JP2020001373A - 光造形３ｄプリンタ及びその印刷材の温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷材を温度制御して３Ｄソリッドモデルの印刷品質を効果的に向上可能な光造形３Ｄプリンタ及びその印刷材の温度制御方法を提供する。【解決手段】本発明に係る光造形３Ｄプリンタは、印刷材を収容するための造形タンク、光源モジュール、温度調節モジュール、温度検出モジュール及び造形ステージを有する。光造形３Ｄプリンタは、検出温度が所定値に達していない場合に温度制御プログラムを実行して印刷材の温度を調節するとともに、印刷データに基づいて３Ｄ印刷プログラムを実行して、温度調節後の印刷材を用いて３Ｄソリッドデータを製造する。【選択図】図４

Description

本発明は、３Ｄ印刷に関し、特に、光造形３Ｄプリンタ及びその印刷材の温度制御方法に関する。

光造形３Ｄプリンタは、光硬化性材料（例えば、感光性樹脂）に対して光を照射することで、液体の光硬化性材料を硬化させて、３Ｄソリッドモデルを製造し得る。

また、同一の光硬化性材料を完全に硬化させるために必要な光エネルギーは、光硬化性材料の温度によって変化する。なお、光硬化性材料の温度は、環境温度によって変化する。さらに、通常、光造形３Ｄプリンタの光源モジュールのパワー（すなわち、供給される光エネルギー）を調整することができず、光硬化性材料の温度によって自動的に調整することができない。

したがって、環境温度が変化すると（すなわち、光硬化性材料の温度が変化すると）、加えられた光エネルギーが環境温度の変化に伴って変化しないため、光硬化性材料に不完全な硬化や過度な硬化が発生する場合があり、３Ｄソリッドモデルの印刷品質を低下させる。

従って、本発明は、印刷材の温度を所望の動作温度にすることが可能な光造形３Ｄプリンタ及びその印刷材の温度制御方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態に係る光造形３Ｄプリンタは、造形タンクと、光源モジュールと、温度調節モジュールと、温度検出モジュールと、造形ステージと、記憶モジュールと、前記光源モジュール、前記温度調節モジュール、前記温度検出モジュール及び前記記憶モジュールに電気的に接続される制御モジュールを含む。前記造形タンクは、印刷材を収容する。前記光源モジュールは、前記造形タンクに向けて光束を照射する。前記温度調節モジュールは、温度を調節する。前記温度検出モジュールは、検出温度を検出する。前記造形ステージは、３Ｄソリッドモデルを配置するために用いられる。前記記憶モジュールは、印刷データ及び所定値を記憶する。前記制御モジュールは、前記検出温度が前記所定値に達していない場合、温度制御プログラムを実行することで、前記印刷材の温度を調節するように前記温度調節モジュールを制御するとともに、前記印刷データに基づいて３Ｄ印刷プログラムを実行することで、温度調節後の前記印刷材に照射して前記３Ｄソリッドモデルを製造する。

上記の目的を達成するために、本発明の他の実施形態に係る印刷材の温度制御方法は、光造形３Ｄプリンタに用いられる。前記光造形３Ｄプリンタは、温度調節モジュール、温度検出モジュール、光源モジュール、造形ステージ及び造形タンクを含む。前記印刷材の温度制御方法は、前記温度検出モジュールによって検出温度を取得するステップと、前記検出温度が所定値に達していない場合、温度制御プログラムを実行して、前記造形タンク内における印刷材の温度を調節するように前記温度調節モジュールを制御するステップと、印刷データに基づいて３Ｄ印刷プログラムを実行して、温度調節後の前記印刷材に照射して３Ｄソリッドモデルを製造するように前記光源モジュールを制御するステップと、を含む。

本発明では、印刷材を温度制御することで３Ｄソリッドモデルの印刷品質を効果的に向上させることができる。

本発明の一実施形態の光造形３Ｄプリンタの構成を示す図である。 本発明の一実施形態の光造形３Ｄプリンタの温度制御を示す図である。 本発明の一実施形態の光造形３Ｄプリンタの外観を示す図である。 本発明の第１実施形態の印刷材の温度制御方法を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態の３Ｄ印刷プログラムを示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態の印刷材の温度制御方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の目的、技術案及び効果をより明確にするために、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳しく説明するが、これは本発明の特許請求の範囲を限定するものではないことを理解されたい。

図１〜図３を同時に参照する。図１は、本発明の一実施形態の光造形３Ｄプリンタの構成を示す図である。図２は、本発明の一実施形態の光造形３Ｄプリンタの温度制御を示す図である。図３は、本発明の一実施形態の光造形３Ｄプリンタの外観を示す図である。

図１〜図３に示すように、本発明に係る光造形３Ｄプリンタ１は、印刷材２０の温度を自動的に調節可能である。本発明では、印刷材２０を所望の動作温度に維持することで、温度差による印刷材２０の不完全な硬化や過度な硬化を防止し、製造された３Ｄソリッドモデルの印刷品質を向上させる。以下、光造形３Ｄプリンタについては、上面照射の光造形３Ｄプリンタ（図２及び図３に示す）を例にして説明を行うが、これに限定されない。光造形３Ｄプリンタ１は、下面照射の光造形３Ｄプリンタであってもよい。

詳細には、光造形３Ｄプリンタ１は、主に、制御モジュール１００、温度調節モジュール１０１、温度検出モジュール１０２、光源モジュール１０３、造形ステージ１０４、造形タンク１０５及び駆動モジュール１０７を含む。

制御モジュール１００は、温度調節モジュール１０１、温度検出モジュール１０２、光源モジュール１０３及び駆動モジュール１０７に電気的に接続され、光造形方式の３Ｄ印刷を行うように光造形３Ｄプリンタを制御可能である。

光源モジュール１０３は、造形ステージ１０４の指定位置に向かって光束を発する。一実施形態では、光源モジュール１０３は、線光源及び面光源を含み、複数の光点が設置される。制御モジュール１００は、光源モジュール１０３の複数の光点を同時に点灯、消灯させたり部分的に明るくしたりすることで、複数の印刷位置に同時に照射可能である。一実施形態では、光源モジュール１０３は、点光源（例えば、シングルポイントレーザー光発生装置）を含む。制御モジュール１００は、ガルバノミラーモジュールの複数のプリズムの角度を速やかに変更するようにガルバノミラーモジュール（不図示）を制御可能である。こうすることで、極めて短い時間（例えば、０．０１秒）内に光束の照射する印刷位置を変更し、その結果、光源モジュール１０３が線光源または面光源に類似する照射効果をシミュレーションすることができる。

造形ステージ１０４は、印刷中に３Ｄソリッドモデルの載置に用いられる。造形タンク１０５は、印刷材２０の収容に用いられる。印刷材２０は、液体材料であり、光照射によって硬化可能である。駆動モジュール１０７は、光源モジュール１０３、造形ステージ１０４及び／又は造形タンク１０５に接続されるとともに、接続されるモジュールを移動させることができる。

例えば、駆動モジュール１０７は、光源モジュール１０３に接続される場合、制御モジュール１００の制御によって、造形ステージ１０４の指定位置に光束を照射するように光源モジュールを移動させる。また、駆動モジュール１０７は、造形ステージ１０４に接続される場合、制御モジュール１００の制御によって、造形ステージ１０４を所定の軸方向（例えば、Ｚ軸と垂直になる方向）に沿って移動させて一層ずつ印刷する（図２に示す）。

他の実施例では、駆動モジュール１０７は、造形タンク１０５に接続される場合、制御モジュール１００の制御によって、造形タンク１０５を移動（例えば、回転または揺動）させて印刷材２０を均一に混合する（図３に示す）。

また、別の実施形態では、駆動モジュール１０７は、温度調節モジュール１０１が作動して印刷材２０の温度を調節する間（ただし、光源モジュール１０３が光束を照射して光造形方式の３Ｄ印刷を行わない場合）に、造形タンク１０５を移動（例えば、回転または揺動）させて印刷材２０を均一に混合させる。本発明では、印刷材２０を温度調節すると同時に揺動させることで、温度調節効果を効果的に高めるとともに、印刷材２０の異なる位置の温度差を効果的に小さくする。

温度調節モジュール１０１は、印刷材２０（例えば、感光性樹脂または他の光硬化性材料）の温度を調節する。また、温度調節モジュール１０１は、加熱装置（例えば、ファンヒータまたは赤外線電球）、冷却装置（例えば、熱電冷却装置または圧縮機冷却装置）または両者の組合せを含んでもよいが、これらに限定されない。一実施形態では、温度調節モジュール１０１は、印刷材２０を直接的に温度調節せず（すなわち、温度調節モジュール１０１が印刷材２０に直接的に接触せず）、印刷空間（図２で示されるケース体１１２の内部空間）の空気を加熱したり冷却させたりすることで印刷材２０の温度を間接的に調節する。直接的な調節によって印刷材２０の温度差が明らかになること（例えば、加熱の場合、加熱点の周りの温度が最も高く、加熱点から離れれば離れるほど温度が低くなる）に比べて、上記間接的な調節方法は、印刷材２０の温度を均一にすることができる。特に、造形タンク１０５の面積が大きい場合、例えば、円形の造形タンク１０５の直径が３０ｃｍよりやや大きい場合、印刷材２０を直接的に温度調節しない上記方法により、印刷材２０の温度をより均一にすることができ、より効果的である。

温度検出モジュール１０２（例えば、電子温度計）は、印刷材２０の温度を検出温度として検出する。一実施形態では、温度検出モジュール１０２は、造形タンク１０５内に設置され、印刷材２０の温度を直接的に検出可能である。一実施形態では、温度検出モジュール１０２は、造形タンク１０５に近接する位置（例えば、図２及び図３で示される温度検出モジュール１０２の位置）に設置され、造形タンク１０５の周囲の気温を検出温度として検出可能である。印刷材２０の温度を直接的に検出する方法に比べて、上記「造形タンク１０５の周囲の気温を検出温度として検出する」といった間接的な検出方法では、印刷材２０に接触しないため、温度検出モジュール１０２が防水機能や耐食性能を有しなくてもよく、その結果、コストを削減して容積を低減することができる。

一実施形態では、光造形３Ｄプリンタ１は、制御モジュール１００に電気的に接続される材料供給モジュール１０６をさらに含む。材料供給モジュール１０６は、造形タンク１０５に接続され、印刷材２０を造形タンク１０５内に注入可能である。詳細には、３Ｄソリッドモデルは、多層のスライスソリッドモデルを積層してなる。材料供給モジュール１０６は、毎回一層のスライスソリッドモデルに必要な印刷材２０のみを造形タンク１０５内に注入する（例えば、造形タンク１０５内の印刷材２０の深さを所定の層高にする）。一層のスライスソリッドモデルを印刷した後、材料供給モジュール１０６は、次の層のスライスソリッドモデルに必要な印刷材２０を注入するようになっている。こうすることで、本発明では、印刷材２０の変質（例えば、予想外の光照射によって硬化する）を効果的に回避することができる。さらに、本発明は、造形タンク１０５内における印刷材２０の容積を低減するため、温度調節効率をさらに高めることができる。

一実施形態では、光造形３Ｄプリンタ１は、記憶モジュール１０８をさらに含む。記憶モジュール１０８はデータ、例えば、印刷ソフトウェア１０９（印刷ソフトウェア１０９が光造形３Ｄプリンタ１のファームウェアまたは作業系であってもよいが、これらに限定されない）の記憶に用いられる。さらに、記憶モジュール１０８は、非一時的なコンピュータ可読媒体を含んでもよい。印刷ソフトウェア１０９には、コンピュータ実行可能コードが記録される。制御モジュール１００は、印刷ソフトウェア１０９を実行すると、後述する各温度制御ステップ及び印刷ステップを実行するように光造形３Ｄプリンタ１の各モジュールを制御する。

一実施形態では、光造形３Ｄプリンタ１は、接続モジュール１１１（例えば、ＵＳＢモジュール、Ｗｉ−Ｆｉモジュールまたは他の有線／無線接続モジュール）をさらに含む。接続モジュール１１１は、外部装置（例えば、利用者のコンピュータ装置）に接続されてデータ（例えば、後述する印刷データ）を受信する。

一実施形態では、光造形３Ｄプリンタ１は、ヒューマンマシンインタフェース１１０（例えば、押しキー、ディスプレイ、インジケータ、アラームまたは上記装置の組合せ）をさらに含む。ヒューマンマシンインタフェース１１０は、利用者の操作を受け付けして印刷関連情報を出力する。

一実施形態では、図２に示すように、光造形３Ｄプリンタ１は、上面照射の光造形３Ｄプリンタであり、ケース体１１２を含む。ケース体１１２は、少なくとも、温度調節モジュール１０１、温度検出モジュール１０２、造形ステージ１０４及び造形タンク１０５を覆って保護する。

一実施形態では、図２に示すように、造形タンク１０５及びケース体１１２の底部には、光透過板１１３が設置され、これにより、光源モジュール１０３から照射される光束を、造形タンク１０５に収容される印刷材２０に透過させて硬化反応を誘起する。

一実施形態では、図２に示すように、温度調節モジュール１０１は、ファン（例えば、ファンヒータまたは冷却ファン）などの強制対流装置を含む。上記強制対流装置は、強制対流を引き起こし、造形タンク１０５よりも高い位置に設置される（図２及び図３に示す）。温度調節モジュール１０１は、ケース体１１２の内部の空気を加熱したり冷却させたりすることで、ケース体１１２において気流の内部循環を形成させる。

一実施形態では、温度調節モジュール１０１の設置位置を造形ステージ１０４の待機位置よりも高くする（図２に示す）ことで、作動中にケース体１１２の内部において気流の内部循環経路を形成する。

さらに、造形ステージ１０４は、待機位置にある場合、造形タンク１０５の上方に位置するとともに、造形タンク１０５と予め設定された距離（例えば、造形ステージ１０４のステージ面と造形タンク１０５内の印刷材２０の液面との距離が１０ｃｍである）離れる。こうすることで、造形タンク１０５と造形ステージ１０４との間には、適切な空気対流空間が形成され、内部循環効率及び温度調節効率を高めることができる。本発明では、内部循環によって温度調節効率を大幅に高めることができる。

さらに、図３に示すように、通常、ケース体１１２は、完全に密閉されるものではなく（完全に密閉されるケース体１１２の製造コストが非常に高い）、例えば、底板に取付孔２１、２２が設置される。このため、温度調節モジュール１０１が低い箇所（例えば、底板上）に設置されたり、温度調節モジュール１０１が加熱拡散／冷却拡散装置を含んだり（すなわち、ファンが設置されず、拡散によってケース体１１２の内部の空気の温度を調節する）すると、温度調節後の空気は、上記孔から流出して温度調節効率を低下させる。よって、本発明では、温度調節モジュール１０１を高いところに設置するとともに、ファンで空気の流速を増加させることで、孔から漏れた空気量を大幅に減らすことができて、温度調節効率を高める。

続けて図４を同時に参照する。図４は、本発明の第１実施形態の印刷材の温度制御方法を示すフローチャートである。本発明の各実施形態の印刷材の温度制御方法は、図１〜図３で示される光造形３Ｄプリンタ１によって実現される。本実施形態の印刷材の温度制御方法は、以下のステップを含む。

ステップＳ１０では、制御モジュール１００は、３Ｄ印刷を開始するか否かを判断し、例えば、接続モジュール１１１により印刷コマンドまたは印刷データを受信したり、ヒューマンマシンインタフェース１１０により印刷操作を受け付けしたりする。

制御モジュール１００は、３Ｄ印刷を開始すると判断した場合、ステップＳ１１に移行し、一方、３Ｄ印刷を開始しないと判断した場合、ステップＳ１０を再実行して印刷を開始するか否かを続けて検出する。

一実施形態では、制御モジュール１００は、３Ｄ印刷を開始した後、印刷材２０を造形タンク１０５内に注入するように材料供給モジュール１０６を制御する。

ステップＳ１１では、制御モジュール１００は、温度検出モジュール１０２によって印刷空間の検出温度を取得する。

ステップＳ１２では、制御モジュール１００は、記憶モジュール１０８から所定値（例えば、２５℃）を読み取り、取得された検出値が所定値に達するか否かを判断する。上記所定値は、印刷材２０の種類によって異なり、例えば、印刷材２０の所望の動作温度に設定されてもよい。

例えば、制御モジュール１００は、温度調節モジュール１０１が加熱装置である場合、検出温度が所定値よりも低いか否かを判断し、一方、温度調節モジュール１０１が冷却装置である場合、検出温度が所定値よりも高いか否かを判断する。

制御モジュール１００は、検出温度が所定値に達していないと判断した場合、ステップＳ１３に移行し、一方、検出温度が所定値に達したと判断した場合、ステップＳ１４に移行する。

ステップＳ１３では、制御モジュール１００は、温度制御プログラムを実行する。詳細には、制御モジュール１００は、温度調節モジュール１０１を起動して造形タンク１０５内の印刷材２０の温度を調節し、これにより、印刷材２０の温度を所定値に近づける。

ステップＳ１４では、制御モジュール１００は、３Ｄ印刷プログラムを実行する。詳細には、制御モジュール１００は、印刷データを取得し、印刷データに基づいて、温度調節後の印刷材２０に照射して温度調節後の印刷材２０を硬化させて３Ｄソリッドモデルを製造するように光源モジュール１０３を制御する。

上記印刷データは、記憶モジュール１０８内に記憶されてもよいし、接続モジュール１１１によって外部のコンピュータ装置から受信されてもよい。一実施形態では、利用者はコンピュータ装置を操作して仮想３Ｄオブジェクトに対応する１セットのオブジェクトデータをロードするとともに、オブジェクトデータにスライス処理を行って上記印刷データを生成して光造形３Ｄプリンタ１に伝送し、３Ｄ印刷を行う。一実施形態では、上記印刷データは、複数の２Ｄ画像を含む。各２Ｄ画像は、一層の仮想スライスオブジェクトに対応する。上記スライス処理は、すなわち、仮想３Ｄオブジェクトを多層の仮想スライスオブジェクトにスライスする。

本発明では、印刷材を温度制御することで、３Ｄソリッドモデルの印刷品質を効果的に向上させることができる。

図４及び図５を同時に参照する。図５は、本発明の第２実施形態の３Ｄ印刷プログラムを示すフローチャートである。本実施形態では、材料供給モジュール１０６は、毎回一層のスライスソリッドモデルに必要な印刷材２０のみを造形タンク１０５内に注入する。

本実施形態の印刷材の温度制御方法は、図４の実施形態で示される印刷材の温度制御方法に比べて、３Ｄ印刷プログラム（ステップＳ１４）が以下のステップを含む。

ステップＳ２０では、制御モジュール１００は、記憶モジュール１０８から複数層の印刷データをロードする。詳細には、上記各層の印刷データ（例えば、２Ｄ画像）は、一層の仮想スライスオブジェクトの外形を描くためのものである。光源モジュール１０３が各層の印刷データに基づいて印刷材２０に照射した後、外形がこの層の仮想スライスオブジェクトに対応する一層のスライスソリッドモデルを製造し得る。

一実施形態では、制御モジュール１００は、駆動モジュール１０７により造形ステージ１０４を移動させることで、造形ステージ１０４の底端を造形タンク１０５内の印刷材２０の液面に接触させる。

ステップＳ２１では、制御モジュール１００は、多層の印刷データから１つ（例えば、第１層の印刷データ）を順次に選択する。一実施形態では、各層の印刷データは、層数を含む。制御モジュール１００は、上記層数に基づいて、各層の印刷データの印刷順番（例えば、最小の層数から印刷を開始するか、または最大の層数から印刷を開始する）を決定する。

ステップＳ２２では、制御モジュール１００は、選択された前記層の印刷データに基づいて、照射を行うように光源モジュール１０３を制御することで、造形ステージ１０４（または印刷されたスライスソリッドモデル）に接触する印刷材２０を硬化させて一層のスライスソリッドモデルを得る。

一実施形態では、各印刷データは、２Ｄ画像を含む。光源モジュール１０３は、複数の光点を含む。制御モジュール１００は、選択された２Ｄ画像の各画素の画素値に基づいて、位置が対応する光点の輝度を調整するとともに、造形ステージ１０４内の、各画素に対応する位置に応じて、各光点を照射させて一層のスライスソリッドモデルを印刷する。

ステップＳ２３では、制御モジュール１００は、駆動モジュール１０７により、造形ステージ１０４を所定の高さ（例えば、１ｍｍ）上昇させる。

ステップＳ２４では、制御モジュール１００は、次の層のスライスソリッドモデルを印刷する必要があるか否かを判断し、すなわち、印刷を完了したか否かを判断する。詳細には、制御モジュール１００は、現在選択された印刷データの層数に基づいて印刷を完了したか否かを判断し、すなわち、現在選択された印刷データが最後の一層の印刷データであるか否かを判断する。

制御モジュール１００は、現在選択された印刷データが最後の一層の印刷データである場合、印刷を完了したと判断し、一方、現在選択された印刷データが最後の一層の印刷データでない場合、ステップＳ２５に移行する。

ステップＳ２５では、制御モジュール１００は、新たな印刷材２０を造形タンク１０５内に注入するように材料供給モジュール１０６を制御することで、一層のスライスソリッドモデルに必要な印刷材２０（例えば、深さが所定の高さ）を造形タンク１０５内に収容するとともに、造形ステージ１０４に収容される最新の一層のスライスソリッドモデル（すなわち、ステップＳ２２で製造されたスライスソリッドモデル）を、造形タンク１０５内の印刷材２０の液面に接触させる。

一実施形態では、印刷材２０を注入する過程において、制御モジュール１００は、造形タンク１０５を回動させるように駆動モジュール１０７を制御することで、造形タンク１０５内の印刷材２０と注入された印刷材とを均一に混合する。

一実施形態では、制御モジュール１００は、材料供給モジュール１０６が毎回新たな印刷材２０を造形タンク１０５に注入すると同時に、または毎回新たな印刷材２０を造形タンク１０５に注入した後、温度制御プログラムを実行して（例えば、図４で示されるステップＳ１１〜Ｓ１３）、造形タンク１０５内の印刷材２０の温度を所望の動作温度にすることを確保する。

続いて、制御モジュール１００は、ステップＳ２１〜ステップＳ２４を再実行し、次の層の印刷データ（例えば、第２層の印刷データ）を選択し、次の層のオブジェクト印刷データに基づいて、造形ステージ１０４に対して照射を行うように光源モジュール１０３を制御することで、第１層のスライスソリッドモデルに接触する印刷材２０を硬化させて第２層のスライスソリッドモデルを得て、造形ステージ１０４を所定の高さ再上昇させるように駆動モジュール１０７を制御し、印刷を完了したか否かを判断する。

なお、ステップＳ２３〜ステップＳ２５の実行順序は一定ではない。一実施形態では、ステップＳ２３及びステップＳ２５を同時に実行してもよいし（例えば、ステップＳ２４で「Ｙｅｓ」の場合に実行する）、ステップＳ２５を実行した後にステップＳ２３を実行してもよいが、これらに限定されない。

図３及び図６を同時に参照する。図６は、本発明の第３実施形態の印刷材の温度制御方法を示すフローチャートである。本実施形態の印刷材の温度制御方法は、図４の実施形態で示される印刷材の温度制御方法に比べて、温度プログラム（ステップＳ１３）が初期温度制御プログラムＳ３０及び即時温度制御プログラムＳ３１を含む。初期温度制御プログラムＳ３０は、３Ｄ印刷プログラムを実行する前に、温度調節を予め行って印刷材２０を所望の動作温度（すなわち、所定値）にするためのものである。即時温度制御プログラムＳ３１は、３Ｄ印刷プログラムを実行する間に、印刷材２０の温度を即時にモニタリングするとともに、温度調節を即時に行って印刷材２０を所望の温度範囲（すなわち、所定範囲）に維持するためのものである。

詳細には、本実施形態の初期温度制御プログラムＳ３０は、以下のステップを含む。ステップＳ３００では、制御モジュール１００は、駆動モジュール１０７により、造形ステージ１０４を待機位置（例えば、印刷材２０の液面から１０ｃｍの位置）まで移動させる。本発明では、造形ステージ１０４を待機位置まで移動させることで、造形タンク１０５の上方において空気対流空間をより大きく形成することができ、温度調節効率を高めることができる。

ステップＳ３０１では、制御モジュール１００は、加熱／冷却を開始するように温度調節モジュール１０１を制御する。

上述した説明では、ステップＳ３００がステップＳ３０１の前に実行されるが、これに限定されない。本発明の他の実施形態では、ステップＳ３００とステップＳ３０１とを同時に実行してもよい。

ステップＳ３０２では、制御モジュール１００は、温度検出モジュール１０２によって現在の検出温度を検出する。

ステップＳ３０３では、制御モジュール１００は、検出温度が所定値に達したか否かを判断する。制御モジュール１００は、検出温度が所定値に達した場合、初期温度制御プログラムＳ３０の実行を終了して３Ｄ印刷プログラムの実行（ステップＳ１４）を開始し、一方、検出温度が所定値に達していない場合、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０３を再実行する。

なお、初期温度制御プログラムＳ３０の実行を終了した後、制御モジュール１００は、加熱／冷却を開始するか、または加熱／冷却を終了するように温度調節モジュール１０１を続けて制御してもよいが、これに限定されない。

なお、初期温度制御プログラムＳ３０の実行を開始すると（または開始する前に）、制御モジュール１００は、温度検出モジュール１０２によって検出された現在の検出温度が所定値に達したと判断した場合、例えば、環境温度が所定値である場合（印刷材２０の温度も所定値であると推定してもよい）、３Ｄ印刷プログラムをそのまま実行することができる（ステップＳ１４）。

続いて、３Ｄ印刷プログラムを実行する（ステップＳ１４）間に、制御モジュール１００は、即時温度制御プログラムＳ３１を同時に実行する。制御モジュール１００は、定期的に（例えば、１０分ごとに一回実行する）または一定の条件を満たすと（例えば、一層のスライスソリッドモデルを印刷する度に）即時温度制御プログラムＳ３１を実行してもよい。本実施形態では、記憶モジュール１０８には、所定の区間がさらに記憶されている。一実施形態では、前記所定値は、上記所定の空間に含まれる。即時温度制御プログラムＳ３１は、以下のステップを含む。

ステップＳ３１１では、制御モジュール１００は、温度検出モジュール１０２によって現在の検出温度を取得する。

ステップＳ３１２では、制御モジュール１００は、現在の検出温度が所定の区間に合致するか否かを判断する。

温度調節モジュール１０１が加熱装置であり、且つ所定の区間が２５℃（下限値）〜２８℃（上限値）であると、制御モジュール１００は、検出温度（例えば、２６℃）が所定の区間内にある場合、検出温度が所定の区間に合致すると判断し、検出温度（例えば、２４℃）が下限値よりも低い場合、検出温度が所定の区間に達していないと判断し（例えば、加熱不足）、検出温度（例えば、２９℃）が上限値よりも高い場合、検出温度が所定の区間を超えたと判断する（例えば、過度な加熱）。

温度調節モジュール１０１が冷却装置であり、且つ所定の区間が２５℃（下限値）〜２８℃（上限値）であると、制御モジュール１００は、検出温度（例えば、２６℃）が所定の区間内にある場合、検出温度が所定の区間に合致すると判断し、検出温度（例えば、２４℃）が下限値よりも低い場合、検出温度が所定の区間を超えたと判断し（例えば、過度な冷却）、検出温度（例えば、２９℃）が上限値より高い場合、検出温度が所定の区間に達していないと判断する（例えば、冷却不足）。

制御モジュール１００は、検出温度が所定の区間に合致する場合にステップＳ３１５に移行し、検出温度が所定の区間を超えた場合にステップＳ３１３に移行し、検出温度が所定の区間に達していない場合にステップＳ３１４に移行する。

ステップＳ３１３では、制御モジュール１００は、過度な加熱／冷却の場合、加熱／冷却を停止して印刷材２０の温度を所定の区間に近づけるように温度調節モジュール１０１を制御する。

一実施形態では、制御モジュール１００は、過度な加熱／過度な冷却の場合、加熱／冷却を一時停止するが印刷を継続させるように光造形３Ｄプリンタ１を制御してもよい。詳細には、加熱／冷却を停止した後、過度に加熱／冷却された印刷材２０の温度を所定の区間（所望の動作温度）に近づけ、印刷中の３Ｄソリッドモデルの品質をより良くする（少数のスライスソリッドモデルのみが過度に硬化するか、または完全に硬化しない虞があるため、上記実施形態によれば、３Ｄソリッドモデルの品質を顕著に低下させることがない）。こうすることで、本発明は、降温／昇温に必要な待機時間を効果的に短くすることができ、印刷に必要な時間をさらに短くする。

一実施形態では、制御モジュール１００は、過度な加熱／過度な冷却の場合、印刷を一時停止するように光造形３Ｄプリンタ１を制御してもよい。こうすることで、３Ｄ印刷を行う度に印刷材２０が所望の動作温度にある。その結果、本発明は、印刷材２０の硬化の不完全性や過度な硬化を効果的に回避することができ、３Ｄ印刷の品質を向上させることができる。

ステップＳ３１４では、制御モジュール１００は、加熱／冷却が不足する場合、加熱／冷却を開始して（継続させて）印刷材２０の温度を所定の区間に近づけるように温度調節モジュール１０１を制御する。

一実施形態では、制御モジュール１００は、加熱／冷却が不足する場合、光造形３Ｄプリンタ１を制御して加熱／冷却を開始（継続）するとともに印刷を停止させる。こうすることで、３Ｄ印刷を行う度に印刷材２０が所望の動作温度にある。その結果、本発明は、印刷材２０の硬化の不完全性や過度な硬化を効果的に回避することができ、３Ｄ印刷の品質を向上させることができる。

一実施形態では、制御モジュール１００は、過度な加熱／過度な冷却の場合、光造形３Ｄプリンタ１を制御して印刷を継続させる。詳細には、加熱／冷却を開始した後、過度に加熱／冷却された印刷材２０の温度を所定の区間（所望の動作温度）に近づけ、これにより、印刷中の３Ｄソリッドモデルの品質をより良くすることができる。その結果、本発明は、降温／昇温に必要な待機時間を効果的に短くすることができ、印刷に必要な時間をさらに短くする。

なお、不完全に硬化された印刷材２０（すなわち、光照射時に印刷材２０の温度が所定の区間に達していない場合）に比べて、過度に硬化された印刷材２０（すなわち、光照射時に印刷材２０の温度が所定の区間を超えた場合）による３Ｄソリッドモデルの構造や視覚効果に対する破壊力が小さい。このため、温度調節モジュール１０１が加熱装置の場合、本発明の一実施形態では、過度な加熱時に印刷を継続させ、加熱が不足する場合に印刷を一時停止することで、印刷に必要な時間の減少と、３Ｄ印刷の品質の向上との間に最適なバランスをとることができる。

ステップＳ３１５では、制御モジュール１００は、３Ｄ印刷プログラムの実行を完了したか否かを判断し、例えば、最後の一層のスライスソリッドモデルを印刷したか否かを判断する。

制御モジュール１００は、３Ｄ印刷プログラムの実行を終了した場合、印刷材の温度制御方法を終了し、一方、３Ｄ印刷プログラムの実行を終了していない場合、即時温度制御プログラムＳ３１を再実行して、印刷時に印刷材２０の温度を所定の区間に維持する。

当然ながら、本発明は他の実施形態を有してもよい。当業者であれば、本発明の精神及び技術内容の範囲を逸脱しない限り、少々の変更や修飾を付加することが可能であるが、これらの少々の変更や修飾は本発明の特許請求の範囲内である。

１ 光造形３Ｄプリンタ
１００ 制御モジュール
１０１ 温度調節モジュール
１０２ 温度検出モジュール
１０３ 光源モジュール
１０４ 造形ステージ
１０５ 造形タンク
１０６ 材料供給モジュール
１０７ 駆動モジュール
１０８ 記憶モジュール
１０９ 印刷ソフトウェア
１１０ ヒューマンマシンインタフェース
１１１ 接続モジュール
１１２ ケース体
１１３ 光透過板
２０ 印刷材
２１、２２ 取付孔
Ｓ１０〜Ｓ１４ 温度制御及び印刷ステップ
Ｓ２０〜Ｓ２５ 印刷ステップ
Ｓ３０、Ｓ３００〜Ｓ３０３、Ｓ３１、Ｓ３１１〜Ｓ３１５ 温度制御ステップ

Claims (15)

1. 光造形３Ｄプリンタであって、
   印刷材を収容するための造形タンクと、
   前記造形タンクに向けて光束を照射するための光源モジュールと、
   温度を調節するための温度調節モジュールと、
   検出温度を検出するための温度検出モジュールと、
   ３Ｄソリッドモデルを配置するための造形ステージと、
   印刷データ及び所定値を記憶するための記憶モジュールと、
   前記光源モジュール、前記温度調節モジュール、前記温度検出モジュール及び前記記憶モジュールに電気的に接続され、前記検出温度が前記所定値に達していない場合、温度制御プログラムを実行することで、前記印刷材の温度を調節するように前記温度調節モジュールを制御するとともに、前記印刷データに基づいて３Ｄ印刷プログラムを実行することで、温度調節後の前記印刷材に照射して前記３Ｄソリッドモデルを製造するように前記光源モジュールを制御する制御モジュールと、を含むことを特徴とする光造形３Ｄプリンタ。
2. 前記制御モジュールに電気的に接続される駆動モジュールをさらに含み、
   前記駆動モジュールは、前記造形ステージに接続され、
   前記温度調節モジュールは、加熱装置であり、
   前記制御モジュールは、前記造形ステージを待機位置まで移動させるように前記駆動モジュールを制御し、前記温度制御プログラムを実行して前記温度調節モジュールの加熱を制御するとともに、前記検出温度が前記所定値に達すると前記３Ｄ印刷プログラムを実行することを特徴とする請求項１に記載の光造形３Ｄプリンタ。
3. 前記温度調節モジュール、前記温度検出モジュール、前記造形ステージ及び前記造形タンクを覆うケース体をさらに含み、
   前記温度調節モジュールは、ファンヒータであり、前記ケース体の内部の空気を加熱して前記ケース体の内部において内部循環を形成させることを特徴とする請求項２に記載の光造形３Ｄプリンタ。
4. 前記光造形３Ｄプリンタは、上面照射の光造形３Ｄプリンタであり、
   前記温度調節モジュールの設置位置は、前記造形タンクの設置位置よりも高く、
   前記温度検出モジュールは、前記造形タンクに近接して設置されることを特徴とする請求項３に記載の光造形３Ｄプリンタ。
5. 前記温度調節モジュールは、加熱装置であり、
   前記記憶モジュールには、所定の区間がさらに記憶されており、
   前記制御モジュールは、前記３Ｄ印刷プログラムを実行する間に、前記検出温度を前記所定の区間と比較し、前記検出温度が前記所定の区間を超えた場合、加熱を停止させるように前記温度調節モジュールを制御し、前記検出温度が前記所定の区間に達していない場合、加熱を行うように前記温度調節モジュールを制御することを特徴とする請求項１に記載の光造形３Ｄプリンタ。
6. 前記制御モジュールは、
   前記検出温度が前記所定の区間を超えた場合、印刷を継続させるように前記光造形３Ｄプリンタを制御し、
   前記検出温度が前記所定の区間に達していない場合、印刷を一時停止させるように前記光造形３Ｄプリンタを制御することを特徴とする請求項５に記載の光造形３Ｄプリンタ。
7. 前記制御モジュールに電気的に接続され、前記印刷材を前記造形タンクに注入するための材料供給モジュールと、
   前記造形ステージ及び前記造形タンクに接続され、前記造形ステージ及び前記造形タンクを移動させるための駆動モジュールと、をさらに含み、
   前記制御モジュールは、
   前記温度制御プログラムを実行する前に、または前記温度制御プログラムを実行すると同時に、前記印刷材を前記造形タンクに注入するように前記材料供給モジュールを制御するとともに、注入過程において前記造形タンクを回転させて前記造形タンク内における前記印刷材と注入された前記印刷材とを均一に混合させるように前記駆動モジュールを制御することを特徴とする請求項１に記載の光造形３Ｄプリンタ。
8. 前記制御モジュールに電気的に接続される駆動モジュールをさらに含み、
   前記駆動モジュールは、前記造形ステージに接続され、
   前記光造形３Ｄプリンタは、上面照射の光造形３Ｄプリンタであり、
   前記温度調節モジュールは、強制対流装置を含み、
   前記強制対流装置の設置位置は、前記造形タンクの設置位置よりも高く、
   前記制御モジュールは、前記駆動モジュールを制御して前記造形ステージを待機位置まで移動させることで、前記造形ステージを前記造形タンクの上方に位置させるとともに前記温度調節モジュールと前記造形タンクとの間に介在させるとともに、前記造形ステージを前記造形タンクから所定距離で離間させ、
   前記制御モジュールは、前記検出温度が前記所定値に達すると前記３Ｄ印刷プログラムを実行することを特徴とする請求項１に記載の光造形３Ｄプリンタ。
9. 光造形３Ｄプリンタに用いられ、
   前記光造形３Ｄプリンタは、温度調節モジュール、温度検出モジュール、光源モジュール、造形ステージ及び造形タンクを含む印刷材の温度制御方法であって、
   前記温度検出モジュールによって検出温度を取得するステップａ）と、
   前記検出温度が所定値に達していない場合、温度制御プログラムを実行して、前記造形タンク内における印刷材の温度を調節するように前記温度調節モジュールを制御するステップｂ）と、
   印刷データに基づいて３Ｄ印刷プログラムを実行して、温度調節後の前記印刷材に照射して３Ｄソリッドモデルを製造するように前記光源モジュールを制御するステップｃ）と、を含むことを特徴とする印刷材の温度制御方法。
10. 前記光造形３Ｄプリンタは、駆動モジュールをさらに含み、
    前記温度調節モジュールは、加熱装置であり、
    前記温度制御プログラムは、
    前記駆動モジュールによって前記造形ステージを待機位置まで移動させるステップｄ１）と、
    加熱を行うように前記温度調節モジュールを制御するステップｄ２）と、
    前記検出温度が前記所定値に達すると前記ステップｃ）を実行するステップｄ３）と、を含むことを特徴とする請求項９に記載の印刷材の温度制御方法。
11. 前記光造形３Ｄプリンタは、ケース体をさらに含み、
    前記温度調節モジュールは、ファンヒータであり、
    前記ステップｄ２）では、前記ケース体の内部の空気を加熱して前記ケース体の内部において内部循環を形成させるように前記温度調節モジュールを制御することを特徴とする請求項１０に記載の印刷材の温度制御方法。
12. 前記３Ｄ印刷プログラムを実行する間に前記検出温度を取得するステップｅ１）と、
    前記検出温度が所定の区間を超えた場合、加熱を停止させるように前記温度調節モジュールを制御するステップｅ２）と、
    前記検出温度が前記所定の区間に達していない場合、加熱を行うように前記温度調節モジュールを制御するステップｅ３）と、を含むことを特徴とする請求項９に記載の印刷材の温度制御方法。
13. 前記ステップｅ２）では、加熱を停止させるように前記温度調節モジュールを制御するとともに、印刷を継続させるように前記光造形３Ｄプリンタを制御し、
    前記ステップｅ３）では、印刷を一時停止させるように前記光造形３Ｄプリンタを制御するとともに、加熱を行うように前記温度調節モジュールを制御することを特徴とする請求項１２に記載の印刷材の温度制御方法。
14. 前記光造形３Ｄプリンタは、材料供給モジュール及び駆動モジュールをさらに含み、
    前記印刷材を前記造形タンクに注入するように前記材料供給モジュールを制御するとともに、注入過程において前記造形タンクを回転させて前記造形タンク内における前記印刷材と注入された前記印刷材とを均一に混合させるように前記駆動モジュールを制御するステップｆ）をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の印刷材の温度制御方法。
15. 前記光造形３Ｄプリンタは、駆動モジュールをさらに含み、
    前記光造形３Ｄプリンタは、上面照射の光造形３Ｄプリンタであり、
    前記ステップｂ）は、前記温度調節モジュールの強制対流装置によって前記造形タンク内における印刷材の温度を調節するステップを含み、
    前記強制対流装置の設置位置は、前記造形タンクの設置位置よりも高く、
    前記ステップｃ）の前に、前記駆動モジュールにより前記造形ステージを待機位置まで移動させることで、前記造形ステージを前記造形タンクの上方に位置させるとともに前記温度調節モジュールと前記造形タンクとの間に介在させるとともに、前記造形ステージを前記造形タンクから所定距離で離間させるステップｇ）をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の印刷材の温度制御方法。