JP6774020B2 - 三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法に関する。

従来から、流動性材料を噴射して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法が使用されている。
例えば、特許文献１には、流動性材料としてのペーストをノズルから吐出（噴射）して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法が開示されている。

特開２００８−２７９４１８号公報

流動性材料を噴射して三次元造形物を製造する場合、流動性材料を積層すると、上側に形成される流動性材料の層による重さで下側の層が横に広がり流動性材料の積層体が変形することにより三次元造形物の精度（品質）が下がる場合があった。しかしながら、近年、三次元造形物を製造する際に求められる精度（品質）は高くなっている。このため、特許文献１で開示されるような従来の三次元造形物の製造方法よりも高い精度で三次元造形物を製造することがユーザーから要求されている。

そこで、本発明の目的は、三次元造形物を構成する流動性材料を積層することに伴い、該流動性材料の積層体が変形することを抑制することである。

上記課題を解決するための本発明の第１の態様の三次元造形物の製造装置は、三次元造形物の構成材料となる粒子と溶剤とを含む流動性材料を噴射する噴射部と、前記噴射部から噴射されて形成される前記流動性材料の層が積層されるステージと、前記ステージに形成された前記流動性材料の層の画像を取得する取得部と、前記ステージにおける前記流動性材料に含まれる前記溶剤を揮発させる乾燥部と、前記取得部が取得した画像に基づいて前記溶剤が所定以上に揮発したか否かを判断する判断部と、を備え、前記流動性材料の層の積層方向における所定の層毎に、前記溶剤が所定以上に揮発したと前記判断部が判断したことに伴って、前記流動性材料の次の層を積層することを特徴とする。

本態様によれば、ステージに形成された流動性材料の層の画像を取得する取得部と、該取得部が取得した画像に基づいて溶剤が所定以上に揮発したか否かを判断する判断部と、を備え、流動性材料の層の積層方向における所定の層毎に、溶剤が所定以上に揮発したと判断部が判断したことに伴って、流動性材料の次の層を積層する。一般的に三次元造形物を構成する流動性材料は乾燥に伴い色味が変化するので、例えば所定の層毎に画像の色味の変化を判断することで溶剤が所定以上に揮発したか否かを判断できる。このため、流動性材料の層を積層する際に、下側の層が乾燥していることで下側の層が横に広がることを抑制することができる。したがって、三次元造形物を構成する流動性材料を積層することに伴い、該流動性材料の積層体が変形することを抑制することができる。
なお、「所定の層毎」とは、１層毎だけでなく複数層毎も含む意味である。また、「色味の変化」とは、色調の変化のほか明度の変化も含む意味である。

本発明の第２の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１の態様において、前記溶剤の揮発率と前記流動性材料の粘度との対応パラメーターを格納する格納部を備え、前記判断部は、前記対応パラメーターを用いて演算される前記流動性材料の所定の粘度に対応する揮発率に基づいて、前記溶剤が所定以上に揮発したか否かを判断することを特徴とする。

本態様によれば、対応パラメーターを用いて演算される流動性材料の所定の粘度に対応する揮発率に基づいて、溶剤が所定以上に揮発したか否かを判断する。ここで、三次元造形物を製造する際に求められる精度（流動性材料の重さで下側の層が横に広がり流動性材料の積層体が変形することなど）は、流動性材料の粘度との相関性が高い。このため、特に効果的に、三次元造形物を構成する流動性材料を積層することに伴い、該流動性材料の積層体が変形することを抑制することができる。

本発明の第３の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１又は第２の態様において、前記乾燥部は、加熱部及び送風部の少なくとも１つを有することを特徴とする。

本態様によれば、乾燥部は加熱部及び送風部の少なくとも１つを有するので、乾燥部を簡単に構成することができる。

本発明の第４の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１から第３のいずれか１つの態様において、前記乾燥部は、前記溶剤の揮発率に応じて出力変更可能であることを特徴とする。

本態様によれば、乾燥部は溶剤の揮発率に応じて出力変更可能であるので、揮発し易い又は揮発し難い溶剤を使用する場合や製造する三次元造形物の大きさなどに基づき、溶剤の揮発率が高い場合及び低い場合に応じて乾燥度合を調整することができる。

本発明の第５の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第４の態様において、前記乾燥部は、前記取得部が取得した画像に基づいて前記流動性材料の層の部分的な前記溶剤の揮発率に応じて部分的に出力変更可能であることを特徴とする。

本態様によれば、乾燥部は取得部が取得した画像に基づいて流動性材料の層の部分的な溶剤の揮発率に応じて部分的に出力変更可能であるので、取得部が取得した画像に基づいて溶剤の揮発率が高い部分に対してよりも溶剤の揮発率が低い部分に対して出力を高くすることができる。すなわち、ステージに形成された流動性材料の層において部分的な揮発率のムラができないようにすることができる。

本発明の第５の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１から第５のいずれか１つの態様において、前記判断部は、前記取得部が取得した画像の色味の変化に基づいて前記溶剤が所定以上に揮発したか否かを判断することを特徴とする。

本態様によれば、画像の色味の変化に基づいて溶剤が所定以上に揮発したか否かを判断することで、三次元造形物を構成する流動性材料を積層することに伴い、該流動性材料の積層体が変形することを抑制することができる。

本発明の第７の態様の三次元造形物の製造方法は、層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、三次元造形物の構成材料となる粒子と溶剤とを含む流動性材料の層をステージに噴射する噴射工程を、前記流動性材料の層の積層方向における所定の層分実行し、前記ステージにおける前記流動性材料に含まれる前記溶剤を揮発させる乾燥工程と、前記ステージに形成された前記流動性材料の層の画像を取得する取得工程と、前記取得工程で取得した画像に基づいて前記溶剤が所定以上に揮発したか否かを判断する判断工程と、を実行することで、前記所定の層毎に、前記溶剤が所定以上に揮発したと判断されることに伴って、前記流動性材料の次の層を積層することを特徴とする。

本態様によれば、流動性材料の層の積層方向における所定の層毎に、ステージに形成された流動性材料の層の画像を取得し、その取得した画像に基づいて溶剤が所定以上に揮発したか否かを判断する。そして、溶剤が所定以上に揮発したと判断部が判断したことに伴って、その上に新たに流動性材料の次の層を積層することができる。このため、流動性材料の層を積層する際に、下側の層が乾燥していることで下側の層が横に広がることを抑制することができる。したがって、三次元造形物を構成する流動性材料を積層することに伴い、該流動性材料の積層体が変形することを抑制することができる。

本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図。 図１に示すＣ部の拡大図。 本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図。 図３に示すＣ’部の拡大図。 本発明の一の実施形態に係るヘッドベースの概略透視図。 本発明の一の実施形態に係るヘッドユニットの配置と三次元造形物の形成形態との関係を概念的に説明する平面図。 本発明の一の実施形態に係るヘッドユニットの配置と三次元造形物の形成形態との関係を概念的に説明する平面図。 本発明の一の実施形態に係るヘッドユニットの配置と三次元造形物の形成形態との関係を概念的に説明する平面図。 三次元造形物の形成形態を概念的に説明する概略図。 三次元造形物の形成形態を概念的に説明する概略図。 ヘッドベースに配置されるヘッドユニットのその他の配置の例を示す模式図。 ヘッドベースに配置されるヘッドユニットのその他の配置の例を示す模式図。 本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置を用いて製造する三次元造形物の製造例を表す概略図。 本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法のフローチャート。 従来の三次元造形物の製造装置を用いて製造する三次元造形物の製造例を表す概略図。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
図１から図４は本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図である。このうち、図２は図１に示すＣ部の拡大図、図４は図３に示すＣ’部の拡大図である。

ここで、本実施形態の三次元造形物の製造装置は、２種類の材料供給部（ヘッドベース）を備えている。このうち、図１及び図２は、一の材料供給部（構成材料（三次元造形物を構成する粉末状の粒子と溶媒とバインダーとを含む流動性材料）を供給する材料供給部）を表した図である。また、図３及び図４は、別の一の材料供給部（三次元造形物を形成する際に該三次元造形物を支持する支持部を形成する流動性の支持部形成用材料を供給する材料供給部）を表した図である。
なお、本明細書における「三次元造形」とは、いわゆる立体造形物を形成することを示すものであって、例えば、平板状、いわゆる二次元形状の形状であっても厚さを有する形状を形成することも含まれる。また、「支持する」とは、下側から支持する場合の他、横側から支持する場合や、場合によっては上側から支持する場合も含む意味である。
また、本実施形態の三次元造形物の製造装置は、三次元造形物の構成材料を用いて該三次元造形物の構成層を形成する際に該構成層を支持するための支持層を形成可能な構成になっている。このため、積層方向（Ｚ方向）と交差する方向に凸状となった部分（所謂オーバーハング部）を変形させることなく形成可能な構成である。しかしながら、このような構成に限定されず、支持層を形成しない構成（すなわち支持層形成用材料を使用しない構成）であってもよい。

図１から図４に示す三次元造形物の製造装置２０００（以下、形成装置２０００という）は、基台１１０と、基台１１０に備える駆動手段としての駆動装置１１１によって、図示するＸ、Ｙ、Ｚ方向の移動、あるいはＺ軸を中心とする回転方向に駆動可能に備えられたステージ１２０を備えている。
そして、図１及び図２で表されるように、一方の端部が基台１１０に固定され、他方の端部に構成材料を吐出する構成材料吐出部１２３０を備えるヘッドユニット１４００を複数保持するヘッドベース１１００が保持固定される、ヘッドベース支持部１３０を備えている。
また、図３及び図４で表されるように、一方の端部が基台１１０に固定され、他方の端部に三次元造形物を支持する支持層形成用材料を吐出する支持層形成用材料吐出部１７３０を備えるヘッドユニット１９００を複数保持するヘッドベース１６００が保持固定される、ヘッドベース支持部７３０と、を備えている。
ここで、ヘッドベース１１００と、ヘッドベース１６００とは、ＸＹ平面において並列に設けられている。
なお、構成材料吐出部１２３０と支持層形成用材料吐出部１７３０とは同様の構成のものである。ただし、このような構成に限定されない。

ステージ１２０上には脱着可能の造形ステージ１２１が置かれ、造形ステージ１２１の形成面１２１ａ（図５参照）に、三次元造形物の積層体５００が形成される過程での層５０１、５０２及び５０３が形成される。造形ステージ１２１の形成面１２１ａに形成された三次元造形物の積層体５００は、形成装置２０００での形成後、熱エネルギーなどのエネルギーを付与することにより、脱脂（構成材料に含まれる溶媒やバインダーの少なくとも一部を分解除去すること）や焼結が行われる。そして、この三次元造形物の積層体５００の脱脂や焼結は、形成装置２０００とは別に設けられる不図示の熱エネルギーを付与可能な恒温槽などに、造形ステージ１２１ごとセットして行われる。このため、造形ステージ１２１は高い耐熱性を有することが要求される。そこで、造形ステージ１２１として、例えばセラミック板を用いることで、高い耐熱性を得ることができ、更に焼結（あるいは溶融されてもよい）される三次元造形物の構成材料との反応性も低く、三次元造形物の積層体５００の変質を防止することができる。なお、図１及び図３では、説明の便宜上、層５０１、５０２及び５０３の３層を例示したが、所望の三次元造形物の積層体５００の形状まで（図１及び図３中の層５０ｎまで）積層される。
ここで、層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎは、各々、支持層形成用材料吐出部１７３０から吐出される支持層形成用材料で形成される支持層３００と、構成材料吐出部１２３０から吐出される構成材料で形成される構成層３１０と、で構成される。

また、本実施形態の形成装置２０００は、脱脂や焼結とは別に、構成材料に含まれる溶媒の揮発を促進させる乾燥部としての赤外線ヒーター８００を備えている。赤外線ヒーター８００の制御については、後述する。ただし、乾燥部の構成に特に限定は無い。赤外線ヒーター８００のように熱エネルギーを付与する構成のもののほか、ファンなどの送風部であってもよい。

さらに、本実施形態の形成装置２０００は、ステージ１２０（造形ステージ１２１）に形成された三次元造形物の積層体５００（層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎ）の画像を取得する取得部としてのカメラ８３０を備えている。カメラ８３０は、ステージ１２０全体の画像を取得（撮影）可能であり、ステージ１２０に形成された流動性材料Ｍの層の部分的な色味の違いを正確に取得可能な構成になっている。

また、図２は、図１に示すヘッドベース１１００を示すＣ部拡大概念図である。図２に示すように、ヘッドベース１１００は、複数のヘッドユニット１４００が保持されている。詳細は後述するが、１つのヘッドユニット１４００は、構成材料供給装置１２００に備える構成材料吐出部１２３０が保持治具１４００ａに保持されることで構成される。構成材料吐出部１２３０は、吐出ノズル１２３０ａと、材料供給コントローラー１５００によって吐出ノズル１２３０ａから構成材料を吐出させる吐出駆動部１２３０ｂと、を備えている。

また、図４は、図３に示すヘッドベース１６００を示すＣ’部拡大概念図である。ここで、ヘッドベース１６００はヘッドベース１１００と同様の構成である。具体的には、図４に示すように、ヘッドベース１６００は、複数のヘッドユニット１９００が保持されている。ヘッドユニット１９００は、支持層形成用材料供給装置１７００に備える支持層形成用材料吐出部１７３０が保持治具１９００ａに保持されることで構成される。支持層形成用材料吐出部１７３０は、吐出ノズル１７３０ａと、材料供給コントローラー１５００によって吐出ノズル１７３０ａから支持層形成用材料を吐出させる吐出駆動部１７３０ｂと、を備えている。

図１で表されるように、構成材料吐出部１２３０は、ヘッドベース１１００に保持されるヘッドユニット１４００それぞれに対応させた構成材料を収容した構成材料供給ユニット１２１０と供給チューブ１２２０により接続されている。そして、所定の構成材料が構成材料供給ユニット１２１０から構成材料吐出部１２３０に供給される。構成材料供給ユニット１２１０には、本実施形態に係る形成装置２０００によって造形される三次元造形物の積層体５００の構成材料が構成材料収容部１２１０ａに収容され、個々の構成材料収容部１２１０ａは、供給チューブ１２２０によって、個々の構成材料吐出部１２３０に接続されている。このように、個々の構成材料収容部１２１０ａを備えることにより、ヘッドベース１１００から、複数の異なる種類の材料を供給することができる。

図３で表されるように、支持層形成用材料吐出部１７３０は、ヘッドベース１６００に保持されるヘッドユニット１９００それぞれに対応させた支持層形成用材料を収容した支持層形成用材料供給ユニット１７１０と供給チューブ１７２０により接続されている。そして、所定の支持層形成用材料が支持層形成用材料供給ユニット１７１０から支持層形成用材料吐出部１７３０に供給される。支持層形成用材料供給ユニット１７１０には、三次元造形物の積層体５００を造形する際の支持層を構成する支持層形成用材料が支持層形成用材料収容部１７１０ａに収容され、個々の支持層形成用材料収容部１７１０ａは、供給チューブ１７２０によって、個々の支持層形成用材料吐出部１７３０に接続されている。このように、個々の支持層形成用材料収容部１７１０ａを備えることにより、ヘッドベース１６００から、複数の異なる種類の支持層形成用材料を供給することができる。

構成材料及び支持層形成用材料としては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）やクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）の単体粉末、もしくはこれらの金属を１つ以上含む合金粉末（マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金）、もしくはこれらから選択される単体粉末、または合金粉末を組み合わせた混合粉末を、溶剤と、バインダーとを含むスラリー状（あるいはペースト状）の混合材料などにして用いることが可能である。
また、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチックを用いることが可能である。その他、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチックも用いることが可能である。
このように、構成材料及び支持層形成用材料に特に限定はなく、上記金属以外の金属やセラミックスや樹脂等も使用可能である。また、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどを好ましく使用可能である。

溶剤としては、例えば、水；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の（ポリ）アルキレングリコールモノアルキルエーテル類；酢酸エチル、酢酸ｎ−プロピル、酢酸ｉｓｏ−プロピル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸ｉｓｏ−ブチル等の酢酸エステル類；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル−ｎ−ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類；エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類；テトラアルキルアンモニウムアセテート類；ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤；ピリジン、γ−ピコリン、２，６−ルチジン等のピリジン系溶剤；テトラアルキルアンモニウムアセテート（例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等）等のイオン液体等が挙げられ、これらから選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
バインダーとしては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）或いはその他の熱可塑性樹脂である。また、紫外線の照射により重合する紫外線硬化樹脂をバインダーに用いてもよい。

形成装置２０００には、図示しない、例えばパーソナルコンピューター等のデータ出力装置から出力される三次元造形物の造形用データに基づいて、上述したステージ１２０、構成材料供給装置１２００に備える構成材料吐出部１２３０、並びに、支持層形成用材料供給装置１７００に備える支持層形成用材料吐出部１７３０を制御する制御手段としての制御ユニット４００を備えている。そして、制御ユニット４００は、ステージ１２０及び構成材料吐出部１２３０が連携して駆動及び動作するよう制御し、ステージ１２０及び支持層形成用材料吐出部１７３０が連携して駆動及び動作するよう制御する。

基台１１０に移動可能に備えられているステージ１２０は、制御ユニット４００からの制御信号に基づき、ステージコントローラー４１０においてステージ１２０の移動開始と停止、移動方向、移動量、移動速度などを制御する信号が生成され、基台１１０に備える駆動装置１１１に送られ、図示するＸ、Ｙ、Ｚ方向にステージ１２０が移動する。ヘッドユニット１４００に備える構成材料吐出部１２３０では、制御ユニット４００からの制御信号に基づき、材料供給コントローラー１５００において構成材料吐出部１２３０に備える吐出駆動部１２３０ｂにおける吐出ノズル１２３０ａからの材料吐出量などを制御する信号が生成され、生成された信号により吐出ノズル１２３０ａから所定量の構成材料が吐出される。
同様に、ヘッドユニット１９００に備える支持層形成用材料吐出部１７３０では、制御ユニット４００からの制御信号に基づき、材料供給コントローラー１５００において支持層形成用材料吐出部１７３０に備える吐出駆動部１７３０ｂにおける吐出ノズル１７３０ａからの材料吐出量などを制御する信号が生成され、生成された信号により吐出ノズル１７３０ａから所定量の支持層形成用材料が吐出される。

次に、ヘッドユニット１４００についてさらに詳細に説明する。なお、ヘッドユニット１９００は、ヘッドユニット１４００と同様の構成である。このため、ヘッドユニット１９００についての詳細な構成の説明は省略する。
図５及び図６〜図８は、ヘッドベース１１００に複数保持されるヘッドユニット１４００及び構成材料吐出部１２３０の保持形態の一例を示し、このうち図５は、図２に示す矢印Ｄ方向からのヘッドベース１１００の外観図である。

図５に示すように、ヘッドベース１１００に複数のヘッドユニット１４００が、図示しない固定手段によって保持されている。また、図６〜図８で表されるように、本実施形態に係る形成装置２０００のヘッドベース１１００では、図下方より第１列目のヘッドユニット１４０１、第２列目のヘッドユニット１４０２、第３列目のヘッドユニット１４０３、そして第４列目のヘッドユニット１４０４の、４ユニットが千鳥状（互い違い）に配置されたヘッドユニット１４００を備えている。そして、図６で表されるように、ステージ１２０をヘッドベース１１００に対してＸ方向に移動させながら各ヘッドユニット１４００から構成材料を吐出させて構成層構成部５０（構成層構成部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄ）が形成される。構成層構成部５０の形成手順については後述する。
なお、図示しないが、それぞれのヘッドユニット１４０１〜１４０４に備える構成材料吐出部１２３０は、吐出駆動部１２３０ｂを介して構成材料供給ユニット１２１０に供給チューブ１２２０で繋がれる構成となっている。

図５に示すように、構成材料吐出部１２３０は吐出ノズル１２３０ａから、ステージ１２０上に載置された造形ステージ１２１の形成面１２１ａに向けて三次元造形物の構成材料である流動性材料Ｍが吐出される。ヘッドユニット１４０１では、流動性材料Ｍが液滴状で吐出される吐出形態を例示し、ヘッドユニット１４０２では、流動性材料Ｍが連続体状で供給される吐出形態を例示している。流動性材料Ｍの吐出形態は、液滴状であっても連続体状であっても、どちらでもよいが、本実施形態では流動性材料Ｍは液滴状で吐出される形態により説明する。
なお、構成材料吐出部１２３０及び支持層形成用材料吐出部１７３０はこのような構成に限定されず、エクストルーダーなど更に異なる方式の材料供給部であってもよい。

吐出ノズル１２３０ａから液滴状に吐出された流動性材料Ｍは、略重力方向に飛翔し、造形ステージ１２１上に着弾する。ステージ１２０は移動し、着弾した流動性材料Ｍにより構成層構成部５０が形成される。この構成層構成部５０の集合体が、造形ステージ１２１の形成面１２１ａ上に形成される三次元造形物の積層体５００の構成層３１０（図１参照）として形成される。

次に、構成層構成部５０の形成手順について、図６〜図８、図９及び図１０を用いて説明する。
図６〜図８は、本実施形態のヘッドユニット１４００の配置と、構成層構成部５０の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図である。そして、図９及び図１０は、構成層構成部５０の形成形態を概念的に表す側面図である。

まず、ステージ１２０が＋Ｘ方向に移動すると、複数の吐出ノズル１２３０ａから流動性材料Ｍが液滴状に吐出され、造形ステージ１２１の形成面１２１ａの所定の位置に流動性材料Ｍが配置され、構成層構成部５０が形成される。
より具体的には、まず、図９で表されるように、ステージ１２０を＋Ｘ方向に移動させながら、複数の吐出ノズル１２３０ａから造形ステージ１２１の形成面１２１ａの所定の位置に一定の間隔で流動性材料Ｍを配置させる。

次に、図１０で表されるように、ステージ１２０を図１に示す−Ｘ方向に移動させながら、一定の間隔で配置された流動性材料Ｍの間を埋めるように新たに流動性材料Ｍを配置させる。
ただし、ステージ１２０を＋Ｘ方向に移動させながら、複数の吐出ノズル１２３０ａから造形ステージ１２１の所定の位置に流動性材料Ｍが重なるように（間隔を空けないように）配置させる構成（ステージ１２０のＸ方向における往復移動で構成層構成部５０を形成する構成ではなく、ステージ１２０のＸ方向における片側の移動のみで構成層構成部５０を形成する構成）としても良い。

上記のように構成層構成部５０を形成することによって、図６で表されるような、各ヘッドユニット１４０１、１４０２、１４０３及び１４０４のＸ方向における１ライン分（Ｙ方向における１ライン目）の構成層構成部５０（構成層構成部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄ）が形成される。

次に、各ヘッドユニット１４０１、１４０２、１４０３及び１４０４のＹ方向における２ライン目の構成層構成部５０’（構成層構成部５０ａ’、５０ｂ’、５０ｃ’及び５０ｄ’）を形成するため、−Ｙ方向にヘッドベース１１００を移動させる。移動量は、ノズル間のピッチをＰとすると、Ｐ／ｎ（ｎは自然数）ピッチ分だけ−Ｙ方向に移動させる。本実施例ではｎを３として説明する。
図９及び図１０で表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図７で表されるような、Ｙ方向における２ライン目の構成層構成部５０’（構成層構成部５０ａ’、５０ｂ’、５０ｃ’及び５０ｄ’）が形成される。

次に、各ヘッドユニット１４０１、１４０２、１４０３及び１４０４のＹ方向における３ライン目の構成層構成部５０’’（構成層構成部５０ａ’’、５０ｂ’’、５０ｃ’’及び５０ｄ’’）を形成するため、−Ｙ方向にヘッドベース１１００を移動させる。移動量は、Ｐ／３ピッチ分だけ−Ｙ方向に移動させる。
そして、図９及び図１０で表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図８で表されるような、Ｙ方向における３ライン目の構成層構成部５０’’
（構成層構成部５０ａ’’、５０ｂ’’、５０ｃ’’及び５０ｄ’’）が形成され、積層方向における１層分の構成層３１０を得ることができる。

また、構成材料吐出部１２３０から吐出される流動性材料Ｍを、ヘッドユニット１４０１、１４０２、１４０３、１４０４のいずれか１ユニット、あるいは２ユニット以上からその他ヘッドユニットと異なる構成材料を吐出供給することもできる。従って、本実施形態に係る形成装置２０００を用いることによって、異種材料から形成される三次元造形物を得ることができる。

なお、第１層目の層５０１において、上述したように構成層３１０を形成する前或いは後に、支持層形成用材料吐出部１７３０から支持層形成用材料を吐出させて、同様の方法で、支持層３００を形成することができる。そして、層５０１に積層させて層５０２、５０３、・・・５０ｎを形成する際にも、同様に、構成層３１０及び支持層３００を形成することができる。

上述の本実施形態に係る形成装置２０００が備えるヘッドユニット１４００及び１９００の数及び配列は、上述した数及び配列に限定されない。図１１及び図１２に、その例として、ヘッドベース１１００に配置されるヘッドユニット１４００の、その他の配置の例を模式図的に示す。

図１１は、ヘッドベース１１００にヘッドユニット１４００をＸ軸方向に複数、並列させた形態を示す。図１２は、ヘッドベース１１００にヘッドユニット１４００を格子状に配列させた形態を示す。なお、いずれも配列されるヘッドユニットの数は、図示の例に限定されない。

次に、上述の本実施形態に係る形成装置２０００を用いて実行する構成層構成部５０の形成手順の例について詳細に説明する。
図１３は、本実施形態に係る三次元造形物の製造装置（形成装置２０００）を用いて、幅Ｌ１の複数の三次元造形物の積層体５００を製造する際の製造例を表す概略図である。
一方、図１５は、従来の三次元造形物の製造装置を用いて製造する三次元造形物の製造例を表す概略図であり、図１３で表される幅Ｌ１の複数の三次元造形物の積層体５００と同様の三次元造形物の積層体５００を製造しようとした状態を表している。
なお、図１３及び図１５は、支持層形成用材料吐出部１７３０から支持層形成用材料を吐出させることなく構成材料吐出部１２３０から構成材料のみを吐出させて三次元造形物の積層体５００を製造する際の製造例である。

本実施形態に係る形成装置２０００は、図１〜図４で表されるような構造をしている。
詳細には、本実施形態の形成装置２０００は、三次元造形物の構成材料となる粒子と溶剤とを含む流動性材料Ｍを噴射する噴射部としての構成材料吐出部１２３０と、構成材料吐出部１２３０から噴射されて形成される流動性材料Ｍの層（層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎ）が積層されるステージ１２０（造形ステージ１２１）と、ステージ１２０に形成された流動性材料Ｍの層の画像を取得するカメラ８３０と、ステージ１２０における流動性材料Ｍに含まれる溶剤を揮発させる赤外線ヒーター８００と、を備えている。
ここで、制御ユニット４００は、判断部として、カメラ８３０が取得した画像に基づいて溶剤が所定以上に揮発したか否かを判断することができる。そして、詳細は図１４を用いて後述するが、制御ユニット４００が、流動性材料Ｍの層の積層方向（Ｚ方向）における所定の層毎（例えば１層毎）に溶剤が所定以上に揮発したか否かを判断し、溶剤が所定以上に揮発したと判断したことに伴って、流動性材料Ｍの次の層を積層する（積層方向における次の層を形成する）ことができる。なお、「所定の層毎」とは、１層毎だけでなく複数層毎も含む意味である。
一般的に三次元造形物を構成する流動性材料Ｍは乾燥に伴い色味が変化するので、例えば所定の層毎に画像の色味の変化を判断することで溶剤が所定以上に揮発したか否かを判断できる。このため、本実施形態の形成装置２０００は、図１３において所望の幅である幅Ｌ１の複数の三次元造形物の積層体５００が形成されていることで示されるように、流動性材料Ｍの層を積層する際に、下側の層が乾燥していることで下側の層が横に広がることを抑制することができる。したがって、本実施形態の形成装置２０００は、三次元造形物を構成する流動性材料Ｍを積層することに伴い、該流動性材料Ｍの積層体５００が変形することを抑制することができる構成になっている。なお、「色味の変化」とは、色調の変化のほか明度の変化も含む意味である。

これは、三次元造形物の構成材料となる粒子と溶剤とを含む流動性材料Ｍは、該溶剤が揮発するにつれて色味が変化する傾向があることに基づくものである。このため、流動性材料Ｍの層の画像を取得し、該画像から流動性材料Ｍの色味の変化を確認することで、溶剤の揮発率が判断できる。そして、溶剤の揮発率から、ステージ１２０に形成された流動性材料Ｍの層に重ねて新たな層を形成した場合に下層が変形するか否かを判断することができる。
別の表現をすると、本実施形態の形成装置２０００は、制御ユニット４００により画像の色味の変化に基づいて溶剤が所定以上に揮発したか否かを判断することで、三次元造形物を構成する流動性材料Ｍを積層することに伴い、該流動性材料Ｍの積層体５００が変形することを抑制することができる構成になっている。

なお、ステージ１２０に形成された流動性材料Ｍの層の色味の変化の判断方法は、該層の画像を取得することにより判断する構成であれば特に限定は無いが、例えば、流動性材料Ｍの層の色味をグレースケール化し、グレースケール化した値が所定の値を超えるか否かで判断させることができる。ここで、グレースケール化の例としては、取得した画像の赤成分、青成分、緑成分を各々２５６階調で表し、これらの２乗平均平方根とすることなどが挙げられる。
また、このように、流動性材料Ｍの層の画像を取得し、該画像から流動性材料Ｍの色味の変化を確認することで、目視では判断しづらい微妙な色味の変化（すなわち微妙な揮発率の変化）を的確に判断することができる。

一方、従来の三次元造形物の製造装置は、溶剤が所定以上に揮発したか否かを判断することなく流動性材料Ｍの層を積層する。このため、所望の幅である幅Ｌ１の複数の三次元造形物の積層体５００を形成しようとしても、図１５で表されるように、最上部の層以外の層においては、流動性材料Ｍの層を積層する際に上側に形成される層の重さにより下側の層が横に広がり、所望の幅である幅Ｌ１より広い幅Ｌ２となる。したがって、三次元造形物を構成する流動性材料Ｍを積層することに伴い、該流動性材料Ｍの積層体５００が変形してしまう。

また、本実施形態の形成装置２０００は、図１及び図３で表されるように、制御ユニット４００にＲＯＭ、ＨＤＤ及びＥＥＰＲＯＭなどの少なくとも１つからなる情報の格納部８２０を備えている。そして、格納部８２０は、該情報のうちの１つとして、流動性材料Ｍに含まれる溶剤の揮発率と流動性材料Ｍの粘度との対応パラメーターを格納している。そして、制御ユニット４００は、該対応パラメーターを用いて演算される流動性材料Ｍの所定の粘度に対応する揮発率に基づいて、溶剤が所定以上に揮発したか否かを判断できる。
ここで、三次元造形物を製造する際に求められる精度（流動性材料Ｍの重さで下側の層が横に広がり流動性材料Ｍの積層体５００が変形することなど）は、流動性材料Ｍの粘度との相関性が高い。このため、本実施形態の形成装置２０００は、特に効果的に、三次元造形物を構成する流動性材料Ｍを積層することに伴い、該流動性材料Ｍの積層体５００が変形することを抑制することができる構成になっている。
ただし、このような構成に限定されず、溶剤の揮発率と流動性材料の粘度との対応パラメーターを使用する代わりに、溶剤の揮発率と単位体積あたりの粒子密度や、溶剤の揮発率と積層の体積、溶剤の揮発率と画像の色調との相関関係などを使用してもよい。

また、上記のように、本実施形態の形成装置２０００は、乾燥部として赤外線ヒーター８００を備えている。そして、このように乾燥部を加熱部とすることや乾燥部を送風部とすることで、言い換えると、乾燥部が加熱部及び送風部の少なくとも１つを有することで、乾燥部を簡単に構成することができる。

ここで、本実施形態における赤外線ヒーター８００は、制御ユニット４００の制御により、流動性材料Ｍに含まれる溶剤の揮発率に応じて出力変更可能である。このため、揮発し易い又は揮発し難い溶剤を使用する場合や製造する三次元造形物の大きさなどに基づき、溶剤の揮発率が高い（揮発速度が速い）場合及び低い（揮発速度が遅い）場合に応じて乾燥度合を調整することができる。
ここで、乾燥度合の調整は、赤外線ヒーター８００の出力値（パワー）を調整することのほか、乾燥時間（出力時間）を調整すること、赤外線ヒーター８００と流動性材料Ｍの積層体５００との距離を調整すること、複数の乾燥部（赤外線ヒーター８００）のうちから出力する乾燥部の数を調整すること、などにより実行可能である。

また、本実施形態の赤外線ヒーター８００は、赤外線の照射範囲を絞ることができるとともに赤外線の照射位置を変更可能な構成になっている。別の表現をすると、本実施形態の乾燥部である赤外線ヒーター８００は、カメラ８３０が取得した画像に基づいて流動性材料Ｍの層の部分的な溶剤の揮発率に応じて部分的に出力変更可能である。このため、カメラ８３０が取得した画像に基づいて溶剤の揮発率が高い部分に対してよりも溶剤の揮発率が低い部分に対して出力を高くすることができる。すなわち、本実施形態の形成装置２０００は、ステージ１２０に形成された流動性材料Ｍの層において部分的な揮発率のムラができないようにすることができる構成になっている。

次に、上記形成装置２０００を用いて行う三次元造形物の製造方法の一例についてフローチャートを用いて説明する。
ここで、図１４は、本実施例に係る三次元造形物の製造方法のフローチャートであり、複数の層を積層方向（Ｚ方向）に積層して三次元造形物の積層体５００を形成するうちの所定層分（例えば１層分）に対応するフローチャートである。このため、三次元造形物の積層体５００を完成させるために、必要に応じて、図１４で表されるフローを繰り返す。

図１４で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、三次元造形物のデータを取得し本実施例の三次元造形物の製造方法を開始すると、最初にステップＳ１１０の噴射工程で、ステージ１２０を移動させながら構成材料吐出部１２３０から（場合によっては支持層形成用材料吐出部１７３０からも）流動性材料Ｍを吐出させ、所定層分（例えば層５０１の１層分）に対応して該所定層分の三次元造形物の積層体５００を形成する。

次に、ステップＳ１２０の取得工程で、カメラ８３０によりステージ１２０上の画像を取得（撮影）する。本ステップは、ステージ１２０（造形ステージ１２１）上に所定層分の流動性材料Ｍの層が形成された直後の状態の画像取得に相当する。
なお、本ステップにより、構成材料吐出部１２３０から所定の吐出量で流動性材料Ｍが吐出されたか否かを判断可能である。具体的には、三次元造形物のデータから想定される画像と本ステップで取得した画像とを比較し、その差分から所定の吐出量で流動性材料Ｍが吐出されたか（差分が無い）否か（差分がある）を判断可能である。構成材料吐出部１２３０から所定の吐出量で流動性材料Ｍが吐出されていないと判断できる場合（差分が有る場合、すなわち、例えば積層体５００に対応する層が取得した画像に無い場合など）には、本実施例の三次元造形物の製造方法を終了させてもよい。

次に、ステップＳ１３０の乾燥工程で、赤外線ヒーター８００によりステージ１２０上に形成された所定層分の流動性材料Ｍを所定の乾燥条件で乾燥させる。なお、該乾燥工程は、流動性材料Ｍに含まれる溶剤の揮発率（揮発速度）に応じて制御ユニット４００の制御により自動で出力変更させながら変えてもよいし、ユーザーが指定した出力条件で実行してもよい。

次に、ステップＳ１４０の取得工程で、カメラ８３０によりステージ１２０上の画像を取得する。本ステップは、ステージ１２０（造形ステージ１２１）上に形成された所定層分の流動性材料Ｍの乾燥率を演算するための画像取得に相当する。

次に、ステップＳ１６０の演算工程で、ステップＳ１３０の画像の取得結果から、流動性材料Ｍの乾燥率を演算する。具体的には、例えば、ステップＳ１４０においてカラー画像（赤成分、青成分、緑成分を各々２５６階調で表したもの）として取得した画像をグレースケール化（赤成分、青成分、緑成分の２乗平均平方根を演算）する。

そして、ステップＳ１７０の判断工程で、流動性材料Ｍに含まれる溶剤が所定以上に揮発したか否かを判断する（例えば、グレースケール化により演算された値を予め定められた閾値と比較する）。
ここで、所定以上に揮発した（閾値を超えた）と判断した場合は、本実施例の三次元造形物の製造方法のフローを終了する（必要に応じて、所定層分の次の層に対応して図１４のフローを繰り返す）。
一方、所定以上に揮発していないと判断した場合は、ステップＳ１４０の乾燥工程に戻り、さらに流動性材料Ｍに含まれる溶剤を揮発させる。
なお、所定以上に揮発したか否かの判断基準（閾値）は、例えば、流動性材料Ｍに含まれる溶剤の揮発率と流動性材料Ｍの粘度との対応パラメーター（所定の粘度に対応する所定の揮発率になったか否か）に基づいて設定できる。

上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法である。
そして、本実施例の三次元造形物の製造方法は、三次元造形物の構成材料となる粒子と溶剤とを含む流動性材料Ｍの層をステージ１２０に噴射する噴射工程（ステップＳ１１０）を、流動性材料Ｍの層の積層方向における所定の層分（例えば１層分）実行し、ステージ１２０における流動性材料Ｍに含まれる溶剤を揮発させる乾燥工程（ステップＳ１３０）と、ステージ１２０における流動性材料Ｍの層の画像を取得する取得工程（ステップＳ１４０）と、取得工程で取得した画像に基づいて溶剤が所定以上に揮発したか否かを判断する判断工程（ステップＳ１５０及びＳ１６０）と、を実行することで、所定の層毎に、溶剤が所定以上に揮発したと判断されることに伴って、流動性材料Ｍの次の層を積層する（必要に応じて図１４のフローを繰り返す）。
このため、本実施例の三次元造形物の製造方法は、流動性材料Ｍの層を積層する際に、下側の層が乾燥していることで下側の層が横に広がることを抑制することができる。したがって、本実施例の三次元造形物の製造方法は、三次元造形物を構成する流動性材料Ｍを積層することに伴い、該流動性材料の積層体が変形することを抑制することができる。

本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ…構成層構成部、１１０…基台、
１１１…駆動装置、１２０…ステージ、１２１…造形ステージ、１２１ａ…形成面、
１３０…ヘッドベース支持部、３００…支持層、３１０…構成層、
４００…制御ユニット（判断部）、４１０…ステージコントローラー、
５００…三次元造形物の積層体、５０１、５０２及び５０３…層、６００…有機膜、
６５０…恒温槽、７３０…ヘッドベース支持部、８００…赤外線ヒーター（乾燥部）、
８２０…格納部、８３０…カメラ（取得部）、１１００…ヘッドベース、
１２００…構成材料供給装置、１２１０…構成材料供給ユニット、
１２１０ａ…構成材料収容部、１２２０…供給チューブ、
１２３０…構成材料吐出部（噴射部）、１２３０ａ…吐出ノズル、
１２３０ｂ…吐出駆動部、１４００…ヘッドユニット、１４００ａ…保持治具、
１４０１、１４０２、１４０３、１４０４…ヘッドユニット、
１５００…材料供給コントローラー、１６００…ヘッドベース、
１７００…支持層形成用材料供給装置、１７１０…支持層形成用材料供給ユニット、
１７１０ａ…支持層形成用材料収容部、１７２０…供給チューブ、
１７３０…支持層形成用材料吐出部、１７３０ａ…吐出ノズル、
１７３０ｂ…吐出駆動部、１９００…ヘッドユニット、１９００ａ…保持治具、
２０００…形成装置（三次元造形物の製造装置）、Ｍ…流動性材料（構成材料）

Claims (7)

1. 三次元造形物の構成材料となる粒子と溶剤とを含む流動性材料を噴射する噴射部と、
   前記噴射部から噴射されて形成される前記流動性材料の層が積層されるステージと、
   前記ステージに形成された前記流動性材料の層の画像を取得する取得部と、
   前記ステージにおける前記流動性材料に含まれる前記溶剤を揮発させる乾燥部と、
   前記取得部が取得した画像に基づいて前記溶剤が所定以上に揮発したか否かを判断する判断部と、を備え、
   前記流動性材料の層の積層方向における所定の層毎に、前記溶剤が所定以上に揮発したと前記判断部が判断したことに伴って、前記流動性材料の次の層を積層することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
2. 請求項１に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記溶剤の揮発率と前記流動性材料の粘度との対応パラメーターを格納する格納部を備え、
   前記判断部は、前記対応パラメーターを用いて演算される前記流動性材料の所定の粘度に対応する揮発率に基づいて、前記溶剤が所定以上に揮発したか否かを判断することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
3. 請求項１又は２に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記乾燥部は、加熱部及び送風部の少なくとも１つを有することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記乾燥部は、前記溶剤の揮発率に応じて出力変更可能であることを特徴とする三次元造形物の製造装置。
5. 請求項４に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記乾燥部は、前記取得部が取得した画像に基づいて前記流動性材料の層の部分的な前記溶剤の揮発率に応じて部分的に出力変更可能であることを特徴とする三次元造形物の製造装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記判断部は、前記取得部が取得した画像の色味の変化に基づいて前記溶剤が所定以上に揮発したか否かを判断することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
7. 層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
   三次元造形物の構成材料となる粒子と溶剤とを含む流動性材料の層をステージに噴射する噴射工程を、前記流動性材料の層の積層方向における所定の層分実行し、
   前記ステージにおける前記流動性材料に含まれる前記溶剤を揮発させる乾燥工程と、前記ステージに形成された前記流動性材料の層の画像を取得する取得工程と、前記取得工程で取得した画像に基づいて前記溶剤が所定以上に揮発したか否かを判断する判断工程と、を実行することで、
   前記所定の層毎に、前記溶剤が所定以上に揮発したと判断されることに伴って、前記流動性材料の次の層を積層することを特徴とする三次元造形物の製造方法。

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