JP6595170B2 - 立体物造形装置及び立体物造形方法 - Google Patents

立体物造形装置及び立体物造形方法 Download PDF

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Description

本発明は、立体物造形装置及び立体物造形方法に関する。
従来、熱溶解積層法（ＦＤＭ：Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ）で立体物を造形する方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。熱溶解積層法は、１９８０年代後半に米国ストラタシス社によって開発された造形方法であり、フィラメントと呼ばれる熱可塑性樹脂の巻線を２００℃程度の高温で溶解しながら、押し出して積層することによって造形を行う。
インターネットＵＲＬ http://3dprinter.jp.net/130/
従来、熱溶解積層法で用いられるフィラメントとして、様々な色のフィラメントが用いられている。しかし、熱溶解積層法においては、装置の構成上、予め選択した一色のフィラメントのみを用いて造形を行うことが一般的である。そのため、例えば２色以上での着色をした造形物を造形しようとする場合、造形の途中に装置の動作を一旦止めて、フィラメントを別に色に入れ替えることが必要になる。
しかし、フィラメントを交換する作業は、多くの手間や時間を要するものである。また、造形の途中でフィラメントを入れ替えた場合、作業の中断により、造形の精度が低下するおそれもある。そのため、熱溶解積層法で造形を行う場合、通常、着色できる色に多くの制限が生じる。また、その結果、熱溶解積層法で造形を行う場合において、着色が必要な場合には、造形を行った後に造形物（立体物）を磨き、後から着色することが一般的である。
一方、近年、立体物を造形する立体物造形装置（３Ｄプリンタ等）の用途の広がりにより、造形後に着色を行うのではなく、造形中に着色を行うことが望まれることも多くなっている。そして、このような用途に対しては、例えばインクジェットヘッドを用いてカラーインクで造形を行うこと等が検討されている。
しかし、この場合、精密なノズルが多数（例えば１００以上）形成されたインクジェットヘッドを、着色に使用する色数に合わせて、複数個使用する必要がなる。そのため、例えば熱溶解積層法で造形を行う装置と比べ、装置自体の価格が極めて高価になる。
そのため、従来、着色された立体物をより適切に造形できる構成が望まれていた。より具体的には、例えば、比較的低コストでの造形が可能な熱溶解積層法により、着色された立体物をより適切に造形できる構成が望まれていた。そこで、本発明は、上記の課題を解決できる立体物造形装置及び立体物造形方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本願の発明者は、先ず、それぞれ色が異なる複数のフィラメントを用いて、熱溶解積層法による造形を行うことを考えた。また、そのための立体物造形装置の構成として、フィラメントを押し出す加熱押し出し装置について、使用する色の数に合わせて複数個搭載させることを考えた。
しかし、本願の発明者は、鋭意研究により、単に複数の加熱押し出し装置を用いるのみでは、適切に着色を行うことが難しい場合があることを見出した。より具体的に、例えば、単に複数の加熱押し出し装置を用いる場合、使用するフィラメントの数の範囲内で色の切り替えは可能になる。しかし、この場合、複数の色を混合した中間色等を適切に表現することは難しい。そのため、ある程度以上の多彩な色彩を表現しようとする場合、極めて多数のフィラメントを使用することが必要になる。そして、この場合、装置のコストが大きく上昇することになる。また、この構成の場合、色の切り替え時に使用する加熱押し出し装置自体を替えるため、例えば吐出特性の相違等により、造形の精度が低下するおそれもある。
これに対し、本願の発明者は、更なる鋭意研究により、単に複数の加熱押し出し装置を用いるのではなく、複数色の樹脂を予め混合することで所望の色彩に調整し、調整後の樹脂を押し出すことで造形を行うことを考えた。このように構成すれば、例えば、より多彩な色彩をより適切に表現できる。また、色の切り替え時に吐出特性が変化すること等も生じないため、色の切り替えにより造形の精度が低下することもない。すなわち、上記の課題を解決するために、本発明は、以下の構成を有する。
（構成１）熱溶解積層法で立体物を造形する立体物造形装置であって、造形の材料として用いられる樹脂である材料樹脂をそれぞれ供給する複数の材料樹脂供給部と、複数の材料樹脂供給部から供給される材料樹脂を混合した樹脂である混合樹脂を吐出する混合樹脂吐出部と、複数の材料樹脂供給部のそれぞれから混合樹脂吐出部へ供給する材料樹脂の量を制御する樹脂供給制御部とを備え、複数の材料樹脂供給部は、それぞれ異なる色の材料樹脂を混合樹脂吐出部へ供給し、樹脂供給制御部は、複数の材料樹脂供給部のそれぞれから混合樹脂吐出部へ供給する材料樹脂の量を制御することにより、混合樹脂吐出部が吐出する混合樹脂の色を調整し、複数の材料樹脂供給部のそれぞれとして、ホワイト色、イエロー色、マゼンタ色、シアン色、ブラック色、及びクリア色の各色の材料樹脂を供給する前記材料樹脂供給部を備え、立体物の少なくとも一部について、イエロー色、マゼンタ色、シアン色、及びブラック色のうちの少なくともいずれかの色の材料樹脂と、ホワイト色及びクリア色のうちの少なくともいずれかの色の材料樹脂とを用いて造形し、複数の材料樹脂供給部は、材料樹脂を混合樹脂吐出部へ向けてローラにより押し出す樹脂押出器をそれぞれ有し、樹脂供給制御部は、複数の材料樹脂供給部のそれぞれにおける樹脂押出器のローラの回転数を制御することにより、混合樹脂吐出部からの混合樹脂の吐出量が一定になるように、複数の材料樹脂供給部のそれぞれから混合樹脂吐出部へ供給する材料樹脂の量を制御し、かつ、混合樹脂の色を示す色情報に基づき、複数の材料樹脂供給部のそれぞれから混合樹脂吐出部へ供給する材料樹脂の量を制御し、ホワイト色の材料樹脂について、立体物において着色を行わない箇所の造形、又は立体物の内部を構成する内部領域の造形に用いる。
このように構成した場合、例えば、熱溶解積層法で造形を行うことにより、立体物の造形を低コストで適切に行うことができる。また、それぞれ異なる色の複数種類の材料樹脂を用いることにより、着色された立体物を適切に造形できる。また、この場合、複数種類の材料樹脂を吐出前に混合することにより、材料樹脂自体の色に限らず、様々な色彩を適切に表現できる。また、材料樹脂の混合により得られる混合樹脂を連続的に吐出しながら、色彩を変化させること等も可能になる。そのため、色の切り替えにより造形の精度が低下すること等もない。従って、このように構成すれば、例えば、着色された立体物を低コストで適切に造形できる。
ここで、それぞれの材料樹脂供給部が供給する材料樹脂は、例えば糸状又は細線状の樹脂である。材料樹脂としては、例えば、熱溶解積層法で使用される公知のフィラメントを用いることが考えられる。また、混合樹脂吐出部の動作について、混合樹脂を吐出するとは、熱溶解積層法で立体物を造形する場合の射出の動作を行うことである。
また、混合樹脂吐出部は、例えば、それぞれの材料樹脂供給部が供給する材料樹脂を２００℃程度で加熱しつつ、材料樹脂の混合を行う。そして、混合により得られる混合樹脂をノズルから吐出することにより、熱溶解積層法での造形を行う。混合樹脂吐出部としては、例えばミキシングノズルを用いることが考えられる。
（構成２）材料樹脂は、熱可塑性の樹脂であり、混合樹脂吐出部は、それぞれの材料樹脂供給部から供給される材料樹脂を加熱するヒータ部と、ヒータ部により加熱した材料樹脂を混合することで混合樹脂を生成する樹脂混合部と、樹脂混合部で生成した混合樹脂を吐出するノズルとを有し、ノズルから混合樹脂を吐出することにより、立体物を造形する。
このように構成すれば、混合樹脂吐出部において、材料樹脂を適切に混合できる。また、加熱した状態で混合することで得られた混合樹脂を吐出することで、所望の色の混合樹脂により、立体物を適切に造形できる。
（構成３）樹脂供給制御部は、複数の材料樹脂供給部から混合樹脂吐出部へ供給される材料樹脂の合計量を予め設定された供給量に合わせるように、混合樹脂吐出部へ供給する材料樹脂の量を制御する。
このように構成すれば、例えば、混合樹脂吐出部において、材料樹脂をより適切に混合できる。また、この構成において、混合樹脂吐出部は、例えば、供給される材料樹脂に応じた吐出量で、ノズルから混合樹脂を吐出する。この場合、ノズルからの吐出量とは、単位時間あたりの吐出量である。そのため、このように構成すれば、ノズルからの吐出量についても、材料樹脂の供給量に応じた一定の量に安定させることができる。また、これにより、例えば、立体物の造形をより高い精度で行うことができる。
尚、いずれかの材料樹脂供給部からの材料樹脂の供給量を増やした場合、樹脂供給制御部は、例えば、その増加分に応じて、他の材料樹脂供給部からの材料樹脂の供給量を減少させる。また、いずれかの材料樹脂供給部からの材料樹脂の供給量を減少させた場合、樹脂供給制御部は、例えば、その減少分に応じて、他の材料樹脂供給部からの材料樹脂の供給量を増加させる。このように構成すれば、例えば、混合樹脂吐出部へ供給される材料樹脂の合計量について、所定の供給量に適切に設定できる。
（構成４）少なくとも、イエロー、マゼンタ、シアン、及びブラックの各色の材料樹脂をそれぞれ供給する複数の材料樹脂供給部を備える。このように構成すれば、例えば、多彩な色彩での着色をより適切に行うことができる。より具体的に、この場合、例えば、フルカラーの着色を行うことが考えられる。そのため、このように構成すれば、例えば、低コストでフルカラーでの造形を行う装置（フルカラーモデリングマシン）を適切に提供することができる。
（構成５）ホワイト色の材料樹脂を供給する材料樹脂供給部を更に備える。このように構成すれば、例えば、より多彩な色彩での着色をより適切に行うことができる。ホワイト色の材料樹脂は、例えば、淡色を表現するために用いることができる。
（構成６）クリア色の材料樹脂を供給する材料樹脂供給部を更に備える。このように構成した場合、イエロー、マゼンタ、シアン、及びブラックの各色の材料樹脂により表現される色に加え、透明色を更に表現することが可能になる。そのため、このように構成すれば、例えば、より多彩な色彩での着色をより適切に行うことができる。
（構成７）複数の材料樹脂供給部は、材料樹脂を混合樹脂吐出部へ向けてローラにより押し出す樹脂押出器をそれぞれ有し、樹脂供給制御部は、複数の材料樹脂供給部のそれぞれにおける樹脂押出器のローラの回転数を制御することにより、複数の材料樹脂供給部のそれぞれから混合樹脂吐出部へ供給する材料樹脂の量を制御する。
このように構成すれば、例えば、材料樹脂をより適切に混合できる。また、これにより、着色された立体物をより適切に造形できる。また、樹脂供給制御部は、例えば、各タイミングでノズルから吐出すべき混合樹脂の色を示す色情報に応じて、それぞれの樹脂押出器のローラの回転数を制御する。この場合、樹脂供給制御部は、例えば、造形する造形物を示すデータに基づき、色情報を取得する。
また、樹脂供給制御部は、例えば、材料樹脂を混合するタイミングと、ノズルから混合樹脂を吐出するタイミングの時間差を考慮して、樹脂押出器のローラの回転数を制御する。この場合、この時間差は、例えば、混合樹脂吐出部の容量に応じて決まる時間差である。また、混合樹脂吐出部のノズルから吐出する混合樹脂の色を変化させるタイミングに合わせて、樹脂供給制御部は、例えば、吐出を一旦停止させてもよい。このように構成すれば、例えば、色の変更をより適切に行うことができる。
（構成８）熱溶解積層法で立体物を造形する立体物方法であって、造形の材料として用いられる樹脂である材料樹脂をそれぞれ供給する複数の材料樹脂供給部と、複数の材料樹脂供給部から供給される材料樹脂を混合した樹脂である混合樹脂を吐出する混合樹脂吐出部とを用い、複数の材料樹脂供給部は、それぞれ異なる色の材料樹脂を混合樹脂吐出部へ供給し、複数の材料樹脂供給部のそれぞれから混合樹脂吐出部へ供給する材料樹脂の量を制御することにより、混合樹脂吐出部が吐出する混合樹脂の色を調整する。このように構成すれば、例えば、構成１と同様の効果を得ることができる。
本発明によれば、着色された立体物を適切に造形することができる。
本発明の一実施形態に係る立体物造形装置１０の構成の一例を示す図である。
以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る立体物造形装置１０の構成の一例を示す。本例において、立体物造形装置１０は、熱溶解積層法で立体物を造形する立体物造形装置である。この場合、熱溶解積層法とは、例えば、加熱により溶解した樹脂をノズルから押し出して積層することで造形物を造形する方法である。
また、より具体的に、立体物造形装置１０は、造形の材料として用いられる樹脂である材料樹脂として、糸状又は細線状の樹脂であるフィラメントを用いて、造形を行う。また、それぞれ色の異なる複数種類のフィラメントを用いることにより、着色された造形物を造形する。また、以下に説明をする点を除き、本例における立体物造形装置１０は、熱溶解積層法で造形を行う公知の造形装置と同一又は同様の特徴を有してよい。
また、本例において、立体物造形装置１０は、複数の材料樹脂供給部１４、混合樹脂吐出部１２、走査駆動部１６、台部１８、及び制御部２０を備える。複数の材料樹脂供給部１４は、材料樹脂の一例であるフィラメント５２を供給する供給部である。本例において、複数の材料樹脂供給部１４のそれぞれは、それぞれ異なる色のフィラメント５２を、混合樹脂吐出部１２へ供給する。
また、より具体的に、本例において、複数の混合樹脂吐出部１２のそれぞれは、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）、Ｗ（ホワイト）、及びＣＬ（クリア）の各色のフィラメント５２を混合樹脂吐出部１２へ供給する。ＣＬ（クリア）色とは、無色透明の色のことである。また、ＹＭＣＫの各色は、Ｗ色又はＣＬ色と混合させる場合のソリッドカラーとして用いられる。また、立体物造形装置１０の構成の変形例においては、上記以外の他の色のフィラメント５２を供給する材料樹脂供給部１４を更に備えてもよい。また、造形物５０に求められる品質に応じて、一部の材料樹脂供給部１４を省略してもよい。例えば、Ｗ及びＣＬの少なくとも一方の色について、材料樹脂供給部１４を省略してもよい。
また、本例において、それぞれの材料樹脂供給部１４は、フィラメント繰出部１１２及びフィラメント押出ローラ１１４を有する。フィラメント繰出部１１２は、フィラメント押出ローラ１１４の動作に応じてフィラメント５２を順次繰り出す部分である。また、より具体的に、フィラメント繰出部１１２は、例えば、巻き線状に巻かれたフィラメント５２を保持する保持部であってよい。
フィラメント押出ローラ１１４は、樹脂押出器の一例であり、制御部２０の指示に応じて、フィラメント繰出部１１２から混合樹脂吐出部１２へ向けて、フィラメント５２を順次繰り出す。また、本例において、フィラメント押出ローラ１１４は、フィラメント５２と接するローラによりフィラメント５２を押し出す構成を有しており、フィラメント５２の供給経路において混合樹脂吐出部１２よりも上流側（一次側）に配設され、例えば図中に矢印で示した方向へローラを回転させることにより、混合樹脂吐出部１２へ向けて、フィラメント５２を順次押し出す。以上の構成により、本例において、複数の材料樹脂供給部１４のそれぞれは、制御部２０の指示に応じて、各色のフィラメント５２を混合樹脂吐出部１２へ向けて押し出す。
尚、図中に示すように、本例において、それぞれの材料樹脂供給部１４は、各色のフィラメント５２を、それぞれ別の経路で混合樹脂吐出部１２へ押し込む。また、それぞれの材料樹脂供給部１４は、例えば、混合樹脂吐出部１２へ向けてフィラメント５２を通すチューブ等を更に有することが好ましい。このように構成すれば、チューブを通して、フィラメント５２をより適切に供給できる。
また、本例において、各色のフィラメント５２は、熱可塑性の樹脂である。フィラメント５２としては、例えば２００℃程度の温度で溶解する樹脂を好適に用いることができる。また、各色のフィラメント５２としては、例えば、熱溶解積層法で使用される公知のフィラメントを好適に用いることできる。
混合樹脂吐出部１２は、造形物５０を形成すべき位置へ溶解した樹脂を吐出する吐出部である。この場合、造形物５０を形成すべき位置とは、例えば、熱溶解積層法での造形時に樹脂を押し出すべき位置のことである。
また、本例において、混合樹脂吐出部１２は、ヒータ部１０２及びミキシングノズル１０４を有する。ヒータ部１０２は、それぞれの材料樹脂供給部１４から供給されるフィラメント５２を加熱する加熱部であり、複数の材料樹脂供給部１４から供給されるフィラメント５２を受け取り、加熱することにより、それぞれのフィラメント５２を溶解させる。この場合、ヒータ部１０２は、例えば、フィラメント５２の溶解温度に応じて、例えば２００℃程度（例えば１８０〜２５０℃程度）で加熱を行う。また、ヒータ部１０２は、複数の材料樹脂供給部１４からフィラメント５２を順次受け取るのに応じて、フィラメント５２を溶解させた樹脂を、ミキシングノズル１０４へ順次送り出す。
ミキシングノズル１０４は、ヒータ部１０２から供給される樹脂を混合して吐出する部材である。ミキシングノズル１０４としては、例えば公知の小型のミキシングノズルを好適に用いることができる。また、本例において、ミキシングノズル１０４は、樹脂混合部２０２及びノズル２０４を有する。樹脂混合部２０２は、ヒータ部１０２により加熱された樹脂を受ける部分である。また、本例において、樹脂混合部２０２は、先端のノズル２０４に向けて徐々に径が小さくなる構成を有している。そのため、ヒータ部１０２から供給された樹脂は樹脂混合部２０２内においてノズル２０４へ向かって進む経路において、徐々に混合される。また、これにより、樹脂混合部２０２は、ヒータ部１０２により加熱したフィラメント５２を混合した樹脂である混合樹脂を生成する。
また、ノズル２０４は、樹脂混合部２０２において造形物５０と対向する位置に設けられた孔部であり、造形物５０を形成すべき位置へ向けて、混合樹脂を吐出する。これにより、混合樹脂吐出部１２は、複数の材料樹脂供給部１４から供給されるフィラメント５２を、ヒータ部１０２において、加熱する。また、加熱により溶解したフィラメント５２を、造形物５０へ向けてノズル２０４から混合樹脂を吐出する直前（射出直前）に、ミキシングノズル１０４において混合する。そして、混合により生成した混合樹脂を、ノズル２０４のノズル２０４から吐出する。また、この場合、溶解した状態でノズル２０４から吐出された混合樹脂は、周囲の空気により冷却され、固形化する。
走査駆動部１６は、造形物５０に対して相対的に混合樹脂吐出部１２を移動させる駆動部であり、例えば溶解した混合樹脂を吐出しつつ造形物５０に対して相対的に移動する走査を混合樹脂吐出部１２に行わせることにより、造形物５０の各部への混合樹脂の吐出を混合樹脂吐出部１２に行わせる。この場合、走査駆動部１６は、例えば、混合樹脂吐出部１２及び台部１８のうちの少なくとも一方を移動させることにより、上記の走査を混合樹脂吐出部１２に行わせる。
より具体的に、走査駆動部１６は、例えば、制御部２０の指示に応じて、所定のＸＹ平面内での走査を混合樹脂吐出部１２に行わせる。このＸＹ平面は、例えば、台部１８の上面と平行な平面である。これにより、走査駆動部１６は、混合樹脂吐出部１２に、造形物５０を構成するために積層される複数の層のうちの一の層を形成させる。
また、走査駆動部１６は、混合樹脂吐出部１２が一の層を形成する毎に、例えば、制御部２０の指示に応じて、ＸＹ平面と垂直なＺ方向において造形物５０から離れる方向へ、造形物５０に対して相対的に、混合樹脂吐出部１２を移動させる。これにより、造形物５０と混合樹脂吐出部１２との間の距離を、次の層を形成するための距離に調整する。そして、以上の動作を繰り返すことにより、走査駆動部１６は、造形すべき造形物５０の形状に合わせて複数の層を積層するための走査を、混合樹脂吐出部１２に行わせる。
台部１８は、造形中の造形物５０を保持する台状部材である。本例において、台部１８は、混合樹脂吐出部１２と対向する上面に造形物５０を載置することにより、造形中の造形物５０を保持する。
制御部２０は、例えば立体物造形装置１０のＣＰＵであり、立体物造形装置１０の各部の動作を制御することにより、立体物造形装置１０に造形物５０を造形させる。また、本例において、制御部２０は、例えばファームウェア等のプログラムに応じて、樹脂供給制御部としても動作する。この場合、樹脂供給制御部とは、例えば、複数の材料樹脂供給部１４のそれぞれから混合樹脂吐出部１２へ供給するフィラメント５２の量を制御するための構成のことである。
より具体的に、本例において、制御部２０は、例えば、複数の材料樹脂供給部１４のそれぞれから混合樹脂吐出部１２へ供給するフィラメント５２の量を制御することにより、混合樹脂吐出部１２が吐出する混合樹脂の色を調整する。この場合、制御部２０は、例えば、複数の材料樹脂供給部１４のそれぞれにおけるフィラメント押出ローラ１１４の回転数を制御することにより、複数の材料樹脂供給部１４のそれぞれから混合樹脂吐出部１２へ供給するフィラメント５２の量を制御する。フィラメント押出ローラ１１４の回転数とは、フィラメント押出ローラ１１４においてフィラメント５２を押し出すローラの回転数のことである。
本例によれば、例えば、熱溶解積層法で造形を行うことにより、立体的な造形物５０の造形（３Ｄ造形）を低コストで適切に行うことができる。また、それぞれ異なる色の複数種類のフィラメント５２を用いることにより、着色された造形物５０を適切に造形できる。
また、本例においては、混合樹脂吐出部１２を用いることにより、複数種類のフィラメント５２について、吐出前に適切に混合することができる。また、混合により得られた混合樹脂を吐出することで、所望の色に調整をした混合樹脂を用いて、立体物を適切に造形できる。そのため、本例によれば、例えば、造形物５０の色について、フィラメント５２自体の色に限らず、様々な色彩を適切に表現できる。
また、上記のように、本例において、制御部２０は、複数の材料樹脂供給部１４のそれぞれから混合樹脂吐出部１２へ供給するフィラメント５２の量を制御する。そして、この場合、例えば、ノズル２０４から混合樹脂を連続的に吐出しながら、色彩を変化させること等も可能になる。
より具体的に、この場合、制御部２０は、例えば、各タイミングでノズル２０４から吐出すべき混合樹脂の色を示す色情報に応じて、それぞれの材料樹脂供給部１４におけるフィラメント押出ローラ１１４の回転数を制御する。また、これにより、色情報に応じて、それぞれのフィラメント押出ローラ１１４がフィラメント５２を押し込む押し込み量を制御する。
このように構成すれば、吐出する混合樹脂の色を適切に変化させることができる。また、この場合、連続的に混合樹脂を吐出しつつ色を変化させることができるため、色の切り替えにより造形の精度が低下すること等もない。そのため、本例によれば、例えば、多彩な色で着色された造形物５０を低コストでより適切に造形できる。
尚、制御部２０は、例えば、フィラメント５２を混合するタイミングと、ノズル２０４から混合樹脂を吐出するタイミングの時間差を考慮して、フィラメント押出ローラ１１４の回転数を制御することが好ましい。この場合、この時間差は、例えば、混合樹脂吐出部１２の容量に応じて決まる時間差である。
また、混合樹脂吐出部１２のノズル２０４から吐出する混合樹脂の色を変化させるタイミングに合わせて、制御部２０は、例えば、吐出を一旦停止させてもよい。この場合も、色の変化の前後で同じ混合樹脂吐出部１２を用いて造形を行うことが可能であるため、例えば色を変化させる場合に使用するノズルも変化する場合等と比べ、より高い精度での造形が可能になる。そのため、この場合も、例えば、色の変更をより適切に行うことができる。
ここで、造形物５０をより高精度に造形するためには、例えば、混合樹脂吐出部１２のノズル２０４から吐出する混合樹脂の吐出量（単位時間あたりの吐出量）について、一定の吐出量に保つことが好ましい。そして、そのためには、混合樹脂吐出部１２に供給される造形物５０の供給量（単位時間あたりの供給量）についても、一定に保つことが好ましい。
そのため、本例において、制御部２０は、例えば、複数の材料樹脂供給部１４から混合樹脂吐出部１２へ供給されるフィラメント５２の合計量について、予め設定された供給量に合わせるように制御する。また、より具体的に、いずれかの材料樹脂供給部１４から混合樹脂吐出部１２へのフィラメント５２の供給等を増やした場合、制御部２０は、その増加分に応じて、他の材料樹脂供給部１４からのフィラメント５２の供給量を減少させる。また、いずれかの材料樹脂供給部１４からのフィラメント５２の供給量を減少させた場合、制御部２０は、その減少分に応じて、他の材料樹脂供給部１４からのフィラメント５２の供給量を増加させる。
このように構成すれば、例えば、混合樹脂吐出部１２へ供給されるフィラメント５２の合計量について、一定の量に適切に保つことができる。また、これにより、混合樹脂吐出部１２のノズルからの混合樹脂の吐出量をより安定させることができる。
続いて、本例の構成により得られる効果等について、更に詳しく説明をする。上記においても説明をしたように、本例によれば、例えば、造形物５０の造形を高い精度で適切に行うことができる。また、それぞれ異なる色の複数種類のフィラメント５２を用いることにより、造形物５０に対し、多彩な色彩での着色を適切に行うことができる。また、この場合、例えば、ＹＭＣＫの各色のフィラメント５２を用いることで、フルカラーの着色を行うことも考えられる。また、本例においては、熱溶解造形法で造形を行うことにより、例えば複数のインクジェットヘッドを用いて造形を行う場合等と比べ、装置のコストを適切に抑えることができる。そのため、本例によれば、例えば、低コストでフルカラーでの造形を行う装置（フルカラーモデリングマシン）を適切に提供することができる。
また、本例においては、ＹＭＣＫの各色のフィラメント５２に加え、ホワイト色（白色）及びクリア色のフィラメント５２を更に用いている。この場合、ホワイト色のフィラメント５２は、例えば、各色の淡色を表現するために用いることができる。また、ホワイト色のフィラメント５２は、例えば着色を行わない箇所の造形や、造形物５０の内部を構成する内部領域の造形に用いることも考えられる。また、クリア色のフィラメント５２は、透明色を表現するために用いることができる。また、クリア色のフィラメント５２は、例えば着色を行わない箇所の造形や、造形物５０の表面を覆う透明層の形成に用いることも考えられる。また、例えば造形物５０の内部領域の造形に用いることも考えられる。また、ＹＭＣＫの各色のフィラメント５２と、クリア色のフィラメント５２とを用いることにより、各色について、透明色と非透明色とを表現することも考えられる。
本例によれば、ＹＭＣＫの各色以外のフィラメント５２を更に用いることにより、造形物５０に対し、より多彩な色彩での着色をより適切に行うことができる。また、上記のように、本例においては、ミキシングノズル１０４において、ノズル２０４からの吐出の直前に、フィラメント５２の混合を行う。そのため、本例によれば、例えば、ノズル２０４から吐出する混合樹脂の色について、高い即応性で適切に変化させることができる。また、これにより、例えば、デザイン性の高い造形物５０をより適切に造形できる。この場合、より具体的には、例えば、複数の色によるグラデーションの表現等を行うことが考えられる。また、ノズル２０４の吐出の精度に応じた解像度で、予め設定された図柄等の絵を描くこと等も考えられる。
また、本例によれば、例えば、カラーマッチングをより容易かつ適切に行うこともできる。より具体的に、例えば、本例とは異なる方法で着色された立体物を造形する方法として、白色の石膏や樹脂に顔料を混ぜたバインダを使用して着色された立体物を造形する方法等が考えられる。しかし、この場合、色再現域が狭くなり、全体的に白い表現がされることになる。
また、着色された立体物を造形するその他の方法としては、例えば、造形物の表面に対してのみカラーインク等で着色を行うこと等も考えられる。しかし、この場合、例えば、平面と立ち面との間で解像度が相違し、色合わせが非常に困難になる場合がある。
これに対し、本例においては、複数の色のフィラメント５２を混合して様々な色を表現することにより、色再現域を十分に広げることができる。また、複数の色のフィラメント５２を予め混合した混合樹脂を使用して造形を行うため、平面であるか立ち面であるかに係らず、同一の色を適切に得ることができる。そのため、本例によれば、カラーマッチングをより容易かつ適切に行うことができる。また、これにより、着色された造形物５０をより適切に造形できる。
また、本例においては、熱溶解積層法で立体物を造形することにより、造形物５０を構成する複数の層の積層を短時間で行うことができる。また、これにより、造形の速度を適切に高めることができる。また、この場合、複数の層を積層する積層速度は、溶解した混合樹脂を吐出するノズル２０４の径に依存する。そして、ノズル２０４の径は、例えばミキシングノズル１０４を交換することにより、適宜変更可能である。
そのため、本例においては、例えばノズル２０４の径を変更し、かつ材料樹脂の供給量を適宜設定することにより、様々な条件での造形を行うことも可能になる。より具体的には、例えば、ノズル２０４の径を小径とした場合、造形速度が遅くなるが、より高精細なフルカラーの造形を行うことができる。また、例えばノズル２０４の径を大径とした場合、造形の精細度が低下するが、造形速度をより高速化することができる。そのため、本例によれば、造形物５０に求められる品質等に応じて、着色された造形物５０をより適切に造形できる。また、この場合も、材料樹脂の供給量の設定に関し、いずれかの材料樹脂供給部１４からの材料樹脂の供給量を増やした場合、例えば、その増加分に応じて、他の材料樹脂供給部１４からの材料樹脂の供給量を減少させることが好ましい。また、いずれかの材料樹脂供給部１４からの材料樹脂の供給量を減少させた場合、例えば、その減少分に応じて、他の材料樹脂供給部１４からの材料樹脂の供給量を増加させることが好ましい。このように構成すれば、例えば、混合樹脂吐出部１２へ供給される材料樹脂の合計量について、所定の供給量に適切に設定できる。
以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
本発明は、例えば立体物造形装置に好適に利用できる。
１０・・・立体物造形装置、１２・・・混合樹脂吐出部、１４・・・材料樹脂供給部、１６・・・走査駆動部、１８・・・台部、２０・・・制御部（樹脂供給制御部）、５０・・・造形物、５２・・・フィラメント（材料樹脂）、１０２・・・ヒータ部、１０４・・・ミキシングノズル、１１２・・・フィラメント繰出部、１１４・・・フィラメント押出ローラ（樹脂押出器）、２０２・・・樹脂混合部、２０４・・・ノズル

Claims (5)

  1. 熱溶解積層法で立体物を造形する立体物造形装置であって、
    造形の材料として用いられる樹脂である材料樹脂をそれぞれ供給する複数の材料樹脂供給部と、
    前記複数の材料樹脂供給部から供給される前記材料樹脂を混合した樹脂である混合樹脂を吐出する混合樹脂吐出部と、
    前記複数の材料樹脂供給部のそれぞれから前記混合樹脂吐出部へ供給する前記材料樹脂の量を制御する樹脂供給制御部と
    を備え、
    前記複数の材料樹脂供給部は、それぞれ異なる色の前記材料樹脂を前記混合樹脂吐出部へ供給し、
    前記樹脂供給制御部は、前記複数の材料樹脂供給部のそれぞれから前記混合樹脂吐出部へ供給する前記材料樹脂の量を制御することにより、前記混合樹脂吐出部が吐出する前記混合樹脂の色を調整し、
    前記複数の材料樹脂供給部のそれぞれとして、ホワイト色、イエロー色、マゼンタ色、シアン色、ブラック色、及びクリア色の各色の前記材料樹脂を供給する前記材料樹脂供給部を備え、
    前記立体物の少なくとも一部について、イエロー色、マゼンタ色、シアン色、及びブラック色のうちの少なくともいずれかの色の前記材料樹脂と、ホワイト色及びクリア色のうちの少なくともいずれかの色の前記材料樹脂とを用いて造形し、
    前記複数の材料樹脂供給部は、前記材料樹脂を前記混合樹脂吐出部へ向けてローラにより押し出す樹脂押出器をそれぞれ有し、
    前記樹脂供給制御部は、前記複数の材料樹脂供給部のそれぞれにおける前記樹脂押出器の前記ローラの回転数を制御することにより、前記混合樹脂吐出部からの前記混合樹脂の吐出量が一定になるように、前記複数の材料樹脂供給部のそれぞれから前記混合樹脂吐出部へ供給する前記材料樹脂の量を制御し、かつ、前記混合樹脂の色を示す色情報に基づき、前記複数の材料樹脂供給部のそれぞれから前記混合樹脂吐出部へ供給する前記材料樹脂の量を制御し、
    前記ホワイト色の材料樹脂について、前記立体物において着色を行わない箇所の造形、又は前記立体物の内部を構成する内部領域の造形に用いることを特徴とする立体物造形装置。
  2. 前記材料樹脂は、熱可塑性の樹脂であり、
    前記混合樹脂吐出部は、
    それぞれの前記材料樹脂供給部から供給される前記材料樹脂を加熱するヒータ部と、
    前記ヒータ部により加熱した前記材料樹脂を混合することで前記混合樹脂を生成する樹脂混合部と、
    前記樹脂混合部で生成した前記混合樹脂を吐出するノズルと
    を有し、
    前記ノズルから前記混合樹脂を吐出することにより、前記立体物を造形することを特徴とする請求項１に記載の立体物造形装置。
  3. 前記樹脂供給制御部は、前記複数の材料樹脂供給部から前記混合樹脂吐出部へ供給される前記材料樹脂の合計量を予め設定された供給量に合わせるように、前記混合樹脂吐出部へ供給する前記材料樹脂の量を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の立体物造形装置。
  4. 前記クリア色の材料樹脂について、前記立体物において着色を行わない箇所の造形、又は前記立体物の表面を覆う透明層の形成に用いることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の立体物造形装置。
  5. 熱溶解積層法で立体物を造形する立体物造形方法であって、
    造形の材料として用いられる樹脂である材料樹脂をそれぞれ供給する複数の材料樹脂供給部と、
    前記複数の材料樹脂供給部から供給される前記樹脂を混合した樹脂である混合樹脂を吐出する混合樹脂吐出部と
    を用い、
    前記複数の材料樹脂供給部は、それぞれ異なる色の前記材料樹脂を前記混合樹脂吐出部へ供給し、
    前記複数の材料樹脂供給部のそれぞれから前記混合樹脂吐出部へ供給する前記材料樹脂の量を制御することにより、前記混合樹脂吐出部が吐出する前記混合樹脂の色を調整し、
    前記複数の材料樹脂供給部のそれぞれとして、ホワイト色、イエロー色、マゼンタ色、シアン色、ブラック色、及びクリア色の各色の前記材料樹脂を供給する前記材料樹脂供給部を用い、
    前記立体物の少なくとも一部について、イエロー色、マゼンタ色、シアン色、及びブラック色のうちの少なくともいずれかの色の前記材料樹脂と、ホワイト色及びクリア色のうちの少なくともいずれかの色の前記材料樹脂とを用いて造形し、
    前記複数の材料樹脂供給部は、前記材料樹脂を前記混合樹脂吐出部へ向けてローラにより押し出す樹脂押出器をそれぞれ有し、
    前記複数の材料樹脂供給部のそれぞれにおける前記樹脂押出器の前記ローラの回転数を制御することにより、前記混合樹脂吐出部からの前記混合樹脂の吐出量が一定になるように、前記複数の材料樹脂供給部のそれぞれから前記混合樹脂吐出部へ供給する前記材料樹脂の量を制御し、かつ、前記混合樹脂の色を示す色情報に基づき、前記複数の材料樹脂供給部のそれぞれから前記混合樹脂吐出部へ供給する前記材料樹脂の量を制御し、
    前記ホワイト色の材料樹脂について、前記立体物において着色を行わない箇所の造形、又は前記立体物の内部を構成する内部領域の造形に用いることを特徴とする立体物造形方法。
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