JP2020037245A - ３ｄ印刷方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】成形槽の寿命を効果的に向上させ、３Ｄソリッドモデルの横縞現象を改善できる３Ｄ印刷方法を提供する。【解決手段】３Ｄ印刷方法は、光造形３Ｄプリンタに用いられ、多層の印刷データのうちの１層の印刷データを順次選択するステップと、成形面と成形槽の底部の間の距離を所定層厚にするステップと、選択された１層の印刷データに基づいて１層のスライスソリッドモデルを印刷するように成形面に向かって照射するステップと、成形面を成形槽内の光硬化性材料から離脱させるステップと、成形槽の回転前後の角度差が所定角度の範囲内にあるように成形槽を回転させるステップと、３Ｄソリッドモデルの印刷を完成させるまで上記のステップを繰り返して実行するステップと、含む。【選択図】図９

Description

本発明は、３Ｄ印刷に関し、特に、３Ｄ印刷方法に関する。
既存の光造形３Ｄプリンタは、光照射によって光硬化性材料を３Ｄソリッドモデルに硬化させることができる。具体的に、光造形３Ｄプリンタは、成形ステージと、成形槽と、光源モジュールとを含む。成形槽は、流体の光硬化性材料を装填するために用いられ、その底部が透光性材料（例えば透光性アクリル）であり、透光性の離型フィルム（例えば、シリコーン又はテフロン（登録商標））が敷設される。この離型フィルムの表面が成形ステージの盤面よりも滑らかなので、硬化した光硬化性材料（即ち３Ｄソリッドモデル）は、成形ステージに付着し、成形槽に付着して印刷不良を生じないようにされている。
しかし、印刷回数が増えるにつれて、成形槽の底部や離型フィルムが劣化することがある。例えば、照射回数が増えるにつれて変質現象（例えば白化）が生じて光透過率が低下したり、３Ｄソリッドモデルを引き離す回数が増えるにつれて剥離現象が生じたりすることがある。また、３Ｄ印刷工程において、劣化位置に位置する光硬化性材料が硬化不完全や成形槽に付着して印刷失敗が発生する可能性がある。
さらに、一般に、３Ｄ印刷工程において、成形槽の全ての位置に対して均一に印刷するわけではない（即ち、一部位置のみに対して照射し、３Ｄソリッドモデルを引き離す）ため、底部及び離型フィルムの一部領域のみが劣化する。
また、成形槽の任意の領域に劣化が生じる場合、成形槽が寿命に達したことを意味する。ユーザは、印刷失敗を回避するために、新しい成形槽に交換する（又は離型フィルムを再敷設する）必要があり、メンテナンス費用が大幅に増加する。
そこで、本発明は、劣化の発生を遅らせる３Ｄ印刷方法を提供することを目的とする。
一実施形態において、光造形３Ｄプリンタに用いられる３Ｄ印刷方法であって、光源モジュールと、成形ステージと、回転モジュールと、成形槽とを含み、３Ｄ印刷方法は、多層の印刷データのうちの１層の印刷データを順次選択するステップと、成形ステージの成形面と成形槽の底部の間の距離を所定層厚にするステップと、選択された１層の印刷データに基づいて、成形面に向かって照射するように光源モジュールを制御して、１層のスライスソリッドモデルを印刷するステップと、成形面を成形槽内の光硬化性材料から離脱させるステップと、成形槽の回転前後の角度差である変位角度が、０度〜６０度、１２０度〜２４０度、及び３００度〜３６０度の範囲のうち１つの範囲内にあるように、回転モジュールを介して成形槽を回転させるステップと、全てのスライスソリッドモデルの印刷を完成させて３Ｄソリッドモデルをなすように積み重ねるまで、上記のステップを繰り返して実行するステップと、含む。
本発明によれば、成形槽の寿命を効果的に向上させ、３Ｄソリッドモデルの横縞現象を改善することができる。
劣化現象を示す第１の概略図である。 劣化現象を示す第２の概略図である。 本発明の一実施形態に係る光造形３Ｄプリンタを示す構造図である。 本発明の一実施形態に係る３Ｄプリンタの外観を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る成形槽を揺動させる様子を示す概略平面図である。 本発明の一実施形態による劣化を遅らせることを説明するための第１の概略断面図である。 本発明の一実施形態による劣化を遅らせることを説明するための第２の概略断面図である。 本発明の一実施形態による横縞が形成されることを説明するための第１の概略断面図である。 本発明の一実施形態による横縞が形成されることを説明するための第２の概略断面図である。 本発明の一実施形態による横縞が形成されることを説明するための第３の概略断面図である。 本発明の一実施形態による横縞が形成されることを説明するための第４の概略断面図である。 本発明の一実施形態による横縞を示す概略図である。 本発明の一実施形態による横縞を改善することを説明するための概略図である。 本発明の他の実施形態による横縞を改善することを説明するための概略図である。 本発明の別の実施形態による横縞を改善することを説明するための概略図である。 図７Ａによって生成された横縞を示す概略図である。 図７Ｂによって生成された横縞を示す概略図である。 図７Ｃによって生成された横縞を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態に係る３Ｄ印刷方法を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態による成形槽を回転させるフローチャートである。 本発明の第３の実施形態による光硬化性材料を補充するフローチャートである。
以下、本発明の目的、実施方式及び効果をより理解するために、具体的な実施形態と添付の図面を組み合わせて本発明に係る技術内容を詳細に説明するが、本発明の特許請求の範囲は限定されない。
図１Ａ〜図１Ｂを参照する。図１Ａは、劣化現象を示す第１の概略図である。図１Ｂは、劣化現象を示す第２の概略図である。図１Ａ及び図１Ｂは、「成形槽の寿命が短い」という本発明が解決しようとする技術課題をより詳しく説明するための図である。
図１Ａに示すように、一般的に、光造形３Ｄプリンタ（上照射タイプの光造形３Ｄプリンタを例とする）は、成形槽１０と、光源モジュール１１と、成形ステージ１２とを含む。成形槽１０は、底部に離型フィルム１３が敷設され、光硬化性材料１４を収容している。
３Ｄ印刷工程において、光造形３Ｄプリンタは、成形槽１０の底面及び離型フィルム１３を照射して、その上方の光硬化性材料１４を１層のスライスソリッドモデル１５に硬化させるように光源モジュール１１を制御する。
長期間照射後、成形槽１０の底部や離型フィルム１３の一部領域に劣化が生じることがある（例えば、離型フィルム１３の劣化領域１６）。劣化領域１６が存在すると、印刷されたスライスソリッドモデル１５の対応位置１５１に硬化不完全や成形槽１０に付着して印刷失敗が発生する可能性がある。
また、図１Ｂに示すように、離型フィルム１３の表面での劣化領域１６の面積が極めて小さくても、印刷失敗を引き起こすため、ユーザは新しい離型フィルム１３に交換する必要があり、メンテナンス費用が増加する。
図２〜図４を併せて参照する。図２は、本発明の一実施形態に係る光造形３Ｄプリンタを示す構造図である。図３は、本発明の一実施形態に係る３Ｄプリンタの外観を示す概略図である。図４は、本発明の一実施形態に係る成形槽を揺動させる様子を示す概略平面図である。本実施形態に係る光造形３Ｄプリンタ２は、光源モジュール２１と、回転モジュール２２と、成形槽２３と、成形ステージ２４と、これらに電気的に接続された制御モジュール２０とを主に含む。
制御モジュール２０は、光造形３Ｄ印刷を実行するように光造形３Ｄプリンタ２を制御するために用いられる。光源モジュール２１は、成形ステージ２４に向けて光ビームを射出するように構成され（光源モジュール２１は、点光源、線光源又は面光源であってもよい）、成形槽２３及び成形ステージ２４に指定された印刷位置に光ビームを照射することで、光路中の光硬化性材料を硬化させる（図５Ａ〜図６Ｄに示す成形ステージ２４と離型フィルム４０との間の光硬化性材料４１を硬化させる）。
成形槽２３（円筒状槽等）は、コロイド状態（又は半コロイド状態）の光硬化性材料４１（例えば、ＵＶ硬化樹脂（ＵＶ ｃｕｒａｂｌｅ ｒｅｓｉｎ））を装填するためのものである。一実施形態では、光造形３Ｄプリンタ２が上照射タイプの３Ｄプリンタである（図３に示す）場合、成形槽２３のボトムシェルは透光性材料（例えば透光性アクリル）で構成され、槽体の内側の底部に透光性の離型フィルムが敷設される（図４に示す離型フィルム４０を例とする。離型フィルム４０の材質が透光性シリコーン又はテフロンであってもよい）。これにより、光源モジュール２１から射出された光ビームは、成形槽２３の底部及び離型フィルム４０を貫通して成形槽２３に収容される光硬化性材料４１を照射することができる。
回転モジュール２２は、成形槽２３に接続され、成形槽２３を水平回転（時計回り又は反時計回り）させるように制御モジュール２０によって制御されることにより、成形槽２３に装填された光硬化性材料４１を回転して強制流動させる。成形ステージ２４は、印刷された３Ｄソリッドモデルを載置するために用いられる。
一実施形態において、光造形３Ｄプリンタ２は、材料供給モジュール２６をさらに含む。材料供給モジュール２６は、コロイド状態（又は半コロイド状態）である光硬化性材料４１を貯蔵し、成形槽２３に所定体積の光硬化性材料４１を（所定流速で）注入するように制御モジュール２０によって制御される。
一実施形態において、光造形３Ｄプリンタ２は、制御モジュール２０に電気的に接続された接続モジュール２５（例えば、ＵＳＢモジュール、ＰＣＩバスモジュール、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）モジュールやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）モジュール）をさらに含む。接続モジュール２５は、コンピュータ装置３に接続し、コンピュータ装置３から印刷データを受信するために用いられる。一実施形態において、コンピュータ装置３は、スライスソフトウェア３０を記憶し、スライスソフトウェア３０を実行して３Ｄモデルデータに対してスライス処理を行って、多層の印刷データ（例えば、複数枚の２Ｄ画像）を取得し、接続モジュール２５に印刷データを送信して３Ｄ印刷を行う。
一実施形態において、光造形３Ｄプリンタ２は、制御モジュール２０に電気的に接続されるとともに、成形ステージ２４に接続された昇降モジュール２７をさらに含む。昇降モジュール２７は、成形ステージ２４を予め設定された軸方向（例えば、Ｚ軸）に沿って移動させように制御モジュール２０によって制御される。
一実施形態において、光造形３Ｄプリンタ２は、制御モジュール２０に電気的に接続されたマンマシンインタフェース２８（例えば、ボタン、モニター、インジケータ、ブザー、又はこれらの任意の組み合わせ）をさらに含む。マンマシンインタフェース２８は、ユーザの操作を受け入れて印刷関連情報を出力するために用いられる。
一実施形態において、光造形３Ｄプリンタ２は、制御モジュール２０に電気的に接続された記憶モジュール２９をさらに含む。記憶モジュール２９は、印刷データ等のデータを格納するために用いられる。
一実施形態において、記憶モジュール２９は、コンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体を含む。コンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体には、光造形３Ｄプリンタ２のファームウェア（ｆｉｒｍｗａｒｅ）等の印刷ソフトウェア２９０やオペレーティングシステムが格納される。印刷ソフトウェア２９０には、コンピュータ実行可能なコードが記録される。制御モジュール２０は、印刷ソフトウェア２９０を実行した後、本発明の各実施形態の３Ｄ印刷方法の各ステップを実行するように、光造形３Ｄプリンタ２を制御することができる。
図５Ａ及び図５Ｂを併せて参照する。図５Ａは、本発明の一実施形態による劣化を遅らせることを説明するための第１の概略断面図である。図５Ｂは、本発明の一実施形態による劣化を遅らせることを説明するための第２の概略断面図である。図５Ａ及び図５Ｂは、上述した「成形槽の寿命が短い」という技術課題を解決する方法を説明するための図である。図５Ａ〜図５Ｂには、一定の水平幅を有する３Ｄソリッドモデル（例えば、円筒形又は角筒形）を印刷することを例として示されている。
図５Ａに示すように、１層目のスライスソリッドモデル４２１を印刷する際、離型フィルム４０の領域４０１は、印刷範囲内（例えば、成形ステージ２４の盤面下、及び／又は光源モジュール２１の照射範囲）にある。光造形３Ｄプリンタ２は、成形ステージ２４の成形面（ここでは盤面である）と離型フィルム４０との距離を所定層厚（例えば０．１ｍｍ）にし、１層目の印刷データに基づいて、成形面と領域４０１との間の光硬化性材料４１を照射して１層目のスライスソリッドモデル４２１に硬化させるように光源モジュール２１を制御する。
次に、図５Ｂに示すように、光造形３Ｄプリンタ２は、昇降モジュール２７を介して、成形ステージ２４の成形面（１層目（即ち、前層）のスライスソリッドモデル４２１の表面）を成形槽２３内の光硬化性材料４１から離脱させ、離型フィルム４０の他の領域４０２を印刷範囲内に進入させるために、回転モジュール２２を介して成形槽２３を回転させる（領域４０１と領域４０２は、部分的に重なっても、重なり合わなくてもよい）。そして、光造形３Ｄプリンタ２は、回転が完了した後、昇降モジュール２７を介して成形ステージ２４の成形面と離型フィルム４０との距離を所定層厚にするように制御し、２層目（即ち、次層）の印刷データに基づいて、成形面と領域４０１との間の光硬化性材料４１を照射して２層目のスライスソリッドモデル４２２に硬化させるように光源モジュール２１を制御し、２層目のスライスソリッドモデル４２２を１層目のスライスソリッドモデル４２１に付着させる。
なお、成形槽２３は、回転前後の角度差が変位角度であり、変位角度は、３６０度未満、且つ０度ではない。例えば、変位角度は、６０度、９０度又は１８０度であってもよい。
一実施形態において、成形槽２３は、３６０度以上回転することができる。例えば、成形槽２３は、時計回りに４５０度（即ち、３６０度＋９０度）回転する場合、変位角度が９０度である。他の実施形態において、成形槽２３は、反時計回りに７８０度（即ち、３６０度×２＋６０度）回転する場合、変位角度が６０度である。
これにより、本発明は、成形槽２３を回転させて角度差を生じることで、印刷範囲内に位置する離型フィルム４０の領域を変更することができる。
次に、光造形３Ｄプリンタ２は、上記ステップを繰り返して、多層のスライスソリッドモデルを層ごとに印刷し、多層のスライスソリッドモデルを３Ｄソリッドモデルになるように積み重ねることができる。
光造形３Ｄプリンタ２は、印刷工程において、単一領域に過度に集中することなく、離型フィルム４０の各領域に均一に３Ｄ印刷を行うので、各領域の劣化を大幅に遅らせることができ、成形槽２３の寿命を延ばすことができる。換言すれば、本発明の上記の技術内容は、「単一の領域の劣化による新しい成形槽の交換（又は離型フィルムの再敷設）」の発生確率を低減することができる。
図６Ａ〜図６Ｅ及び図９を併せて参照する。図６Ａは、本発明の一実施形態による横縞が形成されることを説明するための第１の概略断面図である。図６Ｂは、本発明の一実施形態による横縞が形成されることを説明するための第２の概略断面図である。図６Ｃは、本発明の一実施形態による横縞が形成されることを説明するための第３の概略断面図である。図６Ｄは、本発明の一実施形態による横縞が形成されることを説明するための第４の概略断面図である。図６Ｅは、本発明の一実施形態による横縞を示す概略図である。図９は、本発明の第１の実施形態に係る３Ｄ印刷方法を示すフローチャートである。
図６Ａ〜図６Ｅは、図９のフローチャートと併せて上述した技術内容の詳細な実施形態を説明し、上述した技術内容によってもたらされる技術課題をさらに説明するための概略図である。図６Ａ〜図６Ｅには、一定の水平幅を有する３Ｄソリッドモデル（例えば、円筒形又は角筒形）を印刷することを例として示されている。
具体的には、図５Ａ及び図５Ｂに示すのが理想的な状態である。理想的な状態において、離型フィルム４０の全ての位置の厚さが同一である（例えば、厚さが標準厚さｔである）。しかしながら、離型フィルム４０は、プロセス不良のため、通常、成形槽２３の底部に水平に敷設されることができない（即ち、離型フィルム４０に高低差がある。図６Ａに示すように、敷設された離型フィルム４０は、左高右低状に敷設され、つまり、左側の厚さが標準厚さｔより大きく、右側の厚さが標準厚さｔよりも小さい）。そのため、光造形３Ｄプリンタ２は、上述した技術内容を用いて３Ｄ印刷を行う場合、実際に製造した３Ｄソリッドモデルの側面は、明らかな横縞や表面が滑らかでない現象を有し、図５Ｂに示す３Ｄソリッドモデルのような滑らかな表面を有しない。
さらに、回転モジュール２２を介して成形槽２３を回転させて、離型フィルム４０の薄い部分のある領域を印刷範囲内に進入させると（図６Ｂの右側又は図６Ｃに示す）、成形面と離型フィルム４０の薄い部分との間の光硬化性材料４１の厚さが所定層厚ｈよりも大きくなる。また、上述した厚さの差異は、光の屈折又は散乱の角度や経路に影響するため、成形面と離型フィルム４０の薄い部分との間の光硬化性材料４１は、照射されて硬化した後、突出した外縁を有するスライスソリッドモデルに形成される。この状態で製造されたスライスソリッドモデルの水平幅は、理想的な状態で製造されたスライスソリッドモデル（図５Ａ及び図５Ｂに示すスライスソリッドモデル４２１、スライスソリッドモデル４２２）の水平幅よりも大きくなる。
一方、回転モジュール２２を介して成形槽２３を回転させて、離型フィルム４０の厚い部分のある領域を印刷範囲内に進入させると（図６Ｂの左側又は図６Ｄに示す）成形面と離型フィルム４０の厚い部分との間の光硬化性材料４１の厚さが所定層厚ｈよりも小さくなる。また、上述した厚さの差異は、光の屈折又は散乱の角度や経路に影響するため、成形面と離型フィルム４０の厚い部分との間の光硬化性材料４１は、照射されて硬化した後、萎縮した外縁を有するスライスソリッドモデルに形成される。この状態で製造されたスライスソリッドモデルの水平幅は、理想的な状態で製造されたスライスソリッドモデル（図５Ａ及び図５Ｂに示すスライスソリッドモデル４２１、スライスソリッドモデル４２２）の水平幅よりも小さくなる。
本発明の各実施形態の３Ｄ印刷方法は、図２〜図６Ｄに示す光造形３Ｄプリンタ２のいずれによっても実現することができる。本実施形態の３Ｄ印刷方法は、以下のステップを含む。
ステップＳ１０：光造形３Ｄプリンタ２の制御モジュール２０は、多層の印刷データのうちの１層（例えば、１層目の印刷データ）の印刷データを順次選択する。
一実施形態において、多層の印刷データは複数枚の２Ｄ画像を含み、各２Ｄ画像は、一群の層数値にそれぞれ対応し、対応する層のスライスソリッドモデルの形状を記述するために用いられる。
ステップＳ１１：制御モジュール２０は、成形ステージ２４の成形面（１層目のスライスソリッドモデルを印刷する場合、成形面が成形ステージ２４の盤面であり、２層目以上のスライスソリッドモデルを印刷する場合、成形面が前層のスライスソリッドモデルの頂面である）と成形槽２３の底部（例えば、離型フィルム４０の中心）との間の垂直距離を所定層厚ｈ（図６Ｂに示すように、成形面と成形槽２３の底部本体との間の垂直距離が、所定層厚ｈと離型フィルム４０の標準厚さｔとの和である）にするように、昇降モジュール２７を介して成形ステージ２４を移動させる。一実施形態では、所定層厚ｈは、０．１ｍｍ以下（例えば、０．１ｍｍ又は０．０５ｍｍ）である。
ステップＳ１２：制御モジュール２０は、選択された１層の印刷データに基づいて、成形面に向かって照射するように光源モジュール２１を制御することにより、１層のスライスソリッドモデルを印刷する。
一実施形態において、各層の印刷データは２Ｄ画像であり、制御モジュール２０は、選択された１層の印刷データにおける複数の画素の画素値に基づいて、成形面の複数の画素に対応する位置にそれぞれ向かって照射するように光源モジュール２１を制御することで、１層のスライスソリッドモデル（図６Ｂに示す１層目のスライスソリッドモデル４３１）を印刷する。
なお、現在の印刷範囲内にある離型フィルム４０の厚さが均一ではないので（図６Ｂの例では、左が厚く、右が薄い）、右半分の実際の垂直距離が所定層厚ｈより大きく、左半分の実際の垂直距離が所定層厚ｈよりも小さくなる。そのため、製造された１層目のスライスソリッドモデル４３１の厚さが一致しない（左が薄く、右が厚い）。また、離型フィルム４０の厚さは、光透過率に影響を及ぼすので、光硬化性材料４１の実際の硬化体積に影響を及ぼす。例えば、１層目のスライスソリッドモデル４３１は、左側が埋まっており（即ち、硬化体積が小さい）、右側が突出している（即ち、硬化体積が大きい）。
ステップＳ１３：制御モジュール２０は、成形槽２３内の光硬化性材料４１から成形面（例えば、１層目のスライスソリッドモデル４３１の頂面）を離脱させる（即ち、３Ｄソリッドモデルを光硬化性材料４１から離脱させる）ために、昇降モジュール２７を介して成形ステージ２４を移動（例えば上昇）させるように制御する。成形槽２３内の光硬化性材料４１から成形面を離脱した後、成形槽２３内の光硬化性材料４１が自然流動により印刷されたスライスソリッドモデルによって占められた空間を補填して、液面を水平状態に回復させることができる。
ステップＳ１４：制御モジュール２０は、例えば、全てのスライスソリッドモデルが印刷されたか否かを判定して、３Ｄ印刷が完了したか否かを判定する。
制御モジュール２０は、いずれかの層のスライスソリッドモデルが印刷されていない（即ち、３Ｄ印刷が完了していない）と判定した場合、ステップＳ１５を実行する。そうでなければ、制御モジュール２０は、印刷を終了する。
ステップＳ１５：制御モジュール２０は、回転モジュール２２を介して成形槽２３を回転させて、離型フィルム４０の他の領域（図６Ｃに示すような左右が薄い領域）を印刷範囲内に移動させる。ここで、成形槽２３の回転前後に角度差（例えば、１度又は３０度）がある。
一実施形態において、成形槽２３には、成形槽２３の回転時に成形槽２３内の光硬化性材料４１を攪拌し、成形槽２３の底部（即ち、離型フィルム）から底部に付着し硬化した光硬化性材料を掻き取るためのドクターブレード構造（図示せず）が配置される。これにより、本発明は、ドクターブレード構造を介して光硬化性材料４１の流動を加速させて光硬化性材料４１を迅速に混合させることができ、離型フィルム４０を洗浄して硬化した光硬化性材料４１が離型フィルム４０に付着することによる印刷失敗を回避することもできる。
そして、制御モジュール２０は、ステップＳ１０〜Ｓ１４を再度実行して、次層のスライスソリッドモデルを印刷し、全てのスライスソリッドモデルの印刷が完了して３Ｄソリッドモデルになるように積み重ねられるまで繰り返す。
例えば、図６Ｃに示すように、光造形３Ｄプリンタ２の制御モジュール２０は、２層目の印刷データを選択し（ステップＳ１０）、昇降モジュール２７を介して成形ステージ２４を移動させて、成形ステージ２４の成形面（即ち、１層目のスライスソリッドモデル４３１の頂面）と離型フィルム４０の中心（中心の厚さが標準厚さtである場合）との間の垂直距離を所定層厚ｈ（ステップＳ１１では、成形面と成形槽２３の底部本体との間の垂直距離が、所定層厚ｈと離型フィルム４０の標準厚さｔとの和である）にする。次に、制御モジュール２０は、２層目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２１を制御して（ステップＳ１２）、２層目のスライスソリッドモデル４３２を製造して１層目のスライスソリッドモデル４３１に付着させる。また、この領域の離型フィルム４０が比較的薄い（厚さが標準厚さｔよりも薄い）ため、２層目のスライスソリッドモデル４３２の左側及び右側が比較的突出している。次に、制御モジュール２０は、１層目のスライスソリッドモデル４３１及び２層目のスライスソリッドモデル４３２を光硬化性材料４１から離脱させるために、成形ステージ２４を上昇させるように昇降モジュール２７を制御する。次に、制御モジュール２０は、印刷が完成していないと判断した場合（ステップＳ１４）、離型フィルム４０の他の領域（図６Ｄに示すような左右の厚さが標準厚さｔよりも厚い領域）を印刷範囲内に移動させるために、成形槽２３を回転させるように回転モジュール２２を制御する（ステップＳ１５）。また、成形槽２３の回転前後の角度差が所定の変位角度である。
次に、制御モジュール２０は、次層のスライスソリッドモデルを印刷し続ける。図６Ｄに示すように、光造形３Ｄプリンタ２の制御モジュール２０は、３層目の印刷データを選択し（ステップＳ１０）、昇降モジュール２７を介して成形ステージ２４を移動させて、２層目のスライスソリッドモデル４３２の頂面と離型フィルム４０の中心（中心の厚さが標準厚さtである場合）との間の垂直距離を所定層厚ｈ（ステップＳ１１では、成形面と成形槽２３の底部本体との間の垂直距離が、所定層厚ｈと離型フィルム４０の標準厚さｔとの和である）にする。次に、制御モジュール２０は、３層目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２１を制御して（ステップＳ１２）、３層目のスライスソリッドモデル４３３を製造して２層目のスライスソリッドモデル４３２に付着させる。また、この領域の離型フィルム４０が比較的厚いため、３層目のスライスソリッドモデル４３３の左側及び右側が比較的萎縮している。次に、制御モジュール２０は、全てのスライスソリッドモデル４３１−４３３を光硬化性材料４１から離脱させるために、成形ステージ２４を上昇させるように昇降モジュール２７を制御する。次に、制御モジュール２０は、印刷が完成していないと判断した場合（ステップＳ１４）、離型フィルム４０の他の領域を印刷範囲内に移動させるために、成形槽２３を回転させるように回転モジュール２２を制御する（ステップＳ１５）。また、成形槽２３の回転前後の角度差が同じ変位角度である。これにより、光造形３Ｄプリンタ２は、上記ステップを繰り返して、多層のスライスソリッドモデルを層ごとに印刷し、多層のスライスソリッドモデルを３Ｄソリッドモデルになるように積み重ねることができる（図６Ｅに示すのが３Ｄソリッドモデルの外観の一部である）。
なお、本実施形態は、離型フィルム４０の各領域の劣化を遅らせるために、次層のスライスソリッドモデルを印刷する前に、離型フィルム４０の異なる領域を用いて隣り合うスライスソリッドモデルを印刷するように成形槽２３を回転させる。また、離型フィルム４０の凹凸により、隣り合うスライスソリッドモデルの水平幅が異なる（理想的な状態では、隣り合うスライスソリッドモデルの水平幅が同じである）ため、製造された３Ｄソリッドモデルの側面が凹凸を有し、不均一になり、滑らかでない、３Ｄソリッドモデルの印刷品質が低下する。
また、成形槽２３の毎回の回転の角度差が同じ変位角度であるため、上述した凹凸の現象が規則的であり、目立つ横縞の視覚効果を呈するため、３Ｄソリッドモデルは、悪い視覚効果を呈する。
また、成形槽２３の毎回の回転の角度差が異なる変位角度である場合には、上記凹凸現象が不規則であり、より目立つ横縞の視覚効果を呈する。
本発明は、上記横縞現象を改善するための技術内容をさらに説明する。
図７Ａ〜図８Ｃを併せて参照する。図７Ａは、本発明の一実施形態による横縞を改善することを説明するための概略図である。図７Ｂは、本発明の他の実施形態による横縞を改善することを説明するための概略図である。図７Ｃは、本発明の別の実施形態による横縞を改善することを説明するための概略図である。図８Ａは、図７Ａによって生成された横縞を示す概略図である。図８Ｂは、図７Ｂによって生成された横縞を示す概略図である。図８Ｃは、図７Ｃによって生成された横縞を示す概略図である。
本発明の解決方法は、以下のような原理を有する。上述した横縞の目立ちやすさは、横縞幅に関係しており、横縞幅は、所定層厚及び成形槽２３の回転ごとに生じた角度差（変位角度）との差に関係している。ここで、変位角度が０度より大きく３６０度より小さい。
図７Ａに示すように、所定層厚を０．１ｍｍとする場合、変位角度が９０度であれば、成形槽２３を４回（即ち、３６０度）回転させるごとに、離型フィルム４０の同一領域を開始位置に戻せることを意味する。換言すれば、スライスソリッドモデルの各層を印刷する前の成形槽２３の回転角度差が同じ変位角度であれば、３次元ソリッドモデルの各横縞の横縞幅Ｐ１は、所定層厚の４倍（図８Ａに示す）となり、即ち、０．４ｍｍとなる。上記の例から、変位角度が小さいほど、離型フィルム４０の同一領域を開始位置に戻ったり、開始位置を通過させたりするために、成形槽２３を多く回転させる必要があることが分かる。つまり、横縞幅が大きいほど、人間の視覚から横縞の存在を知覚しにくくなる。
そこで、一実施形態において、本発明の選択された変位角度は、以下の条件の１つを満たす。
（ｉ）０度＜変位角度≦臨界角度
（ｉｉ）３６０度−臨界角度≦変位角度＜３６０度
ここで、臨界角度＝である。所定層厚は、各スライスソリッドモデルの厚さであり、システムにより予め設定され、又はユーザにより印刷前に設定される（例えば、０．１ｍｍ以下）。幅臨界値は、複雑な分析及び実験によって得られる。横縞幅が幅臨界値より大きい場合は、その凹凸の現象が非常に穏やかであり、人間の視覚がその横縞の存在を知覚しづらいことを意味する。
例えば、所定層厚が０．１ｍｍであり、幅臨界値が０．６ｍｍである場合、臨界角度は６０度である。変位角度が０度より大きく６０度以下、又は３００度以上３６０度より小さい場合、横縞現象を改善することができる（即ち、人間の視覚によって横縞が容易に知覚されない）。
他の実施形態において、図７Ｂに示すように、変位角度が３０度であれば（条件（ｉ）を満たしている場合）、成形槽２３を１２回（即ち、３６０度）回転させるごとに、離型フィルム４０の同一領域を開始位置に戻せることを意味する。換言すれば、スライスソリッドモデルの各層を印刷する前の成形槽２３の回転角度差が同じ変位角度であれば、３次元ソリッドモデルの各横縞の横縞幅Ｐ２は、所定層厚の１２倍（図８Ｂに示す）となる。横縞幅Ｐ２（１．２ｍｍ）は幅臨界値（０．６ｍｍ）よりも大きいので、横縞現象を改善することができる。
また、変位角度が１８０度に近い場合、スライスソリッドモデルの隣り合う任意の２つの層は、離型フィルム４０における厚さの差が最も大きい２つの領域にそれぞれ対応する（各層の印刷の回転の角度差が変位角度であれば）ので、横縞幅が極めて細くなり（例えば、所定層厚の２倍）、人間の視覚から横縞の存在を知覚しにくい。
そこで、一実施形態において、条件（ｉｉｉ）を追加し、本発明の選択された変位角度が、以下の条件の１つを満たす。
（ｉ）変位角度≦１８０度の場合、０度＜変位角度≦臨界角度
（ｉｉ）変位角度＞１８０度の場合、３６０度−臨界角度≦変位角度＜３６０度
（ｉｉｉ）変位角度≦１８０度の場合、１８０度−臨界角度≦変位角度≦１８０度＋臨界角度
例えば、所定層厚が０．１ｍｍであり、幅臨界値が０．６ｍｍである場合、臨界角度は６０度である。変位角度が０度〜６０度、１２０度〜２４０度、及び３００度〜３６０度の範囲のうち１つの範囲内にあると、横縞現象を改善することができる。
別の実施形態において、図７Ｃに示すように、変位角度が１８０度であれば、成形槽２３を２回（即ち、３６０度）回転させるごとに、離型フィルム４０の同一領域を開始位置に戻せることを意味する。換言すれば、スライスソリッドモデルの各層を印刷する前の成形槽２３の回転角度差が同じ変位角度であれば、３次元ソリッドモデルの各横縞の横縞幅Ｐ３は、所定層厚の２倍（図８Ｃに示す）となる。横縞幅Ｐ３（０．２ｍｍ）が極めて細いので、横縞現象を改善することができる。
一実施形態において、変位角度が１度、１７９度、１８１度、又は３５９度であるが、これらに限定されない。
これにより、本発明は、成形槽の寿命を効果的に向上させるとともに、３Ｄソリッドモデルの横縞現象を改善することができる。
図９及び図１０を併せて参照する。図１０は、本発明の第２の実施形態による成形槽を回転させるフローチャートである。本実施形態では、各層のスライスソリッドモデルを印刷する印刷工程において、成形槽２３の回転角度が完全に一致するわけではない。図９に示す３Ｄ印刷方法に比べて、本実施形態の３Ｄ印刷方法のステップＳ１５は、以下のステップを含む。
ステップＳ２０：制御モジュール２０は、予め設定されたオフセット条件が満たされるか否かを判定する。具体的には、オフセット条件は、ユーザや開発者によって予め設定され、記憶モジュール２９に格納されている。
一実施形態において、上記オフセット条件は、現在選択された層の印刷データの層数値がプリセット値又はプリセット値の倍数に一致すること、或いは、所定時間の経過を計時したことであってもよいが、これらに限定されない。
例えば、プリセット値が１である場合、成形槽２３は、各層を印刷する前にステップＳ２１を実行する。プリセット値が２である場合、成形槽２３は、奇数層又は偶数層を印刷する前のみステップＳ２１を実行する。
一実施形態では、変位角度が上記条件（ｉｉｉ）を満たす場合、プリセット値を３より小さく（例えば、１又は２）設定することにより、横縞をより効果的に改善することができる。
制御モジュール２０は、予め設定されたオフセット条件が満たされたと判断した場合、以下のステップＳを実行する。
ステップＳ２１：制御モジュール２０は、離型フィルム４０の他の領域を印刷範囲内に進入させるように、回転モジュール２２を介して成形槽２３を回転させ、成形槽２３の回転前後の角度の差を変位角度とする。次に、ステップＳ１０を実行する。
制御モジュール２０は、予め設定されたオフセット条件が満たされていないと判断した場合、成形槽２３を回転させず、又は、回転モジュール２２を介して成形槽２３を全周（一周以上）に亘って回転させる（即ち、成形槽２３の回転前後の角度差がない）。次に、ステップＳ１０を実行する。
成形槽２３を全周に亘って回転させる目的は、光硬化性材料４１の混合を加速させ、及びドクターブレード構造を介して硬化した光硬化性材料４１を掻き取ることである。回転が完了した後、離型フィルム４０の印刷範囲内における面積が変化しない。
本発明は、一部の層を印刷する前、成形槽２３の回転前後の角度差を変位角度に一致させるように成形槽２３を回転させることにより、横縞幅を効果的に広げて、人間の視覚から横縞の存在を知覚しにくいようにする。
図９及び図１１を併せて参照する。図１１は、本発明の第３の実施形態による光硬化性材料を補充するフローチャートである。本発明の材料自動補充機能は、成形槽２３内の光硬化性材料４１が不十分である（又は不十分である可能性がある）ときに、自動的に補充することができる。図９に示す３Ｄ印刷方法に比べて、本実施形態の３Ｄ印刷方法は、以下のステップをさらに含む。
ステップＳ３０：制御モジュール２０は、予め設定された補充条件が満たされるか否かを判定する。具体的には、補充条件は、ユーザや開発者によって予め設定され、記憶モジュール２９に格納されている。
一実施形態において、補充条件は、１層目のスライスソリッドモデルを印刷する前のこと（例えば、印刷命令を受信する又は次層の印刷データをロードする）、所定層数（例えば、１０層）のスライスソリッドモデルの印刷を完成したこと、所定体積のスライスソリッドモデルの印刷を完成したこと、又は成形槽２３内の光硬化性材料４１の液面が所定高さよりも低いこと（例えば、所定層厚よりも低い）であってもよい。
補充条件が満たされた場合、制御モジュール２０はステップＳ３１を実行する。そうでなければ、制御モジュール２０は、今回の検出を終了する。
ステップＳ３１：制御モジュール２０は、貯蔵された新しい光硬化性材料４１を成形槽２３に注入するように材料供給モジュール２６を制御する。
一実施形態において、材料供給モジュール２６は、輸送チューブ（図３、図６Ｂ〜図６Ｄに示す）を介して貯蔵された光硬化性材料４１を成形槽２３に注入する。
これにより、本発明は、成形槽２３内の光硬化性材料４１を自動的に補充することができる。
勿論、本発明は、他の複数の実施形態を有してもよい。当業者であれば本発明の要旨を逸脱しない範囲内で対応する変化又は付加はいずれも本願の特許請求の範囲に含まれるものである。
１…光造形３Ｄプリンタ
１０…成形槽
１１…光源モジュール
１２…成形ステージ
１３…離型フィルム
１４…光硬化性材料
１５…スライスソリッドモデル
１６…劣化領域
２…光造形３Ｄプリンタ
２０…制御モジュール
２１…光源モジュール
２２…回転モジュール
２３…成形槽
２４…成形ステージ
２５…接続モジュール
２６…材料供給モジュール
２７…昇降モジュール
２８…マンマシンインタフェース
２９…記憶モジュール
２９０…印刷ソフトウェア
３…コンピュータ装置
３０…スライスソフトウェア
４０…離型フィルム
４１…光硬化性材料
４２１−４２２、４３１−４３３…スライスソリッドモデル
ｈ…所定層厚
Ｐ１−Ｐ３…横縞幅
ｔ…標準厚さ
一実施形態において、光造形３Ｄプリンタに用いられる３Ｄ印刷方法であって、前記光造形３Ｄプリンタは、光源モジュールと、成形ステージと、回転モジュールと、成形槽と、を含み、前記３Ｄ印刷方法は、多層の印刷データのうちの１層の印刷データを順次選択するステップと、前記成形ステージの成形面と前記成形槽の底部との間の距離を所定層厚にするステップと、選択された前記１層の印刷データに基づいて、前記成形面に向かって照射するように前記光源モジュールを制御して、１層のスライスソリッドモデルを印刷するステップと、前記成形面を前記成形槽内の光硬化性材料から離脱させるステップと、オフセット条件が満たされたとき、前記成形槽の回転前後の角度差である変位角度が、０度〜６０度、１２０度〜２４０度、及び３００度〜３６０度の範囲のうち１つの範囲内にあるように、前記回転モジュールを介して前記成形槽を回転させるステップと、前記オフセット条件が満たされないとき、前記成形槽の回転前後の角度差を０度にするように、前記回転モジュールを介して前記成形槽を回転させるステップと、全ての前記スライスソリッドモデルの印刷を完成させて３Ｄソリッドモデルをなすように積み重ねるまで、上記のステップを繰り返して実行するステップと、含む。

Claims (10)

  1. 光造形３Ｄプリンタに用いられる３Ｄ印刷方法であって、
    前記光造形３Ｄプリンタは、光源モジュールと、成形ステージと、回転モジュールと、成形槽とを含み、
    前記３Ｄ印刷方法は、
    （ａ）多層の印刷データのうちの１層の印刷データを順次選択するステップと、
    （ｂ）前記成形ステージの成形面と前記成形槽の底部との間の距離を所定層厚にするステップと、
    （ｃ）選択された前記１層の印刷データに基づいて、前記成形面に向かって照射するように前記光源モジュールを制御して、１層のスライスソリッドモデルを印刷するステップと、
    （ｄ）前記成形面を前記成形槽内の光硬化性材料から離脱させるステップと、
    （ｅ）前記成形槽の回転前後の角度差である変位角度が、０度〜６０度、１２０度〜２４０度、及び３００度〜３６０度の範囲のうち１つの範囲内にあるように、前記回転モジュールを介して前記成形槽を回転させるステップと、
    （ｆ）全ての前記スライスソリッドモデルの印刷を完成させて３Ｄソリッドモデルをなすように積み重ねるまで、前記ステップ（ａ）〜前記ステップ（ｅ）を繰り返して実行するステップと、含むことを特徴とする３Ｄ印刷方法。
  2. 前記ステップ（ｅ）において、オフセット条件が満たされたとき、前記回転モジュールを介して前記成形槽を回転させることを特徴とする請求項１に記載の３Ｄ印刷方法。
  3. 前記オフセット条件は、現在選択された前記１層の印刷データの層数値がプリセット値又は当該プリセット値の倍数に一致することであることを特徴とする請求項２に記載の３Ｄ印刷方法。
  4. 前記変位角度が１２０度〜２４０度の範囲内にあり、前記プリセット値が１又は２であることを特徴とする請求項３に記載の３Ｄ印刷方法。
  5. 前記ステップ（ｄ）の後に、
    （ｇ）前記オフセット条件が満たされないとき、前記成形槽の回転前後の角度差を０度にするように、前記回転モジュールを介して前記成形槽を回転させるステップをさらに含み、
    前記ステップ（ｆ）において、前記ステップ（ａ）〜前記ステップ（ｅ）及び前記ステップ（ｇ）を繰り返して実行することを特徴とする請求項２に記載の３Ｄ印刷方法。
  6. 前記成形槽は、ドクターブレード構造をさらに含み、
    前記ステップ（ｅ）において、前記ドクターブレード構造が前記成形槽内の前記光硬化性材料を攪拌し、前記成形槽の底部から硬化した前記光硬化性材料を掻き取るように、前記成形槽を回転させることを特徴とする請求項１に記載の３Ｄ印刷方法。
  7. 前記所定層厚が０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の３Ｄ印刷方法。
  8. 各層の前記印刷データが２Ｄ画像であり、
    前記ステップ（ｃ）において、選択された前記１層の前記印刷データの複数の画素の画素値に基づいて、１層の前記スライスソリッドモデルを印刷するために、前記成形ステージの前記複数の画素に対応する複数の位置にそれぞれ向かって照射するように前記光源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３Ｄ印刷方法。
  9. （ｈ）補充条件が満たされたときに、前記成形槽に新たな前記光硬化性材料を注入するように前記光造形３Ｄプリンタの材料供給モジュールを制御するステップとさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄ印刷方法。
  10. 前記補充条件は、印刷命令を受信したこと、所定層数の前記スライスソリッドモデルを印刷したこと、所定体積の前記スライスソリッドモデルを印刷したこと、又は前記成形槽内の前記光硬化性材料の液面が所定高さよりも低いことであることを特徴とする請求項９に記載の３Ｄ印刷方法。
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