(57)【要約】      （修正有）【課題】複数のノズルを有する吐出ヘッドを備える三次元造形装置において、成形精度を向上させる技術の提供。【解決手段】造形材からなる材料層が形成される造形ステージＳと、造形ステージＳ上に液状の造形材を吐出して材料層を形成する積層部２０と、材料層に硬化処理を行う硬化部４０と、造形ステージＳと積層部２０及び硬化部４０とを相対的に移動させる移動機構６０とを有する三次元造形装置。積層部２０は、造形ステージＳに対して、複数のノズルから造形材を吐出する吐出ヘッド２１，２２を有し、吐出ヘッドが、一層毎に、造形ステージＳ上の立体物形成範囲に造形材を吐出して立体物を構成する材料層を形成し、立体物形成範囲とは異なる予備吐出範囲に全てのノズルから造形材を吐出し、使用されていないノズルのノズル詰まり等の吐出不良が抑制され、従がって、吐出不良に起因して立体物の成形精度の低下を抑制できる三次元造形装置。【選択図】図２
2018094876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形材を積層して立体物を形成する三次元造形装置であって、
造形材からなる材料層が形成される造形ステージと、
前記造形ステージ上に液状の前記造形材を吐出して前記材料層を形成する積層部と、
前記造形ステージ上の前記材料層に硬化処理を行う硬化部と、
前記造形ステージと、前記積層部および前記硬化部とを、搬送方向に相対的に移動させる移動機構と、
を有し、
前記積層部は、
搬送方向に相対的に移動する前記造形ステージに対して、幅方向に配列された複数のノズルから前記造形材を吐出する、１つ以上の吐出ヘッド
を有し、
前記吐出ヘッドはそれぞれ、一層ごとに、前記造形ステージ上の所定の搬送方向範囲である立体物形成範囲に前記造形材を吐出して、前記立体物を構成する前記材料層を形成するとともに、前記立体物形成範囲とは異なる前記造形ステージ上の搬送方向範囲である予備吐出範囲において前記吐出ヘッドの全ての前記ノズルから前記造形材を吐出する、三次元造形装置。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元造形装置であって、
前記吐出ヘッドはそれぞれ、前記材料層の各層の吐出時に、前記立体物形成範囲における前記造形材の吐出の前に、前記予備吐出範囲における前記造形材の吐出を行う、三次元造形装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の三次元造形装置であって、
前記吐出ヘッドを複数有し、
複数の前記吐出ヘッドは、
複数の前記ノズルから液状のモデル材を吐出する、モデル材吐出ヘッドと、
複数の前記ノズルから液状のサポート材を吐出する、サポート材吐出ヘッドと、
を含み、
前記予備吐出範囲は、モデル材予備吐出範囲およびサポート材予備吐出範囲を含み、
前記モデル材吐出ヘッドは、前記モデル材予備吐出範囲に全ての前記ノズルから前記モデル材の吐出を行い、
前記サポート材吐出ヘッドは、前記サポート材予備吐出範囲に全ての前記ノズルから前記サポート材の吐出を行う、三次元造形装置。
【請求項４】
請求項３に記載の三次元造形装置であって、
前記モデル材予備吐出範囲と、前記サポート材予備吐出範囲とは、搬送方向に隣り合って配置される、三次元造形装置。
【請求項５】
請求項３に記載の三次元造形装置であって、
前記モデル材予備吐出範囲は、搬送方向の両側に配置された２つの前記サポート材予備吐出範囲と、搬送方向に隣り合って配置される、三次元造形装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の三次元造形装置であって、
前記造形材は、エネルギー硬化型の材料であり、
前記硬化部は、前記造形ステージ上の前記造形材に対してエネルギー線を照射する、三次元造形装置。
【請求項７】
請求項６の三次元造形装置であって、
前記造形材は、紫外線硬化型の材料であり、
前記硬化部は、前記造形ステージ上の前記造形材に対して紫外線を照射する、三次元造形装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかの三次元造形装置であって、
前記造形ステージ上に形成された硬化前の前記材料層を平坦化するローラ
をさらに有する、三次元造形装置。
【請求項９】
積層部および硬化部を有する三次元造形装置により造形ステージ上に立体物を形成する三次元造形方法であって、
前記積層部は、
搬送方向に相対的に移動する前記造形ステージに対して、幅方向に配列された複数のノズルから液状の造形材を吐出する吐出ヘッド
を有し、
Ａ）前記積層部が、前記吐出ヘッドから前記造形ステージに向けて、液状の前記造形材を吐出する工程と、
Ｂ）前記硬化部が、前記造形ステージ上の液状の前記造形材を硬化する工程と、
を繰り返し行い、
前記工程Ａ）は、
ｐ）前記造形ステージ上の所定の搬送方向範囲である予備吐出範囲に、前記吐出ヘッドの全ての前記ノズルから前記造形材を吐出する工程と、
ｑ）前記予備吐出範囲とは異なる前記造形ステージ上の所定の搬送方向範囲である立体物造形領域に前記吐出ヘッドから前記造形材を吐出して、前記立体物を構成する材料層を形成する工程と、
を含む、三次元造形方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の三次元造形方法であって、
前記工程Ａ）において、前記工程ｑ）は、前記工程ｐ）の後に行われる、三次元造形方法。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載の三次元造形方法であって、
前記吐出ヘッドは、
複数の前記ノズルから液状のモデル材を吐出する、モデル材吐出ヘッドと、
複数の前記ノズルから液状のサポート材を吐出する、サポート材吐出ヘッドと、
を含み、
前記工程Ａ）は、
Ａ１）前記モデル材吐出ヘッドから前記造形ステージに向けて、液状の前記モデル材を吐出する工程と、
Ａ２）前記サポート材吐出ヘッドから前記造形ステージに向けて、液状の前記サポート材を吐出する工程と、
の少なくとも一方を含み、
前記工程Ａ１）は、
ｐ１）前記予備吐出範囲であるモデル材予備吐出範囲に、前記モデル材吐出ヘッドの全ての前記ノズルから前記モデル材を吐出する工程と、
ｑ１）前記立体物造形領域に、前記モデル材吐出ヘッドから前記モデル材を吐出して、前記立体物を構成する前記材料層を形成する工程と、
を含み、
前記工程Ａ２）は、
ｐ２）前記予備吐出範囲であってモデル材予備吐出範囲とは異なる搬送方向範囲であるサポート材予備吐出範囲に、前記サポート材吐出ヘッドの全ての前記ノズルから前記サポート材を吐出する工程と、
ｑ２）前記立体物造形領域に、前記サポート材吐出ヘッドから前記サポート材を吐出して、前記立体物を構成する前記材料層を形成する工程と、
を含む、三次元造形方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の三次元造形方法であって、
前記モデル材予備吐出範囲と、前記サポート材予備吐出範囲とは、搬送方向に隣り合って配置される、三次元造形方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の三次元造形方法であって、
前記モデル材予備吐出範囲は、搬送方向の両側に配置された２つの前記サポート材予備吐出範囲と、搬送方向に隣り合って配置される、三次元造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形材を積層して立体物を形成する三次元造形装置および三次元造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、３Ｄプリンティング等の三次元造形技術が急速に普及している。三次元造形により得られる造形物は、例えば、工業製品の試作品、展示品、医療用模型などに利用される。三次元造形の方式としては、インクジェット方式、光造形方式、粉末方式等が知られている。
【０００３】
一般的に、インクジェット方式の三次元造形装置は、吐出ヘッドから造形材料を吐出することで材料層を形成し、当該材料層を積み重ねることで、指定された立体形状の造形物を製造する。具体的には、造形ステージ上に紫外線硬化型の造形材を吐出することで材料層を形成する。そして、当該材料層に紫外線を照射することで、材料層を硬化させる。このような、造形材の吐出処理および照射部による紫外線照射処理を繰り返すことで、造形ステージ上に造形物が形成される。インクジェット方式の三次元造形技術については、例えば、特許文献１に記載される。
【０００４】
特許文献１に記載の三次元造形装置は、最終的に得られる最終造形物となるモデル材を吐出するモデル材吐出ヘッドと、最終造形物を支持するサポート部を形成するサポート材を吐出するサポート材吐出ヘッドと、液状のモデル材または液状のサポート材に紫外光を照射して硬化させるＵＶランプとを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１５０８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の三次元造形装置では、モデル材吐出ヘッドや、サポート材吐出ヘッドは、モデル材やサポート材のような造形材を複数のノズルから吐出する。このような三次元造形装置では、形成する造形物の形状によっては、長時間使用されないノズルがある。長時間ノズルからの吐出がないと、当該ノズル内において液状の造形材が乾燥し、吐出不良が生じたり、吐出された造形材の濃度が濃くなる等の問題が生じる虞がある。そして、これにより、最終造形物の成形精度が低下する虞がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、複数のノズルを有する吐出ヘッドを備える三次元造形装置において、成形精度を向上させる技術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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本願の第１発明は、造形材を積層して立体物を形成する三次元造形装置であって、造形材からなる材料層が形成される造形ステージと、前記造形ステージ上に液状の前記造形材を吐出して前記材料層を形成する積層部と、前記造形ステージ上の前記材料層に硬化処理を行う硬化部と、前記造形ステージと、前記積層部および前記硬化部とを、搬送方向に相対的に移動させる移動機構と、を有する。前記積層部は、搬送方向に相対的に移動する前記造形ステージに対して、幅方向に配列された複数のノズルから前記造形材を吐出する、１つ以上の吐出ヘッドを有する。前記吐出ヘッドはそれぞれ、一層ごとに、前記造形ステージ上の所定の搬送方向範囲である立体物形成範囲に前記造形材を吐出して、前記立体物を構成する前記材料層を形成するとともに、前記立体物形成範囲とは異なる前記造形ステージ上の搬送方向範囲である予備吐出範囲において前記吐出ヘッドの全ての前記ノズルから前記造形材を吐出する。
【０００９】
本願の第２発明は、第１発明の請求項１に記載の三次元造形装置であって、前記吐出ヘッドはそれぞれ、前記材料層の各層の吐出時に、前記立体物形成範囲における前記造形材の吐出の前に、前記予備吐出範囲における前記造形材の吐出を行う。
【００１０】
本願の第３発明は、第１発明または第２発明の三次元造形装置であって、前記吐出ヘッドを複数有する。複数の前記吐出ヘッドは、複数の前記ノズルから液状のモデル材を吐出する、モデル材吐出ヘッドと、複数の前記ノズルから液状のサポート材を吐出する、サポート材吐出ヘッドと、を含む。前記予備吐出範囲は、モデル材予備吐出範囲およびサポート材予備吐出範囲を含む。前記モデル材吐出ヘッドは、前記モデル材予備吐出範囲に全ての前記ノズルから前記モデル材の吐出を行い、前記サポート材吐出ヘッドは、前記サポート材予備吐出範囲に全ての前記ノズルから前記サポート材の吐出を行う。
【００１１】
本願の第４発明は、第３発明の三次元造形装置であって、前記モデル材予備吐出範囲と、前記サポート材予備吐出範囲とは、搬送方向に隣り合って配置される。
【００１２】
本願の第５発明は、第３発明の三次元造形装置であって、前記モデル材予備吐出範囲は、搬送方向の両側に配置された２つの前記サポート材予備吐出範囲と、搬送方向に隣り合って配置される。
【００１３】
本願の第６発明は、第１発明ないし第５発明のいずれかの三次元造形装置であって、前記造形材は、エネルギー硬化型の材料である。前記硬化部は、前記造形ステージ上の前記造形材に対してエネルギー線を照射する。
【００１４】
本願の第７発明は、第６発明の三次元造形装置であって、前記造形材は、紫外線硬化型の材料である。前記硬化部は、前記造形ステージ上の前記造形材に対して紫外線を照射する。
【００１５】
本願の第８発明は、第１発明ないし第７発明のいずれかの三次元造形装置であって、前記造形ステージ上に形成された硬化前の前記材料層を平坦化するローラをさらに有する。
【００１６】
本願の第９発明は、積層部および硬化部を有する三次元造形装置により造形ステージ上に立体物を形成する三次元造形方法である。前記積層部は、搬送方向に相対的に移動する前記造形ステージに対して、幅方向に配列された複数のノズルから液状の造形材を吐出する吐出ヘッドを有する。この三次元造形方法は、Ａ）前記積層部が、前記吐出ヘッドから前記造形ステージに向けて、液状の前記造形材を吐出する工程と、Ｂ）前記硬化部が、前記造形ステージ上の液状の前記造形材を硬化する工程と、を繰り返し行う。前記工程Ａ）は、ｐ）前記造形ステージ上の所定の搬送方向範囲である予備吐出範囲に、前記吐出ヘッドの全ての前記ノズルから前記造形材を吐出する工程と、ｑ）前記予備吐出範囲とは異なる前記造形ステージ上の所定の搬送方向範囲である立体物造形領域に前記吐出ヘッドから前記造形材を吐出して、前記立体物を構成する材料層を形成する工程と、を含む。
【００１７】
本願の第１０発明は、第９発明の三次元造形方法であって、前記工程Ａ）において、前記工程ｑ）は、前記工程ｐ）の後に行われる。
【００１８】
本願の第１１発明は、第９発明または第１０発明の三次元造形方法であって、前記吐出ヘッドは、複数の前記ノズルから液状のモデル材を吐出する、モデル材吐出ヘッドと、複数の前記ノズルから液状のサポート材を吐出する、サポート材吐出ヘッドと、を含む。前記工程Ａ）は、Ａ１）前記モデル材吐出ヘッドから前記造形ステージに向けて、液状の前記モデル材を吐出する工程と、Ａ２）前記サポート材吐出ヘッドから前記造形ステージに向けて、液状の前記サポート材を吐出する工程と、の少なくとも一方を含む。前記工程Ａ１）は、ｐ１）前記予備吐出範囲であるモデル材予備吐出範囲に、前記モデル材吐出ヘッドの全ての前記ノズルから前記モデル材を吐出する工程と、ｑ１）前記立体物造形領域に、前記モデル材吐出ヘッドから前記モデル材を吐出して、前記立体物を構成する前記材料層を形成する工程と、を含む。前記工程Ａ２）は、ｐ２）前記予備吐出範囲であってモデル材予備吐出範囲とは異なる搬送方向範囲であるサポート材予備吐出範囲に、前記サポート材吐出ヘッドの全ての前記ノズルから前記サポート材を吐出する工程と、ｑ２）前記立体物造形領域に、前記サポート材吐出ヘッドから前記サポート材を吐出して、前記立体物を構成する前記材料層を形成する工程と、を含む。
【００１９】
本願の第１２発明は、第１１発明の三次元造形方法であって、前記モデル材予備吐出範囲と、前記サポート材予備吐出範囲とは、搬送方向に隣り合って配置される。
【００２０】
本願の第１３発明は、第１１発明の三次元造形方法であって、前記モデル材予備吐出範囲は、搬送方向の両側に配置された２つの前記サポート材予備吐出範囲と、搬送方向に隣り合って配置される。
【発明の効果】
【００２１】
本願の第１発明〜第１３発明によれば、一層毎に全ノズルからの吐出を行うことにより、全ノズルから定期的に造形材の吐出がなされる。これにより、使用されていないノズルにおけるノズル詰まり等の吐出不良が抑制される。したがって、吐出不良に起因して立体物の成形精度が低下するのを抑制できる。
【００２２】
本願の第２発明および第１０発明によれば、一層毎に、立体物部分を形成する箇所に造形材を吐出する前に、全ノズルから造形材の吐出を行う。これにより、立体物部分における吐出不良をより抑制できる。したがって、立体物の成形精度が低下するのをより抑制できる。
【００２３】
本願の第４発明および第１２発明によれば、予備吐出範囲に成形される造形物が、目的とする造形物と同様に、サポート材と接する面を有する。これにより、予備吐出範囲に成形される造形物をサンプルとして用いる場合に、目的とする造形物と表面状態が同じとなるため有用である。また、モデル材が柔らかい素材である場合、細い領域で高く積み上げるとモデル材が倒れる虞がある。このため、サポート材を隣りに沿わせることにより、造形処理中にモデル材が倒れるのが抑制される。
【００２４】
本願の第５発明および第１３発明によれば、モデル材が柔らかい素材である場合、搬送方向の両側にサポート材を沿わせることにより、造形処理中にモデル材が倒れるのがより抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態に係る三次元造形装置の構成を示した図である。
【図２】第１実施形態に係る積層装置の構成を示した図である。
【図３】第１実施形態に係る積層装置の造形ステージ、遮蔽板、昇降機構および移動機構の正面図である。
【図４】第１実施形態に係る積層装置の造形ステージ、遮蔽板、昇降機構および移動機構の側面図である。
【図５】第１実施形態に係る積層装置の制御部と積層装置内の各部との接続を示したブロック図である。
【図６】第１実施形態に係る積層装置の三次元造形の過程を示したフローチャートである。
【図７】第１実施形態に係る積層装置により形成した立体物の一例である。
【図８】第２実施形態に係る積層装置の三次元造形の過程を示したフローチャートである。
【図９】第２実施形態に係る積層装置により形成した立体物の一例である。
【図１０】第３実施形態に係る積層装置の構成を示した図である。
【図１１】第３実施形態に係る積層装置の三次元造形の過程を示したフローチャートである。
【図１２】第３実施形態に係る積層装置により形成した立体物の一例である。
【図１３】第３実施形態に係る積層装置のモデル材吐出工程の流れを示したフローチャートである。
【図１４】第３実施形態に係る積層装置のサポート材吐出工程の流れを示したフローチャートである。
【図１５】第３実施形態に係る積層装置のサポート材吐出工程の流れを示したフローチャートである。
【図１６】第３実施形態に係る積層装置のモデル材吐出工程の流れを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
＜１．第１実施形態＞
＜１−１．三次元造形装置の構成＞
図１は、第１実施形態に係る三次元造形装置１の構成を示した図である。この三次元造形装置１は、搬入装置１１、積層装置１０、搬送装置１２、洗浄装置１３、および搬出装置１４を有する。
【００２８】
搬入装置１１は、後述する造形ステージＳを積層装置１０に搬送する装置である。搬入装置１１は、第１搬送機構１１０を有する。第１搬送機構１１０は、例えば、ロボット機構、ローラ機構等により構成される。ただし、第１搬送機構１１０は、他の機構により構成されていてもよい。造形ステージＳは、外部から搬入装置１１内に搬入されると、第１搬送機構１１０により、積層装置１０に搬送される。なお、積層装置１０の構成については、後述する。
【００２９】
搬送装置１２は、造形ステージＳを積層装置１０から洗浄装置１３へと搬送する装置である。搬送装置１２は、第２搬送機構１２０を有する。第２搬送機構１２０は、例えば、ロボット機構、ローラ機構等により構成される。ただし、第２搬送機構１２０は、他の機構により構成されていてもよい。積層装置１０により、造形ステージＳの上面にモデル材とサポート材とを積層させて成る立体物９が形成されると、造形ステージＳは、第２搬送機構１２０により洗浄装置１３に搬送される。
【００３０】
洗浄装置１３は、立体物９からサポート材を除去する装置である。洗浄装置１３は、薬液１３２に満たされた処理槽１３１を有する。造形ステージＳが洗浄装置１３内に搬入されると、立体物９は、処理槽１３１の薬液１３２内に浸漬される。これにより、立体物９からサポート材が除去される。その結果、造形ステージＳの上面にモデル材から成る最終造形物９００が残留する。
【００３１】
搬出装置１４は、造形ステージＳを洗浄装置１３から三次元造形装置１の外部へと搬出する装置である。搬出装置１４は、第３搬送機構１４０を有する。第３搬送機構１４０は、例えば、ロボット機構、ローラ機構等により構成される。ただし、第３搬送機構１４０は、他の機構により構成されていてもよい。洗浄装置１３において立体物９からサポート材が除去された後、造形ステージＳは、搬出装置１４の第３搬送機構１４０により、装置外部へと搬出される。
【００３２】
＜１−２．積層装置の構成＞
続いて、積層装置１０の構成について説明する。図２は、本実施形態に係る積層装置１０の構成を示した図である。なお、ここでは、水平方向に延びる搬送方向に沿って往復移動する造形ステージの、往路方向を前方とし、復路方向を後方として、各部の位置関係を説明する。また、搬送方向に直交し、かつ水平方向に延びる方向を幅方向と称する。ただし、この前後方向の定義によって、積層装置１０および三次元造形装置１の向きを限定する意図はない。
【００３３】
この積層装置１０は、三次元造形における最終造形物９００の製造工程において、造形材であるモデル材およびサポート材からなる立体物９を形成する装置である。本実施形態のモデル材およびサポート材は、いずれも紫外線硬化型の材料である。モデル材は、目的とする最終造形物９００を構成する造形材料である。サポート材は、造形物の製造中に造形材料が崩れたり撓んだりすることを防止するために、造形材料を支持する支持材料である。立体物９は、モデル材およびサポート材からなる材料層を積層することで形成される。
【００３４】
図２に示すように、本実施形態の積層装置１０は、積層部２０、ローラ部３０、照射部４０、昇降機構５０、移動機構６０および制御部１００を有する。
【００３５】
積層部２０は、搬入装置１１から搬入された造形ステージＳ上にモデル材およびサポート材からなる材料層９０を積層し、材料層９０を形成する。造形ステージＳは、材料層９０を支持する支持台である。造形ステージＳは、水平に拡がる上面を有する。図２の矢印および破線矢印に示すように、造形ステージＳは、昇降機構５０および移動機構６０により前後方向および下方へ移動する。そして、造形ステージＳが移動している間に、その上面に、モデル材およびサポート材からなる材料層９０が順次積層形成される。これにより、造形ステージＳの上面に立体物９が形成される。なお、後述する紫外線の反射を抑制するために、造形ステージＳの表面は、黒色の被膜処理や、黒色フィルムの貼り付け等の、反射防止処理がされていてもよい。
【００３６】
積層部２０は、造形ステージＳ上に液状の造形材（モデル材およびサポート材）を吐出することで、造形ステージＳの上面に材料層９０を形成する。積層部２０は、第１吐出ヘッド２１と、第１吐出ヘッド２１よりも前方に配置された第２吐出ヘッド２２とを有する。第１吐出ヘッド２１および第２吐出ヘッド２２はそれぞれ、造形ステージＳの搬送経路の上方に配置される。第１吐出ヘッド２１は、搬送方向である前後方向に相対的に移動する造形ステージＳに対して、幅方向に配列された複数のノズルからモデル材の液滴を選択的に吐出するモデル材吐出ヘッドである。第２吐出ヘッド２２は、搬送方向である前後方向に相対的に移動する造形ステージＳに対して、幅方向に配列された複数のノズルからサポート材の液滴を選択的に吐出するサポート材吐出ヘッドである。
【００３７】
ローラ部３０は、第１ローラ３１と、第２ローラ３２とを有する。第１ローラ３１および第２ローラ３２はそれぞれ、円筒状の外周面を有する回転体である。ローラ３１,３２の材料には、例えば、材料層９０を構成するモデル材およびサポート材よりも硬度の高いＳＵＳ等の金属が用いられる。第１ローラ３１は、第１吐出ヘッド２１の前方かつ照射部４０の後方に配置される。第２ローラ３２は、第２吐出ヘッド２２の後方かつ照射部４０の前方に配置される。
【００３８】
ローラ３１，３２はそれぞれ、水平に延びる回転軸を中心として、回転可能に支持される。ローラ３１，３２は、例えば、図示を省略したモータ等の駆動源と接続されている。そして、当該モータを駆動させると、当該モータの出力軸とともにローラ３１，３２が回転軸を中心に回転する。ローラ部３０は、吐出ヘッド２１，２２のいずれかが材料層９０の最上層に液状の造形材を吐出した後、硬化前に、当該液状の材料層９０の上面を平坦化する。平坦化処理を行うときには、造形ステージＳを前後方向に移動させて、材料層９０の上面にローラ３１，３２を接触させつつ、ローラ３１，３２を回転させる。これにより、材料層９０の上面は平坦化される。第１ローラ３１は、第１吐出ヘッド２１の吐出した液状のモデル材の上面を平坦化する。第２ローラ３２は、第２吐出ヘッド２２の吐出した液状のサポート材の上面を平坦化する。
【００３９】
照射部４０は、造形ステージＳ上の材料層９０に硬化処理を行う硬化部である。具体的には、照射部４０は、造形ステージＳの上面に形成された材料層９０に紫外線を照射する。照射部４０は、第１吐出ヘッド２１および第１ローラ３１と、第２吐出ヘッド２２および第２ローラ３２と、の間に配置される。また、照射部４０は、造形ステージＳの搬送経路の上方に配置される。
【００４０】
照射部４０は、後述する制御部１００によって、照射タイミングや発光強度が制御される。照射部４０の光源としては、例えば、ＵＶランプが用いられる。ただし、照射部４０の光源には、メタルハライドランプ、キセノンランプまたはＬＥＤランプ等を用いてもよい。
【００４１】
昇降機構５０は、造形ステージＳを上下に移動させる機構である。図３は、造形ステージＳ、昇降機構５０および移動機構６０の正面図である。図４は、造形ステージＳ、昇降機構５０および移動機構６０の側面図である。本実施形態の昇降機構５０には、モータの回転運動をボールねじを介して直進運動に変換する機構が用いられる。造形ステージＳは、保持部５１上に支持される。保持部５１は、ボールねじの外周面に設けられた螺旋状のねじ溝と噛み合うように、ボールねじに取り付けられている。図示を省略したモータを駆動させると、ボールねじがその軸心周りに回転する。これにより、保持部５１および造形ステージＳが、ボールねじに沿って上下方向に移動する。ただし、昇降機構５０には、リニアモータ等の他の機構を用いてもよい。
【００４２】
移動機構６０は、造形ステージＳを前後方向に往復移動させる機構である。これにより、移動機構６０は、造形ステージＳと、積層部２０、ローラ部３０および照射部４０とを、搬送方向に相対的に移動させる。本実施形態の移動機構６０には、リニアモータ機構が用いられる。移動機構６０は、ガイド６１、駆動部６２、および接続部６３により構成される。接続部６３は、駆動部６２と、昇降機構５０の筐体とを接続する。リニアモータを駆動すると、駆動部６２がガイド６１に沿って前後に移動する。これにより、駆動部６２に接続された昇降機構５０および造形ステージＳが、一体として、ガイド６１に沿って前後方向に移動する。ただし、移動機構６０には、ボールねじ等の他の機構を用いてもよい。
【００４３】
制御部１００は、積層装置１０内の各部を動作制御するための手段である。図５は、制御部１００と、積層装置１０内の各部との接続を示したブロック図である。図５中に概念的に示したように、制御部１００は、ＣＰＵ等の演算処理部１０１、ＲＡＭ等のメモリ１０２およびハードディスクドライブ等の記憶部１０３を有するコンピュータにより構成される。記憶部１０３内には、積層装置１０による各処理を実行するためのコンピュータプログラムＰが、インストールされている。
【００４４】
図５に示すように、制御部１００は、積層部２０の第１吐出ヘッド２１および第２吐出ヘッド２２と、ローラ部３０の第１ローラ３１および第２ローラ３２と、照射部４０と、昇降機構５０と、移動機構６０と、それぞれ通信可能に接続されている。制御部１００は、記憶部１０３に記憶されたコンピュータプログラムＰやデータをメモリ１０２に一時的に読み出し、当該コンピュータプログラムＰに基づいて、演算処理部１０１が演算処理を行うことにより、上記の各部を動作制御する。これにより、造形ステージＳの搬送処理、モデル材およびサポート材の吐出処理、紫外線照射処理および平坦化処理が進行する。
【００４５】
＜１−３．積層処理について＞
次に、上記の積層装置１０による積層処理について、図６および図７を参照しつつ説明する。図６は、本実施形態の積層処理の過程を示したフローチャートである。図７は、本実施形態の積層処理によって得られる立体物９の一例を示した断面図である。
【００４６】
積層処理を行うときは、予め、製造したい立体物の形状を高さ位置ごとに分割した設計データが制御部１００へと入力される。そして、制御部１００が、当該設計データに従って、後述する積層処理を行う。これにより、図７に示すように、造形ステージＳ上に立体物９が得られる。
【００４７】
ここで、図７に示すように、造形ステージＳの上面には、造形ステージＳ上の所定の搬送方向範囲である立体物形成範囲Ａ１と、第１予備吐出範囲Ａ２と、第２予備吐出範囲Ａ３とを含む。立体物形成範囲Ａ１には、後述する主造形物９１が形成される。本実施形態では、第１予備吐出範囲Ａ２は、立体物形成範囲Ａ１の前方に配置される。また、第２予備吐出範囲Ａ３は、立体物形成範囲Ａ１の後方に配置される。
【００４８】
本実施形態の積層処理では、立体物９として、最終造形物９００を含む主造形物９１と、予備吐出工程により形成される第１副造形物９２１および第２副造形物９２２とが形成される。主造形物９１は、造形ステージＳの立体物形成範囲Ａ１上に形成される。また、第１副造形物９２１は、造形ステージＳの第１予備吐出範囲Ａ２上に形成される。第２副造形物９２２は、造形ステージＳの第２予備吐出範囲Ａ３上に形成される。
【００４９】
積層処理においては、まず、造形ステージＳが初期位置である後方端に配置される（ステップＳ１１）。本実施形態において、後方端は、図２に示すように、第１吐出ヘッド２１および第１ローラ３１よりも後方である。また、ステップＳ１１では、後方端において、造形ステージＳの上面と、第１ローラ３１および第２ローラ３２の下端部とは、上下方向に材料層１層分の距離を開けて配置される。本実施形態の積層処理においては、移動機構６０により造形ステージＳを前後方向に搬送しつつ、造形材の積層および硬化を１層分行う。そして、昇降機構５０により造形ステージＳを造形した層の厚み分下降させる。このような造形材の積層・硬化と、造形ステージＳの下降とを繰り返して、積層処理が進行する。
【００５０】
ステップＳ１１において造形ステージＳが後方端に配置されると、続いて、移動機構６０が、造形ステージＳを後方端から前方へ向けて移動させる。これにより、造形ステージＳが第１吐出ヘッド２１の下方を通過する。第１吐出ヘッド２１は、下方を通過する造形ステージＳの上面に向けて、分割されたデータに基づいて、モデル材の液滴を吐出する（ステップＳ１２）。
【００５１】
ステップＳ１２は、モデル材の予備吐出工程（ステップＳ１２１）と、モデル材の本吐出工程（ステップＳ１２２）とを含む。
【００５２】
ステップＳ１２では、まず、第１吐出ヘッド２１が、第１予備吐出範囲Ａ２において、全てのノズルからモデル材の液滴を吐出する（ステップＳ１２１）。これにより、第１予備吐出範囲Ａ２の幅方向の全ての領域に、モデル材の層が１層形成される。当該モデル材の層が、第１副造形物９２１を形成する。このように、第１予備吐出範囲Ａ２は、モデル材の予備吐出が行われるモデル材予備吐出範囲である。
【００５３】
ここで、本実施形態では、「全てのノズル」とは、立体物形成範囲Ａ１に主造形物９１が形成される幅方向範囲に配置された全てのノズルを意味する。また、「幅方向の全ての領域」とは、立体物形成範囲Ａ１に主造形物９１が形成される幅方向範囲の全ての領域を意味する。このため、主造形物９１の形成が行われない幅方向範囲に配置されたノズルについては、ステップＳ１２１におけるモデル材の予備吐出を行わなくてもよい。
【００５４】
なお、モデル材の予備吐出工程において、吐出が行われる「全てのノズル」は、立体物形成範囲Ａ１に形成される主造形物９１を形成する際にモデル材が吐出されるノズルの全てが含まれれば、立体物形成範囲Ａ１に主造形物９１が形成される幅方向範囲に配置された全てのノズルを含まなくてもよい。
【００５５】
その後、第１吐出ヘッド２１が、立体物形成範囲Ａ１において、分割されたデータに基づいて、モデル材の液滴を吐出する（ステップＳ１２２）。これにより、設計データの各高さ位置の形状に応じた１層分のモデル材の層が形成される。当該モデル材の層が、主造形物９１を構成する材料層９０を形成する。また、当該モデル材の層が、主造形物９１のうち、最終造形物９００となる部位を形成する。
【００５６】
次に、移動機構６０は、造形ステージＳをさらに前方へと移動させる。これにより、ステップＳ１２で形成された液状のモデル材の層の上面と、第１ローラ３１の外周面とが接触する。その結果、モデル材の層の上面が第１ローラ３１により平坦化される（ステップＳ１３）。このとき、図２中に矢印で示したように、第１ローラ３１は、造形ステージＳの前方への移動に逆らう向きに回転している。これにより、モデル材の層を効率的に平坦化できる。
【００５７】
モデル材の層が平坦化されると、続いて、移動機構６０は、造形ステージＳをさらに前方へと移動させ、照射部４０の下方を通過させる。照射部４０は、下方を通過する造形ステージＳへ向けて紫外線を照射する（ステップＳ１４）。これにより、造形ステージＳの上面に形成されたモデル材の層が硬化する。
【００５８】
続いて、移動機構６０は造形ステージＳをさらに前方へと移動させる。そうすると、造形ステージＳは、第２ローラ３２の下方を通過する。このとき、硬化後のモデル材の層が第２ローラ３２と接触する。そして、引き続き、移動機構６０は、造形ステージＳを前方へと移動させる。これにより、造形ステージＳは、第２吐出ヘッド２２の下方を通過する。そして、移動機構６０はさらに造形ステージＳを前方へと移動させ、造形ステージＳが前方端に配置される。
【００５９】
次に、移動機構６０は、造形ステージＳを前方端から後方へ向けて移動させる。これにより、造形ステージＳが第２吐出ヘッド２２の下方を通過する。第２吐出ヘッド２２は、下方を通過する造形ステージＳの上面に向けて、分割されたデータに基づいて、サポート材の液滴を吐出する（ステップＳ１５）。
【００６０】
ステップＳ１５は、サポート材の予備吐出工程（ステップＳ１５１）と、サポート材の本吐出工程（ステップＳ１５２）とを含む。
【００６１】
ステップＳ１５では、まず、第２吐出ヘッド２２が、第２予備吐出範囲Ａ３において、全てのノズルからサポート材の液滴を吐出する（ステップＳ１５１）。これにより、第２予備吐出範囲Ａ３の幅方向の全ての領域に、サポート材の層が１層形成される。当該サポート材の層が、第２副造形物９２２を形成する。このように、第２予備吐出範囲Ａ３は、サポート材の予備吐出が行われるサポート材予備吐出範囲である。
【００６２】
ここで、本実施形態では、「全てのノズル」とは、立体物形成範囲Ａ１に主造形物９１が形成される幅方向範囲に配置された全てのノズルを意味する。また、「幅方向の全ての領域」とは、立体物形成範囲Ａ１に立体物９が形成される幅方向の全ての領域を意味する。このため、主造形物９１の形成が行われない幅方向範囲に配置されたノズルについては、ステップＳ１５１におけるサポート材の予備吐出を行わなくてもよい。
【００６３】
なお、サポート材の予備吐出工程において、吐出が行われる「全てのノズル」は、立体物形成範囲Ａ１に形成される主造形物９１を形成する際にサポート材が吐出されるノズルの全てが含まれれば、立体物形成範囲Ａ１に主造形物９１が形成される幅方向範囲に配置された全てのノズルを含まなくてもよい。
【００６４】
その後、第２吐出ヘッド２２が、立体物形成範囲Ａ１において、分割されたデータに基づいて、サポート材の液滴を吐出する（ステップＳ１５２）。これにより、設計データの各高さ位置の形状に応じた１層分のサポート材の層が形成される。当該サポート材の層が、主造形物９１を構成する材料層９０を形成する。
【００６５】
続いて、移動機構６０は、造形ステージＳをさらに後方へと移動させる。これにより、ステップＳ１５で形成された液状のサポート材の層の上面と、第２ローラ３２の外周面とが接触する。その結果、サポート材の層の上面が第２ローラ３２により平坦化される（ステップＳ１６）。このとき、図２中に矢印で示したように、第２ローラ３２は、造形ステージＳの後方への移動に逆らう向きに回転している。これにより、サポート材の層を効率的に平坦化できる。
【００６６】
サポート材の層が平坦化されると、続いて、移動機構６０は、造形ステージＳをさらに後方へと移動させ、照射部４０の下方を通過させる。照射部４０は、下方を通過する造形ステージＳへ向けて紫外線を照射する（ステップＳ１７）。これにより、造形ステージＳの上面に形成されたサポート材の層が硬化する。
【００６７】
その後、移動機構６０は、造形ステージＳをさらに後方へと移動させる。そして、第１ローラ３１および第１吐出ヘッド２１の下方を通過した後、造形ステージＳは、後方端へと配置される。そして、後方端において、昇降機構５０は、１層分の材料層９０の高さだけ、造形ステージＳを降下させる。なお、昇降機構５０は、ステップＳ１７の後、後方端への移動を行う前に、造形ステージＳを照射部４０の下方において降下させてもよい。
【００６８】
続いて、制御部１００は、積層すべき次の材料層があるか否かを確認する（ステップＳ１９）。そして、積層すべき次の材料層がある場合は、ステップＳ１２に戻り、ステップＳ１２〜Ｓ１８の処理を繰り返すことにより、材料層をさらに積層する。一方で、全ての材料層の積層が完了すると、積層工程が終了する。
【００６９】
このように、この積層装置１０では、各吐出ヘッド２１，２２が、一層毎に、立体物形成範囲Ａ１とは異なる予備吐出範囲Ａ２，Ａ３において、使用する全てのノズルから造形材の液滴を吐出する。これにより、各吐出ヘッド２１，２２において、使用する全ノズルから定期的に造形材の予備吐出がなされる。したがって、ノズル詰まり等の吐出不良が抑制される。その結果、吐出不良に起因して主造形物９１の成形精度が低下するのを抑制できる。すなわち、最終造形物９００の成形精度を向上できる。
【００７０】
特に、本実施形態では、第１吐出ヘッド２１が、一層毎に、ステップＳ１２２における立体物形成範囲Ａ１でのモデル材の本吐出の前に、ステップＳ１２１における第１予備吐出範囲Ａ２でのモデル材の予備吐出を行う。また、第２吐出ヘッド２２が、一層毎に、ステップＳ１５２における立体物形成範囲Ａ１でのサポート材の本吐出の前に、ステップＳ１５１における第２予備吐出範囲Ａ３でのサポート材の予備吐出を行う。このように、各造形材の本吐出の直前に予備吐出を行う。このように、各吐出ヘッド２１，２２において、主造形物９１を形成するための本吐出の直前に予備吐出を行うことにより、本吐出における吐出不良をより抑制できる。したがって、最終造形物９００の成形精度をより向上できる。
【００７１】
この積層装置１０では、第１吐出ヘッド２１と第２吐出ヘッドの間に配置される１つの照射部４０により、モデル材およびサポート材の双方を硬化させる。したがって、高価な照射部の数を抑えることができる。その結果、積層装置１０および三次元造形装置１の製造コストを低減できる。さらに、積層装置１０および三次元造形装置１を小型化できる。
【００７２】
＜２．第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る積層処理について、図８および図９を参照しつつ説明する。第２実施形態に係る積層処理を行う積層装置は、第１実施形態に係る積層装置１０と同様であるため、その説明を省略する。図８は、第２実施形態の積層処理の過程を示したフローチャートである。図９は、第２実施液体の積層処理によって得られる立体物９Ｂの一例を示した断面図である。
【００７３】
図９に示すように、造形ステージＳの上面は、造形ステージＳ上の所定の搬送方向範囲である立体物形成範囲Ｂ１と、第１予備吐出範囲Ｂ２、第２予備吐出範囲Ｂ３および第３予備吐出範囲Ｂ４とを含む。立体物形成範囲Ｂ１には、最終造形物を含む主造形物９１Ｂが形成される。第１予備吐出範囲Ｂ２、第２予備吐出範囲Ｂ３および第３予備吐出範囲Ｂ４は、立体物形成範囲Ｂ１の前方において、搬送方向に隣り合って配置される。
【００７４】
本実施形態の積層処理では、立体物９Ｂとして、最終造形物を含む主造形物９１Ｂと、予備吐出工程により形成される副造形物９２Ｂとが形成される。主造形物９１Ｂは、造形ステージＳの立体物形成範囲Ｂ１上に形成される。また、副造形物９２Ｂは、造形ステージＳ上の第１予備吐出範囲Ｂ２、第２予備吐出範囲Ｂ３および第３予備吐出範囲Ｂ４に亘って形成される。
【００７５】
積層処理においては、まず、造形ステージＳが後方端に配置される（ステップＳ２１）。次に、移動機構６０が、造形ステージＳを後方端から前方へ向けて移動させる。造形ステージＳが第１吐出ヘッド２１の下方を通過する際、第１吐出ヘッド２１は、下方を通過する造形ステージＳの上面に向けて、分割されたデータに基づいて、モデル材の液滴を吐出する（ステップＳ２２）。
【００７６】
ステップＳ２２は、モデル材の予備吐出工程（ステップＳ２２１）と、モデル材の本吐出工程（ステップＳ２２２）とを含む。
【００７７】
ステップＳ２２では、まず、第１吐出ヘッド２１が、第２予備吐出範囲Ｂ３において、全てのノズルからモデル材の液滴を吐出する（ステップＳ２２１）。これにより、第２予備吐出範囲Ｂ３の幅方向の全ての領域に、モデル材の層が１層形成される。このように、第２予備吐出範囲Ｂ３は、モデル材の予備吐出が行われるモデル材予備吐出範囲である。
【００７８】
ここで、本実施形態では、「全てのノズル」とは、立体物形成範囲Ｂ１に主造形物９１Ｂが形成される幅方向範囲に配置された全てのノズルを意味する。また、「幅方向の全ての領域」とは、立体物形成範囲Ｂ１に主造形物９１Ｂが形成される幅方向範囲の全ての領域を意味する。
【００７９】
その後、第１吐出ヘッド２１が、立体物形成範囲Ｂ１において、分割されたデータに基づいて、モデル材の液滴を吐出する（ステップＳ２２２）。これにより、設計データの各高さ位置の形状に応じた１層分のモデル材の層が形成される。当該モデル材の層が、主造形物９１Ｂのうち、最終造形物となる部位を形成する。
【００８０】
次に、移動機構６０は、造形ステージＳをさらに前方へと移動させる。これにより、ステップＳ２２で形成された液状のモデル材の層の上面と、第１ローラ３１の外周面とが接触する。その結果、モデル材の層の上面が第１ローラ３１により平坦化される（ステップＳ２３）。
【００８１】
続いて、移動機構６０は、造形ステージＳをさらに前方へと移動させ、照射部４０の下方を通過させる。照射部４０は、下方を通過する造形ステージＳへ向けて紫外線を照射する（ステップＳ２４）。これにより、造形ステージＳの上面に形成されたモデル材の層が硬化する。
【００８２】
その後、移動機構６０は造形ステージＳをさらに前方へと移動させる。そして、造形ステージＳは、第２ローラ３２および第２吐出ヘッド２２の下方を通過した後、前方端に配置される。
【００８３】
次に、移動機構６０は、造形ステージＳを前方端から後方へ向けて移動させる。これにより、造形ステージＳが第２吐出ヘッド２２の下方を通過する。第２吐出ヘッド２２は、下方を通過する造形ステージＳの上面に向けて、分割されたデータに基づいて、サポート材の液滴を吐出する（ステップＳ２５）。
【００８４】
ステップＳ２５は、サポート材の本吐出工程（ステップＳ２５１）と、サポート材の予備吐出工程（ステップＳ２５２）とを含む。
【００８５】
ステップＳ２５では、まず、第２吐出ヘッド２２が、立体物形成範囲Ｂ１において、分割されたデータに基づいて、サポート材の液滴を吐出する（ステップＳ２５１）。これにより、設計データの各高さ位置の形状に応じた１層分のサポート材の層が形成される。当該サポート材の層が、主造形物９１Ｂの一部を形成する。
【００８６】
その後、第２吐出ヘッド２２が、第３予備吐出範囲Ｂ４および第１予備吐出範囲Ｂ２において、全てのノズルからサポート材の液滴を吐出する（ステップＳ２５２）。これにより、第１予備吐出範囲Ｂ２および第３予備吐出範囲Ｂ４の幅方向の全ての領域に、サポート材の層が１層形成される。このように、第１予備吐出範囲Ｂ２および第３予備吐出範囲Ｂ４は、サポート材の予備吐出が行われるサポート材予備吐出範囲である。当該サポート材の層と、ステップＳ２２１で形成されたモデル材の層とが、副造形物９２Ｂを形成する。
【００８７】
続いて、移動機構６０は、造形ステージＳをさらに後方へと移動させる。これにより、ステップＳ２５で形成された液状のサポート材の層の上面と、第２ローラ３２の外周面とが接触する。その結果、サポート材の層の上面が第２ローラ３２により平坦化される（ステップＳ２６）。
【００８８】
移動機構６０は、造形ステージＳをさらに後方へと移動させ、照射部４０の下方を通過させる。照射部４０は、下方を通過する造形ステージＳへ向けて紫外線を照射する（ステップＳ２７）。これにより、造形ステージＳの上面に形成されたサポート材の層が硬化する。
【００８９】
その後、移動機構６０は、造形ステージＳをさらに後方へと移動させる。そして、第１ローラ３１および第１吐出ヘッド２１の下方を通過した後、造形ステージＳは、後方端へと配置される。そして、後方端において、昇降機構５０は、１層分の材料層の高さだけ、造形ステージＳを降下させる。
【００９０】
続いて、制御部１００は、積層すべき次の材料層があるか否かを確認する（ステップＳ２９）。そして、積層すべき次の材料層がある場合は、ステップＳ２２に戻り、ステップＳ２２〜Ｓ２８の処理を繰り返すことにより、材料層をさらに積層する。一方で、全ての材料層の積層が完了すると、積層工程が終了する。
【００９１】
第２実施形態において、この積層装置１０では、各吐出ヘッド２１，２２が、一層毎に、立体物形成範囲Ｂ１とは異なる予備吐出範囲Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４において、使用する全てのノズルから造形材の液滴を吐出する。これにより、各吐出ヘッド２１，２２において、使用する全ノズルから定期的に造形材の予備吐出がなされる。したがって、ノズル詰まり等の吐出不良が抑制される。その結果、吐出不良に起因して主造形物９１Ｂの成形精度が低下するのを抑制できる。すなわち、最終造形物の成形精度を向上できる。
【００９２】
副造形物９２Ｂは、主造形物９１Ｂと同条件で成形されるため、主造形物９１Ｂおよび最終造形物の性質や状態を検査するサンプルとして用いることができる。本実施形態では、主造形物９１Ｂからサポート材を除去して最終造形物を得る工程を行う際に、同時に、副造形物９２Ｂからもサポート材の除去を行う。そして、副造形物９２Ｂに含まれるモデル材をサンプルとして用いる。
【００９３】
本実施形態では、モデル材予備吐出範囲である第２予備吐出範囲Ｂ３と、サポート材予備吐出範囲である第１予備吐出範囲Ｂ２および第３予備吐出範囲Ｂ４とが、搬送方向に隣り合って配置される。このため、第２予備吐出範囲Ｂ３に造形されたモデル材の搬送方向の端面が、サポート材と接する。本実施形態の副造形物９２Ｂから得られたサンプルは、サポート材と接して形成された面を有する。モデル材により形成される最終造形物は、外表面がサポート材と接して形成された場合と、サポート材と接することなく形成された場合とで、その表面状態が異なる。このため、本実施形態のように、予備吐出範囲に成形される造形物をサンプルとして用いる場合、サポート材と接する面があることが好ましい。
【００９４】
特に、本実施形態では、造形の目的である最終造形物が、心臓などの臓器モデルである。このため、モデル材として、柔軟な材料を用いている。モデル材が柔軟な材料である場合、予備吐出範囲のように細長い領域に材料を積層させると、積層工程の途中で倒壊する虞がある。本実施形態のように、モデル材を積層させる第２予備吐出範囲Ｂ３に隣接する第１予備吐出範囲Ｂ２または第３予備吐出範囲Ｂ４にサポート材を積層させることにより、積層処理中にモデル材が倒壊するのが抑制される。本実施形態では、第２予備吐出範囲Ｂ３の搬送方向の両側にサポート材を積層させることにより、積層処理中にモデル材が倒壊するのがさらに抑制される。
【００９５】
＜３．第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る積層装置１０Ｃにおける積層処理について、図１０〜図１６を参照しつつ説明する。図１０は、積層装置１０Ｃの構成を示した図である。図１１は、第３実施形態の積層処理の過程を示したフローチャートである。図１２は、第２実施液体の積層処理によって得られる立体物９Ｃの一例を示した断面図である。図１３は、ステップＳ３２のモデル材吐出工程の流れを示したフローチャートである。図１４は、ステップＳ３４のサポート材吐出工程の流れを示したフローチャートである。図１５は、ステップＳ３５のサポート材吐出工程の流れを示したフローチャートである。図１６は、ステップＳ３８のモデル材吐出工程の流れを示したフローチャートである。
【００９６】
図１０に示すように、第３実施形態に係る積層処理を行う積層装置１０Ｃは、第１実施形態に係る積層装置１０と、第１ローラ３１Ｃの位置が異なる。本実施形態の積層装置１０Ｃでは、第１ローラ３１Ｃが、第１吐出ヘッド２１Ｃの後方に配置される。積層装置１０Ｃその他の構成については、第１実施形態に係る積層装置１０とほぼ同等である。
【００９７】
図１２に示すように、造形ステージＳの上面は、造形ステージＳ上の所定の搬送方向範囲である立体物形成範囲Ｃ１と、第１予備吐出範囲Ｃ２、第２予備吐出範囲Ｃ３および第３予備吐出範囲Ｃ４と、第４予備吐出範囲Ｃ５、第５予備吐出範囲Ｃ６および第６予備吐出範囲Ｃ７とを含む。立体物形成範囲Ｃ１には、最終造形物を含む主造形物９１Ｃが形成される。第１予備吐出範囲Ｃ２、第２予備吐出範囲Ｃ３および第３予備吐出範囲Ｃ４は、立体物形成範囲Ｃ１の前方において、搬送方向に隣り合って配置される。第４予備吐出範囲Ｃ５、第５予備吐出範囲Ｃ６および第６予備吐出範囲Ｃ７は、立体物形成範囲Ｃ１の後方において、搬送方向に隣り合って配置される。
【００９８】
本実施形態の積層処理では、立体物９Ｃとして、最終造形物を含む主造形物９１Ｃと、予備吐出工程により形成される第１副造形物９２１Ｃおよび第２副造形物９２２Ｃとが形成される。主造形物９１Ｃは、造形ステージＳの立体物形成範囲Ｃ１上に形成される。また、第１副造形物９２１Ｃは、造形ステージＳ上の第１予備吐出範囲Ｃ２、第２予備吐出範囲Ｃ３および第３予備吐出範囲Ｃ４に亘って形成される。第２副造形物９２２Ｃは、造形ステージＳ上の第４予備吐出範囲Ｃ５、第５予備吐出範囲Ｃ６および第６予備吐出範囲Ｃ７に亘って形成される。
【００９９】
積層処理においては、まず、造形ステージＳが初期位置である後方端に配置される（ステップＳ３１）。また、ステップＳ３１では、後方端において、造形ステージＳの上面と、第１ローラ３１Ｃおよび第２ローラ３２Ｃの下端部とは、上下方向に材料層２層分の距離を開けて配置される。本実施形態の積層処理においては、移動機構６０Ｃにより造形ステージＳを前後方向に搬送しつつ、造形材の積層および硬化を２層分ずつ行う。そして、昇降機構５０Ｃにより造形ステージＳを造形した層の厚み分下降させる。このような造形材の積層・硬化と、造形ステージＳの下降とを繰り返して、積層処理が進行する。
【０１００】
ステップＳ３１において造形ステージＳが後方端に配置されると、続いて、移動機構６０Ｃが、造形ステージＳを後方端から前方へ向けて移動させる。これにより、造形ステージＳが第１ローラ３１Ｃの下方を通過する。そして、引き続き、造形ステージＳが第１吐出ヘッド２１Ｃの下方を通過する。第１吐出ヘッド２１Ｃは、下方を通過する造形ステージＳの上面に向けて、分割されたデータに基づいて、モデル材の液滴を吐出する（ステップＳ３２）。
【０１０１】
図１３に示すように、ステップＳ３２は、モデル材の予備吐出工程（ステップＳ３２１）、モデル材の本吐出工程（ステップＳ３２２）、および、モデル材の予備吐出工程（ステップＳ３２３）を含む。
【０１０２】
ステップＳ３２では、まず、第１吐出ヘッド２１Ｃが、第２予備吐出範囲Ｃ３において、全てのノズルからモデル材の液滴を吐出する（ステップＳ３２１）。これにより、第２予備吐出範囲Ｃ３の幅方向の全ての領域に、モデル材の層が１層形成される。当該モデル材の層が、第１副造形物９２１Ｃの一部を形成する。このように、第２予備吐出範囲Ｃ３は、モデル材の予備吐出が行われるモデル材予備吐出範囲である。
【０１０３】
次に、第１吐出ヘッド２１Ｃが、立体物形成範囲Ｃ１において、分割されたデータに基づいて、モデル材の液滴を吐出する（ステップＳ３２２）。これにより、設計データの各高さ位置の形状に応じた１層分のモデル材の層が形成される。当該モデル材の層が、主造形物９１Ｃのうち、最終造形物となる部位を形成する。
【０１０４】
続いて、第１吐出ヘッド２１Ｃが、第５予備吐出範囲Ｃ６において、全てのノズルからモデル材の液滴を吐出する（ステップＳ３２３）。これにより、第５予備吐出範囲Ｃ６の幅方向の全ての領域に、モデル材の層が１層形成される。当該モデル材の層が、第２副造形物９２２Ｃの一部を形成する。このように、第５予備吐出範囲Ｃ６は、モデル材の予備吐出が行われるモデル材予備吐出範囲である。
【０１０５】
ステップＳ３２が終了すると、移動機構６０Ｃは、造形ステージＳをさらに前方へと移動させ、照射部４０Ｃの下方を通過させる。照射部４０Ｃは、下方を通過する造形ステージＳへ向けて紫外線を照射する（ステップＳ３３）。これにより、ステップＳ３２（２回目以降においては、ステップＳ３８およびステップＳ３２）において造形ステージＳの上面に形成されたモデル材の層が硬化する。
【０１０６】
そして、移動機構６０Ｃは造形ステージＳをさらに前方へと移動させる。そうすると、造形ステージＳは、第２ローラ３２Ｃの下方を通過する。このとき、硬化後のモデル材の層は、第２ローラ３２Ｃと接触しない。そして、引き続き、移動機構６０Ｃは、造形ステージＳを前方へと移動させる。これにより、造形ステージＳは、第２吐出ヘッド２２の下方を通過する。第２吐出ヘッド２２Ｃは、下方を通過する造形ステージＳの上面に向けて、分割されたデータに基づいて、サポート材の液滴を吐出する（ステップＳ３４）。
【０１０７】
図１４に示すように、ステップＳ３４は、サポート材の予備吐出工程（ステップＳ３４１）、サポート材の本吐出工程（ステップＳ３４２）、および、サポート材の予備吐出工程（ステップＳ３４３）を含む。
【０１０８】
ステップＳ３４１では、まず、第２吐出ヘッド２２Ｃが、第１予備吐出範囲Ｃ２および第３予備吐出範囲Ｃ４において、全てのノズルからサポート材の液滴を吐出する（ステップＳ３４１）。これにより、第１予備吐出範囲Ｃ２および第３予備吐出範囲Ｃ４の幅方向の全ての領域に、サポート材の層が１層形成される。当該サポート材の層が、第１副造形物９２１Ｃの一部を形成する。このように、第１予備吐出範囲Ｃ２および第３予備吐出範囲Ｃ４は、サポート材の予備吐出が行われるサポート材予備吐出範囲である。
【０１０９】
次に、第２吐出ヘッド２２Ｃが、立体物形成範囲Ｃ１において、分割されたデータに基づいて、サポート材の液滴を吐出する（ステップＳ３４２）。これにより、設計データの各高さ位置の形状に応じた１層分のサポート材の層が形成される。当該サポート材の層が、主造形物９１Ｃの一部を形成する。
【０１１０】
続いて、第２吐出ヘッド２２Ｃが、第４予備吐出範囲Ｃ５および第６予備吐出範囲Ｃ７において、全てのノズルからサポート材の液滴を吐出する（ステップＳ３４３）。これにより、第４予備吐出範囲Ｃ５および第６予備吐出範囲Ｃ７の幅方向の全ての領域に、サポート材の層が１層形成される。当該サポート材の層が、第２副造形物９２２Ｃの一部を形成する。このように、第４予備吐出範囲Ｃ５および第６予備吐出範囲Ｃ７は、サポート材の予備吐出が行われるサポート材予備吐出範囲である。
【０１１１】
その後、移動機構６０Ｃはさらに造形ステージＳを前方へと移動させ、造形ステージＳが前方端に配置される。
【０１１２】
次に、移動機構６０Ｃは、造形ステージＳを前方端から後方へ向けて移動させる。これにより、造形ステージＳが第２吐出ヘッド２２Ｃの下方を再度通過する。第２吐出ヘッド２２Ｃは、下方を通過する造形ステージＳの上面に向けて、分割されたデータに基づいて、サポート材の液滴を吐出する（ステップＳ３５）。
【０１１３】
図１５に示すように、ステップＳ３５は、サポート材の予備吐出工程（ステップＳ３５１）、サポート材の本吐出工程（ステップＳ３５２）、および、サポート材の予備吐出工程（ステップＳ３５３）を含む。
【０１１４】
ステップＳ３５１では、まず、第２吐出ヘッド２２Ｃが、第６予備吐出範囲Ｃ７および第４予備吐出範囲Ｃ５において、全てのノズルからサポート材の液滴を吐出する（ステップＳ３５１）。これにより、第６予備吐出範囲Ｃ７および第４予備吐出範囲Ｃ５の幅方向の全ての領域に、サポート材の層がもう１層形成される。
【０１１５】
次に、第２吐出ヘッド２２Ｃが、立体物形成範囲Ｃ１において、分割されたデータに基づいて、サポート材の液滴を吐出する（ステップＳ３５２）。これにより、設計データの各高さ位置の形状に応じた１層分のサポート材の層が形成される。
【０１１６】
続いて、第２吐出ヘッド２２Ｃが、第３予備吐出範囲Ｃ４および第１予備吐出範囲Ｃ２において、全てのノズルからサポート材の液滴を吐出する（ステップＳ３５３）。これにより、第３予備吐出範囲Ｃ４および第１予備吐出範囲Ｃ２の幅方向の全ての領域に、サポート材の層がもう１層形成される。
【０１１７】
その後、移動機構６０Ｃは、造形ステージＳをさらに後方へと移動させる。これにより、ステップＳ３４およびステップＳ３５で形成された液状のサポート材の層の上面と、第２ローラ３２Ｃの外周面とが接触する。その結果、サポート材の上面が第２ローラ３２Ｃにより平坦化される（ステップＳ３６）。
【０１１８】
サポート材の層が平坦化されると、続いて、移動機構６０Ｃは、造形ステージＳをさらに後方へと移動させ、照射部４０Ｃの下方を通過させる。照射部４０は、下方を通過する造形ステージＳへ向けて紫外線を照射する（ステップＳ３７）。これにより、造形ステージＳの上面に形成されたサポート材の層が硬化する。
【０１１９】
その後、移動機構６０Ｃは、造形ステージＳをさらに後方へと移動させる。これにより、造形ステージＳが第１吐出ヘッド２１Ｃの下方を再度通過する。第１吐出ヘッド２１Ｃは、下方を通過する造形ステージＳの上面に向けて、分割されたデータに基づいて、モデル材の液滴を吐出する（ステップＳ３８）。
【０１２０】
図１６に示すように、ステップＳ３８は、モデル材の予備吐出工程（ステップＳ３８１）、モデル材の本吐出工程（ステップＳ３８２）、および、モデル材の予備吐出工程（ステップＳ３８３）を含む。
【０１２１】
ステップＳ３８では、まず、第１吐出ヘッド２１Ｃが、第５予備吐出範囲Ｃ６において、全てのノズルからモデル材の液滴を吐出する（ステップＳ３８１）。これにより、第５予備吐出範囲Ｃ６の幅方向の全ての領域に、モデル材の層が１層形成される。
【０１２２】
次に、第１吐出ヘッド２１Ｃが、立体物形成範囲Ｃ１において、分割されたデータに基づいて、モデル材の液滴を吐出する（ステップＳ３８２）。これにより、設計データの各高さ位置の形状に応じた１層分のモデル材の層が形成される。
【０１２３】
続いて、第１吐出ヘッド２１Ｃが、第２予備吐出範囲Ｃ３において、全てのノズルからモデル材の液滴を吐出する（ステップＳ３８３）。これにより、第２予備吐出範囲Ｃ３の幅方向の全ての領域に、モデル材の層が１層形成される。
【０１２４】
そして、移動機構６０Ｃは、造形ステージＳをさらに後方へと移動させる。これにより、ステップＳ３８で形成された液状のモデル材の層の上面と、第１ローラ３１Ｃの外周面とが接触する。その結果、モデル材の層の上面が第１ローラ３１Ｃにより平坦化される（ステップＳ３９）。
【０１２５】
その後、造形ステージＳは、後方端へと配置される。そして、後方端において、昇降機構５０Ｃは、２層分の材料層の高さだけ、造形ステージＳを降下させる（ステップＳ４０）。
【０１２６】
続いて、制御部１００Ｃは、積層すべき次の材料層があるか否かを確認する（ステップＳ４１）。そして、積層すべき次の材料層がある場合は、ステップＳ３２に戻り、ステップＳ３２〜Ｓ３８の処理を繰り返すことにより、材料層をさらに積層する。一方で、全ての材料層の積層が完了すると、ステップＳ４２へと進む。
【０１２７】
ステップＳ４２では、移動機構６０Ｃが造形ステージＳを前方へと移動させ、第１ローラ３１Ｃおよび第１吐出ヘッド２１Ｃの下方を通過させる。続いて、移動機構６０Ｃは、造形ステージＳを照射部４０Ｃの下方を通過させる。照射部４０Ｃは、下方を通過する造形ステージＳへ向けて紫外線を照射する。これにより、ステップＳ３８において造形ステージＳの上面に形成されたモデル材の層が硬化する。以上により、本実施形態の積層工程が終了する。
【０１２８】
本実施形態では、後方から前方へ向かう往路と、前方から後方へ向かう復路の双方においてモデル材およびサポート材の吐出が行われる。また、立体物形成範囲Ｃ１の前方と後方の双方にモデル材の予備吐出範囲Ｃ３，Ｃ６とサポート材の予備吐出範囲Ｃ２，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ７とを設けている。これにより、第１吐出ヘッド２１Ｃが、一層毎に、立体物形成範囲Ｃ１でのモデル材の本吐出の前に、第２予備吐出範囲Ｃ３または第５予備吐出範囲Ｃ６のいずれかにおいてモデル材の予備吐出を行う。また、第２吐出ヘッド２２Ｃが、一層毎に、立体物形成範囲Ｃ１でのサポート材の本吐出の前に、第１予備吐出範囲Ｃ２および第３予備吐出範囲Ｃ４、または、第４予備吐出範囲Ｃ５および第６予備吐出範囲Ｃ７のいずれかにおいてサポート材の予備吐出を行う。このように、各吐出ヘッド２１Ｃ，２２Ｃにおいて、主造形物９１Ｃを形成するための本吐出の直前に予備吐出を行うことにより、本吐出における吐出不良をより抑制できる。したがって、最終造形物の成形精度をより向上できる。
【０１２９】
＜４．変形例＞
以上、本発明の主たる実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
【０１３０】
上記の実施形態の積層装置では、２つの吐出ヘッドの間に配置される１つの照射部により、モデル材およびサポート材の硬化を行っていた。したがって、高価な照射部の数を抑えることができる。その結果、積層装置および三次元造形装置の製造コストを低減できるとともに、小型化できる。しかしながら、本発明はこの限りではない。造形材の硬化処理を行う硬化部は、複数あってもよい。
【０１３１】
また、上記の実施形態では、モデル材を吐出する第１吐出ヘッドと、サポート材を吐出する第２吐出ヘッドとは、それぞれ単一であった。しかしながら、第１吐出ヘッドおよび第２吐出ヘッドの数は、それぞれ複数であってもよい。
【０１３２】
また、上記の実施形態では、モデル材を吐出する第１吐出ヘッドと、サポート材を吐出する第２吐出ヘッドの双方において予備吐出工程を行った。しかしながら、一方の吐出ヘッドのみで予備吐出工程を行ってもよい。モデル材およびサポート材の材料や、主造形物の形状によっては、第１吐出ヘッドと第２吐出ヘッドとのノズル詰まりの生じやすさは異なる。このため、例えば、モデル材を吐出する第１吐出ヘッドではノズル詰まりが生じやすく、サポート材を吐出する第２吐出ヘッドではノズル詰まりが生じにくい場合、第１吐出ヘッドのみで予備吐出工程を行ってもよい。
【０１３３】
また、上記の実施形態では、第１吐出ヘッド、第２吐出ヘッド、ローラおよび照射部を含む処理ユニットの高さが固定されていた。そして、昇降機構は、当該処理ユニットに対して造形ステージを、上下に移動させていた。しかしながら、昇降機構は、高さが固定された造形ステージに対して、処理ユニットを上下に移動させてもよい。すなわち、昇降機構は、処理ユニットに対して造形ステージを、相対的に上下に移動させるものであればよい。
【０１３４】
また、上記の実施形態では、第１吐出ヘッド、第２吐出ヘッド、ローラおよび照射部を含む処理ユニットの前後方向の位置が固定されていた。そして、移動機構は、当該処理ユニットに対して造形ステージを、前後に往復移動させていた。しかしながら、移動機構は、前後方向の位置が固定された造形ステージに対して、処理ユニットを前後に往復移動させてもよい。すなわち、移動機構は、処理ユニットに対して造形ステージを、相対的に水平方向に往復移動させるものであればよい。
【０１３５】
また、上記の実施形態では、モデル材およびサポート材は紫外線硬化型の材料であった。しかしながら、モデル材およびサポート材は、熱、赤外線、レーザおよびＸ線等の、紫外線以外のエネルギーにより硬化するエネルギー硬化型の材料であってもよい。そして、照射部は、熱、赤外線、レーザおよびＸ線等のエネルギー線を照射するものであってもよい。
【０１３６】
また、上記の実施形態では、最終造形物を含む主造形物と、予備吐出工程により形成される副造形物とは、搬送方向に間隔を空けて形成された。すなわち、主造形物と副造形物とは別体に形成された。これにより、主造形物および副造形物のそれぞれについて、サポート材の除去が行いやすい。しかしながら、主造形物と副造形物とは、搬送方向に繋がって形成されてもよい。
【０１３７】
また、積層装置および三次元造形装置の細部の形状および構造については、本願の各図に示された形状および構造と相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１３８】
１  三次元造形装置
９, ９Ｂ, ９Ｃ  立体物
１０, １０Ｃ  積層装置
２０  積層部
２１, ２１Ｃ  第１吐出ヘッド
２２, ２２Ｃ  第２吐出ヘッド
３１，３１Ｃ，３２，３２Ｃ  ローラ
４０,   ４０Ｃ  照射部
６０, ６０Ｃ  移動機構
９１, ９１Ｂ, ９１Ｃ  主造形物
９２Ｂ, ９２１ , ９２１Ｃ, ９２２, ９２２Ｃ  副造形物
９００  最終造形物
Ａ１, Ｂ１, Ｃ１  立体物形成範囲
Ａ２, Ａ３, Ｂ２, Ｂ３, Ｂ４ , Ｃ２, Ｃ３, Ｃ４ , Ｃ５, Ｃ６ ,Ｃ７  予備吐出範囲
Ｓ  造形ステージ
【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】
2018094876.tif 000014
【図１３】
2018094876.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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