(57)【要約】【課題】立体物を精度良く形成することが可能な三次元造形装置を提供する。【解決手段】三次元造形装置は、支持面１６ａを有する造形台１６と、支持面１６ａに造形材を吐出して立体物５を形成する造形材用ヘッド３４と、立体物５の周囲の環境温度を測定する測定部６０と、造形動作の条件である造形条件のデータを環境温度に対応させて記憶する記憶部と、造形台１６及び造形材用ヘッド３４に造形動作を行わせると共に造形動作中に測定部６０の測定結果と記憶部に記憶された造形条件のデータとに基づいて造形条件を更新し、更新した造形条件で造形動作を行わせる処理部と、を有する制御部１８とを備える。【選択図】図１
2018024156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体物を支持可能な支持面を有する造形台と、
前記支持面に平行な直線方向である主走査方向と前記支持面に平行であり前記主走査方向に交差する副走査方向とについて前記造形台との間で相対的に移動可能に設けられ、前記支持面に造形材を吐出して前記立体物を形成する造形材用ヘッドと、
前記支持面に形成される前記立体物の周囲の環境温度を測定する測定部と、
前記造形材用ヘッドと前記造形台とを相対的に移動させつつ前記造形材用ヘッドから前記支持面に前記造形材を吐出させて前記立体物を形成する造形動作の条件である造形条件のデータを前記環境温度に対応させて記憶する記憶部と、前記造形台及び前記造形材用ヘッドに前記造形動作を行わせると共に前記造形動作中に前記測定部の測定結果と前記記憶部に記憶された前記造形条件のデータとに基づいて前記造形条件を更新し、更新した前記造形条件で前記造形動作を行わせる処理部と、を有する制御部と
を備える三次元造形装置。
【請求項２】
前記造形材は、所定波長の光を照射することによって硬化する光硬化材を含み、
前記造形条件は、前記支持面に吐出された前記造形材に照射する前記光の照度であり、
前記制御部は、前記測定結果が高温であるほど前記照度を高くする請求項１に記載の三次元造形装置。
【請求項３】
前記造形材用ヘッドと一体で移動可能であり、前記造形材を支持するサポート材を吐出するサポート材用ヘッドをさらに備え、
前記造形条件は、前記支持面のうち隣り合う領域に前記造形材と前記サポート材とを吐出する場合に、前記造形材と前記サポート材との間に形成する隙間の大きさであり、
前記制御部は、前記測定結果が所定の温度よりも高い場合に前記造形材と前記サポート材との間に少なくとも前記造形材側にドット１個分の隙間を空けるようにし、前記測定結果が高温であるほど前記隙間の大きさを大きくする請求項１又は請求項２に記載の三次元造形装置。
【請求項４】
前記造形材用ヘッドと一体で移動可能であり、クリア材を吐出するクリア材用ヘッドをさらに備え、
前記造形条件は、前記クリア材の吐出量であり、
前記制御部は、前記測定結果が所定の温度よりも高い場合に前記造形材を吐出する部分に前記クリア材用ヘッドによって前記クリア材を吐出させ、前記測定結果が高温であるほど前記クリア材の吐出量を多くする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
【請求項５】
回転可能に設けられ、前記支持面に吐出された前記造形材の上部を回転した状態で前記支持面に平行に通過することにより前記造形材を平坦化する平坦化ローラをさらに備え、
前記造形条件は、前記平坦化ローラの回転速度であり、
前記制御部は、前記測定結果が高温であるほど前記回転速度を速くする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
【請求項６】
前記造形条件は、前記造形材用ヘッドと前記供給部とを含む前記造形材の流通経路の温度であり、
前記制御部は、前記測定結果が高温であるほど前記流通経路の温度を低くする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
【請求項７】
前記造形材は、所定波長の光を照射することによって硬化する光硬化材を含み、
前記造形条件は、前記造形台に吐出された前記造形材に照射する前記光の波長であり、
前記制御部は、前記測定結果が高温であるほど前記波長を短くする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体物を形成する装置として、三次元造形装置が知られている。三次元造形装置は、液体の造形材をヘッドから吐出し、当該造形材を積層させることで立体物を造形する。三次元造形装置としては、例えば紫外線硬化型の造形材をヘッドから吐出し、当該造形材に対して紫外線を照射することで造形材を硬化させる構成が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−７７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の三次元造形装置において立体物を形成する場合、インクジェットヘッドの駆動源や紫外線の光源等において発熱する。このため、立体物の周囲の温度である環境温度が一定ではなく、造形開始からの時間に応じて変動する。ヘッドから吐出された造形材は、環境温度に応じて粘度や広がり等の表面状態が変化する。このような造形材を積層させた場合、立体物の表面状態が場所によって異なってしまい、いわゆるムラが生じた状態となる。したがって、このようなムラが生じることなく、立体物を精度良く形成する構成が求められている。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、立体物を精度良く形成することが可能な三次元造形装置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】
【０００６】
本発明に係る三次元造形装置は、立体物を支持可能な支持面を有する造形台と、前記支持面に平行な直線方向である主走査方向と前記支持面に平行であり前記主走査方向に交差する副走査方向とについて前記造形台との間で相対的に移動可能に設けられ、前記支持面に造形材を吐出して前記立体物を形成する造形材用ヘッドと、前記支持面に形成される前記立体物の周囲の環境温度を測定する測定部と、前記造形材用ヘッドと前記造形台とを相対的に移動させつつ前記造形材用ヘッドから前記支持面に前記造形材を吐出させて前記立体物を形成する造形動作の条件である造形条件のデータを前記環境温度に対応させて記憶する記憶部と、前記造形台及び前記造形材用ヘッドに前記造形動作を行わせると共に前記造形動作中に前記測定部の測定結果と前記記憶部に記憶された前記造形条件のデータとに基づいて前記造形条件を更新し、更新した前記造形条件で前記造形動作を行わせる処理部と、を有する制御部とを備える。
【０００７】
本発明によれば、造形動作を行っている最中に、立体物の周囲の温度である環境温度に応じて造形条件を更新し、更新後の造形条件で造形動作を行うため、吐出された造形材が着弾する際の表面状態にムラが形成されることを抑制できる。これにより、立体物を精度良く形成することができる。
【０００８】
上記の三次元造形装置において、前記造形材は、所定波長の光を照射することによって硬化する光硬化材を含み、前記造形条件は、前記支持面に吐出された前記造形材に照射する前記光の照度であり、前記制御部は、前記測定結果が高温であるほど前記照度を高くしてもよい。
【０００９】
本発明によれば、環境温度が高温になるほど、支持面に着弾した造形材に照射する光の照度を高くするため、造形材の表面の硬化速度を高めることができる。環境温度が高くなると、立体物の内部の硬化速度が上昇する。一方、本発明者は、支持面に着弾した造形材の表面の硬化が空気中の酸素によって阻害されるため、表面の硬化速度が低くなることを見出した。本発明者は、これに基づき、立体物の表面と内部との間で硬化速度の差が生じてしまうと、立体物に反りが形成されることを見出した。本発明によれば、着弾された造形材の表面の硬化速度が高くなり、立体物の表面と内部との間で硬化速度に差がつくことを抑制できるため、立体物の反りを抑制できる。
【００１０】
上記の三次元造形装置において、前記造形材用ヘッドと一体で移動可能であり、前記造形材を支持するサポート材を吐出するサポート材用ヘッドをさらに備え、前記造形条件は、前記支持面のうち隣り合う領域に前記造形材と前記サポート材とを吐出する場合に、前記造形材と前記サポート材との間に形成する隙間の大きさであり、前記制御部は、前記測定結果が所定の温度よりも高い場合に前記造形材と前記サポート材との間に少なくとも前記造形材側にドット１個分の隙間を空けるようにし、前記測定結果が高温であるほど前記隙間の大きさを大きくしてもよい。
【００１１】
造形材用ヘッドから吐出されて着弾した造形材は、環境温度が高温であるほど広がりが大きくなる。本発明によれば、測定結果が高温であるほど、造形材とサポート材との間に形成する造形材の隙間を大きくするため、造形材が広がってサポート材と混合する移ことを抑制できる。
【００１２】
上記の三次元造形装置において、前記造形材用ヘッドと一体で移動可能であり、クリア材を吐出するクリア材用ヘッドをさらに備え、前記造形条件は、前記クリア材の吐出量であり、前記制御部は、前記測定結果が所定の温度よりも高い場合に前記造形材を吐出する部分に前記クリア材用ヘッドによって前記クリア材を吐出させ、前記測定結果が高温であるほど前記クリア材の吐出量を多くしてもよい。
【００１３】
造形材用ヘッドから吐出されて着弾した造形材は、周囲の温度が高温であるほど広がりが大きくなり、その分高さが低くなる。本発明によれば、測定結果が高温であるほどクリア造形材の吐出量を多くするため、造形材の高さを補うことができる。
【００１４】
上記の三次元造形装置は、回転可能に設けられ、前記支持面に吐出された前記造形材の上部を回転した状態で前記支持面に平行に通過することにより前記造形材を平坦化する平坦化ローラをさらに備え、前記造形条件は、前記平坦化ローラの回転速度であり、前記制御部は、前記測定結果が高温であるほど前記回転速度を速くしてもよい。
【００１５】
造形材用ヘッドから吐出されて着弾した造形材は、周囲の温度が高温であるほど粘度が高くなる。造形材の粘度が高くなると、造形材が平坦化ローラに粘着しやすくなり、平坦化ローラの移動に伴って造形材が引きずられやすくなる。本発明によれば、測定結果が高温であるほど平坦化ローラの回転速度が速くなるため、平坦化ローラが造形材に粘着しにくくなる。これにより、造形材の引きずりを抑制することができる。
【００１６】
上記の三次元造形装置は、前記造形条件は、前記造形材用ヘッドと前記供給部とを含む前記造形材の流通経路の温度であり、前記制御部は、前記測定結果が高温であるほど前記流通経路の温度を低くしてもよい。
【００１７】
本発明によれば、測定結果が高温であるほど流通経路の温度が低くなるため、着弾後の造形材又は立体物の温度変化を抑制することができる。
【００１８】
上記の三次元造形装置において、前記造形材は、所定波長の光を照射することによって硬化する光硬化材を含み、前記造形条件は、前記造形台に吐出された前記造形材に照射する前記光の波長であり、前記制御部は、前記測定結果が高温であるほど前記波長を短くしてもよい。
【００１９】
本発明によれば、環境温度が高温になるほど光の波長を短くするため、着弾された造形材の表面の硬化速度を高めることができる。これにより、立体物の表面と内部との間で硬化速度に差がつくことを抑制できるため、立体物の反りを抑制できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、立体物を精度良く形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明にかかる立体物の製造方法に用いられる三次元造形装置を示す模式図である。
【図２】図２は、吐出ユニットをインク滴の吐出面側から見た説明図である。
【図３】図３は、制御部の構成を示す機能ブロック図である。
【図４】図４は、記憶部に記憶されるデータの一例を示すデータテーブルである。
【図５】図５は、三次元造形装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、造形条件を変更する前後の造形動作を比較して示す図である。
【図７】図７は、造形条件を変更する前後の造形動作を比較して示す図である。
【図８】図８は、造形条件を変更する前後の造形動作を比較して示す図である。
【図９】図９は、造形条件を変更する前後の造形動作を比較して示す図である。
【図１０】図１０は、インクの流通経路の温度を変更する場合のグラフである。
【図１１】図１１は、造形条件を変更する前後の造形動作を比較して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明にかかる三次元造形装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能、且つ、容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【００２３】
図１は、本発明にかかる立体物の製造方法に用いられる三次元造形装置１０を示す模式図である。図１に示す三次元造形装置１０は、積層造形法により立体物５を造形する三次元プリンタである。この場合、積層造形法とは、例えば、複数の層を重ねて立体物５を造形する方法である。立体物５とは、例えば、三次元構造物のことである。三次元造形装置１０において実行する三次元造形方法は、例えば、三次元構造物の形状情報とカラー画像情報とから三次元構造物を造形するカラー造形方法であってもよい。
【００２４】
また、以下に説明する点を除き、三次元造形装置１０は、公知の三次元造形装置と同一、または同様の構成を有してよい。また、三次元造形装置１０は、例えば、公知の平面への印刷装置であるインクジェットプリンタの構成の一部を変更した装置であってよい。例えば、三次元造形装置１０は、紫外線硬化型インク（ＵＶインク）を用いるインクジェットプリンタの一部を変更した装置であってよい。
【００２５】
本実施形態に係る三次元造形装置１０は、吐出ユニット１２と、主走査駆動部１４と、立体物５を載置する載置台である造形台１６と、制御部１８と、を備えている。吐出ユニット１２及び造形台１６は、不図示の筐体の内部の空間Ｓに収容されている。空間Ｓは、例えば装置外部に対して封止された状態にすることが可能であってもよい。
【００２６】
吐出ユニット１２は、立体物５の材料となる液滴を吐出する部分であり、所定の条件に応じて硬化する樹脂である硬化性樹脂の液滴等を吐出し、硬化させることにより、立体物５を構成する各層を形成する。より具体的には、吐出ユニット１２は、例えば、制御部１８の指示に応じて液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行う。吐出ユニット１２は、これらの動作を繰り返し行うことにより、硬化した硬化性樹脂の層を複数層重ねて形成する。
【００２７】
この吐出ユニット１２から吐出する硬化性樹脂としては、例えば、紫外線の照射により硬化する紫外線硬化型樹脂を用いる。この場合、吐出ユニット１２は、立体物５の材料となる液滴として、例えば、紫外線硬化型インクのインク滴を吐出する。また、硬化動作では、紫外線光源により紫外線を照射することにより、硬化性樹脂の層を硬化させる。この場合、硬化性樹脂の層とは、紫外線硬化型インクのことである。
【００２８】
また、本実施形態１に係る三次元造形装置１０では、吐出ユニット１２は、有色の紫外線硬化型インクのインク滴を吐出することにより、立体物５の表面或いは内部に対して着色を行い、着色された立体物５を造形する。また、吐出ユニット１２は、立体物５の造形時において、図１に示すように、立体物５の周囲にサポート６を形成する。サポート６は、造形中の立体物５を支えるための積層構造物（サポート層）であり、立体物５の造形完了後に、水等により溶解除去される。
【００２９】
主走査駆動部１４は、吐出ユニット１２に主走査動作を行わせる駆動部である。なお、本実施形態において、吐出ユニット１２に主走査動作を行わせるとは、例えば、吐出ユニット１２が有するインクジェットヘッドに主走査動作を行わせることである。また、主走査動作とは、例えば、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。
【００３０】
主走査駆動部１４は、キャリッジ２２及びガイドレール２４を有している。このうち、キャリッジ２２は、造形台１６と対向させて吐出ユニット１２を保持する保持部である。即ち、キャリッジ２２は、吐出ユニット１２から吐出するインク滴の吐出方向が造形台１６へ向かう方向になるように、吐出ユニット１２を保持している。主走査動作時において、キャリッジ２２は、吐出ユニット１２を保持した状態で、ガイドレール２４に沿って移動する。ガイドレール２４は、キャリッジ２２の移動をガイドするレール部材であり、主走査動作時において、制御部１８の指示に応じて、キャリッジ２２を移動させる。
【００３１】
なお、主走査動作時における吐出ユニット１２の移動は、立体物５に対する相対的な移動であってよい。そのため、三次元造形装置１０の構成の変形例においては、例えば、吐出ユニット１２の位置を固定して、造形台１６を移動させることにより、立体物５側を移動させてもよい。
【００３２】
造形台１６は、造形中の立体物５を上面に載置する載置台である。この造形台１６は、上面を上下方向（図中のＺ方向）へ移動させる機能を有しており、制御部１８の指示に応じて、立体物５の造形の進行に合わせて、上面を移動させる。これにより、造形途中の立体物５における被造形面と、吐出ユニット１２との間の距離（ギャップ）を適宜調整することが可能になっている。なお、この場合における立体物５の被造形面とは、吐出ユニット１２による次の層が形成される面のことである。また、吐出ユニット１２に対して造形台１６を上下動させるＺ方向への走査は、吐出ユニット１２側をＺ方向へ移動させることで行ってもよい。
【００３３】
なお、三次元造形装置１０は、立体物５の造形や着色等に必要な各種構成をさらに備えてよい。例えば、三次元造形装置１０は、吐出ユニット１２に副走査動作を行わせる副走査駆動部等を備えてもよい。この場合、副走査動作とは、例えば、造形中の立体物５に対して相対的に、主走査方向と直交する副走査方向（図中のＸ方向）へ、吐出ユニット１２におけるインクジェットヘッドを移動させる動作である。副走査駆動部は、例えば、副走査方向における長さが吐出ユニット１２におけるインクジェットヘッドの造形幅よりも長い立体物５を造形する場合等に、必要に応じて吐出ユニット１２に副走査動作を行わせる。より具体的には、副走査駆動部は、造形台１６を副走査方向へ移動させる駆動部であってもよく、または、吐出ユニット１２を保持するキャリッジ２２と共にガイドレール２４を副走査方向へ移動させる駆動部であってもよい。
【００３４】
図２は、吐出ユニット１２をインク滴の吐出面側から見た説明図である。吐出ユニット１２は、複数の有色インク用ヘッド３２ｙ、３２ｍ、３２ｃ、３２ｋ（以下、複数の有色インク用ヘッド３２ｙ〜３２ｋと記載する）、白インク用ヘッド３６、クリアインク用ヘッド３８、造形材用ヘッド３４、サポート材用ヘッド４０、複数の紫外線光源４４、及び平坦化ローラユニット５０を有している。
【００３５】
有色インク用ヘッド３２ｙ〜３２ｋ、白インク用ヘッド３６、クリアインク用ヘッド３８、及び造形材用ヘッド３４は、インクジェット方式で硬化性樹脂の液滴を吐出する吐出手段である吐出ヘッドになっている。これらの有色インク用ヘッド３２ｙ〜３２ｋ、白インク用ヘッド３６、クリアインク用ヘッド３８、及び造形材用ヘッド３４は、紫外線硬化型インクのインク滴を吐出するインクジェットヘッドになっており、副走査方向（Ｘ方向）における位置を揃えて、主走査方向（Ｙ方向）へ並んで配設されている。
【００３６】
有色インク用ヘッド３２ｙ〜３２ｋは、互いに異なる色の有色のインクのインク滴をそれぞれ吐出するインクジェットヘッドになっている。有色インク用ヘッド３２ｙは、イエローの紫外線硬化型インクのインク滴を吐出することが可能になっている。有色インク用ヘッド３２ｍは、マゼンタの紫外線硬化型インクのインク滴を吐出することが可能になっている。有色インク用ヘッド３２ｃは、シアンの紫外線硬化型インクのインク滴を吐出することが可能になっている。有色インク用ヘッド３２ｋは、ブラックの紫外線硬化型インクのインク滴を吐出することが可能になっている。白インク用ヘッド３６は、白色の紫外線硬化型インクのインク滴を吐出するインクジェットヘッドになっている。
【００３７】
クリアインク用ヘッド３８は、紫外線硬化型のクリアインクのインク滴を吐出するインクジェットヘッドになっている。このクリアインクとは、透明色であるクリア色のインクであり、無色透明のインクになっている。このクリアインクは、紫外線硬化型の樹脂を含み、且つ、着色剤を含まないインクになっている。
【００３８】
造形材用ヘッド３４は、立体物５を形成するための流動性を有する造形材として用いる紫外線硬化型インクのインク滴を吐出するインクジェットヘッドになっている。この造形材用ヘッド３４は、所定の色の造形用インク（ＭＯ）のインク滴を吐出することが可能になっている。造形用インクとしては、例えば、白色のインク、またはクリアインク等を用いてもよい。
【００３９】
サポート材用ヘッド４０は、サポート６（図１参照）のサポート材を含むインク滴を吐出するインクジェットヘッドになっている。この場合におけるサポート材としては、立体物５の造形後に水で溶解可能な水溶性の材料を用いることが好ましい。なお、サポート材としては、サポート６用の公知の材料を適宜用いてもよい。また、サポート材用ヘッド４０は、有色インク用ヘッド３２ｙ〜３２ｋ、白インク用ヘッド３６、クリアインク用ヘッド３８、及び造形材用ヘッド３４に対し、副走査方向における位置を揃えて、主走査方向へ並んで配設される。
【００４０】
上記各ヘッドは、それぞれ所定のインク流通経路を介して、不図示のインク供給源に接続されている。インク供給源は、例えば三次元造形装置１０に対して着脱可能なカートリッジ型であってもよいし、三次元造形装置１０の外部に装着される構成であってもよい。各ヘッドには、インク供給源からインク流通経路を流通してインクが供給される。インク流通経路は、例えば不図示のサブタンクを有してもよい。
【００４１】
なお、有色インク用ヘッド３２ｙ〜３２ｋ、白インク用ヘッド３６、クリアインク用ヘッド３８、造形材用ヘッド３４、及びサポート材用ヘッド４０としては、例えば、公知のインクジェットヘッドを好適に用いることができる。これらのインクジェットヘッドは、造形台１６（図１参照）と対向する面に、複数のノズルＮＺが副走査方向へ並ぶノズル列ＮＬを有する。それぞれのインクジェットヘッドにおけるノズル列ＮＬは、並び方向が同一で、且つ、互いに平行になる。また、主走査動作時において、ノズルＮＺが並ぶ方向と直交する主走査方向へ移動しつつ、Ｚ方向へインク滴をそれぞれ吐出する。
【００４２】
複数の紫外線光源４４は、紫外線硬化型インクを硬化させる紫外線の光源であり、紫外ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、メタルハライドランプ、水銀ランプ等が用いられる。複数の紫外線光源４４のそれぞれは、間に有色インク用ヘッド３２ｙ〜３２ｋ、白インク用ヘッド３６、クリアインク用ヘッド３８、造形材用ヘッド３４、及びサポート材用ヘッド４０を挟むように、吐出ユニット１２における主走査方向の一端側及び他端側のそれぞれに配設される。本実施形態の三次元造形装置１０では、紫外線光源４４としてＵＶ１とＵＶ２とが設けられており、ＵＶ１は、主走査方向（Ｙ方向）における吐出ユニット１２の一端側に配設されており、ＵＶ２は、主走査方向（Ｙ方向）における吐出ユニット１２の他端側に配設されている。紫外線光源４４は、照度を調整可能である。また、紫外線光源４４は、互いに異なる複数の波長の紫外線を照射可能である。
【００４３】
平坦化ローラユニット５０は、立体物５の造形中に形成される紫外線硬化型インクの層を平坦化するための構成である。平坦化ローラユニット５０は、有色インク用ヘッド３２ｙ〜３２ｋ、白インク用ヘッド３６、クリアインク用ヘッド３８、造形材用ヘッド３４、及びサポート材用ヘッド４０の並びと、吐出ユニット１２の他端側に配設される紫外線光源４４であるＵＶ２との間に配設される。これにより、平坦化ローラユニット５０は、有色インク用ヘッド３２ｙ〜３２ｋ、白インク用ヘッド３６、クリアインク用ヘッド３８、造形材用ヘッド３４、及びサポート材用ヘッド４０の並びに対して、副走査方向の位置を揃えて、主走査方向へ並べて配設される。この平坦化ローラユニット５０は、吐出ユニット１２に対して上下方向に移動可能に吐出ユニット１２に設けられている。平坦化ローラユニット５０は、キャリッジ２２と共に主走査方向（図中のＹ方向）へ移動して流動可能な状態の造形材における余剰造形材を掻き取るための回転自在な平坦化ローラ５１と、平坦化ローラ５１により掻き取られた余剰造形材を回収する余剰造形材回収機構５２（図１参照）と、を有している。
【００４４】
また、三次元造形装置１０は、測定部６０及び温調部７０を有している。測定部６０は、立体物５が形成される周囲の温度である環境温度を測定する。測定部６０は、吐出ユニット１２に設けられてもよいし、造形台１６に設けられてもよい。測定部６０は、環境温度として、例えば空間Ｓの雰囲気の温度や、各ヘッドのインクの温度、造形台１６の支持面１６ａの温度等を測定してもよい。また、測定部６０は、異なる複数箇所の温度を測定してもよい。測定部６０は、測定結果を制御部１８に送信する。温調部７０は、吐出ユニット１２のうち、例えば各ヘッドを含むインクの供給経路の温度を調整可能である。
【００４５】
制御部１８は、三次元造形装置１０の各部を制御する装置になっており、各種処理を実行するコントローラとして機能するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）や、各種情報を記憶するメモリとして機能するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等を有している。制御部１８は、造形すべき立体物５の形状情報や、カラー画像情報等に基づいて三次元造形装置１０の各部を制御することにより、立体物５を造形するための造形動作の制御を行う。
【００４６】
図３は、制御部１８の構成を示す機能ブロック図である。図３に示すように、制御部１８は、入力部８１と、出力部８２と、処理部８３と、記憶部８４とを備えている。入力部８１は、パーソナルコンピュータ等の不図示の外部装置からのデータや、測定部６０による測定結果等が入力される。出力部８２は、造形動作を制御する制御信号等を出力する。
【００４７】
処理部８３は、駆動制御部８６と、ヘッド制御部８７と、造形条件設定部８８とを有している。駆動制御部８６は、吐出ユニット１２及び造形台１６の移動を制御する。吐出ユニット制御部８７は、有色インク用ヘッド３２ｙ〜３２ｋ、白インク用ヘッド３６、クリアインク用ヘッド３８、造形材用ヘッド３４、及びサポート材用ヘッド４０の各ヘッドの吐出動作に加えて、紫外線光源４４の動作、平坦化ローラユニット５０の動作等を制御する。
【００４８】
造形条件設定部８８は、造形動作における造形条件を設定する。造形条件は、例えば、紫外線光源４４から照射される紫外線の照度や、サポート材と造形材との間の隙間の大きさ、クリアインク用ヘッド３８から吐出されるクリアインクの吐出量、平坦化ローラユニット５０の平坦化ローラ５１の回転速度、各ヘッドを含むインクの流通経路の温度、紫外線光源４４から照射される紫外線の波長等が挙げられる。
【００４９】
造形条件設定部８８は、照度設定部８９と、ドット数設定部９０と、吐出量設定部９１と、ローラ回転速度設定部９２と、インク経路温度設定部９３と、波長設定部９４とを有している。照度設定部８９は、紫外線光源４４に設けられる各発光チップの出力を調整することにより、紫外線光源４４から照射される紫外線の照度を設定する。
【００５０】
ドット数設定部９０は、例えば測定部６０の測定結果が所定の温度よりも高い場合、サポート材と造形材との間に少なくとも造形材ドット１個分の隙間を空けるようにする。所定の温度については、例えば実験やシミュレーション等に基づいて適宜設定可能である。また、この場合、ドット数設定部９０は、測定部６０の測定結果に応じて、隙間の大きさを設定する。なお、ドット数設定部９０は、隙間の大きさを、造形材のドットの個数として設定してもよい。
【００５１】
吐出量設定部９１は、測定部６０の測定結果が所定の温度よりも高い場合に、造形材を吐出する部分にクリア材用ヘッド３８によってクリアインクを吐出させる。また、吐出量設定部９１は、測定部６０の測定結果に応じて、造形材に加えるクリアインクの吐出量を設定する。
【００５２】
ローラ回転速度設定部９２は、測定部６０の測定結果に応じて、平坦化ローラユニット５０の平坦化ローラ５１の回転速度を設定する。インク経路温度設定部９３は、測定部６０の測定結果に応じて温調部７０を制御することにより、各ヘッドを含むインクの流通経路の温度を設定する。波長設定部９４は、紫外線光源４４に設けられ複数種類の波長に対応する複数の発光チップのうち発光させる発光チップを選択することにより、紫外線光源４４から照射される紫外線の波長を設定する。
【００５３】
記憶部８４は、照度データ記憶部９５と、ドット数データ記憶部９６と、吐出量データ記憶部９７と、回転速度データ記憶部９８と、経路温度データ記憶部９９と、波長データ記憶部１００とを有している。図４は、記憶部８４に記憶されるデータの一例を示すデータテーブルである。図４に示すように、記憶部８４の各部には、測定部６０によって測定された環境温度の温度データＤＴに対応するデータが記憶されている。例えば、環境温度の温度データＤＴのうち、環境温度Ｔ１は、造形動作の初期状態における温度であるとする。
【００５４】
照度データ記憶部９５は、温度データＤＴに対応する照度データＤＥを記憶する。照度データＤＥは、紫外線光源４４から照射される紫外線の照度のデータである。照度データ記憶部９５は、環境温度が高いほど照度が高くなるように、温度データＤＴと照度データＤＥとを対応付けて記憶する。
【００５５】
ドット数データ記憶部９６は、温度データＤＴに対応するドット数データＤＤを記憶する。ドット数データＤＤは、サポート材と造形材との間に形成される隙間の大きさに関するデータである。ドット数データＤＤは、当該隙間の大きさが造形材のドット数で表されている。つまり、三次元造形装置１０に入力される三次元形状のデータのうち、二次元データにおいて造形材を吐出ドット数で表したデータである。ドット数データ記憶部９６は、環境温度が高いほどドット数が多くなるように、温度データＤＴとドット数データＤＤとを対応付けて記憶する。なお、環境温度Ｔ１に対応するドット数Ｄ１は、例えば０とすることができる。また、所定の温度を例えば環境温度Ｔ２とし、これに対応するドット数Ｄ２は、例えば０よりも大きい値に設定することができる。
【００５６】
吐出量データ記憶部９７は、温度データＤＴに対応する吐出量データＤＱを記憶する。吐出量データＤＱは、クリアインク用ヘッド３８から吐出されるクリアインクの吐出量のデータである。吐出量データ記憶部９７は、環境温度が高いほど造形材に加えるクリアインクの吐出量が多くなるように、温度データＤＴと照度データＤＥとを対応付けて記憶する。なお、環境温度Ｔ１に対応する吐出量Ｑ１は、例えば０とすることができる。また、所定の温度を例えば環境温度Ｔ２とし、吐出量Ｑ２、Ｑ３、…Ｑｎを０よりも大きい値に設定することができる。
【００５７】
回転速度データ記憶部９８は、温度データＤＴに対応する回転速度データＤＲを記憶する。回転速度データＤＲは、平坦化ローラユニット５０の平坦化ローラ５１の回転速度のデータである。回転速度データ記憶部９８は、環境温度が高いほど平坦化ローラ５１の回転速度が高くなるように、温度データＤＴと回転速度データＤＲとを対応付けて記憶する。
【００５８】
経路温度データ記憶部９９は、温度データＤＴに対応する経路温度データＤＨを記憶する。経路温度データＤＨは、各ヘッドを含むインクの流通経路の温度のデータである。経路温度データ記憶部９９は、環境温度が高いほど流通経路の温度が高くなるように、温度データＤＴと経路温度データＤＨとを対応付けて記憶する。
【００５９】
波長データ記憶部１００は、温度データＤＴに対応する波長データＤＷを記憶する。波長データＤＷは、紫外線光源４４から照射される紫外線の波長のデータである。波長データ記憶部１００は、環境温度が高いほど紫外線の波長が短くなるように、温度データＤＴと波長データＤＷとを対応付けて記憶させる。
【００６０】
次に、上記の三次元造形装置１０の動作を説明する。図５は、三次元造形装置１０の動作の一例を示すフローチャートである。図５に示すように、制御部１８は、ステップＳ１０として、外部装置から入力した三次元データが入力される。制御部１８は、入力された三次元データに基づいて、初期の造形条件を設定し（ステップＳ２０）、当該造形条件に従って造形動作を行わせる（ステップＳ３０）。例えば、制御部１８は、記憶部８４のうち環境温度がＴ１となる場合の造形条件が、照度Ｅ１、ノズル列０列、吐出量Ｑ１、回転速度Ｒ１、経路温度Ｈ１、波長ＤＷとなるように設定する。
【００６１】
制御部１８は、造形動作を行っている最中において、測定部６０の測定結果に基づいて造形条件を更新し（ステップＳ４０）、更新後の造形条件で造形動作を実行させる（ステップＳ５０）。この場合、更新対象となる造形条件は、紫外線光源４４から照射される紫外線の照度や、サポート材と造形材との間の隙間の大きさ、クリアインク用ヘッド３８から吐出されるクリアインクの吐出量、平坦化ローラユニット５０の平坦化ローラ５１の回転速度、各ヘッドを含むインクの流通経路の温度、紫外線光源４４から照射される紫外線の波長である。
【００６２】
図６から図１１は、造形条件を変更する前後の造形動作を比較して示す図である。図６は、紫外線の照度を変更する場合の例を示している。図６の上側は、造形動作を開始して間もない場合（環境温度Ｔ１）の例を示している。この場合、紫外線光源４４は、造形台１６の支持面１６ａに着弾した造形材５ａに対して、照度Ｅ１の紫外線を照射する。
【００６３】
この状態から、例えば環境温度が上昇し、測定部６０の測定結果がＴｎ（Ｔｎ＞Ｔ１）となった場合、照度設定部８９は、照度データ記憶部９５から環境温度Ｔｎに対応する照度Ｅｎを抽出する。その後、照度設定部８９は、抽出した照度Ｅｎを新たな造形条件として更新する。造形条件が更新された場合、図６の下側に示すように、支持面１６ａに着弾した造形材５ａに対しては、更新前と比べて、紫外線光源４４から高い照度の紫外線が照射される。
【００６４】
ここで、環境温度が高くなると、支持面１６ａに着弾した造形材５ａの内部の硬化速度が上昇する。一方、本発明者は、支持面１６ａに着弾した造形材５ａの表面の硬化が空気中の酸素によって阻害されるため、当該表面の硬化速度が低くなることを見出した。これに対して、本実施形態では、環境温度の上昇前に比べて紫外線光源４４から高い照度の紫外線が照射されるため、着弾された造形材５ａの表面の硬化速度が高くなり、造形材５ａの表面と内部との間で硬化速度に差がつくことを抑制できる。このため、立体物５の反りが抑制される。
【００６５】
図７は、支持面１６ａに吐出するサポート材及び造形材の位置を示す二次元データ１０１の一例である。図７の上側は、造形動作を開始して間もない場合（環境温度Ｔ１）の例を示している。ドット数設定部９０は、造形動作を開始した後、測定部６０の測定結果が所定の温度よりも高いか否かを判断する。例えば初期状態である環境温度Ｔ１のように所定の温度（例えばＴ２）よりも低い場合、ドット数設定部９０は、二次元データ１０１において、サポート材を吐出するドット領域Ｄｓと、造形材を吐出するドット領域Ｄｍとが隣り合って配置される場合、ドット領域Ｄｓとドット領域Ｄｍとの間の隙間の大きさをＤ１、つまりドット０個分とする。このため、環境温度Ｔ１においては、サポート材と造形材とが接した状態で配置される。
【００６６】
一方、環境温度Ｔｎ（Ｔｎ＞Ｔ１）が所定の温度（例えばＴ２）よりも高い場合、ドット数設定部９０は、サポート材と造形材との間に少なくとも造形材側にドット１個分の隙間を空けるようにする。つまり、図７の下側に示すように、本来であれば造形材を吐出すべきドット位置に造形材を吐出しないようにする。このため、二次元データ１０１には、サポート材のドット領域Ｄｓと造形材のドット領域Ｄｍとの間に、空白のドット領域Ｄｅが設定される。次に、ドット数設定部９０は、空白のドット領域Ｄｅのドット数を設定する。この場合、ドット数設定部９０は、ドット数データ記憶部９６から環境温度Ｔｎに対応するドット数Ｄｎを抽出する。その後、ドット数設定部９０は、抽出したドット数Ｄｎを新たな造形条件として更新する。造形条件が更新された場合、図７の下側に示すように、サポート材と造形材との間に造形材のドットＤｎ個分（図７の下側の例ではドット１個分）の空白のドット領域Ｄｅが形成される。
【００６７】
ここで、環境温度が高くなると、支持面１６ａに着弾した造形材５ａの広がりが大きくなる。本実施形態では、測定部６０の測定結果が高温であるほど、サポート材と造形材との隙間を大きくするため、着弾した造形材がサポート材側に広がって混合されることを抑制できる。なお、環境温度が高くなる場合の広がりは、サポート材よりも造形材の方が大きい。このため、本実施形態では、ドット数設定部９０は、造形材側の吐出部分を削ることにより、造形材とサポート材との混合をより確実に抑制することができる。
【００６８】
図８は、クリアインク用ヘッド３８から吐出されるクリアインクの吐出量を変更する場合の例を示している。図８の上側は、造形動作を開始して間もない場合（環境温度Ｔ１）の例を示している。この場合、図８の上側に示すように、例えば造形台１６の支持面１６ａのうち図中左右方向の端部には、立体物５の下層部分が１層分形成される。このうち、左右方向の端部には、カラーインク部５ＣＬ及びクリアインク部５Ｔの混合物が形成される。この混合部分５ＣＬ、５Ｔは、下層部分の表層部となる。また、混合部分５ＣＬ、５Ｔの間には、造形部５ＭＯが形成される。吐出量設定部９１は、造形動作を開始した後、測定部６０の測定結果が所定の温度よりも高いか否かを判断する。例えば初期状態である環境温度Ｔ１のように所定の温度よりも低い場合、吐出量設定部９１は、造形部５ＭＯを吐出する部分にクリアインクを吐出させないようにする。このため、環境温度Ｔ１においては、造形部５ＭＯは、全体が造形材から構成される。
【００６９】
一方、環境温度Ｔｎ（Ｔｎ＞Ｔ１）が所定の温度（例えばＴ２）よりも高い場合、吐出量設定部９１は、造形材５ＭＯを吐出する部分にクリア材用ヘッド３８によってクリアインクを吐出させる。所定の温度については、例えば実験やシミュレーション等に基づいて適宜設定可能である。次に、吐出量設定部９１は、測定部６０の測定結果に応じて、造形材５ＭＯに加えるクリアインクの吐出量を設定する。この場合、ドット数設定部９０は、吐出量データ記憶部９７から環境温度Ｔｎに対応する吐出量Ｑｎを抽出する。その後、吐出量設定部９１は、抽出した吐出量Ｑｎを新たな造形条件として更新する。造形条件が更新された場合、図８の下側に示すように、造形材５ＭＯを吐出する部分にクリアインク５Ｔが吐出される。このため、左右両側のカラーインク部５ＣＬ及びクリアインク部５Ｔの間の部分には、造形材５ＭＯとクリアインク５Ｔとが合計の体積分だけ配置される。
【００７０】
ここで、環境温度が高くなると、支持面１６ａに着弾した造形材５ａの広がりが大きくなる。同一堆積の造形材５ａを吐出した場合であっても積層高さが低くなってしまう。これに対して、本実施形態では、造形材５ＭＯを配置する部分にクリアインクを加えて吐出するため、当該部分の積層高さを確保できる。
【００７１】
図９は、平坦化ローラユニット５０の平坦化ローラ５１の回転速度を変更する場合の例を示している。図９の上側は、造形動作を開始して間もない場合（環境温度Ｔ１）の例を示している。この場合、造形台１６の支持面１６ａに着弾した造形材５ａの上部に対して、平坦化ローラユニット５０の平坦化ローラ５１が所定の回転速度で回転しつつ通過している。
【００７２】
この状態から、例えば環境温度が上昇し、測定部６０の測定結果がＴｎ（Ｔｎ＞Ｔ１）となった場合、ローラ回転速度設定部９２は、回転速度データ記憶部９８から環境温度Ｔｎに対応する回転速度Ｒｎを抽出する。その後、ローラ回転速度設定部９２は、抽出した回転速度Ｒｎを新たな造形条件として更新する。造形条件が更新された場合、図８の下側に示すように、支持面１６ａに着弾した造形材５ａの上部に対して、更新前に比べて、平坦化ローラユニット５０の平坦化ローラ５１が高い回転速度で回転しつつ通過する。
【００７３】
ここで、環境温度が高くなると、支持面１６ａに着弾した造形材５ａは、粘度が高くなる。造形材５ａの粘度が高くなると、平坦化ローラ５１に粘着しやすくなり、平坦化ローラ５１の移動に伴って造形材５ａが引きずられやすくなる。これに対して、本実施形態では、測定結果が高温であるほど平坦化ローラ５１の回転速度が速くなるため、平坦化ローラ５１が造形材５ａに粘着しにくくなる。これにより、造形材５ａの引きずりを抑制することができる。
【００７４】
図１０は、各ヘッドを含むインクの流通経路の温度を変更する場合のグラフを示している。図１０のグラフの横軸は造形開始からの時間を示し、グラフの縦軸は温度を示している。なお、図１０のグラフは一例であり、これに限定するものではない。図１０において、線ＴＳは環境温度の変化を示し、線ＴＱは支持面１６ａに着弾した造形材の着弾後の温度を示し、線ＴＨは造形材の流通経路の一部である造形材用ヘッド３４の温度を示す。
【００７５】
図１０の線ＴＳに示すように、三次元造形装置１０により造形動作を行う場合、紫外線光源４４の発熱等により、造形開始からの時間の経過に伴い、環境温度が上昇する。この状態で造形材の流通経路の温調を行わない場合、着弾後の造形材の温度は環境温度の上昇に伴って上昇する。これに対して、本実施形態では、インク経路温度設定部９３は、線ＴＱ及び線ＴＨに示すように、環境温度の上昇に応じて造形材用ヘッド３４の温度を下降させることにより、着弾後の造形材の温度を一定となるように制御する。このため、環境温度が上昇する場合であっても、着弾後の造形材の粘度等の状態が変化することを抑制できる。
【００７６】
ここで、環境温度が高くなると、支持面１６ａに着弾した造形材５ａは、粘度が高くなる。造形材５ａの粘度が高くなると、平坦化ローラ５１に粘着しやすくなり、平坦化ローラ５１の移動に伴って造形材５ａが引きずられやすくなる。これに対して、本実施形態では、測定結果が高温であるほど平坦化ローラ５１の回転速度が速くなるため、平坦化ローラ５１が造形材５ａに粘着しにくくなる。これにより、造形材５ａの引きずりを抑制することができる。
【００７７】
図１１は、紫外線の波長を変更する場合の例を示している。図１１の上側は、造形動作を開始して間もない場合（環境温度Ｔ１）の例を示している。紫外線光源４４は、造形台１６の支持面１６ａに着弾した造形材５ａに対して、波長λ１の紫外線を照射する。
【００７８】
この状態から、例えば環境温度が上昇し、測定部６０の測定結果がＴｎ（Ｔｎ＞Ｔ１）となった場合、波長設定部９４は、波長データ記憶部１００から環境温度Ｔｎに対応する波長λｎを抽出する。その後、波長設定部９４は、抽出した波長λｎを新たな造形条件として更新する。造形条件が更新された場合、図１１の下側に示すように、支持面１６ａに着弾した造形材５ａに対しては、更新前と比べて、紫外線光源４４から短い波長の紫外線が照射される。
【００７９】
ここで、環境温度が高くなると、支持面１６ａに着弾した造形材５ａの内部の硬化速度が上昇する。一方、本発明者は、支持面１６ａに着弾した造形材５ａの表面の硬化が空気中の酸素によって阻害されるため、当該表面の硬化速度が低くなることを見出した。これに対して、本実施形態では、環境温度の上昇前に比べて紫外線光源４４から短い波長の紫外線が照射されるため、着弾された造形材５ａの表面の硬化速度が高くなり、造形材５ａの表面と内部との間で硬化速度に差がつくことを抑制できる。このため、立体物５の反りが抑制される。
【００８０】
以上の造形条件の変更は、１種類についてのみ行ってもよいし、複数種類について行ってもよい。
【００８１】
その後、制御部１８は、造形動作を終了させるか否かの判断を行う（ステップＳ６０）。制御部１８は、造形動作を終了させると判断した場合（ステップＳ６０のＹｅｓ）、各部の動作を停止させて造形動作を終了させる（ステップＳ７０）。また、制御部１８は、造形動作を終了させないと判断した場合（ステップＳ６０のＮｏ）、ステップＳ４０以降の動作を繰り返し行わせる。
【００８２】
以上のように、本実施形態に係る三次元造形装置１０は、造形動作を行っている最中に、立体物５の周囲の温度に応じて造形条件を更新し、更新後の造形条件で造形動作を行うため、吐出されたインクが着弾する際の表面状態にムラが形成されることを抑制できる。これにより、立体物５を精度良く形成することができる。
【００８３】
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。例えば、上記実施形態では、ドット数設定部９０が、隙間の大きさ、つまりドット数を設定する際に、造形材側に少なくともドット１個分の隙間を形成する場合を例に挙げて説明したが、これに限定するものではない。例えば、ドット数設定部９０は、サポート材側に少なくともドット１個分の隙間を形成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８４】
５  立体物
６  サポート
１０  三次元造形装置
１２  吐出ユニット
１４  主走査駆動部
１６  造形台
１８  制御部
２２  キャリッジ
２４  ガイドレール
３２ｃ，３２ｋ，３２ｍ，３２ｙ  有色インク用ヘッド
３４  造形材用ヘッド
３６  白インク用ヘッド
３８  クリアインク用ヘッド
４０  サポート材用ヘッド
４４  紫外線光源
５０  平坦化ローラユニット，平坦化ローラ
５１  平坦化ローラ
５２  余剰造形材回収機構
６０  測定部
８１  入力部
８２  出力部
８３  処理部
８４  記憶部
８６  駆動制御部
８７  ヘッド制御部
８８  造形条件設定部
８９  照度設定部
９０  ドット数設定部
９１  吐出量設定部
９２  ローラ回転速度設定部
９３  インク経路温度設定部
９４  波長設定部
９５  照度データ記憶部
９６  ドット数データ記憶部
９７  吐出量データ記憶部
９８  回転速度データ記憶部
９９  経路温度データ記憶部
１００  波長データ記憶部
１０１  二次元データ
ＤＥ  照度データ
ＤＨ  経路温度データ
ＤＤ  ドット数データ
ＤＱ  吐出量データ
ＤＲ  回転速度データ
ＤＴ  温度データ
ＤＷ  波長データ
【図１】
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【図２】
2018024156.tif 000004
【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】
2018024156.tif 000009
【図８】
2018024156.tif 000010
【図９】
2018024156.tif 000011
【図１０】
2018024156.tif 000012
【図１１】
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