(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱することにより溶融して接着力を生じる接着剤を裏面に塗布した素材シートを積層中の中間積層体の上面に送り込む素材シート供給手段と、前記素材シートを加熱し前記中間積層体の上面に押圧して接着する加熱押圧手段と、前記素材シートを所定の形状に切断する切断手段よりなる３次元立体形状を造形する３次元造形装置において、積層中の前記中間積層体の上面付近の温度を制御する温度制御手段を備えたことを特徴とする３次元造形装置。
【請求項２】
前記温度制御手段は、前記加熱押圧手段が前記素材シートを加熱接着してからの時間を計測する計時手段と、この計時手段により計測された時間が所定時間に達するまでは前記素材シート供給手段により次の前記素材シートを送り込むことを停止させる計測停止手段よりなることを特徴とする請求項１に記載の３次元造形装置。
【請求項３】
前記温度制御手段は、前記加熱押圧手段が前記素材シートを加熱接着してからの時間を計測する計時手段と、この計時手段により計測された時間が所定時間を越えた場合は前記素材シート供給手段により次の前記素材シートを送り込む前に積層中の前記中間積層体の上面を加熱する再加熱手段よりなることを特徴とする請求項１に記載の３次元造形装置。
【請求項４】
前記加熱押圧手段は前記素材シート供給手段により送り込まれた前記素材シートを前記中間積層体の上面に押圧しながら転動する所定温度に加熱された円筒状のホットローラを備え、前記温度制御手段は積層中の前記中間積層体の上面の中央部を冷却する冷却手段であることを特徴とする請求項１に記載の３次元造形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄い素材シートを積層してこれを所定形状に切断する動作を繰り返すことにより３次元立体形状を造形する３次元造形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の３次元造形装置としては、例えば特開平６−２７８２１４号公報に開示された技術がある。これは加熱により溶融して接着力を生じる接着剤を裏面に塗布した紙シートを積層中の中間積層体の上面に送り込み、この紙シートをホットローラにより加熱すると同時に押圧して中間積層体の上面に接着してから、接着した紙シートをその位置に対応する造形物の輪郭形状（スライスデータ）に沿ってレーザビームにより切断するという動作を繰り返して３次元立体形状の造形を行うものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような３次元造形装置では、造形物の大きさ、輪郭形状の複雑さ、レーザビームによる切断速度（レーザの出力にほゞ比例）等により１枚の紙シートの切断時間が異なったものとなり、ホットローラによる各加熱の間の時間間隔が異なったものとなる。この時間間隔が短いと加熱の累積により中間積層体の上面の温度が上昇し、長いと放熱により温度が低下する。前者の場合は冷却して充分な接着力が生じるまでの時間が長くなるので、その間に積層される紙シートが熱歪みにより反ったりすると積層中の造形物の外周部に細かい剥がれが生じる。後者の場合は接着される紙シートの接着剤の溶融が不充分になるので接着が不完全になり、造形後にある程度以上力が加わったりすると造形物が接着面に沿って割れることがある。
【０００４】
また、比較的大きな造形物の場合は、周辺部に比して中央部が放熱しにくいので中央部の温度が高くなり、熱膨張により中央部が厚く盛り上がる。一方、ホットローラは太さが一定の円筒状であるので、加熱押圧の都度、周辺部よりも中央部を強く押してその付近の溶融した接着剤の層を薄くする。このため冷却後の造形物は中央部が低くなって平坦度が悪くなり、また造形精度が低下する。
【０００５】
本発明は、中間積層体の上面付近の温度を制御する温度制御手段を設けることにより、このような各問題を解決することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による３次元造形装置は、加熱することにより溶融して接着力を生じる接着剤を裏面に塗布した素材シートを積層中の中間積層体の上面に送り込む素材シート供給手段と、素材シートを加熱し中間積層体の上面に押圧して接着する加熱押圧手段と、素材シートを所定の形状に切断する切断手段よりなる３次元立体形状を造形する３次元造形装置において、積層中の中間積層体の上面付近の温度を制御する温度制御手段を備えたことを特徴とするものである。温度制御手段は、接着に適した温度、あるいは均一な温度となるように、中間積層体の上面付近の温度を制御する。
【０００７】
上述の温度制御手段は、加熱押圧手段が素材シートを加熱接着してからの時間を計測する計時手段と、この計時手段により計測された時間が所定時間に達するまでは素材シート供給手段により次の素材シートを送り込むことを停止させる計測停止手段よりなるものとしてもよい。この場合には、切断手段による切断時間が短い場合には、計測停止手段は素材シート供給手段による素材シートの供給を一時的に停止させることにより、加熱押圧手段が素材シートを加熱接着してから次の素材シートを送り込むまでの時間をほゞ一定とする。
【０００８】
上述の温度制御手段は、加熱押圧手段が素材シートを加熱接着してからの時間を計測する計時手段と、この計時手段により計測された時間が所定時間を越えた場合は素材シート供給手段により次の素材シートを送り込む前に積層中の中間積層体の上面を加熱する再加熱手段よりなるものとしてもよい。この場合には、切断手段による切断時間が長い場合には、再加熱手段は素材シート供給手段が次の素材シートを送り込む前に、積層中の中間積層体の上面付近を再加熱する。
【０００９】
上述の加熱押圧手段は素材シート供給手段により送り込まれた素材シートを中間積層体の上面に押圧しながら転動する所定温度に加熱された円筒状のホットローラを備え、温度制御手段は積層中の中間積層体の上面の中央部を冷却する冷却手段としてもよい。この場合には、周辺部に比して温度が高くなりがちな積層中の中間積層体の上面付近の中央部は冷却手段により部分的に冷却されるので、中間積層体の温度は比較的均一となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
先ず図１〜図１０により本発明の第１の実施の形態の説明をする。この実施の形態による３次元造形装置は、積層中の中間積層体Ｗの上側に素材シートＰを送り込む素材シート供給手段２０と、この素材シートＰを加熱し中間積層体Ｗの上面に押圧して接着する加熱押圧手段３０と、接着された素材シートＰを所定の形状に切断する切断手段４０を備えており、また計時手段と計測停止手段よりなる温度制御手段を含む制御装置５５を備えている。
【００１１】
積層中の中間積層体Ｗを支持する昇降テーブル１１は、図４〜図８に示すように鉛直な軸線回りに回転自在に機枠（図示省略）に支持された４本の昇降送りねじ１２に四隅がねじ係合され、各昇降送りねじ１２がプーリ１２ａ及びベルト１４を介して昇降モータ１３により連動して回転されることにより昇降される。この実施の形態の中間積層体Ｗの各層となる素材シートＰは良質の紙であり、その裏面にはエチレン−酢酸ビニル共重合体のようなホットメルト接着剤が塗布されている。この接着剤は加熱することにより溶融して接着力を生じるものであり、常温では接着力を有していない。この素材シートＰは紙に限らず、ポリエチレンテレフタレート等の合成樹脂シートでもよい。
【００１２】
昇降送りねじ１２の上部の左右両側には水平な１対の案内ローラ２１ａ，２１ｂが機枠により支持され、モータ２３により回転駆動される送りローラ２２が一方の案内ローラ２１ｂと転がり接触するように設けられている。昇降送りねじ１２の下部一側には、中間積層体Ｗとなるロール紙Ｐを所定幅の筒状に巻いた紙ロールＰａが支持され、モータ２４により回転される。この紙ロールＰａから上方に引き出されたロール紙Ｐは案内ローラ２１ａにより水平な左右方向（Ｘ方向）に方向転換され、各昇降送りねじ１２の間を通り、案内ローラ２１ｂと送りローラ２２により引き出され、モータ２５により駆動される回収ロールＰｂにより巻き取られる。この各部材２０〜２５及び各ロールＰａ，Ｐｂが素材シート供給手段２０を構成している。
【００１３】
次に主として図４〜図８により、昇降テーブル１１及び素材シート供給手段２０の上方に設けられる加熱押圧手段３０の説明をする。機枠にはＸ方向に延びる前後１対の第１ガイドレール４３が設けられている（図１５及び図１６参照）。加熱押圧手段３０の移動台３１はＸ方向と直交する水平なＹ方向に延びる細長い形状で、その両端は第１ガイドレール４３により案内支持され、モータ３４により回転駆動される送りねじ３３によりＸ方向に往復平行移動される。移動台３１にはその長手方向に沿って、ロール紙Ｐの幅よりも長くヒータにより所定温度（２８０〜３００℃）に加熱される円筒状のホットローラ３２が、回転自在でかつ多少上下動可能に支持されている。加熱されたホットローラ３２は、移動台３１の移動に伴い積層中の中間積層体Ｗの上側に送り込まれたロール紙Ｐの上を転動し、これを加熱しながら中間積層体Ｗの上面にホットローラ３２の自重で押圧して接着する。移動台３１の長手方向中央部一側にはリミットスイッチ３６が設けられている。このリミットスイッチ３６は、昇降テーブル１１と共に上昇する中間積層体Ｗ及びロール紙Ｐの上面が所定の高さに達すればこれに当接して作動し、この作動に基づき制御装置５５は昇降テーブル１１の上昇を停止させる。
【００１４】
この実施の形態の３次元造形装置は、レーザビームを用いた切断手段４０を備えている。Ｙ方向に延びる細長い第２ガイドレール４４は両端が前述の第１ガイドレール４３により案内支持されて（図１５参照）、図１及び図４〜図８に示すように、モータ４６により回転駆動される送りねじ４５によりＸ方向に往復平行移動される。第２ガイドレール４４には、レーザトーチ４２とミラーボックス４８ｂを設けた移動ヘッド４１がＹ方向に沿って往復移動可能に案内支持され、駆動機構（図示省略）により往復動される。これによりレーザトーチ４２は移動ヘッド４１と共に、中間積層体Ｗを支持する昇降テーブル１１に対しＸ方向及びＹ方向に移動され、その軌跡は制御装置５５によりＣＮＣ制御される。図１に示すように、レーザ発振器４７からのレーザビームＬは、ミラーボックス４８ａ，４８ｂ（ミラーボックス４８ａは第２ガイドレール４４の一端部に取付け）に内蔵されたミラーにより反射されてレーザトーチ４２から下向きに照射されて、中間積層体Ｗの上面に接着されたロール紙Ｐを切断する。切断手段４０は、１枚分の厚さよりわずかに大きい深さまでロール紙Ｐを切断するように、レーザビームＬの出力と切断速度などは調整されている。
【００１５】
制御装置５５には、以上に述べた各部分を次に述べるような所定の手順で作動させる制御プログラムが記憶されている。なお切断手段４０は、上述のようにレーザを用いたものに限らず、例えば超音波カッタのような他の切断装置を用いたものでもよい。
【００１６】
次にこの第１の実施の形態の作動の説明をする。造形に先立ち、図４に示すように下降させた昇降テーブル１１の上面に基部となる紙Ｗｄ（図１０参照）を両面テープにより接着し、図５に示すようにリミットスイッチ３６が紙Ｗｄにかかるように移動台３１を前進させ、紙Ｗｄがリミットスイッチ３６と当接するように昇降テーブル１１を上昇させると昇降テーブル１１が停止する。次いで切断手段４０を作動させて、レーザビームＬにより紙Ｗｄを中間積層体Ｗの最も外側となる四角い外輪郭線Ｍ１に沿って切断し、昇降テーブル１１を下降させて、外輪郭線Ｍ１の外側となる部分を昇降テーブル１１の上面からはがして取り去り、移動ヘッド４１は図４等に示す基準位置まで後退させる。なお紙Ｗｄは、この際に後述する内輪郭線Ｍ２、造形輪郭線Ｍ３及び分割線Ｍ４に沿って切断してもよい。
【００１７】
次いで機枠にセットした紙ロールＰａから引き出したロール紙Ｐを案内ローラ２１ａ，２１ｂの間に渡し、その先端の回収ロールＰｂを機枠にセットし、各モータ２３〜２５によりロール紙Ｐを軽く緊張させ、各部を図４及び図２（ａ）  に示す状態とする。この状態から図９に示すフローチャートによる動作が、制御装置５５により実行される。この第１の実施の形態は、造形物が比較的小形あるいは形状が簡単で切断手段４０による切断時間が短く、従って切断が完了した時点では中間積層体Ｗの上面付近の温度が次のロール紙Ｐをホットローラ３２により加熱接着するのに適した温度まで降下していない場合に適用されるものである。
【００１８】
先ずモータ４６が作動して移動台３１と共にホットローラ３２が前進して（ステップ１０１）図５に示すようにリミットスイッチ３６だけが中間積層体Ｗにかかる位置で停止し、昇降モータ１３により昇降テーブル１１が上昇する（ステップ１０２）。中間積層体Ｗ（第１回目の上昇の場合は基部となる紙Ｗｄ）の上面がロール紙Ｐの下面に当接してこれをわずかに押し上げたところでリミットスイッチ３６がロール紙Ｐの上面に当接してこれを検出し、昇降テーブル１１は停止され、この停止位置は制御装置５５内のメモリに記憶される。次いで所定温度に加熱されているホットローラ３２は、一旦基準位置まで後退して（ステップ１０３）からＸ方向に図６の実線の位置まで前進し、次いで基準位置まで後退する（ステップ１０４、ステップ１０５）。これにより所定温度に加熱されているホットローラ３２は、図２（ｂ）  に示すように、中間積層体Ｗ（第１回目の作動の場合は基部となる紙Ｗｄ）の上面に当接されたロール紙Ｐを押圧しながら往復転動し、ロール紙Ｐは加熱されて裏面のホットメルト接着剤が溶融すると共に中間積層体Ｗ（または紙Ｗｄ）の上面に押圧されて接着される。
【００１９】
ホットローラ３２が基準位置まで後退して加熱接着が完了すると同時に制御装置５５に内蔵されたタイマが計時を開始し（ステップ１０６）、また切断手段４０が作動を開始して、レーザビームＬはそれまでの中間積層体Ｗ（第１回目の作動の場合は基部となる紙Ｗｄ）の上面に新たに接着されたロール紙Ｐの切断を開始する（ステップ１０７）。レーザトーチ４２を支持する移動ヘッド４１は、制御装置５５からの指令により、図３に示す外輪郭線Ｍ１、内輪郭線Ｍ２、造形輪郭線Ｍ３及びこの両輪郭線Ｍ２，Ｍ３の間に形成される分割線Ｍ４に沿って移動するように、昇降テーブル１１に対しＸ方向及びＹ方向に移動される。この移動の際、レーザ発振器４７からのレーザビームＬは図１及び図７に示すようにミラーボックス４８ａ，４８ｂを通りレーザトーチ４２に導かれてロール紙Ｐに向かって下方に照射され、これによりそれまでの中間積層体Ｗの上面に新たに接着されたロール紙Ｐは切断される。図２（ｃ）  はこの切断している状態を示している。
【００２０】
図１０は中間積層体Ｗの上面に接着したロール紙ＰをレーザビームＬにより切断する状態を示す拡大断面図で、造形輪郭線Ｍ３、分割線Ｍ４、内輪郭線Ｍ２、外輪郭線Ｍ１の順で切断される。制御装置５５は、基部となる紙Ｗｄの場合における昇降テーブル１１の停止位置と今回接着したロール紙Ｐにおける昇降テーブル１１の停止位置（ステップ１０２参照）の差により与えられる高さ位置に対応する造形物の輪郭形状（スライスデータ）を演算し、レーザビームＬの径よりも多少大きい幅を有する造形輪郭線Ｍ３の内縁がこのスライスデータと一致するようにレーザトーチ４２をＸ方向及びＹ方向に移動させる。外輪郭線Ｍ１、内輪郭線Ｍ２及び分割線Ｍ４の軌跡は、中間積層体Ｗの全ての層について同一である。中間積層体Ｗを形成する各層の各切断線Ｍ１〜Ｍ４は上下方向に連続している。
【００２１】
この実施の形態の場合は、前述のようにレーザビームＬによるロール紙Ｐの切断が完了した時点では、ホットローラ３２による加熱接着の完了からの経過時間は、必要な接着力が得られる温度まで低下する時間には達していない。そこでこの実施の形態では、そのような所定の時間に達するまでしばらく作動を中断させてから（ステップ１０８）、タイマを停止させ（ステップ１０９）、図８に示すようにホットローラ３２を基準位置まで後退させ、昇降テーブル１１を下降させて（ステップ１１０）図４に示す位置に戻す。ここで造形が完了したか否かの判断がなされ（ステップ１１１）、造形が完了していなければモータ２３〜２５を作動させてロール紙Ｐの切り抜かれた部分を回収ロールＰｂ側に送り、新しい部分を中間積層体Ｗの上側に送り込んで（ステップ１１２）、制御動作をステップ１０１に戻し、ステップ１０１〜ステップ１１２を繰り返す。これを繰り返すことにより中間積層体Ｗは次第に厚くなり、基部となる紙Ｗｄの場合における昇降テーブル１１の停止位置と今回接着したロール紙Ｐにおける昇降テーブル１１の停止位置（ステップ１０２参照）の差により与えられる高さは次第に増大する。そしてこの高さと造形物の高さの差がロール紙Ｐの厚さよりも小さくなれば、ステップ１１１において造形完了との判断がされて、図９のフローチャートによる造形は完了する。
【００２２】
なお特許請求の範囲との関連において、制御装置５５に記憶されて図９のフローチャートの作動を実行する制御プログラムのうち、ステップ１０６で計時を開始するタイマが計時手段を、ステップ１０８で所定時間経過するのを待つ部分が計測停止手段を構成している。
【００２３】
前述のようにこの第１の実施の形態では、造形物が比較的小形あるいは形状が簡単で切断手段４０による切断時間が短く、従って切断が完了した時点では中間積層体Ｗの上面付近の温度が充分な接着力を生じる温度までは降下していない。しかしこの実施の形態では、レーザビームＬによりロール紙Ｐを切断した後に素材シート供給手段２０によるロール紙Ｐの供給を一時的に停止させて、加熱押圧手段３０がロール紙Ｐを加熱接着してから次のロール紙Ｐを送り込むまでの時間をほゞ一定としており、従って中間積層体の上面付近の温度が充分な接着力を生じる温度まで低下してから次のロール紙Ｐの加熱押圧による接着がなされるので、積層される紙シートの熱歪みなどにより積層中の造形物の外周部に細かい剥がれが生じたりすることはなくなる。
【００２４】
図１１は上記第１の実施の形態の変形例を示す。この変形例では、図１１に示すように中間積層体Ｗの上方となる位置に放射温度計５６が設けられ、図９のフローチャートからステップ１０６及びステップ１０９を除き、ステップ１０８を放射温度計５６による検出温度が所定値になるまで次のステップへの移行を保留するステップで置き換えたものである。すなわちこの変形例は、ステップ１０７のレーザによるロール紙Ｐの切断の後に、放射温度計５６により中間積層体Ｗの上面の温度を検出し、この検出温度が充分な接着力が生じる所定温度まで低下してから次のステップ１１０に移行するようにしたものである。第１の実施の形態と同様この変形例でも、積層される紙シートの熱歪みなどにより積層中の造形物の外周部に細かい剥がれが生じたりすることはなくなる。
【００２５】
次に図１２及び図１３により第２の実施の形態の説明をする。この実施の形態は、造形物が比較的大形あるいは形状が複雑で切断手段４０による切断時間が長く、従って切断が完了した時点では中間積層体Ｗの上面付近の温度が次のロール紙Ｐをホットローラ３２により加熱接着するのに適した温度よりも低くなってしまう場合に適用されるものである。この第２の実施の形態は、装置それ自体は図１〜図８に示す第１の実施の形態のものと同じであり、図１３に示す作動のフローチャートの一部が図９のフローチャートと異なっている。以下に、主としてこの相違する部分の説明をする。
【００２６】
造形に先立つ準備から図１３のフローチャートのステップ２０７のレーザビームＬによるロール紙Ｐの切断までの作動は、図９のフローチャートのステップ１０７までの作動と同じである。この第２の実施の形態では、ロール紙Ｐの切断の終了後すぐにタイマを停止し（ステップ２０８）、停止時におけるタイマの計時値が所定時間以上であるか否かを判断する（ステップ２０９）。この所定時間は、ステップ２０４及びステップ２０５においてホットローラ３２により加熱された中間積層体Ｗの上面が、放冷により次のロール紙Ｐをホットローラ３２により加熱接着するのに適した温度の下限まで低下する時間に設定する。この実施の形態が適用される場合は、通常は計時値が所定時間を越えているので、制御装置５５は図１２の実線で示す基準位置にあったホットローラ３２を二点鎖線で示す位置まで前進させてから再び基準位置まで後退させ（ステップ２１０及びステップ２１１）、これにより中間積層体Ｗの上面は次のロール紙Ｐをホットローラ３２により加熱接着するのに適した温度まで加熱される。この場合のホットローラ３２の移動速度は中間積層体Ｗの上面が適切な温度に加熱されるように調節するものとし、この速度はステップ２０９における計時時間と設定時間の差に応じて変化させるのが好ましい。
【００２７】
次いで図９のフローチャートのステップ１１０〜ステップ１１２と同様のステップ２１２〜ステップ２１４により、造形完了までは図１３のフローチャートの作動を繰り返して造形を行い、造形が完了すれば作動を停止する。
【００２８】
なお特許請求の範囲との関連において、制御装置５５に記憶されて図１３のフローチャートの作動を実行する制御プログラムのうち、ステップ２０６で計時を開始するタイマが計時手段を構成し、また加熱押圧手段３０が再加熱手段を兼ねている。
【００２９】
前述のようにこの第２の実施の形態では、造形物が比較的大形あるいは形状が複雑で切断手段４０による切断時間が長く、従って切断が完了した時点では中間積層体Ｗの上面付近の温度は次のロール紙Ｐをホットローラ３２により加熱接着するのに適した温度以下まで低下している。しかしこの実施の形態では、レーザビームＬによりロール紙Ｐを切断した後にホットローラ３２により積層中の中間積層体Ｗの上面付近を再加熱するので、中間積層体Ｗの上面付近の温度は次のロール紙Ｐを加熱接着するのに適切な温度となり、造形後の造形物が接着面に沿って割れたりすることはなくなる。
【００３０】
この第２の実施の形態では放冷により温度が低下した中間積層体Ｗの上面を加熱する再加熱手段としてホットローラ３２を兼用させたが、ホットローラ３２とは別に昇降テーブル１１の上方に赤外線ヒータなどをもうけ、これを再加熱手段としてもよい。
【００３１】
次に図１４により第３の実施の形態の説明をする。この実施の形態は第１及び第２の実施の形態を結合したものである。この実施の形態は、装置それ自体は図１〜図８に示す第１の実施の形態のものと同じであり、図１４に示す作動のフローチャートの一部が図９及び図１３のフローチャートと異なっているだけである。以下に、この相違する部分の説明をする。
【００３２】
造形に先立つ準備から図１４のフローチャートのステップ３０７のレーザビームＬによるロール紙Ｐの切断までの作動は、図９のフローチャートのステップ１０７までの作動と同じである。この第３の実施の形態では、ロール紙Ｐの切断の終了後に造形が完了したか否かの判断がなされ（ステップ３０８）、造形が完了していなければそのときのタイマの実測時間を所定の目標時間に許容値αを加えた時間と比較する（ステップ３０９）。この目標時間は、ホットローラ３２によるロール紙Ｐの加熱接着の終了時点から、中間積層体Ｗの上面の温度が必要な接着力が得られかつ次のロール紙Ｐをホットローラ３２により加熱接着するのに適した温度まで低下するのに必要な時間の最適値である。
【００３３】
ステップ３０９で実測時間の方が大、すなわちホットローラ３２によるロール紙Ｐの加熱接着からの時間が長ければ、タイマを停止して（ステップ３１０）図１３のフローチャートのステップ２１０及びステップ２１１と同様にホットローラ３２を前進後退させて中間積層体Ｗの上面を次のロール紙Ｐを加熱接着するのに適した温度まで加熱し、昇降テーブル１１を下降させ新しいロール紙Ｐを送り込んで（ステップ３１３及びステップ３１４）、制御動作をステップ３０１に戻して図１４のフローチャートの作動を繰り返す。これにより中間積層体Ｗは次第に厚くなり、前述したような所定の厚さとなれば、ステップ３０８において造形完了との判断がされて、図１４のフローチャートによる造形は完了する。
【００３４】
またステップ３０９で実測時間の方が大でない、すなわちホットローラ３２によるロール紙Ｐの加熱接着からの時間が短ければ、次第に増大するタイマの実測時間を所定の目標時間から許容値βを差し引いた時間と比較する（ステップ３１５）。そして実測時間の方が大、すなわち中間積層体Ｗの上面の温度が必要な接着力が得られる温度まで低下する時間に達したところでタイマを停止させ（ステップ３１６）、上記ステップ３１３及びステップ３１４を経て制御動作をステップ３０１に戻して図１４のフローチャートの作動を繰り返し中間積層体Ｗが所定の厚さとなれば、ステップ３０８において造形完了との判断がされて、図１４のフローチャートによる造形は完了する。ロール紙Ｐの切断が完了した時点におけるタイマによる実測時間が、目標時間＋許容値αと目標時間−許容値βの間にあるときは、ステップ３１１及びステップ３１２による再加熱も、ステップ３１５による時間待ちも行われず、直ちにステップ３１３及びステップ３１４を経て制御動作をステップ３０１に戻す。
【００３５】
この第３の実施の形態は、第１及び第２の実施の形態を結合したものであるので、この両実施の形態の効果は何れも得られる。
【００３６】
次に図１５及び図１６に示す第４の実施の形態の説明をする。造形物が比較的大形の場合には、積層中の中間積層体Ｗは上面付近の中央部が周辺部に比して放熱が悪くなるので温度が上昇して盛り上がり、前述のような理由で冷却後に中央部が低くなり造形精度が低下するという問題が生じるが、この第４の実施の形態はそのような場合に適用されるものであり、第１〜第３の実施の形態に使用する装置に冷却手段を設けたものである。
【００３７】
図１５及び図１６は、この第４の実施の形態の昇降テーブル１１の上方に位置する素材シート供給手段２０、加熱押圧手段３０及び切断手段４０の一部、並びに冷却手段を示したものである。素材シート供給手段２０、加熱押圧手段３０及び切断手段４０は第１〜第３実施の形態のものと同一であるので説明を省略し、冷却手段についてのみ説明する。
【００３８】
この実施の形態の冷却手段はエアノズル５０及びダクト５１により構成されている。エアノズル５０は昇降テーブル１１の中心の上方に設けられて、冷却空気供給装置（図示省略）からの冷却空気を中間積層体Ｗの上面の中心部に集中するように下向きに吹き出すものであり、機枠に取り付けられている。ダクト５１は長方形の枠形で第１ガイドレール４３の上側に固定され、その内面と下面には多数の吸入口が開口され、その一部には排気装置（図示省略）に連結される吸出口５１ａが設けられている。
【００３９】
中間積層体Ｗの上面に加熱接着したロール紙Ｐを上述の各実施の形態と同様にしてレーザビームＬにより切断している間中、エアノズル５０には冷却空気供給装置から冷却空気が供給され、ホットローラ３２を移動させている間は冷却空気の供給は停止される。この冷却空気は図に示すように中間積層体Ｗの上面の中央部に集中して当たり、中央部を冷却して四方八方に分かれ、ダクト５１内に吸引されて吸出口５１ａから外部に排出される。レーザビームＬによりロール紙Ｐを切断する際に生じる煙も、冷却空気と共に吸引されて外部に排出される。エアノズル５０からの冷却空気の温度と量は、造形の初期で中間積層体Ｗの高さが低いときは中央部の放熱の低下が少ないので常温で量も少なくてよいが、造形が進んで中間積層体Ｗの高さが増大するにつれて中央部の放熱が悪くなるのでスポットクーラにより冷却し量も増大させるようにする。このように冷却することにより、中間積層体Ｗの上面の温度は造形の全期間にわたりほゞ均一となり、従って中間積層体Ｗ全体の温度もほゞ均一となる。
【００４０】
造形物が比較的大形の場合には、前述のようにそのままでは上面中央部の温度が上昇し、造形精度が低下するという問題がある。しかしこの第４の実施の形態では、冷却手段により中央部が冷却されるので、中間積層体Ｗの温度はほゞ均一となる。従って加熱押圧の際にホットローラ３２が中間積層体Ｗの中央部付近を局部的に強く押すことがないので、冷却後の造形物の平坦度が悪くなったり精度が低下したりすることはなくなる。この第４の実施の形態は、第１〜第３の実施の形態と組み合わせて実施してもよい。
【００４１】
図１７及び図１８は上記第４の実施の形態の変形例を示す。この変形例はダクトが各第１ガイドレール４３の両側下側となる２つの部分５１Ａに分割されている点が第４の実施の形態と異なるだけである。その他の部分の構造と作用効果は第４の実施の形態と同一であるので詳細な説明は省略する。
【００４２】
なお、上述の実施の形態においては、ロール紙Ｐを加熱接着した後にレーザビームＬによる切断を行っているが、レーザビームＬによる切断を行った後に加熱接着するものにも本発明は適用できる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、中間積層体の上面付近の温度は、接着に適した温度あるいは均一な温度となるように制御されるので、積層中の造形物の外周部に細かい剥がれが生じたり、造形後に割れたりすることはなくなり、また造形物の平坦度が悪くなったり精度が低下したりすることもなくなる。
【００４４】
温度制御手段が計時手段と計測停止手段からなる請求項２の発明によれば、切断手段による切断時間が短い場合には、素材シート供給手段による供給を一時的に停止させることにより加熱押圧手段が素材シートを加熱接着してから次の素材シートを送り込むまでの時間はほゞ一定となるので、中間積層体の上面付近の温度が高くなりすぎることはなく、従って積層中の造形物の外周部に細かい剥がれが生じたりすることはなくなる。
【００４５】
温度制御手段が計時手段と再加熱手段からなる請求項３の発明によれば、切断手段による切断時間が長い場合には、再加熱手段は素材シート供給手段が次の素材シートを送り込む前に積層中の中間積層体の上面付近を再加熱するので中間積層体の上面付近の温度は次の素材シートを加熱接着するのに適切な温度となり、造形後に割れたりすることはなくなる。
【００４６】
加熱押圧手段がホットローラを備え、温度制御手段が冷却手段である請求項４の発明によれば、中間積層体は温度が比較的均一となって熱膨張により中央部付近が盛り上ることがなくなるので、加熱押圧の際にホットローラが中間積層体の中央部付近を局部的に強く押すことがない。従って冷却後の造形物の平坦度が悪くなったり精度が低下したりすることもなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による３次元造形装置の第１の実施形態の概略的構造を示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態による中間積層体の成形サイクルの説明図である。
【図３】図２に示す中間積層体の切断手段による切断線を示す図である。
【図４】昇降テーブルを下降させた状態における第１の実施形態の全体正面図である。
【図５】昇降テーブルを上昇させてリミットスイッチに当接した状態を示す第１の実施形態の全体正面図である。
【図６】素材シートを加熱接着している状態を示す第１の実施形態の全体正面図である。
【図７】加熱接着した素材シートを切断している状態を示す第１の実施形態の全体正面図である。
【図８】素材シートの加熱接着及び切断が終了した状態を示す第１の実施形態の全体正面図である。
【図９】第１の実施の形態の作動を説明するフローチャートである。
【図１０】積層中の中間積層体の断面図である。
【図１１】第１の実施形態の変形例を示す全体正面図である。
【図１２】中間積層体の上面を再加熱している状態を示す第２の実施形態の全体正面図である。
【図１３】第２の実施の形態の作動を説明するフローチャートである。
【図１４】第３の実施の形態の作動を説明するフローチャートである。
【図１５】第４の実施の形態の要部を示す部分拡大平面図である。
【図１６】図１５の正面図である。
【図１７】第４の実施の形態の変形例の要部を示す部分拡大平面図である。
【図１８】図１７の正面図である。
【符号の説明】
２０…素材シート供給手段、３０…加熱押圧手段、３２…ホットローラ、４０…切断手段、Ｐ…素材シート（ロール紙）、Ｗ…中間積層体。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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