WO2021106699A1 - 造形装置及び造形方法 - Google Patents

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WO2021106699A1
WO2021106699A1 PCT/JP2020/042915 JP2020042915W WO2021106699A1 WO 2021106699 A1 WO2021106699 A1 WO 2021106699A1 JP 2020042915 W JP2020042915 W JP 2020042915W WO 2021106699 A1 WO2021106699 A1 WO 2021106699A1
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ink
main scanning
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modeling
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真行 古瀬
舜太 花岡
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株式会社ミマキエンジニアリング
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Definitions

  • the present invention relates to a modeling apparatus and a modeling method.
  • an ink jet head is used to eject ink as a material for a modeled object, and the ejected ink is cured by ultraviolet rays or the like to form an ink layer, and the layer is flattened by a flattening roller.
  • An apparatus has been developed for forming a modeled object by repeating lamination.
  • Patent Document 1 in order to prevent the occurrence of a portion where the height in the stacking direction is locally increased, the ink landed at a high position is moved to a lower position by gravity without completely curing the ink. It is disclosed that it facilitates and makes it difficult to form a region of height in contact with the flattening means to prevent contact between the cured ink and the flattening means.
  • Patent Document 1 it is difficult to control the height of the ink in the stacking direction by adjusting the curing state of the ink, and there is a possibility that the generation of shavings cannot be sufficiently suppressed.
  • an object of the present invention is to provide a modeling apparatus and a modeling method capable of easily suppressing the amount of ink shavings generated when the upper surface of ink dots is flattened.
  • the modeling apparatus of the present invention performs a main scanning operation a plurality of times while reciprocating in a predetermined main scanning direction to eject ink droplets of curable ink that cures in response to light of a predetermined wavelength toward a modeling table.
  • the ink dots forming one modeling layer and the ink dots formed by the ink droplets are provided at least at one place on the front side of the ink jet head in the outward path direction or the return path direction in the main scanning operation.
  • the main scanning operation is performed a plurality of times. By controlling the lighting / extinguishing state of the light source or its illuminance during at least one main scanning operation, the flattening portion flattens the ink dots in the return path movement without completely curing the ink dots. Ink.
  • the upper surface of the ink dots before the ink dots are completely cured, that is, in the soft state is flattened by the flattening portion, so that the ink dots are flattened.
  • the amount of ink shavings generated at the time can be easily suppressed.
  • a first light source provided on the outward path side of the main scanning direction with respect to the inkjet head and irradiating the ink dots formed by the landed ink droplets with the light, and the inkjet.
  • the ink jet head is provided on the return path side in the main scanning direction with respect to the head, and includes a second light source that irradiates the ink dots formed by the landed ink droplets with the light, and the ink jet head moves in the outward path. It is not necessary to turn on the second light source when ejecting drops. According to this configuration, since the upper surface of the uncured ink dots is flattened by the flattening portion, the generation of ink shavings can be easily suppressed.
  • the modeling apparatus of the present invention is provided on the outward path side of the main scanning direction with respect to the inkjet head, and is provided on the first light source that irradiates the ink dots formed by the landed ink droplets with the light, and the inkjet head.
  • a second light source provided on the return path side in the main scanning direction and irradiating the ink dots formed by the landed ink droplets with the light is provided, and the outbound movement of the inkjet head and the movement of the inkjet head are provided.
  • the second light source may be lit with an illuminance at which the ink dots are in a semi-cured state.
  • the semi-cured state is a cured state to the extent that the ink dots landing on the modeling table do not flow.
  • the upper surface of the semi-cured ink dots, which are in a cured state to the extent that the landed ink dots do not flow, is flattened by the flattening portion, so that the generation of ink shavings can be easily suppressed.
  • the ink dots are completely formed by controlling the lighting / extinguishing state of the second light source or its illuminance in at least the last reciprocating movement in the main scanning direction with respect to each position of the modeling layer.
  • the ink dots may be cured by the first light source after the flattening portion flattens the ink dots in the return path movement without curing the ink dots.
  • the light source cures the ink dots after the flattening portion flattens the ink dots in the return path movement.
  • the outward movement or the return movement of the main scanning operation is performed at least three times or more for each position of the modeling layer.
  • the inkjet head uniformly ejects clear ink onto the modeled object so as to compensate for the amount of the color ink laminated for coloring and forming the modeled object, and the ink jet head ejects the clear ink.
  • the amount of the clear ink replenished by one ejection may be smaller than the maximum amount of the color ink by one ejection from the inkjet head.
  • the amount of color ink produced by one ejection decreases as the color density of the modeled object decreases. Therefore, the portion where the color density is low may not satisfy the predetermined stacking height with the color ink alone. Therefore, clear ink, which is a colorless and transparent ink, is ejected to compensate for a small amount of color ink.
  • the calculation of the clear ink replenishment amount for each discharge of the color ink is not performed because the calculation process requires time, and the clear ink replenishment amount is uniform with respect to the modeled object.
  • the amount of clear ink replenished is the same as the maximum amount of color ink as in the past, the amount of shavings generated during flattening by the flattening portion is the same as in the multi-pass method. It turned out to be more than when not done.
  • the replenishment amount of the clear ink is the amount of ink scraped off by the flattening portion from the modeled object formed so that the replenishment amount of the clear ink is the same as the maximum amount of the color ink. It may be a value subtracted from the maximum amount of the color ink.
  • the amount of ink scraped off by the flattening portion is considered to be an excessive amount of clear ink. Therefore, in this configuration, the amount of ink scraped off from the model formed with the amount of clear ink replenished equal to the maximum amount of color ink is obtained, and the value obtained by subtracting this amount of ink from the maximum amount of color ink is the clear ink. The amount of compensation for. As a result, it is possible to easily suppress the generation of ink shavings of the modeled object without causing a defect in the modeled object.
  • the main scanning operation of ejecting ink droplets of curable ink that cures in response to light of a predetermined wavelength toward the modeling table is performed a plurality of times.
  • the ink dots forming one modeling layer and the ink dots formed by the ink droplets are provided at least at one place on the front side of the ink jet head in the outward path direction or the return path direction in the main scanning operation.
  • the amount of ink shavings generated when the upper surface of ink dots is flattened can be easily suppressed.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the modeling apparatus 1 of the present embodiment.
  • the modeling apparatus 1 is configured as a system having a 3D printer 10, a user PC 40, and a control PC 42.
  • the 3D printer 10 of the present embodiment includes a discharge unit 12, a scanning drive unit 14, a modeling table 16, a movable unit 17, and a control device 18, and solidifies and stacks droplets of the curable resin discharged from the discharge unit 12.
  • This is an inkjet type 3D printer that forms a three-dimensional model 30.
  • the discharge unit 12 discharges the material of the modeled object 30 and stacks the layers constituting the modeled object 30 layer by layer to form the modeled object 30 on the modeling table 16. More specifically, the ejection unit 12 is based on the ink jet head 20 that ejects ink droplets containing various inks and support materials that are the materials of the modeled object 30 toward the modeling table 16 and the ink droplets that land on the modeling table 16.
  • the left light source 22A and the right light source 22B that irradiate the formed ink dots with light of a predetermined wavelength to cure them, and the upper surface (hereinafter referred to as "laminated surface") of the ink dots formed during the modeling of the modeled object 30 are flattened.
  • the flattening roller 23 is provided.
  • the inkjet head 20 of the present embodiment includes a white ink head 24 that ejects white ink, which is a model material, a color ink head 25 that ejects color ink, and a clear ink head 26 that ejects clear ink.
  • a support material head 27 for discharging the support material is provided. Although three color ink heads 25 are shown in FIG. 1, the number of color ink heads 25 can be appropriately set according to the number of types of ink used.
  • the ejection unit 12 ejects ink droplets while reciprocating in the left-right direction of the paper surface of FIG. 1 along the main scanning direction (Y direction), as will be described in detail later.
  • the movement from the right to the left of the paper in FIG. 1 is referred to as the outbound movement, and the movement from the left to the right of the paper in FIG. 1 is referred to as the inbound movement.
  • the left light source 22A is provided on the outward traveling direction side of the main scanning direction with respect to the inkjet head 20, and the main The right light source 22B is provided on the return path traveling direction side in the scanning direction. Further, a flattening roller 23 is provided between the left light source 22A and the inkjet head 20.
  • a light source 22 When the left light source 22A and the right light source 22B are not distinguished, it is simply referred to as a light source 22.
  • the light of a predetermined wavelength emitted from the light source 22 to the ink dots is, for example, ultraviolet rays. That is, the ink droplets ejected from the inkjet head 20 are ultraviolet curable inks that are cured in response to ultraviolet rays.
  • the ejection unit 12 of the present embodiment ejects ink droplets or the like of a curable resin that is cured by irradiation with ultraviolet rays and cures the ink droplets to form each layer constituting the modeled object 30.
  • the ejection unit 12 ejects ink droplets in response to an instruction from the control device 18 to form a layer of a curable resin and a curable resin formed by the layer forming operation.
  • the curing operation of curing the layer is repeated a plurality of times to form the modeled object 30.
  • the 3D printer 10 colors and forms the model 30 by ejecting color ink from the color ink head 25 and laminating them, but the amount of color ink ejected from the color ink head 25 (hereinafter, "color ink”).
  • the amount (referred to as “amount") changes according to the color density of the modeled object 30 (hereinafter referred to as "color density"). That is, since the amount of color ink forming the portion having a low color density is small, there is a possibility that the color ink alone does not satisfy the predetermined stacking height in such a portion. Therefore, the 3D printer 10 ejects the clear ink from the clear ink head 26 so as to compensate for the amount of the laminated ink due to the color ink.
  • the inkjet head 20 of the present embodiment uniformly ejects a predetermined amount of clear ink to the modeled object 30 for compensation.
  • the modeled object 30 of the present embodiment is composed of a color layer that colors and forms the modeled object 30, a reflective layer that forms a lower layer of the color layer, and an internal layer that forms a lower layer of the reflective layer.
  • the reflective layer and the inner layer are also collectively referred to as a modeling layer.
  • the color layer is formed of color ink.
  • the reflective layer and the inner layer are formed of a single color such as white ink, but the reflective layer and the inner layer may be formed of inks of different colors.
  • the 3D printer 10 of the present embodiment supplements the color layer with clear ink, but does not supplement the reflective layer and the inner layer with clear ink.
  • the scanning drive unit 14 is a drive unit that moves the discharge unit 12 relative to the modeled object 30 (hereinafter referred to as “scanning operation”).
  • the scanning drive unit 14 causes the discharge unit 12 to perform a main scanning operation (Y scanning) and a sub scanning operation (X scanning) as scanning operations.
  • the main scanning operation is, for example, an operation in which the ejection unit 12 ejects ink droplets while moving in a preset main scanning direction (Y direction in the drawing).
  • the scanning drive unit 14 has a carriage 32 and a guide rail 34.
  • the carriage 32 is a holding portion that holds the discharge unit 12 so as to face the modeling table 16. That is, the carriage 32 holds the ejection unit 12 so that the ejection direction of the ink droplets is in the direction toward the modeling table 16. Further, during the main scanning operation, the carriage 32 moves along the guide rail 34 while holding the discharge unit 12.
  • the guide rail 34 is a rail-shaped member that guides the movement of the carriage 32, and moves the carriage 32 in response to an instruction from the control device 18 during the main scanning operation.
  • the movement of the discharge unit 12 in the main scanning operation may be a movement relative to the modeled object 30.
  • the modeled object 30 may be moved by fixing the position of the discharge unit 12 and moving the modeling table 16.
  • the movable portion 17 is a transport mechanism that changes the distance between the discharge unit 12 and the modeling table 16.
  • the upper surface of the modeling table 16 of the present embodiment is moved in the vertical direction (Z direction in FIG. 1) by the movable portion 17.
  • the upper surface of the modeling table 16 moves in accordance with the progress of modeling of the modeling object 30 according to the instruction from the control device 18.
  • the distance (gap) between the laminated surface of the modeled object 30 in the process of modeling and the discharge unit 12 is appropriately adjusted.
  • the laminated surface of the modeled object 30 is, for example, a surface on which the next layer is formed by the discharge unit 12.
  • the distance between the discharge unit 12 and the modeling table 16 may be adjusted by moving the side of the discharge unit 12 up and down.
  • the control device 18 is, for example, a CPU (Central Processing Unit) of the 3D printer 10, and controls each part of the 3D printer 10 based on slice data showing shape information of the modeled object 30 to be modeled, color image information, and the like. This controls the modeling operation of the modeled object 30.
  • a CPU Central Processing Unit
  • the user PC 40 is an information processing device having a display device 40A and an input device 40B composed of a keyboard, a mouse, and the like.
  • the user PC 40 of the present embodiment transmits 3D model data showing the modeled object 30 in a predetermined format to the control PC 42 as a modeling job.
  • the 3D model data is data indicating the shape of the modeled object 30 and its surface color, etc., and is created based on, for example, 3DCAD data, data on the appearance of the modeled object 30 to be manufactured, and the like.
  • the control PC 42 is an information processing device that controls the 3D printer 10, and receives a modeling job from the user PC 40.
  • the control PC 42 generates slice data corresponding to the cross section of each position of the modeled object 30 based on the modeling job (3D model data) received from the user PC 40. Then, the control PC 42 transmits the slice data corresponding to each position to the 3D printer 10.
  • one 3D printer 10 is connected to the control PC 42, but this is an example, and a plurality of 3D printers 10 may be connected to the control PC 42.
  • the user PC 40 and the control PC 42 include, for example, a CPU that performs arithmetic processing, a ROM (Read Only Memory) that stores programs and various data in advance, a RAM (Random Access Memory) that is used as a work area of the CPU, and It is equipped with a storage device such as an HDD (Hard Disk Drive) that stores various information, and transmits and receives various data to and from another information processing device or the 3D printer 10.
  • a CPU that performs arithmetic processing
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • HDD Hard Disk Drive
  • the inkjet head 20 of the present embodiment is a main scanning operation that ejects ink droplets while moving in the main scanning direction (Y direction) with respect to each position of the modeled area where the modeled object 30 is formed on the modeling table 16.
  • the modeled object 30 is formed by a multi-pass method in which the above is performed a plurality of times. More specifically, the ejection of ink droplets in the outward movement of the inkjet head 20 by the first main scanning operation is set as the first pass, the ejection of ink droplets in the return path movement is set as the second pass, and the second main scanning operation is performed.
  • the outbound movement and the inbound movement are the third and fourth passes, respectively.
  • one main scanning operation (outward movement or return movement) corresponds to one pass, and the inkjet head 20 forms one modeling layer by performing the main scanning operation a plurality of times.
  • the multi-pass method enables the formation of a higher-definition modeled object 30 by forming three or more ink dots for each position of the modeled area.
  • the multi-pass of the present embodiment is a 4-pass in which the main scanning operation is performed twice and ink droplets are ejected four times at each position in the area to be modeled.
  • FIG. 2 is a functional block diagram related to the modeling process executed by the 3D printer 10 of the present embodiment.
  • the control device 18 included in the 3D printer 10 includes a scanning control unit 50, a path determination unit 52, an ink ejection control unit 54, and a light source control unit 56.
  • the scanning control unit 50 has a scanning drive unit 14 so that the discharge unit 12 moves in the main scanning direction (Y direction) and the sub-scanning direction (X direction) and the modeling table 16 moves in the vertical direction (Z direction). And controls the drive of the movable portion 17.
  • the path determination unit 52 determines the current number of passes of the inkjet head 20 that is moving in the main scanning direction of the ejection unit 12 (outward movement or return movement), in other words, the main scanning movement while ejecting ink droplets. To do.
  • the ink ejection control unit 54 controls the inkjet head 20 so as to eject ink droplets based on the slice data transmitted from the control PC 42.
  • the light source control unit 56 controls the lighting state of the left light source 22A and the right light source 22B according to the moving state of the discharge unit 12 in the main scanning direction.
  • the modeling apparatus 1 of the present embodiment supplements the clear ink with respect to the color ink
  • the height of the ink layer formed by the ink dots tends to be higher than the reference value.
  • the height of the ink layer may be higher than the reference value due to the overlap of some of the adjacent ink dots.
  • the excess ink is cured and then scraped off by the flattening roller 23 to generate shavings. Then, the shavings may stain the modeled object 30 formed by adhering to the modeled object 30 again. Therefore, it is required to suppress the generation of shavings.
  • the left light source 22B is controlled so that the ink dots are not completely cured by controlling the blinking state of the right light source 22B.
  • Light irradiation for curing the ink dots is performed by 22A. According to this, before the ink dots are completely cured, that is, the laminated surface of the soft ink dots is flattened by the flattening roller 23, the amount of ink shavings generated during flattening can be easily reduced. Can be suppressed.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the flow of light irradiation and flattening processing of the present embodiment.
  • the right light source 22B is not turned on when the ink jet head 20 reciprocates and ejects ink droplets. That is, the right light source 22B is turned off during the outward movement of the inkjet head 20 as well as the return movement.
  • the outward movement corresponds to the odd-numbered path
  • the return movement corresponds to the even-numbered path.
  • ink droplets are ejected from the inkjet head 20 with the left light source 22A turned on at 100% illuminance, but the right light source 22B is turned off. Will be done.
  • the ink dots formed by the ink droplets ejected in the outward movement are left in the uncured state, and when the inkjet head 20 reaches the left end in the main scanning direction, the return movement is performed.
  • the 100% illuminance is an illuminance that can completely cure the ink dots.
  • the reason why the left light source 22A is lit with 100% illuminance in the outward movement is that the ink dots laminated on the lower layer of the ink dots formed by the ejection may not be sufficiently cured. This is to completely cure the ink dots in the lower layer. Therefore, it is not always necessary to turn on the left light source 22A in the outward movement. Since the flattening roller 23 is arranged on the left side of the inkjet head 20 (forward in the traveling direction of the outward movement), it does not act on the ink dots formed by the outward movement.
  • the right light source 22B is turned off even when the inkjet head 20 is moved on the return path, and ink droplets are ejected from the inkjet head 20.
  • the ink dots formed by the ink droplets ejected in the outward movement and the return movement are left in the uncured state, and the uncured ink dot laminated surface is flattened by the flattening roller 23.
  • the ink dots are cured by the left light source 22A which is turned on at 100%.
  • the laminated surface of the uncured ink dots is flattened by the flattening roller 23, so that the generation of ink shavings can be easily suppressed.
  • the light irradiation and flattening treatments of the present embodiment may be applied not only when the modeled object 30 is formed by the multi-pass method but also when the modeled object 30 is formed by one main scanning operation (2 passes). Good.
  • the present embodiment has described a mode in which the discharge unit 12 includes two light sources 22 (left light source 22A and right light source 22B), the present invention is not limited to this.
  • the light source 22 may be provided at least one place on the front side of the main scanning operation with respect to the inkjet head 20.
  • the right light source 22B may not be provided, but only the left light source 22A may be provided.
  • the control for turning off the right light source 22B is not included, and only the blinking control of the left light source 22A is performed. It is said.
  • the right light source 22B is lit with an illuminance at which the ink dots are in a semi-cured state, at least one of the outward movement of the inkjet head 20 and the return movement of the inkjet head 20.
  • the right light source 22B irradiates the ink dots with ultraviolet rays having a weak illuminance that is dimmed as compared with the state where the illuminance is 100%.
  • the laminated surface of the semi-cured ink dots which is in a cured state to the extent that the landed ink dots do not flow, is flattened by the flattening roller 23, so that the ink shavings are used. Can be easily suppressed.
  • FIG. 5 is a schematic view showing the flow of light irradiation and flattening processing of the present embodiment.
  • the illuminance of the right light source 22B is set to 50% in the outward movement and the return movement.
  • the ink dots formed by the ink droplets ejected in the outward movement are put into a semi-cured state, and the laminated surface of the ink dots is flattened by the flattening roller 23.
  • the ink dots formed by the ink droplets ejected during the return trip are flattened in an uncured state.
  • the illuminance of the right light source 22B shown in FIG. 5 is an example.
  • the illuminance may be less than 50% as long as the illuminance does not completely cure the ink dots.
  • the illuminance of the right light source 22B may be different.
  • the right light source 22B may be turned on during the outward movement, while the right light source 22B may be turned off during the return movement.
  • the right light source 22B may be turned on during the outward movement, while the right light source 22B may be turned off during the return movement.
  • Flattening the laminated surface of the ink dots without completely curing the ink dots as in the first embodiment and the second embodiment may cause color bleeding of the modeled object 30. Then, in the formation of the modeled object 30 by the multipath method, if the ink dots are flattened before the ink dots are completely cured, color bleeding may become more apparent.
  • the ink dots are completely cured by controlling the blinking state of the right light source 22B in at least the last reciprocating movement of the inkjet head 20 in the main scanning direction in the multi-pass method. After the flattening roller 23 flattens the ink dots in the return path movement, the ink dots are cured by the left light source 22A.
  • FIG. 6 shows the flow of light irradiation and flattening processing in the multipath method (4 passes) of the present embodiment.
  • the right light source 22B is turned on together with the left light source 22A.
  • the cured first-pass ink dots and the uncured second-pass ink dots are flattened by the flattening roller 23.
  • the right light source 22B is turned off.
  • the uncured ink dots are flattened by the flattening roller 23 and then cured by the left light source 22A.
  • the ink shavings of the modeled object 30 are suppressed while suppressing the color bleeding of the modeled object 30. It was confirmed that the occurrence of can be easily suppressed.
  • the right light source 22B may be lit with dimmed illuminance in order to make the ink dots semi-cured as in the second embodiment.
  • the ink dots may be flattened by the flattening roller 23 without being completely cured at least in the final main scanning operation. Therefore, for example, the main scanning operation is performed in 3.
  • the ink dots may be flattened by the flattening roller 23 only in the 5th and 6th passes, or in the main scanning operation of the 3rd to 6th passes without completely curing the ink dots. The same applies to the multipath method of 8 passes or more in which the main scanning operation is repeated 4 times or more.
  • the present embodiment has described a mode in which the discharge unit 12 includes two light sources 22 (left light source 22A and right light source 22B), the present invention is not limited to this.
  • the light source 22 may be provided at least one place on the front side of the main scanning operation with respect to the inkjet head 20.
  • the right light source 22B may not be provided, but only the left light source 22A may be provided.
  • the control for turning the right light source 22B into the lit state or the extinguished state is not included, and the blinking control of the left light source 22A is not included. Only done.
  • the amount of color ink produced by one ejection decreases as the color density of the model 30 decreases. Therefore, the portion where the color density is low may not satisfy the predetermined stacking height with the color ink alone.
  • the thickness of one modeling layer is about 20 to 40 microns, and when the number of modeling layers is small, the shortage of ink is not noticeable. However, when 100 or more modeling layers are overlapped, a shortage of ink becomes conspicuous, and a problem such as a part of the modeling object 30 being distorted occurs. Therefore, clear ink, which is a colorless and transparent ink, is ejected to compensate for a small amount of color ink.
  • the calculation of the clear ink replenishment amount for each discharge of the color ink is not performed because the calculation process requires time, and the clear ink replenishment amount is uniform with respect to the modeled object 30. For this reason, conventionally, by setting the replenishment amount of clear ink by one ejection to be the same as the maximum amount of color ink by one ejection, the replenishment amount of clear ink is insufficient even in a low density portion. I was preventing it.
  • the amount of clear ink replenished is set to be less than the maximum amount of color ink. As a result, it was confirmed that the amount of ink dragging or shavings generated during flattening was suppressed, and that the formed model 30 did not have any problems.
  • the modeled object 30 is formed with the same amount of clear ink as the maximum amount of color ink (the amount of color ink when the color density is the highest) by one ejection.
  • the amount of clear ink replenished at this time is defined as 100%. It is considered that the amount of ink scraped off by the flattening roller 23 from the modeled object 30 formed with the amount of clear ink replenished as 100% is an excessive amount of clear ink.
  • the inventor reduced the amount of clear ink to be replenished from 100% to 80% when the measured value of the amount of ink scraped by the flattening roller 23 was 20% of the amount of ink ejected from the inkjet head 20.
  • An experiment was conducted in which the model 30 was formed. As a result, the amount of ink shavings generated in the modeled object 30 could be reduced as compared with the conventional case without causing a defect in the modeled object 30.
  • the amount of shavings generated decreases as the amount of clear ink replenished decreases.
  • the amount of clear ink to be replenished is too small, for example, as the layers are overlapped, the portion where the ink is insufficient becomes prominent and the modeled object 30 is distorted, resulting in problems in the formed modeled object 30.
  • the replenishment amount of clear ink is set to less than 100% based on the amount of ink scraped off by the flattening roller 23 from the modeled object 30 formed with the replenishment amount of clear ink as 100%, the modeled object It was possible to reduce the amount of ink shavings generated in the modeled object 30 without causing a problem in the model 30.
  • the amount of ink scraped off by the flattening roller 23 is obtained from the modeled object 30 formed with the amount of clear ink replenished as 100%, and the value obtained by subtracting this amount of ink from the maximum amount of color ink is calculated.
  • the amount of clear ink to be replenished is an example, and may differ depending on the type of the modeled object 30 or the 3D printer 10 to be formed. For example, when forming the modeled object 30 having a high color density as a whole, the amount of clear ink replenished may be a value lower than 80%.
  • FIG. 8 is a functional block diagram related to the modeling process executed by the 3D printer 10 of the present embodiment.
  • the same components as those in FIG. 2 in FIG. 8 are designated by the same reference numerals as those in FIG. 2, and the description thereof will be omitted.
  • the control device 18 of the present embodiment includes a clear compensation amount setting unit 58 together with a scanning control unit 50, a path determination unit 52, an ink ejection control unit 54, and a light source control unit 56.
  • the clear compensation amount setting unit 58 receives and stores, for example, the compensation amount of clear ink input via the user PC 40 as a set value. Then, the ink ejection control unit 54 controls the inkjet head 20 so as to eject the clear ink of the compensation amount set by the clear compensation amount setting unit 58.
  • the mode in which the light of a predetermined wavelength irradiated by the light source 22 is ultraviolet light has been described, but the present invention is not limited to this.
  • the light source 22 may irradiate light of another wavelength such as infrared rays.
  • the modeling apparatus 1 is configured as a system having a 3D printer 10, a user PC 40, and a control PC 42 has been described, but the present invention is not limited thereto.
  • an information processing device having the functions of the user PC 40 and the control PC 42 may be connected to the 3D printer 10.
  • the modeling apparatus 1 of the present embodiment reciprocates in a predetermined main scanning direction and ejects ink droplets of curable ink that cures in response to light of a predetermined wavelength toward the modeling table 16.
  • the inkjet head 20 that forms one modeling layer by performing the scanning operation a plurality of times, and the ink droplets 20 are provided at least one place on the front side in the outward path direction or the return path direction in the main scanning operation with respect to the inkjet head 20.
  • a plurality of modeling devices 1 including a light source 22 for irradiating the formed ink dots with light and a flattening roller 23 for flattening the upper surface of the ink dots, and forming a modeled object 30 by laminating the modeling layers.
  • the flattening roller 23 By controlling the lighting / extinguishing state of the light source 22 or its illuminance during at least one main scanning operation among the main scanning operations, the flattening roller 23 inks in the return path movement without completely curing the ink dots. Flatten the dots.
  • the ink before the ink dots are completely cured, that is, the ink in a soft state that does not flow but is scraped off by the flattening roller 23. Since the upper surface of the dots is flattened by the flattening roller 23, the amount of ink shavings generated during flattening can be easily suppressed.
  • the modeling apparatus 1 of the present embodiment is provided on the outward path side in the main scanning direction with respect to the inkjet head 20, and is a left light source 22A that irradiates ink dots formed by ink droplets landing on the modeling table 16. And a right light source 22B provided on the return path side in the main scanning direction with respect to the inkjet head 20 to irradiate ink dots with light, and a right light source when the inkjet head 20 ejects ink droplets while moving on the outward path. Do not turn on 22B.
  • the upper surface of the uncured ink dots is flattened by the flattening roller 23, the generation of ink shavings can be easily suppressed.
  • the modeling apparatus 1 of the present embodiment lights the right light source 22B at an illuminance at which the ink dots are in a semi-cured state, at least one of the outward movement of the inkjet head 20 and the return movement of the inkjet head 20. According to the present embodiment, since the upper surface of the semi-cured ink dots is flattened by the flattening roller 23, the generation of ink shavings can be easily suppressed.
  • the semi-cured state is a cured state to which the ink dots landing on the modeling table 16 do not flow.
  • the ink dots are generated by controlling the lighting / extinguishing state of the right light source 22B or its illuminance in at least the last reciprocating movement in the main scanning direction with respect to each position of the modeling layer.
  • the flattening roller 23 flattens the ink dots in the return trip without completely curing the ink dots
  • the left light source 22A cures the ink dots.
  • the generation of ink shavings of the modeled object 30 is easily suppressed while suppressing the color bleeding of the modeled object 30. it can.
  • the light source 22 cures the ink dots after the flattening roller 23 flattens the ink dots in the return path movement.
  • the outward movement or the return movement of the main scanning operation is performed at least three times or more for each position of the modeling layer.
  • the inkjet head 20 uniformly ejects clear ink to the modeled object 30 so as to compensate for the amount of laminated ink for coloring and forming the modeled object 30.
  • the amount of clear ink replenished by one ejection from the inkjet head 20 is smaller than the maximum amount of color ink by one ejection from the inkjet head 20.
  • the present embodiment in the formation of the modeled object 30 by the multipath method, it is possible to easily suppress the generation of ink shavings of the modeled object 30.
  • the amount of clear ink replenished is scraped off by the flattening roller 23 from the modeled object 30 formed so that the amount of clear ink replenished is the same as the maximum amount of color ink. It is a value obtained by subtracting the amount of ink from the maximum amount of color ink. According to this embodiment, it is possible to easily suppress the generation of ink shavings of the modeled object 30 without causing a defect in the modeled object 30.
  • the present invention relates to a modeling device that forms a three-dimensional object by ejecting ink.
  • Modeling device 16 Modeling table 20 Inkjet head 22A Left light source (first light source) 22B right light source (second light source) 23 Flattening roller (flattening part) 30 Modeled object

Abstract

インクドットの上面の平坦化の際に発生するインクの削り屑の量を簡易に抑制できる、造形装置及び造形方法を提供する。　造形装置１は、主走査方向へ往復移動しながら、所定波長の光に応じて硬化するインク滴を造形テーブル１６に向けて吐出する主走査動作を複数回行うことで１つの造形層を形成するインクジェットヘッド２０と、インクジェットヘッド２０に対して主走査動作における往路方向または復路方向の前方側の少なくとも１カ所に設けられ、インク滴によって形成されるインクドットへ光を照射する光源２２と、インクドットの上面を平坦化する平坦化部２３と、を備え、造形層を積層することで造形物３０を形成する。そして造形装置１は、複数回の主走査動作のうち少なくとも１回の主走査動作時に光源の点灯／消灯状態またはその照度を制御することで、インクドットを完全に硬化させることなく、復路移動において平坦化ローラ２３がインクドットを平坦化する。

Description

造形装置及び造形方法
　本発明は、造形装置及び造形方法に関する。
　近年、立体物を形成する造形装置が広く普及している。このような造形装置として、インクジェットヘッドを用いて造形物の材料となるインクを吐出し、吐出したインクを紫外線等で硬化させてインクの層とし、当該層を平坦化ローラによって平坦化することで、積層を繰り返して造形物を形成する装置が開発されている。
　平坦化ローラによる平坦化の際に、硬化後のインクの一部が削り取られて削り屑が発生する場合がある。この削り屑は、再び造形物に付着する等して形成される造形物を汚す可能性がある。このため、削り屑の発生を抑制することが求められている。
　ここで、特許文献１には、積層方向における高さが局所的に高くなる部分の発生を防ぐために、インクを完全には硬化させずに高い位置に着弾したインクを重力によってより低い位置へ移動しやすくさせ、平坦化手段と接触する高さの領域を形成され難くして、硬化済みのインクと平坦化手段との間での接触を防ぐことが開示されている。
特開２０１８－４３４０８号公報
　しかしながら、特許文献１に開示されている手法では、インクの硬化状態を調整することによって積層方向におけるインクの高さを制御することは難しく、削り屑の発生を十分に抑制できない可能性がある。
　そこで本発明は、インクドットの上面の平坦化の際に発生するインクの削り屑の量を簡易に抑制できる、造形装置及び造形方法を提供することを目的とする。
　本発明の造形装置は、予め定められた主走査方向へ往復移動しながら、所定波長の光に応じて硬化する硬化型インクのインク滴を造形テーブルに向けて吐出する主走査動作を複数回行うことで１つの造形層を形成するインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドに対して前記主走査動作における往路方向または復路方向の前方側の少なくとも１か所に設けられ、前記インク滴によって形成されるインクドットへ前記光を照射する光源と、前記インクドットの上面を平坦化する平坦化部と、を備え、前記造形層を積層することで造形物を形成する造形装置において、複数回の前記主走査動作のうち少なくとも１回の主走査動作時に前記光源の点灯／消灯状態またはその照度を制御することで、前記インクドットを完全に硬化させることなく、復路移動において前記平坦化部が前記インクドットを平坦化する。
　本構成によれば、光源の点灯／消灯状態またはその照度を制御することで、インクドットを完全に硬化させる前、すなわち柔らかい状態のインクドットの上面を平坦化部によって平坦化するので、平坦化の際に発生するインクの削り屑の量を簡易に抑制できる。
　本発明の造形装置によれば、前記インクジェットヘッドに対して前記主走査方向の往路側に設けられ、着弾した前記インク滴によって形成されるインクドットへ前記光を照射する第１光源と、前記インクジェットヘッドに対して前記主走査方向の復路側に設けられ、着弾した前記インク滴によって形成されるインクドットへ前記光を照射する第２光源と、を備え、前記インクジェットヘッドが往路移動しながら前記インク滴を吐出する場合に前記第２光源を点灯させなくてもよい。本構成によれば、無硬化状態のインクドットの上面を平坦化部で平坦化するので、インクの削り屑の発生を簡易に抑制できる。
　本発明の造形装置は、前記インクジェットヘッドに対して前記主走査方向の往路側に設けられ、着弾した前記インク滴によって形成されるインクドットへ前記光を照射する第１光源と、前記インクジェットヘッドに対して前記主走査方向の復路側に設けられ、着弾した前記インク滴によって形成されるインクドットへ前記光を照射する第２光源と、を備え、前記インクジェットヘッドの往路移動及び前記インクジェットヘッドの前記復路移動の少なくとも一方で、前記第２光源を前記インクドットが半硬化状態となる照度で点灯させてもよい。前記半硬化状態は、前記造形テーブルに着弾したインクドットが流動しない程度の硬化状態である。本構成によれば、着弾されたインクドットが流動しない程度の硬化状態である半硬化状態のインクドットの上面を平坦化部で平坦化するので、インクの削り屑の発生を簡易に抑制できる。
　本発明の造形装置によれば、前記造形層の各位置に対する少なくとも最後の前記主走査方向の往復移動において、前記第２光源の点灯／消灯状態またはその照度を制御することで前記インクドットを完全に硬化させることなく、前記復路移動において前記平坦化部が前記インクドットを平坦化した後に、前記第１光源によって前記インクドットを硬化させてもよい。
　インクドットを完全に硬化させることなく、インクドットを平坦化することは造形物の色の滲み発生の要因ともなり得る。複数回の主走査動作による造形物の形成では、インクドットを完全に硬化させる前にインクドットを平坦化すると色の滲みがより顕在化する可能性がある。本構成によれば、例えばインクジェットヘッドが２往復するマルチパス（４パス）の場合には、硬化された１パス目のインクドットと無硬化状態の２パス目のインクドットとが平坦化部によって平坦化される。一方、３パス目と４パス目ではインクドットを完全に硬化させることなくインクドットを平坦化した後に、インクドットを硬化させる。これにより、マルチパス方式により造形物の形成を行う場合であっても、造形物の色の滲みを抑制しつつ、造形物のインクの削り屑の発生を簡易に抑制できる。
　本発明の造形装置は、前記復路移動において前記平坦化部が前記インクドットを平坦化した後に、前記光源が前記インクドットを硬化させる。
　本発明の造形装置によれば、造形層の各位置に対して、前記主走査動作の往路移動または復路移動は少なくとも３回以上行われる。
　本発明の造形装置は、前記インクジェットヘッドが、前記造形物を着色形成するためのカラーインクによる積層量を補填するようにクリアインクを前記造形物に対して均一に吐出し、前記インクジェットヘッドからの１回の吐出による前記クリアインクの補填量が、前記インクジェットヘッドからの１回の吐出による前記カラーインクの最大量よりも少ない量とされてもよい。
　１回の吐出によるカラーインクの量は、造形物の色の濃度が薄くなるほど少なくなる。このため、色の濃度が薄い部分はカラーインクだけでは所定の積層高さを満たさない可能性がある。そこで、少ないカラーインクの量を補填するために無色・透明のインクであるクリアインクが吐出される。しかしながら、カラーインクの吐出毎にクリアインクの補填量を算出するようなことは、演算処理に時間を要するために行われず、クリアインクの補填量は造形物に対して均一としていた。このため従来では、１回の吐出によるクリアインクの補填量を１回の吐出によるカラーインクの最大量と同じ量とすることで、濃度の薄い部分においてもクリアインクの補填量が不足することを防止していた。
　しかしながら、マルチパス方式による造形においても、従来のようにクリアインクの補填量をカラーインクの最大量と同じとすると、平坦化部による平坦化の際に生じる削り屑の発生量がマルチパス方式を行わない場合に比較してより多いことが分かった。
　そして、クリアインクの補填量をカラーインクの最大量よりも少ない量とすることで、削り屑の量を抑制し、かつ形成される造形物に不具合が生じないことが確認できた。従って、本構成によれば、マルチパス方式による造形物の形成において、造形物のインクの削り屑の発生を簡易に抑制できる。
　本発明の造形装置では、前記クリアインクの補填量は、前記クリアインクの補填量を前記カラーインクの最大量と同じ量として形成した前記造形物から前記平坦化部によって削り取られたインク量を、前記カラーインクの最大量から減算した値とされてもよい。
　１回の吐出によるカラーインクの最大量と同じ量をクリアインクの補填量として造形物を形成したときに、平坦化部によって削り取られるインク量は過剰なクリアインク量であると考えられる。そこで、本構成は、クリアインクの補填量をカラーインクの最大量と同じ量として形成した造形物から削り取られたインク量を求め、このインク量をカラーインクの最大量から減算した値をクリアインクの補填量とする。これにより、造形物に不具合を生じさせることなく、造形物のインクの削り屑の発生を簡易に抑制できる。
　本発明の造形方法は、予め定められた主走査方向へ往復移動しながら、所定波長の光に応じて硬化する硬化型インクのインク滴を造形テーブルに向けて吐出する主走査動作を複数回行うことで１つの造形層を形成するインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドに対して前記主走査動作における往路方向または復路方向の前方側の少なくとも１か所に設けられ、前記インク滴によって形成されるインクドットへ前記光を照射する光源と、前記インクドットの上面を平坦化する平坦化部と、を備えた造形装置による造形方法であって、複数回の前記主走査動作のうち少なくとも１回の主走査動作時に前記光源の点灯／消灯状態またはその照度を制御することで、前記インクドットを完全に硬化させることなく、復路移動において前記平坦化部が前記インクドットを平坦化する。
　本発明は、インクドットの上面の平坦化の際に発生するインクの削り屑の量を簡易に抑制できる。
第１実施形態の造形装置の概略構成図である。 第１実施形態の造形処理に関する機能ブロック図である。 第１実施形態の光照射及び平坦化処理の流れを示す模式図である。 第１実施形態の変形例の光照射及び平坦化処理の流れを示す模式図である。 第２実施形態の光照射及び平坦化処理の流れを示す模式図である。 第３実施形態の光照射及び平坦化処理の流れを示す模式図である。 第３実施形態の変形例の光照射及び平坦化処理の流れを示す模式図である。 第４実施形態の造形処理に関する機能ブロック図である。
　以下、本発明の実施の形態の造形方法及び造形装置について、図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
　図１は、本実施形態の造形装置１の構成を示す図である。造形装置１は、一例として、３Ｄプリンタ１０、ユーザＰＣ４０、及び制御ＰＣ４２を有するシステムとして構成される。
　本実施形態の３Ｄプリンタ１０は、吐出ユニット１２、走査駆動部１４、造形テーブル１６、可動部１７、及び制御装置１８を備え、吐出ユニット１２から吐出した硬化型樹脂の液滴を固めて積層することで立体的な造形物３０を形成するインクジェット方式の３Ｄプリンタである。
　吐出ユニット１２は、造形物３０の材料を吐出し、造形物３０を構成する層を１層ずつ積層して造形テーブル１６上で造形物３０を形成する。より具体的には、吐出ユニット１２は、造形物３０の材料となる各種インクやサポート用材料を含むインク滴を造形テーブル１６に向けて吐出するインクジェットヘッド２０、造形テーブル１６に着弾したインク滴によって形成されるインクドットへ所定波長の光を照射して硬化させる左光源２２Ａ及び右光源２２Ｂ、造形物３０の造形中に形成されるインクドットの上面（以下「積層面」という。）を平坦化する平坦化ローラ２３を有している。
　本実施形態のインクジェットヘッド２０は、モデル材であるホワイトインクを吐出するホワイトインク用ヘッド２４、カラーインクを吐出するカラーインク用ヘッド２５、及びクリアインクを吐出するクリアインク用ヘッド２６の他に、サポート材料を吐出するサポート材料用ヘッド２７を備える。なお、図１では、カラーインク用ヘッド２５を３つ示しているが、カラーインク用ヘッド２５の数は、使用するインクの種類の数に応じて、適宜の数とすることができる。
　吐出ユニット１２は、詳細を後述するように、主走査方向（Ｙ方向）に沿って図１の紙面左右方向に往復移動しながらインク滴を吐出する。なお、図１の紙面右から左方向への移動を往路移動といい、図１の紙面左から右方向への移動を復路移動という。
　主走査方向を基準にして吐出ユニット１２が備える各構成の配置位置を説明すると、インクジェットヘッド２０に対して主走査方向の往路進行方向側に左光源２２Ａが設けられ、インクジェットヘッド２０に対して主走査方向の復路進行方向側に右光源２２Ｂが設けられる。また、左光源２２Ａとインクジェットヘッド２０との間に平坦化ローラ２３が設けられる。なお、左光源２２Ａと右光源２２Ｂとを区別しない場合には、単に光源２２という。
　光源２２からインクドットへ照射される所定波長の光は、一例として、紫外線である。すなわち、インクジェットヘッド２０から吐出されるインク滴は紫外線に応じて硬化する紫外線硬化型インクである。
　このように、本実施形態の吐出ユニット１２は、紫外線の照射により硬化する硬化性樹脂のインク滴等を吐出し、硬化させることにより、造形物３０を構成する各層を形成する。具体的には、吐出ユニット１２は、制御装置１８の指示に応じてインク滴を吐出することにより、硬化性樹脂の層を形成する層形成動作と、層形成動作で形成された硬化性樹脂の層を硬化させる硬化動作とを複数回繰り返して造形物３０の形成を行う。
　なお、３Ｄプリンタ１０は、カラーインク用ヘッド２５からカラーインクを吐出して積層することで造形物３０を着色形成するが、カラーインク用ヘッド２５から吐出されるカラーインクの量（以下「カラーインク量」という。）は、造形物３０の色の濃度（以下「カラー濃度」という。）に応じて変化する。すなわち、色の濃度が薄い部分を形成するカラーインク量は少ないため、このような部分においてカラーインクだけでは所定の積層高さを満たさない可能性がある。そこで、３Ｄプリンタ１０は、カラーインクによる積層量を補填するようにクリアインク用ヘッド２６からクリアインクを吐出する。なお、本実施形態のインクジェットヘッド２０は、補填用として所定量のクリアインクを造形物３０に対して均一に吐出する。
　なお、本実施形態の造形物３０は、一例として、造形物３０を着色形成するカラー層、カラー層の下層を形成する反射層、及び反射層の下層を形成する内部層で構成される。なお、反射層及び内部層を総称して造形層ともいう。カラー層は、カラーインクで形成される。一方で、反射層及び内部層は、例えばホワイトインク等の単色で形成されるが、反射層及び内部層は各々異なる色のインクで形成されてもよい。
　反射層及び内部層は、単色のインクで形成されるため、濃度によって積層高さが変化するということはない。このため、本実施形態の３Ｄプリンタ１０は、カラー層に対してクリアインクを補填する一方、反射層及び内部層に対してはクリアインクの補填を行わない。
　走査駆動部１４は、造形物３０に対して吐出ユニット１２を相対的に移動（以下「走査動作」という。）させる駆動部である。走査駆動部１４は、走査動作として、主走査動作（Ｙ走査）、副走査動作（Ｘ走査）を吐出ユニット１２に行わせる。ここで、主走査動作とは、例えば、吐出ユニット１２が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。
　走査駆動部１４は、キャリッジ３２及びガイドレール３４を有する。キャリッジ３２は、吐出ユニット１２を造形テーブル１６と対向させて保持する保持部である。すなわち、キャリッジ３２は、インク滴の吐出方向が造形テーブル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。また、主走査動作時において、キャリッジ３２は吐出ユニット１２を保持した状態でガイドレール３４に沿って移動する。ガイドレール３４は、キャリッジ３２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装置１８の指示に応じてキャリッジ３２を移動させる。
　なお、主走査動作における吐出ユニット１２の移動は、造形物３０に対する相対的な移動であってよい。例えば、吐出ユニット１２の位置を固定して、造形テーブル１６を移動させることによって造形物３０を移動させてもよい。
　可動部１７は、吐出ユニット１２と造形テーブル１６との距離を変化させる搬送機構である。本実施形態の造形テーブル１６は、可動部１７によりその上面が上下方向（図１のＺ方向）へ移動する。造形テーブル１６の上面は、制御装置１８からの指示により、造形物３０の造形の進行に合わせて移動する。これにより、造形途中の造形物３０における積層面と、吐出ユニット１２との間の距離（ギャップ）が適宜調整される。ここで、造形物３０の積層面とは、例えば、吐出ユニット１２により次の層が形成される面である。なお、吐出ユニット１２と造形テーブル１６との距離の調整は、吐出ユニット１２の側を上下動させることで行われてもよい。
　制御装置１８は、例えば３Ｄプリンタ１０のＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、造形すべき造形物３０の形状情報や、カラー画像情報等を示したスライスデータに基づいて３Ｄプリンタ１０の各部を制御することにより、造形物３０の造形の動作を制御する。
　ユーザＰＣ４０は、表示装置４０Ａを有すると共に、キーボードやマウス等で構成される入力装置４０Ｂとを備える情報処理装置である。本実施形態のユーザＰＣ４０は、造形物３０を所定形式で示した３Ｄモデルデータを造形ジョブとして制御ＰＣ４２へ送信する。３Ｄモデルデータは、造形物３０の形状及びその表面色等を示すデータであり、例えば、３ＤＣＡＤデータや製造すべき造形物３０を撮影した外観のデータ等に基づいて作成される。
　制御ＰＣ４２は、３Ｄプリンタ１０を制御する情報処理装置であって、ユーザＰＣ４０から造形ジョブを受信する。制御ＰＣ４２は、ユーザＰＣ４０から受信した造形ジョブ（３Ｄモデルデータ）に基づいて、造形物３０の各位置の断面に対応するスライスデータを生成する。そして、制御ＰＣ４２は、各位置に対応するスライスデータを３Ｄプリンタ１０へ送信する。図１の例では、制御ＰＣ４２には一つの３Ｄプリンタ１０が接続されているが、これは一例であり、制御ＰＣ４２には複数の３Ｄプリンタ１０が接続されてもよい。
　なお、ユーザＰＣ４０及び制御ＰＣ４２は、例えば、演算処理を行うＣＰＵ、プログラムや各種データを予め記憶しているＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＣＰＵの作業領域として用いられるＲＡＭ（Random Access Memory）、及び各種情報を記憶するＨＤＤ(Hard Disk Drive)等の記憶装置を備え、他の情報処理装置又は３Ｄプリンタ１０との間で各種データの送受信を行う。
　本実施形態のインクジェットヘッド２０は、造形テーブル１６において造形物３０の形成が行われる被造形領域の各位置に対して、主走査方向（Ｙ方向）へ移動しながらインク滴を吐出する主走査動作を複数回行うマルチパス方式により造形物３０の形成を行う。より具体的には、１回目の主走査動作によるインクジェットヘッド２０の往路移動におけるインク滴の吐出を１パス目とし、復路移動におけるインク滴の吐出を２パス目とし、２回目の主走査動作における往路移動と復路移動とをそれぞれ３パス目、４パス目とする。このように、１回（往路移動又は復路移動）の主走査動作が１回のパスに相当し、インクジェットヘッド２０は、主走査動作を複数回行うことで１つの造形層を形成する。
　このように、マルチパス方式は、被造形領域の各位置に対して３つ以上のインクドットを形成することで、より高精細な造形物３０の形成を可能とする。なお、本実施形態のマルチパスは、一例として、主走査動作を２回行って被造形領域の各位置に対してインク滴を４回吐出する４パスとする。
　図２は、本実施形態の３Ｄプリンタ１０で実行される造形処理に関する機能ブロック図である。３Ｄプリンタ１０が備える制御装置１８は、走査制御部５０、パス判定部５２、インク吐出制御部５４、及び光源制御部５６を備える。
　走査制御部５０は、吐出ユニット１２が主走査方向（Ｙ方向）及び副走査方向（Ｘ方向）に移動すると共に、造形テーブル１６が上下方向（Ｚ方向）に移動するように、走査駆動部１４及び可動部１７の駆動を制御する。
　パス判定部５２は、吐出ユニット１２の主走査方向への移動状態（往路移動又は復路移動）、換言すると、インク滴を吐出しながら主走査移動しているインクジェットヘッド２０の現在のパス数を判定する。
　インク吐出制御部５４は、制御ＰＣ４２から送信されたスライスデータに基づいて、インク滴を吐出するようにインクジェットヘッド２０を制御する。
　光源制御部５６は、吐出ユニット１２の主走査方向への移動状態に応じて左光源２２Ａ及び右光源２２Ｂの点灯状態を制御する。
　ここで、本実施形態の造形装置１は、カラーインクに対してクリアインクを補填するので、インクドットによって形成されるインク層の高さが基準値よりも高くなる傾向にある。また、隣り合うインクドットの一部が重なり合うことにより、インク層の高さが基準値よりも高くなる場合がある。
　このため、平坦化ローラ２３によって積層面の平坦化が行われると、余剰とされるインクが硬化された後に平坦化ローラ２３によって削り取られて削り屑が発生する。そしてこの削り屑は、再び造形物３０に付着する等して形成される造形物３０を汚す可能性がある。このため、削り屑の発生を抑制することが求められている。
　さらに、主走査動作を２回行うことによるマルチパス（４パス）では、主走査動作を１回行うことによって造形物３０を形成する場合（２パス）に比べて、２倍以上の削り屑が発生することが分かった。すなわち、マルチパスのパス数が多いほど削り屑の発生量が多いことが新たに見い出された。
　そこで、本実施形態の造形装置１は、右光源２２Ｂの点滅状態を制御することでインクドットを完全に硬化させることなく、復路移動において平坦化ローラ２３がインクドットを平坦化した後に、左光源２２Ａによってインクドットを硬化させる光照射を行う。これによれば、インクドットを完全に硬化させる前、すなわち柔らかい状態のインクドットの積層面を平坦化ローラ２３によって平坦化するので、平坦化の際に発生するインクの削り屑の量を簡易に抑制できる。
　図３は、本実施形態の光照射及び平坦化処理の流れを示す模式図である。本実施形態の光照射及び平坦化処理は、インクジェットヘッド２０が往復移動しながらインク滴を吐出する場合に右光源２２Ｂを点灯させない。すなわち、右光源２２Ｂは、インクジェットヘッド２０の往路移動と共に復路移動においても、消灯状態とされる。なお、マルチパス方式の場合、往路移動は奇数番目のパスに対応し、復路移動は偶数番目のパスに対応する。
　図３に示されるように、インクジェットヘッド２０の往路移動では、左光源２２Ａを１００％の照度で点灯させた状態で、インクジェットヘッド２０からインク滴が吐出されるものの、右光源２２Ｂは消灯状態とされる。これにより、往路移動で吐出されたインク滴によって形成されるインクドットは無硬化状態のままとされ、インクジェットヘッド２０が主走査方向の左端に達すると復路移動が行われる。なお、１００％の照度とは、インクドットを完全に硬化状態にできる照度である。
　また、往路移動において左光源２２Ａを１００％の照度で点灯させる理由は、当該吐出により形成されるインクドットの下層に積層されているインクドットの硬化が十分でない可能性があるので、この点灯によって下層のインクドットを完全に硬化させるためである。従って、往路移動における左光源２２Ａの点灯は必ずしも必要としない。なお、平坦化ローラ２３は、インクジェットヘッド２０よりも左側（往路移動の進行方向前方）に配置されているため往路移動で形成されたインクドットに対しては作用しない。
　さらに、インクジェットヘッド２０の復路移動でも右光源２２Ｂは消灯状態とされ、インクジェットヘッド２０からインク滴が吐出される。これにより、往路移動及び復路移動で吐出されたインク滴によって形成されるインクドットは無硬化状態のままとされ、平坦化ローラ２３によって無硬化状態のインクドットの積層面が平坦化される。その後、１００％で点灯状態とされている左光源２２Ａによってインクドットが硬化される。
　このような光照射及び平坦化処理によれば、無硬化状態のインクドットの積層面を平坦化ローラ２３で平坦化するので、インクの削り屑の発生を簡易に抑制できる。
　なお、本実施形態の光照射及び平坦化処理は、マルチパス方式による造形物３０の形成だけでなく、１回の主走査動作（２パス）により造形物３０を形成する場合に適用されてもよい。
　なお、本実施形態では、吐出ユニット１２が２つの光源２２（左光源２２Ａ及び右光源２２Ｂ）を備える形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。光源２２は、インクジェットヘッド２０に対して主走査動作の前方側の少なくとも１か所に設けられればよい。例えば、光源２２として、右光源２２Ｂは設けられずに、左光源２２Ａのみが設けられてもよい。この形態の場合、図４に示されるように、右光源２２Ｂは吐出ユニット１２に備えられないため、右光源２２Ｂを消灯状態とするような制御は含まれず、左光源２２Ａの点滅制御のみが行われる。
（第２実施形態）
　本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の造形装置１の構成は、第１実施形態の造形装置１の構成と同様であるので説明を省略する。
　本実施形態の光照射及び平坦化処理は、インクジェットヘッド２０の往路移動及びインクジェットヘッド２０の復路移動の少なくとも一方で、右光源２２Ｂをインクドットが半硬化状態となる照度で点灯させる。換言すると、右光源２２Ｂは、照度が１００％の状態に比べて減光した弱い照度の紫外線をインクドットに照射する。このような光照射及び平坦化処理によれば、着弾したインクドットが流動しない程度の硬化状態である半硬化状態のインクドットの積層面を平坦化ローラ２３で平坦化するので、インクの削り屑の発生を簡易に抑制できる。
　図５は、本実施形態の光照射及び平坦化処理の流れを示す模式図である。図５に示されるように、本実施形態の光照射及び平坦化処理は、往路移動及び復路移動において右光源２２Ｂの照度を５０％としている。これにより、往路移動で吐出されたインク滴によって形成されるインクドットは半硬化状態とされ、平坦化ローラ２３によってインクドットの積層面が平坦化される。一方、復路移動で吐出されたインク滴によって形成されるインクドットは無硬化状態で平坦化される。
　なお、図５に示される右光源２２Ｂの照度は、一例であり、例えば、インクドットを完全に硬化させない程度の照度にするのであれば、５０％未満でもよいし、往路移動と復路移動とで右光源２２Ｂの照度が異なってもよい。また、往路移動及び復路移動の少なくとも一方で右光源２２Ｂが点灯していればよく、例えば、往路移動で右光源２２Ｂを点灯状態とする一方、復路移動で右光源２２Ｂを消灯状態としてもよいし、往路移動で右光源２２Ｂを点灯状態とする一方、復路移動で右光源２２Ｂを消灯状態としてもよい。
（第３実施形態）
　本発明の第３実施形態について説明する。なお、本実施形態の造形装置１の構成は、第１実施形態の造形装置１の構成と同様であるので説明を省略する。
　第１実施形態や第２実施形態のようにインクドットを完全に硬化させることなく、インクドットの積層面を平坦化することは造形物３０の色の滲み発生の要因ともなり得る。そして、マルチパス方式による造形物３０の形成では、インクドットを完全に硬化させる前にインクドットを平坦化すると色の滲みがより顕在化する可能性がある。
　そこで、本実施形態の光照射及び平坦化処理では、マルチパス方式におけるインクジェットヘッド２０の少なくとも最後の主走査方向の往復移動において、右光源２２Ｂの点滅状態を制御することでインクドットを完全に硬化させることなく、復路移動において平坦化ローラ２３がインクドットを平坦化した後に、左光源２２Ａによってインクドットを硬化させる。
　図６は、本実施形態のマルチパス方式（４パス）における光照射及び平坦化処理の流れを示している。
　図６に示されるように、１パス目と２パス目のインクジェットヘッド２０の主走査方向への往復移動（１回目の主走査動作）では、左光源２２Ａと共に右光源２２Ｂも点灯させる。これにより、硬化された１パス目のインクドットと無硬化状態の２パス目のインクドットとが平坦化ローラ２３によって平坦化される。一方で、２回目の主走査動作である３パス目と４パス目では、右光源２２Ｂを消灯状態とする。これにより、無硬化状態のインクドットが平坦化ローラ２３によって平坦化された後に左光源２２Ａにより硬化される。
　このような光照射及び平坦化処理によれば、マルチパス方式により造形物３０の形成を行う場合であっても、造形物３０の色の滲みを抑制しつつ、造形物３０のインクの削り屑の発生を簡易に抑制できることが確認できた。
　なお、３パス目と４パス目では、第２実施形態のように右光源２２Ｂはインクドットを半硬化状態とするために減光した照度で点灯されてもよい。
　また、本実施形態の光照射及び平坦化処理では、少なくとも最後の主走査動作においてインクドットを完全に硬化させることなく、平坦化ローラ２３で平坦化すればよいので、例えば、主走査動作を３回繰り返す６パスのマルチパス方式では、５，６パス目のみ、又は３～６パス目の主走査動作においてインクドットを完全に硬化させることなく、平坦化ローラ２３で平坦化してもよい。主走査動作を４回以上繰り返す８パス以上のマルチパス方式でも同様である。
　なお、本実施形態では、吐出ユニット１２が２つの光源２２（左光源２２Ａ及び右光源２２Ｂ）を備える形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。光源２２は、インクジェットヘッド２０に対して主走査動作の前方側の少なくとも１か所に設けられればよい。例えば、光源２２として、右光源２２Ｂは設けられずに、左光源２２Ａのみが設けられてもよい。この形態の場合、図７に示されるように、右光源２２Ｂは吐出ユニット１２に備えられないため、右光源２２Ｂを点灯状態又は消灯状態とするような制御は含まれず、左光源２２Ａの点滅制御のみが行われる。
（第４実施形態）
　本発明の第４実施形態について説明する。なお、本実施形態の造形装置１の構成は、第１実施形態の造形装置１の構成と同様であるので説明を省略する。
　上述のように、１回の吐出によるカラーインクの量は、造形物３０の色の濃度が薄くなるほど少なくなる。このため、色の濃度が薄い部分はカラーインクだけでは所定の積層高さを満たさない可能性がある。１つの造形層の厚さは、約２０ミクロンから４０ミクロン程度であり、造形層の数が少ない場合にはインクの不足が目立たない。しかしながら、１００層以上の造形層が重なると、インクの不足が目立つことになり、造形物３０の一部分が歪んでしまうなどの不具合が発生する。そこで、少ないカラーインクの量を補填するために無色・透明のインクであるクリアインクが吐出される。しかしながら、カラーインクの吐出毎にクリアインクの補填量を算出するようなことは、演算処理に時間を要するために行われず、クリアインクの補填量は造形物３０に対して均一としていた。このため従来では、１回の吐出によるクリアインクの補填量を１回の吐出によるカラーインクの最大量と同じ量とすることで、濃度の薄い部分においてもクリアインクの補填量が不足することを防止していた。
　しかしながら、マルチパス方式による造形においても、従来のようにクリアインクの補填量をカラーインクの最大量と同じとすると、平坦化ローラ２３による平坦化の際に、削られる余剰インクの他インク領域への引きずり量、また、削り屑の発生量がマルチパス方式を行わない場合に比較してより多いことが分かった。
　そこで、本実施形態の造形装置１は、クリアインクの補填量をカラーインクの最大量よりも少ない量とする。これにより、平坦化時のインクの引きずりまたは削り屑の発生量を抑制し、かつ形成される造形物３０に不具合が生じないことが確認できた。
　次に、クリアインクの補填量の決定手法の一例を説明する。まず、１回の吐出によるカラーインクの最大量（色の濃度が最も濃い場合のカラーインク量）と同じクリアインクの補填量で造形物３０を形成する。なお、このときのクリアインクの補填量を１００％と定義する。クリアインクの補填量を１００％として形成した造形物３０から平坦化ローラ２３によって削り取られるインク量は、過剰なクリアインク量であると考えられる。
　そこで、発明者は、平坦化ローラ２３によって削り取られるインク量の実測値がインクジェットヘッド２０から吐出されたインク量の２０％であった場合に、クリアインクの補填量を１００％から８０％に減少させて造形物３０を形成する実験を行った。この結果、造形物３０に不具合を生じさせることなく、造形物３０のインクの削り屑の発生量を従来よりも減少させることができた。
　なお、クリアインクの補填量を少なくするほど削り屑の発生量は少なくなる。一方で、クリアインクの補填量が少なすぎると、例えば層が重なるにつれインクの不足する部分が顕著になり造形物３０に歪みが生じる等、形成される造形物３０に不具合が生じる。しかしながら、上述のように、クリアインクの補填量を１００％として形成した造形物３０から平坦化ローラ２３によって削り取られるインク量を基準にクリアインクの補填量を１００％未満とすることで、造形物３０に不具合を生じさせることなく、造形物３０のインクの削り屑の発生量を減少させることができた。
　このように、本実施形態では、クリアインクの補填量を１００％として形成した造形物３０から平坦化ローラ２３によって削り取られるインク量を求め、このインク量をカラーインクの最大量から減算した値をクリアインクの補填量とする。なお、本実施形態の８０％としたクリアインクの補填量は一例であり、形成する造形物３０や３Ｄプリンタ１０の種類に応じて異なってもよい。例えば、全体的に色の濃度が高い造形物３０を形成する場合には、クリアインクの補填量は８０％よりも低い値となってもよい。
　図８は、本実施形態の３Ｄプリンタ１０で実行される造形処理に関する機能ブロック図である。なお、図８における図２と同一の構成部分については図２と同一の符号を付して、その説明を省略する。
　本実施形態の制御装置１８は、走査制御部５０、パス判定部５２、インク吐出制御部５４、及び光源制御部５６と共に、クリア補填量設定部５８を備える。
　クリア補填量設定部５８は、例えば、ユーザＰＣ４０を介して入力されたクリアインクの補填量を設定値として受け付けて記憶する。そして、インク吐出制御部５４は、クリア補填量設定部５８で設定された補填量のクリアインクを吐出するように、インクジェットヘッド２０を制御する。
　以上、本発明を、上記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。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記実施形態を適宜組み合わせてもよい。
　上記実施形態では、光源２２が照射する所定波長の光を紫外線とする形態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、光硬化型のインク（樹脂）を硬化させることができれば、光源２２は赤外線等、他の波長の光を照射してもよい。
　上記実施形態では、造形装置１を３Ｄプリンタ１０、ユーザＰＣ４０、及び制御ＰＣ４２を有するシステムとして構成される形態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、ユーザＰＣ４０及び制御ＰＣ４２の機能を有する情報処理装置が３Ｄプリンタ１０に接続される形態としてもよい。
（実施形態の効果）
　（１）本実施形態の造形装置１は、予め定められた主走査方向へ往復移動しながら、所定波長の光に応じて硬化する硬化型インクのインク滴を造形テーブル１６に向けて吐出する主走査動作を複数回行うことで１つの造形層を形成するインクジェットヘッド２０と、インクジェットヘッド２０に対して主走査動作における往路方向または復路方向の前方側の少なくとも１か所に設けられ、インク滴によって形成されるインクドットへ光を照射する光源２２と、インクドットの上面を平坦化する平坦化ローラ２３と、を備え、造形層を積層することで造形物３０を形成する造形装置１において、複数回の主走査動作のうち少なくとも１回の主走査動作時に光源２２の点灯／消灯状態またはその照度を制御することで、インクドットを完全に硬化させることなく、復路移動において平坦化ローラ２３がインクドットを平坦化する。
　本実施形態によれば、光源２２の点灯／消灯状態またはその照度を制御することで、インクドットを完全に硬化させる前、すなわち流動はしないが平坦化ローラ２３によって削り取られる程度の柔らかい状態のインクドットの上面を平坦化ローラ２３によって平坦化するので、平坦化の際に発生するインクの削り屑の量を簡易に抑制できる。
　（２）本実施形態の造形装置１は、インクジェットヘッド２０に対して主走査方向の往路側に設けられ、造形テーブル１６に着弾したインク滴によって形成されるインクドットへ光を照射する左光源２２Ａと、インクジェットヘッド２０に対して主走査方向の復路側に設けられ、インクドットへ光を照射する右光源２２Ｂと、を備え、インクジェットヘッド２０が往路移動しながらインク滴を吐出する場合に右光源２２Ｂを点灯させない。本実施形態によれば、無硬化状態のインクドットの上面を平坦化ローラ２３で平坦化するので、インクの削り屑の発生を簡易に抑制できる。
　（３）本実施形態の造形装置１は、インクジェットヘッド２０の往路移動及びインクジェットヘッド２０の復路移動の少なくとも一方で、右光源２２Ｂをインクドットが半硬化状態となる照度で点灯させる。本実施形態によれば、半硬化状態のインクドットの上面を平坦化ローラ２３で平坦化するので、インクの削り屑の発生を簡易に抑制できる。
　（４）本実施形態の造形装置１によれば、半硬化状態は、造形テーブル１６に着弾したインクドットが流動しない程度の硬化状態である。
　（５）本実施形態の造形装置１によれば、造形層の各位置に対する少なくとも最後の主走査方向の往復移動において、右光源２２Ｂの点灯／消灯状態またはその照度を制御することでインクドットを完全に硬化させることなく、復路移動において平坦化ローラ２３がインクドットを平坦化した後に、左光源２２Ａによってインクドットを硬化させる。本実施形態によれば、マルチパス方式により造形物３０の形成を行う場合であっても、造形物３０の色の滲みを抑制しつつ、造形物３０のインクの削り屑の発生を簡易に抑制できる。
　（６）本実施形態の造形装置１は、復路移動において平坦化ローラ２３がインクドットを平坦化した後に、光源２２がインクドットを硬化させる。
　（７）本実施形態の造形装置１によれば、造形層の各位置に対して、主走査動作の往路移動または復路移動は少なくとも３回以上行われる。
　（８）本実施形態の造形装置１によれば、インクジェットヘッド２０は、造形物３０を着色形成するためのカラーインクによる積層量を補填するようにクリアインクを造形物３０に対して均一に吐出し、インクジェットヘッド２０からの１回の吐出によるクリアインクの補填量は、インクジェットヘッド２０からの１回の吐出によるカラーインクの最大量よりも少ない量とされる。本実施形態によれば、マルチパス方式による造形物３０の形成において、造形物３０のインクの削り屑の発生を簡易に抑制できる。
　（９）本実施形態の造形装置１によれば、クリアインクの補填量は、クリアインクの補填量をカラーインクの最大量と同じ量として形成した造形物３０から平坦化ローラ２３によって削り取られたインク量を、カラーインクの最大量から減算した値とされる。本実施形態によれば、造形物３０に不具合を生じさせることなく、造形物３０のインクの削り屑の発生を簡易に抑制できる。
　本発明は、インクを吐出することで立体物を形成する造形装置に関する。
　１　　　造形装置
　１６　造形テーブル
　２０　インクジェットヘッド
　２２Ａ　左光源（第１光源）
　２２Ｂ　右光源（第２光源）
　２３　平坦化ローラ（平坦化部）
　３０　　造形物

 

Claims (10)

  1. 　予め定められた主走査方向へ往復移動しながら、所定波長の光に応じて硬化する硬化型インクのインク滴を造形テーブルに向けて吐出する主走査動作を複数回行うことで１つの造形層を形成するインクジェットヘッドと、
    　前記インクジェットヘッドに対して前記主走査動作における往路方向または復路方向の前方側の少なくとも１か所に設けられ、前記インク滴によって形成されるインクドットへ前記光を照射する光源と、
    　前記インクドットの上面を平坦化する平坦化部と、
    を備え、前記造形層を積層することで造形物を形成する造形装置において、
    　複数回の前記主走査動作のうち少なくとも１回の主走査動作時に前記光源の点灯／消灯状態またはその照度を制御することで、前記インクドットを完全に硬化させることなく、復路移動において前記平坦化部が前記インクドットを平坦化する、造形装置。
  2. 　前記インクジェットヘッドに対して前記主走査方向の往路側に設けられ、着弾した前記インク滴によって形成されるインクドットへ前記光を照射する第１光源と、
    　前記インクジェットヘッドに対して前記主走査方向の復路側に設けられ、着弾した前記インク滴によって形成されるインクドットへ前記光を照射する第２光源と、
    を備え、
    　前記インクジェットヘッドが往路移動しながら前記インク滴を吐出する場合に前記第２光源を点灯させない、請求項１記載の造形装置。
  3. 　前記インクジェットヘッドに対して前記主走査方向の往路側に設けられ、着弾した前記インク滴によって形成されるインクドットへ前記光を照射する第１光源と、
    　前記インクジェットヘッドに対して前記主走査方向の復路側に設けられ、着弾した前記インク滴によって形成されるインクドットへ前記光を照射する第２光源と、
    を備え、
    　前記インクジェットヘッドの往路移動及び前記インクジェットヘッドの前記復路移動の少なくとも一方で、前記第２光源を前記インクドットが半硬化状態となる照度で点灯させる、請求項１記載の造形装置。
  4. 　前記半硬化状態は、着弾したインクドットが流動しない程度の硬化状態である請求項３記載の造形装置。
  5. 　前記造形層の各位置に対して、前記主走査動作の往路移動または復路移動は少なくとも３回以上行われ、
    　前記造形層の各位置に対する少なくとも最後の前記主走査方向の往復移動において、前記第２光源の点灯／消灯状態またはその照度を制御することで前記インクドットを完全に硬化させることなく、前記復路移動において前記平坦化部が前記インクドットを平坦化した後に、前記第１光源によって前記インクドットを硬化させる、請求項２から請求項４の何れか１項記載の造形装置。
  6. 　前記復路移動において前記平坦化部が前記インクドットを平坦化した後に、前記光源によって前記インクドットを硬化させる、請求項１記載の造形装置。
  7. 　前記造形層の各位置に対して、前記主走査動作の往路移動または復路移動は少なくとも３回以上行われる、請求項１記載の造形装置。
  8. 　前記インクジェットヘッドは、前記造形物を着色形成するためのカラーインクによる積層量を補填するようにクリアインクを前記造形物に対して均一に吐出し、
    　前記インクジェットヘッドからの１回の吐出による前記クリアインクの補填量は、前記インクジェットヘッドからの１回の吐出による前記カラーインクの最大量よりも少ない量とされる、請求項１記載の造形装置。
  9. 　前記クリアインクの補填量は、前記クリアインクの補填量を前記カラーインクの最大量と同じ量として形成した前記造形物から前記平坦化部によって削り取られたインク量を、前記カラーインクの最大量から減算した値とされる、請求項８記載の造形装置。
  10. 　予め定められた主走査方向へ往復移動しながら、所定波長の光に応じて硬化する硬化型インクのインク滴を造形テーブルに向けて吐出する主走査動作を複数回行うことで１つの造形層を形成するインクジェットヘッドと、
    　前記インクジェットヘッドに対して前記主走査動作における往路方向または復路方向の前方側の少なくとも１か所に設けられ、前記インク滴によって形成されるインクドットへ前記光を照射する光源と、
    　前記インクドットの上面を平坦化する平坦化部と、
    を備えた造形装置による造形方法であって、
    　複数回の前記主走査動作のうち少なくとも１回の主走査動作時に前記光源の点灯／消灯状態またはその照度を制御することで、前記インクドットを完全に硬化させることなく、復路移動において前記平坦化部が前記インクドットを平坦化する工程を繰り返すことで前記造形層を積層して造形物を形成する造形方法。

     
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