JP2016199031A - 造形装置及び造形物の造形方法 - Google Patents

造形装置及び造形物の造形方法 Download PDF

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虎彦 神田
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直樹 氷治
安田 晋
Susumu Yasuda
晋 安田
尚 森川
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尚 森川
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Abstract

【課題】本発明は、一方向への移動に伴い第1液滴を吐出して硬化させ、他方向への移動に伴い第2液滴を吐出して硬化させる造形装置に比べて、同等の精度の立体物を形成しつつ、立体物の形成時間を短縮することができる造形装置の提供を目的とする。
【解決手段】造形装置は、台に対し相対的に往復移動する移動部と、移動部に設けられた複数の吐出部を有し、相対移動しながら移動方向の下流側の吐出部から第1液滴を吐出させた後、上流側の吐出部から第1液滴間に第2液滴を吐出させる吐出手段と、移動部における複数の吐出部間に設けられ、第2液滴が吐出される前に第1液滴に光を照射して第1液滴を硬化させる第1照射部と、複数の吐出部を挟んで移動部に一対設けられ、第1及び第2液滴に光を照射して前記液滴を硬化させる第2照射部と、第1及び第2液滴が硬化されて成る層を重ねて立体物を形成させる制御部と、を備えている。
【選択図】図5

Description

本発明は、造形装置及び造形物の造形方法に関する。
特許文献1には、立体成形情報に基づいて光硬化型樹脂液の小滴をステージ面に向けて噴出し積層させるとともに、前記光硬化型樹脂液を硬化させ、光硬化型樹脂による立体成形品を形成する方法が記載されている。
特許文献2には、インク吸収性を有する記録媒体に対して画像記録を行うインクジェット記録装置が記載されている。このインクジェット記録装置は、記録媒体に対して光硬化型インクを吐出するノズルを備える記録ヘッドと、記録媒体に着弾した光硬化型インクに光を照射する光照射装置とを備え、光照射装置は、第1の発光スペクトルを有する光を照射する第1光源と、第1光源から照射される光のピーク波長より短波長側にピーク波長を持つ第2の発光スペクトルを有する光を照射する第2光源とを備えている。そして、第1光源及び第2光源は、記録媒体に着弾した光硬化型インクに対して第1光源から光が照射された後に第2光源から光が照射されるように配置されている。
特開平3−39234号公報 特開2008−073916号公報
台に対し往復移動する移動部と、移動方向に離れて移動部に設けられた複数の吐出部と、複数の吐出部を移動方向に挟んで移動部に設けられた複数の照射部と、を備えた造形装置が知られている。この造形装置は、まず、移動部を一方向に移動させながら、一方向の上流側の吐出部から台に向けて移動部の移動方向と交差する方向に離れて着弾するように第1液滴を吐出させて一方向の上流側の照射部で第1液滴を硬化させる。次いで、この造形装置は、移動部を他方向に移動させながら、他方向の上流側の吐出部から第1液滴間に第2液滴を吐出させ他方向の上流側の照射部で第2液滴を硬化させて、第1及び第2液滴が硬化されて成る層を形成する。そして、この造形装置は、上記の動作で形成した層を重ねて立体物を形成する。このため、この造形装置は、移動部を往復移動させなければ、上記の層を形成することができない。なお、硬化する前の第1液滴間に第2液滴が吐出されて接触すると、第1液滴と第2液滴とが相互に表面張力により着弾位置から移動して合体する等の現象が生じ、立体物の精度が低下する虞がある。そのため、この造形装置では、第1液滴を硬化させた後、第1液滴間に第2液滴を吐出している。
本発明は、移動部の一方向への移動に伴い第1液滴を吐出して硬化させ、他方向への移動に伴い第2液滴を吐出して硬化させる造形装置に比べて、同等の精度の立体物を形成しつつ、立体物の形成時間を短縮することができる造形装置の提供を目的とする。
請求項1の造形装置は、台と、前記台に対し相対的に往復移動する移動部と、前記移動部の前記台に対する移動方向に離れて該移動部に設けられた複数の吐出部を有し、前記台に対し相対移動しながら移動方向の下流側の吐出部から前記台に向けて第1液滴を吐出させた後、上流側の吐出部から前記第1液滴間に第2液滴を吐出させる吐出手段と、前記移動部における前記複数の吐出部間に設けられ、前記第2液滴が吐出される前に前記第1液滴に光を照射して前記第1液滴を硬化させる第1照射部と、前記複数の吐出部を前記移動方向に挟んで前記移動部に一対設けられ、前記第1及び第2液滴に光を照射して前記第1及び第2液滴を硬化させる第2照射部と、前記移動部、前記吐出手段及び前記第2照射部を制御して、前記移動部を前記台に対して相対移動させながら、前記第1及び第2液滴が硬化されて成る層を重ねて立体物を形成させる制御部と、を備えている。
請求項2の造形装置は、請求項1記載の造形装置であって、前記制御部は、前記層を形成させる場合、前記移動部の前記移動方向への移動に伴って前記第2照射部のうち前記移動方向の上流側の照射部に光を照射させる。
請求項3の造形装置は、請求項1又は2記載の造形装置であって、前記第1照射部は、前記第2照射部が照射する光よりも光量が少ない光を照射する。
請求項4の造形装置は、請求項1又は2記載の造形装置であって、前記制御部は、前記層を形成させた後前記層に別の層を重ねる場合、前記移動部の前記移動方向と逆方向への移動に伴って前記第2照射部のうち前記逆方向の下流側の照射部に光を照射させる。
請求項5の造形装置は、請求項4記載の造形装置であって、前記制御部は、前記層を形成させた後前記層に別の層を重ねる場合、前記移動部の前記移動方向と逆方向への移動に伴って、前記第2照射部のうち前記逆方向の下流側の照射部に、前記移動部の前記移動方向への移動に伴って照射させる光よりも光量の多い光を照射させる。
請求項6の造形装置は、請求項1〜5の何れか1項記載の造形装置であって、前記第1照射部は、前記複数の吐出部の中央に配置されている。
請求項7の造形物の造形方法は、台に対して相対的に往復移動する移動部の移動方向に離れて該移動部に設けられた複数の吐出部を有する吐出手段を用いて、前記台に対し相対移動しながら移動方向の下流側の前記吐出部から前記台に向けて第1液滴を吐出させる第1工程と、前記移動部の前記移動方向への移動に伴って、光を照射する照射部により前記第1液滴に光を照射させて前記第1液滴を硬化させる第2工程と、前記移動部の前記移動方向への移動に伴って、前記移動方向の上流側の前記吐出部から前記第1液滴間に第2液滴を吐出させる第3工程と、光を照射する照射部により前記第2液滴に光を照射させて前記第2液滴を硬化させる第4工程と、を含む工程群を前記移動方向に反転させて繰り返し行い、前記移動部、前記吐出手段及び前記照射部により前記第1及び第2液滴が硬化されて成る層を重ねて立体物を形成させる。
請求項8の造形装置は、請求項1、請求項2及び請求項4のいずれか1項に記載の造形装置であって、前記第1照射部と前記第2照射部とは光量が異なり、前記吐出手段は、前記第1照射部及び前記第2照射部のうち光量が小さい方との間隔が狭くなるように配置されている。
請求項9の造形装置は、請求項8に記載の造形装置であって、前記第2照射部は前記第1照射部よりも光量が大きく、前記吐出手段は、前記第1照射部との間隔が前記第2照射部との間隔よりも狭くなるように配置されている。
請求項10の造形装置は、請求項8又は請求項9に記載の造形装置であって、前記第1照射部及び前記第2照射部のうち光量が大きい方と前記吐出手段との間に、着弾した前記第1液滴又は前記第2液滴を平坦化する平坦化手段が設けられている。
請求項11の造形装置は、請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の造形装置であって、前記第1及び前記第2液滴を構成する光硬化樹脂は、低照度になるほど硬化感度が低くなる性質を有する。
請求項12の造形装置は、請求項11に記載の造形装置であって、前記光硬化樹脂は、25℃における粘度が100mPa・sよりも小さいラジカル重合性樹脂である。
請求項1の造形装置によれば、移動部の一方向への移動に伴い第1液滴を吐出して硬化させ、他方向への移動に伴い第2液滴を吐出して硬化させる造形装置に比べて、同等の精度の立体物を形成しつつ、立体物の形成時間を短縮することができる。
請求項2の造形装置によれば、台に対し相対的に往復移動する移動部の一方向の移動ごとに第1及び第2液滴が硬化されて成る層を一層形成することができる。
請求項3の造形装置によれば、第1照射部が第2照射部により照射される光と同等の光量の光を照射する造形装置に比べて、層のうち硬化された第1液滴で構成される部分と硬化された第2液滴で構成された部分とに照射された光の総光量の差を少なくすることができる。
請求項4の造形装置によれば、複数回に分けて第2液滴に光を照射することができる。
請求項5の造形装置によれば、層を形成させた後前記層に別の層を重ねる場合、移動部の移動方向と逆方向への移動に伴って、第2照射部のうち逆方向の下流側の照射部に移動方向への移動に伴って照射させる光と同等の光量の光を照射させる造形装置に比べて、層のうち硬化された第1液滴で構成される部分と硬化された第2液滴で構成された部分とに照射された光の総光量の差を少なくすることができる。
請求項6の造形装置によれば、第1照射部が複数の吐出部の何れか一方側に寄って配置されている造形装置に比べて、第1照射部から照射された後、各吐出部に到達する反射光の光量を同等にすることができる。
請求項7の立体物の造形方法によれば、移動部の一方向への移動に伴い第1液滴を吐出して硬化させ、他方向への移動に伴い第2液滴を吐出して硬化させる方法に比べて、同等の精度の立体物を形成しつつ、立体物の形成時間を短縮することができる。
請求項8の造形装置によれば、第1照射部及び第2照射部のうち光量が大きい方と吐出手段との間隔が狭くなるように配置されている構成と比較し、同等の精度の立体物を形成しつつ、第1照射部と第2照射部との間の移動方向の距離を狭くすることができる。
請求項9の造形装置によれば、光量が小さい第1照射部と吐出手段との間隔が、光量が大きい第2照射部と吐出手段との間隔よりも広くなるように配置されている構成と比較し、同等の精度の立体物を形成しつつ、第1照射部と第2照射部との間の移動方向の距離を狭くすることができる。
請求項10の造形装置によれば、第1照射部又は第2照射部の移動方向外側に平坦化手段が設けられている場合と比較し、立体物の造形精度を向上しつつ、第1照射部と第2照射部との間の移動方向の距離を狭くすることができる。
請求項11の造形装置によれば、第1及び第2液滴を構成する光硬化樹脂の硬化感度が照度依存性を持たない場合と比較し、第1照射部及び第2照射部と吐出手段との間隔を狭くすることができる。
請求項12の造形装置によれば、光硬化樹脂の25℃における粘度が100mPa・sよりも大きい場合と比較し、第1照射部及び第2照射部と吐出手段との間隔を狭くすることができる。
第1実施形態の造形装置が立体物を形成している状態を示す概略図(正面図)である。 第1実施形態の造形装置の概略図(上面図)である。 第1実施形態の造形装置のキャリッジを往復移動させながら層を形成する際の各要素のタイミングチャートである。 第1実施形態の造形装置のキャリッジを往復移動させながら層を形成している状態を示す図であって、層に別の層を重ねて2層形成している工程を示す模式図である。 第1実施形態の造形装置のキャリッジを往復移動させながら層を形成している状態を示す図であって、キャリッジが往復移動する期間中に、1層目の層となる液滴に光が照射される回数を示す模式図である。 第1実施形態の造形装置のキャリッジを往復移動させながら層を形成している状態を示す図であって、キャリッジが往復移動する期間中に、1層目の層となる液滴に照射される光量を示す模式図である。 第1比較形態の造形装置が立体物を形成している状態を示す概略図(正面図)である。 第1比較形態の造形装置のキャリッジを往復移動させながら層を形成している状態を示す図であって、キャリッジが移動方向に往復移動して、層を1層形成している工程を示す模式図である。 第2実施形態の造形装置のキャリッジを往復移動させながら層を形成している状態を示す図であって、キャリッジが往復移動する期間中に、1層目の層となる液滴に照射される光量を示す模式図である。 第3実施形態の造形装置のキャリッジを往復移動させながら層を形成する際の各要素のタイミングチャートである。 第3実施形態の造形装置のキャリッジを往復移動させながら層を形成している状態を示す図であって、キャリッジが往復移動する期間中に、1層目の層となる液滴に光が照射される回数を示す模式図である。 第3実施形態の造形装置のキャリッジを往復移動させながら層を形成している状態を示す図であって、キャリッジが往復移動する期間中に、1層目の層となる液滴に照射される光量を示す模式図である。 第4実施形態の造形装置のキャリッジを往復移動させながら層を形成する際の各要素のタイミングチャートである。 第4実施形態の造形装置のキャリッジを往復移動させながら層を形成している状態を示す図であって、キャリッジが往復移動する期間中に、1層目の層となる液滴に光が照射される回数を示す模式図である。 第4実施形態の造形装置のキャリッジを往復移動させながら層を形成している状態を示す図であって、キャリッジが往復移動する期間中に、1層目の層となる液滴に照射される光量を示す模式図である。 第5実施形態の造形装置のキャリッジを往復移動させながら層を形成している状態を示す図であって、キャリッジが往復移動する期間中に、1層目の層となる液滴に照射される光量を示す模式図である。 実施形態の変形例の造形装置を示す図であって、(A)及び(B)は吐出部及び照射部の配置関係を示す模式図(正面図)である。 実施形態の他の変形例の造形装置を示す模式図(正面図)である。 実施形態の他の変形例の造形装置を示す模式図(正面図)である。 実施形態の他の変形例の造形装置を示す模式図(正面図)である。 第6実施形態の造形装置が立体物を形成している状態を示す概略図(正面図)である。 吐出部が受ける迷光の光量と、照射部の照射光の光量と、吐出部と照射部との間隔と、の関係を説明するグラフである。 比較形態の造形装置が立体物を形成している状態を示す概略図(正面図)である。 第7実施形態の造形装置が立体物を形成している状態を示す概略図(正面図)である。 低照度ほど硬化感度が低い性質を有する光硬化性樹脂の特性を説明するグラフである。 吐出部が受ける迷光と照射部の照射光の光量との特性を説明するための説明図である。
≪概要≫
以下、発明を実施するための形態(以下、実施形態という。)について、5つの実施形態(以下の第1〜第5実施形態)に分けて説明する。なお、図中の±Z方向を装置高さ方向(Z方向を上側、−Z方向を下側)、±X方向を装置幅方向(X方向を一端側、−X方向を他端側)、±Z方向及び±X方向に交差する方向(±Y方向)を装置奥行き方向(Y方向を奥側、−Y方向を手前側)として説明する。
≪第1実施形態≫
以下、第1実施形態の造形装置10について図面を参照しつつ説明する。まず、本実施形態の造形装置10の構成について説明する。次いで、本実施形態の造形装置10を用いた造形物Mの造形方法について説明する。次いで、本実施形態の作用について説明する。
<構成>
本実施形態の造形装置10は、後述する第1液滴D1及び第2液滴D2を台BDに向けて吐出し、第1液滴D1及び第2液滴D2が硬化されて成る層LRを重ねて立体物VMを形成する機能を有する。第1液滴D1及び第2液滴D2の技術的意味については後述するが、以下の説明において、第1液滴D1と第2液滴D2とを特に区別する必要がない場合、第1液滴D1及び第2液滴D2を液滴Dとする。
造形装置10は、図1及び図2に示されるように、台BDと、キャリッジCRと、吐出手段20と、照射部30と、制御部40と、を含んで構成されている。
[台]
台BDは、図1及び図2に示されるように、装置幅方向及び装置奥行き方向に沿う上面が形成された板とされている。そして、台BDの上面には、立体物VMが造形されるようになっている。
[キャリッジ]
キャリッジCRは、台BDに対して相対的に往復移動する機能を有する。ここで、キャリッジCRは、移動部の一例である。キャリッジCRは、図1及び図2に示されるように、長方形のフレームとされており、台BDの上面に沿って配置されている。また、キャリッジCRには、装置奥行き方向に沿う長尺の貫通穴Hが、5ヶ所に形成されている。長尺の貫通穴Hは、装置幅方向一端側から他端側に亘って定められた間隔で配置されている。そして、キャリッジCRの5ヶ所の貫通穴Hには、後述する吐出手段20を構成する第1吐出部22及び第2吐出部24並びに後述する照射部30を構成する第1照射部32、第2照射部34A、34Bが嵌め込まれて固定されている。別言すれば、キャリッジCRには、吐出手段20及び照射部30が設けられている。そのため、キャリッジCRが台BDに対して相対的に往復移動をすると、吐出手段20及び照射部30は、台BDに対して相対的に往復移動するように構成されている。
キャリッジCRは、駆動源(図示省略)により駆動されて複数のガイドレール(図示省略)に沿って移動することで、装置幅方向に定められた範囲内を往復移動可能に構成されている。ここで、装置幅方向は、移動方向の一例である。また、キャリッジCRは、装置高さ方向の定められた範囲を往復移動するように構成されている。
また、キャリッジCRは、造形装置10が造形動作を行わない期間中、すなわち、造形動作の終了後から造形動作の開始前の期間中、制御部40に制御されるキャリッジCRの駆動源によりホームポジションに配置されるようになっている。ここで、ホームポジションとは、造形装置10における装置幅方向一端側の端かつ装置高さ方向下側の端とされる位置である。なお、キャリッジCRがホームポジションに配置されている状態では、キャリッジCRに設けられている吐出手段20及び照射部30は、台BDの上面から離間している。
[吐出手段]
吐出手段20は、図1及び図2に示されるように、第1吐出部22と、第2吐出部24と、を有している。後述する制御部40に制御される吐出手段20は、台BDに対しキャリッジCRとともに相対移動しながら、台BDに向けて、第1吐出部22に液滴Dを吐出させ、第2吐出部24に液滴Dを吐出させる機能を有する。ここで、第1吐出部22及び第2吐出部24は、複数の吐出部の一例である。
〔第1吐出部〕
第1吐出部22は、第1ヘッド22Aと、第2ヘッド22Bと、を備えている。第1ヘッド22Aは、モデル材で構成される液滴Dを吐出する機能を有する。また、第2ヘッド22Bは、サポート材で構成される液滴Dを吐出する機能を有する。本実施形態のモデル材及びサポート材は、光硬化性の樹脂(本実施形態では、一例として紫外線硬化性の樹脂)を含んで構成されている。本実施形態のモデル材及びサポート材で構成される液滴Dは、一例として6mJ/cmの光量(又は当該光量に相当する照度)の光が照射されると、光が照射されていない液滴Dに接触しても着弾位置から移動できない程度に硬化されるようになっている。そして、本実施形態のモデル材及びサポート材で構成される液滴Dは、一例として15mJ/cmの光量に相当する総光量の光が照射されると、層LRを構成する程度に硬化されるようになっている。
ここで、モデル材とは、造形装置10を用いて造形される造形物Mを構成する材料を意味する。また、サポート材とは、造形物Mを造形する工程において必要な場合にモデル材とともに立体物VMを構成するが、造形物Mを構成しない材料を意味する。なお、本実施形態では、造形装置10により立体物VMが形成されて造形装置10から立体物VMが取り外された後、サポート材は、作業者により立体物VMから取り除かれるようになっている。
第1ヘッド22Aと第2ヘッド22Bとは、それぞれが吐出する液滴Dの材料以外は、同等の構成とされている。第1ヘッド22A及び第2ヘッド22Bは、図2に示されるように、長尺とされている。そして、第1ヘッド22A及び第2ヘッド22Bは、装置幅方向の他方側から第1ヘッド22A、第2ヘッド22Bの順で配置されて、キャリッジCRにおける装置幅方向の他方側から2ヶ所目の貫通穴Hに嵌め込まれている。
第1ヘッド22Aは、図1に示されるように、台BDに対向する平面を有している。そして、第1ヘッド22Aの平面には、図2に示されるように、装置奥行き方向に沿って等間隔に並ぶ複数のノズルNが形成されている。複数のノズルNのピッチは、一例として200npi(1インチ当たりのノズル数が200個)に相当するピッチ(127μm)とされている。また、ノズルNの径は一例として50μmとされ、第1ヘッド22Aが吐出する液滴Dの滴量は100pl(ピコリットル)とされている。
第2ヘッド22Bは、前述のとおり、第1ヘッド22Aと互いに短手方向の側面を接触させているが、より具体的には、第2ヘッド22BのすべてのノズルNが、第1ヘッド22AのすべてのノズルNに対しそれぞれ装置幅方向に重なるように配置されている。
以上の構成により、第1吐出部22がキャリッジCRとともに装置幅方向に移動しながら台BDに向けて液滴Dを吐出すると、当該液滴Dは装置奥行き方向に離間した状態で着弾するようになっている(図5参照)。なお、第2ヘッド22Bは、後述する制御部40に制御されて、第1ヘッド22Aが吐出した液滴Dと装置幅方向にずらして重ならないように、液滴Dを吐出するようになっている。
〔第2吐出部〕
第2吐出部24は、第1ヘッド22Aと、第2ヘッド22Bと、を備えている。そして、第2吐出部24を構成する第1ヘッド22A及び第2ヘッド22Bは、第1吐出部22の場合と同様、それぞれ、モデル材で構成される液滴D及びサポート材で構成される液滴Dを吐出するように構成されている。
第2吐出部24を構成する第1ヘッド22A及び第2ヘッド22Bは、図2に示されるように、装置幅方向の他方側から第1ヘッド22A、第2ヘッド22Bの順で配置されて、キャリッジCRにおける装置幅方向の他方側から4ヶ所目の貫通穴Hに嵌め込まれている。すなわち、第1吐出部22と第24とは、キャリッジCRの移動方向に対して離れて、キャリッジCRに設けられている。
第2吐出部24を構成する第1ヘッド22A及び第2ヘッド22Bは、第1吐出部22の場合と同様、第2ヘッド22BのすべてのノズルNが、第1ヘッド22AのすべてのノズルNに対しそれぞれ装置幅方向に重なるように配置されている。
なお、第2吐出部24は、第1吐出部22に対し、装置奥行き方向に半ピッチ(すなわち63.5μm)ずれて配置されている。
以上の構成により、第2吐出部24は、キャリッジCRとともに装置幅方向に移動しながら、第1吐出部22により吐出された液滴D間に液滴Dを吐出するようになっている(図5参照)。なお、第2吐出部24の場合、第1吐出部22の場合と同様に、第2ヘッド22Bは、後述する制御部40に制御されて、第1ヘッド22Aが吐出した液滴Dと装置幅方向にずらして重ならないように、液滴Dを吐出するようになっている。このようにして、400dpi(1インチ当たりのドット数が400個)に相当するピッチ(63.5μm)の解像度で1層が形成されている。
[照射部]
照射部30は、台BDに対しキャリッジCRとともに装置幅方向に移動しながら、液滴Dに光(一例として紫外線)を照射して、液滴Dを硬化させる機能を有する。照射部30は、図1及び図2に示されるように、第1照射部32と、第2照射部34と、を備えている。
〔第1照射部〕
第1照射部32は、図2に示されるように、長尺とされている。そして、第1照射部32は、その長手方向を装置奥行き方向に沿わせた状態で、キャリッジCRにおける装置幅方向の他方側から3ヶ所目の貫通穴Hに嵌め込まれている。ここで、図2における第1照射部32内の破線で囲まれた領域は、第1照射部32における光の出射領域を示している。そして、装置幅方向における当該出射領域から第1吐出部22の第1ヘッド22Aの複数のノズルNまでの離間距離と、装置幅方向における当該出射領域から第2吐出部24の第2ヘッド22Bの複数のノズルNまでの離間距離とは、同等とされている。また、装置幅方向における当該出射領域から第1吐出部22の第2ヘッド22Bの複数のノズルNまでの離間距離と、装置幅方向における当該出射領域から第2吐出部24の第1ヘッド22Aの複数のノズルNまでの離間距離とは、同等とされている。別言すれば、本実施形態では、第1照射部32は、キャリッジCRにおける第1吐出部22と第2吐出部24との中央に配置されている。なお、本実施形態の第1照射部32は、15mJ/cmの光量の光を照射するように設定されている。
〔第2照射部〕
第2照射部34は、図2に示されるように、一対の第2照射部34A、34Bで構成されている。本実施形態の第2照射部34A、34Bは、第1照射部32と同等の構成とされている。一対の第2照射部34A、34Bは、それぞれ、その長手方向を装置奥行き方向に沿わせた状態で、キャリッジCRにおける装置幅方向の他方側から1ヶ所目、5ヶ所目の貫通穴Hに嵌め込まれている。別言すれば、一対の第2照射部34A、34Bは、第1吐出部22及び第2吐出部24を挟んで、キャリッジCRに設けられている。ここで、図2における第2照射部34A内の破線で囲まれた領域は、第2照射部34Aにおける光の出射領域を示している。そして、装置幅方向における当該出射領域から第1吐出部22の第1ヘッド22Aの複数のノズルNまでの離間距離は、装置幅方向における第1照射部32の出射領域から第1吐出部22の第2ヘッド22Bの複数のノズルNまでの離間距離と同等とされている。すなわち、装置幅方向において、第1吐出部22から第2照射部34Aまでの離間距離は、第1吐出部22から第1照射部32までの離間距離と同等とされている。また、装置幅方向において、第2吐出部24から第2照射部34Bまでの離間距離は、第2吐出部24から第1照射部32までの離間距離と同等とされている。なお、本実施形態の第2照射部34A、34Bは、15mJ/cmの光量の光を照射するように設定されている。すなわち、本実施形態では、照射部30を構成するすべての照射部から照射される光の光量が同等に設定されている。
[制御部]
制御部40は、造形装置10を構成する制御部40以外の各部を制御する機能を有する。具体的に、制御部40は、外部装置(図示省略)から受け取ったデータに応じて、制御部40以外の各部を制御するようになっている。以下、制御部40による吐出手段20の吐出制御、照射部30の照射制御及びキャリッジCRの移動制御の関係について説明する。なお、制御部40は、外部装置から上記データを受け取ると、上記データに含まれる立体物VMのデータを、立体物VMを高さ方向に垂直な断面で定められた厚みでスライスした各層LRを形成するための層データに変換するようになっている。そして、制御部40は、当該層データに応じて造形装置10を構成する制御部40以外の各部を制御するようになっている。
キャリッジCRが装置幅方向一端側から他端側(以下、正方向とする。また、図中の矢印Aは正方向を示す。)に移動する場合、第1吐出部22はキャリッジCRの移動方向の下流側の吐出部に相当し、第2吐出部24はキャリッジCRの移動方向の上流側の吐出部に相当する。そして、制御部40がキャリッジCRを正方向に移動させる場合、制御部40に制御される吐出手段20は、層データに応じて、第1吐出部22から台BDに向けて液滴D(第1液滴D1)を吐出させるようになっている。また、吐出手段20は、第1吐出部22に第1液滴D1を吐出させた後、第1液滴D1間に第2吐出部24により液滴D(第2液滴D2)を吐出させるようになっている。なお、キャリッジCRが正方向に移動する場合とは、制御部40がキャリッジCRの移動を開始(開始時の時間Tを0とする。)してからの時間Tが3t経過するまでの動作(図3〜図6における時間Tが0から3tまでの動作)に相当する。
ここで、図3において、キャリッジCRの場合、「正」はキャリッジCRが正方向に移動するように駆動されている状態、「逆」はキャリッジCRが逆方向に移動するように駆動されている状態を示している。また、第1吐出部22及び第2吐出部24の場合、「L」は第1吐出部22及び第2吐出部24が吐出動作を行っていない状態、「H」は第1吐出部22及び第2吐出部24が吐出動作を行っている又は行う準備をしている状態を示している。さらに、第1照射部32及び第2照射部34A、34Bの場合、「L」は光を照射していない状態、「H」は光を照射している状態を示している。なお、以上の点については、後述する図10及び図13の場合も同様である。
また、第1照射部32は、前述のとおり、キャリッジCRにおける第1吐出部22と第2吐出部24との間に設けられている。そして、制御部40に制御される第1照射部32は、第2吐出部24により第2液滴D2が吐出される前に第1吐出部22により吐出された第1液滴D1に光を照射して、第1液滴D1を硬化させるようになっている。
また、第2照射部34Bは、前述のとおり、キャリッジCRにおける装置幅方向一端側に設けられている。すなわち、キャリッジCRが正方向に移動する場合、第2照射部34BはキャリッジCRの移動方向の上流側の照射部に相当する。そして、制御部40がキャリッジCRを正方向に移動させる場合、制御部40に制御される第2照射部34Bは、第2吐出部24により吐出された第2液滴D2に光を照射して、第2液滴D2を硬化させるようになっている。
以上のとおり、制御部40は、上記各部を制御して、キャリッジCRを台BDに対して正方向に相対移動させながら、第1液滴D1及び第2液滴D2が硬化されて成る層LR(下側から奇数番目の層LRであり、例えば、図1及び図4の層LR1)を形成するようになっている。
また、キャリッジCRが装置幅方向他端側から一端側(以下、逆方向とする。また、図中の矢印Bは逆方向を示す。)に移動する場合、第2吐出部24はキャリッジCRの移動方向の下流側の吐出部に相当し、第1吐出部22はキャリッジCRの移動方向の上流側の吐出部に相当する。この場合、制御部40に制御される吐出手段20は、層データに応じて、第2吐出部24から液滴D(第1液滴D1)を吐出させた後、第1液滴D1間に第1吐出部22により液滴D(第2液滴D2)を吐出させるようになっている。そして、制御部40に制御される第1照射部32は、第1吐出部22により第2液滴D2が吐出される前に第2吐出部24により吐出された第1液滴D1に光を照射して、第1液滴D1を硬化させるようになっている。また、キャリッジCRにおける装置幅方向他端側に設けられている第2照射部34Aは、制御部40に制御されて、第1吐出部22により吐出された第2液滴D2に光を照射して、第2液滴D2を硬化させるようになっている。なお、キャリッジCRが逆方向に移動する場合とは、制御部40がキャリッジCRの逆方向への移動を開始(開始時の時間Tを0とする。)してからの時間Tが3t経過するまでの動作(図3〜図6における時間Tが3tから6tまでの動作)に相当する。
以上のとおり、制御部40は、上記各部を制御して、キャリッジCRを台BDに対して逆方向に相対移動させながら、第1液滴D1及び第2液滴D2が硬化されて成る層LR(下側から偶数番目の層LRであり、例えば、図1及び図4の層LR2)を形成するようになっている。
そして、本実施形態の造形装置10は、制御部40による上記各部の制御動作により各層LRを重ねて立体物VMを形成するようになっている。
なお、第1液滴D1は、吐出手段20を構成する第1吐出部22及び第2吐出部24のうち、台BDに対するキャリッジCRの移動方向の下流側の吐出部により吐出される液滴Dを意味し、第2液滴D2は当該移動方向の下流側の吐出部により吐出される液滴Dを意味する。
以上が、本実施形態の造形装置10の構成についての説明である。
<造形物の造形方法>
次に、本実施形態の造形装置10を用いた造形物Mの造形方法について図3〜図6を参照しつつ説明する。
[データの変換]
まず、制御部40が外部装置からのデータを受け取ると、制御部40は、上記データに含まれる立体物VMのデータを、各層LRを形成するための層データに変換する。
[1層目の形成]
次いで、制御部40は、駆動源によりホームポジションに配置されているキャリッジCRを正方向に移動させながら、第1吐出部22に第1液滴D1を吐出させる。次いで、制御部40は、キャリッジCRの正方向への移動に伴い、第1照射部32を用いて、第1液滴D1に光を照射させる。その結果、第1液滴D1は、光に照射されて硬化される。次いで、制御部40は、キャリッジCRの正方向への移動に伴い、第1液滴D1間に第2吐出部24により第2液滴D2を吐出させる。次いで、制御部40は、キャリッジCRの正方向への移動に伴い、第2照射部34Bを用いて、第2液滴D2に光を照射させる。その結果、第2液滴D2は、光に照射されて硬化される。また、第2照射部34Bが照射する光は、第1液滴D1にも照射される。そして、制御部40が、キャリッジCRを装置幅方向他端側の端まで移動させると、台BDには、第1液滴D1及び第2液滴D2が硬化されて成る層LR(図1及び図4の層LR1参照)が形成される。なお、制御部40は、キャリッジCRを装置幅方向他端側の端まで移動させた後、更に、キャリッジCRを装置高さ方向上側に層LRの厚み分移動させる。
[2層目以降の形成]
2層目以降の層LRの形成は、前述の1層目の層LRの形成の動作を、キャリッジCRの移動方向を反転させて繰り返し行う。そして、制御部40が層データに応じて制御部40以外の各部にすべての層LRを重ねて形成させると、制御部40は、キャリッジCRをホームポジションに移動させて、本実施形態の造形装置10を用いた立体物VMの形成動作が終了となる。なお、造形装置10を用いた立体物VMの造形動作の終了後、作業者により造形装置10から立体物VMが取り外された後、作業者により立体物VMから硬化したサポート材が取り除かれて、造形物Mが造形される。
以上が、本実施形態の造形物Mの造形方法についての説明である。
<作用>
次に、本実施形態の作用(第1及び第2の作用)について図面を参照しつつ説明する。
[第1の作用]
第1の作用については、本実施形態の造形装置10を以下に説明する第1比較形態の造形装置10Aと比較して説明する。以下の説明において、第1比較形態の造形装置10Aに本実施形態の造形装置10で用いた部品等と同じ部品等を用いる場合、その部品等の符号をそのまま用いて行う。
第1比較形態の造形装置10Aは、図7に示されるとおり、第1照射部32を備えていない。第1比較形態の造形装置10Aは、上記の点以外、本実施形態の造形装置10と同様の構成とされている。
また、第1比較形態の造形装置10Aを用いた造形物Mの造形方法(以下、第1比較形態の造形方法という。)は、以下のようにして行われる。すなわち、制御部40は、キャリッジCRを正方向に移動させながら、第1吐出部22に第1液滴D1を吐出させ、更に正方向下流側の第2照射部34Bにより第1液滴D1に光を照射して第1液滴D1を硬化させる(図8の時間Tが0から2.5tまでの動作を参照)。次いで、制御部40は、キャリッジCRを逆方向に移動させながら、第2吐出部24に第2液滴D2を吐出させ、更に逆方向下流側の第2照射部34Aにより第2液滴D2に光を照射して第2液滴D2を硬化させる(図8の時間Tが2.5tから5tまでの動作を参照)。以上のとおり、第1比較形態の造形装置10Aの場合、キャリッジCRが往復移動すると、第1液滴D1及び第2液滴D2が硬化されて成る400dpiに相当する解像度の層LRが1層形成される。別の見方をすれば、第1比較形態の造形装置10Aでは、台BDに対して往復移動するキャリッジCRの一方向(正方向又は逆方向の何れかの方向)の移動ごとに、第1液滴D1及び第2液滴D2が硬化されて成る層LRを1層形成することができない。第1比較形態の造形物Mの造形方法は、上記の点以外、本実施形態の造形物Mの造形方法と同様とされている。
これに対して、本実施形態の造形装置10は、前述のとおり、第1照射部32がキャリッジCRにおける第1吐出部22と第2吐出部24との間に設けられている(図1及び図2参照)。また、本実施形態の造形装置10は、キャリッジCRを正方向に移動させながら、第1吐出部22に第1液滴D1を吐出させて第1照射部32により第1液滴D1に光を照射した後、第1液滴D1間に第2吐出部24により第2液滴D2を吐出させる。そして、本実施形態の造形装置10は、その後に第2照射部34Bを用いて第2液滴D2に光を照射して第2液滴D2を硬化させる。
したがって、本実施形態の造形装置10によれば、台BDに対して往復移動するキャリッジCRの一方向の移動ごとに、第1液滴D1及び第2液滴D2が硬化されて成る層LRを1層形成することができる。別の見方をすれば、本実施形態の造形装置10(造形物Mの造形方法)によれば、キャリッジCRの一方向への移動に伴い第1液滴D1を吐出して硬化させ、他方向への移動に伴い第2液滴D2を吐出して硬化させる造形装置(方法)に比べて、同等の精度の立体物VMを形成しつつ、立体物VMの形成時間を短縮することができる。
なお、第1比較形態の造形装置10Aにおいて、それぞれ100npiのピッチでノズルNが配置された第1吐出部22と第2吐出部24を用いて、キャリッジCRを正方向に移動させながら、第1吐出部22に第1液滴D1を吐出させ、更に第2吐出部24にも第2液滴D2を吐出させ、第2照射部34Bにより第1液滴D1及び第2液滴D2に光を照射して硬化させる場合、台BDに対して往復移動するキャリッジCRの一方向(正方向又は逆方向の何れかの方向)の移動に伴い、第1液滴D1及び第2液滴D2が硬化されて成る層LRを1層形成することができない。これに対して、本実施形態の造形装置10(造形物Mの造形方法)によれば、同等の精度の立体物VMを形成しつつ、立体物VMの形成時間を短縮することができる。
また、第1比較形態の造形装置10Aにおいて、それぞれ200npiのピッチでノズルNが配置された第1吐出部22と第2吐出部24を用いて、キャリッジCRを正方向に移動させながら、第1吐出部22に第1液滴D1を吐出させ、更に第2吐出部24にも第2液滴D2を吐出させ、第2照射部34Bにより第1液滴D1及び第2液滴D2に光を照射して硬化させる場合、一方向への移動に伴い1層に相当する液滴Dが吐出される。しかしながら、第1照射部32がないため、第1液滴D1と第2液滴D2とが相互に移動して合体する等の現象が生じ、立体物VMの精度が低下してしまう。これに対して、本実施形態の造形装置10(造形物Mの造形方法)によれば、キャリッジCRの一方向への移動に伴い、第1液滴D1と第2液滴D2とが相互に移動して合体する等の現象を抑制しつつ層LRを形成することができる。
[第2の作用]
第2の作用については、本実施形態の造形装置10を以下に説明する第1比較形態の造形装置10Bと比較して説明する。以下の説明において、第2比較形態の造形装置(図示省略)に本実施形態の造形装置10で用いた部品等と同じ部品等を用いる場合、その部品等の符号をそのまま用いて行う。
第2比較形態の造形装置の第1照射部32は、キャリッジCRにおける第1吐出部22及び第2吐出部24のうち何れか一方に寄って配置されている。ただし、装置幅方向における第1吐出部22と第2吐出部24との離間距離は、本実施形態の場合と同様とされている。第2比較形態の造形装置は、上記の点以外、本実施形態の造形装置10と同様の構成とされている。また、第2比較形態の造形物Mの造形方法は、本実施形態の造形装置10に換えて第2比較形態の造形装置を用いて行う点以外、本実施形態の造形物Mの造形方法と同様とされている。なお、第2比較形態は、本発明の技術的範囲に属する。そして、第2比較形態は、前述の第1の作用を奏する。
第2比較形態の造形装置を用いて立体物VMを形成すると、第1照射部32から照射された光が液滴Dで反射して、第1吐出部22のノズルN及び第2吐出部24のノズルNに到達する虞がある。そして、第2比較形態の造形装置の場合、第1照射部32からの離間距離が短い吐出部のノズルNに到達する光の光量は、他方の吐出部のノズルNに到達する光の光量よりも多い。そのため、光量を多く受けたノズルNは詰りやすくなり、吐出部を頻繁に交換しなければならない虞がある。
これに対して、本実施形態の造形装置10の場合、第1照射部32は、キャリッジCRにおける第1吐出部22と第2吐出部24との中央に配置されている(図1及び図2参照)。
したがって、本実施形態の造形装置10によれば、第1照射部32が第1吐出部22及び第2吐出部24の何れか一方に寄って配置されている造形装置に比べて、第1照射部32から照射された後、第1吐出部22及び第2吐出部24に到達する反射光の光量を同等にすることができ、ノズルNの詰りに起因する吐出部の交換頻度は同程度になる。これに伴い、本実施形態の造形装置10は、上記造形装置に比べて、第1吐出部22及び第2吐出部24を第1照射部32からの光の影響を受けない位置であって、第1照射部32から最も近い位置に配置した場合、キャリッジCRの装置幅方向における吐出手段20及び第1照射部32の配置幅を狭くすることができる。すなわち、本実施形態の造形装置10は、キャリッジCRの小型化に伴い造形時間が短縮化され、また、キャリッジCRの小型化に伴い造形装置10自体が小型化される。
≪第2実施形態≫
次に、第2実施形態の造形装置10Bについて図9を参照しつつ説明する。以下の説明では、本実施形態の造形装置10Bの構成、本実施形態の造形装置10Bを用いた造形物Mの造形方法及び本実施形態の作用の順で説明する。なお、以下の説明において、本実施形態の造形装置10Bに第1実施形態の造形装置10で用いた部品等と同じ部品等を用いる場合、その部品等の符号をそのまま用いて行う。
<構成>
本実施形態の造形装置10Bの場合、第1照射部32は、一例として6mJ/cmの光量の光を照射するように設定されている。すなわち、本実施形態の造形装置10Bの第1照射部32は、第2照射部34A、34Bが照射する光よりも光量が少ない光を照射するようになっている。本実施形態の造形装置10Bは、上記の点以外、第1実施形態の造形装置10と同様の構成とされている。
<造形物の造形方法>
本実施形態の造形物Mの造形方法は、第1実施形態の造形装置10に換えて本実施形態の造形装置10Bを用いて行う点以外、第1実施形態の造形物Mの造形方法と同様とされている。すなわち、本実施形態の制御部40は、図3に示される第1実施形態のタイミングチャートに従い、各要素を制御する。
<作用>
第1実施形態の場合、第1照射部32は、15mJ/cmの光量の光を照射するように設定されている。そうすると、第1実施形態の場合、図6に示されるように、キャリッジCRを往復移動させて、層LRを2層重ねた時点(図6における時間Tが6tの時点)では、層LR1の第1液滴D1に総光量が60mJ/cmの光が照射され(時間Tが5tを過ぎると上部に2層目の液滴が形成されるため総光量は増えなくなる)、層LR1の第2液滴D2に総光量が30mJ/cmの光が照射される(時間Tが4tを過ぎると上部に2層目の液滴が形成されるため総光量は増えなくなる)。
これに対して、本実施形態の場合、第1照射部32は、6mJ/cmの光量の光を照射するように設定されている。そうすると、本実施形態の場合、図9に示されるように、キャリッジCRを往復移動させて、層LRを2層重ねた時点(図9における時間Tが6tの時点)では、層LR1の第1液滴D1に総光量が42mJ/cmの光が照射され、層LR1の第2液滴D2に総光量が30mJ/cmの光が照射される。
したがって、本実施形態の造形装置10Bによれば、第1照射部32及び第2照射部34A、34Bが同等の光量の光を照射する造形装置に比べて、層LRのうち硬化された第1液滴D1で構成される部分と、硬化された第2液滴D2で構成される部分とに照射された光の総光量の差を少なくすることができる。なお、同じ層LRを構成する2つの部分に照射された光の総光量の差が少ないほど、層LRは高精度に形成される。そのため、本実施形態の造形装置10Bによれば、第2照射部34A、34Bが常に同等の光量の光を照射する造形装置に比べて、高精度の立体物VMを形成することができるといえる。
また、本実施形態の造形装置10Bによれば、第1照射部32及び第2照射部34A、34Bが同等の光量の光を照射する造形装置に比べて、同等の精度の立体物VMを形成しつつ、第1照射部32の消費電力を低減することができる。本実施形態のその他の作用は、第1実施形態の場合と同様である。
なお、本実施形態の造形装置10Bの場合、前述のとおり、第1照射部32は、第2照射部34A、34Bが照射する光よりも光量が少ない光を照射するが、制御部40により、第1照射部32及び第2照射部34A、34Bが照射する光の光量を制御するようしてもよい。
≪第3実施形態≫
次に、第3実施形態の造形装置10Cについて図10〜図12を参照しつつ説明する。以下の説明では、本実施形態の造形装置10Cの構成及び本実施形態の造形装置10Cを用いた造形物Mの造形方法並びに本実施形態の作用の順で説明する。
<構成及び造形物の造形方法>
本実施形態の場合、制御部40は、キャリッジCRの移動方向下流側の第2照射部34に、キャリッジCRの当該移動に伴い、光を照射させないようになっている。具体的には、図10に示されるように、制御部40は、キャリッジCRの正(逆)方向への移動に伴い第2照射部34B(34A)に光を照射させず、かつ、キャリッジCRの逆(正)方向への移動に伴い第2照射部34A(34B)に光を照射させるようになっている。そのため、本実施形態の場合、キャリッジCRの正(逆)方向への移動に伴い第2吐出部24(第1吐出部22)が吐出した第2液滴D2は、キャリッジCRが反転して逆(正)方向に移動する工程で、第2照射部34B(34A)から照射される光により硬化されるようになっている。本実施形態の造形装置10Cは、上記の点以外、第1実施形態の造形装置10と同様の構成とされている。また、本実施形態の造形物Mの造形方法は、第1実施形態の造形装置10に換えて本実施形態の造形装置10Cを用いて行う点以外、第1実施形態の造形物Mの造形方法と同様とされている。
<作用>
本実施形態の作用は、第1実施形態の作用と同様である。なお、本実施形態の場合、層LRの第2液滴D2に照射される光の総光量は15mJ/cmであり、第1実施形態の場合(図6参照)及び第2実施形態の場合(図9参照)に比べて少ない。そのため、本実施形態は、特に、硬化し易い材料を含む液滴Dを用いる場合に有効とされる。
≪第4実施形態≫
次に、第4実施形態の造形装置10Dについて図13〜15を参照しつつ説明する。以下の説明では、本実施形態の造形装置10Dの構成及び本実施形態の造形装置10Dを用いた造形物Mの造形方法並びに本実施形態の作用の順で説明する。
<構成及び造形物の造形方法>
本実施形態の場合、制御部40は、キャリッジCRの移動方向上流側の第2照射部34に、キャリッジCRの当該移動に伴い、光を照射させないようになっている。具体的には、図13に示されるように、制御部40は、キャリッジCRの逆(正)方向への移動に伴い第2照射部34B(34A)に光を照射させないようになっている。そのため、本実施形態の場合、第1液滴D1及び第2液滴D2が硬化されて成る層LRには、キャリッジCRの逆(正)方向への移動に伴い移動方向下流側の第2照射部34B(34A)により光が照射されない。本実施形態の造形装置10Dは、上記の点以外、第1実施形態の造形装置10と同様の構成とされている。また、本実施形態の造形物Mの造形方法は、第1実施形態の造形装置10に換えて本実施形態の造形装置10Dを用いて行う点以外、第1実施形態の造形物Mの造形方法と同様とされている。
<作用>
本実施形態の作用は、第1及び第3実施形態の作用と同様である。
≪第5実施形態≫
次に、第5実施形態の造形装置10Eについて図16を参照しつつ説明する。以下の説明では、本実施形態の造形装置10Eの構成、本実施形態の造形装置10Eを用いた造形物Mの造形方法及び本実施形態の作用の順で説明する。
<構成及び造形物の造形方法>
本実施形態の造形装置10Eの場合、第1照射部32は、一例として6mJ/cmの光量の光を照射するように設定されている。また、第2照射部34A、34Bは、一例として、6mJ/cmの光量の光と30mJ/cmの光量の光とを切り替えて照射するように設定されている。具体的に、本実施形態の造形装置10Eの制御部40は、各部に層LRを形成させる場合、第1照射部32及び第2照射部34のうちキャリッジCRの移動方向上流側の照射部に、6mJ/cmの光量の光を照射させるようになっている。そして、制御部40は、各部に前記層LRを形成させた後当該層LRに別の層LRを重なる場合(すなわち、層LRを形成する場合の移動方向と逆方向にキャリッジCRを移動させる場合)、第2照射部34のうち逆方向の下流側の照射部に30mJ/cmの光量の光を照射させるようになっている。別言すれば、本実施形態の制御部40は、層LRを形成させた後当該層LRに別の層LRを重ねる場合、キャリッジCRの移動方向と逆方向への移動に伴って第2照射部34のうち逆方向の下流側の照射部に、別の層LRを重ねる前の層LRを形成するときに前記第1及び前記第2照射部により照射された光よりも光量が多い光を照射させるようになっている。すなわち、本実施形態の本意は、移動方向が正方向であるか逆方向であるかを問わず、移動方向の正逆が反転した直後の移動方向下流側の第2照射部34に、反転する直前の第2照射部34よりも光量が多い光を照射させる。以上のとおり、本実施形態の場合、キャリッジCRを正方向移動させると、第1液滴D1に照射される光の総光量が12mJ/cm、第2液滴D2に照射される光の総光量が6mJ/cmとされている。そして、本実施形態の場合、キャリッジCRを逆方向移動させると、層LRを構成する第1液滴D1に照射される光の総光量が48mJ/cm、第2液滴D2に照射される光の総光量が36mJ/cmとされている。すなわち、本実施形態の場合、キャリッジCRが往復移動をすると、第1液滴D1及び第2液滴D2には差が12mJ/cmの総光量の光が照射されて、層LRを構成するようになっている。別の見方をすれば、本実施形態の場合、複数回に分けて第2液滴D2に光を照射する、すなわち、第2液滴D2の硬化を複数回に分けて行っている。ただし、本実施形態の場合、キャリッジCRが往復移動した時点では、1層目の層LR1に2層目の層LR2が重ねられている。すなわち、本実施形態の場合も、台BDに対して往復移動するキャリッジCRの一方向の移動ごとに、第1液滴D1及び第2液滴D2が硬化されて成る層LRを1層形成することができるようになっている。本実施形態の造形装置10Eは、上記の点以外、第1実施形態の造形装置10と同様の構成とされている。また、本実施形態の造形物Mの造形方法は、第1実施形態の造形装置10に換えて本実施形態の造形装置10Eを用いて行う点以外、第1実施形態の造形物Mの造形方法と同様とされている。
<作用>
第1実施形態では、層LRを形成する場合に、第1液滴D1に照射される光の総光量は60mJ/cm、第2液滴D2に照射される光の総光量は30mJ/cmである(図6参照)。そのため、同じ層LRを構成する2つの部分(硬化された第1液滴D1で構成される部分と、硬化された第2液滴D2で構成される部分)に照射される光の総光量の差は、30mJ/cmである。
これに対して、本実施形態の造形装置10Eは、前述のように、制御部40により、第2照射部34により照射される光の光量が切り替えられるように構成されている。そのため、本実施形態では、層LRを形成する場合に、第1液滴D1に照射される光の総光量は48mJ/cm、第2液滴D2に照射される光の総光量は36mJ/cmであり、同じ層LRを構成する2つの部分に照射される光の総光量の差は12mJ/cmである。
したがって、本実施形態の造形装置10Eによれば、第2照射部34A、34Bが常に同等の光量の光を照射する造形装置に比べて、すなわち、層LRを形成させた後層LRに別の層LRを重ねる場合、キャリッジCRの移動方向と逆方向への移動に伴って、第2照射部34のうち逆方向の下流側の照射部に移動方向への移動に伴って照射させる光と同等の光量の光を照射させる造形装置に比べて、層LRのうち硬化された第1液滴D1で構成される部分と、硬化された第2液滴D2で構成される部分とに照射された光の総光量の差を少なくすることができる。そのため、本実施形態の造形装置10Eによれば、第2照射部34A、34Bが常に同等の光量の光を照射する造形装置に比べて、高精度の立体物VMを形成することができるといえる。本実施形態の作用は、第1実施形態の作用と同様である。
また、本実施形態の場合、前述のとおり、複数回に分けて第2液滴D2に光を照射するようになっている。そのため、本実施形態の造形装置10Eでは、第2照射部34A、34Bから照射される光の光量を弱くすることが可能となる。
以上のとおり、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能である。
例えば、第1実施形態では、台BDが造形装置10に固定されており、キャリッジCRが台BDに対して相対移動するとして説明した。しかしながら、台BDとキャリッジCRとが相対移動する構成であればよい。例えば、キャリッジCRが造形装置10の本体に固定されており、台BDがキャリッジCRに対して相対移動するように構成されていてもよい。また、キャリッジCRが造形装置10の本体に対して装置幅方向に往復移動するように構成されており、かつ、台BDが造形装置10の本体に対して装置高さ方向に相対移動するように構成されていてもよい。また、吐出手段20の長手方向よりも大きい立体物VMを形成する場合、台BDに対してキャリッジCRが装置奥行き方向に相対移動に構成してもよい。第2〜第5実施形態の場合も同様である。
また、各実施形態では、制御部40は、各照射部32、34A、34Bに、一例として6mJ/cm、15mJ/cm、30mJ/cmの光量の光を照射させるとして説明した。しかしながら、15mJ/cm、30mJ/cmの光量の光は、一例に過ぎず、各実施形態の条件を満たす光量であって、光が照射されていない液滴Dに接触しても着弾位置から移動できない程度に液滴Dが硬化される光量(6mJ/cm)よりも光量の高い光であればよい。なお、本実施形態の説明では、6mJ/cmの光の光量を、光が照射されていない液滴Dに接触しても着弾位置から移動できない程度に液滴Dが硬化される光量の一例とし、15mJ/cmの光の光量を、層LRを構成する程度に液滴Dが硬化される光量の一例とした。しかしながら、液滴Dを構成する材料、液滴Dの大きさ等により上記の2つの光量が異なることはいうまでもない。
また、各実施形態では、第1照射部32が照射する光の光量は、第2照射部34A、34Bが照射する光の光量と同等又は弱いとして説明した。しかしながら、移動部の一方向への移動に伴い第1液滴を吐出させて硬化させた後、一方向への移動に伴い第2液滴D2を吐出させる造形装置であれば、第1照射部32が照射する光の光量を、第2照射部34A、34Bが照射する光の光量よりも強くしてもよい。
また、各実施形態では、第1吐出部22及び第2吐出部24は、それぞれ第1ヘッド22A及び第2ヘッド22Bを有しており、第1ヘッド22Aからはモデル材で構成される液滴Dが吐出され、第2ヘッド22Bからはサポート材で構成される液滴Dが吐出されるとして説明した。しかしながら、前述のとおり、サポート材は、造形物Mを造形する工程において必要な場合にモデル材とともに立体物VMを構成するが、造形物Mを構成しない材料である。各実施形態の造形装置10、10B、10C、10D、10Eにおいて、第1吐出部22及び第2吐出部24を構成する第2ヘッド22Bは必須の構成ではない。
また、各実施形態の第1吐出部22及び第2吐出部24では、第1ヘッド22A及び第2ヘッド22Bが装置幅方向他端側から一端側に並んで配置されているとして説明した(図1及び図2参照)。しかしながら、この並び順は一例に過ぎず、例えば、図17(A)のように、各吐出部22、24において、第2ヘッド22Bが装置幅方向において第1照射部32側に配置されているようにしてもよい。また、例えば、図17(B)のように、各吐出部22、24において、第1ヘッド22Aが装置幅方向において第1照射部32側に配置されているようにしてもよい。そして、各実施形態の場合に比べて、第2照射部34A、34Bをそれぞれ第1吐出部22、第2吐出部24から長く離間させて配置してもよい。なお、上記の場合において、図17(A)及び(B)のような配置は、例えば、装置幅方向において第1照射部32側と反対側に配置されるヘッドから吐出される液滴Dが、第1照射部32側に配置されるヘッドから吐出される液滴Dに比べて、光に照射されると硬化し易い場合に有効である。
また、各実施形態の吐出手段20は、第1吐出部22と第2吐出部24とで構成されているとして説明した(図1及び図2参照)。そして、各吐出部22、24は、それぞれ第1ヘッド22A及び第2ヘッド22Bで構成されているとして説明した。しかしながら、図18に示されるように、第1吐出部22及び第2吐出部24を更に複数に分けて第1照射部32を挟んで装置幅方向の両側に配置してもよい。
また、各実施形態では、第1照射部32と第2照射部34Aとの間に1個の第1吐出部22を、第1照射部32と第2照射部34Bとの間に1個の第2吐出部24を、それぞれ配置した構成とした(図1及び図2参照)。また、前述の変形例(図18)では、第1照射部32と第2照射部34Aとの間に2個の第1吐出部22を、第1照射部32と第2照射部34Bとの間に2個の第2吐出部24を、それぞれ配置した構成とした。しかしながら、図19に示されるように、第1照射部32と第2照射部34Aとの間に配置される第1吐出部22の数と、第1照射部32と第2照射部34Bとの間に配置される第2吐出部24の数とを異ならせて配置してもよい。
また、各実施形態の造形装置10、10B、10C、10D、10Eは、吐出手段20として第1吐出部22と第2吐出部24とを有し、照射部30として、第1照射部32と、第2照射部34A、34Bとを有しているとし、装置幅方向他端側から一端側にかけて、第2照射部34A、第1吐出部22、第1照射部32、第2吐出部24、第2照射部34Bの順で並んでいるとして説明した(図1及び図2参照)。しかしながら、図20に示されるように、別の吐出部と、別の第1照射部32を設けて、装置幅方向他端側から一端側にかけて照射部、吐出部の順で並べられた形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。
また、本明細書では、実施形態を5つの実施形態(第1〜第5実施形態)に分けて説明した。さらに、前述のとおり、各実施形態の変形例として、図17(A)及び(B)、図18、図19並びに図20の形態についても説明した。そして、各実施形態及び各変形例の1つの形態に、他の各実施形態及び各実施例の要素を組み合せた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、第5実施形態の造形装置10Eにおいて、キャリッジCRの移動方向下流側の照射部による光の光量を6mJ/cmではなく第2実施形態のように15mJ/cmとしてもよい。
≪第6実施形態≫
次に、第6実施形態の造形装置10Fについて図21を参照しつつ説明する。以下の説明では、本実施形態の造形装置10Fの構成、本実施形態の造形装置10Fを用いた造形物Mの造形方法及び本実施形態の作用の順で説明する。
<構成及び造形物の造形方法>
図21に示すように、本実施形態の場合、第2照射部34A及び第2照射部34Bの照射光K2の光量は、第1照射部32の照射光K1の光量よりも大きい。また、第2照射部34Aと第1吐出部22との間隔D2及び第2照射部34Bと第2吐出部24との間隔D2は、第1照射部32と第1吐出部22との間隔D1及び第1照射部32と第2吐出部24との間隔D1よりも広い。なお、光量の単位はmW/cmであり、間隔D1及び間隔D2は各部材のX方向の中心間距離である。また、後述する距離W1及び距離W2も部材の中心間距離である。
なお、本実施形態の造形装置10Fは、上記の点以外、第1実施形態の造形装置10と同様の構成である。また、本実施形態の立体物VM及び造形物Mの造形方法は、第1実施形態の立体物VM及び造形物Mの造形方法と同様である。
<作用>
図21に示す本実施形態の造形装置10Fでは、光量が大きい第2照射部34A及び第2照射部34Bと第1吐出部22との間隔D1及び第2吐出部24との間隔D1を後述する等間隔の比較形態の間隔D3(図23)よりも広げ、光量が小さい第1照射部32と第1吐出部22との間隔D2及び第2吐出部24との間隔D2を間隔D3(図23)よりも狭くしている。なお、間隔D1及び間隔D2は、後述する迷光の光量が許容値G以下となる間隔である。また、第2照射部34Aと第2照射部34Bとの移動方向の距離が距離W1である。
ここで、図23に示す比較形態の造形装置11について説明する。
比較形態の造形装置11は、第2照射部34A、第2照射部34B及び第1照射部32の照射光K3の光量が同じで、第2照射部34A、第2照射部34B及び第1照射部32と第1吐出部22及び第2吐出部24との間隔D3(中心間距離)が等間隔である。なお、間隔D3は、後述する迷光の光量が許容値G以下となる間隔である。また、第2照射部34Aと第2照射部34Bとの移動方向の距離が距離W2である。
次に、図22に示すグラフについて説明する。
図22のグラフは、図26に示す吐出部320(第1吐出部2及び第2吐出部24に相当)が受ける迷光KEの光量と、照射部330(第1照射部32、第2照射部34A、34Bに相当)の照射光KDの光量と、吐出部320と照射部330とのDD間隔と、の関係を説明するグラフである。また、照射部330の照射光の光量は、KD1、KD2、KD3の三水準とされ、光量KD1の二倍の光量が光量KD2であり、光量KD1の三倍の光量が光量KD3である。また、許容される迷光の光量は許容値Gであり、間隔DD1、DD2、DD3は、それぞれ迷光の光量が許容値G以下となる吐出部320と照射部330との間隔である。なお、「許容される迷光の光量は許容値G」とは、ノズルNの詰まりの発生が許容できる光量の許容値(基準値)である。
この図22のグラフから吐出部320と照射部330との間隔が広いほど、迷光KEの光量が大きく減衰することが判る(近似的には二乗に反比例)。よって、許容される許容値Gの光量では、照射部330の光量KDの下げ幅率以上に、吐出部320と照射部330との間隔DDを狭くすることができる。例えば、照射部330の照射光KDの光量KD2を半分の光量KD1にすると、許容値Gとなる間隔は間隔DD2から半分以下の間隔DD1に近づけることができる。
よって、本実施形態の造形装置10Fの第1照射部32及び第2照射部34A、34Bの合計照射量(K1+K2×2)と、比較形態の造形装置11の第1照射部32及び第2照射部34A、34Bの合計照射量(K3×3)と、が同じとした場合、迷光の光量の許容値G以下となる第1照射部32及び第2照射部34A、34Bと、第1吐出部22及び第2吐出部24と、の間隔の合計は、本実施形態は[D1×2+D2×2]であり、比較形態の[D3×4]よりも狭くすることができる条件が存在する。つまり、本実施形態における第2照射部34Aと第2照射部34Bとの移動方向の距離W1を比較形態における第2照射部34Aと第2照射部34Bとの移動方向の距離W2よりも短くできる。よって、キャリッジCRの移動距離が短くなくなるので、造形物M(立体物VM)の造形時間を短くすることができる。
≪第7実施形態≫
次に、第7実施形態の造形装置10Gについて図24を参照しつつ説明する。以下の説明では、本実施形態の造形装置10Gの構成、本実施形態の造形装置10Gを用いた造形物Mの造形方法及び本実施形態の作用の順で説明する。
<構成及び造形物の造形方法>
図24に示すように、本実施形態の場合、第6実施形態の間隔が広い第2照射部34Bと第2吐出部24と間に平坦化ロール装置100が設けられている。
平坦化ロール装置100は、装置本体110と矢印R方向に回転する平坦化ロール120とを有している。装置本体110には、平坦化ロール120を矢印R方向に回転させる回転機構、平坦化ロール120を昇降させる昇降機構及び平坦化ロール120の外周面に付着したモデル材又はサポート材を除去するブレード及びこのブレードで除去したモデル材又はサポート材を回収する回収機構などが設けられている。なお、回転機構及び昇降機構は、制御部40で制御される。
本実施形態の平坦化ロール120は、直径が20mmのSUS製で、回転数は1〜10rpmに制御されている。そして、B方向(+X方向)への走査時においては、平坦化ロール120は、立体物VMの造形面の過剰なインクを掻き取って立体物VMを平坦化する。よって、平坦化ロール120は、制御部40によって、立体物VMの造形面に対して、20μmの隙間を持つように制御されている。しかし、A方向(−X方向)への走査時においては、平坦化ロール120は、制御部40によって、立体物VMに接触しないように、立体物VMとの隙間を拡げるように制御されている。
なお、本実施形態の造形装置10Gは、上記の点以外、第6実施形態の造形装置10Eと同様の構成である。また、本実施形態の造形物M(立体物VM)の造形方法は、平坦化ロール120による立体物VMの平坦化以外は、第6実施形態の造形物M(立体物VM)の造形方法と同様である。
<作用>
第6実施形態と同様に、本実施形態における第2照射部34Aと第2照射部34Bとの移動方向の距離W1を短くできる。よって、キャリッジCRの移動距離が短くなるので、造形物(立体物VM)の造形時間を短くすることができる。
また、間隔が広い第2照射部34Bと第2吐出部24と間に、平坦化ロール120(平坦化ロール装置100)を設けることで、第2照射部34Aと第2照射部34Bとの移動方向の距離W1を狭くしつつ(造形物M(立体物VM)の造形時間を短くしつつ)、造形精度を向上させることができる。
なお、平坦化ローラ100は、第1吐出部22及び第2吐出部24への迷光を遮光する。
<第6実施形態及び第7実施形態の変形例>
次に、第6実施形態及び第7実施形態の変形例について説明する。
第6実施形態及び第7実施形態では、図21及び図24に示すように、第2照射部34A及び第2照射部34Bの照射光K2の光量は、第1照射部32の照射光K1の光量よりも大きく、第2照射部34Aと第1吐出部22との間隔D2及び第2照射部34Bと第2吐出部24との間隔D2は、第1照射部32と第1吐出部22との間隔D1及び第1照射部32と第2吐出部24との間隔D1よりも広い構成であった。
しかし、第2照射部34A及び第2照射部34Bの照射光K2の光量が第1照射部32の照射光K1の光量よりも小さく、第2照射部34Aと第1吐出部22との間隔D2及び第2照射部34Bと第2吐出部24との間隔D2が、第1照射部32と第1吐出部22との間隔D1及び第1照射部32と第2吐出部24との間隔D1よりも狭い構成であってもよい。
<比較形態と実施例>
次に、比較形態の造形装置11と同様の構造(吐出部と照明部とが等間隔の構造)の比較例1の造形装置及び比較例2の造形装置と、本実施形態の造形装置10Fと同様の構造の実施例の造形装置と、で造形物M(立体物VM)の造形速度について検証を行った結果について説明する。
[比較例1]
第1照射部32及び第2照射部34A、34Bは、メタルハライドランプSubZero055-A(Integration Technology社製)で、常時点灯で出力は約100W/cmである。
また、立体物VMの造形面での照度は、それぞれ約500mW/cmで、照射幅は20mmである。
台BDの移動方向の距離は150mmで、吐出部22、24と台BDとの相対走査速度200mm/sで、A方向及びB方向に往復移動して造形した。
モデル材及びサポート材の組成は、Ex−UVインクSP2ブラック(カチオン重合系)である。また、モデル材及びサポート材の硬化エネルギーの照度依存性は殆ど無い。なお、照度依存性は、ワイヤーバーで25μm厚に塗布して照射後、マルテンス硬度計で測定した。また、飽和硬度の90%の硬度となる光量を硬化エネルギーと定義した。
第1吐出部22及び第2吐出部24と、第1照射部32及び第2照射部34A、34Bとの間隔(図23の間隔D3に相当)は、等間隔(250mm)に設定した。
連続して層造形動作を行うと立体物VMにスジが増加したので、50層造形毎に第1吐出部22及び第2吐出部24のクリーニングを行った。第1吐出部22及び第2吐出部24と、第1照射部32及び第2照射部34A、34Bとの間隔が150mm以下では、第1吐出部22及び第2吐出部24をクリーニングしても顕著にスジが増加し、これ以下での間隔の造形は困難であった。
そして、比較例1における両外側の第2照射部34Aと第2照射部34Bとの幅(図23の距離W2に相当)は1100mmで、1層の造形時間は6.3sだった。
[比較例2]
第1照射部32の造形面での照度が200mW/cmで、第2照射部34A、34Bの造形面での照度が800mW/cmであるこれ以外の条件は比較例1と同じである。
比較例1と同じ50層造形毎に第1吐出部22及び第2吐出部24のクリーニングを粉なったがスジが顕著だったため、40層造形ごとにクリーニング間隔を短縮する必要があった。
比較例2における両外側の第2照射部34Aと第2照射部34Bと幅(図23の距離W2に相当)は1100mmで、1層の造形時間は6.3sだった。
[実施例1]
第1照射部32の造形面での照度が200mW/cmで、第2照射部34A、34Bの造形面での照度が800mW/cmである。
第1吐出部22及び第2吐出部24と第1照射部32との間隔(図21の間隔D1に相当)を165mmとし、第1吐出部22及び第2吐出部24と第2照射部34A、34Bとの間隔(図21の間隔D2に相当)を305mmに設定した。これら以外の条件は比較例1と同じである。
50層造形毎の第1吐出部22及び第2吐出部24のクリーニングでスジの発生に関しては問題ないレベルであった。両外側の第2照射部34Aと第2照射部34Bと間の距離(図21のW1に相当)は1040mmで、1層の造形時間は5.9sであった。
このように実施例1の第2照射部34Aと第2照射部34Bと間の距離は1040mmであり、比較例1、2の距離1100mmよりも短くなった。また、実施例の1層の造形時間は5.9sであり、比較例1、2の1層の造形時間6.3sよりも短縮した。
≪モデル材及びサポート材のバリエーション≫
次に、モデル材及びサポート材のバリエーションについて説明する。なお、本バリエーションのモデル材及びサポート材は、ここまで説明した第一実施形態〜第七実施形態の造形装置のいずれの装置にも用いることができる。
バリエーションのモデル材及びサポート材は、図25に示すように、低照度ほど硬化感度が低い性質を有する光硬化性樹脂を用いている。なお、図25の縦軸は積算照射量であり、横軸は照度である。また、「○」は未硬化を示し、「△」は半硬化を示し、「□」は硬化を示している。グラフの線Q1は半硬化○と未硬化△との境界であり、この線Q1が光硬化性樹脂の硬化感度を示している。なお、線Q2は硬化感度の照度依存性が殆ど無い光硬化樹脂の比較形態を示している。
この図25のグラフの線Q1に示すような低照度ほど硬化感度が低くなる性質を有する光硬化性樹脂を含む本バリエーションのモデル材及びサポート材を使用すると、線Q2に示すような硬化感度が照度依存性を持たない光硬化性樹脂を含む比較形態のモデル材及びサポート材よりも、図22及び図26に示す迷光KE(図26参照)の光量の許容値G(図22参照)以下となる吐出部320と照射部330との間隔DD(図26参照)を狭くすることができる。つまり、第1照射部32及び第2照射部34A、34Bと第1吐出部22及び第2吐出部24(図1や図21等を参照)との間隔を狭くすることができる。よって、第2照射部34Aと第2照射部34Bとの移動方向の距離を短くできる。そして、キャリッジCRの移動距離が短くなくなるので、造形物M(立体物VM)の造形時間を短くすることができる。
実施例2
光硬化性樹脂として、以下の組成を用いた。
・ウレタンアクリレートオリゴマー: 44.7質量部
(「U−200PA」新中村化学工業(株)製)
・ウレタンアクリレートオリゴマー: 49.5質量部
(「UA−4200」新中村化学工業(株)製)
・重合禁止剤: 0.5質量部
(MEHQ(ヒドロキノンモノメチルエーテル))
・重合開始剤: 2.0質量部
(LUCIRIN TPO」BASF社製、2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−フォスフィンオキサイド)
・重合開始剤: 2.0質量部
(Irgacure 819」BASF社製、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド)
・重合開始剤: 0.5質量部
(Irgacure 379」BASF社製、2−ジメチルアミノ−2−(4−メチルベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イル−フェニル)−ブタン−1−オン)
・増感剤: 0.5質量部
(ITX(2−イソプロピルチオキサントン))
・シアン顔料: 0.1質量部
(「No15.FAINAL BLUE」大同化成製)
・界面活性剤: 0.2質量部
(「TEGO Wet 270」エボニックデグサジャパン株式会社、ポリエーテル変性シロキサンコポリマ−)
この光硬化性樹脂の粘度を、コーンプレート式粘度計TV-25(東機産業社製)を用いて測定した結果、25℃において160mPa・sであった。
硬化エネルギーは、照度100mW/cm2において、110mJ/cm2であった。一方、その1/10の照度10mW/cm2における硬化エネルギーは450mJ/cm2であり、約2倍必要であった。すなわち、この光硬化性樹脂は比較例1、2の光硬化性樹脂よりも低照度で硬化しにくい特性を有していた。
第1吐出部22及び第2吐出部24と第1照射部32との間隔(図21の間隔D1に相当)を115mmとし、第1吐出部22及び第2吐出部24と第2照射部34A、34Bとの間隔(図21の間隔D2に相当)を215mmに設定した。これら以外の条件は比較例2と同じである。
50層造形毎の第1吐出部22及び第2吐出部24のクリーニングでスジの発生に関しては問題ないレベルであった。両外側の第2照射部34Aと第2照射部34Bと間の距離(図21のW1に相当)は765mmで、比較例1、2の距離1100mmよりも短くなった。また、1層の造形時間は4.6sであり、比較例1、2の1層の造形時間6.3sよりも短縮した。
[実施例3]
光硬化性樹脂として、以下の組成を用いた。
・ウレタンアクリレートオリゴマー: 44.7質量部
(「U−200PA」新中村化学工業(株)製)
・ウレタンアクリレートオリゴマー: 49.5質量部
(「UA−4200」新中村化学工業(株)製)
・重合禁止剤: 0.5質量部
(MEHQ(ヒドロキノンモノメチルエーテル))
・重合開始剤: 2.0質量部
(LUCIRIN TPO」BASF社製、2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−フォスフィンオキサイド)
・重合開始剤: 2.0質量部
(Irgacure 819」BASF社製、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド)
・重合開始剤: 0.5質量部
(Irgacure 379」BASF社製、2−ジメチルアミノ−2−(4−メチルベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イル−フェニル)−ブタン−1−オン)
・増感剤: 0.5質量部
(ITX(2−イソプロピルチオキサントン))
・シアン顔料: 0.1質量部
(「No15.FAINAL BLUE」大同化成製)
・界面活性剤: 0.2質量部
(「TEGO Wet 270」エボニックデグサジャパン株式会社、ポリエーテル変性シロキサンコポリマ−)
この光硬化性樹脂の粘度を、コーンプレート式粘度計TV-25(東機産業社製)を用いて測定した結果、25℃において100mPa・sであった。
この光硬化性樹脂の硬化エネルギーは、照度100mW/cm2において、95mJ/cm2であった。一方、その1/10の照度10mW/cm2における硬化エネルギーは530mJ/cm2であり、約5.6倍必要であった。すなわち、この光硬化性樹脂は比較例1、2の光硬化性樹脂よりも低照度で硬化しにくい特性を有していた。
第1吐出部22及び第2吐出部24と第1照射部32との間隔(図21の間隔D1に相当)を70mmとし、第1吐出部22及び第2吐出部24と第2照射部34A、34Bとの間隔(図21の間隔D2に相当)を130mmに設定した。これら以外の条件は比較例2と同じである。
50層造形毎の第1吐出部22及び第2吐出部24のクリーニングでスジの発生に関しては問題ないレベルであった。両外側の第2照射部34Aと第2照射部34Bと間の距離(図21のW1に相当)は500mmで、比較例1、2の距離1100mmよりも短くなった。1層の造形時間は3.2sであり、比較例1、2の1層の造形時間6.3sよりも短縮し、実施例2よりも顕著に短縮した。
[実施例4]
光硬化性樹脂として、以下の組成を用いた。
・ウレタンアクリレートオリゴマー: 14.6質量部
(「U−200PA」新中村化学工業(株)製)
・ウレタンアクリレートオリゴマー: 15.2質量部
(「UA−4200」新中村化学工業(株)製)
・アクリレートモノマー: 30.1質量部
(「VEEA−AI」(株)日本触媒製、2−(2−ビニロキシエトキシ)エチルアクリレート)
・アクリレートモノマー: 34.3質量部
(「IBXA」大阪有機化学工業(株)製、イソボルニルアクリレート)
・重合禁止剤: 0.5質量部
(MEHQ(ヒドロキノンモノメチルエーテル))
・重合開始剤: 2.0質量部
(LUCIRIN TPO」BASF社製、2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−フォスフィンオキサイド)
・重合開始剤: 2.0質量部
(Irgacure 819」BASF社製、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド)
・重合開始剤: 0.5質量部
(Irgacure 379」BASF社製、2−ジメチルアミノ−2−(4−メチルベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イル−フェニル)−ブタン−1−オン)
・増感剤: 0.5質量部
(ITX(2−イソプロピルチオキサントン))
・シアン顔料: 0.1質量部
(「No15.FAINAL BLUE」大同化成製)
・界面活性剤: 0.2質量部
(「TEGO Wet 270」エボニックデグサジャパン株式会社、ポリエーテル変性シロキサンコポリマ−)
この光硬化性樹脂の粘度を、コーンプレート式粘度計TV-25(東機産業社製)を用いて測定した結果、25℃において40mPa・sであった。
この光硬化性樹脂の硬化エネルギーは、照度100mW/cm2において、85mJ/cm2であった。一方、その1/10の照度10mW/cm2における硬化エネルギーは750mJ/cm2であり、約7.9倍必要であった。すなわち、この光硬化性樹脂は比較例1、2の光硬化性樹脂よりも低照度で硬化しにくい特性を有していた。
第1吐出部22及び第2吐出部24と第1照射部32との間隔(図21の間隔D1に相当)を60mmとし、第1吐出部22及び第2吐出部24と第2照射部34A、34Bとの間隔(図21の間隔D2に相当)を110mmに設定した。これら以外の条件は比較例2と同じである。
50層造形毎の第1吐出部22及び第2吐出部24のクリーニングでスジの発生に関しては問題ないレベルであった。両外側の第2照射部34Aと第2照射部34Bと間の距離(図21のW1に相当)は440mmで、比較例1、2の距離1100mmよりも短くなった。1層の造形時間は2.9sであり、比較例1、2の1層の造形時間6.3sよりも短縮し、実施例2よりも顕著に短縮した。
実施例3、4に示されるように、光硬化性のラジカル重合性樹脂は、25℃(常温)における粘度が、100mPa・sよりも小さいと、低照度での感度低下がより顕著となる。よって、25℃における粘度が100mPa・s以下の光硬化性のラジカル重合性樹脂を用いることが望ましい。
10 造形装置
10B 造形装置
10C 造形装置
10D 造形装置
10E 造形装置
10F 造形装置
10G 造形装置
20 吐出手段
22 第1吐出部(吐出部の一例)
24 第2吐出部(吐出部の一例)
32 第1照射部
34A 第2照射部
34B 第2照射部
40 制御部
120 平坦化ロール
BD 台
CR キャリッジ(移動部の一例)
D 液滴
D1 第1液滴
D2 第2液滴
LR 層
LR1 層(1層目の層)
LR2 層(2層目の層)
M 造形物
VM 立体物

Claims (12)

  1. 台と、
    前記台に対し相対的に往復移動する移動部と、
    前記移動部の前記台に対する移動方向に離れて該移動部に設けられた複数の吐出部を有し、前記台に対し相対移動しながら移動方向の下流側の吐出部から前記台に向けて第1液滴を吐出させた後、上流側の吐出部から前記第1液滴間に第2液滴を吐出させる吐出手段と、
    前記移動部における前記複数の吐出部間に設けられ、前記第2液滴が吐出される前に前記第1液滴に光を照射して前記第1液滴を硬化させる第1照射部と、
    前記複数の吐出部を前記移動方向に挟んで前記移動部に一対設けられ、前記第1及び第2液滴に光を照射して前記第1及び第2液滴を硬化させる第2照射部と、
    前記移動部、前記吐出手段及び前記第2照射部を制御して、前記移動部を前記台に対して相対移動させながら、前記第1及び第2液滴が硬化されて成る層を重ねて立体物を形成させる制御部と、
    を備えた造形装置。
  2. 前記制御部は、前記層を形成させる場合、前記移動部の前記移動方向への移動に伴って前記第2照射部のうち前記移動方向の上流側の照射部に光を照射させる、
    請求項1記載の造形装置。
  3. 前記第1照射部は、前記第2照射部が照射する光よりも光量が少ない光を照射する、
    請求項1又は2記載の造形装置。
  4. 前記制御部は、前記層を形成させた後前記層に別の層を重ねる場合、前記移動部の前記移動方向と逆方向への移動に伴って前記第2照射部のうち前記逆方向の下流側の照射部に光を照射させる、
    請求項1又は2記載の造形装置。
  5. 前記制御部は、前記層を形成させた後前記層に別の層を重ねる場合、前記移動部の前記移動方向と逆方向への移動に伴って、前記第2照射部のうち前記逆方向の下流側の照射部に、前記移動部の前記移動方向への移動に伴って照射させる光よりも光量の多い光を照射させる、
    請求項4記載の造形装置。
  6. 前記第1照射部は、前記複数の吐出部の中央に配置されている、
    請求項1〜5の何れか1項記載の造形装置。
  7. 台に対して相対的に往復移動する移動部の移動方向に離れて該移動部に設けられた複数の吐出部を有する吐出手段を用いて、前記台に対し相対移動しながら移動方向の下流側の前記吐出部から前記台に向けて第1液滴を吐出させる第1工程と、
    前記移動部の前記移動方向への移動に伴って、光を照射する照射部により前記第1液滴に光を照射させて前記第1液滴を硬化させる第2工程と、
    前記移動部の前記移動方向への移動に伴って、前記移動方向の上流側の前記吐出部から前記第1液滴間に第2液滴を吐出させる第3工程と、
    光を照射する照射部により前記第2液滴に光を照射させて前記第2液滴を硬化させる第4工程と、
    を含む工程群を前記移動方向に反転させて繰り返し行い、前記移動部、前記吐出手段及び前記照射部により前記第1及び第2液滴が硬化されて成る層を重ねて立体物を形成させる、
    造形物の造形方法。
  8. 前記第1照射部と前記第2照射部とは光量が異なり、
    前記吐出手段は、前記第1照射部及び前記第2照射部のうち光量が小さい方との間隔が狭くなるように配置されている請求項1、請求項2及び請求項4のいずれか1項に記載の造形装置。
  9. 前記第2照射部は前記第1照射部よりも光量が大きく、
    前記吐出手段は、前記第1照射部との間隔が前記第2照射部との間隔よりも狭くなるように配置されている請求項8に記載の造形装置。
  10. 前記第1照射部及び前記第2照射部のうち光量が大きい方と前記吐出手段との間に、着弾した前記第1液滴又は前記第2液滴を平坦化する平坦化手段が設けられている請求項8又は請求項9に記載の造形装置。
  11. 前記第1及び前記第2液滴を構成する光硬化樹脂は、低照度になるほど硬化感度が低いくなる性質を有する請求項1〜請求項6、請求項8〜請求項10のいずれか1項に記載の造形装置。
  12. 前記光硬化樹脂は、25℃における粘度が100mPa・Sよりも小さいラジカル重合性樹脂である請求項11に記載の造形装置。
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