JP2020032552A - 造形装置及び造形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サポート材を用いることなく、造形物のステージ側の任意の形状に対応することができる造形装置を提供する。【解決手段】造形ステージと、該造形ステージを貫通し、先端部が前記造形ステージ上に配列される複数の棒状部材と、造形物の形状データに基づいて前記造形ステージの上面からの各棒状部材の突出量を個別に設定し、各棒状部材の先端部で成形型を形成する型形成手段と、各棒状部材の先端部に造形物を形成する造形剤を積層する積層手段と、を備えた造形装置である。【選択図】図７

Description

本発明は、造形装置及び造形方法に関する。

特許文献１の積層造形装置は、スライス像データとサポートデータとを入力するデータ入力手段と、スライス像データにより薄層を形成する像形成手段と、ステージに設けられ、それぞれ移動可能な複数のサポートピンを備えたサポートピン手段と、を備えている。また、この積層造形装置は、サポートデータにより、サポートピンのそれぞれの移動停止を制御するサポートピン制御手段と、薄層をステージ上に積層する積層手段と、各手段の作動を制御する造形制御手段とを備えている。

特許文献２の三次元造形装置では、三次元造形物を造形する際の基盤となるステージ上に対して所定の突出形状を形成する突出形状形成手段として、ステージの造形面が複数の小領域に分割されるとともに、その小領域ごとに１つの分割ステージを設ける。

特開２００３−０７１９４０号公報 特開２０００−２８０３５５号公報

本発明は、サポート材を用いることなく、造形物のステージ側の任意の形状に対応することができる造形装置及び造形方法を提供することを目的とする。

態様１は、造形ステージと、該造形ステージを貫通し、先端部が前記造形ステージ上に配列される複数の棒状部材と、造形物の形状データに基づいて前記造形ステージの上面からの各棒状部材の突出量を個別に設定し、各棒状部材の先端部で成形型を形成する型形成手段と、各棒状部材の先端部に造形物を形成する造形剤を積層する積層手段と、を備えた造形装置である。

態様２は、前記型形成手段は、各棒状部材を長さ方向へ駆動する駆動部を有する態様１記載の造形装置である。

態様３は、長尺状であるとともに長さ方向に延びる連続繊維を内部に有した前記造形剤を前記積層手段に供給する供給手段をさらに備えた態様１又は態様２記載の造形装置である。

態様４は、前記棒状部材の先端部に配置された前記造形剤を前記棒状部材に押し付ける押付部をさらに備える態様３記載の造形装置である。

態様５は、前記棒状部材の先端部は、球面状に形成されている態様１から態様４のいずれか一つに記載の造形装置である。

態様６は、前記棒状部材の先端部には、平板が設けられ、該平板の傾斜角度を変更する角度変更部を備えている態様１から態様４のいずれか一つに記載の造形装置。

態様７は、前記造形剤は、熱硬化性樹脂であり、前記棒状部材は、先端部を加熱する加熱部を備えている態様１から態様６のいずれか一つに記載の造形装置である。

態様８は、態様１から態様７のいずれか一つに記載の造形装置を用いた造形方法であって、各棒状部材の先端部にフィルムを設置するフィルム設置工程と、前記フィルムの上に前記造形剤を積層する造形剤積層工程と、を備えた造形方法である。

態様９は、前記フィルム設置工程は、各棒状部材の先端部に固化前の樹脂を吹き付ける吹付工程と、各棒状部材の先端部に吹き付けられた樹脂を固化して前記フィルムを形成する固化工程と、を備える態様８に記載の造形方法である。

態様１では、材料費を抑えるためにステージを底上げする場合と比較して、サポート材を用いることなく、造形物のステージ側の任意の形状に対応することができる。

態様２では、各棒状部材をステージ側へ後退できない場合と比較して、離型が容易となる。

態様３では、連続繊維を有しない造形剤を用いる場合と比較して、造形物の剛性を高めることができる。

態様４では、積層手段で積層するだけの場合と比較して、成形性を向上することができる。

態様５では、棒状部材の先端が平面の場合と比較して、隣接する棒状部材間の段差を小さくすることができる。

態様６では、造形物の形状に合わせて平板の傾斜角度を変更することができる。

態様７では、棒状部材に積層された造形剤を加熱して硬化することができる。

態様８では、棒状部材の先端部に直接造形剤を積層する場合と比較して、ステージ側の成形性を向上することができる。

態様９では、各棒状部材の先端部を成形されたフィルムで覆う場合と比較して、フィルムの位置ずれを抑制することができる。

第一実施形態の造形装置を示す側面図である。 第一実施形態の棒状部材の先端部を示す説明図である。 第一実施形態の造形装置を示すブロック図である。 第一実施形態の造形装置の動作を示すフローチャートである。 第一実施形態の造形装置の棒状部材で成形型を形成する様子を示す説明図である。 第一実施形態の造形装置の棒状部材の先端部にフィルムを設置する様子を示す説明図である。 第一実施形態の造形装置の棒状部材の先端部にフィルムを介して造形剤を積層する様子を示す説明図である。 第一実施形態の造形装置の棒状部材に積層された造形剤の上にさらに造形剤を積層する様子を示す説明図である。 第一実施形態の造形装置の棒状部材を後退して造形物から分離する様子を示す説明図である。 第二実施形態の造形装置の棒状部材の先端部を示す説明図である。 第二実施形態の造形装置の棒状部材で成形型を形成する様子を示す説明図である。 第二実施形態の造形装置の棒状部材上に造形物を形成した状態を示す説明図である。 第二実施形態の造形装置の棒状部材を後退して造形物から分離する様子を示す説明図である。 棒状部材の他の形態を示す説明図である。

＜第一実施形態＞
第一実施形態に係る造形装置の一例を図面に沿って説明する。図中、上方をＵで示し、下方をＤで示す。

図１は、本実施形態に係る造形装置１０を示す図であり、熱硬化性の樹脂や熱可塑性の樹脂を造形剤４４として用いることができる造形装置１０が示されている。この造形装置１０は、厚肉板状の造形ステージ１２を備えている。

造形ステージ１２には、図１及び図２に示すように、上下方向に貫通する貫通穴１２Ａが上面１２Ｂの縦横に複数形成されている。各貫通穴１２Ａには、筒状の棒状部材１４が挿入されており、棒状部材１４の上端は、天面１４Ａによって閉鎖されている。棒状部材は、横断面が矩形状に形成されており、具体的には、横断面が正方形状に形成されている。

貫通穴１２Ａは、単一の棒状部材１４を挿通できる矩形状に形成されており、具体的には、正方形状に形成されている。貫通穴１２Ａに挿入された棒状部材１４は、造形ステージ１２を貫通し、先端部が造形ステージ１２上に配列されるように構成されている。なお、貫通穴１２Ａは、複数の棒状部材１４を挿入できる穴で構成してもよい。

各棒状部材１４は、造形ステージ１２の上面１２Ｂからの突出量を制御することで、各棒状部材１４の先端部で成形型１６を形成することができる。言い換えると、各棒状部材１４の先端部の高さ差によって成形型１６を形成することができる。

各貫通穴１２Ａの内周面には、例えばＯリングが設けられており、貫通穴１２Ａへ挿入された棒状部材１４は、Ｏリングとの摩擦によって、造形ステージ１２との相対的な位置が維持される。

造形ステージ１２は、四隅が支柱１８を介してベース２０に支持されており、ベース２０には、基準台２２が設けられている。基準台２２には、造形ステージ１２の貫通穴１２Ａに対向した部位にモータ２４が設けられており、各モータ２４から延び出した回転軸２４Ａの周面には、雄ネジが形成されている。

各モータ２４の回転軸２４Ａは、対応する棒状部材１４の下端部に回転記載された状態で設けられたナット部２６に捩じ込まれている。各モータ２４を作動すると、基準台２２に対してナット部２６を上下動する。モータ２４及び回転軸２４Ａがねじ込まれたナット部２６は、各棒状部材１４を長さ方向へ駆動する。

各モータ２４は、後述する造形物２８（図９参照）の形状データに基づいて制御され、造形ステージ１２の上面１２Ｂからの各棒状部材１４の突出量が個別に設定される。これにより、各棒状部材１４の先端部で成形型１６を形成する型成形手段の一例が、後述する制御部６０と協働して構成される。

各棒状部材１４の先端部には、図２に示したように、矩形状の平板３０が配置されており、平板３０は、縁部側の三か所が昇降部３２を介して天面１４Ａに支持されている（図２では説明の都合上平板３０を破線で図示）。

平板３０は、図２中左方の一縁側の幅方向両側部が昇降部３２で支持されるとともに、図２中右方の他縁側の幅方向中央部が昇降部３２で支持されている。各昇降部３２は、天面１４Ａに設けられたマイクロモータ３２Ａと、マイクロモータ３２Ａの回転軸を構成する雄ネジ３２Ｂが捩じ込まれたナット３２Ｃとを備えており、ナット３２Ｃが平板３０の下面に固定されている。

各昇降部３２のマイクロモータ３２Ａを制御することで、平板３０の傾斜方向及び傾斜角度を変更できる。これにより、平板３０の傾斜角度を変更する角度変更部が各昇降部３２で構成されており、造形物２８の形状データに基づいて、各昇降部３２を制御することで、各平板３０の傾斜方向及び傾斜角度を形状データに応じて調整する。

各棒状部材１４には、先端部を加熱する加熱部３４が設けられており、加熱部３４は、棒状部材１４の先端部に内蔵されたヒータで構成されている。ヒータは、熱硬化性樹脂を造形剤４４として用いた際に通電される。ヒータで発生した熱は、各昇降部３２を介して平板３０に伝達され、造形剤を硬化する。

造形装置１０は、図６にも示すように、各棒状部材１４の先端部に固化前の樹脂３６を吹き付ける吹付ノズル３８を備えており、吹付ノズル３８より吹き付けた樹脂３６を自然固化することで、各棒状部材１４の先端部に可撓性を有したフィルム４０を形成する。

造形装置１０は、図７及び図８にも示すように、各棒状部材１４の先端部が形成した成形型１６を用いて造形物２８を形成する造形ユニット４２を備えている。造形ユニット４２は、図示しないロボット等の駆動機構によって各棒状部材１４が形成する成形型１６に沿って駆動される。

造形ユニット４２は、各棒状部材１４の先端部に造形剤４４を積層する積層手段を備えている。積層手段は、図示しない造形剤供給部から送出された造形剤４４を各棒状部材１４の先端部に供給する供給手段４６を備えており、積層手段は、一例として供給手段４６と後述する制御部６０とが協働して構成する。この供給手段４６としては、供給ノズルが挙げられる。

造形に使用する造形剤４４としては、長尺状に形成されるとともに長さ方向に延びる連続繊維４８を内部に有した樹脂が挙げられ、樹脂としては、熱硬化性の樹脂や熱可塑性の樹脂が挙げられる。

ここで、本実施形態では、長尺状に形成されるとともに長さ方向に延びる連続繊維４８を内部に有した樹脂を造形剤４４として用いたが、これに限定されるものではない。例えば、造形剤４４として断続した繊維（フィラー）を内部に有する樹脂を用いたり、繊維を有しない樹脂も用いたりしてもよい。

また、造形ユニット４２は、棒状部材１４の先端部に配置された造形剤４４を棒状部材１４に押し付ける押付部５０を備えている。押付部５０としては、ローラが挙げられ、ローラを棒状部材１４側（成形型１６側）へ押すことで、造形剤４４を棒状部材１４の先端部に密着させる。

さらに、造形ユニット４２は、棒状部材１４に積層された造形剤４４を加熱する加熱手段５２を備えている。加熱手段５２としては、造形剤４４に熱風を吹き付ける熱風吹付部や、造形剤４４にレーザーを照射して加熱するレーザー照射部が挙げられ、造形剤４４が熱可塑性の樹脂で形成された場合に造形剤４４の表面を軟化させる。

図３は、造形装置１０を示すブロック図であり、造形装置１０は、制御部６０を中心に構成されている。制御部６０には、データ格納部６２が接続されており、データ格納部６２には、造形する造形物２８の形状を示す形状データが外部より入力される。

制御部６０には、駆動部６４、角度変更部６６、及び吹付部６８が接続されている。駆動部６４は、各棒状部材１４を駆動するモータ２４やモータドライバ等で構成されており、角度変更部６６は、各昇降部３２のマイクロモータ３２Ａやモータドライバ等で構成されている。吹付部６８は、固化前の樹脂３６を吹付ノズル３８に圧送するポンプやポンプドライバ等で構成されており、圧送された樹脂３６を、図６に示したように、各棒状部材１４の先端部が形成する成形型１６に吹き付けて固化する。これにより、各棒状部材１４の先端部に可撓性のフィルム４０を形成する。

また、制御部６０には、造形ユニット駆動部７０及び加熱部３４が接続されており、造形ユニット駆動部７０は、図７及び図８に示したように、造形ユニット４２の動作を司る。具体的に説明すると、造形ユニット駆動部７０は、造形ユニット４２全体を駆動する駆動機構や駆動ドライバ等と、供給手段４６からの造形剤４４の供給を制御する供給量制御部や供給量制御ドライバ等とを備えている。

造形ユニット駆動部７０は、押付部５０による押付量を制御する押付量制御部や押付量制御ドライバ等と、加熱手段５２による加熱量を制御する加熱量制御部や加熱量制御ドライバ等とを備えている。

図４は、造形装置１０の動作を示すフローチャートであり、制御部６０の動作に従って造形装置１０の動作を説明する。

すなわち、制御部６０は、ＲＯＭ及びＲＡＭを内蔵したマイコンを中心に構成されており、マイコンがＲＯＭに記憶されたプログラムに従って動作を開始するとメインルーチンから造形処理が呼び出される。すると、制御部６０は、データ格納部６２に格納された造形物２８の形状データを読み込み（Ｓ１）、図５に示すように、読み込んだ形状データに基づいて、造形ステージ１２の上面１２Ｂからの各棒状部材１４の突出量を個別に設定し、各棒状部材１４の先端部で成形型１６を形成する（Ｓ２）。

具体的に説明すると、制御部６０は、造形ステージ１２側の外面を形成する形状データに基づいて、駆動部６４へ制御信号を出力する。すると、この制御信号に従って各モータ２４が作動し、各棒状部材１４の平板３０の高さ位置が対応する形状データの高さとなるように各棒状部材１４が上昇する。

また、制御部６０は、読み込んだ形状データに基づいて、各棒状部材１４の平板３０の傾斜方向及び傾斜角度を個別に設定し、各棒状部材１４の平板３０が形成する成形型１６の表面を滑らかにする（Ｓ３）。

具体的に説明すると、制御部６０は、造形ステージ１２側の外面を形成する形状データに基づいて、角度変更部６６に制御信号を出力する。すると、この制御信号に従って各マイクロモータ３２Ａが作動し、各棒状部材１４の平板３０が対応する形状データに応じた傾斜方向及び傾斜角度に傾斜して、隣接する平板３０同士の段差が小さくなる。

ここで、本実施形態では、各棒状部材１４のそれぞれに昇降用のモータ２４を設けたが、これに限定されるものではない。

すなわち、本実施形態では、造形ステージ１２の貫通穴１２Ａを貫通する各棒状部材１４は、Ｏリングによって造形ステージ１２との相対的な位置が維持される。このため、各棒状部材１４を駆動する駆動手段を、配列された棒状部材１４の一列分だけ基準台２２に設け、一列分の棒状部材１４の上昇が完了する度に基準台２２をスライドすれば、総ての列の棒状部材１４を形状データに基づいて上昇させることができる。

次に、各棒状部材１４の平板３０の傾斜方向及び傾斜角度を調整した状態において、制御部６０は、吹付部６８に制御信号を出力し、図６に示すように、固化前の樹脂３６を吹付ノズル３８から各棒状部材１４の先端部へ向けて吹き付ける（Ｓ４：吹付工程）。

そして、例えば吹き付けた樹脂３６が固化する固化時間経過するまで待機する（Ｓ５）。これにより、各棒状部材１４の先端部に吹き付けられた樹脂３６をフィルム状に固化し（固化工程）、各棒状部材１４の先端部にフィルム４０が設置された状態を形成する（フィルム設置工程）。

ここで、本実施形態では、固化前の樹脂３６を吹付ノズル３８から吹き付けて各棒状部材１４の先端部にフィルム４０を設置したが、これに限定されるものではない。例えば、各棒状部材１４で形成した成形型１６上に、人手によって可撓性を有するフィルム４０を設置してもよい。

次に、制御部６０は、造形物２８の一層目を形成する形状データに基づいて、造形ユニット駆動部７０へ制御信号を出力し、この制御信号に従って、図７に示すように、造形ユニット４２を駆動することで、各棒状部材１４先端のフィルム４０の上に造形剤４４を積層する（Ｓ６：造形剤積層工程）。

具体的に説明すると、制御部６０は、図示しない駆動機構によって造形ユニット４２を各棒状部材１４が形成する成形型１６に沿って駆動する。このとき、造形剤供給部から送出された造形剤４４を供給手段４６より各棒状部材１４の先端部に供給して積層した後、この造形剤４４を押付部５０によって棒状部材１４側へ押し付ける。これにより、各棒状部材１４先端のフィルム４０上に造形剤４４を密着して積層する。

そして、造形物２８の各層を形成する形状データに応じて造形剤４４の積層が総て終了したか否かを判断する（Ｓ７）。

形状データに基づく総ての層の積層が終了していない場合には、次の層を形成するための形状データに基づいて、図８に示すように、造形剤４４を積層するとともに（Ｓ６）、総ての層の積層が終了するまでステップＳ６及びステップＳ７を繰り返す。

ここで、造形剤４４が熱可塑性の樹脂で構成された場合に付いて説明すると、二層目以降の造形剤４４を積層する際には、造形剤４４を積層する直前に下層となる造形剤４４の表面を加熱手段５２で加熱して軟化させる。これにより、積層された造形剤４４を一体化する。

ステップＳ７において、形状データに応じた造形剤４４の積層が総て終了し、造形物２８が造形された際には、駆動部６４へ制御信号を出力して、図９に示すように、総ての棒状部材１４を下降する（Ｓ８）。

すると、硬化した造形物２８下面のフィルム４０から各棒状部材１４で形成された成形型１６が離型される。

ここで、熱硬化性樹脂の造形剤４４を用いた場合、ステップＳ７において、形状データに応じた造形剤４４の積層が総て終了した際に、加熱部３４に制御信号を出力して各棒状部材１４の先端部を規定時間加熱する。

すると、加熱部３４の熱が各昇降部３２を介して平板３０に伝達され、平板３０上に積層された造形剤４４は、加熱され硬化する。これにより、硬化した造形物２８を得ることができる。

（作用・効果）
以上の構成に係る本実施形態の作用について説明する。

本実施形態に係る造形装置１０では、造形物２８の形状データに基づいて造形ステージ１２の上面１２Ｂからの各棒状部材１４の突出量を個別に設定することで、各棒状部材１４の先端部で成形型１６を形成している。

このため、材料費を抑えるためにステージを底上げする場合と比較して、サポート材を用いることなく、造形物２８の造形ステージ側の任意の形状に対応することができる。

また、本実施形態では、各棒状部材１４を長さ方向へ駆動する駆動部６４を備えている。

このため、各棒状部材１４をステージ側へ後退できない場合と比較して、離型が容易となる。

さらに、本実施形態では、長尺状であるとともに長さ方向に延びる連続繊維４８を内部に有した造形剤４４を供給する供給手段を４６さらに備えている。

このため、連続繊維を有しない造形剤を用いる場合と比較して、造形物２８の剛性を高めることができる。

また、本実施形態では、棒状部材１４の先端部に配置された造形剤４４を棒状部材１４に押し付ける押付部５０をさらに備えている。

このため、造形剤４４を棒状部材１４に積層するだけの場合と比較して、成形性を向上することができる。

さらに、棒状部材１４の先端部には、平板３０が設けられ、平板３０の傾斜角度を変更する角度変更部を備えている。

これにより、造形物２８の形状に合わせて平板３０の傾斜角度を変更することができる。また、隣接する棒状部材１４間の段差を抑えることができるため、造形物２８の表面の成形性をさらに向上することができる。

そして、本実施形態の造形装置１０を用いた造形方法であって、各棒状部材１４の先端部にフィルム４０を設置するフィルム設置工程と、フィルム４０の上に造形剤４４を積層する造形剤積層工程とを備えている。

このため、材料費を抑えるためにステージを底上げする装置を用いた場合と比較して、サポート材を用いることなく、ステージ側の成形性を向上することができる。また、各棒状部材１４間の隙間をフィルム４０で覆うことができるので、棒状部材１４の先端部に直接造形剤４４を積層する場合と比較して、ステージ１２側の造形物２８の成形性を向上することができる。

また、フィルム設置工程は、各棒状部材１４の先端部に固化前の樹脂３６を吹き付ける吹付工程と、各棒状部材１４の先端部に吹き付けられた樹脂３６を固化してフィルム４０を形成する固化工程とを備えている。

これにより、各棒状部材１４の先端部を成形されたフィルム４０で覆う場合と比較して、フィルム４０の位置ずれを抑制することができる。また、各棒状部材１４の先端部を人手によってフィルムで覆う場合と比較して、手間が省ける。

なお、本実施形態では、各棒状部材１４の先端部にフィルム４０を設置した後、フィルム４０上に造形剤４４を積層して造形物２８を造形したが、これに限定されるものではなく、各棒状部材１４の先端部に直接造形剤４４を積層してもよい。

＜第二実施形態＞
図１０から図１３は、第二実施形態に係る造形装置１０を示す図であり、第一実施形態と同一又は同等部分に付いては、同符号を付して説明を割愛するとともに、異なる部分に付いてのみ説明する。

本実施形態では、第一実施形態と比較して、各棒状部材１４の先端部が異なる。すなわち、各棒状部材１４は、図１０に示すように、円筒状に形成されており、その先端を閉鎖する天面１４Ａは、球面状に形成されている。これにより、各棒状部材１４の先端部には、球面部８０が形成されている。

このような造形装置１０において、造形物２８を造形する際には、データ格納部６２から造形物２８の形状データを読み込む。そして、読み込んだ形状データに基づいて、図１１に示すように、造形ステージ１２の上面１２Ｂからの各棒状部材１４の突出量を個別に設定し、各棒状部材１４の先端部で成形型１６を形成する。

そして、造形物２８の形状データに基づいて、図１２に示すように、各棒状部材１４の先端部に造形剤４４を積層した後（ＦＤＭ方式（Fused Deposition Modeling）：熱溶解積層方式）、固化して造形物２８を形成する。

なお、ＦＤＭ方式の積層造形 （Additive Manufacturing）の例としては、ＡＴＬ（Automated Tape Laying）やＡＦＰ（Automated Fiber Placement）が挙げられる。

そして、図１３に示すように、総ての棒状部材１４を下降することで、造形物２８から各棒状部材１４で形成された成形型１６を離型する。

本実施形態であっても、第一実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

また、棒状部材１４の先端が平面の場合と比較して、図１０に示したように、隣接する棒状部材１４間を結ぶ直線の角度Ｌを小さくすることができ、隣接する棒状部材１４間に生ずる段差を小さくすることができる。これにより、造形物２８の表面の成形性を向上する。

なお、本実施形態では、棒状部材１４の横断面が円形の場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば横断面が三角形や多角形状であってもよい。

＜第三実施形態＞
すなわち、図１４に示すように、天面１４Ａが六角形の棒状部材１４を用いても良い。この場合、棒状部材１４が円筒状に形成された場合と比較して、隣接する棒状部材１４間の隙間を小さくすることができる。

＜実施例＞
以下に実施を示す。

なお、第一実施形態と同一又は同等部分に付いては、同符号を付して説明を割愛するとともに、異なる部分に付いてのみ説明する。

（基本構成）
造形ステージ１２の貫通穴１２Ａを貫通する棒状部材１４を、上面１２Ｂの縦方向に３０本、横方向に３０本配列し、各棒状部材１４を昇降するアクチュエーターをそれぞれの棒状部材１４に設けた。各棒状部材１４は、奥行が１０ｍｍ、幅が１０ｍｍ、高さが３００ｍｍの四角柱形状とする。

パーソナルコンピュータ（ＰＣ）でアクチュエーターを制御し、任意の曲率を有する形状の成形型１６を各棒状部材１４の天面１４Ａで形成した。

ＡＴＬ装置のロボットアームによって成形型１６の成形面にＵＤシートを積層し、幅１０ｍｍのＰＡ６（ナイロン６）／炭素繊維ＵＤシートを形成した。積層後、棒状部材１４を引き下げることによって、造形物２８を容易に分離できた。

以上の操作によって、型を作製することなく、造形物２８を得ることができた。

（面形成法）
造形ステージ１２の貫通穴１２Ａを貫通する棒状部材１４を、上面１２Ｂの縦方向に３０本、横方向に３０本配列した。各棒状部材１４は、任意の高さに固定することができる。奥行が１０ｍｍ、幅が１０ｍｍ、高さが３００ｍｍの四角柱状の棒状構造を有するアクチュエーターを３０本直線状に配置した。

パーソナルコンピュータ（ＰＣ）でアクチュエーターを制御して四角柱状の棒状構造を昇降し、任意の一列の棒状部材１４を下方から押し上げて、縦１列分の成形型１６を形成した。これを、横方向に３０回繰り返し、任意の曲率を有する形状の成形型１６を各棒状部材１４の天面１４Ａで形成した。

ＡＴＬ装置のロボットアームによって成形型１６の成形面にＵＤシートを積層し、幅１０ｍｍのＰＡ６（ナイロン６）／炭素繊維ＵＤシートを形成した。積層後、棒状部材１４を引き下げることによって、造形物２８を容易に分離できた。

以上の操作によって、型を作製することなく、造形物２８を得ることができた。

（フィルム）
実施例１によって各棒状部材１４の天面１４Ａで成形型１６を形成した後、成形型１６の表面を厚さ０．５ｍｍのシリコーンゴムフィルムで覆った。造形ステージ１２全体を減圧状態にして、シリコーンゴムフィルムを成形型１６の凹凸形状に合わせて密着させた。

実施例１と同様に造形を行ったところ、棒状部材１４の先端に由来する凹凸が抑制され、成形型１６の表面をシリコーンゴムフィルムで覆わない場合と比較して、平滑な造形物２８を得ることができた。

（先端平板）
実施例１の棒状部材１４の先端に、アクチュエーターによって傾斜角度を任意に設定可能な平板３０を設置した。各棒状部材１４で形成した成形型１６の形状に沿うように、棒状部材１４先端の平板３０の傾斜角度を調整した。

実施例１と同様に造形を行ったところ、棒状部材１４の先端に由来する凹凸が解消された平滑な造形物２８を得ることができた。

（熱硬化樹脂）
実施例１の造形ステージ１２及び棒状部材１４の先端にヒータを埋め込んだ。

棒状部材１４の先端部で成形型１６を形成し、実施例１のＵＤシートの代わりに、熱硬化性プリプレグ（エポキシ）を積層した。

熱硬化性プリプレグ（エポキシ）を積層した後、造形物が１３０℃となるように各ヒータを加熱し、２時間反応させた。これにより、熱硬化性ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics：炭素繊維強化プラスチック）部材を得ることができた。

（強化繊維無し）
実施例１によって棒状部材１４の先端部で成形型１６を形成した後に、ＦＤＭ方式のノズル（φ０．４ｍｍ）でＡＢＳ樹脂を成形型１６の表面に積層した。

ＡＢＳ樹脂積層後、棒状部材１４を引き下げることによって、造形物２８を容易に分離できた。

以上の操作によって、サポート材を用いることなく、造形物２８を得ることができた。

１０ 造形装置
１２ 造形ステージ
１２Ｂ 上面
１４ 棒状部材
１６ 成形型
２４ モータ
２４Ａ 回転軸
２６ ナット部
２８ 造形物
３０ 平板
３２Ａ マイクロモータ
３２Ｂ 雄ネジ
３２Ｃ ナット
３４ 加熱部
３６ 樹脂
３８ 吹付ノズル
４０ フィルム
４４ 造形剤
４６ 供給手段
４８ 連続繊維
５０ 押付部
５２ 加熱手段
６０ 制御部
６２ データ格納部
６４ 駆動部
６６ 角度変更部
６８ 吹付部
７０ 造形ユニット駆動部

Claims (9)

1. 造形ステージと、
   該造形ステージを貫通し、先端部が前記造形ステージ上に配列される複数の棒状部材と、
   造形物の形状データに基づいて前記造形ステージの上面からの各棒状部材の突出量を個別に設定し、各棒状部材の先端部で成形型を形成する型形成手段と、
   各棒状部材の先端部に造形物を形成する造形剤を積層する積層手段と、
   を備えた造形装置。
2. 前記型形成手段は、各棒状部材を長さ方向へ駆動する駆動部を有する請求項１記載の造形装置。
3. 長尺状であるとともに長さ方向に延びる連続繊維を内部に有した前記造形剤を前記積層手段に供給する供給手段をさらに備えた請求項１又は請求項２記載の造形装置。
4. 前記棒状部材の先端部に配置された前記造形剤を前記棒状部材に押し付ける押付部をさらに備える請求項３記載の造形装置。
5. 前記棒状部材の先端部は、球面状に形成されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の造形装置。
6. 前記棒状部材の先端部には、平板が設けられ、該平板の傾斜角度を変更する角度変更部を備えている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の造形装置。
7. 前記造形剤は、熱硬化性樹脂であり、前記棒状部材は、先端部を加熱する加熱部を備えている請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の造形装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の造形装置を用いた造形方法であって、
   各棒状部材の先端部にフィルムを設置するフィルム設置工程と、
   前記フィルムの上に前記造形剤を積層する造形剤積層工程と、
   を備えた造形方法。
9. 前記フィルム設置工程は、
   各棒状部材の先端部に固化前の樹脂を吹き付ける吹付工程と、
   各棒状部材の先端部に吹き付けられた樹脂を固化して前記フィルムを形成する固化工程と、
   を備える請求項８に記載の造形方法。