JP6584934B2

JP6584934B2 - 三次元造形装置

Info

Publication number: JP6584934B2
Application number: JP2015233155A
Authority: JP
Inventors: 山本　明広; 明広山本
Original assignee: Roland DG Corp
Current assignee: Roland DG Corp
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2035-11-30
Also published as: JP2017100299A

Description

本発明は、三次元造形装置に関する。

従来から、槽内に収容された光硬化性樹脂に光を照射し、この光硬化性樹脂を硬化させることによって三次元造形物を造形する三次元造形装置が知られている。

特許文献１に示すように、三次元造形装置は、例えば、開口が形成された台と、台の上に配置され、光硬化性樹脂を収容する槽と、槽の上方に配置された昇降自在なホルダとを備えている。台の下方には、光を照射する光源を有する光学装置が配置されている。光源から照射された光は、台の開口を通じて槽内の光硬化性樹脂に照射される。槽内に収容された光硬化性樹脂のうち、光が照射された部分は硬化する。

光の照射位置を制御することにより、硬化する光硬化性樹脂の位置を適宜変更することができる。これにより、所望の断面形状を有する樹脂層を形成することができる。ホルダを順次上昇させることにより、樹脂層が下方に向かって連続的に形成される。このようにして、所望の三次元造形物が造形される。

特開２００３−３９５６４号公報

ところで、光硬化性樹脂は、光が照射されると固まる性質を有しているため、光硬化性樹脂が意図しない光に晒される時間を少なくしたい。また、光硬化性樹脂は、空気中の酸素と反応すると光が照射されても十分に硬化しなくなることがある。このため、光硬化性樹脂と空気との接触を少なくしたい。従来は、三次元造形物を造形するとき、必要な光硬化性樹脂を槽内に一度に供給していた。そして、光硬化性樹脂がある程度減ったら作業者が槽内に追加の光硬化性樹脂を供給していた。かかる供給方法の場合、光硬化性樹脂と空気との接触時間が長くなり、三次元造形物を造形しているときに光硬化性樹脂と空気中の酸素との反応が進行して、光硬化性樹脂が劣化してしまう虞がある。劣化した光硬化性樹脂を用いて三次元造形物を造形しようとすると、所望の断面形状を有する樹脂層を形成することができず、三次元造形物の品質が低下してしまう虞がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光硬化性樹脂と空気中の酸素との接触を低減することによって、光硬化性樹脂の劣化を抑制し、品質に優れた三次元造形物を造形することができる三次元造形装置を提供することである。

本発明に係る三次元造形装置は、光硬化性樹脂を硬化させて所定の断面形状の樹脂層を順次積層することによって三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、光硬化性樹脂を収容する槽と、光を発する光源を有し、前記光源からの光を前記槽内の光硬化性樹脂に照射する光学装置と、前記槽の上方に昇降自在に設けられ、下降したときに前記槽内の光硬化性樹脂に浸漬し、上昇するときに、前記光源からの光が照射されて形成された樹脂層を吊り上げるホルダと、前記槽に供給される光硬化性樹脂を密封して収容し、遮光性を有し、光硬化性樹脂の量に応じて変形可能な樹脂収容容器と、前記樹脂収容容器の下部に接続された入口と、前記槽の上方に配置され、前記槽に向けて開口する出口とを有し、光硬化性樹脂が流れる供給管と、前記樹脂収容容器を上下方向に移動させる昇降装置と、を備え、前記樹脂収容容器を上方に移動させたときに発生する前記樹脂収容容器内の光硬化性樹脂と前記供給管の前記出口との水頭圧差によって、前記樹脂収容容器内の光硬化性樹脂が前記槽に供給される。

本発明に係る三次元造形装置によれば、樹脂収容容器は、光硬化性樹脂を密封して収容するため、樹脂収容容器内に収容された光硬化性樹脂と空気との接触を防止することができる。また、樹脂収容容器は、遮光性を有しているため、樹脂収容容器内に収容された光硬化性樹脂が光に晒されることを防止することができる。さらに、樹脂収容容器の移動量を調整すること、即ち水頭圧差を調整することによって、樹脂収容容器から槽に供給される光硬化性樹脂の量を調整することができる。これにより、槽内に過剰な光硬化性樹脂が存在することが抑制され、光硬化性樹脂と空気との接触を低減することができる。この結果、劣化が抑制された光硬化樹脂を用いることができ、品質に優れた三次元造形物を造形することができる。

本発明によれば、光硬化性樹脂と空気中の酸素との接触を低減することによって、光硬化性樹脂の劣化を抑制し、品質に優れた三次元造形物を造形することができる。

一実施形態に係る三次元造形装置の断面図である。一実施形態に係る樹脂収容容器と槽との位置関係を示す断面図である。一実施形態に係る樹脂収容容器から槽に光硬化性樹脂が供給されている状態を示す断面図である。一実施形態に係る樹脂収容容器から槽に光硬化性樹脂が供給された状態を示す断面図である。一実施形態に係る制御装置のブロック図である。三次元造形物の三次元モデルの一例を示す模式図である。三次元造形物の一例を示す模式図である。スライス画像の一例を示す模式図である。一実施形態に係る三次元造形物の造形処理の手順を示したフローチャートである。スライス画像に基づいて形成される樹脂層の形成に必要な必須樹脂量の一例を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る三次元造形装置について説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化する。

図１は、本実施形態に係る三次元造形装置１０の断面図である。なお、以下の説明において、特に断らない限り、図１の上、下、左、右をそれぞれ三次元造形装置１０の上、下、前、後とする。図面中の符号Ｕ、Ｄ、Ｆ、Ｒｒは、それぞれ上、下、前、後を示している。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、三次元造形装置１０の設置態様を何ら限定するものではない。

三次元造形装置１０は、造形対象である三次元造形物の断面形状を表すスライス画像に基づいて、光硬化性樹脂に光を照射し、光硬化性樹脂を硬化させて、スライス画像に沿った断面形状の樹脂層を順次積層することによって、三次元造形物を造形する装置である。ここで、「断面形状」とは、三次元造形物を所定の厚み（例えば、０．１ｍｍ）ごとにスライスしたときの断面の形状である。「光硬化性樹脂」とは、所定の波長を含む光が照射されると、硬化する樹脂である。

図１に示すように、三次元造形装置１０は、台１１と、槽１２と、ホルダ１３と、第１昇降装置４０と、光学装置１４と、制御装置７０と、ケース２５と、樹脂収容容器５０と、供給管５５と、第２昇降装置６０とを備えている。

図１に示すように、台１１は、ケース２５に支持されている。台１１には、開口２１および開口２２が形成されている。開口２１は、槽１２内に収容された光硬化性樹脂２３に照射する光を通過させる部位である。開口２１の形状は特に限定されない。本実施形態では、開口２１は平面視矩形状に形成されている。開口２２は、樹脂収容容器５０および供給管５５が、ケース２５の内方から外方およびケース２５の外方から内方に移動する際に通過する部分である。開口２２の形状は特に限定されない。本実施形態では、開口２２は平面視で円形状に形成されている。

図１に示すように、槽１２は、光硬化性樹脂２３を収容する。槽１２は、台１１上に載置される。槽１２は、台１１に取り付け可能に配置されている。槽１２は、平面視で矩形状の容器である。槽１２は、台１１に載置された状態において、台１１の開口２１を覆う。槽１２は、平面視で台１１の開口２１と重なる。槽１２のうち少なくとも底壁１２Ａは、光を透過させることのできる材料、例えば透明な樹脂材料によって成形されている。本実施形態では、槽１２の全体はアクリル樹脂材料によって成形されている。槽１２のアクリル樹脂材料の表面には、光硬化性樹脂２３が固着しないように、例えばシリコンゴムを塗布してもよい。

図１に示すように、ホルダ１３は、槽１２の上方に配置されている。ホルダ１３は、台１１の開口２１の上方に配置されている。ホルダ１３の形状は特に限定されない。ホルダ１３は、昇降自在に設けられている。ホルダ１３は、後述するプロジェクタ３１からの光が照射されて形成された樹脂層を槽１２から引き上げる。ホルダ１３は、下降したときに槽１２内の光硬化性樹脂２３に浸漬するように構成されている。ホルダ１３は、上昇するときに、樹脂層を吊り上げるように構成されている。台１１には、第１昇降装置４０が設けられている。第１昇降装置４０は、ホルダ１３を上下方向に移動させる。第１昇降装置４０は、上下方向に延びる第１支柱４１と、第１スライダ４２と、第１モータ４３とを備えている。第１支柱４１は、台１１に設けられている。第１支柱４１の前方には、第１スライダ４２が取り付けられている。第１スライダ４２は、第１支柱４１に沿って昇降自在であり、第１モータ４３によって上下方向に移動する。ホルダ１３は、第１スライダ４２に取り付けられている。ホルダ１３は、第１スライダ４２によって上下方向に移動する。第１支柱４１は、第１スライダ４２を介して、ホルダ１３を昇降自在に間接的に支持している。ただし、第１支柱４１はホルダ１３を直接的に支持していてもよい。ホルダ１３は第１支柱４１の前方に配置されている。

図１に示すように、光学装置１４は、台１１の下方に配置されている。光学装置１４は、槽１２内に収容された光硬化性樹脂２３に所定の波長からなる光を照射する装置である。光学装置１４は台１１の下方に設けられたケース２５に収容されている。光学装置１４は、ケース２５に支持されている。光学装置１４は、プロジェクタ３１と、ミラー３２とを備えている。プロジェクタ３１は光を発する光源の一例である。ただし、光学装置１４の光源はプロジェクタ３１に限定される訳ではない。ミラー３２は、プロジェクタ３１からの光を槽１２に向かって反射させる。ミラー３２は、台１１に形成された開口２１の下方に配置されている。ミラー３２は、プロジェクタ３１の後方に配置されている。ミラー３２は、プロジェクタ３１と前後方向に並ぶように配置されている。ミラー３２は、前下がりに傾斜して配置されている。プロジェクタ３１から発せられた光は、ミラー３２によって反射され、台１１の開口２１を通じて槽１２内の光硬化性樹脂２３に照射される。

図１に示すように、樹脂収容容器５０は、槽１２の側方に配置されている。本実施形態では、樹脂収容容器５０は、槽１２の前方に配置されている。樹脂収容容器５０は、昇降自在に設けられている。樹脂収容容器５０は、槽１２に供給される光硬化性樹脂２３を密封して収容する。樹脂収容容器５０は、遮光性を有している。樹脂収容容器５０は、内部に収容された光硬化性樹脂２３の量に応じて変形可能に構成されている。図２に示すように、樹脂収容容器５０は、後述の蓋部材５８と係合する係合部５１を備えている。係合部５１には、図示しない開口が形成されている。樹脂収容容器５０内に収容された光硬化性樹脂２３は、上記開口を介して係合部５１から外部に排出される。樹脂収容容器５０は、交換可能である。樹脂収容容器５０は、係合部５１が供給管５５の後述する出口５７より下方に位置するときに交換される。

図１に示すように、台１１には、第２昇降装置６０が設けられている。第２昇降装置６０は、樹脂収容容器５０を上下方向に移動させる。第２昇降装置６０は、樹脂収容容器５０を図２の矢印Ｚ１の方向に移動させ、かつ、図２の矢印Ｚ２の方向に移動させる。図１に示すように、第２昇降装置６０は、上下方向に延びる第２支柱６１と、第２スライダ６２と、第２モータ６３とを備えている。第２支柱６１は、台１１に設けられている。第２支柱６１の後方には、第２スライダ６２が取り付けられている。第２スライダ６２は、第２支柱６１に沿って昇降自在であり、第２モータ６３によって上下方向に移動する。樹脂収容容器５０は、第２スライダ６２に着脱可能に取り付けられている。樹脂収容容器５０は、第２スライダ６２に着脱可能に吊り下げられている。樹脂収容容器５０は、第２スライダ６２によって上下方向に移動する。第２支柱６１は、第２スライダ６２を介して、樹脂収容容器５０を昇降自在に間接的に支持している。ただし、第２支柱６１は樹脂収容容器５０を直接的に支持していてもよい。樹脂収容容器５０は第２支柱６１の後方に配置されている。

図２に示すように、供給管５５は、樹脂収容容器５０に接続されている。供給管５５は、可撓性の部材から形成されている。供給管５５は、遮光性を有している。本実施形態では、供給管５５は、遮光性を有するチューブである。樹脂収容容器５０に収容された光硬化性樹脂２３は、供給管５５内を流れる。供給管５５は、入口５６と出口５７とを有している。供給管５５には、係合部５１と係合する蓋部材５８が設けられている。蓋部材５８は、入口５６に接続されている。入口５６は、樹脂収容容器５０の下部に接続されている。入口５６は、蓋部材５８および係合部５１を介して、樹脂収容容器５０の下部に接続されている。出口５７は、槽１２の上方に配置されている。供給管５５の出口５７は、槽１２の上方に配置されるように図示しない固定部材によって固定されている。出口５７は、槽１２に向けて開口している。ここで、「槽１２に向けて開口する」とは、供給管５５の軸線が延びる方向に槽１２が配置されている場合のみならずと、供給管５５の延びる方向に槽１２が配置されていなくても出口５７から排出された光硬化性樹脂２３が自由落下によって槽１２内に供給される場合も含む。

図２に示すように、供給管５５には、逆止弁６８が設けられている。逆止弁６８は、供給管５５の入口５６から出口５７に光硬化性樹脂２３が流れる場合には開弁するように構成されている。逆止弁６８は、供給管５５の出口５７から入口５６に光硬化性樹脂２３が流れる場合には閉弁するように構成されている。逆止弁６８は、樹脂収容容器５０を交換するとき、供給管５５内に残留した光硬化性樹脂２３が供給管５５内を逆流して入口５６から溢れ出るのを防止する。本実施形態では、逆止弁６８は、供給管５５の入口５６側に設けられているが、出口５７側に設けてもよい。

図１に示すように、三次元造形装置１０は、センサ３８を備えている。センサ３８は、第２支柱６１に設けられている。センサ３８は、樹脂収容容器５０内に収容された光硬化性樹脂２３の残量を検出する。センサ３８は、樹脂収容容器５０の膨らんだ部分を検出することによって、光硬化性樹脂２３の残量を検出する。センサ３８は、樹脂収容容器５０の萎んだ部分を検出することによって、光硬化性樹脂２３の残量を検出してもよい。センサ３８の構成は特に限定されない。センサ３８として、例えば、光センサが挙げられる。

図２に示すように、樹脂収容容器５０内の光硬化性樹脂２３の高さＰ１と供給管５５の出口５７の高さＰ２とが同じ場合、即ち樹脂収容容器５０内の光硬化性樹脂２３のうち最も上に位置する部分の高さＰ１と出口５７のうち最も下に位置する部分の高さＰ２とが同じ場合、樹脂収容容器５０内の光硬化性樹脂２３と出口５７との間には水頭圧差が発生しない。このため、樹脂収容容器５０内の光硬化性樹脂２３は、出口５７から槽１２に供給されない。さらに、高さＰ１が高さＰ２よりも低い場合、逆止弁６８によって、供給管５５内の光硬化性樹脂２３が逆流して樹脂収容容器５０に戻ることが防止される。

図３に示すように、第２昇降装置６０（図１参照）が樹脂収容容器５０を上方（図３の矢印Ｚ１の方向）に移動させ、樹脂収容容器５０内の光硬化性樹脂２３と供給管５５の出口５７との間に高さＨの差を設けることによって、樹脂収容容器５０内の光硬化性樹脂２３と出口５７との間には水頭圧差が発生する。上記水頭圧差によって樹脂収容容器５０内の光硬化性樹脂２３は、供給管５５内を流れ、供給管５５の出口５７から槽１２に供給される。ここで、樹脂収容容器５０は、内部に収容された光硬化性樹脂２３の量に応じて変形可能であるため、樹脂収容容器５０内の光硬化性樹脂２３が樹脂収容容器５０の外部へと排出されると、樹脂収容容器５０は大気圧によって変形し徐々に萎む。光硬化性樹脂２３が樹脂収容容器５０の外部へと排出されることによって、光硬化性樹脂２３と出口５７との間に発生している水頭圧差は徐々に小さくなる。

そして、図４に示すように、樹脂収容容器５０内の光硬化性樹脂２３の高さＰ１と供給管５５の出口５７の高さＰ２とが同じなったとき、樹脂収容容器５０内の光硬化性樹脂２３と出口５７との間には水頭圧差が発生しなくなる。このため、樹脂収容容器５０内の光硬化性樹脂２３は、出口５７から槽１２に供給されなくなる。

次に、制御装置７０について説明する。図１に示すように、制御装置７０は、第１スライダ４２を昇降自在に制御する第１モータ４３に接続されている。制御装置７０は、第２スライダ６２を昇降自在に制御する第２モータ６３に接続されている。制御装置７０は、プロジェクタ３１に接続されている。制御装置７０は、第１モータ４３および第２モータ６３を制御する。制御装置７０は、第１モータ４３を駆動することによって、ホルダ１３を上下方向に移動させる。制御装置７０は、第２モータ６３を駆動することによって、樹脂収容容器５０を上下方向に移動させる。制御装置７０は、プロジェクタ３１を制御する。制御装置７０は、プロジェクタ３１から発せられる光のエネルギー、光度、光量、光の波長帯域、光の形状、光を照射させる位置および光を発するタイミングなどを制御する。制御装置７０の構成は特に限定されない。例えば、制御装置７０は、コンピュータであり、中央演算処理装置（以下、ＣＰＵという）と、ＣＰＵが実行するプログラムなどを格納したＲＯＭと、ＲＡＭなどを備えていてもよい。

図５に示すように、制御装置７０は、記憶部７２と、算出部７４と、決定部７７と、制御部７８と、判定部８０と、光制御部８２と、通知部８４とを備えている。

記憶部７２は、造形対象である三次元造形物９２（図７参照）の三次元モデル９０（図６参照）を記憶する。記憶部７２は、三次元造形物９２の三次元モデル９０を所定の間隔にスライスして分割された複数のスライス画像を記憶する。図６において、符号９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃおよび９０Ｄは、スライス線を示す。図８は、三次元モデル９０をスライス線９０Ｃでスライスしたときのスライス画像９４を示す。図８に示すように、スライス画像９４は、所定の断面形状を表す造形領域９５と非造形領域９６とを含む。スライス画像９４に基づいて、三次元造形物９２の樹脂層９２Ｃが形成される。同様に、三次元モデル９０をスライス線９０Ａ、９０Ｂおよび９０Ｄでスライスしたときのスライス画像に基づいて、三次元造形物９２の樹脂層９２Ａ、９２Ｂおよび９２Ｄがそれぞれ形成される。三次元モデル９０および各スライス線９０Ａ〜９０Ｄによってスライスされたときのスライス画像（例えばスライス画像９４）は、例えば、ユーザの操作によって、記憶媒体または他のコンピュータ（図示せず）から記憶部７２に読み込まれる。

記憶部７２は、供給管５５の出口５７の位置を予め記憶している。記憶部７２は、三次元造形物９２の樹脂層の一層分の厚み（高さ）を予め記憶している。記憶部７２は、槽１２全体に上記樹脂層の一層分の厚みの光硬化性樹脂２３が収容されたときの樹脂量（初期樹脂量）を予め記憶している。初期樹脂量とは、槽１２の底壁１２Ａの面積（造形領域９５および非造形領域９６）に上記樹脂層の一層分の厚みを乗じて得られた体積である。記憶部７２は、樹脂収容容器５０の移動量と、出口５７から供給される光硬化性樹脂２３の樹脂量との関係を予め記憶している。即ち、記憶部７２は、初期樹脂量を供給するのに必要な樹脂収容容器５０の初期移動量を予め記憶している。記憶部７２は、必須樹脂量を供給するのに必要な樹脂収容容器５０の必須移動量を予め記憶している。上記各移動量と上記各樹脂量との関係は、光硬化性樹脂２３の樹脂量、出口５７の開口面積および供給管５５の流路面積から算出される。また、記憶部７２は、樹脂収容容器５０を所定の移動量だけ上方に移動させたときから、所定の移動量に対応する樹脂量の光硬化性樹脂２３の供給が完了するときまでの供給時間を予め記憶している。上記供給時間は、光硬化性樹脂２３の樹脂量、光硬化性樹脂２３の粘度、出口５７の開口面積および供給管５５の流路面積から算出される。

図９は、三次元造形装置１０によって三次元造形物９２（図７参照）を作成する手順を示したフローチャートである。以下、三次元造形物９２を造形する手順について説明する。

まず、ステップＳ１０では、算出部７４は、記憶部７２に記憶されたスライス画像に基づいて形成される樹脂層の形成に必要な必須樹脂量を算出する。算出部７４は、例えば、スライス画像９４の造形領域９５の面積に三次元造形物９２の樹脂層９２Ｃの一層分の厚み（高さ）を乗じて得られた体積を必須樹脂量として算出する。算出部７４は、各樹脂層９２Ａ〜９２Ｄについて必須樹脂量を算出する。図１０において、Ｌは各樹脂層９２Ａ〜９２Ｄを形成するのに必要な必須樹脂量を示す。

ステップＳ２０では、決定部７７は、算出された各必須樹脂量を供給するのに必要な樹脂収容容器５０の各必須移動量を決定する。即ち、決定部７７は、第２スライダ６２の上昇量を決定する。決定部７７は、各樹脂層９２Ａ〜９２Ｄについて必須移動量を決定する。決定部７７は、記憶部７２に記憶された必須樹脂量から必須移動量を決定する。

ステップＳ３０では、制御装置７０は、各樹脂層９２Ａ〜９２Ｄの順を示すＮの値を最下層（即ち１層目）であることを示す「１」とする。ここでは、樹脂層９２Ａが最下層（即ち１層目）となる。

ステップＳ４０では、制御部７８は、第２昇降装置６０の第２モータ６３を制御し、初期移動量だけ樹脂収容容器５０を移動させる。これにより、樹脂収容容器５０内の光硬化性樹脂２３と供給管５５の出口５７との間に水頭圧差が発生し、光硬化性樹脂２３が初期樹脂量だけ槽１２に供給される。判定部８０は、初期樹脂量の光硬化性樹脂２３が槽１２内に供給されるのに要する供給時間が経過したか否かを判定する。判定部８０によって、供給時間が経過したと判定されると、ステップＳ５０に進む。

ステップＳ５０では、制御部７８は、第２昇降装置６０の第２モータ６３を制御し、最下層（即ち１層目）の必須移動量だけ樹脂収容容器５０を移動させる。これにより、樹脂収容容器５０内の光硬化性樹脂２３と供給管５５の出口５７との間に水頭圧差が発生し、光硬化性樹脂２３が最下層の必須樹脂量だけ槽１２に供給される。判定部８０は、最下層の必須樹脂量の光硬化性樹脂２３が槽１２内に供給されるのに要する供給時間が経過したか否かを判定する。判定部８０によって、供給時間が経過したと判定されると、ステップＳ６０に進む。

ステップＳ６０では、光制御部８２は、記憶部７２に記憶された最下層（１層目）の樹脂層９２Ａを形成するのに必要なスライス画像に基づいて、プロジェクタ３１から光を照射させる。槽１２内に収容された光硬化性樹脂２３が硬化して、スライス画像の造形領域に対応する断面形状を有する樹脂層９２Ａが形成される。樹脂層９２Ａが形成された後、ホルダ１３は、樹脂層の一層分の厚みだけ上方に移動する。このとき、樹脂層９２Ａは、ホルダ１３の表面に固着している。樹脂層９２Ａが形成された後、槽１２内には初期樹脂量だけ光硬化性樹脂２３が残存している。なお、プロジェクタ３１から光を照射させる前には、槽１２の底壁１２Ａとホルダ１３の下面とは、樹脂層の一層分の厚みだけ離れている。

ステップＳ７０では、制御装置７０は、各樹脂層９２Ａ〜９２Ｄの順を示すＮの値に「１」を加算する。

ステップＳ８０では、制御装置７０は、Ｎ層目の樹脂層が最後に形成される樹脂層（即ち最上層。ここでは樹脂層９２Ｄが最上層となる。）であるか否かを判定する。ステップＳ８０において、Ｎ層目の樹脂層が最後に形成される樹脂層であると判定された場合、ステップＳ９０に進む。一方、Ｎ層目の樹脂層が最後に形成される樹脂層でないと判定された場合、ステップＳ１００に進む。

ステップＳ９０では、光制御部８２は、記憶部７２に記憶された最後に形成される樹脂層９２Ｄを形成するのに必要なスライス画像に基づいて、プロジェクタ３１から光を照射させる。槽１２内に収容された光硬化性樹脂２３が硬化して、スライス画像の造形領域に対応する断面形状を有する樹脂層９２Ｄが形成される。樹脂層９２Ｄが形成された後、樹脂層９２Ｄはホルダ１３によって槽１２から引き上げられる。これにより、所望の三次元造形物９２が造形され、三次元造形物９２の造形処理は終了する。なお、樹脂層９２Ｄが形成された後、槽１２内には初期樹脂量から樹脂層９２Ｄの形成に必要な必須樹脂量を差し引いた樹脂量だけ光硬化性樹脂２３が残存している。ステップＳ９０において、最後に形成される樹脂層９２Ｄの形成の前に、制御部７８は、第２昇降装置６０の第２モータ６３を制御して、樹脂収容容器５０を上方に移動させない。

ステップＳ１００では、制御部７８は、第２昇降装置６０の第２モータ６３を制御し、Ｎ層目の必須移動量だけ樹脂収容容器５０を移動させる。これにより、樹脂収容容器５０内の光硬化性樹脂２３と供給管５５の出口５７との間に水頭圧差が発生し、光硬化性樹脂２３がＮ層目の必須樹脂量だけ槽１２に供給される。判定部８０は、Ｎ層目の必須樹脂量の光硬化性樹脂２３が槽１２内に供給されるのに要する供給時間が経過したか否かを判定する。判定部８０によって、供給時間が経過したと判定されると、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、光制御部８２は、記憶部７２に記憶されたＮ層目の樹脂層を形成するのに必要なスライス画像に基づいて、プロジェクタ３１から光を照射させる。槽１２内に収容された光硬化性樹脂２３が硬化して、スライス画像に対応する断面形状を有する樹脂層が形成される。樹脂層が形成された後、ホルダ１３は、樹脂層の一層分の厚みだけ上方に移動する。このとき、Ｎ層目の樹脂層は、Ｎ−１層目の樹脂層の表面に固着している。そして、ステップＳ７０に戻る。このように、光硬化性樹脂２３を硬化して、所定の断面形状に対応した形状の樹脂層を造形し、その造形した樹脂層を順次積層することによって、所望の三次元造形物９２を造形する。

図５に示すように、通知部８４は、センサ３８によって検出された樹脂収容容器５０（図１参照）内の光硬化性樹脂２３の量が次に形成する樹脂層の形成に必要な必須樹脂量より少ない場合、樹脂収容容器５０の交換を通知する。なお、通知部８４の通知方法は特に限定されず、例えば、視覚的な表示、音声等による通知が挙げられる。本実施形態では、表示装置８５を通じて視覚的に作業者に対する通知を行う。通知部８４は、センサ３８によって検出された樹脂収容容器５０内の光硬化性樹脂２３の量が次に形成する樹脂層の形成に必要な必須樹脂量より少ない場合には、制御部７８に信号を送信する。

なお、制御部７８は、センサ３８によって検出された樹脂収容容器５０内の光硬化性樹脂２３の量が次に形成する樹脂層の形成に必要な必須樹脂量より少ない場合、即ち通知部８４から信号を受信した場合、第２昇降装置６０の第２モータ６３を制御して、樹脂収容容器５０を上方に移動させない。

以上のように、本実施形態では、樹脂収容容器５０は、光硬化性樹脂２３を密封して収容するため、樹脂収容容器５０内に収容された光硬化性樹脂２３と空気との接触を防止することができる。また、樹脂収容容器５０は、遮光性を有しているため、樹脂収容容器５０内に収容された光硬化性樹脂２３が光に晒されることを防止することができる。さらに、樹脂収容容器５０の移動量を調整すること、即ち樹脂収容容器５０内の光硬化性樹脂２３と供給管５５の出口５７との間に発生する水頭圧差を調整することによって、樹脂収容容器５０から槽１２に供給される光硬化性樹脂２３の量を調整することができる。これにより、槽１２内に過剰な光硬化性樹脂２３が存在することが抑制され、光硬化性樹脂２３と空気との接触を低減することができる。この結果、劣化が抑制された光硬化性樹脂２３を用いることができ、品質に優れた三次元造形物９２を造形することができる。

本実施形態では、図５に示すように、制御装置７０は、樹脂層が形成される前に、第２昇降装置６０の第２モータ６３を制御し、必須移動量だけ樹脂収容容器５０を移動させる制御部７８を備えている。これにより、所定の樹脂層を形成する前に、所定の樹脂層を形成するのに必要な光硬化性樹脂２３が、樹脂収容容器５０から槽１２に供給される。このため、所定の樹脂層を形成した後には、槽１２内に所定量（初期樹脂量）の光硬化性樹脂２３が存在することになる。即ち、新たな樹脂層を形成するときには、樹脂収容容器５０から供給された劣化していない新鮮な光硬化性樹脂２３が槽１２内に存在することになる。

本実施形態では、制御部７８は、各樹脂層９２Ａ〜９２Ｄのうち最後に形成される樹脂層９２Ｄが形成される前に、第２昇降装置６０の第２モータ６３を制御して、樹脂収容容器５０を上方に移動させない。これにより、最後の樹脂層９２Ｄの必須樹脂量に相当する新たな光硬化性樹脂２３が樹脂収容容器５０から槽に供給されない。このため、槽１２には所定量（初期樹脂量）の光硬化性樹脂２３から最後の樹脂層９２Ｄの必須樹脂量を除いた量の光硬化性樹脂２３が存在することになり、使用されない光硬化性樹脂２３を低減することができる。

本実施形態では、図１に示すように、三次元造形装置１０は、供給管５５に設けられた逆止弁６８を備えている。これにより、樹脂収容容器５０内の光硬化性樹脂２３が供給管５５の出口５７より低い位置に配置されていても、光硬化性樹脂２３が樹脂収容容器５０に向けて流れることを防止することができる。また、樹脂収容容器５０を交換する際に、樹脂収容容器５０から供給管５５を取り外しても供給管５５内に残存する光硬化性樹脂２３が外部に流れることを防止することができる。

本実施形態では、図５に示すように、制御装置７０は通知部８４を備えている。通知部８４は、センサ３８によって検出された樹脂収容容器５０内の光硬化性樹脂２３の量が次に形成する樹脂層の形成に必要な必須樹脂量より少ない場合、表示装置８５を介して樹脂収容容器５０の交換を作業者に通知する。これにより、作業者に対して、樹脂収容容器５０の交換を促すことができる。この結果、光硬化性樹脂２３が不足して三次元造形物９２が造形できない事態を未然に防止することができる。

本実施形態では、制御部７８は、センサ３８によって検出された樹脂収容容器５０内の光硬化性樹脂２３の量が次に形成する樹脂層の形成に必要な必須樹脂量より少ない場合、第２昇降装置６０の第２モータ６３を制御して、樹脂収容容器５０を上方に移動させない。これにより、槽１２内に過剰なまたは不足した光硬化性樹脂２３が存在することを防止することができる。

上述した実施形態では、初期樹脂量の光硬化性樹脂２３が収容された槽１２に１層目の必須樹脂量が供給された後、１層目の樹脂層が形成されているが、これに限定されない。例えば、１層目の樹脂層が形成された後、光硬化性樹脂２３が収容された槽１２に、１層目の必須樹脂量を供給してもよい。即ち、ステップＳ６０の後にステップＳ５０を実行してもよい。

上述した実施形態では、初期樹脂量の光硬化性樹脂２３が収容された槽１２にＮ層目の必須樹脂量が供給された後、Ｎ層目の樹脂層が形成されているが、これに限定されない。例えば、Ｎ層目の樹脂層が形成された後、光硬化性樹脂２３が収容された槽１２に、Ｎ層目の必須樹脂量を供給してもよい。即ち、ステップＳ１１０の後にステップＳ１００を実行してもよい。

上述した実施形態では、最後に形成される樹脂層の形成前に樹脂収容容器５０を上方に移動させていないが、これに限定されない。例えば、樹脂収容容器５０を上方に移動させて、最後に形成される樹脂層の形成に必要な必須樹脂量を槽１２に供給してもよい。

上述した実施形態では、初期樹脂量は、槽１２の底壁１２Ａの面積に樹脂層の一層分の厚みを乗じて得られた体積であったが、これに限定されない。初期樹脂量は、槽１２の底壁１２Ａの面積に樹脂層の一層分より大きい厚みを乗じて得られた体積であってもよい。

三次元造形装置１０は、槽１２内に液面センサを備えていてもよい。液面センサは、槽１２内に所定量の光硬化性樹脂２３が収容されているかを検知する。液面センサは、槽１２内に所定量の光硬化性樹脂２３が収容されている場合、判定部８０に信号を送出する。この場合、例えば、判定部８０は、液面センサからの信号を受信することによって、初期樹脂量や必須樹脂量が槽１２に供給されたことを判定することができる。

１０三次元造形装置
１２槽
１３ホルダ
１４光学装置
２３光硬化性樹脂
３１プロジェクタ（光源）
５０樹脂収容容器
５５供給管
５７出口
６０第２昇降装置
６３第２モータ

Claims

光硬化性樹脂を硬化させて所定の断面形状の樹脂層を順次積層することによって三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
光硬化性樹脂を収容する槽と、
光を発する光源を有し、前記光源からの光を前記槽内の光硬化性樹脂に照射する光学装置と、
前記槽の上方に昇降自在に設けられ、下降したときに前記槽内の光硬化性樹脂に浸漬し、上昇するときに、前記光源からの光が照射されて形成された樹脂層を吊り上げるホルダと、
前記槽に供給される光硬化性樹脂を密封して収容し、遮光性を有し、光硬化性樹脂の量に応じて変形可能な樹脂収容容器と、
前記樹脂収容容器の下部に接続された入口と、前記槽の上方に配置され、前記槽に向けて開口する出口とを有し、光硬化性樹脂が流れる供給管と、
前記樹脂収容容器を上下方向に移動させる昇降装置と、を備え、
前記樹脂収容容器を上方に移動させたときに発生する前記樹脂収容容器内の光硬化性樹脂と前記供給管の前記出口との水頭圧差によって、前記樹脂収容容器内の光硬化性樹脂が前記槽に供給される、三次元造形装置。
前記槽には、予め所定量の光硬化性樹脂が収容され、
前記三次元造形物の三次元モデルを所定の間隔にスライスして分割され、所定の断面形状を表す複数のスライス画像を記憶する記憶部と、
前記スライス画像に基づいて形成される樹脂層の形成に必要な必須樹脂量を算出する算出部と、
前記必須樹脂量を前記槽に供給するのに必要な前記樹脂収容容器の必須移動量を決定する決定部と、
前記樹脂層が形成される前に、前記昇降装置を制御し、前記必須移動量だけ前記樹脂収容容器を移動させる制御部と、を備えた、請求項１に記載の三次元造形装置。
前記制御部は、前記樹脂層のうち最後に形成される樹脂層が形成される前に、前記昇降装置を制御して、前記樹脂収容容器を上方に移動させない、請求項２に記載の三次元造形装置。
前記樹脂収容容器内に収容された光硬化性樹脂の残量を検出するセンサを備え、
前記センサによって検出された前記樹脂収容容器内の光硬化性樹脂の量が次に形成する前記樹脂層の形成に必要な前記必須樹脂量より少ない場合、前記樹脂収容容器の交換を通知する通知部を備えている、請求項２または３に記載の三次元造形装置。
前記制御部は、前記センサによって検出された前記樹脂収容容器内の光硬化性樹脂の量が次に形成する前記樹脂層の形成に必要な前記必須樹脂量より少ない場合、前記昇降装置を制御して、前記樹脂収容容器を上方に移動させない、請求項４に記載の三次元造形装置。
前記供給管に設けられ、前記入口から前記出口に光硬化性樹脂が流れる場合には開弁し、前記出口から前記入口に光硬化性樹脂が流れる場合には閉弁する逆止弁を備えた、請求項１から５のいずれか一項に記載の三次元造形装置。