(57)【要約】【課題】  搬送部材のメンテナンスの頻度を低減する。【解決手段】  造形装置１は、材料層を支持して搬送する搬送部材３を有し、搬送部材３によって搬送された複数の前記材料層を順次積層して立体物を造形する造形装置である。造形装置１は、搬送部材３の表面の前記材料層に対する剥離性と相関を有するパラメータを取得するパラメータ取得部１９ａと、パラメータ取得部１９ａが取得したパラメータに基づいて、搬送部材３が材料層を支持する領域を設定する領域設定部１４と、を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料層を支持して搬送する搬送部材を有し、前記搬送部材によって搬送された複数の前記材料層を順次積層して立体物を造形する造形装置であって、
前記搬送部材の表面の少なくとも一部の前記材料層に対する剥離性と相関を有するパラメータを取得するパラメータ取得部と、
前記パラメータ取得部が取得した前記パラメータに基づいて、前記搬送部材が前記材料層を支持する領域を設定する領域設定部と、を有することを特徴とする造形装置。
【請求項２】
前記搬送部材の表面に前記材料層を転写して前記表面に前記材料層を支持させる転写手段と、
前記領域設定部によって設定された前記材料層を支持する領域に前記材料層を支持させるように前記転写手段を制御する制御部と、をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の造形装置。
【請求項３】
前記領域設定部が、前記搬送部材の表面の全領域のうち前記剥離性が低い領域以外の領域内に、前記材料層を支持する領域を設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の造形装置。
【請求項４】
前記領域設定部が、前記搬送部材の表面の全領域のうち前記剥離性が高い領域内に、前記材料層を支持する領域を設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の造形装置。
【請求項５】
前記剥離性が高い領域の少なくとも一つおよび／又は前記剥離性が低い領域の少なくとも一つを、前記搬送部材の表面上における位置と関連付けるマッピング部をさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の造形装置。
【請求項６】
前記マッピング部によるマッピング結果を表示する表示部をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の造形装置。
【請求項７】
前記パラメータ取得部が、前記搬送部材の表面の反射率を前記パラメータとして取得する手段であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の造形装置。
【請求項８】
複数の前記材料層を積層することで形成される前記立体物を支持する支持部材と、前記支持部材を移動させる移動機構と、を有し、
前記パラメータ取得部が、前記搬送部材から前記材料層を剥離するときの前記移動機構の駆動トルクを前記パラメータとして取得する手段であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の造形装置。
【請求項９】
前記搬送部材の表面をクリーニングするクリーニングブレードをさらに有し、
前記パラメータ取得部が、前記搬送部材の表面をクリーニングするときに前記クリーニングブレードにかかる負荷を前記パラメータとして取得する手段であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の造形装置。
【請求項１０】
前記パラメータ取得部が、前記材料層を積層した後の前記搬送部材の表面に残存する材料層の量を前記パラメータとして取得する手段であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の造形装置。
【請求項１１】
前記パラメータ取得部が、前記材料層を前記搬送部材から剥離する際の前記搬送部材の変位量を前記パラメータとして取得する手段であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の造形装置。
【請求項１２】
前記パラメータ取得部が、前記材料層を前記搬送部材から剥離する際に発生する音を前記パラメータとして取得する手段であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の造形装置。
【請求項１３】
前記搬送部材に支持された前記材料層を加熱する加熱部をさらに有し、
前記パラメータ取得部によって取得された前記パラメータに基づいて前記加熱部を制御する加熱部制御部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の造形装置。
【請求項１４】
前記立体物を造形するために要する時間である造形時間を取得する造形時間取得部をさらに有し、
前記造形時間取得部が、前記パラメータ取得部によって取得された前記パラメータに基づいて、前記造形時間の増加分を取得することを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の造形装置。
【請求項１５】
前記パラメータ取得部によって取得された前記パラメータに基づいて、前記搬送部材の寿命を取得する寿命取得部をさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の造形装置。
【請求項１６】
材料層を支持して搬送する搬送部材と、
前記搬送部材に支持された前記材料層を加熱する加熱部と、を有し、前記加熱部によって加熱された複数の前記材料層を順次積層して立体物を造形する造形装置であって、
前記搬送部材の表面の前記材料層に対する剥離性と相関を有するパラメータを取得するパラメータ取得部と、
前記パラメータ取得部によって取得された前記パラメータに基づいて前記加熱部を制御する加熱部制御部と、を有することを特徴とする造形装置。
【請求項１７】
前記加熱部制御部が、前記搬送部材の表面の領域のうち剥離性が低い領域に前記材料層が支持されたときに、前記搬送部材の表面のうち剥離性が高い領域に前記材料層が支持されたときに比べて、前記材料層を前記搬送部材の表面から剥離する際の材料層の温度が低くなるように、前記加熱部を制御することを特徴とする請求項１６に記載の造形装置。
【請求項１８】
材料層を支持して搬送する搬送部材を有し、前記搬送部材によって搬送された複数の前記材料層を順次積層して立体物を造形する造形装置であって、
前記搬送部材の表面に前記材料層を支持させる際に、前記搬送部材の表面の前記材料層に対する剥離性の低い領域以外の領域に、前記材料層を選択的に支持させることを特徴とする造形装置。
【請求項１９】
複数の材料層を順次積層して立体物を造形する立体物の製造方法であって、
搬送部材の表面の前記材料層に対する剥離性と相関を有するパラメータを取得するパラメータ取得工程と、
前記パラメータ取得工程で取得した前記パラメータに基づいて、前記搬送部材が前記材料層を支持する領域を設定する領域設定工程と、
前記領域設定工程で設定した前記材料層を支持する領域に前記材料層形成工程で形成した前記材料層を支持させる材料層支持工程と、
前記搬送部材の表面に支持された前記材料層を前記搬送部材により積層位置まで搬送する搬送工程と、
前記搬送部材によって搬送された前記材料層を造形途中の立体物の表面に順次積層する積層工程と、を有する立体物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形装置、および、立体物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の層を積み上げることで立体物を形成する、積層造形法が注目を集めている。積層造形法は、アディティブマニファクチャリング（ＡＭ）、３次元プリント、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）等とも呼ばれる。
【０００３】
積層造形法によって立体物を形成する造形装置として、材料層を形成し、形成した材料層を積層するタイプの造形装置が提案されている（特許文献１）。特許文献１に記載の造形装置では、搬送部材であるベルトの表面に、スライスデータに基づき、電子写真方式によって材料層を形成する。その後、材料層は搬送部材によって積層位置まで搬送され、ステージの表面またはステージに支持されている造形途中の立体物の表面（以下、材料層が積層されるこのような面を「積層面」と称する）に積層される。この動作を繰りかえすことにより、所望の立体物が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０４４０４７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
搬送部材によって積層位置まで搬送された材料層が積層面に積層されるとき、材料層は搬送部材の表面から積層面へと移動する。このとき、材料層の一部または全部が搬送部材の表面に残存してしまうと、形成される立体物の形状精度が低下する。そのため、搬送部材の表面は材料層に対する剥離性が高いことが好ましい。
【０００６】
しかしながら、積層動作を繰り返すうちに搬送部材の表面が汚染されたり摩耗したり、あるいは傷ついたりすることで、材料層に対する搬送部材の表面の剥離性は低下する。搬送部材の表面の剥離性が低下した際に剥離性を再び高くするためには、搬送部材の表面にコーティングを施したり、搬送部材そのものを交換したりするなど、搬送部材をメンテナンスする必要がある。
【０００７】
搬送部材の表面に剥離性が低下した部分が局所的に生じた場合であっても、その部分に材料層が保持された場合には、形成される立体物の形状精度が低下することとなる。そのため従来は、搬送部材の表面の材料層に対する剥離性が表面の一部で局所的に低下した場合であっても、搬送部材のメンテナンスを行うことが求められていた。したがって、搬送部材をメンテナンスする頻度が高いという課題があった。
【０００８】
そこで本発明は上述の課題に鑑み、搬送部材のメンテナンスの頻度を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面としての造形装置は、材料層を支持して搬送する搬送部材を有し、前記搬送部材によって搬送された複数の前記材料層を順次積層して立体物を造形する造形装置であって、前記搬送部材の表面の前記材料層に対する剥離性と相関を有するパラメータを取得するパラメータ取得部と、前記パラメータ取得部が取得した前記パラメータに基づいて、前記搬送部材が前記材料層を支持する領域を設定する領域設定部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、搬送部材のメンテナンスの頻度を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る積層造形装置の構成を模式的に表す図である。
【図２】第１の実施形態に係る材料層の転写プロセスを示すフローチャートである。
【図３】第１の実施形態に係る剥離性パラメータ取得部の構成を例示的に示す図である。
【図４】（ａ），（ｂ）剥離性評価部による剥離性評価結果を模式的に示す図と、（ｃ）マッピング結果を模式的に示す図である。
【図５】搬送部材の表面の剥離性に基づいた搬送部材の表面上における材料層の配置の第１の例である。
【図６】搬送部材の表面の剥離性に基づいた搬送部材の表面上における材料層の配置の第２の例である。
【図７】第２の実施形態に係る積層造形装置の構成を模式的に表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている各部材の寸法、材質、形状、その相対配置など、各種制御の手順、制御パラメータ、目標値などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１３】
（第１の実施形態）
［装置構成］
図１は、第１の実施形態に係る積層造形装置の構成を模式的に表す図である。
【００１４】
第１の実施形態に係る積層造形装置１（以下、「造形装置１」と称する）は、制御ユニットＵ１と、材料層形成ユニットＵ２と、積層ユニットＵ３と、を有する。
【００１５】
積層造形装置は、積層造形法を用い、多数の材料層（薄膜）を順次積層することによって造形物（立体物）を製造する装置である。この装置は、ＡＭ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）装置、３Ｄプリンタ、ＲＰ（Ｒａｐｉｄ  Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）装置などとも呼ばれる。
【００１６】
＜制御ユニットＵ１＞
制御ユニットＵ１の構成を説明する。図１に示すように、制御ユニットＵ１は、３次元形状データ入力部１０、スライスデータ計算部１１、材料層形成ユニット制御部１２、積層ユニット制御部１３を有する。また、制御ユニットＵ１は、領域設定部１４、マッピング部１６、造形時間取得部１７、寿命取得部１８、剥離性評価部１９を有する。
【００１７】
なお、本実施形態では制御ユニットＵ１が造形装置１の内部に存在する場合について説明するが、本発明を実施するための形態はこれに限定はされない。例えば、制御ユニットＵ１の各部の一部が造形装置１の外部の装置（ＰＣなど）に存在しており、当該外部の装置と造形装置１とがネットワークを介して接続された積層造形システムであっても、本発明を実現可能である。なおこのとき、外部の装置は複数台の積層造形装置と接続されており、複数台の積層造形装置によって当該機能が共有されていてもよい。
【００１８】
３次元形状データ入力部１０は、外部装置（例えばパソコンなど）から造形対象物の３次元形状データを受け付ける。３次元形状データとして、３次元ＣＡＤ、３次元モデラー、３次元スキャナなどで作成・出力されたデータを用いることができる。そのファイル形式は問わないが、例えば、ＳＴＬ（ＳｔｅｒｅｏＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）ファイル形式を好ましく用いることができる。
【００１９】
スライスデータ計算部１１は、３次元形状データで表現された造形対象物を所定のピッチでスライスして各層の断面形状を計算し、その断面形状を基に材料層形成ユニットＵ２で材料層を形成する際に用いる画像データ（スライスデータと呼ぶ）を生成する。さらに、スライスデータ計算部１１は、３次元形状データまたは上下層のスライスデータを解析して、オーバーハング部（宙に浮く部分）の有無を判断し、必要に応じてスライスデータにサポート材料用の像を追加する。なお、本実施形態では造形装置１が３次元形状データの入力を受け付け、スライスデータの生成を行う例について説明するが、これに限定はされない。例えば、スライスデータの生成処理は造形装置１の外部の装置で行い、造形装置１はスライスデータの入力を受け付けてもよい。
【００２０】
詳しくは後述するが、本実施形態の材料層形成ユニットＵ２は複数種類の造形材料を用いた材料層の形成ができることが好ましい。そのため、スライスデータとしてはそれぞれの材料の像に対応するデータが生成されることが好ましい。このとき、異なる材料の像同士が重なりを持たないように、各々のスライスデータにおける像の位置および形状を調整することが好ましい。像同士が重なると材料画像の厚みにばらつきが生じ、立体造形物の寸法精度の低下を招くからである。スライスデータのファイル形式としては、例えば、多値の画像データ（各値が材料の種類を表す）やマルチプレーンの画像データ（各プレーンが材料の種類に対応する）を用いることができる。
【００２１】
材料層形成ユニット制御部１２は、スライスデータ計算部１１で生成されたスライスデータを基に、材料層形成ユニットＵ２における材料層形成プロセスを制御する。また、積層ユニット制御部１３は、積層ユニットＵ３における積層プロセスを制御する。
【００２２】
領域設定部１４は、剥離性パラメータ取得部１９ａによって取得される剥離性パラメータに基づいて、搬送部材３の表面の領域内に、材料層を支持する材料層支持領域を設定する。領域設定部１４は、剥離性評価部１９による評価結果に基づいて材料層支持領域を設定することが好ましい。また、領域設定部１４は搬送部材３の表面の全領域のうち剥離性の低い領域以外の領域内に、材料層支持領域を設定することが好ましい。あるいは、領域設定部１４は搬送部材３の表面の全領域のうち剥離性の高い領域内に、材料層支持領域を設定することが好ましい。なお本実施形態においては、剥離性の高い領域や剥離性の低い領域は、剥離性パラメータ取得部１９ａによって取得される剥離性パラメータに基づいて評価される。
【００２３】
マッピング部１６は、剥離性の高い領域および剥離性の低い領域の少なくとも一つを、搬送部材３の表面における絶対位置と関連付けるマッピングを行う。マッピング部１６は、剥離性評価部１９による評価結果または剥離性パラメータ取得部１９ａによって取得された剥離性パラメータに基づいて、マッピングを行う。
【００２４】
造形時間取得部１７は、造形装置１による立体物の造形に要する時間である造形時間を取得する。造形時間取得部１７による造形時間の取得タイミングは特に限定はされないが、剥離性評価部１９によって剥離性の評価が行われたときや領域設定部１４によって材料層支持領域の設定が行われたときに取得することが好ましい。また、造形時間取得部１７は、剥離性パラメータ取得部１９ａによって取得された剥離性パラメータに基づいて、造形時間の増加分を取得することが好ましく、この増加分をユーザに提示することがより好ましい。
【００２５】
寿命取得部１８は、剥離性パラメータ取得部１９ａによる評価結果に基づいて、搬送部材３の寿命を取得する。寿命取得部１８は好ましくは、剥離性評価部１９による評価結果に基づいて搬送部材３の寿命を取得する。ここでいう寿命とは、搬送部材３のメンテナンスが必要になるまでの時間を指す。
【００２６】
剥離性評価部１９は、搬送部材３の表面の材料層に対する剥離性を評価する。ここでいう剥離性とは、材料層を積層面と搬送部材３との間に挟んで材料層を積層面に密着させた状態で搬送部材３を材料層から引き離したときの、搬送部材３の表面からの材料層の剥離のしやすさを表す。すなわち、剥離性が高いほど剥離後の搬送部材３の表面に材料層が残りにくく、剥離性が低いほど剥離後の搬送部材３の表面に材料層が残りやすい。
【００２７】
剥離性評価部１９は、剥離性パラメータ取得部１９ａを有する。剥離性パラメータ取得部１９ａは後述するような各種の剥離性パラメータを取得する。剥離性パラメータは剥離性と相関を有するパラメータであり、例えば予め設定された閾値と剥離性パラメータとを比較することで剥離性の高低を評価することができる。剥離性評価部１９は、剥離性パラメータ取得部１９ａが取得した剥離性パラメータに基づいて剥離性を評価する。
【００２８】
各部の構成や動作については、詳しくは後述する。
【００２９】
また、図示しないが、制御ユニットＵ１は、操作部、表示部、記憶部も備える。操作部は、ユーザからの指示を受け付ける。例えば、電源のオン／オフ、装置の各種設定、動作指示などの入力ができる。表示部は、ユーザへの情報提示を行う。表示部は、例えば、各種設定画面、エラーメッセージ、動作状況、後述するマッピング結果や搬送部材の寿命やメンテナンス時期などを表示する。記憶部は、３次元形状データ、スライスデータ、各種設定値などを記憶する。
【００３０】
制御ユニットＵ１は、ハードウエア的には、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ、補助記憶装置（ハードディスク、フラッシュメモリなど）、入力デバイス、表示デバイス、各種Ｉ／Ｆを具備したコンピュータにより構成されている。上述した各機能１０〜１８は、補助記憶装置などに格納されたプログラムをＣＰＵが読み込んで実行し、必要なデバイスを制御することで実現することができる。ただし、上述した機能のうちの一部または全部をＡＳＩＣやＦＰＧＡなどの回路で構成したり、あるいは、クラウドコンピューティングやグリッドコンピューティングなどの技術を利用して他のコンピュータに実行させたりしてもよい。
【００３１】
＜材料層形成ユニットＵ２＞
次に、材料層形成ユニットＵ２の構成を説明する。材料層形成ユニットＵ２は、各層のスライスデータに基づいて、造形材料からなる材料層を形成するユニットである。以下、材料層形成ユニットＵ２として、電子写真プロセスを利用して粒子状の造形材料からなる材料層を形成する例について説明するが、これに限定はされない。例えば、インクジェット方式、熱溶解積層方式などによって造形材料からなる材料層を形成してもよい。
【００３２】
電子写真プロセスとは、感光体を帯電し、露光によって静電潜像を形成し、現像剤粒子を付着させて現像剤像を形成するという一連のプロセスによって、所望の像を形成する手法である。造形装置１では、トナーの代わりに、粒子状の造形材料（造形材粒子）を現像剤として用いるが、電子写真プロセスの基本原理は２Ｄプリンタのものとほぼ同じである。
【００３３】
造形材料としては、作成する造形物（立体物）の用途や機能、目的などに応じてさまざまな材料を選択することができる。本明細書では、造形対象物本体を構成する材料を「構造材料」と呼び、構造材料で構成される部分を「構造部」と呼ぶ。また、造形動作時に造形途中の構造部を支持するための構造（例えば、オーバーハング部を下から支える柱）を「サポート部」と呼び、サポート部を構成する材料を「サポート材料」と呼ぶ。また、両者を特に区別する必要がない場合には、単に「造形材料」という用語を用いる。このように、造形物は構造部とサポート部で構成されるものであるが、サポート部は作成する造形物の形状に応じて適宜設けられるものであり、作成する造形物の形状によっては、サポート部を必要としない場合もある。
【００３４】
構造材料としては、例えば、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＡＢＳ（アクリロニトリル、ブタジエン、スチレン）、ＰＭＭＡ（アクリル）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＡ（ポリアミド／ナイロン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、エラストマーなどの熱可塑性の樹脂を用いることができる。また、サポート材料としては、造形対象物本体からの除去を簡単にするため、熱可塑性と水溶性を有する材料を用いることができる。サポート材料としては、例えば、水溶性糖類などの水溶性炭水化物、ＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）などを含む材料を用いることができる。
【００３５】
＜積層ユニットＵ３＞
積層ユニットＵ３は、材料層形成部Ｕ２で形成された複数の材料層を順に積層することによって、３次元構造をもつ造形物を造形する。積層ユニットＵ３は、搬送部材３、複数のローラ４ａ，４ｂ、ステージ７、ヒーター９などを有する。
【００３６】
搬送部材３は、例えば、金属、樹脂、ポリイミドなどからなる無端ベルトであり、複数のローラ４ａ，４ｂによって支持されている。なお、本実施形態では搬送部材３は無端ベルトとしたが、これに限定はされず、表面に材料層を保時可能な部材であればよい。例えば、搬送部材３は板状の部材であってもよい。また、搬送部材３は基体の表面に基体を構成する材料とは別の材料からなるコーティングが施されたベルトであってもよい。コーティングの例としては、フッ素コーティングなどが挙げられる。
【００３７】
材料層形成ユニットＵ２で形成された材料層は、搬送部材３の表面上に転写され、搬送部材３の表面に保持される。搬送部材３の表面上に材料層を転写させる方法としては、転写ローラ２０によるローラ転写や、スタンプ転写などを適用することができる。この場合には転写ローラ２０を搬送部材３に対して移動させる手段や、転写バイアスを印加する手段などが、搬送部材３の表面に材料層を転写して、搬送部材３の表面に材料層を支持させる転写手段１５となる。あるいは、材料層形成ユニットＵ２は搬送部材３の表面に材料層を直接形成してもよい。この場合には、材料層形成ユニットＵ２そのものが、上記の転写手段１５となる。なお、本明細書において「転写」とは、ある部材から他の部材へと材料層を移動させることを指す。本実施形態では、搬送部材３が材料層を表面に保持した状態で回転することで、材料層は搬送部材３によって搬送される。
【００３８】
ステージ７は、造形装置１によって造形される立体物が支持される支持部材である。本実施形態では、ステージ７の上面において材料層の積層が行われ、立体物が造形される。
【００３９】
［積層造形装置の動作］
次に、造形装置１によって造形物を造形する際の、基本的な動作について説明する。
【００４０】
制御ユニットＵ１は、造形対象物を表現した造形データである３次元形状データを取得する。制御ユニットＵ１は、３次元形状データを取得した後、造形対象物を所定のピッチ（例えば数ミクロンから十数ミクロンの厚さ）でスライスして各層の断面形状を計算し、各層のスライスデータを生成する。なお、制御ユニットＵ１がコンピュータ（不図示）から３次元形状データでの代わりにスライスデータを受信した場合には、スライスデータの生成工程は省略される。
【００４１】
生成または受信した複数のスライスデータは、最下層のスライスデータから順に材料層形成ユニット制御部１２に入力される。材料層形成ユニット制御部１２は材料層形成ユニットＵ２を制御し、入力されたスライスデータにしたがって材料層の形成を行う（材料層形成工程）。
【００４２】
材料層形成ユニットＵ２によって形成された材料層は搬送部材３の表面に保持され、積層位置へと搬送される。なお、材料層形成ユニットＵ２は搬送部材３の表面上に材料層を直接形成してもよいが、他の部材の表面上に形成した後に、材料層を当該部材から搬送部材３の表面上へと移動させてもよい。
【００４３】
材料層が搬送部材３によって積層位置まで搬送されると、積層ユニット制御部１３は、搬送部材３によって保持された材料層が積層面と接触するように、ステージ７を駆動する。この状態で、積層ユニット制御部１３は、所定の温度制御シーケンスにしたがって、ヒーター９の温度を制御する。具体的には、最初に、第１の目標温度までヒーター９を加熱する第１の温度制御モードを所定時間行って、材料層を熱溶融させる。これにより材料層が軟化し、材料層と積層面とが密着する。その後、第１の目標温度よりも低い第２の目標温度にヒーター９を制御する第２の温度制御モードを所定時間行い、軟化した材料層を固化する。第２の温度制御モード終了後、積層ユニット制御部１３はステージ７を駆動して搬送部材の表面から離間させる。このとき、材料層は搬送部材の表面から剥離され、積層面へと移動する。これにより、材料層の積層が完了する（積層工程）。なお、ここではヒーター９によって材料層の温度を加熱することによって材料層を積層する場合について説明したが、これに限定はされず、材料層を加熱せずに積層を行ってもよい。
【００４４】
材料層を形成する材料層形成工程、および、材料層を積層する積層工程を、スライスデータの枚数分繰り返すことで、ステージ７上に目的の造形物（立体物）が形成される。
【００４５】
＜剥離性パラメータに基づく材料層支持領域の設定工程を含む転写プロセス＞
造形装置１が立体物を造形するとき、上述のように材料層形成工程と積層工程とが繰り返される。この工程を繰り返していくうちに、搬送部材３はその表面が汚染されたり摩耗したり、あるいは傷ついたりし、搬送部材３の表面の剥離性が低下することがある。搬送部材３の表面に剥離性が低下した領域が生じた場合に当該領域に材料層が保持されると、積層工程において材料層の一部または全部が搬送部材３の表面に残存してしまう可能性がある。その結果積層不良が生じ、形成される立体物の形状精度が低下してしまう。
【００４６】
そこで本実施形態では、剥離性パラメータ取得部１９ａによって搬送部材３の表面の剥離性と相関を有する剥離性パラメータを取得する。そして、領域設定部１４によって、取得した剥離性パラメータに基づいて、材料層を支持させる材料層支持領域を搬送部材３の表面の領域内に設定する。具体的には後述するが、本実施形態では搬送部材３の表面の全領域のうち、剥離性の低い領域以外の領域に材料層を選択的に支持させて材料層の搬送および積層を行うことで、積層不良の発生を抑制することができる。
【００４７】
なお、搬送部材３の表面の剥離性が低下するたびに搬送部材３を交換したり搬送部材３の表面を再処理したりすれば、常に搬送部材３の表面の剥離性が十分高い状態で材料層の搬送および積層を行うことができる。しかしながらこの場合には搬送部材３の表面のごく一部の領域について剥離性が低下した場合についてもユーザはメンテナンスを行うこととなり、ユーザによる搬送部材３のメンテナンスの頻度が高くなってしまう。一方で本実施形態では搬送部材３のメンテナンスをせずとも、搬送部材３の表面の剥離性の低下していない領域を使用して造形を続けることができる。そのため、本実施形態によれば搬送部材３のメンテナンスの頻度を低下させることができる。
【００４８】
以下、本実施形態に係る、剥離性パラメータに基づく材料層支持領域の設定工程を含む材料層の転写プロセスについて図面を参照しながら詳細に説明する。図２は、本実施形態に係る材料層の転写プロセスを示すフローチャートである。
【００４９】
まず、制御ユニットＵ１は、剥離性パラメータ取得部１９ａによって搬送部材３の表面の剥離性と相関を有する剥離性パラメータを取得する（Ｓ２０２）。剥離性パラメータの取得タイミングは特に限定はされず、例えば、材料層の転写を行うたびに剥離性パラメータを取得してもよいし、予め設定された回数だけ転写が行われた後に剥離性パラメータを取得してもよい。また、造形装置１を立ち上げた後、最初に立体物の造形を開始する前に剥離性パラメータを取得してもよい。造形を開始する前に剥離性パラメータを取得して剥離性を評価することで、積層不良の発生をより抑制することができる。
【００５０】
すなわち、剥離性パラメータの取得および搬送部材３の表面の剥離性の評価は毎回行う必要はなく、以前に評価した結果があれば、それを利用してもよい（Ｓ２０１でＮｏ）。剥離性評価を行わない場合には、以前に取得した剥離性パラメータや評価結果（高剥離性領域／低剥離性領域の情報）に基づいて材料層を転写させればよい。
【００５１】
次に、剥離性評価部１９が、剥離性パラメータに基づいて搬送部材３の表面の評価対象領域の剥離性を評価する（Ｓ２０３）。なおここでは、後述するような方法により、予め設定しておいた閾値と剥離性パラメータとを比較することによって、剥離性を評価する。
【００５２】
これにより、搬送部材３の表面の領域内に、剥離性が高い領域（高剥離性領域）の少なくとも１つ、および／又は、剥離性が低い領域（低剥離性領域）の少なくとも１つ、を認識する（Ｓ２０４）。剥離性評価部１９は、評価対象領域が材料層を支持してよい領域である積層可能領域であるか、材料層を支持しないほうがよい領域である積層困難領域であるかを認識するようにしてもよい。
【００５３】
ここで、剥離性評価部１９による剥離性パラメータ取得部１９ａによって取得される剥離性パラメータに基づく剥離性の評価方法について詳細に説明する。剥離性パラメータ取得部１９ａとしては、これらに限定されるものではないが、主に以下の６つの方式が挙げられる。図３は、本実施形態に係る剥離性パラメータ取得部１９ａの構成を例示的に示す図である。
【００５４】
第１の方式における剥離性パラメータ取得部１９ａは、搬送部材３の表面の反射率を剥離性パラメータとして取得する。例えば搬送部材３として表面にフッ素コーティングが施された金属ベルトを使用した場合には、摩耗などによって搬送部材３の表面の剥離性が低下すると、光の反射率が上昇する。あるいは、搬送部材３の種類によっては搬送部材３の表面の剥離性が低下すると光の反射率が低下する場合もある。すなわち、搬送部材３の表面の剥離性と反射率との間には相関がある。そのため、搬送部材３の表面の剥離性と反射率との間の関係を予め求めておけば、取得した剥離性パラメータである反射率に基づいて剥離性を評価することができる。
【００５５】
第２の方式における剥離性パラメータ測定部１９ａは、積層後の搬送部材３の表面をクリーニングするクリーニングブレード２１にかかるトルクや力等の負荷を剥離性パラメータとして取得する。すなわち、本方式における剥離性パラメータ取得部１９ａは、負荷センサ２４である。積層後の搬送部材３の表面に材料層の一部または全部が支持されたまま残っていると、クリーニングブレード２１にかかる負荷が上昇する。換言すれば、搬送部材３の表面の剥離性が低下すると、クリーニングブレード２１にかかる負荷が上昇する。すなわち、搬送部材３の表面の剥離性とクリーニングブレード２１に係る負荷との間には相関がある。そのため、搬送部材３の表面の剥離性とクリーニングブレード２１にかかる負荷との間の関係を予め求めておけば、取得した剥離性パラメータである負荷に基づいて剥離性を評価することができる。
【００５６】
第３の方式における剥離性パラメータ取得部１９ａは、積層後の搬送部材３の表面の画像を取得し、積層後の搬送部材３の表面に残存する材料層の量を取得する。すなわち、本方式における剥離性パラメータ取得部１９ａは、エリアセンサ２２またはラインセンサ（不図示）である。本方式における剥離性パラメータ取得部１９ａは、取得した画像と、搬送部材３の表面上に支持されていた材料層の形状および位置の情報とを比較し、搬送部材３の表面に残存する材料層の面積または量を算出する。搬送部材３の表面の剥離性が低下すると、積層後の搬送部材３の表面に残存する材料層の量が増加する。すなわち、搬送部材３の表面の剥離性と積層後の搬送部材３の表面に残存する材料層の量との間には相関がある。そのため、搬送部材３の表面の剥離性と積層後の搬送部材３の表面に残存する材料層の量との間の関係を予め求めておけば、取得した剥離性パラメータである積層後の搬送部材３の表面に残存する材料層の量に基づいて剥離性を評価することができる。
【００５７】
第４の方式における剥離性パラメータ取得部１９ａは、積層工程において材料層を搬送部材３から剥離するときにステージ７にかかる負荷を取得する。本実施形態では材料層を搬送部材３と積層面との間に挟んで材料層を積層面に密着させた後にステージ７を移動機構２６によって移動させることで材料層を搬送部材３から剥離する。本方式における剥離性パラメータ取得部１９ａはこのときの移動機構２６の駆動トルクを測定する。搬送部材３の表面の剥離性が低下すると剥離時にステージ７にかかる負荷が増大し、移動機構２６の駆動トルクが増大する。すなわち、搬送部材３の表面の剥離性と移動機構２６の駆動トルクとの間には相関がある。そのため、搬送部材３の表面の剥離性と移動機構２６の駆動トルクとの間の関係を予め求めておけば、取得した剥離性パラメータである移動機構２６の駆動トルクに基づいて剥離性を評価することができる。
【００５８】
第５の方式における剥離性パラメータ取得部１９ａは、積層工程において材料層を搬送部材３から剥離するときの搬送部材３の変位量を取得する。すなわち、本方式における剥離性パラメータ取得部１９ａは、変位センサ２３である。搬送部材３の表面の剥離性が低下すると、材料層を搬送部材３から剥離する際に搬送部材３がステージ７に引っ張られて変位することがある。特に、搬送部材３としてベルト状の部材を使用した場合には、搬送部材３がたわむことで、この変位量が顕著になりやすい。この変位量をレーザ測長器や静電容量センサ等の変位センサ２３を用いて測定する。剥離性が低下するとこの変位量は大きくなる。すなわち、搬送部材３の表面の剥離性と搬送部材３の変位量との間には相関がある。そのため、搬送部材３の表面の剥離性と搬送部材３の変位量との関係を予め求めておけば、取得した剥離性パラメータである搬送部材３の変位量に基づいて剥離性を評価することができる。
【００５９】
第６の方式における剥離性パラメータ取得部１９ａは、積層工程において材料層を搬送部材３から剥離するときに搬送部材３から発せられる音を取得する。すなわち、本方式における剥離性パラメータ取得部１９ａは、音センサ２５である。この方式は搬送部材３が金属ベルトである場合に特に有効である。上述のように搬送部材３の表面の剥離性が低下すると、材料層を搬送部材３から剥離する際に搬送部材３がステージ７に引っ張られて変位することがあるが、その後材料層が剥離されると搬送部材３は元の位置に戻る。このとき、搬送部材３が振動することで音が発生することがある。すなわち、搬送部材３の表面の剥離性と搬送部材３から発せられる音との間には相関がある。そのため、取得した剥離性パラメータである搬送部材３から発せられる音に基づいて剥離性を評価することができる。
【００６０】
次に、領域設定部１４が、剥離性パラメータ取得部１９ａが取得した剥離性パラメータに基づいて、搬送部材３の表面の領域内に、材料層を支持する材料層支持領域を設定する（Ｓ２０５）。領域設定部１４は、剥離性評価部１９による評価結果に基づいて材料層支持領域を設定することが好ましい。領域設定部１４は、ステップＳ２０４において認識された高剥離性領域内に材料層支持領域を設定することが特に好ましい。あるいは、領域設定部１４は、ステップＳ２０４において認識された低剥離性領域以外の領域内に材料層支持領域を設定することが特に好ましい。
【００６１】
このとき、高剥離性領域が複数ある場合には、領域設定部１４はそれぞれの甲剥離性領域と材料層のサイズとを比較して、材料層のサイズよりも大きなサイズを有する高剥離性領域の中に、材料層支持領域を設定してもよい。
【００６２】
次に、剥離性評価部１９による評価結果を搬送部材３の表面上の位置に対応付けてマッピングを行う場合には（Ｓ２０６でＹｅｓ）、マッピング部１６がマッピングを行う（Ｓ２１１）。
【００６３】
マッピングを行う場合には、マッピング部１６が積層ユニット制御部Ｕ１３、剥離性評価部１９から、剥離性評価部１９による評価対象領域の位置情報と認識結果（高剥離性領域／低剥離性領域の情報）を取得し、両者を関連付けることで行う。マッピングは、甲剥離性領域を搬送部材３の表面上の位置に対応付けることによって行ってもよいし、低剥離性領域を搬送部材３の表面上の位置に対応付けることによって行ってもよい。あるいは、高剥離性領域および低剥離性領域の両方を搬送部材３の表面上の位置に対応付けることによって行ってもよい。マッピングは、例えば低剥離性領域がある場合についてのみ行ってもよい。なお、マッピングは、搬送部材３の表面を所定の原点等を基準とした位置で複数のエリアに分割し、各エリアに剥離性の情報を持たせることによって行ってもよい。
【００６４】
マッピングを行ったら、表示部（不図示）によってマッピング結果を表示して、マッピング結果をユーザに提示してもよい（Ｓ２１２）。このとき、マッピング結果を二次元的に表示してもよい。あるいは、マッピング結果をもとに、例えば搬送部材３の表面における低剥離性領域の割合を算出してその値を表示したり、その値が所定の値以上となった場合に搬送部材３のメンテナンスを推奨するようなアラートを表示したりしてもよい。
【００６５】
次に、制御ユニットＵ１は転写手段１５を制御して、ステップＳ２０５において領域設定部１４によって設定された材料層支持領域に材料層を支持させる（Ｓ２０７）。これにより、搬送部材３の表面の全領域うち、剥離性の低下した領域を使用せずに材料層の搬送および積層を行うことができるため、積層不良の発生を抑制することができる。その結果、形成される造形物の形状精度の低下を抑制することができる。
【００６６】
材料層を搬送部材３の表面に転写する際には、材料層形成ユニットＵ２が搬送部材３の表面に材料層を直接形成してもよい。または、造形装置１が、材料層形成ユニットＵ２で形成された材料層を受け取り、受け取った材料層を搬送部材３へと受け渡す中間部材（不図示）を有する場合には、中間部材から搬送部材３の表面に材料層を転写してもよい。ステップＳ２０７における制御ユニットＵ１による転写手段１５の制御は、材料層形成ユニットＵ２による材料層の形成タイミングや転写ローラ２０中間部材（不図示）の動作タイミングを制御することで行う。
【００６７】
図４は、剥離性評価部１９による剥離性評価結果を模式的に示す図（図４（ａ），（ｂ））と、マッピング結果を模式的に示す図（図４（ｃ））である。
【００６８】
ここでは、剥離性パラメータ取得部１９ａが、搬送部材３の表面の反射率を取得する手段である場合について説明する。剥離性パラメータ取得部１９ａによって、反射率を測定する領域を搬送部材３の搬送方向に沿って移動させつつ搬送部材３の表面の反射率を取得すると、図４（ａ）のような結果が得られる。
【００６９】
ここで、図４（ａ）の横軸は搬送部材３の表面上の位置を表しており、ここでは、搬送部材３上に予め形成されている原点マーカ４５からの距離を搬送部材３の表面上の位置としている。原点マーカ４５からの距離は、原点マーカ４５を読み取り、原点マーカ４５を読み取ったときからの搬送部材３の駆動量、例えばローラ４の回転数を取得することで取得することができる。あるいは、搬送部材３の表面にアブソリュートエンコーダスケールを配置しておき、アブソリュートエンコーダスケールを不図示のセンサで読み取ることで搬送部材３の表面上の位置を取得してもよい。もしくは、搬送部材３の表面に原点マーカ４５とインクリメントエンコーダスケールを配置しておき、原点マーカ４５とインクリメントエンコーダスケールを不図示のセンサで読み取ることで搬送部材３の表面上の位置を取得してもよい。
【００７０】
例えば搬送部材３として表面にフッ素コーティングが施された金属ベルトを使用した場合には、摩耗などによって搬送部材３の表面の剥離性が低下すると、光の反射率が上昇する。すなわち、搬送部材３の表面の剥離性と反射率との間には負の相関がある。したがって、搬送部材３の表面の剥離性は図４（ｂ）のようになる。
【００７１】
したがって、測定した反射率に基づいて得られた剥離性を予め決めておいた閾値と比較することで、剥離性の低い領域（低剥離性領域４１）を認識することができる。また、同様にして、剥離性の高い領域（高剥離性領域４２）を認識することもできる。なお、剥離性と反射率との関係が予め分かっている場合には、反射率の閾値を予め決めておき、その閾値に基づいて低剥離性領域４１と高剥離性領域４２を認識することもできる。これは、上述の他の剥離性パラメータについても同様である。また、搬送部材３の表面の剥離性は、材料層の種類によっても変化する。そのため、材料層に応じて反射率などの剥離性パラメータの閾値を変えてもよい。
【００７２】
続いて、図５および図６を用いて、搬送部材３の表面の剥離性に基づいた搬送部材３の表面上における材料層の配置の例について説明する。ここでは、搬送部材３として無端ベルト状の搬送ベルトを用いる場合について説明する。なお、図５および図６は、搬送部材３である搬送ベルトの材料層支持面を展開し、二次元的に表現した図である。図５および図６において、搬送部材３ａ〜３ｄは、搬送部材３の表面の１周目〜４周目をそれぞれ表す。したがって、例えば搬送部材３ａの左端と搬送部材３ｂの右端は、搬送部材３の表面上の同じ位置を表している。
【００７３】
図５に示す例では、搬送部材３の表面上の領域をまんべんなく使用するように材料層５を配置する。この場合には、剥離性評価部１９によって認識された低剥離性領域４１に材料層５を支持させる予定のエリアが入るときは、予定していたエリアへの材料層５の形成はキャンセルし、次に予定していたエリアに材料層５を形成する。このようにして材料層５を配置するエリアを限定すると、搬送部材３の移動量が増加してしまうため、搬送部材３の駆動時間が増加し、造形装置１による立体物の造形に要する時間も増大する。造形装置１は、この駆動時間増加に伴う造形時間の増加分を造形時間取得部１７によって造形開始前または造形途中に随時取得してもよい。そして、取得した造形時間の増加分、すなわち、搬送部材３の表面上のすべての領域が積層可能領域である場合との比較結果を、表示部（不図示）で表示してもよい。これにより、ユーザはこれをもとにベルト交換時期を判断することができる。
【００７４】
図６に示す例では、低剥離性領域４１以外の領域、すなわち、高剥離性領域４２にできるだけ多く材料層５を配置する。これにより、搬送部材３の駆動時間増加に伴う造形時間の増加を最小に抑えることができる。この方法では搬送部材３の表面の領域内に、他の領域と比べて頻繁に使用される領域が発生する。そのため、その領域において搬送部材３の汚染や劣化を加速させてしまう可能性があるが、上述のとおり造形時間を短縮できるというメリットがある。
【００７５】
このように、搬送部材３の表面への材料層５の配置方法はいくつもあるが、本発明では配置方法は特に限定はされない。図５のような搬送部材３の寿命を優先した配置方法や図６のような造形速度を優先した配置方法など、複数の配置方法を用意しておきユーザが選択できるようにすることも可能である。
【００７６】
また、剥離性評価結果を他の機能にも利用することができる。たとえば、蓄積された剥離性評価結果を用いて搬送部材３の寿命を寿命測定手段１３によって予測して、ユーザやメンテナンス担当者に伝えることができる。これにより、搬送部材３の交換による装置停止時間を最小限に抑えることが可能になる。
【００７７】
なお、本実施形態では搬送部材３の搬送方向に直行した軸（ベルト幅方向）に平行な線で搬送部材３の表面上の領域を分割する場合を例にして述べてきたが、これに限定はされない。搬送部材３の幅方向について剥離性パラメータ取得部１９ａを複数配置したり、エリアセンサを用いたりすることで、幅方向にも領域を分割することができ、より細かい領域認識を行うことができる。これにより、例えば高剥離性領域４２が搬送部材３の幅方向の一方に偏って存在しているような場合には、これを認識して、材料層支持領域を搬送部材３の幅方向に沿って移動させることもできる。
【００７８】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る積層造形装置２の構成を模式的に示す図である。第２の実施形態に係る積層造形装置２（以下、「造形装置２」と称する）は、基本的な動作および構成は第１の実施形態に係る造形装置１と同様であるので、同様な部分については説明を省略する。
【００７９】
造形装置２は、加熱部であるヒーター９を制御する加熱部制御部９１を有する。造形装置２は第１の実施形態と同様に、搬送部材３の表面の剥離性と相関を有する剥離性パラメータを剥離性パラメータ１９ａによって取得する。そして、造形装置２は剥離性パラメータに基づいて、搬送部材３の表面の剥離性を剥離性評価部１９によって評価する。加熱部制御部９１は、剥離性評価部１９による剥離性の評価結果に基づいて、ヒーター９を制御する。
【００８０】
搬送部材３の剥離性は、搬送部材３の表面に支持される材料層の種類や、搬送部材３の表面の温度などによって変化する。例えば、材料層がＡＢＳなどの熱可塑性樹脂からなる材料層である場合には、搬送部材３の表面の温度は低いほうが剥離性は高くなることが多い。そのため加熱部制御部９１は、搬送部材３の表面の剥離性が低い領域に材料層が支持されている場合には、搬送部材３の表面の剥離性が高い領域に材料層が支持されている場合に比べて、第２の目標温度が低くなるようにヒーター９を制御する。すなわち、材料層を搬送部材３の表面から剥離する際の温度が低くなるようにヒーター９を制御する。このとき、例えば加熱部制御部９１は第１の温度制御モードの後の冷却時間が長くなるように、ヒーター９を制御する。これにより、積層工程における通常の剥離時の温度における剥離性よりも、搬送部材３の表面の剥離性を向上させた状態で剥離することができる。
【００８１】
このように、本実施形態では搬送部材３の表面の剥離性に基づいて、加熱部であるヒーター９の熱条件を変化させる。これにより、積層不良の発生を抑制することができ、形成される立体物の形状精度の低下を抑制することができる。
【００８２】
なお、ヒーター９による加熱プロセスの熱条件が変化することに伴う造形時間の変化（増加分）を、造形時間取得部１７によって取得してもよい。
【符号の説明】
【００８３】
３  搬送部材
１４  領域設定部
１９ａ  剥離性パラメータ取得部
【図１】
2018016041.tif 000003
【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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