JP6904035B2 - 立体造形物を造形する装置、立体造形物を造形する方法、立体造形物 - Google Patents

Description

本発明は立体造形物を造形する装置、立体造形物を造形する方法、立体造形物に関する。

立体造形物（三次元造形物）を造形する装置として、例えば粉体積層造形法で造形するものがある。これは、例えば、造形ステージに粉体を敷き詰めて平坦化し、平坦化された層状の粉体（これを「粉体層」という。）に対して粉体を結合させる造形液を付与して、粉体が結合された層状造形物（これを「造形層」という。）を形成する。そして、この造形層上に粉体層に形成し、再度、造形層を形成する動作を繰り返して、造形層を積層することで立体造形物を造形する。

従来、例えば、造形液よりも比重の大きい粉末材料を使用することで、造形液が粉末材料に浸透するときの粉末材料の移動を抑制して、造形物の表面を平滑化しようとするものが知られている（特許文献１）。

特開２０１２−１２５９９６号公報

しかしながら、特許文献１に開示の構成にあっては、使用できる粉体又は造形液が制限され、例えば造形液よりも比重の小さい粉体を使用した場合には表面平滑性が得られず、造形品質が低下するという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、造形品質を向上することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る立体造形物を造形する装置は、
敷き詰められた粉体に対し、前記粉体を結合する造形液の液滴を付与して層状造形物を造形する造形液付与手段と、
前記粉体を敷き詰める動作と、前記造形液付与手段から前記造形液の液滴を付与させて前記層状造形物を造形する動作を繰り返して、前記層状造形物を積層した立体造形物を造形する制御をする手段と、を備え、
前記制御をする手段は、重なって隣り合う２つの第１液滴の間に、前記第１液滴の滴量よりも少ない滴量の第２液滴を付与する制御をし、
複数の前記第１滴のうち、前記重なって隣り合う２つの前記第１液滴は、前記第１液滴の面積の半分以下しか部分的に重ならない
構成とした。

本発明によれば、造形品質を向上することができる。

本発明の第１実施形態に係る装置の平面説明図である。 同じく側面説明図である。 同じく造形部の断面説明図である。 同装置の制御部の概要の説明に供するブロック図である。 造形の流れの説明に供する模式的説明図である。 本発明の第１実施形態における粉体層表面に対する各液滴の吐出パターンの説明図である。 同じく第１液滴及び第２液滴を重ねた吐出パターンの説明図である。 粉体層に造形液が付与されたときの造形液及び粉体の状態の説明に供する模式的説明図である。 比較例として第１液滴のみを付与した場合の造形液付与部分の断面プロファイルの説明に供する説明図である。 同実施形態の造形液付与部分の断面プロファイルの説明に供する説明図である。 本発明の第２実施形態における造形液付与部分の断面プロファイルの説明に供する説明図である。 本発明の第３実施形態における第１液滴及び第２液滴の吐出パターンの説明図である。 同じく第１液滴及び第２液滴を重ねた吐出パターンの説明図である。 同じく造形液付与部分の断面プロファイルの説明に供する説明図である。 第２滴の滴量を変化させた場合の断面プロファイルの説明図である。 同じく高低差の説明図である。 本発明の第４実施形態の説明に供する平面説明図である。 本発明の第５実施形態の説明に供する平面説明図である。 本発明の第６実施形態の説明に供する平面説明図である。 本発明の第７実施形態の説明に供する平面説明図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態に係る装置の一例の概要について図１ないし図３を参照して説明する。図１は同装置の概略平面説明図、図２は同じく概略側面説明図、図３は同じく造形部の断面説明図である。なお、図３は造形時の状態で示している。

この立体造形物を造形する装置（立体造形装置という。）は、粉体積層造形装置であり、粉体（粉末）が結合された層状造形物である造形層３０が形成される造形部１と、造形部１の層状に敷き詰められた粉体層３１に対して造形液１０を吐出付与して造形層３０を造形する造形ユニット５とを備えている。

造形部１は、粉体槽１１と、平坦化部材（リコータ）である回転体としての平坦化ローラ１２などを備えている。なお、平坦化部材は、回転体に代えて、例えば板状部材（ブレード）とすることもできる。

粉体槽１１は、造形槽２２に供給する粉体２０を保持する供給槽２１と、造形層３０が積層されて立体造形物が造形される造形槽２２と、粉体層３１を形成するときに平坦化ローラ１２によって移送供給される粉体２０のうち、粉体層３１を形成しないで落下する余剰の粉体２０を溜める余剰粉体受け槽２９を有している。

供給槽２１の底部は供給ステージ２３として鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。同様に、造形槽２２の底部は造形ステージ２４として鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。造形ステージ２４上に造形層３０が積層された立体造形物が造形される。余剰粉体受け槽２９の底面には粉体２０を吸引する機構が備えられた構成や、余剰粉体受け槽２９が簡単に取り外せるような構成となっている。

供給ステージ２３は、後述するモータ２７によって矢印Ｚ方向（高さ方向）に昇降され、造形ステージ２４は、同じく、モータ２８によって矢印Ｚ方向に昇降される。

平坦化ローラ１２は、供給槽２１の供給ステージ２３上に供給された粉体２０を造形槽２２に移送して供給し、平坦化手段である平坦化ローラ１２によって供給した粉体の層の表面を均して平坦化して、粉体層３１を形成する。

この平坦化ローラ１２は、造形ステージ２４のステージ面（粉体２０が積載される面）に沿って矢印Ｙ方向に、ステージ面に対して相対的に往復移動可能に配置され、後述する往復移動機構２５によって移動される。また、平坦化ローラ１２は、後述するモータ２６によって回転駆動される。

一方、造形ユニット５は、造形ステージ２４上の粉体層３１に造形液１０を吐出する液体吐出ユニット５０を備えている。

液体吐出ユニット５０は、キャリッジ５１と、キャリッジ５１に搭載された造形液付与手段である２つ（１又は３つ以上でもよい。）の液体吐出ヘッド（以下、単に「ヘッド」という。）５２ａ、５２ｂを備えている。

キャリッジ５１は、ガイド部材５４及び５５に移動可能に保持されている。ガイド部材５４及び５５は、両側の側板７０、７０に昇降可能に保持されている。

このキャリッジ５１は、後述するＸ方向走査機構５５０を構成するＸ方向走査モータによってプーリ及びベルトを介して主走査方向である矢印Ｘ方向（以下、単に「Ｘ方向」という。他のＹ、Ｚについても同様とする。）に往復移動される。

２つのヘッド５２ａ、５２ｂ（以下、区別しないときは「ヘッド５２」という。）は、造形液を吐出する複数のノズルを配列したノズル列がそれぞれ２列配置されている。一方のヘッド５２ａの２つのノズル列は、シアン造形液及びマゼンタ造形液を吐出する。他方のヘッド５２ｂの２つのノズル列は、イエロー造形液及びブラック造形液をそれぞれ吐出する。なお、ヘッド構成はこれに限るものではない。

これらのシアン造形液、マゼンタ造形液、イエロー造形液、ブラック造形液の各々を収容した複数のタンク６０がタンク装着部５６に装着され、供給チューブなどを介してヘッド５２ａ、５２ｂに供給される。

また、Ｘ方向の一方側には、液体吐出ユニット５０のヘッド５２の維持回復を行うメンテナンス機構６１が配置されている。

メンテナンス機構６１は、主にキャップ６２とワイパ６３で構成される。キャップ６２をヘッド５２のノズル面（ノズルが形成された面）に密着させ、ノズルから造形液を吸引する。ノズルに詰まった粉体の排出や高粘度化した造形液を排出するためである。その後、ノズルのメニスカス形成（ノズル内は負圧状態である）のため、ノズル面をワイパ６３でワイピング（払拭）する。また、メンテナンス機構６１は、造形液の吐出が行われない場合に、ヘッドのノズル面をキャップ６２で覆い、粉体２０がノズルに混入することや造形液１０が乾燥することを防止する。

造形ユニット５は、ベース部材７上に配置されたガイド部材７１に移動可能に保持されたスライダ部７２を有し、造形ユニット５全体がＸ方向と直交するＹ方向（副走査方向）に往復移動可能である。この造形ユニット５は、後述するＹ方向走査機構５５２によって全体がＹ方向に往復移動される。

液体吐出ユニット５０は、ガイド部材５４、５５とともに矢印Ｚ方向に昇降可能に配置され、後述するＺ方向昇降機構５５１によってＺ方向に昇降される。

ここで、造形部１の詳細について説明する。

粉体槽１１は、箱型形状をなし、供給槽２１と造形槽２２と、余剰粉体受け槽２９の３つの上面が開放された槽とを備えている。供給槽２１内部には供給ステージ２３が、造形槽２２内部には造形ステージ２４がそれぞれ昇降可能に配置される。

供給ステージ２３の側面は供給槽２１の内側面に接するように配置されている。造形ステージ２４の側面は造形槽２２の内側面に接するように配置されている。これらの供給ステージ２３及び造形ステージ２４の上面は水平に保たれている。

造形槽２２の隣りには、造形槽２２外に排出される余剰な粉体を受ける余剰粉体受け部２９が配置されている。余剰粉体受け槽２９は、ロート形状をなし、底部に粉体２０を排出可能な排出口２９ａを有している。

余剰粉体受け槽２９には、粉体層３１を形成するときに平坦化ローラ１２によって移送供給される粉体２０のうちの余剰の粉体２０が落下する。余剰粉体受け槽２９に落下した余剰の粉体２０は、例えば粉体回収再生装置を経由して、供給槽２１に粉体を供給する後述する粉体供給装置５５４に戻される。

粉体供給装置５５４は供給槽２１上に配置される。造形の初期動作時や供給槽２１の粉体量が減少した場合に、粉体供給装置５５４を構成するタンク内の粉体を供給槽２１に供給する。粉体供給のための粉体搬送方法としては、スクリューを利用したスクリューコンベア方式や、エアーを利用した空気輸送方式などが挙げられる。

平坦化ローラ１２は、供給槽２１から粉体２０を造形槽２２へと移送供給して、表面を均すことで平坦化して所定の厚みの層状の粉体である粉体層３１を形成する。

この平坦化ローラ１２は、造形槽２２及び供給槽２１の内寸（即ち、粉体が供される部分又は仕込まれている部分の幅）よりも長い棒状部材であり、往復移動機構によってステージ面に沿ってＹ方向（副走査方向）に往復移動される。

この平坦化ローラ１２は、往復移動機構のモータによって回転されながら、供給槽２１の外側から供給槽２１及び造形槽２２の上方を通過するようにして水平移動する。これにより、粉体２０が造形槽２２上へと移送供給され、平坦化ローラ１２が造形槽２２上を通過しながら粉体２０を平坦化することで粉体層３１が形成される。

また、図２にも示すように、平坦化ローラ１２の周面に接触して、平坦化ローラ１２に付着した粉体２０を除去するための粉体除去部材である粉体除去板１３が配置されている。

粉体除去板１３は、平坦化ローラ１２の周面に接触した状態で、平坦化ローラ１２とともに移動する。また、粉体除去板１３は、平坦化ローラ１２が平坦化を行うときの回転方向に回転するときにカウンタ方向でも、順方向での配置可能である。

次に、上記立体造形装置の制御部の概要について図４を参照して説明する。図４は同制御部のブロック図である。

制御部５００は、この装置全体の制御を司るＣＰＵ５０１と、ＣＰＵ５０１に本発明に係わる制御を含む立体造形動作の制御を実行させるための本発明に係るプログラムを含むプログラム、その他の固定データを格納するＲＯＭ５０２と、造形データ等を一時格納するＲＡＭ５０３とを含む主制御部５００Ａを備えている。

制御部５００は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）５０４を備えている。また、制御部５００は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ５０５を備えている。

制御部５００は、外部の造形データ作成装置６００から造形データを受信するときに使用するデータ及び信号の送受を行うためのＩ／Ｆ５０６を備えている。

なお、造形データ作成装置６００は、最終形態の造形物（立体造形物）を各造形層毎にスライスしたスライスデータである造形データを作成する本発明に係る立体造形物を造形するデータを作成する装置であり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置で構成されている。

制御部５００は、各種センサの検知信号を取り込むためのＩ／Ｏ５０７を備えている。

制御部５００は、液体吐出ユニット５０のヘッド５２を駆動制御するヘッド駆動制御部５０８を備えている。

制御部５００は、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＸ方向（主走査方向）に移動させるＸ方向走査機構５５０を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１０と、造形ユニット５をＹ方向（副走査方向）に移動させるＹ方向走査機構５５２を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１２を備えている。

制御部５００は、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＺ方向に移動（昇降）させるＺ方向昇降機構５５１を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１１を備えている。なお、矢印Ｚ方向への昇降は造形ユニット５全体を昇降させる構成とすることもできる。

制御部５００は、供給ステージ２３を昇降させるモータ２７を駆動するモータ駆動部５１３と、造形ステージ２４を昇降させるモータ２８を駆動するモータ駆動部５１４を備えている。

制御部５００は、平坦化ローラ１２を移動させる往復移動機構２５のモータ５５３を駆動するモータ駆動部５１５と、平坦化ローラ１２を回転駆動するモータ２６を駆動する５１６を備えている。

制御部５００は、供給槽２１に粉体２０を供給する粉体供給装置５５４を駆動する供給系駆動部５１７と、液体吐出ユニット５０のメンテナンス機構６１を駆動するメンテナンス駆動部５１８を備えている。

制御部５００は、粉体後供給部８０から粉体２０の供給を行わせる後供給駆動部５１９を備えている。

制御部５００のＩ／Ｏ５０７には、装置の環境条件としての温度及び湿度を検出する温湿度センサ５６０などの検知信号やその他のセンサ類の検知信号が入力される。

制御部５００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル５２２が接続されている。

制御部５００は、上述したように、造形データ作成装置６００から造形データを受領する。造形データは、目的とする立体造形物の形状をスライスしたスライスデータとしての各造形層３０の形状データ（造形データ）を含む。

そして、主制御部５００Ａは、造形層３０の造形データに基づいてヘッド５２からの造形液の吐出を行わせる制御をする。

なお、造形データ作成装置６００と立体造形装置（粉体積層造形装置）６０１によって造形装置が構成される。

次に、造形の流れについて図５も参照して説明する。図５は造形の流れの説明に供する模式的説明図である。

ここでは、造形槽２２の造形ステージ２４上に、１層目の造形層３０が形成されている状態から説明する。

この１層目の造形層３０上に次の造形層３０を形成するときには、図５（ａ）に示すように、供給槽２１の供給ステージ２３をＺ１方向に上昇させ、造形槽２２の造形ステージ２４をＺ２方向に下降させる。

このとき、造形槽２２の粉体層３１の表面（粉体面）の上面と平坦化ローラ１２の下部（下方接線部）との間隔（積層ピッチ）がΔｔ１となるように造形ステージ２４の下降距離を設定する。の間隔Δｔ１が次に形成する粉体層３１の厚さ（積層ピッチ）に相当する。間隔Δｔ１は、数十〜１００μｍ程度であることが好ましい。

この場合、平坦化ローラ１２は供給槽２１及び造形槽２２の上端面に対してギャップを置いて配置している。したがって、造形槽２２に粉体２０を移送供給して平坦化するとき、粉体層３１の表面（粉体面）は供給槽２１及び造形槽２２の上端面よりも高い位置になる。

これにより、平坦化ローラ１２が供給槽２１及び造形槽２２の上端面に接触することを確実に防止できて、平坦化ローラ１２の損傷が低減する。平坦化ローラ１２の表面が損傷すると粉体層３１の表面にスジが発生して平坦性が低下する。

次いで、図５（ｂ）に示すように、供給槽２１の上面レベルよりも上方に位置する粉体２０を、平坦化ローラ１２を逆方向（矢印方向）に回転しながらＹ２方向（造形槽２２側）に移動することで、粉体２０を造形槽２２へと移送供給する（粉体供給）。

さらに、図５（ｃ）に示すように、平坦化ローラ１２を造形槽２２の造形ステージ２４のステージ面と平行に移動させ、造形ステージ２４の造形層３０上で所定の厚さΔｔ１になる粉体層３１を形成する（平坦化）。このとき、粉体層３１の形成に使用されなかった余剰の粉体２０は余剰粉体受け槽２９に落下する。

粉体層３１を形成後、平坦化ローラ１２は、図５（ｄ）に示すように、Ｙ１方向に移動されて初期位置（原点位置）に戻される（復帰される）。

ここで、平坦化ローラ１２は、造形槽２２及び供給槽２１の上面レベルとの距離を一定に保って移動できるようになっている。一定に保って移動できることで、平坦化ローラ１２で粉体２０を造形槽２２の上へと搬送させつつ、造形槽２２上又は既に形成された造形層３０の上に均一厚さΔｔ１の粉体層３１を形成できる。

その後、図５（ｅ）に示すように、液体吐出ユニット５０のヘッド５２から造形液１０の液滴を吐出して、次の粉体層３１に所要形状の造形層３０を積層形成する（造形）。

なお、造形層３０は、例えば、ヘッド５２から吐出された造形液１０が粉体２０と混合されることで、粉体２０に含まれる接着剤が溶解し、溶解した接着剤同士が結合して粉体２０が結合されることで形成される。

次いで、上述した粉体供給・平坦化よる粉体層３１を形成する工程、ヘッド５２による造形液吐出工程を繰り返して新たな造形層３０を形成する。このとき、新たな造形層３０とその下層の造形層３０とは一体化して三次元形状造形物（立体造形物）の一部を構成する。

以後、粉体の供給・平坦化よる粉体層３１を形成する工程、ヘッド５２による造形液吐出工程を必要な回数繰り返すことによって、三次元形状造形物（立体造形物）を完成させる。

次に、本実施形態で使用している粉体（立体造形用粉末材料）及び造形液について説明する。

立体造形用粉末材料は、基材と、この基材を平均厚み５ｎｍ〜５００ｎｍで被覆し、造形液としての架橋剤含有水の作用により溶解し架橋可能な水溶性有機材料（バインダー）とを有してなる。

この立体造形用粉末材料においては、基材を被覆する水溶性有機材料が、架橋剤含有水の作用により溶解し架橋可能であるため、水溶性有機材料に架橋剤含有水が付与されると、水溶性有機材料は、溶解すると共に、架橋剤含有水に含まれる架橋剤の作用により架橋する。

これにより、上記立体造形用粉末材料を用いて薄層（粉体層３１）を形成し、粉体層に架橋剤含有水を造形液として吐出することで、粉体層３１においては、溶解した水溶性有機材料が架橋する結果、粉体層３１が結合硬化して造形層３０が形成される。

次に、本発明の第１実施形態における粉体層表面に対する液滴の吐出パターンについて図６及び図７を参照して説明する。図６は第１液滴の吐出パターン及び第２液滴の吐出パターンの説明図、図７は第１液滴及び第２液滴を重ねた吐出パターンの説明図である。なお、図６及び図７では粉体層に着弾した液滴の浸透領域でパターンを示している（以下同様である。）。

本実施形態では、第１滴量の第１液滴Ｄ１と、第１滴量よりも少ない第２滴量の第２液滴Ｄ２とを吐出させる。図６などでは第１液滴Ｄ１の浸透領域も「Ｄ１」と表記し、同様に第２液滴Ｄ２の浸透領域も「Ｄ２」と表記する。

第１液滴Ｄ１は、図６（ａ）及び図７に示すように、中心位置が所定の間隔Ｐ１でＸ方向及びＹ方向に格子状に並べて付与される。なお、図６において、Ｘ方向、Ｙ方向、格子の交点を斜めに結ぶ方向（斜め方向）は、それぞれ液滴の並び方向である。

ここでは、説明を簡単にするため、ヘッド５２のノズル間隔をＰ１（例えば３００ｄｐｉ相当）とし、Ｘ方向においても、吐出タイミングを制御して間隔Ｐ１で第１液滴Ｄ１を吐出することで、格子状（列方向：Ｘ方向及び行方向：Ｙ方向）に第１液滴Ｄ１を付与する。

このとき、粉体層３１上では、Ｘ方向で隣り合う２つの第１液滴Ｄ１、Ｄ１の浸透領域の一部が重なり、Ｙ方向で隣り合う２つの第１液滴Ｄ１、Ｄ１の浸透領域の一部も重なるものとする。

第２液滴Ｄ２は、図６（ｂ）及び図７に示すように、隣り合う２つの第１液滴Ｄ１、Ｄ１の間であって、少なくとも当該２つの第１液滴Ｄ１、Ｄ１が重ならない部分に付与する。なお、当該２つの第１液滴Ｄ１、Ｄ１が重ならない部分に付与された第２液滴Ｄ２が、当該２つの第１液滴Ｄ１、Ｄ１以外の他の第１液滴Ｄ１と重なってもよい。

ここでは、格子状に付与された隣り合う４つの第１液滴Ｄ１の中央部に第２液滴Ｄ２を付与している。

これにより、粉体層３１上では、図７に示すパターンで第１液滴Ｄ１及び第２液滴Ｄ２が付与される。

なお、第１液滴Ｄ１の付与と第２液滴Ｄ２の付与は、２つのヘッド５２ａ、５２ｂを使い分けることで行うことができる。あるいは、異なる滴量の液滴を吐出するヘッドを別途追加することもできる。

次に、粉体層に造形液が付与されたときの造形液及び粉体の状態について図８を参照して説明する。図８は同説明に供する模式的説明図である。

なお、粉体２０は、粉末、粒子など（単に「粒子」と総称し、「粒子２０ａ」と表記する。）の集合体である。

図８（ａ）に示すように、造形液１０の液滴Ｄを粉体層３１の表面に付与したとき、図８（ｂ）に示すように、造形液１０が粉体層３１内に浸透し、造形液１０による液架橋力と粒子間の結合（バインディング）の進行によって粒子２０ａが移動して粉体２０が凝集する。

このとき、図８（ｃ）に示すように、造形液１０の浸透は、液滴Ｄの中央部で深く、周囲で相対的に浅くなり、１つの液滴Ｄの浸透領域で見た場合、中央部で凝集が進行しやすく、周囲で凝集が進行し難くなって表層があまり圧縮されない。したがって、液滴Ｄが付与された部分では球冠状の凹部が形成される。

次に、比較例として第１液滴のみを付与した場合の造形液付与部分の断面プロファイルについて図９を参照して説明する。図９は同説明に供する説明図であり、（ａ）は平面説明図、（ｂ）は（ａ）のＳ−Ｓ線に沿う断面の断面プロファイル、（ｃ）は同じくＳ−Ｓ線に沿う断面の模式的説明図である。

前記実施形態と同様、図９（ａ）に示すように第１液滴Ｄ１を浸透領域の一部が重なるように付与した場合、図９（ａ）のＳ−Ｓ線断面における断面形状（断面プロファイル）は図９（ｂ）に示すようになる。

すなわち、格子状に配置された４つの第１液滴Ｄ１の中央部には、図９（ｃ）にも示すように、凸状部３０１が形成される。その結果、造形層３０の表面には図９（ｂ）に示すように高低差がΔｈ１の凹凸が生じる。

次に、本実施形態の造形液付与部分の断面プロファイルについて図１０を参照して説明する。図１０は同説明に供する説明図であり、（ａ）は平面説明図、（ｂ）は（ａ）のＳ−Ｓ線に沿う断面の断面プロファイル、

本実施形態では、図１０（ａ）にも示すように、格子状に配置された隣り合う４つの第１液滴Ｄ１の中央部に、第１液滴Ｄ１の第１滴量よりも滴量の少ない第２滴量の第２液滴Ｄ２を付与する。

このとき、第２液滴Ｄ２で局所的に凝集が進行するので、図１０（ｂ）に示すように、凸状部３０１の高さが低下する。

これにより、造形層３０の表面の凹凸の高低差はΔｈ２（Δｈ２＜Δｈ１）となり、比較例に比べて高低差が小さくなって、平滑性が向上し、造形品質が向上する。

このように、粉体２０に付与された液滴の並び方向において、隣り合う２つの第１液滴Ｄ１、Ｄ１の間であって、少なくとも当該隣り合う２つの第１液滴Ｄ１、Ｄ２が重ならない部分に、第１液滴Ｄ１の滴量よりも少ない滴量の第２液滴Ｄ２を付与する制御を行うことで、平滑性を向上でき、画像品質を向上できる。

なお、第２液滴Ｄ２は、隣り合う２つの第１液滴Ｄ１、Ｄ１が重ならない部分を含めば、隣り合う２つの第１液滴Ｄ１、Ｄ１が重なる部分や他の第１液滴Ｄ１と重なる部分を含めて付与されてもよいし、重ならない部分の一部を残して付与されてもよい。

なお、造形液の液滴の位置関係は、例えば、造形装置の稼働中に、装置を一時停止させて、造形槽２２を光学顕微鏡等で観察することによって確認することができる。また、紙等の薄いメディアを、装置稼働中に、液体吐出ヘッド５２と造形槽２２の間に差し込み、メディア上に造形液を着弾させた後、メディアを光学顕微鏡等で観察することによっても造形液の液滴の位置関係を確認することができる。

本実施形態によって造形された立体造形物の最表面は、造形液の液滴の並び方向において、隣り合う２つの第１液滴Ｄ１、Ｄ１で結合された各領域の間であって、少なくとも、隣り合う２つの第１液滴Ｄ１、Ｄ１で結合された各領域が重ならない部分に、第１液滴Ｄ１の滴量よりも少ない滴量の第２液滴Ｄ２で結合された部分があることになる。

この場合、第２液滴Ｄ２で結合されている部分の面積は、第１液滴Ｄ１で結合されている部分の面積よりも小さくなる。また、本実施形態では、立体造形物の最表面は、層状造形物の積層方向において、第２液滴Ｄ２で結合された部分の深さが、第１液滴Ｄ１のみで結合された部分の深さよりも小さくなっている（図１０（ｂ）参照）。

次に、本発明の第２実施形態について図１１を参照して説明する。図１１は同実施形態における造形液付与部分の断面プロファイルの説明に供する説明図であり、（ａ）は平面説明図、（ｂ）は（ａ）のＳ−Ｓ線に沿う断面の断面プロファイルである。

本実施形態では、粘度の異なる二種類の造形液を使用し、第１液滴Ｄ１の造形液１０と第２液滴Ｄ２の造形液１０の粘度を異ならせている。具体的には、第２液滴Ｄ２の造形液１０の粘度は、第１液滴Ｄ１の造形液１０の粘度よりも低い。

例えば、第１液滴Ｄ１の造形液１０の粘度を８ｍＰａ・ｓとし、第２液滴Ｄ２の造形液１０の粘度を４ｍＰａ・ｓとしている。

このように構成することで、第２液滴Ｄ２を付与したときに、造形液１０が水平方向（粉体層３１の面内方向）に拡散しにくくなり、粉体層３１内部へ浸透し易くなる。

これにより、図１１（ｂ）に示すように、造形層３０の表面の凹凸の高低差はΔｈ３（Δｈ３＜Δｈ２）となり、第１実施形態に比べても小さくなり、平滑性が高くなって造形品質が向上する。

同様に、二種類の表面張力の異なる造形液を使用し、第１液滴Ｄ１の造形液１０の表面張力より第２液滴Ｄ２の造形液１０の表面張力を高くすることで、同様な効果を得ることができる。

次に、本発明の第３実施形態について図１２ないし図１４を参照して説明する。図１２は第１液滴及び第２液滴の吐出パターンの説明図、図１３は第１液滴及び第２液滴を重ねた吐出パターンの説明図である。図１４は造形液付与部分の断面プロファイルの説明に供する説明図であり、（ａ）は平面説明図、（ｂ）は（ａ）のＳ−Ｓ線に沿う断面の断面プロファイルである。

本実施形態では、格子状に配置された隣り合う４つの第１液滴Ｄ１の中央部に、４つの第２液滴Ｄ２を付与している。

このとき、４つの第２液滴Ｄ２で局所的に凝集が進行するので、造形層３０の表面の凹凸の高低差Δｈ４（Δｈ４＜Δｈ２）が小さくなり、第１実施形態に比べて、平滑性が高くなって造形品質が向上する。

ここで、第１滴及び第２滴の滴量について図１５及び図１６を参照して説明する。図１５は第２液滴Ｄ２の滴量を変化させた場合の断面プロファイルの説明図、図１６は同じく高低差の説明図である。

第１液滴、第２液滴の最適な滴量は、吐出パターンにも依存する。図１５は、第１液滴Ｄ１として滴量が２００ｐＬの液滴を３００ｄｐｉで吐出し、第２液滴Ｄ２の滴量を１０、２０、５０、６０、８０、１００、１２０ｐＬで吐出した場合の断面プロファイルである。

各断面プロファイルにおける高低差Δｈを求めると図１６に示すようになる。

この例では、第２液滴Ｄ２の滴量を５０〜１００ｐＬにしたときに高低差が相対的に小さくなることが分かる。したがって、第２液滴Ｄ２の滴量は第１液滴Ｄ１の滴量の半分以下にすることが好ましい。

上記各実施形態において、平滑性が求められるのは立体造形物の最表面であるので、第２液滴を付与する粉体層３１は少なくとも立体造形物の最表面を構成する粉体層３１であある。第２液滴を付与する粉体層３１を少なくすることで、造形速度の低下を抑えることができる。もちろん、最表面を構成する粉体層３１を含めて複数の粉体層３１に第２液滴を付与することもできる。

次に、本発明の第４実施形態について図１７を参照して説明する。図１７は同説明に供する平面説明図である。

本実施形態では、造形層３０と粉体２０のまま残る部分との境界部分３０２に位置して隣り合う第１液滴Ｄ１、Ｄ１間で、第１液滴Ｄ１、Ｄ１が重ならない部分にも、第２液滴Ｄ２を付与している。

これにより、造形層３０の積層方向と交差する方向における端面の平滑性を向上することができる。

この場合、境界部分３０２に付与する第２液滴Ｄ２の滴量は、境界部分以外に付与する第２液滴Ｄ２の滴量と同じでもよいが、第１液滴Ｄ１のオーバーラップが少ないことから、境界部分以外に付与する第２液滴Ｄ２の滴量の半分程度とすることが好ましい。

次に、本発明の第５実施形態について図１８を参照して説明する。図１８は同説明に供する平面説明図である。

本実施形態では、Ｘ方向において隣り合う２つの第１液滴Ｄ１、Ｄ１と、Ｙ方向において隣り合う２つ第１液滴Ｄ１、Ｄ１との４つの第１液滴Ｄ１を、重ならない部分が存在しないピッチで配置している。

そして、４つの第１液滴Ｄ１が重なる部分に第２液滴Ｄ２を付与している。

すなわち、４つの第１液滴Ｄ１が重なっている場合でも、４つの第１液滴Ｄ１の重なり部分の中央部においては、図９（ｂ）に示したと同様に、積層方向において第１液滴Ｄ１の最浸透部に対して凸状部となる部分が生じるので、造形層３０の表面に高低差がある凹凸が生じる。

そこで、４つの第１液滴Ｄ１が重なる部分に第２液滴Ｄ２を付与することで凸状部の高さを低くすることができる。

このように、隣り合う２つの第１液滴が重なり合う部分に、第１液滴よりも滴量の少ない第２液滴を付与することで、平滑性を向上することができる。

本実施形態によって造形された立体造形物の最表面は、造形液の液滴の並び方向において、隣り合う２つの第１液滴Ｄ１、Ｄ１で結合された各領域の間であって、少なくとも、隣り合う２つの第１液滴Ｄ１、Ｄ２の重なる領域で結合される部分には、２つの第１液滴Ｄ１、Ｄ１と第１液滴Ｄ１の滴量よりも少ない滴量の第２液滴Ｄ２で結合された部分があることになる。

次に、本発明の第６実施形態について図１９を参照して説明する。図１９は同説明に供する平面説明図である。

本実施形態では、Ｘ方向（又はＹ方向）において隣り合う２つの第１液滴Ｄ１、Ｄ１の一部が重なるピッチで配置し、２つの第１液滴Ｄ１、Ｄ１が重なる部分に第２液滴Ｄ２を付与している。

隣り合う２つの第１液滴Ｄ１、Ｄ１の一部を重ね合わせて配置しても、重ね合わせ部分では、積層方向において第１液滴Ｄ１の最浸透部に対して凸状部となる部分が生じるので、造形層３０の表面に高低差がある凹凸が生じる。

そこで、２つの第１液滴Ｄ１が重なる部分に第２液滴Ｄ２を付与することで凸状部の高さを低くすることができ、平滑性を向上できる。

次に、本発明の第７実施形態について図２０を参照して説明する。図２０は同説明に供する平面説明図である。

本実施形態では、第６実施形態と同様に、隣り合う２つの第１液滴Ｄ１、Ｄ１を一部が重なるピッチで配置し、２つの第１液滴Ｄ１、Ｄ１が重なる部分に第２液滴Ｄ２を付与しするとともに、隣り合う２つの第１液滴Ｄ１、Ｄ１が重ならない部分にも第２液滴Ｄ２を付与している。

これによって、前記第４実施形態と同様に、造形層３０の積層方向と交差する方向における端面の平滑性も併せて向上することができる。

上記実施形態では、供給槽と造形槽の２層構造の立体造形装置で説明したが、造形槽の１層構造とし、造形槽に直接粉体を供給してブレードやローラなどの平坦化手段で平坦化する構成の立体造形装置にも本発明を適用することができる。

上記各実施形態における立体造形物を造形する装置は、敷き詰められた粉体に対し、粉体を結合する造形液の液滴を付与して層状造形物を造形する造形液付与手段と、粉体を敷き詰める動作と、造形液付与手段から造形液の液滴を付与させて層状造形物を造形する動作を繰り返して、層状造形物を積層した立体造形物を造形する制御をする手段と、を備え、制御をする手段は、少なくとも立体造形物の最表面となる層状造形物を造形するとき、粉体に付与された液滴の並び方向において、隣り合う２つの第１液滴の間であって、少なくとも、隣り合う２つの第１液滴が重ならない部分、又は、隣り合う２つの第１液滴が重なる部分に、第１液滴の滴量よりも少ない滴量の第２液滴を付与する制御を行う装置である。

１ 造形部
５ 造形ユニット
１０ 造形液
１２ 平坦化ローラ（平坦化手段）
２０ 粉体
２１ 供給槽
２２ 造形槽
２３ 供給ステージ
２４ 造形ステージ
３０ 造形層（層状造形物）
３１ 粉体層（層状の粉体）
５０ 液体吐出ユニット
５１ キャリッジ
５２ 液体吐出ヘッド
５００ 制御部

Claims (20)

1. 敷き詰められた粉体に対し、前記粉体を結合する造形液の液滴を付与して層状造形物を造形する造形液付与手段と、
   前記粉体を敷き詰める動作と、前記造形液付与手段から前記造形液の液滴を付与させて前記層状造形物を造形する動作を繰り返して、前記層状造形物を積層した立体造形物を造形する制御をする手段と、を備え、
   前記制御をする手段は、重なって隣り合う２つの第１液滴の間に、前記第１液滴の滴量よりも少ない滴量の第２液滴を付与する制御をし、
   複数の前記第１滴のうち、前記重なって隣り合う２つの前記第１液滴は、前記第１液滴の面積の半分以下しか部分的に重ならない
   ことを特徴とする立体造形物を造形する装置。
2. 前記隣り合う２つの第１液滴は、前記液滴の並び方向において半分以下の領域で重なっている
   ことを特徴とする請求項１に記載の立体造形物を造形する装置。
3. 格子状に配置された４つの前記第１液滴の中央部に、前記第２液滴を付与する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の立体造形物を造形する装置。
4. 複数の前記第２液滴を異なる位置に付与する
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の立体造形物を造形する装置。
5. 前記層状造形物と前記粉体のまま残す部分との境界に前記第２液滴を付与する
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の立体造形物を造形する装置。
6. 前記第２液滴の滴量が前記第１液滴の滴量の半分以下である
   ことを特徴とする請求項５に記載の立体造形物を造形する装置。
7. 粘度の異なる二種類の造形液を付与可能であり、
   前記第２液滴は前記第１液滴よりも粘度が低い
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の立体造形物を造形する装置。
8. 表面張力の異なる二種類の造形液を付与可能であり、
   前記第２液滴は前記第１液滴よりも前記表面張力が高い
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の立体造形物を造形する装置。
9. 粉体を敷き詰める動作と、前記敷き詰められた粉体に対し、前記粉体を結合する造形液の液滴を付与して層状造形物を造形する動作を繰り返し、前記層状造形物を積層した立体造形物を造形する方法であって、
   重なって隣り合う２つの第１液滴の間に、前記第１液滴の滴量よりも少ない滴量の第２液滴を付与し、
   複数の前記第１滴のうち、前記重なって隣り合う２つの前記第１液滴は、前記第１液滴の面積の半分以下しか部分的に重ならない
   ことを特徴とする立体造形物を造形する方法。
10. 前記隣り合う２つの第１液滴は、前記液滴の並び方向において半分以下の領域で重なるように付与する
    ことを特徴とする請求項９に記載の立体造形物を造形する方法。
11. 格子状に配置された４つの前記第１液滴の中央部に、前記第２液滴を付与する
    ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の立体造形物を造形する方法。
12. 複数の前記第２液滴を異なる位置に付与する
    ことを特徴とする請求項９ないし１１のいずれかに記載の立体造形物を造形する方法。
13. 前記層状造形物と前記粉体のまま残す部分との境界に前記第２液滴を付与する
    ことを特徴とする請求項９ないし１２のいずれかに記載の立体造形物を造形する方法。
14. 前記第２液滴の滴量が前記第１液滴の滴量の半分以下である
    ことを特徴とする請求項１３に記載の立体造形物を造形する方法。
15. 粘度の異なる二種類の造形液を付与可能であり、
    前記第２液滴は前記第１液滴よりも粘度が低い
    ことを特徴とする請求項９ないし１４のいずれかに記載の立体造形物を造形する方法。
16. 表面張力の異なる二種類の造形液を付与可能であり、
    前記第２液滴は前記第１液滴よりも前記表面張力が高い
    ことを特徴とする請求項９ないし１５のいずれかに記載の立体造形物を造形する方法。
17. 粉体が造形液で結合された層状造形物が積層された立体造形物であって、
    少なくとも、前記立体造形物の最表面は、前記造形液の液滴の並び方向において、重なって隣り合う２つの第１液滴で結合された領域の間に、前記第１液滴の滴量よりも少ない滴量の第２液滴で結合された部分があり、
    複数の前記第１滴のうち、前記重なって隣り合う２つの前記第１液滴は、前記第１液滴の面積の半分以下しか部分的に重ならない
    ことを特徴とする立体造形物。
18. 粉体が造形液で結合された層状造形物が積層された立体造形物であって、
    重なって隣り合う２つの第１液滴で結合された各領域の間に、前記２つの第１液滴と前記第１液滴の滴量よりも少ない滴量の第２液滴で結合された部分があり、
    複数の前記第１滴のうち、前記重なって隣り合う２つの前記第１液滴は、前記第１液滴の面積の半分以下しか部分的に重ならない
    ことを特徴とする立体造形物。
19. 前記立体造形物の最表面は、前記第２液滴で結合されている部分の面積が、前記第１液滴で結合されている部分の面積よりも小さい
    ことを特徴とする請求項１７又は１８に記載の立体造形物。
20. 前記立体造形物の最表面は、前記層状造形物の積層方向において、前記第２液滴で結合された部分の深さが、前記第１液滴のみで結合された部分の深さよりも小さい
    ことを特徴とする請求項１７ないし１９のいずれかに記載の立体造形物。

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