WO2017010457A1 - 造形装置及び造形方法 - Google Patents
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Abstract
立体物の造形時において、インクの層をより適切に平坦化する。 積層造形法で立体物を造形する造形装置10であって、インクジェットヘッドと、造形台16と、主走査駆動部14と、副走査駆動部18と、積層方向駆動部20と、平坦化ローラ302とを備え、副走査駆動部18は、予め設定された向きである副走査移動向きへ予め設定された送り量だけ相対移動する副走査動作を、主走査動作の合間にインクジェットヘッドに行わせ、副走査動作時において、平坦化ローラ302は、インクジェットヘッドと共に副走査移動向きへ移動し、かつ、一端が副走査移動向きにおける前方側になり、他端が副走査移動向きにおける後方側になり、かつ、積層方向における高さについて、後方側にある他端の高さが前方側にある一端の高さよりも高くなるように、傾けて配設されている。
Description
本発明は、造形装置及び造形方法に関する。
従来、インクジェット方式で印刷を行うインクジェットプリンタが広く用いられている(例えば、非特許文献1参照。)。また、近年、立体物を造形する造形装置(3Dプリンタ)の構成として、インクジェットヘッドを用いて行う方法(インクジェット造形法)が検討されている。この場合、例えば、インクジェットヘッドにより形成するインクの層を複数層重ねることにより、積層造形法で立体物を造形する。
インターネットURL http://www.mimaki.co.jp
インクジェットヘッドを用いて造形を行う場合、微細なノズルからインク滴を吐出することにより、インクの層を形成する。しかし、この場合、インクジェットヘッドの原理上、吐出されるインク滴の容量にある程度のバラツキが生じることは避けがたい。また、インクが液体であるため、表面張力の影響を受ける。そして、積層造形法で立体物を造形する場合、複数のインクの層を重ねて形成するため、インク滴の容量にバラツキが生じると、積層後の状態において、バラツキの影響と、インクの表面張力の影響を排除しないことでの積層の高低差が顕著になる。
そのため、インクジェットヘッドを用いて立体物を造形する場合には、ローラ等を用いてインクの層を平坦化し、予め設定された一定の厚さでインクの層を形成することが好ましい。しかし、ローラ等を用いて平坦化を行う場合には、単にローラ等を用いるのみではなく、新たに生じる課題を考慮した構成で平坦化を行うことが望まれる。そこで、本発明は、上記の課題を解決できる造形装置及び造形方法を提供することを目的とする。
本願の発明者は、インクジェットヘッドを用いて積層造形法で造形を行い、かつ、ローラを用いて平坦化を行う構成に関し、鋭意研究を行った。このような構成においては、例えば、所定の主走査方向へ移動しつつインク滴を行う主走査動作と、主走査方向と直交する副走査方向へ移動する副走査動作とをインクジェットヘッドに行わせることにより、それぞれのインクの層を形成する。また、主走査動作時において、インクジェットヘッドと共にローラを移動させることにより、インクの層を平坦化する。このように構成すれば、それぞれのインクの層について、所定の厚さで平坦化しつつ高い精度で形成することができる。
しかし、実際の造形装置においては、機械的な精度等について、ある程度のバラツキが生じることは避けがたい。例えば、ローラについても、様々な要因により生じるバラツキ(全振れ)により、平坦化の精度にある程度のバラツキが生じることになる。また、その結果、造形の動作等に支障が生じる場合もある。
より具体的に、例えば、上記のような動作でインクの層を形成する場合、主走査動作時において、平坦化後にインクの層を硬化させることが考えられる。そのため、その主走査動作が完了した時点で、インクの層は、ローラとちょうど接触する厚さで硬化することになる。そして、この場合、ローラの精度が完全であれば、例えばその後に行う副走査動作等において、特に問題を生じることなく、インクジェットヘッドやローラを移動させることができる。
しかし、ローラの精度等に誤差がある場合、平坦化後のインクの層の上面とローラとの間に余裕がないと、副走査動作時や、その後に行う主走査時等において、ローラとインクの層の上面とが必要以上に接触し、動作に支障が生じるおそれもある。また、ローラとの接触により、インクの層の上面の状態に影響が生じるおそれもある。また、これらの結果、造形の精度が低下することも考えられる。
これに対し、本願の発明者は、更なる鋭意研究により、副走査動作時の移動(相対移動)の向きに合わせて、下記のようにローラを傾けて配設することを考えた。上記の課題を解決するために、本発明は、以下の構成を有する。
(構成1)積層造形法で立体物を造形する造形装置であって、インクジェット方式でインク滴を吐出するインクジェットヘッドと、造形中の立体物を支持する台状部材であり、インクジェットヘッドと対向する位置に配設される造形台と、インク滴を吐出しながら予め設定された主走査方向へ造形台に対して相対的に移動する主走査動作をインクジェットヘッドに行わせる主走査駆動部と、主走査方向と直交する副走査方向へ造形台に対して相対的にインクジェットヘッドを移動させる副走査駆動部と、造形台及びインクジェットヘッドのうちの少なくとも一方を移動させることにより、インクジェットヘッドと造形台との間の距離を変化させる積層方向駆動部と、主走査動作時にインクジェットヘッドと共に造形台に対して相対的に移動することにより、インクジェットヘッドにより形成されるインクの層を平坦化するローラとを備え、副走査駆動部は、副走査方向において予め設定された向きである副走査移動向きへ予め設定された送り量だけ造形台に対して相対的に移動する副走査動作を、主走査動作の合間にインクジェットヘッドに行わせ、副走査動作時において、ローラは、インクジェットヘッドと共に、造形台に対して相対的に、副走査移動向きへ移動し、ローラは、一端が副走査移動向きにおける前方側になり、他端が副走査移動向きにおける後方側になり、かつ、積層方向における高さについて、後方側にある他端の高さが前方側にある一端の高さよりも高くなるように、傾けて配設されている。
このように構成した場合、例えば、副走査移動向きにおける後方側が高くなるようにローラを傾けることにより、副走査移動向きへローラを移動させた場合に、インクの層の表面からローラが自然に離れる構成にすることができる。また、これにより、例えばローラの精度にある程度の誤差が存在していたとしても、インクの層の上面とローラとの無用な接触を適切に避けることができる。そのため、このように構成すれば、例えば、副走査動作時において、ローラをより容易かつ適切に移動させることができる。また、これにより、例えば、立体物の造形時において、インクの層をより適切に平坦化できる。
ここで、ローラの一端及び他端とは、例えば、ローラにおいて平坦化を行う部分の一端及び他端である。ローラにおいて平坦化を行う部分とは、例えば、副走査方向における位置がインクジェットヘッドのノズル列と重なる部分である。
(構成2)インクジェットヘッドは、副走査方向における幅がLnになる範囲に複数のノズルが並ぶノズル列を有し、一のインクの層を形成する動作において、造形装置は、副走査方向における幅Lnを予め設定された1以上の整数nで除した幅Ln/nになるバンド状の領域であるバンド領域を順次形成し、一のインクの層を形成する動作において、インクジェットヘッドは、主走査動作と副走査動作とを繰り返し行うことにより、副走査移動向きに沿って、それぞれのバンド領域に予め設定された厚さでインクの層を順次形成し、一のインクの層を形成する動作中にそれぞれのバンド領域を形成する最後の主走査動作時において、当該主走査動作により形成が完了するバンド領域である形成中バンドと、副走査移動向きにおいて形成中バンドよりも後方側にある形成完了済みのバンド領域である後方側バンドとについて、インクジェットヘッドは、ローラにより平坦化される前の状態での形成中バンドにおける副走査移動向きの後端におけるインクの高さが後方側バンドの前端よりも高くなるように、インクの層を形成し、かつ、ローラは、形成中バンドにおける副走査移動向きの後端におけるインクの高さが少なくとも後方側バンドの前端よりも低くならないように、インクの層を平坦化する。
この構成において、後方側バンドは、例えば、形成中バンドと隣接するバンド領域である。また、形成完了済みのバンド領域とは、1層分の厚さのインクの層が既に形成されているバンド領域のことである。
このように構成した場合、例えば、後端側バンドと形成中バンドとの境部について、後端側バンド側よりも高くなるように形成中バンドにインクの層を形成し、その後、後端側バンド側よりも低くならないように平坦化することになる。このように構成すれば、例えば、形成中バンドに形成したインクの層を適切に平坦化できる。
また、造形装置においては、例えば、副走査動作時の送り量の誤差等により、主走査動作時にローラが後方側バンド上にわずかにはみ出すことも考えられる。これに対し、このように構成した場合、ローラがはみ出したとしても、後方側バンドにおけるインクの層の表面とローラとは接触しない。そのため、このように構成すれば、この点でも、インクの層をより適切に平坦化できる。
また、この場合、例えば、副走査動作に支障が生じない範囲で、最初から、ローラが後方側バンド上に一部はみ出すような長さのローラを用いることも考えられる。このように構成すれば、例えば、ローラの設置精度や動作の精度等について、より余裕を持たせること等が可能になる。
また、この構成において、n=1である場合、造形装置は、例えば、各領域に対して1回の主走査動作を行う1パス方式により、一のインクの層を形成する。また、nが2以上である場合、造形装置は、例えば、各領域に対してn回の主走査動作を行うnパスのマルチパス方式により、一のインクの層を形成する。
(構成3)副走査移動向きにおいて形成中バンドよりも前方側にある未完成のバンド領域を前方側バンドとした場合、インクジェットヘッドは、ローラにより平坦化される前の状態での形成中バンドにおける副走査移動向きの前端におけるインクの高さが前方側バンドの後端の位置に既に形成されているインクの層よりも高くなるように、インクの層を形成し、かつ、ローラは、形成中バンドにおける副走査移動向きの前端におけるインクの高さが少なくとも前方側バンドの後端の位置に既に形成されているインクの層よりも低くならないように、インクの層を平坦化する。
このように構成した場合、例えば、前方側バンドと形成中バンドとの境部について、前方側バンドの後端の位置に既に形成されているインクの層よりも高くなるように形成中バンドにインクの層を形成し、その後、前方側バンドの後端の位置のインクの層よりも低くならないように平坦化することになる。そのため、このように構成すれば、例えば、副走査移動向きへローラを移動させた場合にインクの層の表面からローラが自然に離れる構成をより適切に実現できる。また、これにより、例えば、インクの層をより適切に平坦化できる。
また、この場合、例えば主走査動作時にローラが前方側バンド上にわずかにはみ出したとしても、前方側バンドに既に形成されているインクの層の表面とローラとは接触しない。そのため、このように構成すれば、この点でも、インクの層をより適切に平坦化できる。
尚、この構成において、前方側バンドは、例えば、形成中バンドと隣接するバンド領域である。また、この構成において、未完成のバンド領域とは、1層分の厚さのインクの層がまだ形成されていないバンド領域のことである。例えば、1パス方式により一のインクの層を形成する場合、未完成のバンド領域とは、当該一のインクの層を形成するための主走査動作がまだ行われていない領域のことであってよい。また、この場合、前方側バンドは、1層下のインクの層までが形成されているバンド領域であってよい。
また、マルチパス方式により一のインクの層を形成する場合、未完成のバンド領域とは、パス数分の主走査動作がまだ行われていない領域である。この場合、前方側バンドは、1層下のインクの層の上に最後の回の主走査動作以外の主走査動作が行われたバンド領域であってよい。
また、この場合、例えば、副走査動作に支障が生じない範囲で、最初から、ローラが前方側バンド上に一部はみ出すような長さのローラを用いることも考えられる。このように構成すれば、例えば、ローラの設置精度や動作の精度等について、より余裕を持たせること等が可能になる。
(構成4)インクジェットヘッドは、所定の条件に応じて硬化するインクのインク滴を吐出し、造形装置は、インクを硬化させる硬化手段を更に備え、ローラは、硬化前のインクの一部を除去することにより、インクジェットヘッドにより形成されるインクの層を平坦化する。
このように構成すれば、インクの層の形成及び平坦化をより適切に行うことができる。また、所定の条件に応じて硬化するインクとしては、例えば、紫外線の照射により硬化する紫外線硬化型インク(UVインク)等を好適に用いることができる。
(構成5)平坦化を行った後の一のインクの層の厚さをTとし、ローラの他端の高さと、ローラの一端の高さとの差をHとした場合、H < Tの関係にある。この場合、ローラの一端及び他端は、副走査移動向きにおけるローラの前方側及び後方側の端部である。このように構成すれば、ローラをより適切に傾けることができる。また、これにより、例えば、副走査動作時において、ローラの進行方向にある下のインクの層とローラとが接触することをより適切に防ぐことができる。
(構成6)ローラの全振れ量をXとした場合、X < H <T-Xの関係にある。この場合、ローラの全振れ量とは、例えばローラに生じる誤差を全てまとめたローラの振れ量のことである。このように構成すれば、一のインクの層の厚さT及びローラの全振れ量をXに合わせて、ローラをより適切に傾けることができる。また、これにより、例えば、副走査移動向きへローラを移動させた場合にインクの層の表面からローラが自然に離れる構成をより適切に実現し、インクの層をより適切に平坦化できる。
また、ローラの他端の高さと、ローラの一端の高さとの差は、20μm以下であることが好ましい。また、この高さの差は、ローラの全振れ量Xよりも大きく、かつ、20μm以下であることが好ましい。
ローラを傾けて配設した場合、平坦化後のインクの層の表面には、ローラの傾きに応じた段差が生じることになる。そして、この段差が大きいと、例えば立体物の外観への視認結果に影響が生じるおそれもある。特に、段差が20μmを超えると、見た目への影響が大きくなると考えられる。これに対し、このように構成すれば、例えば、立体物の外観への視認結果に対する影響を抑えつつ、ローラを適切に傾けることができる。また、これにより、例えば、インクの層をより適切に平坦化できる。
また、ローラの他端の高さと、ローラの一端の高さとの差は、5μm以下であることがより好ましい。また、この高さの差は、ローラの全振れ量Xよりも大きく、かつ、5μm以下であることが好ましい。
ローラの傾きに応じて生じる段差について、例えば段差が5μmを超えると、立体物を手に触れた場合の触感への影響が大きくなると考えられる。これに対し、このように構成すれば、例えば、立体物の触感への影響を抑えつつ、ローラを適切に傾けることができる。また、これにより、例えば、インクの層をより適切に平坦化できる。
(構成7)積層造形法で立体物を造形する造形方法であって、インクジェット方式でインク滴を吐出するインクジェットヘッドと、造形中の立体物を支持する台状部材であり、インクジェットヘッドと対向する位置に配設される造形台と、インクジェットヘッドにより形成されるインクの層を平坦化するローラとを用い、インク滴を吐出しながら予め設定された主走査方向へ造形台に対して相対的に移動する主走査動作をインクジェットヘッドに行わせ、主走査方向と直交する副走査方向へ造形台に対して相対的にインクジェットヘッドを移動させ、造形台及びインクジェットヘッドのうちの少なくとも一方を移動させることにより、インクジェットヘッドと造形台との間の距離を変化させ、ローラは、主走査動作時にインクジェットヘッドと共に造形台に対して相対的に移動することにより、インクジェットヘッドにより形成されるインクの層を平坦化し、副走査方向において予め設定された向きである副走査移動向きへ予め設定された送り量だけ造形台に対して相対的に移動する副走査動作を、主走査動作の合間にインクジェットヘッドに行わせ、副走査動作時において、ローラを、インクジェットヘッドと共に、造形台に対して相対的に、副走査移動向きへ移動させ、ローラは、一端が副走査移動向きにおける前方側になり、他端が副走査移動向きにおける後方側になり、かつ、積層方向における高さについて、後方側にある他端の高さが前方側にある一端の高さよりも高くなるように、傾けて配設されている。このように構成すれば、例えば、構成1と同様の効果を得ることができる。
本発明によれば、立体物の造形時において、インクの層をより適切に平坦化できる。
以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る造形装置10の一例を示す。図1(a)は、造形装置10の要部の構成の一例を示す。
本例において、造形装置10は、積層造形法により立体物50を造形する装置(立体物造形装置)である。この場合、積層造形法とは、例えば、複数の層を重ねて立体物50を造形する方法である。また、立体物50とは、例えば、三次元構造物のことである。
尚、以下の説明をする点を除き、造形装置10は、公知の造形装置と同一又は同様の構成を有してよい。また、造形装置10は、例えば、公知のインクジェットプリンタの構成の一部を変更した装置であってよい。例えば、造形装置10は、紫外線硬化型インク(UVインク)を用いる二次元画像印刷用のインクジェットプリンタの一部を変更した装置であってよい。また、造形装置10は、図示した構成以外にも、例えば、立体物50の造形や着色等に必要な各種構成を更に備えてよい。
本例において、造形装置10は、吐出ユニット12、主走査駆動部14、造形台16、副走査駆動部18、積層方向駆動部20、及び制御部22を備える。吐出ユニット12は、立体物50の材料となる液滴(インク滴)を吐出する部分であり、所定の条件に応じて硬化するインクのインク滴を吐出し、硬化させることにより、立体物50を構成する各層を重ねて形成する。
また、本例では、インクとして、例えば、紫外線の照射により硬化する紫外線硬化型インクを用いる。この場合、インクとは、例えば、インクジェットヘッドから吐出する液体のことである。また、インクジェットヘッドとは、例えば、インクジェット方式で液滴を吐出する吐出ヘッドのことである。
また、立体物50の造形時において、吐出ユニット12は、立体物50の周囲にサポート層を形成してもよい。この場合、サポート層とは、例えば、造形中の立体物50の外周を囲むことで立体物50を支持する積層構造物であり、立体物50の造形完了後に、例えば水により溶解除去される。吐出ユニット12のより具体的な構成については、後に更に詳しく説明をする。
主走査駆動部14は、吐出ユニット12に主走査動作(Y走査)を行わせる駆動部である。この場合、吐出ユニット12に主走査動作を行わせるとは、例えば、吐出ユニット12が有するインクジェットヘッドに主走査動作を行わせることである。また、主走査動作とは、例えば、予め設定された主走査方向(図中のY方向)へ移動しつつインク滴を吐出する動作である。
また、本例において、主走査駆動部14は、キャリッジ102及びガイドレール104を有する。キャリッジ102は、造形台16と対向させて吐出ユニット12を保持する保持部である。この場合、造形台16と対向させて吐出ユニット12を保持するとは、例えば、インク滴の吐出方向が造形台16へ向かう方向になるように、吐出ユニット12を保持することである。また、主走査動作時において、キャリッジ102は、吐出ユニット12を保持した状態で、ガイドレール104に沿って移動する。ガイドレール104は、キャリッジ102の移動をガイドするレール状部材であり、主走査動作時において、制御部22の指示に応じて、キャリッジ102を移動させる。
尚、主走査動作における吐出ユニット12の移動は、立体物50を支持する造形台16に対する相対的な移動であってよい。そのため、造形装置10の構成の変形例においては、例えば、吐出ユニット12の位置を固定して、例えば造形台16を移動させることにより、立体物50の側を移動させてもよい。
造形台16は、造形中の立体物50を支持する台状部材であり、吐出ユニット12におけるインクジェットヘッドと対向する位置に配設され、造形中の立体物50を上面に載置する。本例において、造形台16は、少なくとも上面が上下方向(図中のZ方向)へ移動可能な構成を有しており、積層方向駆動部20に駆動されることにより、立体物50の造形の進行に合わせて、上面を移動させる。また、これにより、吐出ユニット12におけるインクジェットヘッドと造形台16との間の距離であるヘッド台間距離を適宜変化させ、造形途中の立体物50における被造形面と、吐出ユニット12との間の距離(ギャップ)を調整する。この場合、ヘッド台間距離とは、より具体的に、例えば、インクジェットヘッドにおいてノズルが形成されているノズル面と、造形台16の上面との間の距離であってよい。また、立体物50の被造形面とは、例えば、吐出ユニット12により次のインクの層が形成される面のことである。
副走査駆動部18は、吐出ユニット12に副走査動作(X走査)を行わせる駆動部である。この場合、吐出ユニット12に副走査動作を行わせるとは、例えば、吐出ユニット12が有するインクジェットヘッドに副走査動作を行わせることである。副走査動作とは、例えば、主走査方向と直交する副走査方向(図中のX方向)へ造形台16に対して相対的に移動する動作である。副走査動作は、予め設定された送り量だけ副走査方向へ造形台16に対して相対的に移動する動作であってよい。また、本例において、副走査駆動部18は、主走査動作の合間に、吐出ユニット12におけるインクジェットヘッドに、副走査動作を行わせる。
また、より具体的に、副走査駆動部18は、例えば、副走査方向における吐出ユニット12の位置を固定して、造形台16を移動させることにより、インクジェットヘッドに副走査動作を行わせる。また、副走査駆動部18は、副走査方向における造形台16の位置を固定して、吐出ユニット12を移動させることにより、インクジェットヘッドに副走査動作を行わせてもよい。
積層方向駆動部20は、主走査方向及び副走査方向と直交する積層方向(図中のZ方向)へ吐出ユニット12又は造形台16の少なくとも一方を移動させる駆動部である。この場合、積層方向とは、例えば、積層造形法において複数の層が積層される方向のことである。また、積層方向へ吐出ユニット12を移動させるとは、例えば、吐出ユニット12におけるインクジェットヘッドを積層方向へ移動させることである。積層方向へ造形台16を移動させるとは、例えば、造形台16における少なくとも上面の位置を移動させることである。また、積層方向駆動部20は、積層方向へ吐出ユニット12又は造形台16の少なくとも一方を移動させることにより、Z方向への走査(Z走査)をインクジェットヘッドに行わせ、ヘッド台間距離を変化させる。
より具体的に、図中に示した構成において、積層方向駆動部20は、例えば、積層方向における吐出ユニット12の位置を固定して、造形台16を移動させる。また、積層方向駆動部20は、積層方向における造形台16の位置を固定して、吐出ユニット12を移動させてもよい。
制御部22は、例えば造形装置10のCPUであり、造形装置10の各部を制御することにより、立体物50の造形の動作を制御する。制御部22は、例えば造形すべき立体物50の形状情報や、カラー画像情報等に基づき、造形装置10の各部を制御することが好ましい。本例によれば、立体物50を適切に造形できる。
続いて、吐出ユニット12のより具体的な構成について、説明をする。図1(b)は、吐出ユニット12のより詳細な構成の一例を示す。本例において、吐出ユニット12は、複数の有色インク用ヘッド202y、202m、202c、202k(以下、有色インク用ヘッド202y~kと記載する)、造形材用ヘッド204、白インク用ヘッド206、クリアインク用ヘッド208、サポート材用ヘッド210、複数の紫外線光源220、及び平坦化ローラユニット222を有する。
有色インク用ヘッド202y~k、造形材用ヘッド204、白インク用ヘッド206、クリアインク用ヘッド208、及びサポート材用ヘッド210は、インクジェット方式でインク滴を吐出するインクジェットヘッドである。また、本例において、有色インク用ヘッド202y~k、造形材用ヘッド204、白インク用ヘッド206、クリアインク用ヘッド208、及びサポート材用ヘッド210は、例えば、紫外線硬化型インクのインク滴を吐出するインクジェットヘッドであり、副走査方向(X方向)における位置を揃えて、主走査方向(Y方向)へ並んで配設される。
尚、有色インク用ヘッド202y~k、造形材用ヘッド204、白インク用ヘッド206、クリアインク用ヘッド208、及びサポート材用ヘッド210としては、例えば、公知のインクジェットヘッドを好適に用いることができる。また、これらのインクジェットヘッドは、造形台16と対向する面に、複数のノズルが副走査方向へ並ぶノズル列を有する。これにより、各インクジェットヘッドのノズルは、造形台16へ向かう方向へインク滴を吐出する。また、複数のノズルが並ぶノズル方向は、主走査方向と直交する方向になる。また、インクジェットヘッドの構成の変形例においては、主走査方向とノズル列方向とが直交以外の角度で交差する構成を用いること等も考えられる。
また、有色インク用ヘッド202y~k、造形材用ヘッド204、白インク用ヘッド206、クリアインク用ヘッド208、及びサポート材用ヘッド210の並び方については、図示した構成に限らず、様々に変更してもよい。例えば、一部のインクジェットヘッドについて、他のインクジェットヘッドと副走査方向における位置をずらして配設してもよい。また、吐出ユニット12は、例えば、各色の淡色や、R(赤)G(緑)B(青)やオレンジ等の色用のインクジェットヘッド等を更に有してもよい。
有色インク用ヘッド202y~kは、互いに異なる色の有色のインクのインク滴をそれぞれ吐出するインクジェットヘッドである。本例において、有色インク用ヘッド202y~kは、Y(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、K(ブラック)の各色の紫外線硬化型インクのインク滴を吐出する。
造形材用ヘッド204は、立体物50の内部の造形に用いるインクのインク滴を吐出するインクジェットヘッドであり、例えば、立体物50において着色がされない領域の造形に用いるインクのインク滴を吐出する。本例において、造形材用ヘッド204は、所定の色の造形用インク(モデル材MO)のインク滴を吐出する。造形用インクは、例えば造形専用のインクであってよい。また、本例において、造形用インクは、CMYKインクの各色とは異なる色のインクである。造形用インクとしては、例えば、白色のインク又はクリアインク等を用いることも考えられる。
白インク用ヘッド206は、白色(W)のインクのインク滴を吐出するインクジェットヘッドである。また、クリアインク用ヘッド208は、クリアインクのインク滴を吐出するインクジェットヘッドである。この場合、クリアインクとは、透明色(T)であるクリア色のインクである。
サポート材用ヘッド210は、サポート層の材料を含むインク滴を吐出するインクジェットヘッドである。本例において、サポート層の材料としては、立体物50の造形後に水で溶解可能な水溶性の材料を用いることが好ましい。また、この場合、造形後に除去されるものであるため、立体物50を構成する材料よりも紫外線による硬化度が弱く、分解しやすい材料を用いることが好ましい。また、サポート層の材料としては、例えば、サポート層用の公知の材料を好適に用いることができる。
複数の紫外線光源220は、インクを硬化させる硬化手段の一例であり、紫外線硬化型インクを硬化させる紫外線を発生する。紫外線光源220としては、例えば、UVLED(紫外LED)等を好適に用いることができる。また、紫外線光源220として、メタルハライドランプや水銀ランプ等を用いることも考えられる。
また、本例において、複数の紫外線光源220のそれぞれは、間に有色インク用ヘッド202y~k、造形材用ヘッド204、白インク用ヘッド206、クリアインク用ヘッド208、及びサポート材用ヘッド210を挟むように、吐出ユニット12における主走査方向の一端側及び他端側のそれぞれに配設される。より具体的に、例えば、図中に符号UV1を付して示した一方の紫外線光源220は、吐出ユニット12の一端側に配設される。また、図中に符号UV2を付して示した一方の紫外線光源220は、吐出ユニット12の他端側に配設される。
平坦化ローラユニット222は、立体物50の造形中に形成される紫外線硬化型インクの層を平坦化するための構成である。本例において、平坦化ローラユニット222は、有色インク用ヘッド202y~k、造形材用ヘッド204、白インク用ヘッド206、クリアインク用ヘッド208、及びサポート材用ヘッド210を含むインクジェットヘッドの並びと、他方側の紫外線光源220(UV2)との間に配設される。これにより、平坦化ローラユニット222は、インクジェットヘッドの並びに対し、副走査方向の位置を揃えて、主走査方向へ並べて配設される。
また、本例において、平坦化ローラユニット222は、平坦化ローラ302、ブレード304、及びインク回収部306を有する。平坦化ローラ302は、インクジェットヘッドにより形成されるインクの層を平坦化する平坦化手段の一例であり、例えば主走査動作時において、インクの層の表面と接触することでインクの層を平坦化する。また、より具体的に、本例において、平坦化ローラ302は、硬化前のインクの一部を除去することにより、インクの層を平坦化する。また、ブレード304は、平坦化ローラ302が掻き取ったインクを平坦化ローラ302から引き剥がすブレード部材である。インク回収部306は、ブレード304が平坦化ローラ302から引き剥がしたインクを回収する回収部である。以上の構成により、吐出ユニット12は、制御部22の指示に応じて、立体物50を構成するインクの層を形成する。
ここで、上記のように、平坦化ローラユニット222は、インクジェットヘッドの並びに対し、主走査方向における一方側に配設されている。また、このような構成に対応して、本例において、主走査駆動部14は、少なくとも、インクジェットの並びよりも平坦化ローラユニット222が後方側になる向き(主走査方向における一方の向き)での主走査動作を吐出ユニット12に行わせる。また、平坦化ローラユニット222は、この向きでの主走査動作中に、インクの層を平坦化する。
また、主走査駆動部14は、双方向の主走査動作を吐出ユニット12に行わせてもよい。この場合、主走査駆動部14は、インクジェットの並びよりも平坦化ローラユニット222が後方側になる一方の向きでの主走査動作に加え、インクジェットの並びよりも平坦化ローラユニット222が前方側になる他方の向き(主走査方向における他方の向き)での主走査動作を吐出ユニット12に行わせる。また、この場合、他方の向きでの主走査動作時において、積層方向駆動部20は、平坦化ローラユニット222がインクの層と接触しないように、一方の向きでの主走査動作時よりもヘッド台間距離を大きく設定する。また、これにより、平坦化ローラユニット222は、一方及び他方の向きの主走査動作のうち、一方の主走査動作時にのみ、インクの層を平坦化する。また、平坦化ローラユニット222における平坦化ローラ302により行う平坦化の動作については、以下において、更に詳しく説明をする。
図2は、平坦化ローラユニット222における平坦化ローラ302の構成について更に詳しく説明をする図である。図1に関連して説明をしたように、本例において、平坦化ローラユニット222は、インクジェットヘッドの並びに対し、副走査方向(X方向)の位置を揃えて、主走査方向(Y方向)へ並べて配設される。また、これにより、主走査動作時及び副走査動作時において、平坦化ローラユニット222における平坦化ローラ302は、インクジェットヘッドと共に移動する。
そこで、先ず、平坦化ローラ302と共に吐出ユニット12(図1参照)に配設されるインクジェットヘッド200の構成について、説明をする。図2(a)、(b)は、本例において用いるインクジェットヘッド200の構成の一例を示す下面図及び側面図である。
尚、図2(a)、(b)においては、図示の便宜上、吐出ユニット12における複数のインクジェットヘッド(有色インク用ヘッド202y~k、造形材用ヘッド204、白インク用ヘッド206、クリアインク用ヘッド208、及びサポート材用ヘッド210)のうちのいずれかに対応するインクジェットヘッドをインクジェットヘッド200として示している。また、図示は省略したが、吐出ユニット12における他のインクジェットヘッドは、インクジェットヘッド200として示したインクジェットヘッドと共に造形台16(図1参照)に対して相対的に移動することにより、主走査動作及び副走査動作等を行う。
本例において、インクジェットヘッド200は、副走査方向へ複数のノズルが並ぶノズル列402を有する。ノズル列402は、インクジェットヘッド200において造形台16と対向する面(ノズル面)に形成されている。また、図においては、副走査方向におけるノズル列402の長さがLnの場合の構成を図示している。この場合、インクジェットヘッド200は、副走査方向における幅がLnになる範囲に複数のノズルが並ぶノズル列402を有する。
尚、図1に関連しても説明をしたように、インクジェットヘッド200は、公知のインクジェットヘッドと同一又は同様の構成を有してもよい。また、インクジェットヘッド200は、スタガ配列で複数のインクジェットヘッドを並べた複合ヘッド(スタガヘッド)等であってもよい。この場合、ノズル列402の長さLnは、複合ヘッド全体でのノズル列の長さであってよい。
図2(c)は、平坦化ローラユニット222における平坦化ローラ302の構成の一例を示す。上記においても説明をしたように、本例において、平坦化ローラ302は、主走査動作時において、インクジェットヘッド200と共に造形台16に対して相対的に移動することにより、インクジェットヘッド200により形成されるインクの層を平坦化する。この場合、インクジェットヘッド200により形成されるインクの層とは、例えば、吐出ユニット12における一又は複数のインクジェットヘッドにより形成されるインクの層のことである。また、副走査動作時において、平坦化ローラ302は、インクジェットヘッド200と共に、造形台16に対して相対的に、副走査方向において予め設定された向きである副走査移動向きへ移動する。この場合、副走査移動向きは、造形台16に対して相対的にインクジェットヘッド200を送る向きであってよい。
また、本例において、平坦化ローラ302は、図中に示すように、副走査方向(X方向)の走査軌跡(副走査の軌跡)に対して傾けた状態で配設される。平坦化ローラ302について、副走査方向の走査軌跡に対して傾けた状態とは、例えば、平坦化ローラ302の軸方向と副走査方向の走査軌跡とが非平行な状態である。また、この場合、平坦化ローラ302の軸方向は、主走査方向(Y方向)と直交することが好ましい。
より具体的に、副走査動作時の副走査移動向きに対し、平坦化ローラ302は、一端である端部502が前方側になり、他端である端部504が後方側になるように配設される。この場合、平坦化ローラ302の端部502及び端部504は、軸方向における平坦化ローラ302の一端及び他端である。また、端部502及び端部504は、平坦化ローラ302において実質的に平坦化を行う領域の一端及び他端であってよい。この場合、平坦化ローラ302において実質的に平坦化を行う領域とは、例えば、副走査方向における幅がノズル列402と重なる領域であってよい。例えば、図中に示した場合、副走査方向における幅Lnの領域が、実質的に平坦化を行う領域に相当する。
尚、副走査方向の走査軌跡とは、副走査動作時に平坦化ローラ302が移動する軌跡のことである。平坦化ローラ302が移動する軌跡とは、例えば、平坦化ローラ302において予め決めたいずれかの位置が移動する軌跡である。より具体的に、一例として、例えば、平坦化ローラ302の前方側の端部502が副走査動作時に移動する軌跡について、副走査方向の走査軌跡と考えることができる。
また、平坦化ローラ302の傾け方に関しては、例えば、積層方向(Z方向)における高さについて、後方側にある端部504の高さが前方側にある端部502の高さよりも高くなるようにする。この場合、積層方向における高さとは、副走査(X方向)の軌跡(副走査方向の走査軌跡)を基準とした高さのことである。
このように構成すれば、例えば、副走査移動向きへ平坦化ローラ302を移動させた場合に、インクの層の表面から平坦化ローラ302が自然に離れる構成にすることができる。また、この場合、例えば平坦化ローラ302の精度にある程度の誤差(ふれ)が存在していたとしても、インクの層の上面と平坦化ローラ302との無用な接触を適切に避けることができる。そのため、本例によれば、例えば、副走査動作時において、平坦化ローラ302をより容易かつ適切に移動させることができる。また、これにより、例えば、立体物の造形時において、インクの層をより適切に平坦化できる。
また、平坦化ローラ302の端部504の高さと端部502の高さとの差を図中に示すようにHとした場合、平坦化を行った後の一のインクの層の厚さをTとすると、高さの差Hについては、少なくとも、H < Tの関係を満たすように設定することが好ましい。このように構成すれば、例えば、一のインクの層が形成される厚さの範囲内で、平坦化ローラ302を適切に傾けることができる。また、これにより、例えば、副走査動作時において、平坦化ローラ302の進行方向にある下のインクの層と平坦化ローラ302とが接触することを適切に防ぐことができる。
ここで、平坦化を行った後の一のインクの層の厚さTは、例えば、一のインクの層の厚さとして予め設定された厚さ(設計値)であってよい。また、一のインクの層は、例えば、マルチパス方式で形成されたインクの層であってもよい。この場合、マルチパス方式とは、例えば、一のインクの層を形成する動作において、各位置に対して複数回の主走査動作を行う方式である。また、この場合、予め設定されたパス数分の主走査動作を行うことで形成されるインクの層の厚さが、一のインクの層の厚さTになる。
また、本例において平坦化ローラ302を傾けて配設する理由は、例えば、平坦化ローラ302の精度等に誤差が生じた場合にもより適切に平坦化を行うためである。より具体的には、例えば、平坦化ローラ302による平坦化を行った場合、平坦化の直後には、通常、インクの層の上面と平坦化ローラ302との間に余裕がない状態になる。そのため、例えば平坦化ローラ302を傾けない場合、その後に行う副走査動作時等において、インクの層の上面を擦るように平坦化ローラ302が移動することになる。また、その結果、移動する平坦化ローラ302とインクの層の上面とが接触しやすくなる。そして、この場合に、平坦化ローラ302の精度等に誤差が存在すると、平坦化ローラ302とインクの層の上面とが必要以上に接触し、動作に支障が生じるおそれもある。
これに対し、本例においては、上記のように、平坦化ローラ302を傾けることにより、副走査動作における平坦化ローラ302の移動時にインクの層の表面から平坦化ローラ302が自然に離れる構成を適切に実現できる。また、これにより、このような問題を適切に抑えることができる。また、このような問題をより適切に抑えるためには、更に、平坦化ローラ302の精度等に誤差を考慮して平坦化ローラ302の傾き量を設定することが好ましい。
より具体的には、例えば、平坦化ローラ302の全振れ量をXとした場合、端部504と端部502との高さとの差H、一のインクの層の厚さTとの間で、X < H <T-Xの関係を満たすように平坦化ローラ302を傾けることが好ましい。この場合、平坦化ローラ302の全振れ量とは、例えば平坦化ローラ302が回転したときのローラの振れ量のことである。また、平坦化ローラ302の全振れ量については、例えば、平坦化ローラ302を含む関連する部品の寸法精度や温度、振動等に起因する、全ての要因によるばらつき量と考えることもできる。
このように構成すれば、平坦化ローラ302の全振れ量Xを更に考慮して、平坦化ローラ302をより適切に傾けることができる。また、これにより、例えば、副走査移動向きへ平坦化ローラ302を移動させた場合にインクの層の表面からローラが自然に離れる構成をより適切に実現し、インクの層をより適切に平坦化できる。
また、平坦化ローラ302の傾き量については、造形される立体物の品質を考慮して設定することがより好ましい。より具体的に、本例のように平坦化ローラ302を傾けて配設する場合、平坦化後のインクの層の表面には、平坦化ローラ302の傾きに応じた段差が生じることになる。また、その結果、例えば立体物の表面において、最大で高さHの段差が生じることになる。そして、このような段差は、立体物の外観への視認結果や触感に影響を与えることになる。
例えば、このような段差が20μmを超えると、見た目への影響が大きくなると考えられる。そのため、平坦化ローラ302の端部504と端部502との高さとの差Hについては、20μm以下にすることが好ましい。また、この場合も、高さの差Hについて、ローラの全振れ量Xよりも大きくすることが好ましい。このように構成すれば、例えば、立体物の外観への視認結果に対する影響を抑えつつ、平坦化ローラ302を適切に傾けることができる。また、これにより、例えば、インクの層をより適切に平坦化できる。
また、平坦化ローラ302の傾きに応じて生じる段差について、例えば段差が5μmを超えると、立体物を手に触れた場合の触感への影響が大きくなると考えられる。そのため、触感への影響を考慮した場合、例えば、端部504と端部502との高さとの差Hについて、5μmとすることがより好ましい。また、この場合も、高さの差Hについて、ローラの全振れ量Xよりも大きくすることが好ましい。このように構成すれば、例えば、立体物の触感への影響を抑えつつ、平坦化ローラ302を適切に傾けることができる。また、これにより、例えば、インクの層をより適切に平坦化できる。
尚、図示した場合において、平坦化ローラ302は、主走査方向と直交する平面内で軸方向が副走査方向となす角度がθになるように、傾けられている。また、この場合、図から明らかなように、軸方向に沿った端部502と端部504との間の距離Lrとノズル列の長さLnとの間の関係は、Ln=Lr×cosθを満たす関係になる。また、距離Lrと、高さの差Hとの関係は、H=Lr×sinθを満たす関係になる。そのため、高さの差Hを上記の範囲に設定するためには、これらの関係を考慮して調整を行うことが好ましい。また、ノズル列の長さLnの範囲をより確実に平坦化するためには、LnよりもLr×cosθを大きくすることが好ましい。そのため、LnとLrとの関係については、Ln≦Lr×cosθを満たすことが好ましいともいえる。
続いて、本例において行う平坦化の動作等について、更に詳しく説明をする。本例において、造形装置10(図1参照)は、主走査動作と副走査動作とを繰り返すシリアル方式により、それぞれのインクの層を形成する。また、この場合、より具体的に、一のインクの層を形成する動作において、造形装置10は、副走査方向におけるノズル列の長さ(幅)Lnを予め設定された1以上の整数nで除した幅Ln/nになるバンド状の領域であるバンド領域を順次形成する。この場合、整数nは、一のインクの層の形成時に同じ領域に対して行う主走査動作の数(パス数)である。また、この場合、一のインクの層を形成する動作において、インクジェットヘッド200は、主走査動作と副走査動作とを繰り返し行うことにより、副走査移動向きに沿って、それぞれのバンド領域に予め設定された厚さでインクの層を順次形成する。
また、平坦化ローラ302は、これらの主走査動作のうち、少なくとも一部の主走査動作時において、インクの層を平坦化する。例えば、図1に示した構成の吐出ユニット12を用いる場合、上記においても説明をしたように、例えば平坦化ローラユニット222がインクジェットヘッド200よりも後方側になる向きで相対移動をする主走査動作時において、インクジェットヘッド200により形成されたインクの層を平坦化する。
図3は、一のインクの層を形成する動作の一例を示す。図3(a)~(e)は、一のインクの層の形成時に順次行う動作の一例を示す。また、図3においては、説明を簡略化するため、パス数nを1として、各領域に対して1回の主走査動作を行う1パス方式で一のインクの層を形成する動作について図示をしている。
また、より具体的に、図3では、一のインクの層として、n-1番目に積層されたインクの層である層52(n-1)の上に、n番目のインクの層である層52(n)を形成する動作を示す。この場合、吐出ユニット12は、図中に符号A~Eで示した各バンド領域(以下、領域A~E等という)に対して順次、層52(n-1)の上に、層52(n)の一部を形成する。
図3(a)は、領域Aに層52(n)を形成する直前の状態を示す。この場合、領域Aに層52(n)を形成するとは、領域Aにおいて、52(n-1)上に層52(n)の一部を形成することである。また、以下においては、領域A~Eに対する同様の動作について、同様に記載する。
また、この場合、より具体的に、吐出ユニット12は、副走査駆動部18(図1参照)により、領域Aと対向する位置に配置される。また、その後、主走査駆動部14(図1参照)は、吐出ユニット12におけるインクジェットヘッドに主走査動作を行わせ、領域Aに層52(n)を形成する。また、吐出ユニット12における平坦化ローラ302は、インクの層を平坦化する。
図3(b)は、領域Aに層52(n)を形成した直後の状態を示す。平坦化ローラ302により平坦化を行うことにより、主走査動作で形成された層52(n)は、平坦化ローラ302とちょうど接触する高さになっている。また、その結果、領域Aにおける層52(n)は、平坦化ローラ302の傾きに応じて、副走査移動向きにおける前方側が下がった斜面状になっている。また、領域Aに対する主走査動作の後、副走査駆動部18は、吐出ユニット12におけるインクジェットヘッドに副走査動作を行わせる。また、この副走査動作において、副走査駆動部18は、ノズル列の長さ(幅)Lnと等しい送り量(送りピッチ)だけ、造形台16に対して相対的に、吐出ユニット12を副走査移動向きへ移動させる。また、これにより、吐出ユニット12は、領域Bと対向する位置へ移動する。
図3(c)は、領域Bと対向する位置へ移動する副走査動作を行った直後の状態を示す。また、この状態は、領域Bに層52(n)を形成する直前の状態である。この位置において、主走査駆動部14は、吐出ユニット12の位置以外は上記と同一又は同様にして、吐出ユニット12におけるインクジェットヘッドに主走査動作を行わせ、領域Bに層52(n)を形成する。また、吐出ユニット12における平坦化ローラ302は、インクの層を平坦化する。
図3(d)は、領域Bに層52(n)を形成した直後の状態を示す。上記の動作により、吐出ユニット12は、領域Aと同様の斜面状の層52(n)を、領域Bに形成する。また、その後、ノズル列の長さ(幅)Lnと等しい送り量で、副走査駆動部18は、吐出ユニット12におけるインクジェットヘッドに副走査動作を行わせる。これにより、吐出ユニット12は、領域Cと対向する位置へ移動する。
また、この場合、副走査動作時の移動の向きにおける前方側が下がるように平坦化ローラ302が傾けられていることにより、領域Aにおける層52(n)も、副走査動作時の移動の向きにおける前方側が下がるような斜面状に形成される。また、その結果、例えば、主走査動作時において、平坦化ローラ302の後方側が領域Aに接触することを適切に防ぐことができる。そのため、本例によれば、例えば、主走査動作時において、より円滑に平坦化を行うこともできる。
図3(e)は、領域Cと対向する位置へ移動する副走査動作を行った直後の状態を示す。この状態は、領域Cに層52(n)を形成する直前の状態である。また、以降は、上記と同一又は同様の動作を繰り返すことで、吐出ユニット12により、領域C、D、Eのそれぞれに層52(n)を形成する。
以上のように構成すれば、立体物を構成するそれぞれのインクの層を適切に形成することができる。また、積層方向駆動部20(図1参照)によりZ方向への走査(Z走査)を行うことで複数のインクの層を重ねて形成することにより、立体物を適切に造形することができる。
また、本例においては、更に、副走査送り向きにおける前方側が下がるように平坦化ローラ302を傾けて配設することにより、上記のように、各領域に形成される層52(n)は、副走査移動向きにおける前方側が下がった斜面状になっている。そして、この場合、例えば図3(a)~(e)等から明らかなように、副走査移動向きへ平坦化ローラ302を移動させた場合に、層52(n)の表面から平坦化ローラ302が自然に離れる構成になる。そのため、このように構成すれば、例えば、平坦化ローラ302の精度に誤差が存在する場合にも、副走査動作時に平坦化ローラ302が必要以上にインクの層と接触することを適切に防ぐことができる。また、これにより、高い精度での立体物の造形をより適切に行うことができる。
続いて、平坦化ローラ302の傾け方について、更に詳しく説明をする。図4は、平坦化ローラ302の好ましい傾け方の一例について説明をする図であり、領域Bに層52(n)が形成される様子の一例を示す。
尚、以下に説明する動作において、領域Bは、形成中バンドの一例である。この場合、形成中バンドとは、例えば、次の主走査動作により形成が完了するバンド領域のことである。また、領域Bに対して副走査移動方向の後方側にある領域Aは、後方側バンドの一例である。この場合、後方側バンドとは、例えば、形成中バンドと隣接し、かつ副走査移動向きにおいて形成中バンドよりも後方側にある形成完了済みのバンド領域のことである。また、形成完了済みのバンド領域とは、1層分の厚さのインクの層が既に形成されているバンド領域のことである。形成完了済みのバンド領域は、1層分の厚さで、かつ硬化済みのインクの層が形成されたバンド領域であってよい。
また、領域Bに対して副走査移動方向の前方側にある領域Cは、前方側バンドの一例である。この場合、前方側バンドとは、例えば、形成中バンドと隣接し、かつ副走査移動向きにおいて形成中バンドよりも前方側にある未完成のバンド領域のことである。また、未完成又は未形成のバンド領域とは、1層分の厚さのインクの層がまだ形成されていないバンド領域のことである。より具体的に、例えば、図示した構成のように、1パス方式により一のインクの層を形成する場合、未完成のバンド領域とは、当該一のインクの層を形成するための主走査動作がまだ行われていない領域のことである。また、この場合、前方側バンドである領域Cについて、1層下のインクの層である層52(n-1)までが形成されているバンド領域であるともいえる。
図4(a)は、領域Bへの層52(n)の形成を開始する直前の様子を示す。この場合、後方側バンドである領域Aには、層52(n)が既に形成されており、形成中バンドである領域B及び前方側バンドである領域Cには層52(n)が形成されていない状態である。
図4(b)は、吐出ユニット12におけるインクジェットヘッドにより領域Bへインク滴を吐出し、かつ、平坦化ローラ302による平坦化はまだ行っていない状態の様子を示す。この状態は、主走査動作の途中の状態であり、領域Bの各位置(主走査方向における各位置)について、インクジェットヘッドが通過した後、平坦化ローラ302が到達する前の状態に相当する。
この状態において、領域Aとの関係について、吐出ユニット12におけるインクジェットヘッドは、領域Bの後端におけるインクの高さが領域Aの前端よりも高くなるように、インクの層を形成する。この場合、領域Bの後端とは、副走査移動向きにおける領域Bの後端である。また、領域Aの前端とは、副走査移動向きにおける領域Aの前端である。また、図示した場合において、領域Aの前端の高さとは、領域Aに形成されている層52(n)の前端の高さのことである。
また、領域Cとの関係について、吐出ユニット12におけるインクジェットヘッドは、領域Bの前端におけるインクの高さが領域Cの後端の位置に既に形成されているインクの層よりも高くなるように、インクの層を形成する。この場合、領域Bの前端とは、副走査移動向きにおける領域Bの前端である。領域Cの後端とは、副走査移動向きにおける領域Cの後端である。また、図示した場合において、領域Cの後端の位置に既に形成されているインクの層とは、領域Cの後端の位置における層52(n-1)のことである。そのため、領域Bの前端におけるインクの高さが領域Cの後端の位置に既に形成されているインクの層よりも高くなるとは、領域Bの前端におけるインクの高さが領域Cの後端の位置における層52(n-1)よりも高くなることである。
また、図4(b)において、領域B中に示した破線は、平坦化ローラ302により平坦化を行う位置を示す。本例においては、平坦化を行う位置についても、副走査移動向きにおける前後のバンド領域に既に形成されているインクの層に合わせて設定することが好ましい。
より具体的に、領域Aとの関係について、平坦化ローラ302は、領域Bの後端におけるインクの高さが少なくとも領域Aの前端よりも低くならないように、インクの層を平坦化する。また、領域Cとの関係について、平坦化ローラ302は、領域Bの前端におけるインクの高さが少なくとも領域Cの後端の位置に既に形成されているインクの層よりも低くならないように、インクの層を平坦化する。
図4(c)は、領域Bに形成したインクの層を平坦化した直後の状態の様子を示す。上記のように平坦化を行うことにより、領域Bには、図示のような、平坦化された層52(n)が形成される。
以上のように構成した場合、例えば、領域Aと領域Bとの境部について、領域A側よりも高くなるように領域Bにインクの層を形成し、その後、領域A側よりも低くならないように平坦化することになる。また、例えば、領域Cと領域Bとの境部について、領域Cの後端の位置に既に形成されているインクの層よりも高くなるように領域Bにインクの層を形成し、その後、領域Cの後端の位置のインクの層よりも低くならないように平坦化することになる。また、この場合、領域B以外の各バンド領域についても、領域Bと同一又は同様にインクの層を形成する。
このように構成した場合、例えば、各バンド領域に対し、平坦化が可能な状態で適切にインクの層を形成できる。また、その後に行う平坦化の動作について、前後のバンド領域に既に形成されているインクの層の端部よりも高くなる範囲内で平坦化を行うことにより、前後のバンド領域のインクの層と平坦化ローラ302との無用な接触等を適切に避けつつ、傾けた平坦化ローラ302による平坦化を適切に行うことができる。
そのため、このように構成すれば、例えば、副走査移動向きへ平坦化ローラ302を移動させた場合にインクの層の表面からローラが自然に離れる構成をより適切に実現できる。また、これにより、例えば、インクの層をより適切に平坦化できる。
ここで、上記においても説明をしたように、本例において、平坦化ローラ302の副走査方向における長さは、ノズル列の長さLnと同じである。しかし、造形装置10(図1参照)においては、例えば、副走査動作時の送り量に誤差等が生じる場合もある。そして、この場合、主走査動作時に平坦化ローラ302が前後のバンド領域上にわずかにはみ出すこと等も考えられる。
これに対し、本例においては、図から明らかなように、例えば仮に平坦化ローラ302がはみ出したとしても、前後のバンド領域と平坦化ローラ302とが接触することはない。そのため、本例によれば、この点でも、インクの層をより適切に平坦化できる。
また、この場合、例えば、副走査動作や主走査動作に支障が生じない範囲で、平坦化ローラ302の長さ(副走査方向における長さ)について、最初から、前後の少なくともいずれかのバンド領域上に一部はみ出すような長さにすること等も考えられる。このように構成すれば、例えば、平坦化ローラ302の設置精度や動作の精度等について、より余裕を持たせること等が可能になる。
続いて、造形装置10の構成や動作の様々な変形例について、説明をする。上記においては、図示や説明の便宜上、1パス方式でインクの層を形成する場合の動作について、説明をした。しかし、より高い精度で立体物を造形するためには、例えば、マルチパス方式でインクの層を形成すること等も考えられる。
図5は、マルチパス方式でインクの層を形成する動作について説明をする図であり、n-1番目のインクの層までが積層された状態で、n番目のインクの層である層52(n)を形成する動作の一例を模式的に示す。尚、以下に説明をする点を除き、図5に示す造形装置10の動作は、図1~4を用いて説明をした造形装置10の動作と同一又は同様である。また、以下に説明をする点を除き、図5において、図1~4と同じ符号を付した構成は、図1~4における構成と同一又は同様の特徴を有してよい。
図5(a)は、以下の動作において用いるインクジェットヘッド200の構成の一例を示す。マルチパス方式でインクの層を形成する場合、例えば、nを2以上の整数として、各領域に対してn回の主走査動作を行うことにより、一のインクの層を形成する。また、以下においては、パス数nを4とした4パスのマルチパス方式で一のインクの層を形成する場合について、説明をする。この場合、副走査動作時の送り量は、ノズル列の長さLnをパス数である4で除したLn/4になる。また、これにより、図中に示すように、インクジェットヘッド200のノズル列402を副走査方向に4分割したような構成により、副走査方向における幅がLn/4のバンド領域に対し、順次インク滴を吐出する。
図5(b)~(e)は、4パスのマルチパス方式で各バンド領域に層52(n)を順次形成する様子の一例を模式的に示す。尚、図示を簡略化するため、図5(b)~(e)においては、平坦化ローラ302を傾けて配設することによる特徴を省略して、各バンド領域に順次形成するインクの層のみを図示している。実際の造形装置10の構成においては、図1~4を用いて説明した場合と同一又は同様にして、傾けた状態で配設した平坦化ローラ302を用いて、インクの層を平坦化する。そのため、各バンド領域に形成される層52(n)も、平坦化ローラ302の傾きに応じて、斜面状に形成される。
また、より具体的に、4パスのマルチパス方式で一のインクの層52(n)を形成する場合、図5(b)に示すように、インクジェットヘッド200の前端の1/4の領域により、最初のバンド領域に対し、1パス目の主走査動作を行う。これにより、下の層52(n-1)の上に、層52(n)の一部となるインクの層を形成する。
また、その後、パス数に応じた送り量での副走査動作を行う。例えば、図示した構成の場合、Ln/4の送り量だけ図中の右側へインクジェットヘッド200を相対移動させることにより、図5(c)に示した位置へインクジェットヘッド200を移動させる。そして、この位置で2パス目の主走査動作を行うことにより、図中の左端のバンド領域に対し、2回目の主走査動作を行う。また、その右隣のバンド領域に対し、1回目の主走査動作を行う。
更に、その後、間に副走査動作を挟んで3パス目、4パス目の主走査動作を繰り返すことにより、図5(d)、(e)に示すように、図中の左端のバンド領域に対し、3回目及び4回目の主走査動作を行う。また、これにより、図中の左端のバンド領域について、パス数分の主走査動作が行われ、層52(n)の形成が完了する。また、他のバンド領域についても、主走査動作と副走査動作との繰り返しにより、層52(n)の形成が順次完了する。
尚、図5(b)~(e)においては、模式的に図示を行って説明を行う都合上、パス毎にインクが積み上がるように図示を行っている。しかし、実際の造形時において、1パス目~4パス目のそれぞれのパスでは、XY平面における互いに異なる位置を中心にしてそれぞれインク滴を吐出することになる。そのため、実質的には、図示したように一定にインクが積み上がることはない。
以上のように構成すれば、マルチパス方式によりインクの層を適切に形成できる。また、複数のインクの層を積層することにより、立体物を適切に造形できる。また、この場合も、平坦化ローラ302を傾けて配設することにより、例えば、図1~4と同一又は同様の効果を得ることができる。
ここで、平坦化ローラ302の傾け量については、図1~4を用いて説明をした場合と同様に、平坦化ローラ302の全体で考えることができる。そのため、平坦化ローラ302の傾け量については、図1~4を用いて説明をした場合と同じに設定してよい。
但し、1パス方式に比べて、4パスのマルチパス方式で造形を行う4パス方式の場合、副走査動作での移動距離(送り量)は、1/4になる。そのため、図2(c)に示したHの実効的な高さは、1/4になると考えられる。また、この場合、形成中バンドと、後方側バンド及び前方側バンドとの関係については、マルチパス方式の動作に合わせて考慮することが好ましい。より具体的に、この場合、形成中バンドと、後方側バンド、及び前方側バンドは、パス数をnとすると、副走査方向における幅がLn/n(例えば、Ln/4)の領域になる。また、形成中バンドについて、最後の主走査動作を行うタイミングにおいて、隣接する後方側バンド及び前方側バンドの境部よりも高くインクの層を形成し、その後、両境部よりも低くならないように平坦化ローラ302により平坦化を行うことが考えられる。
また、この場合、形成中バンドに対する最後の主走査動作とは、パス数分の主走査動作のうち、最後の主走査動作である。また、形成完了済みのバンド領域である後方側バンドは、パス数分の主走査動作が完了された領域である。また、未完成のバンド領域である前方側バンドは、パス数分の主走査動作がまだ行われていない領域である。すなわち、前方側バンドは、層52(n)を形成する動作において、1層下のインクの層である層52(n-1)の上に、最後の回の主走査動作以外の主走査動作が行われたバンド領域であってよい。
続いて、マルチパス方式でインクの層を形成する場合のより具体的な特徴について、補足説明をする。マルチパス方式でインクの層を形成する場合については、例えば、副走査動作時の送り量よりも副走査方向における平坦化ローラ302の長さが大きい構成と考えることができる。また、1回の副走査動作での送り量については、例えば、平坦化ローラ302の実効長さをパス数で除した距離であると考えることができる。この場合、平坦化ローラ302の実効長さとは、例えば、平坦化ローラ302において平坦化を行う領域の副走査方向における長さである。
また、マルチパス方式でインクの層を形成する場合、平坦化を行った後の一のインクの層の厚さTについて、パス数分の全ての主走査動作を行った後の厚さであると考えることができる。また、より具体的に、例えば、平坦化を行った後の一のインクの層の厚さTについては、例えば30μm程度にすることが考えられる。
また、この場合、複数回の主走査動作のうち、1パス目の主走査動作で形成したインクのドットについては、吐出されたインク滴が潰れて拡がり、高さが低くなることから、平坦化ローラ302と接触する確率が低くなる。一方で、特に4パス目の主走査動作で形成したインクのドットは、3パス目までに吐出されたドットの間の隙間を埋めることになるため、高さが高くなり、平坦化ローラ302と接触する確率が高くなる。そして、このような点を考慮したとしても、平坦化ローラ302を傾けて配設することによる効果が得られると考えられる。
また、造形装置10の構成及び動作については、更なる変形例を考えることもできる。例えば、本例において、造形装置10は、造形台16上にインクの層を積層することにより、立体物を造形する。しかし、例えば図3及び図4等を用いて説明をしたように、立体物を構成するそれぞれのインクの層は、平坦化ローラ302を傾けることにより、バンド領域の境界部分に段差を有する形状になる。そして、この場合、上面が平坦な造形台16の上に直接インクの層を形成すると、初期のインクの層について、段差の形状が不均一になるおそれもある。また、その結果、立体物の精度に誤差等が生じるおそれもある。
そのため、例えば、立体物を構成するインクの層については、造形台16上に少なくとも1層のインクの層を別途形成し、その上に形成することも考えられる。このように構成すれば、例えば、立体物を構成するインクの層をより高い精度でより適切に形成することができる。また、この場合、例えば造形台16の上面に凹凸等が存在している場合等にも、その凹凸の影響を適切に抑えることができる。
また、この場合、立体物を構成するインクの層と造形台16との間に形成するインクの層については、サポート材用ヘッド210(図1参照)を用いて、サポート層の材料で形成することが考えられる。このように構成すれば、例えば、造形の完了後において、造形台16から立体物をより容易に取り外すことができる。
また、上記においては、副走査動作時にインクジェットヘッドを相対移動させる向きについて、主に、副走査方向における一方の向きのみにする場合について、説明をした。しかし、副走査動作時にインクジェットヘッドを相対移動させる向きついては、副走査方向における一方及び他方の向きの双方向にすることも考えられる。この場合、例えば、インクの層毎に副走査動作の向きを変更すること等が考えられる。このように構成すれば、例えば、立体物の造形をより高速に行うことができる。
また、この場合、平坦化ローラ302による平坦化の動作については、一方の向きの副走査動作を挟んで行う主走査動作時にのみ行うことが考えられる。このように構成すれば、例えば、副走査動作の向きに合わせて傾けた平坦化ローラ302を用いて、インクの層を適切に平坦化することができる。また、この場合、他方の向きの副走査動作を挟んで行う主走査動作時には、積層方向駆動部20(図1参照)により、少なくとも平坦化ローラ302がインクの層と接触しないようにヘッド台間距離を大きくすることが考えられる。このように構成すれば、例えば、一方の向きの副走査動作を挟んで行う主走査動作時にのみ適切に平坦化を行うことができる。また、この場合、Z方向に平坦化ローラ302を移動可能な構成にして、平坦化を行わない主走査動作時には平坦化ローラ302を待避させてもよい。
また、更なる変形例においては、一方の向きの副走査動作を挟んで行う主走査動作時に加え、他方の向きの副走査動作を挟んで行う主走査動作時にも平坦化を行うことも考えられる。この場合、副走査動作時の移動の向きに合わせて傾き方を反対にした平坦化ローラ302を用いることが考えられる。また、この場合、例えば、各回の主走査動作時には、平坦化を行う平坦化ローラ302のみがインクの層と接触するように、他の平坦化ローラ302を待避させておくことが好ましい。
以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
本発明は、例えば立体物造形装置に好適に利用できる。
10・・・立体物造形装置、12・・・吐出ユニット、14・・・主走査駆動部、16・・・造形台、18・・・副走査駆動部、20・・・積層方向駆動部、22・・・制御部、50・・・立体物、52・・・層、102・・・キャリッジ、104・・・ガイドレール、200・・・インクジェットヘッド、204・・・有色インク用ヘッド、204・・・造形材用ヘッド、206・・・白インク用ヘッド、208・・・クリアインク用ヘッド、210・・・サポート材用ヘッド、220・・・紫外線光源、222・・・平坦化ローラユニット、302・・・平坦化ローラ、304・・・ブレード、306・・・インク回収部、402・・・ノズル列、502・・・端部、504・・・端部
Claims (7)
- 積層造形法で立体物を造形する造形装置であって、
インクジェット方式でインク滴を吐出するインクジェットヘッドと、
造形中の前記立体物を支持する台状部材であり、前記インクジェットヘッドと対向する位置に配設される造形台と、
インク滴を吐出しながら予め設定された主走査方向へ前記造形台に対して相対的に移動する主走査動作を前記インクジェットヘッドに行わせる主走査駆動部と、
前記主走査方向と直交する副走査方向へ前記造形台に対して相対的に前記インクジェットヘッドを移動させる副走査駆動部と、
前記造形台及び前記インクジェットヘッドのうちの少なくとも一方を移動させることにより、前記インクジェットヘッドと前記造形台との間の距離を変化させる積層方向駆動部と、
前記主走査動作時に前記インクジェットヘッドと共に前記造形台に対して相対的に移動することにより、前記インクジェットヘッドにより形成されるインクの層を平坦化するローラとを備え、
前記副走査駆動部は、前記副走査方向において予め設定された向きである副走査移動向きへ予め設定された送り量だけ前記造形台に対して相対的に移動する副走査動作を、前記主走査動作の合間に前記インクジェットヘッドに行わせ、
前記副走査動作時において、前記ローラは、前記インクジェットヘッドと共に、前記造形台に対して相対的に、前記副走査移動向きへ移動し、
前記ローラは、一端が前記副走査移動向きにおける前方側になり、他端が前記副走査移動向きにおける後方側になり、かつ、前記積層方向における高さについて、前記後方側にある前記他端の高さが前記前方側にある前記一端の高さよりも高くなるように、傾けて配設されていることを特徴とする造形装置。 - 前記インクジェットヘッドは、前記副走査方向における幅がLnになる範囲に複数のノズルが並ぶノズル列を有し、
一のインクの層を形成する動作において、前記造形装置は、前記副走査方向における幅Lnを予め設定された1以上の整数nで除した幅Ln/nになるバンド状の領域であるバンド領域を順次形成し、
一のインクの層を形成する動作において、前記インクジェットヘッドは、前記主走査動作と前記副走査動作とを繰り返し行うことにより、前記副走査移動向きに沿って、それぞれの前記バンド領域に予め設定された厚さでインクの層を順次形成し、
一のインクの層を形成する動作中にそれぞれの前記バンド領域を形成する最後の前記主走査動作時において、
当該主走査動作により形成が完了する前記バンド領域である形成中バンドと、前記副走査移動向きにおいて形成中バンドよりも後方側にある形成完了済みの前記バンド領域である後方側バンドとについて、 前記インクジェットヘッドは、前記ローラにより平坦化される前の状態での前記形成中バンドにおける前記副走査移動向きの後端におけるインクの高さが前記後方側バンドの前端よりも高くなるように、インクの層を形成し、かつ、前記ローラは、前記形成中バンドにおける前記副走査移動向きの後端におけるインクの高さが少なくとも前記後方側バンドの前端よりも低くならないように、前記インクの層を平坦化することを特徴とする請求項1に記載の造形装置。 - 前記副走査移動向きにおいて前記形成中バンドよりも前方側にある未完成の前記バンド領域を前方側バンドとした場合、
前記インクジェットヘッドは、前記ローラにより平坦化される前の状態での前記形成中バンドにおける前記副走査移動向きの前端におけるインクの高さが前記前方側バンドの後端の位置に既に形成されているインクの層よりも高くなるように、インクの層を形成し、かつ、前記ローラは、前記形成中バンドにおける前記副走査移動向きの前端におけるインクの高さが少なくとも前記前方側バンドの後端の位置に既に形成されているインクの層よりも低くならないように、前記インクの層を平坦化することを特徴とする請求項2に記載の造形装置。 - 前記インクジェットヘッドは、所定の条件に応じて硬化するインクのインク滴を吐出し、
前記造形装置は、インクを硬化させる硬化手段を更に備え、
前記ローラは、硬化前のインクの一部を除去することにより、前記インクジェットヘッドにより形成されるインクの層を平坦化することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の造形装置。 - 平坦化を行った後の一のインクの層の厚さをTとし、前記ローラの前記他端の高さと、前記ローラの前記一端の高さとの差をHとした場合、
H < T
の関係にあることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の造形装置。 - 前記ローラの全振れ量をXとした場合、
X < H <T-X
の関係にあることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の造形装置。 - 積層造形法で立体物を造形する造形方法であって、
インクジェット方式でインク滴を吐出するインクジェットヘッドと、
造形中の前記立体物を支持する台状部材であり、前記インクジェットヘッドと対向する位置に配設される造形台と、
前記インクジェットヘッドにより形成されるインクの層を平坦化するローラと
を用い、
インク滴を吐出しながら予め設定された主走査方向へ前記造形台に対して相対的に移動する主走査動作を前記インクジェットヘッドに行わせ、
前記主走査方向と直交する副走査方向へ前記造形台に対して相対的に前記インクジェットヘッドを移動させ、
前記造形台及び前記インクジェットヘッドのうちの少なくとも一方を移動させることにより、前記インクジェットヘッドと前記造形台との間の距離を変化させ、
前記ローラは、前記主走査動作時に前記インクジェットヘッドと共に前記造形台に対して相対的に移動することにより、前記インクジェットヘッドにより形成されるインクの層を平坦化し、
前記副走査方向において予め設定された向きである副走査移動向きへ予め設定された送り量だけ前記造形台に対して相対的に移動する副走査動作を、前記主走査動作の合間に前記インクジェットヘッドに行わせ、
前記副走査動作時において、前記ローラを、前記インクジェットヘッドと共に、前記造形台に対して相対的に、前記副走査移動向きへ移動させ、
前記ローラは、一端が前記副走査移動向きにおける前方側になり、他端が前記副走査移動向きにおける後方側になり、かつ、前記積層方向における高さについて、前記後方側にある前記他端の高さが前記前方側にある前記一端の高さよりも高くなるように、傾けて配設されていることを特徴とする造形方法。
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