JP2019001010A - 三次元造形装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】テストパターン印刷用のステージをコンパクトに配置する。【解決手段】三次元造形装置１００は、造形された三次元造形物９２が収容される収容部材３０と、収容部材３０に設けられ、粉末材料９０が収容される造形槽３２と、造形槽３２の造形空間３２Ａ内に配置され、粉末材料９０が載置される造形テーブル３４と、左右方向Ｙに直線状に配列されかつ造形テーブル３４に載置された粉末材料９０に硬化液を吐出する複数のノズル５４を有するラインヘッド５２と、収容部材３０をラインヘッド５２に対して走査方向Ｘに相対的に移動させる移動機構１２と、収容部材３０のうち造形テーブル３４より走査方向Ｘの下流側かつ造形テーブル３４と左右方向Ｙに関して揃った位置に配置され、ラインヘッド５２によってテストパターンが印刷される媒体４５が載置される媒体載置ステージ４０と、を備えている。【選択図】図１
Description
本発明は、三次元造形装置に関する。
従来から、特許文献１に開示されているように、粉末材料にバインダを吐出し、粉末材料を硬化させることによって所望の三次元造形物を造形する粉末積層法が知られている。
特許文献１に開示された三次元造形装置は、例えば、粉末が収容される造形部と、造形部に供給される粉末が収納される粉末供給部と、造形部より上方に配置されたインクジェットラインヘッド（以下、ラインヘッドとする。）とを備えている。ラインヘッドは、造形部に収容された粉末に水性インクを吐出する。即ち、ラインヘッドは、造形部に収容された粉末のうち三次元造形物の断面形状に対応する部分に水性インクを吐出する。造形部に収容された粉末のうち水性インクが吐出された部分は硬化し、断面形状に対応した硬化層が形成される。そして、硬化層を順次積層することで、所望の三次元造形物が造形される。
ところで、粉末積層法で三次元造形物を造形するときには、ラインヘッドのノズルに粉末材料が付着すること等によって、ノズルに目詰まりが発生することがある。このため、三次元造形装置において、ノズルの目詰まりの有無の確認を行うテストパターンを印刷したり、ノズルの目詰まりを解消するためのメンテナンスを行うメンテナンス装置を設けたりすることが望まれている。ここで、例えば、テストパターンを粉末材料に対して印刷した場合には、粉末材料が無駄になってしまい好ましくない。また、粉末材料上に所定の記録媒体を載置して、該記録媒体に対してテストパターンを印刷しようとすると、記録媒体が十分に固定されないため、テストパターンが適切に印刷されない虞がある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノズルのメンテナンスを行うメンテナンス装置やテストパターンが印刷される媒体が載置されるステージをコンパクトに配置することができる三次元造形装置を提供することである。
本発明に係る三次元造形装置は、粉末材料を硬化させて硬化層を形成し、これを順次積層することによって三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、造形された前記三次元造形物が収容される収容部材と、前記収容部材に設けられ、前記粉末材料が収容される造形空間を有する造形槽と、前記造形槽の前記造形空間内に配置され、前記粉末材料が載置される造形テーブルと、所定の第１の方向に直線状に配列されかつ前記造形テーブルに載置された前記粉末材料に硬化液を吐出する複数のノズルと、前記複数のノズルが形成されたノズル面と、を有するラインヘッドと、前記収容部材および前記ラインヘッドのいずれか一方を他方に対して前記第１の方向と直交する第２の方向に相対的に移動させる移動機構と、前記収容部材のうち前記造形テーブルより前記第２の方向の一方側かつ前記造形テーブルと前記第１の方向に関して揃った位置に配置され、前記ラインヘッドによってテストパターンが印刷される媒体が載置される媒体載置ステージと、を備えている。
本発明の三次元造形装置によると、媒体載置ステージは、収容部材に配置されている。より詳細には、媒体載置ステージは、造形テーブルより第２の方向の一方側かつ造形テーブルと第１の方向に関して揃った位置に配置されている。ここで、ラインヘッドのノズルは、第１の方向に直線状に配置されており、第１の方向の長さが比較的長い。このため、媒体載置ステージを造形テーブルの側方に配置（即ち第２の方向に関して媒体載置ステージと造形テーブルとが揃った位置に配置）してしまうと、三次元造形装置の第１の方向の長さが非常に長くなってしまう。また、ラインヘッドを第１の方向に移動させる機構が必要となり、三次元造形装置の構造が複雑化してしまう。しかし、媒体載置ステージは、造形テーブルと第１の方向に関して揃った位置に配置されているため、三次元造形装置の第２の方向の長さがわずかに長くなるだけである。また、ラインヘッドを第２の方向へ移動させるだけでよい。このように、本発明の三次元造形装置では、媒体載置ステージをコンパクトに配置することができ、三次元造形装置の大型化を抑制することができる。
本発明に係る三次元造形装置は、粉末材料を硬化させて硬化層を形成し、これを順次積層することによって三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、造形された前記三次元造形物が収容される収容部材と、前記収容部材に設けられ、前記粉末材料が収容される造形空間を有する造形槽と、前記造形槽の前記造形空間内に配置され、前記粉末材料が載置される造形テーブルと、所定の第１の方向に直線状に配列されかつ前記造形テーブルに載置された前記粉末材料に硬化液を吐出する複数のノズルと、前記複数のノズルが形成されたノズル面と、を有するラインヘッドと、前記収容部材および前記ラインヘッドのいずれか一方を他方に対して前記第１の方向と直交する第２の方向に相対的に移動させる移動機構と、前記収容部材のうち前記造形テーブルより前記第２の方向の一方側かつ前記造形テーブルと前記第１の方向に関して揃った位置に配置され、前記ノズルのメンテナンスが行われるメンテナンス装置と、を備えている。
本発明の三次元造形装置によると、メンテナンス装置は、収容部材に配置されている。より詳細には、メンテナンス装置は、造形テーブルより第２の方向の一方側かつ造形テーブルと第１の方向に関して揃った位置に配置されている。ここで、ラインヘッドのノズルは、第１の方向に直線状に配置されており、第１の方向の長さが比較的長い。このため、メンテナンス装置を造形テーブルの側方に配置（即ち第２の方向に関して媒体載置ステージと造形テーブルとが揃った位置に配置）してしまうと、三次元造形装置の第１の方向の長さが非常に長くなってしまう。また、ラインヘッドを第１の方向に移動させる機構が必要となり、三次元造形装置の構造が複雑化してしまう。しかし、メンテナンス装置は、造形テーブルと第１の方向に関して揃った位置に配置されているため、三次元造形装置の第２の方向の長さがわずかに長くなるだけである。また、ラインヘッドを第２の方向へ移動させるだけでよい。このように、本発明の三次元造形装置では、メンテナンス装置をコンパクトに配置することができ、三次元造形装置の大型化を抑制することができる。
本発明によれば、ノズルのメンテナンスを行うメンテナンス装置やテストパターンが印刷される媒体が載置されるステージをコンパクトに配置することができる三次元造形装置を提供することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る三次元造形装置について説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら本発明を特に限定することを意図したものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略または簡略化される。
図１は、本実施形態に係る三次元造形装置１００の断面図である。図２は、本実施形態に係る三次元造形装置１００の平面図である。図面中の符号Ｆは、前方を示し、符号Ｒｒは、後方を示している。本実施形態では、符号Ｆの方向から三次元造形装置１００を見たときの左、右、上、下が、それぞれ三次元造形装置１００の左、右、上、下である。ここでは、図面中の符号Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｄは、それぞれ左、右、上、下を意味するものとする。本実施形態では、符号Ｘ、Ｙ、Ｚは、それぞれ前後方向、左右方向、上下方向を示している。左右方向Ｙが本発明の「第１の方向」に対応する。前後方向Ｘは、走査方向Ｘであり、が本発明の「第２の方向」に対応する。上下方向Ｚが三次元造形における積層方向に一致する。また、三次元造形装置１００の後側を上流側と称し、三次元造形装置１００の前側を下流側と称する。また、本実施形態では、上流側から下流側へ向かう方向を行き方向Ｘ１とし、下流側から上流側へ向かう方向を帰り方向Ｘ２とする。ただし、これら方向は説明の便宜上定めた方向に過ぎず、三次元造形装置１００の設置態様を何ら限定するものではない。
図１に示すように、三次元造形装置１００は、粉末材料９０を硬化液で固めて硬化層９１を形成し、これを上下方向Ｚに順次一体的に積層することによって三次元造形物９２を造形する装置である。本実施形態では、三次元造形装置１００において、所望の三次元造形物９２の断面形状を示す断面画像に基づいて、粉末材料９０に硬化液を吐出し、粉末材料９０を硬化させて、断面画像に沿った硬化層９１を形成する。そして、硬化層９１を順次積層することで、所望の三次元造形物９２を造形する。
ここで、「断面形状」とは、造形する三次元造形物９２を所定の方向（例えば水平方向）に所定の厚み（例えば０．１ｍｍ。なお、所定の厚みは必ずしも一定の厚みに限定されない。）ごとにスライスしたときの断面の形状である。
「粉末材料」としては、その組成や形態等は特に制限されず、樹脂材料、金属材料および無機材料等の各種の材料から構成された粉体を対象とすることができる。粉末材料としては、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等のセラミック材料や、鉄、アルミニウム、チタンおよびこれらの合金（典型的にはステンレス鋼、チタン合金、アルミニウム合金）、半水石膏（α型焼石膏、β型焼石膏）、アパタイト、食塩、プラスチック等が挙げられる。これらはいずれか１種の材料から構成されていてもよいし、２種以上が組み合わされていてもよい。
「硬化液」は、上記粉末材料９０同士を固着することが可能な材料であれば特に限定されない。例えば、硬化液としては、粉末材料に応じて、当該粉末材料を構成する粒子同士を結着させることが可能な液体（粘性体を含む。）が用いられる。硬化液としては、例えば、水、ワックス、バインダ等を含む液体が挙げられる。また、粉末材料が副材として水溶性樹脂を有している場合には、硬化液として、水溶性樹脂を溶解可能な液体、例えば水を用いることもできる。かかる水溶性樹脂は特に制限されないが、例えば、澱粉、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、水溶性アクリル樹脂、水溶性ウレタン樹脂、水溶性ポリアミド等が挙げられる。
図１に示すように、三次元造形装置１００は、本体１０と、移動機構１２と、敷詰ローラ１８と、粉末供給部材２０と、収容部材３０と、ヘッドユニット５０と、制御装置６０と、を備えている。
図２に示すように、本体１０は、走査方向Ｘに長い形状を有する三次元造形装置１００の外装体である。本体１０は、上方向けて開口する箱型形状に形成されている。本体１０は、移動機構１２（図１参照）と、収容部材３０と、制御装置６０とを収容する。また、本体１０は、敷詰ローラ１８と、粉末供給部材２０と、ヘッドユニット５０とを支持する支持台でもある。
図１に示すように、収容部材３０は、本体１０に収容されている。収容部材３０には、造形された三次元造形物９２が収容される。収容部材３０は、造形槽３２と、造形テーブル３４と、昇降機構３６と、余剰粉末収容槽３８と、媒体載置ステージ４０と、メンテナンス装置７０と、を備えている。収容部材３０の上面３１は平坦であって、この上面３１から凹むように造形槽３２と余剰粉末収容槽３８と媒体載置ステージ４０とが独立に並んで設けられている。
図１に示すように、造形槽３２は、収容部材３０に設けられている。造形槽３２は、粉末材料９０が収容される槽である。造形槽３２の内部において三次元造形物９２が造形される。造形槽３２は、粉末材料９０が収容される造形空間３２Ａを有する。造形空間３２Ａにおいて、粉末材料９０が供給され、三次元造形物９２が造形される。
図１に示すように、造形テーブル３４は、造形槽３２の造形空間３２Ａ内に配置されている。造形テーブル３４には、粉末材料９０が載置される。造形テーブル３４上において、三次元造形物９２が造形される。造形テーブル３４は、上下方向Ｚに移動可能に構成されている。造形テーブル３４の形状は、例えば、平面視において矩形状である。造形テーブル３４には、テーブル支持部材３５が設けられている。テーブル支持部材３５は、造形テーブル３４の底面から下方に向かって延びたものである。テーブル支持部材３５は、造形テーブル３４と一体となって上下方向Ｚに移動可能に構成されている。
昇降機構３６は、造形テーブル３４を上下方向Ｚに移動させる機構、すなわち、造形テーブル３４を昇降させる機構である。昇降機構３６の構成は、特に限定されない。本実施形態では、昇降機構３６は、図示しないサーボモータとボールねじなどを備えている。例えば、サーボモータは、テーブル支持部材３５に接続されており、テーブル支持部材３５を介して、造形テーブル３４に接続されている。サーボモータが駆動することで、テーブル支持部材３５が上下方向Ｚに移動する。そして、テーブル支持部材３５の上下方向Ｚの移動に伴い、造形テーブル３４は上下方向Ｚに移動する。昇降機構３６は、制御装置６０と電気的に接続されており、制御装置６０に制御される。
余剰粉末収容槽３８は、造形槽３２に供給された粉末材料９０が敷詰ローラ１８によって造形槽３２に敷き詰められた際に、造形槽３２に収容しきれなかった粉末材料９０を回収する槽である。余剰粉末収容槽３８は、粉末材料９０が収容される収容空間３８Ａを有する。余剰粉末収容槽３８は、走査方向Ｘに関して、収容部材３０のうち造形槽３２と媒体載置ステージ４０との間に配置されている。余剰粉末収容槽３８は、造形槽３２より前方に配置されている。余剰粉末収容槽３８は、媒体載置ステージ４０より後方に配置されている。余剰粉末収容槽３８は、左右方向Ｙに関して造形槽３２と揃った位置に配置されている。図２に示すように、平面視において、造形槽３２の造形空間３２Ａの左右方向Ｙの長さ（即ち造形テーブル３４の左右方向Ｙの長さ）Ｌ１は、余剰粉末収容槽３８の収容空間３８Ａの左右方向Ｙの寸法Ｌ２と同じである。しかしながら、造形空間３２Ａの長さＬ１は、収容空間３８Ａの寸法Ｌ２よりも短くてもよい。
媒体載置ステージ４０は、ヘッドユニット５０の後述するラインヘッド５２によってテストパターンが印刷される媒体４５が載置されるステージである。媒体載置ステージ４０は、媒体４５が載置される載置領域４０Ａを備えている。媒体載置ステージ４０は、収容部材３０のうち造形テーブル３４より前方（即ち走査方向Ｘの下流側）かつ造形テーブル３４と左右方向Ｙに関して揃った位置に配置されている。媒体載置ステージ４０と造形テーブル３４とは左右方向Ｙに関して揃った位置に配置されているが、媒体載置ステージ４０の左右方向Ｙの左端および造形テーブル３４の左右方向Ｙの左端、媒体載置ステージ４０の左右方向Ｙの右端および造形テーブル３４の左右方向Ｙの右端が左右方向Ｙに関して完全に揃っていなくてもよく、媒体載置ステージ４０および造形テーブル３４の大部分（例えば左右方向Ｙの長さの８０％以上）が左右方向Ｙに関して揃った位置に配置されていてもよい。図２に示すように、平面視において、造形槽３２の造形空間３２Ａの左右方向Ｙの長さＬ１は、媒体載置ステージ４０の載置領域４０Ａの左右方向Ｙの寸法Ｌ３と同じである。
媒体載置ステージ４０に載置される媒体４５としては、例えば、表示基材が挙げられる。表示基材は、機能性特殊紙である。表示基材は、ベース基材と、ベース基材上に配置された着色層と、着色層上に配置された遮蔽層とを有する。遮蔽層は、遮蔽層に硬化液が付着したときに光を透過する。遮蔽層は、遮蔽層から硬化液が取り除かれたときに光を遮蔽する。遮蔽層の表面には微細な凹凸が形成されており、遮蔽層に硬化液が付着していない場合には光が反射を起こすため着色層の色を視認することができず、一方、遮蔽層に硬化液が付着している場合には光が透過するため着色層の色を視認することができる。従って、ラインヘッド５２のノズル５４から硬化液を表示基材に吐出してテストパターンが印刷されると、そのテストパターンが着色層の色で視認できるようになる。また、遮蔽層に付着した硬化液が乾燥等によって取り除かれると、再び光が反射を起こすため着色層の色を視認できなくなる。このように、表示基材への硬化液の付着と除去（例えば乾燥）とを繰り返すことで、表示基材を繰り返し使用することができる。
図１に示すように、収容部材３０は、媒体４５を加熱するヒータ４２を備えている。ヒータ４２は、載置領域４０Ａの下方に配置されている。なお、ヒータ４２の配置場所は、特に限定されない。ヒータ４２によって媒体４５が加熱されると、媒体に付着した硬化液の乾燥を促進することができる。
メンテナンス装置７０は、ラインヘッド５２のノズル５４のメンテナンスを行う。メンテナンス装置７０は、収容部材３０のうち造形テーブル３４より後方（即ち走査方向Ｘの上流側）かつ造形テーブル３４と左右方向Ｙ関して揃った位置に配置されている。メンテナンス装置７０と造形テーブル３４とは左右方向Ｙに関して揃った位置に配置されているが、メンテナンス装置７０の左右方向Ｙの左端および造形テーブル３４の左右方向Ｙの左端、メンテナンス装置７０の左右方向Ｙの右端および造形テーブル３４の左右方向Ｙの右端が左右方向Ｙに関して完全に揃っていなくてもよく、メンテナンス装置７０および造形テーブル３４の大部分（例えば左右方向Ｙの長さの８０％以上）が左右方向Ｙに関して揃った位置に配置されていてもよい。メンテナンス装置７０は、ラインヘッド５２より下方に配置されている。メンテナンス装置７０は、フラッシングステージ７２と、ワイパー７４と、キャップ７６とを備えている。フラッシングステージ７２、ワイパー７４、キャップ７６は、走査方向Ｘに下流側から上流側に向けて順に配置されている。即ち、ワイパー７４は、フラッシングステージ７２より後方に配置されている。ワイパー７４は、キャップ７６より前方に配置されている。ワイパー７４は、走査方向Ｘに関して、フラッシングステージ７２とキャップ７６との間に配置されている。
フラッシングステージ７２には、複数のノズル５４（図４参照）から硬化液が吐出される。フラッシングステージ７２には、吐出された硬化液を吸収する多孔質体が設けられている。フラッシングステージ７２の左右方向Ｙの寸法は、ラインヘッド５２の左右方向Ｙの寸法Ｌ４（図４参照）以上である。ノズル５４から一定量の硬化液がフラッシングステージ７２に吐出されるフラッシング処理は、例えば、図３に示すように、収容部材３０が図３のＸ２方向に移動して、１層の硬化層９１が形成され、さらに収容部材３０が図３のＸ１方向に移動した後に行われる。即ち、ラインヘッド５２がフラッシングステージ７２の上方に位置するときに、上記フラッシング処理が行われる。なお、フラッシングの頻度は特に限定されず、１層の硬化層９１が形成される度に行ってもよいし、複数の硬化層９１を連続で形成する度に行ってもよい。
ワイパー７４は、ラインヘッド５２のノズル面５６（図４参照）をワイピングする部材である。ワイパー７４は、ラインヘッド５２がワイパー７４の上方を通過するとき、ノズル面５６に接するように構成されている。ワイパー７４は、板状の部材であって、例えばゴムなどによって形成されている。ワイパー７４の左右方向Ｙの寸法は、ラインヘッド５２の最も左方にあるノズル５４から最も右方にあるノズル５４までの寸法以上である。
キャップ７６は、ラインヘッド５２のノズル面５６に付着したインクが硬化してノズル５４が目詰まりすることを抑制する部材である。キャップ７６は、造形待機時（即ち三次元造形物９２を造形していないとき）において、ノズル面５６を覆うように下方からラインヘッド５２に装着される（図１参照）。即ち、ヘッドユニット５０がホームポジションＨＰに位置するときには、キャップ７６は、ラインヘッド５２に装着されている。ここで、ホームポジションＨＰとは、造形待機時、即ち、造形やテストパターンの印刷が行われていないときに、ヘッドユニット５０が待機する位置である。キャップ７６は、キャップ移動機構７８によって、上下方向Ｚに移動可能に構成されている。キャップ７６がラインヘッド５２に取り付けられたときに、キャップ７６とノズル面５６との間に密閉空間が形成される。キャップ移動機構７８は、造形開始前にキャップ７６を下方に移動させることによって、キャップ７６をノズル面５６から離隔させる。これにより、キャップ７６は、ラインヘッド５２から取り外される。
メンテナンス装置７０は、ラインヘッド５２にキャップ７６が装着されている状態において、密閉空間内の流体（例えば硬化液）を吸引する吸引ポンプ（図示せず）を備えている。これにより、密閉空間内は、大気圧より低い圧力となる。この結果、吸引ポンプは、ラインヘッド５２のノズル５４内の硬化液を吸引する。吸引ポンプに吸引された密閉空間内の流体は、廃液タンク（図示せず）に貯留される。上記吸引は、ノズル５４の吐出不良を解消させる作業であり、ラインヘッド５２のノズル５４の目詰まりを予防するための作業である。
メンテナンス装置７０は、ワイパー７４およびキャップ７６を覆うカバー部材８０と、カバー部材８０をヘッドユニット５０の後述するケース５１に向けて付勢する付勢部材８２とを備えている。カバー部材８０は、ワイパー７４およびキャップ７６（キャップ７６がラインヘッド５２に装着されたキャッピング位置に位置する場合を除く）より上方に配置されている。カバー部材８０は、少なくともラインヘッド５２のノズル５４から粉末材料９０に向けて硬化液が吐出されるときに、ワイパー７４およびキャップ７６を覆う。カバー部材８０は、少なくともラインヘッド５２のノズル５４から粉末材料９０に向けて硬化液が吐出されるときに、ワイパー７４およびキャップ７６の上方に位置する。カバー部材８０は、少なくともラインヘッド５２のノズル５４から粉末材料９０に向けて硬化液が吐出されるときに、平面視でワイパー７４およびキャップ７６と重なる。本実施形態では、カバー部材８０は、ヘッドユニット５０がホームポジションＨＰとは別の位置に位置するときにワイパー７４およびキャップ７６を覆う。なお、本実施形態では、カバー部材８０は、ラインヘッド５２がワイパー７４の上方に位置するときにはキャップ７６のみを覆う。カバー部材８０は、ラインヘッド５２がフラッシングステージ７２の上方に位置するときにはワイパー７４およびキャップ７６を覆う（図３参照）。
付勢部材８２は、カバー部材８０をケース５１に向けて付勢する。付勢部材８２は、カバー部材８０を前方に向けて付勢する。付勢部材８２は、例えば、圧縮ばねである。付勢部材８２は、収容部材３０に設けられた支持部材３０Ａに設けられている。支持部材３０Ａは、メンテナンス装置７０より後方に配置されている。図１に示すように、カバー部材８０がヘッドユニット５０のケース５１に押圧されることによって（即ち収容部材３０が図１の矢印Ｘ１の方向に移動することによって）、カバー部材８０は、ワイパー７４およびキャップ７６を覆う閉位置（例えば図３のＰＣ参照）からワイパー７４およびキャップ７６の少なくとも一方を開放する開位置（例えば図１のＰＯ参照）へと移動する。一方、ケース５１がカバー部材８０を押圧しないときには、カバー部材８０は付勢部材８２によってケース５１に向けて付勢されるため、カバー部材８０は、ワイパー７４およびキャップ７６を覆う閉位置へと移動する。
図１に示すように、移動機構１２は、ヘッドユニット５０、粉末供給部材２０および敷詰ローラ１８に対して収容部材３０を走査方向Ｘ、即ち、行き方向Ｘ２および帰り方向Ｘ１に相対的に移動させる機構である。本実施形態では、移動機構１２は、本体１０内において収容部材３０を走査方向Ｘに移動させることによって、ヘッドユニット５０、粉末供給部材２０および敷詰ローラ１８に対して収容部材３０を走査方向Ｘに相対的に移動させている。本実施形態では、移動機構１２は、一対のガイドレール１３、１３（図２参照）と、第１駆動モータ１４とを備えている。
図１に示すように、ガイドレール１３は、収容部材３０の走査方向Ｘへの移動をガイドする。ガイドレール１３は、本体１０内に設けられている。ガイドレール１３は、走査方向Ｘに延びる。収容部材３０は、ガイドレール１３に摺動可能に係合している。ただし、ガイドレール１３の設置位置および数は特に限定されない。第１駆動モータ１４は、収容部材３０に接続されている。第１駆動モータ１４は、制御装置６０に電気的に接続されている。第１駆動モータ１４が回転駆動することによって、収容部材３０は、ガイドレール１３上を走査方向Ｘに移動することができる。
図１に示すように、粉末供給部材２０は、収容部材３０の造形槽３２内に粉末材料９０を供給するものである。粉末供給部材２０は、収容部材３０よりも上方に設けられている。粉末供給部材２０は、ラインヘッド５２より前方に配置されている。粉末供給部材２０は、ラインヘッド５２より走査方向Ｘの下流側に配置されている。粉末供給部材２０は、貯留槽２２と、供給機構２４とを備えている。
貯留槽２２には、粉末材料９０が貯留される。貯留槽２２は、収容部材３０よりも上方に配置されている。図２に示すように、本体１０の上面１１には、上方に延びた支持部材２６が２つ設けられている。支持部材２６は、走査方向Ｘに関して揃った位置に配置されている。貯留槽２２は、支持部材２６に支持されている。貯留槽２２は、上方に向けて開口している。貯留槽２２は、上部から下部に向かうにしたがって、前後方向Ｘの長さが短くなっている。
図１に示すように、貯留槽２２の底面には、供給口２３が形成されている。貯留槽２２内の粉末材料９０は、供給口２３を通じて造形槽３２内の造形テーブル３４上に供給される。供給口２３は矩形状に形成されているが、供給口２３の形状は特に限定されない。
図１に示すように、供給機構２４は、貯留槽２２内の粉末材料９０を造形槽３２の造形空間３２Ａ内に供給する機構である。供給機構２４の構成は、特に限定されない。供給機構２４は、例えば、ロータリーバルブである。供給機構２４は、貯留槽２２の内部に配置されている。供給機構２４は、貯留槽２２内の粉末材料９０に埋もれた状態で、貯留槽２２内に配置されている。供給機構には、第２駆動モータ２５が接続されている。第２駆動モータ２５は、制御装置６０と電気的に接続されている。貯留槽２２の供給口２３の下方に造形槽３２が位置しているときに、第２駆動モータ２５が駆動することで、供給機構２４は回転する。そして、供給機構２４が回転することで、貯留槽２２内において、粉末材料９０が攪拌し、粉末材料９０の一部が供給口２３を通じて、造形槽３２の造形空間３２Ａ内に供給される。
図１に示すように、敷詰ローラ１８は、粉末供給部材２０によって供給された粉末材料９０を造形空間３２Ａに敷き詰める。敷詰ローラ１８は、造形テーブル３４上に供給された粉末材料９０の表面を平らに均して均一な粉末層を形成する。敷詰ローラ１８は、本体１０の上方に配置されている。敷詰ローラ１８は、走査方向Ｘに関して、貯留槽２２の供給口２３とラインヘッド５２との間に配置されている。敷詰ローラ１８は、供給口２３より後方に配置されている。敷詰ローラ１８は、ラインヘッド５２より前方に配置されている。敷詰ローラ１８は、長尺の円筒形状を有している。敷詰ローラ１８は、円筒軸が左右方向Ｙに沿うように配置されている。敷詰ローラ１８は、左右方向Ｙの寸法が造形槽３２の造形空間３２Ａの寸法Ｌ１よりも長い。敷詰ローラ１８の下端は、収容部材３０の上面３１との間に所定のクリアランス（間隙）が形成されるように、収容部材３０の僅かに上方に設置されている。敷詰ローラ１８は、本体１０の上面１１に設けられた一対の支持部材５８に回転可能に支持されている。支持部材５８は、上面１１から上方に延びている。支持部材５８は、走査方向Ｘに関して揃った位置に配置されている。制御装置６０に電気的に接続されたモータ（図示せず）を駆動することによって、敷詰ローラ１８を順方向または逆方向に回転させることができる。
図４に示すように、本実施形態では、ヘッドユニット５０は、走査方向Ｘに並ぶ３つのラインヘッド５２と、ラインヘッド５２を収容するケース５１を備えている。ラインヘッド５２は、粉末材料９０を結合させる硬化液を造形テーブル３４に載置された粉末材料９０に対して吐出する装置である。ラインヘッド５２は、収容部材３０よりも上方に位置するように、本体１０に配置されている。ヘッドユニット５０は、本体１０の上面１１に設けられた一対の支持部材５８に架け渡されたヘッド架設部材５９に固定されている。即ち、ラインヘッド５２は、左右方向Ｙには移動しない。ヘッド架設部材５９は、左右方向Ｙに延び、一対の支持部材５８、５８を接続する。ヘッドユニット５０のケース５１の左右方向Ｙの寸法Ｌ５は造形槽３２の造形空間３２Ａの左右方向Ｙの寸法Ｌ１よりも長い。ラインヘッド５２の左右方向Ｙの寸法Ｌ４は、造形槽３２の造形空間３２Ａの左右方向Ｙの長さＬ１より短い。ラインヘッド５２における硬化液の吐出機構は特に制限されず、例えばインクジェット方式である。ラインヘッド５２は、硬化液を吐出する複数のノズル５４と、複数のノズル５４が形成されたノズル面５６とを有する。複数のノズル５４は、左右方向Ｙに直線状に配置されている。ノズル面５６は、ケース５１の下面より下方に位置する。ラインヘッド５２は、制御装置６０に電気的に接続されている。ラインヘッド５２のノズル５４からの硬化液の吐出は、制御装置６０によって制御される。
図１に示すように、三次元造形装置１００では、ヘッドユニット５０がホームポジションＨＰに位置するときには、収容部材３０は、本体１０の最も前側に位置する。三次元造形装置１００では、例えば、三次元造形物９２の造形を開始する前に、媒体載置ステージ４０の上方にラインヘッド５２のノズル５４（図４参照）が位置するように、収容部材３０を図１の矢印Ｘ２の方向に移動させる（図５参照）。そして、制御装置６０は、制御装置６０に予め記憶されたテストパターンを媒体載置ステージ４０に載置された媒体４５に印刷する。テストパターンの印刷が終了すると、収容部材３０は、図５の矢印Ｘ１の方向に移動し、ヘッドユニット５０はホームポジションＨＰに復帰する（図１参照）。作業者は、テストパターンが印刷された媒体４５を確認することによって、ラインヘッド５２のメンテナンスが必要か等を確認することができる。
次に、造形が開始されると、収容部材３０が図１の矢印Ｘ２の方向に移動する（例えば図３参照）。収容部材３０がさらに図１の矢印Ｘ２の方向に移動し、ラインヘッド５２のノズル５４が造形槽３２の上方に位置すると、ノズル５４から硬化液が吐出され硬化層９１が一層分形成される（図６参照）。その後、収容部材３０が図６の矢印Ｘ１の方向に移動し、ラインヘッド５２のノズル５４がフラッシングステージ７２の上方に位置すると、フラッシング処理が行われる。その後、昇降機構３６が造形テーブル３４を硬化層９１の一層分だけ下方に下げる。そして、粉末供給部材２０の供給口２３から硬化層９１の一層分の粉末材料９０が供給される。その後、収容部材３０が図３の矢印Ｘ２の方向に移動することによって、敷詰ローラ１８が粉末材料９０を造形槽３２内に敷き詰める。このとき、造形槽３２内に収容しきれなった粉末材料９０は余剰粉末収容槽３８に回収される。その後、収容部材３０が図６の矢印Ｘ１の方向に移動し、ラインヘッド５２のノズル５４がフラッシングステージ７２の上方に位置する。そして、収容部材３０が図３の矢印Ｘ２の方向に移動し、次の硬化層９１が１層分形成される。これを繰り返し行うことによって、硬化層９１が順次積層され、所望の三次元造形物９２が造形される。
また、三次元造形装置１００では、例えば、三次元造形物９２の造形が完了した後、収容部材３０を図３の矢印Ｘ１の方向に移動させ、ラインヘッド５２のノズル面５６をワイパー７４によってワイピングする。その後、収容部材３０をさらに図３の矢印Ｘ１の方向に移動させることで、ラインヘッド５２にキャップ７６を装着してノズル５４内の硬化液を吸引する。これにより、ラインヘッド５２のノズル５４の目詰まりを抑制することができる。
以上のように、本実施形態の三次元造形装置１００によると、媒体載置ステージ４０は、収容部材３０に配置されている。より詳細には、媒体載置ステージ４０は、造形テーブル３４より走査方向Ｘの下流側かつ造形テーブル３４と左右方向Ｙに関して揃った位置に配置されている。ここで、ラインヘッド５２のノズル５４は、左右方向Ｙに直線状に配置されており、左右方向Ｙの長さが比較的長い。このため、媒体載置ステージ４０を造形テーブル３４の側方に配置（即ち走査方向Ｘに関して媒体載置ステージ４０と造形テーブル３４とが揃った位置に配置）してしまうと、三次元造形装置１００の左右方向Ｙの長さが非常に長くなってしまう。また、ラインヘッド５２を左右方向Ｙに移動させる機構が必要となり、三次元造形装置１００の構造が複雑化してしまう。しかし、媒体載置ステージ４０は、造形テーブル３４と左右方向Ｙに関して揃った位置に配置されているため、三次元造形装置１００の走査方向Ｘの長さがわずかに長くなるだけである。また、ラインヘッド５２を走査方向Ｘへ移動させるだけでよい。このように、本実施形態の三次元造形装置１００では、媒体載置ステージ４０をコンパクトに配置することができ、三次元造形装置１００の大型化を抑制することができる。
本実施形態の三次元造形装置１００によれば、媒体４５は、着色層と着色層上に配置された遮蔽層とを有する表示基材である。ここで、遮蔽層は、遮蔽層に硬化液が付着したときに光を透過し、かつ、遮蔽層から硬化液が取り除かれたときに光を遮蔽するため、遮蔽層から硬化液を蒸発等させることによって、１つの表示基材を繰り返し用いることができる。これにより、テストパターンを印刷する媒体４５の管理および保管が容易となる。
本実施形態の三次元造形装置１００によれば、収容部材３０は、媒体４５を加熱するヒータ４２を備えている。これにより媒体４５に付着した硬化液の蒸発を促進することができ、早期に遮蔽層から硬化液を取り除くことができる。例えば、連続してテストパターンを印刷するようなときに、より短時間でテストパターンを印刷することができる。
本実施形態の三次元造形装置１００によれば、余剰粉末収容槽３８は、走査方向Ｘに関して、収容部材３０のうち造形槽３２と媒体載置ステージ４０との間に配置されている。このため、造形空間３２Ａに収容しきれなかった粉末材料９０は余剰粉末収容槽３８に回収される。従って、粉末材料９０が媒体載置ステージ４０に飛散することが抑制され、テストパターン印刷の際に不具合が生じることが抑制される。
本実施形態の三次元造形装置１００によると、メンテナンス装置７０は、収容部材３０に配置されている。より詳細には、メンテナンス装置７０は、造形テーブル３４より走査方向Ｘの下流側かつ造形テーブル３４と左右方向Ｙに関して揃った位置に配置されている。ここで、ラインヘッド５２のノズル５４は、左右方向Ｙに直線状に配置されており、左右方向Ｙの長さが比較的長い。このため、メンテナンス装置７０を造形テーブル３４の側方に配置（即ち走査方向Ｘに関してメンテナンス装置７０と造形テーブル３４とが揃った位置に配置）してしまうと、三次元造形装置１００の左右方向Ｙの長さが非常に長くなってしまう。また、ラインヘッド５２を左右方向Ｙに移動させる機構が必要となり、三次元造形装置１００の構造が複雑化してしまう。しかし、メンテナンス装置７０は、造形テーブル３４と左右方向Ｙに関して揃った位置に配置されているため、三次元造形装置１００の走査方向Ｘの長さがわずかに長くなるだけである。また、ラインヘッド５２を走査方向Ｘへ移動させるだけでよい。このように、本実施形態の三次元造形装置１００では、メンテナンス装置７０をコンパクトに配置することができ、三次元造形装置１００の大型化を抑制することができる。
本実施形態の三次元造形装置１００によれば、フラッシングステージ７２は、走査方向Ｘに関して、キャップ７６よりも造形テーブル３４側に配置されている。これにより、三次元造形物９２を造形している途中において、ラインヘッド５２の各ノズル５４からフラッシングステージ７２に硬化液を吐出するフラッシング動作を容易かつ最小限の移動によって実行することができる。
本実施形態の三次元造形装置１００によれば、ワイパー７４は、走査方向Ｘに関して、フラッシングステージ７２とキャップ７６との間に配置されている。これにより、フラッシング動作を行い、ラインヘッド５２のノズル面５６をワイピングした後に、ラインヘッド５２にキャップ７６を取り付けることを一方向の動きで実現できる。これにより、ノズル５４のメンテナンスの制御がより容易となる。
本実施形態の三次元造形装置１００によれば、メンテナンス装置７０は、少なくともノズル５４から粉末材料９０に向けて硬化液が吐出されるときにワイパー７４およびキャップ７６を覆うカバー部材８０を備えている。ノズル５４から粉末材料９０に向けて硬化液が吐出されると粉末材料９０が空気中に巻き上がり、巻き上がった粉末材料９０がワイパー７４やキャップ７６に付着してしまう虞がある。カバー部材８０は、ノズル５４から粉末材料９０に向けて硬化液が吐出されるときにワイパー７４およびキャップ７６を覆うため、ワイパー７４およびキャップ７６に粉末材料９０が付着することを抑制することができる。
本実施形態の三次元造形装置１００によれば、カバー部材８０がケース５１に押圧されることによって、カバー部材８０は、ワイパー７４およびキャップ７６を覆う閉位置ＰＣからワイパー７４およびキャップ７６の少なくとも一方を開放する開位置ＰＯへと移動する。このように、ヘッドユニット５０のケース５１と収容部材３０との相対移動に伴って、カバー部材８０を開閉することができるため、構造がより簡素化する。
以上、本発明の好適な実施形態について説明した。しかし、上述の各実施形態は例示に過ぎず、本発明は他の種々の形態で実施することができる。
上述した実施形態では、メンテナンス装置７０は造形槽３２より後方に配置されかつ媒体載置ステージ４０は造形槽３２より前方に配置されていたが、これに限定されない。例えば、メンテナンス装置７０は造形槽３２より前方に配置されかつ媒体載置ステージ４０は造形槽３２より後方に配置されていてもよい。また、三次元造形装置１００は、メンテナンス装置７０および媒体載置ステージ４０のいずれか一方のみを備えていてもよい。
上述した実施形態では、本体１０に固定された粉末供給部材２０、敷詰ローラ１８およびヘッドユニット５０に対して収容部材３０が相対的に走査方向Ｘに移動する構成であるが、これに限定されない。例えば、収容部材３０を本体１０に固定し、収容部材３０に対して粉末供給部材２０、敷詰ローラ１８およびヘッドユニット５０を相対的に走査方向Ｘに移動する構成であってもよい。
上述した実施形態では、カバー部材８０は、ワイパー７４およびキャップ７６を覆うように構成されていたが、これに限定されない。カバー部材８０は、例えば、ノズル５４から粉末材料９０に向けて硬化液が吐出されるときに、ワイパー７４およびキャップ７６に加えて、フラッシングステージ７２を覆うように構成されていてもよい。
１２ 移動機構
３０ 収容部材
３２ 造形槽
３４ 造形テーブル
４０ 媒体載置ステージ
４５ 媒体
５２ ラインヘッド
５４ ノズル
５６ ノズル面
７０ メンテナンス装置
７２ フラッシングステージ
７４ ワイパー
７６ キャップ
８０ カバー部材
８２ 付勢部材
９０ 粉末材料
９２ 三次元造形物
１００ 三次元造形装置
３０ 収容部材
３２ 造形槽
３４ 造形テーブル
４０ 媒体載置ステージ
４５ 媒体
５２ ラインヘッド
５４ ノズル
５６ ノズル面
７０ メンテナンス装置
７２ フラッシングステージ
７４ ワイパー
７６ キャップ
８０ カバー部材
８２ 付勢部材
９０ 粉末材料
９２ 三次元造形物
１００ 三次元造形装置
Claims (9)
- 粉末材料を硬化させて硬化層を形成し、これを順次積層することによって三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
造形された前記三次元造形物が収容される収容部材と、
前記収容部材に設けられ、前記粉末材料が収容される造形空間を有する造形槽と、
前記造形槽の前記造形空間内に配置され、前記粉末材料が載置される造形テーブルと、
所定の第１の方向に直線状に配列されかつ前記造形テーブルに載置された前記粉末材料に硬化液を吐出する複数のノズルと、前記複数のノズルが形成されたノズル面と、を有するラインヘッドと、
前記収容部材および前記ラインヘッドのいずれか一方を他方に対して前記第１の方向と直交する第２の方向に相対的に移動させる移動機構と、
前記収容部材のうち前記造形テーブルより前記第２の方向の一方側かつ前記造形テーブルと前記第１の方向に関して揃った位置に配置され、前記ラインヘッドによってテストパターンが印刷される媒体が載置される媒体載置ステージと、を備えている、三次元造形装置。 - 前記媒体は、着色層と前記着色層上に配置された遮蔽層とを有する表示基材であり、
前記遮蔽層は、前記遮蔽層に前記硬化液が付着したときに光を透過し、かつ、前記遮蔽層から前記硬化液が取り除かれたときに光を遮蔽する、請求項１に記載の三次元造形装置。 - 前記収容部材は、前記媒体を加熱するヒータを備えている、請求項２に記載の三次元造形装置。
- 前記ラインヘッドより前記第２の方向の前記一方側に配置され、前記粉末材料を貯留し、前記造形空間内に前記粉末材料を供給する供給口が形成された貯留槽と、
前記第２の方向に関して、前記供給口と前記ラインヘッドとの間に配置され、前記供給口から供給された前記粉末材料を前記造形空間に敷き詰める敷詰部材と、
前記第２の方向に関して、前記収容部材のうち前記造形槽と前記媒体載置ステージとの間に配置され、前記造形空間に収容しきれなかった前記粉末材料を回収する余剰粉末収容槽と、を備えている、請求項１から３のいずれか一項に記載の三次元造形装置。 - 粉末材料を硬化させて硬化層を形成し、これを順次積層することによって三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
造形された前記三次元造形物が収容される収容部材と、
前記収容部材に設けられ、前記粉末材料が収容される造形空間を有する造形槽と、
前記造形槽の前記造形空間内に配置され、前記粉末材料が載置される造形テーブルと、
所定の第１の方向に直線状に配列されかつ前記造形テーブルに載置された前記粉末材料に硬化液を吐出する複数のノズルと、前記複数のノズルが形成されたノズル面と、を有するラインヘッドと、
前記収容部材および前記ラインヘッドのいずれか一方を他方に対して前記第１の方向と直交する第２の方向に相対的に移動させる移動機構と、
前記収容部材のうち前記造形テーブルより前記第２の方向の一方側かつ前記造形テーブルと前記第１の方向に関して揃った位置に配置され、前記ノズルのメンテナンスが行われるメンテナンス装置と、を備えている、三次元造形装置。 - 前記メンテナンス装置は、
前記複数のノズルから前記硬化液が吐出されるフラッシングステージと、
前記ノズル面を覆うように前記ラインヘッドに取り付けられるキャップと、を備え、
前記フラッシングステージは、前記第２の方向に関して、前記キャップよりも前記造形テーブル側に配置されている、請求項５に記載の三次元造形装置。 - 前記メンテナンス装置は、前記ノズル面をワイピングするワイパーを備え、
前記ワイパーは、前記第２の方向に関して、前記フラッシングステージと前記キャップとの間に配置されている、請求項６に記載の三次元造形装置。 - 前記メンテナンス装置は、少なくとも前記ノズルから前記粉末材料に向けて硬化液が吐出されるときに前記ワイパーおよび前記キャップを覆うカバー部材を備えている、請求項７に記載の三次元造形装置。
- 前記ラインヘッドを収容するケースを備え、
前記メンテナンス装置は、前記カバー部材を前記ケースに向けて付勢する付勢部材を備え、
前記カバー部材が前記ケースに押圧されることによって、前記カバー部材は、前記ワイパーおよび前記キャップを覆う閉位置から前記ワイパーおよび前記キャップの少なくとも一方を開放する開位置へと移動する、請求項８に記載の三次元造形装置。
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