JP2022092230A - 三次元積層造形物造形装置および三次元積層造形物の造形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】未硬化粉体の除去残りや削り込みを抑制できる三次元積層造形物造形装置および三次元積層造形物の造形方法を提供する。
【解決手段】三次元積層造形物造形装置は、粉体が配置される造形ステージと、粉体を造形ステージに供給し粉体層を形成する粉体層形成部と、造形ステージ上に形成された粉体層のうち造形層を構成する部位であって、三次元積層造形物の本体を構成する本体部位と、本体部位の外周に設けられ三次元積層造形物の外形を構成する輪郭部位と、のうち少なくとも本体部位に、硬化剤を付与する硬化剤付与部と、輪郭部位を、粉体および本体部位と視覚的に区別可能とする検査塗料を、輪郭部位に付与する検査塗料付与部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、三次元積層造形物造形装置および三次元積層造形物の造形方法に関する。

従来、粉体層を固化することで造形層を形成し、造形層を積層方向に重ねて形成していくことにより立体造形物を造形する立体造形装置が知られている。立体造形装置による全ての造形層の形成が完了すると、固化されずに造形層の周囲に残存している立体造形粉体（以下、「未硬化粉体」という。）を除去する必要がある。

例えば、特許文献１に記載の立体造形装置では、立体造形物において未硬化粉体が残存しやすい有底の凹部の内側に、除去造形物を造形し、立体造形装置による立体造形物および除去造形物の造形が完了した後に、除去造形物を除去することで凹部の内側の未硬化粉体を除去するようにしている。

特開２０１４－６５１８０号公報

こうした造形後の未硬化粉体の除去としては、上記の他、立体造形物に対して送風を行うものや、目視と触感を併用した手作業によるもの、非接触形状測定機によるデータとの比較に基づき機械的に除去するもの、などがある。

しかし、いずれにおいても、造形物の仕上がり形状と未硬化粉体との境界が不明確であり、硬化粉体か未硬化粉体かを判断することが難しく、未硬化粉体の除去残りや硬化粉体の削り込みが発生するという問題があった。

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本開示の一形態によれば、粉体の層である粉体層が硬化剤により硬化した造形層を積層方向に重ねて形成していくことにより三次元積層造形物を造形する三次元積層造形物造形装置が提供される。この三次元積層造形物造形装置は、前記粉体を内部に収容する粉体収容部と、前記粉体が配置される造形ステージと、前記粉体収容部内の前記粉体を前記造形ステージに供給し前記粉体層を形成する粉体層形成部と、前記造形ステージ上に形成された前記粉体層のうち前記造形層を構成する部位であって、前記三次元積層造形物の本体を構成する本体部位と、前記本体部位の外周に設けられ前記三次元積層造形物の外形を構成する輪郭部位と、のうち少なくとも前記本体部位に、前記硬化剤を付与する硬化剤付与部と、前記輪郭部位を前記粉体および前記本体部位と視覚的に区別可能とする検査塗料を、前記輪郭部位に付与する検査塗料付与部と、を備え、前記粉体層の形成と、前記硬化剤の付与と、前記検査塗料の付与と、を前記造形層の形成の度に繰り返し実行する。
上記形態の三次元積層造形物造形装置によれば、造形された積層物において、造形層を構成する本体部位と、硬化剤が付与されていない未硬化粉体と、の間に検査塗料を含有した輪郭部位が形成される。輪郭部位は、粉体および本体部位とは視覚的に区別可能である。このため、その後の未硬化粉体の除去作業において、所定の色に着色された輪郭部位と、所定の色に着色されていない部位とを色で識別することにより、未硬化粉体の除去残りを抑制できる。また、輪郭部位と、本体部位とを視覚的に区別可能であるため、未硬化粉体の除去に際して硬化粉体の削り込みが発生することを抑制できる。
ここで、「前記輪郭部位を、前記粉体および前記本体部位と視覚的に区別可能とする検査塗料」とは、粉体の色および本体部位の色とは異なる色に着色する顔料などの塗料の他、紫外線や可視光などを吸収して発光することで、輪郭部位と、粉体および本体部位とを、視覚的に区別することが可能な蛍光塗料も含む広い意味を有する。
（２）上記形態において、前記硬化剤付与部は、前記本体部位と前記輪郭部位との両方に前記硬化剤を付与し、前記検査塗料付与部は、前記検査塗料として硬化剤機能を有さない塗料を、前記輪郭部位に付与してもよい。この形態によれば、硬化剤付与部により本体部位と輪郭部位との両方に硬化剤が付与されるため、検査塗料としては硬化剤機能を有さない塗料において実施できる。
（３）上記形態において、前記硬化剤付与部は、前記本体部位にのみ前記硬化剤を付与し、前記検査塗料付与部は、前記検査塗料として硬化剤機能を有する塗料を、前記輪郭部位に付与してもよい。この形態によれば、まず本体部位にのみ硬化剤を付与し、その後、輪郭部位に、硬化剤機能を有する塗料を付与することで、造形層を構成する部位全体を硬化させることができる。
（４）上記形態において、前記硬化剤付与部および前記検査塗料付与部は、一体に形成されていてもよい。この形態によれば、硬化剤付与部および検査塗料付与部を一体として粉体層に対して移動させることができるので、硬化剤付与と検査塗料付与を単一の工程として行うことができ、造形時間を短縮できる。
（５）本開示は、三次元積層造形物造形装置以外の形態、例えば、粉体層形成工程と、硬化剤付与工程と、検査塗料付与工程と、を備える三次元積層造形物の造形方法として実現することができる。
（６）上記三次元積層造形物の造形方法の形態において、前記検査塗料付与工程の後、造形された前記三次元積層造形物の表面に残存する未硬化粉体を除去する未硬化粉体除去工程、をさらに備えていてもよい。未硬化粉体を除去するので、硬化粉体により形成される三次元積層造形物の表面を明らかにできる。加えて、輪郭部位を粉体および本体部位と視覚的に区別可能であるため、未硬化粉体除去工程の作業効率化を図ることができる。
（７）上記三次元積層造形物の造形方法の形態において、前記三次元積層造形物を撮像する撮像工程と、撮像した画像に基づき、前記三次元積層造形物における前記輪郭部位とその他の部位とを色により識別する色識別工程と、をさらに備えていてもよい。この形態によれば、撮像工程において撮像されたデータに基づき、色識別工程において、造形物の輪郭部位を色により簡単に識別できる。すなわち、輪郭部位の色ではない箇所は、未硬化粉体の残存か、削り込みであると簡単に識別することができる。
（８）上記三次元積層造形物の造形方法の形態において、前記検査塗料は、前記輪郭部位を、前記粉体の色および前記本体部位の色とは異なる色となるように着色する塗料であってもよい。この形態によれば、塗料により直に輪郭部位が着色されるため、可視光の存在の下、色によって他の部位との識別を容易にすることができる。
（９）上記三次元積層造形物の造形方法の形態において、前記検査塗料は、インクジェット用有機顔料であってもよい。この形態によれば、インクジェット用有機顔料は粉体に滲みにくいため、輪郭部位が明確に着色されて、他の部位との識別を容易にすることができる。
（１０）上記三次元積層造形物の造形方法の形態において、前記粉体は砂であり、前記検査塗料は、前記砂の融点より低い予め定められた温度で加熱されると熱分解する塗料であってもよい。この形態によれば、三次元積層造形物を熱再生により解体して再利用する際に、検査塗料を砂から取り除くことができる。

本開示の第１実施形態における三次元積層造形物造形装置の概略構成を示す斜視図である。 第１実施形態における三次元積層造形物の造形方法の処理手順を示すメインフローチャートである。 三次元積層造形物の造形方法の各工程を説明するための模式図である。 三次元積層造形物の造形方法の各工程を説明するための模式図である。 三次元積層造形物の造形方法の各工程を説明するための模式図である。 三次元積層造形物の造形方法の各工程を説明するための模式図である。 造形装置から取り出された砂型を模式的に示す側面図である。 検査装置および検査対象造形物を模式的に示す全体図である。 検査の処理手順を示すフローチャートである。 本開示の第２実施形態における三次元積層造形物造形装置の概略構成を示す斜視図である。 第２実施形態における三次元積層造形物の造形方法の処理手順を示すメインフローチャートである。

Ａ．第１実施形態：
Ａ１．三次元積層造形物造形装置の全体構成：
図１は、本開示の第１実施形態における三次元積層造形物造形装置（以下、単に「造形装置」ともいう）１０１の概略構成を示す斜視図である。本実施形態では、粉体として砂Ｇ（図４参照）を用い、粉体層としての砂層４１（図４参照）の形成と、造形範囲での硬化とを繰り返して、三次元積層造形物（以下、単に「造形物」ともいう）を作成するものである。

本実施形態の造形装置１０１は、インクジェット方式の３Ｄプリンタである。図１に示すように、造形装置１０１は、外枠部１１、タンク１２、混合部１３、砂層形成部１４（砂供給部３５、リコータ部３６）、容器１５、造形ステージ１６、ヘッドガイド１７、硬化剤プリンタヘッド１８、検査塗料プリンタヘッド１９、および造形用ＰＣ２１を主に備えている。

外枠部１１は、４本の脚部２３，２４，２５，２６と、２本のサイドレール２７，２８と、を有している。４本の脚部２３，２４，２５，２６は、床面に立設されており、平面視において左右方向に長い矩形状を形成する。右サイドレール２７は、右前脚部２３および右後脚部２４の上端に架け渡されて固定されている。左サイドレール２８は、左前脚部２５および左後脚部２６の上端に架け渡されて固定されている。各サイドレール２７，２８は、左右方向に平行に並んでおり、長手方向を前後方向と一致させた状態で各脚部２３，２４，２５，２６に固定されている。

各サイドレール２７，２８は、断面Ｌ字形状をなす板状部材である。各サイドレール２７，２８は、底部３１と、底部３１から垂直に立設した壁部３２と、を有している。底部３１は、水平な面である。底部３１上に、砂層形成部１４（後述するリコータ部３６）の左右端部が係止する。右サイドレール２７は、壁部３２が、底部３１の右端に接続し上方へ延びる姿勢で固定されている。左サイドレール２８は、壁部３２が、底部３１の左端に接続し上方へ延びる姿勢で固定されている。各サイドレール２７，２８は、砂層形成部１４と各プリンタヘッド１８，１９の前後方向の走査をガイドする。

タンク１２は、内部に砂Ｇを収容する。混合部１３は、タンク１２から供給された砂Ｇと硬化促進剤とを混合する。砂層形成部１４は、砂供給部３５と、リコータ部３６と、を有している。砂層形成部１４は、砂Ｇを造形ステージ１６上に供給するとともに、造形ステージ１６上に砂Ｇを広げる機能を有する。砂供給部３５は、混合部１３の下方に位置し、混合部１３から吐出される硬化促進剤が混合された砂Ｇを受けて、通過させる。砂供給部３５は、外形が下方にすぼんだ略直方体形状をなす容器状部材である。

リコータ部３６は、造形ステージ１６上で砂Ｇを平坦化する。すなわち、リコータ部３６は、均し機構部であり、左右方向に長く前後方向に短い直方体形状をなしている。リコータ部３６の左右方向の長さは、各サイドレール２７，２８の左右方向の設置間隔の長さと略同じである。図１では、リコータ部３６周辺の構成を一部簡略化して図示してあるが、造形装置１０１には、リコータ部３６の上方の砂供給部３５を、リコータ部３６に形成された溝に沿って左右方向に移動させる機構等が設けられている。すなわち、リコータ部３６は砂供給部３５のキャリッジベルトとしての機能も有している。

リコータ部３６は、両サイドレール２７，２８の左右間に架け渡されている。リコータ部３６は、長手方向（左右方向）の各端部が各サイドレール２７，２８の底部３１に支持されている。リコータ部３６が前後方向へ移動することで、砂層形成部１４全体がサイドレール２７，２８に案内されて前後方向へ移動可能となっている。砂層形成部１４は、「粉体層形成部」に相当する。

容器１５は、外枠部１１の内側に載置されており、外形が直方体形状をなしている。容器１５は、外枠部１１の内側に収まる程度の大きさである。容器１５の内部には、造形ステージ１６と、昇降機構３７とが収容されている。造形ステージ１６は、矩形板状部材であり、上面は平坦をなしている。昇降機構３７は、造形ステージ１６の下方に設けられている。造形ステージ１６は、昇降機構３７により、容器１５内で昇降動作が可能である。なお、造形ステージ１６の最上位置は、サイドレール２７，２８および各プリンタヘッド１８，１９の下面に形成される図示しない吐出口の位置よりも低くなっている。

ヘッドガイド１７は、左右方向に長い棒状の部材である。ヘッドガイド１７の左右方向の長さは、各サイドレール２７，２８の左右方向の設置間隔の長さと略同じである。ヘッドガイド１７は、両サイドレール２７，２８の左右間に架け渡されている。ヘッドガイド１７は、砂層形成部１４よりも前方に位置している。ヘッドガイド１７は、各サイドレール２７，２８と直交する方向に延びている。ヘッドガイド１７の右端は、右サイドレール２７に相対移動可能に係止している。ヘッドガイド１７の左端は、左サイドレール２８に相対移動可能に係止している。このように、ヘッドガイド１７の長手方向（左右方向）の各端部が各サイドレール２７，２８の底面に支持されることで、ヘッドガイド１７がサイドレール２７，２８に案内されて前後方向へ移動可能となっている。

硬化剤プリンタヘッド１８は、ヘッドガイド１７に、左右方向へ相対移動可能に取り付けられている。硬化剤プリンタヘッド１８は、造形ステージ１６上に形成された砂層４１に硬化剤Ｈ（図５参照）を吐出する。硬化剤Ｈとしては、例えば、スルホン基を有するキシレンスルホン酸、エチルベンゼンスルホン酸などが用いられる。硬化剤プリンタヘッド１８および造形用ＰＣ２１は、「硬化剤付与部」に相当する。

検査塗料プリンタヘッド１９は、ヘッドガイド１７に、左右方向へ相対移動可能に取り付けられている。検査塗料プリンタヘッド１９は、硬化剤プリンタヘッド１８の左側に位置している。検査塗料プリンタヘッド１９は、造形ステージ１６上に形成された砂層４１に検査塗料Ｐ（図６参照）を吐出する。本実施形態で用いる検査塗料Ｐは、黄色のインクジェット用有機顔料であり、硬化剤機能は有さない。検査塗料Ｐは、砂Ｇの融点より低い予め定められた温度で加熱されると熱分解する。検査塗料Ｐは、後述する造形物の輪郭部位を、砂Ｇの色および造形物の本体部位の色とは異なる色となるように着色する。検査塗料プリンタヘッド１９および造形用ＰＣ２１は、「検査塗料付与部」に相当する。

各プリンタヘッド１８，１９は、上記のようにヘッドガイド１７に対する左右方向の相対移動と、ヘッドガイド１７自体の前後方向への移動に伴う前後移動が可能である。すなわち、各プリンタヘッド１８，１９は、造形ステージ１６上の所望の位置に走査可能となっている。なお、各プリンタヘッド１８，１９、ヘッドガイド１７、および砂層形成部１４の前後左右方向の動作は、例えば周知のステッピングモータ等の駆動機構により駆動される。

造形用ＰＣ２１は、造形物の三次元データに基づき、積層データを作成する。積層データには、層の厚み、層数、硬化剤Ｈの吐出位置情報、および検査塗料Ｐの吐出位置情報等が含まれる。また、造形用ＰＣ２１は、積層データに基づき、造形ステージ１６、ヘッドガイド１７、硬化剤プリンタヘッド１８、および検査塗料プリンタヘッド１９の位置や駆動を制御する。

Ａ２．三次元積層造形物の造形方法：
次に、上記三次元積層造形物造形装置１０１を用いた三次元積層造形物の造形方法について、図２～図９を参照しつつ説明する。造形装置１０１は、造形ステージ１６を徐々に下降させながら、砂層４１（図４～図６参照）が硬化剤Ｈにより硬化した造形層４２を積層方向に重ねて三次元積層造形物を造形する。本実施形態では、造形物として砂型５０（図３、図７、図８参照）を作成する。砂型５０（中子）は、空洞がある鋳物を造るときに空洞に相当する部分として鋳型の中にはめ込まれるものである。

図２は、第１実施形態における三次元積層造形物の造形方法の処理手順を示すフローチャートである。図２に示すように、まず、ステップ１００（以下、ステップを「Ｓ」と省略する）において、造形用ＰＣ２１により積層データが作成される。積層データが形成されると、次にＳ２００において、砂層形成部１４により造形ステージ１６上に砂層４１が形成される。その後、Ｓ３００において、硬化剤プリンタヘッド１８により、砂層４１に硬化剤Ｈが付与される。

そして、Ｓ４００において、検査塗料プリンタヘッド１９により、砂層４１に検査塗料Ｐが付与される。次いで、Ｓ５００において、積層データが残っていないかが判断される。積層データが残っている場合（Ｓ５００：ＮＯ）には、Ｓ２００に戻り、次の層の砂層４１を形成し、硬化剤付与（Ｓ３００）、および検査塗料付与（Ｓ４００）の処理が繰り返される。なお、Ｓ２００に戻り次の砂層４１を形成する段階に入る際には、造形ステージ１６が１層分下降する。

なお、Ｓ２００における砂層形成の処理が、「粉体層形成工程」に相当する。Ｓ３００における硬化剤付与の処理が、「硬化剤付与工程」に相当する。Ｓ４００における検査塗料付与の処理が、「検査塗料付与工程」に相当する。Ｓ２００～Ｓ４００までの各工程は、読み出された該当層のデータに基づいて実行される。以下、各工程について順に詳細に説明する。

図３は、第１実施形態における三次元積層造形物の造形方法の各工程を説明するための模式図である。図３は、三次元積層造形物の造形方法の各工程のうち、積層データ作成工程を説明する図である。図３では、積層データをイメージとして２次元で示しているが、実際は、３次元に対応する情報を含むデータである。また、模式的に図示しているため、実際の製品形状とは異なる。

図３において左側に図示されるように、砂型５０は、本体部位５１と、輪郭部位５２とで構成されている。本体部位５１は、三次元積層造形物の内部本体を構成する。輪郭部位５２は、本体部位５１の外周に設けられ三次元積層造形物の外形を構成する。積層データの作成では、砂型５０の立体データＭから、層ごとに断面データ化された積層データが形成される。

積層データは、硬化剤付与データＡと、検査塗料付与データＢとを含んでいる。硬化剤付与データＡは、硬化剤Ｈを付与する部位、すなわち、層ごとの硬化剤Ｈの吐出位置情報が記憶されたデータである。硬化剤付与データＡは、本体部位５１と輪郭部位５２とを含む部位、すなわち砂型５０の全体に対応している。検査塗料付与データＢは、検査塗料Ｐを付与する部位、すなわち、層ごとの検査塗料Ｐの吐出位置情報が記憶されたデータである。検査塗料付与データＢは、輪郭部位５２に対応している。

図４～図６は、第１実施形態における三次元積層造形物の造形方法の各工程を説明するための模式図である。図４～図６では、硬化した造形層４２を斜めのハッチングで図示し、未硬化の砂層４１をドットにて図示している。また、図４～図６における白抜き矢印に示す左から右への方向は、図１における左右方向と一致する。

図４は、三次元積層造形物の造形方法の各工程のうち、砂層形成工程（Ｓ２００）を説明する図である。砂層形成工程（Ｓ２００）では、白抜き矢印に示すように、砂供給部３５が左から右方向に一定量ずつ走査されながら、砂Ｇが造形ステージ１６上に供給される。さらに、リコータ部３６（図１参照）が後ろから前へ移動することで、造形ステージ１６全体に所定量の砂Ｇが供給されるとともに、造形ステージ１６上の砂層４１が所定の形状に均される。一つの砂層４１の厚みは、０．３ｍｍ程度である。

図５は、三次元積層造形物の造形方法の各工程のうち、硬化剤付与工程（Ｓ３００）を説明する図である。図５に示すように、硬化剤付与工程（Ｓ３００）では、硬化剤プリンタヘッド１８が、造形ステージ１６上に形成された砂層４１上を、造形装置１０１の左から右へ、および前から後ろへと走査される。硬化剤付与工程（Ｓ３００）では、硬化剤付与データＡに基づき、硬化剤プリンタヘッド１８により硬化剤Ｈが付与される。後で中子となる範囲であって、砂層４１のうち本体部位５１と輪郭部位５２とを含む位置に硬化剤Ｈが付与される。砂層４１は、硬化剤プリンタヘッド１８が吐出する硬化剤Ｈと混合することによって硬化する。

図６は、三次元積層造形物の造形方法の各工程のうち、検査塗料付与工程（Ｓ４００）を説明する図である。図６に示すように、検査塗料付与工程では、検査塗料プリンタヘッド１９が、造形ステージ１６上に形成された砂層４１上を、造形装置１０１の左から右へ、および前から後ろへと走査される。検査塗料付与工程（Ｓ４００）では、検査塗料付与データＢに基づき、検査塗料プリンタヘッド１９により検査塗料Ｐが付与される。すなわち、造形層４２のうち、輪郭部位５２に相当する部位に検査塗料Ｐが付与される。この工程により、砂型５０の輪郭部位５２は、砂Ｇの色および砂型５０の本体部位５１の色とは異なる色に着色される。

本実施形態において、Ｓ４００完了後の輪郭部位５２は黄色であり、砂Ｇは白に近いグレーであり、本体部位５１の色は黒に近いグレーである。すなわち、輪郭部位５２、砂Ｇ、および本体部位５１は、それぞれ色が異なり視覚的に区別が可能である。

再び、図２を参照する。検査塗料付与後には、Ｓ５００において、積層データがないか判断される。Ｓ５００において、積層データが残っていない場合（Ｓ５００：ＹＥＳ）、すなわち全ての層の造形が完了した場合には、Ｓ６００に進み、造形された砂型５０が造形装置１０１から取り出される。図７は、造形装置１０１から取り出された砂型５０を模式的に示す側面図である。図７に示すように、取り出し後の砂型５０周辺には、未硬化砂Ｇが残存している。特に、砂型５０の凹部５３には未硬化砂Ｇが残存しやすい。なお、「砂」と、「未硬化砂」とは、実質同一の物質であり、以下の説明において同一の符号「Ｇ」を付して説明する。

砂型５０が取り出されると、図２に示すように、Ｓ７００において、未硬化砂Ｇが除去される。未硬化砂Ｇは、例えばハケ等を使用した手作業により行われ、凹部５３等に残された未硬化砂Ｇが除去される。このとき、輪郭部位５２と未硬化砂Ｇとは色が異なり、視覚的に区別可能であるため、作業者は目視により未硬化砂Ｇの色の箇所を重点的にクリーニングでき、全体が輪郭部位５２の色となるように効率的に作業できる。

なお、Ｓ７００における未硬化砂Ｇの除去処理が、「未硬化粉体除去工程」に相当する。次いで、Ｓ８００において、完成した製品の検査が実行される。この検査は、主に未硬化砂Ｇの残存検査や、未硬化砂Ｇを除去する際に生じた砂型５０の削り込みによる形状精度の検査を行うものである。

図８は、検査装置６０および検査対象造形物（砂型５０）を模式的に示す全体図である。図８に示すように、検査装置６０は、検査用ＰＣ６１と、清掃ロボット６２と、カメラ６３と、モニタ６４と、を主に備えている。清掃ロボット６２、カメラ６３、及びモニタ６４は、検査用ＰＣ６１と電気的に接続されている。この検査装置６０は、カメラ６３により砂型５０を撮像し、撮像した画像をモニタ６４に映し出すことが可能である。

検査用ＰＣ６１には、輪郭部位５２、未硬化砂Ｇ、および本体部位５１のそれぞれの色が、予めデータとして記憶されている。検査用ＰＣ６１は、撮像した画像と、予め記憶されたデータとの比較に基づき、輪郭部位５２とその他の部位とを色により識別する。そして、色識別結果に基づき、異常箇所、すなわち、未硬化砂Ｇの残存箇所や本体部位５１への削り込み箇所を認識する。清掃ロボット６２は、検査用ＰＣ６１に連動し、検査用ＰＣ６１から未硬化砂Ｇの残存箇所を受信し、砂型５０の表面に付着した未硬化砂Ｇを、先端に装着されたブラシ６５により除去する。

図９は、検査の処理手順を示すフローチャートである。図９に示すように、まずＳ８０１において、完成した砂型５０がカメラ６３により撮像される。そして、Ｓ８０２において、検査ＰＣにより、撮像した画像に基づき、輪郭部位５２とその他の部位とが色により識別される。本実施形態の場合、輪郭部位５２、未硬化砂Ｇ、および本体部位５１の色がそれぞれ異なるため、予め記憶された色データに基づき、輪郭部位５２、未硬化砂Ｇ、および本体部位５１のうちいずれの色であるかが識別される。次いで、Ｓ８０３において、色識別の結果、異常がないか否かが判断される。

Ｓ８０３における異常判断では、撮像されたデータにおける砂型５０の外形の色が、検査塗料Ｐにより着色された輪郭部位５２の色で統一されていれば、異常はないもの（Ｓ８０３：ＹＥＳ）と判断される。しかし、検査塗料Ｐの色ではない部位が検出された場合は、未硬化砂Ｇの残存か、もしくは未硬化砂の除去時の削り込みにより本体部位５１が露出したものと考えられるため、異常ありと判断される。

異常ありと判断された場合（Ｓ８０３：ＮＯ）には、Ｓ８０４に進み、異常対応処理が実行される。Ｓ８０４での異常対応処理としては、例えば、未硬化砂Ｇの色が検出されていれば、異常箇所について再度未硬化砂Ｇの除去処理が清掃ロボット６２により実行される。また、本体部位５１の色が検出されていれば、検出された本体部位５１の色の範囲の程度に応じて、形状精度不良として不良品判定が決定される。異常対応処理の後、本検査処理ルーチンは終了となる。すなわち、本実施形態では、未硬化砂Ｇの色が検出された場合には再度未硬化砂Ｇの除去作業を実行し、本体部位５１の色が検出された場合には形状不良品と判断して処理を終了する。なお、Ｓ８０１における砂型５０の撮像処理が、「撮像工程」に相当する。Ｓ８０２における色識別の処理が、「色識別工程」に相当する。

以上の造形方法により造形された砂型５０は、例えば複数個組み合わされて鋳型の中に配置される。鋳造後の砂型５０は解体され、砂型５０を構成していた砂は熱再生されて再利用される。熱再生時、検査塗料Ｐは除去される。

（１）上記第１実施形態の造形装置１０１および造形方法によれば、検査塗料付与工程（Ｓ４００）において、検査塗料プリンタヘッド１９により輪郭部位５２を検査塗料Ｐの色に着色するようにしている。すなわち、造形層４２を構成する本体部位５１と、硬化剤Ｈが付与されていない未硬化砂Ｇと、の間に検査塗料Ｐを含有した輪郭部位５２が形成される。

輪郭部位５２は、未硬化砂Ｇの色および本体部位５１の色とは異なる色である。つまり、砂型５０の外形と未硬化砂Ｇとの境界が、可視光の存在の下、明確に色として識別できる。このため、その後の未硬化砂除去工程（Ｓ７００）において、検査塗料Ｐの色に着色された輪郭部位５２と、検査塗料Ｐの色に着色されていない部位とを色で識別することにより、未硬化砂Ｇの除去残りを抑制できる。また、輪郭部位５２と本体部位５１との色も異なるため、未硬化砂Ｇの除去に際して削り込みが発生することを抑制できる。

（２）上記第１実施形態の造形方法によれば、検査塗料Ｐとして、インクジェット用有機顔料を用いている。インクジェット用有機顔料は砂に滲みにくいため、輪郭部位５２が明確に着色されて、他の部位との区別が容易になる。

（３）さらに、インクジェット用有機顔料は、砂Ｇの融点より低い予め定められた温度で加熱されると熱分解する。このため、砂型５０を熱再生により解体して再利用する際に、検査塗料Ｐを砂Ｇから取り除くことができる。

（４）上記第１実施形態の造形方法では、検査段階で、撮像工程（Ｓ８０１）において撮像されたデータに基づき、色識別工程（Ｓ８０２）において、砂型５０の輪郭部位５２を色により識別するようにしている。すなわち、輪郭部位５２の色ではない箇所は、未硬化粉体の残存か、削り込みであると容易に識別することができる。

（５）また、目視に頼るのではなく、検査用ＰＣ６１による画像判断であるため、砂型５０の検査が自動化され、作業効率および検査精度を向上させることができる。

Ｂ．第２実施形態：
次に、本開示の第２実施形態の三次元積層造形物造形装置１０２について、図１０，図１１を参照して説明する。なお、第１実施形態と実質的に同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。図１０は、第２実施形態における三次元積層造形物造形装置１０２の概略構成を示す斜視図である。図１０に示すように、第２実施形態では、第１実施形態の三次元積層造形物造形装置１０１に対して、硬化剤プリンタヘッド１８と検査塗料プリンタヘッド１９とが一体に形成されている点が異なる。

硬化剤プリンタヘッド１８と検査塗料プリンタヘッド１９とは、ヘッドガイド１７において左右方向に並んで設けられている。硬化剤プリンタヘッド１８と検査塗料プリンタヘッド１９とは、一体的に走査が可能である。

図１１は、第２実施形態における三次元積層造形物の造形方法の処理手順を示すメインフローチャートである。第１実施形態（図２参照）に対して、Ｓ３００に代えてＳ３０１の処理を行う点のみが異なっている。上記第２実施形態の造形装置１０２によれば、図１１に示すように、Ｓ３０１において、硬化剤付与と検査塗料付与とが単一の工程として行われる。

上記第２実施形態の造形装置１０２によれば、第１実施形態の造形装置１０１と同様の効果を奏し、さらに、一体化されたプリンタヘッド１８，１９の一工程による走査で、硬化剤Ｈおよび検査塗料Ｐを同時に付与できるため、造形時間を短縮することができる。

Ｃ．他の実施形態：
（Ｃ１）上記各実施形態では、未硬化砂Ｇと本体部位５１との色は、互いに異なり区別可能であるものとしたが、同じでもよい。未硬化砂Ｇと本体部位５１との色は、少なくとも、輪郭部位５２と視覚的に区別可能であればよい。未硬化砂Ｇと本体部位５１との色が同じである場合、例えば、Ｓ８０４において、まずは再度のクリーニングを実行する処理とし、その後、Ｓ８０３において異常なしと判断されるまで、Ｓ８０１～Ｓ８０４の処理が繰り返されるようにしてもよい。さらに、Ｓ８０４において再度未硬化砂Ｇを除去したにもかかわらず、複数回の処理ルーチンにおいて再度異常が検出された場合には、所定回数のルーチン後のＳ８０３において、削り込みによる本体部位５１の露出であり形状精度不良と判断し、本処理ルーチンを終了するようにしてもよい。

（Ｃ２）上記各実施形態では、粉体として砂Ｇを用いたが、粉体は砂でなくてもよい。造形装置１０１，１０２に適用可能な材料であれば、石膏、樹脂、セラミック等でもよい。

（Ｃ３）上記各実施形態における検査塗料Ｐは、インクジェット用有機顔料としたが、これに限られない。検査塗料Ｐは、輪郭部位５２を、砂Ｇ（粉体）の色および本体部位５１の色とは異なる色となるように着色するものの他、輪郭部位５２を、砂Ｇ（粉体）および本体部位５１と視覚的に区別可能とする発光塗料でもよい。発光塗料を用いた場合、可視光の下では輪郭部位５２と他の部位とはほぼ同じ色として認識される。しかし、紫外線照射装置により紫外線を照射することで、輪郭部位５２のみ発光させることができるので、輪郭部位５２を未硬化砂Ｇおよび本体部位５１と区別でき、検査を実施できる。

（Ｃ４）上記各実施形態では、Ｓ７００における未硬化砂Ｇの除去を手作業によるものとしたが、Ｓ８００における検査工程における除去処理と同様に、清掃ロボット６２によるものとしてもよい。

（Ｃ５）上記第１実施形態では、硬化剤付与工程（Ｓ３００）後に検査塗料付与工程（Ｓ４００）が実行されるものとしたが、輪郭部位５２への着色が可能であれば工程の順序は逆でもよい。

（Ｃ６）上記各実施形態では、造形物として砂型５０を造形するものとしたが、造形物は砂型５０に限られない。

（Ｃ７）上記各実施形態では、検査塗料Ｐは硬化剤機能を有さないものとしたが、硬化剤機能を有するものとしてもよい。この場合、硬化剤付与データＡは、本体部位５１のみに対応させ、硬化剤付与工程（Ｓ３００）では、本体部位５１にのみ硬化剤Ｈを付与する形態として実施できる。

本開示は、上記各実施形態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各実施形態中の技術的特徴は、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。

１１…外枠部、１２…タンク、１３…混合部、１４…砂層形成部、１５…容器、１６…造形ステージ、１７…ヘッドガイド、１８…硬化剤プリンタヘッド、１９…検査塗料プリンタヘッド、２１…造形用ＰＣ、２３…右前脚部、２４…右後脚部、２５…左前脚部、２６…左後脚部、２７…右サイドレール、２８…左サイドレール、３１…底部、３２…壁部、３５…砂供給部、３６…リコータ部、３７…昇降機構、４１…砂層、４２…造形層、５０…砂型、５１…本体部位、５２…輪郭部位、５３…凹部、６０…検査装置、６１…検査用ＰＣ、６２…清掃ロボット、６３…カメラ、６４…モニタ、６５…ブラシ、１０１，１０２…三次元積層造形物造形装置、Ａ…硬化剤付与データ、Ｂ…検査塗料付与データ、Ｈ…硬化剤、Ｍ…立体データ、Ｐ…検査塗料、Ｓ…砂、未硬化砂

Claims (10)

1. 粉体の層である粉体層が硬化剤により硬化した造形層を積層方向に重ねて形成していくことにより三次元積層造形物を造形する三次元積層造形物造形装置であって、
   前記粉体が配置される造形ステージと、
   前記粉体を前記造形ステージに供給し前記粉体層を形成する粉体層形成部と、
   前記造形ステージ上に形成された前記粉体層のうち前記造形層を構成する部位であって、前記三次元積層造形物の本体を構成する本体部位と、前記本体部位の外周に設けられ前記三次元積層造形物の外形を構成する輪郭部位と、のうち少なくとも前記本体部位に、前記硬化剤を付与する硬化剤付与部と、
   前記輪郭部位を前記粉体および前記本体部位と視覚的に区別可能とする検査塗料を、前記輪郭部位に付与する検査塗料付与部と、
   を備え、前記粉体層の形成と、前記硬化剤の付与と、前記検査塗料の付与と、を前記造形層の形成の度に繰り返し実行する三次元積層造形物造形装置。
2. 前記硬化剤付与部は、前記本体部位と前記輪郭部位との両方に前記硬化剤を付与し、
   前記検査塗料付与部は、前記検査塗料として硬化剤機能を有さない塗料を、前記輪郭部位に付与する請求項１に記載の三次元積層造形物造形装置。
3. 前記硬化剤付与部は、前記本体部位にのみ前記硬化剤を付与し、
   前記検査塗料付与部は、前記検査塗料として硬化剤機能を有する塗料を、前記輪郭部位に付与する請求項１に記載の三次元積層造形物造形装置。
4. 前記硬化剤付与部および前記検査塗料付与部は、一体に形成されている請求項１～請求項３のうちいずれか一項に記載の三次元積層造形物造形装置。
5. 粉体の層である粉体層が硬化剤により硬化した造形層を積層方向に重ねて形成していくことにより三次元積層造形物を造形する三次元積層造形物の造形方法であって、
   粉体層形成部により、前記粉体を造形ステージに供給し前記粉体層を形成する粉体層形成工程と、
   前記造形ステージ上に形成された前記粉体層のうち前記造形層を構成する部位であって、前記三次元積層造形物の本体を構成する本体部位と、前記本体部位の外周に設けられ前記三次元積層造形物の外形を構成する輪郭部位と、のうち少なくとも前記本体部位に、硬化剤付与部により、前記硬化剤を付与する硬化剤付与工程と、
   前記輪郭部位を前記粉体および前記本体部位と視覚的に区別可能とする検査塗料を、検査塗料付与部により、前記輪郭部位に付与する検査塗料付与工程と、
   を備える三次元積層造形物の造形方法。
6. 前記検査塗料付与工程の後、造形された前記三次元積層造形物の表面に残存する未硬化粉体を除去する未硬化粉体除去工程、
   をさらに備える請求項５に記載の三次元積層造形物の造形方法。
7. 積層された前記三次元積層造形物を撮像する撮像工程と、
   撮像した画像に基づき、前記三次元積層造形物における前記輪郭部位とその他の部位とを色により識別する色識別工程と、
   をさらに備える請求項５または請求項６に記載の三次元積層造形物の造形方法。
8. 前記検査塗料は、前記輪郭部位を、前記粉体の色および前記本体部位の色とは異なる色となるように着色する塗料である、請求項５～請求項７のうちいずれか一項に記載の三次元積層造形物の造形方法。
9. 前記検査塗料は、インクジェット用有機顔料である請求項５～請求項８のうちいずれか一項に記載の三次元積層造形物の造形方法。
10. 前記粉体は砂であり、
    前記検査塗料は、前記砂の融点より低い予め定められた温度で加熱されると熱分解する塗料である請求項５～請求項９のうちいずれか一項に記載の三次元積層造形物の造形方法。

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