JP2016005869A

JP2016005869A - 三次元造形装置、及び三次元造形装置の校正方法

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Publication number: JP2016005869A
Application number: JP2014126821A
Authority: JP
Inventors: 隆司當間; Takashi Taima
Original assignee: Mutoh Industries Ltd
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Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2016-01-14
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Abstract

【課題】造形空間座標を把握して、元データに忠実な造形を可能にした三次元造形装置を提供する。
【解決手段】三次元造形装置は、造形物が載置される造形ステージ１３と、造形ステージ１３に対し略垂直方向に延びるガイドシャフト１５を備えたフレーム１１と、ガイドシャフト１５に沿って垂直方向に移動可能な昇降テーブル１４と、昇降テーブル１４に対し垂直方向と交差する第１方向及び第２方向に沿って移動可能に構成された造形ヘッド２５と、光センサ１７と、光センサ１７の方向に光を射出するレーザ光源１６とを備える。光センサ１７又は光源１６のいずれか一方は、昇降テーブル１４の移動に合わせて移動可能に取り付けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、三次元造形装置、及び三次元造形装置の校正方法に関する。

三次元設計データに基づいて三次元造形物（以下、単に造形物という）を製造する三次元造形装置が、例えば特許文献１により知られている。このような三次元造形装置の方式としては、光造形法、粉末焼結法、インクジェット法、溶融樹脂押し出し造形法など、様々な方式が提案され、製品化されている。

一例として、溶融樹脂押し出し造形法を採用した三次元造形装置では、造形物の材料となる溶融樹脂を射出するための造形ヘッドを三次元移動機構上に搭載し、造形ヘッドを三次元方向に移動させて溶融樹脂を射出しつつ溶融樹脂を積層させて造形物を得る。その他、インクジェット法を採用した三次元造形装置も、加熱した熱可塑性材料を滴下するための造形ヘッドを三次元移動機構上に搭載した構造を有している。

このように、造形ヘッドを移動させて造形物を造形する三次元造形装置において、造形物を三次元設計データに忠実に成形するためには、三次元設計データに基づいて造形ヘッドを正確に所望の位置に移動させることが必要とされる。
しかし、従来の同種の三次元造形装置では、造形ヘッドを三次元方向に移動させるための機構により規定される造形空間座標系が、元データである三次元設計データを規定する座標系の間でズレを生じることがある。また、このような２つの座標系の間のズレは、時間の経過と共に変化することがある。従来の三次元造形装置では、この種のズレを考慮されていなかったため、元データに忠実な造形が困難であるという問題があった。

特開２０１３−４３３３８号公報

本発明は、造形空間座標を把握して、元データに忠実な造形を可能にした三次元造形装置を提供することを目的とする。

本発明に係る三次元造形装置は、造形物が載置される造形ステージと、前記造形ステージに対し少なくとも垂直方向に移動可能な昇降部と、前記昇降部に搭載された造形ヘッドと、光センサと、前記光センサの方向に光を射出する光源とを備え、前記光センサ又は前記光源のいずれか一方は、前記昇降部の移動に合わせて移動可能に搭載される一方、他方は前記造形ステージとの関係で固定的に配置されることを特徴とする。

第１の実施の形態に係る三次元造形装置の概略構成を示す斜視図である。第１の実施の形態に係る三次元造形装置の概略構成を示す正面図である。ＸＹステージ１２の構成を示す斜視図である。昇降テーブル１４の構成を示す平面図である。従来の三次元造形装置の問題点を示す概念図である。レーザ光源１６及び光センサ１７の配置を示す斜視図である。コンピュータ２００の構成を示す機能ブロック図である。第１の実施の形態の三次元造形装置の動作を示すフローチャートである。第１の実施の形態の三次元造形装置の動作を示す概念図である。第２の実施の形態の三次元造形装置の構成を示す機能ブロック図である。第２の実施の形態の三次元造形装置の動作を示すフローチャートである。第３の実施の形態の三次元造形装置の構成を示す機能ブロック図である。本発明の実施の形態の変形例を示す。

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
まず、図１〜図７を参照して、第１の実施の形態に係る三次元造形装置を説明する。

図１は、第１の実施の形態の三次元造形装置に含まれる３Ｄプリンタ１００の概略構成を示す斜視図である。３Ｄプリンタ１００は、図１に示すように、フレーム１１と、ＸＹステージ１２と、造形ステージ１３と、昇降テーブル１４と、ガイドシャフト１５と、レーザ光源１６Ａ〜１６Ｄと、光センサ１７Ａ〜１７Ｄとを備えている。この３Ｄプリンタ１００を制御する制御装置としてコンピュータ２００が、この３Ｄプリンタ１００に接続されている。また、３Ｄプリンタ１００中の各種機構を駆動するためのドライバ３００も、この３Ｄプリンタ１００に接続されている。

フレーム１１は、図１に示すように、例えば直方体の外形を有し、アルミニウム等の金属材料の枠組を備えている。このフレーム１１の４つの角部に、例えば４本のガイドシャフト１５が、図１のＺ方向、すなわち造形ステージ１３の平面に対し垂直な方向に延びるように形成されている。ガイドシャフト１５は、後述するように昇降テーブル１４を上下方向に移動させる方向を規定する直線状の部材である。ガイドシャフト１５の本数は４本には限られず、昇降テーブル１４を安定的に維持・移動させることができる本数に設定される。造形ステージ１３は、造形物Ｐが形成される台であり、具体的には、後述する造形ヘッドから抽出される熱可塑性樹脂が堆積される台である。

昇降テーブル１４は、図１、及び図２に示すように、その４つの角部においてガイドシャフト１５を貫通させており、ガイドシャフト１５の長手方向（Ｚ方向）に沿って移動可能に構成されている。昇降テーブル１４は、ガイドシャフト１５と接触するローラを備えており、このローラがガイドシャフト１５上と接触しつつ回動することで、昇降テーブル１４はＺ方向にスムーズに移動することが可能とされている。また、昇降テーブル１４は、図２に示すように、モータＭの駆動力をタイミングベルト、ワイヤ、プーリ等からなる動力伝達機構により伝達することにより、上下方向に所定間隔（例えば０．１ｍｍピッチ）で移動する。モータＭは、例えば、サーボモータ、ステッピングモータなどが好適である。

ＸＹステージ１２は、この昇降テーブル１４の上面に載置されている。図３は、このＸＹステージ１２の概略構成を示す斜視図である。ＸＹステージ１２は、枠体２１と、Ｘガイドレール２２と、Ｙガイドレール２３と、フィラメントホルダ２４と、造形ヘッド２５とを備えている。Ｘガイドレール２２は、その両端がＹガイドレール２３に嵌め込まれ、Ｙ方向に摺動自在に保持されている。フィラメントホルダ２４は、造形物の材料となる熱可塑性樹脂を保持するための容器である。また、造形ヘッド２５は、熱可塑性樹脂をフィラメントホルダ２４からチューブＴｂを介して供給される。造形ヘッド２５は、フィラメントホルダ２４と共にＸ，Ｙのガイドレール２２に沿って移動可能に構成されている。

図４は、昇降テーブル１４の具体的な構造の一例を示す平面図である。この図４の例の昇降テーブル１４は、枠体３１と、高さ調整ピン３２と、摺動枠３３と、従動ローラ３４と、固定ローラ３５とを備えている。
枠体３１は、図４に示すように、閉矩形ループ状の形状を有しその内部は、ＸＹテーブル１２の動作のために空洞とされている。枠体３１の上面には、例えば４本の高さ調整ピン３２が形成されており、それぞれ個別にその上面の高さ位置が調節可能に構成されている。この４本の高さ調整ピン３２の高さが調節されることにより、この上面に載置されるＸＹテーブル１２が造形ステージ１３に対し平行となる方向に調節される。

摺動枠３３は、略Ｙ字型の形状を有しており、Ｙ字枠の２辺において枠体３１に対し例えばネジ止め等により固定されている。また、摺動枠３３は、ガイドシャフト１５を貫通させるための貫通孔を有していると共に、従動ローラ３４及び固定ローラ３５は、この貫通孔の側壁においてガイドシャフト１５と接するよう、摺動枠３３に取り付けられている。なお、固定ローラ３５の回転軸は、摺動枠３３に対し固定的に取り付けられている一方、従動ローラ３５は、図示しないバネ機構により、その回転軸は摺動枠３３に対し可動域を持って構成され、かつガイドシャフト１５に対し押圧力を持って接触するように構成されている。

なお、この図４の例では、右上の１つの摺動枠３３にのみ固定ローラ３５及び従動ローラ３４の両方が設けられ、残りの３つの摺動枠３３には、従動ローラ３４のみが設けられている。これは、昇降テーブル１４の主平面を基準平面に対し平行に調節する場合において、その調節を容易にするためである。なお、昇降テーブル１４の水平出し作業は、前述の動力伝達機構内に設けられたワイヤ張力制御機構（図示せず）などを用いて行うことができる。もちろん、全ての摺動枠３３に固定ローラ３５及び従動ローラ３４の両方を設けることも可能である。

以上のような構成の三次元造形装置は、ＸＹステージ１２が造形ステージ１３に対しＸＹ平面に平行に設置されていると共に、ガイドシャフト１５がＺ方向に平行に、直線状に延びるように構成されることが望まれる。しかし、ガイドシャフト１５を正確にＺ方向に沿って、且つ正確な直線状に延びるように形成し、設置することは困難であり、また、ガイドシャフト１５の形状は、経時的に変化し得る。特に、三次元造形装置が大型化し、ガイドシャフト１５の長さが長くなり、またＸＹステージ１２に載置されるフィラメントホルダ２４等の重量が大きくなると、特にこの傾向が顕著になる。

ガイドシャフト１５の形状が変化し、３Ｄプリンタ１００のフレーム１１の形状に全体として歪みが生じた場合には、コンピュータ２００に与えられた三次元ＣＡＤデータ（マスタ３Ｄデータ）が図５左側に示すような直方体形状であった場合であっても、造形される造形物は、図５右側のように、元データに忠実な形状とはならない場合がある。図５は、ＸＹ方向のズレを示しているが、これに加え、３Ｄプリンタ１００の造形空間の座標系が全体的に、又は一部において傾く場合があり、このような傾きも、造形物の形状が元データに忠実な形状とならない原因となり得る。

そこで、本実施の形態の三次元造形装置は、ガイドシャフト１５を含めた三次元造形装置の変形（歪み、傾き等）を検出するため、図６に示すように、レーザ光源１６（１６Ａ〜１６Ｄ）、及び光センサ１７（１７Ａ〜１７Ｄ）を備えている。昇降テーブル１４を移動させつつ、これら光センサ１７の検出信号を取得し、その検出信号の変化を計測する。例えば、３Ｄプリンタ１００のフレーム１１に歪み等がある場合、昇降テーブル１４が移動するにつれ、光センサ１７の受光位置は、例えば図６の右下に示すように、例えば位置ＢＳ１からＢＳ２に移動する。このような受光位置の変化が、検出信号の違いとして現れる。本実施の形態の三次元造形装置は、このような光センサ１７からの検知信号の変化に基づき、後述するようにマスタ３Ｄデータをスライスデータに変換する動作において、そのスライスデータに補正を加える動作を行う。これにより、三次元造形装置により規定される造形空間の座標系（造形空間座標系）と、マスタ３Ｄデータを規定する基準座標系との間にズレが生じている場合であっても、このズレによる影響をなくすように、スライスデータ等のデータに補正を加える。これにより、ガイドシャフト１５などの３Ｄプリンタ１００中の構成に歪みや傾きが生じ、これにより造形空間座標系に多少のズレが生じていても、正確な造形動作を行うことが可能となっている。換言すれば、このような構成により、例えばガイドシャフト１５などの鋼製部材や組立精度に必要以上の形態上の正確性を求める必要がなくなり、製品の低価格化を図ることができると共に、製品のメンテナンス作業を容易にすることができる。
なお、レーザ光源１６Ａ〜１６Ｄは、常時光を発する常時駆動としても良いが、パルス駆動として所定の周波数で光を発するようにしてもよい。パルス駆動は、消費電力が低減できると共に、外乱ノイズを抑圧できるため好適である。

なお、図６の例では、レーザ光源１６、及び光センサ１７の数はそれぞれ４個にされているが、これに限定されるものではない。検出されるべき物理量（ピッチング、ローリング、ヨーイング、ＸＹ方向誤差など）の種類によって、レーザ光源及び光センサの数は変更することができる。例えば、ＸＹ方向誤差は、光センサ１７の数が１つでも検出することは可能である。これに加え、ピッチング、ローリング、ヨーイング等の傾きに関するデータが取得したい場合には、光センサ１７の数は少なくとも２個以上必要となる。光センサは１つのみとして、装置の傾き等は別のセンサ（電子気泡管、ジャイロセンサなど）で検知することもできる。

レーザ光源１６Ａ〜１６Ｄは、昇降テーブル１４の下面に取り付けられ、造形ステージ１３の主平面に垂直に、Ｚ方向に沿って下方にレーザ光を射出する。造形ステージ１３上には、レーザ光源１６Ａ〜１６Ｄからのレーザ光の光路上において、前述の光センサ１７Ａ〜１７Ｄが配置される。

なお、昇降テーブル１４の下面にレーザ光源１６Ａ〜１６Ｄを取り付ける代りに、ＸＹテーブル１２の下面にレーザ光源１６Ａ〜１６Ｄを取り付けることも可能である。要するに、レーザ光源１６Ａ〜１６Ｄは、昇降テーブル１４の移動に合わせて移動する部材に取り付けられていればよい。

また、光センサ１７Ａ〜１７Ｄも、造形ステージ１３上に配置する代りに、造形ステージ１３の下方のフレーム１１上に配置してもよい。更に、上記とは逆に、光センサ１７Ａ〜１７Ｄが昇降テーブル１４の下面に取り付けられる一方、レーザ光源１６Ａ〜１６Ｄが造形ステージ１３側に取り付けられてもよい。要するに、レーザ光源１６、又は光センサ１７のいずれか一方が昇降テーブル１４の移動に合わせて移動するようにされ、他方が昇降テーブル１４の移動に拘わらず一定位置に配置されていればよい。

光センサ１７Ａ〜１７Ｄは、レーザ光源１６Ａ〜１６Ｄから受光したレーザ光のビームスポットの重心位置を２次元的に検出する機能を有するセンサであり、一例としてはＣＣＤ、又はＣＭＯＳセンサである。あるいは、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの２次元センサの代りに、複数のフォトダイオードをマトリクス状に配列したフォトダイオードアレイを採用することもできる。
レーザ光源１６Ａ〜１６Ｄからのレーザ光は、直進性に優れているが、昇降テーブル１４の位置が上下することにより、そのビームスポット径は微妙に変化する。このため、ビームスポットの重心位置が検出されることにより、ビームスポット径の変化に拘わらず、昇降テーブル１４の位置を正確に把握することが可能になる。又、ビームの拡がりを測定する事で造形ステージ１３と昇降テーブル１４の平行度も確認する事が可能である。

図７は、このような光センサ１７Ａ〜１７Ｄからの検知信号を処理してデータ補正を行うためのコンピュータ２００の構成を示す機能ブロック図である。コンピュータ２００は、スライサ１０１、造形シーケンサ１０２、空間校正データ演算部１０３、空間校正データ記憶部１０４、造形前補正データ演算部１０５、及び加算器１０６を備えている。これらの構成は、コンピュータの内部において、コンピュータプログラムにより実現することができる。

スライサ１０１は、マスタ３Ｄデータを、座標系に従って複数のスライスデータに変換する機能を有する部分である。スライスデータは、後段の造形シーケンサ１０２に送られる。スライスデータは、造形シーケンサ１０２においてドライバ３００を制御するための造形駆動データに変換される。ドライバ３００は、この造形駆動データに従い、ＸＹステージ１２、昇降テーブル１４及び造形ヘッド２５を駆動する。

光センサ１７（１７Ａ〜１７Ｄ）からの検知信号はＡ／Ｄ変換器４００においてデジタルデータに変換されて空間校正データ演算部１０３に提供される。空間校正データ演算部１０３は、入力されたデジタルデータに従って、３Ｄプリンタ１００が規定する造形空間を示す造形空間座標を特定し、この造形空間座標とマスタ３Ｄデータを規定する基準空間座標との間の差異を空間校正データＤ_ＳＣＢとして演算する。演算された空間校正データＤ_ＳＣＢは、空間校正データ記憶部１０４に記憶される。この空間校正データＤ_ＳＣＢの演算は、三次元造形装置１００の製品出荷前の製品出荷前設定動作、又は、製品出荷後であって使用開始前の初期設定動作において実行される。

造形前補正データ演算部１０５は、実際に造形物を造形する前に実行される造形前設定動作において、Ａ／Ｄ変換器４００から入力されたデジタルデータに従って造形空間座標（造形動作開始直前における造形空間座標）を特定し、この造形空間座標と基準空間座標との間の差異を特定し、更にこの差異と前述の空間校正データＤ_ＳＣＢとの間の差異を造形前補正データＤ_ＩＣとして演算する。

加算器１０６は、空間校正データ記憶部１０４に記憶された空間校正データＤ_ＳＣＢと、造形前補正データ演算部１０５で演算された造形前補正データＤ_ＩＣを加算して補正データを生成してスライサに提供する。この補正データによれば、造形空間座標と基準空間座標との間のズレを吸収することができる。この補正データは、更に製品出荷時又は初期設定時からの造形空間の変形の影響も相殺し、これにより３Ｄプリンタ１００の歪みに拘わらず造形物をマスタ３Ｄデータに忠実に造形することができる。

図８は、第１の実施の形態の三次元造形装置の動作を示すフローチャートである。前述したように、本実施の形態の三次元造形装置では、製品出荷前における製品出荷前設定動作又は製品使用開始前の初期設定動作において、前述の空間校正データＤ_ＳＣＢを取得し、その後、造形動作前に行われる造形前設定動作において、前述の造形前補正データＤ_ＩＣを取得する。

製品出荷前設定動作、又は初期設定動作では、図８に示すように、まず昇降テーブル１４を可動範囲の全域に亘って移動させ（Ｓ１１）、その全域動作の間に、光センサ１７Ａ〜１７Ｄの検知信号を所定の間隔で取得する（Ｓ１２）。具体的には、昇降テーブル１４を下方から上方に移動する際、昇降テーブル１４が最下層にある場合（状態０）において光センサ１７Ａ〜１７Ｄの検知信号を取得し、この検知信号をＡ／Ｄ変換器４００においてデジタルデータに変換して空間校正データ演算部１０３に入力する。そして、徐々に昇降テーブル１４を上昇させ、それぞれの位置（状態１、２・・・ｎ）での光センサ１７Ａ〜１７Ｄの検知信号を取得し、それぞれ空間校正データ演算部１０３に入力する。これにより、３Ｄプリンタ１００の造形空間座標データが得られ、空間校正データＤ_ＳＣＢが得られる（Ｓ１３）。

造形動作を開始する前に実行される造形前設定動作では、Ｓ１１と同様に昇降テーブル１４を可動範囲の全域に亘り移動させ（Ｓ２１）、その全域動作の間に、光センサ１７Ａ〜Ｄの検知信号を所定の間隔で取得する。この検知信号をＡ／Ｄ変換器４００においてデジタルデータに変換して造形前補正データ演算部１０５に入力し、造形前補正データＤ_ＩＣを取得する（Ｓ２２）。このようにして取得された空間校正データＤ_ＳＣＢ、及び造形前補正データＤ_ＩＣに基づいて補正データを加算器１０６において算出し、この補正データを加味してスライサ１０１においてスライスデータを算出する（Ｓ２３）。そして、このようにして算出されたスライスデータに基づいて造形動作が行われる（Ｓ３１）。

［効果］
以上説明したように、この第１の実施の形態の三次元造形装置によれば、３Ｄプリンタ１００の造形空間の歪みを反映した空間校正データＤ_ＳＣＢを製品出荷前又は初期設定時に予め取得すると共に、造形動作の前の段階でも、その造形動作時における造形空間の歪みを反映した造形前補正データＤ_ＩＣも取得し、これらデータに基づきスライスデータを補正することができる。これにより３Ｄプリンタ１００の歪みに拘わらず造形物をマスタ３Ｄデータに忠実に造形することができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る三次元造形装置を、図１０及び図１１を参照して説明する。三次元造形装置中の３Ｄプリンタ１００の構造は第１の実施の形態（図１〜図４）と略同一であるので、詳細な説明は省略する。ただし、第２の実施の形態では、コンピュータ２００の構造、及び動作が第１の実施の形態と異なっている。具体的に、第２の実施の形態に係る三次元造形装置は、造形動作の開始前において造形前補正データＤ_ＩＣを取得した後、造形動作の途中においても造形空間座標のデータを光センサ１７Ａ〜Ｄを用いて取得し、これにより造形動作の途中において逐次補正を実行する。この点が第１の実施の形態と異なっている。

図１０に、第２の実施の形態のコンピュータ２００の構成を示す機能ブロック図である。第１の実施の形態の構成要素（図７）と同一の構成要素については同一の符号を付しているので、重複する説明は省略する。この第２の実施の形態では、第１の実施の形態の構成に加え、更に逐次補正処理回路１０７を備えている。この逐次補正処理回路１０７は、造形動作の途中での補正を行うための回路１０７である。そして、その補正データを造形シーケンサ１０７に提供する。造形シーケンサ１０７は、提供された補正データに従い、造形駆動データを補正してドライバ３００に提供する。これにより、この第２の実施の形態の装置は、造形動作の途中において、例えば造形物自体の重量の変化、又は重量バランスの変化により３Ｄプリンタ１００の造形空間座標に変化が生じた場合に、その変化を造形物に反映させることができる。
なお、造形動作中の変化が所定値よりも大きいことが補正データから判断された場合には、造形シーケンサ１０２に補正データを送るのではなく、スライサ１０１に補正データを送り、スライスデータを再修正することも可能である。あるいは、それに代えて又はそれに加えて、造形を中止するか否かの判断を行うことも可能である。中止の判断は、コンピュータ２００自体において行うこともできるし、オペレータが手動で行うこともできる。

第２の実施の形態の動作を示すフローチャートを、図１１に示す。第１の実施の形態と同一の動作（図８）を行った後、造形動作中において、図１１に示す動作を行う。すなわち、造形動作の開始後においても、図１のＳ１２、Ｓ２２での動作と同様にして光センサ１７Ａ〜１７Ｄの検出信号を取得する（Ｓ３２）。そして、この検出信号をＡ／Ｄ変換器４でデジタルデータに変換し、これを逐次補正検出回路１０７に入力する。逐次補正検出回路１０７では、入力されたデジタルデータに従って造形空間座標（造形動作中における造形空間座標）を特定し、この造形空間座標と基準空間座標との間の差異を特定し、更にこの差異と前述の造形前補正データＤ_ＩＣとの間の差異を逐次補正データＤ_ＳＣＲとして演算する。この逐次補正データＤ_ＳＣＲが造形シーケンサ１０２に送られ、造形駆動データの補正が行われる。

この実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が得られることに加え、更に、造形動作中での３Ｄプリンタ１００の造形空間の変化を検知し、この変化に応じた造形動作を行うことができる。したがって、第１の実施の形態に比べ一層正確な造形が可能になる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態に係る三次元造形装置を、図１２を参照して説明する。三次元造形装置中の３Ｄプリンタ１００の構造は第１の実施の形態（図１〜図４）と略同一であるので、詳細な説明は省略する。ただし、第３の実施の形態では、コンピュータ２００の構造、及び動作が第１の実施の形態と異なっている。

図１２に、第３の実施の形態のコンピュータ２００の構成を示す機能ブロック図である。第３の実施の形態の構成要素（図７）と同一の構成要素については同一の符号を付しているので、重複する説明は省略する。この第２の実施の形態では、第１の実施の形態とは異なり、造形前補正データ演算部１０５が省略されており、代りに、第２の実施の形態と同様の逐次補正処理回路１０７’が設けられている。すなわち、この第２の実施の形態では、製品出荷前設定動作又は初期設定動作において空間校正データＤ_ＳＣＢが空間校正データ演算部１０３で演算され空間校正データ記憶部１０４に記憶されるが、造形動作の直前での造形前補正データＤ_ＩＣの演算は行われない。スライサ１０１における補正は、空間校正データＤ_ＳＣＢのみによって行われる。

そして、造形動作が開始されると、その造形動作の実行中において光センサ１７Ａ〜１７Ｄの検出信号が随時検出され、これにより３Ｄプリンタ１００の造形空間座標のデータが把握され、これに従って、逐次補正データＤ_ＳＣＲ’が演算され、造形シーケンサ１０２における補正に用いられる。

この実施の形態によれば、造形前設定動作による造形前補正データＤ_ＩＣを演算しない代りに、造形動作中に逐次補正データＤ_ＳＣＲ’が得られ、これにより造形シーケンサ１０２における補正が行われるので、前述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

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。

例えば、上記の実施の形態では、３Ｄプリンタ１００の移動機構は、造形ステージ１３に対し垂直に延びるガイドシャフト１５、ガイドシャフト１５に沿って移動する昇降テーブル１４、及びＸＹテーブル１２を備えているが、本発明の３Ｄプリンタ１００の移動機構は、これに限定されるものではない。例えば、図１３に示すように、３Ｄプリンタ１００の移動機構は、フレーム１１の底面に固定端を有する多軸アーム４１を備えることができる。

そして、この多軸アーム４１の移動端（昇降部）に、前述の実施の形態と同様の造形ヘッド１５を搭載することができる。なお、図示の例では、フレーム１１の上方にフィラメント巻き取り部４２が回転軸を中心に回転可能に接続され、造形ヘッド１５へ接続されている。これはあくまでも一例であり、前述の実施の形態と同様に、フィラメントホルダを多軸アーム４１中に搭載してもよい。

更に、造形ヘッド１５が搭載される移動端（昇降部）の下面に、前述の実施の形態のレーザ光源１６と同様のレーザ光源１６’を備えることができる。このレーザ光源１６’からの光が、造形ステージ１３上の光センサ１７Ａ〜１７Ｄにおいて受光される。なお、前述の実施の形態と同様に、移動端の下面に光センサ１７を配置し、造形ステージ１３上にレーザ光源１６を配置してもよい。

上記の構成によれば、上述の実施の形態と同様の動作をすることができる。すなわち、本発明は、造形物が載置される造形ステージと、造形ステージに対し少なくとも垂直方向に移動可能な昇降部と、昇降部に搭載された造形ヘッドとを備え、光センサ又はレーザ光源のいずれか一方が、当該昇降部の移動に合わせて移動可能に搭載される一方、他方は造形ステージとの関係で固定的に配置されるようにすればよい。
また、造形空間及び基準空間を規定する座標系は、直交座標系を用いる代りに、極座標系を用いてもよい。

１００・・・３Ｄプリンタ、２００・・・コンピュータ、３００・・・ドライバ、４００・・・Ａ／Ｄ変換器、１１・・・フレーム、１２・・・ＸＹステージ、１３・・・造形ステージ、１４・・・昇降テーブル、１５・・・ガイドシャフト、１６・・・レーザ光源、１７・・・光センサ、２１・・・枠体、２２・・・Ｘガイドレール、２３・・・Ｙガイドレール、２４・・・フィラメントホルダ、２５・・・造形ヘッド、３１・・・枠体、３２・・・高さ調整ピン、３３・・・摺動枠、３４・・・従動ローラ、３５・・・固定ローラ、１０１・・・スライサ、１０２・・・造形シーケンサ、１０３・・・空間校正データ演算部、１０４・・・空間校正データ記憶部、１０５・・・造形前補正データ演算部、１０６・・・加算器、１０７・・・逐次補正処理部。

Claims

造形物が載置される造形ステージと、
前記造形ステージに対し少なくとも垂直方向に移動可能な昇降部と、
前記昇降部に搭載された造形ヘッドと、
光センサと、
前記光センサの方向に光を射出する光源と
を備え、
前記光センサ又は前記光源のいずれか一方は、前記昇降部の移動に合わせて移動可能に搭載される一方、他方は前記造形ステージとの関係で固定的に配置される
ことを特徴とする三次元造形装置。
前記昇降部及び前記造形ヘッドを駆動するドライバと、
三次元形状データをスライスデータに変換するスライサと、
前記スライスデータに基づき前記ドライバを駆動させるための駆動データを生成する造形シーケンサと、
前記光センサの出力信号に従い、前記造形ステージ上の造形空間を示す造形空間座標系を演算し、この造形空間座標系に関するデータに基づいて前記スライスデータを補正する補正部と
を更に備えたことを特徴とする、請求項１記載の三次元造形装置。
前記補正部は、
前記三次元造形装置の製品出荷前設定時又は使用開始前の初期設定時において前記昇降部を移動させて得られた前記光センサの出力信号に基づいて、前記造形空間座標系と基準座標系との間の差異を示す空間校正データを演算し、更に、前記造形物を開始する前の造形前設定動作において前記昇降部を移動させて得られた前記光センサの出力信号に基づいて、前記空間校正データを補正するための造形前補正データを演算し、前記空間校正データ及び前記造形前補正データに基づいて前記スライスデータを補正する、請求項２記載の三次元造形装置。
前記造形物の造形中において前記光センサからの出力信号に基づいて逐次補正信号を生成する逐次補正処理部を更に備え、
前記造形シーケンサは、前記逐次補正信号に基づいて前記駆動データを修正する、請求項２又は３記載の三次元造形装置。
前記光センサは、前記光源からの光ビームにより形成されたビームスポットの重心位置を検出することが可能に構成された、請求項１記載の三次元造形装置。
前記光センサは、前記光源からの光ビームにより形成されたビームスポットの重心位置を検出することが可能に構成され、
前記補正部は、前記重心位置の変動に基づき前記造形空間座標系を演算する、請求項２乃至４のいずれかに記載の三次元造形装置。
前記造形ステージに対し略垂直方向に延びるガイドシャフトを更に備え、、
前記昇降部は、前記ガイドシャフトに沿って前記垂直方向に移動可能に構成され、
前記造形ヘッドは、前記昇降テーブルに対し前記垂直方向と交差する第１方向及び第２方向に沿って移動可能に構成された
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の三次元造形装置。
造形物が載置される造形ステージと、前記造形ステージに対し少なくとも垂直方向に移動可能な昇降部と、前記昇降部に搭載された造形ヘッドとを備えた三次元造形装置の校正方法において、
前記昇降部から光を射出する工程と、
前記光を所定の位置に配置された光センサにおいて受光する工程と、
前記昇降部を上下方向に移動させる工程と、
前記光センサにおける前記光の受光状態の変化を測定する工程と、
前記受光状態の変化に基づいて、前記造形ステージ上の造形空間を示す造形空間座標系を演算する工程と
を備えたことを特徴とする、三次元造形装置の校正方法。