JPH11198235A - ３次元造形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 素材シートを積層することにより造形を行う
３次元造形装置において、積層中の外周部の剥がれ、造
形後の割れ、造形精度の低下を防止する。 【解決手段】 素材シート供給手段２０はホットメルト
接着剤を裏面に塗布した素材シートＰを積層中の中間積
層体Ｗの上面に送り込み、加熱押圧手段３０はこの素材
シートを加熱し中間積層体の上面に押圧して接着し、切
断手段４０はこの素材シートを所定の形状に切断し、こ
れを繰り返すことにより３次元立体形状を造形する。積
層中の中間積層体の上面付近の温度を制御する温度制御
手段が設けられており、この温度制御手段は、所定時間
経過するまでは次の素材シートを送り込むことを停止さ
せる計測停止手段でもよいし、所定時間を越えた場合は
次の素材シートを送り込む前に中間積層体の上面を加熱
する再加熱手段でもよいし、中間積層体の上面の中央部
を部分的に冷却する冷却手段でもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄い素材シートを
積層してこれを所定形状に切断する動作を繰り返すこと
により３次元立体形状を造形する３次元造形装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の３次元造形装置としては、例え
ば特開平６−２７８２１４号公報に開示された技術があ
る。これは加熱により溶融して接着力を生じる接着剤を
裏面に塗布した紙シートを積層中の中間積層体の上面に
送り込み、この紙シートをホットローラにより加熱する
と同時に押圧して中間積層体の上面に接着してから、接
着した紙シートをその位置に対応する造形物の輪郭形状
（スライスデータ）に沿ってレーザビームにより切断す
るという動作を繰り返して３次元立体形状の造形を行う
ものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような３次元造形
装置では、造形物の大きさ、輪郭形状の複雑さ、レーザ
ビームによる切断速度（レーザの出力にほゞ比例）等に
より１枚の紙シートの切断時間が異なったものとなり、
ホットローラによる各加熱の間の時間間隔が異なったも
のとなる。この時間間隔が短いと加熱の累積により中間
積層体の上面の温度が上昇し、長いと放熱により温度が
低下する。前者の場合は冷却して充分な接着力が生じる
までの時間が長くなるので、その間に積層される紙シー
トが熱歪みにより反ったりすると積層中の造形物の外周
部に細かい剥がれが生じる。後者の場合は接着される紙
シートの接着剤の溶融が不充分になるので接着が不完全
になり、造形後にある程度以上力が加わったりすると造
形物が接着面に沿って割れることがある。

【０００４】また、比較的大きな造形物の場合は、周辺
部に比して中央部が放熱しにくいので中央部の温度が高
くなり、熱膨張により中央部が厚く盛り上がる。一方、
ホットローラは太さが一定の円筒状であるので、加熱押
圧の都度、周辺部よりも中央部を強く押してその付近の
溶融した接着剤の層を薄くする。このため冷却後の造形
物は中央部が低くなって平坦度が悪くなり、また造形精
度が低下する。

【０００５】本発明は、中間積層体の上面付近の温度を
制御する温度制御手段を設けることにより、このような
各問題を解決することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による３次元造形
装置は、加熱することにより溶融して接着力を生じる接
着剤を裏面に塗布した素材シートを積層中の中間積層体
の上面に送り込む素材シート供給手段と、素材シートを
加熱し中間積層体の上面に押圧して接着する加熱押圧手
段と、素材シートを所定の形状に切断する切断手段より
なる３次元立体形状を造形する３次元造形装置におい
て、積層中の中間積層体の上面付近の温度を制御する温
度制御手段を備えたことを特徴とするものである。温度
制御手段は、接着に適した温度、あるいは均一な温度と
なるように、中間積層体の上面付近の温度を制御する。

【０００７】上述の温度制御手段は、加熱押圧手段が素
材シートを加熱接着してからの時間を計測する計時手段
と、この計時手段により計測された時間が所定時間に達
するまでは素材シート供給手段により次の素材シートを
送り込むことを停止させる計測停止手段よりなるものと
してもよい。この場合には、切断手段による切断時間が
短い場合には、計測停止手段は素材シート供給手段によ
る素材シートの供給を一時的に停止させることにより、
加熱押圧手段が素材シートを加熱接着してから次の素材
シートを送り込むまでの時間をほゞ一定とする。

【０００８】上述の温度制御手段は、加熱押圧手段が素
材シートを加熱接着してからの時間を計測する計時手段
と、この計時手段により計測された時間が所定時間を越
えた場合は素材シート供給手段により次の素材シートを
送り込む前に積層中の中間積層体の上面を加熱する再加
熱手段よりなるものとしてもよい。この場合には、切断
手段による切断時間が長い場合には、再加熱手段は素材
シート供給手段が次の素材シートを送り込む前に、積層
中の中間積層体の上面付近を再加熱する。

【０００９】上述の加熱押圧手段は素材シート供給手段
により送り込まれた素材シートを中間積層体の上面に押
圧しながら転動する所定温度に加熱された円筒状のホッ
トローラを備え、温度制御手段は積層中の中間積層体の
上面の中央部を冷却する冷却手段としてもよい。この場
合には、周辺部に比して温度が高くなりがちな積層中の
中間積層体の上面付近の中央部は冷却手段により部分的
に冷却されるので、中間積層体の温度は比較的均一とな
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】先ず図１〜図１０により本発明の
第１の実施の形態の説明をする。この実施の形態による
３次元造形装置は、積層中の中間積層体Ｗの上側に素材
シートＰを送り込む素材シート供給手段２０と、この素
材シートＰを加熱し中間積層体Ｗの上面に押圧して接着
する加熱押圧手段３０と、接着された素材シートＰを所
定の形状に切断する切断手段４０を備えており、また計
時手段と計測停止手段よりなる温度制御手段を含む制御
装置５５を備えている。

【００１１】積層中の中間積層体Ｗを支持する昇降テー
ブル１１は、図４〜図８に示すように鉛直な軸線回りに
回転自在に機枠（図示省略）に支持された４本の昇降送
りねじ１２に四隅がねじ係合され、各昇降送りねじ１２
がプーリ１２ａ及びベルト１４を介して昇降モータ１３
により連動して回転されることにより昇降される。この
実施の形態の中間積層体Ｗの各層となる素材シートＰは
良質の紙であり、その裏面にはエチレン−酢酸ビニル共
重合体のようなホットメルト接着剤が塗布されている。
この接着剤は加熱することにより溶融して接着力を生じ
るものであり、常温では接着力を有していない。この素
材シートＰは紙に限らず、ポリエチレンテレフタレート
等の合成樹脂シートでもよい。

【００１２】昇降送りねじ１２の上部の左右両側には水
平な１対の案内ローラ２１ａ，２１ｂが機枠により支持
され、モータ２３により回転駆動される送りローラ２２
が一方の案内ローラ２１ｂと転がり接触するように設け
られている。昇降送りねじ１２の下部一側には、中間積
層体Ｗとなるロール紙Ｐを所定幅の筒状に巻いた紙ロー
ルＰａが支持され、モータ２４により回転される。この
紙ロールＰａから上方に引き出されたロール紙Ｐは案内
ローラ２１ａにより水平な左右方向（Ｘ方向）に方向転
換され、各昇降送りねじ１２の間を通り、案内ローラ２
１ｂと送りローラ２２により引き出され、モータ２５に
より駆動される回収ロールＰｂにより巻き取られる。こ
の各部材２０〜２５及び各ロールＰａ，Ｐｂが素材シー
ト供給手段２０を構成している。

【００１３】次に主として図４〜図８により、昇降テー
ブル１１及び素材シート供給手段２０の上方に設けられ
る加熱押圧手段３０の説明をする。機枠にはＸ方向に延
びる前後１対の第１ガイドレール４３が設けられている
（図１５及び図１６参照）。加熱押圧手段３０の移動台
３１はＸ方向と直交する水平なＹ方向に延びる細長い形
状で、その両端は第１ガイドレール４３により案内支持
され、モータ３４により回転駆動される送りねじ３３に
よりＸ方向に往復平行移動される。移動台３１にはその
長手方向に沿って、ロール紙Ｐの幅よりも長くヒータに
より所定温度（２８０〜３００℃）に加熱される円筒状
のホットローラ３２が、回転自在でかつ多少上下動可能
に支持されている。加熱されたホットローラ３２は、移
動台３１の移動に伴い積層中の中間積層体Ｗの上側に送
り込まれたロール紙Ｐの上を転動し、これを加熱しなが
ら中間積層体Ｗの上面にホットローラ３２の自重で押圧
して接着する。移動台３１の長手方向中央部一側にはリ
ミットスイッチ３６が設けられている。このリミットス
イッチ３６は、昇降テーブル１１と共に上昇する中間積
層体Ｗ及びロール紙Ｐの上面が所定の高さに達すればこ
れに当接して作動し、この作動に基づき制御装置５５は
昇降テーブル１１の上昇を停止させる。

【００１４】この実施の形態の３次元造形装置は、レー
ザビームを用いた切断手段４０を備えている。Ｙ方向に
延びる細長い第２ガイドレール４４は両端が前述の第１
ガイドレール４３により案内支持されて（図１５参
照）、図１及び図４〜図８に示すように、モータ４６に
より回転駆動される送りねじ４５によりＸ方向に往復平
行移動される。第２ガイドレール４４には、レーザトー
チ４２とミラーボックス４８ｂを設けた移動ヘッド４１
がＹ方向に沿って往復移動可能に案内支持され、駆動機
構（図示省略）により往復動される。これによりレーザ
トーチ４２は移動ヘッド４１と共に、中間積層体Ｗを支
持する昇降テーブル１１に対しＸ方向及びＹ方向に移動
され、その軌跡は制御装置５５によりＣＮＣ制御され
る。図１に示すように、レーザ発振器４７からのレーザ
ビームＬは、ミラーボックス４８ａ，４８ｂ（ミラーボ
ックス４８ａは第２ガイドレール４４の一端部に取付
け）に内蔵されたミラーにより反射されてレーザトーチ
４２から下向きに照射されて、中間積層体Ｗの上面に接
着されたロール紙Ｐを切断する。切断手段４０は、１枚
分の厚さよりわずかに大きい深さまでロール紙Ｐを切断
するように、レーザビームＬの出力と切断速度などは調
整されている。

【００１５】制御装置５５には、以上に述べた各部分を
次に述べるような所定の手順で作動させる制御プログラ
ムが記憶されている。なお切断手段４０は、上述のよう
にレーザを用いたものに限らず、例えば超音波カッタの
ような他の切断装置を用いたものでもよい。

【００１６】次にこの第１の実施の形態の作動の説明を
する。造形に先立ち、図４に示すように下降させた昇降
テーブル１１の上面に基部となる紙Ｗｄ（図１０参照）
を両面テープにより接着し、図５に示すようにリミット
スイッチ３６が紙Ｗｄにかかるように移動台３１を前進
させ、紙Ｗｄがリミットスイッチ３６と当接するように
昇降テーブル１１を上昇させると昇降テーブル１１が停
止する。次いで切断手段４０を作動させて、レーザビー
ムＬにより紙Ｗｄを中間積層体Ｗの最も外側となる四角
い外輪郭線Ｍ１に沿って切断し、昇降テーブル１１を下
降させて、外輪郭線Ｍ１の外側となる部分を昇降テーブ
ル１１の上面からはがして取り去り、移動ヘッド４１は
図４等に示す基準位置まで後退させる。なお紙Ｗｄは、
この際に後述する内輪郭線Ｍ２、造形輪郭線Ｍ３及び分
割線Ｍ４に沿って切断してもよい。

【００１７】次いで機枠にセットした紙ロールＰａから
引き出したロール紙Ｐを案内ローラ２１ａ，２１ｂの間
に渡し、その先端の回収ロールＰｂを機枠にセットし、
各モータ２３〜２５によりロール紙Ｐを軽く緊張させ、
各部を図４及び図２(a) に示す状態とする。この状態か
ら図９に示すフローチャートによる動作が、制御装置５
５により実行される。この第１の実施の形態は、造形物
が比較的小形あるいは形状が簡単で切断手段４０による
切断時間が短く、従って切断が完了した時点では中間積
層体Ｗの上面付近の温度が次のロール紙Ｐをホットロー
ラ３２により加熱接着するのに適した温度まで降下して
いない場合に適用されるものである。

【００１８】先ずモータ４６が作動して移動台３１と共
にホットローラ３２が前進して（ステップ１０１）図５
に示すようにリミットスイッチ３６だけが中間積層体Ｗ
にかかる位置で停止し、昇降モータ１３により昇降テー
ブル１１が上昇する（ステップ１０２）。中間積層体Ｗ
（第１回目の上昇の場合は基部となる紙Ｗｄ）の上面が
ロール紙Ｐの下面に当接してこれをわずかに押し上げた
ところでリミットスイッチ３６がロール紙Ｐの上面に当
接してこれを検出し、昇降テーブル１１は停止され、こ
の停止位置は制御装置５５内のメモリに記憶される。次
いで所定温度に加熱されているホットローラ３２は、一
旦基準位置まで後退して（ステップ１０３）からＸ方向
に図６の実線の位置まで前進し、次いで基準位置まで後
退する（ステップ１０４、ステップ１０５）。これによ
り所定温度に加熱されているホットローラ３２は、図２
(b) に示すように、中間積層体Ｗ（第１回目の作動の場
合は基部となる紙Ｗｄ）の上面に当接されたロール紙Ｐ
を押圧しながら往復転動し、ロール紙Ｐは加熱されて裏
面のホットメルト接着剤が溶融すると共に中間積層体Ｗ
（または紙Ｗｄ）の上面に押圧されて接着される。

【００１９】ホットローラ３２が基準位置まで後退して
加熱接着が完了すると同時に制御装置５５に内蔵された
タイマが計時を開始し（ステップ１０６）、また切断手
段４０が作動を開始して、レーザビームＬはそれまでの
中間積層体Ｗ（第１回目の作動の場合は基部となる紙Ｗ
ｄ）の上面に新たに接着されたロール紙Ｐの切断を開始
する（ステップ１０７）。レーザトーチ４２を支持する
移動ヘッド４１は、制御装置５５からの指令により、図
３に示す外輪郭線Ｍ１、内輪郭線Ｍ２、造形輪郭線Ｍ３
及びこの両輪郭線Ｍ２，Ｍ３の間に形成される分割線Ｍ
４に沿って移動するように、昇降テーブル１１に対しＸ
方向及びＹ方向に移動される。この移動の際、レーザ発
振器４７からのレーザビームＬは図１及び図７に示すよ
うにミラーボックス４８ａ，４８ｂを通りレーザトーチ
４２に導かれてロール紙Ｐに向かって下方に照射され、
これによりそれまでの中間積層体Ｗの上面に新たに接着
されたロール紙Ｐは切断される。図２(c) はこの切断し
ている状態を示している。

【００２０】図１０は中間積層体Ｗの上面に接着したロ
ール紙ＰをレーザビームＬにより切断する状態を示す拡
大断面図で、造形輪郭線Ｍ３、分割線Ｍ４、内輪郭線Ｍ
２、外輪郭線Ｍ１の順で切断される。制御装置５５は、
基部となる紙Ｗｄの場合における昇降テーブル１１の停
止位置と今回接着したロール紙Ｐにおける昇降テーブル
１１の停止位置（ステップ１０２参照）の差により与え
られる高さ位置に対応する造形物の輪郭形状（スライス
データ）を演算し、レーザビームＬの径よりも多少大き
い幅を有する造形輪郭線Ｍ３の内縁がこのスライスデー
タと一致するようにレーザトーチ４２をＸ方向及びＹ方
向に移動させる。外輪郭線Ｍ１、内輪郭線Ｍ２及び分割
線Ｍ４の軌跡は、中間積層体Ｗの全ての層について同一
である。中間積層体Ｗを形成する各層の各切断線Ｍ１〜
Ｍ４は上下方向に連続している。

【００２１】この実施の形態の場合は、前述のようにレ
ーザビームＬによるロール紙Ｐの切断が完了した時点で
は、ホットローラ３２による加熱接着の完了からの経過
時間は、必要な接着力が得られる温度まで低下する時間
には達していない。そこでこの実施の形態では、そのよ
うな所定の時間に達するまでしばらく作動を中断させて
から（ステップ１０８）、タイマを停止させ（ステップ
１０９）、図８に示すようにホットローラ３２を基準位
置まで後退させ、昇降テーブル１１を下降させて（ステ
ップ１１０）図４に示す位置に戻す。ここで造形が完了
したか否かの判断がなされ（ステップ１１１）、造形が
完了していなければモータ２３〜２５を作動させてロー
ル紙Ｐの切り抜かれた部分を回収ロールＰｂ側に送り、
新しい部分を中間積層体Ｗの上側に送り込んで（ステッ
プ１１２）、制御動作をステップ１０１に戻し、ステッ
プ１０１〜ステップ１１２を繰り返す。これを繰り返す
ことにより中間積層体Ｗは次第に厚くなり、基部となる
紙Ｗｄの場合における昇降テーブル１１の停止位置と今
回接着したロール紙Ｐにおける昇降テーブル１１の停止
位置（ステップ１０２参照）の差により与えられる高さ
は次第に増大する。そしてこの高さと造形物の高さの差
がロール紙Ｐの厚さよりも小さくなれば、ステップ１１
１において造形完了との判断がされて、図９のフローチ
ャートによる造形は完了する。

【００２２】なお特許請求の範囲との関連において、制
御装置５５に記憶されて図９のフローチャートの作動を
実行する制御プログラムのうち、ステップ１０６で計時
を開始するタイマが計時手段を、ステップ１０８で所定
時間経過するのを待つ部分が計測停止手段を構成してい
る。

【００２３】前述のようにこの第１の実施の形態では、
造形物が比較的小形あるいは形状が簡単で切断手段４０
による切断時間が短く、従って切断が完了した時点では
中間積層体Ｗの上面付近の温度が充分な接着力を生じる
温度までは降下していない。しかしこの実施の形態で
は、レーザビームＬによりロール紙Ｐを切断した後に素
材シート供給手段２０によるロール紙Ｐの供給を一時的
に停止させて、加熱押圧手段３０がロール紙Ｐを加熱接
着してから次のロール紙Ｐを送り込むまでの時間をほゞ
一定としており、従って中間積層体の上面付近の温度が
充分な接着力を生じる温度まで低下してから次のロール
紙Ｐの加熱押圧による接着がなされるので、積層される
紙シートの熱歪みなどにより積層中の造形物の外周部に
細かい剥がれが生じたりすることはなくなる。

【００２４】図１１は上記第１の実施の形態の変形例を
示す。この変形例では、図１１に示すように中間積層体
Ｗの上方となる位置に放射温度計５６が設けられ、図９
のフローチャートからステップ１０６及びステップ１０
９を除き、ステップ１０８を放射温度計５６による検出
温度が所定値になるまで次のステップへの移行を保留す
るステップで置き換えたものである。すなわちこの変形
例は、ステップ１０７のレーザによるロール紙Ｐの切断
の後に、放射温度計５６により中間積層体Ｗの上面の温
度を検出し、この検出温度が充分な接着力が生じる所定
温度まで低下してから次のステップ１１０に移行するよ
うにしたものである。第１の実施の形態と同様この変形
例でも、積層される紙シートの熱歪みなどにより積層中
の造形物の外周部に細かい剥がれが生じたりすることは
なくなる。

【００２５】次に図１２及び図１３により第２の実施の
形態の説明をする。この実施の形態は、造形物が比較的
大形あるいは形状が複雑で切断手段４０による切断時間
が長く、従って切断が完了した時点では中間積層体Ｗの
上面付近の温度が次のロール紙Ｐをホットローラ３２に
より加熱接着するのに適した温度よりも低くなってしま
う場合に適用されるものである。この第２の実施の形態
は、装置それ自体は図１〜図８に示す第１の実施の形態
のものと同じであり、図１３に示す作動のフローチャー
トの一部が図９のフローチャートと異なっている。以下
に、主としてこの相違する部分の説明をする。

【００２６】造形に先立つ準備から図１３のフローチャ
ートのステップ２０７のレーザビームＬによるロール紙
Ｐの切断までの作動は、図９のフローチャートのステッ
プ１０７までの作動と同じである。この第２の実施の形
態では、ロール紙Ｐの切断の終了後すぐにタイマを停止
し（ステップ２０８）、停止時におけるタイマの計時値
が所定時間以上であるか否かを判断する（ステップ２０
９）。この所定時間は、ステップ２０４及びステップ２
０５においてホットローラ３２により加熱された中間積
層体Ｗの上面が、放冷により次のロール紙Ｐをホットロ
ーラ３２により加熱接着するのに適した温度の下限まで
低下する時間に設定する。この実施の形態が適用される
場合は、通常は計時値が所定時間を越えているので、制
御装置５５は図１２の実線で示す基準位置にあったホッ
トローラ３２を二点鎖線で示す位置まで前進させてから
再び基準位置まで後退させ（ステップ２１０及びステッ
プ２１１）、これにより中間積層体Ｗの上面は次のロー
ル紙Ｐをホットローラ３２により加熱接着するのに適し
た温度まで加熱される。この場合のホットローラ３２の
移動速度は中間積層体Ｗの上面が適切な温度に加熱され
るように調節するものとし、この速度はステップ２０９
における計時時間と設定時間の差に応じて変化させるの
が好ましい。

【００２７】次いで図９のフローチャートのステップ１
１０〜ステップ１１２と同様のステップ２１２〜ステッ
プ２１４により、造形完了までは図１３のフローチャー
トの作動を繰り返して造形を行い、造形が完了すれば作
動を停止する。

【００２８】なお特許請求の範囲との関連において、制
御装置５５に記憶されて図１３のフローチャートの作動
を実行する制御プログラムのうち、ステップ２０６で計
時を開始するタイマが計時手段を構成し、また加熱押圧
手段３０が再加熱手段を兼ねている。

【００２９】前述のようにこの第２の実施の形態では、
造形物が比較的大形あるいは形状が複雑で切断手段４０
による切断時間が長く、従って切断が完了した時点では
中間積層体Ｗの上面付近の温度は次のロール紙Ｐをホッ
トローラ３２により加熱接着するのに適した温度以下ま
で低下している。しかしこの実施の形態では、レーザビ
ームＬによりロール紙Ｐを切断した後にホットローラ３
２により積層中の中間積層体Ｗの上面付近を再加熱する
ので、中間積層体Ｗの上面付近の温度は次のロール紙Ｐ
を加熱接着するのに適切な温度となり、造形後の造形物
が接着面に沿って割れたりすることはなくなる。

【００３０】この第２の実施の形態では放冷により温度
が低下した中間積層体Ｗの上面を加熱する再加熱手段と
してホットローラ３２を兼用させたが、ホットローラ３
２とは別に昇降テーブル１１の上方に赤外線ヒータなど
をもうけ、これを再加熱手段としてもよい。

【００３１】次に図１４により第３の実施の形態の説明
をする。この実施の形態は第１及び第２の実施の形態を
結合したものである。この実施の形態は、装置それ自体
は図１〜図８に示す第１の実施の形態のものと同じであ
り、図１４に示す作動のフローチャートの一部が図９及
び図１３のフローチャートと異なっているだけである。
以下に、この相違する部分の説明をする。

【００３２】造形に先立つ準備から図１４のフローチャ
ートのステップ３０７のレーザビームＬによるロール紙
Ｐの切断までの作動は、図９のフローチャートのステッ
プ１０７までの作動と同じである。この第３の実施の形
態では、ロール紙Ｐの切断の終了後に造形が完了したか
否かの判断がなされ（ステップ３０８）、造形が完了し
ていなければそのときのタイマの実測時間を所定の目標
時間に許容値αを加えた時間と比較する（ステップ３０
９）。この目標時間は、ホットローラ３２によるロール
紙Ｐの加熱接着の終了時点から、中間積層体Ｗの上面の
温度が必要な接着力が得られかつ次のロール紙Ｐをホッ
トローラ３２により加熱接着するのに適した温度まで低
下するのに必要な時間の最適値である。

【００３３】ステップ３０９で実測時間の方が大、すな
わちホットローラ３２によるロール紙Ｐの加熱接着から
の時間が長ければ、タイマを停止して（ステップ３１
０）図１３のフローチャートのステップ２１０及びステ
ップ２１１と同様にホットローラ３２を前進後退させて
中間積層体Ｗの上面を次のロール紙Ｐを加熱接着するの
に適した温度まで加熱し、昇降テーブル１１を下降させ
新しいロール紙Ｐを送り込んで（ステップ３１３及びス
テップ３１４）、制御動作をステップ３０１に戻して図
１４のフローチャートの作動を繰り返す。これにより中
間積層体Ｗは次第に厚くなり、前述したような所定の厚
さとなれば、ステップ３０８において造形完了との判断
がされて、図１４のフローチャートによる造形は完了す
る。

【００３４】またステップ３０９で実測時間の方が大で
ない、すなわちホットローラ３２によるロール紙Ｐの加
熱接着からの時間が短ければ、次第に増大するタイマの
実測時間を所定の目標時間から許容値βを差し引いた時
間と比較する（ステップ３１５）。そして実測時間の方
が大、すなわち中間積層体Ｗの上面の温度が必要な接着
力が得られる温度まで低下する時間に達したところでタ
イマを停止させ（ステップ３１６）、上記ステップ３１
３及びステップ３１４を経て制御動作をステップ３０１
に戻して図１４のフローチャートの作動を繰り返し中間
積層体Ｗが所定の厚さとなれば、ステップ３０８におい
て造形完了との判断がされて、図１４のフローチャート
による造形は完了する。ロール紙Ｐの切断が完了した時
点におけるタイマによる実測時間が、目標時間＋許容値
αと目標時間−許容値βの間にあるときは、ステップ３
１１及びステップ３１２による再加熱も、ステップ３１
５による時間待ちも行われず、直ちにステップ３１３及
びステップ３１４を経て制御動作をステップ３０１に戻
す。

【００３５】この第３の実施の形態は、第１及び第２の
実施の形態を結合したものであるので、この両実施の形
態の効果は何れも得られる。

【００３６】次に図１５及び図１６に示す第４の実施の
形態の説明をする。造形物が比較的大形の場合には、積
層中の中間積層体Ｗは上面付近の中央部が周辺部に比し
て放熱が悪くなるので温度が上昇して盛り上がり、前述
のような理由で冷却後に中央部が低くなり造形精度が低
下するという問題が生じるが、この第４の実施の形態は
そのような場合に適用されるものであり、第１〜第３の
実施の形態に使用する装置に冷却手段を設けたものであ
る。

【００３７】図１５及び図１６は、この第４の実施の形
態の昇降テーブル１１の上方に位置する素材シート供給
手段２０、加熱押圧手段３０及び切断手段４０の一部、
並びに冷却手段を示したものである。素材シート供給手
段２０、加熱押圧手段３０及び切断手段４０は第１〜第
３実施の形態のものと同一であるので説明を省略し、冷
却手段についてのみ説明する。

【００３８】この実施の形態の冷却手段はエアノズル５
０及びダクト５１により構成されている。エアノズル５
０は昇降テーブル１１の中心の上方に設けられて、冷却
空気供給装置（図示省略）からの冷却空気を中間積層体
Ｗの上面の中心部に集中するように下向きに吹き出すも
のであり、機枠に取り付けられている。ダクト５１は長
方形の枠形で第１ガイドレール４３の上側に固定され、
その内面と下面には多数の吸入口が開口され、その一部
には排気装置（図示省略）に連結される吸出口５１ａが
設けられている。

【００３９】中間積層体Ｗの上面に加熱接着したロール
紙Ｐを上述の各実施の形態と同様にしてレーザビームＬ
により切断している間中、エアノズル５０には冷却空気
供給装置から冷却空気が供給され、ホットローラ３２を
移動させている間は冷却空気の供給は停止される。この
冷却空気は図に示すように中間積層体Ｗの上面の中央部
に集中して当たり、中央部を冷却して四方八方に分か
れ、ダクト５１内に吸引されて吸出口５１ａから外部に
排出される。レーザビームＬによりロール紙Ｐを切断す
る際に生じる煙も、冷却空気と共に吸引されて外部に排
出される。エアノズル５０からの冷却空気の温度と量
は、造形の初期で中間積層体Ｗの高さが低いときは中央
部の放熱の低下が少ないので常温で量も少なくてよい
が、造形が進んで中間積層体Ｗの高さが増大するにつれ
て中央部の放熱が悪くなるのでスポットクーラにより冷
却し量も増大させるようにする。このように冷却するこ
とにより、中間積層体Ｗの上面の温度は造形の全期間に
わたりほゞ均一となり、従って中間積層体Ｗ全体の温度
もほゞ均一となる。

【００４０】造形物が比較的大形の場合には、前述のよ
うにそのままでは上面中央部の温度が上昇し、造形精度
が低下するという問題がある。しかしこの第４の実施の
形態では、冷却手段により中央部が冷却されるので、中
間積層体Ｗの温度はほゞ均一となる。従って加熱押圧の
際にホットローラ３２が中間積層体Ｗの中央部付近を局
部的に強く押すことがないので、冷却後の造形物の平坦
度が悪くなったり精度が低下したりすることはなくな
る。この第４の実施の形態は、第１〜第３の実施の形態
と組み合わせて実施してもよい。

【００４１】図１７及び図１８は上記第４の実施の形態
の変形例を示す。この変形例はダクトが各第１ガイドレ
ール４３の両側下側となる２つの部分５１Ａに分割され
ている点が第４の実施の形態と異なるだけである。その
他の部分の構造と作用効果は第４の実施の形態と同一で
あるので詳細な説明は省略する。

【００４２】なお、上述の実施の形態においては、ロー
ル紙Ｐを加熱接着した後にレーザビームＬによる切断を
行っているが、レーザビームＬによる切断を行った後に
加熱接着するものにも本発明は適用できる。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、中間積層体の上面付近
の温度は、接着に適した温度あるいは均一な温度となる
ように制御されるので、積層中の造形物の外周部に細か
い剥がれが生じたり、造形後に割れたりすることはなく
なり、また造形物の平坦度が悪くなったり精度が低下し
たりすることもなくなる。

【００４４】温度制御手段が計時手段と計測停止手段か
らなる請求項２の発明によれば、切断手段による切断時
間が短い場合には、素材シート供給手段による供給を一
時的に停止させることにより加熱押圧手段が素材シート
を加熱接着してから次の素材シートを送り込むまでの時
間はほゞ一定となるので、中間積層体の上面付近の温度
が高くなりすぎることはなく、従って積層中の造形物の
外周部に細かい剥がれが生じたりすることはなくなる。

【００４５】温度制御手段が計時手段と再加熱手段から
なる請求項３の発明によれば、切断手段による切断時間
が長い場合には、再加熱手段は素材シート供給手段が次
の素材シートを送り込む前に積層中の中間積層体の上面
付近を再加熱するので中間積層体の上面付近の温度は次
の素材シートを加熱接着するのに適切な温度となり、造
形後に割れたりすることはなくなる。

【００４６】加熱押圧手段がホットローラを備え、温度
制御手段が冷却手段である請求項４の発明によれば、中
間積層体は温度が比較的均一となって熱膨張により中央
部付近が盛り上ることがなくなるので、加熱押圧の際に
ホットローラが中間積層体の中央部付近を局部的に強く
押すことがない。従って冷却後の造形物の平坦度が悪く
なったり精度が低下したりすることもなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による３次元造形装置の第１の実施形
態の概略的構造を示す斜視図である。

【図２】 第１の実施形態による中間積層体の成形サイ
クルの説明図である。

【図３】 図２に示す中間積層体の切断手段による切断
線を示す図である。

【図４】 昇降テーブルを下降させた状態における第１
の実施形態の全体正面図である。

【図５】 昇降テーブルを上昇させてリミットスイッチ
に当接した状態を示す第１の実施形態の全体正面図であ
る。

【図６】 素材シートを加熱接着している状態を示す第
１の実施形態の全体正面図である。

【図７】 加熱接着した素材シートを切断している状態
を示す第１の実施形態の全体正面図である。

【図８】 素材シートの加熱接着及び切断が終了した状
態を示す第１の実施形態の全体正面図である。

【図９】 第１の実施の形態の作動を説明するフローチ
ャートである。

【図１０】 積層中の中間積層体の断面図である。

【図１１】 第１の実施形態の変形例を示す全体正面図
である。

【図１２】 中間積層体の上面を再加熱している状態を
示す第２の実施形態の全体正面図である。

【図１３】 第２の実施の形態の作動を説明するフロー
チャートである。

【図１４】 第３の実施の形態の作動を説明するフロー
チャートである。

【図１５】 第４の実施の形態の要部を示す部分拡大平
面図である。

【図１６】 図１５の正面図である。

【図１７】 第４の実施の形態の変形例の要部を示す部
分拡大平面図である。

【図１８】 図１７の正面図である。

【符号の説明】

２０…素材シート供給手段、３０…加熱押圧手段、３２
…ホットローラ、４０…切断手段、Ｐ…素材シート（ロ
ール紙）、Ｗ…中間積層体。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱することにより溶融して接着力を生
   じる接着剤を裏面に塗布した素材シートを積層中の中間
   積層体の上面に送り込む素材シート供給手段と、前記素
   材シートを加熱し前記中間積層体の上面に押圧して接着
   する加熱押圧手段と、前記素材シートを所定の形状に切
   断する切断手段よりなる３次元立体形状を造形する３次
   元造形装置において、積層中の前記中間積層体の上面付
   近の温度を制御する温度制御手段を備えたことを特徴と
   する３次元造形装置。
2. 【請求項２】 前記温度制御手段は、前記加熱押圧手段
   が前記素材シートを加熱接着してからの時間を計測する
   計時手段と、この計時手段により計測された時間が所定
   時間に達するまでは前記素材シート供給手段により次の
   前記素材シートを送り込むことを停止させる計測停止手
   段よりなることを特徴とする請求項１に記載の３次元造
   形装置。
3. 【請求項３】 前記温度制御手段は、前記加熱押圧手段
   が前記素材シートを加熱接着してからの時間を計測する
   計時手段と、この計時手段により計測された時間が所定
   時間を越えた場合は前記素材シート供給手段により次の
   前記素材シートを送り込む前に積層中の前記中間積層体
   の上面を加熱する再加熱手段よりなることを特徴とする
   請求項１に記載の３次元造形装置。
4. 【請求項４】 前記加熱押圧手段は前記素材シート供給
   手段により送り込まれた前記素材シートを前記中間積層
   体の上面に押圧しながら転動する所定温度に加熱された
   円筒状のホットローラを備え、前記温度制御手段は積層
   中の前記中間積層体の上面の中央部を冷却する冷却手段
   であることを特徴とする請求項１に記載の３次元造形装
   置。