JP6214057B2 - 造形装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、立体物（造形物）を造形する造形装置及び方法に関する。

近年、コンピュータ上で作成した３Ｄ（dimension）データを設計図に基づいて、樹脂を積層していくことで立体物を造形する造形装置（いわゆる３Ｄプリンタ；例えば、３Ｄ ｓｙｓｔｅｍｓ社の「ＰｒｏＪｅｔ」、Ｓｔｒａｔａｓｙｓ社の「ＥＤＥＮ」、「ＦＯＲＴＵＳ」など、特許文献１、２参照）が普及している。３Ｄプリンタにおける積層方式としては、インクジェット方式、熱溶融積層方式等がある。このような積層方式で造形した立体物の寸法は、立体物を造形するための樹脂に含まれるフィラーの蒸発、樹脂自体の熱収縮等による収縮によって、設計値よりも小さくなることがある。そのため、このような収縮による寸法変化を考慮する場合、通常の設計値よりも大きい値で造形する形状を設計していた。

特開２００４−３５８９４２号公報 特表２０１４−５２０００４号公報

以下の分析は、本願発明者により与えられる。

しかしながら、樹脂の収縮量を正確に見積もることが困難である。特に、立体物に穴形状、軸形状の嵌合部を造形する場合、立体物に形成される穴と軸の材質や材料が異なる場合、嵌合部の寸法を適切にすることが困難である。つまり、フィラー蒸発、熱収縮により、嵌合部の穴径や軸径が設計した値から外れて、軸径が穴径よりも設計値以上に大きくなったり、穴径が軸径より設計値以上に大きくなることがある。このため、穴と軸の隙間が大き過ぎて嵌合部のガタが大きくて嵌合しない、隙間が無くて嵌合しない等の問題を生じる場合がある。

予め、過去の造形時の収縮量の実績値等から、収縮率が判明していればよいが、希望の寸法値にするために、各材料について正確な熱収縮率を入手できるとは限らない。また、形状による収縮時変形も考えると、熱収縮に対する嵌合部の形状を最適にできない場合がある。また、新材料を使用した場合には、熱収縮率のデータが無い場合が多いため、収縮量の見積もりができず、嵌合部を形成することが困難な可能性が高い。さらに、通常の３Ｄプリンタは積層方式であるため、形成層毎のばらつき等により、軸と穴の嵌合時の動作に影響を与える表面の段差を生じることがある。

本発明の主な課題は、立体物を構成する材料の収縮による寸法変化を抑えて、立体物を造形することができるようにすることである。

第１の視点に係る造形装置は、ラスタースキャン方式で１面毎に走査する際に、立体物を構成する箇所で、前記立体物を構成する材料を吐出し、各面を積層することによって前記立体物を造形する造形装置であって、前記材料をガイドするように前記立体物の表面の少なくとも一部に接して配置されるガイド物を備える。
前記第１の視点の変形例に係る造形装置は、ラスタースキャン方式で１面毎に走査する際に、立体物を構成する箇所で、前記立体物を構成する材料を吐出し、各面を積層することによって前記立体物を造形する造形装置であって、前記立体物を造形するための造形ステージと、前記造形ステージに対して上下移動可能に取り付けられるとともに、前記材料をガイドするように前記立体物の表面の少なくとも一部に接して配置されるガイド物と、を備え、前記材料は、インクジェット方式用又は熱溶融積層方式用の材料である。

第２の視点に係る造形システムは、前記第１の視点に係る造形装置と、前記造形装置の動作を制御する制御装置と、を備える。

第３の視点に係る造形方法は、ラスタースキャン方式で１面毎に走査する際に、立体物を構成する箇所で、前記立体物を構成する材料を吐出し、各面を積層することによって前記立体物を造形する造形方法であって、前記材料をガイドするように前記立体物の表面の少なくとも一部に接して配置されるガイド物を用いて造形する。
前記第３の視点の変形例に係る造形方法は、ラスタースキャン方式で１面毎に走査する際に、立体物を構成する箇所で、前記立体物を構成する材料を吐出し、各面を積層することによって前記立体物を造形する造形方法であって、前記材料をガイドするように、造形ステージ上に造形された前記立体物の表面の少なくとも一部に接して配置されるガイド物を用いて造形し、前記ガイド物は、前記造形ステージに対して上下移動可能に取り付けられ、前記材料は、インクジェット方式用又は熱溶融積層方式用の材料である。

第１〜第３の視点によれば、立体物を構成する材料の収縮による寸法変化を抑えて、立体物を造形することができる。

実施形態１に係る造形装置の構成を示した模式図である。 実施形態２に係る造形装置を含む造形システムの構成を模式的に示したブロック図である。 実施形態２に係る造形装置を含む造形システムにおいて用いられる（ａ）３Ｄ形状データ、（ｂ）輪切りデータを模式的に示したイメージ図である。 実施形態２に係る造形装置の構成を模式的に示した（ａ）正面図、（ｂ）斜視図である。 実施形態２に係る造形装置における造形ステージの構成を模式的に示した（ａ）平面図、（ｂ）Ｘ１−Ｘ１´間の断面図、（ｃ）Ｙ１−Ｙ１´間の断面図、（ｄ）Ｚ−Ｚ´間の断面図である。 実施形態２に係る造形装置における造形ステージのガイド物の動作を模式的に示した（ａ）ガイド物が上昇する前の斜視図、（ｂ）ガイド物が上昇した状態の斜視図である。 実施形態２に係る造形装置における造形ステージのガイド物に形成した（ａ）穴型立体物、（ｂ）軸型立体物を模式的に示した斜視図である。 実施形態２に係る造形装置の構成を模式的に示した（ａ）正面図、（ｂ）Ｘ２−Ｘ２´間の穴型用ガイド物の収納時の断面図、（ｃ）穴型用ガイド物の突出時の断面図である。 実施形態２に係る造形装置の構成を模式的に示した（ａ）正面図、（ｂ）Ｙ２−Ｙ２´間の軸型用ガイド物の収納時の断面図、（ｃ）軸型用ガイド物の突出時の断面図である。 実施形態２に係る造形装置を含む造形システムの動作を模式的に示したフローチャート図である。 実施形態２に係る造形装置における吐出ヘッドの動きを模式的に示した（ａ）吐出ヘッドの動きを遮断しているときの図、（ｂ）吐出ヘッドの動きを遮断していないときの図、（ｃ）吐出ヘッドがガイド物状を通過するときの図である。 実施形態２に係る造形装置において穴型立体物を形成する時の工程断面図である。 実施形態２に係る造形装置において穴型立体物を形成する時の図１２に続く工程断面図である。 実施形態２に係る造形装置において軸型立体物を形成する時の工程断面図である。 実施形態２に係る造形装置において軸型立体物を形成する時の図１４に続く工程断面図である。 実施形態３に係る造形装置によって造形される軸型立体物及び２分割型軸型ガイド物の構成の一例を模式的に示した斜視図である。 実施形態３に係る造形装置によって造形される穴型立体物及び３分割型穴型ガイド物の構成の一例を模式的に示した斜視図である。 実施形態３に係る造形装置によって造形される軸型立体物及び３分割型軸型ガイド物の構成の一例を模式的に示した斜視図である。 実施形態４に係る造形装置における穴型用ガイド物の構成を模式的に示した（ａ）斜視図、（ｂ）正面図である。 実施形態４に係る造形装置によって造形される穴型立体物及び穴型用ガイド物の構成の一例を模式的に示した（ａ）斜視図、（ｂ）Ｘ３−Ｘ３´間の断面図である。 実施形態４に係る造形装置における軸型用ガイド物の構成を模式的に示した（ａ）斜視図、（ｂ）Ｙ３−Ｙ３´間の断面図である。 実施形態４に係る造形装置によって造形される軸型立体物及び軸型用ガイド物の構成の一例を模式的に示した（ａ）斜視図、（ｂ）Ｙ３−Ｙ３´間の断面図である。

以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本出願において図面参照符号を付している場合は、それらは、専ら理解を助けるためのものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。

［実施形態１］
実施形態１に係る造形装置について図面を用いて説明する。図１は、実施形態１に係る造形装置の構成を示した模式図である。

造形装置３は、ラスタースキャン方式で１面毎に走査する際に、立体物１００を構成する箇所で、立体物１００を構成する材料を吐出し、各面を積層することによって立体物１００を造形する装置である。造形装置３は、材料をガイドするように立体物１００の表面の少なくとも一部に接して配置されるガイド物６を備える。ここで、ラスタースキャン方式とは、２次元平面内を、点、１次元、又は、直線的に走査し、次にその直角方向に所定距離シフトし、再度、直線的に走査することを繰り返す方式をいう。

実施形態１によれば、立体物１００における収縮を抑えたい箇所にガイド物６を接触させることにより、立体物１００を構成する材料のフィラー蒸発及び熱収縮等の収縮による寸法変化を抑えて、立体物１００を造形することができるようになる。

［実施形態２］
実施形態２に係る造形装置を含む造形システムについて図面を用いて説明する。図２は、実施形態２に係る造形装置を含む造形システムの構成を模式的に示したブロック図である。図３は、実施形態２に係る造形装置を含む造形システムにおいて用いられる（ａ）３Ｄ形状データ、（ｂ）輪切りデータを模式的に示したイメージ図である。図４は、実施形態２に係る造形装置の構成を模式的に示した（ａ）正面図、（ｂ）斜視図である。図５は、実施形態２に係る造形装置における造形ステージの構成を模式的に示した（ａ）平面図、（ｂ）Ｘ１−Ｘ１´間の断面図、（ｃ）Ｙ１−Ｙ１´間の断面図、（ｄ）Ｚ−Ｚ´間の断面図である。図６は、実施形態２に係る造形装置における造形ステージのガイド物の動作を模式的に示した（ａ）ガイド物の収納時の斜視図、（ｂ）ガイド物の突出時の斜視図である。図７は、実施形態２に係る造形装置における造形ステージのガイド物に形成した（ａ）穴型立体物、（ｂ）軸型立体物を模式的に示した斜視図である。図８は、実施形態２に係る造形装置の構成を模式的に示した（ａ）正面図、（ｂ）Ｘ２−Ｘ２´間の穴型用ガイド物の収納時の断面図、（ｃ）穴型用ガイド物の突出時の断面図である。図９は、実施形態２に係る造形装置の構成を模式的に示した（ａ）正面図、（ｂ）Ｙ２−Ｙ２´間の軸型用ガイド物の収納時の断面図、（ｃ）軸型用ガイド物の突出時の断面図である。

造形システム４０は、立体物１００を造形するためのシステムである（図２参照）。造形システム４０は、主な構成部として、制御装置１と、表示装置２と、造形装置３と、を有する。

制御装置１は、造形装置３を制御するためのコンピュータ機能を有する装置である（図２参照）。制御装置１には、例えば、パーソナルコンピュータ、タブレット端末等を用いることができる。制御装置１は、ＣＡＤ（Computer Aided Design）ソフトウェア４と、造形装置制御用ソフトウェア５と、を有する。

ＣＡＤソフトウェア４は、作業者の操作により３Ｄ形状データの作成を支援するためのソフトウェアである。ＣＡＤソフトウェア４は、制御装置１において実行されたときに、３Ｄ形状データの作成が可能である。

造形装置制御用ソフトウェア５は、造形装置３を制御するためのソフトウェアである。造形装置制御用ソフトウェア５は、制御装置１において実行されたときに、造形装置３の制御が可能である。造形装置制御用ソフトウェア５は、一般的な造形装置制御用ソフトウェアの機能に加えて、ここでは、積層される立体物１００に対して、穴形状又は軸形状を形成するガイド物６の高さを制御する機能を付加したものが使用される。造形装置制御用ソフトウェア５は、造形精度（造形材料の吐出量と吐出間隔）の設定、造形位置の設定、造形する方向の設定を行う。造形装置制御用ソフトウェア５は、入力された立体物１００の３Ｄ形状データによる造形の造形精度、造形位置、造形方向等を設定した後に、３Ｄ形状データ（図３（ａ）参照）を、積層で造形するための輪切りデータ（図３（ｂ）参照）に変換し、変換された輪切りデータをＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブル、ＷｉＦｉ（無線ＬＡＮの標準規格であるIEEE802.11a、IEEE802.11bの呼称。）等の通信手段を介して造形装置３に送ることによって造形装置３を制御する。

表示装置２は、制御装置１から出力されたデータ（例えば、３Ｄ形状データ）を表示する装置である（図２参照）。表示装置２には、例えば、液晶表示装置を用いることができる。

造形装置３は、インクジェット積層方式、熱積層方式等の積層方式で立体物１００を造形する装置である（図２参照）。造形装置３には、例えば、３Ｄ（3-dimension：３次元）プリンタを用いることができる。造形装置３は、ラスタースキャン方式で１面毎に走査する際に、立体物１００を構成する箇所で、立体物１００を構成する材料を吐出し、各面を積層することによって立体物１００を造形する。造形装置３は、走査中の所定間隔毎に、立体物１００を構成する材料を吐出し、２次元面で平面上の造形物を形成する。造形装置３は、材料をガイドするように立体物１００の表面の少なくとも一部に接して配置されるガイド物６を備える。ガイド物６は、造形する立体物１００の３次元形状の表面の少なくとも一部の領域（底面を除く）と接する。なお、ガイド物６は立体物１００が固化する際の収縮を抑えるためのものであるので、ガイド物６においてインサート（中子）は不要である。造形装置３は、熱溶融性樹脂の冷却による固化や、間隙の添加物や充填剤の蒸発等による立体物１００を構成する材料の固化によって立体物１００を造形することができる。ここで、立体物１００は、棒状の軸型立体物、又は、貫通穴を有する穴型立体物とすることができる。造形装置３は、制御装置１の制御により立体物１００を造形する。

ここで、ラスタースキャン方式とは、２次元平面内を、点、１次元、又は、直線的に走査し、次にその直角方向に所定距離シフトし、再度、直線的に走査することを繰り返す方式をいう。

また、立体物１００を構成する材料として、インクジェット方式用の材料、熱溶融積層方式用の材料を用いることができる。インクジェット方式用の材料には、構成素材に、当該構成素材を液状化するためのフィラーが混ざったもの（蒸発型材料）を用いることができる。インクジェット方式用の材料では、フィラーが蒸発することで構成素材が残って立体物１００ができる。熱溶融積層方式用の材料には、加熱により液状化（熱溶融）する構成素材を用いることができる。熱溶融積層方式用の材料では、加熱により液状化した構成素材が冷えて固化することで立体物１００ができる。

図４を参照すると、造形装置３は、外装筐体７と、フレーム８と、吐出ヘッド９と、造形ステージ１０と、ガイド物６（ガイド物１３、１４）と、を有する。

外装筐体７は、箱状の外装よりなる筐体（ケース）である。外装筐体７内には、フレーム８、吐出ヘッド９、造形ステージ１０、及びガイド物６が配されている。

フレーム８は、吐出ヘッド９を３次元方向に移動するためのものである。フレーム８は、タンク（図示せず）に入った立体物を構成する材料を吐出ヘッド９に供給する経路を有する。

吐出ヘッド９は、立体物（図２の１００に相当）を構成する材料を吐き出すことが可能なヘッドである。

造形ステージ１０は、立体物（図２の１００に相当）を造形するためのステージである。造形ステージ１０は、造形駆動テーブルともいう。造形ステージ１０には、ガイド物６として、穴型用のガイド物１３と、軸型用のガイド物１４と、が上下移動可能に取り付けられている。ガイド物１３、１４は、立体物に対し、造形時に立体物（特に嵌合部）の収縮（インクジェット方式であればフィラーが飛ぶことによる収縮、熱溶融積層方式であれば冷却による収縮）による寸法変化を抑えるためのものである。

穴型用のガイド物１３がガイドする立体物の穴は、円形状かは問わない断面形状が一定である穴である。穴型用のガイド物１３は、ガイドする立体物の穴の中空部分に納まり、穴の壁面と接するように配される。

軸型用のガイド物１４がガイドする立体物の軸は、円形状かは問わない穴に嵌合する断面形状が一定である突起部であり、回転をガイドする軸かいなかは問わない。軸型用のガイド物１４は、ガイドする立体物の軸の外周を覆い、軸の外周面と接するように配される。

フレーム８、吐出ヘッド９、及びガイド物６は、制御装置（図２の１）によって制御される。

輪切りデータが造形装置３に入力されると、輪切りデータに基づいてフレーム８が動き出し、造形が始まる。吐出ヘッド９が造形ステージ１０に近づき、造形ステージ１０上に、立体物（図２の１００に相当）を構成する材料が吐出される。ガイド物６は、立体物（図２の１００に相当）の造形過程に応じて高さが制御される。

図５を参照すると、造形ステージ１０には、ガイド物（図４の１３、１４）が上下に動くための貫通穴１１、１２が設けられている。貫通穴１１は、穴型用のガイド物（図４の１３）を上下移動可能かつ回転不能に取り付けるための穴である（図５（ａ）、（ｂ）、図６（ａ）、（ｂ）参照）。貫通穴１２は、軸型用のガイド物（図４の１４）を上下移動可能かつ回転不能に取り付けるための穴である（図５（ａ）、（ｃ）、図６（ａ）、（ｂ）参照）。貫通穴１２内には、造形ステージ部１５及び支持部１６を有する。造形ステージ部１５は、部分であり、立体物（図２の１００に相当）を造形するためのステージとなる部分であり、造形ステージ１０の上面と面一の上面を有する。支持部１６は、造形ステージ部１５を支持する部分であり、造形ステージ部１５と造形ステージ１０とを繋げる。支持部１６は、１本だけでなく、２本以上あってもよい。また、支持部１６は、造形ステージ１０と造形ステージ部１５とを繋げていれば、造形ステージ部１５の周囲ないし底面のどこに繋がっていてもよく、造形ステージ１０の貫通穴１２の壁面のどこに繋がっていてもよい。支持部１６は、図６（ｂ）のガイド物１４に設けられたスリット部３２に通され、ガイド物１４が上下に移動する際にガイド物１４と抵触しないように設定されている。

穴型用のガイド物１３の周囲には、穴型の立体物１０２が１層毎に積層される。（図７（ａ）参照）。穴型用のガイド物１３は、穴型の立体物１０２の内周面の少なくとも一部（図７（ａ）では内周面の全部）の領域と接する面を有する。軸型用のガイド物１４の内部には、軸型の立体物１０３（図７（ｂ）参照）が、１層毎に積層される。軸型用のガイド物１４は、軸型の立体物１０３の外周面の少なくとも一部（図７（ｂ）では外周面の全部）と接する面を有する。

ここで、立体物１０２、１０３は、ガイド物１３、１４や造形ステージ１０から容易に離型する（剥離する）ことが望ましいため、ガイド物１３、１４及び造形ステージ１０には、立体物１０２、１０３を構成する材料を離型しやすくする（付着しにくい）コーティング材（例えば、フッ素樹脂、シリコーン樹脂等）で表面処理（コーティング）することができ、ガイド物１３、１４及び造形ステージ１０自身が立体物１０２、１０３を構成する材料を離型しやすくする（付着しにくい）素材（例えば、フッ素樹脂、シリコーン樹脂等）からできていてもよい。コーティング材及び素材の軟化温度は、熱溶融積層方式の場合、立体物１０２、１０３を構成する材料の溶解温度より高いことが望ましい。溶解した材料がガイド物のコーティングやガイド物自身に付着した際、ガイド物のコーティングやガイド物自身の軟化によるガイド物の破損や変形により、ガイド物として機能が失われることを防ぐことができる。

また、軸型用のガイド物１４は、軸型の立体物１０３の熱収縮を抑えるために、立体物１０３を構成する材料よりも熱伝導率の低い部材を使用することができる。周囲からの熱輻射がある場合、ガイド物１４が熱輻射を遮ることができ、温度変化等の外部環境から立体物１０３への影響を少なくすることができる。

また、ガイド物１３、１４の上面は、立体物１０２、１０３の構成面と吐出ヘッド９との距離が所定距離以下であるため、平面形状、もしくは、所定の粗度以下の平面、であることが望ましい。

なお、実施形態２では、造形ステージ１０において穴型用のガイド物１３及び貫通穴１１と、軸型用のガイド物１４及び貫通穴１２との両方を有する造形装置３を示しているが、両方あることは必須ではなく、穴型用のガイド物１３及び貫通穴１１と、軸型用のガイド物１４及び貫通穴１２との少なくとも一方を有すればよい。

また、ガイド物１３、１４を使って立体物１０２、１０３を造形する際は、穴型の立体物１０２は、造形する際の造形開始側が開口であり、軸型の立体物１０３は、造形する際の造形開始側が軸の根本になる。

造形ステージ１０に対する穴型用のガイド物１３の上下移動は、以下のようにして行うことができる（図８参照）。すなわち、外装筐体７に固定されたモータ１８の回転動力を用いてモータ軸１７を回転させて、モータ軸１７と螺合するガイド物１３を上下方向に移動可能に位置決めすることが可能な位置決め機構を用いることができる。ガイド物１３は、貫通穴１１に対して上下移動可能かつ回転不能に係合している。なお、位置決め機構については、図８に示した構成に限るものではなく、直線ガイド（案内）、サーボモータやパルスモータ等とボールねじやタイミングベルトの組合せ、もしくは、リニアモータ等の直線状に動く駆動機構を利用した一般的な位置決め機構でもよい。

軸型用のガイド物１４の上下移動も、ガイド物１３の上下移動と同様に以下のようにして行うことができる（図９参照）。すなわち、外装筐体７に固定されたモータ２０の回転動力を用いてモータ軸１９を回転させて、モータ軸１９と螺合するガイド物１４を上下方向に移動可能に位置決めすることが可能な位置決め機構を用いることができる。ガイド物１４は、貫通穴１２に対して上下移動可能かつ回転不能に係合している。なお、位置決め機構については、図９に示した構成に限るものではなく、直線ガイド（案内）、サーボモータやパルスモータ等とボールねじやタイミングベルトの組合せ、もしくは、リニアモータ等の直線状に動く駆動機構を利用した一般的な位置決め機構でもよい。

次に、実施形態２に係る造形装置を含む造形システムの動作について、図面を用いて説明する。図１０は、実施形態２に係る造形装置を含む造形システムの動作を模式的に示したフローチャート図である。図１１は、実施形態２に係る造形装置における吐出ヘッドの動きを模式的に示した（ａ）吐出ヘッドの動きを遮断しているときの図、（ｂ）吐出ヘッドの動きを遮断していないときの図、（ｃ）吐出ヘッドがガイド物状を通過するときの図である。図１２は、実施形態２に係る造形装置において穴型立体物を形成する時の工程断面図である。図１３は、実施形態２に係る造形装置において穴型立体物を形成する時の図１２に続く工程断面図である。図１４は、実施形態２に係る造形装置において軸型立体物を形成する時の工程断面図である。図１５は、実施形態２に係る造形装置において軸型立体物を形成する時の図１４に続く工程断面図である。

前提として、ＣＡＤソフトウェア（図２の４）で３Ｄ形状データを作成してあるものとする。なお、造形システム４０の構成部については図２を参照し、造形装置３の構成部については図４を参照されたい。

まず、制御装置１は、作業者の操作により造形装置制御用ソフトウェア５を実行し、作成した３Ｄ形状データを造形装置制御用ソフトウェア５に入力する（図１０のステップＡ１）。

次に、制御装置１は、造形精度、造形位置、造形方向、及び、必要に応じて、宙に造形される部分を支持するサポート部の位置設定を行う（図１０のステップＡ２）。

次に、制御装置１は、造形装置制御用ソフトウェア５内で３Ｄ形状データを輪切りデータに変換する（図１０のステップＡ３）。

次に、制御装置１は、変換された輪切りデータを造形装置３に入力する（図１０のステップＡ４）。

次に、造形装置３は、輪切りデータが入力されると、ガイド物１３、１４を輪切りデータの１層分の高さを上昇させる（図１０のステップＡ５）。

次に（又はステップＡ５と同時に）、造形装置３は、フレーム８を動作させ、吐出ヘッド９を造形ステージ１０に近づけて、１層分上昇したガイド物１３、１４の端部を含むように造形ステージ１０に立体物１０２、１０３を構成する材料を吐き出す（図１０のステップＡ６）。

次に、造形装置３は、１層分の吐出が完了すると、造形が終了したか否かを判断する（図１０のステップＡ７）。造形が終了していない場合（ステップＡ７のＮＯ）、ステップＡ５に戻り、ステップＡ５〜Ａ７を繰り返す。造形が終了した場合（ステップＡ７のＹＥＳ）、造形システム４０全体としての造形動作が終了する。最終的に、ガイド物１３、１４は、立体物１０２、１０３と同じ高さになる。

ここで、図１０のステップＡ６の立体物１０２、１０３を構成する材料を吐き出す際、吐出ヘッド９と立体物１０２、１０３との間の距離は短くする。距離が長くなると、材料が吐出され付着する位置の精度が悪化し、正確な形状の造形ができなくなる、あるいは、材料が吐出され付着面に付着する迄の間に、フィラー（造形材を液状にする、あるいは／かつ、粘度を小さくして吐出可能にする溶剤等の造形材が固化する過程で蒸発して造形物から失われる材料）が蒸発し、材料が付着しない、あるいは、溶融している材料が冷却され固化し、付着出来ず、結果、造形ができなくなる。一方、立体物１０２、１０３は立体物を構成する材料が積層されることにより高さが高くなるので、ガイド物１３、１４が、立体物１０２、１０３の構成面より高すぎると、図１１（ａ）のようにガイド物１３が、吐出ヘッド９と抵触するおそれがある（ガイド物１４についても同様）。

その点、図１０のステップＡ５では、ガイド物１３、１４の上面の高さは、立体物１０２、１０３を構成する面と同じ高さ、乃至、立体物１０２、１０３を構成してゆく面より高くても、吐出ヘッド９が吐出可能である所定の高さである。すなわち、吐出ヘッド９とガイド物１３、１４が干渉しなければよい。そして、立体物１０２、１０３の造形が進むにつれ、ガイド物１３、１４の上面が同じ距離上昇してもよい。これにより、ガイド物１３、１４が吐出ヘッド９の邪魔になることを防ぐことができる。図１１（ｂ）、（ｃ）は、ガイド物１３の上を吐出ヘッド９が動いている図であり、吐出ヘッド９が矢印の方向に動き続けても、ガイド物１３に接触することはない。

また、図１０のステップＡ５〜Ａ７の動作では、穴型の立体物１０２の場合、図１２及び図１３のように動作する。図１２（ａ）は、造形前の状態で、ガイド物１３が造形ステージ１０の内部に納まっている状態である。図１２（ｂ）は、ガイド物１３が１層分上昇している状態である（図１０のステップＡ５に相当）。図１２（ｃ）は、ガイド物１３の壁面に沿うように、造形ステージ１０上に立体物１０２を構成する材料が吐出された状態である（図１０のステップＡ６に相当）。図１２（ｄ）は、１層分の造形が完了し、ガイド物１３が、更に１層分上昇している状態である（図１０のステップＡ５に相当）。図１３（ａ）は、ガイド物１３の上昇した部分に接して積層するように、立体物１０２を構成する材料が吐出された状態である（図１０のステップＡ６に相当）。図１３（ｂ）は、１層分の造形が完了し、ガイド物１３が、更に１層分上昇している状態である（図１０のステップＡ５に相当）。図１３（ｃ）は、造形が完了した状態で、ガイド物１３が造形物１５と同じ高さになった状態である（図１０のステップＡ７のＹＥＳに相当）。なお、図１２（ａ）及び図１３（ｃ）は、図８（ｂ）、（ｃ）に対応する。

また、図１０のステップＡ５〜Ａ７の動作では、軸型の立体物１０３の場合、図１４及び図１５のように動作する。図１４（ａ）は、造形前の状態でガイド物１４が、造形ステージ１０の内部に納まっている状態である。図１４（ｂ）は、ガイド物１４が１層分上昇している状態である（図１０のステップＡ５に相当）。図１４（ｃ）は、ガイド物１４の壁面に沿うように、造形ステージ１０上に立体物１０３を構成する材料が吐出された状態である（図１０のステップＡ６に相当）。図１４（ｄ）は、１層分の造形が完了し、ガイド物１４が、更に１層分上昇している状態である（図１０のステップＡ５に相当）。図１５（ａ）は、ガイド物１４の上昇した部分に接し、積層するように、立体物１０３を構成する材料が吐出された状態である（図１０のステップＡ６に相当）。図１５（ｂ）は、１層分の造形が完了し、ガイド物１４が、更に１層分上昇している状態である（図１０のステップＡ５に相当）。図１５（ｃ）は、造形が完了した状態で、ガイド物１４が造形物１０３と同じ高さになった状態である（図１０のステップＡ７のＹＥＳに相当）。なお、図１４（ａ）及び図１５（ｃ）は、図９（ｂ）、（ｃ）に対応する。

実施形態１によれば、造形装置３で造形する際、収縮の影響による寸法変化を抑えて立体物１００を造形することができる。すなわち、ガイド物６により、立体物１００を構成する材料の収縮の影響を少なくし、寸法変化を小さくすることができる。造形装置３がインクジェット方式であればフィラーが飛ぶことによる収縮、造形装置３が熱溶融積層方式であれば冷却による収縮、による寸法変化を小さくすることができる。つまり、立体物１００を構成する材料の収縮が起こる間、ガイド物６が存在することにより、収縮をより小さくすることができる。また、実施形態１によれば、立体物１００を構成する材料がガイド物６に接して造形されるため、立体物１００の表面が、従来のガイド物の無い積層方式の立体物よりも、ガイド面側の表面の平面度が向上し、造形装置３による、積層面毎の位置の微小なばらつきや、立体物１００を構成する材料の堆積量のばらつきによる段差が目立ち難くなる。穴型の立体物の場合は、ガイド物が無い場合と比較して、内側への収縮を小さくし、軸型の立体物の場合は、ガイド物が無い場合と比較して、外側の収縮を小さくし、穴と軸との嵌合を必要とする立体物の寸法のバラつきを抑え、精度よく嵌合することができる。

［実施形態３］
本発明の実施形態３に係る造形装置について図面を用いて説明する。図１６は、実施形態３に係る造形装置によって造形される軸型立体物及び２分割型軸型ガイド物の構成の一例を模式的に示した斜視図である。図１７は、実施形態３に係る造形装置によって造形される穴型立体物及び３分割型穴型ガイド物の構成の一例を模式的に示した斜視図である。図１８は、実施形態３に係る造形装置によって造形される軸型立体物及び３分割型軸型ガイド物の構成の一例を模式的に示した斜視図である。

実施形態３に係る造形装置では、ガイド物２１、２３、２６を複数に分割したものである。ガイド物以外の構成は、実施形態２と同様である。

図１６は、軸型立体物１０３を造形するための２分割型軸型ガイド物２１の一例を示したものである。ガイド物２１は、軸型立体物１０３の周囲を覆う形状で、２つに分割されている。ガイド物２１は図７（ｂ）のガイド物１４とは形状が異なるが、立体物自体は同じ形状の軸型立体物１０３を造形することができる。

図１７（ａ）は、造形される穴型立体物１０４であり、図１７（ｂ）は、穴型立体物１０４を造形するための３分割型軸型ガイド物２３である。穴型立体物１０４の穴の内側に２本の梁部１０５を設け、穴型立体物１０４の穴の収縮の影響を小さくするために、図１７（ｂ）のような溝部２２を設けたガイド物２３を使用する。梁部１０５は、穴型立体物１０４の穴が変形しないように補強部として機能する部分である。穴型立体物１０４は、嵌合の結果、回転はせず、直線動作のみの嵌合に用いられる。

図１８（ａ）は、造形される軸型立体物１０６であり、図１８（ｂ）は、その軸型立体物１０６を造形するための３分割型軸型ガイド物である。軸型立体物１０６の周囲には、３カ所に突起物１０７を設けており、この軸型立体物１０６を造形するために、図１８（ｂ）に示されるような溝部２７を３カ所に設けたガイド物２６を使用する。すなわち、図１８（ｂ）に示されるガイド物２６は、３分割されており、造形物を形成する前に、３分割されたそれぞれの部材が３方向から出てきて、溝部２７ができるように位置を調整する。その結果、図１８（ａ）に示される軸型立体物を造形するためのガイド物２６となる。

なお、実施形態３に係るガイド物は、２つ以上に分割されていればよく、分割された部材間の溝部にて立体物の一部を造形するか否かは問わない。

実施形態３によれば、実施形態２と同様な効果を奏するとともに、ガイド物における分割された部材間の溝部に立体物を造形しない場合には、分割されたガイド物と立体物との接触面積を減らすことができ、ガイド物への立体物の広い面積での付着を防ぐ、あるいは／かつ、ガイド物と立体物の剥離を容易にすることができる。また、実施形態３によれば、ガイド物における分割された部材間の溝部に立体物を造形する場合には、立体物を構成する材料の収縮の影響を小さくすることができる。

［実施形態４］
本発明の実施形態４に係る造形装置について図面を用いて説明する。図１９は、実施形態４に係る造形装置における穴型用ガイド物の構成を模式的に示した（ａ）斜視図、（ｂ）正面図である。図２０は、実施形態４に係る造形装置によって造形される穴型立体物及び穴型用ガイド物の構成の一例を模式的に示した（ａ）斜視図、（ｂ）Ｘ３−Ｘ３´間の断面図である。図２１は、実施形態４に係る造形装置における軸型用ガイド物の構成を模式的に示した（ａ）斜視図、（ｂ）Ｙ３−Ｙ３´間の断面図である。図２２は、実施形態４に係る造形装置によって造形される軸型立体物及び軸型用ガイド物の構成の一例を模式的に示した（ａ）斜視図、（ｂ）Ｙ３−Ｙ３´間の断面図である。

実施形態４に係る造形装置では、ガイド物２８、３０において立体物との接触面にリング状の溝部２９、３１を形成したものである。ガイド物以外の構成は、実施形態２と同様である。

図１９は、ガイド物２８における立体物との接触面となる外周面に複数のリング状の溝部２９を形成したものである。図２０は、ガイド物２８に立体物１０２を造形した状態の図である。図２０（ｂ）から分かるように、溝部２９では、立体物１０２に接触しない。溝部２９は、リング状であっても、スパイラル形状であってもよいが、嵌合により、回転動作を可能にする場合、リング状が望ましい。

図２１には、軸型用のガイド物３０における立体物との接触面となる内周面にリング状の溝部３１を形成したものである。図２２は、ガイド物３０に立体物１０３を造形した状態の図である。図２２（ｂ）から分かるように、溝部３１では、立体物１０３に接触しない。溝部３１は、リング状であっても、スパイラル形状であってもよいが、嵌合により、回転動作を可能にする場合、リング状が望ましい。なお、ガイド物３０には造形ステージ１０の支持部１６を通すためのスリット３２設けられているが、これは実施形態２のスリット部（図６（ｂ）の３２）と同様に、ガイド物３０が上下に移動する際にガイド物３０が支持部１６と抵触しないようにするためのものである。

なお、実施形態４において、実施形態３のようにガイド物を分割してもよい。

実施形態４によれば、実施形態２と同様な効果を奏するとともに、ガイド物と立体物との接触面積が減り、ガイド物への立体物の広い面積での付着を防ぐ、あるいは／かつ、ガイド物と立体物の剥離を容易にすることができる。

（付記）
第１の視点に係る造形装置は、ラスタースキャン方式で１面毎に走査する際に、立体物を構成する箇所で、前記立体物を構成する材料を吐出し、各面を積層することによって前記立体物を造形する造形装置であって、前記材料をガイドするように前記立体物の表面の少なくとも一部に接して配置されるガイド物を備える。

前記造形装置において、前記立体物は、穴を有し、前記ガイド物は、前記穴の中空部分にて前記穴と接するように配置されることができる。

前記造形装置において、前記立体物は、軸を有し、前記ガイド物は、前記軸の周囲にて前記軸と接するように配置されることができる。

前記造形装置において、前記ガイド物は、２つ以上に分割されることができる。

前記造形装置において、前記ガイド物は、前記立体物との接触面に溝を有することができる。

前記造形装置において、前記ガイド物の前記材料の吐出側の面の高さは、前記立体物が構成された面と同じ高さ以上、かつ、前記立体物が構成された面から吐出によって前記材料が堆積する面の高さ以下となるように制御されることができる。

前記造形装置において、前記ガイド物の前記材料の吐出側の面は、前記立体物の構成が進むにつれて、前記立体物が構成された面から吐出によって前記材料が堆積する面の高さ分移動するように制御されることができる。

前記造形装置において、前記ガイド物は前記ガイド物から前記材料を離型しやすくするコーティング材で表面処理が行われている、又は、前記ガイド物自身は前記ガイド物から前記材料を離型しやすくする素材よりなることができる。

前記造形装置において、前記コーティング材又は前記素材の軟化温度は、前記材料の溶解温度よりも高くすることができる。

前記造形装置において、前記ガイド物は、立体物を構成する材料よりも熱伝導率の低い部材よりなることができる。

前記造形装置において、前記立体物が造形される造形ステージを備え、前記造形ステージは、前記ガイド物の上下移動をガイドにする穴を有することができる。

前記造形装置において、前記造形ステージは前記ガイド物から前記材料を離型しやすくするコーティング材で表面処理が行われている、又は、前記造形ステージ自身は前記ガイド物から前記材料を離型しやすくする素材よりなることができる。

前記造形装置において、前記材料を吐き出すことが可能な吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドを３次元方向に移動するフレームと、を備えることができる。

第２の視点に係る造形システムにおいて、前記第１の視点に係る造形装置と、前記造形装置の動作を制御する制御装置と、を備える。

前記造形システムにおいて、前記制御装置は、造形装置制御用ソフトウェアを実行することによって前記造形装置の動作を制御することができる。

前記造形システムにおいて、前記制御装置は、前記ガイド物の前記材料の吐出側の面が前記立体物の構成が進むにつれて、前記立体物が構成された面から吐出によって前記材料が堆積する面の高さ分移動するように制御することができる。

前記造形システムにおいて、前記制御装置は、入力された前記立体物の３Ｄ形状データによる造形の造形精度、造形位置、造形方向を設定し、前記３Ｄ形状データを、積層で造形するための輪切りデータに変換し、変換された輪切りデータを前記造形装置に送ることによって前記造形装置の動作を制御することができる。

前記造形システムにおいて、前記造形装置は、前記輪切りデータに基づいて動作することができる。

前記造形システムにおいて、前記制御装置は、前記吐出ヘッドからの前記材料の吐出量と、前記フレームの動作と、を制御することができる。

第３の視点に係る造形方法は、ラスタースキャン方式で１面毎に走査する際に、立体物を構成する箇所で、前記立体物を構成する材料を吐出し、各面を積層することによって前記立体物を造形する造形方法であって、前記材料をガイドするように前記立体物の表面の少なくとも一部に接して配置されるガイド物を用いて造形する。

前記造形方法において、前記ガイド物の前記材料の吐出側の面の高さを、前記立体物が構成された面と同じ高さ以上、かつ、前記立体物が構成された面から吐出によって前記材料が堆積する面の高さ以下となるようにして造形することができる。

前記造形方法において、前記ガイド物の前記材料の吐出側の面を、前記立体物の構成が進むにつれて、前記立体物が構成された面から吐出によって前記材料が堆積する面の高さ分移動するようにして造形することができる。

第４の視点に係る造形装置制御用ソフトウェアは、制御装置において第１の視点に係る造形装置の動作を制御するように実行させる造形装置制御用ソフトウェアであって、前記ガイド物の前記材料の吐出側の面の高さを、前記立体物が構成された面と同じ高さ以上、かつ、前記立体物が構成された面から吐出によって前記材料が堆積する面の高さ以下となるように実行させる。

前記造形装置制御用ソフトウェアにおいて、前記ガイド物の前記材料の吐出側の面を、前記立体物の構成が進むにつれて、前記立体物が構成された面から吐出によって前記材料が堆積する面の高さ分移動するように実行させることができる。

前記造形装置制御用ソフトウェアにおいて、前記造形装置制御用ソフトウェアは、入力された前記立体物の３Ｄ形状データによる造形の造形精度、造形位置、造形方向を設定し、前記３Ｄ形状データを、積層で造形するための輪切りデータに変換し、変換された輪切りデータを前記造形装置に送るように実行させることができる。

前記造形装置制御用ソフトウェアにおいて、前記造形装置制御用ソフトウェアは、前記吐出ヘッドからの前記材料の吐出量と、前記フレームの動作と、を制御するように実行させることができる。

なお、上記の特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（特許請求の範囲及び図面を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の全開示の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲及び図面を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。また、本願に記載の数値及び数値範囲については、明記がなくともその任意の中間値、下位数値、及び、小範囲が記載されているものとみなされる。

１ 制御装置
２ 表示装置
３ 造形装置
４ ＣＡＤソフトウェア
５ 造形装置制御用ソフトウェア
６、２１、２３、２６、２８、３０ ガイド物
７ 外装筐体
８ フレーム
９ 吐出ヘッド
１０ 造形ステージ
１１、１２ 貫通穴
１３、１４ ガイド物
１５ 造形ステージ部
１６ 支持部
１７、１９ モータ軸
１８、２０ モータ
２２、２７、２９、３１ 溝部
３２ スリット部
４０ 造形システム
１００、１０２、１０３、１０４、１０６ 立体物
１０５ 梁部
１０７ 突起部

Claims (10)

1. ラスタースキャン方式で１面毎に走査する際に、立体物を構成する箇所で、前記立体物を構成する材料を吐出し、各面を積層することによって前記立体物を造形する造形装置であって、
   前記立体物を造形するための造形ステージと、
   前記造形ステージに対して上下移動可能に取り付けられるとともに、前記材料をガイドするように前記立体物の表面の少なくとも一部に接して配置されるガイド物と、
   を備え、
   前記材料は、インクジェット方式用又は熱溶融積層方式用の材料である造形装置。
2. 前記立体物は、穴を有し、
   前記ガイド物は、前記穴の中空部分にて前記穴と接するように配置される、
   請求項１記載の造形装置。
3. 前記立体物は、軸を有し、
   前記ガイド物は、前記軸の周囲にて前記軸と接するように配置される、
   請求項１記載の造形装置。
4. 前記ガイド物は、２つ以上に分割されている、
   請求項１乃至３のいずれか一に記載の造形装置。
5. 前記ガイド物は、前記立体物との接触面に溝を有する、
   請求項１乃至４のいずれか一に記載の造形装置。
6. 前記ガイド物の前記材料の吐出側の面の高さは、前記立体物が構成された面と同じ高さ以上、かつ、前記立体物が構成された面から吐出によって前記材料が堆積する面の高さ以下となるように制御される、
   請求項１乃至５のいずれか一に記載の造形装置。
7. 前記ガイド物の前記材料の吐出側の面は、前記立体物の構成が進むにつれて、前記立体物が構成された面から吐出によって前記材料が堆積する面の高さ分移動するように制御される、
   請求項１乃至６のいずれか一に記載の造形装置。
8. 前記ガイド物は前記ガイド物から前記材料を離型しやすくするコーティング材で表面処理が行われている、又は、前記ガイド物自身は前記ガイド物から前記材料を離型しやすくする素材よりなる、
   請求項１乃至７のいずれか一に記載の造形装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか一に記載の造形装置と、
   前記造形装置の動作を制御する制御装置と、
   を備える造形システム。
10. ラスタースキャン方式で１面毎に走査する際に、立体物を構成する箇所で、前記立体物を構成する材料を吐出し、各面を積層することによって前記立体物を造形する造形方法であって、
    前記材料をガイドするように、造形ステージ上に造形された前記立体物の表面の少なくとも一部に接して配置されるガイド物を用いて造形し、
    前記ガイド物は、前記造形ステージに対して上下移動可能に取り付けられ、
    前記材料は、インクジェット方式用又は熱溶融積層方式用の材料である造形方法。