JP2020151940A - 立体造形物の製造装置、立体造形物の製造方法、及び立体造形物の製造プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】硬化したインク層と平坦化手段との接触、及び動作時の騒音を防止し、さらに立体造形物の生産性を向上させることができる立体造形物の製造装置の提供。【解決手段】造形ステージ上に、インクを用いて、直線方向に第一のインク層Ａを形成し、その後に前記第一のインク層Ａと略平行にかつ前記第一のインク層Ａに隣接して第一のインク層Ｂを形成する層形成手段と、前記第一のインク層Ａの表面を、前記第一のインク層Ｂと接する側の厚みが前記第一のインク層Ｂと接しない側の厚みよりも薄くなるようにして平坦化する平坦化手段と、表面が平坦化された前記第一のインク層Ａを硬化する硬化手段と、を有し、前記平坦化手段が、前記造形ステージの表面と対向する表面の長さ方向における一端側で軸支されて回動可能である立体造形物の製造装置である。【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、立体造形物の製造装置、立体造形物の製造方法、及び立体造形物の製造プログラムに関する。

立体造形物（三次元造形物）を造形する立体造形物の製造装置として、立体造形物を形成する造形材料を造形領域に吐出させた後に硬化させて、層状造形物を造形し、層状造形物を順次積層することにより立体造形物を造形する材料噴射造形方式（マテリアルジェット方式）が知られている。

例えば、立体造形物の製造において、インク層をより適切に平坦化するために、平坦化ローラを主走査方向と直交する副走査方向に配置し、平坦化ローラを副走査方向における一端が他端よりも高くなるように所定の角度に傾けて配設することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

本発明は、硬化したインク層と平坦化手段との接触、及び動作時の騒音を防止し、さらに立体造形物の生産性を向上させることができる立体造形物の製造装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段としての本発明の立体造形物の製造装置は、造形ステージ上に、インクを用いて、直線方向に第一のインク層Ａを形成し、その後に前記第一のインク層Ａと略平行にかつ前記第一のインク層Ａに隣接して第一のインク層Ｂを形成する層形成手段と、前記第一のインク層Ａの表面を、前記第一のインク層Ｂと接する側の厚みが前記第一のインク層Ｂと接しない側の厚みよりも薄くなるようにして平坦化する平坦化手段と、表面が平坦化された前記第一のインク層Ａを硬化する硬化手段と、を有し、前記平坦化手段が、前記造形ステージの表面と対向する表面の長さ方向における一端側で軸支されて回動可能である。

本発明によると、硬化したインク層と平坦化手段との接触、及び動作時の騒音を防止し、さらに立体造形物の生産性を向上させることができる立体造形物の製造装置を提供することができる。

図１Ａは、本発明の立体造形物の製造装置の動作の一例を示す概略図である。 図１Ｂは、本発明の立体造形物の製造装置の動作の一例を示す概略図である。 図１Ｃは、本発明の立体造形物の製造装置の動作の一例を示す概略図である。 図１Ｄは、本発明の立体造形物の製造装置の動作の一例を示す概略図である。 図１Ｅは、本発明の立体造形物の製造装置の動作の一例を示す概略図である。 図１Ｆは、本発明の立体造形物の製造装置の動作の一例を示す概略図である。 図２Ａは、本発明の立体造形物の製造装置の平坦化手段の一例を示す概略図である。 図２Ｂは、本発明の立体造形物の製造装置の平坦化手段の一例を示す概略図である。 図２Ｃは、本発明の立体造形物の製造装置の平坦化手段の一例を示す概略図である。 図３は、本発明の立体造形物の製造装置の一例を示す概略図である。 図４は、本発明の立体造形物の製造装置の他の一例を示す概略図である。 図５は、本発明の立体造形物の製造装置の他の一例を示す概略図である。 図６は、造形動作を行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。

（立体造形物の製造装置、立体造形物の製造方法、及び立体造形物の製造プログラム）
本発明の立体造形物の製造装置は、造形ステージ上に、インクを用いて、直線方向に第一のインク層Ａを形成し、その後に前記第一のインク層Ａと略平行にかつ前記第一のインク層Ａに隣接して第一のインク層Ｂを形成する層形成手段と、前記第一のインク層Ａの表面を、前記第一のインク層Ｂと接する側の厚みが前記第一のインク層Ｂと接しない側の厚みよりも薄くなるようにして平坦化する平坦化手段と、表面が平坦化された前記第一のインク層Ａを硬化する硬化手段と、を有し、前記平坦化手段が、前記造形ステージの表面と対向する表面の長さ方向における一端側で軸支されて回動可能であり、更に必要に応じてその他の手段を有する。
本発明の立体造形物の製造方法は、造形ステージ上に、インクを用いて、直線方向に第一のインク層Ａを形成し、その後に前記第一のインク層Ａと略平行にかつ前記第一のインク層Ａに隣接して第一のインク層Ｂを形成する層形成工程と、前記第一のインク層Ａの表面を、前記第一のインク層Ｂと接する側の厚みが前記第一のインク層Ｂと接しない側の厚みよりも薄くなるようにして平坦化する平坦化工程と、表面が平坦化された前記第一のインク層Ａを硬化する硬化工程と、を含み、更に必要に応じてその他の工程を含む。
本発明の立体造形物の製造プログラムは、造形ステージ上に、インクを用いて、直線方向に第一のインク層Ａを形成し、その後に前記第一のインク層Ａと略平行にかつ前記第一のインク層Ａに隣接して第一のインク層Ｂを形成し、前記第一のインク層Ａの表面を、前記第一のインク層Ｂと接する側の厚みが前記第一のインク層Ｂと接しない側の厚みよりも薄くなるようにして平坦化し、表面が平坦化された前記第一のインク層Ａを硬化する処理、をコンピュータに行わせ、さらに必要に応じてその他の処理をコンピュータに実行させる。
本発明の立体造形物の製造方法は、本発明の立体造形物の製造装置を用いて好適に実施することができ、前記層形成工程は前記層形成手段により好適に実施することができ、前記平坦化工程は前記平坦化手段により好適に実施することができ、前記硬化工程は前記硬化手段より好適に実施することができ、前記その他の工程は前記その他の手段により好適に実施することができる。

本発明者らは、硬化したインク層と平坦化手段との接触、及び動作時の騒音を防止し、さらに立体造形物の生産性を向上させることができる立体造形物の製造装置について検討したところ、以下の知見を得た。
従来技術では、立体造形物の製造において、インクの層をより適切に平坦化するために、平坦化ローラの一端が他端よりも高くなるように所定の角度に傾けてインク層を平坦化している。しかし、従来技術では、前記平坦化ローラの角度を動作中には変更することができないため、一方向からの平坦化しか実行することができず、生産性を向上させることができないという問題がある。

そこで、本発明者らは、一のインク層と前記一のインク層と平行にかつ隣接する他のインク層とを形成し、前記一のインク層の表面を、前記他のインク層と接する側の厚みが前記他のインク層と接しない側の厚みよりも薄くなるように、一端側が軸支されて回動可能なローラ等の平坦化手段を用いて平坦化することにより、前記他のインク層を平坦化する際に、先に形成及び硬化した前記一のインク層に前記平坦化手段の表面が接触することを防止でき、前記平坦化手段の破損や劣化を防止でき、インク層の表面の平坦化処理の際に前記インクの表面を粗してしまうことも防止でき、前記平坦化手段の動作時の騒音が防止できることを見出した。さらに、直線方向に前記一のインク層を形成した後、前記一のインク層と略平行にかつ隣接して前記他のインク層を形成し、前記直線方向に対して略直交方向に、即ち前記一のインク層側から前記他のインク層側に向けて（往路）、順次、前記平坦化手段を用いて平坦化処理を行い、その後、前記一のインク層及び前記他のインク層の上にインク層を積層し、積層した前記インク層の表面を、前記他のインク層側から前記一のインク層側に向けて（復路）、順次、前記平坦化手段を用いて平坦化処理を行っても、先に形成及び硬化したインク層に前記平坦化手段の表面が接触することを防止できるので、生産性を向上することができることを見出した。

本発明の立体造形物の製造方法に係る立体造形物の製造装置は、本発明の立体造形物の製造プログラムを読み出して実行することで、本発明の立体造形物の製造方法を実行する装置として動作する。すなわち、本発明の立体造形物の製造方法に係る立体造形物の製造装置は、本発明の立体造形物の製造方法と同様の機能をコンピュータに実行させる本発明の立体造形物の製造プログラムを有する。なお、本発明の立体造形物の製造プログラムは、本発明の立体造形物の製造方法に係る立体造形物の製造装置によって実行されることに限定されるものではない。例えば、本発明の立体造形物の製造プログラムは、他のコンピュータ又はサーバによって実行されてもよく、本発明の立体造形物の製造方法に係る立体造形物の製造装置、他のコンピュータ、及びサーバのいずれかが協働して実行されてもよい。

つまり、本発明の立体造形物の製造方法に係る立体造形物の製造装置は、本発明の立体造形物の製造方法を実施することと同義であるので、主に本発明の立体造形物の製造方法の説明を通じて本発明の立体造形物の製造方法に係る立体造形物の製造装置の詳細についても明らかにする。また、本発明の立体造形物の製造プログラムは、ハードウェア資源としてのコンピュータ等を用いることにより、本発明の立体造形物の製造方法として実現させることから、本発明の立体造形物の製造方法の説明を通じて本発明の立体造形物の製造プログラムの詳細についても明らかにする。

＜層形成手段及び層形成工程＞
前記層形成手段は、造形ステージ上に、インクを用いて、直線方向に第一のインク層Ａを形成し、その後に前記第一のインク層Ａと略平行にかつ前記第一のインク層Ａに隣接して第一のインク層Ｂを形成する手段である。
前記層形成工程は、造形ステージ上に、インクを用いて、直線方向に第一のインク層Ａを形成し、その後に前記第一のインク層Ａと略平行にかつ前記第一のインク層Ａに隣接して第一のインク層Ｂを形成する工程である。
前記層形成工程は、前記層形成手段により好適に実施することができる。

−造形ステージ−
造形ステージとは、造形層が積層されて立体造形物が造形される基台を意味する。
また、造形ステージは、モータなどにより移動可能であってもよい。

−インク層−
前記インク層は、前記造形ステージ上にインクを用いて形成される層である。
前記ステージ上にインクを用いてインク層を形成する手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、インクジェット方式の液吐出手段などが挙げられる。

前記層形成工程においては、まず、直線方向に第一のインク層Ａを形成し、その後に前記第一のインク層Ａと平行にかつ前記第一のインク層Ａに隣接して第一のインク層Ｂを形成する。
前記「直線方向」とは、インクを吐出する層形成手段が前記造形ステージ上でインクを吐出しながら移動する方向を意味する。前記「直線方向」を「主走査方向」などと称することがある。また、前記「主走査方向」と水平方向で直交する方向を「副走査方向」と称することがある。

前記「第一のインク層」は、複数の層のうちの「一の同一平面上に形成するインク層」を意味しており、「第二のインク層」と称するときは、前記「第一のインク層」の直上に形成（積層）するインク層を意味する。
また、「第一のインク層Ａ」及び「第一のインク層Ｂ」における「Ａ」及び「Ｂ」は、第一のインク層において、異なる走査によって前記第一のインク層と平行かつ隣接して形成される２つのインク層を意味しており、「Ｂ」は「Ａ」の後に形成されたインク層であることを意味している。

前記インクとしては、光や熱等のエネルギーを付与することにより硬化する液体であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記インクは、単官能モノマー、多官能モノマー等の重合性モノマー、オリゴマー、光重合開始剤を含むことが好ましく、更に必要に応じてその他の成分を含む。
前記インクは、液吐出手段で吐出できる粘度、粘性、表面張力等の液物性を有していることが好ましい。

前記インク層の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、一層当たりの平均厚みで、１μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、５μｍ以上２０μｍ以下がより好ましい。前記平均厚みが、５μｍ以上２０μｍ以下であると、生産性を損なうことなく、微細な積層造形を行うことができる。

＜平坦化手段及び平坦化工程＞
前記平坦化手段は、前記第一のインク層Ａの表面を、前記第一のインク層Ｂと接する側の厚みが前記第一のインク層Ｂと接しない側の厚みよりも薄くなるようにして平坦化する手段である。
前記平坦化工程は、前記第一のインク層Ａの表面を、前記第一のインク層Ｂと接する側の厚みが前記第一のインク層Ｂと接しない側の厚みよりも薄くなるようにして平坦化する工程である。
前記平坦化工程は、前記平坦化手段により好適に実施することができる。
ここで「側」とは、副走査方向からインク層を平面視したときの個々のインク層の端部を意味する。即ち、「側の厚み」とは、副走査方向からインク層を平面視したときの個々のインク層の端部の厚みを意味する。

前記平坦化手段は、前記造形ステージの表面と対向する表面の長さ方向における一端側で軸支されて回動可能である。前記平坦化手段が、前記造形ステージの表面と対向する表面の長さ方向における一端側で軸支されて回動可能であることにより、副走査方向の往路だけでなく、副走査方向の復路においても、前記第一のインク層Ａの表面を、前記造形ステージの表面に対して、前記第一のインク層Ｂと接する側が前記第一のインク層Ｂと接しない側よりも近くなるように傾斜させことができる。そのため、立体造形物の製造において、一方向（往路）だけでなく、二方向（復路）での造形を行うことができるため、生産性を向上させることができる。

前記平坦化手段が、「前記第一のインク層Ａの表面を、前記第一のインク層Ｂと接する側の厚みが前記第一のインク層Ｂと接しない側の厚みよりも薄くなるようにして平坦化する」ことについて図面を用いて詳細に説明する。
図１Ａから図１Ｃは、層形成工程における直線方向（主走査方向）をＹ軸に、前記直線方向に直交する方向（副走査方向）をＸ軸とし、Ｘ軸と高さ方向のＺ軸とを平面視したときのＮ層目（Ｎは自然数）を形成する動作の一例を示す図である。
図１Ａに示すとおり、まず、層形成工程において造形ステージ上に形成された第一のインク層Ａに対して、平坦化手段３を前記第一のインク層Ａ（図１Ａ中の２２ａ）の表面に接触させて平坦化する。この際に、前記平坦化手段３を前記第一のインク層Ａの表面を、後に形成する前記第一のインク層Ｂ（図１Ａ中の２２ｂ）と接する側（端部）の厚みが前記第一のインク層Ｂと接しない側（他端）の厚みよりも薄くなるように傾斜させる。即ち、前記第一のインク層Ａの表面が、前記第一のインク層Ａが前記第一のインク層Ｂと接する側（端部）に向かって徐々に低くなる形状となる。即ち、「前記第一のインク層Ａの表面を、前記第一のインク層Ｂと接する側の厚みが前記第一のインク層Ｂと接しない側の厚みよりも薄くなるようにして平坦化する」とは、「前記第一のインク層Ａの表面を、前記造形ステージの表面に対して、前記第一のインク層Ｂと接する側が前記第一のインク層Ｂと接しない側よりも近くなるように傾斜させて平坦化する」と解することもできる。
このように、前記平坦化手段３により、隣接する第一のインク層Ａ（図１Ａ中の２２ａ）と前記第一のインク層Ｂ（図１Ａ中の２２ｂ）との境界において段差を生じさせることができる。このような段差を生じさせることによって、形成した前記第一のインク層Ａを後述する硬化手段により硬化し前記第一のインク層Ａと平行かつ隣接する前記第一のインク層Ｂを平坦化するときに、前記平坦化手段が硬化した前記第一のインク層Ａと接触することを防ぐことができる。
図１Ｂ及び図１Ｃでは、層形成手段により副走査の往路方向１００ａに向かって、層を形成する動作の一例を示す。図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、本発明の平坦化手段を用いることによって、すでに形成及び硬化した層に平坦化手段が接触することを防止することができる。

前記平坦化手段としては、前記第一のインク層Ａの表面を、前記第一のインク層Ｂと接する側の厚みが前記第一のインク層Ｂと接しない側の厚みよりも薄くなるようにして平坦化することができれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、図２から図２Ｃのような構成の手段が挙げられる。
図２Ａから図２Ｃは、平坦化手段を有するキャリッジの一例を示す図である。図２Ａは、平坦化手段を有するキャリッジの一例を示す斜視図である。図１Ａに示すように、キャリッジ１は、平坦化手段としてのローラ３と、ローラ３を担持するローラホルダー３１と、ソレノイド４１を有している。ローラホルダー３１は、ローラ３の軸を通す軸受３２ａ及び３２ｂと、ローラホルダー３１をキャリッジ１へ回動可能に軸支された支点３３を有している。また、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、ローラホルダー３１は、キャリッジ１とローラホルダー３１のソレノイド４１の近傍に取り付けられたバネ４２を有している。

図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、ソレノイド４１の芯を出し入れすることによって、ローラ３の表面を前記造形ステージの表面に対して傾斜可能である。即ち、ソレノイド４１の芯を出し入れすることによって、ローラ３の表面を、造形ステージの表面に対して、第一のインク層Ａの第一のインク層Ｂと接する側が前記第一のインク層Ｂと接しない側よりも近くなるように傾斜させることができる。これにより、前記第一のインク層Ａの表面を、前記第一のインク層Ｂと接する側の厚みが前記第一のインク層Ｂと接しない側の厚みよりも薄くなるように傾斜させことができる。

また、図２Ａ及び図２Ｃのような構成とすることにより、副走査方向の往路だけでなく、副走査方向の復路においても、前記第一のインク層Ａの表面を、前記第一のインク層Ｂと接する側の厚みが前記第一のインク層Ｂと接しない側の厚みよりも薄くなるようにして平坦化させることができる。これにより、立体造形物の製造において、一方向（副走査方向の往路）だけでなく、二方向（副走査方向の復路）での造形を行うことができるため、生産性を向上させることができる。

なお、図２Ａから図２Ｃにおいて、ローラ３を回転させる図示しない駆動モータは、軸受３２ａ側に取り付けることが好ましい。前記駆動モータを、軸受３２ａ側に取り付けることによって、ローラ３の傾斜に伴う駆動モータの移動を最小限に抑えることができる。

図１Ａ〜図１Ｃに示す前記平坦化手段としては、ローラを用いた例を示したが、本発明における平坦化手段はこれに制限されずに、目的に応じて適宜選択することができる。前記平坦化手段としては、例えば、ローラ以外にも、ブラシ、ブレードなどが挙げられる。

前記平坦化手段として、ローラを用いる場合には、前記ローラの回転軸方向が、前記層形成手段による前記第一のインク層の形成方向に対して略直交方向に位置することが好ましい。前記ローラの回転軸方向が、前記層形成手段による前記第一のインク層の形成方向に対して略直交方向に位置することにより、前記層形成手段と前記平坦化手段とを一体型とした場合においても簡便な動作でインク層の形成及び平坦化を行うことができる。

また、前記平坦化手段は、前記第一のインク層Ａの表面を平坦化した位置と略同じ位置で、前記第一のインク層Ａに積層された第二のインク層の表面を平坦化可能である。
ここで、「前記第一のインク層Ａの表面を平坦化した位置と略同じ位置で、前記第一のインク層Ａに積層された第二のインク層の表面を平坦化可能である」ことについて、図面を参照して説明する。
図１Ｄは、本発明の立体造形物の製造装置による動作の一例を示す図である。
図１Ｄは、図１Ａから図１Ｃに示すＮ層目の層を形成した後のＮ＋１層目の形成について説明する。図１Ｄに示すように、Ｎ層目に形成した層の真上にＮ＋１層目を形成する場合には、Ｎ層目を平坦化していた傾斜とは異なる傾斜にした平坦化手段を用いる。即ち、例えば、Ｎ層目では図２Ｂに示すように平坦化手段３を傾斜させていたものを、Ｎ＋１層目では図２Ｃに示すように平坦化手段３を傾斜させることにより、第二のインク層Ｂの平坦化時に硬化した第二のインク層Ａと平坦化手段との接触、及び動作時の騒音を防止し、さらに立体造形物の生産性を向上させつつ、Ｎ層目に形成した層の真上にＮ＋１層目を形成（例えば、図１Ｄ中の層２２ａと層２３ｃの関係）することができる。

さらに、前記平坦化手段は、前記第一のインク層Ａの表面を平坦化した位置とは異なる位置で、前記第一のインク層Ａに積層された第二のインク層の表面を平坦化可能である。
ここで、「前記第一のインク層Ａの表面を平坦化した位置とは異なる位置で、前記第一のインク層Ａに積層された第二のインク層の表面を平坦化可能である」ことについて、図面を参照して説明する。
図１Ｅは、本発明の立体造形物の製造装置による動作の一例を示す図である。
図１Ｅは、図１Ｄにおける変形例である。図１Ｅに示すとおり、Ｎ層目の層の上にＮ＋１層目を形成する場合に、図１Ｄに示したように層の真上に同じように層を形成するのではなく、Ｎ＋１層目ではＮ層目に硬化したインク層の位置と重ならないようにＹ軸方向（副走査方向）に層形成手段、平坦化手段、硬化手段を移動させて層形成を行う。前記平坦化手段が、前記第一のインク層Ａの表面を平坦化した位置とは異なる位置で、前記第一のインク層Ａに積層された第二のインク層の表面を平坦化可能であると、同じ位置で行ったときと同じ効果に加えて、ノズル詰まりや吐出曲がりなどに起因する造形品質の低下を抑制することができる。
なお、本発明においては、例えば、図１Ｆに示すように、Ｎ＋１層目が最表層となる場合においては、Ｎ＋１層目のインク層にはローラ３を当接させずに、後述するＵＶ硬化による硬化工程のみを行う。このようにすることにより、Ｎ層目表面に生じている平坦化による凹凸を造形物の最表層で埋めることができ、造形物の品質を向上させることができる。ローラ３を当接させずに硬化をした場合、外周部が盛り上がった形状となるが、１〜数層分であればその量も軽微である為、造形品質の低下には至らない。

＜硬化手段及び硬化工程＞
前記硬化手段は、表面が平坦化された前記第一のインク層Ａを硬化する手段である。
前記硬化工程は、表面が平坦化された前記第一のインク層Ａを硬化する工程である。
前記硬化工程は、前記硬化手段により好適に実施することができる。

硬化手段としては、表面が平坦化された前記第一のインク層Ａを硬化することができれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択でき、例えば、紫外線（ＵＶ）照射機構、焼成機構、焼結機構、マイクロ波照射機構などが挙げられる。また、ここでいう造形用材料を硬化するとは、インクを固化することも含まれる。

硬化手段としては、紫外線照射機構が好ましく、紫外線照射機構が液吐出手段と一体となっていることがより好ましい。また、紫外線照射機構を用いる場合、紫外線照射により発生するオゾンを除去するオゾン除去機構を更に備えることが好ましい。
紫外線照射機構としては、例えば、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライド、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）ランプなどが挙げられる。
高圧水銀灯は点光源であるが、光学系と組み合わせて光利用効率を高くしたＤｅｅｐＵＶタイプは、短波長領域の照射が可能である。
メタルハライドは、波長領域が広いため着色物に有効であり、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｆｅなどの金属のハロゲン化物が用いられ、重合開始剤の吸収スペクトルに合わせて選択できる。

本発明の立体造形物の製造装置は、前記層形成手段と、前記平坦化手段と、前記硬化手段とが隣接して配置されていることが好ましい。
図３は、本発明の立体造形物の製造装置の一例を示す図である。図３に示すように、立体造形物の製造装置は、層形成手段としてのインクジェットヘッド２と、平坦化手段としてのローラ３と、硬化手段としてのＵＶ光源４とを備えるキャリッジ１と、造形ステージ１１を有している。キャリッジ１と造形テーブル１１とがＸ方向（主走査方向）に相対移動する際に、３Ｄデータに基づいた位置にヘッド１からＵＶ硬化性インク２１が吐出され、造形ステージ１１に着弾し、インク層２２を形成する。形成したインク層２２は回転するローラ３の表面と接触しながら平坦化され、その後、ＵＶ光源４からのＵＶ照射によりインク層２２を硬化する。キャリッジ１と造形ステージ１１とのＹ方向（副走査方向）の相対移動と、上述の動作を繰り返し行うことによって、３Ｄデータに基づいて硬化したインク層２２を積層していく。上述の動作と、キャリッジ１と造形ステージ１１のＺ方向の相対硫黄とを繰り返すことによって、所望の形状の立体造形物を造形する。
図３に示すように、前記層形成手段と、前記平坦化手段と、前記硬化手段とが隣接して配置されていることにより、１回の走査で層形成工程、平坦化工程、及び硬化工程を行うことができるため、生産性を向上させることができる。

＜その他の工程及びその他の手段＞
前記その他の工程としては、例えば、表面保護工程、塗装工程などが挙げられる。
前記その他の手段としては、例えば、表面保護手段、塗装手段などが挙げられる。

−表面保護工程及び表面保護手段−
前記表面保護工程は、前記液体材料付与工程、又は前記焼結工程において形成した立体造形物に保護層を形成する工程である。前記表面保護工程を行うことにより、前記立体造形物を、例えば、そのまま使用等することができる耐久性等を前記立体造形物の表面に与えることができる。
前記保護層としては、例えば、耐水性層、耐候性層、耐光性層、断熱性層、光沢層などが挙げられる。
前記表面保護手段としては、公知の表面保護処理装置、例えば、スプレー装置、コーティング装置などが挙げられる。

−塗装工程及び塗装手段−
前記塗装工程は、前記立体造形物に塗装を行う工程である。この塗装工程を行うことにより、前記立体造形物に所望の色に着色させることができる。前記塗装手段としては、公知の塗装装置、例えば、スプレー、ローラ、刷毛等による塗装装置などが挙げられる。

次に、立体造形物の製造装置６０１の制御部の概要について、図４及び図５を参照して説明する。
制御手段としての制御部５００は、この立体造形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、最終形態の造形物を各造形層にスライスした造形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により実現可能である。

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の各ヘッド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、吐出ユニット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方向への昇降は吐出ユニット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に粒子２０を供給する粒子供給装置１０１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、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５６０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。

次に、本発明の立体造形物の製造装置の機能を、ハードウェア資源としてのコンピュータ等を用いることにより実行させる本発明の立体造形物の製造プログラムについて説明する。本発明の立体造形物の製造プログラムによる処理は、本発明の立体造形物の製造装置６０１の制御部５００を有するコンピュータを用いて実行することができる。

図６は、造形動作を行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。ここでは、造形動作を行う処理の流れの一例を図６に示すフローチャートの図中Ｓで表すステップにしたがって説明する。

ステップＳ１０１では、制御部５００は、層形成手段とＮ層目の層との距離を拡大すると、処理をＳ１０２に移行する。
ステップＳ１０２では、制御部５００は、造形データに基づいてヘッドを駆動させ、造形ステージ上に、インクを用いて、直線方向に第一のインク層Ａを形成し、その後に前記第一のインク層Ａと平行にかつ前記第一のインク層Ａに隣接して第一のインク層Ｂを形成させると、処理をＳ１０３に移行する。
ステップＳ１０３では、制御部５００は、平坦化手段を駆動させて、前記第一のインク層Ａの表面を、前記造形ステージの表面に対して、前記第一のインク層Ｂと接する側が前記第一のインク層Ｂと接しない側よりも近くなるように傾斜させて平坦化させると、処理をＳ１０４に移行する。
ステップＳ１０４では、制御部５００は、硬化手段を駆動させて、表面が平坦化された前記第一のインク層Ａを硬化させると、処理をＳ１０５に移行する。
ステップＳ１０５では、制御部５００は、造形データに基づき、Ｎ層目の全てのインク層の形成が終了したと判定すると、処理をＳ１０６に移行する。また、制御部５００は、造形データに基づき、Ｎ層目の全てのインク層の形成が終了していないと判定すると、処理をＳ１０２に移行する。
ステップＳ１０６では、制御部５００は、造形データに基づき、所定数の層数の積層が終了したかであると判定すると、本処理を終了させる。また、制御部５００は、造形データに基づき、所定数の層数の積層が終了していないと判定すると、処理をＳ１０７に移行する。

以上、説明したように、本発明の立体造形物の製造装置は、インク層を平坦化する平坦化手段が、前記第一のインク層Ｂと接する側の厚みが前記第一のインク層Ｂと接しない側の厚みよりも薄くなるようにしてインク層を平坦化する、即ち、前記第一のインク層Ａの表面を、前記造形ステージの表面に対して、前記第一のインク層Ｂと接する側が前記第一のインク層Ｂと接しない側よりも近くなるように傾斜させるために、前記平坦化手段を前記造形ステージの表面と対向する表面の長さ方向における一端側で軸支されて回動可能とすることにより、硬化したインク層と平坦化手段との接触、及び動作時の騒音を防止し、さらに立体造形物の生産性を向上させることができる。
本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
＜１＞ 造形ステージ上に、インクを用いて、直線方向に第一のインク層Ａを形成し、その後に前記第一のインク層Ａと略平行にかつ前記第一のインク層Ａに隣接して第一のインク層Ｂを形成する層形成手段と、
前記第一のインク層Ａの表面を、前記第一のインク層Ｂと接する側の厚みが前記第一のインク層Ｂと接しない側の厚みよりも薄くなるようにして平坦化する平坦化手段と、
表面が平坦化された前記第一のインク層Ａを硬化する硬化手段と、
を有し、
前記平坦化手段が、前記造形ステージの表面と対向する表面の長さ方向における一端側で軸支されて回動可能であることを特徴とする立体造形物の製造装置である。
＜２＞ 前記平坦化手段がローラである、前記＜１＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜３＞ 前記ローラの回転軸方向が、前記層形成手段による前記第一のインク層の形成方向に対して略直交方向に位置する、前記＜２＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜４＞ 前記層形成手段と、前記平坦化手段と、前記硬化手段とが隣接して配置された、前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜５＞ 前記平坦化手段が、前記第一のインク層Ａの表面を平坦化した位置と略同じ位置で、前記第一のインク層Ａに積層された第二のインク層の表面を平坦化可能である、前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜６＞ 前記平坦化手段が、前記第一のインク層Ａの表面を平坦化した位置とは異なる位置で、前記第一のインク層Ａに積層された第二のインク層の表面を平坦化可能である、前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜７＞ 造形ステージ上に、インクを用いて、直線方向に第一のインク層Ａを形成し、その後に前記第一のインク層Ａと略平行にかつ前記第一のインク層Ａに隣接して第一のインク層Ｂを形成する層形成工程と、
前記第一のインク層Ａの表面を、前記第一のインク層Ｂと接する側の厚みが前記第一のインク層Ｂと接しない側の厚みよりも薄くなるようにして平坦化する平坦化工程と、
表面が平坦化された前記第一のインク層Ａを硬化する硬化工程と、
を含むことを特徴とする立体造形物の製造方法である。
＜８＞ 造形ステージ上に、インクを用いて、直線方向に第一のインク層Ａを形成し、その後に前記第一のインク層Ａと略平行にかつ前記第一のインク層Ａに隣接して第一のインク層Ｂを形成し、
前記第一のインク層Ａの表面を、前記第一のインク層Ｂと接する側の厚みが前記第一のインク層Ｂと接しない側の厚みよりも薄くなるようにして平坦化し、
表面が平坦化された前記第一のインク層Ａを硬化する処理、をコンピュータに行わせることを特徴とする立体造形物の製造プログラムである。

前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置、前記＜７＞に記載の立体造形物の製造方法、及び前記＜８＞に記載の立体造形の製造プログラムによれば、硬化したインク層と平坦化手段との接触、及び動作時の騒音を防止し、さらに立体造形物の生産性を向上させることができる。

特開２０１８−１８４００９号公報

１１ 造形ステージ
２ 層形成手段
２１ インク
２２、２３ インク層
３ 平坦化手段（ローラ）
４ 硬化手段

Claims (8)

1. 造形ステージ上に、インクを用いて、直線方向に第一のインク層Ａを形成し、その後に前記第一のインク層Ａと略平行にかつ前記第一のインク層Ａに隣接して第一のインク層Ｂを形成する層形成手段と、
   前記第一のインク層Ａの表面を、前記第一のインク層Ｂと接する側の厚みが前記第一のインク層Ｂと接しない側の厚みよりも薄くなるようにして平坦化する平坦化手段と、
   表面が平坦化された前記第一のインク層Ａを硬化する硬化手段と、
   を有し、
   前記平坦化手段が、前記造形ステージの表面と対向する表面の長さ方向における一端側で軸支されて回動可能であることを特徴とする立体造形物の製造装置。
2. 前記平坦化手段がローラである、請求項１に記載の立体造形物の製造装置。
3. 前記ローラの回転軸方向が、前記層形成手段による前記第一のインク層の形成方向に対して略直交方向に位置する、請求項２に記載の立体造形物の製造装置。
4. 前記層形成手段と、前記平坦化手段と、前記硬化手段とが隣接して配置された、請求項１から３のいずれかに記載の立体造形物の製造装置。
5. 前記平坦化手段が、前記第一のインク層Ａの表面を平坦化した位置と略同じ位置で、前記第一のインク層Ａに積層された第二のインク層の表面を平坦化可能である、請求項１から４のいずれかに記載の立体造形物の製造装置。
6. 前記平坦化手段が、前記第一のインク層Ａの表面を平坦化した位置とは異なる位置で、前記第一のインク層Ａに積層された第二のインク層の表面を平坦化可能である、請求項１から４のいずれかに記載の立体造形物の製造装置。
7. 造形ステージ上に、インクを用いて、直線方向に第一のインク層Ａを形成し、その後に前記第一のインク層Ａと略平行にかつ前記第一のインク層Ａに隣接して第一のインク層Ｂを形成する層形成工程と、
   前記第一のインク層Ａの表面を、前記第一のインク層Ｂと接する側の厚みが前記第一のインク層Ｂと接しない側の厚みよりも薄くなるようにして平坦化する平坦化工程と、
   表面が平坦化された前記第一のインク層Ａを硬化する硬化工程と、
   を含むことを特徴とする立体造形物の製造方法。
8. 造形ステージ上に、インクを用いて、直線方向に第一のインク層Ａを形成し、その後に前記第一のインク層Ａと略平行にかつ前記第一のインク層Ａに隣接して第一のインク層Ｂを形成し、
   前記第一のインク層Ａの表面を、前記第一のインク層Ｂと接する側の厚みが前記第一のインク層Ｂと接しない側の厚みよりも薄くなるようにして平坦化し、
   表面が平坦化された前記第一のインク層Ａを硬化する処理、をコンピュータに行わせることを特徴とする立体造形物の製造プログラム。