JP6776056B2 - 造形装置及び造形方法 - Google Patents

Description

本発明は、造形装置及び造形方法に関するものである。

多数の層を積み上げることで３次元造形物を形成する造形装置が注目を集めている。この種の造形技術は、アディティブマニファクチャリング（ＡＭ）、３次元プリンタ、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）などと呼ばれており、以下の説明ではＡＭ技術という。
ＡＭ技術は、より詳しくは、造形対象物の３次元形状データを造形用のスライスデータへ変換し、各層のスライスデータに応じて層ごとに造形材料からなる画像を形成し、それらを順に積層することで、造形物を造形する技術である。

ＡＭ技術は、金型が不要で複雑形状を造形することができる技術であることから、その簡便性や利便性を活かして、様々な部品の作成に用いられている。例えば、ＡＭ技術は、部品の動作や形状の良否を調べるための部品の試作品（プロトタイプ）の作製に用いられている。また、単品や小ロット品である補聴器などの福祉装具の部品、個人用の歯科用の造形物（矯正治療用の部品、入れ歯、クラウンなど）、航空機部品などの製造の作製に用いられている。また、金型では作れない複雑形状部品の作製や、手間がかかるデザイン性の高い形状の作製が可能であることから、従来の加工法では作製が困難な部品や造形物の作製、意匠性の高い服飾などの製作に用いられたりしている。
しかしながら、これらのＡＭ技術は、部分的に造形材料を積層していく方法であることから、生産性という観点でみると、同一形状のものを大量に生産するという従来の方式に比べて、一つの造形物を作製するのに時間が長くかかるという課題を有している。この課題を解決するものとして、特許文献１が提案されている。

特開２００３−５３８４９号公報

特許文献１のように、形成された造形材料画像を加熱により溶融させ、積層する方式であれば、他の造形法に比べて、造形装置により一つの造形物を造形するのに要する時間が、格段に短くなる。
しかしながら高速化といっても、数分で造形が完了するというレベルまでの高速化は出来ず、大きさにもよるが、一つの造形物を造形するのに数時間を要する場合がほとんどである。その為、複数の造形物を製造する場合には、造形時間だけでなく、機器の準備や、次の造形の為の準備等を含めたトータルタクトタイムの短縮化が望まれている。

造形材料画像を加熱により溶融させ、積層する方式において、精度よく造形物を作製するには、造形時に、ステージ上の造形物とその上に新たに積層する層との熱膨張差を抑える必要がある。その場合、造形材料画像を積層した後の造形物における、温度低下時の温度分布を抑えることが重要になり、造形終了後においても造形物を徐冷することが必要となる。このように、精度の高い造形物を作製する場合には、造形時間に加え、数時間の徐冷時間が必要となり、この時間がダウンタイムとなっていた。

本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、複数の造形物を、精度よく、連続して造形するために要する時間を短縮化することを目的とする。

本発明の第一態様は、
ベース材を移動させる第１移動手段と、
スライスデータに基づいて造形材料を配置して加熱溶融し、前記ベース材の積層面上に積層して造形物を造形する造形動作を行う造形部と、
雰囲気の温度を徐々に下げて前記ベース材の積層面上に造形された造形物を冷却する冷却動作を行う冷却部と、
前記造形動作、前記冷却動作、および、前記ベース材の移動動作を制御する制御手段と、
を有する造形装置であって、
前記冷却部が第２加熱手段を備え、
前記制御手段は、前記第２加熱手段により前記冷却部を予め昇温させてから、前記造形動作の終了後に前記第１移動手段を制御して、造形物が造形されたベース材を前記冷却部に移動させるとともに前記造形部に次のベース材を挿入し、前記造形部における造形動作と前記冷却部における冷却動作とを並行して実行させる
ことを特徴とする造形装置を提供する。

本発明の第二態様は、
造形物の製造方法であって、
スライスデータに基づいて造形材料を配置して加熱溶融してベース材上に積層して造形物を作製する造形工程と、
前記ベース材上に作製された前記造形物を冷却する冷却工程と、
を含み、
第１の造形物を作製する造形工程に続いて、第２の造形物を作製する造形工程が行われる場合に、前記第１の造形物を予め昇温された空間に移動させてから空間の温度を徐々に下げて前記第１の造形物に対する前記冷却工程を行い、第２の造形物を作製する前記造形工程を、前記第１の造形物に対する前記冷却工程と並行して実行する
ことを特徴とする製造方法を提供する。

本発明によれば、複数の造形物を、精度よく、連続して造形するために要する時間を短縮化することが可能となる。

実施例１の造形装置の概略構成を示す断面図。 実施例２の造形装置の概略構成を示す断面図。 実施例３の造形装置の概略構成を示す断面図。 実施例４のベース材の構成を説明する模式図。 実施例４の造形装置におけるベース材の移動を説明するための上面図。 実施例４の第１の移動部及び第２の移動部のそれぞれの構成を説明する模式図。 実施例４の造形装置におけるプレート５の動きを説明する側面図。 実施例５のベース材の構成を説明する模式図。 実施例５の固定部の構成を説明する模式図。

本発明は、造形材料からなる材料層を積層することによって３次元物体（立体物）を作製する造形装置および造形方法に関する。
造形材料としては、作成する造形物の用途・機能・目的などに応じてさまざまな材料を選択することができる。本明細書では、造形目的である立体物（構造体）を構成する材料を「構造材料」と呼び、積層途中の構造体を支持するためのサポート体（例えばオーバーハング部を下から支える柱）を構成する材料を「サポート材料」と呼ぶ。また両者を特に区別する必要がない場合には、単に「造形材料」という用語を用いる。構造材料としては
、例えば、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＡＢＳ、ＰＳ（ポリスチレン）など、熱可塑性の樹脂を用いることができる。また、サポート材料としては、構造体からの除去を簡単にするため、熱可塑性と水溶性を有する材料を好ましく用いることができる。サポート材料としては、例えば、糖質、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）などを例示できる。
また、本明細書では、一層分の画像の形成に用いられるデジタルデータを「スライスデータ」と呼ぶ。スライスデータに基づき造形材料で形成される一層分の画像を「材料層」又は「材料画像」と呼ぶ。また、造形装置を用いて作製しようとする目的の立体物（つまり造形装置に与えられる３次元形状データが表す物体）を「造形対象物」と呼び、造形装置で作製された（出力された）物体を「造形物」と呼ぶ。サポート材料を要する立体物の造形の場合、造形物は、構造体とサポート体から構成される。

［実施例１］
以下に、実施例１について説明する。
図１は、本実施例の特徴を最も良く示す図である。図１において、４は造形装置本体を示し、図に示す線は外部空間との境界、すなわち外形線を示している。
本実施例の造形装置本体（以下、装置）４は主に、ベース材（以下、プレート）５を待機させる待機部１、プレート５の上面（ベース材上、積層面上）に造形物を造形する造形部２、プレート５上に造形された造形物を冷却する冷却部３の機能部を有している。そして、本実施例の装置４では、待機部１から造形部２にプレート５を自動的に移動させ、造形部２にて造形物が造形されたプレート５を、造形部２から冷却部３に自動的に移動させるもので、各移動動作を独立して実行可能に構成されている。特に、本実施例の装置４では、複数の造形物を連続して造形する際に、先の造形物に対して行われる冷却部３による冷却動作と、後の造形物に対して行われる造形部２による造形動作とを並行して実行可能に構成されている。プレート５の移動や冷却動作および造形動作は、制御手段１６によって制御される。以下に、各プロセスの動作について説明する。

まず、待機部１について説明する。
待機部１は、装置４の内部に設置され、造形部２で造形物が造形される前のプレート５を待機させる。待機部１には、プレート挿入機構２４を介してプレート５が挿入される。本実施例のプレート挿入機構２４は、装置４に設けられた扉２４ａと、図示されていない挿入溝で構成されている。プレート５の挿入の際には、扉２４ａを開けて、プレート挿入機構２４の挿入溝に沿ってプレート５を押し込むことで、プレート５が位置決め手段２３で位置決めされる。このようにして、プレート５が装置４の内部に挿入される。これにより、プレート５は待機部１に位置するようになる。この位置で、プレート５は、造形動作が開始されるまで待機している。

ここで、プレート挿入機構２４としては、上述した本実施例の構成に限るものではなく、次のような構成であっても、好適に適用することができる。それは例えば、プレート５を装着するための装着部がスライドレールで装置４の外部に出てくる構成であり、また、プリンタにおいて記録材が積載されている挿入カセットのように挿入箱が装置４の外部に出てくる構成である。

次に、造形部２について説明する。造形部２は、上下方向に移動可能な積層ステージ２１を有しており、断熱材で囲まれて概略閉鎖された空間（断熱室）となっている。積層ステージ２１は、上面にプレート５を載置可能に構成されている。造形部２には、内部空間（断熱室内）を外部温度に対し高める為の加熱手段１０と、内部空間の温度を取得する為の温度計測手段１７が設けられている。

装置４は、造形指令を受け取ると、まず造形部２内の温度を、加熱手段１０により、造
形材料の荷重たわみ温度近傍の目標温度まで昇温させる。この目標温度は、積層中の造形物１８の蓄熱状況にもよるが、造形物１８の形状を保ちつつ、温度分布差により造形物１８の熱膨張差が生じ、変形してしまうことを極力抑え込むことを目的として設定される。例えば、造形材料の荷重たわみ温度が８０度の場合には、その手前の７０度程度を目標温度とすると良い。荷重たわみ温度近傍の目標温度は、荷重たわみ温度をＴ℃とすると、（Ｔ−２０）℃以上Ｔ℃未満の範囲の温度内で決めるのが好ましい。

造形部２内の温度が目標温度に上昇したことを温度計測手段１７が計測すると、制御手段１６は、第１の移動部（移動手段）２２を駆動させ、待機部１で待機しているプレート５を造形部２へ移動させるように制御する。ここで、造形部２と待機部１の間には、造形部２と待機部１とを連通可能に閉鎖する、断熱壁で構成された開閉扉１２が設けられている。開閉扉１２は、第１の移動部２２により移動するプレート５の位置に合わせて、独自の駆動力で開くように構成されていてもよく、また、第１の移動部２２の駆動力を利用し、ばねの弾性力で閉じている部分を押し返し開くような構造としてもよい。

造形部２に移動したプレート５は、まず、積層ステージ２１上で、解放状態にある固定解放手段１１上に位置する。その後、プレート５は、積層ステージ２１の上下駆動力等の利用により、位置決め手段２３で位置決めされ、固定解放手段１１にて固定される。造形時には、熱や圧力がプレート５に加わる。このとき、プレート５が積層ステージ２１上でずれてしまうと、造形物１８に段差が出来るため、本実施例では、プレート５を積層ステージ２１上に位置決め固定している。

固定解放手段１１で積層ステージ２１に一体に固定されたプレート５の上部には、次に示す画像形成プロセスにて形成された材料画像６が積層され造形物１８が造形される。
ここで、画像形成プロセスについて説明する。
装置４は、図示していない外部のデータ処理装置からスライスデータを受け取ると、画像形成部１３は、スライスデータに応じて造形材料を配置して材料画像６を形成する。この画像形成部としては、電子写真方式やインクジェット方式などが適用出来る。
画像形成部１３で形成された材料画像６は、ベルト状の搬送体である転写体８に転写され、駆動ローラ７により、図中の矢印方向に積層部まで搬送される。積層部に移動する過程で、材料画像６は加熱手段９により加熱溶融され、造形材料が粉体状からシート状に一体化された材料層へ変化する。ここで、積層部は、積層ステージ２１と、転写体８と、積層ステージ２１に対向するように転写体８の内周側に配置された突き当て部１４で構成されている。

転写体８に転写された材料層が積層部に移動すると、積層ステージ２１が上昇する。このことで、積層ステージ２１に固定されたプレート５上の造形物１８の上面と、突き当て部１４との間で、転写体８に転写されシート状に加熱溶融された材料層が、転写体８とともに挟み込まれる。このとき、材料層が転写体８から、プレート５上の造形物１８の上面に、材料層が転写され、積層される。その後、次に搬送されてくる材料層を積層するため、積層ステージ２１が下降される。この動作が繰り返し行われることで、プレート５上に造形物が造形される。造形装置には、積層ステージに直接、積層するものもあるが、本実施例の装置４では、搬送可能なプレート５を積層ステージ上に配置し、そのプレート５上に造形物を造形する構成としている。本実施例では、造形終了時も、プレート５と造形物１８は一体化した状態で取り出される。

造形が進むにつれ、造形中の造形物１８には、積層時の熱が残る為、形状に応じて、造形部２内の温度を徐々に下げることで、精度よく造形物１８を造形することができる。造形部２内の温度は、温度計測手段１７の計測値を参照しながら加熱手段１０の温度を制御部１６により制御することで、徐々に下げることができる。その際の目標温度は、造形中
の造形物１８の温度の最大値が、上述した荷重たわみ温度以下となるように制御する必要がある。また、目標温度は、造形過程の造形物１８の温度で最も低い部分（造形物の最も外側や薄肉部分）と、最新の積層部分との温度差に起因して生じる熱膨張差によって変形を起こさないように制御する必要がある。
造形部２による造形動作が終了すると、造形物１８を、造形部２に隣接する冷却部３にプレート５ごと移動させ、冷却動作を行う。

次に、冷却部３について説明する。
冷却部３は、造形部２と同様、加熱手段１０と温度計測手段１７を有し、断熱材で外部空間と遮蔽された空間（断熱室）となっている。また、冷却部３には、プレート取り出し機構１９が設けられ、プレート取り出し機構１９を介してプレート５ごと造形物１８を装置４の外へ取り出すことが出来るように構成されている。ここで、造形部２と冷却部３の間には、断熱構造を持った電動式の断熱開閉扉１５が設けられている。冷却部３の冷却動作について、以下に説明する。

上述した造形部２で造形動作が終了したことを検知、または予測すると、制御手段１６は、冷却部３の温度を目標温度まで上昇させる。このときの目標温度の設定値は、造形部２で説明したものと同様で、熱膨張差による変形の影響を避けるのが目的である。ただし、造形部２にて、次の動作の為に待ち時間等が発生した場合は、造形物１８の温度は既に下がり始めているので、このときの造形物１８の温度よりも、冷却部３の温度を上げる必要はない。

冷却部３の温度計測手段１７が計測した温度が目標温度に達すると、制御手段１６は、加熱手段１０による加熱動作を終了させ、断熱開閉扉１５を開く。続けて制御手段１６は、積層ステージ２１に固定されていたプレート５に対して、固定解放手段１１による固定状態を解放し、上面に造形物１８が造形されたプレート５を、第２の移動部２０によって造形部２から冷却部３へ移動させる。第２の移動部２０によって冷却部３へ押し込まれたプレート５は、冷却部３に設けられた位置決め手段２３で位置決めされる。その後、制御手段１６は、断熱開閉扉１５を閉じ、造形物１８の冷却を開始する。その後、造形物１８の形状が固定されるまで、冷却が行われる。このとき、冷却速度（すなわち単位時間当たりの降下温度）は、造形物１８にひずみが起きることがないよう、造形材料や造形物の形状に応じて決めるとよい。例えば、同じ形状の造形物であれば、用いる造形材料の熱伝導性が低いほど冷却速度を小さくし、同じ造形材料を用いた造形物であれば、厚みやサイズが小さい形状ほど、冷却速度を小さくする。冷却部３の温度計測手段１７が、造形物１８の形状が固定される温度領域を計測するまで、制御手段１６が、造形物１８にひずみが起きることのない冷却速度となるよう加熱手段１０の温度を制御して、冷却が行われるとよい。なお、冷却中の冷却速度は、一定である必要はない。

冷却部３における冷却動作が終了すると、プレート取り出し機構１９を操作して、具体的には冷却部３に開閉可能に取り付けられた取り出し扉１９ａを開き、取り出しレールに沿って、上面に造形物１８が造形された状態のプレート５を取り出す。このとき、制御手段１６は、冷却部３における冷却動作が終了し、造形物１８が造形されたプレート５が取り出し可能な状態にあることを、ランプの点灯やディスプレイ表示や音等によって示すとよい。
以上が、装置４の構成、及び、造形物を一つ造形する場合の装置４の一連の動作になる。

次に、連続的に造形を行う造形指令を装置４が受けとった場合の動作について説明する。
装置４が、連続的に造形を行う造形指令を受け取ると、制御手段１６は、先の造形物（
以下、先行造形物）を造形する造形動作に続いて、後の造形物（以下、後続造形物）を造形する造形動作を造形部２で行う。本実施例では、このような場合に、制御手段１６が、冷却部３及び造形部２を制御して、先行造形物に対して行われる冷却動作と、後続造形物に対して行われる造形動作とを、並行して実行することを特徴とする。以下に、より詳しく説明する。

まず、造形部２で造形動作が行われ、プレート５上に造形物１８が造形されるところまでは上述した通りである。
制御手段１６は、先行造形物の造形動作の終了、または、終了間近になったことを検知すると、冷却部３の加温を開始する。
次の造形指令が来ていること、造形部２で造形動作が終了していること、冷却部３が目標温度に達していること、以上の条件を満たした場合、制御手段１６は、断熱開閉扉１５を開くとともに、造形部２の固定解放手段１１の固定状態を解放する。
次に、制御手段１６は、第２の移動部２０により、上面に先行造形物が造形された１枚目（連続造形の１番目）のプレート５を、造形部２から冷却部３へ移動させる。その後、制御手段１６は、断熱開閉扉１５を閉じ、冷却部３にて先行造形物に対する冷却を始める。

冷却部３にて先行造形物に対する冷却が始まると、次に、制御手段１６は、第１の移動部２２により、待機部１で待機している２枚目（連続造形の２番目）のプレート５を造形部２へ移動させる。２枚目のプレート５を待機部１に設置するタイミングは、造形部２への移動のタイミングに間に合えば、１枚目のプレート５がどの段階にある場合に行っても構わない。
ここで、本実施例では、先行造形物が造形されたプレート５を造形部２から冷却部３へ移動させ、冷却部３にて先行造形物に対する冷却が始まってから、待機部１で待機している２枚目のプレート５を造形部２へ移動させているが、これに限らない。先行造形物が造形されたプレート５に代わって、待機部１で待機している２枚目のプレート５が造形部２に位置するタイミングは、造形部２内の温度管理等、問題のない範囲で適宜設定されるものであるとよい。
その後の造形部２における造形動作、すなわち、２枚目のプレート５上に積層造形される後続造形物の造形動作は、上述した通りである。

以上説明したように、本実施例では、複数の造形物を連続して造形する際、先行造形物に対して行われる冷却部３による冷却動作と、後続造形物に対して行われる造形部２による造形動作とが並行して実行可能に構成されている。
従来の造形装置においては、先行造形物に対して冷却部による冷却動作が終了し、先行造形物を冷却部から取り出してから、後続造形物の造形動作を開始していた。
これに対して、本実施例では、先行造形物に対する冷却動作中に、後続造形物に対する造形動作を行うことができる。
したがって、複数の造形物を、精度よく連続して造形するのに要する時間を短縮化することが可能となる。
さらに、冷却部３で造形物を冷却する時間を十分に取ることができるようになり、より高精度な造形が可能になる。

さらに、本実施例では、プレート５を造形部２から冷却部３へ移動させる第２の移動部２０と、プレート５を待機部１から造形部２へ移動させる第１の移動部２２が、制御手段１６により独立して制御可能に設けられている。
これにより、先行造形物に対する造形動作が終了した場合に、先行造形物を第２の移動部２０により自動的に冷却部３に移動させることができる。また、先行造形物が移動した後の造形部２に、後続造形物を積層するためのプレート５を、第１の移動部２２により自
動的に移動させることができる。
従来では、実際に数時間から数十時間も造形に時間を要する為、夜間運転が普通となっている。夜間に造形が終了した場合、次の造形の準備が出来ず、次の朝、操作者が現場に来るまでが、そのままダウンタイムとなってしまう。また、夜間に限らず、造形が終了してから操作者が来るまでが、ダウンタイムとなる為、複数の造形物を造形する場合には、造形時間の短縮化が困難であった。これに対し、造形終了時間を予測し、事前に操作者に知らせる機能をもった装置もあるが、夜間に造形が終わる場合のダウンタイムは避けようがなかった。
これに対して、本実施例によれば、待機部に後続の造形に用いるプレートを設置しておくことにより、夜間等、操作者が不在の時でも、先行造形物の造形動作の終了後、先行造形物に続いて自動的に後続造形物の造形動作を行うことが可能となる。
また、待機部１にプレート５を挿入すれば、あとは自動的に、造形物の造形動作が行われ、造形物の取り出しが可能な状態になるので、操作者のスキルが不要となり、誰でも造形装置を使うことが可能になる。
なお、本実施例では、温度計測手段の計測結果に基づいて、制御手段１６が移動部を駆動してプレートを自動的に移動させるものであったが、これに限るものではない。例えば、温度計測手段の計測結果に基づいて、操作者が移動部の駆動を開始させるものであってもよい。先行造形物に対して行われる冷却動作と、後続造形物に対して行われる造形動作とが並行して実行されるものであれば、上述の効果を得ることができる。

［実施例２］
以下、実施例２について説明する。
図２は、本実施例の特徴を最も良く示す図である。図２において、符号１０１〜１２３で示す構成要素は、実施例１で符号１〜２３で示した構成要素と同じ機能を有するものであり、その説明は省略する。
本実施例の造形装置には、実施例１の装置４の構成に加えてさらに、プレートの有無を検出するためのプレート有無検出手段１２５ａ〜１２５ｃと、取り出し扉１１９ａを閉じ状態で固定する固定手段としてのロック機構１２６が設けられている。本実施例では、プレート有無検出手段１２５は、待機部１０１、造形部１０２、冷却部１０３にそれぞれ設置されており、また、ロック機構１２６は、冷却部１０３に設置されている。

以下に、本実施例における、連続的に造形指令を装置１０４が受けとった場合の動作のうち、実施例１と異なる動作部分について説明する。
実施例１の制御手段１６は、先行造形物の造形動作の終了、または、終了間近になったことを検知すると、冷却部３の加温を開始するものであったのに対して、本実施例の制御手段１１６では、次に示す条件を満たしたときに、冷却部１０３の加温を開始する。その条件は、先行造形物の造形動作の終了、または、終了間近になったことを検知していることに加えて、冷却部１０３のプレート有無検出手段１２５ｃが、冷却部内にプレート１０５が無いことを検出していることである。

また、実施例１の制御手段１６は、先行造形物に対して冷却動作が始まると、第１の移動部２２により、待機部１で待機している２枚目のプレート５を造形部２へ移動させるものであった。これに対して、本実施例の制御手段１１６では、次に示す条件を満たしたときに、待機部１０１で待機している２枚目のプレート１０５を造形部１０２へ移動させる。その条件は、先行造形物に対して冷却動作が始まっており、待機部１０１のプレート有無検出手段１２５ａが、待機部内に２枚目のプレート１０５が存在することを検出していることである。
ここで、本実施例の制御手段１１６は、先行造形物の造形動作の終了、または、終了間近になったことを検知することに加えて、次に示す条件を満たしたときに、冷却部１０３の加温を開始し、以降、実施例１同様の連続した造形動作を行ってもよい。その条件は、
冷却部１０３のプレート有無検出手段１２５ｃが、プレート１０５が無いことを検出し、さらに、待機部１０１のプレート有無検出手段１２５ａが、２枚目のプレート１０５が存在することを検出していることである。

本実施例の装置１０４では、プレート有無検出手段１２５を備えることで、様々なエラー回避が可能になる。この点について、さらに説明する。
例えば、造形部１０２で後続造形物に対する造形動作が終了したが、冷却部１０３からまだ先行造形物が取り出されていない場合がある。このような場合に、後続造形物が造形されたプレート１０５が、冷却部１０３に移動してしまうと、先行造形物が造形されたプレート１０５に衝突してしまうおそれがある。
これに対して本実施例では、冷却部１０３のプレート有無検出手段１２５ｃで、冷却部１０３内に存在するプレート１０５を検出することができる。このことで、冷却部１０３に先行造形物が存在する場合には、後続造形物が造形されたプレート１０５が、冷却部１０３に移動してしまうことを止めることができる。

この場合、後続造形物が造形されたプレート１０５が造形動作の終了後も、造形部１０２にとどまることになるが、この間、本来冷却部１０３にて行われる冷却動作を造形部１０２で行うものであってもよい。その際には、次の造形指令が来ていても、次の造形動作を開始せず装置１０４は待機状態となる。その後、操作者が、冷却が終了した先行造形物を冷却部１０３から取り出すと、すぐにプレート有無検出手段１２５ｃが、冷却部１０３にプレート１０５が無いことを検出し、温度検出手段１１７が、冷却動作がある程度進んだ造形部１０２の温度を検出する。そして、冷却部１０３の温度が、温度検出手段１１７が検出した造形部１０２の温度になるように、冷却部１０３の加熱手段１１０にて温調する。冷却部１０３の温度と造形部１０２の温度が同じになると、制御手段１１６は断熱開閉扉１１５を開き、第２の移動部１２０によって造形部１０２の後続造形物が造形されたプレート１０５を冷却部１０３まで移動させる。その後の冷却動作は、上述した通りである。
造形物の形状によっては、例えば、後続造形物の形状が薄く小さいのに対して、先行造形物の形状が大きいものである場合、後続造形物の造形動作にかかる時間よりも先行造形物の冷却動作にかかる時間のほうが長くなる可能性もある。このような場合は、造形部１０２で、後続造形物の冷却動作を進めておくことで、複数の造形物の全てをより精度よく造形するまでに要する時間を短縮化することができる。

また、待機部１０１から造形部１０２にプレート１０５を移動させる場合には、待機部１０１のプレート有無検出手段１２５ａが、プレート１０５を検出したときに、第１の移動部１２２によって造形部１０２にプレート１０５を移動させるとよい。このとき、造形部内のプレート１０５の有無を検出する造形部１０２のプレート有無検出手段１２５ｂの検出結果も用いるとよい。すなわち、待機部１０１のプレート有無検出手段１２５が、プレートが有ることを検出し、造形部１０２のプレート有無検出手段１２５ｂが、プレートが無いことを検出したときに、第１の移動部１２２によって造形部１０２にプレート１０５を移動させるとよい。
また、待機部１０１にプレート１０５が存在しない場合には、プレート有無検出手段１２５ａがプレート１０５の未装着を検出することで、造形指令が来ても、装置１０４を待機状態とすることができる。このような場合には、プレート１０５の未装着により造形動作が開始できない状態にあることを操作者に知らせる報知手段を制御手段１１６が備えるものであるとよい。これにより、操作者にプレート１０５の挿入を促すことができる。
その後、操作者が新たにプレート１０５を待機部１０１に挿入すると、待機部１０１のプレート有無検出手段１２５ａがそのプレート１０５を検出する。このことで、上述したように、新たに挿入されたプレート１０５を造形部１０２に移動させ、造形部１０２で造形動作を開始する。

また、本実施例において、冷却部１０３には、冷却部１０３の温度検出手段１１７が計測した温度が設定温度より大きい場合に、取り出し扉１１９ａを閉じ状態で固定するロック機構１２６が設置されている。このロック機構１２６を設置することにより、冷却部１０３内の温度が、設定温度に徐々に下げられるまで、取り出し扉１１９ａが開いてしまうことを防止することができる。この設定温度は、操作者がプレート１０５を冷却部１０３から取り出すときに、プレート１０５、造形物１１８、プレート取り出し機構１１９やその周辺の部位に、操作者が触れてしまっても問題のない温度である。その際に、操作者には、ランプの点灯や、ディスプレイの表示等の報知手段で、プレート１０５の取り出しが不可能であることを伝達するとよい。これにより、操作者が高温の部材に触れてしまうことを防止することができる。

以上説明したように、本実施例によれば、上述した実施例１の効果に加えて、次のような効果が得られる。すなわち、プレート有無検出手段１２５ａ〜１２５ｃを備えたことにより、様々なエラー回避が可能となる。例えば、移動部によりプレートを移動させるときには、移動先に先行のプレートがまだ存在している場合には、移動動作を止めることができる。したがって、より安定して造形物を造形することができる造形装置を提供することができる。
また、ロック機構１２６を備えたことで、造形物の取り出し時に、操作者が高温の部材に触れてしまうことを防止することができる。したがって、安全性の高い造形装置を提供することができる。

［実施例３］
以下、実施例３について説明する。
図３は、本実施例の特徴を最も良く示す図である。図３において、符号２０１〜２１８、２２０、２２１、２２２、２２３、２２５で示す構成要素は、実施例２で符号１０１〜１１８、１２０、１２１、１２２、１２３、１２５で示した構成要素と同じ機能を有するものであり、その説明は省略する。
本実施例においては、実施例２の装置１０４の外部に、新たな構成として、プレート供給装置（ベース材供給部）２３２と、造形物保持装置（造形物保持部）２３３を有することを特徴とする。

プレート供給装置２３２は、待機部２０１へのプレート２０５の挿入動作を自動化する装置であり、プレート挿入機構２２４と保持機構２２７と駆動機構２２９を有している。
ここで、プレート挿入機構２２４は、プレート供給装置２３２内にプレート２０５を挿入する為の機構である。また、保持機構２２７は、プレート供給装置２３２内に挿入されたプレート２０５を複数保持しておく為の機構であり、プレート２０５を保持する保持部２２７ａが複数設けられている。また、駆動機構２２９は、保持機構２２７内でのプレート２０５の搬送、または、プレート供給装置２３２から装置２０４の待機部２０１までプレート２０５の搬送を行うための機構である。

また造形物保持装置２３３は、冷却部２０３で冷却動作が終了した造形物２１８の取り出しを自動化する装置であり、プレート取り出し機構２１９と保持機構２２８と駆動機構２３０と断熱開閉扉２３１を有している。造形物保持装置２３３は、造形物２１８を個別に冷却できる構造となっている。例えば、造形物保持装置２３３内を複数の部屋に区切り、各部屋を個別に温度制御して冷却できる構造とするとよい。あるいは、造形物保持装置２３３内に温度勾配を設けておき、造形部２０２から取り出された造形物２１８を順に高温度領域から低温度領域に移動させる構造としてもよい。
ここで、プレート取り出し機構２１９は、造形物２１８が造形されたプレート２０５を取り出すための機構である。また、保持機構２２８は、造形物２１８が造形されたプレー
ト２０５を複数保持しておくための機構であり、プレート２０５を保持する保持部２２８ａが複数設けられている。また、駆動機構２３０は、保持機構２２８内での、造形物２１８が造形されたプレート２０５の搬送、または、冷却部２０３から造形物保持装置２３３まで、造形物２１８が造形されたプレート２０５の搬送を行うための機構である。
また、断熱開閉扉２３１は、冷却部２０３と造形物保持装置２３３との間に設けられ、冷却部２０３と造形物保持装置２３３とを連通可能に閉鎖する、断熱壁で構成された電動式の扉である。

操作者が、プレート挿入機構２２４からプレート供給装置２３２内にプレート２０５を挿入すると、制御手段２１６は、プレート供給装置２３２の内部で駆動機構２２９を動作（水平方向と垂直方向に移動）させる。これにより、プレート２０５は、保持機構２２７において空いている保持部２２７ａに搬送され保持される。
制御手段２１６は、待機部２０１が空き次第、駆動機構２２９を駆動し、プレート２０５を一枚、待機部２０１まで移動させる。その後の動作は上述した通りである。

また、冷却部２０３で冷却動作が終了すると、制御手段２１６は、断熱開閉扉２３１を開き、駆動機構２３０を動作させ、造形物２１８が造形されたプレート２０５を造形物保持装置２３３内に移動させる。
その後、制御手段２１６は、駆動機構２３０を動作（水平方向と垂直方向に移動）させ、造形物２１８が造形されたプレート２０５を、保持機構２２８において空いている保持部２２８ａに搬送し保持させる。
制御手段２１６は、造形物２１８が造形されたプレート２０５の移動が終了すると、断熱開閉扉２３１を閉じる。
断熱開閉扉２３１が閉じている場合は、いつでも造形物２１８が造形されたプレート２０５を造形物保持装置２３３から取り出すことが出来る。

以上説明したように、本実施例によれば、プレート供給装置２３２に保持されているプレート２０５の数に対応する数の造形物を、自動的に連続して造形することが可能となる。したがって、上述した実施例１の効果に加えて、操作者が長時間立ち会わずとも、複数の造形物を造形できるという効果が得られる。

ここで、図３では、造形物保持装置２３３内の保持機構２２８により保持されている、造形物２１８が造形されたプレート２０５は、駆動機構２３０により、プレート取り出し機構２１９まで運ばれ、同じ取り出し口から取り出される例を示している。しかしながら、これに限るものではなく、保持機構２２８の複数の保持部２２８ａに対応して、保持部２２８ａごとに取り出し口が配設されている構成であってもよい。
また、本実施例においては、装置２０４の外部に、プレート供給装置２３２と、造形物保持装置２３３を有するものであるが、プレート供給装置２３２と造形物保持装置２３３は、装置２０４に一体に設けられるものであるとよい。このとき、プレート供給装置２３２と造形物保持装置２３３のうち少なくともいずれかが、装置２０４に一体に設けられるものであればよい。また、プレート供給装置２３２と造形物保持装置２３３は、装置２０４に着脱可能に設けられるものであってもよい。このとき、プレート供給装置２３２と造形物保持装置２３３のうち少なくともいずれかが、装置２０４に着脱可能に設けられるものであればよい。

また、本実施例では、プレート供給装置２３２と造形物保持装置２３３は、装置２０４の外部に設置されているが、これに限らず、装置２０４が、プレート供給装置２３２や造形物保持装置２３３の機能を有するものであってもよい。
例えば、プレート供給装置２３２の機能が、装置２０４の待機部２０１に設けられるものであってもよい。この場合、プレート挿入機構２２４と保持機構２２７と駆動機構２２
９に相当する各機構を、待機部２０１が有するものであるとよい。
また、造形物保持装置２３３の機能が、装置２０４の冷却部２０３に設けられるものであってもよい。この場合、冷却部２０３が、上述した断熱室に加えて、プレート取り出し機構２１９と保持機構２２８と駆動機構２３０を有し、断熱室と保持機構２２８の間に断熱開閉扉２３１が設けられるものであってもよい。

［実施例４］
本実施例では、図１に示した装置４において、待機部１から造形部２、造形部２から冷却部３へ、自動的に造形プレート移動させるのに好適な、位置決め手段２３と固定解放手段１１の構成例について説明する。
以降の説明では、プレート５の造形物が造形される面である積層面２７と平行な方向を「面内方向」、積層面と直交する方向を「直交方向」又は「上下方向」と呼ぶ。また、直交方向において、図１における紙面の上部へ向かう方向を上方向、図１における紙面の下部へ向かう方向を下方向とする。積層面２７と平行で且つ待機部１、造形部２、冷却部３が並んでいる方向をｘ方向、積層面２７と平行で且つｘ方向と垂直な方向をｙ方向とする。
本実施例の位置決め手段２３は、プレート５に設けられた複数の穴と、積層ステージ２１に設けられた複数のピンとが嵌合することによって、プレート５を所定の位置に位置決めする。固定解放手段１１は、積層ステージ２１に配置されたプレート５と積層ステージ２１との相対位置を固定可能にする固定部である。位置決め手段２３及び固定解放手段１１の構成については、後述する。

造形時には、熱や圧力がプレート５に加わったり、装置４内で発生した振動がプレート５に伝わったりすることにより、プレート５の積層ステージ２１上での位置が変わることがある。特に、積層が行われるプレート５を移動する構成の場合、プレート５の積層ステージ２１上での位置ずれが起こりやすい恐れがある。積層の際に、積層ステージ２１上でプレート５の位置が変化すると、材料層が積層される面内方向における位置が材料層ごとに異なるため、造形物１８に段差が出来てしまう。

そこで本実施例では、少なくとも造形部２が材料層の積層を行っている際は、固定解放手段１１により、プレート５と積層ステージ２１との面内方向及び直交方向における相対位置を固定する。このような構成にすることによって、積層のためにプレート５が直交方向に動いた際に生じるプレート５の面内方向における移動を低減する。その結果、従来よりもプレート５と積層ステージ２１との位置ずれを低減できる。特許文献１のように、嵌合部を用いて位置決めを行った場合は、プレート５は面内方向に１００μｍより大きい位置ずれが生じる恐れがあるが、本実施例によれば位置ずれを１００μｍ以下に低減できると期待できる。好ましくは、プレート５の位置ずれを、材料層の厚み以下にする。材料層の厚みは、例えば、１０μｍ以上３０μｍ以下である。

ここで、図５を参照して、プレート５を挿入する挿入部及びプレート５を装置４から取り出す取り出し部の構成の一例について説明する。図５は、装置４におけるプレート５の移動を説明するための上面図である。ここでは、挿入部２５は、待機部１からｙ方向の位置に配置されている。また、プレート５を装置４から取り出すための取り出し部２６は、冷却部３からｙ方向の位置に配置されている。

プレート挿入機構２４は、プレート５を収容するための収容部３０と、収容部３０の側面３１に設けられた位置決め手段２８としてのｘ位置決め部材３３及びｙ位置決め部材３４と、を有する。ｘ位置決め部材３３は及びｙ位置決め部材３４のそれぞれは、上方から下方に向けてテーパ形状になっており、プレート５を収容部３０にセッティングする際、プレート５の外形に幅寄せして位置が決まるようになっている。

プレート挿入機構２４は、収容部３０を引き出して、収容部３０を挿入部２５まで移動できる構成となっている。そして、プレート５の左右を持ち収容部３０内の切り欠き３２に手を入れて、上方からＸ位置決め部材３３とＹ位置決め部材３４とに押し当てながらプレート５を下ろして位置決めする。プレート５を収容部３０に収容する際に位置決めを行うことにより、プレート５が矢印４０方向に移動して待機部１に配置されてから、造形部２へ移動する間に位置の調整を行う必要がない。

プレート５が待機部１に配置された後、積層の準備ができたら、第１の移動部２２によりプレート５は矢印４１、４２方向に移動して造形部２に到達する。プレート５が造形部２に移動したら、次の別のプレートを挿入することが可能となる。積層が終了したら、プレート５は、第２の移動部２０により矢印４３、４４方向に移動して冷却部３に到達する。冷却部３における冷却が終了し取り出しの準備ができたら、プレート取出し機構１９により、プレート５は矢印４５方向に移動して取り出し部２６に到達する。プレートの取り出し部２６への移動は、手動でもよいし、制御手段１６によって自動的に行われてもよい。

このように、挿入部２５と取り出し部２６とのそれぞれを、待機部１又は冷却部３からよりｙ方向側に設けることにより、装置４の幅及び奥行きを小さくすることができる。

第１の移動部２２及び第２の移動部２０それぞれの構成の一例について、図６を参照して説明する。図６は、第１の移動部２２及び第２の移動部２０それぞれの構成を説明する模式図である。第１の移動部２２は、第１の駆動機構６０と第２の駆動機構７０とを含む。第２の移動部２０は、第２の駆動機構７０と第３の駆動機構９０とを含む。

図６（ａ）は、待機部１にプレート５が配置されている状態である。第１の駆動機構６０は、プレート５の端面と接しているピン６１を移動することによって、プレート５を矢印６２方向に移動する。第２の駆動機構７０は、造形部２内に配置されており、プレート５の下面の端部に設けられた凹部と係合する爪７１を有する。図６（ｂ）に示すように、第１の駆動機構６０によって移動されたプレート５は、爪７１と係合して、第２の駆動機構７０によって矢印７２方向に搬送されて造形部２内の所定の位置に配置される（図６（ｃ））。爪７１はプレート５の搬送を終えて矢印７２と反対の向きに戻るときは、プレート５の凹部との係合を外れるようにばね機構が設けられている。すなわち、第１の駆動機構６０及び第２の駆動機構７０は、プレート５を矢印６２、７２の向きに一方通行的に搬送する。

図６（ｄ）に示したように、造形部２に搬送されたプレート５は、位置決め手段２３によって積層ステージ２１上の所定の位置に配置さ保持される。積層ステージ２１と、位置決め手段２３としてのピン８１と、固定解放手段１１としての爪部８２と、を有する。ピン８１は、保持部８０の上面に設けられており、積層ステージ２１が矢印８３の向きに上昇すると、プレート５の第１〜第４の嵌合部５１〜５４のそれぞれと嵌合してプレート５を位置決めする。その後、さらに積層ステージ２１が上昇すると、爪部８２が凹部５５と係合して、プレート５と積層ステージ２１との相対的な位置が変わらないようにプレート５を固定する。積層ステージ２１とプレート５との位置決め及び位置の固定については、後述する。

図６（ｄ）のように、造形部２では、積層ステージ２１がプレート５と共に上下方向（矢印８４方向）に移動することにより、プレート５上に材料層が積層され、造形物がプレート５上に形成される。造形物の形成が終わると、図６（ｅ）に示したように、矢印８５の向きに、プレート５が下降する。その後、図６（ｆ）において、プレート５から固定解
放手段１１が外れる。その後、プレート５は、第２の駆動機構７０によって矢印７２の向きに移動され、第３の駆動機構９０に到達する。

第３の駆動機構９０は、図６（ｇ）に示したように、プレート５を冷却部３に搬送する。第３の駆動機構９０は、第２の駆動機構７０と同様に、爪９１を有している。プレート５の矢印９２の向きの上流側にある不図示の凹部が爪９１と係合し、第３の駆動機構９０によって矢印９２の向きに搬送される。その結果、図６（ｈ）に示したように、冷却部３に到達する。爪９１は、第３の駆動機構９０がプレート５の搬送を終えて矢印９２の向きと反対方向に戻るときは、プレート５との係合を外れるように不図示のばね機構が設けられている。すなわち、第２の駆動機構７０と第３の駆動機構９０とは、プレート５を矢印７２、９２方向へ一方通行的に搬送する。

第１〜第３の駆動機構６０、７０、９０のそれぞれは、一般的なリニアアクチュエータとプレート５を案内するガイドとを有する。ガイドを設ける場合は、プレート５が円滑に搬送するように、プレート５の下面を支持案内する駆動機構６０、７０、９０のそれぞれのガイドの水平方向における高さを揃えてもしくは搬送方向の下流側を少し低く設定するのが望ましい。

上述したように各ポジション内に駆動機構を設けることで、プレート５の搬送をシンプルな構成で実現できる。その結果、装置４の小型化に貢献できる。また、ポジション間をまたぐ駆動機構が無いことにより、各ポジションをユニットとして繋げるような拡張性を確保できる。以上が、造形装置の構成、及び、造形物を一つ造形する場合の造形装置の一連の動作である。

次に、連続的に造形を行う造形指令を装置４が受けとった場合の動作について説明する。装置４が、連続的に造形を行う造形指令を受け取ると、制御手段１６は、先の造形物（以下、先行造形物）を造形する造形動作に続いて、後の造形物（以下、後続造形物）を造形する造形動作を造形部２で行う。

以上説明したように、本実施例では、複数の造形物を連続して造形する際、先行造形物に対して行われる冷却部３による冷却動作と、後続造形物に対して行われる造形部２による造形動作とが並行して実行可能に構成されている。そのため、装置４は、先行造形物に対する冷却動作中に、後続造形物に対する造形動作を行うことができる。したがって、複数の造形物を、精度よく連続して造形するのに要する時間を短縮化することが可能となる。さらに、冷却部３で造形物を冷却する時間を十分に取ることができるようになり、より高精度な造形が可能になる。

次に、プレート５について、図４を参照して説明する。図４（ａ）はプレート５を上面側（造形物が造形される面側）から見た斜視図、図４（ｂ）はプレート５を裏面側（積層ステージ２１と接する面側）から見た平面図である。

プレート５は、第１の嵌合部５１と、第２の嵌合部５２と、第３の嵌合部５３と、第４の嵌合部５４と、複数の係合部（凹部）５５と、を有する。第１の嵌合部５１、第２の嵌合部５２、第３の嵌合部５３、及び第４の嵌合部５４は、それぞれ、プレート５の裏面の異なる四隅に配置されている。

第１の嵌合部５１は、積層ステージ２１のピン８１と嵌合する嵌合穴を有する。第２の嵌合部５２は、ピン８１と嵌合するｘ方向に長い嵌合穴を有する。第３の嵌合部５３は、ピン８１と嵌合するｙ方向に長い嵌合穴を有する。第４の嵌合部５４は、第１の嵌合部５１と対角線上に設けられており、第１の嵌合部５１の嵌合穴より大きな嵌合穴を有する。
第４の嵌合部５４は、プレート５がピン８１とずれていた場合に、第１〜第３の嵌合部５１〜５３のそれぞれが対応するピン８１と接するよう案内するものである。

なお、本実施例のプレート５は、第１〜第４の嵌合部５１〜５４のそれぞれが裏面から表面に貫通しているため、表面の第１〜第４の嵌合部５１〜５４を含まない積層領域５７内に材料層が積層される。しかし、第１〜第４の嵌合部５１〜５４は貫通していなくてもよく、その場合はプレート５の表面全体を積層領域として使用できる。また、プレート５の位置決めを行うためには、基準となる第１の嵌合部５１と、回転方向を規定する第２の嵌合部５２又は第３の嵌合部１５３と、の少なくとも二つの嵌合部があればよい。

係合部５５は、固定解放手段１１である爪部８２と係合するように構成されている凹部で、側面５０のプレート５の上面の４つの角付近の位置に設けられる。係合部５５と爪部８２とが係合することにより、積層ステージ２１とプレート５との相対位置が固定可能になる。

図４（ｂ）において、第１〜第４の嵌合部５１〜５４のそれぞれの周辺には、嵌合穴に向かってテーパ状になっているガイド部５６が設けられている。ガイド部５６は、ピン８１を、対応する第１〜第４の嵌合部５１〜５４の嵌合穴又は長丸穴にガイドする。プレート５は、積層領域５７内に材料層を積層するための積層台を固定するための台固定部５８を有していてもよい。積層台は、ねじによる固定や、スナップ固定など、または接着や溶着などによって固定することができる。積層台を固定する場合は、積層台の表面の積層領域の平面度が低下しないように固定する必要がある。また、積層台は造形材料に含まれる材料と同じ材料を使用するのが望ましい。

プレート５は、側面５０によって構成される外形形状によって、プレート５とプレート挿入機構２４との位置決めを行うことができる。また、プレート５と積層ステージ２１との面内方向における位置決めを、第１の嵌合部５１、第２の嵌合部５２、第３の嵌合部５３を用いて行うことができる。さらに、位置決めされたプレート５と積層ステージ２１との相対位置を固定するために、プレート５の係合部５５と積層ステージ２１とを用いる。

図７を参照して、造形部２におけるプレート５の積層ステージ２１に対する位置決めと固定に関して説明する。図７は、装置４におけるプレート５の動きを説明する側面図。上述したように、プレート５には、第１〜第４の嵌合部５１〜５４、第１〜第４の嵌合部５１〜５４のそれぞれに設けられているガイド部５６、積層ステージ２１の複数の爪部８２のそれぞれと係合する複数の凹部５５が設けられている。

積層ステージ２１は、プレート５の第１〜第４の嵌合部５１〜５４のそれぞれと嵌合する、先端が球面形状又は面取り加工されたピン８１と、を有する。積層ステージ２１の側面には、固定解放手段１１としての爪部８２が配置されている。また、爪部８２を開いて解放状態にする（固定を解除する）ためのばねを内蔵した不図示の支持機構が配置されている。爪部８２は、プレート５が積層ステージ２１上に配置されると複数の凹部５５それぞれと係合するように、積層ステージ２１の四隅に、凹部５５と対応する位置に配置されている。そして、上述したように、爪部８２が係合部５５と係合することにより、プレート５と積層ステージ２１との相対位置は固定される。

図７（ａ）は、プレート５が造形部２に移動してきた状態を示している。積層ステージ２１とプレート５との間には、両者の動作に邪魔になるものは存在していない。積層ステージ２１が上向きに移動（上昇）することで、図７（ｂ）のように、ピン８１に対して、プレート５のガイド部５６に案内されながら第１〜第４の嵌合部５１〜５４の嵌合穴が位置決めされる。積層ステージ２１がさらに上昇すると、図７（ｃ）のように爪部８２がプ
レート５の凹部５５と係合し、積層ステージ２１に対してプレート５が固定される。このように、固定解放手段１１を用いることにより、積層ステージ２１とプレート５との相対的な位置を、所定の位置で固定することができる。

なお、本実施例では、爪部８２は、プレート５の側面５０に設けられている凹部５５と係合するため、プレート５の上面に爪部８２が存在することがない。そのため、プレート５の上面全体を積層領域として使用できる。また、造形部２における材料層の積層の際に、転写体８とプレート５の積層領域とが適切に接触できるように、爪部８２がプレート５の上面より上の空間にはみ出さない構成にすることが好ましい。

プレート５の上面に積層台を設ける場合には、プレート５の上面に爪部８２が存在していてもよい。また、プレート５の上面に積層台を設ける場合は、爪部８２が積層台の上面より上の空間にはみ出さない構成にすることが好ましい。

固定解放手段１１は、専用のアクチュエータを設けることなく、積層ステージ２１の上下駆動力を利用して、積層ステージ２１の上昇時にプレート５の相対位置の固定を行い、下向きに移動（下降）すると相対位置の固定を解除することができる。よって、固定及び固定の解除を単純な構成で容易に行うことができる。積層ステージ２１は、さらに下降することにより、固定の解除に続き、積層ステージ２１とプレート５との分離が行われる。

固定解放手段１１を有する装置４によれば、プレート５と積層ステージ２１との相対的な位置を固定することにより、材料層を積層する際の積層位置の面内方向における位置ずれを低減することができる。その結果、精度の良い積層が可能となり、より高精度な造形物を得ることができる。

また、プレート５の搬送、特にプレート５の造形部２における位置決め、及び相対位置の固定及び解放（固定の解除）をシンプルな構造で容易に行うことができる。

なお、固定解放手段１１は上述のようなメカ的な固定解放手段に限定されることは無く、磁力又は静電力、エアー等の負圧力により積層ステージ２１に対するプレート５の位置の固定及び固定の解除を行ってもよい。磁力を用いて固定解放手段１１を構成する場合、磁力によって吸着される材料を用いてプレート５を構成し、磁力によって吸着される状態と吸着されない状態とを切り替え可能なマグネットキャッチ等を積層ステージ２１に設ける構成が一例として考えられる。また、エアーを用いて固定解放手段１１を構成する場合は、積層ステージ２１の表面に空気が通る複数の孔を設け、複数の孔から空気を吸引することによってプレート５の位置を固定する構成等が考えられる。

（実施例５）
本実施例では、固定解放手段１１の構成について、実施例４と異なる構成の一例を説明する。なお、上述の実施例と同様の構成には、同じ符番を付し、詳細な説明は省略する。

まず、プレート１０５の構成について図８を参照して説明する。図８（ａ）はプレート１０５を積層面側（表面側）から見た斜視図、図８（ｂ）はプレート１０５を積層ステージと接する面側（裏面側）から見た斜視図である。

プレート１０５は、積層台１５７を保持する板状部材６１０と、積層ステージ２１の複数の嵌合ピンのそれぞれと嵌合する第１〜第４の嵌合部５１〜５４、及び複数の係合部１５５（ハッチング部）、積層台１５７を有する。板状部材６１０は、その形状がほぼ正方形で、材料としてアルミニウム合金を含む。

本実施例の第１〜第４の嵌合部５１〜５４の嵌合穴のそれぞれと、第１〜第４の嵌合部５１〜５４のそれぞれと対応するピン８１とが嵌合している際の、嵌合穴の外形とピン８１との間隔は、最大でも約１００μｍに設定してある。また、第１〜第４の嵌合部５１〜５４は、プレート１０５の積層面と対向する面の四隅の近傍に設けられている。なお、第１〜第４の嵌合部５１〜５４のそれぞれが有する嵌合穴は、プレート５の裏面（板状部材６１０の裏面）に設けられていればよく、板状部材６１０の表面（プレート５の裏面と対向する板状部材６１０の面）まで貫通していなくてもよい。第１〜第４の嵌合部５１〜５４とピン８１とを用いて、プレート５は積層ステージ２１上に位置決めされる。なお、このプレート５の位置決めを行うためには、基準となる第１の嵌合部５１と、回転方向を規定する第２の嵌合部５２又は第３の嵌合部１５３と、の少なくとも二つの嵌合部があればよい。

複数の係合部１５５は、積層ステージ２１が有する固定解放手段（固定部）１１１と係合することにより、積層ステージ２１とプレート１０５との相対位置を固定する。複数の係合部１５５のそれぞれは、積層面の四隅のいずれかに設けられている。ここでは、係合部１５５のそれぞれは、板状部材６１０の表面の一部であり、ここに爪部１８２が接触する構成となっている。なお、板状部材６１０の表面に爪部１８２が嵌合するような溝部を設けてもよい。また、板状部材６１０の表面の一部の表面粗さを変更したりして、係合部１５５を構成してもよく、係合部１５５の表面粗さや構成は本実施例に限定されない。

積層台１５７は、プレート１０５の上面に配置されている台で、積層台１５７上に構造材料としてのＡＢＳ樹脂を含む造形物が積層される。すなわち、積層台１５７の上面が積層面となる。積層台１５７は、材料としてＡＢＳ樹脂を含む。積層台１５７は、ネジなどの固定手段を用いて板状部材６１０上に固定されている。ネジを用いる場合、図８（ｂ）に示したように、板状部材６１０の複数のネジ穴１５８を設ける。

続いて図９を参照して、固定解放手段１１１の構成について説明する。図９は、固定解放手段１１１の構成を説明する斜視図である。

第１〜第４の嵌合部５１〜５４とピン８１とが嵌合することによって積層ステージ２１上に位置決めされたプレート１０５は、固定解放手段１１１によって積層ステージ２１との相対位置を固定される。ピン８１は、積層ステージ２１上に設けられた先端が球面形状のピンである。

固定解放手段１１１は、爪部１８２と、爪部１８２と連動して回動するレバー１８３と、爪部１８２とレバー１８３とを連動して動作させるための回転軸１８４と、コイルばね１８５と、回転軸１８４を保持するホルダ１８６とを有する。

爪部１８２は、係合部１５５と係合してプレート１０５と積層ステージ２１との相対位置を固定する。コイルばね１８５は、位置決めされたプレート１０５側に爪部１８２を押して爪部１８２を動作させる圧縮コイルばねである。ホルダ１８６は、積層ステージ２１にボルト締結されている。

固定解放手段１１１は、レバー１８３端部に不図示の支持機構によって上方向に力が加えられている場合は、爪部１８２が位置決めされたプレート１０５から離れた解放状態（１８７（ｂ））になるように構成されている。そして、レバー１８３に不図示の支持機構によって上方向に力が加えられていない場合は、爪部１８２が位置決めされたプレート１０５に近づくように動作して係合部１５５と係合する固定状態（１８７（ａ））になる。なお、ここでは説明のために、２つの固定解放手段１１１の一方が解放状態１８７（ｂ）をとり、他方が固定状態１８７（ａ）をとっているが、複数の固定解放手段１１１が回転
して状態を変更するタイミングは、ほぼ同じであることが望ましい。

本実施例では、実施例４と同様に、積層ステージ２１がプレート１０５が位置決めされる高さに達していない状態では、レバー１８３が上方向に押し上げられて爪部１８２が解放状態１８７（ｂ）となる。積層ステージ２１を上方向に移動してプレート１０５が積層ステージ２１上に配置された後、さらに積層ステージ２１が上方向に移動すると不図示の支持機構による押圧がなくなり、爪部１８２が係合部１５５と係合して固定状態１８７（ａ）になる。造形部２による造形物の造形が終了した後、積層ステージ２１が下方向に移動すると、不図示の支持機構が再びレバー１８３を押し上げ、解放状態１８７（ｂ）になる。

なお、プレート１０５は積層台１５７を有している。積層台１５７の表面（積層面）はプレート１０５の裏面を基準として、直交方向に最も高い位置になっている。そのため、プレート１０５の板状部材６１０の表面に係合部１５５が設けられていても、積層時に固定解放手段１１１が転写体８や着き当て部１４等と干渉しない。また、実施例４のように、プレート１０５の側面に係合部１５５を設けてもよい。さらに、複数の係合部１５５のうちの１つ又は複数を側面に設け、その他の係合部板状部材６１０の表面に設けたりしてもよい。

このような構成にすることによって、固定解放手段１１１を用いて、プレート１０５と積層ステージ２１との面内方向及び直交方向における相対位置の変化を低減できる。すなわち、材料層を積層する際の積層位置の面内方向における位置ずれを低減することができる。その結果、精度の良い積層が可能となり、より高精度な造形物を得ることができる。

造形部２における造形物の造形が行われる間に、プレート５と積層位置との相対位置が変わることが低減でき、より精度の高い積層を行うことができる。

また、積層ステージ２１の直交方向への移動を利用して、固定解放手段１１１による固定状態と解放状態とを容易に変更することができる。さらに、ガイド部５６を有する第１〜第４の嵌合部５１〜５４と、第１〜第４の嵌合部５１〜５４のそれぞれと嵌合するピン８１とを用いることにより、積層ステージ２１の直交方向の移動によって位置決めを容易に行なうことができる。

以上、本発明の好ましい位置決め手段２３や固定解放手段１１、１１１の例を説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、プレート５又はプレート１０５の各部材の位置関係及び各部材の数などは、上述の実施例のみに限定されない。また、実施例５では、プレート１０５の材料は、アルミニウムを含むとしたが、プレート５、１０５の材料はアルミニウムに限定されない。また、実施例５では、プレート１０５の材料をアルミニウム合金としたが、プレート５、１０５の材料はこれに限定されず、マグネシウム合金又は耐熱性のある各種樹脂プレート等を使用してもよい。

固定解放手段１１、１１１としては、上述の実施例の形態に限らず、プレート５と積層ステージ２１との相対位置を固定できればよい。例えば、上述の実施例では、プレート５が係合部５５を有し、積層ステージ２１が固定解放手段１１としての爪部８２を有していたが、プレート５が爪部８２を有し、積層ステージ２１が係合部５５を有する構成でもよい。この場合、プレート５が有する爪部８２が造形部２の各構成と干渉しないようにすることが望ましい。

また、固定解放手段１１、１１１は、積層ステージ２１によって積層ステージ２１が直交方向に移動する駆動力を用いて固定状態と解放状態とを変更していたが、固定解放手段１１の、１１１の爪部８２を駆動するためのアクチュエータを設けてもよい。その場合、積層ステージ２１の直交方向における位置を感知し、積層ステージ２１の位置に基づいて制御手段１６によってアクチュエータを操作して爪部８２を駆動する。

また、実施例４、５で説明した、位置決め手段２３や固定解放手段１１、１１１は、図１の造形装置以外にも、図２や図３の造形装置にも適用することができる。さらに、プレートが各部を移動する構成の造形装置の構成に限らず、着脱可能なプレート上に材料層を積層して造形物を造形する造形装置であれば適用可能である。

２…造形部、３…冷却部、５…プレート、６…材料画像、１６…制御手段

Claims (16)

1. ベース材を移動させる第１移動手段と、
   スライスデータに基づいて造形材料を配置して加熱溶融し、前記ベース材の積層面上に積層して造形物を造形する造形動作を行う造形部と、
   雰囲気の温度を徐々に下げて前記ベース材の積層面上に造形された造形物を冷却する冷却動作を行う冷却部と、
   前記造形動作、前記冷却動作、および、前記ベース材の移動動作を制御する制御手段と、
   を有する造形装置であって、
   前記冷却部が第２加熱手段を備えており、
   前記制御手段は、前記第２加熱手段により前記冷却部を予め昇温させてから、前記造形動作の終了後に前記第１移動手段を制御して、造形物が造形されたベース材を前記冷却部に移動させるとともに前記造形部に次のベース材を挿入し、前記造形部における造形動作と前記冷却部における冷却動作とを並行して実行させる
   ことを特徴とする造形装置。
2. 前記造形部が第１加熱手段を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の造形装置。
3. 前記制御手段は、前記造形物が造形された前記ベース材を前記冷却部に移動させる前に、前記第２加熱手段により、前記冷却部の温度を、前記造形材料の荷重たわみ温度をＴ℃として、（Ｔ−２０）℃以上Ｔ℃未満の範囲まで昇温させる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の造形装置。
4. 前記制御手段が、前記造形材料の特性または前記造形物の形状に応じて、前記冷却動作における冷却速度を決めることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の造形装置。
5. 前記冷却部内のベース材の有無を検出する第１検出手段を有し、
   前記造形部による造形動作の終了後、前記第１検出手段がベース材が無いことを検出した場合に、前記制御手段が、前記第２加熱手段により前記冷却部の温度を昇温させる
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の造形装置。
6. 前記冷却部内のベース材の有無を検出する第１検出手段を有し、
   前記造形部による造形物の造形動作の終了後、前記第１検出手段がベース材が有ることを検出した場合、前記制御手段は、造形物が造形されたベース材を前記冷却部に移動させず、前記造形部にて前記造形部で造形された当該造形物に対する冷却動作を行う
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の造形装置。
7. 前記造形部は、前記第１加熱手段が設けられ造形動作を行う第１断熱室を有し、
   前記冷却部は、前記第２加熱手段が設けられ冷却動作を行う第２断熱室を有し、
   前記第１断熱室と前記第２断熱室との間には、造形物が造形されたベース材を前記第１移動手段が移動させるときに前記第１断熱室と前記第２断熱室とを連通可能に閉鎖している第１開閉扉が設けられている
   ことを特徴とする請求項２に記載の造形装置。
8. 造形物が造形されたベース材を第２断熱室から取り出すために、前記第２断熱室に設けられた第２開閉扉と、
   前記第２断熱室内の温度が設定温度より大きい場合に、前記第２開閉扉を閉じ状態で固定する固定手段と、
   を有することを特徴とする請求項６に記載の造形装置。
9. 前記造形部で造形動作が行われる前のベース材を待機させる待機部と、
   前記待機部に待機しているベース材を前記造形部まで移動させる第２移動手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、造形物が造形されたベース材を前記第１移動手段により前記造形部から移動させてから、次のベース材を前記第２移動手段により前記待機部から前記造形部に移動させる
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の造形装置。
10. 前記造形部内のベース材の有無を検出する第２検出手段と、
    前記待機部内のベース材の有無を検出する第３検出手段と、
    を有し、
    前記制御手段は、前記造形部で造形動作を行う場合、前記第２検出手段が前記造形部内にベース材が無いことを検出し、前記第３検出手段が前記待機部内にベース材が有ることを検出したときに、ベース材を前記第２移動手段により前記待機部から前記造形部に移動させる
    ことを特徴とする請求項９に記載の造形装置。
11. ベース材を保持する保持部を有し、前記保持部で保持したベース材を前記待機部に供給するベース材供給部と、
    前記冷却部による冷却動作の終了後の、造形物が造形されたベース材を保持する造形物保持部と、
    のうち少なくともいずれか一方を有する
    ことを特徴とする請求項９または１０に記載の造形装置。
12. ベース材を保持する保持部を有し、前記保持部で保持したベース材を前記待機部に供給するベース材供給部と、
    前記冷却部による冷却動作の終了後の、造形物が造形されたベース材を保持する造形物
    保持部と、
    のうち少なくともいずれかが、造形装置本体に対して着脱可能に配設されている
    ことを特徴とする請求項９から１１のいずれか一項に記載の造形装置。
13. 前記冷却部による冷却動作が終了した場合に、冷却動作の終了を報知する報知手段を有することを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の造形装置。
14. 造形物の製造方法であって、
    スライスデータに基づいて造形材料を配置して加熱溶融してベース材上に積層して造形物を作製する造形工程と、
    前記ベース材上に作製された前記造形物を冷却する冷却工程と、
    を含み、
    第１の造形物を作製する造形工程に続いて、第２の造形物を作製する造形工程が行われる場合に、前記第１の造形物を予め昇温された空間に移動させてから空間の温度を徐々に下げて前記第１の造形物に対する前記冷却工程を行い、第２の造形物を作製する前記造形工程を、前記第１の造形物に対する前記冷却工程と並行して実行する
    ことを特徴とする造形物の製造方法。
15. 前記第１の造形物に対する前記冷却工程は、前記第１の造形物を構成する造形材料の荷重たわみ温度をＴ℃として、（Ｔ−２０）℃以上Ｔ℃未満の範囲まで昇温した空間で行われることを特徴とする請求項１４に記載の造形物の製造方法。
16. 前記冷却工程における冷却速度が、前記造形材料の特性または前記造形物の形状に応じて決められることを特徴とする請求項１４または１５に記載の造形物の製造方法。