(57)【要約】【課題】既に造形が完了した造形層の変形を抑制しつつ、造形層の上に新たな粉体層を形成するための立体造形装置、および立体造形データ作成プログラムを提供する。【解決手段】立体造形装置は、立体造形粉体をステージ上で平坦化して粉体層を形成する。形成した粉体層の少なくとも一部を固化することで、立体造形物の層である造形層を形成する。以上の動作を繰り返して造形層を積層させることで、立体造形物を造形する。立体造形装置は、段階形成工程を実行する場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、形成しようとする粉体層の底面が位置する平面と、平坦化ローラとの間の距離である厚み決定距離を、粉体層の厚みよりも大きい距離として、事前平坦化を実行する（Ｓ２６，Ｓ２７）。その後、厚み決定距離を粉体層の厚みと一致させて、最終平坦化を実行し、粉体層を形成する（Ｓ２９，Ｓ３０）。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体造形粉体が載置されるステージと、
前記ステージに載置された立体造形粉体を平坦化して、立体造形粉体の層である粉体層を形成する平坦化手段と、
前記ステージのステージ面と前記平坦化手段との間の、前記ステージ面に垂直な方向の距離を変化させる昇降手段と、
前記平坦化手段を、前記ステージに対して前記ステージ面と平行な方向に相対移動させることで、前記平坦化手段による平坦化を実行させる平坦化駆動手段と、
前記平坦化手段によって形成された前記粉体層の少なくとも一部を固化することで、立体造形物の層である造形層を形成する造形層形成手段と、
前記昇降手段および前記平坦化駆動手段の動作を制御する制御手段と、を備え、
形成しようとする前記粉体層の底面が位置する平面と、前記平坦化手段との距離である厚み決定距離を前記昇降手段によって調整することで、一定の厚みの前記粉体層および前記造形層を形成し、複数の前記造形層を積層させて前記立体造形物を造形する立体造形装置であって、
前記制御手段は、
前記厚み決定距離を前記粉体層の厚みよりも大きい距離に調整した状態で、前記平坦化手段による事前平坦化を実行させた後に、前記厚み決定距離を前記粉体層の厚みと一致させて前記平坦化手段による最終平坦化を実行させることで、前記粉体層を形成させる特定制御手段を備えたことを特徴とする立体造形装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
各々の前記粉体層の厚みが閾値以下の場合のみ、前記特定制御手段の制御によって前記昇降手段および前記平坦化駆動手段に少なくとも一部の前記粉体層を形成させることを特徴とする請求項１に記載の立体造形装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
積層される複数の前記粉体層のうち、前記特定制御手段の制御によって形成される前記粉体層の層数Ｎとして、各々の前記粉体層の厚みが小さい程大きい層数を決定する層数決定手段をさらに備え、
前記層数決定手段によって決定された層数Ｎが１以上である場合、前記複数の粉体層のうち、下から２層目の前記粉体層から、下から（Ｎ＋１）層目の前記粉体層までを、前記特定制御手段の制御によって前記昇降手段および前記平坦化駆動手段に形成させることを特徴とする請求項１または２に記載の立体造形装置。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記厚み決定距離を前記事前平坦化が実行される際の距離に調整するための前記昇降手段による移動量と、前記厚み決定距離を前記最終平坦化が実行される際の距離に調整するための前記昇降手段による移動量とを、各々の前記粉体層の厚みに応じて決定する移動量決定手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の立体造形装置。
【請求項５】
前記制御手段は、
複数の前記粉体層の各々の形成工程において前記事前平坦化が実行される際の前記厚み決定距離を決定する距離決定手段をさらに備え、
前記距離決定手段は、上の前記粉体層を形成する場合である程、小さい前記厚み決定距離を決定することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の立体造形装置。
【請求項６】
前記制御手段は、
前記事前平坦化における前記平坦化手段の相対的な移動方向である平坦化方向を反転させることで、前記最終平坦化を前記平坦化駆動手段に実行させ、
前記立体造形装置は、
前記事前平坦化の際の前記平坦化方向における前記ステージの前方および後方に、前記平坦化手段によって集積された立体造形粉体を回収する回収部をさらに備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の立体造形装置。
【請求項７】
前記平坦化手段は、前記平坦化方向に垂直且つ前記ステージ面と平行に延びる回転軸を中心に回転する平坦化ローラであり、
前記制御手段によって制御され、前記平坦化ローラを回転させる回転駆動手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記最終平坦化を実行する場合、前記事前平坦化における前記平坦化ローラの回転方向と逆の方向に前記平坦化ローラを回転させることを特徴とする請求項６に記載の立体造形装置。
【請求項８】
前記制御手段は、
形成が完了した前記造形層上を通過する間の前記平坦化ローラの回転速度を、前記造形層上を通過しない間の回転速度よりも速くすることを特徴とする請求項７に記載の立体造形装置。
【請求項９】
前記制御手段は、
形成が完了した前記造形層上を通過する間の前記平坦化手段の前記ステージに対する相対的な移動速度を、前記造形層上を通過しない間の移動速度よりも遅くすることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の立体造形装置。
【請求項１０】
立体造形粉体が載置されるステージと、
前記ステージに載置された立体造形粉体を平坦化して、立体造形粉体の層である粉体層を形成する平坦化手段と、
前記ステージのステージ面と前記平坦化手段との間の、前記ステージ面に垂直な方向の距離を変化させる昇降手段と、
前記平坦化手段を、前記ステージに対して前記ステージ面と平行な方向に相対移動させることで、前記平坦化手段による平坦化を実行させる平坦化駆動手段と、
前記平坦化手段によって形成された前記粉体層の少なくとも一部を固化することで、立体造形物の層である造形層を形成する造形層形成手段と、を備え、
形成しようとする前記粉体層の底面が位置する平面と、前記平坦化手段との距離である厚み決定距離を前記昇降手段によって調整することで、一定の厚みの前記粉体層および前記造形層を形成し、複数の前記造形層を積層させて前記立体造形物を造形する立体造形装置を制御するための立体造形データを作成する立体造形データ作成プログラムであって、
前記立体造形データを作成する立体造形データ作成装置のプロセッサによって実行されることで、
前記厚み決定距離を前記粉体層の厚みよりも大きい距離に調整した状態で、前記平坦化手段による事前平坦化を実行させた後に、前記厚み決定距離を前記粉体層の厚みと一致させて前記平坦化手段による最終平坦化を実行させることで、複数の前記粉体層の少なくとも一部を前記立体造形装置に形成させる前記立体造形データを作成する作成ステップ
を前記立体造形データ作成装置に実行させることを特徴とする立体造形データ作成プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体造形粉体の層（以下、「粉体層」という。）を固化することで立体造形物の層（以下、「造形層」という。）を形成し、造形層を積層させることで立体造形物を造形する立体造形装置、および、前記立体造形装置を制御するデータを作成するための立体造形データ作成プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、立体造形粉体を固化することで立体造形物を造形する立体造形装置が知られている。例えば、立体造形装置は、ステージ上に載置された立体造形粉体に対し、ローラ、棒、板等の平坦化手段を相対移動させることで、立体造形粉体を平坦化して粉体層を形成する。形成した粉体層を、造形液、レーザー等を用いて固化する。その結果、立体造形物を構成する造形層が形成される。立体造形装置は、以上の工程を繰り返して造形層を積層させることで、所定の形状の立体造形物を造形する。
【０００３】
立体造形物の造形中または造形後に、造形した立体造形物が変形する場合がある。特許文献１が開示している立体造形装置は、造形液の体積変化によって生じる歪みを推定し、歪みが打ち消されるように立体データを補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１０７２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の立体造形装置は、粉体層を形成する場合、形成しようとする粉体層の底面が位置する平面と、平坦化手段との距離を、形成しようとする粉体層の厚みに一致させた状態で、平坦化手段をステージ面に対して平行に相対移動させる。この場合、既に造形が完了した造形層が、新たに形成しようとする粉体層の下方に存在すると、平坦化の過程で造形層が変形する（特に、平坦化手段の移動方向に変形する）場合がある。従来の技術では、既に造形が完了した造形層の変形を抑制しつつ、造形層の上に新たな粉体層を形成することは困難であった。
【０００６】
本発明は、既に造形が完了した造形層の変形を抑制しつつ、造形層の上に新たな粉体層を形成するための立体造形装置、および立体造形データ作成プログラム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】
【０００７】
本発明の第一態様に係る立体造形装置は、立体造形粉体が載置されるステージと、前記ステージに載置された立体造形粉体を平坦化して、立体造形粉体の層である粉体層を形成する平坦化手段と、前記ステージのステージ面と前記平坦化手段との間の、前記ステージ面に垂直な方向の距離を変化させる昇降手段と、前記平坦化手段を、前記ステージに対して前記ステージ面と平行な方向に相対移動させることで、前記平坦化手段による平坦化を実行させる平坦化駆動手段と、前記平坦化手段によって形成された前記粉体層の少なくとも一部を固化することで、立体造形物の層である造形層を形成する造形層形成手段と、前記昇降手段および前記平坦化駆動手段の動作を制御する制御手段と、を備え、形成しようとする前記粉体層の底面が位置する平面と、前記平坦化手段との距離である厚み決定距離を前記昇降手段によって調整することで、一定の厚みの前記粉体層および前記造形層を形成し、複数の前記造形層を積層させて前記立体造形物を造形する立体造形装置であって、前記制御手段は、前記厚み決定距離を前記粉体層の厚みよりも大きい距離に調整した状態で、前記平坦化手段による事前平坦化を実行させた後に、前記厚み決定距離を前記粉体層の厚みと一致させて前記平坦化手段による最終平坦化を実行させることで、前記粉体層を形成させる特定制御手段を備える。
【０００８】
本発明の第二態様に係る立体造形データ作成プログラムは、立体造形粉体が載置されるステージと、前記ステージに載置された立体造形粉体を平坦化して、立体造形粉体の層である粉体層を形成する平坦化手段と、前記ステージのステージ面と前記平坦化手段との間の、前記ステージ面に垂直な方向の距離を変化させる昇降手段と、前記平坦化手段を、前記ステージに対して前記ステージ面と平行な方向に相対移動させることで、前記平坦化手段による平坦化を実行させる平坦化駆動手段と、前記平坦化手段によって形成された前記粉体層の少なくとも一部を固化することで、立体造形物の層である造形層を形成する造形層形成手段と、を備え、形成しようとする前記粉体層の底面が位置する平面と、前記平坦化手段との距離である厚み決定距離を前記昇降手段によって調整することで、一定の厚みの前記粉体層および前記造形層を形成し、複数の前記造形層を積層させて前記立体造形物を造形する立体造形装置を制御するための立体造形データを作成する立体造形データ作成プログラムであって、前記立体造形データを作成する立体造形データ作成装置のプロセッサによって実行されることで、前記厚み決定距離を前記粉体層の厚みよりも大きい距離に調整した状態で、前記平坦化手段による事前平坦化を実行させた後に、前記厚み決定距離を前記粉体層の厚みと一致させて前記平坦化手段による最終平坦化を実行させることで、複数の前記粉体層の少なくとも一部を前記立体造形装置に形成させる前記立体造形データを作成する作成ステップを前記立体造形データ作成装置に実行させることを特徴とする。
【０００９】
本発明によると、立体造形装置は、厚み決定距離を、形成しようとする粉体層の厚みよりも大きい距離にした状態で、事前平坦化を一旦実行する。その後、厚み決定距離を粉体層の厚みと一致させて、最終平坦化を実行し、粉体層の形成を完了させることができる（以上の工程を、以下では「段階形成工程」という）。その結果、１回の平坦化工程によって粉体層を形成する場合に比べて、形成しようとする粉体層の下方の造形層に加わるエネルギーが減少する。従って、立体造形装置は、既に造形が完了した造形層の変形を抑制しつつ、造形層の上に新たな粉体層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】立体造形装置１およびＰＣ１００の外観斜視図である。
【図２】造形台６、粉体供給機構１４、および平坦化ローラ１８の斜視図である。
【図３】造形台６を正面側から見た場合の縦断面図である。
【図４】立体造形装置１の電気的構成を示すブロック図である。
【図５】ＰＣ１００の電気的構成を示すブロック図である。
【図６】立体造形データのデータ構成を示す図である。
【図７】ＰＣ１００が実行する立体造形データ作成処理のフローチャートである。
【図８】層数決定テーブルのデータ構成を説明するための説明図である。
【図９】移動量決定テーブルのデータ構成を説明するための説明図である。
【図１０】立体造形装置１が実行する立体造形処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。まず、図１から図３を参照して、立体造形装置１の構成について説明する。立体造形装置１は、立体造形データに従って、造形液を吐出するヘッド２１等を駆動することで、立体造形物を造形することができる。立体造形装置１は、ネットワーク等を介して、パーソナルコンピュータ（以下、「ＰＣ」という。）１００から立体造形データを取得することができる。ＰＣ１００は、物体の三次元形状および色を示す立体データに基づいて立体造形データを作成し、立体造形装置１に提供する。なお、立体造形装置１は、立体データを他のデバイスから取得し、取得した立体データに基づいて自ら立体造形データを作成してもよい。
【００１２】
図１に示すように、立体造形装置１は、土台２と、造形台６と、粉体供給機構１４と、平坦化ローラ１８と、ヘッド２１と、粉体回収機構１３とを主に備える。土台２は、左右方向を長手方向とする矩形板状に形成されており、立体造形装置１の全体を支持する。造形台６はステージ９を備える。立体造形物はステージ９上で造形される。粉体供給機構１４は、造形台６の供給部１２（図２参照）上に立体造形粉体を供給する。平坦化ローラ１８は、供給部１２上に載置された立体造形粉体を、ステージ９上へ移動させて平坦化し、立体造形粉体の層（以下、「粉体層」という。）を形成する。ヘッド２１は、ステージ９上に形成された粉体層に造形液を吐出する。粉体回収機構１３は、固化せずに立体造形物の周辺に残存した余分な立体造形粉体（以下、「未硬化粉体」という。）を回収する。以下、各構成について説明する。
【００１３】
造形台６について説明する。図１に示すように、造形台６は、基部７と枠部８を備える。枠部８は、略立方体の箱型形状を成す。基部７は枠部８を支持する。基部７の左右の各々には、前後方向に貫通する貫通孔（図示せず）が形成されている。土台２の略中央には、前後方向に延びる２本のレール３が設けられている。２本のレール３は、土台２の正面側端部に設けられた支持部４と、背面側端部に設けられた支持部（図示せず）とによって、土台２の上面から所定の高さで支持されている。２本のレール３の各々は、基部７に形成された２つの貫通孔の各々を貫通する。
【００１４】
土台２の背面側端部には、造形台６を前後動させるための前後動モータ４１（図４参照）が設けられる。前後動モータ４１が駆動すると、キャリッジベルト（図示せず）を介して動力が造形台６に伝わり、造形台６は２本のレール３に沿って前後方向に移動する。つまり、前後動モータ４１が駆動すると、粉体供給機構１４、平坦化ローラ１８、およびヘッド２１は、造形台６のステージ９に対して前後方向（ステージ面と平行な方向）に相対移動する。なお、前後動モータ４１は、粉体供給機構１４、平坦化ローラ１８、およびヘッド２１を移動させてもよい。つまり、立体造形装置１は、粉体供給機構１４、平坦化ローラ１８、およびヘッド２１をステージ９に対して相対移動させればよい。
【００１５】
図３に示すように、枠部８は、上面が開放された平面視略矩形状の凹部であるステージ保持部２４を有している。ステージ保持部２４の内側には、立体造形物が造形されるステージ９が昇降可能に保持される。ステージ９は、ステージ保持部２４の内周面に接するように平面視矩形状に形成されており、且つ、ステージ９の上面は水平に保たれている。
【００１６】
ステージ９は、平行に配置された２つの板状部材によって構成されており、各々の板状部材には、厚み方向に貫通する孔が形成されている。ステージ９が振動すると、ステージ９に堆積した未硬化粉体は、孔を通じて落下する。ステージ９の下方には、ステージ９から落下した未硬化粉体を集積する受け皿２５が設けられている。受け皿２５は、右側に形成された誘導口２６に向けて傾斜している。受け皿２５に落下した未硬化粉体は、誘導口２６に集積される。誘導口２６に集積された未硬化粉体は、枠部８の右側面に接続された回収路１０を通じて、粉体回収機構１３（図１参照）に回収される。受け皿２５の中心下部にはボールねじ２７が接続している。ボールねじ２７は、受け皿２５から鉛直下方へ延び、ナット（図示せず）に装着されている。造形台６の下部には、ボールねじ２７を回転させるためのステージ昇降モータ４２（図４参照、例えばステップモータ）が設けられている。ステージ昇降モータ４２が駆動すると、ボールねじ２７が回転して昇降する。その結果、ステージ９が昇降する。
【００１７】
平坦化ローラ１８（図１および図２参照）は、枠部８の上端部に接しながら水平に移動することで、ステージ９上の立体造形粉体を平坦化して粉体層を形成する。従って、１回の平坦化工程で粉体層を形成する場合、積層される複数の粉体層のうち、最も下の層（下から１層目の層）の厚みは、平坦化ローラ１８の下端部（枠部８の上端部）とステージ９の上面との間の上下方向の距離に一致する。また、下からｎ層目（ｎ≧２）以上の層の厚みは、ｎ層目の粉体層の底面が位置する平面（（ｎ−１）層目の粉体層の上面）と、枠部８の上端部との間の上下方向の距離に一致する。以下では、形成しようとする粉体層の底面が位置する平面と、平坦化ローラ１８の下端部との距離を、厚み決定距離Ｔという。立体造形装置１は、厚み決定距離Ｔを調整することで、１回の平坦化工程で形成される粉体層の厚みを調整することができる。
【００１８】
図２に示すように、造形台６におけるステージ保持部２４の前方には供給部１２が設けられている。供給部１２には、粉体供給機構１４によって立体造形粉体が載置される。ステージ保持部２４の後方には第一回収部３１が設けられており、供給部１２の前方には第二回収部３２が設けられている。第一回収部３１および第二回収部３２は、上面が開放された平面視矩形の凹状に形成されている。第一回収部３１および第二回収部３２には、粉体層を形成する際に平坦化ローラ１８によって集積された余剰粉体が落下する。ステージ保持部２４の前方および後方の各々に回収部３２，３１が設けられているため、立体造形装置１は、平坦化工程における平坦化の方向を前方および後方のいずれの方向とした場合でも、円滑に余剰粉体を回収することができる。
【００１９】
粉体供給機構１４について説明する。図２に示すように、粉体供給機構１４は、貯留部１５、および粉体供給ローラ１６を備える。貯留部１５の上部は、上方へ向けて徐々に前後方向の幅が広がる箱状に形成されており、内部に立体造形粉体を貯留する。貯留部１５の下部は開口となっており、貯留部１５内の立体造形粉体は開口から落下する。粉体供給ローラ１６は、貯留部１５の下部の開口よりもやや上方に回転可能に設けられている。貯留部１５と粉体供給ローラ１６の間には隙間が無いため、立体造形粉体が隙間から下方へ落下することは無い。粉体供給ローラ１６の回転軸は左右方向に延びており、貯留部１５の右端および左端において回転可能に支持されている。粉体供給ローラ１６の外周面には、左右方向に長く、且つ回転軸に向かって凹んだ凹部１７が設けられている。凹部１７には、貯留部１５に貯留された立体造形粉体が溜まる。従って、粉体供給モータ４４（図４参照）の動力によって粉体供給ローラ１６が回転すると、凹部１７に溜まった立体造形粉体が下方へ落下する。
【００２０】
平坦化ローラ１８について説明する。平坦化ローラ１８は、造形台６の供給部１２に供給された立体造形粉体を、ステージ９上に移動させて平坦化し、粉体層を形成する。図２に示すように、平坦化ローラ１８の回転軸１９は、ステージ９の上面と平行な状態（つまり、水平な状態）で、造形台６の移動方向と交差する方向（左右方向）に延びる。回転軸１９は、粉体回収機構１３（図１参照）に配置された平坦化ローラ回転モータ４３（図４参照）に接続されている。立体造形装置１は、造形台６を後方から前方（後述する通常平坦化方向）へ移動させて粉体層を形成する場合、平坦化ローラ回転モータ４３によって、右側面視反時計回りの方向に平坦化ローラ１８を回転させる。また、立体造形装置１は、造形台６を前方から後方（後述する最終平坦化方向）へ移動させて粉体層を形成する場合、平坦化ローラ回転モータ４３によって、右側面視時計回りの方向に平坦化ローラ１８を回転させる。従って、立体造形装置１は、平坦化方向に応じて円滑に立体造形粉体を平坦化することができる。
【００２１】
粉体供給機構１４の貯留部１５の正面には、板状のブレード２０が固定されている。ブレード２０は、貯留部１５の正面の壁面から前方斜め下方へ延び、平坦化ローラ１８の背面側に隙間無く接触している。平坦化ローラ１８に付着した立体造形粉体は、ブレード２０によって除去される。
【００２２】
ヘッド２１について説明する。ヘッド２１は、立体造形粉体を固化するための造形液を下方に吐出する。本実施形態の立体造形装置１は、無色のクリア造形液と、着色されたカラー造形液とをヘッド２１から吐出する。図１に示すように、造形台６の上方、且つ平坦化ローラ１８の前方には、ヘッド２１の左右方向の移動を案内するためのガイドレール２３が設けられている。ガイドレール２３は、立体造形装置１の左胴部３９の右側面から右方へ真っ直ぐに水平に延び、粉体回収機構１３の左側面に接続される。ガイドレール２３は、ヘッド２１を左右方向に貫通しており、ヘッド２１はガイドレール２３に沿って左右方向に移動できる。立体造形装置１の左胴部３９には、ヘッド２１を移動させるためのヘッド移動モータ４５（図４参照）が設けられている。ヘッド移動モータ４５が駆動されると、キャリッジベルト（図示せず）を介して動力がヘッド２１に伝わり、ヘッド２１が左右方向に移動する。
【００２３】
粉体回収機構１３は、図１に示すように、造形台６と右胴部４０の間に配置される。粉体回収機構１３は、造形台６内の未硬化粉体を吸引するためのポンプ（図示せず）を備える。また、右胴部４０の正面には、作業者からの操作入力を受け付けるための操作パネル５３が設けられている。
【００２４】
図４を参照して、立体造形装置１の電気的構成について説明する。立体造形装置１は、立体造形装置１の制御を司るＣＰＵ５０を備える。ＣＰＵ５０には、ＲＡＭ５１、ＲＯＭ５２、操作パネル５３、外部通信Ｉ／Ｆ５４、モータ駆動部５５、およびヘッド駆動部５６が、バス５９を介して接続されている。
【００２５】
ＲＡＭ５１には、ＰＣ１００から受信した立体造形データ等の各種データが一時的に記憶される。ＲＯＭ５２には、立体造形装置１の動作を制御するための制御プログラム、初期値等が記憶されている。外部通信Ｉ／Ｆ５４は、立体造形装置１をＰＣ１００等の外部機器に接続する。なお、立体造形装置１は、ＵＳＢインタフェース、インターネット等を介して、他のデバイス（例えば、ＵＳＢメモリ、サーバ等）からデータを取得することも可能である。モータ駆動部５５は、前後動モータ４１、ステージ昇降モータ４２、平坦化ローラ回転モータ４３、粉体供給モータ４４、およびヘッド移動モータ４５の各々の動作を制御する。ヘッド駆動部５６はヘッド２１に接続しており、ヘッド２１の各吐出チャンネルに設けられた圧電素子を駆動する。
【００２６】
図５を参照して、ＰＣ１００の電気的構成について説明する。ＰＣ１００は、ＰＣ１００の制御を司るＣＰＵ８０を備える。ＣＰＵ８０には、ＲＡＭ８１、ＲＯＭ８２、ハードディスクドライブ（以下、「ＨＤＤ」という。）８３、表示制御部８４、操作処理部８５、ＣＤ−ＲＯＭドライブ８６、および外部通信Ｉ／Ｆ８７が、バス８９を介して接続されている。
【００２７】
ＲＡＭ８１は、各種情報を一時的に記憶する。ＲＯＭ８２には、ＣＰＵ８０が実行するＢＩＯＳ等のプログラムが記憶されている。ＨＤＤ８３は不揮発性の記憶装置であり、立体造形データ作成プログラム、立体データ、立体造形データ等を記憶している。表示制御部８４は、モニタ９１の表示を制御する。操作処理部８５は、作業者が操作入力を行うためのキーボード９２およびマウス９３に接続し、操作入力を検知する。ＣＤ−ＲＯＭドライブ８６には、記憶媒体であるＣＤ−ＲＯＭ９４が挿入される。ＣＤ−ＲＯＭ９４に記憶されているデータは、ＣＤ−ＲＯＭドライブ８６によって読み出される。ＰＣ１００は、ＣＤ−ＲＯＭ９４およびインターネット等を介して、本発明に係る立体造形データ作成プログラム等を取得し、ＨＤＤ８３に記憶させる。外部通信Ｉ／Ｆ８７は、ＰＣ１００を立体造形装置１等の外部機器に接続する。
【００２８】
立体造形粉体を平坦化することで生じる立体造形物の変形の態様について説明する。立体造形装置１は、平坦化手段（本実施形態では平坦化ローラ１８）をステージ９のステージ面に平行に相対移動させることで、立体造形粉体を平坦化して粉体層を形成する。形成した粉体層の少なくとも一部に造形液を吐出し、粉体層を固化することで、立体造形物の層である造形層を形成する。次いで、造形層を含む粉体層の上面に、さらに粉体層を形成し、新たに形成した粉体層の少なくとも一部を固化して造形層を積層させる。以上の工程を繰り返すことで、立体造形データが示す立体造形物を造形する。
【００２９】
ここで、平坦化ローラ１８を移動させて粉体層を形成する際に、形成しようとする粉体層の下方に、既に造形が完了している造形層が含まれていれば、立体造形粉体を平坦化する際の摩擦力が造形層に加わり、造形層が変形する場合がある。変形には、引き摺りと膨張がある。引き摺りとは、下方の粉体層に含まれる造形層が平坦化方向に引き摺られて、位置がずれる減少である。引き摺りのみが生じる場合、造形層の形状自体は変化しないが、造形層の位置が所定の位置からずれる。その結果、立体造形物が変形する。膨張とは、下方の粉体層に含まれる造形層が平坦化方向に引き延ばされて膨張する現象である。膨張のみが生じる場合、造形層のうち、平坦化方向の上流側の端部の位置は変化しないが、造形層の形状自体が平坦化方向に引き延ばされる。その結果、立体造形物が変形する。立体造形物には、引き摺りおよび膨張のいずれか一方のみが生じる場合もあるが、引き摺りおよび膨張が共に生じる場合もある。なお、「平坦化方向」とは、立体造形粉体が載置されたステージ９のステージ面に対して平坦化手段（平坦化ローラ１８）が相対的に移動する方向である。
【００３０】
積層される造形層の合計重量は、層が積み重なる程増加する。造形層の合計重量が大きい程、引き摺りおよび膨張は生じ難くなる。積層順が閾値よりも大きくなると、造形層の変形量（引き摺り量および膨張量）はほぼ無視できる量となる。なお、閾値は、立体造形粉体の種類、造形層の厚み、吐出される造形液の量、平坦化ローラ１８の移動速度・回転速度等の造形条件によって変化する。
【００３１】
正確な形状の立体造形物を造形するためには、造形層の上に新たな粉体層を形成する際に、既に造形が完了した造形層の変形を抑制する必要がある。本願の発明者は、複数回の平坦化によって粉体層を形成することで造形層の変形を抑制する工程（以下、「段階形成工程」という。）を新たに開発し、その効果も［評価試験１］（後述する）によって確認した。
【００３２】
詳細には、段階形成工程では、形成しようとする粉体層の底面が位置する平面（１つ下の粉体層の上面、またはステージ９の上面）と、平坦化ローラ１８との間の上下方向の距離（厚み決定距離Ｔ）を、形成しようとする粉体層の厚みＤ（積層ピッチ）よりも大きくして、事前平坦化を実行する。厚み決定距離Ｔを大きくする程、下方の造形層の上を押し流される立体造形粉体の量が減少し、下方の造形層に加わる力は減少する。また、厚み決定距離Ｔを大きくする程、平坦化ローラ１８から立体造形粉体を介して下方の造形層に伝わる力が、立体造形粉体によって減衰される。次いで、厚み決定距離Ｔを粉体層の厚みＤと一致させて、最終平坦化を実行し、厚みＤの粉体層を形成する。最終平坦化を行う時点で、１つ下の粉体層の上面では、既に立体造形粉体が事前平坦化によって平坦化されている。従って、最終平坦化の実行中に押し流される立体造形粉体の量は少ないため、最終平坦化において下方の造形層に伝わる力は非常に少ない。よって、立体造形装置１は、段階形成工程を実行することで、既に造形が完了した下方の造形層の変形を抑制しつつ、粉体層を形成することができる。本実施形態の立体造形装置１および立体造形データ作成プログラムは、段階形成工程を活用して造形層の変形を効率よく抑制する。以下、処理等の詳細について説明する。
【００３３】
図６を参照して、立体造形データのデータ構成について説明する。前述したように、立体造形データとは、立体造形装置１の動作を制御するためのデータである。立体造形装置１は、立体造形データを取得してＲＡＭ５１に記憶し、記憶したデータに従って各部を動作させる。図６に示すように、立体造形データは、積層される複数の層（粉体層および造形層）の各々に対して作成されている。各層のデータには、最下層からの積層順ｎが付されている。各層のデータには、吐出データおよび平坦化データが含まれる。
【００３４】
吐出データは、前後動モータ４１、ヘッド移動モータ４５、およびヘッド２１（図４参照）を駆動するためのデータであり、ヘッド２１からの造形液の吐出を制御する。詳細には、吐出データは、座標（Ｘ，Ｙ）の情報と、座標の情報が示すドットに対して各色の造形液を吐出するか否かを示す情報とを含む。図６では、「１」は吐出、「０」は不吐出、「−」はいずれの造形液も吐出しない（造形範囲外のドットである）ことを示す。
【００３５】
平坦化データは、前後動モータ４１、ステージ昇降モータ４２、および平坦化ローラ回転モータ４３（図４参照）を駆動するためのデータであり、平坦化によって粉体層を形成する動作を制御する。詳細には、平坦化データは、段階形成工程の有無を示すデータ、ステージ９の下降距離Ａを示すデータ、ステージ９の上昇距離Ｂを示すデータ、ステージ９に対する平坦化ローラ１８の相対的な移動速度を示すデータ、および、平坦化ローラ１８の回転速度を示すデータを含む。
【００３６】
段階形成工程を実行することで、造形層の変形は抑制される。一方で、１回の平坦化の動作によって粉体層を形成する工程（以下、「通常形成工程」という。）では、段階形成工程よりも短時間で造形層が造形される。ＰＣ１００は、造形層の変形の生じ易さ等に応じて、段階形成工程の有無を粉体層毎に設定する。図６では、１層目と２層目の立体造形データが例示されている。１層目（最も下の層）を形成する場合、形成しようとする粉体層の下方には、粉体層および造形層は未だ形成されていない。従って、１層目のデータには、段階形成工程を実行しないこと示す情報が対応付けられている。一方で、２層目を形成する場合、１層目の造形層の変形を抑制することが望ましい。従って、２層目のデータには、段階形成工程を実行することを示す情報が対応付けられている。
【００３７】
下降距離Ａは、段階形成工程における事前平坦化、および通常形成工程における平坦化を実行する前の、ステージ９の下降距離である。本実施形態では、平坦化工程を実行する時点で、平坦化ローラ１８の下端は、形成しようとする粉体層の底面からの高さに位置している。従って、下降距離Ａは、厚み決定距離Ｔに等しくなる。図６に示す例では、１層目では段階形成工程を実行しないため、１層目の下降距離Ａは、粉体層の厚みＤと等しい値となっている。また、２層目では段階形成工程を実行するため、２層目の下降距離Ａは、粉体層の厚みＤよりも大きい距離が設定されている。
【００３８】
上昇距離Ｂは、段階形成工程における最終平坦化を実行する前の、ステージ９の上昇距離である。本実施形態では、事前平坦化を実行してから最終平坦化を開始するまで、ステージ９は停止したままである。従って、ステージ９を上昇距離Ｂだけ上昇させると、（下降距離Ａ−上昇距離Ｂ）が厚み決定距離Ｔとなる。図６に示す例では、１層目では段階形成工程を実行しないため、上昇距離Ｂは設定されていない。２層目では段階形成工程を実行するため、（下降距離Ａ−粉体層の厚みＤ）の距離が上昇距離Ｂに設定されている。
【００３９】
移動速度は、座標に応じて定められている。つまり、本実施形態では、立体造形装置１の前後方向に延びるＸ座標上の各地点を平坦化ローラ１８が通過する時点における、平坦化ローラ１８の相対的な移動速度（以下、「平坦化速度」という。）が、Ｘ座標の値に応じて対応付けられている。なお、平坦化速度が遅い程、造形層の変形は生じ難い（後述の［評価試験２］参照）。よって、既に造形された造形層上を平坦化ローラ１８が通過する場合、立体造形装置１は平坦化速度を遅くする。
【００４０】
回転速度も座標に応じて定められている。つまり、本実施形態では、Ｘ座標上の各地点を平坦化ローラ１８が通過する時点における、平坦化ローラ１８の回転速度が、Ｘ座標の値に応じて対応付けられている。なお、平坦化ローラ１８の回転速度が速い程、造形層の変形は生じ難い（後述の［評価試験２］参照）。よって、既に造形された造形層上を平坦化ローラ１８が通過する場合、立体造形装置１は平坦化ローラ１８の回転速度を速くする。
【００４１】
図７を参照して、ＰＣ１００が実行する立体造形データ作成処理について説明する。前述したように、ＰＣ１００のＨＤＤ８３には立体造形データ作成プログラムが記憶されている。ＰＣ１００のＣＰＵ８０は、立体造形データの作成指示を入力すると、立体造形データ作成プログラムに従って、図７に示す立体造形データ作成処理を実行する。
【００４２】
まず、作業者によって指定された物体の三次元形状と、物体の表面の色彩（例えばＲＧＢ値）とを示す立体データが取得される（Ｓ１）。粉体層の厚みＤ（造形層の厚みと等しい）が取得される（Ｓ２）。取得された立体データと粉体層の厚みＤに応じて、各層に対する吐出データ（図６参照）が作成される（Ｓ３）。吐出データの作成方法は従来の方法と同一であるため、この詳細な説明は省略する。
【００４３】
Ｓ２で取得された粉体層の厚みＤが閾値以下であるか否かが判断される（Ｓ５）。前述したように、厚み決定距離Ｔが大きい程、下方の造形層に加わる力は減少する。従って、粉体層の厚みＤが大きければ、段階形成工程を実行せずに通常形成工程で粉体層を形成しても、下方の造形層の変形は生じ難い。従って、粉体層の厚みＤが閾値よりも大きければ（Ｓ５：ＮＯ）、段階形成工程によって形成する粉体層（以下、「段階形成層」という。）の層数Ｎが「０」とされて、全ての粉体層が、通常形成工程によって形成する粉体層（以下、「通常形成層」という。）とされる（Ｓ１０）。処理はＳ１２へ移行する。なお、Ｓ５の判断で参照される閾値は、立体造形粉体の種類、造形液の種類等に応じて予め適切な値が定められている。
【００４４】
粉体層の厚みＤが閾値以下であれば（Ｓ５：ＹＥＳ）、段階形成層の層数Ｎが、粉体層の厚みＤに応じて決定される（Ｓ６）。下から２層目から、（Ｎ＋１）層目までが、段階形成層に設定される（Ｓ７）。繰り返すが、粉体層の厚みＤが大きければ、造形層の変形は生じ難い。よって、ＰＣ１００は、粉体層の厚みＤが大きくなる程、段階形成層の層数Ｎが少なくなるように、段階形成層の層数Ｎを決定する。その結果、立体造形装置１は、変形量が少ない立体造形物を効率よく造形することができる。また、前述したように、形成する粉体層が下方の層である程、既に形成された造形層の合計重量が小さいため、引き摺り等の変形が生じ易い。さらに、１層目を形成する際には、造形層は未だ形成されていないため、造形層の変形は生じない。従って、変形が生じ易い２層目〜（Ｎ＋１）層目を段階形成工程で形成し、他の層を通常形成工程で形成することで、立体造形装置は効率よく造形を行うことができる。
【００４５】
本実施形態では、粉体層の厚みＤの値に応じて段階形成層の層数Ｎを決定するための層数決定テーブル（図８参照）が、ＰＣ１００のＨＤＤ８３に予め記憶されている。層数決定テーブルでは、粉体層の厚みＤが大きくなる程、段階形成層の層数Ｎが少なくなるように、厚みＤの値と層数Ｎとが対応付けられている。ＰＣ１００のＣＰＵ８０は、層数決定テーブルを参照し、Ｓ２で取得した厚みＤに対応付けられている層数Ｎを決定する。なお、図８に示す層数決定テーブルでは、厚みＤが閾値（本実施形態では９０μｍ）よりも大きい場合の層数Ｎ（＝０）も設定されているが、層数Ｎを「０」とする場合のテーブルは作成しなくてもよい。また、ＣＰＵ８０は、テーブルを用いずに計算等によって層数Ｎを決定してもよい。
【００４６】
次いで、段階形成工程におけるステージ９の下降距離Ａが、粉体層の厚みＤに応じて決定される（Ｓ８）。さらに、段階形成工程におけるステージ９の上昇距離Ｂが、厚みＤに応じて決定される（Ｓ９）。粉体層の厚みＤが異なれば、下降距離Ａおよび上昇距離Ｂは異なる。図９に示すように、本実施形態では、ステージ９の移動量を厚みＤに応じて決定するための移動量決定テーブルが、ＨＤＤ８３に記憶されている。移動量決定テーブルでは、最適な下降距離Ａおよび上昇距離Ｂが、厚みＤの値に応じて予め対応付けられている。ＣＰＵ８０は、Ｓ２で取得した厚みＤに対応付けられている値を、下降距離Ａおよび上昇距離Ｂとして決定する。
【００４７】
次いで、通常形成工程におけるステージ９の下降距離Ａが、粉体層の厚みＤと等しい値に決定される（Ｓ１２）。以上で、平坦化データ（図６参照）のうち、ステージ９の昇降を制御するためのデータの作成が完了する。
【００４８】
次に、平坦化速度、および平坦化ローラ１８の回転速度が設定される。平坦化の工程では、平坦化速度が大きい程、造形に要する時間は短縮できるが、造形層の変形量は大きくなる。また、平坦化ローラ１８の回転速度が小さい程、消費するエネルギーは節約できるが、造形層の変形量は大きくなる（後述する［評価試験２］参照）。従って、ＣＰＵ８０は、下の層に造形層が存在するか否かに応じて、平坦化速度および回転速度を設定する。これにより、引き摺りおよび膨張の発生を抑制しつつ、造形の効率化および時間短縮を実現する。
【００４９】
まず、各層の造形位置および造形範囲の情報が取得される（Ｓ１４）。ＣＰＵ８０は、造形完了範囲（造形層が形成された範囲）の鉛直上方を通過する間の平坦化ローラ１８の相対的な移動速度を、低速度（本実施形態では５０ｍｍ／ｓ）に設定する（Ｓ１５）。造形完了範囲以外の範囲の鉛直上方を通過する間の移動速度を、高速度（本実施形態では７０ｍｍ／ｓ）に設定する（Ｓ１６）。ＣＰＵ８０は、造形完了範囲の鉛直上方を通過する間の平坦化ローラ１８の回転速度を、高速度（本実施形態では８ｒｐｓ）に設定する（Ｓ１７）。造形完了範囲以外の範囲の鉛直上方を通過する間の回転速度を、低速度（本実施形態では１ｒｐｓ）に設定する（Ｓ１８）。Ｓ１５〜Ｓ１８の処理が各層に対して実行されて、立体造形データ作成処理は終了する。
【００５０】
図１０を参照して、立体造形装置１が実行する立体造形処理について説明する。立体造形装置１のＲＯＭ５２には、立体造形装置１の動作を制御するための制御プログラムが記憶されている。立体造形装置１のＣＰＵ５０は、造形の開始指示を入力すると、制御プログラムに従って、図１０に示す立体造形処理を実行する。
【００５１】
まず、粉体層の順を示すＺの値が、最下層であることを示す「１」とされる（Ｓ２１）。Ｚ番目の層における立体造形データ（図６参照）が読み出される（Ｓ２２）。次いで、ＣＰＵ５０は、造形台６（図２参照）を後方に移動させて、供給部１２を粉体供給機構１４の下方に位置させた状態で、粉体供給モータ４４を駆動する。これにより、造形台６の供給部１２に立体造形粉体を供給する（Ｓ２３）。
【００５２】
Ｚ層目が段階形成層であるか否かが、Ｚ層目の立体造形データによって判断される（Ｓ２４）。段階形成層であれば（Ｓ２４：ＹＥＳ）、設定されている下降距離Ａ（＞粉体層の厚みＤ）だけステージ９が下降される（Ｓ２６）。通常平坦化方向に平坦化ローラ１８が回転され、且つ、通常平坦化方向に平坦化ローラ１８が相対移動される（Ｓ２７）。Ｓ２７で制御される平坦化が、事前平坦化である。通常平坦化方向とは、段階形成工程における事前平坦化、および通常形成工程における平坦化を実行する場合の、平坦化ローラ１８の相対的な移動方向、および回転方向である。本実施形態では、造形台６の移動の通常平坦化方向は、後方から前方である。この時、平坦化ローラ１８は、造形台６に対して後方に相対移動することになる。また、本実施形態では、平坦化ローラ１８の回転の通常平坦化方向は、右側面視反時計回りである。なお、ＣＰＵ５０は、立体造形データに従って、平坦化工程中の造形台６の移動速度と平坦化ローラ１８の回転速度を調整する。その結果、造形完了範囲の鉛直上方を平坦化する間は、造形台６の移動速度が遅くなり、且つ、平坦化ローラ１８の回転速度が速くなる。移動速度および回転速度の調整については、後述するＳ３０およびＳ３４でも同様である。
【００５３】
Ｓ２７の事前平坦化が完了するまで（Ｓ２８：ＮＯ）、待機状態となる。事前平坦化が完了すると（Ｓ２８：ＹＥＳ）、設定されている上昇距離Ｂだけステージ９が上昇される（Ｓ２９）。最終平坦化方向に平坦化ローラ１８が回転され、且つ、最終平坦化方向に平坦化ローラ１８が相対移動される（Ｓ３０）。Ｓ３０で制御される平坦化が、最終平坦化である。最終平坦化方向とは、段階形成工程の最終平坦化を実行する場合の、平坦化ローラ１８の相対的な移動方向および回転方向である。本実施形態では、造形台６の移動の最終平坦化方向は、前方から後方である。この時、平坦化ローラ１８は、造形台６に対して前方に相対移動することになる。また、本実施形態では、平坦化ローラ１８の回転の最終平坦化方向は、右側面視時計回りである。
【００５４】
Ｓ３０の最終平坦化が完了するまで（Ｓ３１：ＮＯ）、待機状態となる。最終平坦化が完了すると（Ｓ３１：ＹＥＳ）、前後動モータ４１、ヘッド移動モータ４５、およびヘッド２１（図４参照）が立体造形データに応じて駆動され、造形液が吐出される（Ｓ３７）。その結果、Ｚ層目の造形層が形成される。
【００５５】
また、Ｚ層目が段階形成層でなく通常形成層であれば（Ｓ２４：ＮＯ）、設定されている下降距離Ａ（＝粉体層の厚みＤ）だけステージ９が下降される（Ｓ３３）。通常平坦化方向に平坦化ローラ１８が回転され、且つ、通常平坦化方向に平坦化ローラ１８が相対移動される（Ｓ３４）。Ｓ３４で制御される平坦化が、通常平坦化である。通常平坦化が完了するまで（Ｓ３５：ＮＯ）、待機状態となる。通常平坦化が完了すると（Ｓ３５：ＹＥＳ）、処理はＳ３７へ移行し、Ｚ番目の造形層が形成される。
【００５６】
次いで、全ての造形層の形成が完了したか否かが判断される（Ｓ３８）。完了していなければ（Ｓ３８：ＮＯ）、層の順を示すＺの値に「１」が加算されて（Ｓ３９）、処理はＳ２２へ戻り、次の粉体層の形成および造形層の形成が実行される（Ｓ２２〜Ｓ３７）。全ての造形層の形成が完了すると（Ｓ３８）、未硬化粉体を粉体回収機構１３（図１参照）によって回収する処理が行われて（Ｓ４０）、立体造形処理は終了する。
【００５７】
［評価試験１］
段階形成工程によって引き摺り・膨張が抑制されることを確認するために、評価試験１を行った。評価試験１で使用した立体造形粉体は、９５ｗｔ％の半水石膏と、５ｗｔ％の硫酸マグネシウムとを含む。造形液の主成分は水である。評価試験１では、直径４０ｍｍ、高さ３．２ｍｍの円柱状の造形物を、４０層の造形層によって造形した。各造形層の厚みＤは８０μｍである。平坦化工程における平坦化速度（造形台６の移動速度）は５０ｍｍ／ｓ、平坦化ローラ１８の回転速度は５ｒｐｓとした。
【００５８】
評価試験１では、同一の形状の立体造形物を、通常形成工程と段階形成工程によってそれぞれ造形し、変形量（引き摺り量および膨張量の合計）を計測した。通常形成工程では、前述したように、ステージ９の下降距離Ａは、粉体層の厚みＤと同一である。また、段階形成工程では、１３０μｍだけステージ９を下降させて事前平坦化を行った後、５０μｍだけステージ９を上昇させて最終平坦化を行うことで、各粉体層を形成した。試験の条件および結果を、以下の表１に示す。
【００５９】
【表１】
2014065179.tif 000003
【００６０】
表１に示すように、全ての粉体層を通常形成工程によって形成した場合、変形量は１．１ｍｍとなった。これに対し、全ての粉体層を段階形成工程によって形成した場合、変形量は０．１ｍｍとなった。以上のように、段階形成工程によって粉体層を形成することで、造形層の変形を大幅に抑制できることが、評価試験１によって確認できた。
【００６１】
［評価試験２］
平坦化速度と引き摺り・膨張の関係、および、平坦化ローラ１８の回転速度と引き摺り・膨張の関係を確認するために、評価試験２を行った。評価試験２で使用した立体造形粉体は、２５ｖｏｌ％のポリビニルアルコール（株式会社クラレ製、製品名「クラレポバール」）と、７５ｖｏｌ％の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）とを含む。造形液の主成分は水である。造形液の塗布密度は、３．０１ｍｇ／ｃｍ２とした。粉体層の厚みは全て１００μｍとし、３０層の造形層を積層させた。造形した立体造形物の形状は円柱状であり、水平方向の断面（円形）の直径が４０ｍｍ、高さが３ｍｍである。
【００６２】
評価試験２では、同一の形状の立体造形物を、平坦化ローラ１８の相対的な移動速度（平坦化速度）および回転速度の少なくとも一方を変えて５つ造形し、引き摺り量および膨張量の和を算出して比較した。具体的には、（平坦化速度、回転速度）の条件を、（７０ｍｍ／ｓ、１ｒｐｓ）、（７０ｍｍ／ｓ、５ｒｐｓ）、（７０ｍｍ／ｓ、８ｒｐｓ）、（５０ｍｍ／ｓ、５ｒｐｓ）、（９０ｍｍ／ｓ、５ｒｐｓ）として、５つの立体造形物を造形した。造形された各々の立体造形物における引き摺り量および膨張量の和を、以下の表２に示す。
【００６３】
【表２】
2014065179.tif 000004
【００６４】
表２に示すように、回転速度が５ｒｐｓの場合に着目すると、引き摺り量および膨張量の和は、平坦化速度が５０ｍｍ／ｓの場合に１．７ｍｍ、平坦化速度が７０ｍｍ／ｓの場合に６．７ｍｍ、平坦化速度が９０ｍｍ／ｓの場合に２４．３ｍｍとなった。つまり、平坦化速度を遅くする程、引き摺り量および膨張量が減少することが確認できた。また、平坦化速度が７０ｍｍ／ｓの場合に着目すると、引き摺り量および膨張量の和は、回転速度が１ｒｐｓの場合に３０ｍｍ以上、５ｒｐｓの場合に６．７ｍｍ、８ｒｐｓの場合に４．５ｍｍとなった。つまり、平坦化ローラ１８の回転速度を速くする程、引き摺り量および膨張量が減少することが確認できた。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態の立体造形装置１は、段階形成工程によって粉体層を形成する場合、厚み決定距離Ｔを、形成しようとする粉体層の厚みＤよりも大きい距離にした状態で、事前平坦化を一旦実行する。その後、厚み決定距離Ｔを粉体層の厚みＤと一致させて、最終平坦化を実行し、粉体層の形成を完了させることができる。その結果、１回の平坦化工程（通常形成工程）によって粉体層を形成する場合に比べて、形成しようとする粉体層の下方の造形層に加わるエネルギーが減少する。従って、立体造形装置１は、既に形成が完了した造形層の変形を抑制しつつ、造形層の上に新たな粉体層を形成することができる。また、本実施形態の立体造形データ作成プログラムによると、既に形成が完了した造形層の変形を抑制しつつ、造形層の上に新たな粉体層を形成するように、立体造形装置１を動作させることができる。
【００６６】
本実施形態の立体造形装置１は、粉体層の厚みＤが閾値以下の場合のみ、段階形成工程によって、複数の粉体層のうちの少なくとも一部を形成する。形成しようとする粉体層の厚みＤが大きければ、平坦化の際に下方の造形層の変形は生じ難い。立体造形装置１は、粉体層の厚みＤが閾値以下である場合のみ、段階形成工程を実行するため、粉体層の厚みＤに応じて効率よく動作することができる。
【００６７】
形成しようとする粉体層の厚みＤが小さい程、平坦化の際に下方の造形層に生じる変形の度合いは大きくなる。また、形成する粉体層が下方の層である程、既に形成された造形層の重量が小さいため、変形が生じ易い。本実施形態の立体造形装置１は、段階形成工程によって形成する粉体層の層数Ｎを、粉体層の厚みＤに応じて決定し、下から２番目〜（Ｎ＋１）番目の粉体層を段階形成工程によって形成する。従って、造形層の変形を引き起こし易い粉体層のみを、段階形成工程によって形成することができる。変形を引き起こし難い粉体層は、短時間で完了する通常形成工程によって形成することができる。よって、立体造形装置１は、造形層の変形を抑制しつつ、効率よく複数の造形層を形成することができる。
【００６８】
段階形成工程によって粉体層が形成される際のステージ９の移動量（下降距離Ａおよび上昇距離Ｂ）は、形成しようとする粉体層の厚みに応じて異なる。本実施形態の立体造形装置１は、ステージ９の適切な移動量を、粉体層の厚みＤに応じて決定することができる。
【００６９】
本実施形態の立体造形装置１は、事前平坦化後に、平坦化方向を反転させることで、最終平坦化を実行する。さらに、立体造形装置１は、ステージ９の前方および後方の各々に、余剰粉体を回収する第二回収部３２および第一回収部３１の各々を備える。従って、立体造形装置１は、平坦化方向を反転させるだけで、事前平坦化と最終平坦化を共に実行することができる。さらに、平坦化ローラ１８によって集積された余剰粉体を円滑に回収することができる。よって、より効率よく粉体層を形成することができる。
【００７０】
本実施形態の立体造形装置１は、最終平坦化を実行する場合、事前平坦化における平坦化ローラ１８の回転方向と逆の方向に平坦化ローラ１８を回転させる。従って、立体造形装置１は、平坦化ローラ１８による平坦化方向を反転させて効率よく平坦化を実行しつつ、平坦化方向に応じた適切な回転方向に平坦化ローラ１８を回転させて、円滑に平坦化を行うことができる。
【００７１】
本実施形態の立体造形装置１は、形成が完了した造形層上を通過する間の平坦化ローラ１８の回転速度を、造形層上を通過しない間の回転速度よりも速くする。従って、立体造形装置１は、平坦化による造形層の変形が生じることを抑制することができる。さらに、造形層上以外の位置で平坦化ローラ１８を無駄に回転させることが無いため、効率よく粉体層を形成することができる。
【００７２】
本実施形態の立体造形装置１は、形成が完了した造形層上を平坦化ローラ１８が通過する間の平坦化速度を、造形層上を通過しない間の平坦化速度よりも遅くする。従って、立体造形装置１は、平坦化による変形が生じることを抑制しつつ、造形層上を平坦化ローラ１８が通過しない間の平坦化速度を速くして、造形時間を短縮することができる。
【００７３】
上記実施形態において、平坦化ローラ１８が本発明の「平坦化手段」に相当する。ステージ９を昇降させるステージ昇降モータ４２が、本発明の「昇降手段」に相当する。造形台６を前後動させる前後動モータ４１が、本発明の「平坦化駆動手段」に相当する。ヘッド２１が本発明の「造形層形成手段」に相当する。図１０に示す立体造形処理を実行することで、ステージ昇降モータ４２および前後動モータ４１等の動作を制御するＣＰＵ５０が、本発明の「制御手段」として機能する。図１０のＳ２６〜Ｓ３１で段階形成工程を制御するＣＰＵ５０が、本発明の「特定制御手段」として機能する。図１０のＳ２４で、立体造形データを参照して段階形成層の層数Ｎを決定するＣＰＵ５０が、本発明の「層数決定手段」として機能する。図１０のＳ２６，Ｓ２９で、立体造形データを参照して下降距離Ａおよび上昇距離Ｂを決定するＣＰＵ５０が、本発明の「移動量決定手段」として機能する。平坦化ローラ回転モータ４３が本発明の「回転駆動手段」に相当する。ＰＣ１００のＣＰＵ８０が、本発明の「プロセッサ」に相当する。図７に示す立体造形データ作成処理が、本発明の「作成ステップ」に相当する。
【００７４】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、様々な変形が可能であることは勿論である。例えば、上記実施形態の立体造形装置１では、段階形成工程によって複数の粉体層が形成される場合、各粉体層を形成する際の下降距離Ａおよび上昇距離Ｂは、粉体層の厚みＤに応じて決定されるのみであり、層の順番に応じて下降距離Ａおよび上昇距離Ｂが決定されることは無かった。しかし、前述したように、既に形成が完了した造形層の積層数が大きくなる程、造形層は変形し難くなる。また、事前平坦化における厚み決定距離Ｔを大きくすると、変形の影響を抑制させ易いが、厚み決定距離Ｔを小さくすると、ステージ９の移動距離を削減することができる。従って、立体造形装置１は、層の順番に応じて、事前平坦化における厚み決定距離Ｔ（つまり、事前平坦化における下降距離Ａ）を決定すれば、より効率よく立体造形物を造形することができる。
【００７５】
例えば、ＰＣ１００は、図７のＳ８において、事前平坦化を行う際の下降距離Ａの最大値を設定する。ＰＣ１００は、下から２層目の下降距離Ａを、設定した最大値にする。ＰＣ１００は、（Ｎ＋１）層目に近づくに従って、粉体層の厚みＤよりも大きい範囲で下降距離Ａが徐々に小さくなるように、下降距離Ａを決定する。図７のＳ９では、（下降距離Ａ−粉体層の厚みＤ）を上昇距離Ｂとして決定すればよい。この場合、立体造形装置１は、無駄にステージ９を移動させることなく粉体層を形成することができる。なお、この変形例で作成された立体造形データに従って、図１０のＳ２６の処理を行うＣＰＵ５０が、本発明の「距離決定手段」として機能する。
【００７６】
上記実施形態の立体造形装置１は、ステージ９を昇降させることで、ステージ９のステージ面と平坦化ローラ１８との間の上下方向の距離（厚み決定距離Ｔ）を変化させる。しかし、立体造形装置１は、平坦化ローラ１８を昇降させて厚み決定距離Ｔを変化させてもよい。ステージ９と平坦化ローラ１８を共に昇降させてもよい。同様に、立体造形装置１は、平坦化工程を実行する場合、造形台６および平坦化ローラ１８の少なくとも一方を移動させることで、ステージ９に対する平坦化ローラ１８の位置を相対的に移動させればよい。
【００７７】
上記実施形態の立体造形装置１は、造形液と混合することで固化する立体造形粉体の層に、ヘッド２１から造形液を吐出させることで、造形層を造形する。しかし、本発明は、造形層の上に粉体層を重ねて立体造形物を造形する立体造形装置であれば適用できる。例えば、レーザーが照射されることで熱溶融し、その後固化する立体造形粉体（熱可塑性樹脂粉末等で、例えばナイロン粉末）を使用し、粉体層にレーザーを照射して造形層を造形する立体造形装置においても、本発明は適用できる。
【００７８】
上記実施形態の立体造形装置１は、段階形成工程を実行する場合、事前平坦化を実行した後に、厚み決定距離Ｔを造形層の厚みＤにすぐに一致させて、最終平坦化を実行する。つまり、２回の平坦化工程によって段階形成工程を実行する。しかし、立体造形装置１は、３回以上の平坦化工程によって段階形成工程を実行してもよい。例えば、立体造形装置１は、下降距離Ａだけステージ９を下降させて事前平坦化を実行した後に、「上昇距離Ｂ／Ｐ（Ｐは２以上の整数）」だけステージ９を上昇させて平坦化を実行し、この上昇および平坦化をＰ回繰り返すことで、厚みＤの粉体層を形成してもよい。この場合、２回の平坦化工程によって粉体層を形成するよりも、最終平坦化において除去される立体造形粉体の量が減少するため、造形層の変形をさらに抑制することができる。
【００７９】
上記実施形態では、段階形成工程を実行する場合、ステージ９の下降距離Ａおよび上昇距離Ｂは、共に粉体層の厚みＤに応じて変化する（図９参照）。しかし、下降距離Ａおよび上昇距離Ｂが適宜設定できることは言うまでもない。例えば、上昇距離Ｂが一定となるように、下降距離Ａのみを厚みＤに応じて変化させてもよい。下降距離Ａが一定となるように、上昇距離Ｂのみを厚みＤに応じて変化させてもよい。
【００８０】
上記実施形態の立体造形装置１は、粉体層の厚みＤが閾値以下である場合のみ、複数の粉体層の少なくとも一部を段階形成工程によって形成する。従って、厚みＤに応じた適切な動作を実行することができる。しかし、立体造形装置１は、粉体層の厚みＤに関わらず段階形成工程を実行してもよい。また、粉体層の厚みＤに関わらず、最も下の層以外の全ての層を段階形成工程によって形成することも可能である。この場合、立体造形データを作成する際の処理が単純になる。
【００８１】
上記実施形態の立体造形装置１は、既に形成された造形層上を平坦化ローラ１８が通過するか否かに応じて、平坦化ローラ１８の相対的な移動速度（平坦化速度）を、高速度および低速度のいずれかに設定する。しかし、平坦化速度の設定方法は変更できる。例えば、積層された粉体層の数が大きくなる程、造形層上の平坦化速度が速くなるように、平坦化速度を設定してもよい。この場合でも、上記実施形態と同様に、引き摺り・膨張の影響を低下させつつ、造形時間を短縮することができる。また、平坦化ローラ１８の回転速度についても同様に、積層された粉体層の数が大きくなる程回転速度が小さくなるように設定してもよい。
【００８２】
上記実施形態では、ＰＣ１００が立体造形データを作成した。しかし、立体造形データを作成できるデバイスはＰＣ１００に限られない。例えば、立体造形装置１自身が立体データを取得し、取得した立体データに基づいて立体造形データを作成してもよい。メーカーが保有するサーバが立体造形データを作成してもよい。また、上記実施形態の立体造形装置１は、平坦化ローラ１８を回転させながら立体造形粉体を平坦化する。しかし、平坦化ローラ１８の代わりに、スキージ棒、平板等を用いて平坦化を行う場合にも、本発明は適用できる。
【符号の説明】
【００８３】
１    立体造形装置
９    ステージ
１８    平坦化ローラ
１９    回転軸
２１    ヘッド
３１    第一回収部
３２    第二回収部
４１    前後動モータ
４２    ステージ昇降モータ
４３    平坦化ローラ回転モータ
５０    ＣＰＵ
８０    ＣＰＵ
８３    ＨＤＤ
１００    ＰＣ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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