JP2017071154A - 立体物の製造方法及び造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内部に空洞を有する立体物をより適切に造形する。
【解決手段】立体物５０の造形に用いる材料で形成された層である材料層を複数層積層することで内部に空洞５６を有する立体物５０を造形する立体物の製造方法であって、材料の液滴をインクジェット方式で吐出ヘッドから吐出することにより、空洞の少なくとも一部の周囲を構成する材料層である空洞部材料層を形成する空洞部材料層形成段階と、複数空洞部材料層の間に少なくとも一部が挟んで配設される挟設部材である蓋部材６０を空洞部材料層上に設置する挟設部材設置段階と、空洞部材料の液滴をインクジェット方式で吐出ヘッドから蓋部材６０の少なくとも一部の上へ吐出することにより、蓋部材６０上に更に材料層を形成する挟設部材上材料層形成段階とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、立体物の製造方法及び造形装置に関する。

従来、インクジェット方式で印刷を行うインクジェットプリンタが広く用いられている（例えば、非特許文献１参照。）。また、近年、立体物を造形する造形装置（３Ｄプリンタ）の構成として、インクジェットヘッドを用いて行う方法（インクジェット造形法）が検討されている。この場合、例えば、インクジェットヘッドにより形成するインクの層を複数層重ねることにより、積層造形法で立体物を造形する。

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また、近年、造形装置の用途の広がり等により、より大型の立体物等の造形等が望まれる場合もある。しかし、大型の立体物を造形する場合、造形容積が大きくなるため、立体物を構成するために必要な造形に使用する材料（造形材、カラーインク、サポート材等）の量が増えることになる。また、その結果、造形物の重量増大が問題になる場合がある。また、例えば、造形時において、材料の補充を頻繁に行うことが必要になり、造形の作業に要する手間が増大するおそれもある。また、必要な材料の量の増加により、造形のコストが上昇することも考えられる。そのため、従来、より適切な方法で立体物を造形することが望まれていた。そこで、本発明は、上記の課題を解決できる立体物の製造方法及び造形装置を提供することを目的とする。

造形される立体物において、外部から視認されない内部の領域は、通常、必ずしも必要な領域ではない。そのため、本願の発明者は、無駄な部分になる内部の領域を形成せずに表層の部分だけを形成することを考えた。このように構成すれば、例えば、材料の使用量を低減し、立体物の重量を軽量化することができる。また、材料の補充の手間等を減らし、造形の作業に要する手間を減らすこともできる。更には、材料の使用量を低減することにより、造形のコストを抑えるとともに、資源の節減と、造形物を廃棄する場合の廃棄物の減少をも達成できる。

しかし、本願の発明者は、更なる鋭意研究により、単に立体物の内部を空洞にするのみでは、適切に立体物を造形できない場合があることを見出した。より具体的に、立体物の内部に空洞を形成する方法としては、例えば、造形後に除去が可能なサポート層の材料等を用い、立体物の内部の領域にサポート層を形成する方法等が考えられる。しかし、この場合、造形の完了後にサポート層の材料を抜き取るための穴等を形成しておくことが必要になる。また、穴を形成したとしても、サポート層の材料の抜き取りには多くの時間がかかるおそれがある。また、この場合、立体物を構成する材料の使用量を低減したとしても、その分、サポート層の材料の使用量が増えることになる。また、その結果、十分にコストを低減できないことになる。

また、立体物の内部にサポート層等を形成しない場合、空洞の開口部を塞いだ状態で立体物を形成しようとすると必ずオーバーハング部分の造形が必要となる。そのため、この場合も、内部に空洞を有する立体物を適切に造形することは不可能である。

これに対し、本願の発明者は、更なる鋭意研究により、造形の途中において、オーバーハングの無い空洞内壁を積層造形し、空洞上面が造形物の表層の外郭部分に達しない部分まで積層した位置に空洞の開口部を覆う蓋状の部材等を設置し、その上に更に同様に造形を行うことを考えた。このように構成すれば、例えば、必要に応じて、空洞の開口部を塞ぐように造形材料を積層し、立体物を造形することができる。また、開口部を完全には塞がない場合にも、より適切な状態で立体物を造形することができる。そして、この場合、立体物の内部の空洞の内壁にオーバーハング部分が無いので、サポート層等を形成する必要もない。そのため、このように構成すれば、例えば、内部に空洞を有する立体物をより適切に造形することができる。結果として、造形物の外形形状は、複数の蓋状の部材の外形形状を骨格として形成され、インクジェットヘッドから吐出される材料によって、その外形形状が補間されることになる。

また、造形材量の使用量を減らすこと等は、大型の立体物の造形時に限らず、小型の立体物を造形する場合にも、同様に望まれる。また、より一般化して考えた場合、上記の蓋状の部材としては、造形材料の層間に挟まれる様々な部材を用いることも考えられる。すなわち、上記の課題を解決するために、本発明は、以下の構成を有する。

（構成１）立体物の造形に用いる材料で形成された層である材料層を複数層積層することで内部に空洞を有する立体物を造形する立体物の製造方法であって、空洞の周囲の少なくとも一部を構成する材料である空洞部材料の液滴をインクジェット方式で吐出ヘッドから吐出することにより、空洞の少なくとも一部の周囲を構成する材料層である空洞部材料層を形成する空洞部材料層形成段階と、複数の材料層の間に少なくとも一部が挟んで配設される部材である挟設部材を空洞部材料層上に設置する挟設部材設置段階と、空洞部材料の液滴をインクジェット方式で吐出ヘッドから挟設部材の少なくとも一部の上へ吐出することにより、挟設部材上に更に材料層を形成する挟設部材上材料層形成段階とを備える。

このように構成すれば、例えば、材料層（空洞部材料層）及び挟設部材を順次積み上げて三次元構造物を形成する積層方式である積層造形法により、立体物を適切に造形できる。また、空洞部材料層等を形成することにより、立体物の内部に空洞を適切に形成できる。

また、この場合、空洞部材料を積層する途中に挟設部材を挟むことにより、内部の空洞を様々な形状でより適切に形成することができる。より具体的には、例えば、空洞の開口部の少なくとも一部を覆うように空洞部材料層を形成することや、内壁がオーバーハング状になる空洞等を形成すること等も可能になる。そのため、このように構成すれば、例えば、内部に空洞を有する立体物をより適切に造形することができる。

また、この場合、例えば間に挟設部材を挟んで複数の空洞部材料層を重ねることにより、立体物の強度を高めること等も可能になる。より具体的に、この場合、例えば、ある程度以上の所定の強度を有する挟設部材を用いることにより、挟設部材に補強部材の機能を持たせ、立体物の強度を適切に高めることができる。また、これにより、例えば、空洞を形成することで立体物の強度が低下することを適切に抑えることができる。

尚、この構成において、吐出ヘッドとしては、例えば公知のインクジェットヘッド等を好適に用いることができる。また、空洞部材料としては、例えば、公知の造形インク、透明インク、白色インク、プロセスカラーインク等を好適に用いることができる。この場合、インクとは、例えば、インクジェット方式で吐出する液体のことである。また、空洞部材料は、空洞部の外壁であるとともに造形物の外形をも形成する部分を形成する材料であってよい。また、挟設部材上材料層形成段階において、挟設部材上に更に材料層を形成するとは、例えば、一部が挟設部材上に載るように材料層を形成することであってよい。

また、挟設部材としては、必要な強度等に応じて、様々な部材を用いることが考えられる。例えば、挟設部材として、シート状の部材や、板状の部材等を用いること等が考えられる。また、挟設部材は、立体物の空洞の開口部を覆う蓋状の部材であってよい。この場合、立体物の空洞の開口部とは、立体物の造形の途中において、その時点までに形成されている空洞の開口部であってよい。また、挟設部材としては、例えば、空洞の開口部の全体を覆う部材を用いることが考えられる。このように構成すれば、例えば、空洞の開口部をより適切に覆うことができる。また、挟設部材として、空洞の開口部の一部を覆う部材を用いてもよい。この場合、例えば、一部に穴が形成された挟設部材を用いることが考えられる。また、例えば所定形状の穴が形成された枠形状の部材を並べた状態等のように、一定の並びで所定形状の穴が形成された挟設部材を用いること等も考えられる。これらの場合も、例えば、空洞の開口部のうち、少なくとも次の空洞部材料層が形成される領域を覆うことにより、空洞部材料層を適切に積層することが可能になる。また、この方法で製造される立体物については、例えば、挟設部材が外形形状の骨格（フレーム）になり、空洞部材料でその骨格を補完する構成と考えることもできる。

（構成２）挟設部材設置段階は、造形の完了後に挟設部材が立体物の内部に隠れるように、挟設部材を空洞部材料層上に設置する。このように構成すれば、例えば、立体物の外観への影響を防ぎつつ、挟設部材を適切に用いることができる。

尚、造形の完了後に挟設部材が立体物の内部に隠れるとは、例えば、挟設部材の上下に形成される空洞部材料層よりも外側へ挟設部材の外周がはみ出さないことである。挟設部材設置段階においては、例えば、造形する立体物を示す造形データに基づき、設置する位置における立体物の形状に合わせた形状及び大きさの挟設部材を用いることが好ましい。このような挟設部材については、例えば、造形データに基づいて予め用意することが考えられる。また、造形の動作の中で、造形データに基づき、必要なサイズ及び形状の挟設部材を作成してもよい。

（構成３）挟設部材設置段階は、挟設部材を設置する位置において挟設部材の外周の形状が空洞の開口部より大きくなるような挟設部材を設置する。挟設部材は、例えば、空洞の開口部（空洞上面）よりも広い面状の部材であってよい。このように構成すれば、空洞の開口部を挟設部材により適切に覆うことができる。また、これにより、挟設部材よりも上の材料層をより適切に形成できる。

（構成４）造形の完了後の立体物において、空洞を囲む立体物の内壁の少なくとも一部は、より上側の部分が空洞の内側へ突出するオーバーハング形状をしており、挟設部材設置段階は、内壁をオーバーハング形状に形成すべき位置に、挟設部材を設置する。

空洞を囲む内壁がオーバーハング形状である場合、単に空洞部材料層を積層するのみでは、内壁の曲面を形成することは困難である。これに対し、このように構成すれば、内壁がオーバーハング形状をしている場合であっても、立体物の内部の空洞を適切に形成できる。

尚、この構成において、空洞を囲む内壁とは、空洞を囲むようにして積層される複数の空洞部材料層のそれぞれの内周端により形成される壁面のことである。また、この構成において、内壁をオーバーハング形状に形成すべき位置に挟設部材を設置するとは、例えば、挟設部材の上側の空洞部材料層の少なくとも一部が下側の空洞部材料層よりも空洞の内側へ突出するようにする位置へ挟設部材を設置することである。このように構成すれば、例えば、挟設部材を挟んで複数の空洞部材料層を形成することで、オーバーハング形状の内壁を適切に造形できる。また、この場合、オーバーハング形状以外の部分については、例えば挟設部材を挟まずに形成してよい。

（構成５）挟設部材は、シート状の部材である。この場合、挟設部材としては、例えば、シート状のフィルム等を好適に用いることができる。このように構成すれば、例えば、空洞部材料層の間に挟みやすい構成の挟設部材を適切に用いることができる。また、例えば挟設部材の切断等が容易になるため、挟設部材を設置する位置に合わせて、挟設部材の形状を容易かつ適切に調整することができる。

（構成６）挟設部材は、板状の部材である。このように構成すれば、例えば、挟設部材の強度をより適切に高めることができる。また、これにより、挟設部材の上に空洞部材料層をより適切に形成できる。また、立体物全体の強度をより適切に高めることもできる。

（構成７）挟設部材は、空洞部材料に対して接着性を有する材料で形成された部材である。このように構成すれば、例えば、空洞部材料層の間において挟設部材をより適切に固定できる。また、これにより、例えば、造形の完了後に空洞部材料層の間から挟設部材が外れること等を適切に防ぐことができる。

（構成８）空洞部材料は、紫外線硬化型インクであり、挟設部材は、紫外線を照射することで紫外線硬化型インクが定着する材料で形成された部材である。

このように構成した場合、例えば、空洞部材料として紫外線硬化型インクを用いることにより、立体物をより適切に造形できる。また、紫外線の照射により空洞部材料を挟設部材に定着させることにより、十分な接着性を有する状態で空洞部材料層の間に挟設部材を設置することができる。そのため、このように構成すれば、例えば、造形の完了後に空洞部材料層の間から挟設部材が外れること等をより適切に防ぐことができる。

尚、この構成において、紫外線を照射することで紫外線硬化型インクが定着する材料とは、例えば、紫外線を照射することで、十分な接着性を有する状態でインクがその材料上に定着することである。より具体的に、このような材料としては、例えばステンレス、アルミ等の金属板、スチロール、アクリル、ＰＥＴ、ポリカーボネート等の樹脂シート、ベークライト、ガラスエポキシ、アルミナ、ＦＰＣ等のプリント基板、を用いることが考えられる。

（構成９）挟設部材は、少なくとも配線パターンを有する電子回路基板である。このように構成すれば、例えば、挟設部材により多様な機能を持たせることができる。

（構成１０）立体物の造形に用いる材料で形成された層である材料層を複数層積層することで内部に空洞を有する立体物を造形する造形装置であって、空洞の周囲の少なくとも一部を構成する材料である空洞部材料の液滴をインクジェット方式で吐出する吐出ヘッドと、複数の材料層の間に少なくとも一部が挟んで配設される部材である挟設部材を材料層上に設置する挟設部材設置手段とを備え、吐出ヘッドは、空洞部材料の液滴を吐出することにより、空洞の少なくとも一部の周囲を構成する材料層である空洞部材料層を形成し、挟設部材設置手段は、挟設部材を空洞部材料層上に設置し、更に、吐出ヘッドは、空洞部材料の液滴を挟設部材の少なくとも一部の上へ吐出することにより、挟設部材上に材料層を形成する。このように構成すれば、例えば、構成１と同様の効果を得ることができる。

（構成１１）造形中の立体物の周囲を支えるサポート層を形成しつつ立体物を造形する立体物の製造方法であって、サポート層の材料となるサポート材料の液滴をインクジェット方式で吐出ヘッドから吐出することにより、内部に空洞を有するサポート層を複数層積層して形成し、サポート材料の液滴をインクジェット方式で吐出ヘッドから吐出することにより、空洞の少なくとも一部の周囲を構成するサポート層である空洞部サポート層を形成する空洞部サポート層形成段階と、複数のサポート層の間に少なくとも一部が挟んで配設される部材である挟設部材を空洞部サポート層上に設置する挟設部材設置段階と、サポート材料の液滴をインクジェット方式で吐出ヘッドから挟設部材の少なくとも一部の上へ吐出することにより、挟設部材上に更にサポート層を形成する挟設部材上サポート層形成段階とを備える。

このように構成すれば、例えば、内部に空洞を有するサポート層を適切に形成できる。また、これにより、例えば、立体物の造形のコストを適切に抑えることができる。また、この構成において、空洞部材料に代えてサポート材料を用いる以外の点について、空洞部サポート層形成段階、挟設部材設置段階、及び挟設部材上サポート層形成段階の動作は、例えば、構成１〜１０における空洞部材料層形成段階、挟設部材設置段階、及び挟設部材上材料層形成段階の動作と同一又は同様に行ってよい。

（構成１２）造形中の立体物の周囲を支えるサポート層を形成しつつ立体物を造形する造形装置であって、サポート層の材料となるサポート材料の液滴をインクジェット方式で吐出することにより、内部に空洞を有するサポート層を複数層積層して形成する吐出ヘッドと、複数のサポート層の間に少なくとも一部が挟んで配設される部材である挟設部材をサポート層上に設置する挟設部材設置手段とを備え、吐出ヘッドは、サポート材料の液滴を吐出することにより、空洞の少なくとも一部の周囲を構成するサポート層である空洞部サポート層を形成し、挟設部材設置手段は、挟設部材を空洞部サポート層上に設置し、更に、吐出ヘッドは、サポート材料の液滴を挟設部材の少なくとも一部の上へ吐出することにより、挟設部材上にサポート層を形成する。このように構成すれば、例えば、構成１１と同様の効果を得ることができる。

本発明によれば、例えば、内部に空洞を有する立体物をより適切に造形することができる。

本発明の一実施形態に係る造形装置１０の一例を示す図である。図１（ａ）は、造形装置１０の要部の構成の一例を示す。図１（ｂ）は、造形装置１０におけるヘッド部１２の構成の一例を示す。 本例において造形する立体物５０の形状の一例を説明する図である。図２（ａ）は、従来の方法で造形をした立体物５０の形状の一例を示す。図２（ｂ）は、本例の造形装置１０により造形する立体物５０の形状の一例を示す。 本例において立体物５０を造形する動作の一例を示すフローチャートである。 蓋部材６０の厚さの具体例について説明をする図である。図４（ａ）は、１層の空洞部材料層よりも蓋部材６０が薄い場合の例を示す。図４（ｂ）は、１層の空洞部材料層の厚さと蓋部材６０の厚さとが等しい場合の例を示す。図４（ｃ）は、１層の空洞部材料層よりも蓋部材６０が厚い場合の例を示す。 立体物５０の変形例について説明をする図である。図５（ａ）は、立体物５０の変形例の構成を示す。図５（ｂ）は、立体物５０の更なる変形例の構成を示す。 立体物５０の更なる変形例の構成を示す図である。図６（ａ）は、立体物５０の垂直断面図である。図６（ｂ）は、立体物５０のＡＡ断面図である。図６（ｃ）は、ＡＡ断面の上に設置される蓋部材６０の形状を示す。 蓋部材６０及び立体物５０の更なる変形例について説明をする図である。図７（ａ）は、蓋部材６０の変形例の構成を示す。図７（ｂ）は、蓋部材６０の変形例の構成を示す。図７（ｃ）は、立体物５０の更なる変形例の構成を示す図である。図７（ｄ）は、立体物５０の更なる変形例の構成を示す図である。

以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る造形装置１０の一例を示す。図１（ａ）は、造形装置１０の要部の構成の一例を示す。図１（ｂ）は、造形装置１０におけるヘッド部１２の構成の一例を示す。

本例において、造形装置１０は、積層造形法により立体物５０を造形する装置（立体物造形装置）であり、立体物５０の造形に用いる材料で形成された層である材料層を複数層積層することで、立体物５０を造形（製造）する。この場合、積層造形法とは、例えば、複数の層を重ねて立体物５０を造形する方法である。また、立体物５０とは、例えば、三次元構造物のことである。また、本例において、造形装置１０は、以下において説明をする造形方法により、内部に空洞を有する立体物５０を造形する。また、この場合、造形の動作において、空洞の周囲の少なくとも一部を構成する材料である空洞部材料を用いて、空洞の周囲の少なくとも一部を構成する材料層である空洞部材料層を形成する。

また、以下に説明をする点を除き、造形装置１０は、公知の造形装置と同一又は同様の構成を有してよい。また、造形装置１０は、例えば、公知のインクジェットプリンタの構成の一部を変更した装置であってよい。例えば、造形装置１０は、紫外線硬化型インク（ＵＶインク）を用いる二次元画像印刷用のインクジェットプリンタの一部を変更した装置であってよい。また、造形装置１０は、図示した構成以外にも、例えば、立体物５０の造形等に必要な各種構成を更に備えてよい。例えば、造形装置１０は、図示した構成以外に、造形データに基づいて造形装置１０の各部を制御する制御部等を更に備える。

また、本例において、造形装置１０は、造形を行う造形部、以下において説明をする蓋部材６０を準備する蓋カット部、及び蓋部材６０を設置する蓋結合部に分かれた構成をしており、ヘッド部１２、造形台１４、ヘッド駆動部１６、切断台１８、カッター２０、及び吸着ユニット２２を備える。これらの各構成は、図１（ａ）に示すように、造形部、蓋カット部、及び蓋結合部のそれぞれに配設される。

ヘッド部１２は、立体物５０の材料となる空洞部材料等の液滴（インク滴）を吐出する部分であり、造形装置１０における造形部に配設される。また、ヘッド部１２は、所定の条件に応じて硬化する空洞部材料等の液滴を吐出するインクジェットヘッドを有し、インクジェットヘッドから吐出した空洞部材料を硬化させることにより、立体物５０を構成する各層を重ねて形成する。ヘッド部１２の具体的な構成については、後に更に詳しく説明をする。

造形台１４は、造形中の立体物５０を支持する台状部材であり、ヘッド部１２と対向する位置に配設され、造形中の立体物５０を上面に載置する。また、本例において、造形台１４は、少なくとも上面が上下方向（図中のＺ方向）へ移動可能な構成を有しており、立体物５０の造形の進行に合わせて、上面を移動させる。また、造形台１４は、上下方向と直交する面内の方向である水平方向へも移動可能であり、例えば、立体物５０を載せた状態で予め設定された送り方向へ移動することにより、ヘッド部１２に対して相対的に立体物５０を移動させる。この場合、送り方向とは、例えば図中のＸ方向である。また、これにより、造形台１４は、予め設定された副走査方向（図中のＸ方向）へ立体物５０に対して相対的に移動する副走査動作をヘッド部１２に行わせる。この場合、ヘッド部１２に副走査動作を行わせるとは、例えば、ヘッド部１２におけるインクジェットヘッドに副走査動作を行わせることである。

また、本例において、造形台１４は、更に、造形中の所定のタイミングにおいて、造形中の立体物５０を載せて水平方向へ移動することにより、造形装置１０における蓋結合部へ立体物５０を移動させる。この場合、造形台１４は、例えば、図中に破線で示した位置へ移動することにより、蓋結合部へ立体物５０を移動させる。

ヘッド駆動部１６は、上下方向と直交する面内の方向へヘッド部１２を移動させる駆動部である。本例において、ヘッド駆動部１６は、例えば、予め設定された主走査方向（図中のＹ方向）へ移動しつつインク滴を吐出する主走査動作をヘッド部１２に行わせる。この場合、ヘッド部１２に主走査動作を行わせるとは、例えば、ヘッド部１２におけるインクジェットヘッドに主走査動作を行わせることである。また、例えば造形装置１０の構成の変形例において、ヘッド駆動部１６は、ヘッド部１２に副走査動作を行わせてもよい。この場合、ヘッド駆動部１６は、位置が固定された造形台１４に対してヘッド部１２の側を副走査方向へ移動させることにより、ヘッド部１２に副走査動作を行わせる。

切断台１８は、蓋部材６０の切断時に蓋部材６０を支持する台であり、造形装置１０における蓋カット部に配設され、上面に蓋部材６０を載置することにより、蓋部材６０を支持する。この場合、蓋部材６０の切断とは、造形すべき立体物５０の形状に応じて設定される形状に蓋部材６０を切断することである。また、蓋部材６０の形状は、立体物５０の内部において蓋部材６０を設置する位置に合わせて設定される。蓋部材６０の設置の仕方等については、後に更に詳しく説明をする。

カッター２０は、蓋部材６０を切断する切断手段であり、蓋カット部において切断台１８と対向する位置に配設される。また、本例において、カッター２０は、Ｚ方向への移動、及びＸＹ平面内での移動が可能な構成を有しており、例えば造形装置１０の制御部の指示に応じて、予め設定された形状に蓋部材６０を切断する。

尚、上記のように、本例において、造形装置１０は、カッター２０で蓋部材６０を切断することにより、必要な形状の蓋部材６０を準備する。また、造形装置１０の構成の変形例においては、例えば、造形動作中に蓋部材６０を用意するのではなく、造形の開始前等に予め用意された蓋部材６０を用いてもよい。この場合、蓋部材６０は、例えば、造形データに基づき、予め用意されたものであるか、若しくは、造形データ範囲より小さな複数の定形の蓋部材６０であってもよい。

吸着ユニット２２は、吸着により保持した部材を移動させる部材であり、切断台１８上でカッター２０により切断された蓋部材６０を吸着して、造形装置１０における蓋結合部へ移動させる。また、吸着ユニット２２は、更に、造形台１４に載せられた状態で蓋結合部へ移動した造形中の立体物５０の上で蓋部材６０を解放し、立体物５０の造形面上に蓋部材６０を設置する。この場合、立体物５０の造形面とは、立体物５０においてその時点で形成されている最上部の層の上面のことである。立体物５０に蓋部材６０を設置する動作については、後に更に詳しく説明をする。

また、造形中の立体物５０上に蓋部材６０が設置された後、造形台１４は、造形装置１０における造形部へ移動する。そして、ヘッド部１２は、蓋部材６０上に更に層を形成する。また、所定の数の層を形成した後に更に蓋部材６０を載せる場合には、上記の動作を更に繰り返す。以上のように構成すれば、立体物５０を適切に造形することができる。

続いて、ヘッド部１２のより具体的な構成について、更に詳しく説明をする。本例において、ヘッド部１２は、空洞部材用ヘッド３０２、サポート材用ヘッド３０４、及び複数の紫外線光源３０６を有する。

空洞部材用ヘッド３０２及びサポート材用ヘッド３０４は、インクジェット方式で液滴（インク滴）を吐出するインクジェットヘッドである。この場合、インクとは、例えば、インクジェット方式で吐出する液体のことである。空洞部材用ヘッド３０２及びサポート材用ヘッド３０４としては、例えば公知のインクジェットヘッドを好適に用いることができる。また、本例において、空洞部材用ヘッド３０２及びサポート材用ヘッド３０４は、所定のノズル列方向（例えば、図中のＸ方向）へ複数のノズルが並ぶノズル列を有する。

また、空洞部材用ヘッド３０２は、立体物５０の造形に用いる空洞部材料の液滴を吐出するインクジェットヘッドである。この場合、空洞部材料としては、例えば、公知の造形用のインク（造形材）等を好適に用いることができる。また、本例において、空洞部材料としては、紫外線の照射により硬化する紫外線硬化型インク、例えば造形インク、透明インク、白色インク、プロセスカラーインク等を用いてもよい。

また、空洞部材用ヘッド３０２は、空洞部材料の液滴を吐出することにより、空洞部材料層を形成する。この場合、空洞部材料層とは、空洞部材料で形成された層（インクの層）のことである。また、本例において、空洞部材用ヘッド３０２は、複数の空洞部材料層を積層して、内部に空洞を有する立体物５０を造形する。内部に空洞を有する立体物５０の形状については、後に更に詳しく説明をする。

サポート材用ヘッド３０４は、造形中の立体物５０の周囲を支えるサポート層の材料となるサポート材料の液滴を吐出するインクジェットヘッドである。この場合、サポート層の材料としては、公知のサポート層の材料を好適に用いることができる。

尚、サポート層は、立体物５０の造形の完了後に除去される。そのため、サポート層の材料としては、立体物５０における空洞部材料層へ影響を与えることなく除去可能な材料を用いることが好ましい。例えば、サポート層の材料としては、立体物５０の造形後に水で溶解可能な水溶性の材料を用いることが好ましい。また、この場合、より具体的に、サポート層の材料として、空洞部材料層を構成する空洞部材料よりも紫外線による硬化度が弱く、分解しやすい紫外線硬化型インク等を用いることが考えられる。また、図１（ａ）においては、図示の便宜上、サポート層を含めた状態で、立体物５０を図示している。サポート層の具体的な形状については、立体物５０の具体的な形状と共に、後に更に詳しく説明をする。

複数の紫外線光源３０６は、インクを硬化させる硬化手段であり、紫外線硬化型インクを硬化させる紫外線を発生する。紫外線光源３０６としては、例えば、ＵＶＬＥＤ（紫外ＬＥＤ）等を好適に用いることができる。また、紫外線光源３０６として、メタルハライドランプや水銀ランプ等を用いることも考えられる。また、本例において、複数の紫外線光源３０６のそれぞれは、間に空洞部材用ヘッド３０２及びサポート材用ヘッド３０４を挟むように、ヘッド部１２における主走査方向（Ｙ方向）の一端側及び他端側のそれぞれに配設される。

以上のような構成を用いることにより、立体物５０を適切に造形することができる。より具体的には、例えば、空洞部材用ヘッド３０２を用いることにより、立体物５０を構成する空洞部材料層を適切に造形することができる。また、サポート材用ヘッド３０４を用いることにより、造形中の立体物５０を支えるサポート層を適切に形成できる。また、紫外線光源３０６を用いることにより、空洞部材料層等を適切に硬化させることができる。

また、ヘッド部１２は、上記以外の構成を更に有してもよい。例えば、着色された立体物５０を造形する場合、ヘッド部１２は、着色用の有彩色のインク滴を吐出するインクジェットヘッドや、減法混色での着色に必要な白色インク滴を吐出するヘッド等を更に有してもよい。また、ヘッド部１２は、造形中に空洞部材量層やサポート層を平坦化する平坦化手段（例えば平坦化ローラ等）等をインクジェットヘッドと紫外線光源３０６との間に更に有してもよい。

続いて、本例において造形する立体物５０の形状について、更に詳しく説明をする。上記においても説明をしたように、本例において、造形装置１０は、内部に空洞を有する立体物５０を造形する。また、造形中において、必要に応じて、立体物５０の周囲にサポート層を形成する。更に、本例においては、造形装置１０は、空洞部材料及びサポート層の材料以外に、蓋部材６０を更に用いて立体物５０の造形を行う。

図２は、本例において造形する立体物５０の形状の一例を説明する図である。また、以下においては、説明の便宜上、先ず、従来の方法で造形した場合の立体物５０の形状について、説明をする。

図２（ａ）は、従来の方法で造形をした立体物５０の形状の一例を示す。従来の方法で立体物５０を造形した場合、通常、立体物５０の内部に空洞は存在せず、立体物５０の造形物５２は、図示した構成のように、内部が詰まった構成になる。この場合、立体物５０の造形物５２とは、造形の材料で形成された領域のことである。また、造形の動作中において、造形物５２の周囲には、必要に応じて、サポート層が積層されたサポート部５４が形成される。図２（ａ）の造形物５２は、下から上に向かって面方向に広がったオーバーハング形状であるので、造形を可能にする為にはサポート層が必要となる。

続いて、本例の造形装置１０により造形する立体物５０について、説明をする。図２（ｂ）は、本例の造形装置１０により造形する立体物５０の形状の一例を示す。この場合も、造形装置１０は、例えば必要に応じてサポート部５４で周囲を支えつつ、立体物５０における造形物５２を形成する。また、上記においても説明をしたように、本例において、造形装置１０は、内部に空洞５６を有する立体物５０を造形する。この場合、内部に空洞５６を有するとは、例えば図示した構成のように、造形物５２の内部が中空（抜き空間）になっていることである。また、本例において、立体物５０の空洞５６には、蓋部材６０が設置される。また、蓋部材６０の上には、更に空洞部材料層が形成される。

ここで、本例において、蓋部材６０は、複数の材料層（空洞部材料層）の間に少なくとも一部が挟んで配設される部材である挟設部材の一例である。また、後に更に詳しく説明をするように、本例においては、空洞部材料層形成段階、挟設部材設置段階、及び挟設部材上材料層形成段階を行うことにより、立体物５０を造形する。

この場合、空洞部材料層形成段階とは、蓋部材６０の下の空洞部材料層を形成する段階であり、空洞部材用ヘッド３０２（図１参照）により空洞部材料の液滴を吐出することにより、立体物５０における空洞５６の少なくとも一部の周囲を構成する空洞部材料層を形成する。また、挟設部材設置段階は、空洞部材料層形成段階で形成した空洞部材料層上に蓋部材６０を設置する段階であり、例えば吸着ユニット２２（図１参照）により、造形中の立体物５０の造形面上に蓋部材６０を設置する。この場合、吸着ユニット２２は、挟設部材設置手段として機能する。また、蓋部材６０の設置については、必ずしも吸着ユニット２２等を用いて自動的に行う場合に限らず、造形装置１０の造形を一時停止して、オペレータの手作業等で行うこと等も考えられる。また、挟設部材上材料層形成段階は、蓋部材６０上に材料層を形成する段階であり、蓋部材６０の少なくとも一部の上へ空洞部材用ヘッド３０２により空洞部材料の液滴を吐出することにより、蓋部材６０上に空洞部材料層を形成する。また、この場合、蓋部材６０の上に形成する空洞部材料層とは、蓋部材６０を挟んで空洞５６の上側を覆うような材料層であってもよい。

また、本例において、造形装置１０は、例えば、空洞５６内の少なくとも一部がオーバーハングしている立体物５０を造形する。空洞５６内の少なくとも一部がオーバーハングしているとは、例えば、造形の完了後の立体物５０において、空洞５６を囲む立体物５０の内壁の少なくとも一部について、重力方向のより上側の部分が空洞５６の内側へ突出するオーバーハング形状をしていることである。また、空洞５６を囲む内壁とは、空洞５６を囲むようにして積層される複数の空洞部材料層のそれぞれの内周端により形成される壁面（側面）のことである。

また、より具体的に、内壁がオーバーハング形状であるとは、例えば、内壁の少なくとも一部について、上側の空洞部材料層の内周端の少なくとも一部が下側の空洞部材料層よりも内側に突出していることである。また、内壁がオーバーハング形状であるとは、例えば、水平面（例えば空洞の底面等）に対して内壁（空洞側面）がなす角度が直角以上のことであってよい。この場合、水平面に対して内壁がなす角度とは、例えば、内壁を構成する面の傾斜角度のことである。また、図２（ｂ）に示した構成においては、蓋部材６０の上に形成される空洞部材料層で空洞５６の上部を覆う箇所について、オーバーハングしている部分と考えることができる。

ここで、空洞５６を囲む内壁がオーバーハング形状である場合、単に空洞部材料層を積層するのみでは、内壁の形状（曲面等）を適切に形成することは困難である。例えば、図２（ｂ）に示した構成の場合、蓋部材６０を用いずに単に材料造形層を積層するのみでは、空洞５６の上部を覆う部分を適切に形成することは困難である。

これに対し、本例においては、例えば、挟設部材設置段階において、内壁をオーバーハング形状に形成すべき位置に、蓋部材６０を設置する。この場合、内壁をオーバーハング形状に形成すべき位置に蓋部材６０を設置するとは、例えば、蓋部材６０の上側の空洞部材料層の少なくとも一部が下側の空洞部材料層よりも空洞５６の内側へ突出するようにする位置へ、蓋部材６０を設置することである。

このように構成すれば、例えば、内壁がオーバーハング形状をしている場合であっても、立体物５０の内部の空洞５６を適切に形成できる。また、これにより、立体物５０をより適切に造形することができる。また、この場合、空洞５６の内壁の側面は、オーバーハングにならない、つまり上方が拡がった空間を形成している必要がある。

尚、この場合、内壁がオーバーハング形状をしている位置以外については、例えば蓋部材６０を挟まずに、空洞部材料層を積層してよい。この場合、例えば、先ず、空洞５６に対応する領域が空けられた空洞部材料層を重ねて形成することにより、内壁がオーバーハングしていない空間を内部に有する造形物５２を形成する。そして、その上面に蓋部材６０を設置することにより、その空間の開口部を蓋部材６０により覆う。この場合、空間の開口部とは、例えば、その時点までに形成されている空洞５６の開口部である。また、蓋部材６０は、必ずしも開口部の全体を覆う必要はなく、造形すべき立体物５０の形状に応じて、開口部の一部を覆ってもよい。また、その後、蓋部材６０上に更に材料層（空洞部材料層）を形成し、オーバーハング形状の内壁を形成する。このように構成すれば、立体物５０の空洞５６を適切に形成できる。また、必要に応じて、内壁がオーバーハング形状をしている位置以外の一部についても、蓋部材６０を挟んで、空洞部材料層を積層してもよい。

また、本例において、蓋部材６０としては、様々な素材（材料）の部材を用いることが考えられる。この場合、蓋部材６０について、少なくとも、上に積層する空洞部材料の重量に耐える程度の強度と平坦性や厚さの均一性を持たせることが好ましい。この場合、空洞部材料層については１層毎に硬化させるため、蓋部材６０について、大きな強度は不要である。例えば、可撓性の蓋部材６０を用いたとしても、空洞部材料層の厚さを十分に確保することにより、蓋部材６０を用いた造形を適切に行うことができる。また、この場合、より具体的には、例えば、高さが１０ｃｍ程度の立体物５０を造形する場合において、蓋部材６０上に積層する空洞部材料層の厚さを１ｃｍ程度にすること等が考えられる。また、必要に応じて、例えば空洞５６内に柱構造等を形成し、蓋部材６０を支えることで強度を高めること等も考えられる。

また、蓋部材６０の素材について、より具体的には、カッター２０（図１参照）等により切断が可能なシート状の部材を用いることが考えられる。また、シート状の部材としては、例えばシート状のフィルム等を用いることが考えられる。また、より具体的に、このような素材としては、例えば、ＰＥＴ、アクリル、ポリアセタール、塩ビ、エポキシ、ポリカーボネート等の樹脂シートを用いることが考えられる。このように構成すれば、例えば、蓋部材６０について、空洞部材料層の間に挟みやすい構成を適切に実現できる。また、例えば蓋部材６０の切断等が容易になるため、蓋部材６０を設置する位置に合わせて、蓋部材６０の形状を容易かつ適切に調整することができる。

また、蓋部材６０の厚さについては、材質に応じて、造形後の立体物５０の強度や、切断の容易さ等を考慮して決定することが好ましい。また、蓋部材６０については、造形の動作の途中で吸着ユニット２２による移動（搬送）や設置（嵌め込み）を行う。そのため、これらの動作の安定性を考慮すると、蓋部材６０の厚さについて、例えば１００μｍ以上にすることが好ましい。

また、蓋部材６０については、空洞部材料に対して接着性を有する材料で形成されることが好ましい。この場合、空洞部材料に対して接着性を有するとは、例えば、蓋部材６０上に形成した空洞部材料を硬化させた場合に、空洞部材料が十分な接着強度で蓋部材６０に接着することである。このように構成すれば、例えば、空洞部材料層の間において蓋部材６０をより適切に固定できる。また、これにより、例えば、造形の完了後に空洞部材料層の間から蓋部材６０が外れること等を防ぐことができる。

また、より具体的に、本例において、空洞部材料としては、例えば紫外線硬化型インクを用いる。そのため、蓋部材６０としては、紫外線を照射することで紫外線硬化型インクが定着する材料で形成された部材を用いることが好ましい。この場合、紫外線を照射することで紫外線硬化型インクが定着する材料とは、例えば、紫外線を照射することで、十分な接着性を有する状態でインクがその材料上に定着することである。また、紫外線を照射することで紫外線硬化型インクが定着する材料とは、例えば、紫外線硬化型インクを用いた印刷装置で印刷が可能な材料であってよい。紫外線硬化型インクを用いた印刷装置で印刷が可能な材料とは、例えば、紫外線硬化型インクを弾かない材料のことである。

また、より具体的に、紫外線硬化型インクの空洞部材料を用いる場合、ポリエチレンやポリプロピレン等は、空洞部材料に対する親和性が弱く、接着性が低くなるおそれがある。そのため、この場合、例えばアクリル、ＰＥＴ、ポリカーボネート等で形成された蓋部材６０を用いることが好ましい。また、例えば発泡スチロールで形成された蓋部材６０等も、好適に用いることができる。

また、蓋部材６０としては、シート状の部材に限らず、例えば板状の部材を用いてもよい。この場合、板状の部材とは、例えば、自重によって撓まない程度の強度を有する部材である。また、この場合、より具体的に、蓋部材６０としては、各種のプラスチックやステンレス、メッキ処理された鋼板、アルミナ等の金属で形成された部材を用いることが考えられる。このように構成すれば、例えば、蓋部材６０の強度をより適切に高めることができる。また、これにより、蓋部材６０の上に空洞部材料層をより適切に形成できる。また、立体物５０全体の強度をより適切に高めることもできる。

また、蓋部材６０の設置の仕方について、挟設部材設置段階では、例えば、蓋部材６０を設置する位置において蓋部材６０の外周の形状が空洞５６の開口部より大きくなるような蓋部材６０を設置する。蓋部材６０の外周とは、例えば、立体物５０の外面側における蓋部材６０の端部のことである。また、空洞５６の開口部とは、例えば、立体物５０の造形の途中において、その時点までに形成されている空洞５６の開口部であってよい。

また、この場合、蓋部材６０として、例えば、空洞５６の開口部（空洞上面）よりも広い面状の部材を用いることが好ましい。このように構成すれば、空洞５６の開口部を蓋部材６０により適切に覆うことができる。また、これにより、蓋部材６０よりも上の空洞部材料層をより適切に形成できる。

また、挟設部材設置段階では、例えば、造形の完了後に蓋部材６０が立体物５０の内部に隠れるように、蓋部材６０を設置することが好ましい。造形の完了後に蓋部材６０が立体物５０の内部に隠れるとは、例えば、蓋部材６０の上下に形成される空洞部材料層よりも外側へ蓋部材６０の外周がはみ出さないことである。このように構成すれば、例えば、立体物５０の外観への影響を防ぎつつ、蓋部材６０を適切に用いることができる。

また、この場合、例えば、挟設部材設置段階の動作の前（例えばカッター２０による切断時等）に、造形する立体物５０を示す造形データに基づき、設置する位置における立体物５０の形状に合わせた形状及び大きさの蓋部材６０を準備する。これにより、造形の動作の中で、造形データに基づき、必要なサイズ及び形状の蓋部材６０を作成する。そして、挟設部材設置段階において、作成した蓋部材６０を立体物５０の造形面に設置する。また、必要なサイズ及び形状の蓋部材６０の準備は、必ずしも造形の動作の中で行う必要はなく、例えば造形装置１０による造形の動作の開始前に行ってもよい。この場合、造形データに基づき、必要な蓋部材６０を予め準備することが考えられる。更には、造形データ範囲より小さな複数の定形の蓋部材６０を予め準備し、定形の空洞を複数形成してもよい。以上のように構成すれば、例えば、立体物５０の空洞５６内に蓋部材６０を適切に設置できる。

続いて、立体物５０に蓋部材６０を設置する動作について、更に詳しく説明をする。図３は、本例において立体物５０を造形する動作の一例を示すフローチャートであり、造形装置１０により立体物５０を造形（製造）する動作の一例を示す。本例において、造形装置１０の制御部は、例えば、造形データに基づき、蓋部材６０を設置すべき位置を予め設定する。この場合、制御部は、例えば、空洞５６（図２参照）を囲む内壁がオーバーハングしている位置を選択し、蓋部材６０を設置すべき位置に設定する。また、設定した位置を、例えば記憶装置に記憶する。

そして、立体物５０を造形する動作においては、例えば、積層される空洞部材料層のそれぞれを形成する前に、蓋部材６０を設置する位置か否かを判断する（Ｓ１０２）。この場合、造形装置１０の制御部は、予め記憶装置に記憶している蓋部材６０を設置すべき位置に基づき、この判断を行う。そして、蓋部材６０を設置する位置ではないと判断した場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）、空洞部材用ヘッド３０２（図１参照）により、１層の空洞部材料層を形成する（Ｓ１０６）。また、紫外線光源３０６（図１参照）により、形成した空洞部材料層を硬化させる。また、必要に応じて、サポート材用ヘッド３０４（図１参照）により、１層のサポート層を形成する。

一方、例えば内壁がオーバーハング形状の位置に次の層を形成する場合等において、蓋部材６０を設置する位置であると判断した場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、吸着ユニット２２（図１参照）を用いて切断台１８（図１参照）から蓋部材６０を搬送して、立体物５０の造形面上に蓋部材６０を設置する（Ｓ１０４）。また、その後、上記と同様にＳ１０６の動作を行い、１層の空洞部材料層の形成や、必要に応じたサポート層の形成等を行う。

そして、この層の形成で造形の動作が完了する場合（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、動作を終了し、立体物５０の造形が完了する。この場合、その後、必要に応じて、例えば水洗によりサポート層を除去する動作等を更に行ってよい。また、まだ造形が完了しておらず、更に空洞部材料層等を形成する場合、Ｓ１０２に戻り、以降の動作を繰り返す。

ここで、上記の動作において、蓋部材６０を設置するＳ１０４の動作は、挟設部材設置段階に相当する。また、Ｓ１０６の動作により蓋部材６０を設置した直後に空洞部材料層を形成するＳ１０６の動作は、挟設部材上材料層形成段階の動作に相当する。また、蓋部材６０を設置するＳ１０４の動作の直前に空洞部材料層を形成するＳ１０６の動作は、空洞部材料層形成段階の動作に相当する。この場合、蓋部材６０を設置するＳ１０４の動作の直前に空洞部材料層を形成するＳ１０６の動作とは、例えば、Ｓ１０２において蓋部材６０を設置する位置であると判断するループ（Ｓ１０２〜Ｓ１０８の繰り返し動作）の前のループにおけるＳ１０６の動作のことである。また、このＳ１０６の動作においては、上記にいても説明をしたように、立体物５０における空洞５６の少なくとも一部の周囲を構成する空洞部材料層を形成する。

本例によれば、例えば、空洞部材料層を順次積み上げて三次元構造物を形成する積層方式である積層造形法により、立体物５０を適切に造形できる。また、この場合、空洞部材料層を積層する途中に蓋部材６０を挟むことにより、様々な形状の空洞５６を立体物５０の内部に適切に形成できる。より具体的には、例えば、空洞５６の開口部の少なくとも一部を覆うように空洞部材料層を形成することが考えられる。また、空洞５６の最上部で空洞５６の開口部を覆う位置以外においても、空洞５６の内壁を様々な形状のオーバーハング状に適切に形成できる。

そのため、本例によれば、例えば、内部に空洞５６を有する立体物５０をより適切に造形することができる。また、これにより、材料の使用量を低減し、立体物５０の重量を適切に軽量化することができる。また、造形動作時において、材料の補充の手間等を減らし、造形の作業に要する手間を減らすこともできる。更には、材料の使用量を低減することにより、造形のコストを抑えることもできる。

また、この場合、間に蓋部材６０を挟んで複数の空洞部材料層を重ねることにより、造形物５２の強度を高めること等も可能になる。より具体的に、この場合、例えば、ある程度以上の強度を有する蓋部材６０を用いることにより、蓋部材６０に造形物５２の骨格としての機能を持たせ、造形物５２の強度を適切に高めることができる。また、これにより、例えば、空洞５６を形成することで造形物５２の強度が低下することを適切に抑えることができる。この場合、蓋部材６０の強度について、例えば、上に形成される少なくとも１層分の空洞部材料層を支えることが可能な強度等にすることが好ましい。また、蓋部材６０の強度について、例えば、自重により撓まない程度の強度にすることがより好ましい。

続いて、立体物５０のより具体的な形状や、立体物５０の構成の変形例について、説明をする。図４は、蓋部材６０の厚さの具体例について説明をする図である。

上記においても説明をしたように、蓋部材６０の厚さについては、例えば、蓋部材６０の材質、造形後の立体物５０の強度、及び蓋部材６０の切断の容易さ等を考慮して決定することが好ましい。また、立体物５０の造形時において、１層の材料層（空洞部材料層）については、使用する材料の特性や、求められる造形の精度に応じて、適宜設定することが考えられる。そのため、蓋部材６０の厚さと、１層の材料層との大小関係について、様々に設定することが考えられる。

図４（ａ）は、１層の空洞部材料層よりも蓋部材６０が薄い場合の例を示す。この場合、蓋部材６０は、例えば、連続して積層される２層の空洞部材料層の間に挟んで配設される。

また、より具体的に、この場合、造形時に行う空洞部材料層形成段階では、蓋部材６０の下側の空洞部材料層である下側層１０２を形成する。また、挟設部材設置段階では、下側層１０２上に蓋部材６０を設置する。そして、挟設部材上材料層形成段階では、蓋部材６０の上側の層である上側層１０４を、蓋部材６０を挟んで下側層１０２上に形成する。このように構成すれば、例えば、複数の空洞部材料層の間に適切に蓋部材６０を設置できる。

尚、この場合、上側層１０４について、蓋部材６０を挟んで下側層１０２上に形成するとは、例えば図示のように、上側層１０４の一部の領域において下側層１０２との間に蓋部材６０を挟むことであってよい。また、この場合、上側層１０４において、下側層１０２上に直接重なる領域と、蓋部材６０上の形成される領域とが生じることになる。また、その結果、単に上側層１０４を形成するのみでは、両者の境界部において、蓋部材６０の厚さ分の段差が生じるおそれもある。そのため、この場合、上側層１０４の形成時において、例えば平坦化ローラ等の平坦化手段を用いて層の平坦化を行うことが好ましい。

図４（ｂ）は、１層の空洞部材料層の厚さと蓋部材６０の厚さとが等しい場合の例を示す。この場合、蓋部材６０は、例えば、間に１層の空洞部材料層を挟んで離れた２層の空洞部材料層の間に挟んで配設される。

より具体的に、この場合、造形時に行う空洞部材料層形成段階では、図４（ａ）を用いて示した場合と同一又は同様にして、下側層１０２を形成する。また、挟設部材設置段階では、下側層１０２上に蓋部材６０を設置する。そして、その後、上側層１０４を形成する前に、蓋部材６０を囲む外周の領域に、蓋部材６０と同じ厚さの空洞部材料層である中間層１０６を更に形成する。

ここで、中間層１０６の厚さとは、例えば、平坦化ローラ等の平坦化手段により平坦化を行った後に厚さであってよい。この場合、例えば、蓋部材６０よりも厚い中間層１０６を形成した後、硬化させる前に平坦化をすることで蓋部材６０の厚さと中間層１０６の厚さとを等しくしてよい。また、中間層１０６の形成は、例えば蓋部材６０を設置する前に行ってもよい。

また、この場合、挟設部材上材料層形成段階では、中間層１０６及び蓋部材６０の上に、上側層１０４を形成する。このように構成した場合も、例えば、複数の空洞部材料層の間に適切に蓋部材６０を設置できる。

また、蓋部材６０の厚さは、１層の空洞部材料層の厚さよりも厚くてもよい。図４（ｃ）は、１層の空洞部材料層よりも蓋部材６０が厚い場合の例を示す。この場合、蓋部材６０は、例えば、間に複数の空洞部材料層を挟んで離れた２層の空洞部材料層の間に挟んで配設される。

より具体的に、この場合、造形時に行う空洞部材料層形成段階では、図４（ａ）等を用いて示した場合と同一又は同様にして、下側層１０２を形成する。また、挟設部材設置段階では、下側層１０２上に蓋部材６０を設置する。そして、その後、上側層１０４を形成する前に、蓋部材６０を囲む外周の領域に、中間層１０６として、蓋部材６０の厚さ分の複数の空洞部材料層を形成する。

この場合、平坦化ローラ等の平坦化手段により平坦化を行った後の複数の中間層１０６の厚さについて、蓋部材６０の厚さと等しくすればよい。また、中間層１０６の形成は、例えば蓋部材６０を設置する前に行ってもよい。

そして、この場合も、挟設部材上材料層形成段階では、中間層１０６及び蓋部材６０の上に、上側層１０４を形成する。このように構成した場合も、例えば、複数の空洞部材料層の間に適切に蓋部材６０を設置できる。

続いて、本例の造形装置１０により造形する立体物５０の構成の変形例について、説明をする。図２においては、立体物５０の空洞５６における最上部の位置のみに蓋部材６０を設置した場合の立体物５０の構成について、説明をした。しかし、立体物５０の具体的な形状については、この構成に限らず、様々に変形することもできる。

図５及び図６は、立体物５０の変形例について説明をする図である。尚、以下に説明をする点を除き、図５及び図６において、図１〜４と同じ符号を付した構成は、図１〜４における構成と同一又は同様の特徴を有する。

図５（ａ）は、立体物５０の変形例の構成を示す。本変形例において、立体物５０は、造形物５２内に、分割された複数の空洞５６を有する。より具体的に、本変形例において、造形物５２は、複数の蓋部材６０を用いて造形されている。また、これにより、立体物５０の造形物５２内には、間に蓋部材６０を挟んで並ぶ複数の空洞５６が形成されている。この場合、複数の空洞５６は、上下方向（Ｚ方向）において蓋部材６０により隔てられる。

また、それぞれの蓋部材６０の下には、複数の柱状部２０２が形成されている。複数の柱状部２０２のそれぞれは、造形の材料（空洞部材料）により形成された柱状部分（柱構造）であり、蓋部材６０の下面の一部と接触することにより、蓋部材６０を支持する。また、複数の柱状部２０２のうち、一番下の蓋部材６０を支持する柱状部２０２は、造形物５２の下部領域から連続して形成される。また、一番下以外の蓋部材６０を支持する柱状部２０２は、支持する蓋部材６０の位置に応じて、更に下の蓋部材６０の上に形成される。

本変形例によれば、例えば、立体物５０内に、３次元方向に並ぶ複数の空洞５６を適切に形成することができる。そして、この場合、例えば、一つの大きな空洞５６を形成する場合と比べ、立体物５０の強度を高めることができる。より具体的に、例えば、この場合、柱状部２０２を形成することにより、縦方向（上下方向）の強度を適切に高めることができる。また、例えばある程度以上の強度を有する蓋部材６０を複数個用いることにより、横方向の強度を高めることも可能になる。そのため、本変形例によれば、例えば、立体物５０のサイズが大きい場合にも、柱状部２０２や蓋部材６０により強度の補強をしつつ、立体物５０内に適切に空洞５６を形成することができる。また、本変形例においても、図２（ｂ）と同様に、個々の空洞５６の内壁の側面は、柱状部２０２の側面を含めて、オーバーハングにならない、つまり上方が拡がった空間を形成している。

尚、補強をしつつ空洞５６を形成するという点のみを考えた場合、一見、蓋部材６０を用いずに、柱状部２０２のみを形成すればよいように思われるかもしれない。しかし、この場合、空洞５６の開口部を覆うことができない。また、内壁をオーバーハング形状にすることも難しい。そのため、単に柱状部２０２を形成するのみでは、形成可能な立体物５０の形状が限られる。これに対し、本変形例においては、図１〜４を用いて説明をした場合と同様に、蓋部材６０を用いている。そのため、本変形例においても、内部に空洞５６を形成しつつ、様々な形状の立体物５０を適切に造形できる。

図５（ｂ）は、立体物５０の更なる変形例の構成を示す。本変形例においては、それぞれの蓋部材６０について、柱状部２０２ではなく、蓋支持部材２０４を用いて支持を行う。蓋支持部材２０４は、空洞５６の高さに合わせた厚さに形成された部材であり、空洞５６内に設置されることにより、その空洞５６上に設置される蓋部材６０の下面を支持する。このように構成すれば、蓋部材６０を適切に支持することができる。また、これにより、立体物５０の強度をより適切に高めることができる。

ここで、蓋支持部材２０４としては、例えば板状又は台状の部材を好適に用いることができる。また、蓋支持部材２０４については、例えば、図示した構成のように、空洞５６内の一部の領域に設置してよい。また、蓋支持部材２０４としては、造形物５２を構成する空洞部材料よりも比重の低い素材で形成された部材を用いることが好ましい。このように構成すれば、例えば、造形完了後の立体物５０の重量を適切に抑えることができる。また、蓋支持部材２０４としては、空洞部材料よりも安価な素材で形成された部材を用いることがより好ましい。このように構成すれば、立体物５０のコスト上昇を適切に抑えることができる。

また、蓋支持部材２０４として、より具体的には、例えば、発泡スチロールで形成された部材等を用いることが考えられる。また、図５（ｂ）においては、複数の蓋部材６０を用いることで形成された複数の空洞５６のそれぞれに対し、それぞれの空洞５６の高さに合わせた厚さに形成された蓋支持部材２０４を用いた場合について図示している。また、それぞれの空洞５６に設置する蓋支持部材２０４について、１個にした場合の構成を図示している。

しかし、立体物５０の更なる変形例においては、蓋部材６０の支持の仕方を更に変更することも考えられる。この場合、例えば、それぞれの空洞５６内に複数個の蓋支持部材２０４を設置してもよい。また、例えば、空洞５６の高さに合わせた厚さに形成された蓋支持部材２０４を用いるのではなく、例えば、空洞５６内に発泡スチロールを充填すること等も考えられる。

また、立体物５０の構成については、複数の蓋部材６０を用いることで、内部に空洞５６を形成しつつ、より複雑な様々な形状での造形を行うこともできる。図６は、立体物５０の更なる変形例の構成を示す。図６（ａ）は、立体物５０の垂直断面図である。図６（ｂ）は、立体物５０のＡＡ断面図である。図６（ｃ）は、ＡＡ断面の上に設置される蓋部材６０の形状を示す。

図示したように、本変形例においては、蓋部材６０により分割される複数の空洞５６を造形すべき立体物５０の形状に合わせて形成することにより、立体物５０の造形物５２内において上下方向（縦方向）に並ぶ複数の空洞５６を複数組形成している。このように構成すれば、例えば、より複雑な形状の立体物５０に対しても、空洞５６を適切に形成することができる。

また、この場合、立体物５０の外面形状については、立体物５０の周囲にサポート部５４を形成することにより、様々な形状に形成することができる。この場合、サポート部５４は、必要な高さにまで形成すればよい。例えば、図６に示した構成の場合、外周の壁面にオーバーハング形状が存在する範囲内でサポート部５４を形成すればよい。このように構成すれば、立体物５０を適切に形成することができる。

また、上記においては、蓋部材６０の形状について、主に、空洞５６の開口部の全体を覆う場合について、説明をした。しかし、蓋部材６０の形状は、必ずしもこのような形状に限らず、必要な領域のみを覆う形状にしてもよい。この場合、例えば、少なくとも上に空洞部材料層を形成すべき領域のみを覆う形状の蓋部材６０を用いることが考えられる。

図７は、蓋部材６０及び立体物５０の更なる変形例について説明をする図である。尚、以下に説明をする点を除き、図７において、図１〜６と同じ符号を付した構成は、図１〜６における構成と同一又は同様の特徴を有する。

図７（ａ）は、蓋部材６０の変形例の構成を示す。上記においても説明をしたように、蓋部材６０の形状は、立体物５０の空洞５６における必要な領域のみを覆う形状にしてもよい。また、より具体的に、この場合、例えば、図７（ａ）に示すように、穴部６４を囲む被覆部６２を有し、被覆部６２の部分で空洞５６を覆う蓋部材６０を用いること等が考えられる。この場合も、下側の空洞部材料層に載り、かつ、少なくとも上に空洞部材料層を形成すべき領域に被覆部６２を形成することにより、蓋部材６０を用いて立体物５０を適切に造形することができる。また、蓋部材６０の形状については、より一般的に、枠状、リング状、又はドーナツ状等にすること等が考えられる。

また、上記においては、蓋部材６０に関し、主に、全体が均一な状態で繋がった部材を用いる場合について説明をした。しかし、蓋部材６０については、例えば、所定の形状のより小さな部材を組み合わせて所望の形状にした構成を用いること等も考えられる。

図７（ｂ）は、蓋部材６０の変形例の構成を示す。この場合、蓋部材６０は、所定の形状の単位部材６６を複数個組み合わせることで形成されている。また、図示した場合において、単位部材６６は、中央部に穴部６４を有する６角形の枠型部材であり、互いの辺を合わせて並ぶことにより、ハニカム構造の蓋部材６０を構成する。このように構成した場合も、様々な形状の蓋部材６０を適切に形成することができる。また、これにより、立体物５０における空洞５６の開口部に合わせ、様々な形状の蓋部材６０を適切に用いることができる。

尚、単位部材６６の形状については、６角形の部材に限らず、他の様々な形状の部材を用いてもよい。また、単位部材６６として、穴部６４を有する部材に限らず、穴部６４を有さない部材等を用いてもよい。

また、上記においては、主に、立体物５０における造形物５２内に空洞５６を形成する場合について、説明をした。しかし、造形に必要な材料を減らしてコストを低減する観点等で考えた場合、造形物５２内に限らず、サポート部５４内に空洞５６を形成すること等も考えられる。

図７（ｃ）は、立体物５０の更なる変形例の構成を示す図であり、サポート部５４内に空洞５６を形成する場合の構成の一例を示す。この場合、造形装置１０（図１参照）は、例えば、サポート材料の液滴をサポート材用ヘッド３０４（図１参照）から吐出することにより、内部に空洞を有するサポート層を複数層積層して形成する。また、この場合、空洞部材料に代えてサポート材料を用いる以外の点について図１〜６を用いて説明をした空洞部材料層形成段階、挟設部材設置段階、及び挟設部材上材料層形成段階の動作と同一又は同様にして、空洞部サポート層形成段階、挟設部材設置段階、及び挟設部材上サポート層形成段階を行う。この場合、空洞部サポート層形成段階とは、例えば、サポート材料の液滴をサポート材用ヘッド３０４から吐出することにより、空洞５６の少なくとも一部の周囲を構成するサポート層である空洞部サポート層を形成する段階である。また、挟設部材設置段階とは、例えば、複数のサポート層の間に少なくとも一部が挟んで配設される蓋部材６０を空洞部サポート層上に設置する段階である。また、挟設部材上サポート層形成段階とは、例えば、サポート材料の液滴をサポート材用ヘッド３０４から蓋部材６０の少なくとも一部の上へ吐出することにより、蓋部材６０上にサポート層を形成する段階である。

このように構成すれば、例えば、蓋部材６０を用いて、内部に空洞５６を有するサポート部５４を適切に形成できる。また、これにより、例えば、サポート材料の使用量を低減し、造形に要するコストを適切に抑えることができる。また、この場合、サポート部５４内に空洞５６を形成することにより、造形の完了後にサポート材料をより容易に除去すること等も可能になる。

また、立体物５０の更なる変形例においては、例えば、挟設部材として単なる蓋状の部材（蓋部材６０）以外の構成を用いること等も考えられる。図７（ｄ）は、立体物５０の更なる変形例の構成を示す図であり、空洞部材料層等の間に挟む挟設部材として電子回路を実装した基板６７を設置する場合の構成の一例を示す。基板６７は、回路部品６８が実装された回路基板である。また、基板６７は、少なくとも配線パターンを有する電子回路基板の一例である。回路部品６８としては、抵抗、コンデンサ、半導体、ＩＣ、ＬＳＩ、ＣＰＵ等の回路部品や、ＬＥＤ、スピーカー、マイク、モータ等の入出力部品、光センサ、サーミスタ等のセンサ、バッテリー、太陽電池等の電源部品等を用いることが考えられる。また、これらに限定されず、その他の回路部品等を用いてもよい。このように構成すれば、例えば、造形物５２に対し、光や、音、声、振動等の入出力が可能な機能等の、各種の電子的な機能をもたせることができる。

尚、挟設部材としてこのような基板６７を用いる場合、挟設部材設置段階では、基板６７の上面を超えて回路部品６８の一部が突出することがないように、基板６７を設置することが好ましい。このように構成すれば、例えば、回路部品６８が挟設部材設置段階以降における空洞部材料層の形成動作の妨げになることを適切に防ぐことができる。

本発明は、例えば立体物の造形方法に好適に用いることができる。

１０・・・造形装置、１２・・・ヘッド部、１４・・・造形台、１６・・・ヘッド駆動部、１８・・・切断台、２０・・・カッター、２２・・・吸着ユニット、５０・・・立体物、５２・・・造形物、５４・・・サポート部、５６・・・空洞、６０・・・蓋部材、６２・・・被覆部、６４・・・穴部、６６・・・単位部材、１０２・・・下側層、１０４・・・上側層、１０６・・・中間層、２０２・・・柱状部、２０４・・・蓋支持部材、３０２・・・空洞部材用ヘッド、３０４・・・サポート材用ヘッド、３０６・・・紫外線光源

Claims (12)

1. 立体物の造形に用いる材料で形成された層である材料層を複数層積層することで内部に空洞を有する前記立体物を造形する立体物の製造方法であって、
   前記空洞の周囲の少なくとも一部を構成する前記材料である空洞部材料の液滴をインクジェット方式で吐出ヘッドから吐出することにより、前記空洞の少なくとも一部の周囲を構成する前記材料層である空洞部材料層を形成する空洞部材料層形成段階と、
   複数の前記材料層の間に少なくとも一部が挟んで配設される部材である挟設部材を前記空洞部材料層上に設置する挟設部材設置段階と、
   前記空洞部材料の液滴をインクジェット方式で前記吐出ヘッドから前記挟設部材の少なくとも一部の上へ吐出することにより、前記挟設部材上に更に前記材料層を形成する挟設部材上材料層形成段階と
   を備えることを特徴とする立体物の製造方法。
2. 前記挟設部材設置段階は、造形の完了後に前記挟設部材が前記立体物の内部に隠れるように、前記挟設部材を前記空洞部材料層上に設置することを特徴とする請求項１に記載の立体物の製造方法。
3. 前記挟設部材設置段階は、
   前記挟設部材を設置する位置において前記挟設部材の外周の形状が前記空洞の開口部より大きくなるような前記挟設部材を設置することを特徴とする請求項１又は２に記載の立体物の製造方法。
4. 造形の完了後の前記立体物において、前記空洞を囲む前記立体物の内壁の少なくとも一部は、より上側の部分が前記空洞の内側へ突出するオーバーハング形状をしており、
   前記挟設部材設置段階は、前記内壁をオーバーハング形状に形成すべき位置に、前記挟設部材を設置することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の立体物の製造方法。
5. 前記挟設部材は、シート状の部材であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の立体物の製造方法。
6. 前記挟設部材は、板状の部材であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の立体物の製造方法。
7. 前記挟設部材は、前記空洞部材料に対して接着性を有する材料で形成された部材であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の立体物の製造方法。
8. 前記空洞部材料は、紫外線硬化型インクであり、
   前記挟設部材は、紫外線を照射することで紫外線硬化型インクが定着する材料で形成された部材であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の立体物の製造方法。
9. 前記挟設部材は、少なくとも配線パターンを有する電子回路基板であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の造形方法。
10. 立体物の造形に用いる材料で形成された層である材料層を複数層積層することで内部に空洞を有する前記立体物を造形する造形装置であって、
    前記空洞の周囲の少なくとも一部を構成する前記材料である空洞部材料の液滴をインクジェット方式で吐出する吐出ヘッドと、
    複数の前記材料層の間に少なくとも一部が挟んで配設される部材である挟設部材を前記材料層上に設置する挟設部材設置手段と
    を備え、
    前記吐出ヘッドは、前記空洞部材料の液滴を吐出することにより、前記空洞の少なくとも一部の周囲を構成する前記材料層である空洞部材料層を形成し、
    前記挟設部材設置手段は、前記挟設部材を前記空洞部材料層上に設置し、
    更に、前記吐出ヘッドは、前記空洞部材料の液滴を前記挟設部材の少なくとも一部の上へ吐出することにより、前記挟設部材上に前記材料層を形成することを特徴とする造形装置。
11. 造形中の立体物の周囲を支えるサポート層を形成しつつ前記立体物を造形する立体物の製造方法であって、
    前記サポート層の材料となるサポート材料の液滴をインクジェット方式で吐出ヘッドから吐出することにより、内部に空洞を有する前記サポート層を複数層積層して形成し、
    前記サポート材料の液滴をインクジェット方式で前記吐出ヘッドから吐出することにより、前記空洞の少なくとも一部の周囲を構成する前記サポート層である空洞部サポート層を形成する空洞部サポート層形成段階と、
    複数の前記サポート層の間に少なくとも一部が挟んで配設される部材である挟設部材を前記空洞部サポート層上に設置する挟設部材設置段階と、
    前記サポート材料の液滴をインクジェット方式で前記吐出ヘッドから前記挟設部材の少なくとも一部の上へ吐出することにより、前記挟設部材上に更に前記サポート層を形成する挟設部材上サポート層形成段階と
    を備えることを特徴とする立体物の製造方法。
12. 造形中の立体物の周囲を支えるサポート層を形成しつつ前記立体物を造形する造形装置であって、
    前記サポート層の材料となるサポート材料の液滴をインクジェット方式で吐出することにより、内部に空洞を有する前記サポート層を複数層積層して形成する吐出ヘッドと、
    複数の前記サポート層の間に少なくとも一部が挟んで配設される部材である挟設部材を前記サポート層上に設置する挟設部材設置手段と
    を備え、
    前記吐出ヘッドは、前記サポート材料の液滴を吐出することにより、前記空洞の少なくとも一部の周囲を構成する前記サポート層である空洞部サポート層を形成し、
    前記挟設部材設置手段は、前記挟設部材を前記空洞部サポート層上に設置し、
    更に、前記吐出ヘッドは、前記サポート材料の液滴を前記挟設部材の少なくとも一部の上へ吐出することにより、前記挟設部材上に前記サポート層を形成することを特徴とする造形装置。

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