JPWO2015049834A1 - 三次元造形装置および三次元造形方法 - Google Patents

Abstract

三次元造形装置は、造形ステージに向けて造形材料を吐出することによって造形材料層の輪郭（２１０）を第１の解像度で形成する第１形成部と、造形ステージに向けて造形材料（１８２）を吐出することによって輪郭（２１０）の内部を第１の解像度より低い第２の解像度で形成する第２形成部としての吐出部および硬化部とを備える。

Description

本発明は、三次元造形装置および三次元造形方法に関する。

三次元の立体物（以下「三次元造形物」）を造形する技術として、ラピッド・プロトタイピング（ＲＰ：Rapid Prototyping）と呼ばれる技術が知られている。この技術は、ひとつの三次元造形物の表面を３角形の集まりとして記述したデータ（ＳＴＬ（Standard Triangulated Language）フォーマットのデータ）により、積層方向について薄く切った断面形状を計算し、その形状に従って各層を形成して三次元造形物を造形する技術である。また、三次元造形物を造形する手法としては、溶融物堆積方式（ＦＤＭ：Fused Deposition Molding）、インクジェット方式、インクジェットバインダ方式、光造形方式（ＳＬ：Stereo Lithography）、粉末焼結方式（ＳＬＳ：Selective Laser Sintering）などが知られている。

インクジェット方式による三次元造形方法としては、例えば、造形ステージに対してインクジェットヘッドから選択的に造形材料（例えば、光硬化性樹脂）を吐出する工程、その表面を平滑化する工程、および当該造形材料を硬化させる工程（光硬化性樹脂の場合は光照射工程）によって一層分の造形材料層（硬化層）を形成し、この造形材料層を複数積層して三次元造形物を造形する技術が提供されている。このような方式によれば、造形材料を微小な液滴として吐出することにより高精細な造形材料層が形成されるため、これを積層することにより高精細な三次元造形物を造形することができる。また、インクジェットヘッドとして、複数の吐出ノズルが配列されたインクジェットヘッド（いわゆるラインヘッド）を使用することによって、大きな三次元造形物であっても比較的短時間で造形できるように工夫がされている。

近年、三次元造形物を高精細に造形すること、具体的には６００［ｄｐｉ］（１インチ当たり６００［ドット］、約４２［μｍ］ピッチ）以上の解像度で造形することが求められている。三次元造形物の積層方向の高解像度化は、造形ステージの降下量あるいはインクジェットヘッドの上昇量（送りピッチ）を小さくしていくことで対応することができる。また、主走査方向（吐出ノズルの配列方向に直交する方向）の高解像度化は、インクジェットヘッドに印加する電圧の周波数（吐出周波数）を高くする、または造形ステージやインクジェットヘッドの走査速度を小さくすることで対応することができる。

また、副走査方向（吐出ノズルの配列方向に平行な方向）の高解像度化は、インクジェットヘッドのノズル解像度を大きくする、すなわちノズルピッチを小さくすることで対応することができる。しかしながら、インクジェットヘッドのノズル解像度を大きくするには限度があり、現在使用されているものはせいぜい１００［ｄｐｉ］（１インチ当たり１００個のノズル、約０．２５［ｍｍ］ピッチ）程度である。このため、主走査方向に走査しながら造形材料を吐出する第１動作の終了後に、造形材料の吐出中心位置が重ならないようにノズルピッチ以下で副走査方向に走査する第２動作を行い（つまり、吐出位置をノズル間位置にずらし）、この第１動作および第２動作を繰り返すことによって副走査方向の解像度を高くすることが行われている。

特許文献１には、プリントヘッド（インクジェットヘッド）におけるオリフィス（吐出ノズル）の配列方向と、当該プリントヘッドの走査方向に所定の角度を持たせることによって、ノズルピッチより狭い間隔で造形材料を吐出できるようにした技術が開示されている。

特開２００４−１３０８１７号公報

しかしながら、三次元造形物の高解像度化を図るための上記方策は、当該三次元造形物の造形速度を低下させてしまうという問題があった。例えば、上記第１動作および第２動作を繰り返すことによって副走査方向の高解像度化を図る場合には、造形材料の吐出回数を増やす必要があり、その吐出回数を増やした分だけ三次元造形物の造形速度を低下させてしまう。

本発明の目的は、三次元造形物の造形速度を低下させることなく、当該三次元造形物の高解像度化を図ることが可能な三次元造形装置および三次元造形方法を提供することである。

本発明に係る三次元造形装置は、
造形材料からなる造形材料層が形成される造形ステージと、
前記造形材料を吐出する第１吐出ノズルを備え、前記第１吐出ノズルから前記造形ステージに向けて前記造形材料を吐出して、前記造形材料層の輪郭を第１の解像度で形成する第１形成部と、
前記造形ステージに向けて前記造形材料を供給して、前記輪郭の内部を前記第１の解像度より低い第２の解像度で形成する第２形成部と、を備え、
前記第１及び第２形成部から前記造形ステージ上に前記造形材料を供給して、複数の造形材料層を形成して積層し、三次元造形物を造形する。

本発明に係る三次元造形方法は、
造形ステージに向けて造形材料を吐出することによって、造形材料層の輪郭を第１の解像度で形成し、前記造形ステージに向けて前記造形材料を供給することによって、前記輪郭の内部を前記第１の解像度より低い第２の解像度で形成して、複数の造形材料層を形成して積層し、三次元造形物を造形する。

本発明によれば、三次元造形物の見栄えに影響するため高解像度化が必要な造形材料層の輪郭は、当該輪郭の内部より高解像度で形成される一方、当該見栄えに影響しないため高解像度化が不要な当該輪郭の内部は、当該輪郭より速い形成速度で形成される。これにより、造形材料層の形成速度を低下させることなく、当該造形材料層の高解像度化を図ることができ、ひいては三次元造形物の造形速度を低下させることなく、当該三次元造形物の高解像度化を図ることができる。

第１の実施の形態に係る三次元造形装置の構成を概略的に示す図である。 第１の実施の形態に係る三次元造形装置の制御系の主要部を示す図である。 第１の実施の形態に係る第１形成部の構成を示す図であり、図３Ａは筺体内を側方から見た図であり、図３Ｂは下方から見た図であり、図３Ｃは第１形成部をモデル材用とサポート材用のダブル構造とした図である。 第１の実施の形態に係る第２形成部の構成を示す図であり、図４Ａは筺体内を側方から見た図であり、図４Ｂは下方から見た図であり、図４Ｃは第２形成部をモデル材用とサポート材用のダブル構造とした図である。 第１の実施の形態に係る硬化部の構成を示す図である。 一層分の造形材料層を形成する動作を概略的に示す図である。 第２の実施の形態に係る三次元造形装置の構成を概略的に示す図である。 第２の実施の形態に係る第２形成部の構成を示す図であり、図８Ａは筺体内を側方から見たときの拡大図であり、図８Ｂは下方から見たときの全体図であり、図８Ｃは第２形成部をモデル材用とサポート材用のダブル構造とした図である。 第２の実施の形態に係る第２形成部の動作を示す図である。 第３の実施の形態に係る第２形成部の構成を示す図である。 第３の実施の形態に係る第２形成部の動作を示す図である。 ゾル−ゲル相転移温度を有する造形材料について粘度の温度依存性を示す図である。 吐出ヘッドを加熱する加熱部の構成を示す図である。

以下、第１の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る三次元造形装置１００の構成を概略的に示す図である。図２は、第１の実施の形態に係る三次元造形装置１００の制御系の主要部を示す図である。図１、２に示す三次元造形装置１００は、造形ステージ１４０上に第１の造形材料（「モデル材」ともいう）からなる造形材料層を順に積層形成することによって、三次元造形物２００を造形する。造形対象物がオーバーハングする部分（張り出し部分）を有している場合等には、モデル材の外側に第２の造形材料（「サポート材」ともいう）を、モデル材に接するように配置して造形材料層を順に形成して積層し、三次元造形物２００の造形が完了するまでモデル材のオーバーハング部分を支持したり、モデル材を覆わせたりする。ここでは、各造形材料として光硬化性樹脂を用いる場合について説明する。サポート材は、三次元造形物２００の造形が完了した後に、ユーザーによって除去される。なお、図１においては、理解を容易にするため、サポート材に相当する部分は破線で示してある。

三次元造形装置１００は、制御部１１０、造形材料層形成部１２０、移動機構１３０、造形ステージ１４０、表示部１４５およびデータ入力部１５０を備えている。三次元造形装置１００には、コンピューター装置１５５が接続されている。

データ入力部１５０は、造形対象物の３Ｄデータ（ＣＡＤデータやデザインデータなど）を、造形対象物を設計するための、あるいは、三次元測定機を用いて実物を測定して得られた三次元情報に基づいて造形用のデータを生成するためのコンピューター装置１５５から取得し、制御部１１０に出力する。ＣＡＤデータやデザインデータには、造形対象物の形状だけに限らず、造形対象物の表面の一部または全面および内部におけるカラー画像情報が含まれている場合もある。なお、３Ｄデータを取得する方法は特に限定されず、有線通信や無線通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの短距離無線通信を利用して取得しても良いし、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリなどの記録媒体を利用して取得しても良い。また、この３Ｄデータは、当該３Ｄデータを管理および保存するサーバーなどから取得しても良い。

制御部１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算手段を有しており、データ入力部１５０から出力された３Ｄデータに基づいて、三次元造形物を造形するための造形材料層毎のデータ（以下、「スライスデータ」と称する）を再構築する。また、制御部１１０は、三次元造形物２００の造形動作中、三次元造形装置１００全体の動作を制御する。例えば、造形材料を所望の場所に吐出するための機構制御情報を移動機構１３０に対して出力するとともに、造形材料層形成部１２０に対してスライスデータを出力する。すなわち、制御部１１０は、造形材料層形成部１２０と移動機構１３０とを同期させて制御する。

表示部１４５は、使用者に認識させるべき各種の情報やメッセージを表示する。

造形材料層形成部１２０は、第１形成部１２２および第２形成部１２４を備える。第２形成部１２４は、図１に示すように、吐出部１２４Ａおよび硬化部１２４Ｂを有する。第１形成部１２２、吐出部１２４Ａは、それぞれ水平面内において互いに直交するｘ方向及びｙ方向に自在に移動するキャリッジとして動作する筐体１２３、１２５を備えている。硬化部１２４Ｂは、ｙ方向に移動するキャリッジとして動作する筐体１２６を備えている。

造形ステージ１４０は、造形材料層形成部１２０の下方に配置される。造形ステージ１４０には造形材料層形成部１２０によって造形材料層が形成され、この造形材料層が積層されることにより三次元造形物２００が造形される。

第１形成部１２２は、図３に示すように、インクジェット方式の吐出ヘッド１６０および光照射装置１６２を筐体１２３の内部に備える。吐出ヘッド１６０は、造形材料の液滴１７０を選択的に吐出する吐出ノズル（第１吐出ノズル）１６１を有する。本実施の形態では、吐出ノズル１６１の先端部付近において、当該吐出ノズル１６１の詰まり（すなわち、ノズル内に異物が付着するなどして、吐出ノズルから液滴１７０が吐出されていない、又は、吐出が不完全であること）を検知する詰まり検知部１６４が設けられている。詰まり検知部１６４は、吐出ノズルから吐出された液滴１７０を帯電させる円筒型電極１６４ａと、帯電した液滴１７０が通過する円筒型誘電電極１６４ｂとを有する。制御部１１０は、帯電した液滴１７０が円筒型誘電電極１６４ｂを通過する際に生じる誘導電流の測定結果に基づいて、吐出ノズルの詰まりを検知する（例えば、特開昭５９−１２０４６４号公報を参照）。なお、吐出ノズルの詰まりを検知する別の方法としては、例えば特開２００５−３５３０９号公報に記載の方法、すなわち液滴の吐出方向と交差する方向に光線を形成し、吐出された液滴が当該光線を遮ったか否かを検査することにより吐出ノズルの詰まりを検知する方法を用いることができる。三次元造形に先だって、吐出ノズル１６１の詰まりを検知する検知ステップを設けることで、不完全な造形物が形成され、造形材料を無駄に消費することが防止される。

吐出ヘッド１６０は、造形材料層が形成されたときに輪郭となる部位をなぞるように、水平面内において互いに直交するｘ方向およびｙ方向に移動しながら、造形ステージ１４０に向けて吐出ノズルから造形材料の液滴１７０を吐出する。ここで、輪郭とは、造形される三次元造形物２００をその外側から見た場合に視認可能な形状である。これにより、造形ステージ１４０上の所望の領域に造形材料層の輪郭が形成される。なお、吐出ヘッド１６０は、造形材料層の輪郭をなぞるように１周しながら液滴１７０を吐出しても良いし、当該輪郭をなぞるように複数回の周回を行いながら液滴１７０を吐出しても良い。

本実施の形態では、吐出ヘッド１６０が有する吐出ノズル１６１のノズル径を小さくすることによって、造形材料層の輪郭を当該輪郭の内部（輪郭によって囲まれている領域）より高い解像度で形成する。ここで、本実施例において、解像度は、単位距離内に存在させ得る液滴の数で表される。造形材料層の輪郭は少ない数（例えば、１個〜数個）の液滴１７０で描画することができるため、吐出ヘッド１６０が有する吐出ノズル１６１の数を少なくすることができる。そのため、吐出ヘッド１６０に吐出ノズル１６１の数だけ詰まり検知部１６４を設けても、第１形成部１２２の装置規模およびコストを最小限に抑えることができる。したがって、吐出ノズル１６１のノズル径を小さくすることにより吐出ノズルの詰まりが発生しやすくなったとしても、当該詰まりを詰まり検知部１６４で確実に検知して、ノズルのセルフクリーニングを実行したり、ノズル詰まりが発生したことを示すメッセージを表示部１４５に表示して使用者に知らせたりする等の対応を行うことができる。

吐出ヘッド１６０は、造形材料を吐出可能な状態で貯留する。本実施の形態では、吐出ヘッド１６０として、粘度が５〜１５［ｍＰａ・ｓ］の範囲で造形材料を吐出できるものが採用されている。造形材料としては、特定波長の光が照射されることにより硬化する光硬化性材料が用いられる。光硬化性材料としては、例えば、紫外線硬化性樹脂が挙げられ、アクリル酸エステルまたはビニルエーテル等のラジカル重合系紫外線硬化性樹脂や、エポキシまたはオキセタン等のモノマーやオリゴマーと、樹脂に応じた反応開始剤としてアセトフェノンやベンゾフェノン等とを組み合わせて使用するカチオン重合系紫外線硬化性樹脂を用いることができる。光硬化性材料は、硬化を進行させ得る特定波長の光を遮光部材やフィルターなどにより遮断しておくことで、吐出可能な状態で貯留することができる。造形材料は、吐出ヘッド１６０により造形ステージ１４０上に吐出されて造形材料層を形成する。造形材料層は、光照射による硬化処理が施されることにより半硬化する。ここで、半硬化とは、造形材料層が、層として形状を維持することができる程度の粘度を有するように硬化された状態をいう。次に形成される造形材料層との接着性を十分に確保する観点から、各造形材料層の硬化について光重合反応を完全に終了させずに半硬化状態としておき、次に形成される造形材料層の硬化時に造形材料層間で光重合反応が生じるような状態とすることが好ましい。

造形対象物がオーバーハングする部分（張り出し部分）を有している場合や、三次元造形物２００の保護などを目的として、その表面を別の材料で覆ったりする場合は、サポート材を吐出する吐出ヘッドを更に設けておくことが好ましい。例えば、図３Ｃに示すように、第１形成部１２２の筐体１２３内部に、第２の吐出ヘッドと第２の光照射装置を設ける構成を採ることができる。この場合、第１の吐出ヘッドからのモデル材としての造形材料の吐出と並行的に第２の吐出ヘッドからサポート材としての造形材料の吐出を行っても良いし、第１の吐出ヘッドからの１層分のモデル材の吐出が完了した後に、吐出されたモデル材に接するようにサポート材を第２の吐出ヘッドから吐出するようにしても良いし、第２の吐出ヘッドからの１層分のサポート材の吐出が完了した後に、吐出されたサポート材に接するようにモデル材を第１の吐出ヘッドから吐出するようにしても良い。

光照射装置１６２は、造形ステージ１４０に向けて吐出された光硬化性樹脂の液滴に光照射口１６３から光照射を行うことで硬化処理（光照射処理）を施して、半硬化させる。造形材料が紫外線硬化性材料である場合、光照射装置１６２として、紫外線（ＵＶ）レーザーを放射するＵＶレーザー照射装置が用いられる。本実施の形態では、制御部１１０は、吐出ヘッド１６０から吐出された造形材料の液滴１７０が造形面１７２に到達するタイミングで、その到達する液滴１７０に光（図３中の点線矢印）が照射されるように光照射装置１６２を制御する。具体的には、予め液滴１７０の飛翔時間を測定しておき、造形材料の吐出から造形面１７２への着弾までの時間を見込んで、着弾と同時又は着弾の直後に液滴１７０に光照射する。あるいは、光照射口１６３から出射されるレーザーが液滴１７０の造形面１７２への着弾部に達するように光照射装置１６２の取り付け角度を調整しておき、液滴１７０が造形面１７２に到達するタイミングを含めて光を照射し続けるようにする。ここで、造形面１７２は、１層目の造形材料層を形成する場合であれば造形ステージ１４０の表面であり、Ｎ＋１層目の造形材料層を形成する場合にはＮ層目の造形材料層の表面である。液滴１７０が造形面１７２に到達するタイミングで、到達した液滴１７０に光が照射されることにより、液滴１７０が造形面１７２上で濡れ広がる前に硬化させることができ、造形材料層の輪郭を高解像度に形成することができる。なお、光照射装置１６２は、吐出ヘッド１６０から吐出された液滴１７０が造形面１７２に到達するタイミングでのみ光を照射しても良いし、液滴１７０が造形面１７２に到達するタイミングを含めて光を照射し続けても良い。

吐出部１２４Ａは、図４に示すように、造形面１７２に向けて吐出ノズル１８１から造形材料１８２を吐出する吐出装置１８０を筐体１２５の内部に備える。本実施の形態では、吐出装置１８０は、造形材料１８２の吐出量を制御可能なディスペンサーであり、造形材料１８２の吐出と停止とを制御でき、連続的に造形材料１８２を吐出し得る吐出ノズル（第２吐出ノズル）を有する。吐出装置１８０は、制御部１１０の制御を受けて、第１形成部１２２により造形材料層の輪郭を形成する動作が開始した後に、当該輪郭の内部を埋めるように造形材料１８２を吐出することによって当該内部を形成する。これにより、吐出装置１８０が造形材料１８２を吐出する際、第１形成部１２２により形成された造形材料層の輪郭が壁となり、造形材料１８２が当該輪郭の外側にこぼれることを防止することができる。吐出装置１８０による造形材料１８２の吐出量は、第１形成部１２２により形成される造形材料層の輪郭内部の面積と、当該輪郭の高さ（すなわち、造形材料層の一層分の厚さ）とを乗算することにより当該輪郭内部の体積を求めて決定される。本実施の形態では、造形材料１８２の吐出量は、輪郭の壁からこぼれない程度に、輪郭内部の面積と当該輪郭の高さとを乗算して求められる体積より多い量に決定される。なお、本実施の形態では、輪郭の内部を満たすように造形材料１８２が供給されるので輪郭の内部は解像性を有していないとみることができる。従って、必然的に、第１形成部１２２は第２形成部１２４よりも高い解像度で輪郭を形成し、第２形成部１２４は第１形成部１２２よりも低い解像度で輪郭の内部を形成することとなる。

吐出装置１８０は、造形材料層の輪郭の内部を埋めるように造形材料１８２を吐出すれば良いため（すなわち、輪郭の内部を形成する際、高い解像度が求められないため）、吐出装置１８０が有する吐出ノズル１８１のノズル径は、吐出ヘッド１６０が有する吐出ノズル１６１のノズル径より大きい。そのため、吐出装置１８０が有する吐出ノズル１８１に詰まりが発生することを防止することができる。また、吐出装置１８０は、吐出ヘッド１６０から吐出される液滴より大きい液滴を吐出することができる。すなわち、吐出装置１８０は、吐出ヘッド１６０よりも低い解像度で造形を行うことで、吐出ヘッド１６０よりも速い形成速度で造形材料層の輪郭の内部を形成することができる。つまり、吐出装置１８０は、吐出ヘッド１６０よりも短い時間で同じ面積を造形材料１８２で塗りつぶすことができる。

なお、吐出装置１８０で用いられる造形材料としては、吐出ヘッド１６０で用いられる造形材料と同じものを用いても良いが、光照射処理を施すための光照射装置１９４に応じて粘度等が異なる造形材料を用いても良い。また、光照射装置１９４に応じて、吐出装置１８０で用いられる造形材料に対して使用する光重合開始剤を変更しても良い。

また、サポート材が必要な場合は、上述した第２吐出ノズルからサポート材としての造形材料を吐出しても良いが、造形速度の低下を回避するために、図４Ｃに示すように、第２形成部１２４の吐出部１２４Ａに、吐出装置（第１の吐出装置）１８０と同様に広径の吐出口を持つ第２の吐出装置を設けた構成を採ることができる。この場合、第１の吐出装置１８０から１層分のモデル材の吐出を完了した後に、吐出されたモデル材に接するようにサポート材を第２の吐出装置から吐出するようにしても良いし、第２の吐出装置からの１層分のサポート材の吐出を完了した後に、吐出されたサポート材に接するようにモデル材を第１の吐出装置から吐出するようにしても良い。

硬化部１２４Ｂは、図５に示すように、造形材料１８２を均すための平坦化部としての均しローラー１９０、掻き取り部材１９２、掻き取られた造形材料１８２の回収部材１９３および造形材料１８２を硬化させるための硬化部としての光照射装置１９４を筐体１２６の内部に備える。均しローラー１９０、掻き取り部材１９２および光照射装置１９４は、この順で図１の手前側から硬化部１２４Ｂの内部に配置されている。

均しローラー１９０は、制御部１１０の制御下において回転駆動可能であり、吐出装置１８０により吐出された造形材料１８２表面に接触して造形材料１８２の表面を平坦化する。その結果、均一な層厚を有する造形材料層（輪郭および輪郭内部）が形成される。造形材料層の表面が平坦化されることにより、次の造形材料層を精度良く形成して積層することができるので、高精度の三次元造形物２００を造形することができる。なお、造形材料１８２の表面を平坦化するための均し手段として、均しローラー１９０以外のものを用いても良く、例えばブレード等を用いても良い。

掻き取り部材１９２は、均しローラー１９０の近傍に設けられたブレードであり、均しローラー１９０の表面に付着した造形材料を掻き取る。掻き取り部材１９２によって掻き取られた造形材料１８２は、吐出ヘッド１６０（第１形成部１２２）や吐出装置１８０（吐出部１２４Ａ）に供給されて再利用されるものとしても良いし、廃タンクに輸送されるものとしても良い。

光照射装置１９４は、吐出装置１８０により吐出された光硬化性樹脂からなる造形材料１８２に硬化処理（光照射処理）を施して、半硬化させる。造形材料が紫外線硬化性材料である場合には、光照射装置１９４として、紫外線（ＵＶ）を放射するＵＶランプ（本実施の形態では、高圧水銀ランプ）が用いられる。なお、光照射装置１９４としては、高圧水銀ランプの他に、低圧水銀灯、中圧水銀灯、超高圧水銀灯、カーボンアーク灯、メタルハライドランプ、キセノンランプまたは紫外線ＬＥＤランプ等を用いることができる。

移動機構１３０は、第１形成部１２２および吐出部１２４Ａと造形ステージ１４０との相対位置を３次元で変化させる。また、移動機構１３０は、硬化部１２４Ｂと造形ステージ１４０との相対位置を２次元で変化させる。具体的には、移動機構１３０は、図１に示すように、第１形成部１２２および吐出部１２４Ａに係合するｘ方向ガイド１３２と、ｘ方向ガイド１３２および硬化部１２４Ｂをｙ方向に案内するｙ方向ガイド１３４と、造形ステージ１４０を鉛直方向であるｚ方向に案内するｚ方向ガイド１３６とを備え、さらに図示しないモーターや駆動リール等からなる駆動機構を備えている。

移動機構１３０は、制御部１１０から出力された機構制御情報に従って図示しないモーターおよび駆動機構を駆動し、第１形成部１２２および吐出部１２４Ａをｘ方向およびｙ方向に自在に移動させる（図１を参照）。なお、移動機構１３０は、第１形成部１２２および吐出部１２４Ａの位置を固定し、造形ステージ１４０をｘ方向およびｙ方向に移動させるように構成しても良いし、第１形成部１２２および吐出部１２４Ａと造形ステージ１４０の双方を移動させるように構成してもよい。また、移動機構１３０は、２つのｘ方向ガイド１３２を備え、当該２つのｘ方向ガイド１３２のそれぞれに第１形成部１２２および吐出部１２４Ａのそれぞれが係合するように構成しても良い。

また、移動機構１３０は、制御部１１０から出力された機構制御情報に従って、硬化部１２４Ｂをｙ方向に自在に移動させる（図１を参照）。なお、移動機構１３０は、硬化部１２４Ｂの位置を固定し、造形ステージ１４０をｙ方向に移動させるように構成しても良いし、硬化部１２４Ｂと造形ステージ１４０の双方を移動させるように構成しても良い。

本実施の形態では、第１形成部１２２をｘ方向およびｙ方向に自在に移動させるために、第１形成部１２２の移動を阻害しないように吐出部１２４Ａおよび硬化部１２４Ｂを必要に応じて移動させる。また、吐出部１２４Ａをｘ方向およびｙ方向に自在に移動させるために、吐出部１２４Ａの移動を阻害しないように第１形成部１２２および硬化部１２４Ｂを必要に応じて移動させる。また、硬化部１２４Ｂをｙ方向に自在に移動させるために、硬化部１２４Ｂの移動を阻害しないようにｘ方向ガイド１３２を必要に応じてｙ方向に移動させる。第１形成部１２２、吐出部１２４Ａ及び硬化部１２４Ｂについて、互いに干渉しないような退避位置をそれぞれ設定しておき、各退避位置へ移動させるようにしても良い。

また、移動機構１３０は、制御部１１０から出力された機構制御情報に従って、造形ステージ１４０をｚ方向下方に移動させて造形材料層形成部１２０と三次元造形物２００との間隔を調整する（図１を参照）。すなわち、造形ステージ１４０は、移動機構１３０によってｚ方向に移動可能に構成されており、造形ステージ１４０上にＮ（Ｎは正の整数）層目の造形材料層が形成された後、造形材料層の一層分の厚さに応じた距離（積層ピッチ）だけｚ方向下方に移動する。そして、造形ステージ１４０上にＮ＋１層目の造形材料層が形成された後、積層ピッチだけｚ方向下方に再び移動する。なお、移動機構１３０は、造形ステージ１４０のｚ方向位置を固定し、造形材料層形成部１２０をｚ方向上方に移動させても良いし、造形材料層形成部１２０および造形ステージ１４０の双方を移動させても良い。

図６は、造形材料層形成部１２０が、一層分の造形材料層を形成する動作を概略的に示す図である。より具体的には、Ｎ層目の造形材料層２０５の上に、Ｎ＋１層目の造形材料層２１５を形成する動作を示している。図６では、一例として円柱状の造形物を形成する様子を図示している。

図６Ａは、造形材料層形成部１２０によりＮ層目の造形材料層２０５が形成された後の様子を示している。この段階で、造形材料層２０５は、硬化部１２４Ｂの光照射装置１９４からの硬化処理を受けて半硬化している。

図６Ｂは、第１形成部１２２の吐出ヘッド１６０がＮ＋１層目の造形材料層２１５の輪郭上に移動し、吐出ノズルから造形材料の液滴１７０を吐出する様子を示している。

図６Ｃは、第１形成部１２２の光照射装置１６２が、吐出ヘッド１６０から吐出された造形材料の液滴１７０が造形面（図６Ｃの例では、Ｎ層目の造形材料層２０５の表面）に到達するタイミングで、その到達した液滴１７０に光（図６Ｃ中の点線矢印）を照射する様子を示している。

図６Ｄは、吐出ヘッド１６０が、Ｎ＋１層目の造形材料層２１５の輪郭（円環形状）をなぞるように移動しながら、造形材料の液滴１７０を吐出する様子を示している。図示していないが、光照射装置１６２は、吐出ヘッド１６０と同様に移動しながら、吐出ヘッド１６０から吐出された造形材料の液滴１７０に光を照射する。その結果、Ｎ層目の造形材料層２０５上において、Ｎ＋１層目の造形材料層２１５の輪郭２１０が、半硬化した状態で形成される。このように、液滴１７０が造形面に到達すると直ちに硬化が進むので、輪郭２１０を所期の形状に保ちやすくなる。また、形状が保たれ得る硬度にまで硬化を進めればよいので、光照射装置１６２に求められる性能への制約が小さくなる。

図６Ｅは、第２形成部１２４の吐出装置１８０が、造形材料１８２を供給するために、輪郭２１０の内部における任意位置（例えば、輪郭２１０の内部における中心位置）に移動した様子を示している。なお、図６では、吐出装置１８０が輪郭２１０の内部における中心位置に位置し続けながら造形材料１８２を吐出する例について説明するが、吐出装置１８０は、輪郭２１０の内部において任意に移動しながら造形材料１８２を吐出しても良い。

図６Ｆは、吐出装置１８０から吐出された造形材料１８２が、輪郭２１０の内部に少しずつ埋まっていく様子を示している。図６Ｇは、吐出装置１８０から吐出された造形材料１８２が、未硬化状態で輪郭２１０の内部に埋まりきった様子を示している。ここで、輪郭２１０を先に形成しておくことで、後から供給する未硬化の造形材料１８２が輪郭２１０外に漏れ出すことを確実に防止することができ、表面形状が正確に再現された造形物を得ることができる。

図６Ｈは、硬化部１２４Ｂの均しローラー１９０が、矢印方向に移動しながら吐出装置１８０により吐出された造形材料１８２表面に接触して、造形材料１８２表面の凹凸を平坦化する様子を示している。

図６Ｉは、硬化部１２４Ｂの光照射装置１９４が、矢印方向に移動しながら吐出装置１８０により吐出された造形材料１８２に光照射処理を施して、硬化を進める様子を示している。なお、各工程で行う処理内容を容易に理解できるようにする都合上、図６においては、均しローラー１９０と光照射装置１９４とを分離して図示している。

図６Ｊは、吐出装置１８０により吐出された造形材料１８２の全体に対して光照射装置１９４が光照射処理を施すことによって、輪郭２１０および造形材料１８２（輪郭２１０の内部）からなるＮ＋１層目の造形材料層２１５が形成された様子を示している。光照射装置１９４の光の波長域を、輪郭２１０及び内部の造形材料の双方の硬化を行い得るものとしておくと、光照射装置１９４の照射で一括して全ての造形材料の硬化を進められるので好ましい。

以上詳しく説明したように、第１の実施の形態では、三次元造形装置１００は、造形ステージ１４０に向けて造形材料を吐出することによって造形材料層の輪郭２１０を第１の解像度で形成する第１形成部１２２と、造形ステージ１４０に向けて造形材料を吐出することによって輪郭２１０の内部を第１の解像度より低い第２の解像度で形成する第２形成部（吐出部１２４Ａおよび硬化部１２４Ｂ）とを備える。

このように構成した第１の実施の形態によれば、三次元造形物２００の見栄えに影響するため高解像度化が必要な造形材料層の輪郭２１０は、当該輪郭２１０の内部より高解像度で形成される一方、当該見栄えに影響しないため高解像度化が不要な当該輪郭２１０の内部は当該輪郭２１０より速い形成速度で形成される。これにより、造形材料層の形成速度を低下させることなく、当該造形材料層の高解像度化を図ることができ、ひいては三次元造形物２００の造形速度を低下させることなく、三次元造形物２００の高解像度化を図ることができる。

なお、上記実施の形態では、三次元造形物２００の造形に用いられる造形材料は、光硬化性を有する造形材料である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、造形材料に熱硬化性材料を用い、抵抗発熱体等により発熱する加熱部が、当該造形材料を加熱することによって硬化処理を行うようにしても良い。造形材料に熱硬化性材料を用いた場合にも、「発明が解決しようとする課題」において説明したような問題、すなわち三次元造形物２００の高解像度化を図るための方策は、当該三次元造形物２００の造形速度を低下させてしまうという問題が発生するからである。造形材料に熱硬化性材料を用いる場合には、光重合開始剤の代わりに熱重合開始剤を使用し、硬化部１２４Ｂは、光照射装置１９４の代わりにヒーター等を備えた加熱部を設ける。

また、上記実施の形態では、造形材料層２１５の輪郭２１０を形成する動作の開始後に、輪郭２１０の内部を形成する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、輪郭２１０の内部を形成する動作の開始後に、造形材料層２１５の輪郭２１０を形成しても良い。また、造形材料層２１５の輪郭２１０を形成する動作と輪郭２１０の内部を形成する動作とが同時に行われるようにしても良い。この場合、ある程度輪郭２１０が形成されてから内部の形成動作を開始し、内部への造形材料の供給が完了する前に輪郭２１０の形成を終了しておくことが好ましい。

以下、第２の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図７は、第２の実施の形態に係る三次元造形装置１００の構成を概略的に示す図である。図７に示すように、造形材料層形成部１２０は、図１の吐出部１２４Ａおよび硬化部１２４Ｂの代わりに、第２形成部１２４を備えている。なお、第１の実施の形態における各部構成と同様のものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。

第２形成部１２４は、図８に示すように、図５の均しローラー１９０、掻き取り部材１９２、回収部材１９３および光照射装置１９４の他に、インクジェット方式の吐出ヘッド２２０を筐体１２７の内部に備える。吐出ヘッド２２０、均しローラー１９０、掻き取り部材１９２および光照射装置１９４は、この順で図７の手前側から第２形成部１２４の内部に配置されている。

吐出ヘッド２２０は、図８Ｂに示すように、長手方向（ｘ方向）に列状に配列された複数の吐出ノズルを有する。このような吐出ヘッド２２０としては、従来公知の画像形成用の吐出ヘッドが用いられる。なお、複数の吐出ノズルは、列状に配列されていれば良く、直線状に並んでいても良いし、ジグザグ配列で全体として直線状になるように並んでいても良い。

吐出ヘッド２２０は、長手方向に直交する副走査方向に移動しながら、造形ステージ１４０に向けて複数の吐出ノズルから造形材料の液滴２２２を並列的かつ選択的に吐出する。吐出ヘッド２２０は、制御部１１０の制御を受けて、第１形成部１２２により造形材料層の輪郭を形成する動作が開始した後に、当該輪郭の内部を埋めるように液滴２２２を吐出することによって当該内部を形成する。

吐出ヘッド２２０は、造形材料層の輪郭の内部を埋めるように液滴２２２を吐出すれば良いため（すなわち、輪郭の内部を形成する際、高い解像度が求められないため）、吐出ヘッド２２０が有する吐出ノズル２２１のそれぞれのノズル径は、吐出ヘッド１６０が有する吐出ノズルのノズル径より大きい。そのため、吐出ヘッド２２０が有する吐出ノズル２２１に詰まりが発生することを防止することができる。また、吐出ヘッド２２０は、吐出ヘッド１６０から吐出される液滴より大きい液滴を吐出することができる。すなわち、吐出ヘッド２２０は、輪郭の内部を輪郭よりも低い解像度で造形することで、吐出ヘッド１６０より速い形成速度で造形材料層の輪郭の内部を形成することができる。つまり、吐出ヘッド２２０は、吐出ヘッド１６０よりも短い時間で同じ面積を造形材料で塗りつぶすことができる。

なお、サポート材が必要な場合は、図８Ｃに示すように、第２形成部１２４に、吐出ヘッド（第１の吐出ヘッド）２２０と同様に広径の吐出口を持つ第２の吐出ヘッドを設けた構成を採ることができる。この場合、第１の吐出ヘッド２２０からの１層分のモデル材の吐出を完了した後に、吐出されたモデル材に接するようにサポート材を第２の吐出ヘッド２２０から吐出するようにしても良いし、第２の吐出ヘッド２２０からの１層分のサポート材の吐出を完了した後に、吐出されたサポート材に接するようにモデル材を第１の吐出ヘッド２２０から吐出するようにしても良い。また、各造形材料（モデル材、サポート材）を並列的に第１および第２の吐出ヘッド２２０からそれぞれ吐出するようにしても良い。

均しローラー１９０は、吐出ヘッド２２０により吐出された液滴２２２の表面に接触して液滴２２２の表面を平坦化する。その結果、均一な層厚を有する造形材料層（輪郭および輪郭内部）が形成される。掻き取り部材１９２は、均しローラー１９０の近傍に設けられたブレードであり、均しローラー１９０の表面に付着した造形材料を掻き取る。光照射装置１９４は、吐出ヘッド２２０により吐出された光硬化性樹脂の液滴２２２に硬化処理（光照射処理）を施して、半硬化させる。

移動機構１３０は、第２形成部１２４と造形ステージ１４０との相対位置を２次元で変化させる。具体的には、移動機構１３０は、図７に示すように、第１形成部１２２に係合するｘ方向ガイド１３２と、ｘ方向ガイド１３２および第２形成部１２４をｙ方向に案内するｙ方向ガイド１３４と、造形ステージ１４０をｚ方向に案内するｚ方向ガイド１３６とを備え、さらに図示しないモーターや駆動リール等からなる駆動機構を備えている。

移動機構１３０は、制御部１１０から出力された機構制御情報に従って、第２形成部１２４をｙ方向に自在に移動させる（図７を参照）。なお、移動機構１３０は、第２形成部１２４の位置を固定し、造形ステージ１４０をｙ方向に移動させるように構成しても良いし、第２形成部１２４と造形ステージ１４０の双方を移動させるように構成しても良い。

本実施の形態では、第１形成部１２２をｘ方向およびｙ方向に自在に移動させるために、第１形成部１２２の移動を阻害しないように第２形成部１２４を必要に応じてｙ方向に移動させる。また、第２形成部１２４をｙ方向に自在に移動させるために、第２形成部１２４の移動を阻害しないようにｘ方向ガイド１３２を必要に応じてｙ方向に移動させる。第１形成部１２２及び第２形成部１２４について、互いに干渉しないような退避位置をそれぞれ設定しておき、各退避位置へ移動させるようにしても良い。

図９は、第２形成部１２４が、造形材料層の輪郭の内部を形成する動作を概略的に示す図である。より具体的には、Ｎ層目の造形材料層２０５の上に、Ｎ＋１層目の造形材料層２２５を形成する動作を示している。

図９Ａは、Ｎ層目の造形材料層２０５上において、Ｎ＋１層目の造形材料層２２５の輪郭２１０が、半硬化した状態で形成された後の様子を示している。第２形成部１２４の吐出ヘッド２２０は、Ｎ＋１層目の造形材料層２２５の輪郭２１０近傍に移動する。

図９Ｂは、吐出ヘッド２２０が輪郭２１０の内部を矢印方向に横断するように移動し、造形材料の液滴２２２を吐出する様子を示している。吐出ヘッド２２０による液滴２２２の吐出動作に続いて、均しローラー１９０は、矢印方向に移動しながら吐出ヘッド２２０により吐出された液滴２２２表面に接触して、液滴２２２表面の凹凸を平坦化する。

図９Ｃは、光照射装置１９４が、矢印方向に移動しながら吐出ヘッド２２０により吐出された液滴２２２に光照射処理を施して、硬化を進める様子を示している。なお、各工程で行う処理内容を容易に理解できるようにする都合上、図９においては、吐出ヘッド２２０及び均しローラー１９０と光照射装置１９４とを分離して図示している。

図９Ｄは、吐出ヘッド２２０により吐出された液滴２２２の全体に対して光源１９４が光照射処理を施すことによって、半硬化状態の輪郭２１０および液滴２２２（輪郭２１０の内部）からなるＮ＋１層目の造形材料層２２５が形成された様子を示している。

以上のように、第２の実施の形態では、第２形成部１２４は、吐出ヘッド２２０、均しローラー１９０、掻き取り部材１９２および光照射装置１９４を備え、ｙ方向に移動しながら、造形材料層の輪郭の内部（液滴２２２）を形成する動作、液滴２２２の表面を平坦化する動作および液滴２２２に硬化処理を施す動作を同時並行的に行う。そのため、第１の実施の形態に比べて、造形材料層形成部１２０の動作を簡略化することができ、一層分の造形材料層をより速い形成速度で形成することができる。

以下、第３の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１０は、第３の実施の形態に係る第２形成部１２４の構成を示す図である。図１０に示すように、第２形成部１２４は、図８の吐出ヘッド２２０の代わりに、塗布ローラー２３０と、塗布ローラー２３０に向けて造形材料を供給するディスペンサー２４０と、塗布ローラー２３０に供給された造形材料を一定の厚みにするブレード２５０とを備えている。なお、第２の実施の形態における各部構成と同様のものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。

塗布ローラー２３０は、制御部１１０の制御下において回転駆動可能であり、長手方向に直交するｙ方向に移動しながら、造形ステージ１４０に向けて塗布ローラー２３０の表面に形成される液滴２３２（造形材料）を塗布する。塗布ローラー２３０は、制御部１１０の制御を受けて、第１形成部１２２により造形材料層の輪郭を形成する動作が開始した後に、当該輪郭の内部を埋めるように液滴２３２を塗布することによって当該内部を形成する。塗布ローラー２３０の表面に形成される液滴２３２の厚みは、第１形成部１２２により形成される輪郭の厚みより厚い。このように構成することで、液滴２３２の塗布時に、塗布ローラー２３０が造形材料層の輪郭に接触せず、かつ、塗布ローラー２３０の表面に形成される液滴２３２が造形材料層の輪郭の内部表面に接するようにすることができる。

なお、塗布ローラー２３０の表面に形成される液滴２３２が造形材料層の輪郭に接触した際に、当該輪郭に液滴２３２が付着することを防止するため、当該輪郭の表面に対して撥インク性を持たせる処理を施すことが好ましい。

均しローラー１９０は、塗布ローラー２３０により塗布された液滴２３２の表面に接触して液滴２３２の表面を平坦化する。その結果、均一な層厚を有する造形材料層（輪郭および輪郭内部）が形成される。掻き取り部材１９２は、均しローラー１９０の近傍に設けられたブレードであり、均しローラー１９０の表面に付着した造形材料を掻き取る。光照射装置１９４は、塗布ローラー２３０により塗布された光硬化性樹脂の液滴２３２に硬化処理（光照射処理）を施して、半硬化させる。

図１１は、塗布ローラー２３０が、造形材料層の輪郭の内部を形成する動作を概略的に示す図である。より具体的には、Ｎ層目の造形材料層２０５の上に、Ｎ＋１層目の造形材料層２３５を形成する動作を示している。

図１１Ａは、Ｎ層目の造形材料層２０５上において、Ｎ＋１層目の造形材料層２３５の輪郭２１０が、半硬化した状態で形成された後の様子を示している。第２形成部１２４の塗布ローラー２３０は、Ｎ＋１層目の造形材料層２３５の輪郭２１０近傍に移動する。

図１１Ｂは、塗布ローラー２３０が輪郭２１０の内部を横断するように移動し、造形材料の液滴２３２を塗布する様子を示している。図示していないが、塗布ローラー２３０による液滴２３２の塗布動作に続いて、均しローラー１９０は液滴２３２表面の凹凸を平坦化し、光照射装置１９４は液滴２３２に光照射処理を施して半硬化させる。

図１１Ｃは、塗布ローラー２３０により吐出された液滴２３２の全体に対して光照射装置１９４が光照射処理を施すことによって、半硬化状態の輪郭２１０および液滴２３２（輪郭２１０の内部）からなるＮ＋１層目の造形材料層２３５が形成された様子を示している。

以上のように、第３の実施の形態では、塗布ローラー２３０は、造形材料層の輪郭の内部を埋めるように液滴２３２を塗布することによって当該内部を形成する。塗布ローラー２３０による単位時間あたりの塗布量は、第２の実施の形態における吐出ヘッド２２０の単位時間あたりの吐出量より多い。そのため、第２の実施の形態に比べて、造形材料層の輪郭の内部をより速い形成速度で形成することができ、ひいては一層分の造形材料層をより速い形成速度で形成することができる。なお、本実施の形態では、輪郭の内部を塗布ローラー２３０によって一括して造形材料を塗布するので輪郭の内部は解像性を有していないとみることができる。従って、必然的に、第１形成部１２２は第２形成部１２４よりも高い解像度で輪郭を形成し、第２形成部１２４は第１形成部１２２よりも低い解像度で輪郭の内部を形成することとなる。

なお、上記第１および第２の実施の形態において、吐出ヘッド１６０から吐出される造形材料として、ゾル−ゲル相転移温度を有する造形材料を使用することが好ましい。例えば、常温（熱したり冷やしたりしない自然な温度）よりも高いゾル−ゲル相転移温度を有する造形材料を使用することが好ましい。ここで、ゾル−ゲル相転移温度とは、ゾル状態の液体の温度を下げていった場合に、当該液体の粘度の値が５００［ｍＰａ・ｓ］を超えたところの温度である。粘度の値が５００［ｍＰａ・ｓ］を超えると、大きさ数十［μｍ］の液滴は外力を加えない限り流動しない。すなわち、液滴は崩れず、当該液滴の形状を保持しておくことができる。

図１２は、ゾル−ゲル相転移温度を有する造形材料について粘度の温度依存性を示す図である。粘度の値は、レオメータＭＣＲ３００（ＰａａｒＰｈｙｓｉｃａｌ社製）を用いて、剪断速度１０００［１／ｓ］の条件で測定した値である。図１２において、Ｌ１は、ゾル−ゲル相転移温度を有しない造形材料について粘度の温度依存性を示している。Ｌ２は、常温よりも高いゾル−ゲル相転移温度を有する造形材料について粘度の温度依存性を示している。

図１２に示すように、ゾル−ゲル相転移温度を有しない造形材料（Ｌ１）は、温度を下げていくと粘度が線形に上昇していくが、１０［℃］付近まで下げても５００［ｍＰａ・ｓ］を超えることはなく、ゾル状態からゲル状態に相転移しない。一方、常温よりも高いゾル−ゲル相転移温度を有する造形材料（Ｌ２）は、およそ４５［℃］付近で粘度の値が５００［ｍＰａ・ｓ］を超えて、ゾル状態からゲル状態に相転移する。

上記第１および第２の実施の形態では、吐出ヘッド１６０は、粘度が５〜１５［ｍＰａ・ｓ］の範囲で造形材料を吐出することができる。よって、常温よりも高いゾル−ゲル相転移温度を有する造形材料を使用する場合、吐出ヘッド１６０を７０〜８０［℃］に加熱することによって当該造形材料をゾル状態で吐出させることができ、吐出されて着弾した液滴は４５［℃］以下まで瞬時に自然冷却されてゾル状態からゲル状態に相転移する。そのため、吐出ヘッド１６０から吐出された液滴１７０が造形面１７２に到達するタイミングで、造形面１７２上で濡れ広がることを抑制することができる。すなわち、液滴１７０が造形面１７２に到達するタイミングで、到達する液滴１７０に光照射装置１６２からの光を照射して硬化させる必要がなくなり、光照射装置１９４から光を照射して硬化させることもできる。このように、常温よりも高いゾル−ゲル相転移温度を有する造形材料を使用する場合、吐出ヘッド１６０に貯留される造形材料がゾル状態となっている必要があるため、吐出ヘッド１６０を加熱する加熱部を設けることが好ましい（図１３を参照）。

図１３に示す構成では、吐出ヘッド１６０の外周部には、伝熱部材１６６を介してヒーター１６８が設けられている。ヒーター１６８の出力は、制御部１１０によって制御される。ヒーター１６８には、図示しないヒーター電源が接続されている。伝熱部材１６６は、吐出ヘッド１６０の吐出ノズル面にまわり込んで設けられている。つまり、伝熱部材１６６は、ヒーター１６８からの熱を効率良く、吐出ヘッド１６０から吐出される造形材料の流路、かつ、吐出ノズル面近傍に伝えることによって、吐出ノズル面近傍の空気を温める。制御部１１０がヒーター１６８の出力を制御することにより、吐出ヘッド１６０は造形材料のゾル−ゲル相転移温度以上に加熱される。これにより、常温よりも高いゾル−ゲル相転移温度を有する造形材料であっても、吐出ヘッド１６０から吐出させることができる。

また、上記第１〜第３の実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

２０１３年１０月３日出願の特願２０１３−２０８３２７の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、全て本願に援用される。

１００ 三次元造形装置
１１０ 制御部
１２０ 造形材料層形成部
１２２ 第１形成部
１２４ 第２形成部
１２４Ａ 吐出部
１２４Ｂ 硬化部
１３０ 移動機構
１３２ ｘ方向ガイド
１３４ ｙ方向ガイド
１３６ ｚ方向ガイド
１４０ 造形ステージ
１５０ データ入力部
１５５ コンピューター装置
１６０，２２０ 吐出ヘッド
１６２，１９４ 光照射装置
１６４ 詰まり検知部
１６６ 伝熱部材
１６８ ヒーター
１７０，１８２，２２２，２３２ 液滴（造形材料）
１７２ 造形面
１８０ 吐出装置
１９０ 均しローラー
１９２ 掻き取り部材
２００ 三次元造形物
２０５，２１５，２２５，２３５ 造形材料層
２１０ 輪郭
２３０ 塗布ローラー

本発明に係る三次元造形装置は、
造形材料からなる造形材料層が形成される造形ステージと、
第１の造形材料を吐出する第１吐出ノズルを備え、前記第１吐出ノズルから前記造形ステージに向けて前記第１の造形材料を吐出して、前記造形材料層の輪郭を第１の解像度で形成する第１形成部と、
前記第１の造形材料を加熱する加熱部と、
前記造形ステージに向けて前記造形材料を供給して、前記輪郭の内部を前記第１の解像度より低い第２の解像度で形成する第２形成部と、
前記造形ステージに供給された前記造形材料に光を照射する光照射装置と、を備え、
前記第１及び第２の造形材料は、光硬化性を有する造形材料であり、
前記第１の造形材料は、常温よりも高いゾル−ゲル相転移温度を有し、
前記第１形成部は、加熱されてゾル状態となった前記第１の造形材料を吐出し、
前記第１及び第２形成部から前記造形ステージ上に前記第１及び第２の造形材料を供給し、前記造形ステージに供給された前記第１及び第２の造形材料に光を照射して当該第１及び第２の造形材料を硬化させて造形材料層を形成して積層し、三次元造形物を造形する。

本発明に係る三次元造形方法は、
造形ステージに向けて第１の造形材料を吐出することによって、造形材料層の輪郭を第１の解像度で形成し、
前記造形ステージに向けて第２の造形材料を供給することによって、前記輪郭の内部を前記第１の解像度より低い第２の解像度で形成し、
前記第１及び第２の造形材料は、光硬化性を有する造形材料であり、
前記第１の造形材料は、常温よりも高いゾル−ゲル相転移温度を有し、
加熱されてゾル状態となった前記第１の造形材料を吐出し、前記造形ステージに供給された前記第１及び第２の造形材料に光を照射して当該第１及び第２の造形材料を硬化させて造形材料層を形成して積層し、三次元造形物を造形する。

Claims (17)

1. 造形材料からなる造形材料層が形成される造形ステージと、
   前記造形材料を吐出する第１吐出ノズルを備え、前記第１吐出ノズルから前記造形ステージに向けて前記造形材料を吐出して、前記造形材料層の輪郭を第１の解像度で形成する第１形成部と、
   前記造形ステージに向けて前記造形材料を供給して、前記輪郭の内部を前記第１の解像度より低い第２の解像度で形成する第２形成部と、を備え、
   前記第１及び第２形成部から前記造形ステージ上に前記造形材料を供給して、複数の造形材料層を形成して積層し、三次元造形物を造形する三次元造形装置。
2. 前記第２形成部は、前記第１形成部による形成動作の開始後に、前記輪郭の内部を形成する請求項１に記載の三次元造形装置。
3. 前記第２形成部は、前記造形材料を吐出する第２吐出ノズルを有し、前記第１吐出ノズルにより吐出される前記造形材料の液滴より大きい液滴を吐出する請求項１または２に記載の三次元造形装置。
4. 前記第２吐出ノズルのノズル径は、前記第１吐出ノズルのノズル径より大きい請求項３に記載の三次元造形装置。
5. 前記第２形成部は、前記第２吐出ノズルが列状に配置された吐出ヘッドを有する請求項３または４に記載の三次元造形装置。
6. 前記第２形成部は、前記造形材料を塗布する塗布ローラーを有する請求項１または２に記載の三次元造形装置。
7. 前記造形材料を塗布するために前記塗布ローラーの表面に形成される造形材料の厚みは、前記第１形成部により形成される前記輪郭の厚みより厚い請求項６に記載の三次元造形装置。
8. 前記第２形成部は、吐出または塗布した前記造形材料を平坦化する平坦化部と、前記平坦化部により平坦化された当該造形材料を硬化させるための硬化処理を行う硬化部とを有する請求項１〜７の何れか１項に記載の三次元造形装置。
9. 前記第１形成部は、前記第１吐出ノズルの詰まりを検知する詰まり検知部を有する請求項１〜８の何れか１項に記載の三次元造形装置。
10. 前記造形材料は、光硬化性を有する造形材料である請求項１〜９の何れか１項に記載の三次元造形装置。
11. 前記第１形成部は、前記造形材料に光を照射することによって当該造形材料を硬化させる光照射装置を有し、
    前記第１形成部により吐出された前記造形材料は、前記造形ステージまたは前記造形材料層の表面に到達するタイミングで、前記光照射装置から光を照射される請求項１０に記載の三次元造形装置。
12. 前記造形材料は、常温よりも高いゾル−ゲル相転移温度を有し、
    ゾル状態の前記造形材料が前記第１形成部から吐出されるように、当該第１形成部を前記ゾル−ゲル相転移温度以上に加熱する加熱部を備える請求項１０に記載の三次元造形装置。
13. 造形ステージに向けて造形材料を吐出することによって、造形材料層の輪郭を第１の解像度で形成し、
    前記造形ステージに向けて前記造形材料を供給することによって、前記輪郭の内部を前記第１の解像度より低い第２の解像度で形成し、
    複数の造形材料層を形成して積層し、三次元造形物を造形する三次元造形方法。
14. 前記造形材料層の輪郭の形成の開始後に、前記輪郭の内部の形成を開始することを特徴とする請求項１３に記載の三次元造形方法。
15. 前記造形材料は、光硬化性を有する造形材料である請求項１３または１４に記載の三次元造形方法。
16. 前記造形材料層の輪郭を形成するために吐出された前記造形材料に、前記造形ステージまたは前記造形材料層の表面に到達するタイミングで、前記造形材料を硬化させるための光を照射することを特徴とする請求項１５に記載の三次元造形方法。
17. 前記造形材料層の輪郭を形成するために、第１吐出ノズルから前記造形ステージに向けて前記造形材料を吐出し、
    前記第１吐出ノズルの詰まりを検知する請求項１３〜１６の何れか１項に記載の三次元造形方法。

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