(57)【要約】【課題】三次元造形に要する時間を短縮するため、複数層を積層して三次元造形物を形成する際、次の層形成のための液状の光硬化性樹脂を、速やかに劣化させることなく造形領域に補充する方法が求められていた。【解決手段】三次元造形装置の造形領域に液状の光硬化性樹脂を補充する際、光透過窓の温度を上昇させ、これと接する液状の光硬化性樹脂を加熱して、その粘度を低下させる。光硬化性樹脂の流動性が高まるため速やかに補充でき、しかも光透過窓を用いた局部加熱のため、光硬化性樹脂の特性劣化もほとんど生じない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状の光硬化性樹脂を保持する容器と、
前記液状の光硬化性樹脂を硬化させた固体造形物を支持する基台と、
前記基台を移動させるための移動部と、
前記液状の光硬化性樹脂を硬化させる光を発する光源ユニットと、
前記光源ユニットと前記基台の間に設けられ、前記液状の光硬化性樹脂と接する光透過窓とを備え、
前記光透過窓は発熱可能な発熱部を有する、
ことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項２】
前記光透過窓は、基板の上に前記液状の光硬化性樹脂を固化させる波長域の光を透過するヒータを備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の三次元造形装置。
【請求項３】
前記光透過窓は、前記液状の光硬化性樹脂を固化させる波長域の光を透過し、赤外光を吸収する、
ことを特徴とする請求項１に記載の三次元造形装置。
【請求項４】
前記光透過窓に赤外光を照射可能な赤外光源を有する、
ことを特徴とする請求項３に記載の三次元造形装置。
【請求項５】
前記光透過窓は、前記光硬化性樹脂の硬化を阻害するガスを透過する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか１項に記載の三次元造形装置。
【請求項６】
前記容器は、前記液状の光硬化性樹脂を冷却する冷却部を有する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のうちの何れか１項に記載の三次元造形装置。
【請求項７】
液状の光硬化性樹脂を保持する容器と、
前記液状の光硬化性樹脂を光硬化させた固体造形物を支持する基台と、
前記基台を移動させるための移動部と、
前記液状の光硬化性樹脂を光硬化させる光を発する光源ユニットと、
前記光源ユニットと前記基台の間に設けられ、前記液状の光硬化性樹脂と接する光透過窓とを備えた三次元造形装置を用いる三次元造形物の製造方法であって、
前記光源ユニットが発する光を、前記光透過窓を透して前記容器の内に保持された前記液状の光硬化性樹脂の一部に照射する工程と、
前記光透過窓の温度を上昇させる工程と、
前記基台を前記光源ユニットから離れる方向に移動させ、温度が上昇した前記光透過窓と前記固体造形物との間に前記液状の光硬化性樹脂を補充する工程とを有する、
ことを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項８】
前記光透過窓の温度を上昇させる工程は、前記光透過窓が備えるヒータを加熱する工程である、
ことを特徴とする請求項７に記載の三次元造形物の製造方法。
【請求項９】
前記光透過窓の温度を上昇させる工程は、前記光透過窓に赤外光を照射する工程である、
ことを特徴とする請求項７に記載の三次元造形物の製造方法。
【請求項１０】
前記光透過窓と接する前記液状の光硬化性樹脂に、前記光硬化性樹脂の硬化を阻害するガスを前記光透過窓を介して供給する、
ことを特徴とする請求項７乃至９のうちの何れか１項に記載の三次元造形物の製造方法。
【請求項１１】
前記光透過窓の温度を上昇させる工程は、前記光透過窓の温度を、４０度Ｃ以上で８０度Ｃ以下に上昇させる工程である、
ことを特徴とする請求項７乃至１０のうちの何れか１項に記載の三次元造形物の製造方法。
【請求項１２】
前記光透過窓の温度を上昇させる工程は、その後に実施する前記光源ユニットが発する光を前記容器の内に保持された前記液状の光硬化性樹脂の一部に照射する工程よりも所定時間前に終了する、
ことを特徴とする請求項７乃至１１のうちの何れか１項に記載の三次元造形物の製造方法。
【請求項１３】
前記光透過窓の温度を上昇させる工程における上昇温度を、前記容器に保持された液状光硬化性樹脂の種類によって変更する、
ことを特徴とする請求項７乃至１２のうちの何れか１項に記載の三次元造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光硬化性の液状樹脂材料に露光画像を投射して、三次元造形物を製造する三次元造形装置、ならびに三次元造形物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、所謂３Ｄプリンタへの期待が高まっている。中でも、光硬化性の液状樹脂材料に露光画像を投射して三次元造形物を製造する方式の装置開発が盛んである。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、上面が開放された容器に光硬化性樹脂溶液を収容し、自由液面の上から光線を照射して、自由液面近傍で光硬化させ樹脂硬化層を形成する装置が開示されている。かかる装置では、樹脂硬化層を形成した後に樹脂硬化層を支持する移動台を下降させ、光硬化性樹脂溶液の液面から樹脂硬化層までの深さが所定の深さになるのを待ってから、再度光線を照射して樹脂硬化層を積層する。こうしたプロセスを繰り返して、三次元造形物を形成していた。
【０００４】
また、特許文献２には、液状の光硬化性樹脂材料を充填した容器の底を光透過性にしておき、底を通して樹脂に露光画像を投射して所望形状の樹脂硬化層を形成する装置が開示されている。かかる装置では、樹脂硬化層を１層形成すると、造形物を持ち上げて、造形物と容器の底の間に液状の光硬化性樹脂を流入させて補充し、補充が完了すると次の露光画像を投射して樹脂硬化層を積層する。こうしたプロセスを繰り返して、三次元造形物を形成していた。
【０００５】
特許文献２の装置の場合は、容器の底を通じて光を照射するので、樹脂の液面が変動したとしても光学的な露光条件は影響を受けないという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−９６６３２号公報
【特許文献２】米国特許出願公開  第２０１５／５４１９８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、３Ｄプリンタには、産業界から造形速度の高速化を求める要請が高まっており、光硬化性の液状樹脂材料を原料に用いる方式も例外ではない。
【０００８】
一般に、光硬化性の液状樹脂材料に光を照射して形成される硬化層の厚みは、一層あたり０．０２ｍｍから０．２ｍｍ程度である。三次元造形速度を高めるには、一層の硬化層を形成した後、次の硬化層を形成するための準備工程をいかに短時間で完了するかが重要である。言い換えれば、次の一層分の液状樹脂材料を、いかに高速に造形領域に補給するかが重要である。というのも、光硬化性の液状樹脂材料は、一般に粘度が高いため、流動に時間がかかるからである。
【０００９】
特に、大型の三次元造形物を形成する場合には、造形領域の面積が大型化するため、次の層形成のための光硬化性の液状樹脂材料の補給に要する時間が長くなる。また、積層する層数が大きくなれば、補給する回数もそれだけ増加し、三次元造形物の完成に要する時間が長くなる。
【００１０】
特許文献１の装置の場合は、液状樹脂材料を造形領域に補給する速度を上げるため、液状樹脂材料に超音波振動を与えて流動性を高めておく工夫をしている。しかしながら、特許文献１の装置は、樹脂の自由液面の上から光線を照射する装置系であるため、液面が変動すると光学的な露光条件に影響が出やすい。液状樹脂材料の流動性を高めて補給時間を短縮すると、硬化層の形状精度に問題が出る場合があった。
【００１１】
特許文献２の装置の場合は、先に述べたように、容器の底を通じて光を照射するので、樹脂の液面が変動したとしても光学的な露光条件は影響を受けないという利点がある。
【００１２】
その反面、次の層形成の準備のため硬化層を持ち上げた際に、容器の底と硬化層の間隔が狭いためコンダクタンスが小さく、周囲から液状樹脂材料が補給されるのに時間がかかるという問題があった。
【００１３】
この問題を解決するため、室温環境で粘度が低い液状樹脂材料を用いる試みもなされている。しかし、固化時の収縮が大きくなり造形物の変形が起きたり、光硬化時の重合度が上がらずに十分な強度が得られなかったり、耐熱性が低下してしまう等の問題が発生していた。そこで、光硬化による造形の後処理工程として、光や熱を加えて強度を向上させるポストキュア法も試みられたが、寸法精度の低下や変形の問題が発生していた。
【００１４】
また、容器に充填した液状樹脂材料全体の温度を常に高めておき、流動性を高める試みもなされた。しかし、高温に長時間保持された樹脂材料が劣化したり、硬化が進んでしまったり、固化後の冷却で造形物が変形してしまう問題があった。
【００１５】
このため、複数層を積層して三次元造形物を形成する際、造形領域に層形成のための液状樹脂材料を劣化させることなく速やかに補充する方法が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の三次元造形装置は、液状の光硬化性樹脂を保持する容器と、前記液状の光硬化性樹脂を硬化させた固体造形物を支持する基台と、前記基台を移動させるための移動部と、前記液状の光硬化性樹脂を硬化させる光を発する光源ユニットと、前記光源ユニットと前記基台の間に設けられ、前記液状の光硬化性樹脂と接する光透過窓とを備え、前記光透過窓は発熱可能な発熱部を有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の三次元造形物の製造方法は、液状の光硬化性樹脂を保持する容器と、前記液状の光硬化性樹脂を光硬化させた固体造形物を支持する基台と、前記基台を移動させるための移動部と、前記液状の光硬化性樹脂を光硬化させる光を発する光源ユニットと、前記光源ユニットと前記基台の間に設けられ、前記液状の光硬化性樹脂と接する光透過窓とを備えた三次元造形装置を用いる三次元造形物の製造方法であって、前記光源ユニットが発する光を、前記光透過窓を透して前記容器の内に保持された前記液状の光硬化性樹脂の一部に照射する工程と、前記光透過窓の温度を上昇させる工程と、前記基台を前記光源ユニットから離れる方向に移動させ、温度が上昇した前記光透過窓と前記固体造形物との間に前記液状の光硬化性樹脂を補充する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、複数層を積層して三次元造形物を形成する際、造形領域に層形成のための液状樹脂材料を劣化させることなく速やかに補充することができる。そのため、三次元造形物の形成に要する時間を、著しく短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第一の実施形態にかかる三次元造形装置の断面図。
【図２】（ａ）加熱源が設けられた光透過窓の平面図、（ｂ）断面図、（ｃ）別の断面図。
【図３】第一の実施形態にかかる三次元造形装置のブロック図。
【図４】三次元造形プロセスのフローチャート。
【図５】液状光硬化性樹脂の温度に対する粘度の特性を示すグラフ。
【図６】（ａ）加熱源が設けられた光透過窓の平面図、（ｂ）断面図、（ｃ）別の断面図。
【図７】（ａ）加熱源が設けられた光透過窓の平面図、（ｂ）断面図、（ｃ）別の断面図。
【図８】（ａ）加熱源が設けられた光透過窓の平面図、（ｂ）断面図、（ｃ）別の断面図。
【図９】第二の実施形態にかかる三次元造形装置の断面図。
【図１０】第三の実施形態にかかる三次元造形装置の断面図。
【図１１】第四の実施形態にかかる三次元造形装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
尚、以下の説明では、固化していない液状の光硬化性樹脂を、液状光硬化性樹脂と記す。また、液状の光硬化性樹脂を光硬化させた固体造形物を、三次元造形物と記す。三次元造形物は、完成品に限らず、全層のうち途中層まで積層した半完成品も含むものとする。
【００２２】
［第一の実施形態］
図１は、本発明の第一の実施形態にかかる三次元造形装置の構造を説明するため、装置の断面を模式的に示した図である。
【００２３】
（装置の構成）
図１において、１は容器、２は液状光硬化性樹脂、３は樹脂供給部、４は光透過窓、５は遮光部、７は光源、８はミラー部、９はレンズ部、１０は光源ユニット、１１は基台、１２は昇降アーム、１３は昇降部、１４は三次元造形物である。また、１５は観測窓、１６は赤外サーモビュア、１７は赤外温度計である。
【００２４】
容器１は、液状光硬化性樹脂２を保持するための容器であり、液状光硬化性樹脂を固化させる波長域の光を遮る材料で形成されている。
【００２５】
樹脂供給部３は、液状光硬化性樹脂を貯蔵するタンクとポンプを備え、容器１に適量の液状光硬化性樹脂２が保持されるように、液状光硬化性樹脂を供給する。
【００２６】
液状光硬化性樹脂２は、特定の波長域の光を照射されると硬化（固化）する液状の樹脂である。液状光硬化性樹脂２は、光透過窓４と遮光部５の下側表面まで容器１内に満たされており、気泡が入り込まないように保持されている。光透過窓４と遮光部５は、容器１の蓋として機能し、開閉可能である。
【００２７】
光透過窓４は、液状光硬化性樹脂２を固化させる波長域の光を透過させる窓で、たとえばガラス板である。遮光部５は、液状光硬化性樹脂２を固化させる波長域の光を遮る部材より成る部分である。本実施形態では、蓋として機能する部分のうち、光源ユニット１０と基台１１の間の光路となる部分に光透過窓４を設け、その周辺領域には遮光部５を形成している。遮光部５は、断熱性が高い材料で形成するのが望ましい。光透過窓４を加熱したときに、遮光部５の温度上昇を抑制できるからである。
【００２８】
光透過窓４には、後述する加熱源が設けられている。
【００２９】
光源７、ミラー部８およびレンズ部９は、造形すべき三次元モデルの形状に対応させた光を液状光硬化性樹脂に照射するための光源ユニット１０を構成している。光源７は、液状光硬化性樹脂を固化させる波長域の光を発する光源である。たとえば、光硬化性樹脂として紫外光に感度を有する材料を用いる場合には、Ｈｅ−ＣｄレーザやＡｒレーザ等の紫外光源が用いられる。ミラー部８は、光源７が発する光を造形すべき三次元モデルの形状に対応させて変調する部分で、マイクロミラーデバイスをアレイ状に配置したデバイスが用いられる。レンズ部９は、変調された光を、光透過窓４の下の所定位置にある液状光硬化性樹脂２に集光するためのレンズである。所定位置にある液状光硬化性樹脂２は、集光された十分な強度の光を照射されると、硬化する。
【００３０】
硬化物の形状の精度を確保するためには、集光レンズの焦点位置は光透過窓の近傍とするのが望ましいが、近すぎると硬化した樹脂が光透過窓４に付着してしまう可能性がある。そこで、レンズ部９の焦点位置は、光透過窓４の下面から６０μｍ乃至１１０μｍ下方に設定するのが望ましい。
【００３１】
尚、光源ユニット１０は、液状光硬化性樹脂を固化させる波長域の光を、造形すべき三次元モデルの形状に対応させて変調し、所定の位置に集光する機能を有するものであれば、上記の例に限るものではない。たとえば、紫外光源と液晶シャッターの組み合わせや、半導体レーザダイオードアレイ、走査ミラー、結像ミラー等を用いたものでもよい。
【００３２】
基台１１は、その上面に三次元造形物１４を載せて支持する台で、昇降アーム１２を介して昇降部１３と連結している。昇降部１３は、昇降アーム１２を上下に移動させて基台１１の高さを調整する機構であり、基台を移動させる移動部である。
【００３３】
観測窓１５は、容器１の外から容器内を観測するための窓で、赤外サーモビュア１６は、観測窓１５を通して、容器内にある液状光硬化性樹脂の温度を観測する。特に、光透過窓４と基台１１の間に存在する液状光硬化性樹脂における垂直方向の温度分布を計測する。
【００３４】
赤外温度計１７は、光透過窓４の温度を、非接触で測定するための温度計である。
【００３５】
（光透過窓）
次に、加熱源が設けられた光透過窓４について詳しく説明する。
【００３６】
図２（ａ）は、光透過窓４の平面図である。図２（ｂ）は、平面図中のＡとＢを結ぶ線で光透過窓４を切った断面図であり、図２（ｃ）は、平面図中のＣとＤを結ぶ線で光透過窓４を切った断面図である。
【００３７】
図中で、２１は基板、２２は透明ヒータ、２３と２４は電極である。三次元造形装置に組み込まれたときには、基板２１の下面が、液状光硬化性樹脂と接する向きになる。
【００３８】
基板２１は、液状光硬化性樹脂を固化させる波長域の光透過率が高く、透明ヒータと電極を支持するのに必要な強度を確保できる材料が適しており、具体的には厚さが２．０ｍｍ以下の石英ガラス板を用いる。
【００３９】
透明ヒータ２２は、光透過性を有し、電極２３と電極２４の間に通電することにより発熱する抵抗体である。図２（ａ）に示すように、透明ヒータ２２は、発熱可能な発熱部として矩形形状を有している。光源ユニット１０から出射される液状光硬化性樹脂を固化させる波長域の光は、透明ヒータ２２と基板２１を透過して、液状光硬化性樹脂に照射される。透明ヒータ２２は、液状光硬化性樹脂を固化させる波長域の光の透過性に優れ、適当な電気抵抗を有するものであればよい。たとえば、酸化物材料であるスズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、アンチモンドープ酸化インジウム（ＡＴＯ）、等から選ばれた材料の薄膜で構成されるが、それ以外であってもよい。
【００４０】
電極２３と電極２４は、透明ヒータ２２に通電するための電極で、たとえば銀ペーストや銀ワイヤーが用いられるが、それ以外であってもよい。
【００４１】
後述するように、電極２３と電極２４を介して透明ヒータ２２に通電することにより透明ヒータ２２を発熱させ、基板２１の直下にある液状光硬化性樹脂を局部的に加熱して粘度を低下させ、速やかに流動させることができる。
【００４２】
（制御系）
次に、図１に示した三次元造形装置の、制御系について説明する。
【００４３】
図３は、三次元造形装置のブロック図である。３１は制御部、３２は外部装置、３３は操作パネル、１６は赤外サーモビュア、１７は赤外温度計、３は樹脂供給部、１０は光源ユニット、１３は昇降部、３４はヒータ駆動部である。
【００４４】
制御部３１は、ＣＰＵ、制御プログラムや制御用数値テーブルを記憶した不揮発性メモリであるＲＯＭ、演算等に使用する揮発性メモリであるＲＡＭ、装置外や装置内各部と通信するためのＩ／Ｏポート、等を備えている。なお、ＲＯＭには、３次元造形装置の基本動作を制御するためのプログラムが記憶されている。
【００４５】
外部装置３２からは、三次元造形物の形状データが、Ｉ／Ｏポートを介して三次元造形装置の制御部３１に入力される。
【００４６】
操作パネル３３は、三次元造形装置の操作者が装置に指示を与えるための入力部と、操作者に情報を表示するための表示部を有する。入力部は、キーボードや操作ボタンを備えている。表示部は、三次元造形装置の動作状況等を表示する表示パネルを備えている。
【００４７】
ヒータ駆動部３４は、光透過窓４に設けられた加熱源を駆動するための駆動回路で、制御部３１の指示により動作する。
【００４８】
赤外サーモビュア１６は、容器1内の光透過窓４と基台１１の間に存在する液状光硬化性樹脂の温度分布を計測し、計測結果を制御部３１に出力する。
【００４９】
赤外温度計１７は、光透過窓４の温度を計測し、計測結果を制御部３１に出力する。
【００５０】
制御部３１は、主として、樹脂供給部３、光源ユニット１０、昇降部１３、ヒータ駆動部３４を制御して、三次元造形プロセスを実行させる。
【００５１】
（三次元造形プロセス）
次に、上記の三次元造形装置を用いた三次元造形プロセスについて説明する。
【００５２】
図４に示すのは、三次元造形プロセスのフローチャートである。
【００５３】
まず、制御部３１は、光硬化プロセスをスタートさせる（Ｓ１）。
【００５４】
制御部３１は、不図示のセンサーを用いて、容器１内に所定量の液状光硬化性樹脂が収容されているか確認する（Ｓ２）。
【００５５】
不足している場合には、樹脂供給部３を動作させ、容器１内を所定量の液状光硬化性樹脂２で満たす（Ｓ３）。
【００５６】
次に、制御部３１は、昇降部１３を動作させ、基台１１の上面の高さが光源ユニット１０の焦点位置よりもわずかに下になるように、基台１１の位置をセットする。たとえば、積層造形で三次元造形物を形成する際の一層の厚みを４０μｍとするとき、焦点位置よりも１０μｍ乃至３０μｍ下方に基台１１の上面が位置するように調整する（Ｓ４）。
【００５７】
制御部３１は、外部装置３２から入力された三次元造形モデル形状データに基づいて、積層造形プロセスで用いる各層の形状データ（スライスデータ）を作成する。もしくは、外部装置３２が生成したスライスデータを受信する。
【００５８】
そして、制御部３１は、光源ユニット１０を駆動して発光させ、三次元造形物の第一層目の形状データ（スライスデータ）に基づいて変調された光を、液状光硬化性樹脂２に照射する。照射された部位の液状光硬化性樹脂２が硬化し、基台１１上に、三次元造形物の第一層目部分が形成される（Ｓ５）。
【００５９】
次に、第二層目を形成するための準備として、制御部３１は、ヒータ駆動部３４を動作させて光透過窓４の温度を上昇させる（Ｓ６）。
【００６０】
制御部３１は、赤外温度計１７から入力される光透過窓４の温度情報を参照しながら、ヒータ駆動部３４を制御する。赤外温度計１７を使用しない場合には、制御部３１は、あらかじめ設定されたプログラムに従ってタイマー制御でヒータ駆動部３４を動作させてもよい。
【００６１】
また、制御部３１は、赤外温度計１７から入力される光透過窓４の温度情報の代わりに、赤外サーモビュア１６から入力される液状光硬化性樹脂の温度情報に基づいて、ヒータ駆動部３４を制御してもよい。あるいは、制御部３１は、赤外温度計１７から入力される光透過窓４の温度情報と、赤外サーモビュア１６から入力される液状光硬化性樹脂の温度情報の両方に基づいてヒータ駆動部３４を制御してもよい。
【００６２】
制御部３１は、使用する液状光硬化性樹脂の種類や耐熱温度、粘度の温度特性等に応じて、適宜目標とする温度を変更してヒータ駆動部３４を制御するのが望ましい。
【００６３】
図５に例示するグラフは、４種類の液状光硬化性樹脂に関する温度に対する粘度の特性を示すグラフである。同図に示すように、液状光硬化性樹脂の粘度は、一般に温度が高いほど低下する傾向がある。従って、温度をできるだけ高くして粘度を低下させるのが良いとも考えられるが、以下の諸条件を考慮して最適な温度を選択すべきである。
【００６４】
まず、液状光硬化性樹脂の種類による耐熱温度特性の違いを考慮するのが望ましい。
【００６５】
また、温度を上昇させて粘度を低下させたいのは、次の層を形成するために光透過窓４と三次元造形物の間に補充される液状光硬化性樹脂だけであり、それ以外の液状光硬化性樹脂については、特性劣化を防止するために温度は上昇させないのが望ましい。
【００６６】
また、光を照射して硬化させる時に液状光硬化性樹脂の温度が高いと、造形後に室温環境に取り出す際に、変形して形状精度が低下する。このため、光透過窓４と三次元造形物の間に補充が完了した時点で、この領域の液状光硬化性樹脂の温度は高すぎないほうが望ましい。
【００６７】
また、液状光硬化性樹脂の補充に要する時間を短くするには、液状光硬化性樹脂の粘度を７００ｍＰａ・ｓ以下にするのがよく、さらに望ましくは、１００ｍＰａ・ｓ以下にするのがよい。
【００６８】
かかる諸条件を考慮すれば、光透過窓４の温度、もしくは光透過窓４により加熱される液状光硬化性樹脂の温度は、４０度Ｃ以上で８０度Ｃ以下の範囲内になるように制御するのが好適である。
【００６９】
制御部３１は、昇降部１３を動作させ、第一層目部分が形成された基台１１を、４０μｍ下降させる（Ｓ７）。下降する基台１１と光透過窓４の間の空間には、周囲から液状光硬化性樹脂２が流入する。
【００７０】
本実施形態によれば、光透過窓４と接する液状光硬化性樹脂２が光透過窓４により加熱されるため、液状光硬化性樹脂２の粘度が低下し、流動抵抗が低減される。このため、液状光硬化性樹脂２の流入速度が速くなり、第二層目を形成するための準備工程の所要時間を短縮することが可能である。つまり、三次元造形物を製造する際に、光源ユニットを発光させて液状光硬化性樹脂の一部を光硬化させた後に、光透過窓近傍の液状光硬化性樹脂を光透過窓で加熱して粘度を低下させ、高速に補充するのである。
【００７１】
制御部３１は、光硬化性樹脂の補充が完了する前に、光透過窓４の発熱を停止するようヒータ駆動部３４を制御する（Ｓ８）。言い換えれば、次の層を形成するための光照射を開始する所定時間前に、光透過窓４に設けられたヒータが発熱を停止するように、ヒータ駆動部３４を制御する。すでに述べたように、光照射されて硬化する時の液状光硬化性樹脂の温度は高すぎないほうが望ましいからである。たとえば、制御部３１は、次の層を形成するための光照射を開始する１分前に、光透過窓４に設けられたヒータの発熱を停止する。
【００７２】
制御部３１は、液状光硬化性樹脂２の流入すなわち補充が完了したタイミングで、光源ユニット１０を駆動して、三次元造形物の第二層目の形状データに基づいて変調された紫外光を照射する。照射された部位の液状光硬化性樹脂２が硬化し、三次元造形物の第一層目の上に、第二層目部分が積層形成される（Ｓ９）。
【００７３】
以後、所望の形状の三次元造形物の形成が完了するまで、（Ｓ６）から（Ｓ９）の工程を繰り返し、第三層目、第四層目・・と、順次積層する。
【００７４】
最終層の形成が完了したところで（Ｓ１０）、光硬化プロセスを終了する（Ｓ１１）。
【００７５】
以上のように、本実施形態によれば、次の層を形成する前に透明ヒータで光透過窓の温度を上昇させて光透過窓近傍の液状光硬化樹脂を加熱し、液状光硬化樹脂を造形領域に補充するので、短時間で三次元造形物を形成することが可能である。
【００７６】
本実施形態によれば、発熱機構を持たない光透過窓の三次元造形装置と比較して、液状光硬化性樹脂２の流動抵抗が低減され、基台を下降させた時の光硬化性樹脂溶の流入速度が１２％から４０％程度速いことが確認された。たとえば、層数７５０で底面が５ｃｍ×５ｃｍ、高さが３０ｍｍ程度の三次元物体を形成する場合、光硬化プロセスも含めた三次元造形に要する時間を、大幅に短縮することができた。
【００７７】
本実施形態によれば、液状光硬化性樹脂が加熱されるのは造形領域に補充される際の短時間に限られ、しかも上昇温度が制御されているので、液状光硬化性樹脂はほとんど劣化しない。また、補充された液状光硬化性樹脂の温度が高すぎないため、光硬化による造形後に室温環境に取り出す際に、変形して形状精度が低下することを防止できる。
【００７８】
（光透過窓の他の形態）
光透過窓は、図２を用いて説明した形態に限らず、他の形態でもよい。
【００７９】
図６（ａ）は、光透過窓４として用いられうる他の形態の平面図である。図６（ｂ）は、平面図中のＥとＦを結ぶ線で光透過窓４を切った断面図であり、図６（ｃ）は、平面図中のＧとＨを結ぶ線で光透過窓４を切った断面図である。
【００８０】
図中で、６１は基板、６２はストライプ状透明ヒータ、６３と６４は電極、６５は透明絶縁体である。三次元造形装置に組み込まれたときには、基板６１の下面が、液状光硬化性樹脂と接する向きになる。
【００８１】
基板６１は、液状光硬化性樹脂を固化させる波長域の光透過率が高く、透明ヒータと電極を支持するのに必要な強度を確保できる材料が適しており、具体的には石英ガラス板を用いる。
【００８２】
図２の実施形態と異なるのは、基板上に１枚の矩形ヒータが設けられているのではなく、ストライプ状透明ヒータと透明絶縁体が交互に配置されている点である。図６（ａ）の例では、図示の便宜上、５本のストライプ状透明ヒータ６２が、４本の透明絶縁体６５を挟んで配置されている。ただし、ストライプ状透明ヒータの本数は、５本に限らず適宜変更され得る。たとえば、ストライプ状透明ヒータ６２の幅を０．５ｍｍ乃至２．０ｍｍ、ピッチを１．５ｍｍ乃至４．０ｍｍとし、多数のヒータを並列してもよい。その場合のストライプ状透明ヒータ６２の厚みは、たとえば、５０μｍ乃至２００μｍである。
【００８３】
図２の実施形態では、透明ヒータの膜厚が均一でないと、抵抗値が面内でばらつき、発熱が均一でなくなる可能性があるが、図６の例では、ストライプの形状と本数を適宜設計することにより、発熱の均一性を安定させることが可能である。
【００８４】
ストライプ状透明ヒータ６２は、光透過性を有し、通電することにより発熱するヒータである。液状光硬化性樹脂を固化させる波長域の光の透過性に優れ、適当な通電抵抗を有するものであればよい。たとえば、酸化物材料であるスズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、アンチモンドープ酸化インジウム（ＡＴＯ）、等から選ばれた材料の薄膜をパターニングして構成されるが、それ以外であってもよい。
【００８５】
ストライプ状透明ヒータ６２の存在により照射光の光路が乱されると、光像に歪みが生じ、三次元形状の造形に支障をきたすおそれがある。そこで、本実施形態では、ストライプ状透明ヒータ６２と屈折率が近似する透明絶縁体６５を、ストライプ状透明ヒータ６２の周囲に配置して、屈折により生じる光像の歪みを低減している。透明絶縁体６５は、たとえば光硬化性樹脂で形成することができる。
【００８６】
光源ユニット１０から出射される液状光硬化性樹脂を固化させる波長域の光は、ストライプ状透明ヒータ６２と基板６１を透過するか、あるいは透明絶縁体６５と基板６１を透過して、液状光硬化性樹脂に照射される。
【００８７】
電極６３と電極６４は、ストライプ状透明ヒータ６２を電気的に並列接続して通電するための電極で、たとえば銀ペーストや銀ワイヤーが用いられるが、それ以外であってもよい。
【００８８】
図２の実施形態と同様に、電極６３と電極６４を介してストライプ状透明ヒータ６２に通電することにより発熱させ、基板６１の直下にある液状光硬化性樹脂を加熱して粘度を低下させ、速やかに造形領域に補充することができる。
【００８９】
（光透過窓の他の形態）
また、光透過窓は、さらに他の形態でもよい。
【００９０】
図７（ａ）は、光透過窓４として用いられうる他の形態の平面図である。図７（ｂ）は、平面図中のＩとＪを結ぶ線で光透過窓４を切った断面図であり、図６（ｃ）は、平面図中のＫとＬを結ぶ線で光透過窓４を切った断面図である。
【００９１】
図中で、７１は下基板、７２は透明ヒータ、７３と７４は電極、７５は上基板である。三次元造形装置に組み込まれたときには、下基板７１の下面が、液状光硬化性樹脂と接する向きになる。
【００９２】
下基板７１および上基板７５は、液状光硬化性樹脂を固化させる波長域の光透過率が高く、透明ヒータと電極を支持するのに必要な強度を確保できる材料が適しており、具体的には石英ガラス板を用いる。
【００９３】
図２の実施形態と異なるのは、透明ヒータ７２を、下基板７１と上基板７５で挟むように配置されている点である。
【００９４】
図２の実施形態では、透明ヒータと基板の熱膨張係数の差が大きい場合には、光透過窓に反りや変形が生じ、照射光の光路が乱される可能性がある。図７の例では、透明ヒータ７２を、下基板７１と上基板７５で挟むことにより、反りを低減することが可能である。
【００９５】
光源ユニット１０から出射される液状光硬化性樹脂を固化させる波長域の光は、上基板７５、透明ヒータ７２、下基板７１を透過して、液状光硬化性樹脂に照射される。
【００９６】
電極７３と電極７４は、透明ヒータ７２に通電するための電極で、たとえば銀ペーストや銀ワイヤーが用いられるが、それ以外であってもよい。
【００９７】
図２の実施形態と同様に、電極７３と電極７４を介して透明ヒータ７２に通電することにより発熱させ、下基板７１の直下にある液状光硬化性樹脂を加熱して粘度を低下させ、速やかに造形領域に補充することができる。
【００９８】
（光透過窓の他の形態）
また、光透過窓は、さらに他の形態でもよい。
【００９９】
図８（ａ）は、光透過窓４として用いられうる他の形態の平面図である。図８（ｂ）は、平面図中のＭとＮを結ぶ線で光透過窓４を切った断面図であり、図６（ｃ）は、平面図中のＯとＰを結ぶ線で光透過窓４を切った断面図である。
【０１００】
図中で、８１は下基板、８２はストライプ状透明ヒータ、８３と８４は電極、８５は透明絶縁体、８６は上基板である。三次元造形装置に組み込まれたときには、下基板８１の下面が、液状光硬化性樹脂と接する向きになる。
【０１０１】
下基板８１及び上基板８６は、液状光硬化性樹脂を固化させる波長域の光透過率が高く、透明ヒータと電極を支持するのに必要な強度を確保できる材料が適しており、具体的には石英ガラス板を用いる。
【０１０２】
図６の実施形態と異なるのは、ストライプ状透明ヒータ８２及び透明絶縁体８５を、下基板８１と上基板８６で挟むように配置されている点である。
【０１０３】
図６の実施形態では、ストライプ状透明ヒータと基板の熱膨張係数の差が大きい場合には、光透過窓に反りや変形が生じ、照射光の光路が乱される可能性がある。しかし、図８の例では、透明ヒータ７２を、下基板７１と上基板７５で挟むことにより、反りを低減することが可能である。
【０１０４】
光源ユニット１０から出射される液状光硬化性樹脂を固化させる波長域の光は、上基板８６、ストライプ状透明ヒータ８２、下基板８１を透過するか、あるいは上基板８６、透明絶縁体８５、下基板８１を透過して、液状光硬化性樹脂に照射される。
【０１０５】
電極８３と電極８４は、ストライプ状透明ヒータ８２を電気的に並列接続して通電するための電極で、たとえば銀ペーストや銀ワイヤーが用いられるが、それ以外であってもよい。
【０１０６】
図６の実施形態と同様に、電極８３と電極８４を介してストライプ状透明ヒータ８２に通電することにより発熱させ、下基板７１の直下にある液状光硬化性樹脂を加熱して粘度を低下させ、速やかに造形領域に補充することができる。
【０１０７】
［第二の実施形態］
図９は、本発明の第二の実施形態にかかる三次元造形装置の構造を説明するため、装置の断面を模式的に示した図である。
【０１０８】
第一の実施形態の装置が、通電によって発熱する透明ヒータで光透過窓を加熱していたのに対し、第二の実施形態の装置は、赤外線加熱装置によって光透過窓を加熱する点が異なる。
【０１０９】
（装置の構成）
図９において、１は容器、２は液状光硬化性樹脂、３は樹脂供給部、７は光源、８はミラー部、９はレンズ部、１０は光源ユニット、１１は基台、１２は昇降アーム、１３は昇降部、１４は三次元造形物である。また、１５は観測窓、１６は赤外サーモビュアである。
【０１１０】
以上の構成要素については、図１で説明した第一の実施形態と同様であるので、詳しい説明は省略する。
【０１１１】
図９において、９０は赤外光源、９４は光透過窓、９５は反射部である。
【０１１２】
赤外光源９０は、光透過窓９４に赤外光を照射可能な光源である。赤外光源９０は、不図示の制御部により動作を制御され、適時のタイミングで、たとえば波長８６０ｎｍの光を含む赤外光を照射する。
【０１１３】
光透過窓９４は、光源７が照射する液状光硬化性樹脂２を固化させる波長域の光を透過させ、かつ赤外光源９０が照射する赤外光を吸収する窓である。光透過窓９４の材料としては、液状光硬化性樹脂２を固化させるのに適した短波長の光の透過率が高く、赤外光の吸収率が高い、ポリカーボネートやアクリルなどの樹脂材料の板が適する。
【０１１４】
反射部９５は、液状光硬化性樹脂２を固化させる波長域の光を遮光するとともに、赤外光を反射する部分である。本実施形態では、蓋として機能する部分のうち、光源ユニット１０と基台１１の間の光路となる部分に光透過窓９４を設け、その周辺領域には反射部９５を形成している。反射部９５の外側表面は、赤外光源９０が照射する赤外光を反射するように、無電解ニッケルめっき膜、あるいは銀、アルミニウム、酸化チタンなどの蒸着膜が形成されている。光透過窓９４を加熱するために赤外光源９０から赤外光を照射したときに、光透過窓９４以外の部分が加熱されないようにするためである。
【０１１５】
（光透過窓）
光透過窓９４には、たとえば、住化スタイロンポリカーボネート株式会社製のＰＣＸ−６３９７（ポリカーボネート）を使用した。この場合には、光源７が照射する光の波長を４６０ｎｍ乃至５００ｎｍとし、赤外光源９０が照射する光の波長を８６０ｎｍとした。
【０１１６】
（制御系）
次に、図９に示した三次元造形装置の、制御系について説明する。第一の実施形態のブロック図と共通点が多いので、ここでは図３を参照しながら、共通点と差異点を説明する。
【０１１７】
第二の実施形態の装置も、制御部３１、外部装置３２、操作パネル３３、赤外サーモビュア１６、樹脂供給部３、光源ユニット１０、昇降部１３を備える点は、第一の実施形態の装置と共通している。これらの機能についての説明は、省略する。
【０１１８】
ただし、第一の実施形態の装置が、ヒータ駆動部３４を備えていたのに対し、第二の実施形態の装置は、赤外光源９０を駆動するための赤外光源駆動部を備える点で異なる。
【０１１９】
制御部３１は、主として、樹脂供給部３、光源ユニット１０、昇降部１３、赤外光源駆動部を制御して、三次元造形プロセスを実行させる。
【０１２０】
（三次元造形プロセス）
次に、第二の実施形態の三次元造形装置を用いた三次元造形プロセスについて説明する。第一の実施形態のフローチャートと共通点が多いので、ここでは図４を参照しながら、説明する。
【０１２１】
第二の実施形態の装置も、図４に示す三次元造形プロセスのフローチャートの各工程（Ｓ１）乃至（Ｓ１１）に従って動作する。
【０１２２】
（Ｓ１）から（Ｓ５）までの工程は、第一の実施形態の装置と同様である。
【０１２３】
第一の実施形態の装置が、工程（Ｓ６）において、次の層を形成するための準備として、ヒータ駆動部３４を動作させたのに対して、第二の実施形態の装置では、制御部３１が赤外光源駆動部を動作させる。すなわち、赤外光源９０を点灯させて、光透過窓９４の温度を上昇させる。
【０１２４】
制御部３１は、赤外サーモビュア１６から入力される液状光硬化性樹脂の温度情報に基づいて、赤外光源９０を制御する。赤外サーモビュア１６を使用しない場合には、制御部３１は、あらかじめ設定されたプログラムに従ってタイマー制御で赤外光源駆動部を動作させてもよい。
【０１２５】
制御部３１は、使用する液状光硬化性樹脂の種類や耐熱温度、粘度の温度特性等に応じて、適宜目標温度を変更して赤外光源９０を制御するのが望ましい。
【０１２６】
まず、液状光硬化性樹脂の種類による耐熱温度特性の違いを考慮するのが望ましい。
【０１２７】
また、温度を上昇させて粘度を低下させたいのは、次の層を形成するために光透過窓４と三次元造形物の間に補充される液状光硬化性樹脂だけであり、それ以外の液状光硬化性樹脂については、特性劣化を防止するために温度は上昇させないのが望ましい。
【０１２８】
また、光を照射して硬化させる時に液状光硬化性樹脂の温度が高いと、造形後に室温環境に取り出す際に、変形して形状精度が低下する。このため、光透過窓９４と三次元造形物の間に補充が完了した時点で、この領域の液状光硬化性樹脂の温度は高すぎないほうが望ましい。
【０１２９】
また、液状光硬化性樹脂の補充に要する時間を短くするには、液状光硬化性樹脂の粘度を７００ｍＰａ・ｓ以下にするのがよく、さらに望ましくは、１００ｍＰａ・ｓ以下にするのがよい。
【０１３０】
かかる諸条件を考慮すれば、光透過窓９４の温度、もしくは光透過窓９４により加熱される液状光硬化性樹脂の温度は、４０度Ｃ以上で８０度Ｃ以下の範囲内になるように制御するのが好適である。
【０１３１】
制御部３１は、昇降部１３を動作させ、第一層目部分が形成された基台１１を、４０μｍ下降させる（Ｓ７）。下降する基台１１に支持された三次元造形物１４と光透過窓９４の間の空間には、周囲から液状光硬化性樹脂２が流入する。
【０１３２】
本実施形態によれば、光透過窓９４の直下の液状光硬化性樹脂２が、赤外光の照射により昇温した光透過窓９４により加熱されるため、液状光硬化性樹脂２の粘度が低下し、流動抵抗が低減される。このため、液状光硬化性樹脂２の流入速度が速く、第二層目を形成するための準備工程の所要時間を短縮することが可能である。つまり、三次元造形物を製造する際に、光源ユニットを発光させて液状光硬化性樹脂の一部を光硬化させた後に、光透過窓近傍の液状光硬化性樹脂を光透過窓で加熱して粘度を低下させ、高速に補充することができる。
【０１３３】
制御部３１は、光硬化性樹脂の補充が完了する前に、光透過窓９４の発熱を停止するよう赤外光源駆動部を制御する（Ｓ８）。言い換えれば、次の層を形成するための光照射を開始する所定時間前に、光透過窓９４が発熱を停止するように、赤外光源駆動部を制御する。すでに述べたように、光照射されて硬化する時の液状光硬化性樹脂の温度は高すぎないほうが望ましいからである。そこで、制御部３１は、次の層を形成するための光照射を開始する１分前に、赤外光源駆動部を停止する。
【０１３４】
（Ｓ９）から（Ｓ１１）の工程は、第一の実施形態の説明と同様である。
【０１３５】
以上のように、本実施形態によれば、赤外光の照射により光透過窓を適時に発熱させ、液状光硬化樹脂を加熱して補充することにより、短時間で三次元造形物を形成することが可能である。
【０１３６】
本実施形態によれば、発熱機構を持たない光透過窓の三次元造形装置と比較して、基台を下降させた時の光硬化性樹脂溶の流入速度を速くすることが可能で、光硬化プロセスも含めた三次元造形に要する時間を、大幅に短縮することができた。
【０１３７】
本実施形態によれば、液状光硬化性樹脂が加熱されるのは造形領域に補充される際の短時間に限られ、しかも上昇温度が制御されているので、液状光硬化性樹脂はほとんど劣化しない。また、補充された液状光硬化性樹脂の温度が高すぎないため、光硬化による造形後に室温環境に取り出す際に、変形して形状精度が低下することを防止できる。
【０１３８】
［第三の実施形態］
図１０は、本発明の第二の実施形態にかかる三次元造形装置の構造を説明するため、装置の断面を模式的に示した図である。
【０１３９】
第三の実施形態の装置は、第二の実施形態の装置と同様に、赤外線加熱装置によって光透過窓を加熱する。ただし、第三の実施形態の装置の光透過窓は、光硬化性樹脂の硬化を阻害する酸素等のガスを透過する光透過窓である点が異なる。
【０１４０】
（装置の構成）
図１０において、１は容器、２は液状光硬化性樹脂、３は樹脂供給部、７は光源、８はミラー部、９はレンズ部、１０は光源ユニット、１１は基台、１２は昇降アーム、１３は昇降部、１４は三次元造形物である。また、１５は観測窓、１６は赤外サーモビュア、９０は赤外光源、９５は反射部である。
【０１４１】
以上の構成要素については、図１もしくは図９で説明したものと同様であるので、詳しい説明は省略する。
【０１４２】
図１０において、１００は酸素供給部、１０１は冷却部、１０４は光透過窓である。
【０１４３】
酸素供給部１００は、光透過窓１０４の外面付近に酸素を供給する。第三の実施形態の装置においては、酸素等のガスを透過する光透過窓１０４を備えている。液状光硬化性樹脂として、たとえば酸素等のガスを含むと光硬化の感度が低下するラジカル重合型樹脂材料を使用する場合に、透過したガスにより、光透過窓近傍には硬化が阻害される領域が形成され、光透過窓に硬化物が付着しないという利点がある。大気中にも酸素は含まれているが、光透過窓を透過する酸素の量を十分大きくするためには、大気よりも酸素含有比率が高い雰囲気を光透過窓１０４の外面付近に滞在させるのが好ましいため、酸素供給部１００を設けるのが望ましい。酸素供給部１００は、場合によっては、１気圧以上の圧力で光透過窓１０４を加圧する機構を備えてもよい。
【０１４４】
冷却部１０１は、容器１内の液状光硬化性樹脂２を冷却するための機構である。容器１内の液状樹脂材料全体の温度が高くなりすぎて、劣化したり硬化が進んでしまったり、固化後の冷却で造形物が変形してしまう問題を防止するため、本実施形態の装置は、液状光硬化性樹脂２を冷却するための機構を備える。すなわち、液体もしくは気体の冷媒が流動する管を、装置内の適所に配置する。図１０の装置では、容器１の壁内の７箇所と、基台１１内の３箇所に、冷却部１０１の管が設置されているが、配置や数は適宜変更され得る。具体的には、管には、２０度Ｃ乃至３５度Ｃの温度に保たれた冷却水を、ポンプで循環すればよい。
【０１４５】
（光透過窓）
光透過窓１０４は、光源７が照射する液状光硬化性樹脂２を固化させる波長域の光を透過させ、かつ赤外光源９０が照射する赤外光を吸収する窓である。さらには、液状光硬化性樹脂の硬化を阻害する酸素等のガスを透過する窓である。光透過窓１０４の材料としては、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＥ等の樹脂が使用しえる。なかでも、フッ素系の樹脂は、離型性に優れるため、好適に使用できる。たとえば、テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体が適しており、ダイキン工業株式会社製のネオフロンＰＦＡを用いた。
【０１４６】
（制御系）
次に、図１０に示した第三の実施形態の三次元造形装置の、制御系について説明する。基本的には、第二の実施形態の装置の制御系と同様であるが、第三の実施形態においては、制御部は、酸素供給部１００と冷却部１０１の動作を制御する点が異なる。
【０１４７】
（三次元造形プロセス）
次に、第三の実施形態の三次元造形装置を用いた三次元造形プロセスについて説明する。基本的には、第二の実施形態の装置の造形プロセスと同様である。第三の実施形態においては、制御部は、造形プロセスが連続して安定に行われるように、酸素供給部１００と冷却部１０１の動作を制御する点が異なる。
【０１４８】
本実施形態によれば、光透過窓１０４の直下の液状光硬化性樹脂２が、光透過窓１０４により加熱されるため、液状光硬化性樹脂２の粘度が低下し、流動抵抗が低減される。このため、液状光硬化性樹脂２の流入速度が速く、次の層を形成するための準備工程の所要時間を短縮することが可能である。つまり、三次元造形物を製造する際に、光源ユニットを発光させて液状光硬化性樹脂の一部を光硬化させた後に、光透過窓近傍の液状光硬化性樹脂を光透過窓で加熱して粘度を低下させ、高速に補充することができる。
【０１４９】
さらに、本実施形態によれば、光透過窓を透過したガスにより、光透過窓近傍には硬化が阻害される領域が形成され、光透過窓に硬化物が付着しない。
【０１５０】
本実施形態によれば、発熱機構を持たない光透過窓の三次元造形装置と比較して、基台を下降させた時の光硬化性樹脂溶の流入速度を速くすることが可能で、光硬化プロセスも含めた三次元造形に要する時間を、大幅に短縮することができた。
【０１５１】
本実施形態によれば、液状光硬化性樹脂が加熱されるのは造形領域に補充される際の短時間に限られ、しかも上昇温度が制御されているので、液状光硬化性樹脂はほとんど劣化しない。また、補充された液状光硬化性樹脂の温度が高すぎないため、光硬化による造形後に室温環境に取り出す際に、変形して形状精度が低下することを防止できる。
【０１５２】
［第四の実施形態］
図１１は、本発明の第四の実施形態にかかる三次元造形装置の構造を説明するため、装置の断面を模式的に示した図である。
【０１５３】
第一の実施形態から第三の実施形態の三次元造形装置では、光透過窓を容器の上部に設けたが、第四の実施形態では、光透過窓は容器の底に設けられている。第四の実施形態の装置は、第一の実施形態の装置と同様に、透明ヒータによって光透過窓を加熱する。ただし、第四の実施形態の装置の光透過窓は、光硬化性樹脂の硬化を阻害する酸素等のガスを透過する光透過窓である。
【０１５４】
（装置の構成）
図１１において、１は容器、２は液状光硬化性樹脂、３は樹脂供給部、７は光源、８はミラー部、９はレンズ部、１０は光源ユニット、１１は基台、１２は昇降アーム、１３は昇降部、１４は三次元造形物である。また、１５は観測窓、１６は赤外サーモビュアである。以上の構成要素については、図１で説明した第一の実施形態と概ね同様であるので、ここでは詳しい説明を省略する。尚、図１の装置では、基台１１の上面で三次元造形物１４を支持したが、図１１の装置では、基台１１の下面に三次元造形物１４を吊り下げて支持する。
【０１５５】
また、１００は酸素供給部であるが、第三の実施形態の酸素供給部１００と同様であるので、ここでは詳しい説明を省略する。
【０１５６】
また、１０１は冷却部である。第三の実施形態の冷却部１０１と同様に、容器１内の液状光硬化性樹脂２を冷却するための機構である。第四の実施形態では、冷却部１０１は、透明ヒータを有する光透過窓１１４の周辺の遮光部１１５内に配置されている。
【０１５７】
また、１１４は光透過窓、１１５は遮光部である。第一の実施形態の装置では、光透過窓と遮光部は容器の蓋を構成していたが、第四の実施形態の装置では、容器の底を構成している。
【０１５８】
光透過窓１１４は、液状光硬化性樹脂２を固化させる波長域の光を透過させる窓である。遮光部１１５は、液状光硬化性樹脂２を固化させる波長域の光を遮る部材より成る部分である。本実施形態では、容器の底として機能する部分のうち、光源ユニット１０と基台１１の間の光路となる部分に光透過窓１１４を設け、その周辺領域には遮光部１１５を形成している。
【０１５９】
（光透過窓）
次に、加熱源が設けられた光透過窓１１４について説明する。光透過窓１１４は、光源７が照射する液状光硬化性樹脂２を固化させる波長域の光を透過させ、かつ液状光硬化性樹脂の硬化を阻害する酸素等のガスを透過する窓である。
【０１６０】
基本的には、図２、図６、図７、図８で説明した構造の光透過窓が用いられるが、第四の実施形態では、液状光硬化性樹脂の硬化を阻害する酸素等のガスを透過する要請から、第一の実施形態の光透過窓とは、異なる材料で構成される場合がある。
【０１６１】
図２の基板２１、図６の基板６１、図７の下基板７１と上基板７５、図８の下基板８１と上基板８６は、第一の実施形態では、たとえば石英ガラス板を用いたが、第四の実施形態では、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＥ等の樹脂を用いる。たとえば、テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体が適しており、ダイキン工業株式会社製のネオフロンＰＦＡを用いることができる。
【０１６２】
透明ヒータは、光透過性およびガス透過性を有し、通電することにより発熱するヒータである。たとえば、酸化物材料であるスズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、アンチモンドープ酸化インジウム（ＡＴＯ）、等から選ばれた材料の薄膜で構成されるが、それ以外であってもよい。
【０１６３】
透明ヒータに通電するための電極は、たとえば銀ペーストや銀ワイヤーが用いられるが、それ以外であってもよい。
【０１６４】
（制御系）
次に、図１１に示した三次元造形装置の、制御系について説明する。第一の実施形態のブロック図と共通点が多いので、ここでは図３を参照しながら、共通点と差異点を説明する。
【０１６５】
第四の実施形態の装置も、制御ブロックとして、制御部３１、外部装置３２、操作パネル３３、赤外サーモビュア１６、樹脂供給部３、光源ユニット１０、昇降部１３、ヒータ駆動部３４を備える点は、第一の実施形態の装置と共通している。そこで、これらの機能についての説明は省略する。
【０１６６】
ただし、第四の実施形態においては、制御部は、酸素供給部１００と冷却部１０１の動作をも制御する点が異なる。
【０１６７】
制御部３１は、主として、樹脂供給部３、光源ユニット１０、昇降部１３、ヒータ駆動部３４、酸素供給部１００、冷却部１０１を制御して、三次元造形プロセスを実行させる。
【０１６８】
（三次元造形プロセス）
次に、第四の実施形態の三次元造形装置を用いた三次元造形プロセスについて説明する。第一の実施形態のフローチャートと共通点が多いので、ここでは図４を参照しながら、説明する。
【０１６９】
第四の実施形態の装置も、図４に示す三次元造形プロセスのフローチャートの各工程（Ｓ１）乃至（Ｓ１１）に従って動作する。
【０１７０】
ただし、図１１の装置では、基台１１の下面に三次元造形物１４を吊り下げて支持するので、工程（Ｓ４）においては、基台１１は容器１の底である光透過窓１１４から所定距離だけ上方に離間した位置が初期位置となる。
【０１７１】
また、工程（Ｓ７）においては、基台１１を一層分だけ上昇させる。たとえば、４０μｍ上昇させる。
【０１７２】
上昇する基台１１に吊り下げて支持された三次元造形物１４と光透過窓１１４の間の空間には、周囲から液状光硬化性樹脂２が流入する。
【０１７３】
尚、制御部は、造形プロセスが連続して安定に行われるように、酸素供給部１００と冷却部１０１の動作を制御する。
【０１７４】
本実施形態によれば、光透過窓１１４の直上の液状光硬化性樹脂２が、光透過窓１１４により加熱されるため、液状光硬化性樹脂２の粘度が低下し、流動抵抗が低減される。このため、液状光硬化性樹脂２の流入速度が速く、第二層目以降を形成するための準備工程の所要時間を短縮することが可能である。つまり、三次元造形物を製造する際に、光源ユニットを発光させて液状光硬化性樹脂の一部を光硬化させた後に、光透過窓近傍の液状光硬化性樹脂を光透過窓で加熱して粘度を低下させ、高速に補充することができる。
【０１７５】
さらに、本実施形態によれば、光透過窓を透過したガスにより、光透過窓近傍には硬化が阻害される領域が形成され、光透過窓に硬化物が付着しない。
【０１７６】
本実施形態によれば、発熱機構を持たない光透過窓の三次元造形装置と比較して、基台を上昇させた時の光硬化性樹脂溶の流入速度を速くすることが可能で、光硬化プロセスも含めた三次元造形に要する時間を、大幅に短縮することができた。
【０１７７】
本実施形態によれば、液状光硬化性樹脂が加熱されるのは造形領域に補充される際の短時間に限られ、しかも上昇温度が制御されているので、液状光硬化性樹脂はほとんど劣化しない。また、補充された液状光硬化性樹脂の温度が高すぎないため、光硬化による造形後に室温環境に取り出す際に、変形して形状精度が低下することを防止できる。
【０１７８】
［その他の実施形態］
第一の実施形態から第四の実施形態までを説明したが、本発明の実施形態は、これらの例に限られるものではない。各実施形態で例示した構成要素の材料、配置、大きさ等を変更したり、組み合わせたりすることができる。
【０１７９】
たとえば、光透過窓を設ける位置は、液状光硬化性樹脂の容器の上面や底面に限らず、側面であってもよい。
【０１８０】
また、光透過窓を加熱する手段は、透明ヒータや赤外光源を単独で用いるのに限らず、両者を組み合わせたり、温管や高周波加熱等の他の加熱手段に置き換えたりすることも可能である。
【０１８１】
また、冷却手段の種類や配置を変更することも可能で、たとえばペルチエ素子を用いることも可能である。
【０１８２】
また、使用する液状光硬化性樹脂の種類や、形成する三次元造形物のサイズや形状により、光透過窓の発熱レートや温度の制御を、適宜変更するのが望ましい。
【符号の説明】
【０１８３】
１・・・容器／２・・・液状光硬化性樹脂／３・・・樹脂供給部／４・・・光透過窓／１０・・・光源ユニット／１１・・・基台／１２・・・昇降アーム／１４・・・三次元造形物／１６・・・赤外サーモビュア／２１・・・基板／２２・・・透明ヒータ／２３および２４・・・電極／６２・・・ストライプ状透明ヒータ／６５・・・透明絶縁体／９０・・・赤外光源／９４・・・光透過窓／１００・・・酸素供給部／１０１・・・冷却部／１０４・・・光透過窓／１１４・・・光透過窓
【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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