JP2001239592A - 立体造形装置、立体造形法及び立体造形物 - Google Patents
立体造形装置、立体造形法及び立体造形物Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】少なくとも表面の一部が着色又は改質された立
体造形物を製造することができる立体造形装置を提供す
ること。 【解決手段】レーザヘッドＡ４等により、材料粉末Ｓを
部分的に固化させることを繰り返して、立体データによ
って記述された立体形状を持つ立体造形物を製造する装
置で、立体造形物を着色するインクジェットヘッドＡ９
と制御手段を有し、この制御手段が、立体造形物の少な
くとも表面の一部と、この表面の外側部分に位置する材
料粉末Ｓを着色するようにインクジェットヘッドＡ９を
制御する立体造形装置。立体造形物の周辺部に隔壁を設
けて、未使用の材料粉末を反復して使用することが好ま
しい。材料粉末に代えて光硬化樹脂を用いてもよい。
体造形物を製造することができる立体造形装置を提供す
ること。 【解決手段】レーザヘッドＡ４等により、材料粉末Ｓを
部分的に固化させることを繰り返して、立体データによ
って記述された立体形状を持つ立体造形物を製造する装
置で、立体造形物を着色するインクジェットヘッドＡ９
と制御手段を有し、この制御手段が、立体造形物の少な
くとも表面の一部と、この表面の外側部分に位置する材
料粉末Ｓを着色するようにインクジェットヘッドＡ９を
制御する立体造形装置。立体造形物の周辺部に隔壁を設
けて、未使用の材料粉末を反復して使用することが好ま
しい。材料粉末に代えて光硬化樹脂を用いてもよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、立体造形装置、立
体造形法及び立体形状を持つ立体造形物に係り、特にＣ
ＡＤデータから、着色や改質のなされた造形物を自動的
に作製するに適した立体造形装置、そのような作製を行
う立体造形法及び立体造形物に関する。
体造形法及び立体形状を持つ立体造形物に係り、特にＣ
ＡＤデータから、着色や改質のなされた造形物を自動的
に作製するに適した立体造形装置、そのような作製を行
う立体造形法及び立体造形物に関する。
【０００２】
【従来の技術】立体形状を記述しているＣＡＤデータか
ら薄層を作り、それを積層することで立体的な造形物を
作製する技術は、一般にラピッドプロトタイピング（Ｒ
Ｐ）と呼ばれている。ＲＰの具体的な方式としては、光
造形法、ＳＬＳ造形法、シート積層法、溶融物堆積法等
が知られている。中でも光造形法とＳＬＳ造形法は、特
に複雑な形状を持つ造形物を作ることができるので、広
く利用されている。
ら薄層を作り、それを積層することで立体的な造形物を
作製する技術は、一般にラピッドプロトタイピング（Ｒ
Ｐ）と呼ばれている。ＲＰの具体的な方式としては、光
造形法、ＳＬＳ造形法、シート積層法、溶融物堆積法等
が知られている。中でも光造形法とＳＬＳ造形法は、特
に複雑な形状を持つ造形物を作ることができるので、広
く利用されている。
【０００３】光造形法では、液状の光硬化性樹脂の表面
にレーザ光を照射し、部分的に硬化させて薄層を作る。
ＳＬＳ造形法では、粉末の表面にレーザ光を照射し、粉
末の粒子を相互に融着させて薄層を作る。いずれの方式
でも、薄層を作るとその上に次の薄層を作るための新し
い材料を置き、これによって積層を行う。光造形法ＳＬ
Ｓ造形法の基本的な原理、装置の構成、一般的な用途に
ついては、例えば「積層造形システム」（中川威雄、丸
谷洋二 ４〜５頁（１９９６年）（株）工業調査会発
行）等の文献に詳しく記載されている。
にレーザ光を照射し、部分的に硬化させて薄層を作る。
ＳＬＳ造形法では、粉末の表面にレーザ光を照射し、粉
末の粒子を相互に融着させて薄層を作る。いずれの方式
でも、薄層を作るとその上に次の薄層を作るための新し
い材料を置き、これによって積層を行う。光造形法ＳＬ
Ｓ造形法の基本的な原理、装置の構成、一般的な用途に
ついては、例えば「積層造形システム」（中川威雄、丸
谷洋二 ４〜５頁（１９９６年）（株）工業調査会発
行）等の文献に詳しく記載されている。
【０００４】光造形法、ＳＬＳ造形法では、未使用の材
料を反復的に使用することができる。そのため材料に無
駄がなく、消費される材料はすべて造形物となる。その
ために高価な材料を使っても、比較的安価に造形物を作
ることができる。
料を反復的に使用することができる。そのため材料に無
駄がなく、消費される材料はすべて造形物となる。その
ために高価な材料を使っても、比較的安価に造形物を作
ることができる。
【０００５】ところで応用分野によっては、着色された
造形物を作りたい場合がある。このニーズに対しては、
インクジェットヘッドを使用して薄層に染料を噴射し、
着色しながら積層していく方法が提案されていた。
造形物を作りたい場合がある。このニーズに対しては、
インクジェットヘッドを使用して薄層に染料を噴射し、
着色しながら積層していく方法が提案されていた。
【０００６】着色そのものが目的ではないが、インクジ
ェットヘッドで露光面に紫外光遮断マスクを描画し、光
造形法に特有の問題である余剰成長を抑える研究例は
「冷却固化式光造形法を用いたサポートレス・高精度造
形」（神村明哉等、第１７回ラピッド・プロトタイピン
グシンポジウム資料 ４５頁（１９９９年）型技術協
会）に記載されている。
ェットヘッドで露光面に紫外光遮断マスクを描画し、光
造形法に特有の問題である余剰成長を抑える研究例は
「冷却固化式光造形法を用いたサポートレス・高精度造
形」（神村明哉等、第１７回ラピッド・プロトタイピン
グシンポジウム資料 ４５頁（１９９９年）型技術協
会）に記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、染料
が未使用の材料に飛び散り、未使用の材料を反復的に使
用することができなくなるために、造形物が高価になる
ということについて考慮されていなかった。
が未使用の材料に飛び散り、未使用の材料を反復的に使
用することができなくなるために、造形物が高価になる
ということについて考慮されていなかった。
【０００８】また染料を噴射する領域を造形物の断面と
同じにしたのでは、両者のわずかなずれにより、着色さ
れた領域が造形物の表面に達しない部分があり、そのた
め表面から見ると、造形物の着色が一様でないというこ
とについて考慮されていなかった。
同じにしたのでは、両者のわずかなずれにより、着色さ
れた領域が造形物の表面に達しない部分があり、そのた
め表面から見ると、造形物の着色が一様でないというこ
とについて考慮されていなかった。
【０００９】本発明の第１の目的は、少なくとも表面の
一部が着色又は改質された立体造形物を製造することが
できる立体造形装置を提供することにある。
一部が着色又は改質された立体造形物を製造することが
できる立体造形装置を提供することにある。
【００１０】本発明の第２の目的は、未使用の材料を反
復的に使用することができる立体造形装置を提供するこ
とにある。
復的に使用することができる立体造形装置を提供するこ
とにある。
【００１１】本発明の第３の目的は、少なくとも表面の
一部が着色又は改質された立体造形物を製造する立体造
形法を提供することにある。
一部が着色又は改質された立体造形物を製造する立体造
形法を提供することにある。
【００１２】本発明の第４の目的は、表面から見て、着
色又は改質が一様である立体造形物を提供することにあ
る。
色又は改質が一様である立体造形物を提供することにあ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の立体造形装置は、第１の手段によ
り、材料を部分的に固化させることを繰り返して、立体
データによって記述された立体形状を持つ立体造形物を
製造するもので、立体造形物を着色又は改質する第２の
手段及び制御手段を有し、この制御手段は、立体造形物
の少なくとも表面の一部と、この表面の外側部分に位置
する材料を着色又は改質するように上記第２の手段を制
御するようにしたものである。
るために、本発明の立体造形装置は、第１の手段によ
り、材料を部分的に固化させることを繰り返して、立体
データによって記述された立体形状を持つ立体造形物を
製造するもので、立体造形物を着色又は改質する第２の
手段及び制御手段を有し、この制御手段は、立体造形物
の少なくとも表面の一部と、この表面の外側部分に位置
する材料を着色又は改質するように上記第２の手段を制
御するようにしたものである。
【００１４】材料を部分的に固化させる第１の手段は、
材料が粉末であれば焼結したり、融着させたりする加熱
手段等であり、材料が光硬化性樹脂であれば、それを硬
化させる紫外線照射手段等である。
材料が粉末であれば焼結したり、融着させたりする加熱
手段等であり、材料が光硬化性樹脂であれば、それを硬
化させる紫外線照射手段等である。
【００１５】上記第１の手段は、上記立体造形物の製造
のときに、その周辺部に隔壁を形成するするように作動
することが好ましい。隔壁は、立体造形物を上方又は下
方に取り出すことのできる構造であることが好ましい。
隔壁の中から立体造形物を容易に取り出すことができる
ためには、隔壁と立体造形物の間に固化しない材料があ
ることが好ましい。隔壁を形成するとき、前記した立体
造形物の表面の外側部分に位置する材料を着色又は改質
するということは、この隔壁と立体造形物の間の材料の
少なくとも一部が着色又は改質するようにすればよい。
両者の間の材料が略全部着色又は改質されてもよいが、
このときは隔壁の内側の部分が着色又は改質されるよう
になる。しかし隔壁の外側の部分が着色又は改質されな
いようにする必要がある。隔壁は立体造形物の外側の周
辺部に形成するが、さらに立体造形物の内側の周辺部に
形成してもよい。このときは隔壁が、立体造形物から取
り出せる構造であることが好ましい。
のときに、その周辺部に隔壁を形成するするように作動
することが好ましい。隔壁は、立体造形物を上方又は下
方に取り出すことのできる構造であることが好ましい。
隔壁の中から立体造形物を容易に取り出すことができる
ためには、隔壁と立体造形物の間に固化しない材料があ
ることが好ましい。隔壁を形成するとき、前記した立体
造形物の表面の外側部分に位置する材料を着色又は改質
するということは、この隔壁と立体造形物の間の材料の
少なくとも一部が着色又は改質するようにすればよい。
両者の間の材料が略全部着色又は改質されてもよいが、
このときは隔壁の内側の部分が着色又は改質されるよう
になる。しかし隔壁の外側の部分が着色又は改質されな
いようにする必要がある。隔壁は立体造形物の外側の周
辺部に形成するが、さらに立体造形物の内側の周辺部に
形成してもよい。このときは隔壁が、立体造形物から取
り出せる構造であることが好ましい。
【００１６】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明の立体造形装置は、材料を部分的に固化させるこ
とを繰り返して、立体データによって記述された立体形
状を持つ立体造形物を製造するもので、この立体造形物
の製造のときに、その周辺部に隔壁を形成するようにし
たものである。
本発明の立体造形装置は、材料を部分的に固化させるこ
とを繰り返して、立体データによって記述された立体形
状を持つ立体造形物を製造するもので、この立体造形物
の製造のときに、その周辺部に隔壁を形成するようにし
たものである。
【００１７】ここで隔壁の好ましい構造、隔壁と立体造
形物の間に固化しない材料を設けること、隔壁を立体造
形物の内側の周辺部に設けてもよいこと等は上記の同様
である。
形物の間に固化しない材料を設けること、隔壁を立体造
形物の内側の周辺部に設けてもよいこと等は上記の同様
である。
【００１８】さらにまた、上記第３の目的を達成するた
めに、本発明の立体造形法は、材料を部分的に固化させ
ることを繰り返して、立体データによって記述された立
体形状を持つ立体造形物を製造するもので、この立体造
形物の少なくとも表面の一部と、この表面の外側部分に
位置する材料を着色又は改質するようにしたものであ
る。
めに、本発明の立体造形法は、材料を部分的に固化させ
ることを繰り返して、立体データによって記述された立
体形状を持つ立体造形物を製造するもので、この立体造
形物の少なくとも表面の一部と、この表面の外側部分に
位置する材料を着色又は改質するようにしたものであ
る。
【００１９】着色又は改質は、材料を部分的に固化した
後に行っても、固化する前に行ってもよく、上記の繰り
返しの１回毎に行うのがよい。また、立体造形物の製造
のときに、その周辺部に隔壁を形成するようにすること
が好ましい。隔壁の好ましい構造、隔壁と立体造形物の
間に固化しない材料を設けること、隔壁を立体造形物の
内側の周辺部に設けてもよいこと、隔壁と立体造形物の
間の材料の少なくとも一部が着色又は改質するようにす
ることが好ましいこと等は上記の同様である。
後に行っても、固化する前に行ってもよく、上記の繰り
返しの１回毎に行うのがよい。また、立体造形物の製造
のときに、その周辺部に隔壁を形成するようにすること
が好ましい。隔壁の好ましい構造、隔壁と立体造形物の
間に固化しない材料を設けること、隔壁を立体造形物の
内側の周辺部に設けてもよいこと、隔壁と立体造形物の
間の材料の少なくとも一部が着色又は改質するようにす
ることが好ましいこと等は上記の同様である。
【００２０】さらにまた、上記第３の目的を達成するた
めに、本発明の立体造形物は、立体データによって記述
された立体形状を、材料を部分的に固化させることを繰
り返して形成するもので、この立体造形物の少なくとも
表面の一部が、均一に着色又は改質されるようにしたも
のである。
めに、本発明の立体造形物は、立体データによって記述
された立体形状を、材料を部分的に固化させることを繰
り返して形成するもので、この立体造形物の少なくとも
表面の一部が、均一に着色又は改質されるようにしたも
のである。
【００２１】
【発明の実施の形態】（実施例１）図１は、本発明の立
体造形装置の一実施例であるＳＬＳ造形装置Ａの構成を
示す断面図である。ＳＬＳ造形装置Ａは、白色の材料粉
末Ｓを保持するコンテナＡ１と、材料粉末Ｓの表面を平
坦化するリコータＡ２と、リコータＡ２を往復させるリ
コータ駆動装置Ａ３と、材料粉末Ｓの表面に焦点を結ぶ
レーザビームを照射するレーザヘッドＡ４と、レーザヘ
ッドＡ４を前後左右に移動させるレーザヘッドスキャナ
Ａ５と、材料粉末Ｓや積層物Ｗを載せて支持するエレベ
ータＡ６と、エレベータＡ６を上下に移動させるエレベ
ータ駆動装置Ａ７と、材料粉末Ｓの表面に染料を噴射す
るインクジェットヘッドＡ９と、インクジェットヘッド
Ａ９を前後左右に移動させるインクジェットヘッドスキ
ャナＡ１０と、ＳＬＳ造形装置Ａの動作を自動制御する
制御装置Ａ１２を備えている。なお、レーザヘッドＡ４
の移動のためのレーザヘッド送りネジＡ８は、図示した
１本の他に、紙面に垂直方向にさらに１本が設けられて
いて、レーザヘッドＡ４の前後左右への移動が可能であ
る。インクジェットヘッドＡ９の移動のためのインクジ
ェットヘッド送りネジＡ１１についても同様である。制
御装置Ａ１２は、染料の混ざった材料粉末Ｓと、混ざっ
ていない材料粉末Ｓを隔離する隔壁を生成する隔壁生成
装置Ａ１３を備えている。
体造形装置の一実施例であるＳＬＳ造形装置Ａの構成を
示す断面図である。ＳＬＳ造形装置Ａは、白色の材料粉
末Ｓを保持するコンテナＡ１と、材料粉末Ｓの表面を平
坦化するリコータＡ２と、リコータＡ２を往復させるリ
コータ駆動装置Ａ３と、材料粉末Ｓの表面に焦点を結ぶ
レーザビームを照射するレーザヘッドＡ４と、レーザヘ
ッドＡ４を前後左右に移動させるレーザヘッドスキャナ
Ａ５と、材料粉末Ｓや積層物Ｗを載せて支持するエレベ
ータＡ６と、エレベータＡ６を上下に移動させるエレベ
ータ駆動装置Ａ７と、材料粉末Ｓの表面に染料を噴射す
るインクジェットヘッドＡ９と、インクジェットヘッド
Ａ９を前後左右に移動させるインクジェットヘッドスキ
ャナＡ１０と、ＳＬＳ造形装置Ａの動作を自動制御する
制御装置Ａ１２を備えている。なお、レーザヘッドＡ４
の移動のためのレーザヘッド送りネジＡ８は、図示した
１本の他に、紙面に垂直方向にさらに１本が設けられて
いて、レーザヘッドＡ４の前後左右への移動が可能であ
る。インクジェットヘッドＡ９の移動のためのインクジ
ェットヘッド送りネジＡ１１についても同様である。制
御装置Ａ１２は、染料の混ざった材料粉末Ｓと、混ざっ
ていない材料粉末Ｓを隔離する隔壁を生成する隔壁生成
装置Ａ１３を備えている。
【００２２】リコータ駆動信号／電源Ｘ１は、リコータ
駆動装置Ａ３を制御し、また必要な電力を供給して、リ
コータ駆動装置Ａ３を動作させる信号である。レーザヘ
ッド走査信号／電源Ｘ２は、レーザヘッドスキャナＡ５
を動作させる信号である。レーザヘッドスキャナＡ５
は、この信号を受信すると、２本の直交するレーザヘッ
ド送りネジＡ８を回転させ、レーザヘッドＡ４を前後左
右に移動させる。レーザ点滅信号／電源Ｘ３は、レーザ
ヘッドＡ４の中の半導体レーザＡ４１を動作させる信号
である。この信号を受信した半導体レーザＡ４１から発
せられたレーザビームは、集光レンズＡ４２によって材
料粉末Ｓの表面に焦点を結ぶ。
駆動装置Ａ３を制御し、また必要な電力を供給して、リ
コータ駆動装置Ａ３を動作させる信号である。レーザヘ
ッド走査信号／電源Ｘ２は、レーザヘッドスキャナＡ５
を動作させる信号である。レーザヘッドスキャナＡ５
は、この信号を受信すると、２本の直交するレーザヘッ
ド送りネジＡ８を回転させ、レーザヘッドＡ４を前後左
右に移動させる。レーザ点滅信号／電源Ｘ３は、レーザ
ヘッドＡ４の中の半導体レーザＡ４１を動作させる信号
である。この信号を受信した半導体レーザＡ４１から発
せられたレーザビームは、集光レンズＡ４２によって材
料粉末Ｓの表面に焦点を結ぶ。
【００２３】エレベータ駆動信号／電源Ｘ４は、エレベ
ータ駆動装置Ａ７を制御し、必要な電力を供給して、エ
レベータ駆動装置Ａ７を動作させる信号である。インク
ジェットヘッド走査信号／電源Ｘ５は、インクジェット
ヘッドスキャナＡ１０を動作させる信号である。インク
ジェットヘッドスキャナＡ１０は、この信号を受信する
と、２本の直交するインクジェットヘッド送りネジＡ１
１を回転させ、インクジェットヘッドＡ９を前後左右に
移動させる。インクジェット噴射信号／電源Ｘ６は、イ
ンクジェットヘッドＡ９の中にあるピエゾノズルＡ９２
を動作させる信号である。ピエゾノズルＡ９２には、電
圧の印加によって変形するピエゾ素子が組み込まれてい
る。ピエゾ素子が動作すると、染料タンクＡ９１から供
給される染料に急激に高い圧力がかかり、ピエゾノズル
Ａ９２に設けられた小穴から染料がジェットとなって飛
び出す。
ータ駆動装置Ａ７を制御し、必要な電力を供給して、エ
レベータ駆動装置Ａ７を動作させる信号である。インク
ジェットヘッド走査信号／電源Ｘ５は、インクジェット
ヘッドスキャナＡ１０を動作させる信号である。インク
ジェットヘッドスキャナＡ１０は、この信号を受信する
と、２本の直交するインクジェットヘッド送りネジＡ１
１を回転させ、インクジェットヘッドＡ９を前後左右に
移動させる。インクジェット噴射信号／電源Ｘ６は、イ
ンクジェットヘッドＡ９の中にあるピエゾノズルＡ９２
を動作させる信号である。ピエゾノズルＡ９２には、電
圧の印加によって変形するピエゾ素子が組み込まれてい
る。ピエゾ素子が動作すると、染料タンクＡ９１から供
給される染料に急激に高い圧力がかかり、ピエゾノズル
Ａ９２に設けられた小穴から染料がジェットとなって飛
び出す。
【００２４】ＳＬＳ造形装置Ａの動作を図２に示す。Ｓ
ＬＳ造形装置Ａは、平坦にされた材料粉末Ｓの表面の一
部にレーザビームを走査させながら照射していき、材料
粉末Ｓの粒子を相互に融着させていく。造形物形状デー
タと隔壁形状データを含む形状データである積層物形状
データに基づいて走査、露光を行うことにより、造形物
Ｗ１と隔壁Ｗ２を含む積層物の断面形状を持つ薄層を作
る。次に造形物Ｗ１の薄層の必要な部位に、染料を噴射
して着色を行う。このようにして作られる多数の薄層を
積み重ねることで、目的の立体形状と色を持つ造形物Ｗ
１と、目的の立体形状を持つ隔壁Ｗ２を同時に作製す
る。
ＬＳ造形装置Ａは、平坦にされた材料粉末Ｓの表面の一
部にレーザビームを走査させながら照射していき、材料
粉末Ｓの粒子を相互に融着させていく。造形物形状デー
タと隔壁形状データを含む形状データである積層物形状
データに基づいて走査、露光を行うことにより、造形物
Ｗ１と隔壁Ｗ２を含む積層物の断面形状を持つ薄層を作
る。次に造形物Ｗ１の薄層の必要な部位に、染料を噴射
して着色を行う。このようにして作られる多数の薄層を
積み重ねることで、目的の立体形状と色を持つ造形物Ｗ
１と、目的の立体形状を持つ隔壁Ｗ２を同時に作製す
る。
【００２５】すなわち、図１に示した制御装置Ａ１２
は、造形物形状データを受信すると、これを隔壁生成装
置Ａ１３に送る。隔壁生成装置Ａ１３は、造形物形状デ
ータをもとに、隔壁の形状を求めて隔壁形状データを生
成し、これを造形物形状データと複合させて積層物形状
データを生成する。
は、造形物形状データを受信すると、これを隔壁生成装
置Ａ１３に送る。隔壁生成装置Ａ１３は、造形物形状デ
ータをもとに、隔壁の形状を求めて隔壁形状データを生
成し、これを造形物形状データと複合させて積層物形状
データを生成する。
【００２６】積層物形状データが生成されると制御装置
Ａ１２は、積層物形状データの立体形状と、それぞれの
薄層の高さにある水平面の交わりを計算し、積層物の断
面形状、つまり薄層の形状を算出する。そして薄層ごと
にリコータ駆動信号／電源Ｘ１と、レーザヘッド走査信
号／電源Ｘ２と、レーザ点滅信号／電源Ｘ３と、エレベ
ータ駆動信号／電源Ｘ４と、インクジェットヘッド走査
信号／電源Ｘ５と、インクジェット噴射信号／電源Ｘ６
を生成する。
Ａ１２は、積層物形状データの立体形状と、それぞれの
薄層の高さにある水平面の交わりを計算し、積層物の断
面形状、つまり薄層の形状を算出する。そして薄層ごと
にリコータ駆動信号／電源Ｘ１と、レーザヘッド走査信
号／電源Ｘ２と、レーザ点滅信号／電源Ｘ３と、エレベ
ータ駆動信号／電源Ｘ４と、インクジェットヘッド走査
信号／電源Ｘ５と、インクジェット噴射信号／電源Ｘ６
を生成する。
【００２７】その結果、ＳＬＳ造形装置Ａは次の手順１
〜４を繰り返すように動作し、着色された薄層を積み重
ねていく。 １．エレベータＡ６又は積層物の上に材料粉末Ｓを盛り
付け、リコータＡ２を往復させて、材料粉末Ｓの表面を
平坦にする（図２（Ａ））材料粉末Ｓは、図示しない供
給装置から供給される。 ２．レーザヘッドＡ４からのレーザビームを材料粉末Ｓ
の表面に照射する。スキャナＡ５はレーザヘッドＡ４を
積層物の断面に沿って走査させる。レーザビームによっ
て材料粉末Ｓが焼結され、薄層が作られる（図２
（Ｂ））。 ３．インクジェットヘッドＡ９から染料を噴射し、薄層
を着色する（図２（Ｃ））。 ４．エレベータＡ６を薄層の厚さだけ下に降ろし、積層
物に新しい薄層を重ねるための準備をする（図２
（Ｄ））。
〜４を繰り返すように動作し、着色された薄層を積み重
ねていく。 １．エレベータＡ６又は積層物の上に材料粉末Ｓを盛り
付け、リコータＡ２を往復させて、材料粉末Ｓの表面を
平坦にする（図２（Ａ））材料粉末Ｓは、図示しない供
給装置から供給される。 ２．レーザヘッドＡ４からのレーザビームを材料粉末Ｓ
の表面に照射する。スキャナＡ５はレーザヘッドＡ４を
積層物の断面に沿って走査させる。レーザビームによっ
て材料粉末Ｓが焼結され、薄層が作られる（図２
（Ｂ））。 ３．インクジェットヘッドＡ９から染料を噴射し、薄層
を着色する（図２（Ｃ））。 ４．エレベータＡ６を薄層の厚さだけ下に降ろし、積層
物に新しい薄層を重ねるための準備をする（図２
（Ｄ））。
【００２８】ただし、上記の手順の繰り返しのうち第１
回目は隔壁Ｗ２の底面のみを作り、造形物Ｗ１は形成さ
れない。従って３番目の工程の染料の噴射は行わない。
また、２番目の工程と３番目の工程の順を変えて染料の
噴射を先に行ってもよい。つまり、材料粉末の粒子を相
互に融着させた積層物の状態で着色してもよく、粉末の
状態で着色してもよい。このような動作により、目的の
積層物、すなわち目的の立体形状と色を持つ造形物Ｗ１
と、目的の立体形状を持つ隔壁Ｗ２が作られる。
回目は隔壁Ｗ２の底面のみを作り、造形物Ｗ１は形成さ
れない。従って３番目の工程の染料の噴射は行わない。
また、２番目の工程と３番目の工程の順を変えて染料の
噴射を先に行ってもよい。つまり、材料粉末の粒子を相
互に融着させた積層物の状態で着色してもよく、粉末の
状態で着色してもよい。このような動作により、目的の
積層物、すなわち目的の立体形状と色を持つ造形物Ｗ１
と、目的の立体形状を持つ隔壁Ｗ２が作られる。
【００２９】次にＳＬＳ造形装置Ａでの、造形物Ｗ１に
対する着色方法について説明する。作製中の造形物Ｗ１
と、着色がなされる領域の位置関係を図３に示す。図の
斜線の部分が着色された領域である。図３（Ａ）は、着
色を行う領域の外表面を造形物Ｗ１の外表面と同じにし
た場合の状況である。このような状況では、造形物Ｗ１
に表面まで着色がなされ、しかも未使用の材料粉末Ｓに
は染料が混ざらず、反復的に使用することができる。す
なわち図３（Ａ）は理想的な状況であるといえる。
対する着色方法について説明する。作製中の造形物Ｗ１
と、着色がなされる領域の位置関係を図３に示す。図の
斜線の部分が着色された領域である。図３（Ａ）は、着
色を行う領域の外表面を造形物Ｗ１の外表面と同じにし
た場合の状況である。このような状況では、造形物Ｗ１
に表面まで着色がなされ、しかも未使用の材料粉末Ｓに
は染料が混ざらず、反復的に使用することができる。す
なわち図３（Ａ）は理想的な状況であるといえる。
【００３０】しかし実際には、レーザヘッドＡ４とイン
クジェットヘッドＡ９の走査領域を厳密に重ねることが
できないので、図３（Ｂ）に示すように僅かなずれが生
じる。その結果として、造形物Ｗ１の左側では未使用の
材料粉末Ｓに染料が混ざり、造形物Ｗ１の右側では表面
にまで着色がなされず、むらが生じることになる。
クジェットヘッドＡ９の走査領域を厳密に重ねることが
できないので、図３（Ｂ）に示すように僅かなずれが生
じる。その結果として、造形物Ｗ１の左側では未使用の
材料粉末Ｓに染料が混ざり、造形物Ｗ１の右側では表面
にまで着色がなされず、むらが生じることになる。
【００３１】これに対して本発明によるＳＬＳ造形装置
Ａでは、図３（Ｃ）のように着色を行う領域の外側を、
造形物Ｗ１の外表面よりも外側になるようにする。これ
により、造形物Ｗ１の着色にむらが生じることを防ぐこ
とができる。そして未使用の材料粉末Ｓに染料が混ざる
が、造形物Ｗ１の周囲に隔壁Ｗ２を置き、コンテナＡ１
の全体に、染料の混ざった材料粉末Ｓが広がらないよう
にする。なお、造形物Ｗ１の最下層は全面に着色する。
必要ならば最上層も全面に着色する。造形物Ｗ１の各層
とも全面に着色しても差し支えないが、染料の使用量が
増えるので行わない方が好ましい。
Ａでは、図３（Ｃ）のように着色を行う領域の外側を、
造形物Ｗ１の外表面よりも外側になるようにする。これ
により、造形物Ｗ１の着色にむらが生じることを防ぐこ
とができる。そして未使用の材料粉末Ｓに染料が混ざる
が、造形物Ｗ１の周囲に隔壁Ｗ２を置き、コンテナＡ１
の全体に、染料の混ざった材料粉末Ｓが広がらないよう
にする。なお、造形物Ｗ１の最下層は全面に着色する。
必要ならば最上層も全面に着色する。造形物Ｗ１の各層
とも全面に着色しても差し支えないが、染料の使用量が
増えるので行わない方が好ましい。
【００３２】次にＳＬＳ造形装置Ａでの、隔壁Ｗ２の作
製方法について説明する。全く着色されない部分を外側
にし、部分的又は全体的に着色される部分を内側に隔離
する外隔壁の作製方法を図４及び図５に示す。
製方法について説明する。全く着色されない部分を外側
にし、部分的又は全体的に着色される部分を内側に隔離
する外隔壁の作製方法を図４及び図５に示す。
【００３３】外隔壁の形状である外隔壁形状Ｆ５を生成
するには、造形物形状データが記述している造形物Ｗ１
の形状（図４（Ａ））である造形物形状（造形物Ｗ１の
輪郭）を上方に移動させることによって得られる包絡面
である造形物上方移動包絡面Ｆ２を求める。つまり造形
物上方移動包絡面Ｆ２は、造形物Ｗ１を上方に移動さ
せ、その輪郭が通過した面の一番外側の面である（図４
（Ｂ））。この面を所定の幅だけ、例えば５ｍｍ程度、
外側にオフセットさせて外隔壁内面Ｆ３を求め、それを
さらに外隔壁の厚さだけ、例えば５ｍｍ程度、オフセッ
トさせて外隔壁外面Ｆ４を求める（図５（Ａ））。外隔
壁内面Ｆ３と外隔壁外面Ｆ４に挟まれた領域が外隔壁形
状Ｆ５であるので（図５（Ｂ））、これを隔壁形状デー
タによって記述すればよい。なお、外隔壁の底面と造形
物Ｗ１の底面との間にも粉末が、５ｍｍ程度ある方が好
ましい。よって外隔壁の底面を形成したらその上の薄層
は外隔壁のみを形成するようにすればよい。或いはこの
部分の薄層の厚さを厚くし、薄層の上部のみが固化され
るようにしてもよい。
するには、造形物形状データが記述している造形物Ｗ１
の形状（図４（Ａ））である造形物形状（造形物Ｗ１の
輪郭）を上方に移動させることによって得られる包絡面
である造形物上方移動包絡面Ｆ２を求める。つまり造形
物上方移動包絡面Ｆ２は、造形物Ｗ１を上方に移動さ
せ、その輪郭が通過した面の一番外側の面である（図４
（Ｂ））。この面を所定の幅だけ、例えば５ｍｍ程度、
外側にオフセットさせて外隔壁内面Ｆ３を求め、それを
さらに外隔壁の厚さだけ、例えば５ｍｍ程度、オフセッ
トさせて外隔壁外面Ｆ４を求める（図５（Ａ））。外隔
壁内面Ｆ３と外隔壁外面Ｆ４に挟まれた領域が外隔壁形
状Ｆ５であるので（図５（Ｂ））、これを隔壁形状デー
タによって記述すればよい。なお、外隔壁の底面と造形
物Ｗ１の底面との間にも粉末が、５ｍｍ程度ある方が好
ましい。よって外隔壁の底面を形成したらその上の薄層
は外隔壁のみを形成するようにすればよい。或いはこの
部分の薄層の厚さを厚くし、薄層の上部のみが固化され
るようにしてもよい。
【００３４】下部に対して上部の断面積が小さい造形物
Ｗ１の場合、外隔壁の内側に内隔壁を作製すると、より
多くの未使用の材料粉末Ｓを反復的に使用することがで
きる。内隔壁は、全く着色されない部分を内側にし、部
分的又は全体的に着色される部分を外側に隔離する、内
隔壁の作製方法を図６、図７及び図８に示す。
Ｗ１の場合、外隔壁の内側に内隔壁を作製すると、より
多くの未使用の材料粉末Ｓを反復的に使用することがで
きる。内隔壁は、全く着色されない部分を内側にし、部
分的又は全体的に着色される部分を外側に隔離する、内
隔壁の作製方法を図６、図７及び図８に示す。
【００３５】図８（Ａ）に示した内隔壁の形状である内
隔壁形状Ｆ１０を生成するには、まず、図６（Ａ）に示
した造形物形状Ｆ１を下方に移動させることによって造
形物下方移動包絡面Ｆ６を求め（図６（Ｂ））、これと
造形物上方移動包絡面に挟まれた空間の形状である間隙
形状Ｆ７を求める（図７（Ａ））。この表面を所定の幅
だけ内側にオフセットさせて、例えば５ｍｍ程度、内隔
壁外面Ｆ８を求め、さらに内隔壁の厚さだけ、例えば５
ｍｍ程度、オフセットさせて内隔壁内面Ｆ９を求める
（図７（Ｂ））。内隔壁外面Ｆ８と内隔壁内面Ｆ９で挟
まれた領域が図８（Ａ）に示した内隔壁形状Ｆ１０であ
るので、隔壁形状データによって記述する。外隔壁形状
Ｆ５は、上記と同じようにして求める（図８（Ｂ））。
隔壁形状Ｆ１０を生成するには、まず、図６（Ａ）に示
した造形物形状Ｆ１を下方に移動させることによって造
形物下方移動包絡面Ｆ６を求め（図６（Ｂ））、これと
造形物上方移動包絡面に挟まれた空間の形状である間隙
形状Ｆ７を求める（図７（Ａ））。この表面を所定の幅
だけ内側にオフセットさせて、例えば５ｍｍ程度、内隔
壁外面Ｆ８を求め、さらに内隔壁の厚さだけ、例えば５
ｍｍ程度、オフセットさせて内隔壁内面Ｆ９を求める
（図７（Ｂ））。内隔壁外面Ｆ８と内隔壁内面Ｆ９で挟
まれた領域が図８（Ａ）に示した内隔壁形状Ｆ１０であ
るので、隔壁形状データによって記述する。外隔壁形状
Ｆ５は、上記と同じようにして求める（図８（Ｂ））。
【００３６】造形が終わったら、ＳＬＳ造形装置Ａのコ
ンテナＡ１の中から外隔壁を取り出す。外隔壁の中には
造形物Ｗ１と、場合によっては内隔壁が作られている。
内隔壁が作られている場合、これを取り出せば、その中
の材料粉末Ｓをそのまま再利用することができる。
ンテナＡ１の中から外隔壁を取り出す。外隔壁の中には
造形物Ｗ１と、場合によっては内隔壁が作られている。
内隔壁が作られている場合、これを取り出せば、その中
の材料粉末Ｓをそのまま再利用することができる。
【００３７】外隔壁の中から内隔壁を取り出すと、その
後には造形物Ｗ１と、染料の混ざった材料粉末Ｓが残
る。染料の混ざった材料粉末Ｓは、そのままでは再利用
することができないので、廃棄するか、他の目的に使用
する。
後には造形物Ｗ１と、染料の混ざった材料粉末Ｓが残
る。染料の混ざった材料粉末Ｓは、そのままでは再利用
することができないので、廃棄するか、他の目的に使用
する。
【００３８】（実施例２）ＳＬＳ造形装置Ａでは、ＳＬ
Ｓ造形法を利用して造形物Ｗ１を作るが、ＳＬＳ造形法
の代わりに光造形法を利用してもよい。この方式による
一実施例の光造形装置Ａａの構成の断面図を図９に示
す。光造形装置Ａａでは、材料粉末Ｓの代わりに液状の
光硬化性樹脂Ｓａを使用する。レーザビームの照射によ
り、光硬化性樹脂Ｓａが硬化して、薄層が作られる。そ
の他の点はＳＬＳ造形装置Ａとほぼ同じである。
Ｓ造形法を利用して造形物Ｗ１を作るが、ＳＬＳ造形法
の代わりに光造形法を利用してもよい。この方式による
一実施例の光造形装置Ａａの構成の断面図を図９に示
す。光造形装置Ａａでは、材料粉末Ｓの代わりに液状の
光硬化性樹脂Ｓａを使用する。レーザビームの照射によ
り、光硬化性樹脂Ｓａが硬化して、薄層が作られる。そ
の他の点はＳＬＳ造形装置Ａとほぼ同じである。
【００３９】（実施例３）ＳＬＳ造形装置Ａでは、染料
を噴射して造形物Ｗ１の部分的又は全体に着色を行う
が、染料の代わりに改質材を噴射する又は堆積させるこ
とができれば、造形物Ｗ１の部分的又は全体の改質を行
うことが可能となる。改質材としては次のようなものが
挙げられる。 補強材：樹脂、セラミック粉末、ファイバ等 硬化剤：樹脂等 密封剤：樹脂、ゴム等 透明化剤：樹脂等 硬化剤等の改質材の中には、光や熱を加えることによっ
て効果の増すものがある。そのような改質材を使う場合
には、レーザビームを照射する前に改質材を噴射してお
く、或いは堆積させておく方法が有効である。この方法
によれば、レーザビームを照射して薄層を作ると、これ
と同時に改質材の効果を増大させることができる。
を噴射して造形物Ｗ１の部分的又は全体に着色を行う
が、染料の代わりに改質材を噴射する又は堆積させるこ
とができれば、造形物Ｗ１の部分的又は全体の改質を行
うことが可能となる。改質材としては次のようなものが
挙げられる。 補強材：樹脂、セラミック粉末、ファイバ等 硬化剤：樹脂等 密封剤：樹脂、ゴム等 透明化剤：樹脂等 硬化剤等の改質材の中には、光や熱を加えることによっ
て効果の増すものがある。そのような改質材を使う場合
には、レーザビームを照射する前に改質材を噴射してお
く、或いは堆積させておく方法が有効である。この方法
によれば、レーザビームを照射して薄層を作ると、これ
と同時に改質材の効果を増大させることができる。
【００４０】（実施例４）ＳＬＳ造形装置Ａでは、立体
造形装置の内部で隔壁形状データを生成しているが、立
体造形装置に送られる立体データを準備するＣＡＤを使
って隔壁形状データを生成してもよい。この場合、隔壁
形状データを生成するための専用の機能をＣＡＤに持た
せることが合理的である。
造形装置の内部で隔壁形状データを生成しているが、立
体造形装置に送られる立体データを準備するＣＡＤを使
って隔壁形状データを生成してもよい。この場合、隔壁
形状データを生成するための専用の機能をＣＡＤに持た
せることが合理的である。
【００４１】（実施例５）着色や改質を行わない場合で
も、壊れやすい形状を持つ造形物Ｗ１を作る場合、立体
造形装置から造形物Ｗ１を取り出す際に誤って造形物Ｗ
１を壊してしまい、その破片がコンテナＡ１の中の材料
粉末Ｓや光硬化性樹脂Ｓａに混ざってしまうことがあ
る。こうなると、材料粉末Ｓや光硬化性樹脂Ｓａを使い
続けることができなくなる。
も、壊れやすい形状を持つ造形物Ｗ１を作る場合、立体
造形装置から造形物Ｗ１を取り出す際に誤って造形物Ｗ
１を壊してしまい、その破片がコンテナＡ１の中の材料
粉末Ｓや光硬化性樹脂Ｓａに混ざってしまうことがあ
る。こうなると、材料粉末Ｓや光硬化性樹脂Ｓａを使い
続けることができなくなる。
【００４２】このような事態を避けるにも、隔壁Ｗ２を
作る方法が有効である。この場合の隔壁Ｗ２には、造形
物Ｗ１を取り出す際に壊れないよう、充分な強さを持た
せるようにする。
作る方法が有効である。この場合の隔壁Ｗ２には、造形
物Ｗ１を取り出す際に壊れないよう、充分な強さを持た
せるようにする。
【００４３】
【発明の効果】本発明の立体造形装置によれば、鮮明
に、むらがなく着色された立体造形物又は表面が均一に
改質された立体造形物を製造することができた。また、
隔壁を設けることによって、未使用の材料を反復的に使
用することができた。また、本発明の立体造形法によれ
ば、鮮明に、むらがなく着色された立体造形物又は表面
が均一に改質された立体造形物を製造することができ
た。また、隔壁を設けることによって、未使用の材料を
反復的に使用することができた。また、本発明の立体造
形物によれば、表面から見て着色又は改質を一様である
ようにすることができた。
に、むらがなく着色された立体造形物又は表面が均一に
改質された立体造形物を製造することができた。また、
隔壁を設けることによって、未使用の材料を反復的に使
用することができた。また、本発明の立体造形法によれ
ば、鮮明に、むらがなく着色された立体造形物又は表面
が均一に改質された立体造形物を製造することができ
た。また、隔壁を設けることによって、未使用の材料を
反復的に使用することができた。また、本発明の立体造
形物によれば、表面から見て着色又は改質を一様である
ようにすることができた。
【図１】ＳＬＳ造形装置の構成を示す断面図。
【図２】ＳＬＳ造形装置の動作を示す図。
【図３】造形物と着色がなされる領域の位置関係を示す
図。
図。
【図４】外隔壁の作製方法を示す図。
【図５】外隔壁の作製方法を示す図。
【図６】内隔壁の作製方法を示す図。
【図７】内隔壁の作製方法を示す図。
【図８】内隔壁の作製方法を示す図。
【図９】光造形装置の構成を示す断面図。
Ａ…ＳＬＳ造形装置 Ａａ…光造形装置 Ａ１…コンテナ Ａ２…リコータ Ａ３…リコータ駆動装置 Ａ４…レーザヘッド Ａ４１…半導体レーザ Ａ４２…集光レンズ Ａ５…レーザヘッドスキャナ Ａ６…エレベータ Ａ７…エレベータ駆動装置 Ａ８…レーザヘッド送りネジ Ａ９…インクジェットヘッド Ａ９１…染料タンク Ａ９２…ピエゾノズル Ａ１０…インクジェットヘッドスキャナ Ａ１１…インクジェットヘッド送りネジ Ａ１２…制御装置 Ａ１３…隔壁生成装置 Ｆ１…造形物形状 Ｆ２…造形物上方移動包絡面 Ｆ３…外隔壁内面 Ｆ４…外隔壁外面 Ｆ５…外隔壁形状 Ｆ６…造形物下方移動包絡面 Ｆ７…間隙形状 Ｆ８…内隔壁外面 Ｆ９…内隔壁内面 Ｆ１０…内隔壁形状 Ｓ…材料粉末 Ｓａ…光硬化性樹脂 Ｗ１…造形物 Ｗ２…隔壁 Ｘ１…リコータ駆動信号／電源 Ｘ２…レーザヘッド走査信号／電源 Ｘ３…レーザ点滅信号／電源 Ｘ４…エレベータ駆動信号／電源 Ｘ５…インクジェットヘッド走査信号／電源 Ｘ６…インクジェット噴射信号／電源
Claims (6)
- 【請求項１】第１の手段により、材料を部分的に固化さ
せることを繰り返して、立体データによって記述された
立体形状を持つ立体造形物を製造する立体造形装置にお
いて、上記立体造形物を着色又は改質する第２の手段及
び制御手段を有し、該制御手段は、上記立体造形物の少
なくとも表面の一部と、該表面の外側部分に位置する材
料を着色又は改質するように上記第２の手段を制御する
ことを特徴とする立体造形装置。 - 【請求項２】上記第１の手段は、上記立体造形物の製造
のときに、その周辺部に隔壁を形成することを特徴とす
る請求項１記載の立体造形装置。 - 【請求項３】材料を部分的に固化させることを繰り返し
て、立体データによって記述された立体形状を持つ立体
造形物を製造する立体造形装置において、上記立体造形
物の製造のときに、その周辺部に隔壁を形成することを
特徴とする立体造形装置。 - 【請求項４】材料を部分的に固化させることを繰り返し
て、立体データによって記述された立体形状を持つ立体
造形物を製造する立体造形法において、上記立体造形物
の少なくとも表面の一部と、該表面の外側部分に位置す
る材料を着色又は改質することを特徴とする立体造形
法。 - 【請求項５】上記立体造形物の製造のときに、その周辺
部に隔壁を形成することを特徴とする請求項４記載の立
体造形法。 - 【請求項６】立体データによって記述された立体形状
を、材料を部分的に固化させることを繰り返して形成さ
れた立体造形物において、該立体造形物の少なくとも表
面の一部が、均一に着色又は改質されたことを特徴とす
る立体造形物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000055972A JP2001239592A (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | 立体造形装置、立体造形法及び立体造形物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000055972A JP2001239592A (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | 立体造形装置、立体造形法及び立体造形物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001239592A true JP2001239592A (ja) | 2001-09-04 |
Family
ID=18577007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000055972A Pending JP2001239592A (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | 立体造形装置、立体造形法及び立体造形物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001239592A (ja) |
Cited By (11)
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| JP2006512493A (ja) * | 2002-12-31 | 2006-04-13 | アルバニー インターナショナル コーポレイション | ベルトならびにバルクティッシュ及びタオルと不織製品及び不織布製造に使用するベルトを生成する方法 |
| KR100887185B1 (ko) * | 2007-09-28 | 2009-03-10 | 한국과학기술원 | 면단위 광 경화 적층방법을 이용한 착색가능 쾌속조형장치 |
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-
2000
- 2000-02-28 JP JP2000055972A patent/JP2001239592A/ja active Pending
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