(57)【要約】【課題】厚み精度の一定でない安価なシート材であっても、作製する立体モデルの高さ精度の向上が可能な立体造形方法等を提供する。【解決手段】立体モデルＭの３次元形状データに基づいて作成した積層順を含む複数枚のシート材Ｓの切抜きデータを用い、複数枚のシート材Ｓを切抜きカットしながら積層して立体モデルＭを作製する立体造形方法であって、複数枚のシート材Ｓの積層過程において、作製途上の立体モデルＭである途上モデルＭ´の高さを計測する計測ステップと、計測した途上モデルＭ´の高さである実測値と計測時における理論上の途上モデルＭ´の高さである理論値とを比較する比較ステップと、比較結果に基づいて、シート材Ｓの積層枚数を都度増減する枚数調整ステップと、を備えた。【選択図】図２
2010240843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体モデルの３次元形状データに基づいて作成した積層順を含む複数枚のシート材の切抜きデータを用い、
前記複数枚のシート材を切抜きカットしながら積層して前記立体モデルを作製する立体造形方法であって、
前記複数枚のシート材の積層過程において、作製途上の前記立体モデルである途上モデルの高さを計測する計測ステップと、
計測した前記途上モデルの高さである実測値と計測時における理論上の前記途上モデルの高さである理論値とを比較する比較ステップと、
比較結果に基づいて、前記シート材の積層枚数を都度増減する枚数調整ステップと、を備えたことを特徴とする立体造形方法。
【請求項２】
前記比較結果において、前記実測値と前記理論値との差が所定値をマイナス側に越えたときに前記積層枚数を増加し、前記所定値をプラス側の越えたときは前記積層枚数を減少させることを特徴とする請求項１に記載の立体造形方法。
【請求項３】
前記所定値が、前記シート材の厚みの１／２であることを特徴とする請求項２に記載の立体造形方法。
【請求項４】
前記積層枚数を増加するときには、積層前後の前記シート材の２つの前記切抜きデータに基づいて、増加する前記シート材の切抜きデータを作成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の立体造形方法。
【請求項５】
前記計測ステップでは、前記途上モデルの高さを複数箇所計測し、その平均値を前記実測値とすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の立体造形方法。
【請求項６】
前記シート材を溶解させるシート溶解液を導入したインクジェットヘッドを用い、
前記切抜きデータに基づいて、前記積層過程における前記各シート材に前記シート溶解液を吐出着弾させ、前記切抜きカットを行うことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の立体造形方法。
【請求項７】
接着液を導入したインクジェットヘッドを用い、
前記積層過程における前記各シート材の要接着部に前記接着液を吐出着弾させ、前記各シート材の接着を行うことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の立体造形方法。
【請求項８】
着色液を導入したインクジェットヘッドを用い、
前記積層過程における前記各シート材の要着色部に前記着色液を吐出着弾させ、前記各シート材に着色を行うことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の立体造形方法。
【請求項９】
複数枚のシート材を切抜きカットしながら積層して立体モデルを作製する立体造形装置であって、
前記複数枚のシート材を積層するためのテーブルと、
前記複数枚のシート材を１枚ずつ前記テーブル上に供給し積層するシート供給手段と、
積層された前記シート材を切抜きカットする切抜き手段と、
前記複数枚のシート材の積層過程において、作製途上の前記立体モデルである途上モデルの高さを計測する計測手段と、
前記シート供給手段および前記切抜き手段を制御すると共に、前記立体モデルの３次元形状データに基づいて作成した、積層順を含む前記複数枚のシート材の切抜きデータおよび前記途上モデルの高さを記憶する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、計測した前記途上モデルの高さである実測値と計測時における理論上の前記途上モデルの高さである理論値とを比較し、その比較結果に基づいて、前記シート材の積層枚数を都度増減することを特徴とする立体造形装置。
【請求項１０】
前記切抜き手段は、前記シート材を溶解させるシート溶解液が導入されるインクジェット機構と、
積層された前記シート材に対し、前記インクジェット機構を相対的に走査する移動機構と、
前記インクジェット機構に対し前記テーブルを相対的に昇降させ、前記シート材に対する前記インクジェット機構のワークギャップを維持する昇降機構と、を有し、
前記制御手段は、前記インクジェット機構および前記移動機構を制御し、前記切抜きデータに基づいて、前記積層過程における前記各シート材に前記シート溶解液を吐出着弾させ、前記切抜きカットを行うことを特徴とする請求項９に記載の立体造形装置。
【請求項１１】
前記インクジェット機構は、接着液を導入可能に構成され、
前記制御手段は、前記インクジェット機構および前記移動機構を制御し、前記積層過程における前記各シート材の要接着部に前記接着液を吐出着弾させ、前記各シート材の接着を行うことを特徴とする請求項１０に記載の立体造形装置。
【請求項１２】
前記インクジェット機構は、着色液を導入可能に構成され、
前記制御手段は、前記インクジェット機構および前記移動機構を制御し、前記積層過程における前記各シート材の要着色部に前記着色液を吐出着弾させ、前記各シート材に着色を行うことを特徴とする請求項１０または１１に記載の立体造形装置。
【請求項１３】
前記各シート材は、ロール状に巻回したロールシートを繰り出して所定の寸法に切り離したものであり、
前記シート供給手段は、前記ロールシートを繰り出して前記テーブル上に送り込むシート送り機構と、
送り込んだ前記ロールシートを所定の寸法に切り離す切断機構と、を有していることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれかに記載の立体造形装置。
【請求項１４】
前記計測手段は、前記切抜き手段に搭載されたレーザー変位計で構成されていることを特徴とする請求項９ないし１３のいずれかに記載の立体造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート材を積層して立体モデルを作製する立体造形方法および立体造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、接着剤塗布済みの連続シートをテーブル上に送り出し、この連続シートを裁断したシート材を積層させて立体モデルを造形するシート積層式造形装置（立体造形装置）が知られている（特許文献１参照）。この立体造形装置では、加圧加熱板により、テーブル上の載置されたシート材の上に新たなシート材を熱圧着し、ＸＹプロッターにより切断用カッターを動作させ、最上段のシート材を立体モデルのある高さにおける断面形状をその輪郭に沿って切断すると共に、その輪郭よりも外側にある不要部分のシート材を格子状に切断する。この立体造形装置では、このような動作を所定の積層数だけ繰り返し、最後にブロック上に切り込まれたシート材の不要部分を除去することにより立体モデルを作製している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３０１０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記のような立体造形装置では、立体モデルの高さ方向の精度がシート材の厚み精度に依存しているため、厳重な厚み精度管理の下で製造された非常に高価なシート材（連続シート）を用いる必要があった。また、上記のようなシート材を使用する場合であっても、積層枚数が非常に多い場合等、積層枚数によっては、断面形状の輪郭データと実際の製造途中の立体モデルとの間に高さ方向の誤差が生じることがあり、この場合、最終的に完成する立体モデルの高さ精度を担保できないという問題があった。
【０００５】
本発明は、厚み精度の一定でない安価なシート材であっても、作製する立体モデルの高さ精度の向上が可能な立体造形方法および立体造形装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の立体造形方法は、立体モデルの３次元形状データに基づいて作成した積層順を含む複数枚のシート材の切抜きデータを用い、複数枚のシート材を切抜きカットしながら積層して立体モデルを作製する立体造形方法であって、複数枚のシート材の積層過程において、作製途上の立体モデルである途上モデルの高さを計測する計測ステップと、計測した途上モデルの高さである実測値と計測時における理論上の途上モデルの高さである理論値とを比較する比較ステップと、比較結果に基づいて、シート材の積層枚数を都度増減する枚数調整ステップと、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
この場合、比較結果において、実測値と理論値との差が所定値をマイナス側に越えたときに積層枚数を増加し、所定値をプラス側の越えたときは積層枚数を減少させることが好ましい。
【０００８】
また、本発明の立体造形装置は、複数枚のシート材を切抜きカットしながら積層して立体モデルを作製する立体造形装置であって、複数枚のシート材を積層するためのテーブルと、複数枚のシート材を１枚ずつテーブル上に供給し積層するシート供給手段と、積層されたシート材を切抜きカットする切抜き手段と、複数枚のシート材の積層過程において、作製途上の立体モデルである途上モデルの高さを計測する計測手段と、シート供給手段および切抜き手段を制御すると共に、立体モデルの３次元形状データに基づいて作成した、積層順を含む複数枚のシート材の切抜きデータおよび途上モデルの高さを記憶する制御手段と、を備え、制御手段は、計測した途上モデルの高さである実測値と計測時における理論上の途上モデルの高さである理論値とを比較し、その比較結果に基づいて、シート材の積層枚数を都度増減することを特徴とする。
【０００９】
これらの構成によれば、実測値と理論値とを比較するという単純な計算処理を行うことで、作製途中における途上モデルの高さ方向のずれ（誤差）を修正することができる。これにより、最終的に作製される立体モデルを、所定の高さ寸法に精度良く造形することができる。また、例えば、厚み精度の一定でない安価なシート材を用いて立体モデルを作製するような場合であっても、高さ精度を良好に確保した立体モデルを作製することができる。なお、計測は、１枚のシート材を積層するごとに行ってもよいし、数枚のシート材を積層するごとに行ってもよい。
【００１０】
また、この場合、所定値が、シート材の厚みの１／２であることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、実測値と理論値との差が大きくなり過ぎる前に修正することができる。これにより、立体モデルの高さ精度の誤差を少なくすることができる。なお、所定値を変更できるようにしてもよい。
【００１２】
この場合、積層枚数を増加するときには、積層前後のシート材の２つの切抜きデータに基づいて、増加するシート材の切抜きデータを作成することが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、新たに作成した切抜きデータと、その前後の切抜きデータとの輪郭の差（ずれ）を少なくすることができる。これにより、新たに作成した切抜きデータ部分での立体モデル表面の凹凸が小さくなり、高さ精度だけでなく、立体モデル表面の凹凸精度も向上させることができる。
【００１４】
また、この場合、計測ステップでは、途上モデルの高さを複数箇所計測し、その平均値を実測値とすることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、途上モデルの平面上の各点における、それぞれの高さ方向の誤差を平均化することができる。これにより、厚み精度の一定でないシート材を用いた場合であっても、所定の高さ精度をもった立体モデルを作製することができる。
【００１６】
この場合、シート材を溶解させるシート溶解液を導入したインクジェットヘッドを用い、切抜きデータに基づいて、積層過程における各シート材にシート溶解液を吐出着弾させ、切抜きカットを行うことが好ましい。
【００１７】
また、この場合、切抜き手段は、シート材を溶解させるシート溶解液が導入されるインクジェット機構と、積層されたシート材に対し、インクジェット機構を相対的に走査する移動機構と、インクジェット機構に対しテーブルを相対的に昇降させ、シート材に対するインクジェット機構のワークギャップを維持する昇降機構と、を有し、制御手段は、インクジェット機構および移動機構を制御し、切抜きデータに基づいて、積層過程における各シート材にシート溶解液を吐出着弾させ、切抜きカットを行うことが好ましい。
【００１８】
これらの構成によれば、カッター刃等の刃物を用いずに、インクジェットヘッドからシート溶解液を吐出することで切抜きデータに基づく切抜きカットを行っているため、安全且つ円滑にシート材の切抜きを行うことができる。また、カッター刃の交換等の保守管理を省略することもできる。これにより、精密な立体造形が可能であると共に、保守管理費用を抑えることもできる。
【００１９】
この場合、接着液を導入したインクジェットヘッドを用い、積層過程における各シート材の要接着部に接着液を吐出着弾させ、各シート材の接着を行うことが好ましい。
【００２０】
また、この場合、インクジェット機構は、接着液を導入可能に構成され、制御手段は、インクジェット機構および移動機構を制御し、積層過程における各シート材の要接着部に接着液を吐出着弾させ、各シート材の接着を行うことが好ましい。
【００２１】
これらの構成によれば、シート材に接着剤を塗布する等して予め接着層を形成しておく必要がない。これにより、シート材を安価に構成することができる。また、必要な部分（要接着部）にのみ接着液を吐出すればよいため、接着液の使用量を最小限に抑えることができる。
【００２２】
この場合、着色液を導入したインクジェットヘッドを用い、積層過程における各シート材の要着色部に着色液を吐出着弾させ、各シート材に着色を行うことが好ましい。
【００２３】
また、この場合、インクジェット機構は、着色液を導入可能に構成され、制御手段は、インクジェット機構および移動機構を制御し、積層過程における各シート材の要着色部に着色液を吐出着弾させ、各シート材に着色を行うことが好ましい。
【００２４】
これらの構成によれば、積層するシート材に対して積層過程で着色を行うことができるため、短時間で着色済みの立体モデルを作製することができる。また、立体モデル内部にも着色することができる。
【００２５】
この場合、各シート材は、ロール状に巻回したロールシートを繰り出して所定の寸法に切り離したものであり、シート供給手段は、ロールシートを繰り出してテーブル上に送り込むシート送り機構と、送り込んだロールシートを所定の寸法に切り離す切断機構と、を有していることが好ましい。
【００２６】
この構成によれば、所望の寸法（長さ）に切り離すことによって、任意の長さのシート材を得ることができる。これにより、作製する立体モデルの寸法（平面寸法）に柔軟に対応することができる。
【００２７】
また、この場合、計測手段は、切抜き手段に搭載されたレーザー変位計で構成されていることが好ましい。
【００２８】
この構成によれば、途上モデルの正確な高さを計測することができる。これにより、制御手段による高さ寸法の誤差修正を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る立体造形装置の概略図である。
【図２】第１実施形態に係る立体造形方法のフローチャートである。
【図３】第１実施形態に係る立体造形方法によるシート材の積層体の平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図４】第１実施形態に係る立体造形方法によるシート材の積層過程の説明図である。
【図５】第２実施形態に係る立体造形方法によるシート材の積層体の平面図（ａ）および断面図（ｂ），（ｃ）である。
【図６】第３実施形態に係る立体造形方法によるシート材の熱圧着を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態に係る立体造形装置について説明する。この立体造形装置は、複数枚のシート材を切抜きカットしながら積層して立体モデルを作製（シート積層法）するものである。そこで、立体造形装置の説明に先立ち、積層する材料となるシート材について説明する。
【００３１】
シート材Ｓは、木材パルプ繊維等の製紙用繊維材に水溶性バインダーを加え、抄紙等の製紙方法によりシート状に成形した特殊紙である。このシート材Ｓは、水（シート溶解液）により溶解する水溶紙であり、シート積層法に適した厚さおよび強度を有している。
【００３２】
詳細には、シート材Ｓにおいて水が浸透した部分は、水溶性バインダーが溶解して製紙用繊維材間の水素結合が解消されることで、製紙用繊維材のみが残り、脆弱化した状態となる。したがって、シート材Ｓ上に水を滴下して線を描くと、線状の水の浸透部分Ｂが形成され、浸透部分Ｂがシート材Ｓの裏側まで達すると、この浸透部分Ｂを切断線としてシート材Ｓを切断することができるようになる（図３参照）。なお、シート材Ｓは、ロール状に巻回したロールシートＲＳとして、後述する立体造形装置１にセットされる。
【００３３】
また、シート材Ｓとして、水溶性のでんぷんやゼラチン、ＰＶＡ等の水溶性樹脂をフィルム上に形成したものを用いてもよい。この場合、滴下する水を最適な溶解温度に制御することで切断可能となる。
【００３４】
次に、図１を参照して、立体造形装置１について説明する。立体造形装置１は、装置フレーム内に設けられた昇降可能なテーブル２と、ロール状に巻回されたロールシートＲＳをシート搬送経路３３に沿って送り出し、テーブル２上の積層位置まで搬送する給紙部３（シート供給手段）と、給紙部３から搬送されたロールシートＲＳを所定の長さに切断する切断機構４と、テーブル２上にノズル面を向けて配置されたインクジェットヘッド５１を有するインクジェット機構５と、インクジェットヘッド５１に各種溶液や水等を供給する液体供給部６と、作製途中の立体モデルＭ（以下、途上モデルＭ´と呼ぶ）の高さを計測する計測部７と、を有している。また、立体造形装置１は、各部および各機構を制御する制御部８を有している。
【００３５】
テーブル２は、その上面に水平な積層面２１を有しており、昇降機構２２により積層面２１を昇降させ、その高さを調整可能に構成されている。また、積層面２１は、作製する立体モデルＭの平面形状に合わせて切断されるシート材Ｓを積層可能な大きさに形成されており、積層面２１には、シート材Ｓの積層位置が設定されている。
【００３６】
給紙部３は、ロールシートＲＳを回転自在に支持するシート材ホルダー３１と、シート搬送経路３３に送り出されたロールシートＲＳを挟持する一対の紙送りローラー３４を備えた搬送機構３２と、を有している。シート材ホルダー３１は、リール形式のものであってもよいし、ドロップイン形式のものであってもよい。
搬送機構３２は、一対の紙送りローラー３４と、各紙送りローラー３４を回転させる紙送りモーター（図示省略）と、を有している。一対の紙送りローラー３４は、シート搬送経路３３上の所定の位置で、ロールシートＲＳを上下から挟持するニップローラで構成されており、一対の紙送りローラー３４を紙送りモーターにより正逆回転させることで、ロールシートＲＳをシート搬送経路３３に沿って前進または後退させるようになっている。
【００３７】
切断機構４は、可動刃および固定刃を備えた鋏式の切断刃と、可動刃を動かすカットモーターと、を有している（いずれも図示省略）。切断機構４は、搬送機構３２により搬送され、積層面２１上の積層位置に位置決めされたロールシートＲＳを、その先端から所定の長さで幅方向に切断し、作製する立体モデルＭの平面形状に合わせたシート材Ｓを形成するものである。なお、切断機構４は鋏式のものに限定されるものではない。例えば、インクジェットヘッド５１からシート材Ｓに水滴を吐出・着弾させて切断してもよし、いわゆるロータリーカッタであってもよい。
【００３８】
インクジェット機構５は、複数の吐出ノズルを有するインクジェットヘッド５１と、インクジェットヘッド５１を搭載するヘッドキャリッジ５２と、ヘッドキャリッジ５２を介してインクジェットヘッド５１を水平面内（ＸＹ平面）で自由に移動させる移動機構５３と、を有している。
【００３９】
インクジェットヘッド５１は、複数種の液体を吐出すべく複数のノズル列を有している。本実施形態に係るインクジェットヘッド５１には、水、接着液、ＲＧＢ（３色）のインクおよびＫ（黒）のインクを、それぞれの液体を吐出するため、６列のノズル列が用意されている。なお、ノズル列数は任意であるし、また、液体の種別に対応して、複数のインクジェットヘッド５１を設けるようにしてもよい。
移動機構５３は、ヘッドキャリッジ５２を介してインクジェットヘッド５１をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させる、いわゆるＸＹテーブルであり、テーブル２上でインクジェットヘッド５１を自在に走査し、積層面２１上の任意の位置に液滴を吐出することができるようになっている。
【００４０】
液体供給部６は、各種溶液や水、或いは接着液等を封入した複数の液体パック（図示省略）を収容したカートリッジ６１を装着するためのカートリッジ装着部６２を備えている。カートリッジ装着部６２には、カートリッジ６１を装着した際に、その内部の各液体パックの供給口に差込接続される複数の供給針（図示省略）が設けられている。各供給針には、インクジェットヘッド５１から延在する可撓性の供給流路に接続され、各液体パックからインクジェットヘッド５１に各液体が供給される。なお、本実施形態では、水、接着液、４色（ＲＧＢ＋Ｋ）のインク、それぞれに対応した水カートリッジ、接着液カートリッジ、インクカートリッジが用意されている。
【００４１】
計測部７は、レーザー変位計等の測距計であり、その光軸および受光部を、下方に臨むテーブル２に向けてヘッドキャリッジ５２に搭載されている。この計測部７は、複数枚のシート材Ｓを積層して行く過程における途上モデルＭ´の高さを計測するものである。実際の計測は、計測部７からテーブル２（積層面２１）までの距離と、計測部７から最上層のシート材Ｓ（途上モデルＭ´の上面）までの距離とを計測し、この２つの距離の差をとることで、途上モデルＭ´の高さを求めている。詳細は後述するが、この立体造形装置１では、計測部７による高さの実測値と、計測時におけるデータ上（理論上）の高さである理論値とを比較することにより、その誤差を検出して、途上モデルＭ´の高さを修正するようになっている。
【００４２】
制御部８には、ホストコンピューター等の外部装置９から作製する立体モデルＭの形状データ（高さデータ，切抜きデータ（積層順含む））や、その着色部位および着色パターンを示す着色データ等が入力される。また、シート材Ｓの厚さや寸法（大きさ）、材質等のデータも入力される。なお、シート材Ｓの厚さや寸法は、立体造形装置１内のセンサーで検出することにより取得してもよい。制御部８は、これらの各種データに基づいてヘッドドライバーを介してインクジェットヘッド５１を駆動制御することで、インクジェットヘッド５１は、指示された種類の液体を吐出ノズルから吐出するようになっている。
【００４３】
また、制御部８は、計測部７により計測された途上モデルＭ´の高さの実測値と、計測時の理論値（高さデータ）とを比較して、その差を算出する。そして、詳細は後述するが、その算出結果によって、積層枚数を増減させたり、新たに切抜きデータを作成する。この場合の実測値は、途上モデルＭ´の高さを計測部７により計測することで求めることになる。
【００４４】
他にも、制御部８は、モータードライバーを介して、搬送機構３２の紙送りモーター、切断機構４のカットモーター、移動機構５３のＸ軸モーターおよびＹ軸モーター等を駆動制御する。また、制御部８は、テーブル２およびシート搬送経路３３に設けられたセンサー（図示省略）からの出力により、搬送中のロールシートＲＳの先端位置等を検出可能に構成されている。これにより、ロールシートＲＳを積層面２１上の積層位置に正確な位置決めできると共に、切断機構４により形状データに従った寸法に切断することができる。また、所定の寸法に切り離され、積層面２１上に位置決めされたシート材Ｓに対し、インクジェットヘッド５１を指定された位置に臨ませることができる。
【００４５】
さらに、制御部８は、モータードライバーを介して、昇降機構２２の駆動源である昇降モーター（図示省略）を駆動制御して、テーブル２にシート材Ｓが積層されるごとに、積層されたシート材Ｓの厚さに応じて積層面２１を下降させる。これにより、最上層のシート材Ｓとインクジェットヘッド５１のノズル面との距離（いわゆるペーパーギャップ（ワークギャップ））を常に一定に維持することができる。したがって、インクジェットヘッド５１の吐出ノズルから吐出された液滴を、最上層のシート材Ｓに対して正確に着弾させることができる。なお、シート材Ｓの積層体ＳＬの最上面の位置をセンサー等で検出して最上面の位置を所定の高さに合わせるように積層面２１を下降させてもよい。
【００４６】
次に、図２ないし図４を参照して、立体造形装置１による立体造形方法（第１実施形態）について説明する。先ず、外部装置９においてＣＡＤプログラム等を用いて、予め作成しておいた立体モデルＭの３次元形状データを、立体造形装置１の制御部８に入力する。また、同様に、シート材Ｓの厚さｔやシート材幅等の各種情報も制御部８に入力する。
制御部８は、入力された３次元形状データから立体モデルＭの３次元形状を解析した後、この３次元形状をシート材Ｓの厚さｔを１層分の高さとして、高さ方向にスライスして分割する。そして、スライスした各層ごとの輪郭線Ｌの形状をイメージデータ（切抜きデータ）に展開し、バッファに格納する。なお、外部装置９側で、上記、切抜きデータを作成して、これを制御部８に入力するようにしてもよい。
【００４７】
図２に示すように、立体造形装置１による立体造形方法は、シート材Ｓをテーブル２上に搬送し、積層位置に位置決めする積層工程Ｓ１と、途上モデルＭ´の高さの実測値と高さデータ上の理論値との誤差を検出し、これを修正する誤差修正工程Ｓ２と、積層位置に位置決めされたシート材Ｓにインクジェットヘッド５１から水滴を吐出・着弾させ所定の形状に切り抜く切抜きカット工程Ｓ３と、所定の形状に切り抜いたシート材Ｓの接着が必要な部分（要接着部ＳＡ）に接着液を吐出・着弾させる接着液吐出工程Ｓ４と、を有している。
【００４８】
積層工程Ｓ１では、初めに、ｎ層目のシート材Ｓをテーブル２（積層面２１）上に積層する。制御部８は、搬送機構３２を制御して給紙部３から繰り出したロールシートＲＳを搬送し、積層面２１上の積層位置に位置決めした後、切断機構４を駆動してロールシートＲＳを所定の寸法に切断し、シート材Ｓをセットする（図４（ａ）参照）。なお、予め定型にカットされたシート材Ｓを使用する場合には、切断する必要はない。
【００４９】
続く、誤差修正工程Ｓ２は、計測部７により途上モデルＭ´の高さを計測する高さ測定工程Ｓ２１と、高さ測定工程Ｓ２１の結果を理論値と比較し、その結果を受けて高さ方向のずれを修正する修正処理工程Ｓ２２と、を有している。
【００５０】
高さ測定工程Ｓ２１では、計測部７により途上モデルＭ´の高さを計測する（図４（ｂ）参照）。詳細には、計測部７により、最上層のシート材Ｓ（途上モデルＭ´の上面）の複数箇所において高さ計測し、複数箇所の高さの平均値を算出し、これを途上モデルＭ´の高さの実測値としている。これにより、途上モデルＭ´の平面上の各点における、それぞれの高さ方向の誤差を平均化することができる。なお、計測する箇所（ポイント）数は、任意である。
【００５１】
修正処理工程Ｓ２２では、高さ測定工程Ｓ２１で求めた実測値と、計測時の高さデータである理論値とを比較し、この比較結果が所定値を越えていた場合に、実測値と理論値とのずれ（誤差）を修正するための措置を講じる。なお、本実施形態では、所定値をシート材Ｓの厚さｔの±１／２に設定している。しかし、所定値は、これに限られたものではないし、所定値を任意に変更可能に構成してもよい。
【００５２】
修正処理工程Ｓ２２において誤差が所定値以下であった場合には、次の切抜きカット工程Ｓ３に進む。
【００５３】
しかし、修正処理工程Ｓ２２において誤差が所定値をプラス側に越えていた場合、すなわち、途上モデルＭ´の高さが理論上の高さよりも高かった場合には、積層枚数を減少させる。詳細には、次の層のシート材Ｓを積層し、切抜きカット工程Ｓ３を実施する際、当該層の切抜きデータよりも１つ上の層の切抜きデータを用いて、後の切抜きカット工程Ｓ３において切り抜きを行う。
【００５４】
一方、誤差が所定値をマイナス側に越えていた場合、すなわち、途上モデルＭ´の高さが理論上の高さよりも低かった場合には、積層枚数を増加させるようにする。詳細には、次の層のシート材Ｓを積層し、切抜きカット工程Ｓ３を実施する際、当該層の切抜きデータと、これよりも１つ下の層の切抜きデータとに基づいて、増加させるシート材Ｓの切り抜きに用いる新たな切抜きデータを作成する。
【００５５】
この新たな切抜きデータの作成は、いわゆる直線補完法により算出されるものであり、当該層の１つ下層の切抜きデータにおいて輪郭線Ｌを構成する一の点を始点（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）とし、他方、当該層の切抜きデータにおいて、輪郭線Ｌを構成する始点の位置に対応する一の点を終点（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ２）とし、これら始点と終点とを直線で結び、高さ方向中間点（Ｚ３）に該当する点（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ３）を算出する（なお、この例ではＸ座標は固定）。この処理を輪郭線Ｌ全体に渡って行い、新たな切抜きデータを作成する。そして、後の切抜きカット工程Ｓ３では、新たに作成した切抜きデータを用いて切り抜きを行う。これにより、新たに作成した切抜きデータと、その前後（上下）の切抜きデータとの輪郭線Ｌの差（ずれ）を少なくすることができ、新たに作成した切抜きデータにより切り抜いた部分において、立体モデルＭの表面の凹凸が小さくなり、高さ精度だけでなく、立体モデルＭの表面の凹凸精度も向上させることができる。なお、新たな切抜きデータの作成法（アルゴリズム）として、曲線補完法（多項式近似）等を用いてもよい。
【００５６】
このように、制御部８により、実測値と理論値とを比較するという単純な計算処理を行うことで、作製途中における途上モデルＭ´の高さ方向のずれ（誤差）を修正することができる。これにより、最終的に作製される立体モデルＭを、所定の高さ寸法に精度良く造形することができる。また、例えば、厚み精度の一定でない安価なシート材Ｓを用いて立体モデルＭを作製するような場合であっても、高さ精度を良好に確保した立体モデルＭを作製することができる。
【００５７】
なお、修正処理工程Ｓ２２において誤差が所定値をプラス側に越えていた場合に、既存の切抜きデータを用いず、上記の方法で新たな切抜きデータを作成して用いてもよいし、誤差が所定値をマイナス側に越えていた場合に、当該層の切抜きデータまたは１つ下層の切抜きデータを連続して用いてもよい。
また、本実施形態では、１層１層のシート材Ｓの積層毎に誤差修正工程Ｓ２を実施しているが、所定数枚（複数枚）のシート材Ｓの積層毎に誤差修正工程Ｓ２を実施してもよいし、ユーザーの指示により任意のタイミングで実施するように構成してもよい。また、１層目のシート材Ｓに対しては、誤差修正工程Ｓ２の実施を省略してもよい。
【００５８】
次の、切抜きカット工程Ｓ３では、該当シート材Ｓにおける立体モデルＭの輪郭線Ｌの形状データである所定の切抜きデータに従って、積層面２１上のインクジェットヘッド５１を水平面内で移動させつつ、水滴吐出用の吐出ノズルから水滴を吐出する。ここで、使用する切抜きデータは、ｎ層目のシート材Ｓに対してであれば、ｎ層目の切抜きデータまたはｎ＋１層目の切抜きデータ若しくは新たに作成した切抜きデータである。これにより、水滴が着弾した輪郭線Ｌに沿って水滴の浸透部分Ｂが形成される（図４（ｃ）参照）。このとき、水滴の浸透部分Ｂがシート材Ｓを貫通するように各位置における水滴の吐出量を制御する。
【００５９】
その後に行われる、接着液吐出工程Ｓ４では、輪郭線Ｌに囲まれたシート材Ｓの要接着部ＳＡの所定の位置にインクジェットヘッド５１の接着液滴吐出用の吐出ノズルから接着液を吐出する（図４（ｄ）参照）。なお、接着液に代えて、極めて微量な水滴を吐出・着弾させ要接着部ＳＡのシート材Ｓを僅かに溶解させてもよい。
【００６０】
このように、ｎ層目の処理が終了した後、再び積層工程Ｓ１を実施する。詳細には、先ず、テーブル２の昇降機構２２を駆動して積層面２１をシート材Ｓの厚さｔだけ下降させる。そして、ｎ層目のシート材Ｓの上にロールシートＲＳを重ねるように搬送し、ｎ層目と同様に、切断機構４を駆動してｎ＋１層目のシート材Ｓを所定の寸法に切断する（図４（ｅ）参照）。これにより、ｎ層目のシート材Ｓの上に、ｎ＋１層目のシート材Ｓが積層された状態となる。また、ｎ層目のシート材Ｓの要接着部ＳＡに着弾した接着液により、ｎ＋１層目のシート材Ｓが部分的に接着される。
【００６１】
その後、ｎ層目と同様に、誤差修正工程Ｓ２の実施後、ｎ＋１層目の切抜きデータを用いてｎ＋１層目の輪郭線Ｌに沿って切抜きカット工程Ｓ３が行われ、接着液吐出工程Ｓ４へと進む。このような一連の工程を、積層数だけ繰り返すことで積層体ＳＬが形成される。
【００６２】
以上のように、形成された積層体ＳＬは、各層のシート材Ｓのそれぞれ輪郭線Ｌの部分で切断（切り抜き）可能となっており、且つ、各シート材Ｓは、要接着部ＳＡにおいて、その上下のシート材Ｓと接着され、一体となっている。そして、立体造形装置１から積層体ＳＬを取り出し、不要部分のシート材Ｓをまとめて引き剥がす等して除去することで、積層体ＳＬから立体モデルＭをくり抜くように取り出すことができる。このとき、各層のシート材Ｓの不要部分（要接着部ＳＡ以外の部分）は、接着されていないため、容易に除去することができる。なお、不要部分にも接着液を吐出・着弾させて接着して、不要部分をある程度の塊として除去するようにしてもよい。また、不要部分に適宜、水滴を吐出・着弾させておけば、不要部分を分割することができるため、除去作業がより容易になる。
【００６３】
なお、シート材Ｓの端面は、水で溶解しないパルプ繊維等が飛び出し毛羽立った状態となることがある。そこで、完成した立体モデルＭの表面をサンドペーパー等によって磨き処理を施し、その上にコーティング剤塗布等の表面仕上げを行ってもよい。
また、誤差修正工程Ｓ２（高さ測定工程Ｓ２１）における高さ計測前等に、プレス機構により、途上モデルＭ´の上面を適宜押圧してもよい。この場合、例えば移動機構５３にインクジェットヘッド５１と共にプレス用の板を設け、この板に対して、高さ計測に先立ち、テーブル２の昇降機構２２を上昇させて途上モデルＭ´を押し付けることでプレスするようにしてもよい。これにより、シート材Ｓ接着後の浮き上がりを防止することができ、正確な途上モデルＭ´の高さ計測を行うことができる。
【００６４】
以上のような立体造形方法（第１実施形態）では、インクジェットヘッド５１から水滴を吐出し、各層のシート材Ｓに着弾させることで、各層のシート材Ｓの切断（切抜きカット）を行っているため、安全且つ短時間で精密な立体モデルＭを作製することができる。また、シート材Ｓの必要な部分（要接着部ＳＡ）にのみを接着しているため、接着液の使用量を節約することができる。さらに、接着のための（熱）圧着手段等を設ける必要がないため、立体造形装置１の構造を簡単にすることができる。
【００６５】
次に、図５を参照して、着色工程を含む立体造形装置１による立体造形方法（第２実施形態）について説明する。この立体造形方法（第２実施形態）では、カートリッジ６１として着色用インクを封入したインクカートリッジをセットし、インクジェットヘッド５１に着色用インクを供給して、吐出ノズルから着色用インク滴を吐出し、シート材Ｓの所望の位置に着弾させることで、シート材Ｓを着色することが可能となっている。なお、上述の第１実施形態と重複する説明は省略する。
【００６６】
先ず、外部装置９において、予め作成しておいた立体モデルＭの３次元形状データおよび各位置における着色データを含むカラー３次元形状データを立体造形装置１の制御部８に入力する。制御部８は、入力されたカラー３次元形状データから高さ方向にスライスした各層ごとの輪郭線Ｌの形状、および着色パターンをイメージデータ（切抜きデータ）に展開し、バッファに格納する。そして、着色パターンに基づく各層のシート材Ｓに対して着色工程を、上述した第１実施形態に係る立体造形方法の切抜きカット工程Ｓ３に続いて実施する。
【００６７】
着色工程では、インクジェットヘッド５１を水平面内で移動させつつ、各層のシート材Ｓの輪郭線Ｌの内側の要着色部ＳＣに着色用インクを吐出・着弾させて、各層のシート材Ｓに設定された着色浸透部分Ｃを形成する。
【００６８】
ここで、シート積層法では、各層の端面が、完成した立体モデルＭの表面の大部分を構成するため、要着色部ＳＣとしては、最上層のシート材Ｓ以外は、輪郭線Ｌ付近にのみ着色用インクを滴下すればよい（図５（ａ），（ｂ）参照）。しかし、立体モデルＭの内部まで着色する必要がある場合には、輪郭線Ｌ内全面に滴下してもよい（図５（ｃ）参照）。この場合、着色用インクが乾燥した後に、次の層を積層することが好ましい。
【００６９】
このように、着色手段としてインクジェットヘッド５１を用いることにより、微細なフルカラーの着色を行うことができる。さらに、切り抜き、着色および接着液吐出を、インクジェットヘッド５１により行うため、必要な機材を削減することができ、立体造形装置１の簡素化および小型化が可能となる。
【００７０】
なお、着色工程は、切抜きカット工程Ｓ３と同時並行に行ってもよい。各層のシート材Ｓの切り抜きと着色とを同時並行に行うことによって、一の立体造形装置１で、着色済みの精密な立体モデルＭを短時間で作製することができる。
【００７１】
また、着色工程は、切抜きカット工程Ｓ３に先立って行ってもよい。ここで、水滴の着弾位置の近傍に、既に着色用インク等の他の液体が浸透乾燥していると、着弾した水滴が、他の液体の浸透した部分には拡散しにくいことが知られている。したがって、輪郭線Ｌに沿った水滴の吐出・着弾の前に、輪郭線Ｌの内側近傍を要着色部ＳＣとして設定し、要着色部ＳＣに着色用インクを先に吐出・着弾させておくことで、輪郭線Ｌの線幅からはみ出さない適正な浸透部分Ｂを形成することができる。また、切断後のシート材Ｓは鋭利な端面を持つため、精密な立体モデルＭを作製することができる。
【００７２】
着色せずに、上述のような、水滴が輪郭線Ｌの線幅からはみ出すことのみを防止する場合には、着色用インクに代えて、無色透明溶液または撥水性溶液等を使用しても同様の効果を得ることができる。また、着色用インクに代えて、熱硬化性溶液を用いてもよい。この場合、熱硬化性溶液の吐出・着弾後に熱圧着手段等により加熱することでシート材Ｓに熱硬化性溶液を固着させる。これにより、切断後のシート材Ｓの端面がコーティングされるため、切断後のシート材Ｓの端面の毛羽立ちを防止することができる。
【００７３】
熱硬化性溶液の他に、常温硬化型（速乾性）溶液、紫外線硬化型溶液、電子線硬化型溶液等でも、同様に適応可能である。これらの場合、それぞれの溶液を吐出した後に、特性に合った硬化処理を施し固着すればよい。また、これらの溶液を接着液として用いてもよい。
【００７４】
次に、図６を参照して、他の立体造形装置１による立体造形方法（第３実施形態）について説明する。この立体造形方法（第３実施形態）では、熱によって溶ける接着剤を、シート材Ｓの下面に予め塗布しておき、各層のシート材Ｓを積層した後（積層工程Ｓ１の後）、サーマルヘッド１０により各層のシート材Ｓの要接着部ＳＡを加熱して接着する加熱接着工程を行っている。したがって、第１実施形態（または第２実施形態）に係る立体造形方法における接着液吐出工程Ｓ４は、省略される。なお、他の実施形態と重複する説明は省略する。
【００７５】
この加熱接着工程では、ｎ−１層目のシート材Ｓの上にｎ層目のシート材Ｓが積層された（積層工程Ｓ１）後、サーマルヘッド１０をこのシート材Ｓに臨ませ、要接着部ＳＡに対して僅かな押圧力を加えつつ加熱する。そして、サーマルヘッド１０を適宜移動させ、要接着部ＳＡの接着剤を溶かし、ｎ−１層目のシート材Ｓに接着する（図６（ｂ）参照）。この後、誤差修正工程Ｓ２、切抜きカット工程Ｓ３が行われる。なお、言うまでもないが、１層目のシート材Ｓに対しては接着対象がないため、この加熱接着工程は省略される。また、接着剤を予め塗布したシート材Ｓを使用せず、接着液吐出工程Ｓ４において熱によって溶ける接着剤を吐出・着弾させるようにしてもよい。
【００７６】
次に、立体造形装置１による精密な立体造形方法（第４実施形態）について説明する。上述のような、水による切抜きカットでは、水が輪郭線Ｌの線幅からはみ出すように拡散して浸透すると、その部分が内側に欠けた輪郭線Ｌとなり、所望の輪郭線Ｌが得られず、もって立体モデルＭの形状の精密さも失われることとなる。そこで、第４実施形態に係る立体造形方法では、以下のような水滴の吐出量調整を行っている。なお、他の実施形態と重複する説明は省略する。
【００７７】
この立体造形方法（第４実施形態）では、切抜きカット工程Ｓ３において、先ず、輪郭線Ｌに対して、ごく微量の水滴を、所定時間以上の時間的間隔で複数回吐出・着弾させる。すると、最初に着弾した水滴は、シート材Ｓの面方向には、それほど広がらない。そして、所定時間経過後（最初の水滴が浸透した後）に吐出・着弾した水滴は、シート材Ｓの面方向には広がらず、厚さ方向に浸透して行く。したがって、輪郭線Ｌの線幅からはみ出さない適正な浸透部分Ｂを形成することができ、切断後のシート材Ｓの端面をシャープな形状にすることができる。
【００７８】
続いて、上述した立体造形装置１による立体造形方法（第１〜４実施形態）に係る応用例を簡単に説明する。これらのような立体造形装置１では、積層造形加工と着色とを一の装置でほぼ同時に行うことができるため、カラー立体製品の試作品やペーパークラフト等の作製に便利である。また、材料となるシート材Ｓに、光触媒機能や有害物質吸着機能等を持たせたり、消臭剤や芳香剤等を添加することにより、空気清浄機能や消臭・芳香機能を持つ立体モデルＭを作成することができる。
他にも、でんぷんやゼラチン等の水溶性の可食材料をシート材Ｓとして用いることにより、従来は作製できなかった精密な立体食品飾りを作製することができる。また、水溶紙をシート材Ｓとして用いることにより、人体・環境に無害な播種用の袋や食器等を作成することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１：立体造形装置、２：テーブル、３：給紙部、４：切断機構、５：インクジェット機構、６：液体供給部、７：計測部、８：制御部、９：外部装置、２２：昇降機構、５１：インクジェットヘッド、５３：移動機構、Ｍ：立体モデル、Ｍ´途上モデル、Ｓ：シート材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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