JP2005205670A - Method and apparatus for forming three-dimensional object - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a three-dimensional object with high resolving power. <P>SOLUTION: An ink head 2 and a smooth surface member 4 are relatively moved along X and Y axes and UV curable ink is discharged from the ink head 2 to form a three-dimensional object corresponding to one layer. The movement of a laser head 3 is controlled so as to follow the movement of the ink head 2 and the discharged UV curable ink is irradiated with an ultraviolet beam and cured to obtain a predetermined lamination height. These processes are repeated to spread the UV curable ink on the smooth surface member 4 to form the three-dimensional object having a predetermined shape. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、硬化インクを用いてインクを積層し、所定形状の積層体を形成する３次元対象物形成装置および３次元対象物形成方法に関する。   The present invention relates to a three-dimensional object forming apparatus and a three-dimensional object forming method for forming a laminated body having a predetermined shape by laminating ink using cured ink.

従来、平面印刷は汎用のインクジェットプリンタ等の印刷装置を用いて行われている。また、立体的な３次元対象物を組み立てる装置が存在する（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載の装置は、１個のノズルを用いて、１種類の３次元対象物を組み立てるものである。   Conventionally, flat printing is performed using a printing apparatus such as a general-purpose inkjet printer. In addition, there is an apparatus for assembling a three-dimensional three-dimensional object (see, for example, Patent Document 1). The apparatus described in Patent Document 1 assembles one type of three-dimensional object using one nozzle.

特開平５−３４５３５９号公報JP-A-5-345359

しかしながら、上記従来技術にあっては、３次元対象物を高解像度で形成することができなかった。従来の印刷装置は、インクが紙面に浸透するため、３次元対象物を形成することができない。一方、特許文献１に記載された装置では、ノズルから材料を押し出して３次元対象物を組み立てていく構成であるため解像度が粗く（例えば０．２ｍｍ程度）、微少な形状の３次元対象物を高解像度に形成することができなかった。この他、金型を用いて３次元対象物を成形する方法もあるが、この場合、微少化と高解像度化に限度が生じた。   However, in the above prior art, a three-dimensional object cannot be formed with high resolution. A conventional printing apparatus cannot form a three-dimensional object because ink penetrates the paper surface. On the other hand, the apparatus described in Patent Document 1 has a configuration in which a material is extruded from a nozzle and a three-dimensional object is assembled, so that the resolution is rough (for example, about 0.2 mm), and a three-dimensional object having a minute shape is used. A high resolution could not be formed. In addition, there is a method of forming a three-dimensional object using a mold, but in this case, there is a limit to miniaturization and high resolution.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、３次元対象物を高解像度に形成することができる３次元対象物形成装置および３次元対象物形成方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a three-dimensional object forming apparatus and a three-dimensional object forming method capable of forming a three-dimensional object with high resolution in order to solve the above-described problems caused by the prior art. .

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる３次元対象物形成装置は、紫外線の照射により硬化するＵＶ硬化インクを吐出するインクヘッドと、前記インクヘッドから吐出された前記ＵＶ硬化インクに対して紫外線ビームを照射し、当該ＵＶ硬化インクを硬化させるレーザヘッドと、前記インクヘッドから吐出された前記ＵＶ硬化インクを積層する基準面としての平滑面部材と、前記インクヘッドと、前記レーザヘッドと、前記平滑面部材とをそれぞれ移動させて前記平滑面部材の所要の位置に前記ＵＶ硬化インクを積層するよう制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a three-dimensional object forming apparatus according to a first aspect of the present invention includes an ink head that discharges UV curable ink that is cured by irradiation of ultraviolet rays, and an ink head that is discharged from the ink head. The UV curable ink is irradiated with an ultraviolet beam to cure the UV curable ink, the smooth surface member as a reference surface on which the UV curable ink ejected from the ink head is stacked, and the ink And a control means for controlling the UV curable ink to be stacked at a required position of the smooth surface member by moving the head, the laser head, and the smooth surface member, respectively.

この請求項１の発明によれば、インクヘッドから吐出されたＵＶ硬化インクを平滑面部材上に積層して所定形状の３次元対象物を形成することができる。このＵＶ硬化インクを用いることにより、３次元対象物を高解像度に形成することができる。   According to the first aspect of the present invention, the UV curable ink ejected from the ink head can be laminated on the smooth surface member to form a three-dimensional object having a predetermined shape. By using this UV curable ink, a three-dimensional object can be formed with high resolution.

また、請求項２の発明にかかる３次元対象物形成装置は、請求項１に記載の発明において、前記平滑面部材上に積層される各層の積層状態を記憶する記憶手段を備え、前記制御手段は、前記記憶手段から前記各層の積層状態を読み出して前記インクヘッドと、前記平滑面部材とを相対的に移動制御することにより、当該平滑面部材上に前記ＵＶ硬化インクを積層させて所定形状の３次元対象物を形成することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional object forming apparatus according to the first aspect of the present invention, further comprising storage means for storing a lamination state of each layer laminated on the smooth surface member, and the control means. Reads out the lamination state of each layer from the storage means and controls the relative movement of the ink head and the smooth surface member, thereby laminating the UV curable ink on the smooth surface member to obtain a predetermined shape. The three-dimensional object is formed.

この請求項２の発明によれば、記憶手段に記憶された各層の積層状態に基づいてインクヘッドと平滑面部材とを相対的に移動し、各層を積層させて所定形状の３次元対象物を形成することができる。   According to the second aspect of the present invention, the ink head and the smooth surface member are moved relative to each other based on the lamination state of each layer stored in the storage means, and each layer is laminated to form a three-dimensional object having a predetermined shape. Can be formed.

また、請求項３の発明にかかる３次元対象物形成装置は、請求項１または２に記載の発明において、前記制御手段は、前記インクヘッドの移動に追従するよう前記レーザヘッドを移動制御することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the three-dimensional object forming apparatus according to the first or second aspect, the control means controls the movement of the laser head so as to follow the movement of the ink head. It is characterized by.

この請求項３の発明によれば、インクヘッドの移動に追従するよう前記レーザヘッドを移動制御させて吐出後のＵＶ硬化インクの硬化を促進することができる。   According to the third aspect of the present invention, it is possible to promote the curing of the UV curable ink after ejection by controlling the movement of the laser head so as to follow the movement of the ink head.

また、請求項４の発明にかかる３次元対象物形成装置は、請求項３に記載の発明において、前記制御手段は、前記インクヘッドと前記レーザヘッドとの間隔を一定間隔、あるいは異なる間隔で追従させる移動制御を行うことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the three-dimensional object forming apparatus according to the third aspect of the present invention, the control means follows the interval between the ink head and the laser head at a constant interval or at a different interval. It is characterized by performing movement control.

この請求項４の発明によれば、インクヘッドとレーザヘッドとの間隔を一定間隔で追従させることにより、一定な層厚を形成できる一方、これらインクヘッドとレーザヘッドとの間隔を異なる間隔で追従させることにより、層厚を厚くしたり薄くすることができるようになる。   According to the fourth aspect of the invention, a constant layer thickness can be formed by following the distance between the ink head and the laser head at a constant distance, while the distance between the ink head and the laser head is followed at a different distance. By doing so, the layer thickness can be increased or decreased.

また、請求項５の発明にかかる３次元対象物形成装置は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の発明において、前記平滑面部材は、前記ＵＶ硬化インクの積層後、当該ＵＶ硬化インクによって形成された３次元対象物から剥離、あるいは当該平滑面部材を溶解により分離可能なことを特徴とする。   The three-dimensional object forming apparatus according to the invention of claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the smooth surface member is subjected to the UV curing after the UV curing ink is laminated. It is characterized in that it can be separated from a three-dimensional object formed by ink, or the smooth surface member can be separated by dissolution.

この請求項５の発明によれば、積層形成された３次元対象物を平滑面部材から剥離することにより、３次元対象物単体の部品等として取り扱うことができるようになる。   According to the fifth aspect of the present invention, the laminated three-dimensional object can be handled as a single part of the three-dimensional object by peeling off the smooth surface member.

また、請求項６の発明にかかる３次元対象物形成装置は、紫外線の照射により硬化するＵＶ硬化インクを吐出し、落下させるインクヘッドと、前記インクヘッドから吐出され、落下途中の前記ＵＶ硬化インクに対して紫外線ビームを照射し、当該ＵＶ硬化インクを硬化させるレーザヘッドと、前記インクヘッドによる前記ＵＶ硬化インクの吐出状態と、前記レーザヘッドによる前記紫外線ビームの照射状態とをそれぞれ制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional object forming apparatus that ejects and drops a UV curable ink that is cured by irradiation of ultraviolet rays, and the UV curable ink that is ejected from the ink head and is being dropped. A laser head for irradiating the UV curable ink with the UV curable ink, and a control means for controlling a discharge state of the UV curable ink by the ink head and an irradiation state of the UV beam by the laser head, respectively. And.

この請求項６の発明によれば、インクヘッドから吐出したＵＶ硬化インクを落下させ、落下途中でレーザ照射することにより、ＵＶ硬化インクの吐出量に応じて微少な形状の３次元対象物を形成することができる。   According to the sixth aspect of the present invention, the UV curable ink discharged from the ink head is dropped, and laser irradiation is performed in the middle of the dropping to form a three-dimensional object having a minute shape according to the discharge amount of the UV curable ink. can do.

また、請求項７の発明にかかる３次元対象物形成方法は、紫外線の照射により硬化するＵＶ硬化インクをインクヘッドを移動させながら平滑面部材上に吐出させるインク吐出工程と、前記インク吐出工程により前記平滑面部材上に吐出された前記ＵＶ硬化インクに対してレーザヘッドから紫外線ビームを照射し、当該ＵＶ硬化インクを硬化させるインク硬化工程と、前記インク吐出工程を繰り返し前記ＵＶ硬化インクを積層させて３次元対象物を形成する積層工程と、を含むことを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional object forming method comprising: an ink discharge step of discharging a UV curable ink that is cured by ultraviolet irradiation onto a smooth surface member while moving an ink head; and the ink discharge step. The UV curable ink ejected on the smooth surface member is irradiated with an ultraviolet beam from a laser head to cure the UV curable ink, and the ink ejection process is repeated to laminate the UV curable ink. And a laminating process for forming a three-dimensional object.

この請求項７の発明によれば、インクヘッドから吐出されたＵＶ硬化インクを平滑面部材上に積層して所定形状の３次元対象物を形成することができる。このＵＶ硬化インクを用いることにより、３次元対象物を高解像度に形成することができる。   According to the seventh aspect of the present invention, the UV curable ink ejected from the ink head can be laminated on the smooth surface member to form a three-dimensional object having a predetermined shape. By using this UV curable ink, a three-dimensional object can be formed with high resolution.

また、請求項８の発明にかかる３次元対象物形成方法は、請求項７に記載の発明において、前記インク硬化工程は、前記インクヘッドと前記レーザヘッドとの間隔を一定間隔、あるいは異なる間隔で追従させることを特徴とする。   In addition, the three-dimensional object forming method according to the invention of claim 8 is the invention according to claim 7, wherein the ink curing step is configured such that the interval between the ink head and the laser head is constant or different. It is made to follow.

この請求項８の発明によれば、インクヘッドとレーザヘッドとの間隔を一定間隔で追従させることにより、ＵＶ硬化インクの硬化を促進させることができ、一定な層厚を形成できる一方、これらインクヘッドとレーザヘッドとの間隔を異なる間隔で追従させることにより、層厚を厚くしたり薄くすることができるようになる。   According to the eighth aspect of the present invention, the curing of the UV curable ink can be promoted by making the interval between the ink head and the laser head follow at a constant interval, and a constant layer thickness can be formed. By causing the head and the laser head to follow each other at different intervals, the layer thickness can be increased or decreased.

また、請求項９の発明にかかる３次元対象物形成方法は、請求項７または８に記載の発明において、前記積層工程により前記ＵＶ硬化インクを用いて形成された３次元対象物から前記平滑面部材を剥離、あるいは当該平滑面部材を溶解させて分離させる分離工程を含むことを特徴とする。   Further, the three-dimensional object forming method according to the invention of claim 9 is the smooth surface from the three-dimensional object formed using the UV curable ink by the laminating step in the invention of claim 7 or 8. It includes a separation step of peeling the member or dissolving the smooth surface member to separate it.

この請求項９の発明によれば、積層形成された３次元対象物を平滑面部材から剥離することにより、３次元対象物単体の部品等として取り扱うことができるようになる。   According to the ninth aspect of the present invention, it is possible to handle the laminated three-dimensional object as a part of a single three-dimensional object by peeling off the smooth surface member.

また、請求項１０の発明にかかる３次元対象物形成方法は、紫外線の照射により硬化するＵＶ硬化インクを吐出し、落下させるインク吐出工程と、前記インク吐出工程により落下途中の前記ＵＶ硬化インクに対して紫外線ビームを照射し、当該ＵＶ硬化インクを硬化させるインク硬化工程と、を含むことを特徴とする。   According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional object forming method comprising: an ink discharge step of discharging and dropping a UV curable ink that is cured by irradiation of ultraviolet rays; and the UV curable ink being dropped by the ink discharge step. And an ink curing step of irradiating an ultraviolet beam to cure the UV curable ink.

この請求項１０の発明によれば、インクヘッドから吐出したＵＶ硬化インクを落下させ、落下途中でレーザ照射することにより、ＵＶ硬化インクの吐出量に応じて微少な形状の３次元対象物を形成することができる。   According to the tenth aspect of the present invention, the UV curable ink discharged from the ink head is dropped, and laser irradiation is performed in the middle of the dropping to form a three-dimensional object having a minute shape according to the discharge amount of the UV curable ink. can do.

本発明にかかる３次元対象物形成装置および３次元対象物形成方法によれば、ＵＶ硬化インクを用いて３次元対象物を高解像度に形成することができるという効果を奏する。   According to the three-dimensional object forming apparatus and the three-dimensional object forming method of the present invention, there is an effect that a three-dimensional object can be formed with high resolution using UV curable ink.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる３次元対象物形成装置および３次元対象物形成方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。   Exemplary embodiments of a three-dimensional object forming apparatus and a three-dimensional object forming method according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかる３次元対象物形成装置を示す構成図である。３次元対象物形成装置１は、紫外線（ＵＶ）硬化インクを吐出するインクヘッド２と、インクヘッド２から吐出されたＵＶ硬化インクに紫外線（ＵＶ）を照射して硬化させるためのレーザヘッド３を備える。実施の形態１の構成においては、インクヘッド２から吐出されたＵＶ硬化インクは、平滑面部材４上に積層され、３次元対象物を形成する。このため平滑面部材４はＵＶ硬化インクが染み込まない材質（例えばプラスチック材料等）により形成されたものを用いる。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram showing a three-dimensional object forming apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The three-dimensional object forming apparatus 1 includes an ink head 2 that discharges ultraviolet (UV) curable ink, and a laser head 3 that irradiates the UV curable ink discharged from the ink head 2 with ultraviolet (UV) to be cured. Prepare. In the configuration of the first embodiment, the UV curable ink ejected from the ink head 2 is laminated on the smooth surface member 4 to form a three-dimensional object. For this reason, the smooth surface member 4 is formed of a material (for example, a plastic material) into which the UV curable ink does not permeate.

インクヘッド２およびレーザヘッド３は、Ｘ軸方向に主走査移動され、平滑面部材４はＸ軸に直交するＹ軸方向に副走査移動される。これらの移動は図示しないモータを駆動源として行われる。   The ink head 2 and the laser head 3 are moved in the main scanning direction in the X-axis direction, and the smooth surface member 4 is moved in the sub-scanning direction in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis. These movements are performed using a motor (not shown) as a drive source.

レーザヘッド３は、インクヘッド２の走査に追従する形で吐出後のＵＶ硬化インクに対するレーザ照射を行い、ＵＶ硬化インクを硬化させる。   The laser head 3 performs laser irradiation on the UV curable ink after ejection in a form that follows the scanning of the ink head 2 to cure the UV curable ink.

制御部５は、インクヘッド２のインク吐出を制御し、また、このインクヘッド２と、レーザヘッド３と、平滑面部材４の走査（相対移動）を制御して３次元対象物の形成を行う。この制御部５には、各種設定や入力操作を行うための設定部６と、設定部６により設定された３次元対象物の形状データ等を記憶する記憶部７が接続されている。制御部５は、記憶部７に記憶されている形状データに従ってインクヘッド２、レーザヘッド３、平滑面部材４の動作を制御して形状データに対応する３次元対象物を形成する。以上説明した３次元対象物形成装置１は、汎用のインクジェットプリンタの基本構造を用いて容易に構成することができる。   The control unit 5 controls the ink ejection of the ink head 2, and controls the scanning (relative movement) of the ink head 2, the laser head 3, and the smooth surface member 4 to form a three-dimensional object. . Connected to the control unit 5 are a setting unit 6 for performing various settings and input operations, and a storage unit 7 for storing shape data of the three-dimensional object set by the setting unit 6. The control unit 5 controls the operations of the ink head 2, the laser head 3, and the smooth surface member 4 according to the shape data stored in the storage unit 7 to form a three-dimensional object corresponding to the shape data. The three-dimensional object forming apparatus 1 described above can be easily configured using the basic structure of a general-purpose inkjet printer.

図２は、インク積層による３次元対象物の形成手順を示すフローチャートである。はじめに、制御部５は、初期設定を行う（ステップＳ１）。この初期設定では、インクヘッド２と平滑面部材４をＸ，Ｙ軸の原点位置に位置決めする。   FIG. 2 is a flowchart showing a procedure for forming a three-dimensional object by ink lamination. First, the control unit 5 performs initial setting (step S1). In this initial setting, the ink head 2 and the smooth surface member 4 are positioned at the origin positions of the X and Y axes.

次に、制御部５は記憶部７の形状データを読み出し、この形状データに従ってインクヘッド２をＸ軸方向に走査し、平滑面部材４をＹ軸方向に走査してＵＶ硬化インクを吐出させ、第１層（最下層）を形成する（ステップＳ２）。また、インクヘッド２の走査に追従する形でレーザヘッド３を同じＸ軸方向に移動させる。レーザヘッド３のＸ軸方向への移動が終了した後、レーザヘッド３とインクヘッド２を走査前の位置に復帰させる。このようにして、ＵＶ硬化インクは１層あたり数μｍの高さで形成することができる。これは、前述した従来の３次元対象物形成装置に比して１／１００の高さであり、１００倍の解像度で微細な形状を形成できることになる。   Next, the control unit 5 reads the shape data of the storage unit 7, scans the ink head 2 in the X-axis direction according to the shape data, scans the smooth surface member 4 in the Y-axis direction, and discharges UV curable ink, A first layer (lowermost layer) is formed (step S2). Further, the laser head 3 is moved in the same X-axis direction so as to follow the scanning of the ink head 2. After the movement of the laser head 3 in the X-axis direction is completed, the laser head 3 and the ink head 2 are returned to the positions before scanning. In this way, the UV curable ink can be formed with a height of several μm per layer. This is 1/100 the height of the conventional three-dimensional object forming apparatus described above, and a fine shape can be formed with a resolution of 100 times.

ここで、制御部５は、第１層の形成が終了したかを判断する（ステップＳ３）。第１層の形成が終了していない場合には（ステップＳ３：Ｎｏ）、ステップＳ２に戻り、第１層の形成を継続する。そして、第１層の形成が終了した場合には（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、第２層以降の層（第ｎ＋１層）の形成を行う（ステップＳ４）。   Here, the control unit 5 determines whether or not the formation of the first layer is completed (step S3). If the formation of the first layer has not been completed (step S3: No), the process returns to step S2 and the formation of the first layer is continued. When the formation of the first layer is completed (step S3: Yes), the second and subsequent layers (n + 1th layer) are formed (step S4).

第２層以降の層（第ｎ＋１層）の形成についても、第１層の形成と同様に行い、積層することにより３次元対象物を層形成することができる。そして第２層以降の層（第ｎ＋１層）の形成が終了したかを判断する（ステップＳ５）。第ｎ＋１層の形成が終了していない場合には（ステップＳ５：Ｎｏ）、ステップＳ４に戻り、第ｎ＋１層の形成を継続する。そして、第ｎ＋１層の形成が終了した場合には（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、その層が最終層（最上層）であるか確認する（ステップＳ６）。最終層でなければ（ステップＳ６：Ｎｏ）、ステップＳ４へ戻り、ステップＳ４〜Ｓ６を繰り返し行う。そして、ステップＳ６において、最終層である場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）は、３次元対象物の形成が完成し、一連の処理を終了する。   The formation of the second and subsequent layers (the (n + 1) th layer) is performed in the same manner as the formation of the first layer, and a three-dimensional object can be formed by stacking. Then, it is determined whether the formation of the second and subsequent layers (the (n + 1) th layer) has been completed (step S5). If the formation of the (n + 1) th layer has not been completed (step S5: No), the process returns to step S4 and the formation of the (n + 1) th layer is continued. When the formation of the (n + 1) th layer is completed (step S5: Yes), it is confirmed whether the layer is the final layer (uppermost layer) (step S6). If it is not the last layer (step S6: No), it will return to step S4 and will repeat step S4-S6. In step S6, if it is the final layer (step S6: Yes), the formation of the three-dimensional object is completed, and the series of processes is terminated.

以上のように、３次元対象物は、ステップＳ２、およびステップＳ４において１層分ずつ形成する毎に、インクヘッド２をＸ軸方向に走査し、平滑面部材４をＹ軸方向に走査させ、ＵＶ硬化インクを吐出して行う。そして、層数を重ねて積層することにより、任意の形状の３次元対象物を形成することができる。   As described above, each time the three-dimensional object is formed for each layer in step S2 and step S4, the ink head 2 is scanned in the X-axis direction, the smooth surface member 4 is scanned in the Y-axis direction, This is performed by discharging UV curable ink. Then, a three-dimensional object having an arbitrary shape can be formed by stacking the number of layers.

上記処理により３次元対象物は、平滑面部材４上に積層して形成される。この平滑面部材４は、積層されたＵＶ硬化インクが染み込まず、形成された３次元対象物から離型させることにより、３次元対象物を部品として取り扱うことができる。また、平滑面部材４自体を溶解させたり、平滑面部材４の表面に剥離自在なシートを設けて平滑面部材４からシートを剥離させた後、シートから３次元対象物を剥離させる構成としてもよい。この他、平滑面部材４を溶解させる構成としてもよい。この場合、積層形成したＵＶ硬化インクが溶解せず、平滑面部材４のみが溶解する溶解液を用いる。   The three-dimensional object is formed on the smooth surface member 4 by the above process. The smooth surface member 4 can handle the three-dimensional object as a component by releasing the laminated UV curable ink from the formed three-dimensional object. Alternatively, the smooth surface member 4 itself may be dissolved, or a peelable sheet may be provided on the surface of the smooth surface member 4 to peel the sheet from the smooth surface member 4, and then the three-dimensional object may be peeled from the sheet. Good. In addition, the smooth surface member 4 may be dissolved. In this case, a solution in which the laminated UV curable ink does not dissolve and only the smooth surface member 4 dissolves is used.

このように、実施の形態１の構成によれば、平滑面部材４上にＵＶ硬化インクを積層させることにより、３次元対象物を高解像度で緻密に形成できるようになる。   Thus, according to the configuration of the first embodiment, the three-dimensional object can be densely formed with high resolution by laminating the UV curable ink on the smooth surface member 4.

（実施の形態２）
この発明の実施の形態２の構成は、実施の形態１において説明したレーザヘッド３の制御に関するものである。 (Embodiment 2)
The configuration of the second embodiment of the present invention relates to the control of the laser head 3 described in the first embodiment.

レーザヘッド３は、インクヘッド２の走査に追従する形で吐出後のＵＶ硬化インクに対するレーザ照射を行い、ＵＶ硬化インクを硬化させるものであるが、この照射時期および照射光のパワーは、設定によりＵＶ硬化インク吐出後において可変することができる。すなわち、ＵＶ硬化インクの吐出後、レーザを照射する時期を可変することにより、ＵＶ硬化インクの硬化状態を変えて１回の吐出による積層高さを調整することができる。   The laser head 3 performs laser irradiation on the UV-cured ink after ejection in a form that follows the scanning of the ink head 2, and cures the UV-cured ink. The irradiation timing and the power of the irradiation light depend on the setting. It can be changed after the UV curable ink is discharged. That is, by changing the timing of irradiating the laser after discharging the UV curable ink, it is possible to change the cured state of the UV curable ink and adjust the stack height by one discharge.

図３は、レーザヘッド３の制御手順を示すフローチャートである。図示の例は、インクヘッド２によるＵＶ硬化インクの吐出後におけるレーザヘッド３によるレーザ照射の時期を可変する構成である。   FIG. 3 is a flowchart showing a control procedure of the laser head 3. The illustrated example has a configuration in which the timing of laser irradiation by the laser head 3 after the ink curable ink is discharged by the ink head 2 is variable.

はじめに、１層あたりの層厚を一定な値にするか否か判断する（ステップＳ１１）。１層辺りの層厚を一定にするときには（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、図１に示すようにレーザヘッド３をインクヘッド２に一定間隔Ｌで追従させる（ステップＳ１２）。これにより、インクヘッド２によるＵＶ硬化インクの吐出後におけるレーザヘッド３によるレーザ照射の開始時期を一定とし、１層あたりの層厚を一定にすることができる。   First, it is determined whether or not the layer thickness per layer is a constant value (step S11). When the layer thickness per layer is constant (step S11: Yes), the laser head 3 is caused to follow the ink head 2 at a constant interval L as shown in FIG. 1 (step S12). Thereby, the start time of laser irradiation by the laser head 3 after ejection of the UV curable ink by the ink head 2 can be made constant, and the layer thickness per layer can be made constant.

一方、１層あたりの層厚を一定ではなく変えるときには（ステップＳ１１：Ｎｏ）、インクヘッド２に対するレーザヘッド３の間隔を変更する。層厚を厚めにするときには（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、レーザヘッド３とインクヘッド２の間隔Ｌを縮める（ステップＳ１４）。すなわち、インクヘッド２によるＵＶ硬化インクの吐出後、レーザヘッド３によるレーザ照射の開始時期を早めることにより、ＵＶ硬化インクが周囲に拡散しないうちにＵＶ硬化インクを硬化させることができ、１層あたりの層厚を厚くする。   On the other hand, when the layer thickness per layer is not constant (step S11: No), the interval between the laser head 3 and the ink head 2 is changed. When the layer thickness is increased (step S13: Yes), the interval L between the laser head 3 and the ink head 2 is reduced (step S14). In other words, after the UV curable ink is discharged by the ink head 2, the UV curable ink can be cured before the UV curable ink diffuses to the surroundings by advancing the laser irradiation start timing by the laser head 3. Increase the layer thickness.

また、層厚を薄めにするときには（ステップＳ１３：Ｎｏ）、レーザヘッド３とインクヘッド２の間隔Ｌを拡げる（ステップＳ１５）。すなわち、インクヘッド２によるＵＶ硬化インクの吐出後、レーザヘッド３によるレーザ照射の開始時期を遅くすることにより、ＵＶ硬化インクが周囲にある程度拡散させてからＵＶ硬化インクを硬化させることができ、１層あたりの層厚を薄くする。   Further, when the layer thickness is reduced (step S13: No), the interval L between the laser head 3 and the ink head 2 is increased (step S15). That is, after the UV curable ink is ejected by the ink head 2, the UV curable ink can be cured after the UV curable ink is diffused to some extent by delaying the start timing of the laser irradiation by the laser head 3. Reduce the layer thickness per layer.

このように、実施の形態２によれば、インクヘッド２とレーザヘッド３の追従関係を可変するだけで１層あたりの層厚を容易に可変することができるようになる。また、インクヘッド２によるＵＶ硬化インクの吐出後におけるレーザヘッド３によるレーザ照射の開始時期を調整することによって、１層あたりの層厚を微調整することもできるようになる。これにより、１層あたりの層厚を調整して３次元対象物をより高解像度に形成できるようになる。   As described above, according to the second embodiment, it is possible to easily change the layer thickness per layer only by changing the following relationship between the ink head 2 and the laser head 3. Further, by adjusting the start timing of laser irradiation by the laser head 3 after the UV curable ink is discharged by the ink head 2, the layer thickness per layer can be finely adjusted. As a result, the three-dimensional object can be formed with higher resolution by adjusting the layer thickness per layer.

上記説明では、レーザ光の照射パワーを一定とし、インクヘッド２とレーザヘッド３の追従関係を可変する構成としたが、これに限らず、インクヘッド２とレーザヘッド３の追従関係を一定とし、レーザ光の照射パワーを変える制御によってもＵＶ硬化インクの硬化状態を変更することができる。レーザ光の照射パワーが強いほどＵＶ硬化インクは早く硬化し、レーザ光の照射パワーが弱いほどＵＶ硬化インクの硬化は遅くなる。また、インクヘッド２とレーザヘッド３の追従関係を可変させ、レーザ光の照射パワーについても可変する構成にもできる。   In the above description, the laser beam irradiation power is constant and the following relationship between the ink head 2 and the laser head 3 is variable. However, the present invention is not limited to this, and the following relationship between the ink head 2 and the laser head 3 is constant. The curing state of the UV curable ink can also be changed by controlling the irradiation power of the laser light. The stronger the laser beam irradiation power, the faster the UV curable ink cures, and the lower the laser beam irradiation power, the slower the UV curable ink cures. Further, the following relationship between the ink head 2 and the laser head 3 can be varied, and the laser beam irradiation power can also be varied.

次に、上記各実施の形態において説明した構成により形成される３次元対象物の具体例を説明する。図４は、３次元対象物の一例であるマイクロ部品を示す図である。図示のように平滑面部材４上にＵＶ硬化インクを積層することにより一部に凸部１０ａを有するマイクロ部品１０を形成することができる。図４の構成例では所定の範囲のＵＶ硬化インクをさらに積層させて凸部１０ａを形成する。不図示ではあるが、一部の範囲のみＵＶ硬化インクの積層を行わなければ部品内に凹部を形成することもできる。このマイクロ部品は、マイクロマシンを構成する部品の一部として用いることができる。   Next, specific examples of the three-dimensional object formed by the configuration described in each of the above embodiments will be described. FIG. 4 is a diagram illustrating a micro component that is an example of a three-dimensional object. As shown in the drawing, by laminating UV curable ink on the smooth surface member 4, it is possible to form the micro component 10 having the convex portion 10a in part. In the configuration example of FIG. 4, a convex portion 10a is formed by further stacking a predetermined range of UV curable ink. Although not shown, the concave portion can be formed in the component unless the UV curable ink is laminated only in a part of the range. This micro component can be used as a part of components constituting a micro machine.

図５は、３次元対象物の一例である半透明板を示す図である。図示のように平滑面部材４上にＵＶ硬化インクを用いて一定間隔毎、あるいは不定な間隔で所定形状の突起部１５ａを形成することにより、突起部１５ａ部分の光透過性を低減させた半透明板１５を形成することができる。この半透明板１５はスリガラスと同様な用途に用いることができる。なお、この半透明板１５には透明状のＵＶ硬化インクを用いる。   FIG. 5 is a diagram illustrating a translucent plate that is an example of a three-dimensional object. As shown in the figure, by forming UV-cured ink on the smooth surface member 4 with a predetermined shape at regular intervals or at irregular intervals, the light transmittance of the protrusion 15a is reduced. A transparent plate 15 can be formed. This translucent plate 15 can be used for the same application as ground glass. The translucent plate 15 is made of a transparent UV curable ink.

図６は、３次元対象物の一例であるフレネルレンズを示す図である。図示のように平滑面部材４上にＵＶ硬化インクを用いて一定間隔毎に階段状となるレンズ部２０ａを形成することにより、フレネルレンズ２０を形成することができる。なお、このフレネルレンズ２０には光透過性を有するＵＶ硬化インクを用いる。   FIG. 6 is a diagram illustrating a Fresnel lens which is an example of a three-dimensional object. As shown in the figure, the Fresnel lens 20 can be formed by forming a lens portion 20a having a stepped shape at regular intervals on the smooth surface member 4 using UV curable ink. The Fresnel lens 20 is made of UV curable ink having optical transparency.

上記構成例以外の他の３次元対象物としては、一定間隔でギヤを有する歯車や、点字用の突起、凹凸感を出した油絵などがある。油絵の場合、複数色のインクヘッドを用い各色別にＵＶ硬化インクを吐出する構成にすればよい。   Other three-dimensional objects other than the above configuration examples include gears having gears at regular intervals, Braille protrusions, oil paintings with a sense of unevenness, and the like. In the case of oil painting, a configuration may be adopted in which UV curable ink is ejected for each color using a plurality of color ink heads.

（実施の形態３）
この発明の実施の形態３では、平滑面部材４を用いずにＵＶ硬化インクを硬化させて所定形状の微少な３次元対象物を形成するものである。図７は、この発明の実施の形態３にかかる３次元対象物形成装置を示す構成図である。 (Embodiment 3)
In Embodiment 3 of the present invention, the UV curable ink is cured without using the smooth surface member 4 to form a minute three-dimensional object having a predetermined shape. FIG. 7 is a block diagram showing a three-dimensional object forming apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.

図示しないが閉じられた形成空間内の上部には、インク吐出部であるインクヘッド２が設けられ、１回あたり所定量のＵＶ硬化インク３０を吐出し、落下させる。このＵＶ硬化インク３０の落下途中にはレーザヘッド３のレーザビーム３１が照射され、ＵＶ硬化インク３０を硬化させる。硬化後のＵＶ硬化インク３０は数μｍの直径を有する球体となる。インクヘッド２におけるＵＶ硬化インク３０の吐出制御、およびレーザヘッド３によるレーザビーム３１の照射パワーは図１同様の制御部５が制御する。   Although not shown, an ink head 2 that is an ink discharge portion is provided in an upper portion of a closed formation space, and a predetermined amount of UV curable ink 30 is discharged and dropped at one time. During the fall of the UV curable ink 30, the laser beam 31 of the laser head 3 is irradiated to cure the UV curable ink 30. The cured UV curable ink 30 becomes a sphere having a diameter of several μm. The discharge control of the UV curable ink 30 in the ink head 2 and the irradiation power of the laser beam 31 from the laser head 3 are controlled by the control unit 5 similar to FIG.

また、レーザヘッド３によるレーザビーム３１の照射位置は、図示のように上下させることができ、実施の形態２同様に、インク吐出後におけるレーザビーム３１の照射時期を可変してＵＶ硬化インクの硬化状態を調整することができる。   Further, the irradiation position of the laser beam 31 by the laser head 3 can be moved up and down as shown in the figure, and as in the second embodiment, the irradiation timing of the laser beam 31 after ink ejection is changed to cure the UV curable ink. The state can be adjusted.

上記構成によりＵＶ硬化インク３０を用いて形成された微少な球体は、例えば液晶パネルのギャップ材として用いることができる。図８は、この発明により形成された３次元対象物が用いられる適用対象としての液晶パネルを示す側断面図である。液晶パネル４０は一対のガラス板４１の四方にスペーサ４２を配置して内部に液晶体４３を保持する。この一対のガラス板４１同士の間には、上記ＵＶ硬化インク３０を用いて形成された球体を配置し、ガラス板４１同士の間隔を保持する。現在、ギャップ材は金、銀等により形成されコスト高であるが、ＵＶ硬化インク３０として銅を含んだプラスチックを用いることにより、低コスト化を図ることができる。   The fine sphere formed using the UV curable ink 30 with the above configuration can be used as a gap material of a liquid crystal panel, for example. FIG. 8 is a side sectional view showing a liquid crystal panel as an application object in which the three-dimensional object formed according to the present invention is used. In the liquid crystal panel 40, spacers 42 are arranged on four sides of a pair of glass plates 41 to hold a liquid crystal body 43 therein. A sphere formed using the UV curable ink 30 is disposed between the pair of glass plates 41, and the interval between the glass plates 41 is maintained. At present, the gap material is formed of gold, silver or the like and is expensive, but the use of plastic containing copper as the UV curable ink 30 can reduce the cost.

このように、実施の形態３によれば、平滑面部材４上にＵＶ硬化インクを積層する構成に限らず、インクヘッド２から１滴単位でＵＶ硬化インクを吐出および落下させることにより、この１滴単位で微少な形状の３次元対象物を形成することができる。   As described above, according to the third embodiment, the UV curable ink is not limited to the configuration in which the UV curable ink is stacked on the smooth surface member 4, and the UV curable ink is ejected and dropped from the ink head 2 in units of one drop. A three-dimensional object having a minute shape can be formed in units of droplets.

以上説明したように、３次元対象物形成装置および３次元対象物形成方法によれば、ＵＶ硬化インクを積層させて３次元対象物を高解像度に形成することができる。また、微少な形状の３次元対象物であっても高解像度に形成することができる。加えて積層による形成に限らず、ＵＶ硬化インクを吐出後落下させることにより、１滴単位で微少な３次元対象物を形成することができる。   As described above, according to the three-dimensional object forming apparatus and the three-dimensional object forming method, the UV curable ink can be stacked to form the three-dimensional object with high resolution. Further, even a three-dimensional object having a minute shape can be formed with high resolution. In addition, it is not limited to the formation by stacking, and a minute three-dimensional object can be formed in units of one drop by dropping the UV curable ink after discharging.

なお、上記各実施の形態において説明したインクヘッド２は、吐出するＵＶ硬化インクの粘度が異なるもの別に複数のインクヘッド２を備える構成としてもよい。３次元対象物を形成するには、ＵＶ硬化インクの粘度が高いものを用いる。この粘性を複数用意しておくことにより、粘性が高いほど１層あたりの吐出後の積層高さを高くでき、粘性が低いほど１層あたりの吐出後の積層状態を拡散させ低くすることができる。   In addition, the ink head 2 demonstrated in each said embodiment is good also as a structure provided with the some ink head 2 according to the thing from which the viscosity of the UV curable ink to discharge differs. In order to form a three-dimensional object, a UV curable ink having a high viscosity is used. By preparing a plurality of these viscosities, the higher the viscosity, the higher the stacking height after ejection per layer, and the lower the viscosity, the lower the state of stacking after ejection per layer can be diffused and lowered. .

なお、本実施の形態で説明した３次元対象物の形成にかかる方法は、予め用意されたプログラムを上記制御部５を備えたパーソナル・コンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することにより実現することができる。このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。またこのプログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することが可能な伝送媒体であってもよい。   The method for forming the three-dimensional object described in the present embodiment is realized by executing a program prepared in advance on a computer such as a personal computer or a workstation provided with the control unit 5. Can do. This program is recorded on a computer-readable recording medium such as a hard disk, a flexible disk, a CD-ROM, an MO, and a DVD, and is executed by being read from the recording medium by the computer. The program may be a transmission medium that can be distributed via a network such as the Internet.

以上のように、本発明にかかる３次元対象物形成装置および３次元対象物形成方法は、精密であったり微少な３次元対象物の形成に有用であり、特に、微少であったり精密な部品、その他の３次元対象物を形成する装置全般に適している。   As described above, the three-dimensional object forming apparatus and the three-dimensional object forming method according to the present invention are useful for forming a precise or minute three-dimensional object, and in particular, a minute or precise part. It is suitable for all devices for forming other three-dimensional objects.

この発明の実施の形態１にかかる３次元対象物形成装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the three-dimensional target object formation apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. インク積層による３次元対象物の形成手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the formation procedure of the three-dimensional target object by ink lamination. レーザヘッド３の制御手順を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a control procedure of the laser head 3. ３次元対象物の一例であるマイクロ部品を示す図である。It is a figure which shows the micro component which is an example of a three-dimensional target object. ３次元対象物の一例である半透明板を示す図である。It is a figure which shows the semi-transparent board which is an example of a three-dimensional target object. ３次元対象物の一例であるフレネルレンズを示す図である。It is a figure which shows the Fresnel lens which is an example of a three-dimensional target object. この発明の実施の形態３にかかる３次元対象物形成装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the three-dimensional target object formation apparatus concerning Embodiment 3 of this invention. この発明により形成された３次元対象物が用いられる適用対象としての液晶パネルを示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the liquid crystal panel as an application object in which the three-dimensional target formed by this invention is used.

符号の説明Explanation of symbols

１ ３次元対象物形成装置
２ インクヘッド
３ レーザヘッド
４ 平滑面部材
５ 制御部
６ 設定部
７ 記憶部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 3D object formation apparatus 2 Ink head 3 Laser head 4 Smooth surface member 5 Control part 6 Setting part 7 Storage part

Claims (10)

紫外線の照射により硬化するＵＶ硬化インクを吐出するインクヘッドと、
前記インクヘッドから吐出された前記ＵＶ硬化インクに対して紫外線ビームを照射し、当該ＵＶ硬化インクを硬化させるレーザヘッドと、
前記インクヘッドから吐出された前記ＵＶ硬化インクを積層する基準面としての平滑面部材と、
前記インクヘッドと、前記レーザヘッドと、前記平滑面部材とをそれぞれ移動させて前記平滑面部材の所要の位置に前記ＵＶ硬化インクを積層するよう制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする３次元対象物形成装置。 An ink head that discharges UV curable ink that is cured by irradiation with ultraviolet rays;
A laser head that irradiates the UV curable ink discharged from the ink head with an ultraviolet beam and cures the UV curable ink;
A smooth surface member as a reference surface for laminating the UV curable ink ejected from the ink head;
Control means for controlling the UV curable ink to be stacked at a required position of the smooth surface member by moving the ink head, the laser head, and the smooth surface member, respectively.
A three-dimensional object forming apparatus comprising: 前記平滑面部材上に積層される各層の積層状態を記憶する記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記記憶手段から前記各層の積層状態を読み出して前記インクヘッドと、前記平滑面部材とを相対的に移動制御することにより、当該平滑面部材上に前記ＵＶ硬化インクを積層させて所定形状の３次元対象物を形成することを特徴とする請求項１に記載の３次元対象物形成装置。 Comprising storage means for storing a lamination state of each layer laminated on the smooth surface member;
The control means reads the lamination state of each layer from the storage means, and controls the relative movement of the ink head and the smooth surface member, thereby laminating the UV curable ink on the smooth surface member. The three-dimensional object forming apparatus according to claim 1, wherein the three-dimensional object having a predetermined shape is formed. 前記制御手段は、前記インクヘッドの移動に追従するよう前記レーザヘッドを移動制御することを特徴とする請求項１または２に記載の３次元対象物形成装置。   The three-dimensional object forming apparatus according to claim 1, wherein the control unit controls the movement of the laser head so as to follow the movement of the ink head. 前記制御手段は、前記インクヘッドと前記レーザヘッドとの間隔を一定間隔、あるいは異なる間隔で追従させる移動制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の３次元対象物形成装置。   4. The three-dimensional object forming apparatus according to claim 3, wherein the control unit performs movement control to follow the interval between the ink head and the laser head at a constant interval or at different intervals. 前記平滑面部材は、前記ＵＶ硬化インクの積層後、当該ＵＶ硬化インクによって形成された３次元対象物から剥離、あるいは当該平滑面部材を溶解により分離可能なことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の３次元対象物形成装置。   5. The smooth surface member can be separated from a three-dimensional object formed by the UV curable ink after lamination of the UV curable ink, or the smooth surface member can be separated by dissolution. The three-dimensional object forming apparatus according to any one of the above. 紫外線の照射により硬化するＵＶ硬化インクを吐出し、落下させるインクヘッドと、
前記インクヘッドから吐出され、落下途中の前記ＵＶ硬化インクに対して紫外線ビームを照射し、当該ＵＶ硬化インクを硬化させるレーザヘッドと、
前記インクヘッドによる前記ＵＶ硬化インクの吐出状態と、前記レーザヘッドによる前記紫外線ビームの照射状態とをそれぞれ制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする３次元対象物形成装置。 An ink head for discharging and dropping UV curable ink that is cured by irradiation of ultraviolet rays; and
A laser head that is ejected from the ink head and irradiates the UV curable ink in the middle of dropping with an ultraviolet beam to cure the UV curable ink;
Control means for controlling the discharge state of the UV curable ink by the ink head and the irradiation state of the ultraviolet beam by the laser head;
A three-dimensional object forming apparatus comprising: 紫外線の照射により硬化するＵＶ硬化インクをインクヘッドを移動させながら平滑面部材上に吐出させるインク吐出工程と、
前記インク吐出工程により前記平滑面部材上に吐出された前記ＵＶ硬化インクに対してレーザヘッドから紫外線ビームを照射し、当該ＵＶ硬化インクを硬化させるインク硬化工程と、
前記インク吐出工程を繰り返し前記ＵＶ硬化インクを積層させて３次元対象物を形成する積層工程と、
を含むことを特徴とする３次元対象物形成方法。 An ink ejection process for ejecting UV curable ink that is cured by irradiation of ultraviolet rays onto a smooth surface member while moving the ink head;
An ink curing step of irradiating an ultraviolet beam from a laser head to the UV curable ink ejected on the smooth surface member by the ink ejection step, and curing the UV curable ink;
A stacking step of repeating the ink ejection step to stack the UV curable ink to form a three-dimensional object;
A three-dimensional object forming method comprising: 前記インク硬化工程は、前記インクヘッドと前記レーザヘッドとの間隔を一定間隔、あるいは異なる間隔で追従させることを特徴とする請求項７に記載の３次元対象物形成方法。   The three-dimensional object forming method according to claim 7, wherein the ink curing step causes the interval between the ink head and the laser head to follow at a constant interval or a different interval. 前記積層工程により前記ＵＶ硬化インクを用いて形成された３次元対象物から前記平滑面部材を剥離、あるいは当該平滑面部材を溶解させて分離させる分離工程を含むことを特徴とする請求項７または８に記載の３次元対象物形成方法。   8. The method according to claim 7, further comprising a separation step of separating the smooth surface member from the three-dimensional object formed using the UV curable ink by the laminating step or dissolving the smooth surface member and separating the smooth surface member. 9. The three-dimensional object forming method according to 8. 紫外線の照射により硬化するＵＶ硬化インクを吐出し、落下させるインク吐出工程と、
前記インク吐出工程により落下途中の前記ＵＶ硬化インクに対して紫外線ビームを照射し、当該ＵＶ硬化インクを硬化させるインク硬化工程と、
を含むことを特徴とする３次元対象物形成方法。
An ink discharge step of discharging and dropping UV curable ink that is cured by irradiation of ultraviolet rays;
An ink curing step of irradiating the UV curable ink in the middle of dropping by the ink ejection step with an ultraviolet beam to cure the UV curable ink;
A three-dimensional object forming method comprising:
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