特許 7248972 三次元造形装置及び三次元造形方法

(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】2023-03-22

(45)【発行日】2023-03-30

(54)【発明の名称】三次元造形装置及び三次元造形方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/393 20170101AFI20230323BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20230323BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20230323BHJP

   B29C 64/112 20170101ALI20230323BHJP

   B33Y 50/00 20150101ALI20230323BHJP

   B29C 64/245 20170101ALI20230323BHJP

   B29C 64/227 20170101ALI20230323BHJP

   B29C 64/386 20170101ALI20230323BHJP

【ＦＩ】

B29C64/393

B33Y30/00

B33Y10/00

B29C64/112

B33Y50/00

B29C64/245

B29C64/227

B29C64/386

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018237131

(22)【出願日】2018-12-19

(65)【公開番号】P2020097196

(43)【公開日】2020-06-25

【審査請求日】2021-12-07

(73)【特許権者】

【識別番号】307015301

【氏名又は名称】武藤工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】502340996

【氏名又は名称】学校法人法政大学

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】當間 隆司

(72)【発明者】

【氏名】田沼 千秋

【審査官】▲高▼橋 理絵

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２０１５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１３０８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０６９５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０３５４３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１４９７７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２５３０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５１６８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２２９１１９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／００－６４／４０

Ｂ３３Ｙ １０／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

造形材料を吐出する吐出部と、
前記造形材料に光又は熱を与えて前記造形材料を硬化させる硬化手段と、
前記造形材料を吐出する造形面を有する基材を保持するための造形テーブルと、
前記吐出部に対する前記造形テーブルの三次元空間の相対的な位置を調整する位置調整機構と、
前記吐出部、前記硬化手段、及び前記位置調整機構を制御する制御部と、
前記造形面の形状データに基づき前記造形材料の三次元データをスライスデータに分割するスライスデータ生成部と
を備え、
前記制御部は、前記吐出部を前記造形テーブルに対し静止させた状態で、前記造形材料を連続して複数回吐出して前記造形材料の積層体を形成し、その複数回の吐出後、前記硬化手段により前記積層体を硬化させるよう動作し、
前記位置調整機構は、前記造形テーブルの傾斜角を調整可能に構成され、
前記制御部は、前記造形材料の吐出方向と前記基材の造形面の法線が略一致するよう前記位置調整機構を制御する
ことを特徴とする三次元造形装置。

【請求項2】

前記制御部は、吐出パスに沿って前記吐出部を前記造形テーブルに対し相対的に移動させるよう構成された、請求項１に記載の三次元造形装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記吐出パスに沿った前記吐出部の移動、前記吐出部による前記造形材料の吐出、及び前記硬化手段による前記造形材料の硬化を、前記吐出パスの終点まで繰り返すよう構成された、請求項２に記載の三次元造形装置。

【請求項4】

目標造形物を形成するための造形材料を吐出する吐出部を、基材を載置した造形テーブルに対し静止させた状態で、前記造形材料を連続して複数回吐出して造形材料の積層体を形成するステップと、
前記造形材料の積層体に対し、光又は熱を照射して前記積層体を硬化させるステップと、
前記吐出部を吐出パスに沿って移動させるステップと、
前記造形テーブルの傾斜角を調整するステップと、
前記造形材料を吐出する造形面の形状データに基づき前記造形材料の三次元データをスライスデータに分割するステップと
を備え、
前記造形テーブルの傾斜角は、前記造形材料の吐出方向と前記基材の造形面の法線が略一致するように調整される、三次元造形方法。

【請求項5】

前記吐出部を吐出パスに沿って移動させるステップは、前記吐出パスに沿って前記吐出部を前記造形テーブルに対し相対的に移動させるものである、
請求項４に記載の三次元造形方法。

【請求項6】

前記吐出パスに沿った前記吐出部の移動、前記吐出部による前記造形材料の吐出、及び前記造形材料の硬化を、前記吐出パスの終点まで繰り返す、請求項５に記載の三次元造形方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元造形装置及び三次元造形方法に関する。

【背景技術】

【0002】

基材上に三次元造形物を追加的に造形するための三次元造形装置が広く用いられている。基材上の造形面は、平面には限られず、曲面である場合もあり、このような曲面の造形面にも、三次元造形物を高精度に形成することが求められている。

【0003】

三次元造形方法には様々な方式が知られており、そのうちの１つとしてインクジェット方式が広く知られている。インクジェット方式は、例えば光又は熱硬化型のインクを走査線に沿って吐出した後、造形面に吐出されたインクに光（例えば紫外線）又は熱を照射して硬化させる。このような走査、インク吐出、及び硬化を繰り返すことにより、所望の形状の三次元造形物を形成することができる。

【0004】

このようなインクジェット方式において、益々高精度な造形が求められており、一例として直径が０．３ｍｍ程度の構造物の造形や真円度の高い柱状の造形が求められている。このような高精度な造形は、上記のような従来のインクジェット方式では困難である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００５－２０５６７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、インクジェット方式において、より高精度な三次元造形物の造形が可能とする三次元造形装置及び方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するため、本発明に係る三次元造形装置は、造形材料を吐出する吐出部と、前記造形材料に光又は熱を与えて前記造形材料を硬化させる硬化手段と、前記造形材料を吐出する造形面を有する基材を保持するための造形テーブルと、前記吐出部に対する前記造形テーブルの三次元空間の相対的な位置を調整する位置調整機構と、前記吐出部、前記硬化手段、前記位置調整機構を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記吐出部を前記造形テーブルに対し静止させた状態で、前記造形材料を連続して複数回吐出して造形材料の積層体を形成し、その複数回の吐出後、前記硬化手段により前記積層体を硬化させるよう動作することを特徴とする。

【0008】

この三次元造形装置において、前記位置調整機構は、前記造形テーブルの傾斜角を調整可能に構成されることができる。加えて、前記制御部は、前記造形材料の吐出方向と前記基材の法線が略一致するよう前記位置調整機構を制御するよう構成することができる。

【0009】

また、この三次元造形装置において、前記造形面の曲面形状データに基づき前記造形材料の三次元データをスライスデータに分割するスライスデータ生成部を更に備えることができる。また、前記制御部は、吐出パスに沿って前記吐出部を前記造形テーブルに対し相対的に移動させるよう構成されることができる。また、前記制御部は、前記吐出パスに沿った前記吐出部の移動、前記吐出部による前記造形材料の吐出、及び前記硬化手段による前記造形材料の硬化を、前記吐出パスの終点まで繰り返すよう構成されることができる。

【0010】

また、本発明に係る三次元造形方法は、目標造形物を形成するための造形材料を吐出する吐出部を、基材を載置した造形テーブルに対し静止させた状態で、前記造形材料を連続して複数回吐出して造形材料の積層体を形成するステップと、前記造形材料の積層体に対し、光又は熱を照射して前記積層体を硬化させるステップと、前記吐出部を吐出パスに沿って移動させるステップとを備える。

【0011】

この三次元造形方法において、前記造形テーブルの傾斜角を調整するステップを更に備えることができる。この場合、前記造形テーブルの傾斜角は、前記造形材料の吐出方向と前記基材の法線が略一致するように調整され得る。また、この方法において、前記造形面の曲面形状データに基づき前記造形材料の三次元データをスライスデータに分割するステップを更に備えることができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、インクジェット方式において、より高精度な三次元造形物の造形が可能とする三次元造形装置及び方法を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１の実施の形態の３Ｄプリンタ１００の全体構成を示す概略斜視図である。

【図2】位置／傾斜角調整機構１５の具体的な構成の一例を示す斜視図である。

【図3】第１の実施の形態の３Ｄプリンタ１００において目標造形物ＡＳを基材ＢＥ上に形成する場合の基本的な手順を説明する概略図である。

【図4】第１の実施の形態の３Ｄプリンタ１００の制御部２００の詳細な構成の一例を説明するブロック図である。

【図5】基材ＢＥの造形面の形状が曲面である場合における、目標造形物ＡＳの三次元データ、及びスライスデータＳｉの生成を説明する概略図である。

【図6】第１の実施の形態の３Ｄプリンタ１００を用いた三次元造形方法の手順を説明するフローチャートである。

【図7】位置／傾斜角調整機構１５による造形テーブル１６の傾斜角の調整の様子を説明する概略図である。

【図8】制御用ＣＰＵ２０２から出力される駆動信号Ｓｓｈ、Ｓｉｊ、Ｓｍｃの波形の一例を示すタイミングチャートである。

【図9】第２の実施の形態の３Ｄプリンタ１００の全体構成を示す概略斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付図面を参照して本実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではない。

【0015】

本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。

【0016】

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態の３Ｄプリンタ１００の全体構成を示す概略斜視図である。この３Ｄプリンタ１００は、フレーム１１、Ｚガントリ１２、Ｙガントリ１３、Ｘ方向レール１４、位置／傾斜角調整機構１５、造形テーブル１６、インクタンク１７、インクジェットヘッド１８（吐出部）、硬化ヘッド１９（硬化手段）、及び昇降装置２０Ａ、２０Ｂを備える。また、３Ｄプリンタ１００内の各部の制御のため、制御部２００が設けられている。

【0017】

フレーム１１は、矩形形状の骨組を有しており、後述するＺガントリ１２等を内部に収納する。また、Ｚガントリ１２は、フレーム１１の内部において、昇降装置２０Ａ、２０Ｂにより図１のＺ方向に移動可能に構成されている。

【0018】

Ｙガントリ１３は、Ｚガントリ１２の表面を、図１のＹ方向に沿って摺動可能に構成されている。また、Ｙガントリ１３の内壁には、Ｘ方向を長手方向として延びるＸ方向レール１４が接続されており、このＸ方向レール１４に沿って位置／傾斜角調整機構１５が移動可能に配置されている。位置／傾斜角調整機構１５は、造形テーブル１６を保持し、造形テーブル１６の載置面の傾斜方向を調整可能に構成されている。造形テーブル１６は、目標造形物を形成するための基材を載置するための基台である。

【0019】

位置／傾斜角調整機構１５は、例えば図２に一例として示すような６軸パラレルリンク機構を有する調整機構とすることができる。この図２の機構は、Ｘ方向レール１４に沿って摺動可能にされた基台１５１と、基台１５１の表面に放射状に配置されるスライダ１５２と、スライダ１５２においてその下端が摺動可能に保持され且つ上端が造形テーブル１６の底面にユニバーサルジョイント等（図示せず）を介して接続される摺動バー１５３とを備えている。

【0020】

この位置／傾斜角調整機構１５（位置調整機構）は、Ｚガントリ１２、Ｙガントリ１３、及びＸ方向レール１４によりＸＹＺの３方向（三次元方向、三次元空間）に造形テーブル１６を移動可能とされると共に、摺動バー１５３の下端の位置を調整することにより、造形テーブル１６の傾斜角を調整することができる。この構成によれば、傾斜角を３方向に調整することができる。すなわち、Ｚガントリ１２、Ｙガントリ１３、Ｘ方向レール１４、及び位置／傾斜角調整機構１５により、ＸＹＺ方向も含め６軸方向の調整が可能になる。なお、Ｚガントリ１２、Ｙガントリ１３、及び位置／傾斜角調整機構１５は、後述する駆動検知機構２０８－１～６内のアクチュエータにより駆動されるとともに、その位置及び傾斜角（回転量）は駆動検知機構２０８－１～６内のセンサにより検知される。

【0021】

位置／傾斜角調整機構１５は、インク吐出による造形動作の間、インクジェットヘッド１８からのインクの吐出方向が、基材の造形面の法線と略一致するよう、その傾斜角が調整される。なお、基材が平面形状（板材等）である場合、この位置／傾斜角調整機構１５は省略することもできる。

【0022】

Ｚガントリ１２、Ｙガントリ１３、及び位置／傾斜角調整機構１５の以上のような動作により、造形テーブル１６上は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の３方向に移動可能とされる。更に、位置／傾斜角調整機構１５による傾斜角の調整により、造形テーブル１６の傾斜角が調整可能とされる。造形テーブル１６上の基材の造形平面の傾斜角が調整されることにより、造形平面が曲面である基材上にも容易に且つ高精度に追加的な造形を行うことが可能になる。

【0023】

図１の装置では、インクタンク１７、インクジェットヘッド１８、及び硬化ヘッド１９は、造形テーブル１６の上方のフレーム１１に固定的に保持されている。このインクジェットヘッド１８に対し造形テーブル１６が相対的に移動することにより、造形工程が実行され得る。必要に応じ、インクタンク１７、インクジェットヘッド１８、及び硬化ヘッド１９を、フレーム１１に対し移動可能なよう、移動調整機構を設けても良い。なお、造形テーブル１６の移動制御においては、造形テーブル１６上に載置された基材ＢＥ、又は目標造形物ＡＳと、インクジェットヘッド１８との間の距離が所定のクリアランス距離を維持するように制御がなされるのが好ましい。この制御は、光センサ等の距離センサにより計測し、その計測結果に基づいてもよいし、基材ＢＥのＣＡＤデータに基づいて行ってもよい。

【0024】

インクタンク１７は、インクジェットヘッド１８から吐出するインクを保持している。そして、インクジェットヘッド１８は、このインクを重力方向（Ｚ方向）に沿って吐出して三次元造形物を形成する。この３Ｄプリンタ１００では、インクジェットヘッド１８は、フレーム１１及び造形テーブル１６に対し静止した状態でインクを吐出するよう構成されている。インクジェットヘッド１８によるインクの吐出中は、造形テーブル１６も静止状態としてインクを吐出する。このため、インクジェットヘッド１８からのインクは、吐出目標位置に対して鉛直方向（Ｚ方向）に沿って吐出される。

【0025】

なお、インクとしては、紫外線が照射されることによって硬化する紫外線硬化型インクを用いることができる。紫外線以外にも、加熱や電子ビームの照射により硬化する硬化型インクも使用可能である。以下では一例として紫外線硬化型インクを使用した例について主に説明する。

【0026】

この第１の実施の形態の３Ｄプリンタ１００は、後述するように造形材料を形成する位置に沿ってインクジェットヘッド１８を移動させて三次元造形物を形成するベクタースキャン方式を採用している。すなわち、造形領域の全体を複数の平行な走査線に沿って走査して造形物を形成するラスタスキャン方式とは異なり、ベクタースキャン方式においては、インクジェットヘッド１８が造形材料を形成すべき位置のみを通過するよう吐出パスがコンピュータにより生成され、この吐出パスに沿ってインクジェットヘッド１８が造形テーブル１６に対し相対的に移動する。

【0027】

更に、この３Ｄプリンタ１００では、ベクタースキャン方式を実行しつつ、図３に示すように、同一箇所においてインクジェットヘッド１８を静止させた状態で、基材ＢＥに対し複数回インクの吐出を繰り返し（（１））、その複数回のインク吐出後、紫外線照射等による硬化処理を行い（（２））、インクの積層物を形成し、目標造形物ＡＳを基材ＢＥ上に形成する。一例として、インクジェットヘッド１８は、１回当たり５～２０ｐｌ程度のインクを吐出し、この吐出を同一箇所で数十回～数千回程度繰り返し、その後硬化処理を行う。前述のように、インクジェットヘッド１８は、フレーム１１及び造形テーブル１６に対し静止した状態でインクを吐出するよう構成されている。これにより、インクの吐出回数に応じた高さを有する柱状の造形物を形成することができる。インクジェットヘッドが走査方向に移動しながらインクを吐出する場合、インクはインクジェットヘッドの移動方向のベクトルとインク吐出方向のべクトルとの和の方向である斜め方向に飛翔する。このため、図３のような柱状の造形物を形成することはできない。本実施の形態のように、インクジェットヘッド１８を造形テーブル１６に対し静止させた状態で連続してインクを複数回吐出し、その後硬化することにより、このような柱状の造形物の形成が可能になる。

【0028】

所定回数の吐出と硬化処理が完了したら、インクジェットヘッド１８は、定められた吐出パスに沿って移動し（（３））、以下、上記の処理（１）（２）が繰り返される。同一箇所での吐出の回数は、１回当たりのインクの吐出量、インクの各種性状（粘度を含む）、環境温度、基材の性状（材料、表面粗さ、曲率等）に依存する。

【0029】

なお、この第１の実施の形態におけるベクタースキャン方式は、造形テーブル１６に対しインクジェットヘッド１８が相対的に移動すればよく、移動対象は造形テーブル１６であってもよいし、インクジェットヘッド１８であってもよい。ただし、いずれの場合にも、インク吐出時においては、インクジェットヘッド１８は造形テーブル１６に対し静止した状態に維持される。以下の実施の形態では、主に前者の方式について説明するが、これに限定されるものではない。

【0030】

インクを連続的に吐出して図２に示すような柱状の造形物を形成するため、吐出するインクは、所定値以上の粘度を有するインクであることが好適である。一例として、紫外線硬化型インクが重合型モノマー等を材料として形成される場合、インクの粘度は２０ｍＰａ・ｓ以下とすることができる。ただし、インクの積層物が形成可能である限り、インクの材料、粘度、混合物の有無は不問である。インクの材料、混合物の材料若しくは比率、造形時の環境温度、１回当たりの吐出量、その他の条件により、求められる粘度の値は異なると想定される。なお、紫外線硬化型インクは、無溶剤型のものであってもよいし、溶剤型（溶剤を基材として含む）であってもよい。

【0031】

３Ｄプリンタ１００は、制御部２００からの各種制御信号により制御される。図４に、この制御部２００の詳細な構成の一例を示す。制御部２００は、インクジェットヘッド１８、硬化ヘッド１９、及び駆動検知機構２０８－１～６を制御するための構成として、ホストＰＣ２０１、制御用ＣＰＵ２０２、ヘッド制御部２０３、硬化ヘッドドライバ２０４、インクジェットヘッドドライバ２０５、機構制御部２０６、及び機構ドライバ２０７を備えている。駆動検知機構２０８－１～６は、それぞれ、内蔵するアクチュエータにより、造形テーブル１６のＸＹＺ方向への移動、及び傾斜角の調整のためＺガントリ１２、Ｙガントリ１３、及び位置／傾斜角調整機構１５を駆動するとともに、内蔵するセンサにより、その位置や傾斜角を検知する。

【0032】

ホストＰＣ２０１は、目標造形物ＡＳの三次元データに基づいて、当該三次元データを積層方向に並ぶ複数の曲面データであるスライスデータＳｉに分解する。すなわち、ホストＰＣ２０１は、三次元データをスライスデータに分割するスライスデータ生成部として機能する。スライスデータＳｉは、目標造形物ＡＳが形成される基材ＢＥの造形面の形状に合致する形状を与えられる。例えば、基材ＢＥの造形面の形状が平面であれば、スライスデータＳｉも平面形状とされ得る。一方、基材ＢＥの造形面の形状が曲面である場合には、図５に示すように、目標造形物ＡＳの三次元データもこの曲面形状に沿った形状を与えられるのが好適である。また、スライスデータＳｉも、基材ＢＥの造形面の形状に合わせた曲面形状を有するのが好適である。スライスデータＳｉの各々は、複数回のインクの吐出に相当する厚さを有している。なお、積層方向の複数のスライスデータＳｉは、全て均一の厚さを有する必要はなく、厚さは互いに異なっていても良い。

【0033】

図４に戻って説明を続ける。ホストＰＣ２０１は更に、生成されたスライスデータに基づき、インクジェットヘッド１８、硬化ヘッド１９及び駆動検知機構２０８－１～６を制御するための制御データを生成する。ホストＰＣ２０１は、ＣＡＭツールを用いて、制御データに基づきインクジェットヘッド１８の相対的な移動経路を示す吐出パスデータを設定可能に構成されている。設定された吐出パスは、目標造形物ＡＳの三次元データ、装置の動作環境、インクの性状データ、その他造形環境に関する各種データ（温度、湿度等を含む）に従いホストＰＣ２０１において事前検証され、必要な修正が適用される。事前検証が不要であれば、ＣＡＭツールは省略して、スライスデータのみに基づいて吐出パスデータを生成することもできる。

【0034】

制御用ＣＰＵ２０２は、ホストＰＣ２０１から出力された吐出パスのデータに基づき、インクジェットヘッド１８及び硬化ヘッド１９を制御するためのインク吐出・硬化制御データと、駆動検知機構２０８－１～６を制御するための駆動制御データを生成する。

【0035】

ヘッド制御部２０３は、吐出・硬化制御データに従い、硬化ヘッドドライバ２０４に対し、硬化ヘッド１９から硬化のために照射される紫外線の照射の開始タイミング、照射時間、照射量等を示す駆動信号Ｓｍｃを出力する。硬化ヘッドドライバ２０４は、この駆動信号Ｓｍｃに従い硬化ヘッド１９を駆動する。

【0036】

また、ヘッド制御部２０３は、インク吐出・硬化制御データに従い、インクジェットヘッドドライバ２０５に対し、インクジェットヘッド１８から吐出されるインクの吐出の開始タイミング、吐出回数、及び１回当たりの吐出量等を示す駆動信号Ｓｉｊを出力する。インクジェットヘッドドライバ２０５は、この駆動信号Ｓｉｊに従ってインクジェットヘッド１８を駆動する。

【0037】

機構制御部２０６は、駆動制御データに従い、機構ドライバ２０７に対し、駆動検知機構２０８－１～６における駆動開始タイミング、及び駆動量を示す駆動信号Ｓｓｈを出力する。機構ドライバ２０７は、この駆動信号Ｓｓｈに基づいて駆動検知機構２０８－１～６を駆動する。

【0038】

次に、図１の装置を使用した三次元造形方法の実行手順について、図６のフローチャートを参照して説明する。まず、ホストＰＣ２０１は、目標造形物ＡＳが形成される基材ＢＥの造形面の曲面形状データを取得する（ステップＳ１１）。造形面の曲面形状データは、実際に基材ＢＥの造形面をカメラ（図示せず）で撮影して取得してもよいし、基材ＢＥのＣＡＤデータを外部から受信することで取得することも可能である。

【0039】

次に、造形物データ、及びステップＳ１１で得られた造形面の曲面形状データから、目標造形物ＡＳの三次元データのスライスデータＳｉを生成する（ステップＳ１２）。図５で説明したように、造形面の曲面形状データとスライスデータＳｉの形状が略一致するよう、目標造形物の三次元データがスライスされる。

【0040】

スライスデータＳｉが生成されると、このスライスデータＳｉに基づいて、インクジェットヘッド１８が相対的に移動する吐出パスがホストＰＣ２０１において生成される（ステップＳ１３）。ホストＰＣ２０１は、Ｎ番目のスライスデータＳ_Ｎ内の造形領域に対する吐出を完了した後、Ｎ＋１番目のスライスデータＳ_Ｎ＋１内の造形領域に対する吐出に移行する、という手順で吐出が実行されるよう、吐出パスを生成する。吐出パスが生成されると、前述したように、この吐出パスに従って、インク吐出・硬化制御データ及び駆動制御データが生成される（ステップＳ１４、Ｓ１５）。

【0041】

その後、駆動検知機構２０８－１～６を駆動させて造形テーブル１６を吐出パスの初期位置まで移動させ、且つ造形テーブル１６の傾斜角を、造形面の曲面形状データに従って調整する（ステップＳ１６）。ＸＹＺ方向の移動は、Ｚガントリ１２、Ｙガントリ１３、及びＸ方向レール１４に沿った位置／傾斜角調整機構１５の移動により行われる。また、図７に示すように、６本の摺動バー１５３の移動量を調整することで、３方向の傾斜角を調整することが可能になる。これにより、造形面ＳＦのインク吐出位置の法線を、Ｚ方向と略平行にすることができる。

【0042】

造形テーブル１６の位置及び傾斜角の調整が完了したことが検知されると（ステップＳ１７）、その位置で、造形テーブル１６とインクジェットヘッド１８とを相対的に静止させた状態で、定められた回数ｎだけインクジェットヘッド１８からのインクの吐出が繰り返される（ステップＳ１８）。同一箇所においてｎ回のインクの吐出が完了すると、硬化ヘッド１９から紫外線が吐出されたインクに向けて照射され、紫外線によるインクの硬化が行われる（ステップＳ１９）。以降、吐出パスに沿った移動により、インクジェットヘッド１８が吐出パスの終点に達し、吐出パスに沿った造形が完了するまで、ステップＳ１６～Ｓ１９の動作が繰り返される（ステップＳ２０）。

【0043】

図８に、制御用ＣＰＵ２０２から出力される駆動信号Ｓｓｈ、Ｓｉｊ、Ｓｍｃの波形の一例を示す。駆動検知機構Ｓｓｈが立ち上がると、信号Ｓｓｈに含まれる情報に従って造形テーブル１６の位置及び傾斜角が制御される。所望の位置及び傾斜角が得られたことがセンサにより検知されると、駆動信号Ｓｉｊが立ち上がる。駆動信号Ｓｉｊは、インクジェットヘッド１８から連続的にインクを吐出するため、図８に示すような連続パルス信号とすることができ、１つのパルスごとにインクジェットヘッド１８からインクが吐出される。

【0044】

インクの吐出が終わると、駆動信号Ｓｍｃが立ち上がり、これにより硬化ヘッド１９から紫外線がインクの積層体に向けて照射され、積層体のインクが硬化する。以上の信号が、吐出パスの終点まで順次繰り返される。

【0045】

以上説明したように、この第１の実施の形態に係る三次元造形装置によれば、生成された吐出パスに沿って、インクジェットヘッド１８が、造形テーブル１６に対し静止した状態で連続的にインクを吐出し、その後紫外線照射等により積層されたインクの造形物を硬化される。この動作により、造形面上に、吐出されるインクの幅に相当する幅を有する柱状の造形物を形成することができる。この連続的なインクの吐出、紫外線硬化、及び吐出パスに沿ったインクジェットヘッド１８の移動が繰り返されることで、基材上に追加的な造形を高精度に実行することができる。

【0046】

また、この第１の実施の形態では、位置／傾斜角調整機構１５により、造形テーブル１６の傾斜角を調整し、インクジェットヘッド１８からのインクの吐出方向と、基材ＢＥの造形面の法線方向とを略一致させることができる。両者が一致することにより、上記のような柱状の造形物をより高精度に形成することが可能になる。

【0047】

［第２の実施の形態］
次に、図９を参照して、第２の実施の形態に係る三次元造形装置を説明する。図９において、図１と同一の構成要素については同一の参照符号を付しているので、以下では重複する説明は省略する。

【0048】

この第２の実施の形態の三次元造形装置は、位置／傾斜角調整機構１５の構造が、第１の実施の形態とは異なっている。この第１の実施の形態の位置／傾斜角調整機構１５は、６軸パラレルリンク機構を有することにより、ＸＹＺ方向の３方向に加え、更に３方向に傾斜角を調整可能な構成を備える。これに対し、この第２の実施の形態の位置／傾斜角調整機構１５は、２方向にのみ傾斜角を調整可能で、ＸＹＺ方向を含め５方向に調整が可能に構成されている。

【0049】

第２の実施の形態の位置／傾斜角調整機構１５は、一例として図９に示すように、回転摺動部１５４と、基台１５５と、回転軸１５６と、シャフト１５７とを備えている。回転摺動部１５４は、Ｘ方向レール１４に沿って直線状に移動可能にされているとともに、Ｘ方向レール１４の径方向に沿って回転可能にも構成されている。基台１５５の底面は、この回転摺動部１５４の上端と接続されている。

【0050】

基台１５５は、そのＹ方向の両端においてＺ方向に立ち上がる側壁を有しており、この２つの側壁の間に回転軸１５６が取り付けられている。回転軸１５６は、Ｙ方向を長手方向として取り付けられるとともに、基台１５５の側壁に対しその径方向に回動可能に構成されている。

【0051】

回転軸１５６には、シャフト１５７の下端が取り付けられており、シャフト１５７の上端には、造形テーブル１６が接続されている。この構成によれば、回転摺動部１５４及び回転軸１５６の回転により、造形テーブル１６を２方向に回動させ、その傾斜角を２方向において調整することができる。

【0052】

以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0053】

例えば、上記の実施の形態では、ベクタースキャン方式を実行する例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。インクジェットヘッド１８を造形テーブル１６に対し静止させた状態で、インクを連続して複数回吐出してインクの積層体を形成し、その複数回の吐出後、硬化ヘッド１９により積層体を硬化させるよう動作する限りにおいて、ラスタスキャン又はそれに近似する方式が採用されてもよい。ラスタスキャン方式が採用される場合におけるインクジェットヘッドの構造は、ラインヘッドであってもよいし、シャトルヘッドであってもよい。その場合のインクジェットヘッドには複数のノズル（吐出口）が設けられており、そのノズル列を複数列並べて設ければ、インクジェットヘッド１８と造形テーブル１６の法線方向の位置関係が維持されている平坦範囲内にある多数のノズルを使用して効率よく積層する事もできる。

【符号の説明】

【0054】

１１…フレーム、 １２…Ｚガントリ、 １３…Ｙガントリ、 １４…Ｘ方向レール、 １５…位置／傾斜角調整機構、 １６…造形テーブル、 １７…インクタンク、 １８…インクジェットヘッド、 １９…硬化ヘッド、 ２０Ａ、２０Ｂ…昇降装置、 １００…３Ｄプリンタ、 １５１…基台、 １５２…スライダ、 １５３…摺動バー、 ２００…制御部、 ２０１…ホストＰＣ、 ２０２…制御用ＣＰＵ、 ２０３…ヘッド制御部、 ２０４…硬化ヘッドドライバ、 ２０５…インクジェットヘッドドライバ、 ２０６…機構制御部、 ２０７…機構ドライバ、 ２０８－１～６…駆動検知機構、 ＡＳ…目標造形物、 ＢＥ…基材。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】