または第２部分１１４に切り替え可能に対応することができる。「対応する」という用語は、作業台１２０の特定領域が異なる時間においてタンク１１０の第１部分１１２の真上または第２部分１１４の真上に移動する状況を示すために使用される。この時、制御装置１４０は、作業台１２０と第１部分１１２の間の距離を希望通りに調整するよう制御し、作業台１２０と第１部分１１２の間の最小距離は、例えば、１つの固化層の厚さに等しい。つまり、作業台１２０の特定領域は、第１部分１１２に対応しており、作業台１２０の上の第１部分１１２の正投影は、作業台１２０の特定領域を完全に覆う。

【0018】

その結果、硬化装置１４０は、作業台１２０と第１部分１１２の間の液体成形材料２００を硬化して、作業台１２０の上に固化層を形成する（例えば、Ａ1）。次に、制御装置１４０は、タンク１１０を作業台１２０に相対して回転するよう駆動し、固化層Ａ1は、作業台１２０に沿って相対的に回転するため、第1部分１１２から剥離し、第２部分１１４に対応する位置に移動する。タンク１１０の内底部は、階段形状を有するため、固化層は、実際には、第２部分１１４の上方にぶら下がる。ここで、言及すべきこととして、塗布層１１６は、固化層と第１部分１１２の間の接着力、粘性力、および摩擦力を弱める役割を果たす。そのため、固化層は、第１部分１１２からスムーズに剥離する。したがって、相対回転により生成されたせん断力で固化層を第１部分１１２から剥離することにより、中心軸Ｃ１に沿って強い力が印加されて（第１部分１１２に垂直の（normal to）方向に力が働いて）固化層がタンク１１０の内底部から分離するのを防ぎ、処理時間が無駄になるのを防ぐ。

【0019】

再度図１を参照すると、本実施形態において、タンク１１０の内底部は、円形状の輪郭を有し、中心軸Ｃ１の周りを回転するよう制御され、タンク１１０の内底部を占有する第１部分１１２および第２部分１１４の各回転角度は、１８０度である。そのため、作業台１２０の特定領域は、タンク１１０の１８０度回転により、第１部分１１２に対応する状態と第２部分１１４に対応する状態の間で切り替えられる。また、第１部分１１２の面積は、第２部分１１４の面積よりも大きく、タンク１１０が軸にして回転する中心軸Ｃ１は、第１部分１１２を通過する。そのため、図１に示すように、硬化装置１４０がタンク１１０の下方から第１部分１１２に光を照射した時、光は、階段形状の段差構造（stage difference）１１１の影響を受けず、分散（scatter）しない。

【0020】

以下、３Ｄ印刷装置１００により３Ｄ物体を段階的に形成するプロセスについて説明する。図５は、３Ｄ物体を完全に印刷した後の図１の３Ｄ印刷装置を示す局部概略図であり、図５は、図２〜図４に示したプロセスの後に続く。図６は、本発明の１つの実施形態に係る３Ｄ印刷方法のフローチャートである。図６のフローチャートを参照し、且つ図２〜図５を参照すると、本実施形態において、まず、ステップＳ０１において、形成したい３Ｄ物体３００がタンク１１０の内底部の第１部分１１２の範囲の外にあるかどうかを判断する。つまり、形成したい３Ｄ物体３００の作業台１２０の上の占有面積がタンク１１０の内底部の第１部分１１２および第２部分１１４の両方に対応しているかどうかを確認する。言い換えると、作業台１２０の上の第１部分１１２の正投影が形成したい３Ｄ物体３００の作業台１２０の上の占有面積を完全に覆わず、且つ形成したい３Ｄ物体３００の作業台１２０の上の占有面積が作業台１２０の上の第１部分１１２および第２部分１１４の正投影によって完全に覆われることを確認する必要がある。Ｙｅｓの場合、ステップＳ０２を行って、作業台１２０をタンク１１０の第１部分１１２および第２部分１１４にそれぞれ切り替え可能に対応する第３部分１２２および第４部分１２４に分割する。つまり、３Ｄ物体３００を設置したい作業台１２０の所定区域を第３部分１２２および第４部分１２４に分割し、例えば、図２に示すように、第１部分１１２は第３部分１２２に対応し、第２部分１１４は第４部分１２４に対応する。同時に、３Ｄ物体３００を第１固化層セットＡ＝｛Ａ1、…、Ａn-1、Ａn｝および第２固化層セットＢ＝｛Ｂ1、…、Ｂn-1、Ｂn｝に分割する。第１固化層セットＡは、第３部分１２２に位置し、第２固化層セットＢは、第４部分１２４に位置し、第３部分１２２の区域Ｒ１は、第４部分１２４の区域よりも小さい。

【0021】

ここで、注意すべきこととして、ステップＳ０１およびＳ０２は、３Ｄ物体３００を物理的に印刷する前の準備工程である。本実施形態では、３Ｄ物体３００をＣＡＤソフトウェアにより構築して３Ｄモデルの設計情報を取得し、設計情報をさらに複数の薄い断面（擬二次元）（例えば、第１固化層セットＡおよび第２固化層セットＢ）に変換する。

【0022】

続いて、３Ｄ印刷装置１００は、３Ｄモデルの設計情報に基づいて、物体の物理的印刷を開始する。

【0023】

ステップＳ１において、図２および図３に示すように、作業台１２０と第１部分１１２の間の液体成形材料２００を硬化して、第１固化層（Ａ1）を形成する。次に、タンク１１０を作業台１２０に相対して回転させ、第１固化層（Ａ1）を第１部分１１２から剥離して、第２部分１１４に対応する位置に移動させる。この時、タンク１１０は、中心軸Ｃ１の周りを作業台１２０に相対して１８０度回転するため、第４部分１２４は第１部分１１２に対応し、第３部分１２２は第２部分１１４に対応する。そして、せん断力により第１固化層（Ａ1）を第１部分１１２から剥離する。

【0024】

続いて、図４に示すように、ステップＳ２において、作業台１２０とタンク１１０を互いから相対的にさらに離れるように移動させる。次に、ステップＳ３において、作業台１２０と第１部分１１２の間の液体成形材料２００を硬化して、第２固化層（Ｂ1）を形成した後、タンク１１０を作業台１２０に相対して回転させることにより、第２固化層（Ｂ1）を第１部分１１２から剥離して、第２部分１１４に対応する位置に移動させる（図４は、硬化された第２固化層（Ｂ1）のみを示し、作業台１２０に相対するタンク１１０の回転は図２〜図３に示した回転に類似するため、ここでは繰り返し説明しない）。ステップＳ４において、作業台１２０とタンク１１０を再び互いから相対的にさらに離れるように移動させて、固化層を継続して積み重ねる。

【0025】

次に、ステップＳ２〜Ｓ５を繰り返し、図５に示すように、第２固化層（Ｂ1）の上に複数の第２固化層（Ｂ2…、Ｂn-1）を層毎に積み重ね、第１固化層（Ａ1）の上に複数の第１固化層（Ａ2…、Ａn）を層毎に積み重ねる。ｎは、正の整数である）。層を積み重ねる手順において、第１固化層（Ａ1…、Ａn）および第２固化層（Ｂ1…、Ｂn-1）は、また、中心軸Ｃ１が通過する中心断面Ｐ２の上に並んで接続される。最後に、ステップＳ６において、作業台１２０と第１部分１１２の間の液体成形材料２００を硬化して、第２固化層（Ｂn）を形成し、タンク１１０を作業台１２０に相対して回転させて、第２固化層（Ｂn）を第１部分１１２から剥離する。その結果、第１固化層セットＡ＝｛Ａ1、…、Ａn-1、Ａn｝および第２固化層セットＢ＝｛Ｂ1、…、Ｂn-1、Ｂn｝は、３Ｄ物体を完全に形成する。

【0026】

再度図５および図６を参照すると、言及すべきこととして、３Ｄ物体は、第１部分１１２および第２部分１１４の両方に対応しているため、本実施形態では、異なる厚さで並べて積み重ねる方法を使用する。そのため、第１固化層セットＡと第２固化層セットＢが互いに接続されて３Ｄ物体を形成する。同時に、第１固化層（Ａ1）の厚さは、第２固化層（Ｂn）の厚さに等しく、各第１固化層（Ａ2…、Ａn）の厚さは、各第２固化層（Ｂ1…、Ｂn-1）の厚さに等しい。つまり、本実施形態において、第１固化層（Ａ1）の厚さは、各第１固化層（Ａ2…、Ａn）の厚さの半分に等しく、また、各第２固化層（Ｂ1…、Ｂn-1）の厚さの半分にも等しい。さらに、第２固化層（Ｂn）の厚さは、各第２固化層（Ｂ1…、Ｂn-1）の厚さの半分に等しく、また、各第１固化層（Ａ2…、Ａn）の厚さの半分にも等しい。その結果、ステップＳ２およびステップＳ４において、タンク１１０が作業台１２０から相対的にさらに離れるよう移動する距離は、各第１固化層（Ａ2…、Ａn）の厚さの半分に等しく、また、各第２固化層（Ｂ2…、Ｂn-1）の厚さの半分にも等しい。さらに、図５に示すように、第１固化層（Ａ1…、Ａn-1）および第２固化層（Ｂ1…、Ｂn-1）の形成において、ｎ番目の第１固化層（例えば、Ａ2）と作業台１２０の間の距離は、ｎ番目の第２固化層（例えば、Ｂ2）と作業台１２０の間の距離と異なる（厚さｔ１は、厚さｔ２の半分である）。つまり、第１固化層および第２固化層は、同じ序数（例えば、Ａ2およびＢ2）を有するが、第１固化層と作業台の間の距離は、第２固化層と作業台の間の距離と異なる。しかしながら、作業台１２０の外を向いている第１固化層（Ａn）の表面Ｓ１と作業台１２０の外を向いている第２固化層（Ｂn）の別の表面Ｓ２は共平面であるため、図５に示すように、並んで積み重ねる構造を形成する。第１固化層セットＡと第２固化層セットＢは、タンク１１０の内底部の中心断面Ｐ２において互いに接続され、中心軸Ｃ１は、中心断面Ｐ２に位置する。また、ステップＳ１、ステップＳ３、およびステップＳ５において、タンク１１０は、中心軸Ｃ１の周りを作業台１２０に相対して１８０度回転する。

【0027】

図７は、本発明の別の実施形態に係る３Ｄ印刷装置の状態を示す概略図であり、図７は、図６のフローチャートの別のプロセスを示す。図６および図７を同時に参照すると、上述したように、ステップＳ０１において、３Ｄ物体３００が第１部分１１２の範囲の外にないと判断された場合（作業台１２０の上の第１部分１１２の正投影が形成したい３Ｄ物体３００の作業台１２０の上の占有区域を完全に覆うことを意味する）、後続のステップＳ７を行って、作業台１２０と第１部分１１２の間の液体成形材料２００を硬化して、固化層（Ｄ1）を形成する。次に、ステップＳ１で説明したように、タンク１１０を作業台１２０に相対して回転させることにより、固化層（Ｄ1）を第１部分１１２から剥離して、第２部分１１４に対応する位置に移動させる。その後、ステップＳ８において、ステップＳ２で説明したように、作業台１２０とタンク１１０を互いから相対してさらに離れるように移動させる。しかしながら、この時、タンク１１０が作業台１２０から相対的にさらに離れるよう移動する距離は、固化層（Ｄ1）の厚さに等しい。ステップＳ９において、タンク１１０を作業台１２０に相対して回転させるため、固化層（Ｄ1）は、再度第１部分１１２に対応する。ステップＳ１０において、固化層（Ｄ1）と第１部分１１２の間の液体成形材料２００を固化して、固化層（Ｄ1）の上に積み重なる別の固化層（Ｄ2）を形成する。次に、ステップＳ７〜Ｓ１０を３Ｄ物体が完全に印刷されるまで繰り返す。つまり、本実施形態の３Ｄ物体は、作業台１２０の上に段階的に積み重ねられた固化層セットＤ＝｛Ｄ1、…、Ｄn-1、Ｄn｝により形成される。ｎは、正の整数であり、固化層セットＤは、作業台１２０の同じ領域内に位置する。

【0028】

本実施形態において、固化層は作業台の同じ領域に積み重ねられるため、ステップＳ８とＳ９を同時に実行することができる。つまり、タンクを作業台に相対して回転させ、同時に、作業台をタンクに相対して上昇させるため、処理時間が短縮される。

【0029】

上述した本発明の実施形態において、３Ｄ印刷装置のタンクの内底部は、階段状の第１部分と第２部分に分割される。第１部分である比較的高い部分は、固化層の成形区域として使用され、タンクと作業台の間の相対回転によって生成されたせん断力を使用して、固化層を第１部分から剥離し、後続の固化層の形成を容易にする。

【0030】

さらに、３Ｄ印刷装置に基づく印刷方法は、第１および第２部分に相対する３Ｄ物体の位置と範囲を決定してから所望のステップを採用する。こうすることによって、３Ｄ印刷効果が上がる。所望の３Ｄ物体が第１部分と第２部分の両方に対応している時、異なる厚さで並べて積み重ねる方法で、第１および第２固化層を互いにラミネートすることにより、構造的にさらに完成した３Ｄ物体を形成して、固化層間の継ぎ目を防止し、その後、印刷サイズと印刷精度を有効に増やし、印刷された３Ｄ物体の構造強度も高める。

【0031】

反対に、所望の３Ｄ物体が第１部分の範囲の外にないと判断された時、タンクを作業台に相対して回転させて固化層を剥離し、作業台をタンクに相対して上昇させた後、再度タンクを作業台に相対して回転させるため、固化層も回転して第１部分に対応する位置に戻る。次に、別の固化層を継続して印刷し、前の固化層の上に直接積み重ねる。

【0032】

以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。

【産業上の利用可能性】

【0033】

本発明は、３Ｄ印刷装置およびその３Ｄ印刷方法に関するものであり、タンクの内底部は、階段状の第１部分と第２部分を有し、第１部分は、第２部分よりも高い。固化層を硬化して第１部分と作業台の間に形成した後、タンクと作業台が相対的に回転して、固化層を第１部分から剥離する。そして、固化層を互いに並べて層毎にラミネートすることにより、構造的にさらに完成した３Ｄ物体を形成して、異なる部分の固化層間の継ぎ目を防止し、それにより、印刷サイズと印刷精度が有効に増加し、印刷された３Ｄ物体の構造強度も高まる。

【符号の説明】

【0034】

１００ ３Ｄ印刷装置
１１０ タンク
１１１ 段差構造
１１２ 第１部分
１１４ 第２部分
１１６ 塗布層
１２０ 作業台
１２２ 第３部分
１２４ 第４部分
１３０ 硬化装置
１４０ 制御装置
２００ 形成材料
３００ ３Ｄ物体
Ｃ１ 中心軸
Ｐ１ 成形面
Ａ 第１固化層セット
Ｂ 第２固化層セット
Ｄ 固化層セット
Ａ1、…、Ａn-1、Ａn 第１固化層
Ｂ1、…、Ｂn-1、Ｂn 第２固化層
Ｄ1、Ｄ2 固化層
Ｓ０１、Ｓ０２、Ｓ１〜Ｓ１０ ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】