JP2017170875A - 立体造形物を造形する装置、プログラム、立体造形物を造形する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粉体積層造形で立体造形物を造形するときに上層と下層の結合力が不足し造形品質が低下する。【解決手段】第ｎ層目（ｎは１以上の整数）の造形層３０を造形するとき、第（ｎ＋１）層目に造形層３０を造形する重複領域Ｒ１には、所要のピッチで滴サイズを交互に変えて造形液１０を付与して造形することで、造形層３０の表面に凹部３５ａと凸部３５ｂで構成される凹凸部３５を設け、重複領域Ｒ１以外の非重複領域Ｒ２においては所要の滴サイズで凸部３５ｂと同じ高さで造形を行う。【選択図】図８

Description

本発明は立体造形物を造形する装置、プログラム、立体造形物を造形する方法に関する。

立体造形物（三次元造形物）を造形する装置として、例えば粉体積層造形法で造形するものがある。これは、例えば、造形ステージに粉体を敷き詰めて平坦化し、平坦化された層状の粉体（これを「粉体層」という。）に対して粉体を結合させる造形液を付与して、粉体が結合された層状造形物（これを「造形層」という。）を形成する。そして、この造形層上に粉体層に形成し、再度、造形層を形成する動作を繰り返して、造形層を積層することで立体造形物を造形する。

従来、例えば、ステージに供給された成形領域の粉末材料に対して造型液を塗布して層を形成し、層の上に次の層を積層させることを繰り返して立体造形物を形成するとき、層の上側に次の層を形成させる場合に、次の層の成形領域のうち、下側に層が存在する第１領域よりも、下側に層が存在しない第２領域の方が面積当たりの造型液の塗布量が少なくなるように制御するものが知られている（特許文献１）。

特許第５３９２２８２号公報

ところで、造形液で粉体を結合させる積層造形にあっては、連続する上下の造形層の結合力が不足しやすいという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、造形品質を向上することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る立体造形物を造形する装置は、
敷き詰められた粉体に対し、前記粉体を結合する造形液を付与して層状造形物を造形する造形液付与手段と、
前記粉体を敷き詰める動作と、前記造形液付与手段から前記造形液を付与させて前記層状造形物を造形する動作を繰り返して、前記層状造形物を積層した立体造形物を造形する制御をする手段と、を備え、
前記制御をする手段は、
第ｎ層（ｎは１以上の整数）目の前記層状造形物を造形するとき、
第（ｎ＋１）層目に前記層状造形物を造形する領域の少なくとも一部の領域の表面に凹凸を造形する制御をする
構成とした。

本発明によれば、造形品質を向上することができる。

本発明の第１実施形態に係る装置の平面説明図である。 同じく側面説明図である。 同じく造形部の断面説明図である。 同装置の制御部の概要の説明に供するブロック図である。 造形の流れの説明に供する模式的説明図である。 第１実施形態における凹凸の造形の説明に供する説明図である。 造形液の付与量と造形層の高さの関係の一例を説明する説明図である。 第１実施形態における造形動作の説明に供する説明図である。 凹凸パターンの異なる例の平面説明図である。 凹凸の造形領域の説明に供する斜視説明図である。 第１実施形態における立体造形動作の制御の説明に供するフロー図である。 本発明の第２実施形態における凹凸の造形領域の説明に供する斜視説明図であり。 同じく平面説明図である。 同じく第１凹凸部及び第２凹凸部の説明に供する説明図である。 本発明の第３実施形態における第１凹凸部及び第２凹凸部の説明に供する説明図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態に係る装置の一例の概要について図１ないし図３を参照して説明する。図１は同装置の概略平面説明図、図２は同じく概略側面説明図、図３は同じく造形部の断面説明図である。なお、図３は造形時の状態で示している。

この立体造形物を造形する装置（立体造形装置という。）は、粉体積層造形装置であり、粉体（粉末）が結合された層状造形物である造形層３０が形成される造形部１と、造形部１の層状に敷き詰められた粉体層３１に対して造形液１０を吐出付与して造形層３０を造形する造形ユニット５とを備えている。

造形部１は、粉体槽１１と、平坦化部材（リコータ）である回転体としての平坦化ローラ１２などを備えている。なお、平坦化部材は、回転体に代えて、例えば板状部材（ブレード）とすることもできる。

粉体槽１１は、造形槽２２に供給する粉体２０を保持する供給槽２１と、造形層３０が積層されて立体造形物が造形される造形槽２２と、粉体層３１を形成するときに平坦化ローラ１２によって移送供給される粉体２０のうち、粉体層３１を形成しないで落下する余剰の粉体２０を溜める余剰粉体受け槽２９を有している。

供給槽２１の底部は供給ステージ２３として鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。同様に、造形槽２２の底部は造形ステージ２４として鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。造形ステージ２４上に造形層３０が積層された立体造形物が造形される。余剰粉体受け槽２９の底面には粉体２０を吸引する機構が備えられた構成や、余剰粉体受け槽２９が簡単に取り外せるような構成となっている。

供給ステージ２３は、後述するモータ２７によって矢印Ｚ方向（高さ方向）に昇降され、造形ステージ２４は、同じく、モータ２８によって矢印Ｚ方向に昇降される。

平坦化ローラ１２は、供給槽２１の供給ステージ２３上に供給された粉体２０を造形槽２２に移送して供給し、平坦化手段である平坦化ローラ１２によって供給した粉体の層の表面を均して平坦化して、粉体層３１を形成する。

この平坦化ローラ１２は、造形ステージ２４のステージ面（粉体２０が積載される面）に沿って矢印Ｙ方向に、ステージ面に対して相対的に往復移動可能に配置され、後述する往復移動機構２５によって移動される。また、平坦化ローラ１２は、後述するモータ２６によって回転駆動される。

一方、造形ユニット５は、造形ステージ２４上の粉体層３１に造形液１０を吐出する液体吐出ユニット５０を備えている。

液体吐出ユニット５０は、キャリッジ５１と、キャリッジ５１に搭載された造形液付与手段である２つ（１又は３つ以上でもよい。）の液体吐出ヘッド（以下、単に「ヘッド」という。）５２ａ、５２ｂを備えている。

キャリッジ５１は、ガイド部材５４及び５５に移動可能に保持されている。ガイド部材５４及び５５は、両側の側板７０、７０に昇降可能に保持されている。

このキャリッジ５１は、後述するＸ方向走査機構５５０を構成するＸ方向走査モータによってプーリ及びベルトを介して主走査方向である矢印Ｘ方向（以下、単に「Ｘ方向」という。他のＹ、Ｚについても同様とする。）に往復移動される。

２つのヘッド５２ａ、５２ｂ（以下、区別しないときは「ヘッド５２」という。）は、造形液を吐出する複数のノズルを配列したノズル列がそれぞれ２列配置されている。一方のヘッド５２ａの２つのノズル列は、シアン造形液及びマゼンタ造形液を吐出する。他方のヘッド５２ｂの２つのノズル列は、イエロー造形液及びブラック造形液をそれぞれ吐出する。なお、ヘッド構成はこれに限るものではない。

これらのシアン造形液、マゼンタ造形液、イエロー造形液、ブラック造形液の各々を収容した複数のタンク６０がタンク装着部５６に装着され、供給チューブなどを介してヘッド５２ａ、５２ｂに供給される。

また、Ｘ方向の一方側には、液体吐出ユニット５０のヘッド５２の維持回復を行うメンテナンス機構６１が配置されている。

メンテナンス機構６１は、主にキャップ６２とワイパ６３で構成される。キャップ６２をヘッド５２のノズル面（ノズルが形成された面）に密着させ、ノズルから造形液を吸引する。ノズルに詰まった粉体の排出や高粘度化した造形液を排出するためである。その後、ノズルのメニスカス形成（ノズル内は負圧状態である）のため、ノズル面をワイパ６３でワイピング（払拭）する。また、メンテナンス機構６１は、造形液の吐出が行われない場合に、ヘッドのノズル面をキャップ６２で覆い、粉体２０がノズルに混入することや造形液１０が乾燥することを防止する。

造形ユニット５は、ベース部材７上に配置されたガイド部材７１に移動可能に保持されたスライダ部７２を有し、造形ユニット５全体がＸ方向と直交するＹ方向（副走査方向）に往復移動可能である。この造形ユニット５は、後述するＹ方向走査機構５５２によって全体がＹ方向に往復移動される。

液体吐出ユニット５０は、ガイド部材５４、５５とともに矢印Ｚ方向に昇降可能に配置され、後述するＺ方向昇降機構５５１によってＺ方向に昇降される。

ここで、造形部１の詳細について説明する。

粉体槽１１は、箱型形状をなし、供給槽２１と造形槽２２と、余剰粉体受け槽２９の３つの上面が開放された槽とを備えている。供給槽２１内部には供給ステージ２３が、造形槽２２内部には造形ステージ２４がそれぞれ昇降可能に配置される。

供給ステージ２３の側面は供給槽２１の内側面に接するように配置されている。造形ステージ２４の側面は造形槽２２の内側面に接するように配置されている。これらの供給ステージ２３及び造形ステージ２４の上面は水平に保たれている。

造形槽２２の隣りには、造形槽２２外に排出される余剰な粉体を受ける余剰粉体受け部２９が配置されている。余剰粉体受け槽２９は、ロート形状をなし、底部に粉体２０を排出可能な排出口２９ａを有している。

余剰粉体受け槽２９には、粉体層３１を形成するときに平坦化ローラ１２によって移送供給される粉体２０のうちの余剰の粉体２０が落下する。余剰粉体受け槽２９に落下した余剰の粉体２０は、例えば粉体回収再生装置を経由して、供給槽２１に粉体を供給する後述する粉体供給装置５５４に戻される。

粉体供給装置５５４は供給槽２１上に配置される。造形の初期動作時や供給槽２１の粉体量が減少した場合に、粉体供給装置５５４を構成するタンク内の粉体を供給槽２１に供給する。粉体供給のための粉体搬送方法としては、スクリューを利用したスクリューコンベア方式や、エアーを利用した空気輸送方式などが挙げられる。

平坦化ローラ１２は、供給槽２１から粉体２０を造形槽２２へと移送供給して、表面を均すことで平坦化して所定の厚みの層状の粉体である粉体層３１を形成する。

この平坦化ローラ１２は、造形槽２２及び供給槽２１の内寸（即ち、粉体が供される部分又は仕込まれている部分の幅）よりも長い棒状部材であり、往復移動機構によってステージ面に沿ってＹ方向（副走査方向）に往復移動される。

この平坦化ローラ１２は、往復移動機構のモータによって回転されながら、供給槽２１の外側から供給槽２１及び造形槽２２の上方を通過するようにして水平移動する。これにより、粉体２０が造形槽２２上へと移送供給され、平坦化ローラ１２が造形槽２２上を通過しながら粉体２０を平坦化することで粉体層３１が形成される。

また、図２にも示すように、平坦化ローラ１２の周面に接触して、平坦化ローラ１２に付着した粉体２０を除去するための粉体除去部材である粉体除去板１３が配置されている。

粉体除去板１３は、平坦化ローラ１２の周面に接触した状態で、平坦化ローラ１２とともに移動する。また、粉体除去板１３は、平坦化ローラ１２が平坦化を行うときの回転方向に回転するときにカウンタ方向でも、順方向での配置可能である。

次に、上記立体造形装置の制御部の概要について図４を参照して説明する。図４は同制御部のブロック図である。

制御部５００は、この装置全体の制御を司るＣＰＵ５０１と、ＣＰＵ５０１に本発明に係わる制御を含む立体造形動作の制御を実行させるための本発明に係るプログラムを含むプログラム、その他の固定データを格納するＲＯＭ５０２と、造形データ等を一時格納するＲＡＭ５０３とを含む主制御部５００Ａを備えている。

制御部５００は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）５０４を備えている。また、制御部５００は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ５０５を備えている。

制御部５００は、外部の造形データ作成装置６００から造形データを受信するときに使用するデータ及び信号の送受を行うためのＩ／Ｆ５０６を備えている。

なお、造形データ作成装置６００は、最終形態の造形物（立体造形物）を各造形層毎にスライスしたスライスデータである造形データを作成する本発明に係る立体造形物を造形するデータを作成する装置であり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置で構成されている。

制御部５００は、各種センサの検知信号を取り込むためのＩ／Ｏ５０７を備えている。

制御部５００は、液体吐出ユニット５０のヘッド５２を駆動制御するヘッド駆動制御部５０８を備えている。

制御部５００は、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＸ方向（主走査方向）に移動させるＸ方向走査機構５５０を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１０と、造形ユニット５をＹ方向（副走査方向）に移動させるＹ方向走査機構５５２を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１２を備えている。

制御部５００は、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＺ方向に移動（昇降）させるＺ方向昇降機構５５１を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１１を備えている。なお、矢印Ｚ方向への昇降は造形ユニット５全体を昇降させる構成とすることもできる。

制御部５００は、供給ステージ２３を昇降させるモータ２７を駆動するモータ駆動部５１３と、造形ステージ２４を昇降させるモータ２８を駆動するモータ駆動部５１４を備えている。

制御部５００は、平坦化ローラ１２を移動させる往復移動機構２５のモータ５５３を駆動するモータ駆動部５１５と、平坦化ローラ１２を回転駆動するモータ２６を駆動する５１６を備えている。

制御部５００は、供給槽２１に粉体２０を供給する粉体供給装置５５４を駆動する供給系駆動部５１７と、液体吐出ユニット５０のメンテナンス機構６１を駆動するメンテナンス駆動部５１８を備えている。

制御部５００は、粉体後供給部８０から粉体２０の供給を行わせる後供給駆動部５１９を備えている。

制御部５００のＩ／Ｏ５０７には、装置の環境条件としての温度及び湿度を検出する温湿度センサ５６０などの検知信号やその他のセンサ類の検知信号が入力される。

制御部５００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル５２２が接続されている。

制御部５００は、上述したように、造形データ作成装置６００から造形データを受領する。造形データは、目的とする立体造形物の形状をスライスしたスライスデータとしての各造形層３０の形状データ（造形データ）を含む。

そして、主制御部５００Ａは、造形層３０の造形データに基づいてヘッド５２からの造形液の吐出を行わせる制御をする。

なお、造形データ作成装置６００と立体造形装置（粉体積層造形装置）６０１によって造形装置が構成される。

次に、造形の流れについて図５も参照して説明する。図５は造形の流れの説明に供する模式的説明図である。

ここでは、造形槽２２の造形ステージ２４上に、１層目の造形層３０が形成されている状態から説明する。

この１層目の造形層３０上に次の造形層３０を形成するときには、図５（ａ）に示すように、供給槽２１の供給ステージ２３をＺ１方向に上昇させ、造形槽２２の造形ステージ２４をＺ２方向に下降させる。

このとき、造形槽２２の粉体層３１の表面（粉体面）の上面と平坦化ローラ１２の下部（下方接線部）との間隔（積層ピッチ）がΔｔ１となるように造形ステージ２４の下降距離を設定する。の間隔Δｔ１が次に形成する粉体層３１の厚さ（積層ピッチ）に相当する。間隔Δｔ１は、数十〜１００μｍ程度であることが好ましい。

この場合、平坦化ローラ１２は供給槽２１及び造形槽２２の上端面に対してギャップを置いて配置している。したがって、造形槽２２に粉体２０を移送供給して平坦化するとき、粉体層３１の表面（粉体面）は供給槽２１及び造形槽２２の上端面よりも高い位置になる。

これにより、平坦化ローラ１２が供給槽２１及び造形槽２２の上端面に接触することを確実に防止できて、平坦化ローラ１２の損傷が低減する。平坦化ローラ１２の表面が損傷すると粉体層３１の表面にスジが発生して平坦性が低下する。

次いで、図５（ｂ）に示すように、供給槽２１の上面レベルよりも上方に位置する粉体２０を、平坦化ローラ１２を逆方向（矢印方向）に回転しながらＹ２方向（造形槽２２側）に移動することで、粉体２０を造形槽２２へと移送供給する（粉体供給）。

さらに、図５（ｃ）に示すように、平坦化ローラ１２を造形槽２２の造形ステージ２４のステージ面と平行に移動させ、造形ステージ２４の造形層３０上で所定の厚さΔｔ１になる粉体層３１を形成する（平坦化）。このとき、粉体層３１の形成に使用されなかった余剰の粉体２０は余剰粉体受け槽２９に落下する。

粉体層３１を形成後、平坦化ローラ１２は、図５（ｄ）に示すように、Ｙ１方向に移動されて初期位置（原点位置）に戻される（復帰される）。

ここで、平坦化ローラ１２は、造形槽２２及び供給槽２１の上面レベルとの距離を一定に保って移動できるようになっている。一定に保って移動できることで、平坦化ローラ１２で粉体２０を造形槽２２の上へと搬送させつつ、造形槽２２上又は既に形成された造形層３０の上に均一厚さΔｔ１の粉体層３１を形成できる。

その後、図５（ｅ）に示すように、液体吐出ユニット５０のヘッド５２から造形液１０の液滴を吐出して、次の粉体層３１に所要形状の造形層３０を積層形成する（造形）。

なお、造形層３０は、例えば、ヘッド５２から吐出された造形液１０が粉体２０と混合されることで、粉体２０に含まれる接着剤が溶解し、溶解した接着剤同士が結合して粉体２０が結合されることで形成される。

次いで、上述した粉体供給・平坦化よる粉体層３１を形成する工程、ヘッド５２による造形液吐出工程を繰り返して新たな造形層３０を形成する。このとき、新たな造形層３０とその下層の造形層３０とは一体化して三次元形状造形物（立体造形物）の一部を構成する。

以後、粉体の供給・平坦化よる粉体層３１を形成する工程、ヘッド５２による造形液吐出工程を必要な回数繰り返すことによって、三次元形状造形物（立体造形物）を完成させる。

次に、本実施形態で使用している粉体（立体造形用粉末材料）及び造形液について説明する。

立体造形用粉末材料は、基材と、この基材を平均厚み５ｎｍ〜５００ｎｍで被覆し、造形液としての架橋剤含有水の作用により溶解し架橋可能な水溶性有機材料（バインダー）とを有してなる。

この立体造形用粉末材料においては、基材を被覆する水溶性有機材料が、架橋剤含有水の作用により溶解し架橋可能であるため、水溶性有機材料に架橋剤含有水が付与されると、水溶性有機材料は、溶解すると共に、架橋剤含有水に含まれる架橋剤の作用により架橋する。

これにより、上記立体造形用粉末材料を用いて薄層（粉体層３１）を形成し、粉体層に架橋剤含有水を造形液として吐出することで、粉体層３１においては、溶解した水溶性有機材料が架橋する結果、粉体層３１が結合硬化して造形層３０が形成される。

次に、本発明の第１実施形態における凹凸の造形について図６及び図７を参照して説明する。図６は同実施形態における凹凸の造形の説明に供する説明図、図７は造形液の付与量と造形層の高さの関係の一例を説明する説明図である。

図６（ａ）に示すように、高さｈ１（厚みΔｔ１）の粉体層３１に対して、図６（ｂ）に示すように、ヘッド５２から造形液１０を吐出あるいは滴下して付与するとき、造形液１０が粉体層３１に浸透して粉体２０の凝集が生じることで、図６（ｃ）に示すように、造形層３０の高さは、高さｈ１よりも若干低いｈ２（ｈ２＜ｈ１、減少量ｄ＝ｈ１−ｈ２）となる。

この場合、粉体２０の凝集作用は、付与された造形液１０の滴サイズに依存し、滴サイズが大きいほど大きくなる。したがって、図７に示すように、滴サイズが大きくなるに従って造形層３０の粉体層３１の厚みΔｔ１からの高さの減少量ｄが大きくなる。例えば、高さ減少量ｄの程度は、数十〜百μｍ程度の高さｈ１に対して、数μｍ程度である。

ここで、ヘッド５２は、例えば１５０〜１２００ｄｐｉ程度、すなわち、Ｘ方向に２０〜１６０μｍ程度の間隔で滴を吐出できるとする。このとき、図６（ｄ）に示すように、
所要の間隔で付与する滴の滴サイズの大小を交互に変えることで、造形層３０の表面に、Ｘ方向にピッチ数十〜１００μｍ前後で、高さが数μｍ程度交互に異なる凹凸部３５を造形することができる。

この場合、滴サイズが小さい部分では減少量が少ないので高さｈ２１となり、滴サイズを大きくした部分では減少量が多いので高さｈ２２（ｈ２２＜ｈ２１）となる。したがって、滴サイズを大きくした部分が凹部３５ａとなり、その他の部分が凸部３５ｂとなって、凹凸部３５が造形される。なお、凹凸部３５の凸部３５ｂは凹凸部３５を造形しない領域と同じ高さにしている。

なお、凹部３５ａと凸部３５ｂのピッチは、上記のとおり最小で造形液吐出の解像度から設定できるが、余り小さくすると制御が煩雑になるため、解像度の倍数を単位とする、例えば１５０ｄｐｉ×４＝０．６４ｍｍ、などとすることが好ましい。また、滴サイズを３種類以上選択できる場合に、凹部３５ａを２段階の高さ（深さ）とするなど、凹凸部３５の高さを３水準以上とすることもできる。

そして、図６（ｅ）に示すように、これら凹凸部３５を含む層の上に新たな粉体層３１を形成しても、造形層３０の表面の凹凸部３５はトレースされずに平坦な表面を有する粉体層３１が形成される。

次に、本実施形態における造形動作について図８を参照して説明する。図８は同説明に供する説明図である。

ここでは、第ｎ層目（ｎは１以上の整数）の造形層３０Ａ上に第（ｎ＋１）層目の造形層３０Ｂを造形するとき、第ｎ層目の造形層３０Ａの領域Ｒ１には第（ｎ＋１）層目の造形層３０Ｂを造形し、領域Ｒ２には第（ｎ＋１）層目の造形層３０Ｂを造形しないものとする。

このとき、下層である第ｎ層目の造形層３０Ａを造形するとき、上層となる第（ｎ＋１）層目に造形層３０Ｂを造形する領域（重複領域という。）Ｒ１には、所要のピッチで滴サイズを交互に変えて造形液１０を付与して造形することで凹凸部３５を造形している。なお、ここでは、凹部３５ａを造形することで相対的に凸部３５ｂが造形される。

一方、第（ｎ＋１）層目に造形層３０Ｂを造形しない領域（非重複領域という。）Ｒ２においては、所要の滴サイズで凸部３５ｂと同じ高さで造形を行う。

この状態で、第（ｎ＋１）層目の粉体層３１を形成し、第（ｎ＋１）層目の造形層３０Ｂの造形を行ったとき、重複領域Ｒ１では第ｎ層目の造形層３０Ａと第（ｎ＋１）層目の造形層３０Ｂとは凹凸部３５の面で接する。一方、非重複領域Ｒ２はほぼ平坦面となっているが、非重複領域Ｒ２は第（ｎ＋１）層目を造形しない立体造形物の表面となるので、所要の表面性を確保することができる。

ここで、凹凸部３５が造形された面は層間界面の表面積が平坦面より大きくなるので、面同士の接合力は、凹凸部３５が造形された面は平坦面よりも大きくなり、剥がれにくくなる。

このように、粉体積層造形において、上部に積みあがっていく造形層は上層下面と下層上面が上層へ供給された造形液の浸透により結合される。このとき、上下層間の境界が凹凸面になっていることで、平坦な境界の場合と比較して、層間の粉体の粒子結合強度をより高めることができ、造形品質を向上できる。

次に、凹凸パターンの異なる例について図９の平面説明図を参照して説明する。なお、図９における面塗りは凹部を見やすくするためのものである。

図９（ａ）の第１例は、ストライプ状に凹部３５ａを設けることで凹凸部３５を造形している。このパターンは、ヘッド５２がＸ方向に所定量移動するごとに滴サイズを大きくすることで造形できる。

図９（ｂ）の第２例は、格子状に凹部３０ａを設けることで凹凸部３５を造形している。このパターンは、ヘッド５２のＸ方向１スキャン毎に、付与する滴サイズの大小を繰り返し、滴サイズ大の連続を入れ替えることで造形できる。第１例に比べて、凹凸境界面の表面積を多くすることができる。

図９（ｃ）の第３例は、チェスボードチェック状に（千鳥状に）凹部３５ａを設けることで凹凸部３５を造形している。このパターンは、第２例において、さらにヘッド５２のＸ方向１スキャンが終わる毎に滴サイズの大小の順番を入れ替えることで造形できる。第２例に比べて、更に凹凸境界面の表面積を多くできる。

次に、凹凸の造形領域について図１０の斜視説明図を参照して説明する。

第ｎ層目の造形層３０Ａの表面の凹凸部３５は、第（ｎ＋１）層目の造形層３０Ｂとの重複領域Ｒ１の全体に設けることも、一部に設けることもできる。

凹凸部３５を第ｎ層目の造形層３０Ａの一部の領域に設ける場合には、図１０に示すように、少なくとも第ｎ層目の造形層３０Ａの周縁部に凹凸部３５を造形することが好ましい。

これにより、粉体積層造形の性質上、結合強度が弱くなる造形層の周縁部の結合強度を上げることができる。

次に、上記実施形態における立体造形動作の制御について図１１のフロー図を参照して説明する。

まず、第ｎ層目の造形データを取得する。造形データは、造形対象となる立体物を所要の積層ピッチでスライスしたスライスデータである。

そして、第（ｎ＋１）層目の造形データを取得し、第ｎ層目と第（ｎ＋１）層目の各造形データを比較して、第ｎ層目の造形層３０上に第（ｎ＋１）層目の造形層３０が造形される重複領域があるか否かを判別する。

そして、第ｎ層目の造形層３０上に第（ｎ＋１）層目の造形層３０が造形される重複領域があるときには、第ｎ層目の造形層３０の重複領域のうち、凹凸部３５を造形する領域（凹凸領域）を設定する。

その後、第ｎ層目の粉体層３１を形成し、当該粉体層３１に対してヘッド５２から造形液を付与して第ｎ層目の造形層３０の造形を行う。このとき、凹凸部３５を造形する凹凸領域では、前述したように、滴サイズを変更して造形液の付与量を変化させる。

そして、第ｎ層目の造形層３０の造形完了後、第ｎ層が最終層でなければ、ｎ＝ｎ＋１のインクリメントを行って上記の処理を繰り返し、第ｎ層が最終層であれば、立体造形動作を終了する。

次に、本発明の第２実施形態について図１２ないし図１４を参照して説明する。図１２は同実施形態における凹凸の造形領域の説明に供する斜視説明図、図１３は同じく平面説明図、図１４は同じく第１凹凸部及び第２凹凸部の説明に供する説明図である。なお、図１４では図を見やすくするために図８とは異なる面塗りとしている。

第ｎ層目の造形層３０Ａ上に第（ｎ＋１）層目の造形層３０Ｂを造形するとき、造形層３０Ｂが複数（ここでは２つとする。）の造形部分（以下、「造形領域」という。）Ｏ１１、Ｏ１２で構成され、造形領域Ｏ１１、Ｏ１２の面積（重複面積）が異なる場合がある。ここでは、重複面積は、造形領域Ｏ１１＜造形領域Ｏ１２、とする。

このように、第ｎ層目の造形層３０Ａに連続して接触する第（ｎ＋１）層目の造形層３０Ｂが複数の造形領域で構成され、しかも、第ｎ層目の造形層３０Ａに接触する（連続する）造形領域の面積が異なる場合がある。

この場合、第ｎ層目の造形層３０Ａとの接触面積が小さく造形領域ほど積層方向での引張りに弱く、剥がれやすくなる。例えば、造形領域Ｏ１１は、造形領域Ｏ１２よりも、第ｎ層目の造形層３０Ａとの境界部の底面積が小さく、積層方向に剥がれやすい。

そこで、本実施形態では、図１４に示すように、凹部の深さｄが異なる２つの第１凹凸部３５Ａと第２凹凸部３５Ｂとを造形可能としている。第１凹凸部３５Ａの深さｄ１は、第２凹凸部３５Ｂの深さｄ２よりも深く（ｄ１＞ｄ２）している。凹凸部の深さは、造形液の液滴サイズをより大きくすることで凹部をより深くすることができる。なお、深さｄ１、ｄ２は粉体層３１の表面（粉体面）からの深さとする。

そして、第ｎ層目の造形層３０Ａを造形するとき、図１４（ａ）に示すように、第ｎ層目の造形層３０Ａを造形するとき、第（ｎ＋１）層目の造形層３０Ｂの造形領域Ｏ１１との重複領域Ｒ１１には第１凹凸部３５Ａを造形する。また、図１４（ｂ）に示すように、第（ｎ＋１）層目の造形層３０Ｂの造形領域Ｏ１２との重複領域Ｒ１２には第２凹凸部３５Ｂを造形する。

ここで、第ｎ層目の造形層３０Ａのうちの第（ｎ＋１）層目の造形層３０Ｂが造形されない領域を前述したように非重複領域Ｒ２とするとき、面同士の接合力は、凹凸部３５があり、深さが深いほど大きくなるので、Ｒ１１＞Ｒ１２＞Ｒ２となり、造形液による結合前から、剥がれにくさは、Ｒ１１＞Ｒ１２＞Ｒ２となっている。

このように形成する凹凸部３５の深さを選択する（第１凹凸部３５Ａ，第２凹凸部３５Ｂのいずれかを選択する）ことで、造形後の層間の粉体結合強度を制御することができ、界面の特定部位の結合強度を増すことなどが可能となる。

つまり、連続する造形層である第ｎ層目の造形層３０Ａと第（ｎ＋１）層目の造形層３０Ｂとの層界面の結合強度は、凹凸部３５の凹部３５ｂの深さ（凹凸の深さ）を深くすることで高めることができる。

ここで、造形層３０Ｂの造形領域Ｏ１１は造形領域Ｏ１２よりも面積が小さいので、
造形領域Ｏ１１に対応する重複領域Ｒ１１に第１凹凸部３５Ａを、造形領域Ｏ１２に対応する重複領域Ｒ１２に第２凹凸部３５ｂを造形する。つまり、面積の小さい重複領域Ｒ１１の第１凹凸部３５Ａの深さｄ１を、面積の大きい重複領域Ｒ１２の第２凹凸部３５Ｂの深さｄ２よりも深くする。

このとき、凹凸面間界面の表面積は、深さｄが深いほど大きく取れるので、面同士の接合力及び造形後の層間粉体結合強度は、重複領域Ｒ１１＞Ｒ１２となる。

このように重複領域に形成する凹凸部の深さ（凹部の深さ）を異ならせることで、造形後の層間の粉体結合強度を制御することができ、連続する造形層である第ｎ層目の造形層３０Ａと第（ｎ＋１）層目の造形層３０Ｂとの層境界の特定部位の結合強度を増すことなどができる。

次に、本発明の第３実施形態について図１５を参照して説明する。図１５は同実施形態における第１凹凸部及び第２凹凸部の説明に供する説明図である。なお、図１５でも図を見やすくするために図８とは異なる面塗りとしている。

本実施形態では、第１凹凸部３５Ａの凹凸ピッチＰ１と、第２凹凸部３５Ｂの凹凸ピッチＰ２（Ｐ１＜Ｐ２）とを異ならせている。ここで、凹凸ピッチを狭くすることで、層境界面の結合強度を高めることができる。

凹凸部３５の凹凸ピッチが小さいほど、凹凸面間界面の表面積が大きく取れるので、凹凸部のピッチが異なる領域Ｒ１（ピッチＰ１＝小）とＲ２（ピッチＰ２＝大）では、面同士の接合力及び造形後の層間粉体結合強度もＲ１＞Ｒ２となる。

このように重複領域に形成する凹凸部のピッチ（凹凸ピッチ）を異ならせることで、造形後の層間の粉体結合強度を制御することができ、連続する造形層である第ｎ層目の造形層３０Ａと第（ｎ＋１）層目の造形層３０Ｂとの層境界の特定部位の結合強度を増すことなどができる。

このように形成する凹凸部の凹凸ピッチを選択することで、を異ならせることで、造形後の層間の粉体結合強度を制御することができ、連続する造形層である第ｎ層目の造形層３０Ａと第（ｎ＋１）層目の造形層３０Ｂとの層境界の特定部位の結合強度を増すことなどができる。

上記実施形態では、供給槽と造形槽の２層構造の立体造形装置で説明したが、造形槽の１層構造とし、造形槽に直接粉体を供給してブレードやローラなどの平坦化手段で平坦化する構成の立体造形装置にも本発明を適用することができる。

１ 造形部
５ 造形ユニット
１０ 造形液
１２ 平坦化ローラ（平坦化手段）
２０ 粉体
２１ 供給槽
２２ 造形槽
２３ 供給ステージ
２４ 造形ステージ
３０ 造形層（層状造形物）
３１ 粉体層（層状の粉体）
３５ 凹凸部
３５ａ 凹部
３５ｂ 凸部
５０ 液体吐出ユニット
５１ キャリッジ
５２ 液体吐出ヘッド
５００ 制御部

Claims (8)

1. 敷き詰められた粉体に対し、前記粉体を結合する造形液を付与して層状造形物を造形する造形液付与手段と、
   前記粉体を敷き詰める動作と、前記造形液付与手段から前記造形液を付与させて前記層状造形物を造形する動作を繰り返して、前記層状造形物を積層した立体造形物を造形する制御をする手段と、を備え、
   前記制御をする手段は、
   第ｎ層（ｎは１以上の整数）目の前記層状造形物を造形するとき、
   第（ｎ＋１）層目に前記層状造形物を造形する領域の少なくとも一部の領域の表面に凹凸部を造形する制御をする
   ことを特徴とする立体造形物を造形する装置。
2. 前記第（ｎ＋１）層目に前記層状造形物を造形する領域にのみ前記凹凸部を造形する
   ことを特徴とする請求項１に記載の立体造形物を造形する装置。
3. 前記凹凸部を造形する領域では、前記造形液付与手段から付与する造形液の滴サイズを他の領域よりも大きくする
   ことを特徴とする請求項１に記載の立体造形物を造形する装置。
4. 前記凹凸部は、ストライプ状、格子状又はチェック状のパターンである
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の立体造形物を造形する装置。
5. 前記凹凸部として、凹凸の深さ、及び、凹凸のピッチの少なくともいずれかが異なる第１凹凸部と第２凹凸部とを選択的に造形可能である
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の立体造形物を造形する装置。
6. 前記第（ｎ＋１）層目の前記層状造形物が複数の造形領域で構成されるとき、
   前記第ｎ層に接する前記造形領域の面積に応じて前記第１凹凸部又は第２凹凸部を造形する
   ことを特徴とする請求項５に記載の立体造形物を造形する装置。
7. 粉体を敷き詰める動作と、前記敷き詰められた粉体に対して造形液を付与して前記層状造形物を造形する動作を繰り返して、前記層状造形物を積層した立体造形物を造形する制御をコンピュータに行わせるためのプログラムであって、
   第ｎ層（ｎは１以上の整数）目の前記層状造形物を造形するとき、
   第（ｎ＋１）層目に前記層状造形物を造形する領域の少なくとも一部の領域の表面に凹凸部を造形する制御をコンピュータに行わせるためのプログラム。
8. 粉体を敷き詰める動作と、前記敷き詰められた粉体に対して造形液を付与して前記層状造形物を造形する動作を繰り返して、前記層状造形物を積層した立体造形物を造形する方法であって、
   第ｎ層（ｎは１以上の整数）目の前記層状造形物を造形するとき、
   第（ｎ＋１）層目に前記層状造形物を造形する領域の少なくとも一部の領域の表面に凹凸部を造形する
   ことを特徴とする立体造形物を造形する方法。

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