JP2022122452A - 造形物製造装置及び造形物製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステージの内周側の領域と外周側の領域とでドット密度に差が生じることを低減し、均質な造形物を製造できる造形物製造装置を提供する。【解決手段】面方向に回転するステージ３０と、前記ステージの上方に配置され、複数のノズルを有する吐出ヘッド１２から前記ステージに対して硬化型組成物を吐出する吐出手段と、前記ステージの鉛直上方に配置され、前記ステージに対して活性エネルギー線を照射する照射手段１４と、を備え、前記吐出手段と前記ステージとの距離及び前記照射手段と前記ステージとの距離は可変であり、前記吐出ヘッドは、前記ステージの回転中心から外周に向かう方向と直交する方向に短手を有し、前記吐出ヘッドの短手方向に沿ったノズル数は、前記ステージの回転中心から外周に向かって増えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、造形物製造装置及び造形物製造方法に関する。

造形物の製造については、一般積層造形方法、マテリアルジェット方式など様々な技術が提案されている。

一般積層造形方法としては、未硬化材料液に硬化エネルギーとしてレーザスキャンを用い断面像を形成する光造形方式、材料粉体にインクジェットバインダーを選択的に吐出することによって断面像を形成する粉体造形方式などが知られている。これらの方式においては、造形材料は１種類であるため、カラーの立体物を形成するには、独立した後工程として立体表面のカラー化工程が必要となる。

マテリアルジェット方式は、材料を吐出するヘッド（吐出ヘッド、記録ヘッド、インクジェットヘッドなどとも称する）を用いて造形物を形成する方式である。例えば、複数のヘッドから複数色の積層材料を吐出することによって、カラー立体を形成することが可能となる。マテリアルジェット方式では、上述の後工程が不要である等の理由から利用が増えている。

マテリアルジェット方式としては、ヘッドを往復走査する方式、ステージを回転する方式などが提案されている。
ヘッドを往復走査する方式は、一般に用いられる方式であり、ヘッドを往復運動で掃引、走査させることによって画像印字プロセスで断面像を形成し、これを積層させる方式である（後述の図６参照）。この方式では、ヘッドが往復走査をすることから、ヘッドは加速、定速、減速、停止を繰り返し、主に定速時のみ材料が吐出される。そのため、造形に寄与しない無駄な動きが多く、造形時間が長くなる欠点がある。そこで、ステージを回転する方式が注目されている。

ステージを回転する方式では、回転する造形ステージ上にヘッドから材料を吐出し、積層させる方式である（後述の図７参照）。ヘッドをｘ－ｙ方向で固定することができ、相対する回転ステージは定速回転させるため、連続吐出による造形が可能であり、造形時間を短縮でき、また駆動エネルギーを低減できる利点がある。駆動部の可動域が小さいため、装置の小型化にも適している。

ステージを回転する方式としては、例えば特許文献１～３が知られている。
特許文献１では、周回する回転テーブルに対して材料を吐出する吐出ヘッドを有する造形装置が開示されており、材料が吐出される被吐出領域を予め設定された周回経路に沿って周回させることが開示されている。特許文献２、３では、回転トレイに材料を吐出するヘッドを有するシステムが開示されており、回転トレイの半径方向に沿ってヘッドが往復移動することが開示されている。

ステージを回転する方式では、ステージの移動速度（周速）がステージの半径方向で異なり、内周側の領域と外周側の領域とで周速が相対的に異なる。そのため、内周側の領域と外周側の領域とで、同じ条件で材料の吐出を行うと、外周側の領域でドット密度が疎になり、インク量が不足してしまう問題が生じる。また、内周側の領域と外周側の領域とでドット密度に差が生じると、均質な立体造形が困難となる場合がある。これに対して、ノズルの駆動周波数や吐出量を外周側の領域で高くする、多くする等の方法も考えられるが、ステージの回転速度が速くなると、ヘッドの駆動周波数や吐出量が外周側の領域で補いきれなくなる。また、特許文献２、３のように、回転トレイの半径方向に沿ってヘッドが往復移動する方式では、ヘッドの移動を制御する必要が生じ、システムが複雑になる。

そこで本発明は、ステージの内周側の領域と外周側の領域とでドット密度に差が生じることを低減し、均質な造形物を製造できる造形物製造装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の造形物製造装置は、面方向に回転するステージと、前記ステージの上方に配置され、複数のノズルを有する吐出ヘッドから前記ステージに対して硬化型組成物を吐出する吐出手段と、前記ステージの鉛直上方に配置され、前記ステージに対して活性エネルギー線を照射する照射手段と、を備え、前記吐出手段と前記ステージとの距離及び前記照射手段と前記ステージとの距離は可変であり、前記吐出ヘッドは、前記ステージの回転中心から外周に向かう方向と直交する方向に短手を有し、前記吐出ヘッドにおける前記短手方向に沿ったノズル数は、前記ステージの回転中心から外周に向かって増えることを特徴とする。

本発明によれば、ステージの内周側の領域と外周側の領域とでドット密度に差が生じることを低減し、均質な造形物を製造できる造形物製造装置を提供することができる。

本発明に係る造形物製造装置の一例を示す斜視概略図である。 吐出工程の一例を説明するための図である。 照射工程の一例を説明するための図である。 距離変更工程の一例を説明するための図である。 ヘッドの一例を示す概略図である。 吐出手段及び照射手段の他の例を示す概略図である。 吐出手段及び照射手段の他の例を示す概略図である。 ヘッドを往復走査する方式の一例を示す斜視概略図（Ａ）及びそのキャリッジ速度等を説明するための図（Ｂ）である。 ステージを回転する方式の一例を示す斜視概略図（Ａ）、その上面概略図（Ｂ）及びそのステージ周速度等を説明するための図（Ｃ）である。

以下、本発明に係る造形物製造装置及び造形物製造方法について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

本発明の造形物製造装置は、面方向に回転するステージと、前記ステージの上方に配置され、複数のノズルを有する吐出ヘッドから前記ステージに対して硬化型組成物を吐出する吐出手段と、前記ステージの鉛直上方に配置され、前記ステージに対して活性エネルギー線を照射する照射手段と、を備え、前記吐出手段と前記ステージとの距離及び前記照射手段と前記ステージとの距離は可変であり、前記吐出ヘッドは、前記ステージの回転中心から外周に向かう方向と直交する方向に短手を有し、前記吐出ヘッドにおける前記短手方向に沿ったノズル数は、前記ステージの回転中心から外周に向かって増えることを特徴とする。

本発明によれば、ステージの内周側の領域と外周側の領域とでドット密度に差が生じることを低減し、均質な造形物を製造できる。また、外周側の領域で硬化型組成物（以下、インクとも称する）の量が不足することを抑制できる。

以下、本発明に係る造形物製造装置及び造形物製造方法の一実施形態について説明する。本実施形態の造形物製造装置及び造形物製造方法を説明する前に、従来のヘッドを往復走査する方式と、ステージを回転させる方式の概要について図６、図７を用いて説明する。

図６（Ａ）は、従来のヘッドを往復走査する方式を説明するための斜視概略図であり、複数のヘッド１２０、光源１４０、昇降ステージ１５０、キャリッジ１６０が図示されている。図中、横方向の矢印はキャリッジ１６０の往復走査方向を示し、下向きの矢印は昇降ステージ１５０の移動方向を示している。この方式では、キャリッジ１５０が往復走査するとともに、ヘッド１２０からインクが吐出され、光源１４０により活性エネルギー線が照射される。吐出と照射を繰り返すとともに、昇降ステージ１５０を下方に移動させて積層物を製造する。

図６（Ｂ）は、図５（Ａ）における複数のヘッド１２０を上から見た図である。ノズル列のつなぎ部で隙間が発生しないように、同色のインクを吐出するヘッドをずらして配置し、千鳥配列にすることが一般的である。

図６（Ｃ）は、図６（Ａ）におけるヘッドキャリッジ速度、ステージ下降速度、タイムロスの一例を示す図である。ヘッドキャリッジ速度については、キャリッジ１６０が往復走査を行うことで、加速、定速、減速、停止を繰り返すため、図示されるような例になる。このような方式では、ヘッドキャリッジ速度が定速になったとき（例えば、図中７００ｍｍ／ｓ又は－７００ｍｍ／ｓ）にインクが吐出されるため、それ以外の箇所ではタイムロスが生じてしまう。また、昇降ステージ１５０は、キャリッジ１６０の動きに合わせて下降することになるため、連続的に下降させることはできない。このようなことから、従来のヘッドを往復走査する方式では、造形速度を高めることが求められていることに加え、装置サイズや消費エネルギーのロスを小さくすることも求められている。

図７（Ａ）は、ステージを回転させる方式の一例を説明するための斜視概略図であり、ステージ３０、ヘッド１２１が図示されている。ヘッド１２１からインク４０ａ、４０ｂがステージ３０に対して吐出される。ステージ３０に吐出されたインクは、照射装置１４１により活性エネルギー線が照射される。ヘッド１２１及び照射装置１４１はキャリッジ１６１に保持されており、吐出と照射を繰り返すとともに、キャリッジ１６１を上方に移動させて積層物を製造する。

図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のステージ３０を上から見た場合の図であり、内周側に吐出されたインク４０ａの周回位置ａと、外周側に吐出されたインク４０ｂの周回位置ｂを模式的に示している。なお、図中の白矢印はステージ３０の回転方向であり、ｃはステージ３０の回転中心を示している。

図７（Ｃ）は、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）におけるステージ周速度（線速とも称する）、キャリッジ上昇速度の一例を示す図である。ステージの周速度は一定であり、これによりキャリッジを一定の速度で上昇させることができる。インクの吐出はどのタイミングでも行うことができ、タイムロスが生じることを防止できるため、ヘッドを往復走査する方式に比べて造形速度を高くすることができる。また、キャリッジを往復走査する必要がなく、装置を小型化することができる。

一方で、ステージを回転する方式では、ステージ３０の内周側の領域と外周側の領域とで周速度が異なるため、均質な造形が難しい。図示するように、ステージ３０の内周側の領域に吐出されたインク４０ａは周速度が小さいのに対し、外周側の領域に吐出されたインク４０ｂは周速度が大きくなっている。このため、内周側の領域と外周側の領域とで、同じ条件で材料の吐出を行うと、外周側の領域でドット密度が疎になり、均質な造形が難しいという問題がある。

次に、本実施形態の造形物製造装置について図１～図３を用いて説明する。
図１は、本実施形態の造形物製造装置について概要を説明するための斜視概略図である。本実施形態の造形物製造装置は、ステージ３０と、吐出ヘッド１２と、照射装置１４とを備えており、必要に応じてその他の手段等を備える。吐出手段は符号の表示を省略しているが、吐出ヘッド１２を有している。また、照射手段は符号の表示を省略しているが、照射装置１４を有している。

なお、本実施形態の造形物製造装置は、積層物製造装置、立体構造物形成装置、画像形成装置、立体プリンタなどと称されてもよい。また、製造される造形物は、特に制限されるものではない。造形物を立体造形物、立体構造物、構造物、積層物、硬化物などと称してもよい。

ステージ３０は面方向に回転する。ステージ３０の回転方向が図中の矢印として模式的に示されている。ステージ３０を上から見た場合の形状としては、円形であってもよいし、その他の形状であってもよい。

ステージ３０は、例えば回転駆動手段３２により回転する。回転駆動手段３２はステージ３０を面方向に回転させるものであるが、ステージ３０を鉛直上方向や下方向に移動させるようにしてもよい。また、ステージ３０の回転速度（周速度などと称してもよい）は、適宜選択することができる。制限されるものではないが、等速で回転させることが好ましい。

吐出ヘッド１２は、ステージ３０の上方に配置されている。吐出ヘッド１２は複数のノズルを有し、ノズルからステージ３０に対して硬化型組成物（インク４０）を吐出する。後述するにように、吐出ヘッド１２は複数備えられていてもよい。

硬化型組成物としては、適宜選択することができる。以下、硬化型組成物をインクと称することがある。本実施形態に用いられる硬化型組成物（インク）は、照射手段から照射される活性エネルギー線によって硬化するものであり、吐出手段により吐出滴の制御が可能であればよい。

本実施形態に用いられるインクは、例えば、色材、樹脂、重合性化合物、重合開始剤、溶剤、界面活性剤等を含んでいてもよい。カラーの造形物を製造する場合、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック、ホワイト等の着色インクを吐出ヘッドから吐出する。色材を含むインクを造形用硬化型組成物などと称してもよい。

インクとしては、硬化時の体積変化が少ないものが好ましく、この場合、造形物の品質を向上させることができる。

後述するように、複数の吐出ヘッド１２を用いて、複数種のインクを吐出するようにしてもよい。また、支持部材（サポート材と称してもよい）を形成するための支持用硬化型組成物を用いてもよい。サポート材を形成することにより、形成できる立体形状の自由度が広がる。サポート材は造形後に除去可能であり、水に溶解して除去できるもの、溶剤へ溶解するもの、温度変化やエネルギー印加によって除去可能となるものなど、目的に応じて利用可能である。

照射装置１４は、ステージ３０の上方に配置されている。照射装置１４は、ステージ３０に対して活性エネルギー線１６を照射する。ステージ３０に吐出されたインク４０に対して活性エネルギー線１６を照射すると称してもよい。後述するにように、照射装置１４は複数備えられていてもよい。

照射装置１４としては、インクの硬化に必要な活性エネルギー線を照射できるものであればよく、特に制限されない。活性エネルギー線としては、紫外線の他、電子線、α線、β線、γ線、Ｘ線等の、組成物中の重合性成分の重合反応を進める上で必要なエネルギーを付与できるものであればよい。市販の硬化型組成物には、小型の紫外線ＬＥＤ光源を好適に利用できるものが多数ある。

紫外線照射の場合、環境保護の観点から水銀フリー化が強く望まれており、ＧａＮ系半導体紫外発光デバイスへの置き換えは産業的、環境的にも非常に有用である。さらに、紫外線発光ダイオード（ＵＶ－ＬＥＤ）及び紫外線レーザダイオード（ＵＶ－ＬＤ）は小型、高寿命、高効率、低コストであり、紫外線光源として好ましい。

ＬＥＤ型の光源を用いる場合には、例えば制御部６０によってＯＮ、ＯＦＦ制御を断面像の位置と同期させやすい。また、照射エリア内に積層中の立体構造物が存在しないタイミングでＬＥＤ光源を切ることができるので、過剰なエネルギー照射を防ぎ、省エネルギーと加熱を低減することができる。

制限されるものではないが、本実施形態では、吐出ヘッド１２及び照射装置１４はキャリッジ部材２０に保持されている。キャリッジ部材２０は、鉛直方向に上下可能である。図では、キャリッジ部材２０が鉛直上方向に移動する場合の例を白矢印で示している。なお、キャリッジ部材２０は、作像キャリッジなどと称してもよく、単にキャリッジと称してもよい。

制限されるものではないが、本実施形態では、吐出ヘッド１２及び照射装置１４はキャリッジ部材２０に保持され、ステージ３０の面方向において移動しないようにしている。換言すると、ステージ３０の面方向をｘ－ｙ方向としたとき、吐出ヘッド１２及び照射装置１４をｘ－ｙ方向で固定しているとも称される。これにより、吐出ヘッド１２の各ノズルは所定の位置に対してインクを吐出しやすくなり、照射装置１４は所定の位置に対して活性エネルギー線を照射しやすくなる。この場合、吐出ヘッド１２及び照射装置１４はキャリッジ部材２０に移動に合わせて、鉛直方向に上下する。

本実施形態において、吐出ヘッド１２とステージ３０との距離及び照射装置１４とステージ３０との距離（以下、単に距離と称することがある）は可変である。吐出と照射を繰り返してインクを積層させ、例えばキャリッジ部材２０を鉛直上方向に移動させながら造形物を製造する。

なお、吐出ヘッド１２とステージ３０との距離とあるのは、吐出手段とステージとの距離と称してもよい。吐出ヘッド１２と造形物が接触しない構成であれば、表現を適宜変更してもよい。また、照射装置１４とステージ３０との距離とあるのは、照射手段とステージとの距離と称してもよい。照射装置１４と造形物が接触しない構成であれば、表現を適宜変更してもよい。

吐出ヘッド１２とステージ３０との距離及び照射装置１４とステージ３０との距離を変更する態様としては、適宜選択することができる。例えば、吐出ヘッド１２とステージ３０との距離及び照射装置１４とステージ３０との距離は、硬化型組成物の積層数が増えるにつれて大きくなる。このようにすることで、吐出ヘッド１２及び照射装置１４が造形物と接触することを防止できる。

吐出ヘッド１２とステージ３０との距離及び照射装置１４とステージ３０との距離を変更するには、上記の構成に限られない。例えば、ステージ３０を下降させてもよい。また、吐出ヘッド１２と照射装置１４とをそれぞれ独立に移動させるようにしてもよい。

本実施形態の造形物製造装置は、制御部６０を有していてもよい。制御部６０は、例えば回転駆動手段３２を制御し、ステージ３０の周速度を制御する。その他にも、例えばキャリッジ部材２０の上昇速度を制御する。

本実施形態の造形物製造装置は、データ処理部６２を有していてもよい。制限されるものではないが、データ処理部６２は、３次元形状と表面の画像情報を含む立体構造物の情報を、インクによって形成されることになる積層断面に情報に変換する。また、データ処理部６２は、例えば、ステージ３０の回転角θと回転中心からの距離ｒにより、水平平面内の座標位置と、そこに吐出及び堆積されるインク種とインク量を規定する。これらに基づいて例えば制御部６０は各手段の制御を行う。

本実施形態の造形物製造装置は、インクタンク２２を有していてもよい。インクタンク２２はインクを貯留しており、吐出手段にインクを供給する。インクタンク２２が貯留するインクの量は、適宜選択することができ、造形に必要な量を有していればよい。

次に、本実施形態の造形物製造装置について、本実施形態における造形物製造方法の一例も合わせて説明する。
本実施形態の造形物製造方法は、本実施形態の造形物製造装置により行われる造形物製造方法であって、前記吐出手段により前記硬化型組成物を吐出する吐出工程と、前記照射手段により前記活性エネルギー線を照射する照射工程と、前記吐出手段と前記ステージとの距離及び前記照射手段と前記ステージとの距離を変更する距離変更工程と、を含む。

本実施形態の造形物製造方法について図２を用いて説明する。図２Ａは吐出工程の一例を示す図であり、図２Ｂは照射工程の一例を示す図であり、図２Ｃは距離変更工程の一例を示す図である。以下に示す例では、吐出工程、照射工程、距離変更工程の順に説明するが、各工程を行う順番はこれに限られるものではない。また、これらの工程を同時に行ってもよい。

図２Ａに示すように、吐出工程では、吐出ヘッド１２によりインク４０をステージ３０に対して吐出する。ステージ３０に吐出されたインク４０を符号５０ａで示している。吐出工程をデポジット工程などと称してもよい。

データ処理部６２は立体構造物の情報を積層断面に情報に変換し、ステージの回転角θと回転中心からの距離ｒによって、水平平面内の座標位置と、そこに吐出及び堆積されるインク種とインク量を規定する。これを吐出ヘッド１２の駆動情報に変換する。この駆動情報に基づき、制御部６０は吐出ヘッド１２を制御し、インク吐出の有無とインク適量を制御する。これにより、吐出ヘッド１２は、回転するステージ上の吐出位置座標に対応するタイミングで、対応する吐出ノズルからインクを吐出する。

制御部６０は、例えばステージ３０の回転駆動と、吐出ヘッド１２のインク吐出駆動と、キャリッジ部材２０の上昇駆動と、を同期制御する。このような制御により、積層断面情報に対応してより的確にインクを吐出及び堆積させることができる。なお、堆積と記載しているが、別の表現を用いてもよく、着弾、配置、硬化、積層などと表現してもよい。

図２Ｂに示すように、照射工程では、照射装置１４により活性エネルギー線１６を照射する。照射工程を行うことにより、インク４０が硬化するのに必要なエネルギーを吸収して硬化し、硬化した断面層を形成することができる。照射工程を硬化工程などと称してもよい。

活性エネルギー線を照射するタイミングとしては、適宜変更できるものであり、例えば、吐出ヘッド１２により吐出されたインク４０は、ステージ３０が一回転する前に、照射装置１４の下を通過し、その際に活性エネルギー線が照射される。

図２Ｃに示すように、距離変更工程では、吐出ヘッド１２とステージ３０との距離及び照射装置１４とステージ３０との距離を変更する。距離の変更は、例えばキャリッジ部材２０を移動させることで行うことができ、キャリッジ部材２０を上昇させることにより距離を広げることができる。例えば、造形物の積層数に応じて距離を広げていく。

一例としては、ステージ３０が１回転する間に、断面層１層の厚み分、キャリッジ部材２０を上昇させる。例えば、ステージ３０が１回転してホームポジションにくるタイミングで１層の厚み分上昇させる。あるいは、ステージ３０が１回転する時間で１層の厚み分、キャリッジ部材２０を等速で上昇させてもよい。距離の変更は、連続的に行ってもよいし、不連続的に行ってもよい。

制限されるものではないが、吐出ヘッド１２とステージ３０との距離が一定になるように変更することが好ましい。この場合、より均質に造形物を製造しやすくなる。また、同様に制限されるものではないが、照射装置１４とステージ３０との距離が一定になるように変更することが好ましい。

距離を変更する場合、距離の変更は、制御部６０によって吐出ヘッド１２の吐出及びステージ３０の回転と同期、連携乃至制御されることが好ましい。また、実際に積層物（造形物）の厚みを計測しながら、吐出ヘッド１２とステージ３０との距離を広げることが好ましい。

距離を変更する方法としては、キャリッジ部材２０を移動させる方法の他、ステージ３０を下降させる方法等が挙げられる。これらは目的に応じて選択する。

次に、本実施形態に用いられる吐出ヘッド１２について図３を用いてより詳細に説明する。図３は、本実施形態に用いられる吐出ヘッド１２の他の図であり、図１等における吐出ヘッド１２をステージ３０側から見た場合の概略図である。

図中、片矢印は、ステージ３０の回転中心からステージ３０の外周に向かう方向を示しており、両矢印は、吐出ヘッド１２の長手方向と短手方向を示している。図示するように、吐出ヘッド１２は、ステージ３０の回転中心から外周に向かう方向と直交する方向に短手を有している。換言すると、吐出ヘッド１２は、ステージ３０の回転中心から外周に向かう方向の長手方向と、長手方向と垂直な方向であってステージ３０の面方向に沿った短手方向と、を有している。

図示するように、本実施形態における吐出ヘッド１２は、硬化型組成物が吐出されるノズル１３を複数有しており、制限されるものではないが、ステージ３０の回転中心からステージ３０の外周に向かう方向にノズル１３が配列している。ノズル１３が配列した面をノズル面などと称してもよい。

本実施形態における吐出ヘッド１２では、ステージ３０の外周側における短手方向に沿ったノズル数は、ステージ３０の内周側における短手方向に沿ったノズル数よりも多くなっている。図３の破線Ａ、Ｂ、Ｃを例に挙げて説明する。破線Ａは、ステージ３０の内周側における短手方向に沿った線分の一例を示しており、破線Ｂは、破線Ａと比較し、ステージ３０の外周側における短手方向に沿った線分の一例を示している。図示するように、破線Ｂに沿ったノズル数は、破線Ａに沿ったノズル数よりも多くなっている。

また、破線Ｃは、破線Ａ及び破線Ｂと比較し、ステージ３０の外周側における短手方向に沿った線分の一例を示している。破線Ｂと破線Ｃとを比較すると、破線Ｃに沿ったノズル数は、破線Ａ及び破線Ｂに沿ったノズル数よりも多くなっている。

上述のように、本実施形態において、吐出ヘッド１２における短手方向に沿ったノズル数は、ステージ３０の回転中心から外周に向かって増えている。これにより、周速度が速い外周側の領域でドット密度が疎になることを防ぐことができ、均質な造形物を製造することができる。

なお、「ノズル数が増えている」については、本発明の効果が得られる範囲で適宜変更することが可能であり、例えば、図示する例のように、３箇所の破線の領域を有することを必要とするものではない。少なくとも２箇所の破線の領域を有していればよく、例えば、破線Ａと破線Ｂの領域のみがある場合であってもよい。ステージ３０の外周側における短手方向に沿ったノズル数が、ステージ３０の内周側における短手方向に沿ったノズル数よりも多くなっている箇所が少なくとも一つあればよい。より均質な造形物を製造するという観点からは、短手方向に沿ったノズル数が異なる箇所は多い方が好ましい。

本実施形態の造形物製造装置によれば、ステージの内周側の領域と外周側の領域とでドット密度に差が生じることを低減し、均質な造形物を製造できる。また、ステージを回転させる方式を採用しているため、可動部の加速度変化を抑制し、従来のヘッドキャリッジが往復走査する方式における加速及び減速による時間損失やエネルギー損失が生じる問題を解消できるという利点も得られる。これにより、迅速に構造物を製造することができ、生産性を向上させることができる。また、ステージを等速回転させることで、吐出精度を向上させることができる。また、より高速の造形においても、ステージの内周側の領域と外周側の領域とでドット密度に差が生じることを低減でき、ドット密度が疎になることを防ぐことができる。また、キャリッジを往復走査する方式のように造形エリア外にキャリッジが移動することがないので、装置を小型化することができる。

図示する例では、吐出ヘッド１２における短手方向に沿ったノズル数は、破線Ａ、破線Ｂ、破線Ｃの順に段階的に増えている。すなわち、吐出ヘッド１２における短手方向に沿ったノズル数は、ステージ３０の回転中心から外周に向かって段階的にノズル数が増えている。この場合、上記のノズル数が増える構成にしやすくなる。本実施形態はこれに限られるものではなく、連続的にノズル数が増える構成にしてもよい。

次に、本発明に係る造形物製造装置の他の実施形態について説明する。
本実施形態の造形物製造装置について図４を用いて説明する。本実施形態の造形物製造装置は、複数の吐出ヘッドを有している。また、本実施形態の造形物製造装置は、複数の照射手段を有している。

以下の示す例では、複数の吐出ヘッドを有し、かつ、複数の照射手段を有する例としているが、本実施形態はこれに限られるものではない。吐出ヘッドのみを複数としてもよいし、照射手段のみを複数としてもよい。

図４は、本実施形態の造形物製造装置を上から見た場合の要部概略図であり、主に吐出ヘッドと照射手段を説明するための概略図である。ここで示す例では、吐出ヘッドとして、イエローの吐出ヘッド１２Ｙ、マゼンタの吐出ヘッド１２Ｍ、サポート材用の吐出ヘッド１２Ｓ、シアンの吐出ヘッド１２Ｃ、ブラックの吐出ヘッド１２Ｋ、ホワイトの吐出ヘッド１２Ｗが用いられている。本実施形態ではこれに制限されるものではなく、適宜変更することが可能である。

各吐出ヘッドは、上述の図３で説明したように、吐出ヘッド１２における短手方向に沿ったノズル数は、ステージ３０の回転中心から外周に向かって増えている。これにより、本実施形態においても、周速度が速い外周側の領域でドット密度が疎になることを防ぐことができ、均質な造形物を製造することができる。

本例では、同種のインクを２つの吐出ヘッドにより吐出するようにしている。例えば、イエローを例に挙げて説明すると、吐出ヘッド１２Ｙ１と吐出ヘッド１２Ｙ２を用いている。吐出ヘッド１２Ｙ１はステージ３０の内周側に配置され、吐出ヘッドＹ２はステージ３０の外周側に配置されている。ステージ３０の内周側に配置された吐出ヘッドの符号に「１」を付しており、ステージ３０の外周側に配置された吐出ヘッドの符号に「２」を付している。

このように、同種のインクを吐出する吐出ヘッド１２Ｙ１と吐出ヘッド１２Ｙ２を用いる場合、ステージの回転中心から外周に向かう方向において異なる位置に配置されることが好ましい。これにより、ドット密度の差をより抑制でき、より均質な立体造形物を形成することができる。

すなわち、吐出手段は、複数種の硬化型組成物を複数の吐出ヘッドにより吐出し、同種の硬化型組成物につき２以上の吐出ヘッドから吐出されることが好ましく、この場合、同種の硬化型組成物を吐出する２以上の吐出ヘッドは、ステージの回転中心から外周に向かう方向において異なる位置に配置されることが好ましい。ステージの回転中心からの距離が異なるともいえる。

その他の吐出ヘッドについても同様に、ステージ３０の内周側に配置された吐出ヘッドの符号に「１」を付しており、ステージ３０の外周側に配置された吐出ヘッドの符号に「２」を付している。

本実施形態において、照射手段は、複数の照射装置を有し、ステージの回転中心を通る線分上に対向する２つの照射装置の組を少なくとも１つ有することが好ましい。すなわち、本例のように、ステージの回転中心を通る線分上に対向する照射装置１４ａと照射装置１４ｂの組を有することが好ましい。この場合、ステージ半周の周期で吐出されたインクを硬化させることができる。照射装置が１個の場合と比較して、インクの吐出から硬化するまでの時間を半減することができるので、色が異なるインクの混色やにじみを抑えるのに有効な手段となる。

なお、照射装置１４は２つよりも多くしてもよい。２つよりも多い場合、制限されるものではないが、例えば３６０°を照射装置１４の数で割った角度の位置に配置するようにしてもよい。

本例において、吐出手段は、造形用硬化型組成物を吐出する吐出ヘッドと、支持用硬化型組成物を吐出する吐出ヘッドと、を有している。これにより、サポート材を有する造形物を製造することができ、より複雑な形状の造形物を製造することができる。

本例において、造形用硬化型組成物を吐出する吐出ヘッドとしては、吐出ヘッド１２Ｙ１等を用いており、支持用硬化型組成物を吐出する吐出ヘッドとしては、吐出ヘッド１２Ｓ１及び吐出ヘッド１２Ｓ２を用いている。

造形用硬化型組成物としては、適宜選択することができ、例えば、イエロー、マゼンタ、シアン等の硬化型組成物を用いることができる。
支持用硬化型組成物としては、適宜選択することができ、造形物を製造した後に、除去可能なサポート材を製造できるものであればよい。

上述のように、吐出ヘッド１２を複数用いる場合、吐出ヘッド１２の構成は適宜変更することができる。支持用硬化型組成物を吐出する吐出ヘッド１２Ｓを用いてもよいし、用いなくてもよい。また、カラーについても、適宜変更することができ、例えばブラックを用いずにその他の色でブラックを表現してもよい。また、カラーではなく、単色のインクを用いるようにしてもよい。また、１つのインクに対して複数の吐出ヘッド１２で吐出するようにしてもよい。

次に、本発明に係る造形物製造装置の他の実施形態について説明する。
本実施形態の造形物製造装置について図５を用いて説明する。本実施形態の造形物製造装置は、複数の吐出ヘッドを有している。また、本実施形態の造形物製造装置は、複数の照射手段を有している。

本実施形態では、上記の例と同様に、同種の硬化型組成物（例えばインク）を複数の吐出ヘッドにより吐出するようにしている。例えばマゼンタを例に挙げて説明すると、ステージ３０の内周側に配置された吐出ヘッドを吐出ヘッド１２Ｍ１としており、ステージ３０の外周側に配置された吐出ヘッドを吐出ヘッド１２Ｍ２としている。更に本例では、ステージ３０の外周側に配置された吐出ヘッド１２Ｍａを用いている。

図５（Ａ）は、本実施形態の造形物製造装置を上から見た場合の要部概略図である。図（Ｂ）は、本実施形態の吐出ヘッドをステージ３０側から見た場合の概略図であり、ここではマゼンタの硬化型組成物を吐出する吐出ヘッドを図示している。

本実施形態において、吐出ヘッド１２Ｍ１、１２Ｍ２の長手方向におけるノズル１３の配列の長さＬ１又はＬ２は、ステージ３０の半径ｒよりも小さくなっている。このような場合、同種のインクを吐出する吐出ヘッドを複数用いることで、造形エリアを広げることができ、造形エリアをステージ３０の半径ｒに近い範囲にすることができる。

このように、同種のインクを吐出する吐出ヘッドを複数用いる場合、ノズルの配列が同じ吐出ヘッドを用いることが好ましい。ノズルの配列が同じ吐出ヘッドを用いる場合、吐出ヘッドを用意する手間を省くことができる。吐出ヘッド１２Ｍ１と吐出ヘッド１２Ｍ２とをそれぞれ異なるノズル配列の吐出ヘッドとしてもよいが、そのような吐出ヘッドを作製するコストやノズル配列を検討する手間などが生じる場合がある。

本実施形態における例では、図５（Ｂ）に示すように、吐出ヘッド１２Ｍ１と吐出ヘッド１２Ｍ２とを同じノズル配列の吐出ヘッドとしている。これは図３に示す例と同様の吐出ヘッド１２を用いている。なお、図５（Ｂ）では、吐出ヘッド１２Ｍ１におけるノズル１３の配列の長さＬ１と、吐出ヘッド１２Ｍ２におけるノズル１３の配列の長さＬ２とをそれぞれ別々の文字で示しているが、これらは同じであってもよい。

このような吐出ヘッド１２Ｍ１と吐出ヘッド１２Ｍ２を用いる場合、吐出ヘッド１２における短手方向に沿ったノズル数が、ステージ３０の内周側よりも少ない箇所が生じる場合がある。例えば図５（Ｂ）において、吐出ヘッド１２Ｍ１における破線Ｃのところでは短手方向のノズル列が６列になっているが、吐出ヘッド１２Ｍ２における破線Ｄのところでは短手方向のノズル列が２列になっているため、ノズル数がステージ３０の内周側よりも少なくなる。上述したように、ステージ３０の外周側における短手方向に沿ったノズル数が、ステージ３０の内周側における短手方向に沿ったノズル数よりも多くなっている箇所が少なくとも一つあればよいため、このような箇所、例えば破線Ｄのような箇所があっても、本発明の効果は得られる。しかし、更により均質な製造物を得るという観点からは破線Ｄのような箇所はない方が、もしくは少ない方が好ましい。なお、吐出ヘッド１２Ｍ２における破線Ｅのところでは、短手方向のノズル列が４列になっているため、破線Ｃのところよりもノズル数が少なくなっている。

そこで、本実施形態に示す例では、ステージ３０の外周側に吐出ヘッド１２Ｍａを配置している。吐出ヘッド１２Ｍａは、図５（Ｂ）に示すように、ノズル面の全域及び全列にノズルが設けられており、ここでは例として６列にしている。このようなノズルの配置を全域全列などとも称する。このように、ステージ３０の外周側に全域全列の吐出ヘッド１２Ｍａを用いることで、破線Ｄや破線Ｅにおけるノズル数を破線Ｃにおけるノズル数よりも多くすることができ、より均質な構造物を得ることができる。

図５（Ｂ）に示す例では、破線Ａ～Ｆにおいて、短手方向に沿ったノズル列（ノズル数）が順に、２列（破線Ａ）、４列（破線Ｂ）、６列（破線Ｃ）、８列（破線Ｄ）、１０列（破線Ｅ）、１２列（破線Ｆ）となっている。短手方向に沿ったノズル数とノズル列は同じ意味である。このように、ステージ３０の外周側に全域全列の吐出ヘッドを用いることで、短手方向に沿ったノズル数がステージの回転中心から外周に向かって増えており、かつ、ステージの内周側よりもノズル数が少ない箇所が一つもないという構成にすることができ、更により均質な構造物を得ることができる。
なお、上記ではマゼンタのみについて説明したが、他の硬化型組成物についても同様である。

１２ ヘッド
１３ ノズル
１４ 照射装置
１６ 活性エネルギー線
２０ キャリッジ部材
２２ インクタンク
３０ ステージ
３２ 回転駆動手段
４０ インク
５０ 造形物
６０ 制御部
６２ データ処理部

特開２０１７－２１３８３４号公報 特許第６５９４９４８号公報 特開２０１９－２１７７８６号公報

Claims (9)

1. 面方向に回転するステージと、
   前記ステージの上方に配置され、複数のノズルを有する吐出ヘッドから前記ステージに対して硬化型組成物を吐出する吐出手段と、
   前記ステージの鉛直上方に配置され、前記ステージに対して活性エネルギー線を照射する照射手段と、を備え、
   前記吐出手段と前記ステージとの距離及び前記照射手段と前記ステージとの距離は可変であり、
   前記吐出ヘッドは、前記ステージの回転中心から外周に向かう方向と直交する方向に短手を有し、
   前記吐出ヘッドの短手方向に沿ったノズル数は、前記ステージの回転中心から外周に向かって増えることを特徴とする造形物製造装置。
2. 前記吐出ヘッドの短手方向に沿ったノズル数は、前記ステージの回転中心から外周に向かって段階的に増えることを特徴とする請求項１に記載の造形物製造装置。
3. 前記吐出手段と前記ステージとの距離及び前記照射手段と前記ステージとの距離は、前記硬化型組成物の積層数が増えるにつれて大きくなることを特徴とする請求項１又は２に記載の造形物製造装置。
4. 前記吐出ヘッド及び前記照射手段は、キャリッジ部材に保持されており、
   前記キャリッジ部材は、鉛直方向に上下可能であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の造形物製造装置。
5. 前記吐出手段は、前記吐出ヘッドを複数有することを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の造形物製造装置。
6. 前記吐出手段は、複数種の前記硬化型組成物を複数の前記吐出ヘッドにより吐出し、同種の前記硬化型組成物につき２以上の前記吐出ヘッドから吐出され、
   同種の前記硬化型組成物を吐出する２以上の前記吐出ヘッドは、前記ステージの回転中心から外周に向かう方向において異なる位置に配置されることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の造形物製造装置。
7. 前記照射手段は、複数の照射装置を有し、前記ステージの回転中心を通る線分上に対向する２つの前記照射装置の組を少なくとも１つ有することを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の造形物製造装置。
8. 前記吐出手段は、造形用硬化型組成物を吐出する前記吐出ヘッドと、支持用硬化型組成物を吐出する前記吐出ヘッドと、を有することを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の造形物製造装置。
9. 請求項１～８のいずれかに記載の造形物製造装置により行われる造形物製造方法であって、
   前記吐出手段により前記硬化型組成物を吐出する吐出工程と、
   前記照射手段により前記活性エネルギー線を照射する照射工程と、
   前記吐出手段と前記ステージとの距離及び前記照射手段と前記ステージとの距離を変更する距離変更工程と、を含むことを特徴とする造形物製造方法。

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