CN106457667A - 形成三维构造物的形成装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种在造型(形成)方面具有自由度的、用于形成三维构造物的形成装置。一种形成装置(30)，通过层叠来形成具有造型物和对该造型物表面进行着色而成的着色部分的三维构造物(5)，能够在仅进行所述造型物的造型的第一动作模式与在进行所述造型物的造型的同时基于输入数据对该造型物表面进行全彩着色的第二动作模式之间进行切换。

Description

形成三维构造物的形成装置
技术领域
本发明涉及一种形成三维构造物的形成装置，更详细地说，涉及一种使墨堆积来形成层并将该层层叠从而形成三维构造物的形成装置。
背景技术
除了已知使用专利文献1中那样的薄片层叠法来将立体物进行造型的技术以外，还已知使用熔融物堆积法(FDM：Fused Deposition Modeling)、喷墨法、喷墨粘合法、光造型法(SL：Stereo Lithography)、粉末烧结法(SLS：Selective Laser Sintering)等来将立体物进行造型的技术。
其中，作为喷墨法，常用由3D打印机喷射紫外线固化性树脂来层叠图案的方法。在该方法中，在由三维CAD将最终产品的外观内观的设计、机构等进行数据化之后，由计算机对该数据进行切割来生成薄板重叠那样的多层型的图案数据，再按照图案数据从喷头喷射紫外线固化性树脂来进行层叠，由此将立体物进行造型。
专利文献1：日本特开2001-18297号公报(1999年7月9日公开)
发明内容
发明要解决的问题
本申请发明人在本申请提出申请前完成了以下发明并进行了专利申请：利用喷墨法喷出造型用的墨和装饰用的墨(例如黄色、品红、青色、黑色等的着色墨)，由此以层叠方式形成已进行彩色装饰的三维构造物(该申请在本申请提出申请时未公开)。
然后，本申请发明人从在造型(形成)方面具有自由度这一观点出发考虑改良，进而找到了三维构造物的新的形成装置，从而完成了本发明。
即，本发明的目的在于，提供一种用于形成三维构造物的形成装置，该形成装置在造型方面具有自由度。
用于解决问题的方案
为了解决所述问题，本发明所涉及的三维构造物的形成装置通过层叠来形成三维构造物，该三维构造物具有造型物和对该造型物的表面进行了着色而成的着色部分，该三维构造物的形成装置的特征在于，具有：第一动作模式，在该第一动作模式下仅进行所述造型物的造型；以及第二动作模式，在该第二动作模式下在进行所述造型物的造型的同时基于输入数据对该造型物的表面进行全彩着色，其中，该三维构造物的形成装置具备切换部，该切换部在所述第一动作模式与所述第二动作模式之间进行切换。
根据所述的结构，通过具备所述切换部，用户能够在仅进行造型即可的情况下以及希望得到还进行了造型物表面的上色的三维构造物的情况下对动作模式进行切换。
另外，例如全彩着色中使用的墨分辨率一般来说比造型中使用的墨分辨率高(细)，因此在无需考虑色调而仅进行造型即可的第一动作模式中，能够使用比全彩着色中使用的墨分辨率低(粗)的墨分辨率来进行造型。在该情况下，如果选择第一动作模式，则实现能够迅速地形成造型物的效果。
另外，在本发明所涉及的三维构造物的形成装置的一个方式中，除了所述的结构以外，还具备喷墨头，该三维构造物的形成装置将通过从所述喷墨头喷出用于所述造型的造型材料以及用于所述着色的着色材料而形成的层进行层叠。
另外，在本发明所涉及的三维构造物的形成装置的一个方式中，除了所述的结构以外，还在用于所述造型中形成一层的扫描的周期时间内，进行用于形成多层所述着色的层的扫描。
根据所述的结构，与无需考虑色调的造型的部分相比，全彩着色部分的墨分辨率变细。由此，能够在全彩着色部分良好地呈现中间色的色调。
另外，在本发明所涉及的三维构造物的形成装置的一个方式中，除了所述的结构以外，还在用于所述造型中形成一层的扫描的周期时间内，进行用于形成多层透明保护层的扫描。
根据所述的结构，能够减少透明保护层的表面的粗糙，从而能够得到光泽。
另外，在本发明所涉及的三维构造物的形成装置的一个方式中，除了所述的结构以外，所述造型材料和所述着色材料为紫外线固化型墨。
根据所述的结构，通过使用紫外线固化型墨作为造型材料和着色材料，能够使墨在短时间内固化，因此易于使墨层叠，从而能够在更短时间内形成三维构造物。
另外，在本发明所涉及的三维构造物的形成装置的一个方式中，除了所述的结构以外，还具备：第一喷墨头喷嘴部，其喷出所述造型材料；第二喷墨头喷嘴部，其喷出所述着色材料；以及多个照射器，该多个照射器具有墨固化用的光源，其中，所述多个照射器被配置于在扫描方向上分别夹着所述第一喷墨头喷嘴部和所述第二喷墨头喷嘴部的位置。
根据所述的结构，照射部被配置于在扫描方向上分别夹着所述第一喷墨头喷嘴部和所述第二喷墨头喷嘴部的位置，因此能够使滴下的墨高效地固化。
发明的效果
根据本发明，能够选择模式，因此提供了一种具有造型(形成)的自由度的三维构造物的形成装置。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的形成装置的一个方式的主要结构的框图。
图2是示出了作为图1所示的形成装置的一部分的记录单元的下表面的图。
图3是由图1所示的形成装置形成的三维构造物的立体图。
图4是图3所示的三维构造物的截面图。
图5是构成图3所示的三维构造物的多层中的一个的平面图。
图6是示意性地示出了由图1所示的形成装置形成的三维构造物的一部分的图。
图7是表示图1所示的形成装置所具备的控制单元的控制流程的图。
具体实施方式
下面说明本发明所涉及的三维构造物的形成装置的一个方式。
此外，本申请说明书中使用的词语“三维构造物”定义为具有造型物和对该造型物表面进行着色而成的着色部分的立体物。
(1)三维构造物的形成装置
图1是示出了本实施方式中的三维构造物的形成装置(以下记载为形成装置)的主要结构的框图。
本实施方式的形成装置30是通过层叠来形成包括造型物和对该造型物表面进行着色而成的着色部分的三维构造物的装置。因此，如图1所示，本实施方式的形成装置30具有记录单元10和控制单元20(切换部)。记录单元10是进行造型和着色的单元，控制单元20控制记录单元10的造型和着色。下面详述各结构。
●记录单元10
图2是图示了记录单元10的具体结构的图。图2是示出了记录单元10的墨喷出面(下表面)的图。
记录单元10具有滑架13、喷墨头11以及UV(紫外)照射部12。
滑架13能够沿Y轴进行往复移动，搭载有喷墨头11和UV照射部12。
喷墨头11采用喷墨法喷出墨。能够将紫外线固化型墨用于喷出的墨。如果使用紫外线固化型墨，则能够在短时间内固化，因此具有易于使墨层叠、能够在更短时间内制造三维构造物这样的优点。紫外线固化型墨含有紫外线固化型化合物。作为紫外线固化型化合物，只要是在照射了紫外线时固化的化合物则没有限定。作为紫外线固化型化合物，例如能够列举出通过紫外线的照射而聚合的固化型单体和固化型低聚物。作为固化型单体，例如能够列举出低粘度丙烯酸类单体、乙烯基醚类、氧杂环丁烷系单体或环状脂肪族环氧单体等。作为固化型低聚物，例如能够列举出丙烯酸系低聚物。此外，本发明并不限定于紫外线固化型墨，例如能够使用热塑性墨。如果使用热塑性墨，则所喷出的加热墨通过冷却而固化。此时，为了在更短时间内固化，也可以使用强制性地进行冷却的方法。
如图2所示，喷墨头11具有喷出造型材料的第一喷墨头喷嘴部11A、以及喷出着色材料的第二喷墨头喷嘴部11B。
第一喷墨头喷嘴部11A喷出作为用于将作为三维构造物5的一部分的造型物进行造型的造型材料的墨(下面也称为“造型墨”)、以及用于覆盖造型物的周围来对悬垂部(Overhang)的层叠进行支持的支承材料的墨。在本实施方式中，将透明墨和白色墨用作造型材料。因此，在第一喷墨头喷嘴部11A中具有喷出支承材料的墨(下面也称为“支承墨”)的支承墨用喷嘴列SP、喷出造型墨的造型墨用喷嘴列MAIN以及喷出白色墨的白色墨用喷嘴列W。能够将以往周知的造型墨用于造型墨，但是也能够如后述那样将白色墨或透明墨用于造型墨。
第二喷墨头喷嘴部11B喷出作为用于形成作为三维构造物5的一部分的着色部分的着色材料的墨。在本实施方式中，使用黄色墨、品红墨、青色墨、黑色墨以及透明墨来作为着色材料。因此，在第二喷墨头喷嘴部11B中设置有喷出黄色墨的黄色墨用喷嘴列Y、喷出品红墨的品红墨用喷嘴列M、喷出青色墨的青色墨用喷嘴列C、喷出黑色墨的黑色墨用喷嘴列K以及喷出透明墨的透明墨用喷嘴列CL。
第一喷墨头喷嘴部11A所具备的多个喷嘴列和第二喷墨头喷嘴部11B所具备的多个喷嘴列是沿记录单元10的扫描方向(Y轴方向)排列的。即，如图2所示，黄色墨用喷嘴列Y、品红墨用喷嘴列M、青色墨用喷嘴列C、黑色墨用喷嘴列K、透明墨用喷嘴列CL、白色墨用喷嘴列W、造型墨用喷嘴列MAIN以及支承墨用喷嘴列SP是按此顺序沿Y轴方向排列的。由于将记录单元10的这些多个喷嘴列搭载于滑架13，因此记录单元10能够在伴随滑架13的移动的沿Y方向的移动时从多个喷嘴列沿Z轴方向喷出(滴下)紫外线固化型墨。
此外，在各喷嘴列中，沿X轴方向排列有多个喷嘴孔。
此外，喷嘴列的排列顺序、数量并不限定于图2所示的方式。例如，与其它喷嘴列相比，造型墨用喷嘴列MAIN和支承墨用喷嘴列SP喷出量多，因此也可以排列多列，还可以增加每个喷嘴列的喷嘴孔的总数来设为高密度。作为其结果，能够使仅进行造型的第一动作模式高速化。另外，也可以在第二喷墨头喷嘴部11B设置用于使得能够进行基于减法混色的彩色着色的白色墨用喷嘴列W。
UV照射部12具有多个照射器12A，该多个照射器12A具有墨固化用的光源，UV照射部12的多个照射器12A搭载于滑架13。具体地说，UV照射部12具有沿Y轴方向排列的三个照射器12A，三个照射器12A被配置为在三个照射器12A之间夹着第一喷墨头喷嘴部11A和第二喷墨头喷嘴部11B。即，在滑架13上沿Y轴方向按照射器12A、第一喷墨头喷嘴部11A、照射器12A、第二喷墨头喷嘴部11B、照射器12A这样的顺序进行配置。这样，所有喷嘴列沿Y轴方向排列设置，因此既能够在沿Y轴方向的一次移动中进行喷出一层的所有墨的层形成，并且，也能够在沿Y轴方向的一次移动中与墨的喷出同时地进行紫外线照射，因此紫外线固化型墨的情况下的一层的固化也能够在与喷出相同的时机进行。
此外，构成UV照射部12的三个照射器12A均在沿Y轴方向的移动中至少具有使用于形成着色部分的后述的小的墨滴固化的照射强度。关于三个照射器12A，既可以全部为相同的照射强度，也可以照射强度不同。
另外，在三个照射器12A全部都仅具有使后述的小的墨滴固化的程度的照射强度、仅具有无法在沿Y轴方向的一次移动中使后述的大的墨滴固化的照射强度的情况下，也可以设为通过该照射器12A对该大的墨滴进行预固化的方式。若设为该方式，则能够在预固化中调整造型物的形状，也能够在调整后使其完全固化。
●控制单元20
控制单元20用于对记录单元10进行控制。本实施方式的形成装置30的特征点之一在于，该控制单元20能够通过对记录单元10进行控制，来将动作模式切换为仅进行造型物的造型的第一动作模式以及在进行造型物的造型的同时基于输入数据对该造型物表面进行全彩着色的第二动作模式。
如图1所示，控制单元20具有设定部21(切换部)、第一控制部22以及第二控制部23。
设定部21用于进行各种设定、输入操作。在前述的动作模式的设定(切换)中，用户能够通过该设定部21进行设定。设定部21能够生成表示设定内容、输入内容的信息，并将生成的信息输出到第一控制部22和第二控制部23。
第一控制部22基于从设定部21获取到的信息，来对记录单元10的喷墨头11的各种墨的喷出进行控制。后述具体的控制内容。
另外，第一控制部22中设置有未图示的存储部，在该存储部中存储三维构造物的形状数据(也包括用于形成着色部分的输入数据)等。具体地说，在存储部中，存储有如下的多层型的图案数据：在通过三维CAD将最终产品的外观内观的设计、机构等数据化之后，通过计算机对该数据进行切割并将薄板重叠而得到的那样的多层型的图案数据。此外，关于三维构造物的形状数据，既可以是从第一控制部22的外部获取的，也可以是预先存储于存储部的，或者也可以是基于从第一控制部22的外部获取到的信息而由第一控制部22生成的。
第二控制部23用于对记录单元10的UV照射部12的照射进行控制。
此外，在控制单元20中还设置有进行滑架13的移动的控制的控制部(未图示)。
(2)形成装置的动作(三维构造物的形成方法)
在本实施方式中，能够在仅进行造型物的造型的第一动作模式与在进行所述造型物的造型的同时基于输入数据对该造型物表面进行全彩着色的第二动作模式之间进行切换。并且，本实施方式的特征在于，使用所述的形成装置30，在用于造型中形成一层的扫描的周期时间内，进行用于形成多层着色层的扫描。
下面说明使用形成装置30来进行的形成方法的详细内容，但是在那之前，说明所形成的三维构造物5的结构。
(2-1)三维构造物的结构
图3是使用本实施方式的形成装置30而形成的三维构造物5的外观图，图4是图3的剖切线A-A'处的三维构造物5的投射剖视图。
三维构造物5具有大致圆柱状的外形，包括由平面形成的上表面和下表面、以及从上表面和下表面朝向高度方向上的中央而径变大那样的弯曲的侧面。此外，三维构造物的形状并不限定于图3所示的形状，例如除了后述的六面体以外，还能够应用于球型、中空构造、环状构造、蹄铁型等一切形状。另外，三维构造物5的外侧被支承层S覆盖，该支承层S使得能够进行悬垂的构造物的造型。
三维构造物5从其表层侧(外周侧)向内侧(中心部分侧)按顺序形成有第二透明层4、由含有着色剂(着色墨)的墨形成的着色层3、由透明墨形成的第一透明层2(图4)、由具有光反射性的白色墨形成的白色层1(图4)以及构成造型主体部分的造型层A。即，三维构造物5对处于中心部分的造型层A按顺序涂覆了白色层1、第一透明层2、着色层3以及第二透明层4。
此外，在本实施方式中，将造型层A和白色层1视作造型物，但是既可以仅将造型层A作为造型物构成，或者也可以不设置造型层A而仅以白色层1构成造型物。另外，在造型物中也可以设置有空洞。
造型层A、白色层1、第一透明层2、着色层3、第二透明层4以及支承层S均是通过采用喷墨法堆积墨而形成的。此外，支承层S的支承墨为水溶性，能够通过在造型结束后利用水溶解去除，来取出三维构造物5。
图4所示的三维构造物5的截面是对于图3所示的XYZ坐标系、在三维构造物5的中央位置沿YZ平面使截面出现而得到的。
如图4所示，三维构造物5是通过采用喷墨法层叠多个层5a…的层叠方式而形成的构造物。此外，在附图中，示出了将沿层叠方向的轴设为Z轴的坐标系。在该坐标系中，各层5a…分别沿XY平面扩展。此外，虽然在图4中层叠有21层，但是层叠的层的总数并没有特别的限制。
在以将如前述那样从处于中心部分的造型层A朝向表层侧地按顺序涂覆白色层1、第一透明层2、着色层3、第二透明层4造型层A而成的三维构造物5如图4那样沿Z轴方向切割成多个层的方式得到的层5a…中，分别与其层叠位置相应地包含造型层A的一部分(以下称为造型层的一部分50)、白色层1的一部分(以下称为白色层的一部分51)、第一透明层2的一部分(以下称为第一透明层的一部分52)、着色层3的一部分(以下称为着色层的一部分53)或第二透明层4的一部分(以下称为第二透明层的一部分54)。
具体地说，如图4所示，将构成三维构造物5的多个层5a中的处于最下位置的层5a和处于最上位置的层5a设为仅包括第二透明层的一部分54的层5a。而且，在这些层5a的相向侧(内侧)分别配置有在着色层的一部分53的外周形成了第二透明层的一部分54的层5a。进一步在其内侧，配置有从外周端朝向中央按顺序形成了第二透明层的一部分54、着色层的一部分53以及第一透明层的一部分52的层5a。进一步在其内侧，配置有从外周端朝向中央按顺序形成了第二透明层的一部分54、着色层的一部分53、第一透明层的一部分52以及白色层的一部分51的层5a。而且，在被这些层夹着的中间区域，配置有从外周端朝向中央按顺序形成了第二透明层的一部分54、着色层的一部分53、第一透明层的一部分52、白色层的一部分51以及造型层的一部分50的层5a(在图4中，图示了层5a(n)和5a(n+1))。在图5中，示出从外周端朝向中央按顺序形成了第二透明层的一部分54、着色层的一部分53、第一透明层的一部分52、白色层的一部分51以及造型层的一部分50的层5a的平面图(XY平面图)。
此外，这些各种层的配置数并不限定于图4示出的数量。另外，只要是通过层叠方式形成图4所示的三维构造物5，则各层5a…的结构不限定于所述的结构。
通过如图4所示那样地在Z轴方向上层叠多个层5a…，各层5a…的第二透明层的一部分54大致在三维构造物5的最外周表面方向上相连而形成了第二透明层4。另外，包含着色层的一部分53的各层5a…的着色层的一部分53大致在三维构造物5的最外周表面方向上相连而形成了着色层3。另外，包含第一透明层的一部分52的各层5a…的第一透明层的一部分52大致在三维构造物5的最外周表面方向上相连而形成了第一透明层2。另外，包含白色层的一部分51的各层5a…的白色层的一部分51大致在三维构造物5的最外周表面方向上相连而形成了白色层1。另外，包含造型层的一部分50的各层5a…的造型层的一部分50被层叠而形成了造型层A。
通过这样的配置，能够实现从一切方向观察都呈现期望的色调的三维构造物5。
在此，在本实施方式中，设图3和图4所示的三维构造物5中的从表层侧(外周侧)起包括第二透明层4、着色层3、直到第一透明层2为止相当于“着色部分”。而且，设其内侧的白色层1和造型层A相当于“造型物”。即，造型物是指从图3和图4所示的三维构造物5除去第一透明层2、着色层3、第二透明层4而得到的部分。因此，关于造型物，能够通过仅将前述的各种层5a中的包括造型层的一部分50、白色层的一部分51的区域作为层并层叠该层来进行造型。另外，也可以仅以造型层的一部分50来对三维构造物5进行造型，还可以以造型层的一部分50和第二透明层4来对三维构造物5进行造型。
即，本实施方式的形成装置30无论是在对造型物进行造型的情况下、还是在形成图3和图4所示的三维构造物5的情况下，都能够通过采用喷墨法对层进行层叠来完成目标产物(造型物、三维构造物)。
此外，如果着色层3被包含于“着色部分”、造型层A被包含于“造型物”，则处于它们之间的第一透明层2和白色层1可以被包含于“着色部分”和“造型物”中的任一个中。但是，为了使得能够在着色层3进行基于减法混色法的彩色着色，需要白色层1的存在。
(2-2)关于动作模式
在本实施方式中，形成装置30具备：第一动作模式，在该第一动作模式想仅对造型物进行造型；以及第二动作模式，在该第二动作模式下在进行造型物的造型的同时如图4所示地进行着色部分的形成来形成三维构造物5。通过将图3和图4所示的各种层5a层叠来在进行造型物的造型的同时形成着色部分而得到的三维构造物5是通过使形成装置30以第二动作模式进行动作而得到的目标产物。另一方面，如果将图4所示的各5a中的包括造型层的一部分50和白色层的一部分51的部分彼此层叠，则能够对造型物进行造型。该造型物是通过使形成装置30以第一动作模式进行动作而得到的目标产物。此外，在仅对造型物进行造型的情况下，在最上位置和最下位置处配置(层叠)仅具有白色层的一部分51的层。
另外，在本实施方式中，能够在控制单元20的设定部21中由用户切换这些动作模式。由此，(用户)能够在仅期望进行造型物的造型的情况下、以及在期望还进行了造型物表面的上色的三维构造物的情况下切换动作模式。
而且，能够这样对模式进行切换的形成装置30的进一步的优点在于，在选择第一动作模式的情况下，能够迅速地对造型物进行造型(提供)。在对使用形成装置30的形成方法进行的说明中来使该点变得明确。
(2-3)第二动作模式
图6是示出了图4所示的层5a(n)和5a(n+1)的表层附近的详细的部分截面图。在图6中，在各层5a(n)和5a(n+1)中，示意性地以一块立方体表示从喷墨嘴喷出的1滴墨。此外，在图6所示的层5a(n)和5a(n+1)中，为了便于说明，仅示出了在图4中以虚线围起来的区域，因此未图示造型层的一部分50和支承层的一部分55。图6所示的层5a(n)和5a(n+1)的纸面右端为将各层的外周端的侧面连接而成的第二透明层4的最外面的一部分、即三维构造物5的侧面的一部分。另外，图6的着色层的一部分53由青色、品红、透明这3种墨构成，宏观来说，三维构造物5的表面为明亮的蓝色。
本实施方式的形成方法的特征之一在于，如图6所示，为了形成白色层的一部分51而从喷墨嘴喷出的1滴墨的尺寸比为了形成第一透明层的一部分52、着色层的一部分53以及第二透明层的一部分54而从喷墨嘴喷出的1滴墨的尺寸大。图6是示意性的且终归是一例，而用于形成白色层的一部分51的1滴墨的体积是用于形成第一透明层的一部分52、着色层的一部分53以及第二透明层的一部分54的1滴墨的体积的8倍。
作为这样使尺寸具有差的方法，存在以下方法：使为了形成白色层的一部分51而从喷墨嘴喷出的墨滴比为了形成第一透明层的一部分52、着色层的一部分53以及第二透明层的一部分54而从喷墨嘴喷出的墨滴大。即，为以下方法：使从喷墨嘴喷出的时间点的墨滴的尺寸形成图6所示的尺寸的差。
然而，本发明不限定于此，也存在以下方法：设在白色层的一部分51、第一透明层的一部分52、着色层的一部分53以及第二透明层的一部分54中的任一个中，从喷墨嘴喷出的墨滴的大小都是同样的大小，而仅使用于形成白色层的一部分51的白色墨的每单位时间的喷出数比用于形成第一透明层的一部分52、着色层的一部分53以及第二透明层的一部分54的各种墨的每单位时间的喷出数多。如果设为该方法，则通过从喷嘴连续喷出用于形成白色层的一部分51的白色墨，这些墨滴在落着之前的期间内合并、或者在落着时合并并堆积，由此能够形成大尺寸的墨滴。关于每单位时间的喷出数，只要控制墨喷出定时就能够实现。
在图3所示的形成装置30中通过由控制单元20控制记录单元10来实现图6所示的墨滴的尺寸的差。
另外，上述中将1滴墨的体积之差说明为8倍，但是图6所示的白色层的一部分51与第一透明层的一部分52等之间的关系也能够解释为对于一层白色层的一部分51而形成两层第一透明层的一部分52等。这能够通过以下方式来实现：在以第二动作模式进行动作的形成装置30中，在用于在造型中形成一层的扫描的周期的时间内，进行用于形成两层着色层的扫描。
即，对形成图6所示的层5a(n)的过程进行说明，一边沿Y轴方向移动图2所示的记录单元10(扫描)，一边以大的墨滴喷出用于形成白色层的一部分51的白色墨来形成一层。此时，使用图2所示的UV照射部12中的靠近白色墨用喷嘴列W的照射器12A来使墨固化。然后，在以大的墨滴喷出用于形成白色层的一部分51的白色墨来形成一层的同时，以小的墨滴的透明墨和着色墨来形成一层。利用该小的墨滴，能够形成图6的层5a(n)的第一透明层的一部分52、着色层的一部分53以及第二透明层的一部分54各自的下半部分。此时，使用靠近喷出透明墨和着色墨的喷嘴列的照射器12A来使这些墨固化。
然后，一边沿Y轴方向移动图2所示的记录单元10(扫描)，一边在先前形成的下半部分的透明墨和着色墨的堆积物上，以小的墨滴的透明墨和着色墨形成一层。该一层形成图6的层5a(n)的第一透明层的一部分52、着色层的一部分53以及第二透明层的一部分54各自的上半部分。此时也使用靠近喷出透明墨和着色墨的喷嘴列的照射器12A来使这些墨固化。在形成该上半部分的扫描中，记录单元10在上方经过先前以大的墨滴形成的白色层的一部分51。然而，在该经过中，不从记录单元10对该白色层的一部分51滴下白色墨。
至此，能够形成图6所示的层5a(n)。
然后，为了然后形成图6所示的层5a(n+1)，一边沿Y轴方向移动图2所示的记录单元10(扫描)，一边以大的墨滴喷出用于形成白色层的一部分51的白色墨来形成一层。此时，使用图2所示的UV照射部12中的靠近白色墨用喷嘴列W的照射器12A来使墨固化。然后，以大的墨滴喷出用于形成白色层的一部分51的白色墨来形成一层，同时以小的墨滴的透明墨和着色墨形成一层。通过该小的墨滴，能够形成图6的层5a(n+1)的第一透明层的一部分52、着色层的一部分53以及第二透明层的一部分54各自的下半部分。此时，使用靠近喷出透明墨和着色墨的喷嘴列的照射器12A来使这些墨固化。
然后，一边沿Y轴方向移动图2所示的记录单元10(扫描)，一边在先前形成的下半部分的透明墨和着色墨的堆积物上，以小的墨滴的透明墨和着色墨形成一层。该一层形成图6的层5a(n+1)的第一透明层的一部分52、着色层的一部分53以及第二透明层的一部分54各自的上半部分。此时也使用靠近喷出透明墨和着色墨的喷嘴列的照射器12A来使这些墨固化。在形成该上半部分的扫描中，记录单元10也在上方经过先前以大的墨滴形成的白色层的一部分51。然而，在该经过中，不从记录单元10对该白色层的一部分51滴下白色墨。
至此，在图6所示的层5a(n)之上层叠了层5a(n+1)。
此外，图6中未示出的用于形成造型层的一部分50的造型墨和用于形成支承层的一部分55的支承墨的墨滴尺寸也设为与用于形成白色层的一部分51的白色墨相同的墨滴尺寸。
以上是在进行造型物的造型的同时形成着色部分的第二动作模式的过程。在第二动作模式中，与构成造型物的造型层的一部分50和白色层的一部分51相比，构成着色部分的第一透明层的一部分52、着色层的一部分53以及第二透明层的一部分54的墨滴小，因此具有如下优点：能够提高着色部分的墨分辨率，能够高精细地表现全彩，特别是即使为中间色的色调也能够良好地表现。
此外，如图6所示，在着色层的一部分53中，并不是仅堆积着色墨(从图2的黄色墨用喷嘴列Y、品红墨用喷嘴列M、青色墨用喷嘴列C以及黑色墨用喷嘴列K喷出的墨)，而是还堆积从图2所示的透明墨用喷嘴列CL喷出的透明墨。此外，并非必须在着色层的一部分53堆积透明墨。
另外，不仅以小的墨滴形成着色层的一部分53，还以小的墨滴形成第一透明层的一部分52和第二透明层的一部分54，由此能够减少表面的粗糙，从而形成光泽。特别是，这对构成三维构造物5的最外层的第二透明层4的形成有利。
(2-4)第一动作模式
在第一动作模式下，以先前说明的白色层的一部分51的墨滴的尺寸，来仅形成图4所示的各层5a的造型层的一部分50、白色层的一部分51以及支承层的一部分55。
即，使用图6的一部分来进行说明，在第一动作模式下，为了形成层5a(n)的白色层的一部分51，以大的墨滴喷出白色墨来形成一层。同样地，还以与白色墨相同大小的墨滴喷出用于形成造型层的一部分50的造型墨和用于形成支承层的一部分55的支承墨来形成一层。此时，使用图2所示的UV照射部12中的靠近白色墨用喷嘴列W和透明墨用喷嘴列CL的照射器12A来使这些墨固化。
至此，与图6的层5a(n)相当的、以第一动作模式形成的层完成。
然后，然后在先前形成的图6的层5a(n)的一部分上形成作为图6的层5a(n+1)的一部分的白色层的一部分51(还包括造型层的一部分50)。此时也以大的墨滴喷出白色墨来形成一层。同样地，还以与白色墨相同大小的墨滴喷出用于形成造型层的一部分50的造型墨和用于形成支承层的一部分55的支承墨来形成一层。然后，使用图2所示的UV照射部12中的靠近白色墨用喷嘴列W和支承墨用喷嘴列SP的照射器12A来使这些墨固化。
此外，如果不将造型物的表面设为白色而以造型用墨的颜色即可，则不进行白色墨的喷出而仅喷出造型墨和支承墨即可，并且，如果是没有悬垂的造型物则仅喷出造型墨即可。
至此，能够将图6所示的层5a(n)和5a(n+1)的层叠构造中的相当于造型物的一部分的层叠构造进行造型。
这样，根据本实施方式，能够根据目的来切换堆积比着色部分的形成中使用的墨滴大的墨滴来仅形成造型物的第一动作模式、以及与造型物的造型一起还形成着色部分的第二动作模式。由此，在仅希望得到造型物的情况下选择第一动作模式即可，不会发生尽管仅希望得到造型物仍形成着色部分的情况，在形成方面具有自由度。
而且，如果仅希望得到造型物则可以不考虑色调，因此能够如前述那样地堆积大的墨滴来形成。由此，还具有能够较快地完成目标产物(造型物)这样的优点。
并且，在第一动作模式中，在记录单元10中，仅使第一喷墨头喷嘴部11A和与其相邻的照射器12A进行动作即可，因此Y方向的扫描距离为第二动作模式的一半以下，能够在短时间内进行造型。
下面使用图7来说明由控制单元20进行的控制流程。
当使本实施方式的形成装置30开始时，控制单元20的设定部21生成表示是否(由用户)选择了第一动作模式的信息(步骤S1)。该信息被输出到第一控制部22。
第一控制部22在从设定部21获取到的信息为表示选择了第一动作模式的信息(图7中的“是”)时，对喷墨头11进行控制，使得通过层叠方式以前述的大的墨滴形成造型物的各层(造型区域)(步骤S2)。另外，此时，在第二控制部23中也从设定部21获取所述信息。然后，第二控制部23基于该信息来决定使UV照射部12的哪个照射器12A进行照射，并控制UV照射部12。
另一方面，第一控制部22在从设定部21获取到的信息为表示未选择第一动作模式的信息(图7中的“否”)时，对喷墨头11进行控制，使得通过第二动作模式来在形成造型物的同时形成着色部分。此时，对喷墨头11进行控制，使得以前述的大的墨滴形成作为造型物的一部分的造型区域，另外，以前述的小的墨滴形成作为着色部分的一部分的着色区域(步骤S3)。另外，此时，在第二控制部23中也从设定部21获取所述信息。然后，第二控制部23基于该信息来决定使UV照射部12的哪个照射器12A进行照射，并控制UV照射部12。
此外，记录单元10无论在哪个动作模式下，都按照形成多层为单位的方式沿Z轴垂直移动(扫描)。多层的单位为100μm～2mm的范围的高度(Z轴方向)，优选设为200μm～1mm的范围的高度。
在此，关于对于图6示出的一层白色层的一部分51将构成着色部分的第一透明层的一部分52、着色层的一部分53以及第二透明层的一部分54设为几层(在图6中为两层)，只要预先在第一控制部22中决定即可。
另外，图6示出的一层白色层的一部分51的厚度，即图4的各层5a的厚度(Z轴方向的宽度)能够设为5μm～100μm，优选的范围为10μm～50μm。
此外，控制单元20既可以通过形成为集成电路(IC芯片)等的逻辑电路(硬件)来实现，也可以使用CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)来通过软件实现。在后者的情况下，控制单元20具备执行作为实现各功能的软件的程序的命令的CPU、以计算机(或CPU)能够读取的方式记录有所述程序和各种数据的ROM(Read Only Memory：只读存储器)或存储装置(将它们称为“记录介质”)、加载所述程序的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等。而且，通过由计算机(或CPU)从所述记录介质读取并执行所述程序，能够达成本发明的目的。作为所述记录介质，能够使用“非临时性的有形的介质”，例如磁带、盘、卡、半导体存储器、可编程逻辑电路等。另外，所述程序也可以经由能够传输该程序的任意的传输介质(通信网络、广播波等)来提供到所述计算机。此外，在本发明中，所述程序也能够以通过电子传输来体现的、嵌入于载波的数据信号的方式来实现。
(3)其它动作模式
在所述的实施方式中，对切换第一动作模式与第二动作模式这两种动作模式的方式进行了说明，但是本发明不限定于此。例如，也可以具备在仅将造型物进行造型时仅利用白色墨进行造型的动作模式(第三动作模式)。在图2所示的记录单元10中实现该第三动作模式时，只要设为将从第一喷墨头喷嘴部11A所包括的白色墨用喷嘴列W喷出的白色墨用作造型材料，并利用靠近第一喷墨头喷嘴部11A的照射器12A来使该墨固化的方式即可。既可以除了所述的第一动作模式和第二动作模式以外还设置该第三动作模式，也可以代替第一动作模式而设置该第三动作模式。
另外，也可以具备在仅将造型物进行造型时仅利用透明墨进行造型的动作模式(第四动作模式)。在图2所示的记录单元10中实现该第四动作模式时，只要设为将从第二喷墨头喷嘴部11B所包括的透明墨用喷嘴列CL喷出的透明墨用作造型材料并利用靠近第二喷墨头喷嘴部11B的照射器12A来使该墨固化的方式即可。既可以除了前述的第一动作模式和第二动作模式(以及第三动作模式)以外还设置该第四动作模式，也可以代替第一动作模式(或第三动作模式)而设置该第四动作模式。
另外，也可以具备利用透明墨将造型物进行造型、使用所述着色墨来形成着色部分的动作模式(第五动作模式)。在图2所示的记录单元10中实现该第五动作模式时，只要设为以下方式即可：将从第二喷墨头喷嘴部11B所包括的透明墨用喷嘴列CL喷出的透明墨用作造型材料，利用靠近第二喷墨头喷嘴部11B的照射器12A来使该墨固化，使用从第二喷墨头喷嘴部11B所包括的其它喷嘴列Y、M、C、K喷出的着色墨并利用靠近第二喷墨头喷嘴部11B的照射器12A来使该墨固化。既可以除了前述的第一动作模式～第四动作模式以外还设置该第五动作模式，也可以代替第二动作模式而设置该第五动作模式。
(4)三维构造物的其它
关于三维构造物5，上述仅说明了与本发明的特征性结构直接相关的部分。因此，下面说明图3和图4示出的三维构造物5的其它结构。
下面分别说明白色层1(白色层的一部分51)、第一透明层2(第一透明层的一部分52)、着色层3(着色层的一部分53)以及第二透明层4(第二透明层的一部分54)。
●白色层1(白色层的一部分51)
白色层1(白色层的一部分51)是具有光反射性的层，在白色层1的至少着色层侧的表面具有能够反射可见光全部范围的光的光反射性。
白色层1(白色层的一部分51)能够由含有白色颜料的墨(白色墨)形成。通过由白色墨形成，在白色层1中能够良好地反射从三维构造物5的表层侧经由着色层3进入的光，从而能够实现基于减法混色的着色。此外，也可以不是白色而是由含有金属粉末的墨等具有光反射性的墨形成的层。
●第一透明层2(第一透明层的一部分52)的结构
第一透明层2(第一透明层的一部分52)由透明墨形成。
在此，作为透明墨，只要是能够形成每单位厚度的透光率为50％以上的透明层的墨即可。当透明层的每单位厚度的透光率低于50％时，光的透过被不适当地阻止，造型物无法呈现基于减法混色的期望的色调，因此是不希望的。另外，优选的是，使用透明层的每单位厚度的透光率为80％以上的墨，更优选为使用透明层的每单位厚度的透光率为90％以上的墨。
通过在白色层1(白色层的一部分51)与着色层3(着色层的一部分53)之间配置第一透明层2(第一透明层的一部分52)，能够避免形成着色层3的着色墨与形成白色层1的白色墨掺混在一起。即使假设形成着色层的着色墨与形成第一透明层的透明墨掺混在一起，着色层3的颜色也不会丧失，因此不会在色调上产生不适当的变化。因而，能够实现在着色层3呈现出期望的色调(装饰)的造型物。
●着色层3(着色层的一部分53)
着色层3(着色层的一部分53)的形成中所使用的墨包括含有着色剂的着色墨。
作为着色墨，包括黄色(Y)、品红(M)以及青色(C)、黑色(K)、各种淡色的墨，但是不限定于此，也可以加入红(R)、绿(G)、蓝(B)或者橙色(Or)等。另外，也能够使用金属色、珍珠色、荧光体色。可以使用要表现期望的色调的、这些着色墨的一种或多种。
另外，关于用于形成着色层3(着色层的一部分53)的着色墨的量，根据期望的(想要呈现的)色调的不同而存在偏差。因此，在低浓度的明亮的色调的情况下，有时仅利用着色墨无法使墨填充密度满足规定的墨填充密度，从而有在Z方向的高度上形成凹凸，或者沿X、Y方向在中途形成没有着色墨的凹陷的情况。无论在哪个情况下，都会在如本实施方式那样地通过层叠方式形成的造型物上产生不适当的凹凸，不是优选的。特别是，在图6所示的层叠构造的正中央附近的垂直的造型面处，在通过基于误差扩散法的墨形成而在着色层3的一个截面为纵横各自的墨滴为二滴、合计为四滴的填充密度的情况下，着色墨的数量最大(最高浓度)为四滴、最小(浓度为零、也就是说白色)为零，因此有时在最小的情况下形成四滴的间隙的空间，不管从造型方面来说还是从色调方面来说都非常损害质量。
因此，在本实施方式中，对于仅利用着色墨则着色层3(着色层的一部分53)的墨填充密度不满足规定的墨填充密度的位置，通过填补墨来填补着色层3(着色层的一部分53)的墨填充密度。即，以使着色墨与填补墨的合计的密度(墨滴的数量)固定的方式形成着色层3(着色层的一部分53)。由此，能够避免所述的凹陷的产生，从而能够致密地将三维构造物5的形状进行造型。
由于着色墨的喷出量，构成着色墨的各色墨的落着位置是预先知道的，因此只要考虑这些因素就能够判断填补墨的填补量和填补位置(落着位置)。能够在喷墨头装置或控制单元20(图1)、或者其它控制单元中进行该判断。
另外，通过利用填补墨来填补墨填充密度，由着色层3形成的面变得平坦，因此能够具有光泽感。
关于填补墨，只要是不对要呈现于着色层3(着色层的一部分53)的色调造成不良影响的墨即可，作为一例，能够采用在第一透明层2(第一透明层的一部分52)和第二透明层4(第一透明层的一部分54)中使用的透明墨。
此外，在本实施方式中基于着色层3进行了说明，但是本发明不限定于着色层，只要是装饰层则没有特别的限制。
●第二透明层4(第二透明层的一部分54)的结构
第二透明层4(第二透明层的一部分54)是使用在第一透明层2(第一透明层的一部分52)中说明过的透明墨来形成的。此外，第二透明层4与第一透明层2既可以使用同一种透明墨来形成，也可以使用不同种类的透明墨来形成。
第二透明层4不仅具有作为着色层3的保护层的功能，在采用层叠方式的本发明(本实施方式)中，还发挥使得能够致密地制造三维构造物5这样的优势性的效果。即，假设在由着色层3构成三维构造物5的最表层的情况下，也就是说在具有着色层的一部分53的层5a中假设着色层的一部分53位于最端部的情况下，存在无法高精度地形成着色层3(着色层的一部分53)的担忧。然而，通过如本实施方式那样在三维构造物5的最表层形成有第二透明层4(第二透明层的一部分54)，能够高精度地形成着色层3(着色层的一部分53)，因此通过第二透明层4(第二透明层的一部分54)，能够有助于呈现期望的色调。
另外，假设在由着色层3构成三维构造物5的最表层的情况下，着色层3裸露，因此容易发生因摩擦导致的脱色、因紫外线导致的退色。然而，通过如本实施方式那样在三维构造物5的最表层形成有第二透明层4(第二透明层的一部分54)，能够防止脱色、退色。
[附记事项]
本发明的一个方式所涉及的形成装置30是一种三维构造物的形成装置，通过层叠来形成三维构造物，该三维构造物具有造型物和对该造型物表面进行着色而成的着色部分，形成装置30的特征在于，具有：第一动作模式，在该第一动作模式下仅进行所述造型物的造型的第一动作模式；以及第二动作模式，在该第二动作模式下在进行所述造型物的造型的同时基于输入数据对该造型物表面进行全彩着色，其中，形成装置30具备在所述第一动作模式与所述第二动作模式之间进行切换的控制单元20。
根据所述的结构，通过具备控制单元20，用户能够在仅进行造型即可的情况下与希望得到还进行了造型物表面的上色的三维构造物的情况下，对动作模式进行切换。
另外，例如在所述第二动作模式中全彩着色中使用的墨分辨率较小(细)的情况下，在无需考虑色调而仅进行造型即可的第一动作模式中，能够使用比全彩着色中使用的墨分辨率大的墨分辨率来进行造型。在该情况下，如果选择第一动作模式，则发挥能够迅速地形成造型物的效果。
另外，在本发明的一个方式所涉及的形成装置30中，除了所述的结构以外，还具备喷墨头11，形成装置30将通过从所述喷墨头11喷出用于所述造型的造型材料以及用于所述着色的着色材料而形成的层进行层叠。
另外，在本发明的一个方式所涉及的形成装置30中，除了所述的结构以外，还在用于所述造型中形成一层的扫描的周期时间内，进行用于形成多层所述着色的层的扫描。
根据所述的结构，与无需考虑色调的造型的部分相比，全彩着色部分的墨分辨率变细。由此，能够在全彩着色部分良好地呈现中间色的色调。
另外，在本发明的一个方式所涉及的形成装置30中，除了所述的结构以外，还在用于所述造型中形成一层的扫描的周期时间内，进行用于形成多层透明保护层的扫描。
根据所述的结构，能够减少透明保护层的表面的粗糙，从而能够带来光泽。
另外，在本发明的一个方式所涉及的形成装置30中，除了所述的结构以外，还使用紫外线固化型墨作为所述造型材料和所述着色材料。
根据所述的结构，通过使用紫外线固化型墨作为造型材料和着色材料，能够使墨在短时间内固化，因此易于使墨层叠，从而能够在更短时间内形成目标产物(造型物、三维构造物)。
另外，在本发明的一个方式所涉及的形成装置30中，除了所述的结构以外，还具备：第一喷墨头喷嘴部11A，其喷出所述造型材料；第二喷墨头喷嘴部11B，其喷出所述着色材料；以及多个照射器12A，该多个照射器12A具有墨固化用的光源，其中，所述多个照射器12A被配置为在扫描方向分别挟持所述第一喷墨头喷嘴部11A和所述第二喷墨头喷嘴部11B。
根据所述的结构，照射部被配置于在扫描方向上分别夹着所述第一喷墨头喷嘴部11A和所述第二喷墨头喷嘴部11B的位置，因此能够使滴下的墨高效地固化。
本发明并不限定于所述的各实施方式，在权利要求示出的范围内能够进行各种变更，对不同的实施方式分别适当地组合公开的技术手段而得到的实施方式也包含在本发明的技术范围内。
产业上的可利用性
本发明能够应用于形成三维构造物的形成装置。

Claims (7)

1.一种三维构造物的形成装置，通过层叠来形成三维构造物，该三维构造物具有造型物和对该造型物的表面进行着色而成的着色部分，该三维构造物的形成装置的特征在于，具有：
第一动作模式，在该第一动作模式下仅进行所述造型物的造型；以及
第二动作模式，在该第二动作模式下在进行所述造型物的造型的同时基于输入数据对该造型物的表面进行全彩着色，
其中，该三维构造物的形成装置具备切换部，该切换部在所述第一动作模式与所述第二动作模式之间进行切换。
2.根据权利要求1所述的三维构造物的形成装置，其特征在于，
具备喷墨头，
所述三维构造物的形成装置将通过从所述喷墨头喷出用于所述造型的造型材料和用于所述着色的着色材料而形成的层进行层叠。
3.根据权利要求1所述的三维构造物的形成装置，其特征在于，
在用于所述造型中形成一层的扫描的周期时间内，进行用于形成多层所述着色的层的扫描。
4.根据权利要求2所述的三维构造物的形成装置，其特征在于，
在用于所述造型中形成一层的扫描的周期时间内，进行用于形成多层所述着色的层的扫描。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的三维构造物的形成装置，其特征在于，
在用于所述造型中形成一层的扫描的周期时间内，进行用于形成多层透明保护层的扫描。
6.根据权利要求2所述的三维构造物的形成装置，其特征在于，
所述造型材料和所述着色材料为紫外线固化型墨。
7.根据权利要求6所述的三维构造物的形成装置，其特征在于，具备：
第一喷墨头喷嘴部，其喷出所述造型材料；
第二喷墨头喷嘴部，其喷出所述着色材料；以及
多个照射器，该多个照射器具有墨固化用的光源，
其中，所述多个照射器被配置于在扫描方向上分别夹着所述第一喷墨头喷嘴部和所述第二喷墨头喷嘴部的位置。
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