WO1995018009A1 - Procede de production d'un stratifie en feuilles et appareil formant des stratifies en feuilles - Google Patents

Description

明 細 書 シート積層造形法及びシート積層造形装置

技術分野

この発明は、 立体的な物体を造形する技術に関し、 詳しくは、 シートを積層接 着することにより簡易にかつ高精度に 3次物体を造形する方法、 及びシート積層 造形装置に関する。

背景技術

従来、 複雑な形状の 3次元模型を造形する方法としては、 熱溶融性の接着剤を 予め塗布した紙シートを積層していく方法がある。

この方法では、 各紙シートを積層した後で、 ホッ トローラで紙シートを加熱す ることによって、 紙シート同士を接着する。 そして上層の紙シートを 3次元物体 を構成する領域の輪郭に沿って切断する。

しかしながら、 この方法では、 紙シートを精度よく接着積層し、 剝離のない接 着強度の十分な 3次元物体を造形するのは困難であつた。

また、 紙シートは、 加圧や湿度等の影響で変形しやすく、 また、 紙シート間に 接着剤層の厚みがあること及び同一接着剤層における厚みや各接着剤層の厚みを 一定に制御することが困難であり、 高い造形精度を確保することが困難であった ο

また、 3次元模型を造形する他の方法として、 光硬化造形法を用いる方法もあ るが、 光硬化樹脂を使用し光照射の工程を必要とするため、 上記方法を実施する ための 備を整えるための初期コストが高く、 また成形表面をアルコール洗浄す る必要がある。 さらには、 完全な重合率を得るためには、 成形後に 2次硬化処理 が必要となるなど、 通常のオフィス内でかかる 3次元物体を造形することは困難 であった。

発明の開示

そこで、 本発明は、 簡易に、 剝離がなく、 強度の十分な 3次元物体を造形する ことができるシート積層造形法を提案する。 また、 精度の高い 3次元物体を造形することができるシート積層造形法を提案 する。

さらに、 高精度に 3次元物体を造形することができるシート積層造形装置を提 案する。

( 1 ) 第 1の発明は、 シートを接着積層することによって 3次元物体を造形する 方法において、 3次元物体を構成する有効領域と 3次元物体を構成しない不要領 域とに切断された下層のシ一トとその上方に供給する上層のシートの間には、 こ の上層のシートにおいて 3次元物体を構成する有効領域と前記下層のシ一トの有 効領域とのいずれにも含まれる領域の輪郭よりも外側に膨出した領域に接着剤を 供給して有効接着剤層を形成し、 前記下層のシートと上層のシートとを接着して 上層のシートを有効領域と不要領域とに切断することを特徵とするシ一ト積層造 形法である。

この方法によれば、 下層のシートと上層のシートの各有効領域のいずれにも含 まれる領域 （以下、 単に 「重複領域」 という。 ） より広い領域に接着剤を供給し て接着するため、 上下層のシートの重複領域を確実に接着することができ、 簡易 に、 剝離、 変形のない強度の大きい 3次元物体を造形できる。

( 2 ) また、 第 2の発明は、 上記第 1の発明に係るシート積層造形法であって、 前記有効接着剤層の外側には、 有効接着剤層よりも粗な密度で接着剤を供給して 補助接着剤層を形成することを特徵とする。

この方法によれば、 補助接着剤層により、 シートの接着時及び切断時にシート を支持でき、 接着時及び切断時の誤差を低減し、 また、 シートの反りを低減する ことができる。

( 3 ) また、 第 3の発明は、 上記第 1の発明に係るシート積層造形法であって、 前記接着剤は静電転写により供給することを特徴とする。

この方法によれば、 静電転写により接着剤を供給することができるため、 通常 のオフィス内で、 簡易かつ容易に 3次元物体を造形でき、 また C A Dシステム上 等で接着剤の供給量や供給部位を容易に設定できる。

( 4 ) また、 第 4の発明は、 上記第 1の発明に係るシート積層造形法であって、

.前記下層のシ一トと前記上層のシートは、 少なく とも加圧することにより接着す ることを特徴とする。

この方法によれば、 加圧により有効接着剤層及び補助接着剤層を成形でき、 積 層高さを均一化するとともに、 積層するシートに発生する反りを排除でき、 積層 するシートの平坦性の確保と維持とが可能となり、 精度の良好な造形物を得るこ とができる。

( 5 ) また、 第 5の発明は、 シートを積層接着することによって 3次元物体を造 形する方法において、 3次元物体を構成する有効領域と 3次元物体を構成しない 不要領域とに切断された下層のシートとその上方に供給する上層のシ一トの間に 接着剤を供給し、 少なく とも加圧することにより、 前記上層のシートと前記下層 のシートに前記接着剤を含浸させて接合層を形成し、 上層のシートを有効領域と 不要領域とに切断することを特徴とするシート積層造形法である。'

この方法によれば、 加圧により接着剤を上層のシートと下層のシートとの双方 に含浸させ、 両シートが密着した接合層を形成させるため、 接着剤層の厚みによ る造形誤差を排除して精度の高い 3次元物体を造形することができる。

また、 含浸された接着剤は、 加圧により同時に平坦に成形されて、 吸湿等によ るシートの反り等を抑え、 シート積層の平坦性を維持し、 造形精度を確保するこ とができる。

( 6 ) また、 第 6の発明は、 上記第 5の発明に係るシート積層造形法であって、 前記接着剤は静電転写により供給することを特徴とする。

この方法によれば、 静電転写により接着剤を供給するため、 接着剤の供給量や 供給部位を容易に設定することができて、 複雑な形状の 3次元物体の造形が可能 となる。

( 7 ) また、 第 7の発明は、 シートを積層接着することによって 3次元物体を造 形する方法において、 3次元物体を構成する有効領域と 3次元物体を構成しない 不要領域とに切断された下層のシ一トとその上方に供給する上層のシートとの間 に接着剤を供給する工程と、 少なく とも加圧により前記下層のシートと上層のシ 一トとを密着させる工程と、 前記上層のシートを有効領域と不要領域に切断する 工程、 とを有して、 前記 3次元物体を包含するシートの積層体を形成し、 このシ ―ド積層体に介装された前記接着剤が硬化するまでシート積層体を加圧する工程 、 とを有することを特徴とするシート積層造形法である。

この方法によれば、 3次元物体中に介装された接着剤の硬化に伴う反りの発生 を積層終了後も加圧を継続することにより抑制して、 精度の高い 3次元物体の造 形が容易となる。

( 8 ) また、 第 8の発明は、 シートを積層接着することによって 3次元物体を造 形する方法において、 3次元物体を構成する有効領域と 3次元物体を構成しない 不要領域とに切断された下層のシートとその上方に供給する上層のシートとの間 に接着剤を供給する工程と、 少なく とも加圧により前記下層のシートと上層のシ 一トとを密着させる工程と、 前記上層のシートを有効領域と不要領域とに切断す る工程、 とを有して、 前記 3次元物体を包含するシート積層体を形成し、 このシ 一ト積層体中に介装された接着剤を溶融状態とする工程と、 溶融状態にある接着 剤を硬化する工程、 とを有することを特徵とするシート積層造形法である。

この方法によれば、 積層完了後における介装された接着剤の溶融と硬化により 、 積層工程において硬化させるのと異なり、 熱的歪みの少ない状態で全シートを 接着硬化させ、 完成された 3次元物体全の反りの発生を防止して、 精度の高い 3 次元物体の造形が容易となる。

( 9 ) また、 第 9の発明は、 上記第 8の発明に係るシート積層造形法において、 溶融状態とした前記接着剤を硬化する際、 前記接着剤が硬化するまで、 前記シー ト積層体を加圧しつづけることを特徵とするシート積層造形法である。

この方法によれば、 完成した 3次元物体に介装された接着剤を溶融し、 加圧し つつ硬化するため、 この硬化に伴う反りや既に 3次元物体に発生していた反りを も有効に防止することができ、 精度の良好な 3次元物体を容易に造形することが できる。

( 1 0 ) また、 第 1 0の発明は、 シートを接着積層することによって 3次元物体 を造形する方法において、 3次元物体を構成する有効領域と 3次元物体を構成し ない不要領域とに切断された下層のシートとその上方に供給する上層のシートと の間に接着剤を供給する工程と、 少なく とも加圧により前記下層のシートと上層 のシートとを密着させる工程と、 前記上層のシートを有効領域と不要領域とに切 断する工程、 とを有して、 これらの工程において、 接着剤の溶融状態を維持して 、 前記 3次元物体を包含するシート積層体を形成し、 前記接着剤が硬化するまで 、 前記シ一ト積層体を加圧しつづけることを特徴とするシート積層造形法である この方法によれば、 シート積層の際に接着剤の溶融と硬化による接着を行うも のでなく、 接着剤の溶融状態を維持したままシートを積層し、 積層完了後に各シ 一ト間に介装された接着剤を加圧しつつ硬化するため、 各シート積層時の硬化時 に生じる内部応力による反りを低減し、 精度の良好な 3次元物体を造形できる。

( 1 1 ) また、 第 1 1の発明は、 シートを積層して 3次元物体を造形する装置に おいて、 有効領域と不要領域とに切断された下層のシートを載置して上下動する 載置台と、 この下層のシート上に積層する上層のシートの間に接着剤を介在させ る介装手段と、 所定位置に固定され、 上動する前記載置台上の前記上層シートと 下層シ一トとを接着する接着手段と、 前記載置台上で接着された上層のシートを 有効領域と不要領域とに切断する切断手段、 とを備えることを特徵とするシ一ト 積層造形装置である。

この装置によれば、 載置台を単一の可動部として載置台の上下動で接着位置や 切断作用位置までシートを移動させて接着強度や切断手段の作用高さ位置を調整 するため、 微細な作用高さ制御を容易にする。 したがって、 積層接着され造形さ れつつある 3次元物体の高さの変化に応じた調整を容易に行うことができ、 接着 時や切断時の作用誤差、 ひいては造形誤差を低減することができる。

( 1 2 ) また、 第 1 2の発明は、 上記第 1 1の発明に係るシート積層造形装置で あって、 前記載置台は、 垂直方向に移動可能に形成され、 前記接着手段は、 前記 載置台の垂直上方に固定され、 前記切断手段は、 前記載置台と前記接着手段との 間の所定の高さに水平方向に移動可能に配設されていることを特徴とする。

この装置によれば、 単一の可動部である載置台が垂直方向にのみ移動とするこ とにより、 正確にかつ精度よく作用高さ制御を行うことができ、 一層造形誤差を 低減し、 精度の高い 3次元物体を造形することができる。

( 1 3 ) また、 第 1 3の発明は、 上記第 1 1の発明に係るシート積層造形装置で あって、 前記接着剤として、 少なく とも加圧により接着力を発揮する接着剤を用 い、 前記接着手段は、 前記上層シートを一括して加圧する加圧面を有するもので あることを特徴とする。

この装置によれば、 少なく とも加圧接着してシートを互いに接着するため、 光 照射等の必要がなく、 通常のオフィス内でも容易に 3次元物体を造形できる。 ま た、 載置台の上動位置により接着強度が制御できる。

また、 一括してシートを加圧するものであるため、 シート及び接着剤の成形が 容易で、 シートの位置ずれが起こりにくい。

( 1 4 ) また、 第 1 4の発明は、 上記第 1 1の発明に係るシート積層造形装置で あって、 前記介装手段は、 静電転写により前記接着剤を前記上層シート上に供給 するものであることを特徴とする。

この装置によれば、 静電転写により接着剤を供給するものであるため、 特別な 接着剤介装手段が不要で、 通常の静電転写手段を転用できる簡易な装置構成とす ることができる。

( 1 5 ) また、 第 1 5の発明は、 上記第 1 1の発明に係るシート積層造形装置で あって、 前記載置台上のシート積層体を保温する保温手段と、 前記載置台には、 積層体を加熱する加熱手段を備えたことを特徴とするシート積層造形装置である この装置によれば、 積層されつつある積層体中に介装された接着剤の溶融状態 を維持し、 各層間の接着剤の硬化に伴うシートの反りの発生を防止できる。 また 、 積層が完了した積層体に介装された接着剤を溶融させて、 積層時に発生した反 りを排除することができる。 したがって、 精度の向上された 3次元物体を造形で きる。

図面の簡単な説明

図 1は、 本発明の第 1の実施例の積層造形装置の概略構成を示す図である。 図 2は、 第 1の実施例の工程を示す図である。

図 3は、 第 1の実施例において造形しょうとする 3次元物体の原型を示す図で める。

図 4 ( A ) は、 シート 2 Yにおける有効領域の不要領域とを示す平面図であり 、 図 4 ( B ) は、 シート 2 Yとシート 2 Xにおける有効領域の重複とシート 2 Y における有効接着領域と補助接着領域との関係を示すシ一ト断面図であり、 図 4 (C) は、 シートにおける有効接着領域と補助接着領域を示し平面図である。 図 5 (A) は、 ドラムによりシート 2 Yに、 接着剤が転写される状態を示した 図であり、 図 5 (B) は、 シート 2 Y力 積層体 T上に載置される状態を示した 図であり、 図 5 (C) は、 カツ夕でシート 2 Yを有効領域と不要領域とに切断す る状態を示した図であり、 図 5 (D) は、 積層体 T中に模型 Mが造形された状態 を示す図であり、 図 5 (E) は、 積層体 Tから不要領域が除去される状態を示し た図であり、 図 5 (F) は、 造形された模型 Mを示す図である。

図 6 (A) 〜図 6 (E) は、 シート積層工程の一部をシートの断面で示したェ 程図であり、 図 6 (A) は、 シート 2 Y上に接着剤が転写された状態を示す断面 図であり、 図 6 (B) は、 接着剤が転写されたシート 2 Yがシート 2 X上に載置 される状態を示した断面図であり、 図 6 (C) は、 シート 2 Yがシート 2 X上に 載置された状態を示した断面図であり、 図 6 (D) は、 シート 2Yがシート 2X に圧着された状態を示した断面図であり、 図 6 (E) は、 カツ夕によりシート 2 Yが切断される状態を示した断面図である。

図 7は、 カツ夕によるシートの切断を示す図である。

図 8は、 熱圧着による切断部の盛り上がり部の変化を示す断面図である。

図 9 (A) 〜図 9 (E) は、 シート積層工程の一部をシートの断面で示したェ 程図 （A) 〜 （E) であり、 図 9 (A) は、 シート 1 02 Y上に接着剤が転写さ れた状態を示す断面図であり、 図 9 (B) は、 接着剤が転写されたシート 1 0 2 Yがシート 1 02 X上に載置される状態を示した断面図であり、 図 9 (C) は、 シ一ト 1 02 Yがシート 1 02 X上に載置された状態を示した断面図であり、 図 9 (D) は、 シート 1 02 Yがシート 1 0 2 Xに圧着され、 接合層が形成された 状態を示した断面図であり、 図 9 (E) は、 カツ夕によりシート 1 0 2 Yが切断 される状態を示した断面図である。

図 1 0は、 圧着時に上下シートで接合層を形成する状態を示す断面図である。 図 1 1 (A) は、 分散して転写された接着剤が圧着により一体の接合層を形成 する状態を示した断面図であり、 図 1 1 (B) は、 不均一に転写された接着剤が 圧着により、 ほぼ厚みの平均的な接合層が形成する状態を示した断面図である。 図 1 2は、 第 3の実施例の工程を示す図である。

図 1 3は、 第 4の実施例の工程を示す図である。

図 1 4は、 第 4の実施例における積層造形装置を示す図である。

図 1 5は、 第 5の実施例の工程を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

以下に、 本発明を具現化した実施例について図 1ないし図 1 5に従って説明す る 0

以下の各実施例において、 シートとは、 接着積層により 3次元物体を造形しう るシート体であればよい。 かかるシートとしては、 例えば、 紙、 布、 プラスチッ クフィルム等が含まれる。

また、 接着剤は、 前記シートの種類や接着剤の供給方法、 さらに造形しようと する 3次元物体に要求される強度等により適宜選択することができる。

静電転写とは、 静電記録法、 電子写真法、 レーザ記録法等により ドラム上に形 成された静電潜像に粒子を付着させた後、 この粒子像を静電的にシート上に移動 させることをいう。

(第 1実施例）

第 1の実施例を図 1ないし図 8に従って説明する。

本実施例においては、 シート 2として 0 . 1 m m厚で 2 9 7 m m x 4 2 0 m m の大きさの普通紙 （上質紙） を用いる。 なお、 単票のシートでなく連続状態のシ 一トを切断しつつ用いてもよい。

接着剤 4として、 電子トナーから顔料を除いたものであってポリエチレン系の 熱可塑性樹脂を主成分とするものを用いた。 なお、 電子トナーは通常主としてバ インダとしての熱可塑性樹脂及び顔料とからなるものであり、 顔料を含んだ電子 トナーそのものを本発明の接着剤として使用することもできる。

また、 加熱を必要としない加圧のみでシート 2に定着される接着剤 （トナー、 例えば、 特開昭 5 9 - 1 8 9 3 5 4号公報掲載の静電気潜像現像用のカプセルト ナー） 等を使用することができる。 なお、 加圧定着可能な接着剤を用いる場合は 、 後述するヒータプレート 3 2でなく単なるプレートで加圧するのみで溶融が可 能である。 したがって、 装置コストが低減できるとともに、 より高い安全性の確 保により無人造形ができ、 プレートの加熱時間が不要となる等のメリッ トがある o

図 1には、 本実施例におけるシート積層造形装置が示されている。 この積層造 形装置は、 データ処理部 8と制御部 9とシート積層造形部 （以下、 単に造形部と いう。 ） 1 0を主体として構成されている。

データ処理部 8は、 3次元物体の形状を表す情報に基づいて、 3次元物体の断 面形状を表す 2次元情報データを作成し、 このデータを造形部 1 0に供給するも のである。

データ処理部 8に供給される 3次元物体の形状を表す情報は、 本実施例におい ては、 3次元 C A Dシステムにより供給されるものであり、 かかる 3次元形状情 報に基づいて断面の 2次元形状情報を得るのは、 C A Dシステムの分野において 周知である。

データ処理部 8は、 3次元 C A Dシステムから供給され変換された 2次元形状 情報をラスタデータに変換してレーザプリント部 1 8やカッティングプロッタ部 3 4に供給する。 ラスタデータは、 3次元物体の断面形状を表すデータであり、 断面形状の輪郭の一方側が 3次元物体を構成する有効領域、 他方側が不要領域で ある。 なお、 断面べク トルデータ及びラスタデ一夕は各シート 2毎に作成される o

制御部 9は、 レーザプリン夕部 1 8とカッティングプロッタ部 3 4とのシ一ケ ンス制御やテーブル 1 4の高さ位置制御等を行う。

造形部 1 0は、 テーブル部 1 2、 給紙トレイ部 1 6、 レーザプリンタ部 1 8、 搬送部 2 2、 ヒータプレート部 3 0、 カッティ ングプロッタ部 3 4とから形成さ れている。

テーブル部 1 2は、 造形中の積層体を載置するためのテーブル 1 4とテーブル 1 4を垂直方向に移動させることのできる図示しないモ一夕とを有している。 さ らに、 テーブル部 1 2は、 テーブル 1 4の絶対位置 （高さ） を検出するための検 出装置 （図示せず） を備えており、 制御部 9により高さ位置が制御されている。 テーブル 1 4は、 モータの作動により、 一枚のシート 2を積層する都度、 後述 するヒータプレート部 3 0を指向して垂直に上動され、 さらに、 積層されたシー ト 2の高さが所定の高さに位置になるように下動される。 この下動位置は、 シー ト 2の積層の都度、 シート 2の厚み分 （正確には、 シート 2の厚みと接着剤 4の 厚み分） だけ下方位置となっていく。

給紙トレイ部 1 6は、 シート 2を積層して載置するトレイ 1 7とこのトレイ 1 7を上下動可能にするための図示しないモータとを有している。 この給紙トレイ 部 1 6は、 予め所定の長さに切断されたシート 2を保持し、 一枚づっレーザプリ ン夕部 1 8に供給するものである。

レーザプリンタ部 1 8は、 シ一ト 2上に接着剤 4を静電転写するものであり、 一般のレーザプリン夕ゃ複写機に用いられるものと同じものである。

レーザプリン夕部 1 8においては、 データ処理部 8から与えられるデ一夕に応 じてレーザビームによる露光でドラム上に静電潜像を形成し、 接着剤 4の画像を 形成して、 さらにこの接着剤画像をシート 2上に静電的に転写するものである。

レーザプリンタ部 1 8には、 シート 2上に転写された接着剤 4を定着させるた めの定着部 2 0を有しており、 この定着部 2 0を通過して搬送部 2 2により搬送 される。

搬送部 2 2は、 図 1に示すように、 チェイン 2 4、 スプロケッ ト 2 6、 シート 保持機構 2 7及びスプロケッ ト 2 6を駆動する図示しないモータとから形成され ている。 チヱイン 2 4とスプロケッ ト 2 6及び保持機構 2 7は、 搬送するシート 2の幅方向 （搬送方向と垂直方向） の両側に設けられている。

保持機構 2 7は、 両側のチェイン 2 4上に対向してシート 2を保持できるよう に設けられている。

搬送部 2 2は、 レーザプリンタ部 1 8からテーブル部までシート 2を吸湿等さ せることなく、 移動させることができるようにエアコンディデョナ一やファン等 によりその周辺の湿度環境等が調整されている。

また、 搬送部 2 2の先端側において、 シ一ト 2を反転して仮置きする中間トレ ィ部 2 8を有している。 中間トレィ部 2 8は、 トレイ 2 9 aとジョガー 2 9 bと を有し、 トレイ 2 9 a上に仮置きしたシート 2をジョガー 2 9により左右前後よ り押して位置決めした後テーブル部 1 2に供給する。 さらに、 中間トレィ部 2 8 は制御部 9によるレーザプリン夕部 1 8とカッティングプロッタ部 3 4 との作動 調整を図るためのトレイでもある。

ヒータープレート部 3 0は、 テーブル部 1 2の真上の所定の高さに固定して配 置され、 下面側に積層体 Tの表面全体を押圧するのに十分な大きさのプレート 3 2とこのプレート 3 2を所定温度に加熱可能な図示しないヒータュニッ トとから 形成されている。

下方から積層体 Tを載置したテーブル 1 4が上昇されてブレート 3 2の押圧面 に押しつけられることにより、 積層体 Tの表面にある上層のシ一ト 2 Yとその真 下にある下層のシート 2 Xとが互いに接着されるようになっている。

プレート 3 2の加熱温度は、 使用するシ一ト 2や接着剤 4の種類、 加圧の程度 等により適宜設定する。

プレート 3 2の押圧面は、 テーブル 1 4の下動による積層体 Tの下動の際に、 押圧した上層のシート 2 Yが付着せず、 剝離しゃすいようにフッ素樹脂ゃシリコ ン等による剝離処理が施されている。

カッティ ングプロッタ部 3 4は、 カツ夕 3 5と、 カツ夕 3 5が固定されデータ 処理部 8により供給されるデータに基づいて水平に移動する X— Yプロッ夕 3 6 とから形成されている。

力ッティ ングプロッタ部 3 4は、 ヒータプレート部 3 0の下方でテーブル部 1 2の上方の所定の高さで、 かつテーブル 1 4の上下動やテーブル 1 4上への給紙 に差し支えのない箇所に配設されている。

そして、 作用部であるカツ夕 3 5は、 X— Yプロッタ 3 6により常に一定の高 さ位置で、 テーブル 1 4上に積層されたシート 2のうち最表面にあるシ一ト 2の みを 2次元的に切断するものである。

すなわち、 カツ夕 3 5の作用高さは常に一定で、 上下動されることはなく、 テ —ブル 1 4の高さを制御することにより、 カツ夕 3 5が作用できるようになって いる。

なお、 切断手段としては、 カツタ 3 5の他、 レーザカツ夕や超音波カツ夕等を 用いることができる。 特に、 カツ夕 3 5を用いた利点としては、 初期コストが低 減でき、 除塵設備を整える必要や、 火災の発生の危険がないこと、 さらには切断 深さの制御が容易であることが挙げられる。

このように形成された、 造形部 1 0はキャビネッ ト内に収められており、 シー ト 2周辺の湿度や熱環境が管理されている。 なお、 本実施例においては、 造形部 1 0において発生する熱や湿度を精度よく管理するためにキャビネッ ト内に図示 しないエアコンディショナーも備えている。

以下、 このように形成した造形装置を用いて 3次元物体を造形する工程につい て図 2に従って説明する。

図 2は、 本装置によってシート 2を積層して 3次元物体 Mを造形する手順を示 す工程図である。

まず、 3次元形状の定義工程においては、 最初に 3次元 C A Dシステムを用い て造形しょうとする自動車 Cの 3次元形状を設計する。 この結果、 3次元 C A D システムによって、 図 3に示す自動車 Cを模型 Mとするための 3次元形状情報が 定 される。

この模型 Mは、 シート 2を積層してなる積層体 T中に形成されるものである。 次に、 各断面における有効接着領域 Eと補助接着領域 Hを定義する工程につい て説明する。

まず、 模型 Mを積層するシ一ト 2の厚みで水平にスライスした各断面の 2次元 情報を得る。 ここでは、 これらの各断面のうち、 所定高さ位置に積層されるシ一 ト 2 Yにおける有効接着領域 Eと補助接着領域 Hについて説明する。

図 4 ( A ) に示すように、 シート 2 Yにおいて得られた 2次元情報の輪郭の内 部は、 模型 Mを構成する有効領域 V 2である。 また、 シート 2 Yにおけるこの有 効領域 V 2の外側の領域が模型 Mを構成しない不要領域 U 2である。

このシート 2 Yにおける有効接着領域 Eと補助接着領域 Hは、 このシ一ト 2 Y の有効領域 V 2とこのシート 2 Yの直下に積層されるシート 2 Xの有効領域 V 1 とから決定される。

有効接着領域 Eを決定するには、 まず、 シート 2 Yと同様にしてシート 2 Xに ついても有効領域 V 1の情報を得る。 そして、 図 4 ( B ) に示すように、 シート 2 Yとシート 2 Xの有効領域 V 2， V 1のいずれにも含まれる領域を重複領域 D とする。 シート 2 Yとシート 2 Xとが実際に接着されるのは、 この重複領域 Dで あ 。

そして、 図 4 ( B ) 及び図 4 ( C ) に示すように、 さらにこの重複領域 Dの外 側に、 所定の幅の予備領域 Aを設けて、 重複領域 Dよりも外側に膨出させ有効接 着領域 Eが決定される。 この予備領域 Aの幅は、 シート 2への接着剤 4の転写誤 差、 シート 2の熱収縮及びシ一ト 2をテーブル 1 4に搬送して位置決めする場合 の誤差を考慮して設定されるものであり、 本実施例では、 0 . 5 m mに設定して いる。

このように有効接着領域 Eを設けたことにより、 シート 2 Yとシート 2 Xとは 、 実際に接着が必要な領域よりもやや広い面積が接着されることになる。

また、 この有効接着領域 Eの C A Dシステム上での模様付けの程度 （濃淡、 密 度、 模様の分布等） により、 接着剤 4の付着量や付着部位が調整され、 熱圧着に より接着剤 4が重複領域 Dを相互に十分に密着できるように設定される。 なお、 重複領域 Dの平坦性の保持のためには、 連続状の模様で重複領域 D内を均一に模 様付けするのが好ましい。

したがって、 必ずしもベタ塗り'するのに限定するものでなく、 造形しようとす る模型 Mに要求される強度、 接着剤 4の種類及びコスト、 さらには、 シート 2の 材質等を考慮して適宜設定することができる。 例えば、 細かいメッシュ状に模様 を付することもできる。

なお、 上層のシート 2 Yの加圧時に、 接着剤 4は押圧されたまま加熱による流 動化するため、 分断的に接着剤 4を付与した場合でも接着面積を確保することは 可能である。

本実施例では、 有効接着領域 Eは、 C A Dシステム上で全範囲を濃く塗りつぶ すものとする。

このようにして有効接着領域 Eが定まると、 補助接着領域 Hが定まる。 すなわ ち、 シート 2 Yにおける有効接着領域 Eの外側の領域が補助接着領域 Hとなるの である。 ' 補助接着領域 Hは、 直接模型 IV [を形成するのに必要な領域ではないが、 積層体 T中に形成される模型 Mを包囲し、 支持する外郭部分を形成するための接着領域 である。

したがって、 この領域に接着剤 4を付与して、 シート 2を接着することにより 、 積層体 Tの重複領域 Dにおいて発生する反りを排除することができる。 すなわ ち、 重複領域 Dの外側にも接着剤 4を介在させて、 固化させることにより、 シ一 ト 2において梁のような作用を奏し、 接着剤 4の塗布から、 圧着までの間、 周辺 環境の影響を受けてシート 2 Yの吸湿による反りの発生を防止することができる 。 このため、 補助接着領域 Hにおける接着剤 4は、 シート 2自体の平坦な状態を 確保するとともに、 積層体 Tにおいてもシート 2の平坦な積層状態を確保するこ とができる。 この結果、 重複領域 Dにおける反りをも防止することができるので あ 。

また、 この補助接着領域 Hは、 不要領域 U l， U 2を一時的に接着して積層し シート 2 Yの熱圧着時及び切断時のサポート部を形成するためのものである。 したがって、 補助接着領域 Hの C A Dシステム上の模様は、 全方位にわたって シート 2 Yの積層の平坦性を確保できるように設定する。 一方、 補助接着領域 H の模様は、 十分に切断時及び圧着時のサポート部を形成できる程度に接着され、 また、 造形後には容易に剝離できるように設定するものでもある。

反りを防止するために効果的な模様としては、 メッシュ状、 く もの巣状等、 模 様の方向性の少ない、 補助接着領域 Hの全体に連続状の模様が好ましい。 接着剤 4のコスト等を考慮すれば、 細い線で描く こともできる。

また、 熱加圧による接着剤 4の流動性により接着剤 4が流動して連続してシ ト 2 Y、 2 X間に介在されるものであれば、 散点状や点線状に接着剤 4を塗布し てもよい。

本実施例では、 補助接着領域 Ηを細い線で大きなメッシュ状に模様付けしてい る。

次に、 シート 2の積層工程について図 5 ( Α ) 〜図 5 ( F ) ないし図 8に従つ て説明する。

なお、 本実施例においては、 前記工程で取り上げたシート 2 Υの積層工程につ いて説明するものとする。

まず、 前記工程で定義したシート 2 Yにおける有効接着領域 E及び補助接着領 域 Hの形成領域の情報を、. 3次元 C A Dシステムからレーザプリンタ部 1 8に供 給し、 露光部のレーザビームが帯電した感光体ドラム上を走査 ·露光してドラム 上に静電潜像を形成する。

さらに、 P P C方式の電子写真法の通常のプロセスに準じて、 この静電潜像に 、 電子トナーのかわりに接着剤 4を付着させることにより、 静電潜像を接着剤画 像に変換する。 このドラム上の接着剤画像を、 給紙トレイ部 1 6により供給され た上層のシート 2 Y上に転写し、 加熱等により融解 ·定着して接着剤層 6、 8を 形成する。 すなわち、 図 5 ( A ) 及び図 6 ( A ) に示すように、 有効接着領域 E に対応して有効接着剤層 6が、 補助接着領域 Hに対応して補助接着剤層 8を形成 する。

なお、 本実施例においては、 この接着剤層 6、 8の接着剤 4の一部は、 ローラ による定着により、 シート 2 Yの内部に含浸されている。 したがって、 加圧工程 まで長時間の間隔が置かれ、 しかも、 シート 2 Yが吸湿するような状況下にあつ ても、 含浸された接着剤 4がシート 2 Yに発生する歪み （反り） を抑制する芯材 のような作用を効果的に奏することができる。 但し、 必ずしも、 含浸は必要では なく、 単に静電転写するだけでもよい。 次に、 この上層のシート 2 Yを、 シート保持機構により保持し、 中間トレィ 2 8を経て、 反転 ·位置調整して、 テーブル部 1 2に供給する （図 5 ( B ) 及び図 6 ( B ) 参照） 。

本実施例では、 シート 2 Yは、 レーザプリ タ部 1 8からテーブル部 1 2へ、 数秒〜 1 0数秒で搬送されるため、 また、 搬送部 2 2周辺の湿度や温度環境が調 整されているため、 搬送途中の吸湿等により、 シート 2 Yに歪みが発生しない。 したがって、 転写から積層まで長時間置く場合には、 シート 2 Yは、 低い湿度環 境に置き、 転写後からテーブル上で加圧されるまでの間、 シート 2 Yが吸湿しな いようにするのが好ましい。

そして、 シート 2 Yは、 図 6 ( C ) に示すように、 テーブル 1 4上に既に載置 された有効領域 V 1 と不要領域 U 1 とに切断され積層された下層のシート 2 X上 に重ねられる。

この際、 搬送途中において反転された上層のシート 2 Yは、 接着剤層 6、 8が 下層のシート 2 X表面に接するように載置される。

なお、 下層のシート 2 Xは、 すでに本実施例の工程により、 幾数枚かのシート 2の積層体 Tの上面に載置されているものとする。

また、 シート 2 Yの積層時にあっては、 シート 2 Yの搬送、 テーブル 1 4上で のセッ トにおいて機械的誤差が生じても、 有 ¾接着剤層 6は、 かかる誤差を相殺 できる大きさに形成されているため、 重複部分 Dの全体が有効接着剤層 6で確実 に覆われる。 そして、 テーブル 1 4を上動し、 上方に配設され所定の温度に加熱されたプレ ―ト 3 2の下面に向かって積層体 T (下層のシ一ト 2 Xと上層のシート 2 Y ) を 所定圧で押圧する。 これにより、 下層のシート 2 Xと上層のシート 2 Yとの間に 介装された接着剤 4が溶融され、 両シ一ト 2 X , 2 Yが接着剤層 4 0を介して密 着する （図 6 ( D ) 参照） 。

テーブル 1 4の上動量 （上動位置） は、 積層接着のために設定された所定圧が 常に得られるように制御部 9により制御されている。

この際、 プレート 3 2は、 シート 2 Yの全体を同時に押圧するため、 例えば、 ローラで加圧する場合のようにシ一ト 2 Yの位置ずれが起こらない。

さらに、 それまで積層されたシート 2は、 有効領域と不要領域も一体となって 積層体 Tを形成し、 最上層にあるシート 2 Yの全体を下からサポートするため、 加圧接着が必要な重複領域 Dの全範囲が均一に加圧される。

また、 シート 2 X , 2 Y間の接着剤層 6、 8の厚みの均一化とシート 2 Yの厚 みの均一化も図ることができる。

さらに、 この加圧により、 溶融された接着剤 4がシート 2 X， 2 Yの内部に含 浸される。 なお、 この時の接着剤 4は粘弾性のある状態にあり、 圧力が伴うこと によりシート 2 Y内部側に含浸される。

プレート 3 2による加圧は、 シ一ト 2 Yの反りの抑制作用も有する。 すなわち 、 積層工程においてシート 2 Yに反りが発生した場合にでも、 シート 2 Υを押圧 することにより、 この反りを補正する作用も有する。 さらに、 シート 2 Χ、 2 Υ 間に介在された接着剤層 6、 8をシート 2 Υを介して平坦に成形する作用も奏す る。 したがって、 シート 2 Χ、 2 Υを接着するとともに反り等の変形を抑制する 層を形成することにもなる。

また、 プレート 3 2による加圧は繰り返して行われ、 積層後徐々に生じるシー ト 2の反発を繰り返し抑制するため、 変形のない模型 Μを造形することができる ο

また、 繰り返される加圧は接着剤層 6、 8の硬化収縮をも押さえる。 そして接 着剤層 4 0自体もシート 2 Υの反りを押さえるように作用する。

この結果、 積層後にもシート 2 Υは平坦に積層された状態が確実に維持される ο

しかる後、 テーブル 1 4が下動される。

このようにして、 シート 2 Υは、 シート 2 Xの上面に接着剤層 6、 8を介して 密着され、 積層体 Τの一部を形成することになる。

この後、 接着剤 4が冷却硬化することにより、 第 1のシート 2 Xと第 2のシー ト 2 Υとが接着される。 但し、 積層工程においては、 接着剤 4が、 必ずしも、 加 圧後、 直ちに硬化され、 シート 2 Χ , 2 Υが完全に接着されるのではない。 シー ト 2 Υ上にさらにシート 2が積層され熱圧着されることにより、 間接的に熱が加 えられるので、 比較的徐々に接着剤 4は硬化していく。

なお、 両シート 2 Χ , 2 Υは、 このように接着されるが、 有効接着剤層 6を設 けた部分は強く接着され、 補助接着剤層 8を設けた部分ではより弱く接着される ο

また、 有効接着剤層 6は、 現実に接着を必要とする重複領域 Dよりも大きいた め、 前記した位置ずれや紙の熱収縮があっても、 重複領域 Dが確実に下層のシー ト 2 Υに接着される。

なお、 この熱圧着工程にあっては、 接着剤 4を溶融するものであり、 有害物質 の蒸発や悪臭が発生せず、 周囲の環境を悪化させることがない。 テーブル 1 4は、 検出装置及び制御部 9により上下動が制御され、 X— Yプロ ッ夕 3 6により 2次元的に移動されるカツ夕 3 5の作用部が積層接着した上層の シート 2 Yのみを切断できるような位置まで下動する。

すなわち、 テーブル 1 4の垂直方向の上下動のみで加圧位置 （上昇位置） 及び 切断位置 （下降位置） を制御すること、 すなわち、 垂直方向の可動部をテーブル 1 4のみとすることにより、 シート 2が順次積層されることによるシート一枚の 積層ごとの厚み （正確にはシート 2と接着剤層 6、 8の厚みの合計） の微細な高 さ調整を容易に達成し、 誤差を最小限に抑えている。

そして、 図 5 ( C ) 及び図 6 ( E ) に示すように、 データ処理部 8からのデー 夕に基づいて X— Yプロッタ 3 6により作動されるカツ夕 3 5が上層のシート 2 Yを有効領域 V 2と不要領域 U 2とに切断する。

有効領域 V 2の輪郭周辺は、 有効接着剤層 6と補助接着剤層 8とにより、 少な く とも密着されているため、 カツ夕 3 5の動きに対して上層のシート 2 Yが位置 ずれやめくれを起こすことがない。

さらに、 図 7に示すように、 所定の間隔で有効領域 V 2輪郭の外周からシート 2 Yの外周縁に向かって、 不要領域 U 2を複数個に分割するように切断される。 この分割線 5 0は、 造形終了後に、 積層された不要領域 Uの除去を容易するた めのものであり、 不要領域 Uを立体的に複数個に分断して排除できるようになつ ている。 特に、 凹凸部に分割線 5 0を配設すると後の不要領域 Uの除去が容易で あり、 凹凸の多い物体の場合には、 多くの分割線 5 0を配設することができる。 なお、 この分割線 5 0は、 3次元 C A Dシステムからの入力情報をデータ処理 部 8で変換し、 カッティ ングプロッタ部 3 4に供給したデータに基づいて施され る

特に、 本実施例では、 カツタを用いたが、 図 8に示すように、 カツ夕によりシ 一ト 2 Xを切断すると、 切断部 6 0の両側に盛り上がり部 6 0 aが形成されてし まうという欠点がある。 しかし、 この盛り上がり部 6 0 aは、 シート 2 Yを積層 する際に、 加圧されることにより、 完全に潰れ、 もしくは接着剤層の厚みに吸収 される。 したがって、 盛り上がり部 6 0 aによる積層誤差は積層体 Tにおいて排 除されることになる。 尚、 カツ夕の他に超音波カツ夕やレーザカツ夕等の切断手 段を用いることができる。 このようにして、 上層のシート 2 Υを下層のシート 2 Χに積層する全工程が実 施され、 この工程を繰り返して次々にシート 2を積層する。 シート 2 Υの次に積 層されるシート 2における断面形状は、 検出器で検出したシート 2 Υの積層高さ に基づいて、 積層の都度、 補正する。 すなわち、 検出した積層高さと予め予測し た積層高さとに差がある場合には、 検出した積層高さ位置に基づいて得られるス ライス位置 （高さ） で 3次元物体をスライスして断面形状を得る。

また、 テーブル 1 4は、 積層されたシート 2 Υと接着剤層 6、 8の高さ分だけ 下方に変位して次のシート 2の供給を待機する。 以上の工程を繰り返して、 図 1に示すようにテーブル 1 4上にシート 2が積層 され、 3次元物体 Μがテーブル 1 4上の積層体 Τ内に形成されていく。

そして、 図 5 ( D ) 及び図 5 ( Ε ) に示すように、 全部のシート 2が積層され た後、 テーブル 1 4から積層体 Τを取り出し、 分割線 5 0に沿って不要領域 Uの 積層部分を排除していく。

平面的な箇所では、 塊状に不要領域 Uを除去することもでき、 また、 特に凹凸 が激しい箇所では、 一枚一枚シート 2を剝離することもできる。

図 5 ( F ) に示すように、 全ての不要領域 Uが排除されて現れた模型 Μは、 3 次元 C A Dシステムにより設計した自動車 Cの 3次元形状と相似形状を有するも のとなつている。

また、 模型 Mの外表面は、 各シート 2間の重複領域 Dが有効接着剤層 6の接着 剤 4により確実に接着されているため、 剝離しにくいものとなっている。

さらに、 模型 Mは、 光硬化樹脂を用いた場合と異なり、 積層後一定時間加熱処 理しなくても十分な接着強度を得ることができるため、 造形直後に模型 Mとして 入手可能である。

なお、 本実施例にあっては、 接着手段としてヒータプレート部 3 0を用いる構 成としたが、 加圧により接着性を発揮する接着剤を用い、 加圧するだけの接着手 段を用いる構成とすることもできる。

また、 本実施例にあっては、 接着剤 4をシート 2間に介在させる構成としたが 、 加圧力により接着剤 4を上下シート 2に含浸させて、 上下シート 2間に接着剤 層 6、 8を介在させることなく、 接着剤 4が含浸した上下シート 2を直接密着さ せた接合層を形成することもできる。 この場合、 接着剤 4が介在されないため、 接着剤 4を使用量を低減させることができ、 また強固に接着された 3次元物体 M を造形することができる。 また、 本実施例では、 シート 2として普通紙を用いたが、 これに限定するもの ではない。 しかし、 普通紙はランニングコスト低減に効果的であり、 またパルプ からなるため、 接着剤 4が容易に含浸され、 しかも熱加圧に十分な耐熱性を有す るという利点を備えている。

なお、 本実施例にあっては、 自動車の模型を造形する場合について説明したが 、 本発明はこれに限 するものではなく、 あらゆる物体の模型、 あるいはひな形 、 さらには製品そのものを造形することができる。

また、 本実施例は、 熱加圧することによりシートを接着する場合について説明 したが、 本発明は加圧のみで接着性を発揮する接着剤を用いる場合にも同様に適 用することができる。

(第 2実施例）

第 2の実施例を、 図 9 ( A ) 〜図 9 ( E ) ないし図 1 1 ( A ) 及び図 1 1 ( B ) に従って説明する。

本実施例のシート積層造形法は、 第 1の実施例と同様、 3次元形状定義工程、 各断面における有効接着領域と補助接着領域の定義工程、 シート積層工程及び不 要領域除去工程を実施するものである。

図 9 ( A ) 〜図 9 ( E ) は本実施例をシートの断面で示した工程図である。 本実施例における装置は、 実施例 1 と同様のものを用いる。 また、 シート 1 0 2、 接着剤 1 0 4は、 実施例 1 と同様のものを用いる。

. 本実施例の 3次元形状定義工程は、 実施例 1 と同様に行われる。 以下、 特に所定の高さ位置に積層されるシート 1 0 2 Xとシート 1 0 2 Yにつ いて説明する。

各断面の接着領域の定義工程は、 ほぼ実施例 1 と同様に行われるが、 以下の点 においてのみ異なっている。

すなわち、 有効接着領域 Eの範囲内の C A Dシステム上の模様が、 接着剤 1 0 4がシート 1 0 2 X及びシート 1 0 2 Yの双方に含浸するように設定される点に おいて異なる。 次に、 シート 1 0 2 Yの積層工程について説明する。

C A D上における有効接着領域 Eと補助接着領域 Hとがシート 1 0 2 Yにおい て有効接着剤層 1 0 6及び補助接着剤層 （図示せず） として形成される工程は、 実施例 1 と同様である。

なお、 すでにシート 1 0 2 Xを最表面に載置積層した、 積層体 Tがテーブル上 に形成されているものとする。

そして、 図 9 ( A ) 、 ( B ) 及び （C ) に示すように、 第 1の実施例と同様に 、 この上層のシート 1 0 2 Yは、 ゴムロール等からなる搬送部により、 速やかに テーブル部 1 2に送られ、 有効領域 V 1 と不要領域 U 2とに切断され積層された 下層のシート 1 0 2 X上に重ねられる。 搬送途中において反転された上層のシー ト 1 0 2 Yは、 接着剤層 1 0 6等が下層のシート 1 0 2 X表面に接するように載 置される。 なお、 本実施例においては、 かかる転写部からテーブル部 1 2に到達 するまでの搬送工程は、 極めて短時間で行われ、 シート 1 0 2 Yの吸湿による歪 みがほとんど問題とならない。

そして、 テーブル 1 4が上動され、 上方に配設され所定の温度に加熱されたヒ 一夕プレート 3 2の下面に向かって積層体 Tを所定圧で押圧する。 本実施例では 、 プレート 3 2は、 1 8 0〜2 0 0てに加熱され、 シート 1 0 2あたり約 1 トン の加圧を加える。

これにより、 下層のシート 1 0 2 Xと上層のシート 1 0 2 Yとの間に介装され た接着剤 1 0 4が溶融され、 大きな圧力により下層のシート 1 0 2 Xと上層のシ ート 1 0 2 Yの双方に十分に含浸し、 下層のシー卜 1 0 2 Xと上層のシート 1 0 2 Yとは、 互いに密着される。

すなわち、 図 9 ( D ) 及び図 1 0に示すように、 接着剤 1 0 4が含浸した下層 のシート 1 0 2 Χの上層部分 （上から約 4分の 1の厚み部分） と上層のシート 1 0 2 Υの下層部分 （下から約 4分の 1の厚み部分） とは、 含浸された接着剤 1 0 4とともに連続する一体の接合層 1 0 9を形成する。 したがって、 シート 1 0 2 Xとシート 1 0 2 Υとの密着する面にあっては、 相互に絡んだ双方のシート 1 0 2 X、^s 1 0 2 Yの繊維に接着剤 1 0 4が含浸されている。

また、 プレート 3 2によりシート 1 0 2 Yの全体が同時に平坦に押圧されるた め、 かかる接合層 1 0 9の全体が平坦に成形される。

このように、 加圧下において、 シート 1 0 2 Yの歪みが発生しにく く、 反り等 をできるだけ排除しうる状態において、 接着剤 1 0 4を流動させ、 大きな圧力で シート 1 0 2 X、 1 0 2 Yに含浸させ、 平坦な接合層 1 0 9をシート 1 0 2 X、 1 0 2 Yの一部に形成することにより、 シート 1 0 2 Yを平坦に積層することが できる。 また、 接合層 1 0 9の接着剤 1 0 4が硬化することにより、 積層後にシ ート 1 0 2 Yが吸湿してもシート 1 0 2 Yの反りを抑制するように作用し、 その シート 1 0 2 Yの平坦性を維持することができる。 したがって、 シート 1 0 2 Y の積層表面の高さを均一化することができ、 C A D上の物体のスライス断面に忠 実に沿ってシート 2 Yを積層する： ΐとができる。

また、 有効接着剤層 1 0 6や補助接着剤層が、 シート 1 0 2 X , 1 0 2 Y間に 厚みを持って介在されないため、 接着剤 1 0 4の塗布量や塗布位置の不均一性に よる接着剤層 1 0 6等の厚みを排除して、 容易に積層高さ制御を行うことができ る o

さらに、 加圧と接着剤 4の含浸により直接シート 2 X、 2 Yを密着させるため 、 接着剤 4を介在させる場合よりも使用する接着剤 4の查は少なくてすむ。

なお、 この後、 シート 1 0 2 Yは、 その上方にシート 1 0 2の積層が重ねられ ることによりさらに繰り返して加圧を受けることになる。 したがって、 接着後の 時間経過とともに、 シート 1 0 2 Yが徐々に吸湿した場合でも、 繰り返される加 圧がシート 1 0 2 Yの反りを抑え、 さらに、 接合層 1 0 6の硬化収縮をも押さえ る。 そしで接合層 1 0 6自体もシート 1 0 2 Yの反りを押さえるように作用する また、 補助接着剤層の形成領域では、 接着剤 1 0 4がシート 1 0 2 Yに一時的 に接着されていれば足りる。

なお、 接着剤 1 0 4が塗布されておらず、 含浸もされない部分でも、 加熱によ る蒸発するシート 1 0 2 (紙） のタール成分によってシート 1 0 2が接着されう る o

また、 この際、 図 1 1 ( A ) に示すように、 有効接着剤層 1 0 6において、 接 着剤 1 0 4が転写されていない部分 （メッシュの網目部分） にも接着剤 1 0 4が 含浸して行き渡る。 また、 図 1 1 ( B ) に示すように、 例えば、 過剰に転写され てしまった接着剤 1 0 4は、 周囲に分散されてシート 1 0 2 X， 1 0 2 Yに含浸 する。

一方、 シート 1 0 2 Yは、 その厚み方向に加圧され、 シート 1 0 2 Yの種類に 応じてその厚みが圧縮される （図 1 0参照） 。 この場合、 圧縮された状態は、 接 合層 1 0 9の存在により、 維持され、 積層後に浮き上がることもない。

しかる後、 テーブル 1 4が下動され、 テーブル 4上の積層体 Tの最上面となつ たシート 1 0 2 Yは、 第 1の実施例と同様に、 カツ夕プロッタ 3 5が 3次元 C A Dシステムからの情報に基づいて上層のシート 1 0 2 Yを有効領域 V 1 0 2と不 要領域 U 1 0 2とに切断する （図 9 ( E ) 参照） 。

この場合も第 1実施例と同様に、 不要領域 Uの積層部分が切断時のサボ一ト部 をなすとともに、 有効領域 Vの輪郭付近が有効接着剤層 1 0 6と補助接着剤層 1 0 8とから形成された接合層 1 0 9により、 接着保持されているため、 カツ夕 3 5の動きに対してシ一ト 1 0 2 Y位置ずれやめくれを起こすことがない。

次に、 第 1実施例と同様に、 分割線が入れられる。 以下、 第 1実施例と同様に、 次々に、 上層のシート 1 0 2を積層する全工程が 実施され、 この工程を繰り返して模型がテーブル 1 4上の積層体 T内に形成され ていき、 最終的に、 不要領域 Uの積層部分を排除する。

全ての不要領域 Uが排除されて現れた模型 Mは、 3次元 C A Dシステムにより 設計した 3次元形状と相似形状を有するものとなっている。 特に、 この模型 Mにおいては、 積層したシート 1 0 2間に接着剤層 1 0 6は介 在されないで、 密着されるシート 1 0 2の一部に接着剤 1 0 4が含浸してなる接 合層 1 0 9により相互に接着されているため、 接着強度が大きく、 強固な一体性 を有する模型となっている。 また、 各接合層 1 0 9が、 シート 2の反り等を抑え る梁のような作用を奏するため、 吸湿によるサイズの変化が少なく、 造形精度が 高いとともにその造形精度を維持できる模型 Mとなっている。

なお、 第 1実施例と共通する工程における第 1実施例の作用は、 本実施例にお いても奏するものである。

(第 3実施例）

次に、 第 3の実施例について、 図 1 2に従って説明する。

本実施例では、 3次元形状設計工程、 各断面における有効接着領域と補助接着 領域の定義工程、 シート積層工程、 一括加圧工程及び不要領域除去工程とからな る

本実施例では、 特に断らない限り、 第 1実施例と同様の積層装置、 シート、 接 着剤を用いる。

本実施例の 3次元形状設計工程、 各領域の定義工程、 シート積層工程は第 1実 施例と同様に行われる。

本実施例では、 シート積層工程後に一括加圧工程が付け加えられている。 一括加圧工程では、 完成した積層体 Tに積層工程において発生してしまった反 りを修正し、 また、 積層体 Tの上層側で生じつつある反りを抑制し、 反りのない 模型 Mを形成するために設けられている。

したがって、 このような反りを抑える程度の圧力で接着剤 4が完全に硬化する 温度に冷却されるまでテーブル 1 4を上動して、 プレート 3 2に押圧することに より積層体 Tを加圧する。

この結果、 積層体 Tの下層側の反りが修正され、 また、 この反りが修正される ことで、 下層側の反りが上層側で増幅されることがなく、 有効に積層体 Tの反り が低減される。

なお、 この場合、 積層体 Tを加熱終了後の状態から、 徐々に放冷されるような 状態に置く ことにより、 より有効に加圧による作用を奏することができる。

(第 4実施例）

第 4の実施例を図 1 3及び図 1 4に従って説明する。

本実施例のシート積層造形法は、 次に述べる各工程を実施するものである。 図 1 3は、 本実施例の工程図である。

本実施例の工程は、 3次元形状定義工程、 各断面における有効接着領域と補助 接着領域の定義工程、 シート積層工程、 接着剤一括硬化工程及び不要領域除去ェ 程とからなる。 本実施例において使用する積層装置は、 第 1実施例で説明したのとほぼ同様の 装置であるが、 以下の点において異なっている。

本実施例の装置は、 図 1 4に示すように、 シート 2 0 2を載置して上下動する テーブル 2 1 4にヒーター 2 1 5を内蔵して、 積層されつつあるテーブル 2 1 4 上の積層体 Tを加温することができるようになつている。 また、 上下動するこの テーブル 2 1 4及びプレート 2 3 2の全体を包囲するように断熱材の壁部 2 4 0 を設け、 全体として、 積層体 Tの保温が可能な積層室 2 5 0なるものが設けてあ る点が異なる。 テーブル 2 1 4のヒーター 2 1 5は、 壁部 2 4 0による断熱効果と相まって形 成されつつある積層体 Tの各シート 2 0 2間に介在される接着剤 2 0 4を溶融状 態に維持することができる程度に積層体 Tを加熱することができるようになって いるとともに、 また、 完成した積層体 T全体に介在される接着剤 2 0 4を溶融状 態にすることができるように積層体 Tを加熱することができるようになつている したがって、 積層体 Tの厚みや大きさや形状等、 さらにはシート 2 0 2の保温 性や接着剤 2 0 4の種類により、 ヒーター 2 1 5による加熱の程度は異なってく る

そして、 壁部 2 4 0は、 テーブル 2 1 4により供給される熱が、 効率よく積層 体に吸収されるように熱が逃げるのを防ぎ、 積層体 Tを均一な温度状態に維持す るために設けてある。

また、 プレート 2 3 2による熱も、 この壁部 2 4 0により、 効率的に積層体 T に維持されるようになっている。

したがって、 プレート 2 3 2による加熱の効率が向上され、 加熱コストの低減 が可能となっている。

なお、 本実施例で使用するシート 2 0 2、 接着剤 2 0 4等は、 特に、 断らない 限り、 第 1の実施例で用いたのと同様のものを用いる。

次に、 本実施例の各工程について順に説明する。

本実施例の 3次元形状定義工程、 各領域の定義工程は、 第 1実施例と同様であ る。

本実施例のシート積層工程は、 テーブル 2 1 4が加熱された状態で行われ、 ま た、 テーブル 2 1 4上の積層体 Tが、 断熱性の壁部 2 4 0に囲まれる点のみが、 第 1実施例のシート積層工程と異なっている。

そして、 テーブル 2 1 4の加熱は、 積層室 2 5 0内で形成されつつある積層体 T中の接着剤 2 0 4が溶融状態を維持できる程度となっている。

したがって、 本実施例では、 第 1実施例と異なり、 積層される間は、 接着剤 2 0 4がシート 2 0 2間に介在され、 また、 プレート 2 3 2による加熱、 加圧後も 、 溶融状態を維持して、 積層体 T中に存在される点において異なることになる。 このことは、 積層工程の間の接着剤 2 0 4の冷却硬化による収縮が生じないこ とを意味し、 この収縮による積層体 Tの反りを除去することができる。

また、 積層工程における積層体 Tの全体において温度が均一化され、 積層開始 直後に積層されたシート 2 0 2でも、 加熱されたプレート 2 3 2により積層され た直後のシ一ト 2 0 2とが、 ほぼ同じ温度状態に維持されることになる。

また、 同時に、 接着剤 2 0 4の溶融状態が第 1実施例よりも長時間継続される ため、 よりシート 2 0 2内部への含浸が促進されることにもなる。

なお、 この場合でも、 各シート 2 0 2は圧着、 接着剤 2 0 4の溶融により、 密 着状態が維持されるため、 積層位置のずれ等は生じない。 また、 カツ夕 2 3 5に よる切断時にも、 シート 2 0 2の位置ずれを生ずることもない。 また、 第 1実施例と同様に、 積層毎に加圧されることによるシ一ト 2 0 2の反 りの補正を行うことができる。 このようにして、 次々とシート 2 0 2が積層され、 最後のシ一ト 2 0 2が積層 されて、 積層体 Tは完成される。

最後のシート 2 0 2が積層された状態の積層体 Tにおいては、 全シート 2 0 2 間に介在された接着剤 2 0 4が溶融状態にあることになる。 次の、 接着剤一括硬化工程においては、 このような接着剤溶融状態にある積層 体 Tの全体を加圧しつつ、 積層室 2 5 0内において徐々に冷却して、 積層体 T中 の接着剤 2 0 4を一括して硬化させようとするものである。

この際、 積層室 2 5 0の下方に位置されたテーブル 2 1 4に載置された積層体 Tは、' テーブル 2 1 4の上動により、 上方にあるプレート 2 3 2に押圧され、 積 層体 Tを加圧した状態とする。

この加圧状態下、 プレート 2 3 2のヒータ一及びテーブル 2 1 4のヒーター 2 1 5による加熱を停止し、 積層室 2 5 0内で、 徐々に積層体 Tを放冷させる。 これにより、 積層体 T中に介在される接着剤 2 0 4は、 加圧されて硬化収縮が 抑制された状態で、 全体として同じような経過で硬化され、 シート 2 0 2を接着 する。

すなわち、 本実施例によれば、 積層工程と、 接着剤 2 0 4の硬化工程とを別個 にすることにより、 積層工程においては、 接着剤 2 0 4の溶融状態を維持するこ とにより、 各シ一ト間の接着剤 2 0 4の硬化収縮による反りの発生を排除し、 ま た、 硬化工程においては、 均一に温度が低減される状況を形成する一方で、 接着 剤 2 0 4の硬化まで加圧を継続することにより、 接着剤 2 0 4の硬化収縮を押さ えるものである。 この結果、 積層体 Tにおける反りを除去しえて精度よく 3次元物体 （模型 M) を造形することができる。 また、 溶融状態における加圧により接着剤 2 0 4の含浸が十分に行われれば、 接着強度も増大され、 より強度の大きい 3次元物体を造形することができる。 本実施例においては、 特にテーブル 2 1 4にヒータ一 2 1 5を配して、 積層ェ 程における接着剤 2 0 4の溶融伏態を維持したが、 シート 2 0 2の保温性、 接着 剤 2 0 4の温度特性等の性質、 積層体 Tの厚み等によっては、 ヒーター 2 1 5に より加熱することなく、 壁部 2 4 0とプレート 2 3 2によって接着剤 2 0 4の溶 融状態を維持するようにしてもよい。

なお、 第 1の実施例と共通する工程においては、 第 1実施例と同様の作用を奏 するものである。

(第 5実施例）

次に、 第 5の実施例について、 図 1 5に従って説明する。

本実施例では、 3次元形状定義工程、 各断面における有効接着領域と補助接着 領域の定義工程、 シート積層工程、 接着剤一括溶融 ·一括硬化工程及び不要領域 除去工程とからなる。

本実施例では、 特に断らない限り、 第 4実施例と同様の積層装置、 シート、 接 着剤を用いる。

本実施例の工程が、 図 1 5に示されている。

本実施例の 3次元形状定義工程、 各領域の定義工程は第 1実施例と同様に行わ れる。

シート積層工程は、 テーブル 2 1 4を加熱せずに行う点以外は、 第 4実施例と 同様に行われる。

したがって、 第 4実施例と異なり、 積層工程段階で全接着剤 2 0 4を溶融状態 に維持することはしない。 すなわち、 工程の最終段階で積層されたシート 2 0 2 間に介在された接着剤 2 0 4は、 未だ溶融状態にあり、 一方で、 積層体 Tの下方 の工程の開始直後に積層されたシート 2 0 2間に介在された接着剤 2 0 4は、 す でに硬化し、 上下のシ一ト 2 0 2をほぼ完全に接着している。

次の、 接着剤一括溶融 ·一括硬化工程においては、 断熱性の壁部 2 4 0で包囲 された積層室 2 5 0内において、 テーブル 2 1 4を加熱し、 プレートも加熱した 状態で、 積層体 Tを加圧する。 テーブル 2 1 4 とプレート 2 3 2の所定温度の加熱及び断熱性の壁部 2 4 0に より、 積層体 T全体が、 均一に加熱され、 積層体 T中の接着剤 2 0 4が再び溶融 状態となる。

この状態を一定時間維持して積層体 Tの全体を均一に加熱し、 接着剤 2 0 4を 均一な溶融状態とした後、 テーブル 1 1 4及びプレート 2 3 2の加熱を停止し、 積層室 2 5 0内で積層体 Tを徐々に放冷する状態とし、 この状態のまま、 加圧は 継! β¾ ^"る。

これにより、 積層体 Τ中の接着剤 2 0 4は、 ゆつく りと冷却され、 加圧により 成形された状態で、 硬化されていく。

完全に積層体 Τが冷却され、 接着剤 2 0 4が硬化した状態で、 加圧を止め積層 体 Τを取り出す。

この結果、 接着剤 2 0 4の硬化収縮による反りの発生が抑制された精度の高い 3次元物体 （模型 Μ) を得ることができる。

本実施例においては、 積層工程において、 接着剤 2 0 4の硬化が行われ、 シー ト 2 0 2は接着されるが、 積層工程終了後に、 全接着剤 2 0 4を一括して溶融し 、 硬化するため、 最終的には硬化接着工程と積層工程を別個に行うことになる。 したがって、 積層工程における接着剤 2 0 4ゃシート 2 0 2の反り、 硬化時にお ける同様の反りをも 除できる。

なお、 本実施例においては、 積層工程においてプレート 2 3 2は、 第 1実施例 と同様に加熱することとしたが、 シート 2 0 2を圧着できる大きなプレス圧が得 られる場合や、 加圧により溶融する接着剤を用いた場合には、 プレート 2 3 2を 加熱する必要もない。

したがって、 積層工程においては、 全く加圧のみを行い、 加熱を排除して、 硬 化工程において、 初めて加熱を行うこととすることもできる。 但し、 加圧により 溶融する樹脂においては、 どの段階においても加熱を必要とすることはないが、 接着剤 2 0 4の流動性を向上させ、 シート 2 0 2への含浸を効率的に行うには、 加熱は有効である。

第 4実施例及び第 5実施例においては、 いずれも接着剤 2 0 4を溶融状態に維 持した状態で加圧をすることにより一括硬化することとしたが、 これに限定する ものではない。

例えば、 積層体 Tの大きさゃシート 2 0 2の材質によっては、 接着剤 2 0 4を 溶融状態に維持して積層を終了し、 あるいは積層後に接着剤 2 0 4を再び均一な 溶融状態とし、 積層室 2 5 0内で徐々に冷却することのみで、 加圧することなく 、 徐々に放冷することにより、 硬化収縮による反りの発生を防止することができ る。 特に、 この場合においては、 各層間に介在される接着剤 2 0 4が同様な時間 的経過で硬化されるため、 下層から徐々に硬化されて、 下層からの反りが累積し て、 上層側での反りが増幅されるような現象は確実に排除することができる。

Claims

請 求 の 範 囲

( 1 ) シートを接着積層することによって 3次元物体を造形する方法において、

3次元物体を構成する有効領域と 3次元物体を構成しない不要領域とに切断さ れた下層のシートとその上方に供給する上層のシー卜の間には、 この上層のシー トにおいて 3次元物体を構成する有効領域と前記下層のシートの有効領域とのい ずれにも含まれる領域の輪郭よりも外側に膨出した領域に接着剤を供給して有効 接着剤層を形成し、 前記下層のシ一トと上層のシ一トとを接着して上層のシート を有効領域と不要領域とに切断することを特徴とするシート積層造形法。

( 2 ) 請求項 1記載のシート積層造形法であって、

前記有効接着剤層の外側には、 有効接着剤層よりも粗な密度で接着剤を供給し て補助接着剤層を形成することを特徴とするシート積層造形法。

( 3 ) 請求項 1記載のシート積層造形法であって、

前記接着剤は静電転写により供給することを特徴とするシート積層造形法。

( 4 ) 請求項 1に記載のシート積層造形法であって、

前記下層のシートと前記上層のシートは、 少なく とも加圧することにより接着 することを特徴とするシート積層造形法。

( 5 ) シートを積層接着することによって 3次元物体を造形する方法において、

S次元物体を構成する有効領域と 3次元物体を構成しない不要領域とに切断さ れた下層のシ一トとその上方に供給する上層のシ一卜の間に接着剤を供給し、 少 なく とも加圧することにより、 前記上層のシートと前記下層のシートに前記接着 剤を含浸させて接合層を形成し、 上層のシートを有効領域と不要領域とに切断す ることを特徴とするシート積層造形法。

( 6 ) 請求項 5に記載のシート積層造形法であって、 前記接着剤は静電転写によ り供給することを特徴とするシート積層造形法。

( 7 ) シ トを積層接着することによって 3次元物体を造形する方法において、 3次元物体を構成する有効領域と 3次元物体を構成しない不要領域とに切断さ れた下層のシートとその上方に供給する上層のシートとの間に接着剤を供給する 工程と、

少なく とも加圧により前記下層のシートと上層のシ一トとを密着させる工程と 前記上層のシートを有効領域と不要領域に切断する工程、

とを有し、 前記 3次元物体を包含するシートの積層体を形成し、

このシート積層体に介装された前記接着剤が硬化するまでシ一ト積層体を加圧 する工程、

とを有することを特徴とするシート積層造形法。

( 8 ) シートを積層接着することによって 3次元物体を造形する方法において、

3次元物体を構成する有効領域と 3次元物体を構成しない不要領域とに切断さ れた下層のシートとその上方に供給する上層のシートとの間に接着剤を供給する 工程と、

少なく とも加圧により前記下層のシ一トと上層のシートとを密着させる工程と 前記上層のシートを有効領域と不要領域とに切断する工程、

とを有して、 前記 3次元物体を包含するシート積層体を形成し、

このシート積層体中に介装された接着剤を溶融状態とする工程と、

溶融伏態にある接着剤を硬化する工程、

とを有することを特徵とするシート積層造形法。

( 9 ) 請求項 8に記載のシート積層造形法において、

溶融状態とした前記接着剤を硬化する際、 前記接着剤が硬化するまで、 前記シ 一ト積層体を加圧しつづけることを特徵とするシ一ト積層造形法。

( 1 0 ) シートを接着積層することによって 3次元物体を造形する方法において

3次元物体を構成する有効領域と 3次元物体を構成しない不要領域とに切断さ れた下層のシ一トとその上方に供給する上層のシートとの間に接着剤を供給する 工程と、

少なく とも加圧により前記下層のシートと上層のシ一トとを密着させる工程と 前記上層のシートを有効領域と不要領域とに切断する工程、

とを有して、 これらの工程において、 接着剤の溶融状態を維持して、 前記 3次元 物体を包含するシート積層体を形成し、

前記接着剤が硬化するまで、 前記シート積層体を加圧しつづけることを特徴と するシート積層造形法。

( 1 1 ) シートを積層して 3次元物体を造形する装置において、

有効領域と不要領域とに切断された下層のシートを載置して上下動する載置台 と、

この下層のシート上に積層する上層のシー卜の間に接着剤を介在させる介装手 段と、 所定位置に固定され、 上動する前記載置台上の前記上層シートと下層シー トとを接着する接着手段と、

前記載置台上で接着された上層のシ一トを有効領域と不要領域と (こ切断する切 断手段、

とを備えることを特徴とするシート積層造形装置。

( 1 2 ) 請求項 1 1に記載のシ一ト積層造形装置であって、

前記載置台は、 垂直方向に移動可能に形成され、 前記接着手段は、 前記載置台 の垂直上方に固定され、 前記切断手段は、 前記載置台と前記接着手段との間の所 定の高さに水平方向に移動可能に配設されていることを特徴とするシ一ト積層造 形装置。

( 1 3 ) 請求項 1 1に記載のシート積層造形装置であって、

前記接着剤として、 少なく とも加圧により接着力を発揮する接着剤を用い、 前 記接着手段は、 前記上層シートを一括して加圧する加圧面を有するものであるこ とを特徴とするシート積層造形装置。

( 1 4 ) 請求項 1 1に記載のシート積層造形装置であって、

前記介装手段は、 静電転写により前記接着剤を前記上層シート上に供給するも のであることを特徴とするシート積層造形装置。

( 1 5) 請求項 1 1に記載のシート積層造形装置であって、

前記載置台上のシート積層体を保温する保温手段と、 前記載置台には、 積層体 を加熱する加熱手段を備えたことを特徴とするシート積層造形装置。