JP2021008095A - 三次元造形物の製造装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】粉末層に液体をノズルから吐出して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置において、フラッシング動作を行ってもノズルに混入した粉末が除去できない場合がある。【解決手段】造形テーブル９と、造形テーブル９に粉末層５００を形成する層形成部２及び６と、粉末層５００における三次元造形物の造形領域Ｐにバインダーを含む液体をノズルから吐出するヘッド３と、造形テーブル９に対するヘッド３の移動と、電圧を印可することによるヘッド３の駆動と、を制御する制御部１２と、を備え、制御部１２は、造形領域Ｐへの液体の吐出後に、造形領域Ｐとは異なる位置であるフラッシング位置においてノズルから液体を吐出するフラッシング動作を実行し、フラッシング動作時の印可電圧が、造形領域Ｐへの液体の吐出時の印可電圧よりも高くなるように制御する三次元造形物の製造装置１。【選択図】図１

Description

本発明は、三次元造形物の製造装置に関する。
従来から、様々な種類の三次元造形物の製造装置が使用されている。このうち、粉末層を形成し、該粉末層における三次元造形物の造形領域にバインダーを含む液体をノズルから吐出して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置がある。例えば、特許文献１には、粉末材料で層を形成し、ラインヘッドのノズルから該層に硬化液を吐出して三次元造形物を製造する三次元造形装置が開示されている。
特開２０１９−１０１０号公報
特許文献１に記載される三次元造形装置は、ノズルの硬化液を吐出するフラッシング動作を実行するためのフラッシングステージが形成されている。フラッシング動作によりノズル内の異物が除去される。フラッシング動作は、フラッシング動作の際の制御を簡単にするため、三次元造形物の造形時、すなわち、三次元造形物の造形領域に液体を吐出する際と同様の吐出条件で行われることが一般的である。しかしながら、近年、様々な材料で三次元造形物が製造されるようになっており、様々な粉末が使用されるようになっている。このため、使用される粉末によっては、多くの粉末が舞い上がってノズルに混入し、フラッシング動作を行ってもノズルに混入した粉末が除去できない場合があった。ノズルに混入した粉末が除去できないと、液体の吐出不良などが生じ得る。
上記課題を解決するための本発明の三次元造形物の製造装置は、造形テーブルと、前記造形テーブルに粉末層を形成する層形成部と、前記粉末層における三次元造形物の造形領域にバインダーを含む液体をノズルから吐出するヘッドと、前記造形テーブルに対する前記ヘッドの移動と、電圧を印可することによる前記ヘッドの駆動と、を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記造形領域への前記液体の吐出後に、前記造形領域とは異なる位置であるフラッシング位置において前記ノズルから前記液体を吐出するフラッシング動作を実行し、前記フラッシング動作時の印可電圧が、前記造形領域への前記液体の吐出時の印可電圧よりも高くなるように制御することを特徴とする。
一実施例に係る本発明の三次元造形物の製造装置を表す概略構成図。 図１の三次元造形物の製造装置を用いて行う三次元造形物の製造方法を説明するための概略図。 図１の三次元造形物の製造装置を用いて行う三次元造形物の製造方法のフローチャート。 造形領域への液体の吐出時に、図１の三次元造形物の製造装置でヘッドに印可する電圧の波形の一例を表すグラフ。 フラッシング動作時に、図１の三次元造形物の製造装置でヘッドに印可する電圧の波形の一例を表すグラフ。 フラッシング動作時に、図１の三次元造形物の製造装置でヘッドに印可する電圧の波形の別の一例を表すグラフ。
最初に、本発明について概略的に説明する。
上記課題を解決するための本発明の第１の態様の三次元造形物の製造装置は、造形テーブルと、前記造形テーブルに粉末層を形成する層形成部と、前記粉末層における三次元造形物の造形領域にバインダーを含む液体をノズルから吐出するヘッドと、前記造形テーブルに対する前記ヘッドの移動と、電圧を印可することによる前記ヘッドの駆動と、を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記造形領域への前記液体の吐出後に、前記造形領域とは異なる位置であるフラッシング位置において前記ノズルから前記液体を吐出するフラッシング動作を実行し、前記フラッシング動作時の印可電圧が、前記造形領域への前記液体の吐出時の印可電圧よりも高くなるように制御することを特徴とする。
本態様によれば、フラッシング動作時の印可電圧は三次元造形物の造形時の印可電圧よりも高いので、フラッシング動作により効果的にノズルに混入した粉末を除去できる。
本発明の第２の態様の三次元造形物の製造装置は、造形テーブルと、前記造形テーブルに粉末層を形成する層形成部と、前記粉末層における三次元造形物の造形領域にバインダーを含む液体をノズルから吐出するヘッドと、前記造形テーブルに対する前記ヘッドの移動と、電圧を印可することによる前記ヘッドの駆動と、を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記造形領域への前記液体の吐出後に、前記造形領域とは異なる位置であるフラッシング位置において前記ノズルから前記液体を吐出するフラッシング動作を実行し、前記フラッシング動作時の単位時間当たりの前記液体の吐出量が、前記造形領域への前記液体の吐出時の単位時間当たりの前記液体の吐出量よりも多くなるように印可電圧の波形を制御することを特徴とする。
本態様によれば、フラッシング動作時の単位時間当たりの液体の吐出量は三次元造形物の造形時の単位時間当たりの液体の吐出量よりも高いので、フラッシング動作により効果的にノズルに混入した粉末を除去できる。
本発明の第３の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１または第２の態様において、前記制御部は、前記造形領域と前記フラッシング位置との間隔が長くなるにしたがって、前記フラッシング位置におけるフラッシング動作時間を長くするように制御することを特徴とする。
本態様によれば、造形領域とフラッシング位置との間隔が長くなるにしたがって、フラッシング位置におけるフラッシング動作時間を長くする。すなわち、粉末が舞っている可能性がある領域の移動距離が長くなるにしたがって、フラッシング動作を念入りに行う。このため、フラッシング動作により特に効果的にノズルに混入した粉末を除去できる。
本発明の第４の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第３の態様において、前記制御部は、前記間隔が所定の長さ以下の場合、前記フラッシング位置に前記ヘッドを停止させて前記フラッシング動作を実行することを省略するように制御することを特徴とする。
本態様によれば、間隔が所定の長さ以下の場合、フラッシング位置にヘッドを停止させてフラッシング動作を実行することを省略する。このため、ノズルに粉末が混入する可能性が少なくフラッシング動作が必要のないときにフラッシング動作を実行することで三次元造形物の製造速度が低下することを抑制できる。
本発明の第５の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１から第４のいずれか１つの態様において、前記制御部は、前記造形領域への前記液体の吐出に先立って、前記造形領域への前記液体の吐出時の印可電圧よりも低い印可電圧で、造形前フラッシング動作を実行するように制御することを特徴とする。
本態様によれば、三次元造形物の造形に先立って三次元造形物の造形時の印可電圧よりも低い印可電圧で造形前フラッシング動作を実行する。このため、三次元造形物の造形に先立って液体の吐出不良を抑制できるとともに、低い印可電圧で造形前フラッシング動作を実行することで三次元造形物の造形時にヘッドが昇温しすぎることを抑制できる。
本発明の第６の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１から第５のいずれか１つの態様において、前記制御部は、前記造形領域への前記液体の吐出時において前記造形テーブルに対して前記ヘッドを異なる移動速度で移動でき、前記移動速度が速くなるにしたがって、前記フラッシング位置におけるフラッシング動作時間を長くするように制御することを特徴とする。
本態様によれば、ヘッドの移動速度が速くなるにしたがってフラッシング位置におけるフラッシング動作時間を長くする。すなわち、ヘッドの移動速度が速くなり粉末が舞い上がりやすい条件の際に、フラッシング動作を念入りに行う。このため、フラッシング動作により特に効果的にノズルに混入した粉末を除去できる。
本発明の第７の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１から第６のいずれか１つの態様において、前記ノズルの温度を検出する温度センサーを備え、前記制御部は、前記フラッシング動作の実行後の前記ノズルの温度が所定の温度以下となるまで、前記フラッシング動作を実行することなく前記フラッシング位置に前記ヘッドを停止させておくように制御することを特徴とする。
本態様によれば、フラッシング動作の実行後のノズルの温度が所定の温度以下となるまで、フラッシング動作を実行することなくフラッシング位置にヘッドを停止させておく。このため、フラッシングに伴ってヘッドが昇温しても、三次元造形物の造形時にヘッドが昇温しすぎることを抑制できる。
本発明の第８の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１から第７のいずれか１つの態様において、前記ノズルの温度を検出する温度センサーを備え、前記制御部は、前記フラッシング動作を前記ノズルの温度が所定の温度以上となるまで実行するように制御することを特徴とする。
相対的に低温の粉末がノズル内に混入することで、ノズル内の温度が下がり、ノズル内の液体が増粘し吐出不良が生じて粉末の除去精度が低下する虞があるが、本態様によれば、フラッシング動作をノズルの温度が所定の温度以上となるまで実行するので、吐出不良が生じて粉末の除去精度が低下する虞を低減できる。
以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
最初に、本発明の三次元造形物の製造方法を実行可能な三次元造形物の製造装置１の一実施例について図１を参照して説明する。ここで、図１及び後述する図２における図中のＸ方向は水平方向であり供給ユニット８の往復移動方向に対応し、このうち、Ｘ１方向は往方向、Ｘ２方向は復方向に対応する。また、Ｙ方向は水平方向であるとともにＸ方向と直交する方向であり、ローラー６の回転軸の延びる方向に対応する。また、Ｚ方向は鉛直方向であり、層５００の積層方向に対応する。
なお、本明細書における「三次元造形」とは、いわゆる立体造形物を形成することを示すものであって、例えば、平板状、いわゆる二次元形状の形状であっても厚さを有する形状を形成することも含まれる。
本実施例の三次元造形物の製造装置１は、層５０１、層５０２、層５０３、・・・層５０ｎからなる層５００を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置である。そして、図１で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、造形テーブル９を有するテーブルユニット１０と、三次元造形物の造形材料を造形テーブル９に供給する供給ユニット８と、テーブルユニット１０及び供給ユニット８の動作を制御する制御部１２と、を備えている。なお、三次元造形物の製造装置１は、パーソナルコンピューターなどの外部装置２０と電気的に接続されており、外部装置２０を介してユーザーからの指示を受け付け可能な構成となっている。
造形テーブル９は、制御部１２の制御によりＺ方向に移動可能な構成となっている。造形テーブル９の造形面９ａをテーブルユニット１０の上面部１０ａに対してＺ方向において所定の距離だけ低い位置に配置し、造形面９ａに供給ユニット８から三次元造形物の造形材料を供給して１層分の層５００を形成する。そして、造形テーブル９の所定の距離分の下方への移動と、供給ユニット８からの三次元造形物の造形材料の供給と、を繰り返すことで積層する。図１は、層５０１、層５０２、層５０３及び層５０４の４層分の層形成を繰り返して、造形面９ａ上に三次元造形物の構造体Ｓを形成した様子を表している。
供給ユニット８は、ガイドバー１１に沿って、Ｘ方向に移動可能な構成となっている。また、供給ユニット８は、金属やセラミックスや樹脂などの粉末を含む造形材料を造形テーブル９に供給する造形材料供給部２を備えている。なお、造形材料供給部２として、Ｘ１方向の先頭側端部に形成された造形材料供給部２Ａと、Ｘ２方向の先頭側端部に形成された造形材料供給部２Ｂと、を備えている。
また、供給ユニット８は、造形テーブル９に供給された造形材料を圧縮して均すことが可能なローラー６を備えている。なお、ローラー６として、Ｘ方向における造形材料供給部２Ａの隣に形成されたローラー６Ａと、Ｘ方向における造形材料供給部２Ｂの隣に形成されたローラー６Ｂと、を備えている。ここで、造形材料供給部２とローラー６とで、造形テーブル９に粉末層である層５００を形成する、層形成部を構成している。
また、供給ユニット８は、造形材料供給部２から供給された造形材料に含まれる粉末を結着するバインダーを含む液体を、三次元造形物の造形領域Ｐに吐出するヘッド３を備えている。なお、ヘッド３として、Ｘ方向におけるローラー６Ａの隣に形成されたヘッド３Ａと、Ｘ方向におけるローラー６Ｂの隣に形成されたヘッド３Ｂと、を備えている。ここで、ヘッド３Ａ及びヘッド３Ｂから吐出される液体は同じ液体であり、ともに、バインダーとして紫外線硬化樹脂を含む液体である。ただし、このような液体に限定されず、熱硬化樹脂をバインダーとして含む液体や、バインダーとしての固体の樹脂が揮発性の溶媒に溶解された状態の液体などを使用してもよい。また、供給ユニット８には、ヘッド３のノズルの温度を検出する温度センサー７がヘッド３Ａ及びヘッド３Ｂに対応して設けられている。
そして、Ｘ方向におけるヘッド３Ａとヘッド３Ｂとの間には、紫外線硬化樹脂を硬化させることが可能な紫外線を照射する紫外線照射部４を備えている。なお、本実施例の供給ユニット８は、紫外線照射部４を１つ備える構成であるが、紫外線照射部４を２つ以上備える構成や、使用する液体の種類などに応じて、紫外線照射部４を備えない構成や、紫外線照射部４の代わりに熱硬化樹脂を硬化させるため或いは溶媒を揮発させるためのヒーターを備える構成などであってもよい。
図１で表されるように、本実施例の供給ユニット８は、Ｘ方向において構成部材の形状が対称となっている。このため、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、供給ユニット８をＸ１方向に移動させつつ三次元造形物の造形動作を実行できるとともに、供給ユニット８をＸ２方向に移動させつつ三次元造形物の造形動作を実行できる。
また、図１で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、テーブルユニット１０に液体受け部５が設けられており、液体受け部５と対向する位置でヘッド３から液体を吐出させてフラッシング動作を実行可能である。すなわち、液体受け部５と対向する位置がフラッシング位置であり、このため当然、フラッシング位置は三次元造形物の造形領域Ｐとは異なる位置である。なお、液体受け部５として、液体受け部５Ａと、液体受け部５Ｂと、を備えている。
このように、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、造形テーブル９と、造形テーブル９に粉末層である層５００を形成する層形成部としての造形材料供給部２及びローラー６と、層５００における三次元造形物の造形領域Ｐにバインダーを含む液体をノズルから吐出するヘッド３と、造形テーブル９に対するヘッド３の移動と、電圧を印可することによるヘッド３の駆動と、を制御する制御部１２と、を備えている。そして、制御部１２は、造形領域Ｐへの液体の吐出後に、造形領域Ｐとは異なる位置であるフラッシング位置においてヘッド３に電圧を印可して、ノズルから液体を吐出するフラッシング動作を実行させる。なお、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、液体受け部５と対向する位置をフラッシング位置としているが、このような構成に限定されず、例えば、造形面９ａ上の造形領域Ｐとは異なる領域をフラッシング位置としてもよい。
次に、本実施例の三次元造形物の製造装置１で使用可能な造形材料についての具体例を説明する。造形材料に含有可能な金属粉末としては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）やクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）の単体粉末、もしくはこれらの金属を１つ以上含む合金（マルエージング鋼、ステンレス（ＳＵＳ）、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金）の粉末、これらの混合粉末を、用いることが可能である。
また、造形材料に含有可能なセラミックス粉末としては、例えば二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素などを好ましく使用可能である。
また、造形材料に使用可能な樹脂粉末、或いは、液体中に含有されるバインダーとしては、例えば、ＰＭＭＡ（アクリル）、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−アクリル酸エステル）、ＡＳＡ（アクリロニトリル−スチレン−アクリル酸エステル）、ＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＡ（ポリアミド）、ＥＰ（エポキシ）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＳ（ポリスチレン）、パラフィンワックス、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、カルボキシメチルセルロース、ポリオキシメチレン、ポリメチルメタクリレートなどを好ましく使用可能である。また、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂などを単独で或いは組み合わせて用いることができる。さらには、熱可塑性樹脂や、アクリルなどのような不飽和二重結合のラジカル重合を用いるタイプやエポキシなどのカチオン重合を用いるタイプの紫外線硬化性樹脂を用いることもできる。
また、液体中に含有される溶剤としては、例えば、水；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の（ポリ）アルキレングリコールモノアルキルエーテル類；酢酸エチル、酢酸ｎ−プロピル、酢酸ｉｓｏ−プロピル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸ｉｓｏ−ブチル等の酢酸エステル類；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル−ｎ−ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類；エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類；テトラアルキルアンモニウムアセテート類；ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤；ピリジン、γ−ピコリン、２，６−ルチジン等のピリジン系溶剤；テトラアルキルアンモニウムアセテート（例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等）等のイオン液体等が挙げられ、これらから選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
次に、三次元造形物の製造装置１を用いて実行可能な三次元造形物の製造方法の一例について、図２を参照しつつ、図３のフローチャートを用いて説明する。図３のフローチャートで表される本実施例の三次元造形物の製造方法は、供給ユニット８や造形テーブル９など三次元造形物の製造装置１の各構成部材の制御を制御部１２が行うことにより行われる。なお、図２は、層５００のうちの層５０２を形成する際の一例を表している。
本実施例の三次元造形物の製造方法においては、図３で表されるように、最初に、ステップＳ１１０の造形データ入力工程で、製造する三次元造形物の造形データを入力する。三次元造形物の造形データの入力元に特に限定はないが、外部装置２０を用いて造形データを三次元造形物の製造装置１に入力できる。
次に、ステップＳ１２０の造形前フラッシング工程で、ヘッド３の造形前フラッシングを行う。ここで、Ｘ１方向に供給ユニット８を移動して層５００を形成する際には、液体受け部５Ｂと対向する位置でヘッド３Ａの造形前フラッシングを行う。一方、Ｘ２方向に供給ユニット８を移動して層５００を形成する際には、液体受け部５Ａと対向する位置でヘッド３Ｂの造形前フラッシングを行う。なお、本ステップＳ１２０の造形前フラッシング工程は、省略してもよい。
次に、ステップＳ１３０の層形成工程で、造形材料供給部２から造形材料を造形テーブル９の造形面９ａに供給するとともにローラー６で造形材料を圧縮して均すことで層５００を形成する。図２の一番上の状態は、Ｘ１方向に供給ユニット８を移動して層５０２を形成している状態を表している。ここで、Ｘ１方向に供給ユニット８を移動して層５００を形成する場合は、造形材料供給部２Ａから造形材料を供給するとともにローラー６Ａで造形材料を圧縮して均すことで層５００を形成する。一方、Ｘ２方向に供給ユニット８を移動して層５００を形成する場合は、造形材料供給部２Ｂから造形材料を供給するとともにローラー６Ｂで造形材料を圧縮して均すことで層５００を形成する。
次に、ステップＳ１４０の液体吐出工程で、層５００における三次元造形物の造形領域Ｐにバインダーを含む液体をヘッド３のノズルから吐出する。図２の上から２番目の状態は、Ｘ１方向に供給ユニット８を移動しつつ層５０２の造形領域Ｐに液体をヘッド３のノズルから吐出している状態を表している。ここで、Ｘ１方向に供給ユニット８を移動して層５００を形成する場合は、ヘッド３Ａから液体を吐出する。一方、Ｘ２方向に供給ユニット８を移動して層５００を形成する場合は、ヘッド３Ｂから液体を吐出する。
次に、ステップＳ１５０の紫外線照射工程で、層５００における三次元造形物の造形領域Ｐに向けて紫外線照射部４から紫外線を照射する。図２の一番下の状態は、Ｘ１方向に供給ユニット８を移動しつつ層５０２における三次元造形物の造形領域Ｐに向けて紫外線照射部４から紫外線を照射している状態を表している。
次に、ステップＳ１６０のフラッシング工程で、ヘッド３のフラッシングを行う。ここで、Ｘ１方向に供給ユニット８を移動して層５００を形成する際には、液体受け部５Ａと対向する位置でヘッド３Ａのフラッシングを行う。一方、Ｘ２方向に供給ユニット８を移動して層５００を形成する際には、液体受け部５Ｂと対向する位置でヘッド３Ｂのフラッシングを行う。
そして、ステップＳ１７０の造形データ終了有無判断工程で、三次元造形物の製造装置１の制御部１２において、ステップＳ１１０で入力した造形データに基づく層５００の形成が全て終了したかどうかを判断する。層５００の形成が全て終了していないと判断した場合、ステップＳ１２０の造形前フラッシング工程に戻り、次の層５００を形成する。一方、層５００の形成が全て終了したと判断した場合、ステップＳ１８０の脱脂工程に進む。
ステップＳ１８０の脱脂工程では、バインダーなど、ステップＳ１２０の造形前フラッシング工程からステップＳ１７０の造形データ終了有無判断工程を繰り返すことで製造された構造体Ｓの樹脂成分を、外部装置などを用いて脱脂する。なお、脱脂の方法は、加熱することにより樹脂成分を揮発させる方法や、溶剤中に構造体Ｓを漬けて樹脂成分を溶解させる方法などがあるが、特に限定はない。なお、樹脂製の三次元造形物を製造する場合など、製造する三次元造形物の種類などによっては、本ステップＳ１８０の脱脂工程を省略してもよい。
そして、ステップＳ１９０の焼結工程では、ステップＳ１８０の脱脂工程で脱脂がなされた構造体Ｓを外部装置などを用いて加熱して造形材料を焼結する。なお、ステップＳ１８０の脱脂工程を実行した後においても構造体Ｓのバインダーなどの樹脂成分が残存していた場合でも、本ステップＳ１９０の焼結工程の実行に伴い該樹脂成分は除去される。そして、本ステップＳ１９０の焼結工程の終了に伴い、本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。なお、ステップＳ１８０の脱脂工程と同様、製造する三次元造形物の種類などによっては、本ステップＳ１９０の焼結工程を省略してもよい。
ここで、ステップＳ１４０の液体吐出工程でのヘッド３への印可電圧の波形、並びに、ステップＳ１６０のフラッシング工程でのヘッド３への印可電圧の波形の一例について図４と図５とを用いて説明する。ここで、図４は、造形領域Ｐへの液体の吐出時、すなわち、ステップＳ１４０の液体吐出工程において、ヘッド３に印可する電圧の波形の一例を表すグラフである。そして、図５は、フラッシング動作時、すなわち、ステップＳ１６０のフラッシング工程において、ヘッド３に印可する電圧の波形の一例を表すグラフである。
図４で表される波形と図５で表される波形とを比較すると明らかなように、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、制御部１２の制御により、フラッシング動作時の印可電圧を造形領域Ｐへの液体の吐出時の印可電圧よりも高くすることができる。このように、フラッシング動作時の印可電圧を三次元造形物の造形時の印可電圧よりも高くすることで、フラッシング動作により効果的にノズルに混入し、バインダーを含む液体と混合した粉末を除去できる。
次に、ステップＳ１６０のフラッシング工程でのヘッド３への印可電圧の波形の別の一例について図６を用いて説明する。ここで、図６は、フラッシング動作時、すなわち、ステップＳ１６０のフラッシング工程において、ヘッド３に印可する電圧の波形を表すグラフであって図５の波形とは別の一例の波形を表すグラフである。
図４で表される波形と図６で表される波形とを比較すると明らかなように、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、制御部１２の制御により、フラッシング動作時の印可電圧の波形を造形領域Ｐへの液体の吐出時の印可電圧を連続して３回分印可する波形としている。本実施例の三次元造形物の製造装置１は、液体を液滴として吐出可能な構成であるが、フラッシング動作時の印可電圧の波形をこのような波形とすることで、フラッシング動作時に吐出される１滴分の液滴を、造形領域Ｐへの液体の吐出時に吐出される１滴分の液滴よりも大きくすることができる。図６で表されるように連続して３回分電圧を印可する波形とすることで、概ね３滴分の液滴がくっついて１滴として吐出されるためである。このように、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、制御部１２の制御により、フラッシング動作時の単位時間当たりの液体の吐出量が、造形領域Ｐへの液体の吐出時の単位時間当たりの液体の吐出量よりも、多くなる印可電圧の波形とすることができる。
このように、フラッシング動作時の単位時間当たりの液体の吐出量を三次元造形物の造形時の単位時間当たりの液体の吐出量よりも高くすることで、フラッシング動作により効果的にノズルに混入した粉末を除去できる。ここで、「単位時間当たりの液体の吐出量」とは、例えば、本実施例の三次元造形物の製造装置１においてそうであるように所定の周波数で液体を液滴状態で吐出する場合は１滴当たりの液滴量に該当する。一方、液滴状態ではなく連続的に液体を吐出する場合は単位時間当たりの流量に該当する。
本実施例の三次元造形物の製造装置１においては、制御部１２は、構造体Ｓの大きさや造形する位置などに伴う造形領域Ｐと、液体受け部５と対向する位置であるフラッシング位置と、の間隔が長くなるにしたがって、ステップＳ１６０のフラッシング工程におけるフラッシング位置でのフラッシング動作時間を長くするように制御することができる。造形領域Ｐとフラッシング位置との間隔が長くなるにしたがって、粉末が舞っている可能性がある領域のヘッド３の移動距離が長くなるが、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、粉末が舞っている可能性がある領域の移動距離が長くなるにしたがって、フラッシング動作を念入りに行うことができる。このため、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、フラッシング動作により特に効果的にノズルに混入した粉末を除去できる。
一方、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、制御部１２の制御により、造形領域Ｐとフラッシング位置との間隔が所定の長さ以下の場合、フラッシング位置にヘッド３を停止させてフラッシング動作を実行することを省略することもできる。このため、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、ノズルに粉末が混入する可能性が少なくフラッシング動作が必要のないときにヘッド３を停止させてフラッシング動作を実行することで三次元造形物の製造速度が低下することを抑制できる。ここで、「フラッシング位置にヘッド３を停止させてフラッシング動作を実行することを省略する」ことには、フラッシング動作を全く行わないことのほか、例えばヘッド３を移動しつつ液体受け部５に向けて数滴液体を吐出するなど、フラッシング位置にヘッド３を停止させることなくフラッシング動作を実行することも含まれる。
また、上記のように、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、ステップＳ１２０の造形前フラッシング工程を実行可能である。詳細には、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、ステップＳ１２０の造形前フラッシング工程として、制御部１２の制御により、造形領域Ｐへの液体の吐出に先立って、造形領域Ｐへの液体の吐出時の印可電圧よりも低い印可電圧で、造形前フラッシング動作を実行することができる。このため、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、三次元造形物の造形に先立って液体の吐出不良を抑制できるとともに、低い印可電圧で造形前フラッシング動作を実行することで三次元造形物の造形時にヘッド３が昇温しすぎることを抑制できる。ヘッド３が昇温しすぎると液体の吐出不良などを招く虞がある。なお、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、上記のように、液体受け部５と対向する位置で造形前フラッシングを行うが、このような構成に限定されず、例えば、造形面９ａ上の造形領域Ｐとは異なる領域で造形前フラッシングを行ってもよい。
本実施例の三次元造形物の製造装置１は、複数の造形モードを実行可能に構成されており、実行する造形モードに応じて、制御部１２の制御により、造形領域Ｐへの液体の吐出時において供給ユニット８を異なる移動速度でＸ方向に移動できる。すなわち、制御部１２は、造形領域Ｐへの液体の吐出時において造形テーブル９に対してヘッド３を異なる移動速度で移動できる。そして、制御部１２は、ヘッド３の移動速度が速くなるにしたがって、フラッシング位置におけるフラッシング動作時間を長くするように制御することができる。ヘッド３の移動速度が速くなると層５００の粉末が舞い上がりやすくなるが、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、ヘッド３の移動速度が速くなり粉末が舞い上がりやすい条件の際に、フラッシング動作を念入りに行うことができる。このため、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、フラッシング動作により特に効果的にノズルに混入した粉末を除去できる。
造形領域Ｐへの液体の吐出やフラッシング動作などのヘッド３の駆動に伴いノズルの温度は上昇する。そこで、上記のように、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、ノズルの温度を検出する温度センサー７を備えているが、制御部１２は、フラッシング動作の実行後のノズルの温度が所定の上限温度以下となるまで、フラッシング動作を実行することなくフラッシング位置にヘッド３を停止させておくように制御することができる。このため、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、フラッシングに伴ってヘッド３が昇温しても、三次元造形物の造形時である造形領域Ｐへの液体の吐出時にヘッド３が昇温しすぎることを抑制できる。
また、制御部１２は、フラッシング動作をノズルの温度が所定の下限温度以上となるまで実行するように制御することもできる。相対的に低温の粉末がノズル内に混入することで、ノズル内の温度が下がり、ノズル内の液体が増粘し吐出不良が生じて粉末の除去精度が低下する虞があるが、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、フラッシング動作をノズルの温度が所定の下限温度以上となるまで実行することができるので、吐出不良が生じて粉末の除去精度が低下する虞を低減できる。
本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
１…三次元造形物の製造装置、２…造形材料供給部（層形成部）、
２Ａ…造形材料供給部（層形成部）、２Ｂ…造形材料供給部（層形成部）、３…ヘッド、
３Ａ…ヘッド、３Ｂ…ヘッド、４…紫外線照射部、５…液体受け部、
５Ａ…液体受け部、５Ｂ…液体受け部、６…ローラー（層形成部）、
６Ａ…ローラー（層形成部）、６Ｂ…ローラー（層形成部）、７…温度センサー、
８…供給ユニット、９…造形テーブル、９ａ…造形面、１０…テーブルユニット、
１０ａ…上面部、１１…ガイドバー、１２…制御部、２０…外部装置、
５００…層（粉末層）、５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎ…層、Ｐ…造形領域、
Ｓ…構造体

Claims (8)

  1. 造形テーブルと、
    前記造形テーブルに粉末層を形成する層形成部と、
    前記粉末層における三次元造形物の造形領域にバインダーを含む液体をノズルから吐出するヘッドと、
    前記造形テーブルに対する前記ヘッドの移動と、電圧を印可することによる前記ヘッドの駆動と、を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記造形領域への前記液体の吐出後に、前記造形領域とは異なる位置であるフラッシング位置において前記ノズルから前記液体を吐出するフラッシング動作を実行し、
    前記フラッシング動作時の印可電圧が、前記造形領域への前記液体の吐出時の印可電圧よりも高くなるように制御することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
  2. 造形テーブルと、
    前記造形テーブルに粉末層を形成する層形成部と、
    前記粉末層における三次元造形物の造形領域にバインダーを含む液体をノズルから吐出するヘッドと、
    前記造形テーブルに対する前記ヘッドの移動と、電圧を印可することによる前記ヘッドの駆動と、を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記造形領域への前記液体の吐出後に、前記造形領域とは異なる位置であるフラッシング位置において前記ノズルから前記液体を吐出するフラッシング動作を実行し、
    前記フラッシング動作時の単位時間当たりの前記液体の吐出量が、前記造形領域への前記液体の吐出時の単位時間当たりの前記液体の吐出量よりも多くなるように印可電圧の波形を制御することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
  3. 請求項１または２に記載された三次元造形物の製造装置において、
    前記制御部は、前記造形領域と前記フラッシング位置との間隔が長くなるにしたがって、前記フラッシング位置におけるフラッシング動作時間を長くするように制御することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
  4. 請求項３に記載された三次元造形物の製造装置において、
    前記制御部は、前記間隔が所定の長さ以下の場合、前記フラッシング位置に前記ヘッドを停止させて前記フラッシング動作を実行することを省略するように制御することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
  5. 請求項１から４のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造装置において、
    前記制御部は、前記造形領域への前記液体の吐出に先立って、前記造形領域への前記液体の吐出時の印可電圧よりも低い印可電圧で、造形前フラッシング動作を実行するように制御することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
  6. 請求項１から５のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造装置において、
    前記制御部は、前記造形領域への前記液体の吐出時において前記造形テーブルに対して前記ヘッドを異なる移動速度で移動でき、前記移動速度が速くなるにしたがって、前記フラッシング位置におけるフラッシング動作時間を長くするように制御することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
  7. 請求項１から６のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造装置において、
    前記ノズルの温度を検出する温度センサーを備え、
    前記制御部は、前記フラッシング動作の実行後の前記ノズルの温度が所定の温度以下となるまで、前記フラッシング動作を実行することなく前記フラッシング位置に前記ヘッドを停止させておくように制御することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
  8. 請求項１から７のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造装置において、
    前記ノズルの温度を検出する温度センサーを備え、
    前記制御部は、前記フラッシング動作を前記ノズルの温度が所定の温度以上となるまで実行するように制御することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
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