JP2018043432A - 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】造形品質を向上する。【解決手段】造形層２２に層状に敷き詰められた粉体２０の粉体層３１に対し、粉体２０を結合する造形液１０を付与して層状造形物となる造形層３０を造形し、造形層３０の造形を繰り返して積層することで立体造形物を造形するとき、粉体２０の色と、造形液１０の色と、造形層３０の色とが異なり、造形層３０を含めて粉体層３１の表面状態を読取る読取りセンサ５３を備え、造形データと読取りデータとを比較して、造形液過多及び過少を判別し、造形液量を変更する制御を行う。【選択図】図１４

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、三次元造形装置において、粉末層上の所定の検査用領域に向けて複数のノズルからバインダを吐出し、スキャナを用いて検査用領域の画像を取得し、画像解析により、ノズル詰まりが生じた異常ノズルを特定し、異常ノズルへ洗浄液を供給して洗浄を行うものがある（特許文献１)。

特開２００１−３３４５８２号公報

ところで、粉体層に対する造形液付与を繰り返した場合、周囲環境（温湿度）によって造形液の乾燥、浸透の状態が異なるため、累積的に立体造形物内が造形液過多、或いは造形液過少の状態に陥り、立体造形物の品質（密度、精度）が低下するという課題がある。

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し、前記層状造形物の造形を繰り返して立体造形物を造形する装置であって、
前記粉体の色と、
前記造形液の色と、
前記層状造形物の色と、が異なる
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。

本発明に係る立体造形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。 本発明の第１実施形態における粉体表面の読み取り方法の説明に供する断面説明図である。 同じく平面説明図である。 造形データに対応する造形層を含む画像の平面説明図である。 正常な読取りデータに対応する造形層を含む画像の平面説明図である。 正常でない読取りデータに対応する造形層を含む画像の異なる例の平面説明図である。 粉体を構成する粉体粒子の説明図である。 造形過程と発色の例を説明する説明図である。 粉体層の表面状態の検知方法の他の例の説明に供する説明図である。 制御部による造形動作の制御の説明に供するフロー図である。 同じく検知した色及び造形液吐出量の関係の一例の説明に供する説明図である。 ピクセル毎に造形液量（付与量）を決定する処理の説明に供するフロー図である。 同処理における閾値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。本発明に係る立体造形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２０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を吐出付与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吐出（造形液付与手段）である液体吐出ヘッド（以下、単に「ヘッド」という。）５２と、読取りセンサ５３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５２は、造形液を吐出する複数のノズルを配列した１又は複数のノズル列配置されている。なお、ヘッド構成はこれに限るものではない。ヘッド５２に対する造形液を収容したタンク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５２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手段（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槽２９が配置されている。

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のＩ／Ｏ５０７には、読取りセンサ５３の読み取り結果、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。

また、主制御部５００Ａは、判別する手段を兼ねており、読取りセンサ５３で造形層３０を含めて粉体層３１の表面状態（粉体２０の表面状態）を読み取って得られる読み取りデータから、造形液１０の付与量が過多状態にあるか否かを判別する処理、及び、造形液１０の付与量が過少状態にあるか否かを判別する処理、の少なくともいずれかを行う（本実施形態では両方の判別処理を行う。）。

また、主制御部５００Ａは、読取りセンサ５３で造形層３０を含めて粉体層３１の表面状態（粉体２０の表面状態）を読み取って得られる造形層３０のデータと、造形層３０のスライスデータである造形データとを比較し、両者が一致するときには、当該層状造形物（造形層３０）の造形は正常であると判別する処理を行う。

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）及び造形液の例について説明する。

粉体を構成する粉体粒子（立体造形用粉末材料）は、基材（芯材）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：樹脂層）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実施形態について図６を参照して説明する。図６は同実施形態における粉体表面の読み取り方法の説明に供する断面説明図、図７は同じく平面説明図である。図８は造形データに対応する造形層を含む画像の平面説明図、図９は正常な読取りデータに対応する造形層を含む画像の平面説明図である。図１０は正常でない読取りデータに対応する造形層を含む画像の異なる例の平面説明図である。

図６及び図７に示すように、液体吐出ユニット５０は、前述したとおり、キャリッジ５１に、粉体層３１の粉体２０に対して造形液を吐出して付与するヘッド５２と、造形槽２２の粉体２０（粉体層３１）の表面状態を、造形層３０を含めて読み取る読取り手段としての読取りセンサ５３を備えている。

この液体吐出ユニット５０と造形槽２２とのＸ方向及びＹ方向の相対的な移動により、粉体層３１上への造形液１０と吐出と、その直後の粉体層３１の表面状態を検知する。

ここで、図８に示すようなスライスデータである各造形層３０の造形データ（造形画像データ）と、造形液付与後に読取りセンサ５３で読み取った造形層３０を含む粉体層３１の表面状態の読取りデータとを比較することで、粉体層３１の表面状態（造形槽２２の粉体２０の表面状態）を検出することができる。

例えば、図８に示す造形データに対して図９に示すように読取りデータが一致するときには、正常と判別できる。

また、図８に示す造形データの造形層がある箇所で、読取りデータにおいて粉体２０を検出しているときには、不吐出ノズル（異常ノズル）がある（図１０（ａ））、又は、造形液が過少である（図１０（ｃ））と判別できる。

また、図８に示す造形データの造形層がある箇所で、読取りデータで造形液１０を検出しているときには、造形液過多（造形層３０上に造形液１０が溜まった状態）である（図１０（ｂ））と判別できる。

さらに、図８に示す造形データがない箇所で、粉体２０に造形液１０が浸透した造形層３０又は造形液１０を検出したときには、異常吐出と判別できる。

ここで、読取りセンサ５３により取得する読取りデータを造形データと同じ多階調のデータ（例えば８ビット・２５６階調等）として取得し、対応するピクセル毎（画素毎）に、造形データと読取りデータと比較することにより、高精度に造形液１０を付与した後の粉体２０（粉体層３１）の表面状態を検出することが可能となる。

例えば、造形液１０と、粉体２０と、粉体２０に造形液１０が浸透した層状造形物（造形層３０）は、それぞれＺ方向に異なる発色をするようにする。つまり、造形液１０と、粉体２０と、造形層３０は、それぞれ異なる色とする。

例えば、粉体２０の発色を白、造形液１０の発色を黒、造形層３０の発色を灰色とし、読取りは２５６階調グレースケールで読み取る構成とすると、粉体２０は画素値２５５、造形液１０は画素値０として検出することができるため、画素値に応じて粉体層３１の表面状態を判別する閾値を設けることで、ピクセル毎に粉体層３１の表面状態を検出することが可能となる。

＜閾値設定及び判別結果の一例＞
（１）造形データのあるピクセル
画素値：０−９９ → 造形液過多（図１０（ｂ）の読取りデータ）
画素値：１００−１５４ → 正常（図９の読み取りデータ）
画素値：１５５−２４５ → 造形液過少（図１０（ｃ）の読取りデータ）
画素値：２４６−２５５ → 不吐出（図１０（ａ）の読取りデータ）
（２）造形データのないピクセル
画素値：０−２４５ →異常吐出
画素値：２４６−２５５ →正常

このように、造形データのあるピクセルについて、読取りデータから、造形液の付与量が過多状態（造形液過多）にあるか否か、造形液の付与量が過少状態（造形液過少）にあるか否か、造形液量が正常であるか否か、などを判別することができる。

次に、粉体、造形液及び造形層（層状造形物）の発色方法について図１１及び１２を参照して説明する。図１１は粉体を構成する粉体粒子の説明図、図１２は造形過程と発色の例を説明する説明図である。

粉体２０は、粉末、粒子などの粉体粒子の集合体である。個々の粉体粒子１２０は、図１１に示すように、芯材１２０ａと、芯材１２０ａを被覆するバインダとしての水溶性の被覆層としての樹脂層１２０ｂで構成される。樹脂層１２０ｂには所定の色Ａ（前述した例では「白色」）の発色材料が含まれている。

造形液１０は水系の材料で構成され、所定の色Ｂ（前述した例では「黒色」）に着色されている。

ここで、図１２（ａ）に示すように、敷き詰められた粉体２０に対して造形液１０を吐出すると、図１２（ｂ）に示すように、造形液１０が粉体２０上に着弾して付与され、粉体２０内に浸透する。そして、造形液１０が粉体２０上に着弾、浸透することで、粉体粒子１２０の樹脂層１２０ｂが溶解して層状造形物である造形層３０を形成し、造形層３０は色Ａと色Ｂとが混合することで色Ｃ（前述した例では「灰色」）となる。

したがって、造形液１０と、粉体２０と、造形層３０とは、それぞれＺ方向に異なる発色をするので、例えば図１２（ｄ）に示すように、造形液過多状態となって造形層３０上に造形液１０が載り、粉体層３１表面に３種類（粉体、造形液、層状造形物）の状態が混在する場合においても、読取りデータにより判別することができる。

なお、粉体粒子１２０の樹脂層１２０ｂの色Ａと造形液１０の色Ｂを補色の関係とすることにより、各状態（粉体、造形液、層状造形物）の発色にコントラストをつけることができ、読取りデータによる粉体層の表面状態の正確な検知が可能となる。

また、芯材１２０ａに金属、セラミック等を用いて、完成した立体造形物に対して加熱による脱脂、焼結処理を施すことにより、芯材１２０ａの材料のみで構成される三次元形状物（立体造形物）を得ることもできる。

次に、粉体層の表面状態の検知方法の他の例について図１３を参照して説明する。図１３は同説明に供する説明図である。

ここでは、造形槽２２の上方に、撮像装置２２１と照明装置２２２が配置されている。

そして、粉体層３１の造形液付与後の表面状態を撮像装置２２１で撮像するとき、照明装置２２２により、樹脂層１２０ｂの色Ａに対する補色（色Ｄ）、造形液１０の色Ｂに対する補色（色Ｅ）、造形層３０の色Ｃに対する補色（色Ｆ）の光を照射し、色Ｄ〜Ｆの光を照射した状態での３つの読取りデータを取得する。

このように、樹脂層１２０ｂ、造形液１０、層状造形物（造形層３０）に対する補色を照射して読み取ることで、それぞれが黒色で検出されるため、コントラストのついた読取りデータを取得することが可能となる。なお、色Ｄ〜色Ｆが色Ａ〜色Ｃの補色で構成されていれば、色Ａ〜色Ｃと色Ｄ〜色Ｆの間に重複する色があってもよい。

次に、制御部による造形動作の制御について図１４及び図１５を参照して説明する。図１４は同制御の説明に供するフロー図、図１５は同じく検知した色及び造形液吐出量の関係の一例の説明に供する説明図である。

まず、粉体２０を敷き詰めて粉体層３１を形成し、ヘッド５２から造形液１０を吐出して造形層３０を形成する。そして、読取りセンサ５３で粉体層３１の表面状態を読み取る。

次いで、読取りデータが正常であるか否かを判別する。このとき、読取りデータが正常であれば、すべての造形層３０の造形が完了したか否かの判別処理に移行する。図１５の例では、造形層３０の色Ｃを検知したときには正常であるので、次の造形層３０を造形するときの造形液量の変更は行わない。

一方、読取りデータが正常でなければ、造形データと読取りデータから不吐出ノズルが有るか否かを判別する。このとき、不吐出ノズルが有れば、メンテナンス手段６１によるメンテナンス動作を実行する。

また、不吐出ノズルが無ければ、造形データと読取りデータから造形液過少か否かを判別する。このとき、造形液過少であれば、次の造形層３０を形成するときの吐出造形液量を増加する補正を行う。例えば、図１５では粉体層３１（樹脂層１２０ｂ）の色Ａを検知したときには造形液過少と判別して、次層の造形液量を増加する。

また、造形液過少で無ければ、造形データと読取りデータから造形液過多か否かを判別する。このとき、造形液過多であれば、次の造形層３０を形成するときの吐出造形液量を減少する補正を行う。例えば、図１５では造形液１０の色Ｂを検知したときには造形液過多と判別して、次層の造形液量を減少する。

そして、造形液過多でなければ、すべての造形層３０の造形が完了したか否かの判別処理に移行する。

上記の処理をすべての造形層３０の造形が完了するまで繰り返す。

このように、各種異常が発生した場合も、次層では造形液吐出条件（造形液付与条件）を自動的に変更するので、不適切な造形液吐出条件が層間で連続することがなく、累積的な立体造形物内の造形液過多、或いは造形液過少の状態を引き起こすことなく、高品質な立体造形物を得ることができる。

また、次層造形液吐出量増加、次層造形液吐出量減少の造形液付与条件の変更は、読取りデータ上で、造形液過少、或いは造形液過多と判別した領域にのみ適用することにより、さらに高品質な立体造形物を得ることができる。

次に、ピクセル毎に造形液量（付与量）を決定する処理について図１６及び図１７を参照して説明する。図１６は同処理の説明に供するフロー図、図１７は同処理における閾値の説明に供する説明図である。

まず、前述したように、読取りデータを２５６階調グレースケールで読み取る構成とし、造形液過少、造形液過多、正常を判別する画素値の閾値ａ１、ａ２、ａ３（ａ１＜ａ２＜ａ３）を図１７に示すように定めている。

つまり、画素値０〜ａ１は造形液過多、画素値ａ１〜ａ２は正常、画素値ａ２〜ａ３は造形液過少とし、画素値ａ３〜２５５は粉体状態とする。

また、ヘッド５２として、駆動波形を変更することで大滴、中滴、小滴を吐出することができる液体吐出ヘッドを使用している。この場合、デフォルトでは中滴を使用する構成としている。

図１６を参照して、まず、次層の造形データがあるか否かを判別する。

そして、次層の造形データがあるときには、読取りデータから得られるピクセルの画素値が画素値＜ａ１か否かを判別する。そして、画素値＜ａ１であれば、次層の当該ピクセルを小滴に設定する。

これに対し、画素値＜ａ１でなければ、ａ２＜画素値＜ａ３か否かを判別する。そして、ａ２＜画素値＜ａ３であれば、次層の当該ピクセルを大滴に設定する。

これに対し、ａ２＜画素値＜ａ３でなければ、ａ１≦画素値≦ａ２か否かを判別する。

ここで、ａ１≦画素値≦ａ２であれば、前層造形データがあるか否かを判別する。

このとき、当該ピクセルの前層造形データがあれば、前層画素値との平均値＜ａ１か否かを判別する。そして、前層画素値との平均値＜ａ１であれば、次層の当該ピクセルを小滴に設定する。

また、前層画素値との平均値＜ａ１でなければ、ａ２＜前層画素値との平均値＜ａ３か否かを判別する。そして、ａ２＜前層画素値との平均値＜ａ３であれば、次層の当該ピクセルを大滴に設定する。

これに対し、ａ１≦画素値≦ａ２でなければ、メンテナンス動作を実行する。

このように、造形データと読取りデータとの比較により、あるピクセルで造形液過多を検知し、次層も造形データがある場合は当該ピクセルに吐出する造形液の滴量を小滴に変更する。また、あるピクセルで造形液過少を検知し、次層も造形データがある場合は当該ピクセルに吐出する造形液の滴量を大滴に変更する。

また、あるピクセルで正常を検知した場合でも、前層の当該ピクセルにおける画素値との平均値により連続する２層に対しての造形液過多、或いは造形液過少を検知した場合にも、次層の当該ピクセルに吐出する造形液の滴量を変更する構成としている。

これにより、積層を進めていく上で正常の範囲内ではあっても徐々に造形液が過多、或いは過少に推移していくことを防止することができ、より高品質な立体造形物を得ることができる。

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（敷き詰められた層状の粉体）
５０ 液体吐出ユニット
５１ キャリッジ
５２ 液体吐出ヘッド
５３ 読取りセンサ（読取り手段）
１２０ 粉体粒子
５００ 制御部

Claims (10)

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し、前記層状造形物の造形を繰り返して立体造形物を造形する装置であって、
   前記粉体の色と、
   前記造形液の色と、
   前記層状造形物の色と、が異なる
   ことを特徴とする立体造形物を造形する装置。
2. 前記層状造形物を含む前記粉体の表面状態の読み取り結果から、前記造形液の付与量が過多状態にあるか否かを判別する手段を備えている
   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. 前記層状造形物を含む前記粉体の表面状態の読み取り結果から、前記造形液の付与量が過少状態にあるか否かを判別する手段を備えている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の立体造形物を造形する装置。
4. 前記層状造形物を含む前記粉体の表面状態を読み取って得た前記層状造形物のデータと、前記層状造形物のスライスデータである造形データとを比較し、両者が一致するときには、当該層状造形物の造形は正常であると判別する手段を備えている
   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. 前記判別する手段の判別結果に基づいて前記造形液の付与条件を変更する手段を備えている
   ことを特徴とする請求項２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. 前記造形液を吐出する造形液吐出手段と、
   前記造形液吐出手段をメンテナンスするメンテナンス手段と、
   前記判別する手段の判別結果に基づいて前記メンテナンス手段による前記造形液吐出手段のメンテナンス動作を制御する手段と、を備えている
   ことを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の立体造形物を造形する装置。
7. 前記粉体は、芯材と、前記芯材を被覆する被覆層とを有し、
   前記被覆層に発色材料が含まれている
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の立体造形物を造形する装置。
8. 前記芯材が金属又はセラミックである
   ことを特徴とする請求項７に記載の立体造形物を造形する装置。
9. 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、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、
   前記粉体の色と異なる色の前記造形液を付与し、
   前記粉体及び前記造形液の色と異なる発色をする前記層状造形物を造形し、
   前記層状造形物を含めて前記粉体の表面状態を読み取り、
   前記読み取り手段の読み取り結果から前記造形液の付与条件を変更する
   ことを特徴とする立体造形物を造形する方法。
10. 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、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、
    前記粉体の色と異なる色の前記造形液を付与し、
    前記粉体及び前記造形液の色と異なる発色をする前記層状造形物を造形し、
    前記層状造形物を含めて前記粉体の表面状態を読み取り、
    前記読み取り手段の読み取り結果から前記造形液の付与条件を変更する
    制御をコンピュータに行わせるためのプログラム。

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