(57)【要約】【課題】立体造形物の反りの発生を抑制することができるとともに、造形後の処理が少ない立体造形物の製造方法の提供。【解決手段】粉体層を形成する粉体層形成工程と、前記粉体層に硬化領域を形成する硬化領域形成工程と、を含む立体造形物の製造方法であって、得られる立体造形物の底面に対して点接触して支持する形状の硬化領域からなる支持体を形成する支持体形成工程と、を更に含む立体造形物の製造方法である。前記支持体形成工程において、前記造形物の底面と複数個所において点接触するように前記支持体を形成することが好ましい。【選択図】図８Ａ
2020152018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体層を形成する粉体層形成工程と、
前記粉体層に硬化領域を形成する硬化領域形成工程と、
を含む立体造形物の製造方法であって、
得られる立体造形物の底面に対して点接触して支持する形状の前記硬化領域からなる支持体を形成する支持体形成工程と、
を更に含むことを特徴とする立体造形物の製造方法。
【請求項２】
前記支持体形成工程において、前記造形物の底面と複数個所において点接触するように前記支持体を形成する、請求項１に記載の立体造形物の製造方法。
【請求項３】
前記支持体形成工程において、前記造形物の底面に対し複数個所でかつ略等間隔で点接触するように前記支持体を形成する、請求項１から２のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
【請求項４】
前記支持体が略錐形状である、請求項１から３のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
【請求項５】
粉体層を形成する粉体層形成手段と、
前記粉体層に硬化領域を形成する硬化領域形成手段と、
を有する立体造形物の製造装置であって、
得られる立体造形物の底面に対して点接触して支持する形状の硬化領域からなる支持体を形成する支持体形成手段と、
を更に有することを特徴とする立体造形物の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体造形物の製造方法、及び立体造形物の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉体積層による三次元造形方式（粉体積層造形方式）において、粉体層の面上の造形領域に放射エネルギーを選択的に付与して粉体どうしを溶融固化させ、立体造形物を造形する方式が知られている。
【０００３】
このような造形方式では、粉体どうしを溶融固化させる熱により立体造形物に反りが発生しやすいため、立体造形物の反りの発生を抑制する方法について様々な提案がされている。例えば、立体造形物の底部においてベースプレート（造形ステージ）と接触する面に切り欠きを設けて、立体造形物の反りの発生を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、立体造形物の反りの発生を抑制することができるとともに、造形後の処理が少ない立体造形物の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための手段としての本発明の立体造形物の製造方法は、
粉体層を形成する粉体層形成工程と、
前記粉体層に硬化領域を形成する硬化領域形成工程と、
を含む立体造形物の製造方法であって、
得られる立体造形物の底面に対して点接触して支持する形状の硬化領域からなる支持体を形成する支持体形成工程と、
を更に含む。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によると、立体造形物の反りの発生を抑制することができるとともに、造形後の処理が少ない立体造形物の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、従来の立体造形物の製造装置の一例を説明するための平面図である。
【図２】図２は、従来の立体造形物の製造装置の一例を説明するための側面図である。
【図３】図３は、従来の立体造形物の製造装置の一例を説明するための断面図である。
【図４】図４は、従来の立体造形物の製造装置の制御部の一例を示すブロック図である。
【図５Ａ】図５Ａは、従来の立体造形物の製造装置の動作の一例を説明するための概略図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、従来の立体造形物の製造装置の動作の一例を説明するための概略図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、従来の立体造形物の製造装置の動作の一例を説明するための概略図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、従来の立体造形物の製造装置の動作の一例を説明するための概略図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、従来の立体造形物の製造装置の動作の一例を説明するための概略図である。
【図５Ｆ】図５Ｆは、従来の立体造形物の製造装置の動作の一例を説明するための概略図である。
【図６】図６は、造形ステージ上に硬化領域を形成した場合の一例を説明するための概略図である。
【図７Ａ】図７Ａは、硬化領域に反りが発生しない場合の一例を説明するための概略図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、硬化領域に反りが発生した場合の一例を説明するための概略図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の立体造形物の製造装置で形成した支持体の形状の一例を示す概略図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の立体造形物の製造装置で形成した支持体の形状の一例を示す概略図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、本発明の立体造形物の製造装置で形成した支持体の形状の一例を示す概略図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の立体造形物の製造装置で形成した支持体の形状の他の一例を示す概略図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の立体造形物の製造装置で形成した支持体の形状の他の一例を示す概略図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、本発明の立体造形物の製造装置で形成した支持体の形状の他の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（立体造形物の製造方法、立体造形物の製造装置）
本発明の立体造形物の製造方法は、粉体層を形成する粉体層形成工程と、粉体層に硬化領域を形成する硬化領域形成工程と、を含む立体造形物の製造方法であって、得られる立体造形物の底面に対して点接触して支持する形状の硬化領域からなる支持体を形成する支持体形成工程と、を更に含む。
本発明の立体造形物の製造装置は、粉体層を形成する粉体層形成手段と、粉体層に硬化領域を形成する硬化領域形成手段と、を有する立体造形物の製造装置であって、得られる立体造形物の底面に対して点接触して支持する形状の硬化領域からなる支持体を形成する支持体形成手段と、を更に有する。
【０００９】
本発明の立体造形物の製造方法は本発明の立体造形物の製造装置により好適に行うことができ、粉体層形成工程は粉体層形成手段により好適に行うことができ、硬化領域形成工程は硬化領域形成手段により好適に行うことができ、支持体形成工程は支持体形成手段により好適に行うことができる。
つまり、本発明の立体造形物の製造方法は、本発明の立体造形物の製造装置を用い実施することと同義である。また、本発明の立体造形物の製造装置は、本発明の立体造形物の製造方法を実施することと同義である。
したがって、本発明の立体造形物の製造装置の説明を通じて本発明の立体造形物の製造方法の詳細についても明らかにする。
【００１０】
本発明の立体造形物の製造装置は、従来の方法では、造形物の底部においてベースプレート（造形ステージ）と接触する面に切り欠きを設けているため、所望の形状が得られないという問題があるという知見に基づくものである。
具体的には、従来の方法は、ベースプレートと造形物との接触面積を小さくすることにより、造形物の硬化時に熱収縮でベースプレートに生じる曲げモーメントを小さくし、立体造形物の反りの発生を抑制するようにしている。この方法では、立体造形物の底部に切り欠きを設けなければならず、所望の形状が得られないという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明の立体造形物の製造装置では、粉体層を形成する粉体層形成手段と、粉体層に硬化領域を形成する硬化領域形成手段と、を有する。また、本発明の立体造形物の製造装置は、得られる立体造形物の底面に対して点接触して支持する形状の硬化領域からなる支持体を形成する支持体形成手段を更に有する。
これにより、本発明の立体造形物の製造装置は、造形物が造形ステージに直接接触しないように造形することにより、硬化時の熱収縮で生じる曲げモーメントを小さくできるため、立体造形物の反りの発生を抑制することができる。また、本発明の立体造形物の製造装置は、支持体から立体造形物を容易に分離することができるため、造形後の処理を少なくすることができる。
【００１２】
本発明の立体造形物の製造装置は、粉体層形成手段と、硬化領域形成手段と、支持体形成手段とを有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。
【００１３】
＜粉体層形成手段＞
粉体層形成手段は、造形ステージ上に、粒子を用いて粉体層を形成する。
粉体層形成手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、粉体を供給する機構と、供給された粉体を均しながら粉体層を形成する機構の組合せなどが挙げられる。
【００１４】
＜＜粉体層＞＞
粉体層とは、粒子を含有する層を意味する。
粉体層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。
【００１５】
−粒子−
粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、樹脂粒子を含有し、更に必要に応じてその他の材料を含有するものが挙げられる。
【００１６】
樹脂粒子とは、樹脂成分を含む粒子を意味する。なお、以下では、樹脂粒子を「樹脂粉末」又は「樹脂粉体」と称することがある。樹脂粒子は、樹脂成分の他に、必要に応じてその他の成分を含んでいてもよい。
樹脂成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、熱可塑性樹脂であることが好ましい。
【００１７】
熱可塑性樹脂とは、熱を加えると可塑化し、溶融する樹脂を意味する。
熱可塑性樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、結晶性樹脂、非結晶性樹脂、液晶樹脂などが挙げられる。熱可塑性樹脂としては、結晶性樹脂が好ましい。また、熱可塑性樹脂としては、融解開始温度と、冷却時の再結晶温度の差が大きな樹脂が好ましい。
なお、結晶性樹脂とは、ＩＳＯ３１４６（プラスチック転移温度測定方法、ＪＩＳ  Ｋ７１２１）に準拠した測定において、融点ピークが検出される樹脂である。
【００１８】
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリアセタール（ＰＯＭ：Ｐｏｌｙｏｘｙｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリイミド、フッ素樹脂などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００１９】
ポリオレフィンとしては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などが挙げられる。
【００２０】
ポリアミドとしては、例えば、ポリアミド４１０（ＰＡ４１０）、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアミド６１０（ＰＡ６１０）、ポリアミド６１２（ＰＡ６１２）、ポリアミド１１（ＰＡ１１）、及びポリアミド１２（ＰＡ１２）；並びにポリアミド４Ｔ（ＰＡ４Ｔ）、ポリアミドＭＸＤ６（ＰＡＭＸＤ６）、ポリアミド６Ｔ（ＰＡ６Ｔ）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）、及びポリアミド１０Ｔ（ＰＡ１０Ｔ）などの半芳香族性のポリアミドが挙げられる。
【００２１】
ポリエステルとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブタジエンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）などが挙げられる。これらの中でも、耐熱性を付与する点で、テレフタル酸やイソフタル酸を一部に含む芳香族を有するものが好ましい。
【００２２】
ポリエーテルとしては、例えば、ポリアリールケトン、ポリエーテルスルフォンなどが挙げられる。
ポリアリールケトンとしては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ、融点：３４０℃）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトンケトン（ＰＥＥＫＫ）、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）などが挙げられる。
【００２３】
熱可塑性樹脂としては、例えば、ＰＡ９Ｔのように２つの融点ピークを有するものでもよい。２つの融点ピークを有する熱可塑性樹脂は、高温側の融点ピーク以上の温度になると完全に溶融する。
【００２４】
また、ポリフタルアミド、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリテトラフルオロエチレンなどは、「スーパーエンジニアリングプラスチック（スーパーエンプラ）」と称されている。
【００２５】
熱可塑性樹脂としては、スーパーエンプラから選択される少なくとも１種であることが好ましい。熱可塑性樹脂がスーパーエンプラであると、造形する立体造形物の引張強度、耐熱性、耐薬品性、及び難燃性を向上することができ、立体造形物を工業用途にも使用可能になる点で有利である。
【００２６】
粉体層形成手段が粉体層を形成する際には、粉体の温度が予め所望の温度になるように、粉体を予熱しておくことが好ましい。これにより、放射エネルギー付与手段により粉体の融点まで昇温させるための放射エネルギーを低減することができるとともに、放射エネルギーの照射時間を短縮することができる。
【００２７】
予熱温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、粉体に含まれる樹脂粒子の再結晶化温度と溶融温度の間の温度であることが好ましい。予熱温度が樹脂粒子の再結晶化温度と溶融温度の間の温度であることにより、粉体層を形成する際の粉体の流動性を保ちつつ、造形した立体造形物における反りなどの発生を抑制することができる。
【００２８】
＜＜造形ステージ＞＞
造形ステージは、立体造形物を造形するための台座であり、粉体層が形成され、形成された粉体層を硬化されることを繰り返して立体造形物を造形する造形領域を有する。
【００２９】
＜硬化領域形成手段＞
硬化領域形成手段は、粉体層に硬化領域を形成する。なお、硬化領域とは、粉体層において、硬化すると立体造形物を造形することができる領域を意味する。
硬化領域形成手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、放射エネルギー吸収剤付与手段と、放射エネルギー付与手段とを有する態様が好ましい。
なお、造形物とは、造形の目的とする立体造形物の途中の段階のものを意味する。
【００３０】
＜＜放射エネルギー吸収剤付与手段＞＞
放射エネルギー吸収剤付与手段は、粉体層上に放射エネルギー吸収剤を付与する。
放射エネルギーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、光や電波等の電磁波などが挙げられる。
放射エネルギー吸収剤付与手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、放射エネルギー吸収剤を含む造形用液体を吐出させるインクジェットヘッドなどが挙げられる。
【００３１】
−造形用液体−
造形用液体としては、放射エネルギー吸収剤が含有し、常温において液状であることから液体成分を含有する。また、造形用液体としては、更に必要に応じてその他の成分を含有してもよい。
【００３２】
−−放射エネルギー吸収剤−−
放射エネルギー吸収剤としては、放射エネルギーを吸収するものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
放射エネルギー吸収剤としては、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。
市販品としては、例えば、カーボンブラックを含むインク型配合物であるＣＭ９９７Ａ（ヒューレット・パッカード社製）などが挙げられる。また、ＫＨＰ、骨炭、黒鉛、炭素繊維、白亜又は干渉顔料を有することもできる。さらに、赤外線吸収体、近赤外線吸収体、可視光吸収体、ＵＶ光吸収体などを含むことができる。例えば、可視光促進剤を含むインクの例としては、Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているＣＭ９９３Ａ及びＣＥ０４２Ａ（いずれもヒューレット・パッカード社製）として知られるインクのような、染料ベースの有色インク及び顔料ベースの有色インクが挙げられる。
これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００３３】
液体成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、水や水溶性溶剤が好適に用いられ、特に水が主成分として用いられる。
【００３４】
＜＜放射エネルギー付与手段＞＞
放射エネルギー付与手段は、放射エネルギー吸収剤が付与された粉体層に放射エネルギーを付与する。
放射エネルギー付与手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、光照射手段などが挙げられる。
光照射手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、放射エネルギーを付与可能な放射エネルギー源を有する。
【００３５】
＜支持体形成手段＞
支持体形成手段は、得られる立体造形物の底面に対して点接触して支持する形状の硬化領域からなる支持体を形成する。
【００３６】
支持体形成手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。支持体形成手段としては、造形物の底面と複数個所において点接触するように支持体を形成することが好ましく、造形物の底面に対し複数個所でかつ略等間隔で点接触するように支持体を形成することがより好ましい。これらのような好ましい態様で支持体を形成すると、造形物を支持しやすくなることから造形中に造形物がずれず、立体造形物の造形精度を低下させないようにできる点で有利である。
【００３７】
＜＜支持体＞＞
支持体の形状、構造、大きさ及び材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
支持体の形状としては、略錐形状が好ましい。支持体の形状が略錐形状であると、造形物を支持するための機械的強度を確保し、かつ点接触を実現しやすく、支持体から立体造形物を容易に分離することができる点で有利である。
【００３８】
造形物の底面における、支持体と点接触する部分の１つの面積をＹ（ｍｍ２）としたとき、Ｙが、φ１ｍｍ以下であることが好ましい。Ｙがφ１ｍｍ以下であると、支持体から立体造形物を容易に分離することができる点で有利である。
【００３９】
なお、支持体形成手段としては、粉体層形成手段及び硬化領域形成手段と同等の機能があれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、粉体層形成手段及び硬化領域形成手段により行うようにしてもよく、別個の手段を用いてもよい。
別個の手段としては、粉体層形成手段及び硬化領域形成手段の機能を有していればよい。
【００４０】
＜その他の手段＞
その他の手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００４１】
ここで、まず、従来の立体造形物の製造装置の一例について図面を参照して説明する。
なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。また、下記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好ましい数、位置、形状等にすることができる。
【００４２】
従来の立体造形物の製造装置を図１〜図５Ｄを参照して説明する。
図１は、従来の立体造形物の製造装置の一例を説明するための平面図である。図２は、従来の立体造形物の製造装置の一例を説明するための側面図である。図３は、従来の立体造形物の製造装置の一例を説明するための断面図である。図４は、従来の立体造形物の製造装置の制御部の一例を示すブロック図である。図５Ａ〜図５Ｄは、従来の立体造形物の製造装置の動作の一例を説明するための概略図である。
【００４３】
従来の立体造形物の製造装置は粉体積層造形装置であり、粉体２０が結合された層状造形物である硬化領域３０が形成される造形部１と、造形部１の層状に敷き詰められた粉体層３１に対して造形用液体の液滴１０を吐出して、液滴１０を粉体層３１に塗布することにより、立体造形物を造形する造形ユニット５とを備えている。
【００４４】
造形部１は、粉体槽１１と、平坦化部材（リコータ）である回転体としての平坦化ローラ１２などを備えている。なお、平坦化部材は回転体に代えて、例えば、板状部材（ブレード）とすることもできる。
【００４５】
粉体槽１１は、粉体２０を供給する供給槽２１と、硬化領域３０が積層されて立体造形物が造形される造形槽２２とを有する。造形前に供給槽２１に粉体を供給する。
供給槽２１の底部は、供給ステージ２３として鉛直方向（高さ方向）に昇降可能となっている。同様に、造形槽２２の底部は、造形ステージ２４として鉛直方向（高さ方向）に昇降可能となっている。造形ステージ２４上に硬化領域３０が積層された立体造形物が造形される。
供給ステージ２３と造形ステージ２４は、モータによって矢印Ｚ方向（高さ方向）に昇降される。
【００４６】
平坦化ローラ１２は、供給槽２１の供給ステージ２３上に供給された粉体２０を造形槽２２に供給し、平坦化手段である平坦化ローラ１２によって供給した粉体２０の層の表面を均して平坦化して、粉体層３１を形成する。この平坦化ローラ１２は、造形ステージ２４のステージ面（粉体２０が積載される面）に沿って矢印Ｙ方向に、ステージ面に対して相対的に往復移動可能に配置され、往復移動機構によって移動される。また、平坦化ローラ１２は、モータ２６（図４参照）によって回転駆動される。
【００４７】
造形ユニット５は、造形ステージ２４上の粉体層３１に液滴１０を吐出する液体吐出ユニット５０を備えている。液体吐出ユニット５０は、キャリッジ５１と、キャリッジ５１に搭載された吐出手段である２つ（１又は３つ以上でもよい。）の液体吐出ヘッド（以下、単に「ヘッド」という。）５２ａ、５２ｂを備えている。
【００４８】
キャリッジ５１は、ガイド部材５４及び５５に移動可能に保持されている。ガイド部材５４及び５５は、両側の側板７０に昇降可能に保持されている。このキャリッジ５１は、Ｘ方向走査機構５５０のＸ方向走査モータによってプーリ及びベルトを介して主走査方向である矢印Ｘ方向（以下、単に「Ｘ方向」という。他のＹ、Ｚについても同様とする。）に往復移動される。
【００４９】
２つのヘッド５２ａ、５２ｂ（以下、区別しないときは「ヘッド５２」という。）は、液体を吐出する複数のノズルを配列したノズル列がそれぞれ複数列配置されている。ヘッド５２ノズル列は、放射エネルギー吸収剤を含んだ造形用液体（インク）を吐出する。ヘッド５２ａやヘッド５２ｂのノズル列は、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックなど色がついた造形用液体をそれぞれ吐出することもできる。なお、ヘッド構成はこれに限るものではない。
これらの造形用液体の各々を収容した複数のタンク６０がタンク装着部５６に装着され、供給チューブなどを介してヘッド５２ａ、５２ｂに供給される。
【００５０】
また、Ｘ方向の一方側には、液体吐出ユニット５０のヘッド５２の維持回復を行うメンテナンス機構６１が配置されている。
【００５１】
ヘッドの左右には放射エネルギー源８０が備わる。なお、どちらか片方のみの設置でも可能である。ヘッド５２から放射エネルギー吸収剤を含む造形用液体が吐出された領域上を放射エネルギー源８０が駆動する。放射エネルギー源８０はキャリッジ５１内に備えることで、ヘッド５２と駆動を共有することも可能だが、個別に駆動源を用意することで単体でのＸ方向間の駆動を可能とすることができる。
【００５２】
メンテナンス機構６１は、主にキャップ６２とワイパ６３とを備える。キャップ６２をヘッド５２のノズル面（ノズルが形成された面）に密着させ、ノズルから造形用液体を吸引する。ノズルに詰まった粉体の排出や高粘度化した造形用液体を排出するためである。その後、ノズルのメニスカス形成（ノズル内は負圧状態である）のため、ノズル面をワイパ６３でワイピング（払拭）する。また、メンテナンス機構６１は、造形用液体の吐出が行われない場合に、ヘッド５２のノズル面をキャップ６２で覆い、粉体２０がノズルに混入することや液滴１０が乾燥することを防止する。
【００５３】
造形ユニット５は、ベース部材７上に配置されたガイド部材７１に移動可能に保持されたスライダ部７２を有し、造形ユニット５全体がＸ方向と直交するＹ方向（副走査方向）に往復移動可能である。この造形ユニット５は、Ｙ方向走査機構５５２のＹ方向走査モータによって全体がＹ方向に往復移動される。
また、液体吐出ユニット５０は、ガイド部材５４、５５とともに矢印Ｚ方向に昇降可能に配置され、Ｚ方向昇降機構５５１（図４参照）のＺ方向走査モータによってＺ方向に昇降される。
【００５４】
次に、造形部１の詳細について説明する。
造形部１は粉体槽１１を有しており、粉体槽１１は箱型形状をなし、供給槽２１と造形槽２２と、余剰粉体受け槽２５の３つの上面が開放された槽とを備えている。供給槽２１内部には供給ステージ２３が、造形槽２２内部には造形ステージ２４がそれぞれ昇降可能に配置される。
【００５５】
供給ステージ２３の側面は供給槽２１の内側面に接するように配置されている。造形ステージ２４の側面は造形槽２２の内側面に接するように配置されている。これらの供給ステージ２３及び造形ステージ２４の上面は水平に保たれている。
【００５６】
平坦化ローラ１２は、供給槽２１から粉体２０を造形槽２２へと移送供給して、表面を均すことで平坦化して所定の厚みの層状の粉体である粉体層３１を形成する。
この平坦化ローラ１２は、造形槽２２及び供給槽２１の内寸（即ち、粉体が供される部分又は仕込まれている部分の幅）よりも長い棒状部材であり、往復移動機構によってステージ面に沿ってＹ方向（副走査方向）に往復移動される。
【００５７】
また、平坦化ローラ１２は、モータ２６によって回転されながら、供給槽２１の外側から供給槽２１及び造形槽２２の上方を通過するようにして水平移動する。これにより、粉体２０が造形槽２２上へと移送供給され、平坦化ローラ１２が造形槽２２上を通過しながら粉体２０を平坦化することで粉体層３１が形成される。
【００５８】
また、図３にも示すように、平坦化ローラ１２の周面に接触して、平坦化ローラ１２に付着した粉体２０を除去するための粉体除去部材である粉体除去板１３が配置されている。粉体除去板１３は、平坦化ローラ１２の周面に接触した状態で、平坦化ローラ１２とともに移動する。また、粉体除去板１３は、平坦化ローラ１２が平坦化を行うときの回転方向に回転するときのカウンタ方向でも、順方向でも配置可能である。
【００５９】
なお、この実施形態では、造形部１の粉体槽１１が供給槽２１と造形槽２２の二つの槽を有しているが、造形槽２２のみとして、造形槽２２に粉体供給装置から粉体を供給して、平坦化手段で平坦化することもできる。
【００６０】
＜制御部の概要及び造形の流れ＞
次に、この立体造形物の製造装置における制御部の概要について図４を参照して説明する。図４は、同制御部のブロック図である。
【００６１】
制御部５００は、この装置全体の制御を行うＣＰＵ５０１と、ＣＰＵ５０１にこの製造方法に係わる制御を含む立体造形動作の制御を実行させるためのプログラム、その他の固定データを格納するＲＯＭ５０２と、造形データ等を一時格納するＲＡＭ５０３とを含む主制御部５００Ａを備えている。
【００６２】
制御部５００は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）５０４を備えている。また、制御部５００は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ５０５を備えている。
【００６３】
制御部５００は、外部の造形データ作成装置６００から造形データを受信するときに使用するデータ及び信号の送受を行うためのＩ／Ｆ５０６を備えている。
【００６４】
なお、造形データ作成装置６００は、最終形態の造形物（立体造形物）の３Ｄデータなどから硬化領域ごとにスライスしたスライスデータ等の造形データを作成する装置であり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置である。
【００６５】
制御部５００は、各種センサの検知信号を取り込むためのＩ／Ｏ５０７を備えている。
制御部５００は、液体吐出ユニット５０のヘッド５２を駆動制御するヘッド駆動制御部５０８を備えている。
【００６６】
制御部５００は、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＸ方向（主走査方向）に移動させるＸ方向走査機構５５０のモータを駆動するモータ駆動部５１０と、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＹ方向（副走査方向）に移動させるＹ方向走査機構５５２のモータを駆動するモータ駆動部５１２を備えている。
【００６７】
制御部５００は、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＺ方向に移動（昇降）させるＺ方向昇降機構５５１のモータを駆動するモータ駆動部５１１を備えている。
なお、矢印Ｚ方向への昇降は造形ユニット５全体を昇降させるようにすることもできる。
【００６８】
制御部５００は、供給ステージ２３を昇降させるモータ２７を駆動するモータ駆動部５１３と、造形ステージ２４を昇降させるモータ２８を駆動するモータ駆動部５１４を備えている。
【００６９】
制御部５００は、平坦化ローラ１２を移動させる往復移動機構２５のモータ５５３を駆動するモータ駆動部５１５と、平坦化ローラ１２を回転駆動するモータ２６を駆動するモータ駆動部５１６を備えている。
【００７０】
制御部５００は、供給槽２１に粉体２０を供給する粉体供給装置を駆動する供給系駆動部と、液体吐出ユニット５０のメンテナンス機構６１を駆動するメンテナンス駆動部５１８を備えている。
【００７１】
制御部５００のＩ／Ｏ５０７には、装置の環境条件としての温度及び湿度を検出する温湿度センサ５６０などの検知信号やその他のセンサ類の検知信号が入力される。
【００７２】
制御部５００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル５２２が接続されている。
【００７３】
制御部５００は、造形データ作成装置６００から造形データを受領する。造形データは、目的とする立体造形物の形状をスライスしたスライスデータとしての各硬化領域３０の形状データ（造形データ）を含む。
【００７４】
そして、主制御部５００Ａは、硬化領域３０の造形データに基づいてヘッド５２からの造形用液体の吐出を行わせる制御をする。
【００７５】
なお、造形データ作成装置６００と立体造形装置（粉体積層造形装置）６０１によって造形装置が構成される。
【００７６】
次に、この立体造形物の製造装置における造形の流れについて図５Ａ〜図５Ｆを参照して説明する。
【００７７】
図５Ａ〜図５Ｆは、造形の流れの説明に供する模式的説明図である。ここでは、造形槽２２の造形ステージ２４上に、１層目の硬化領域３０が形成されている状態から説明する。
１層目の硬化領域３０上に次の硬化領域３０を形成するときには、図５Ａに示すように、供給槽２１の供給ステージ２３をＺ１方向に上昇させ、造形槽２２の造形ステージ２４をＺ方向に下降させる。
【００７８】
このとき、造形槽２２の上面（粉体層表面）と平坦化ローラ１２の下部（下方接線部）との間隔がΔｔとなるように造形ステージ２４の下降距離を設定する。この間隔Δｔが次に形成する粉体層３１の厚さに相当する。間隔Δｔは、数十μｍ〜１００μｍ程度であることが好ましい。
【００７９】
次いで、図５Ｂに示すように、供給槽２１の上面レベルよりも上方に位置する粉体２０を、平坦化ローラ１２を順方向（矢印方向）に回転しながらＹ２方向（造形槽２２側）に移動することで、粉体２０を造形槽２２へと移送供給する（粉体供給）。
【００８０】
さらに、図５Ｃに示すように、平坦化ローラ１２を造形槽２２の造形ステージ２４のステージ面と平行に移動させ、図５Ｄに示すように、造形ステージ２４の硬化領域３０上で所定の厚さΔｔになる粉体層３１を形成する（平坦化）。粉体層３１を形成後、平坦化ローラ１２は、図５Ｄに示すように、Ｙ１方向に移動されて初期位置に戻される。
【００８１】
ここで、平坦化ローラ１２は、造形槽２２及び供給槽２１の上面レベルとの距離を一定に保って移動できるようになっている。一定に保って移動できることで、平坦化ローラ１２で粉体２０を造形槽２２の上へと搬送させつつ、造形槽２２上又は既に形成された硬化領域３０の上に均一厚さｈ（積層ピッチΔｔに相当）の粉体層３１を形成できる。
【００８２】
なお、以下、粉体層３１の厚みｈと積層ピッチΔｔ１とを区別せずに説明することがあるが、特に断りのない限り、同じ厚みを意味する。また、粉体層３１の厚みｈを実際に測定して求めてもよく、この場合、複数箇所の平均値とすることが好ましい。
【００８３】
その後、図５Ｅに示すように、液体吐出ユニット５０のヘッド５２から造形用液体の液滴を吐出する。
【００８４】
図５Ｆに示すように、放射エネルギー源８０を走査させて粉体層３１に放射エネルギーを付与することで、粉体層３１を融着させ１層分の硬化領域３０を得る。
【００８５】
図６は、造形ステージ上に硬化領域を形成した場合の一例を説明するための概略図である。
図６に示すように、立体造形物の製造装置は、造形ステージ２４上に硬化領域３０を形成した。造形ステージ２４を中心に拡大した図を図７Ａに示す。
【００８６】
図７Ａに示すように、硬化領域３０は、造形ステージ２４に密着しており、反りが発生していない。しかし、硬化領域３０が収縮で生じたモーメントで造形ステージ２４から造形中に剥離してしまうと、図７Ｂに示すように硬化領域３０に反りが発生してしまう。反りが発生した硬化領域３０の上に更に硬化領域を形成していくと、立体造形物全体にも反りが発生してしまう。また、硬化領域３０が造形ステージ２４に張り付いたままであると、造形終了時に立体造形物を造形ステージ２４から分離しにくい場合がある。
【００８７】
そこで、本発明の立体造形物の製造装置では、図８Ａに示すように、造形ステージ２４の表面に接触しかつ造形物Ｏの底面と点接触して造形物Ｏを支持する略錐形状の支持体Ｂを形成する。すると、造形物Ｏは、造形ステージ２４と直接接触していないので、反りが発生しにくい。また、図８Ｂ及び図８Ｃに示すように、造形ステージ２４を上昇させると、造形物Ｏは、底面で点接触している支持体Ｂから容易に分離できる。
【００８８】
また、図８Ａ〜図８Ｃで示した支持体は、１つの略錐形状の支持体としたが、これに限ることなく、図９Ａ〜図９Ｃに示すように、３つの略錐形状の支持体としてもよい。
【００８９】
なお、本発明について、放射エネルギー吸収剤を付与した粉体層に、放射エネルギーを付与して粒子どうしを融着した硬化領域を積層する造形方式（ＨＳＳ方式）の実施形態で説明したが、これに限ることはない。本発明は、粉体積層による三次元造形方式（粉体積層造形方式）であれば適用することができる。粉体積層造形方式としては、例えば、選択的にレーザーを照射して粉体どうしを融着させて立体造形物を形成するＳＬＳ（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｌｅｓｅｒ  ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）方式が挙げられる。また、マスクを使い平面状にレーザーを照射して粉体どうしを融着させて立体造形物を形成するＳＭＳ（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｍａｓｋ  ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）方式にも適用することができる。さらに、バインダー樹脂を含むインクをインクジェット等の方法により吐出して粉体を固着させて立体造形物を形成するバインダージェット（Ｂｉｎｄｅｒ  Ｊｅｔｔｉｎｇ）方式などにも適用することができる。
【００９０】
以上説明したように、本発明の立体造形物の製造方法は、粉体層を形成する粉体層形成工程と、粉体層に硬化領域を形成する硬化領域形成工程とを含み、得られる立体造形物の底面に対して点接触して支持する形状の硬化領域からなる支持体を形成する支持体形成工程を更に含む。
これにより、本発明の立体造形物の製造方法は、造形物が造形ステージに直接接触しないように造形することにより、硬化時の熱収縮で生じる曲げモーメントを小さくできるため、立体造形物の反りの発生を抑制することができる。また、本発明の立体造形物の製造装置は、支持体から立体造形物を容易に分離することができるため、造形後の処理を少なくすることができる。
【００９１】
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
＜１＞  粉体層を形成する粉体層形成工程と、
前記粉体層に硬化領域を形成する硬化領域形成工程と、
を含む立体造形物の製造方法であって、
得られる立体造形物の底面に対して点接触して支持する形状の硬化領域からなる支持体を形成する支持体形成工程と、
を更に含むことを特徴とする立体造形物の製造方法である。
＜２＞  前記支持体形成工程において、前記造形物の底面と複数個所において点接触するように前記支持体を形成する、前記＜１＞に記載の立体造形物の製造方法である。
＜３＞  前記支持体形成工程において、前記造形物の底面に対し複数個所でかつ略等間隔で点接触するように前記支持体を形成する、前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜４＞  前記支持体が略錐形状である、前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜５＞  粉体層を形成する粉体層形成手段と、
前記粉体層に硬化領域を形成する硬化領域形成手段と、
を有する立体造形物の製造装置であって、
得られる立体造形物の底面に対して点接触して支持する形状の硬化領域からなる支持体を形成する支持体形成手段と、
を更に有することを特徴とする立体造形物の製造装置である。
【００９２】
前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法、及び前記＜５＞に記載の立体造形物の製造装置よると、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９３】
【特許文献１】特開２００８−１０１２５６号公報
【符号の説明】
【００９４】
１    造形部
５    造形ユニット
７    ベース部材
１０    液滴
１１    粉体槽
１２    平坦化ローラ
１３    粉体除去板
２０    粉体
２１    供給槽
２２    造形槽
２３    供給ステージ
２４    造形ステージ
２５    余剰粉体受け槽
２６、２８    モータ
３０    硬化領域
３１    粉体層
５０    液体吐出ユニット
５１    キャリッジ
５２、５２ａ、５２ｂ    液体吐出ヘッド
５４、５５    ガイド部材
５６    タンク装着部
６０    タンク
６１    メンテナンス機構
６２    キャップ
６３    ワイパ
７１    ガイド部材
７２    スライダ部
８０    放射エネルギー源
【図１】
2020152018.tif 000003
【図２】
2020152018.tif 000004
【図３】
2020152018.tif 000005
【図４】
2020152018.tif 000006
【図５Ａ】
2020152018.tif 000007
【図５Ｂ】
2020152018.tif 000008
【図５Ｃ】
2020152018.tif 000009
【図５Ｄ】
2020152018.tif 000010
【図５Ｅ】
2020152018.tif 000011
【図５Ｆ】
2020152018.tif 000012
【図６】
2020152018.tif 000013
【図７Ａ】
2020152018.tif 000014
【図７Ｂ】
2020152018.tif 000015
【図８Ａ】
2020152018.tif 000016
【図８Ｂ】
2020152018.tif 000017
【図８Ｃ】
2020152018.tif 000018
【図９Ａ】
2020152018.tif 000019
【図９Ｂ】
2020152018.tif 000020
【図９Ｃ】
2020152018.tif 000021