(57)【要約】【課題】本発明は、材料を押付板で加圧しながら硬化し積層して３次元造形物を造形する際に、硬化層と押付板との剥離性を高めた積層造形装置を提供する。【解決手段】本発明の積層造形装置は、所定の材料を供給する供給部と、前記材料を硬化層にして積層することで３次元造形物を造形する造形部と、前記材料が硬化する時に前記材料に押し付けられている押付部と、前記材料が硬化した後に前記押付部と前記硬化層の少なくとも一方と熱交換する熱交換部と、を有し、前記押付部は前記熱交換による前記押付部と前記硬化層の温度変化に伴う寸法変化量の差で前記硬化層を分離する。【選択図】      図１
2018158470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の材料を供給する供給部と、
前記材料を硬化層にして積層することで３次元造形物を造形する造形部と、
前記材料が硬化する時に前記材料に押し付けられている押付部と、
前記材料が硬化した後に前記押付部と前記硬化層の少なくとも一方と熱交換する熱交換部と、を有し、
前記押付部は前記熱交換による前記押付部と前記硬化層の温度変化に伴う寸法変化量の差で前記硬化層を分離する、積層造形装置。
【請求項２】
前記熱交換部は前記押付部と前記硬化層の少なくとも一方を冷却し、
前記押付部は前記冷却による前記押付部と前記硬化層の収縮量の差で前記硬化層を分離する、請求項１記載の積層造形装置。
【請求項３】
前記熱交換部は少なくとも１つの冷却板を有し、前記冷却板を前記押付部に接触させることによって前記冷却をする、請求項２記載の積層造形装置。
【請求項４】
前記押付部の熱膨張係数は前記硬化層の熱膨張係数よりも小さい、請求項１から３の内の１項記載の積層造形装置。
【請求項５】
前記造形部は前記材料にレーザ光を照射して前記硬化層とする、請求項１から４の内の１項記載の積層造形装置。
【請求項６】
前記押付部は、積層された前記材料に押し付ける少なくとも１つの押付板と、前記押付板を加圧する加圧部と、を有する、請求項１から５の内の１項記載の積層造形装置。
【請求項７】
前記加圧部は、高圧ガスにより前記押付板を均一に加圧する圧力調整部を有する、請求項６記載の積層造形装置。
【請求項８】
前記押付板を前記材料に押し付ける際に前記押付板を加熱する加熱部を有する、請求項６または７記載の積層造形装置。
【請求項９】
所定の材料を硬化層にして積層することで３次元造形物を造形する積層造形方法において、
前記材料に押付板を押し付けた状態で前記材料を前記硬化層とし、
前記材料が硬化した後に前記押付板と前記硬化層の少なくとも一方と熱交換して、前記熱交換による前記押付板と前記硬化層の温度変化に伴う寸法変化量の差で前記押付板と前記硬化層を分離する、積層造形方法。
【請求項１０】
前記熱交換で前記押付板と前記硬化層の少なくとも一方を冷却し、
前記冷却による前記押付板と前記硬化層の収縮量の差で前記押付板と前記硬化層を分離する、請求項９記載の積層造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、層を積層して３次元造形物を造形する積層造形技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）データを層分割し、分割した層ごとに層の上に層を積むようにして材料を付加して３次元の造形物を製造する方法は、国際規格でＡｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇと定義されている。１９８０年代に発明されたこの製造方法は、一般的には３Ｄプリンタ（スリー  ディー  プリンタ）と呼ばれる。３Ｄプリンタは、３次元ＣＡＤデータがあれば、金型を使わずに複雑な形状を容易に製造できることから、近年、新たなものづくり手法として注目されている。
【０００３】
３Ｄプリンタでは、切削による除去的な加工や、型に材料を流し込んで固める成形加工とは異なり、メッシュ形状やポーラス形状をはじめとする、かつては製造が難しかった形状を容易に正確に製造できる。更には、複数の種類の材料を単一部品内に自由に配置させた造形を可能とすることも期待されている。複数の材料を用いた造形により、それぞれの材料の特性を活かした新たな機能を付与した造形物が実現できるからである。
【０００４】
例えば、導電材料と絶縁材料とを複合させることで、電子回路の機能を有する造形物が実現する。また、硬質な材料と柔軟な材料とを複合させることで、強度と柔軟性の両立した機能を有する造形物が実現する。そして、これらの機能は新規材料の開発をせずとも実現することができる。
【０００５】
ところで、粉末材料の硬化層を積層して３次元造形物を造形する場合、各層の内部には粉末材料であることに起因する隙間が生じ、この隙間によって造形物の強度や精度が低下するという問題が生じていた。この問題を解決するために、特許文献１では、積層された粉末材料をレーザ光が透過する押付板で加圧することによって粉末間の隙間を低減し、その後、押付板を通してレーザ光を照射して硬化層を形成する方法が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２では、光硬化性樹脂液を硬化し積層して３次元造形物を造る際に、液面に光透過性フィルムを接触させ、その上から光透過性の押付板を当てながらフィルムと押付板を通して光を照射することで平坦な硬化層を形成する。さらに、硬化層を形成した後にフィルムを巻き取って回収する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３３６４０３号公報
【特許文献２】特開２０００−１５３５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１や特許文献２の技術は、以下の課題を有している。すなわち、特許文献１では、材料の硬化層と押付板とが接着してしまうことにより、製造工程を中断させたり造形物が破損したりする問題が生じている。また、特許文献２では、光硬化性樹脂液のように光で硬化させる場合は有効であるが、粉末材料のようにレーザ光を照射した高温状態で硬化する場合、フィルムが硬化層に接着して回収できなくなる問題が生じている。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、材料を押付板で加圧しながら硬化し積層して３次元造形物を造形する際に、硬化層と押付板との剥離性を高めた積層造形装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の積層造形装置は、所定の材料を供給する供給部と、前記材料を硬化層にして積層することで３次元造形物を造形する造形部と、前記材料が硬化する時に前記材料に押し付けられている押付部と、前記材料が硬化した後に前記押付部と前記硬化層の少なくとも一方と熱交換する熱交換部と、を有し、前記押付部は前記熱交換による前記押付部と前記硬化層の温度変化に伴う寸法変化量の差で前記硬化層を分離する。
【００１１】
本発明の積層造形方法は、所定の材料を硬化層にして積層することで３次元造形物を造形する積層造形方法において、前記材料に押付板を押し付けた状態で前記材料を前記硬化層とし、前記材料が硬化した後に前記押付板と前記硬化層の少なくとも一方と熱交換して、前記熱交換による前記押付板と前記硬化層の温度変化に伴う寸法変化量の差で前記押付板と前記硬化層を分離する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、材料を押付板で加圧しながら硬化し積層して３次元造形物を造形する際に、硬化層と押付板との剥離性を高めた積層造形装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態の積層造形装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の積層造形装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の積層造形装置の押付板の搬送方法を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の積層造形装置の動作を説明するための図である。
【図５Ａ】本発明の第２の実施形態の積層造形装置の押付板の効果を説明するための図である。
【図５Ｂ】本発明の第２の実施形態の積層造形装置の押付板の効果を説明するための図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の積層造形装置の動作を示すフローチャートである。
【図７Ａ】本発明の第２の実施形態の積層造形装置の押付板の加圧の様子を説明するための図である。
【図７Ｂ】本発明の第２の実施形態の積層造形装置の押付板の圧力調整部を用いた加圧の様子を説明するための図である。
【図７Ｃ】本発明の第２の実施形態の積層造形装置の圧力調整部を用いた際の押付板の冷却の様子を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の積層造形装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の積層造形装置１は、所定の材料を供給する供給部１１と、前記材料を硬化層にして積層することで３次元造形物を造形する造形部１２と、を有する。さらに、前記材料が硬化する時に前記材料に押し付けられている押付部１３と、前記材料が硬化した後に前記押付部１３と前記硬化層の少なくとも一方と熱交換する熱交換部１４と、を有する。さらに、前記押付部１３は前記熱交換による前記押付部１３と前記硬化層の温度変化に伴う寸法変化量の差で前記硬化層を分離する。
【００１５】
積層造形装置１によれば、積層された材料に押付部１３である押付板を押し付けた状態で材料を硬化させて硬化層とした後に、押付板や硬化層が熱交換部１４で熱交換される。このときの押付板と硬化層の温度変化に伴う寸法変化量の差により、押付板と硬化層との界面にずれが生じることによって、押付板と硬化層との剥離が促進される。
【００１６】
以上のように本実施形態によれば、材料を押付板で加圧しながら硬化し積層して３次元造形物を造形する際に、硬化層と押付板との剥離性を高めた積層造形装置を提供することができる。
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態の積層造形装置の構成を示す図である。本実施形態の積層造形装置２は、所定の材料を供給する供給部２１と、供給された材料を材料層として積層し各材料層を硬化して３次元造形物を造形する造形部２２と、造形前と造形中の材料層に押し付ける押付部２３と、造形後の押付部２３を冷却する冷却部２４とを有する。さらに、材料層に押し付ける押付部２３を予め加熱する加熱部２５を有する。さらに、所定の造形物を造形するために、供給部２１と造形部２２と押付部２３と冷却部２４と加熱部２５を制御し連携させる制御部２６を有する。
【００１７】
供給部２１は、チャンバ２１１と供給筒２１２とを有する。チャンバ２１１は、材料を保管する。供給筒２１２は、チャンバ２１１に保管された材料を、造形部２２の後述するステージ２２１の所定の位置に所定の量を供給する。ここで所定の量とは、ステージ２２１上に材料を所定の厚さの材料層として敷き詰めるために必要な量である。
【００１８】
材料は粉体とすることができ、粉体の形状は球形とすることができる。球形状の生成方法としてはアトマイズ法を用いることができるが、これには限定されない。粉体の粒径は５μｍ〜５０μｍなどとすることができるが、これには限定されない。粉体の形状は、また、鱗片状の平板形状（円板形状）とすることができる。平板形状は、アトマイズ法等で製造した球形の粉体を、さらにスタンピング等の方法で鱗片状に平板化することで得られるが、これには限定されない。さらに、材料の形状は球形や平板には限定されず、任意の多面体や楕円体などでもよい。
【００１９】
材料の材質は、プラスチック材料とすることができ、例えば、ナイロン、ポリ乳酸、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトンとすることができる。また、これらの材料にガラスやカーボン等を所定量添加していても良い。また、金属材料とすることもでき、例えば、銅、ステンレス、アルミ、チタンとすることができる。また、セラミックやカーボンとすることもできる。
【００２０】
造形部２２は、ステージ２２１とスキージ２２２と硬化部２２３と位置センサ２２４とを有する。
【００２１】
ステージ２２１は、供給部２１から供給された材料を積層して３次元造形物を造形する造形面を備えている。さらに、ステージ２２１は昇降機構を有し、材料の積層に合わせて造形面を昇降することができる。
【００２２】
スキージ２２２は、ステージ２２１上に供給された材料を、造形面上に平坦に引き延ばして均一の厚さに敷き詰めた材料層とする。スキージ２２２の形状は、平スキージ、角スキージ、剣スキージ等、目的に合わせた形状とすることができる。また、スキージ２２２をローラとし、ローラを転がすことによって材料を平坦化し均一な厚さに敷き詰めても良い。スキージ２２２の材質は、ゴム、プラスチック、金属等から、目的に合わせて選択することができる。
【００２３】
硬化部２２３は、スキージ２２２により平坦化され均一な厚さに敷き詰められた材料層の所定の領域、すなわち造形物を形成する領域を加熱して硬化層を形成する。硬化層の形成方法としては、ＡＳＴＭ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）がＡｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇの方式として分類している粉末床溶融結合方式（Ｐｏｗｄｅｒ  ｂｅｄ  ｆｕｓｉｏｎ）を用いることができる。
【００２４】
この方式の場合、硬化部２２３は、後述の押付板２３１を透過して材料層を加熱するレーザ光を照射するレーザ照射機構とすることができる。硬化部２２３は、ステージ２２１上の材料層の所定の領域を所定の時間、レーザ光を照射することにより加熱して硬化層を形成する。レーザとしては、Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇで使用されるファイバーレーザ等を用いることができる。なお、硬化層を除いた材料層の残りの部分は、未硬化な材料であり、回収されたり廃棄されたりすることができる。
【００２５】
位置センサ２２４は、ステージ２２１上に積層された材料層の表面の高さ方向（積層方向）の位置を測定する。位置センサ２２４は、表面にレーザ光を照射し、その反射光を検出する方法で表面の高さ方向の位置を測定することができる。測定された材料層の表面の位置は、後述の押付板２３１を材料層に押し付ける際の圧力を調整するためや、ステージ２２１の高さを調整するためなどに用いられる。
【００２６】
押付部２３は、押付板２３１と加圧部２３２と搬送部２３３とを有する。
【００２７】
押付板２３１は、平板形状を有し、ステージ２２１上に積層された材料層に押し付けられて、材料層を圧縮する。押付板２３１は、材料層が硬化される前（造形前）と硬化中（造形中）に、材料層に押し付けられる。押付板２３１は、材料層の硬化の際にレーザ光を透過することのできる、ガラスなどの透明な材料とすることができる。
【００２８】
ガラスの材質としては、造形物の材料であるプラスチックの熱膨張係数との差の大きい材質が好ましく、例えば、熱膨張係数４０×１０−７／℃以下の耐熱ガラスが好ましい。また、造形物の材料がアルミニウムなどの金属を含む場合は、金属の熱膨張係数はプラスチックの熱膨張係数よりも小さいことから、熱膨張係数がさらに小さい７×１０−７／℃以下の耐熱ガラスが好ましい。
【００２９】
加圧部２３２は、押付板２３１をステージ２２１の造形面の方向に押し付けるように加圧する。加圧部２３２は、重りや油圧や空気圧などによる荷重によって加圧することができる。押付板２３１における加圧の位置は、硬化部２２３から照射されるレーザ光を遮らない周辺部などとすることができる。加圧部２３２による加圧により、押付板２３１はステージ２２１上に積層された材料層に押し付けられて材料層を圧縮する。
【００３０】
搬送部２３３は、押付板２３１を持ち上げてステージ２２１の所定の位置に搬送する。図３は、押付板２３１の搬送方法を説明するための図である。図３のように、搬送部２３３は押付板２３１が平板の場合、真空排気による吸着で押付板２３１を持ち上げて搬送することができる。例えば、押付板２３１の重さが１．２ｋｇで、搬送部２３３に直径３ｃｍの円形の吸着部分が４箇所設けられている場合、排気により大気圧に対して６ｋＰａ程度減圧することによって、押付板２３１を持ち上げて搬送することができる。
【００３１】
冷却部２４は、冷却板２４１と冷却槽２４２とを有する。
【００３２】
冷却板２４１は、平板形状を有し、材料層の硬化後の押付板２３１に重ねられて、押付板２３１を冷却する。冷却板２４１は、押付板２３１を効率よく冷却するために、熱伝導率の高いアルミニウムや銅や鉄鋼などの金属とすることが好ましい。また、冷却板２４１は、造形物よりも融点の高い材料で構成される。
【００３３】
冷却板２４１は、押付板２３１を押し付けた状態での材料層の硬化の後、押付板２３１に重ねられることによって、レーザ光による硬化の際に押付板２３１に加わった熱を放熱する。さらにこのとき、硬化層の熱も押付板２３１を介して冷却板２４１に放熱される。これらにより、硬化の際に高温となった押付板２３１と硬化層とが冷却され、各々の熱膨張係数に基づいて収縮する。押付板２３１と硬化層の圧縮量の差により押付板２３１と硬化層との界面にずれが生じることによって、押付板２３１と硬化層との剥離性が向上する。
【００３４】
硬化の際に高温となった押付板２３１と硬化層とは、そのまま放置しておいたとしても、いずれ室温程度にまで降温する。しかしながら、実際の製造工程で自然冷却による降温を待っていたのでは製造工程を著しく遅延させることになるため、製造コストの面から好ましくない。冷却板２４１で押付板２３１を冷却することによって、押付板２３１と硬化層の降温を促進させて、製造コストを低減することができる。
【００３５】
冷却板２４１の搬送には、冷却板２４１が押付板２３１と同様に平板形状であることから、押付板２３１の搬送部２３３を兼用することができる。冷却板２４１の搬送に搬送部２３３を兼用することによって、積層造形装置２を低コスト化することができる。また、冷却板２４１の搬送用に、専用の搬送機構を設けてもよい。専用の搬送機構は、搬送部２３３と同じ構造としてもよい。
【００３６】
冷却槽２４２は、冷却板２４１を予め冷却する。冷却槽２４２は、冷媒を流した冷却用のプレートを有し、この冷却用のプレートを冷却板２４１に重ねる、もしくは冷却用のプレートで冷却板２４１を挟み込むなどの構成とすることができるが、これには限定されない。冷却槽２４２は、冷蔵庫のような低温室を有し、低温室で冷却板２４１を冷却する構成としてもよい。冷却板２４１は、冷却槽２４２で冷却されてから押付板２３１に重ねられる。
【００３７】
加熱部２５は、押付板２３１をステージ２２１上の材料層に押し付ける前に、予め押付板２３１を材料の融点以下に加熱する。これにより押付板２３１を押し付けた際に、材料層が暖められて効率よく硬化することができる。加熱部２５は、ヒータを有する加熱プレートを押付板２３１に重ねる、もしくは加熱プレートで押付板２３１を挟み込むなどの構成とすることができるが、これには限定されない。加熱部２５は、高温槽のような高温室を有し、高温室で押付板２３１を加熱する構成としてもよい。押付板２３１は、加熱部２５で材料の融点以下に加熱されてからステージ２２１上の材料層に押し付けられる。
【００３８】
押付板２３１を予め加熱しておかなくても、レーザ光の照射時間を長くすれば材料層の硬化は可能である。しかしながら、レーザ光の照射時間を長くすることによって、製造工程には遅延や消費電力の増大が生じることとなり、製造コストの面から好ましくない。予め押付板２３１を加熱することによって、材料層の硬化を促進させて、製造コストを低減することができる。
【００３９】
制御部２６は、供給部２１や造形部２２や押付部２３や冷却部２４や加熱部２５に接続し、これらを制御し連携させる機能を有する。すなわち、材料の供給量や供給位置や供給タイミング、ステージ２２１の昇降の量、スキージの動作、レーザ光の照射の位置や時間、押付板２３１の加圧、冷却板２４１の冷却や押付板２３１の加熱などの、造形物の積層造形に関わる制御を行なう。
【００４０】
制御部２６は、サーバなどの情報処理装置をプログラムにより動作させて実現することができる。このプログラムによる動作の内で、積層造形に関わる動作は、造形物の３次元ＣＡＤデータに基づいて設定される。すなわち、制御部２６は、３次元ＣＡＤデータに基づいて３次元造形物の造形を制御することができる。
【００４１】
図４は、積層造形装置２の動作を説明するための図である。
【００４２】
（ａ）では、ステージ２２１上に供給された材料が、スキージ２２２により引き延ばされて最上層の材料層として積層される。最上層の下には硬化層を含む材料層が存在していてもよい。また、位置センサ２２４は、最上層の材料層が形成される下面の位置と、最上層の材料層の表面の位置とを測定する。これにより材料層が所望の厚さを有していることを確認できる。所望の厚さからずれている場合は、スキージ２２２で最上層を除去し、材料層を形成し直すなどの対策が可能である。
【００４３】
（ｂ）では、押付板２３１が搬送部２３３により材料層上に搬送される。押付板２３１はステージ２２１上の材料層の全体を覆うものであることが好ましい。またこの時、押付板２３１は、予め加熱部２５によって材料の融点以下の温度に加熱されている。なお、押付板２３１の加熱は、加熱温度や加熱時間を管理することによって行うことができる。
【００４４】
（ｃ）では、押付板２３１が加圧部２３２によりステージ２２１の方向に加圧される。押付板２３１における加圧の位置は、材料層の硬化の際に、硬化部２２３から照射されるレーザ光を遮らない周辺部などとすることができる。加圧により押付板２３１は、材料層に押し付けられて材料層を圧縮する。加圧の際の圧力は、圧縮された材料層の厚さが所定の厚さになるように、予め設定しておくことができる。また、加圧する時間によっても材料の厚さは変わるため、加圧からその後の硬化の工程までの時間の管理を行う。
【００４５】
またこの時、位置センサ２２４は、圧縮された最上層の材料層の表面の位置を、押付板２３１を介して測定する。これにより、加圧後の材料層が所望の厚さを有していることを確認できる。また、例えば、加圧前の材料層に対して加圧後の材料層の密度を２倍にしたい場合、加圧後の材料層の厚さが加圧前の１／２であれば、密度が２倍となったことを確認することができる。
【００４６】
図５Ａは、積層造形装置２の押付板２３１の効果を説明するための図である。ステージ２２１上の材料がスキージ２２２によって引き延ばされた状態での材料層には（図５Ａの左図）、材料の粒子の密度が低いことから粒子間に多くの隙間が存在する。一方、押付板２３１で圧縮された材料層は（図５Ａの右図）、粒子の密度が増大していることによって粒子間の隙間が減少している。
【００４７】
（ｄ）では、硬化部２２３が押付板２３１を介して、最上層の材料層の所定の位置に所定の時間、レーザ光を照射して材料層を硬化する。
【００４８】
図５Ｂは、積層造形装置２の押付板２３１の効果を説明するための図である。押付板２３１での押し付けのない状態で硬化した硬化層には（図５Ｂの左図）、硬化前の材料層に多く存在した隙間によって、隙間が多く存在する。一方、押付板２３１で圧縮された状態で硬化した硬化層は（図５Ｂの右図）、硬化前の材料層の隙間が減少していることによって、隙間が減少している。
【００４９】
（ｅ）では、レーザ光の照射による硬化層の形成が終了した後、冷却板２４１が搬送部２３３により搬送され押付板２３１に重ねられる。冷却板２４１は押付板２３１の全体を覆うものであることが好ましい。またこの時、冷却板２４１は、予め冷却槽２４２によって所定の温度以下に冷却されている。所定の温度とは、この後に押付板２３１を硬化層を含む材料層から分離する際に、押付板２３１と硬化層が剥離する温度とすることができる。また、冷却板２４１が押付板２３１を冷却する時間は、押付板２３１と硬化層が剥離する温度まで冷却される時間とすることができる。
【００５０】
押付板２３１は、冷却板２４１が重ねられることによって、硬化の際に加わった熱を冷却板２４１に放熱する。さらにこのとき、硬化層の熱も押付板２３１を介して冷却板２４１に放熱される。これらにより、硬化の際に高温となった押付板２３１と硬化層とが冷却され、各々の熱膨張係数に基づいて収縮する。押付板２３１と硬化層の圧縮量の差により押付板２３１と硬化層との界面にずれが生じることによって、押付板２３１と硬化層との剥離が促進される。
【００５１】
（ｆ）では、押付板２３１と冷却板２４１が、搬送部２３３によりステージ２２１上から搬送されて取り除かれる。このとき、押付板２３１の温度をモニタリングし、押付板２３１が所定の温度以下となったことを確認してから搬送してもよい。所定の温度とは、予め確認された、押付板２３１と硬化層が剥離する温度とすることができる。
【００５２】
図６は、本実施形態の積層造形装置２の動作を示すフローチャートである。
【００５３】
ステップＳ１では、供給部２１がステージ２２１の造形面上に、所定の積層厚さとなる体積の材料を供給する。
【００５４】
ステップＳ２では、スキージ２２２が、供給された材料を、ステージ２２１の造形面上に均一の厚さで平坦に敷き詰めた材料層として積層する。この工程をスキージングと呼ぶ。
【００５５】
ステップＳ３では、押付板２３１を材料層に押し付け、加圧部２３２で押付板２３１を加圧して、材料層を圧縮する。なお、押付板２３１は予め加熱部２５で所定の温度に加熱されている。
【００５６】
ステップＳ４では、硬化部２２３が押付板２３１を介して材料層の所定の位置に所定の時間だけレーザ光を照射し、材料層を硬化する。
【００５７】
ステップＳ５では、材料層の硬化の後、冷却板２４１を押付板２３１に重ねることによって、押付板２３１とこれに接する硬化層を冷却する。なお、冷却板２４１は予め冷却槽２４２で所定の温度に冷却されている。
【００５８】
ステップＳ６では、冷却板２４１と押付板２３１をステージ２２１から離す。なお、この後、冷却板２４１は冷却槽２４２で冷却され、押付板２３１は加熱部２５で加熱される。
【００５９】
ステップＳ７では、ステージ２２１上に所定の層数が積層されたか否かを確認する。すなわち、造形を完了したか否かを確認する。ステップＳ７がＮＯの場合、次の層を積層させるためにステージ２２１を所定量、例えば層厚分だけ下降させて位置を設定する（ステップＳ８）。ステージ２２１の位置が設定された後、ステップＳ１が繰り返される。
【００６０】
所定の層数が積層されて造形物が完成すると（ステップＳ７のＹＥＳ）、終了する。
【００６１】
図７Ａは、加圧部２３２による押付板２３１の加圧の様子を説明するための図である。押付板２３１における加圧の位置は、硬化部２２３から照射されるレーザ光を遮らない周辺部などとすることができる。この時、押付板２３１の面積が大きい、もしくは押付板２３１の厚みを十分に厚くできない場合、押付板２３１の周辺を加圧することにより押付板２３１に反りが生じる場合がある。この場合、造形物の形状の精度の劣化や、冷却板２４１と押付板２３１との熱接触の劣化をもたらすこととなる。冷却板２４１と押付板２３１との熱接触が劣化すると、押付板２３１の冷却が十分に行われなくなり、押付板２３１と硬化部の剥離性が劣化する。
【００６２】
図７Ｂおよび図７Ｃは、以上の加圧による押付板２３１の反りの問題を解決するために、押付板２３１の加圧のための圧力調整部２７を設けることを説明するための図である。圧力調整部２７は、押付板２３１の周辺部で押付板２３１に密着したチャンバ構造であり、コンプレッサ２８により圧縮された高圧空気が注入される。これにより、押付板２３１は、高圧空気により均等に加圧され、反りの発生が抑制される。なお、コンプレッサ２８により圧縮された高圧空気には限定されず、圧力を調整されたアルゴンや空気や窒素などの高圧ガスであればよい。
【００６３】
圧力調整部２７は、その外部に硬化部２２３を設けている場合は、レーザ光の経路にあたる部分を、レーザ光を透過するガラスなどとする。また、図７Ｃに示すように、圧力調整部２７の内部で押付板２３１に冷却板２４１を重ねられるよう、冷却部２４を圧力調整部２７の内部に設ける。この時、冷却部２４の冷却槽２４２はなるべく小さいことが好ましいことから、冷却板２４１に重ねることで冷却板２４１を冷却できる冷却プレートとすることができる。また、冷却板２４１を押付板２３１と冷却プレートとの間で搬送するための搬送部を設けることができる。
【００６４】
本実施形態の積層造形装置２では、積層造形の効率を高めるために押付板２３１と冷却板２４１とを各々、複数備えることができる。すなわち、一方の押付板２３１をステージ２２１上の材料層に押し付けているときに、他方の押付板２３１を加熱部２５で加熱しておく。一方の押付板２３１での材料層の硬化が終了しステージ２２１から搬送されると、予め加熱しておいた他方の押付板２３１を次の材料層の硬化に使うことができる。また、一方の冷却板２４１で押付板２３１を冷却しているときに、他方の冷却板２４１を冷却槽２４２で冷却しておく。一方の冷却板２４１での押付板２３１の冷却が終了しステージ２２１から搬送されると、予め冷却しておいた他方の冷却板２４１を次の冷却に使うことができる。以上のようにすることで、積層造形の効率を高めることができ、製造コストを低減することができる。
【００６５】
本実施形態の積層造形装置２では、一例として、材料にナイロンを用い、押付板２３１に石英ガラスを用いた場合、押付板２３１の加熱の温度をナイロンの融点よりも低い１８０℃程度とすることができる。また、冷却板２４１の冷却温度を８０℃程度とすることができる。このとき、石英ガラスの熱膨張係数が９×１０−６／℃に対し、ナイロンが１００×１０−６／℃であるため、１８０℃から８０℃まで降温させると、１０ｃｍ当たりで石英ガラスが０．０９ｍｍ、ナイロンが１ｍｍ収縮する。この収縮差より造形物と押付板２３１との剥離を生じさせることができる。なお、本実施形態の積層造形装置２では、以上の例には限定されず、材料と押付板２３１の材質な様々な組み合わせが可能である。
【００６６】
なお、積層造形装置２では、押付板２３１が未硬化の材料層に接する部分に、未硬化の紛体材料が付着する場合がある。これに対しては、ハケやブラシなどを用いた除去機構を備え、付着した紛体材料を除去することが可能である。
【００６７】
以上のように、本実施形態の積層造形装置２では、押付板２３１を冷却板２４１で冷却することで、冷却に伴う押付板２３１と硬化層の収縮量の差で押付板２３１と硬化層の分離を促進する場合について説明したが、これには限定されない。例えば、ステージ２２１に冷媒を流してステージ２２１を冷却することによって硬化層や押付板２３１を冷却して分離を促進してもよい。
【００６８】
また、３次元造形物の材料を紛体とし、紛体をレーザ光照射による加熱により溶融して硬化層を形成する熱硬化の場合について説明したが、これには限定されない。例えば、材料を紫外線硬化樹脂とし、紫外線照射による紫外線硬化により硬化層を形成してもよい。
【００６９】
また、紫外線硬化のように熱硬化のような材料の温度上昇を伴わない場合、押付板２３１や硬化層を加熱することで、加熱に伴う押付板２３１と硬化層の膨張量の差で押付板２３１と硬化層の分離を促進するようにしてもよい。
【００７０】
以上のように、本実施形態の積層造形装置２によれば、ステージ２２１上に積層された材料に押付板２３１を押し付けた状態で材料を硬化させた後に、冷却板２４１などで押付板２３１や硬化層と積極的に熱交換する。これによる押付板２３１と硬化層の温度変化に伴う寸法変化量の差で、押付板２３１と硬化層との界面にずれが生じることによって、押付板２３１と硬化層との剥離を促進することができる。
【００７１】
また、冷却板２４１などで押付板２３１を冷却するなどの熱交換を積極的に行うことにより、製造時間が短縮されて製造コストが低減する。また、押付板２３１を加熱部２５で加熱してから材料層に押し付けることにより、レーザ光による硬化の場合、硬化の時間が短縮されて製造コストが低減する。
【００７２】
以上のように本実施形態によれば、材料を押付板で加圧しながら硬化し積層して３次元造形物を造形する際に、硬化層と押付板との剥離性を高めた積層造形装置を提供することができる。
【００７３】
本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものである。
【００７４】
また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
（付記１）
所定の材料を供給する供給部と、
前記材料を硬化層にして積層することで３次元造形物を造形する造形部と、
前記材料が硬化する時に前記材料に押し付けられている押付部と、
前記材料が硬化した後に前記押付部と前記硬化層の少なくとも一方と熱交換する熱交換部と、を有し、
前記押付部は前記熱交換による前記押付部と前記硬化層の温度変化に伴う寸法変化量の差で前記硬化層を分離する、積層造形装置。
（付記２）
前記熱交換部は前記押付部と前記硬化層の少なくとも一方を冷却し、
前記押付部は前記冷却による前記押付部と前記硬化層の収縮量の差で前記硬化層を分離する、付記１記載の積層造形装置。
（付記３）
前記熱交換部は少なくとも１つの冷却板を有し、前記冷却板を前記押付部に接触させることによって前記冷却をする、付記２記載の積層造形装置。
（付記４）
前記押付部の熱膨張係数は前記硬化層の熱膨張係数よりも小さい、付記１から３の内の１項記載の積層造形装置。
（付記５）
前記造形部は前記材料にレーザ光を照射して前記硬化層とする、付記１から４の内の１項記載の積層造形装置。
（付記６）
前記押付部は、積層された前記材料に押し付ける少なくとも１つの押付板と、前記押付板を加圧する加圧部と、を有する、付記１から５の内の１項記載の積層造形装置。
（付記７）
前記加圧部は、高圧ガスにより前記押付板を均一に加圧する圧力調整部を有する、付記６記載の積層造形装置。
（付記８）
前記押付板を前記材料に押し付ける際に前記押付板を加熱する加熱部を有する、付記６または７記載の積層造形装置。
（付記９）
前記押付板はガラスを含む、付記６から８の内の１項記載の積層造形装置。
（付記１０）
前記材料は粉末である、付記１から９の内の１項記載の積層造形装置。
（付記１１）
前記造形部は、前記材料の供給を受けるステージと、前記ステージに供給された前記材料を前記ステージに積層するスキージと、積層された前記材料の所定の領域を加熱して硬化する硬化部と、を有する、付記１から１０の内の１項記載の積層造形装置。
（付記１２）
所定の材料を硬化層にして積層することで３次元造形物を造形する積層造形方法において、
前記材料に押付板を押し付けた状態で前記材料を前記硬化層とし、
前記材料が硬化した後に前記押付板と前記硬化層の少なくとも一方と熱交換して、前記熱交換による前記押付板と前記硬化層の温度変化に伴う寸法変化量の差で前記押付板と前記硬化層を分離する、積層造形方法。
（付記１３）
前記熱交換で前記押付板と前記硬化層の少なくとも一方を冷却し、
前記冷却による前記押付板と前記硬化層の収縮量の差で前記押付板と前記硬化層を分離する、付記１２記載の積層造形方法。
（付記１４）
前記押付板に冷却板を接触させることによって前記冷却をする、付記１２または１３記載の積層造形方法。
（付記１５）
前記押付板の熱膨張係数は前記硬化層の熱膨張係数よりも小さい、付記１２から１４の内の１項記載の積層造形方法。
（付記１６）
前記材料を熱硬化して前記硬化層とする、付記１２から１５の内の１項記載の積層造形方法。
（付記１７）
前記材料にレーザ光を照射して前記硬化層とする、付記１２から１６の内の１項記載の積層造形方法。
（付記１８）
高圧ガスにより前記押付板を均一に加圧する、付記１２から１７の内の１項記載の積層造形方法。
（付記１９）
前記押付板を前記材料に押し付ける際に前記押付板を加熱する、付記１２から１８の内の１項記載の積層造形方法。
（付記２０）
前記押付板はガラスを含む、付記１２から１９の内の１項記載の積層造形方法。
（付記２１）
前記材料は粉末である、付記１２から２０の内の１項記載の積層造形方法。
【符号の説明】
【００７５】
１、２    積層造形装置
１１、２１    供給部
１２、２２    造形部
１３、２３    押付部
１４    熱交換部
２４    冷却部
２５    加熱部
２６    制御部
２７    圧力調整部
２８    コンプレッサ
２１１    チャンバ
２１２    供給筒
２２１    ステージ
２２２    スキージ
２２３    硬化部
２２４    位置センサ
２３１    押付板
２３２    加圧部
２３３    搬送部
２４１    冷却板
２４２    冷却槽
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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