JP2018034327A - 造形装置及び造形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】材料層を積層して立体物を作製する造形装置において、立体物の寸法精度及び強度を向上する。
【解決手段】スライスデータに基づいて造形材料を積層することによって立体物を作製する造形装置であって、前記造形材料が積層される積層面を有する造形台と、積層の際に、前記積層面または前記積層面上の立体物に、直接的または間接的に当接する加圧面を有する加圧部材と、前記積層面または前記積層面上の立体物と、前記加圧部材との間の圧力を検出する複数の検出手段と、前記複数の検出手段の検出結果に基づいて、前記積層面と前記加圧面とが平行になるように前記積層面と前記加圧面との間の相対角度を調整する調整手段と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、造形装置及び造形方法に関するものである。

近年、アディティブマニファクチャリング（ＡＭ）、三次元プリンタ、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）等と呼ばれる立体造形技術が注目を集めている（本明細書ではこれらの技術を総称してＡＭ技術と呼ぶ）。ＡＭ技術は、立体モデルの三次元形状データをスライスして複数のスライスデータを生成し、スライスデータに基づいて、造形材料からなる材料層を造形台上に順次積層して固着することで、三次元物体（立体物）を作製する技術である。

特許文献１には、三次元物体の断面に対応する粉体からなる薄片を粉体の帯電を経て構成する手段と、該薄片を造形物支持部材側に転写定着する手段とを有し、造形物支持部材上の既成造形物上に該薄片を積層する積層造形装置が開示されている。
ここで特許文献１では、加熱温度や加圧圧力等のデータを作成し、これらのデータに基づき、立体物の造形作動を各手段に繰返し実行させることが開示されている。
また特許文献２には、以下のような構成を有することで、サポート部材を形成することなく三次元造形物を作製可能とする三次元造形装置が開示されている。それは、ＸＹＺ直交座標系のＸ軸周り及びＹ軸周りに回転可能に配設されたテーブルと、前記テーブルとの相対的な位置関係を三次元で変化することができ、熱可塑性樹脂を吐出する吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドを制御する制御手段とである。ここで、制御手段は、三次元データに基づいて前記テーブル上に三次元造形物を作製するよう前記吐出ヘッドを制御する。

特開２００３−１９５６８３号公報 特開２０１５−７７７５４号公報

材料層を造形台上に積層、加熱溶融、固着して、立体物を作製する造形装置においては、加熱した材料層の溶融状態は、作製する立体物の寸法精度、強度に大きく寄与する。すなわち、より高精度、高強度の立体物を作製するためには、材料層加熱時の溶融状態を最適かつ均一に管理することが重要である。材料層加熱時の溶融状態を最適かつ均一に管理するためには、造形台の積層面あるいは造形台上の立体物の最上面と、加熱手段の加熱面を極力平行に保つことが望ましい。必要な平行度としては、材料層一層の厚みよりも十分小さいことが望ましく、例えば材料層一層の厚みが２０μｍの場合、平行度は少なくとも１０μｍ以下とすることが望ましい。
一方、造形台は、積層工程終了後に立体物を分離させる必要があるため、造形装置から脱着可能に構成することが望ましい。造形台を造形装置から脱着する際の機械的な位置決め再現性は、通常数十μｍ程度であり、造形台を脱着する前後で、造形台の積層面と加熱手段の加熱面との平行関係を、機械的な位置決めで１０μｍ以下の精度に管理することは困難である。更に造形台は、加熱による変形や材料の変質が生じたり、積層工程終了後に立体物を分離する際、積層面に傷などのダメージが与えられたりする場合がある。そのため、一般的に造形台は消耗、交換部品であることが多く、造形台の交換時に、その積層面と、加熱手段の加熱面との平行関係を高精度に管理することは難しい。

以上の理由により、従来の造形装置においては、造形台の積層面あるいは造形台上の立体物の最上面と、加熱手段の加熱面は、全面にわたって一様に当接することができず、材料層の溶融状態が面内で不均一になる、という課題があった。
特許文献１における、加熱温度及び加圧圧力を制御する構成は、材料層各層の溶融状態を最適に管理するために、有効な構成の一つである。しかしながら、材料層一層に注目した場合、積層する薄片は一定の面積を有する二次元像であり、材料層と加熱面とが平行でない場合、特定の位置の加圧圧力を制御するだけでは、次のようなことが懸念される。すなわち、薄片面内に加圧圧力の分布が生じてしまい、薄片面内の溶融状態にむらが発生してしまうことが懸念される。
一方、特許文献２では、テーブルはＸ軸周り及びＹ軸周りに回転可能に構成されており、樹脂を吐出する吐出ヘッドとの位置関係を三次元で変化させることが可能である。これにより、通常ならサポート部材を必要とする造形物の形状でも、テーブルを傾けることでサポート部材を用いることなく積層することを可能としている。
しかしながら、特許文献２における造形方法は、吐出ヘッドから吐出する線状の溶融樹脂を用いて二次元像を描画する構成であり、材料層を層ごとに一括して加熱溶融する構成ではない。そのため、テーブルを傾けることができても、材料の溶融状態を層内で均一に管理することは困難である。
このように、従来では、材料層を積層する際に、材料層の溶融状態を均一に管理することは困難であり、より高精度、高強度の立体物を作製することが望まれていた。

本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、材料層を積層して立体物を作製する造形装置において、立体物の寸法精度及び強度を向上することを目的とする。

本発明の第１態様は、
スライスデータに基づいて造形材料を積層することによって立体物を作製する造形装置であって、
前記造形材料が積層される積層面を有する造形台と、
積層の際に、前記積層面または前記積層面上の立体物に、直接的または間接的に当接する加圧面を有する加圧部材と、
前記積層面または前記積層面上の立体物と、前記加圧部材との間の圧力を検出する複数の検出手段と、
前記複数の検出手段の検出結果に基づいて、前記積層面と前記加圧面とが平行になるように前記積層面と前記加圧面との間の相対角度を調整する調整手段と、
を有することを特徴とする造形装置を提供する。

本発明の第２態様は、
スライスデータに基づいて造形材料を積層することによって立体物を作製する造形装置による造形方法であって、
前記造形装置が、
前記造形材料が積層される積層面を有する造形台と、
積層の際に、前記積層面または前記積層面上の立体物に、直接的または間接的に当接する加圧面を有する加圧部材と、
を有し、
前記積層面または前記積層面上の立体物と、前記加圧部材との間の圧力を複数の検出手段で検出するステップと、
前記複数の検出手段の検出結果に基づいて、前記積層面と前記加圧面とが平行になるように前記積層面と前記加圧面との間の相対角度を調整するステップと、
を含むことを特徴とする造形方法を提供する。

本発明によれば、材料層を積層して立体物を作製する造形装置において、立体物の寸法精度及び強度を向上することが可能となる。

実施例１の造形装置を示す概略図 実施例１のプレート上の積層領域と荷重センサの位置関係を示す図 実施例１の積層工程前のプレートの姿勢制御を説明するフローチャート 中間転写体に矩形プレートを用いた場合の造形装置を示す図 図４の装置の積層工程前のプレートの姿勢制御を説明するフローチャート 実施例２のプレート上に積層された造形物を示す図 実施例２の積層工程時のプレートの姿勢制御のフローチャート

以下、この発明を実施するための形態を図面を参照して例示的に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている各部材の寸法、材質、形状、その相対配置など、各種制御の手順、制御パラメータ、目標値などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
本発明は、積層造形技術（ＡＭ技術）、すなわち、造形材料を二次元に配置して層状に積層することによって三次元物体（立体物）を作製する技術を採用した造形装置に関する。
造形材料としては、作製する立体物の用途・機能・目的などに応じてさまざまな材料を選択することができる。本明細書では、造形目的の三次元物体を構成する材料を「構造材料」と呼び、構造材料で形成される部分を構造体と呼ぶ。作製途中の構造体を支持するためのサポート体（例えばオーバーハング部を下から支える柱）を構成する材料を「サポート材料」と呼ぶ。また両者を特に区別する必要がない場合には、単に「造形材料」という用語を用いる。構造材料としては、例えば、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＡＢＳ、ＰＳ（ポリスチレン）など、熱可塑性の樹脂を用いることができる。また、サポート材料としては、構造体からの除去を簡単にするため、熱可塑性と水溶性を有する材料を好ましく用いることができる。サポート材料としては、例えば、糖質、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）などを例示できる。

また、本明細書では、作製目的とする立体モデルの三次元形状データを積層方向に沿って複数層にスライスして得られるデジタルデータを「スライスデータ」と呼ぶ。スライスデータは、必要に応じて、サポート材料のデータなどの情報を付加して生成される。スライスデータに基づき造形材料で形成される層を「材料層」と呼ぶ。「材料層」は、用いる造形材料の種類に応じて、一又は複数の材料層を組み合わせて形成される粒子の層である。
また、造形装置を用いて作製しようとする立体モデル（つまり造形装置に与えられる三次元形状データが表す三次元物体）を「造形対象物」と呼ぶ。また、造形装置で作製された（出力された）三次元物体（立体物）を「造形物」と呼ぶ。造形物がサポート体を含む場合において、サポート体を除いた部分が造形対象物を構成する「構造体」となる。

［実施例１］
以下に、実施例１について説明する。
図１は、本実施例の造形装置１００を示す概略図である。図１において、３は、造形装置１００の制御部１０１による制御処理に従って造形対象物の三次元形状データから生成された複数層のスライスデータに基づいて、造形材料からなる粒子状の材料層１を形成する材料層形成手段である。本実施例において、材料層形成手段３は、電子写真プロセスを
利用して造形材料からなる一層分の材料層を形成する。以下、材料層形成手段３が電子写真プロセスを利用する例について説明するが、本発明は、インクジェットプロセスなどの他の方法を利用する場合にも適用することができる。

４は、材料層形成手段３にて形成された材料層１を転写位置１２にて順次受け取り、材料層１を担持して所定の位置まで搬送する無端ベルト状の中間転写体である。
５、６は、無端ベルト状の中間転写体４を支持し、周回搬送するためのローラであり、５は駆動モータを備えた駆動ローラ、６は中間転写体４の蛇行を補正するために、不図示の駆動系により回転軸を傾かせることのできる従動ローラである。駆動ローラ５、従動ローラ６はそれぞれ、中間転写体４の蛇行を防止するために、中央側を両端側よりも若干高くしたクラウン形状になっている。
材料層１は中間転写体４に転写され、駆動ローラ５の回転により図中矢印１４の方向に進行し、所定の積層位置１３へ搬送される。積層位置１３で材料層１の積層が行われている間、中間転写体４による材料層１の搬送動作は停止状態となる。
ここで、以下の説明では、材料層１が積層される積層方向をＺ方向とし、積層方向に直交する面をＸＹ平面とする。このとき、Ｘ方向は、積層位置１３における中間転写体４の進行方向であり、Ｘ方向と直交する方向がＹ方向である。

７は、造形物２を積層、保持する積層面７ａを有する基板（造形台）としてのプレートであり、８はプレート７を着脱可能に保持するステージである。
１１は、中間転写体４の内周側に配置され、Ｚ方向に移動可能で、中間転写体４上の材料層１を加熱溶融するために温度制御される加熱部材である。
積層位置１３で、プレート７の積層面７ａまたは積層面７ａ上（積層面上）の造形物２と、加熱部材１１との間で、中間転写体４の表面（外周面）に担持された材料層１が挟まれることで、積層が行われる。加熱部材１１は、積層位置１３で、中間転写体４の内周面に当接可能な加熱面（加圧面）１１ａを有する。

ここで、プレート７とステージ８の間には、ＸＹ平面上で互いに等距離の位置三箇所に、荷重センサ９ａ〜９ｃが配置されており、荷重センサ９ａ〜９ｃそれぞれと直列に、Ｚ方向に駆動可能な一軸アクチュエータ１０ａ〜１０ｃが、三箇所に配置されている。荷重センサ９ａ〜９ｃは、プレート７の積層面７ａまたは積層面７ａ上の造形物２と、加熱部材１１との間の圧力を検出するためのものであり、本実施例では、プレート７のうち、積層面７ａと対向側（積層面７ａの裏側）の面に配設されている。また、一軸アクチュエータ１０ａ〜１０ｃは、荷重センサ９ａ〜９ｃの検出結果に基づいて制御部１０１により制御され、積層面７ａと加熱面１１ａとが平行になるように、積層面７ａと加熱面１１ａとの間の相対角度を調整するためのものである。一軸アクチュエータ１０ａ〜１０ｃは、荷重センサ９ａ〜９ｃごとに対応して配設されている。
この構成について以下により詳しく説明する。

図２Ａは、本実施例のステージ８において、プレート７上に造形物２が積層される積層領域１６と、荷重センサ９ａ〜９ｃ及び一軸アクチュエータ１０ａ〜１０ｃの位置関係を示す図であり、図２Ｂは図２Ａに示す矢印Ａの矢視図である。
図２Ｂに示す荷重センサ９ａ〜９ｃは、荷重センサ９ａ〜９ｃをＺ方向に投影したときの、積層面７ａ上の投影像を示している。本実施例では、図２Ｂに示すように、荷重センサ９ａ〜９ｃは、その投影像が、積層面７ａを含むＸＹ平面内において、積層領域１６の中心を重心とする三角形１７の頂点に位置するように配置されている。ここで、荷重センサ９ａ〜９ｃの配置はこれに限るものではなく、その投影像が、ＸＹ平面内において、積層領域１６の少なくとも一部を含む多角形の頂点に配置されるものであってもよい。
このような配置により、積層時に荷重センサ９ａ〜９ｃ及び一軸アクチュエータ１０ａ〜１０ｃに加わる荷重を、極力均等に分散させることができる。

ここで、本実施例において荷重センサ９ａ〜９ｃは、Ｚ方向に高い剛性を確保するために圧電式の荷重センサを用いているが、これに限るものではない。積層時の加圧力が小さい場合には、歪ゲージ式の荷重センサを用いてもよく、これにより、装置コストを下げることができる。
また本実施例では、一軸アクチュエータ１０ａ〜１０ｃは、モータの回転を直動に変換するリニアアクチュエータを用いたが、これに限るものではなく、エアシリンダ、圧電アクチュエータなどを用いることもできる。

また、ステージ８は、Ｚ方向に移動可能であって、中間転写体４上の材料層１が、プレート７の積層面７ａまたは積層面７ａ上の造形物２に積層される際に位置する接触位置と、接触位置から離れた離間位置との間を往復する。積層後に、ステージ８が離間位置をとることで、造形物２に積層された材料層１と中間転写体４が分離する。また、造形物２の積層量（Ｚ方向の厚さ）に応じて、ステージ８の接触位置は変化する。
ステージ８の駆動、荷重センサ９ａ〜９ｃによる荷重測定及び一軸アクチュエータ１０ａ〜１０ｃの駆動は、制御部１０１により制御される。
また、中間転写体４上の材料層１は、積層位置１３にて、Ｚ方向にそれぞれ移動してきた加熱部材１１とステージ８との間に挟持され、造形物２の最上層として積層、加熱溶融、固着された後、ステージ８の下降により中間転写体４より剥離される。
このように、次層以降の材料層１を順次、積層、加熱溶融、固着することで、目標の造形物が作製されるが、これらの動作制御及び加熱制御の全ては、制御部１０１により制御される。

図３は、本実施例の造形装置１００において、造形物の作製に先立ち制御部１０１により行われる、積層工程前のプレート７の姿勢制御を説明するためのフローチャートである。
ステップＳ１１で加熱部材１１は−Ｚ方向に下降し、中間転写体４に接触した後、ステップＳ１２でステージ８が＋Ｚ方向に上昇し、プレート７を中間転写体４に当接させる。
ステップＳ１３で三箇所の荷重センサ９ａ〜９ｃによりプレート７と中間転写体４との当接荷重を検出し、予め設定された閾値Ａの荷重を検出した場合（ステップＳ１３でＹｅｓ）、ステップＳ１４でステージ８は停止する。閾値Ａの荷重を検出しなかった場合（ステップＳ１３でＹｅｓ）には、ステップＳ１２に戻る。

ステップＳ１５で三箇所の荷重センサ９ａ〜９ｃの検出値のばらつきを検出し、検出値の最大値と最小値の差が、予め設定された閾値Ｂに収まらない場合（ステップＳ１５でＮｏ）、ステップＳ１６に進む。
ステップＳ１６では、最も大きな荷重を検出した荷重センサと直列に配置した一軸アクチュエータを−Ｚ方向に微小量駆動し（ステップＳ１７）、その後、ステップＳ１２に戻る。このようにステップＳ１５で三箇所の荷重センサ９ａ〜９ｃの検出値の最大値と最小値の差が、所望の閾値Ｂに収まるまでステップＳ１２〜１７を繰返し、所望の閾値Ｂに収まり検出値のばらつきが低減されると（ステップＳ１５でＹｅｓ）、ステップＳ１８に進む。
ステップＳ１８では、ステージ８を−Ｚ方向に下降させ、ステージ８が積層待機位置まで移動すると、プレート７の姿勢調整は終了となる。

ここで、本実施例においては、プレート７とステージ８の間に、荷重センサ９ａ〜９ｃと一軸アクチュエータ１０ａ〜１０ｃを直列に配置したが、これに限るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、異なる場所に配置することが可能である。
また、荷重センサ９ａ〜９ｃは、プレート７と加熱部材１１とが当接した時の荷重分布を検出できる場所、例えば、加熱部材１１に配置されるものであってもよい。この場合に
は、加熱部材１１のうち、加熱面１１ａと対向側（加熱面１１ａの裏側）の面に配置するとよい。このように、荷重センサは、プレート７と加熱部材１１のうちいずれか一方における複数箇所に配設されるものであればとよい。
また、一軸アクチュエータ１０ａ〜１０ｃにおいても、プレート７と加熱部材１１との相対角度を調整できる場所に配置されるものであればよく、例えば加熱部材１１側に設けてもよい。
また、本実施例においては、プレート７と加熱部材１１の相対的な角度を調整するために、一軸アクチュエータ１０ａ〜１０ｃを三箇所配置したが、これに限るものではなく、他の角度調整手段で代替することも可能である。例えば、一軸アクチュエータ１０ａ〜１０ｃのうち一つを、ボールジョイントに置換してもよいし、三箇所の一軸アクチュエータ１０ａ〜１０ｃの替わりに、二軸（Ｘ軸、Ｙ軸）周りに回転可能なゴニオステージを用いてもよい。

また、本実施例では、加熱部材１１が、積層位置１３で、中間転写体４上の材料層１を加熱溶融し、プレート７との間で、中間転写体４上の材料層１を挟むことで、積層を行う形態について説明したが、これに限るものではない。中間転写体４上の材料層１を加熱溶融する機能を有する部材と、プレート７との間で中間転写体４上の材料層１を挟む部材は、別の部材であってもよい。この場合、プレート７との間で中間転写体４上の材料層１を挟む部材（加圧部材）と、プレート７との間で、姿勢制御を行うことになる。

更に本実施例においては、中間転写体４に無端状のベルト部材を用いており、ローラ５、６を用いて中間転写体４を周回運動させることで連続積層を実現しているが、中間転写体４は無端ベルト状に限るものではない。例えば、図４に示す造形装置のように、中間転写体を矩形プレート形状の中間転写プレート１５とし、転写位置１２と積層位置１３との間を往復移動可能に構成してもよい。その場合、加熱部材１１は、中間転写プレート１５が積層位置１３に位置していない時に、造形物２に直接当接し、加熱溶融を行うものであるとよい。このときの、積層工程前のプレート７の姿勢制御のフローを図５に示しているが、姿勢制御に関するステップは前述の図３のフローと同様であるため、その説明は省略する。
また、積層工程前に、プレート７の姿勢を調整する際、上述した図１に示す造形装置１００では、プレート７の積層面７ａと加熱部材１１の加熱面１１ａとは、中間転写体４を介することで、間接的に当接するものであった。これに対して、図４に示す造形装置の場合には、積層工程前に、プレート７の姿勢を調整する際、プレート７の積層面７ａと加熱部材１１の加熱面１１ａとが、直接的に当接することになる。

以上説明したように、本実施例によれば、積層工程前に、プレート７の姿勢制御を行うことで、プレート７の積層面と、造形物２を加熱溶融する加熱部材１１の加熱面１１ａとを平行に保つことができる。
これにより、積層工程において、造形物２の溶融状態を面内で均一に管理することができ、造形物２の寸法精度、及び強度を向上することができ、高品質の造形物を得ることが可能となる。

［実施例２］
次に、実施例２について説明する。なお、本実施例では、実施例１と異なる構成や処理について説明するものとし、実施例１と同様の構成や処理についての説明は省略する。
図６は、本実施例の積層工程において、プレート７上に積層された造形物２１を示す図である。
２２ａ〜２２ｃは、荷重センサ９ａ〜９ｃ近傍でプレート７上に積層されたダミーの積層物である。ダミーの積層物２２ａ〜２２ｃは、荷重センサ９ａ〜９ｃによる圧力検出のために積層される検出用立体物である。荷重センサ９ａ〜９ｃと同様、ダミー積層物２２
ａ〜２２ｃは三箇所に配置されており、各々の断面積（積層面７ａ上の設置面積）は概ね等しくなるように、一定の面積で積層されるとよい。

実施例１では、積層工程前において、プレート７の姿勢制御を行い、プレート７の積層面と、材料層を加熱溶融する加熱部材１１の加熱面とを平行に管理するものであった。これに対して、積層工程中においては、熱変形などにより、積層面７ａと加熱面１１ａとの平行関係が崩れることが懸念される。このため、積層工程中においても、積層工程前と同様に、積層面７ａと加熱面１１ａとの平行関係を管理することが望まれる。しかしながら、積層工程中において、特に、造形物がプレート７上の中央領域に位置していない場合には、造形物近傍の荷重センサは、他の荷重センサに比べて大きな荷重を検出してしまうことが懸念される。このような場合には、積層面７ａと加熱面１１ａとの平行関係を正しく検知することができない。
そこで、本実施例では、複数の荷重センサを用いて、積層面７ａと加熱面１１ａとの平行関係を検知する場合において、プレート７上にダミー積層物２２ａ〜２２ｃを積層することにした。

ここで、ダミー積層物の積層について説明する。まず、制御部１０１（データ付加部）により、立体モデルのデータから生成されるスライス像に対して、ダミー積層物のデータが付加され、スライスデータが生成される。このスライスデータに基づいて、材料層形成手段３による材料層の形成動作が行われることで、ダミー積層物の層を含んだ材料層が形成される。この材料層が、積層位置１３でプレート７の積層面７ａ上に順次積層される。このようにして、図６に示すような造形物２１、及びダミー積層物２２ａ〜２２ｃがプレート７上に積層される。
このようなダミー積層物２２ａ〜２２ｃをプレート７上に積層することにより、目標の造形物２１がプレート７上の中央領域に位置していない場合であっても、荷重センサ９ａ〜９ｃによって積層面と加熱面との平行関係を、より正確に検出することが可能となる。

積層工程中において、積層面７ａと加熱面１１ａの平行関係を、より正確に検出するためには、ダミー積層物２２ａ〜２２ｃを構成する材料は、目標の造形物２１と同等、もしくは造形物２１よりも高い機械強度をもつ材料であることが望ましい。
また、荷重センサ９ａ〜９ｃと一軸アクチュエータ１０ａ〜１０ｃは、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、異なる場所に配置することが可能であることは、実施例１と同様である。このとき、ダミー積層物２２ａ〜２２ｃは、荷重センサ９ａ〜９ｃに対応する、予め設定された位置に、それぞれ積層される。このとき、ダミー積層物２２ａ〜２２ｃは、造形物２１がプレート７上の中央領域に位置していない場合であっても、造形物近傍の荷重センサが、他の荷重センサに比べて大きな荷重を検出してしまうことがないような位置に配置される。

図７は、本実施例を適用した造形装置における、積層工程時のプレート７の姿勢制御のフローチャートである。
本実施例では、積層工程時に、プレート７の姿勢制御を行うものであるため、実施例１で説明したプレート７の姿勢制御のフローに対して、積層工程に対応するステップＳ３３や、積層が完了したかどうかを判断するステップＳ３４が加わった工程となっている。そして、積層が完了していない場合に（ステップＳ３４でＮｏ）、荷重センサによる荷重検出が行われ（ステップＳ３５）、プレート７の積層面と加熱部材１１の加熱面１１ａとを平行に管理する姿勢制御が行われる（ステップＳ３７、３８）。この姿勢制御においては、実施例１同様、三箇所の荷重センサ９ａ〜９ｃによって検出した検出結果に基づいて一軸アクチュエータ１０ａ〜１０ｃを駆動することで、プレート７の積層面７ａと加熱部材１１の加熱面１１ａとを平行に管理する。

これにより、目標の造形物２１の位置によらず、積層工程中においても、積層面７ａと加熱面１１ａとの平行関係を、より正確に検出することができる。そして、この検出結果に基づいて一軸アクチュエータ１０ａ〜１０ｃを駆動することで、積層面７ａと加熱面１１ａとを平行に保つことが可能になる。

このように本実施例によれば、積層工程中の熱変形などにより積層面７ａと加熱面１１ａとの平行関係が崩れることが懸念される場合においても、積層面７ａと加熱面１１ａとを平行に保ち、材料層の溶融状態を常に均一に管理することができる。
したがって、造形物の寸法精度、及び強度を向上することができ、高品質の造形物を得ることが可能となる。

２…造形物、７…プレート、７ａ…積層面、９ａ〜９ｃ…荷重センサ、１０ａ〜１０ｃ…一軸アクチュエータ、１１…加熱部材、１１ａ…加熱面、１００…造形装置

Claims (13)

1. スライスデータに基づいて造形材料を積層することによって立体物を作製する造形装置であって、
   前記造形材料が積層される積層面を有する造形台と、
   積層の際に、前記積層面または前記積層面上の立体物に、直接的または間接的に当接する加圧面を有する加圧部材と、
   前記積層面または前記積層面上の立体物と、前記加圧部材との間の圧力を検出する複数の検出手段と、
   前記複数の検出手段の検出結果に基づいて、前記積層面と前記加圧面とが平行になるように前記積層面と前記加圧面との間の相対角度を調整する調整手段と、
   を有することを特徴とする造形装置。
2. 前記複数の検出手段は、前記造形台と前記加圧部材とのうちいずれか一方における複数箇所に配設され、前記積層面または前記積層面上の立体物と、前記加圧面とが当接した状態で、前記複数箇所に加わる荷重をそれぞれ検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の造形装置。
3. 前記調整手段は、前記複数の検出手段による複数の検出値のなかで、最大値と最小値の差が閾値より小さくなるように、前記積層面と前記加圧面との間の相対角度を調整する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の造形装置。
4. 立体物の作製に先立ち、前記積層面に、直接的または間接的に前記加圧面が当接した状態で、前記複数の検出手段が検出を行った結果に基づいて、前記調整手段が、前記積層面と前記加圧面との間の相対角度を調整する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の造形装置。
5. 前記複数の検出手段を、前記造形材料の積層方向に投影したときの、前記積層面上の投影像は、前記造形材料の積層領域の少なくとも一部を含む多角形の頂点に位置する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の造形装置。
6. 立体モデルのデータから生成されるスライス像に対して、前記複数の検出手段による圧力検出のために積層される検出用立体物のデータを付加して前記スライスデータを生成するデータ付加部を有し、
   積層の際に、前記積層面上における各検出手段に対応する位置にそれぞれ前記検出用立体物が積層され、
   前記調整手段は、前記造形材料の積層時に、前記積層面と前記加圧面との間の相対角度を調整する
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の造形装置。
7. 前記積層面上に積層される各検出用立体物の設置面積がそれぞれ等しい
   ことを特徴とする請求項６に記載の造形装置。
8. 前記加圧部材は、前記造形材料を加熱する機能を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の造形装置。
9. 前記複数の検出手段は、前記造形台のうち、前記積層面の裏側の面に配設されている
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の造形装置。
10. 前記複数の検出手段は、前記加圧部材のうち、前記加圧面の裏側の面に配設されている
    ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の造形装置。
11. 前記検出手段は、圧電式のセンサ、または歪ゲージ式のセンサである
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の造形装置。
12. 前記調整手段は、前記検出手段に対して前記造形材料の積層方向に直列に配置されるアクチュエータを、前記検出手段ごとに対応して有する
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の造形装置。
13. スライスデータに基づいて造形材料を積層することによって立体物を作製する造形装置による造形方法であって、
    前記造形装置が、
    前記造形材料が積層される積層面を有する造形台と、
    積層の際に、前記積層面または前記積層面上の立体物に、直接的または間接的に当接する加圧面を有する加圧部材と、
    を有し、
    前記積層面または前記積層面上の立体物と、前記加圧部材との間の圧力を複数の検出手段で検出するステップと、
    前記複数の検出手段の検出結果に基づいて、前記積層面と前記加圧面とが平行になるように前記積層面と前記加圧面との間の相対角度を調整するステップと、
    を含むことを特徴とする造形方法。

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