特許 7087482 立体造形装置および立体造形方法

(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】2022-06-13

(45)【発行日】2022-06-21

(54)【発明の名称】立体造形装置および立体造形方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/165 20170101AFI20220614BHJP

   B22F 10/14 20210101ALI20220614BHJP

   B22F 10/85 20210101ALI20220614BHJP

   B22F 12/53 20210101ALI20220614BHJP

   B22F 12/63 20210101ALI20220614BHJP

   B29C 64/209 20170101ALI20220614BHJP

   B29C 64/218 20170101ALI20220614BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20220614BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20220614BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20220614BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20220614BHJP

【ＦＩ】

B29C64/165

B22F10/14

B22F10/85

B22F12/53

B22F12/63

B29C64/209

B29C64/218

B29C64/393

B33Y10/00

B33Y30/00

B33Y50/02

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018045186

(22)【出願日】2018-03-13

(65)【公開番号】P2019155714

(43)【公開日】2019-09-19

【審査請求日】2020-12-10

(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】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】朴 素暎

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 隆文

【審査官】▲高▼村 憲司

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－００７５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０４００３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１３７６９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０８８４３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２６２２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０１１００７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／０１７１３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３０５１４２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－００１６８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／００－６４／４０

Ｂ２２Ｆ １／００－１２／９０

Ｂ３３Ｙ １０／００，３０／００，５０／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

粉体を供給する供給部と、
供給された粉体の表面を平坦化させ、粉体層を形成する平坦化部と、
前記粉体層の表面に、前記粉体を固化させる第１造形液と、前記粉体を固化させない第２造形液と、を吐出する吐出部と、
前記第１造形液を吐出する複数の領域のうち少なくとも一部と隣接する領域に前記第２造形液を吐出する吐出パターンに従い、前記第１造形液及び前記第２造形液を前記吐出部に吐出させる制御部と、を備え、
前記吐出パターンは、
前記第１造形液を第１主走査で吐出し、前記第２造形液を前記第１主走査の後の第２主走査で吐出し、前記第１造形液を前記第２造形液より少ない液滴量で吐出するパターン、及び、
前記第２造形液を第１主走査で吐出し、前記第１造形液を前記第１主走査の後の第２主走査で吐出し、前記第２造形液を前記第１造形液より少ない液滴量で吐出するパターン、の少なくとも一方を含む、
立体造形装置。

【請求項2】

前記吐出パターンは、前記吐出部の１回の主走査で前記第１造形液と前記第２造形液とを吐出するパターンをさらに含む、
請求項１に記載の立体造形装置。

【請求項3】

前記吐出パターンは、前記第１造形液を分散して吐出させるパターン、及び、前記吐出部の解像度より高い解像度となるように前記第１造形液を吐出させるパターン、の少なくとも一方をさらに含む、
請求項２に記載の立体造形装置。

【請求項4】

前記吐出パターンは、前記吐出部の複数の主走査で、同じ領域に重ねて前記第１造形液及び前記第２造形液を吐出し、重ねて吐出する前記第１造形液及び前記第２造形液の液滴量を重ねて吐出しない場合より少なくするパターンをさらに含む、
請求項１に記載の立体造形装置。

【請求項5】

前記第１造形液と前記第２造形液とは、非相溶性を有する、
請求項１に記載の立体造形装置。

【請求項6】

粉体を供給する供給部と、供給された粉体の表面を平坦化させ、粉体層を形成する平坦化部と、前記粉体層の表面に、前記粉体を固化させる第１造形液と、前記粉体を固化させない第２造形液と、を吐出する吐出部と、を備えた立体造形装置で実行する立体造形方法であって、
前記第１造形液を吐出する複数の領域のうち少なくとも一部と隣接する領域に前記第２造形液を吐出する吐出パターンに従い、前記第１造形液及び前記第２造形液を前記吐出部に吐出させる制御ステップ、を含み、
前記吐出パターンは、
前記第１造形液を第１主走査で吐出し、前記第２造形液を前記第１主走査の後の第２主走査で吐出し、前記第１造形液を前記第２造形液より少ない液滴量で吐出するパターン、及び、
前記第２造形液を第１主走査で吐出し、前記第１造形液を前記第１主走査の後の第２主走査で吐出し、前記第２造形液を前記第１造形液より少ない液滴量で吐出するパターン、の少なくとも一方を含む、
立体造形方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、立体造形装置および立体造形方法に関する。

【背景技術】

【0002】

粉体積層による三次元造形方式（以下、粉体積層造形方式という）は、レーザ焼結方式（ＬＳ）、電子ビーム焼結方式（ＥＢＭ）、及び、バインダージェット方式に大別される。一般にバインダージェット方式は、粉体を用い、インクジェットヘッドからバインダーインクを吐出し、粉体を凝固させることで造形をする技術である。

【0003】

これらの粉体を薄膜に敷いた上に、粉体材料を結合（固化）させるためのバインダーインクと、接合させない（非固化）インクをインクジェットヘッドから吐出することで、結合させる領域と結合させない領域の境界において、結合させない領域の粉体を取り除きやすくし、造形物の精度を確保する技術が提案されている。

【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、従来技術では、造形物の精度が低下する場合があった。例えば、精度向上のためにマスクパターンに従い吐出する場合、及び、搭載ヘッドの解像度より解像度を上げて吐出するため、複数のパス・インターレースで液を吐出する場合は、固化液と非固化液が離れた位置に吐出される。このため、各液がにじんで広がり、精度低下に繋がる場合があった。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、粉体積層造形方式により造形する造形物の精度を向上させることができる立体造形装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、粉体を供給する供給部と、供給された粉体の表面を平坦化させ、粉体層を形成する平坦化部と、前記粉体層の表面に、前記粉体を固化させる第１造形液と、前記粉体を固化させない第２造形液と、を吐出する吐出部と、前記第１造形液を吐出する複数の領域のうち少なくとも一部と隣接する領域に前記第２造形液を吐出する吐出パターンに従い、前記第１造形液及び前記第２造形液を前記吐出部に吐出させる制御部と、を備え、前記吐出パターンは、前記第１造形液を第１主走査で吐出し、前記第２造形液を前記第１主走査の後の第２主走査で吐出し、前記第１造形液を前記第２造形液より少ない液滴量で吐出するパターン、及び、前記第２造形液を第１主走査で吐出し、前記第１造形液を前記第１主走査の後の第２主走査で吐出し、前記第２造形液を前記第１造形液より少ない液滴量で吐出するパターン、の少なくとも一方を含む。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、粉体積層造形方式により造形する造形物の精度を向上させることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本実施形態における立体造形装置の概略平面図である。

【図2】図２は、本実施形態における造形部の概略側面図である。

【図3】図３は、本実施形態における造形部の、より詳細な概略側面図である。

【図4】図４は、本実施形態における制御部のブロック図である。

【図5】図５は、本実施形態の造形の流れを説明する説明図である。

【図6】図６は、固化液と非固化液とを吐出する造形の流れを示した図である。

【図7】図７は、一般的に用いられている吐出パターンの例を示した図である。

【図8】図８は、一般的な吐出パターンの吐出位置の遷移例を示した図である。

【図9】図９は、本実施形態で用いる吐出パターンの例を示した図である。

【図10】図１０は、本実施形態の吐出パターンの吐出位置の遷移例を示した図である。

【図11】図１１は、変形例１の吐出パターンを示す図である。

【図12】図１２は、変形例２の吐出パターンを示す図である。

【図13】図１３は、変形例３の吐出パターンを示す図である。

【図14】図１４は、変形例４の吐出パターンを示す図である。

【図15】図１５は、変形例５の吐出パターンを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる立体造形装置および立体造形方法の一実施形態を詳細に説明する。

【0010】

本実施形態の立体造形装置は、同一のキャリッジスキャン内で、固化液と非固化液とが少なくとも一部の領域で隣接して吐出可能な吐出パターンを用いる。このため、固化液と非固化液とがそれぞれにじんで広がることを抑制し、造形物の固化部と非固化部との境界を明瞭にすることができる。即ち、造形部（固化部）と非造形部（非固化部）との境界の精度を向上させることができる。

【0011】

本実施形態の立体造形装置は、粉体造形装置（粉末造形装置ともいう。）である。図１に示すように、立体造形装置は造形部１と、造形ユニット５を備える。造形部１は、粉体（粉末）が結合された層状造形物が形成される。造形ユニット５は、造形部１の層状に敷き詰められた粉体層に造形液１０を吐出して立体造形物を造形する。

【0012】

まず、造形部１の詳細について図１、図２、図３を用いて説明する。ここで、Ｘ方向とは図１における左右方向であり、Ｙ方向は図１における上下方向である。Ｚ方向とは、図２における上下方向（図１における表裏方向）である。図２は造形部１をＸ方向から見た断面図、図３は造形部１の要部をＸ方向から見た断面図である。

【0013】

図１と図２に示すように、造形部１は、粉体槽１１を有する。粉体槽１１は、供給槽２１と、造形槽２２と、余剰粉体受け槽２９と、ローラ部材１２と、粉体除去板１３を備える。

【0014】

供給槽２１は、供給部の一例であり、造形槽２２に供給する粉体２０を保持する。供給槽２１の底部は供給ステージ２３として鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。

【0015】

造形槽２２は、層状造形物３０が積層されて立体造形物が造形される。造形槽２２の底部は造形ステージ２４として鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。造形ステージ２４上に層状造形物３０が積層された立体造形物が造形される。

【0016】

余剰粉体受け槽２９は、粉体層３１を形成するときに、後述するローラ部材１２によって移送供給される粉体２０のうち、粉体層３１を形成しないで落下する余剰の粉体２０を溜める。余剰粉体受け槽２９の底面は、粉体２０を吸引する機構が備えられた構成や、余剰粉体受け槽２９が簡単に取り外せるような構成となっている。

【0017】

供給ステージ２３は、モータ２７（図４参照）によって矢印Ｚ方向（高さ方向）に昇降され、造形ステージ２４は、モータ２８（図４参照）によって矢印Ｚ方向に昇降される。

【0018】

ローラ部材１２は、平坦化部の一例であり、粉体層を形成する。より具体的には、ローラ部材１２は、供給槽２１の供給ステージ２３上に供給された粉体２０を造形槽２２に移送し、粉体２０を敷いて平坦化して粉体層３１を形成する。

【0019】

ローラ部材１２は、造形ステージ２４のステージ面（粉体２０が積載される面）に沿って矢印Ｙ方向に、ステージ面に対して相対的に往復移動可能に配置され、往復移動機構によって移動される。また、ローラ部材１２は、モータ２６（図４参照）によって図３の矢印Ａ方向に回転駆動される（即ち、ローラ部材１２は回転部材の一例である）。

【0020】

次に、造形ユニット５の構成について説明する。図２に示すように、造形ユニット５は、液体吐出ユニット５０を備えている。吐出部の一例である液体吐出ユニット５０は、造形ステージ２４上の粉体層３１に造形液１０を吐出する。

【0021】

液体吐出ユニット５０は、キャリッジ５１と、キャリッジ５１に搭載された２つ（１又は３つ以上でもよい。）の液体吐出ヘッド（以下、単に「ヘッド」という。）５２ａ、５２ｂを備えている。

【0022】

キャリッジ５１は、ガイド部材５４及び５５に移動可能に保持されている。ガイド部材５４及び５５は、両側の側板７０に昇降可能に保持されている。

【0023】

このキャリッジ５１は、後述するＸ方向走査機構５５０を構成するＸ方向走査モータによってプーリ及びベルトを介して主走査方向である矢印Ｘ方向（以下、単に「Ｘ方向」という。他のＹ、Ｚについても同様とする。）に往復移動される。

【0024】

２つのヘッド５２ａ、５２ｂ（以下、区別しないときは「ヘッド５２」という。）は、造形液１０を吐出する複数のノズルを配列したノズル列がそれぞれ２列配置されている。一方のヘッド５２ａの２つのノズル列は、シアン造形液及びマゼンタ造形液を吐出する。他方のヘッド５２ｂの２つのノズル列は、イエロー造形液及びブラック造形液を吐出する。なお、ヘッド構成はこれに限るものではない。

【0025】

これらのシアン造形液、マゼンタ造形液、イエロー造形液、ブラック造形液の各々を収容した複数のタンク６０がタンク装着部５６に装着され、供給チューブなどを介してヘッド５２ａ、５２ｂに供給される。

【0026】

また、液体吐出ユニット５０は、ガイド部材５４、５５とともに矢印Ｚ方向に昇降可能に配置され、後述するＺ方向昇降機構５５１によってＺ方向に昇降される。

【0027】

また図１に示すように、造形ユニット５は、メンテナンス機構６１を備える。メンテナンス機構６１は、Ｘ方向の一方側に備えられ、液体吐出ユニット５０のヘッド５２の維持回復を行う。

【0028】

メンテナンス機構６１は、主にキャップ６２とワイパ６３で構成される。キャップ６２は、ヘッド５２のノズル面（ノズルが形成された面）に密着し、ノズルから造形液１０を吸引する。ノズルに詰まった粉体２０の排出や高粘度化した造形液１０を排出するためである。

【0029】

ワイパ６３は、ノズルのメニスカス形成（ノズル内は負圧状態である）のため、ノズル面をワイピング（払拭）する。また、メンテナンス機構６１は、造形液１０の吐出が行われない場合に、ヘッド５２のノズル面をキャップ６２で覆い、粉体２０がノズルに混入することや造形液１０が乾燥することを防止する。

【0030】

さらに、造形ユニット５は、スライダ部７２を有する。スライダ部７２は、ベース部材７上に配置されたガイド部材７１に移動可能に保持されており、造形ユニット５全体がＸ方向と直交するＹ方向（副走査方向）に往復移動可能である。

【0031】

この造形ユニット５は、後述するＹ方向走査機構５５２によって全体がＹ方向に往復移動される。

【0032】

ここで、造形部１の詳細について説明する。

【0033】

図２と図３に示すように、粉体槽１１は、箱型形状をなし、供給槽２１、造形槽２２、及び、余剰粉体受け槽２９の、３つの上面が開放された槽を備えている。供給槽２１内部には供給ステージ２３が、造形槽２２内部には造形ステージ２４がそれぞれ昇降可能に配置される。

【0034】

供給ステージ２３の側面は供給槽２１の内側面に接するように配置されている。造形ステージ２４の側面は造形槽２２の内側面に接するように配置されている。これらの供給ステージ２３及び造形ステージ２４の上面は水平に保たれている。

【0035】

造形槽２２の隣には余剰粉体受け槽２９が設けられている。

【0036】

余剰粉体受け槽２９には、粉体層３１を形成するときにローラ部材１２によって移送供給される粉体２０のうちの余剰の粉体２０が落下する。余剰粉体受け槽２９に落下した余剰の粉体２０は供給槽２１に粉体２０を供給する粉体供給装置５５４に戻される。

【0037】

供給槽２１上には粉体供給装置５５４が配置される。粉体供給装置５５４は、造形の初期動作時や供給槽２１の粉体量が減少した場合に、粉体供給装置５５４を構成するタンク内の粉体を供給槽２１に供給する。粉体供給のための粉体搬送方法としては、スクリューを利用したスクリューコンベア方式や、エアーを利用した空気輸送方式などが挙げられる。

【0038】

粉体供給装置５５４がＹ方向に移動するローラ部材１２と接触しないように、粉体供給装置５５４をＹ方向に移動可能な構成としても良いし、Ｚ方向に退避する構成としても良く、供給槽２１に粉体２０を供給できる構成であればこれらの構成に限らない。

【0039】

また、ローラ部材１２は、造形槽２２及び供給槽２１の内寸（即ち、粉体が供される部分又は仕込まれている部分の幅）よりも長い棒状部材であり、往復移動機構によってステージ面に沿ってＹ方向（副走査方向）に往復移動される。

【0040】

このローラ部材１２は、モータ２６によって図３の矢印Ａ方向に回転しながら、供給槽２１の外側から供給槽２１及び造形槽２２の上方を通過するようにして水平移動する。これにより、粉体２０が造形槽２２上へと移送供給され、ローラ部材１２が造形槽２２上を通過しながら粉体層３１が形成される。

【0041】

また、図３に示すように、ローラ部材１２の周面に接触して、ローラ部材１２に付着した粉体２０を除去するための粉体除去部材である粉体除去板１３が配置されている。粉体除去板１３は、ローラ部材１２の周面に接触した状態で、ローラ部材１２とともに移動する。また、粉体除去板１３は、ローラ部材１２が平坦化を行うときの回転方向に回転するときにカウンタ方向でも、順方向での配置可能である。

【0042】

本実施形態では、造形部１の粉体槽１１が供給槽２１と造形槽２２と余剰粉体受け槽２９との３つの槽を有する構成としているが、供給槽２１及び造形槽２２のみとしてもよいし、造形槽２２のみとして、造形槽２２に粉体供給装置５５４から粉体を供給して、ローラ部材１２で平坦化する構成とすることもできる。

【0043】

次に、上記立体造形装置の制御部について図４を参照して説明する。図４は同制御部のブロック図である。

【0044】

図４に示すように、制御部５００は、主制御部５００Ａを備える。主制御部５００Ａは、ＣＰＵ５０１と、ＲＯＭ５０２と、ＲＡＭ５０３を備える。

【0045】

ＣＰＵ５０１は、この立体造形装置全体の制御を司る。ＲＯＭ５０２は、ＣＰＵ５０１に本実施形態に係わる制御を含む立体造形動作の制御を実行させるためのプログラムを含むプログラム、その他の固定データを格納する。ＲＡＭ５０３は、造形データ等を一時格納する。

【0046】

さらに、制御部５００は、不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）５０４と、ＡＳＩＣ５０５と、外部Ｉ／Ｆ５０６を備える。

【0047】

不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）５０４は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持する。

【0048】

ＡＳＩＣ５０５は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理する。

【0049】

外部Ｉ／Ｆ５０６は、外部の造形データ作成装置６００から造形データを受信するときに使用するデータ及び信号の送受を行う。なお、造形データ作成装置６００は、最終形態の造形物を各造形層にスライスした造形データを作成する装置であり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置で構成されている。

【0050】

さらに、制御部５００は、Ｉ／Ｏ５０７と、ヘッド駆動制御部５０８を備える。

【0051】

Ｉ／Ｏ５０７は、各種センサの検知信号を取り込む。ヘッド駆動制御部５０８は、液体吐出ユニット５０の各ヘッド５２を駆動制御する。

【0052】

さらに、制御部５００は、モータ駆動部５１０と、モータ駆動部５１１と、モータ駆動部５１２を備える。

【0053】

モータ駆動部５１０は、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＸ方向（主走査方向）に移動させるＸ方向走査機構５５０を構成するモータを駆動する。

【0054】

モータ駆動部５１１は、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＺ方向に移動（昇降）させるＺ方向昇降機構５５１を構成するモータを駆動する。なお、矢印Ｚ方向への昇降は造形ユニット５全体を昇降させる構成とすることもできる。

【0055】

モータ駆動部５１２は、造形ユニット５をＹ方向（副走査方向）に移動させるＹ方向走査機構５５２を構成するモータを駆動する。

【0056】

さらに、制御部５００は、モータ駆動部５１３と、モータ駆動部５１４と、モータ駆動部５１５と、モータ駆動部５１６を備える。

【0057】

モータ駆動部５１３は、供給ステージ２３を昇降させるモータ２７を駆動する。モータ駆動部５１４は、造形ステージ２４を昇降させるモータ２８を駆動する。モータ駆動部５１５は、ローラ部材１２を移動させる往復移動機構のモータ５５３を駆動する。モータ駆動部５１６は、ローラ部材１２を回転駆動するモータ２６を駆動する。

【0058】

さらに、制御部５００は、供給系駆動部５１７と、メンテナンス駆動部５１８を備える。

【0059】

供給系駆動部５１７は、供給槽２１に粉体２０を供給する粉体供給装置５５４を駆動する。メンテナンス駆動部５１８は、液体吐出ユニット５０のメンテナンス機構６１を駆動する。

【0060】

さらに、制御部５００は、後供給駆動部５１９を備える。後供給駆動部５１９は、粉体後供給部８０から粉体２０の供給を行わせる。

【0061】

さらに、制御部５００のＩ／Ｏ５０７には、温湿度センサ５６０及び他のセンサからの検知信号が入力される。温湿度センサ５６０は、装置の環境条件としての温度及び湿度を検出する。

【0062】

さらに、制御部５００には、操作パネル５２２が接続される。操作パネル５２２は、必要な情報の入力及び表示を行う。

【0063】

なお、造形データ作成装置６００と立体造形装置（粉体積層造形装置）６０１によって造形装置が構成される。

【0064】

次に、造形データ作成装置６００が行う造形データ作成の一例について説明する。

【0065】

まず、所望する立体データ（例えばＳＴＬなどのＣＡＤデータ）を積層方向（即ちＺ方向）で分断して、複数のスライスデータとする。

【0066】

そして、各スライスデータの各Ｘ座標と各Ｙ座標に対応した液滴吐出の有無や、液滴の大きさ、液滴の種類、などを決定し、これを造形データとする。

【0067】

なお、上記の造形データの作成方法は一例であり、これに限るものでなく、造形データ作成装置を別体のパーソナルコンピュータで行うこともできるし、所望する立体データのスライスデータへの変換を必須とするものではない。

【0068】

次に、造形の流れについて図５を参照して説明する。図５は造形の流れの説明に供する模式的説明図である。

【0069】

造形槽２２の造形ステージ２４上に、１層目の層状造形物３０が形成されている状態から説明する。

【0070】

まず図５のＳ１０１に示すように、１層目の層状造形物３０上に次の層状造形物３０を形成するときには、供給槽２１の供給ステージ２３をＺ１方向に上昇させ、造形槽２２の造形ステージ２４をＺ２方向に下降させる（ステージ上昇／下降）。

【0071】

このとき、粉体層３１表面とローラ部材１２の下部との間隔がΔｔ１となるように造形ステージ２４の下降距離を設定する。この間隔Δｔ１が次に形成する粉体層３１の厚さ（即ち、積層ピッチ）に相当する。積層ピッチΔｔ１は、数１０～１００μｍ程度であることが好ましい。

【0072】

次いで、図５のＳ１０２に示すように、供給槽２１の上面レベルよりも上方に位置する粉体２０を、ローラ部材１２を順方向（矢印方向）に回転しながらＹ２方向（造形槽２２側）に移動することで、粉体２０を造形槽２２へと移送供給する（粉体供給）。

【0073】

さらに、図５のＳ１０３に示すように、ローラ部材１２を造形槽２２の造形ステージ２４のステージ面と平行に移動させて、造形槽２２に粉体２０を供給して所定の厚さΔｔ１となる粉体層３１を形成する（平坦化）。

【0074】

平坦化工程により、造形ステージ２４の層状造形物３０上で所定の積層ピッチΔｔ１になる粉体層３１が形成される。このとき、図５のＳ１０３に示すように、粉体層３１の形成に使用されなかった余剰の粉体２０は余剰粉体受け槽２９に落下する。

【0075】

粉体層３１を形成後、ローラ部材１２は、図５のＳ１０４に示すように、Ｙ１方向に移動されて初期位置（原点位置）に戻される（復帰される）。ここで、ローラ部材１２は、造形槽２２及び供給槽２１の上面レベルとの距離を一定に保って移動できるようになっている。一定に保って移動できることで、ローラ部材１２で粉体２０を造形槽２２の上へと搬送させつつ、造形槽２２上又は既に形成された層状造形物３０の上に均一厚さΔｔ１の粉体層３１を形成できる。

【0076】

その後、図５のＳ１０５に示すように、液体吐出ユニット５０のヘッド５２から造形液１０の液滴を吐出して、粉体層３１に層状造形物３０を積層形成する（造形）。

【0077】

なお、層状造形物３０は、例えば、ヘッド５２から吐出された造形液１０が粉体２０と混合されることで、粉体２０に含まれる接着剤が溶解し、溶解した接着剤同士が結合して粉体２０が結合されることで形成される。

【0078】

このように、ローラ部材１２により形成された粉体層３１に造形液１０を吐出して、粉体層３１中の粉体２０が所要形状に結合された層状造形物３０を形成する工程を、層状造形物形成工程と呼ぶ。なお所要形状とは、最終的に立体造形物の一部を形成する形状のことである。

【0079】

次いで、上述したＳ１０１～Ｓ１０５の各工程を繰り返す。このとき、新たな層状造形物３０とその下層の層状造形物３０とは一体化して立体造形物の一部を構成する。上記工程を必要な回数繰り返すことによって、立体造形物（三次元形状造形物とも言う）を形成する。

【0080】

次に、固化液（第１造形液）と非固化液（第２造形液）とを吐出する場合の造形の流れを説明する。図６は、固化液と非固化液とを吐出する場合の造形の流れの一例を示した図である。

【0081】

図６の左上に示すように、例えばキャリッジ５１内のヘッド５２ａ及びヘッド５２ｂは、それぞれ、粉体を固化させる固化液６１１、及び、非固化液６１２を吐出する。造形物として形成される（固化部）領域には固化液６１１が吐出され、固化部の輪郭部には非固化液６１２が吐出される。

【0082】

１スキャンの吐出が完了すると、図６の右上に示すように、造形ステージ２４が下降する。その後、図６の中央左に示すように、次の粉体層が形成される。図６の中央右に示すように、形成された粉体層に、さらに固化液および非固化液が吐出される。

【0083】

すべての層状造形物３０が積層された場合、図６の左下に示すように、造形ステージ２４が上昇する。非固化液が吐出された領域の粉体が取り除かれ、図６の右下に示すように、最終的な立体造形物が形成される。

【0084】

以下、固化液と非固化液の吐出に用いられる吐出パターンの具体例について説明する。

【0085】

制御部５００は、以下に示すような吐出パターンに従って造形液を吐出するように、上記各部を制御する。本実施形態では、制御部５００は、固化液を吐出する複数の領域のうち少なくとも一部と隣接する領域に非固化液を吐出する吐出パターンに従い、固化液及び非固化液を吐出するように液体吐出ユニット５０を制御する。

【0086】

図７は、一般的に用いられている吐出パターンの例を示した図である。図８は、一般的な吐出パターンを用いた場合の吐出位置の遷移例を示した図である。図９は、本実施形態で用いる吐出パターンの例を示した図である。図１０は、本実施形態の吐出パターンを用いた場合の吐出位置の遷移例を示した図である。

【0087】

なお吐出パターン内の数字は、吐出の順序を示す。１回のキャリッジ５１の主走査方向（Ｘ方向）への移動（スキャン）で、同じ数字が示す領域に造形液が吐出される。以下では、主走査方向をキャリッジ移動方向という場合がある。また、キャリッジ５１を副走査方向（Ｙ方向）に移動させることをキャリッジの改行という場合がある。

【0088】

図７は、造形物の精度向上のために用いられるマスクパターンの例である。マスクパターンは、固化液を分散して吐出させるパターンを含む。一定の吐出領域に固化液を分散させて吐出することにより、Ｘ方向及びＹ方向への液のにじみ広がりが抑えられ、造形物の精度向上につながる。

【0089】

図７のマスクパターンは、所定の大きさの領域を４分割した領域を単位として造形液を吐出するパターンを示す。１つの単位領域の高さ７０１はノズルピッチに相当する。領域７０２は、固化液を吐出する領域（固化領域）であり、領域７０２の周囲の領域は、非固化液を吐出する領域（非固化領域）である。

【0090】

図７のマスクパターンを用いる場合、図８に示すように、分割した４つの領域のうち、左上の領域に１スキャン目で吐出し、右下の領域に２スキャン目で吐出し、右上の領域に３スキャン目で吐出し、左下の領域に４スキャン目で吐出するように、造形液の吐出が制御される。

【0091】

図７のようなマスクパターンを用いると、各スキャンで、固化液と非固化液を滴下する位置が離れているため（例えば図８の領域８０１と領域８０２）、固化液および非固化液がそれぞれにじんで広がり、造形物の精度低下に繋がる。

【0092】

図９は、このようなにじみ広がりを抑制するための吐出パターンの例である。図９に示すように、本実施形態の吐出パターンは、固化液と非固化液が隣接する部分（領域９１１～９１４）で、固化液と非固化液の両方が同一のスキャン内で吐出されるように吐出順序を定めたパターンを含む。図９のマスクパターンを用いる場合、図１０に示すように、制御部５００は、固化液と非固化液とが隣接する部分に対して、同一のスキャンで造形液を吐出するように制御できる。

【0093】

このように、本実施形態の吐出パターンは、同一スキャン内で固化液と非固化液が少なくとも一部隣接するような吐出パターンを含む。これにより、固化液および非固化液がそれぞれにじんで広がることを防止し、造形物の精度を向上させることができる。また、同一のスキャンで固化液および非固化液をともに吐出するので、生産性を向上させることができる。

【0094】

なお、固化液および非固化液は、非相溶性を有していてもよい。非相溶性を有することで、余剰粉体の除去が容易になる。従って、造形物の精度をさらに向上可能となる。

【0095】

吐出パターンは、図９に示すパターンに限られるものではない。以下、吐出パターンの変形例について図１１～図１５を用いて説明する。なお各図では、矢印の右側に、各変形例の吐出パターンを示し、矢印の左側に、変形例を適用しない場合の吐出パターンの例を示す。

【0096】

（変形例１）
図１１は、変形例１の吐出パターンを示す。変形例１の吐出パターンは、非固化液の吐出領域を、固化液と隣接する部分のみとするパターンの例である。このような吐出パターンを用いることにより、非固化液の消費量を低下可能となる。また、造形液が滴下されていない粉体の量が増加するため、粉体のリサイクル性を向上させることができる。

【0097】

（変形例２）
図１２は、変形例２の吐出パターンを示す。変形例２の吐出パターンは、固化液と非固化液が隣接する部分（領域１２０１）で、非固化液を吐出する順番だけではなく、固化液を吐出する順番も変更することにより、固化液と非固化液とが同一スキャン内で吐出されるように配置したパターンの例である。

【0098】

このようなパターンを用いれば、造形物の境界面（固化領域と非固化領域の境界面）が、Ｘ方向およびＹ方向に直線状でない場合であっても、固化液と非固化液を同一スキャン内で隣接して吐出することができる。従って、曲線部などを有する造形物の精度を向上させることができる。

【0099】

（変形例３）
図１３は、変形例３の吐出パターンを示す。変形例３の吐出パターンは、固化液と非固化液が隣接する部分の一部（領域１３０１）で、固化液を吐出する１スキャン前に、非固化液を吐出するパターンを含む。なお、１スキャン前に吐出する非固化液は、固化液より少ない液滴量としてもよい。図１３の例では、領域１３１１で、固化液より液適量が少ない非固化液が吐出される。液滴量を少なくすることで、先に吐出する非固化液がにじんで広がり、造形物の精度が低下することを防止可能となる。

【0100】

（変形例４）
図１４は、変形例４の吐出パターンを示す。変形例４の吐出パターンは、キャリッジ５１が改行する位置１４０１付近の領域１４０２では、固化液と非固化液とも液滴量は少なくし、複数回のスキャンにより重ねて吐出するパターンを含む。これにより、キャリッジが改行する直前に吐出した液滴がにじんで広がり、精度低下に繋がることを防止することができる。

【0101】

（変形例５）
図１５は、変形例５の吐出パターンを示す。変形例５の吐出パターンは、ヘッド解像度の倍の解像度での吐出（２パス、１／２インターレース吐出）するパターンの例である。このように、吐出パターンは、ヘッド解像度より高い解像度となるように造形液を吐出させるパターンを含んでもよい。

【0102】

変形例５の吐出パターンは、固化液と非固化液の境界部の一部（領域１５０１、１５０２）で、固化液を非固化液より１スキャン前に吐出したり、非固化液を固化液より１スキャン前に吐出したりするパターンを含む。

【0103】

変形例５の吐出パターンでは、キャリッジ移動方向（Ｘ方向）に隣接する固化液と非固化液は、同一スキャン内で吐出される。キャリッジを改行する方向（Ｙ方向）に隣接する固化液と非固化液は、互いに前後する２つのスキャン内で吐出される。

【0104】

例えば領域１５０１では、固化液は、非固化液より前のスキャン時に吐出される。この場合、同一スキャン内にて非固化液と隣接していないので、にじみ防止のため、固化液の液滴量を少なくしてもよい。例えば領域１５１１で、非固化液より液適量が少ない固化液が吐出される。

【0105】

また、例えば領域１５０２では、固化液は、非固化液の次のスキャン時に吐出される。この場合、同一スキャン内にて固化液と隣接していないので、液にじみ防止のため、非固化液の液滴量を少なくしてもよい。例えば領域１５１２で、固化液より液適量が少ない非固化液が吐出される。

【0106】

１スキャン前に吐出する液滴は少ない液滴量にすることで、先に吐出する造形液がにじんで広がり、造形物の精度が低下することを防止することができる。

【0107】

本実施形態にかかる立体造形装置で実行されるプログラムは、ＲＯＭ５０２等に予め組み込まれて提供される。

【0108】

本実施形態にかかる立体造形装置で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－Ｒ（Compact Disk Recordable）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録してコンピュータプログラムプロダクトとして提供されるように構成してもよい。

【0109】

さらに、本実施形態にかかる立体造形装置で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、本実施形態にかかる立体造形装置で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。

【0110】

本実施形態にかかる立体造形装置で実行されるプログラムは、コンピュータを上述した立体造形装置の各部として機能させうる。このコンピュータは、ＣＰＵ５０１がコンピュータ読取可能な記憶媒体からプログラムを主記憶装置上に読み出して実行することができる。

【符号の説明】

【0111】

１ 造形部
５ 造形ユニット
１２ ローラ部材
１３ 粉体除去板
２０ 粉体
２１ 供給槽
２２ 造形槽
２９ 余剰粉体受け槽
３０ 層状造形物
３１ 粉体層
５２ 液体吐出ヘッド

【先行技術文献】

【特許文献】

【0112】

【文献】特開２００９－００６５３８号公報

【文献】特開２０１７－０７５３６１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】