JP6430748B2

JP6430748B2 - ３次元造形物の製造方法

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Publication number: JP6430748B2
Application number: JP2014161863A
Authority: JP
Inventors: 大西　勝; 勝大西
Original assignee: Mimaki Engineering Co Ltd
Current assignee: Mimaki Engineering Co Ltd
Priority date: 2014-08-07
Filing date: 2014-08-07
Publication date: 2018-11-28
Anticipated expiration: 2034-08-07
Also published as: JP2016036983A

Description

本発明は、３次元造形物の製造方法に関する。

吐出したインクなどの造形材を積層していくことによって３次元造形物を形作る３次元プリンタ及び３次元造形物の製造方法が知られている。例えば、下記の特許文献１及び２に記載の３次元プリンタは、３次元造形物の３次元データを複数の層に区画し、その最下層から順に吐出部から造形材を吐出し硬化して積層していくことによって、その３次元データに合わせた３次元造形物を形作る。これらの３次元プリンタは、造形材としてのインクを吐出するインクジェット式のヘッドを備えている。特許文献１及び２の３次元プリンタは、造形材として紫外線硬化インクを使用しており、吐出されて着弾した紫外線硬化インクに対して硬化部から紫外線を照射することで、この紫外線硬化インクを硬化させる。

特許第４４２０６８５号公報特開２０１３−０６７０３６号公報

ところで、前述した特許文献１及び２の３次元プリンタで造形された３次元造形物は、紫外線硬化インクが硬化されて構成されているので、機械的な強度が低く破損しやすい傾向であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、３次元造形物を破損しにくくすることができる３次元造形物の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る３次元造形物の製造方法は、外的刺激が付与されることで硬化度が変化するインクを作業面に供給可能なインク供給部を備え、前記作業面に供給されたインクに外的刺激を付与する３次元プリンタにおいて実行される３次元造形物の製造方法であって、前記３次元造形物の輪郭に沿って形成された枠体を作業面上に設置する枠体設置工程と、前記枠体の内側でかつ前記作業面上に前記インク供給部が前記インクを供給する最下層インク供給工程と、前記枠体の内側に供給されたインク上に補強部材を重ねる補強部材設置工程と、前記補強部材設置工程の後に、前記枠体の内側でかつ前記補強部材上に前記インク供給部が前記インクを供給する上層インク供給工程と、前記上層インク供給工程の後に、前記枠体の内側に供給されたインクに外的刺激を付与して硬化させる硬化工程とを含むことを特徴とする。

この発明では、枠体の内側にインクを供給する最下層インク供給工程と、枠体の内側に供給されたインク上に補強部材を重ねる補強部材設置工程と、補強部材上にインクを供給する上層インク供給工程と、上層インク供給工程の後にインクを硬化させる硬化工程とを含んでいる。このために、インクの硬化後には、補強部材が少なくとも１層配置されることとなるため、補強部材により硬化後のインクの強度が向上される。したがって、３次元造形物を破損しにくくすることができる。

また、上記３次元造形物の製造方法において、前記枠体設置工程において、前記作業面と相対的に移動する前記３次元プリンタの吐出部からサポートインクを前記作業面に吐出し、前記サポートインクを硬化して、前記枠体を設置するものとすることができる。

この発明では、サポートインクを吐出し硬化させて枠体を形成するので、種々の形状の枠体を容易に形成でき、種々の形状の３次元造形物を容易に形成することができる。

また、上記３次元造形物の製造方法において、前記補強部材設置工程と、前記上層インク供給工程とを複数回繰り返すものとすることができる。

この発明では、補強部材設置工程と上層インク供給工程とを複数回繰り返すので、３次元造形物内に複数の層の補強部材を積層することができる。したがって、３次元造形物をより破損しにくくすることができる。

また、上記３次元造形物の製造方法において、前記最下層インク供給工程と前記上層インク供給工程の後に、前記枠体の内側に供給されたインクに完全に硬化する外的刺激よりも弱い外的刺激を付与する、あるいは、完全に硬化する時間よりも短い時間外的刺激を付与する半硬化工程を含むものとすることができる。

この発明では、最下層インク供給工程と上層インク供給工程の後にインクを半硬化させる半硬化工程を実行する。このために、補強部材の姿勢がインクに重ねられた後に変化することを抑制でき、補強部材が３次元造形物の強度を確実に向上することができ、３次元造形物を破損しにくくすることができる。

本発明に係る３次元造形物の製造方法は、３次元造形物を破損しにくくすることができる、という効果を奏する。

図１は、実施形態に係るインクジェットプリンタの概略の構成を示す概略構成図である。図２は、図１に示されたインクジェットプリンタにより造形される３次元造形物の一例を示す斜視図である。図３は、図２に示された３次元造形物を形成する際に用いられる枠体の一例を示す斜視図である。図４は、実施形態に係る３次元造形物の製造方法のフローチャートの一例である。図５は、図４に示された枠体設置工程のフローチャートの一例である。図６は、図４に示された３次元造形物形成工程のフローチャートの一例である。図７は、図１に示されたインクジェットプリンタが枠体を形成した状態を模式的に示す断面図である。図８は、図７に示された枠体にインクを供給した状態を模式的に示す断面図である。図９は、図８に示されたインク上にフィラーを供給した状態を模式的に示す断面図である。図１０は、図９に示されたフィラー上に次の層のインクを供給した状態を模式的に示す断面図である。図１１は、図１０に示されたインク上にフィラーと更に次の層のインクを供給した状態を模式的に示す断面図である。図１２は、図１１に示されたインクを硬化させた得た３次元造形物などを模式的に示す断面図である。

以下に、本発明に係る３次元造形物の製造方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能、且つ、容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

〔実施形態〕
図１は、実施形態に係るインクジェットプリンタの概略の構成を示す概略構成図である。図２は、図１に示されたインクジェットプリンタにより造形される３次元造形物の一例を示す斜視図である。図３は、図２に示された３次元造形物を形成する際に用いられる枠体の一例を示す斜視図である。図４は、実施形態に係る３次元造形物の製造方法のフローチャートの一例である。図５は、図４に示された枠体設置工程のフローチャートの一例である。図６は、図４に示された３次元造形物形成工程のフローチャートの一例である。

図１に示す実施形態に係る３次元プリンタとしてのインクジェットプリンタ１は、いわゆるインクジェット法を用いて、３次元の立体造形物である３次元造形物Ｗ（一例を図２に示す）を製造する立体造形装置である。このインクジェットプリンタ１は、典型的には、３次元造形物Ｗの３次元データに基づいて当該３次元造形物Ｗを上下方向に多数の層ＬＹ（図２に示す）に区画し、その３次元造形物Ｗの層ＬＹ毎の形状データに基づいて造形材（インクを硬化させたもの）を下側の層ＬＹから順に積層していくことで、その３次元データに合わせた３次元造形物Ｗを形成するものである。図２に一例を示す３次元造形物Ｗは、断面台形状の直方体に形成されている。しかしながら、本発明では、３次元造形物Ｗの形状はこれに限らない。

インクジェットプリンタ１は、図１に示すように、上面が作業面２ａをなす載置台２と、主走査方向に設けたＹバー３と、キャリッジ４と、キャリッジ駆動部５（往復移動部に相当）と、載置台駆動部６と、制御部７と、入力装置８などを備える。

載置台２の作業面２ａは、水平方向（図１に示すＸ軸とＹ軸との双方と平行な方向）に平坦に形成され、その上に造形材としてのインクが下側の層ＬＹから順に積層される平面である。載置台２は、例えば、略矩形状に形成されるがこれに限らない。

Ｙバー３は、載置台２の鉛直方向上側に所定の間隔をあけて設けられる。Ｙバー３は、水平方向（Ｙ軸）と平行な主走査方向に沿って直線状に設けられる。Ｙバー３は、キャリッジ４の主走査方向に沿った往復移動をガイドする。

キャリッジ４は、Ｙバー３に保持され、当該Ｙバー３に沿って主走査方向に往復移動可能である。キャリッジ４は、主走査方向に移動制御される。キャリッジ４は、鉛直方向に対して載置台２と対向する面に、図示しないホルダ等を介してインク供給部４１と補強部材供給部４２と紫外線照射器４３（外的刺激付与部に相当）と吐出部４４とが設けられる。

吐出部４４は、露光することで硬化度が変化するサポートインクを作業面２ａに吐出するものである。実施形態の吐出部４４は、少なくとも、露光することで硬化度が変化するインクとして、３次元造形物Ｗの輪郭に沿った枠体Ｅ（図３に示す）を形成するサポートインクを吐出可能であるとともにキャリッジ駆動部５により作業面２ａと相対移動可能なものである。なお、枠体Ｅは、内周面が３次元造形物Ｗの外側面に沿った形状に形成されている。枠体Ｅは、内側にインク供給部４１からのインクＩ（図８に示す）が供給され、当該インクＩが硬化されるこことで、３次元造形物Ｗを造形するものである。

吐出部４４は、キャリッジ４の主走査方向に沿った移動に伴って主走査方向に沿って往復移動可能である。吐出部４４は、各種インク流路、レギュレータ、ポンプ等を介してインクタンクと接続されている。吐出部４４は、インクタンクの数、言い換えれば、同時に印刷可能なサポートインクの種類の数等に応じて単数、あるいは複数が設けられる。吐出部４４は、インクタンク内のサポートインクを作業面２ａに向けてインクジェット方式で吐出することができるインクジェットヘッドである。ここで、露光することで硬化度が変化するサポートインクとしては、例えば、紫外線を照射することで硬化するＵＶ（紫外線）硬化インクを用いることができ、例えば、硬化後に易水溶性や易アルコール溶性あるいは加熱溶解性を有するものが望ましい。吐出部４４は、制御部７と電気的に接続され、制御部７によってその駆動が制御される。

インク供給部４１は、外的刺激が付与されることで硬化度が変化する造形材としてのインクＩを作業面２ａの枠体Ｅの内側に供給可能である。実施形態のインク供給部４１は、外的刺激としての露光することで硬化度が変化するインクＩを作業面２ａに供給する。インク供給部４１は、３次元造形物Ｗを形成するインクＩを吐出する。インク供給部４１は、キャリッジ４に設けられかつ図示しないインクタンクに貯留されているインクＩを作業面２ａに吐出可能である。

インク供給部４１は、キャリッジ４の主走査方向に沿った移動に伴って主走査方向に沿って往復移動可能である。インク供給部４１は、各種インク流路、レギュレータ、ポンプ等を介してインクタンクと接続されている。インク供給部４１は、インクタンクの数、言い換えれば、同時に印刷可能なインクＩの種類の数等に応じて単数、あるいは複数が設けられる。ここで、露光することで硬化度が変化するインクＩとしては、例えば、紫外線を照射することで硬化するＵＶ（紫外線）硬化インクを用いることができ、例えば、製造する３次元造形物Ｗの色彩に応じて、白色インク、着色インク、透明インク等を適宜用いることができる。インク供給部４１は、制御部７と電気的に接続され、制御部７によってその駆動が制御される。

補強部材供給部４２は、枠体Ｅの内側に供給されたインクＩ上に補強部材としてのフィラーＦ（図９に示す）を重ねるものである。補強部材供給部４２は、キャリッジ４に設けられかつ図示しない補強部材収容部に貯留されているフィラーＦを作業面２ａに吐出可能である。

補強部材供給部４２は、キャリッジ４の主走査方向に沿った移動に伴って主走査方向に沿って往復移動可能である。補強部材供給部４２が供給する補強部材としてのフィラーＦとしてはシリカ、セラミック、ジルコニアなどの粒子を用いることができ、インクＩの硬化後の機械的な強度を向上させるためのものである。補強部材供給部４２は、制御部７と電気的に接続され、制御部７によってその駆動が制御される。

フィラーＦは、金属メッシュや布などの枠体Ｅの内側に入る大きさに切断した一枚あるいは多数枚を敷き詰めたもので構成されてもよい。これらの場合、切断は、レーザーカッターや刃物カッターで、必要な寸法に裁断される。

紫外線照射器４３は、作業面２ａの枠体Ｅの内側に供給されたインクＩに外的刺激を付与するものである。紫外線照射器４３は、作業面２ａに供給されたインクＩ及びサポートインクに対して露光可能なものである。紫外線照射器４３は、例えば、紫外線を照射可能なＬＥＤモジュール等により構成される。紫外線照射器４３は、キャリッジ４に設けられ、キャリッジ４の主走査方向に沿った移動に伴って主走査方向に沿って往復移動可能である。紫外線照射器４３は、制御部７と電気的に接続され、制御部７によってその駆動が制御される。

キャリッジ駆動部５は、Ｙバー３に対してキャリッジ４即ちインク供給部４１、吐出部４４、補強部材供給部４２及び紫外線照射器４３を主走査方向に相対的に往復移動させる駆動装置である。キャリッジ駆動部５は、例えば、キャリッジ４に連結された搬送ベルト等の伝達機構、搬送ベルトを駆動する電動機等の駆動源を含んで構成され、駆動源が発生させた動力を、伝達機構を介してキャリッジ４を主走査方向に沿って移動させる動力に変換し、当該キャリッジ４を主走査方向に沿って往復移動させる。キャリッジ駆動部５は、制御部７と電気的に接続され、制御部７によってその駆動が制御される。

載置台駆動部６は、図１に示すように、鉛直方向移動部６１と、副走査方向移動部６２と、軸心回転部６３とを備える。鉛直方向移動部６１は、載置台２をＺ軸と平行な鉛直方向に沿って上下移動することで、載置台２に形成された作業面２ａをインク供給部４１、吐出部４４、補強部材供給部４２及び紫外線照射器４３に対して相対的に鉛直方向に沿って上下移動させるものである。これにより、載置台駆動部６は、インク供給部４１、吐出部４４、補強部材供給部４２及び紫外線照射器４３に対して、作業面２ａを鉛直方向に沿って接近離間させることができる。つまり、載置台駆動部６は、インク供給部４１、吐出部４４、補強部材供給部４２及び紫外線照射器４３に対して作業面２ａを鉛直方向に沿って相対移動可能とする。

副走査方向移動部６２は、載置台２を主走査方向に対して直交するＸ軸と平行な副走査方向に移動させることで、載置台２に形成された作業面２ａをインク供給部４１、吐出部４４、補強部材供給部４２及び紫外線照射器４３に対して相対的に副走査方向に沿って往復移動させるものである。これにより、載置台駆動部６は、インク供給部４１、吐出部４４、補強部材供給部４２及び紫外線照射器４３に対して、作業面２ａを副走査方向に沿って往復移動させることができる。つまり、副走査方向移動部６２は、インク供給部４１、吐出部４４、補強部材供給部４２及び紫外線照射器４３と、作業面２ａとを副走査方向に相対的に往復移動可能とする。実施形態では、副走査方向移動部６２は、載置台２を副走査方向に移動させるが、本発明では、これに限定されることなく、Ｙバー３毎、インク供給部４１及び紫外線照射器４３を副走査方向に移動させてもよい。

軸心回転部６３は、載置台２を鉛直方向と平行な軸心（Ｚ軸）回りに回転することで、載置台２に形成された作業面２ａをインク供給部４１、吐出部４４、補強部材供給部４２及び紫外線照射器４３に対して相対的に軸心回りに回転させるものである。これにより、載置台駆動部６は、インク供給部４１、吐出部４４、補強部材供給部４２及び紫外線照射器４３に対して、作業面２ａを軸心回りに回転させることができる。つまり、軸心回転部６３は、インク供給部４１、吐出部４４、補強部材供給部４２及び紫外線照射器４３と、作業面２ａとを鉛直方向と平行な軸心回りに回転自在とする。

制御部７は、インク供給部４１、吐出部４４、補強部材供給部４２、紫外線照射器４３、キャリッジ駆動部５、載置台駆動部６等を含むインクジェットプリンタ１の各部を制御する。制御部７は、演算装置、メモリ等のハードウェア及びこれらの所定の機能を実現させるプログラムから構成される。制御部７は、インク供給部４１を制御し、インクＩの供給量、供給タイミング、供給期間等を制御する。制御部７は、吐出部４４を制御し、サポートインクの吐出量、吐出タイミング、吐出期間等を制御する。制御部７は、補強部材供給部４２を制御し、フィラーＦの供給量、供給タイミング、供給期間等を制御する。制御部７は、紫外線照射器４３を制御し、照射する紫外線の強度、露光タイミング、露光期間等を制御する。制御部７は、キャリッジ駆動部５を制御し、キャリッジ４の主走査方向に沿った相対移動を制御する。制御部７は、載置台駆動部６を制御し、載置台２の鉛直方向、副走査方向に沿った相対移動及び軸心回りの相対移動を制御する。

入力装置８は、制御部７に接続され、３次元造形物Ｗの形状に関する３次元データを入力するものである。入力装置８は、例えば、制御部７に有線／無線で接続されるＰＣ、種々の端末等によって構成される。

次に、図４、図５及び図６のフローチャートを参照して、上記で説明したインクジェットプリンタ１において実行される３次元造形物の製造方法の一例を説明する。図４、図５及び図６に示された３次元造形物の製造方法は、インクジェットプリンタ１の制御部７によって実行される。なお、図４、図５及び図６の説明に際しては、適宜、図７〜図１２も参照する。図７〜図１２は、実施形態に係る３次元造形物の製造方法の一例を模式的に説明する断面図である。

実施形態の３次元造形物の製造方法は、枠体設置工程（ステップＳＴ１）と、３次元造形物形成工程（ステップＳＴ２）とを含み、３次元造形物Ｗを製造する方法である。枠体設置工程と、３次元造形物形成工程とは、インクジェットプリンタ１の制御部７によって、当該インクジェットプリンタ１の各部の駆動が制御されることで行われる。

３次元造形物の製造方法の枠体設置工程は、形状データ生成工程（ステップＳＴ１１）と、吐出パターン生成工程（ステップＳＴ１２）と、吐出工程（ステップＳＴ１３）とを含み、枠体Ｅを上下方向に複数の層ＥＬ（図３に示す）に区画し、下側の層ＥＬから順に積層していくことで、枠体Ｅを製造するものである。即ち、枠体設置工程は、３次元造形物Ｗの輪郭に沿って形成された枠体Ｅを作業面２ａ上に設置するものである。

本実施形態の枠体設置工程では、まず、制御部７は、形状データ生成工程として、枠体Ｅの層ＥＬ毎の形状データを生成する（ステップＳＴ１１）。この場合、制御部７は、入力装置８から入力される枠体Ｅ又は３次元造形物Ｗの形状に関する３次元データに基づいて、鉛直方向に沿った所望の厚みの層ＥＬ毎の枠体Ｅの形状データを演算、生成する。

次に、制御部７は、吐出パターン生成工程として、枠体Ｅの各層ＥＬ毎の印刷パターンを生成し、当該生成した印刷パターンを実現可能な吐出制御量、硬化制御量、キャリッジ駆動部５、載置台駆動部６の制御量などを生成する（ステップＳＴ１２）。

次に、吐出工程として、吐出パターン生成工程（ステップＳＴ１２）の後に、生成した吐出パターン通りに、吐出部４４及び紫外線照射器４３などを主走査方向に相対的に移動させ、かつ、載置台２を副走査方向、鉛直方向に相対的に移動させ、軸心回りに相対的に回転させながら、吐出部４４から作業面２ａにサポートインクを吐出するとともに紫外線照射器４３により吐出したサポートインクを露光する（ステップＳＴ１３）。この場合、制御部７は、吐出部４４を制御し、吐出部４４と作業面２ａとを相対的に移動させながらサポートインクを作業面２ａに吐出して枠体Ｅを形成する枠体形成制御を実行する。

具体的には、制御部７は、キャリッジ駆動部５、鉛直方向移動部６１及び軸心回転部６３を制御して、作業面２ａに対して適切な位置にキャリッジ４を位置付ける。そして、制御部７は、キャリッジ駆動部５にキャリッジ４を主走査方向に移動させながら、吐出パターン生成工程で生成された枠体Ｅの各層ＥＬを形成するのに適切なタイミングで吐出部４４からサポートインクを吐出するとともに紫外線照射器４３から紫外線を照射させる。吐出されたサポートインクは、作業面２ａ又は造形済みの層ＥＬに着弾して硬化される。そして、制御部７は、吐出パターン生成工程で生成されたキャリッジ４の制御量分、キャリッジ４を主走査方向に１回以上移動させながら、吐出部４４からサポートインクを吐出し、吐出したサポートインクを露光して硬化させ、枠体Ｅの各層ＥＬの主走査方向の１ライン分を形成する。

そして、制御部７は、副走査方向移動部６２を制御して、載置台２を１ライン分副走査方向に移動させた後、先ほどの工程を繰り返して、枠体Ｅの各層ＥＬ全体を造形する。その後、制御部７は、枠体Ｅの各層ＥＬ全体を造形した後、鉛直方向移動部６１を制御して、作業面２ａを１層ＥＬ分下降させて、作業面２ａの鉛直方向の位置を次の枠体Ｅの層ＥＬを造形するのに適切な位置にする。制御部７は、前述した工程を繰り返して、図７に示すように、下側の層ＥＬから順に枠体Ｅを造形する。こうして、インクジェットプリンタ１は、サポートインクを吐出し露光することで、作業面２ａ上に設置されかつ３次元造形物Ｗの輪郭に沿って形成された枠体Ｅを備えることとなる。なお、枠体Ｅの厚みは、インク供給部４１が枠体Ｅの内側にインクＩを供給する際に、枠体Ｅにインク供給部４１が接触しない厚みに形成されている。このように、枠体設置工程の吐出工程において、作業面２ａと相対移動する吐出部４４からサポートインクを作業面２ａに吐出し、サポートインクを硬化して枠体Ｅを設置する。

次に、制御部７は、枠体Ｅの形成が終了したか否かを判定する（ステップＳＴ１４）。この場合、制御部７は、入力装置８から入力される３次元造形物Ｗの形状に関する３次元データや、形状データ生成工程（ステップＳＴ１１）で生成した枠体Ｅの層ＥＬ毎の形状データ等に基づいて、枠体Ｅの形成が終了したか否かを判定する。

制御部７は、枠体Ｅの形成が終了していないと判定した場合（ステップＳＴ１４：Ｎｏ）、吐出工程（ステップＳＴ１３）に戻って、ステップＳＴ１３を繰り返し実行する。制御部７は、３次元造形物Ｗの形成が終了したと判定した場合（ステップＳＴ１４：Ｙｅｓ）、枠体設置工程を終了し、３次元造形物形成工程に進む。

３次元造形物形成工程は、形状データ生成工程（ステップＳＴ２１）と、最下層インク供給工程（ステップＳＴ２２）と、半硬化工程（ステップＳＴ２３）と、補強部材設置工程（ステップＳＴ２４）と、上層インク供給工程（ステップＳＴ２５）と、半硬化工程（ステップＳＴ２６）と、移動工程（ステップＳＴ２８）と、硬化工程（ステップＳＴ２９）とを含み、補強部材設置工程と上層インク供給工程と移動工程とを複数回繰り返し実行して、３次元造形物Ｗを製造するものである。即ち、制御部７は、インク供給工程と補強部材設置工程と移動工程とを繰り返し実行可能なものである。

制御部７は、３次元造形物形成工程では、形状データ生成工程として、３次元造形物Ｗの層ＬＹ毎の形状データを生成する（ステップＳＴ２１）。この場合、制御部７は、入力装置８から入力される３次元造形物Ｗの形状に関する３次元データに基づいて、鉛直方向に沿った所望の厚みの層ＬＹ毎の３次元造形物Ｗの形状データを演算、生成する。

次に、制御部７は、最下層インク供給工程として、図８に例示するように、枠体Ｅの内側でかつ作業面２ａ上にインク供給部４１がインクＩを供給する（ステップＳＴ２２）。この場合、制御部７は、インク供給部４１を制御し枠体Ｅの内側にインクＩを供給する最下層インク供給制御を実行する。具体的には、制御部７は、最下層インク供給制御では、インク供給部４１、キャリッジ駆動部５及び載置台駆動部６を制御し、枠体Ｅで囲まれた作業面２ａ上にインクＩを供給する。制御部７は、層ＬＹの厚みに相当する量のインクＩを枠体Ｅで囲まれた作業面２ａ上に供給する。また、この時点では、制御部７は、紫外線照射器４３による紫外線の照射は行わず、インクＩの流動性が十分に確保された状態にしておく。

次に、制御部７は、半硬化工程として、最下層インク供給工程の後に、紫外線照射器４３が枠体Ｅの内側に供給されたインクＩに完全に硬化する外的刺激（露光）よりも弱い外的刺激（露光）を付与する、あるいは、完全に硬化する時間よりも短い時間外的刺激を付与（露光）して、最下層インク供給工程において供給されたインクＩを半硬化させる（ステップＳＴ２３）。

次に、制御部７は、補強部材設置工程として、図９に例示するように、最下層インク供給工程の後に、枠体Ｅの内側に供給されたインクＩ上にフィラーＦを重ねる（ステップＳＴ２４）。この場合、制御部７は、最下層インク供給制御の後に補強部材供給部４２を制御し、枠体Ｅの内側に供給されたインクＩ上にフィラーＦを重ねる補強部材供給制御を実行する。具体的には、制御部７は、補強部材供給制御では、補強部材供給部４２、キャリッジ駆動部５及び載置台駆動部６を制御し、補強部材供給部４２を主走査方向に移動させながら枠体Ｅの内側に供給されたインクＩ上にフィラーＦを重ね、主走査方向の１ライン分のフィラーＦを重ねた後に、載置台２を１ライン分副走査方向に移動させた後、補強部材供給部４２を主走査方向に移動させながら枠体Ｅの内側に供給されたインクＩ上にフィラーＦを重ねる。補強部材供給制御では、補強部材供給部４２を主走査方向に移動させながらフィラーＦをインクＩ上に重ねる動作と、載置台２を副走査方向に１ライン分移動させる動作とを各層ＬＹのインクＩの全面上にフィラーＦを重ね終えるまで繰り返す。

次に、制御部７は、上層インク供給工程として、図１０に例示するように、補強部材設置工程の後に、枠体Ｅの内側でかつ補強部材Ｆ上にインク供給部４１がインクＩを供給する（ステップＳＴ２５）。この場合、制御部７は、インク供給部４１を制御し枠体Ｅの内側にインクＩを供給する上層インク供給制御を実行する。具体的には、制御部７は、上層インク供給制御では、インク供給部４１、キャリッジ駆動部５及び載置台駆動部６を制御し、枠体Ｅの内側の補強部材Ｆ上にインクＩを供給する。制御部７は、層ＬＹの厚みに相当する量のインクＩを枠体Ｅの内側に供給する。また、この時点では、制御部７は、紫外線照射器４３による紫外線の照射は行わず、インクＩの流動性が十分に確保された状態にしておく。

次に、制御部７は、半硬化工程として、上層インク供給工程の後に、紫外線照射器４３が枠体Ｅの内側に供給されたインクＩに完全に硬化する外的刺激（露光）よりも弱い外的刺激（露光）を付与する、あるいは、完全に硬化する時間よりも短い時間外的刺激を付与（露光）して、上層インク供給工程において供給されたインクＩを半硬化させる（ステップＳＴ２６）。

次に、制御部７は、３次元造形物Ｗを構成するすべての層ＬＹ分のインクＩを枠体Ｅの内側に供給したか否かを判定する（ステップＳＴ２７）。この場合、制御部７は、入力装置８から入力される３次元造形物Ｗの形状に関する３次元データや、形状データ生成工程（ステップＳＴ２１）で生成した３次元造形物Ｗの層ＬＹ毎の形状データ等に基づいて、３次元造形物Ｗを構成するすべての層ＬＹ分のインクＩの供給が終了したか否かを判定する。

制御部７は、３次元造形物Ｗを構成するすべての層ＬＹ分のインクＩを枠体Ｅの内側に供給していないと判定した場合（ステップＳＴ２７：Ｎｏ）、移動工程として、作業面２ａを鉛直方向に沿ってキャリッジ４から離間する側に２層ＬＹ分相対移動させ（ステップＳＴ２８）、補強部材設置工程（ステップＳＴ２４）に戻って、補強部材設置工程（ステップＳＴ２４）以降のステップを繰り返し実行する。この場合、制御部７は、補強部材設置工程（ステップＳＴ２４）において、上層インク供給工程の後に、枠体Ｅの内側に供給されたインクＩ上に補強部材Ｆを重ね、上層インク供給工程において、図１１に例示するように、補強部材Ｆ上にインク供給部４１がインクＩを供給して、３次元造形物Ｗを構成するすべての層ＬＹのインクＩを枠体Ｅの内側に供給する。

制御部７は、３次元造形物Ｗを構成するすべての層ＬＹ分のインクＩを枠体Ｅの内側に供給したと判定した場合（ステップＳＴ２７：Ｙｅｓ）、硬化工程（ステップＳＴ２９）に進む。硬化工程として、図１２に示すように、上層インク供給工程の後に、枠体Ｅの内側に供給されたインクＩに外的刺激を付与、即ち紫外線を照射して硬化させる。この場合、制御部７は、紫外線照射器４３を制御し枠体Ｅの内側に供給されたインクＩに紫外線を照射して硬化させる硬化制御を実行する（ステップＳＴ２９）。具体的には、制御部７は、硬化制御では、紫外線照射器４３、キャリッジ駆動部５及び載置台駆動部６を制御し、紫外線照射器４３を主走査方向に移動させながら枠体Ｅの内側に供給されたインクＩに紫外線を照射し、主走査方向の１ライン分のインクＩの紫外線を照射後に、載置台２を１ライン分副走査方向に移動させた後、紫外線照射器４３を主走査方向に移動させながら枠体Ｅの内側に供給されたインクＩに紫外線を照射する。硬化制御では、紫外線照射器４３を主走査方向に移動させながら紫外線を照射する動作と、載置台２を副走査方向に１ライン分移動させる動作とをインクＩの全面上に紫外線を照射し終えるまで繰り返す。

制御部７は、硬化工程を実行後に、作業員などが、図１２に例示するように、作業面２ａから枠体Ｅを除去するなどして、実施形態の３次元造形物の製造方法を終了する。

以上の実施形態に係るインクジェットプリンタ１、及び、３次元造形物の製造方法は、枠体Ｅの内側にインクＩを供給する最下層インク供給工程と、枠体Ｅの内側に供給されたインクＩにフィラーＦを重ねる補強部材設置工程と、フィラーＦ上にインクＩを供給する上層インク供給工程と、上層インク供給工程の後にインクＩを硬化させる硬化工程を含んでいる。このために、インクＩの硬化後には、フィラーＦが少なくとも１層配置されることとなるため、フィラーＦにより硬化後のインクＩの強度が向上される。したがって、３次元造形物Ｗを破損しにくくすることができる。

また、インクジェットプリンタ１、及び、３次元造形物の製造方法は、上層インク供給工程の後にインクＩに紫外線を照射して完全に硬化させるので、インクＩ同士の密着性も向上でき、３次元造形物Ｗをより破損しにくくすることができる。

また、インクジェットプリンタ１、及び、３次元造形物の製造方法は、サポートインクを吐出し硬化させて枠体Ｅを形成するので、種々の形状の枠体Ｅを容易に形成でき、種々の形状の３次元造形物Ｗを容易に形成することができる。

また、インクジェットプリンタ１、及び、３次元造形物の製造方法は、補強部材設置工程と上層インク供給工程とを複数回繰り返すので、３次元造形物Ｗ内に複数の層のフィラーＦを積層することができる。したがって、３次元造形物Ｗをより破損しにくくすることができる。

インクジェットプリンタ１、及び、３次元造形物の製造方法は、最下層インク供給工程と上層インク供給工程の後にインクを半硬化させる半硬化工程を実行する。このために、フィラーＦの姿勢がインクに重ねられた後に変化することを抑制でき、フィラーＦが３次元造形物Ｗの強度を確実に向上することができ、３次元造形物Ｗを破損しにくくすることができる。

また、前述した実施形態では、サポートインクを吐出し露光して枠体Ｅを形成しているが、本発明では、これに限定されない。作業面２ａ上に設置された治具を、枠体Ｅとして用いてもよい。また、本発明では、インク供給部４１が供給するインクＩとして、外的刺激としての加熱されることで硬化度が変化する熱硬化型のインクを用いて、硬化工程においてインクＩを加熱してもよい。また、本発明では、補強部材供給部４２を設けずに、インク供給部４１から各層ＬＹのインクＩを供給した後に、補強部材設置工程において、金属で構成された網状又は板状の補強部材をインクＩ上に供給してもよい。さらに、本発明では、半硬化工程（ステップＳＴ２３及びステップＳＴ２６）を実行しなくてもよい。

前述したように、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、これらに限定されない。本発明では、実施形態をその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせの変更等を行うことができる。

１インクジェットプリンタ（３次元プリンタ）
２ａ作業面
４１インク供給部
４４吐出部
５キャリッジ駆動部（往復移動部）
６１鉛直方向移動部
６２副走査方向移動部
６３軸心回転部
７制御部
Ｅ枠体
Ｆフィラー（補強部材）
Ｉインク
Ｗ３次元造形物
ＬＹ層

Claims

外的刺激が付与されることで硬化度が変化するインクを作業面に供給可能なインク供給部を備え、前記作業面に供給されたインクに外的刺激を付与する３次元プリンタにおいて実行される３次元造形物の製造方法であって、
前記３次元造形物の輪郭に沿って形成された枠体を作業面上に設置する枠体設置工程と、
前記枠体で囲まれた内側でかつ前記作業面上に前記インク供給部が前記インクを供給する最下層インク供給工程と、
前記枠体で囲まれた内側に供給されたインク上に補強部材を重ねる補強部材設置工程と、
前記補強部材設置工程の後に、前記枠体の内側でかつ前記補強部材上に前記インク供給部が前記インクを供給する上層インク供給工程と、
前記上層インク供給工程の後に、前記枠体の内側に供給されたインクに外的刺激を付与して硬化させる硬化工程と、
を含み、
前記補強部材設置工程と前記上層インク供給工程とを複数回繰り返すことによって前記枠体に沿って輪郭が形成された前記３次元造形物内に複数の前記補強部材を積層する
ことを特徴とする３次元造形物の製造方法。
前記枠体設置工程において、前記作業面と相対的に移動する前記３次元プリンタの吐出部からサポートインクを前記作業面に吐出し、前記サポートインクを硬化して、前記枠体を設置する、
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元造形物の製造方法。
前記補強部材設置工程と、前記上層インク供給工程とを複数回繰り返すことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の３次元造形物の製造方法。
前記最下層インク供給工程と前記上層インク供給工程の後に、前記枠体の内側に供給されたインクに完全に硬化する外的刺激よりも弱い外的刺激を付与する、あるいは、完全に硬化する時間よりも短い時間外的刺激を付与する半硬化工程を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の３次元造形物の製造方法。