(57)【要約】【課題】造形精度の高い三次元造形物を得ることのできる三次元造形装置を提供する。【解決手段】本発明に係る三次元造形装置は、造形テーブルと吐出ヘッドと加熱部と移動機構と制御部とを備え、上記制御部は、上記加熱部の出力を行わない状態で上記吐出ヘッドから第１層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始し、上記吐出ヘッドが少なくとも上記第１層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始した後に上記加熱部の出力を開始するように構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体材料を固めて断面層を形成し、前記断面層を順次積層することによって三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
前記粉体材料が載せられる造形テーブルと、
前記粉体材料に対して硬化液を吐出する吐出ヘッドと、
前記硬化液が吐出された前記粉体材料を加熱する加熱部と、
前記造形テーブルおよび前記吐出ヘッドのいずれか一方を他方に対して相対的に移動させる移動機構と、
前記吐出ヘッドと前記加熱部と前記移動機構とに電気的に接続され、少なくとも前記加熱部の出力を制御するように構成されている制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記加熱部の出力を行わない状態で前記吐出ヘッドから第１層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始し、前記吐出ヘッドが少なくとも前記第１層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始した後に前記加熱部の出力を開始するように構成されている、三次元造形装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記吐出ヘッドが第ｎ層目（ｎは自然数）の断面層を形成する硬化液の吐出を終えた後に、前記加熱部の出力を開始するように構成されている、
請求項１に記載の三次元造形装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記吐出ヘッドから吐出された前記硬化液の総量が第１の量のときに、前記加熱部の出力を第１出力に設定し、前記吐出ヘッドから吐出された前記硬化液の総量が前記第１の量よりも多い第２の量のときに、前記加熱部の出力を前記第１出力よりも大きい第２出力に設定するように構成されている、
請求項１又は２に記載の三次元造形装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記断面層の積層数が第１の数のときに、前記加熱部の出力を第１出力に設定し、前記断面層の積層数が前記第１の数よりも多い第２の数のときに、前記加熱部の出力を前記第１出力よりも大きい第２出力に設定するように構成されている、
請求項１又は２に記載の三次元造形装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記加熱部の出力を開始してから所定の時間が経過した後に、前記加熱部の出力を一定とするように構成されている、
請求項３又は４に記載の三次元造形装置。
【請求項６】
前記制御部は、所定の積層数の前記断面層を形成した後に、前記加熱部の出力を一定とするように構成されている、
請求項３又は４に記載の三次元造形装置。
【請求項７】
前記加熱部は、前記造形テーブルの前記粉体材料が載せられる側の表面と対向するように配置された熱源を備えている、
請求項１〜６のいずれか一つに記載の三次元造形装置。
【請求項８】
前記加熱部は、複数のヒータを備え、
前記制御部は、前記複数のヒータについて、同時に前記出力を制御するように構成されている、
請求項１〜７のいずれか一つに記載の三次元造形装置。
【請求項９】
粉体材料が載せられた造形テーブル、および、前記粉体材料に対して硬化液を吐出する吐出ヘッドのいずれか一方を他方に対して相対的に移動させながら、前記造形テーブルの上の前記粉体材料に対して前記吐出ヘッドから前記硬化液を吐出すること；および、
前記硬化液が吐出された前記粉体材料を加熱装置により加熱すること；
によって、前記粉体材料の固められた断面層を形成し、上記断面層を順次積層することによって三次元造形物を造形する方法であって、
前記粉体材料を前記加熱装置により加熱しない状態で前記吐出ヘッドから第１層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始し、前記吐出ヘッドが少なくとも前記第１層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始した後に前記加熱装置により前記粉体材料の加熱を開始する、三次元造形物の造形方法。
【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】
従来、薄層状に敷き詰められた粉体材料を硬化液で固めて断面層を形成し、これを順次積層することによって立体的な造形物を造形する、粉体積層方式の三次元造形装置が知られている。例えば特許文献１には、粉体材料が収容されて造形物の造形が行われる造形槽と、造形槽内の粉体材料に対して硬化液を吐出する吐出ヘッドと、硬化液の吐出された粉体材料を断面層の一層ごとに加熱する加熱部と、を備えた三次元造形装置が開示されている。特許文献１の三次元造形装置は、上記加熱部が複数のヒータを有しており、造形物の造形範囲に応じて使用するヒータ決定し、当該ヒータをオンにした状態で硬化液の吐出を開始するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２２３７６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、本発明者の検討によれば、造形を開始した直後は、造形槽内の粉体材料が乾燥状態にある。このため、ヒータをオンにした状態で硬化液の吐出を開始すると、硬化液が急激に加熱されて極端に乾燥スピードが早くなる。その結果、造形を開始した直後の断面層では粉体材料同士の接合力が弱くなり、例えば造形物のフチの部分や造形の繊細な部分において、剥離や欠けが生じ易い問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、造形を開始した直後の断面層において剥離や欠けの発生が抑えられ、造形精度の高い三次元造形物を得ることのできる三次元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】
【０００６】
本発明により、粉体材料を固めて断面層を形成し、上記断面層を順次積層することによって三次元造形物を造形する三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、上記粉体材料が載せられる造形テーブルと、上記粉体材料に対して硬化液を吐出する吐出ヘッドと、上記硬化液が吐出された上記粉体材料を加熱する加熱部と、上記造形テーブルおよび上記吐出ヘッドのいずれか一方を他方に対して相対的に移動させる移動機構と、上記吐出ヘッドと上記加熱部と上記移動機構とに電気的に接続され、少なくとも上記加熱部の出力を制御するように構成されている制御部と、を備える。上記制御部は、上記加熱部の出力を行わない状態で上記吐出ヘッドから第１層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始し、上記吐出ヘッドが少なくとも上記第１層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始した後に上記加熱部の出力を開始するように構成されている。
【０００７】
上記構成の三次元造形装置によれば、造形を開始した直後には硬化液が加熱されないため、乾燥スピードを鈍化させることができる。これにより、粉体材料同士の接合性を向上して、剥離や欠けの発生を抑えることができる。その結果、積層方向の一体性が高められた造形精度の高い三次元造形物を得ることができる。
【０００８】
また、本発明により、粉体材料が載せられた造形テーブル、および、上記粉体材料に対して硬化液を吐出する吐出ヘッドのいずれか一方を他方に対して相対的に移動させながら、上記造形テーブルの上の上記粉体材料に対して上記吐出ヘッドから上記硬化液を吐出すること；および、上記硬化液が吐出された上記粉体材料を加熱装置により加熱すること；によって、上記粉体材料の固められた断面層を形成し、上記断面層を順次積層することによって三次元造形物を造形する方法が提供される。この造形方法では、上記粉体材料を上記加熱装置により加熱しない状態で上記吐出ヘッドから第１層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始し、上記吐出ヘッドが少なくとも上記第１層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始した後に上記加熱装置により上記粉体材料の加熱を開始する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、造形精度の高い三次元造形物を得ることができる粉体積層方式の三次元造形装置、および、三次元造形物の造形方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る三次元造形装置を模式的に示した断面図である。
【図２】一実施形態に係る制御部のブロック図である。
【図３】一実施形態に係る加熱制御部の制御方法を示すフローチャートである。
【図４】図３のステップＡに係るフローチャートの一例である。
【図５】図３のステップＡに係るフローチャートの他の一例である。
【図６】図３のステップＢに係るフローチャートの一例である。
【図７】図３のステップＢに係るフローチャートの他の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略または簡略化する。
【００１２】
＜三次元造形装置＞
図１は、三次元造形装置１の断面図である。なお、図１の符号Ｆ、Ｒｒ、Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｄは、それぞれ前、後、左、右、上、下を示している。また、図１の符号Ｘ，Ｙ，Ｚは、それぞれ前後方向、左右方向、上下方向（断面層の積層方向）を示している。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、三次元造形装置１の設置態様を何ら限定するものではない。
【００１３】
三次元造形装置１は、粉体材料を硬化液で固めて断面層を形成し、これをＺ方向に順次積層することによって三次元造形物を造形する装置である。本実施形態の三次元造形装置１は、供給部１０と、造形部２０と、吐出ヘッド３０と、加熱部４０と、制御部５０（図２参照）と、を備えている。以下、三次元造形装置１の各部の構成について説明する。
【００１４】
供給部１０は、造形部２０に対して粉体材料を供給するためのものである。供給部１０は、供給槽１１と、供給テーブル１２と、供給テーブル昇降装置１３と、粉体回収槽１４と、ローラ１５と、を備えている。
【００１５】
供給槽１１には、図示しない粉体材料が収容されている。粉体材料の種類や形態等は特に限定されない。粉体材料としては、例えば、アルミナ、シリカ、石膏等の無機材料や、金属材料、樹脂材料等が挙げられる。粉体材料は、上記材料を主材として、例えば主材の結着を促進あるいは補助するような材料が副材として付与されて構成されていてもよい。副材としては、例えば、後述する硬化液の浸透を促進する容浸材が挙げられる。容浸材としては、例えば、水溶解性で水分を含んだときに結着性を示す水溶性樹脂が例示される。水溶性樹脂としては、乾燥容易性や生産性等の観点から、ガラス転移点Ｔｇが概ね１００℃以下、典型的には８０℃以下、好ましくは７０℃以下、例えば６０℃以下であって、典型的には２５℃以上、好ましくは３５℃以上、例えば４０℃以上のものが好適である。水溶性樹脂の具体例としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、澱粉等が挙げられる。
【００１６】
供給テーブル１２は、供給槽１１の内部に配置され、供給槽１１の底面を構成している。供給テーブル１２は、供給テーブル昇降装置１３と電気的に接続されている。供給テーブル１２は、供給テーブル昇降装置１３によって供給槽１１の内部をＺ方向に昇降移動可能なように構成されている。供給テーブル昇降装置１３は、供給テーブル１２をＺ方向に移動させるためのものである。供給テーブル昇降装置１３としては特に限定されないが、ここではシリンダ機構を採用している。供給テーブル昇降装置１３は、制御部５０と電気的に接続されている。
【００１７】
粉体回収槽１４は、造形部２０に対して過剰に供給された粉体材料を回収するためのものである。Ｙ方向において、粉体回収槽１４は、造形部２０を挟んで供給槽１１の反対側に設けられている。粉体回収槽１４は、余剰の粉体材料を収容するための空間を有している。粉体回収槽１４の下方には、回収された粉体材料を取り出すための取り出し口（図示せず）が設けられている。
【００１８】
ローラ１５は、供給槽１１に収容されている粉体材料を、造形部２０に供給するための部材である。ローラ１５は、長尺な円筒形状を有し、円筒軸がＸ方向に沿うように配置されている。ローラ１５のＸ方向の長さは、後述する造形部２０の造形槽２１のＸ方向の長さよりも長い。ローラ１５は、第１キャリッジ１６に搭載されている。第１キャリッジ１６は、ガイドレール１７に係合されている。ガイドレール１７は、三次元造形装置１の上面に固定され、Ｙ方向に延びている。第１キャリッジ１６は、モータ１６Ｍ（図１では図示せず、図２参照）に接続され、ガイドレール１７に沿ってＹ方向に摺動自在に構成されている。これにより、ローラ１５は、独立して、供給槽１１と造形槽２１と粉体回収槽１４との上面を、Ｙ方向に移動可能なように構成されている。三次元造形装置１の未使用時に、ローラ１５は、供給槽１１の右側にあるローラ載置部１５ａに載置されている。第１キャリッジ１６のモータ１６Ｍは、制御部５０と電気的に接続されている。
【００１９】
造形部２０は、所望の三次元造形物を造形するための造形エリアを構成している。造形部２０は、造形槽２１と、造形テーブル２２と、造形テーブル昇降装置２３と、を備えている。三次元造形物の造形時には、造形槽２１に粉体材料が収容される。粉体材料は、１層分の断面層の厚み（例えば、０．１ｍｍ）で造形槽２１の内部に敷き詰められる。
【００２０】
造形テーブル２２は、造形槽２１の内部に配置され、造形槽２１の底面を構成している。造形テーブル２２は、造形テーブル昇降装置２３と電気的に接続されている。造形テーブル２２は、造形テーブル昇降装置２３によって造形槽２１の内部をＺ方向に昇降移動可能なように構成されている。造形テーブル昇降装置２３は、造形テーブル２２をＺ方向に移動させるためのものである。造形テーブル昇降装置２３としては特に限定されないが、ここではシリンダ機構を採用している。造形テーブル昇降装置２３は、制御部５０と電気的に接続されている。造形テーブル昇降装置２３は、造形テーブル２２を吐出ヘッド３０に対してＺ方向に相対的に移動させる移動機構の一例である。
【００２１】
吐出ヘッド３０は、造形槽２１内の粉体材料に対して断面層の形状のとおりに硬化液を吐出するためのものである。吐出ヘッド３０は、造形部２０の上方に配置されている。吐出ヘッド３０は、所謂、ラインタイプである。すなわち、吐出ヘッド３０は、その下面に、硬化液を吐出するノズル（図示せず）を複数有している。複数のノズルは、造形槽２１内の造形エリアの全幅を覆う長さで、Ｘ方向にライン状に並べられている。ノズルは、図示しない硬化液タンクに連通されている。硬化液としては、粉体材料に供給されたときに粉体材料を構成する粒子同士を結着させることが可能な液体（粘性体を含む。）であればよく、特に限定されない。硬化液としては、例えば、ワックス、バインダ等が挙げられる。また、粉体材料が副材として水溶性樹脂を有している場合には、硬化液として、水溶性樹脂を溶解可能な液体、例えば水を用いることもできる。
【００２２】
吐出ヘッド３０は、第２キャリッジ３１に搭載されている。第２キャリッジ３１は、ガイドレール１７に係合されている。第２キャリッジ３１は、モータ３１Ｍ（図１では図示せず、図２参照）に接続され、ガイドレール１７に沿ってＹ方向に摺動自在に構成されている。これにより、吐出ヘッド３０は、独立して、造形槽２１の上面をＹ方向に移動可能なように構成されている。第２キャリッジ３１のモータ３１Ｍは、制御部５０に接続されている。第２キャリッジ３１のモータ３１Ｍは、吐出ヘッド３０を造形テーブル２２に対してＹ方向に相対的に移動させる移動機構の一例である。また、吐出ヘッド３０は、制御部５０に接続され、複数のノズルから硬化液を吐出可能なように構成されている。
【００２３】
加熱部４０は、造形槽２１内の粉体材料を温めて、硬化液の加熱乾燥を促進するためのものである。加熱部４０は、造形槽２１の周囲に設けられている。加熱部４０の加熱方式は特に限定されない。加熱方式としては、例えば、ヒータやランプによる直接加熱方式、赤外線を照射する輻射伝熱加熱方式、マイクロ波を照射する内部発熱加熱方式、抵抗加熱方式等が挙げられる。なかでも、構成をシンプルにし得ることから、直接加熱方式が好ましい。加熱部４０は、造形槽２１内の粉体材料を、例えば３０℃以上、好ましくは４０℃以上であって、例えば水溶性樹脂のガラス転移点Ｔｇ以下の温度まで加熱可能な構成であるとよい。加熱部４０は、制御部５０と電気的に接続されている。
【００２４】
加熱部４０は、１つであってもよいし、複数であってもよい。本実施形態において、加熱部４０は、３種類の熱源、すなわち、第１ヒータ４１と、第２ヒータ４２と、第３ヒータ４３と、を有している。本実施形態において、造形槽２１は、第１〜第３ヒータ４１、４２、４３によって四方を取り囲まれている。
【００２５】
第１ヒータ４１は、造形部２０の上方、具体的には、造形テーブル２２の上方に配置されている。第１ヒータ４１は、Ｙ方向に摺動するローラ１５や吐出ヘッド３０と干渉しないように、ローラ１５や吐出ヘッド３０よりも高い位置に配置されている。第１ヒータ４１は、三次元造形装置１の照明装置を兼ねている。第１ヒータ４１は、造形槽２１内の粉体材料を、造形槽２１の上面側、すなわち硬化液の吐出される側から加熱する。これにより、硬化液の吐出された粉体材料が効率的に加熱される。第１ヒータ４１は、例えば、ハロゲンランプヒータ、遠赤外線ヒータ、近赤外線ヒータ等である。第１ヒータ４１は、１つであってもよいし、複数であってもよい。ここでは、８５ＷのハロゲンランプヒータをＸ方向に２つ並べて配置している。
【００２６】
第２ヒータ４２は、造形槽２１のＹ方向における左右一対の側面に配置されている。第２ヒータ４２は、造形槽２１内の粉体材料を造形槽２１の側方から加熱する。第２ヒータ４２は、例えば、帯状のシリコンバンドヒータやシリコンベルトヒータ、セラミックヒータ等である。第２ヒータ４２は、１つであってもよいし、複数であってもよい。
【００２７】
第３ヒータ４３は、造形テーブル２２の内部、すなわち造形槽２１の底面に配置されている。第３ヒータ４３は、造形槽２１内の粉体材料を下方側から加熱する。第３ヒータ４３は、例えば、平面形状のシリコンラバーヒータやアルミ箔ヒータ等である。第３ヒータ４３は、１つであってもよいし、複数であってもよい。
【００２８】
制御部５０は、三次元造形装置１の全体の動作を制御する。図２は、制御部５０のブロック図である。制御部５０は、移動制御部５１と、吐出制御部５２と、加熱制御部５３と、を有している。
【００２９】
移動制御部５１は、供給部１０の供給テーブル昇降装置１３と、第１キャリッジ１６のモータ１６Ｍと、造形部２０の造形テーブル昇降装置２３と、第２キャリッジ３１のモータ３１Ｍとに、それぞれ電気的に接続され、これらを制御可能に構成されている。移動制御部５１は、供給部１０の供給テーブル昇降装置１３を駆動することによって、供給テーブル１２を上方または下方（Ｚ方向）に移動させる。移動制御部５１は、第１キャリッジ１６のモータ１６Ｍを駆動することによって、ローラ１５をＹ方向に移動させる。移動制御部５１は、造形部２０の造形テーブル昇降装置２３を駆動することによって、造形テーブル２２を上方または下方（Ｚ方向）に移動させる。移動制御部５１は、第２キャリッジ３１のモータ３１Ｍを駆動することによって、吐出ヘッド３０をＹ方向に移動させる。
【００３０】
吐出制御部５２は、吐出ヘッド３０と電気的に接続されており、これを制御可能に構成されている。吐出制御部５２は、吐出ヘッド３０を駆動することによって、吐出ヘッド３０から硬化液を吐出させる。
【００３１】
加熱制御部５３は、加熱部４０の第１〜第３ヒータ４１、４２、４３と電気的に接続されている。加熱制御部５３は、加熱部４０を一体的に制御するように構成されている。加熱制御部５３は、第１〜第３ヒータ４１、４２、４３について、電源のオンオフや出力を制御することにより、加熱の強さを同時に調整するように構成されている。加熱制御部５３は、吐出ヘッド３０から第１層目の断面層を形成する硬化液の吐出が開始される時点では、第１〜第３ヒータ４１、４２、４３の出力を行わない。加熱制御部５３は、少なくとも吐出ヘッド３０が第１層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始した後で、第１〜第３ヒータ４１、４２、４３の出力を開始する。
【００３２】
制御部５０の構成は特に限定されない。制御部５０は、例えばマイクロコンピュータである。マイクロコンピュータのハードウェア構成は特に限定されないが、例えば、ホストコンピュータ等の外部機器から印刷データ等を受信するインターフェイス（Ｉ／Ｆ）と、制御プログラムの命令を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ：central processing unit）と、ＣＰＵが実行するプログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）と、プログラムを展開するワーキングエリアとして使用されるＲＡＭ（random access memory）と、上記制御プログラム等の各種データを格納する記憶部と、を備えている。なお、制御部５０は、ソフトウェア（例えば、回路）により構成されていてもよい。
【００３３】
＜三次元造形物の造形方法＞
三次元造形装置１は、例えば下記のようなプロセスで三次元造形物を造形する。なお、Ｚ方向のある高さにおける断面層の形状は、その高さにおける三次元造形物の断面形状を示している。本実施形態の造形方法では、まず、得んとする立体造形物の三次元データを所定の厚みでスライスしてなる断面層のスライスデータを、制御部５０に入力する。
【００３４】
次に、制御部５０は、スライスデータに基づいて、粉体材料を１層分の断面層の厚みで造形槽２１内に敷き詰める。具体的には、制御部５０は、供給テーブル昇降装置１３を駆動させて、供給テーブル１２を上方に移動（上昇）させる。供給テーブル１２が上方に移動されると、供給槽１１に収容されていた粉体材料の一部が、供給槽１１の上面よりも上方に盛り上がって積まれた状態になる。この状態で制御部５０が第１キャリッジ１６のモータ１６Ｍを駆動させると、ローラ１５がローラ載置部１５ａから左方向に水平移動する。すると、盛り上がって積まれている粉体材料がローラ１５によって左方向に押されて、造形槽２１に供給される。同時に、ローラ１５が造形槽２１の上を水平移動することで、造形槽２１の表面が均される。これによって、造形槽２１内に粉体材料が収容され、所定の１層分の厚みで造形テーブル２２上に均一に敷き詰められる。
【００３５】
粉体材料は、通常、造形槽２１に収容される量よりも多めに供給される。造形槽２１内に収容しきれなかった余分な粉体材料は、そのままローラ１５で左方向に押されて、粉体回収槽１４に回収される。ローラ１５は、粉体回収槽１４の左側１５ｂまで移動すると、そのまま粉体回収槽１４の左側１５ｂの位置に仮置きされるか、あるいは、逆方向に回転して、元のローラ載置部１５ａまで戻される。
【００３６】
次に、制御部５０は、スライスデータに基づいて、造形槽２１内の粉体材料に対して硬化液を吐出する。具体的には、第２キャリッジ３１のモータ３１Ｍを制御して、吐出ヘッド３０をＹ方向に移動させると同時に、吐出ヘッド３０を制御して、所定のタイミングと吐出条件で、造形エリアの所定の位置に吐出ヘッド３０から硬化液を吐出させる。硬化液が噴霧された部分では、粉体材料に硬化液が浸透される。これにより、造形テーブル２２上に第１層目の断面層が形成される。
【００３７】
第１層目の断面層が形成されると、次に、制御部５０は、造形槽２１内に粉体材料を１層分の断面層の厚みで再び敷き詰める。具体的には、制御部５０は、造形テーブル昇降装置２３を駆動させて、造形テーブル２２を下方に移動（下降）させる。造形テーブル２２の下降幅は、断面層の１層分の厚みと同じである。造形テーブル２２の下降によって生じた空間には、上記と同様にして供給槽１１から粉体材料が供給され、均一に敷き詰められる。
【００３８】
次に、制御部５０は、スライスデータに基づいて、造形槽２１内の粉体材料に対して再び硬化液を吐出する。具体的には、第２キャリッジ３１のモータ３１Ｍを制御して、吐出ヘッド３０をＹ方向に移動させると同時に、吐出ヘッド３０を制御して、吐出ヘッド３０から粉体材料に対して硬化液を吐出させる。これにより、上記で形成した第１層目の断面層の上に、第２層目の断面層が形成される。そして、この造形槽２１内に粉体材料を敷き詰める操作と、造形槽２１内の粉体材料に対して硬化液を吐出する操作とを、スライスデータ数だけ繰り返す。これにより、第１〜第ｍの断面層（ｍは２以上の整数）がＺ方向に積み上げられた所望の三次元造形物が造形される。
【００３９】
図３は、上述のような三次元造形物の造形において、加熱制御部５３の制御方法を示すフローチャートである。本実施形態では、造形の開始から終了までの間に、加熱制御部５３が、３つのステップＡ，Ｂ，Ｃをこの順に実行するように構成されている。すなわち、加熱制御部５３は、ステップＡで造形槽２１内を温め始めるタイミングを制御する。加熱制御部５３は、ステップＢで造形槽２１内の温度を徐々に高めるように制御する。加熱制御部５３は、ステップＣで造形槽２１内の温度が一定に維持されるように制御する。以下、各ステップについて説明する。
【００４０】
まず、ステップＡについて説明する。図４は、ステップＡの一態様を示すフローチャートである。本実施形態では、ステップＡ１において、加熱部４０の出力が停止されている。そのため、吐出ヘッド３０から第１層目の断面層を形成する硬化液の吐出が開始される時点で、造形槽２１内の粉体材料は室温の状態、例えば２０〜３０℃にある。制御部５０は、加熱部４０の出力を行わない状態で、吐出ヘッド３０から第１番目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始する。そして、吐出ヘッド３０が第１層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始した後に、ステップＡ２において、加熱部４０の出力が開始される。制御部５０は、その間も吐出ヘッド３０から第１番目の断面層を形成する硬化液を吐出し続けている。言い換えれば、加熱制御部５３は、第１層目の断面層を形成する硬化液を吐出している途中で、加熱部４０の出力を開始させる。これにより、第１層目の断面層の形成時に硬化液の乾燥スピードが鈍化される。
【００４１】
図５は、ステップＡの他の一態様を示すフローチャートである。本実施形態では、ステップＡ１１において、加熱部４０の出力が停止されている。制御部５０は、加熱部４０の出力を行わない状態で、吐出ヘッド３０から第ｎ番目（ｎは自然数）の断面層を形成する硬化液を吐出する。そして、第ｎ番目（ｎは自然数）の断面層を形成する硬化液の吐出が完了した後に、ステップＡ１２において、加熱部４０の出力が開始される。これにより、造形の開始から第ｎ層目までの断面層において硬化液の乾燥スピードが鈍化される。ｎは、１以上の整数であれば特に限定されないが、概ね１≦ｎ≦１０、典型的には１≦ｎ≦５、例えば、ｎ＝１，２である。本態様は、例えば造形の初期において硬化液の吐出量が少ない場合、言い換えれば、造形の初期において断面層の断面積が小さい場合に特に有効である。
【００４２】
次に、ステップＢについて説明する。図６は、ステップＢの一態様を示すフローチャートである。ステップＢでは、加熱部４０によって温められた状態の粉体材料に対して、吐出ヘッド３０から硬化液が吐出される。本実施形態では、ステップＢ１において、吐出ヘッド３０からの硬化液の吐出量が増すほどに、加熱部４０の出力を向上させる。加熱部４０の出力の向上は、例えば粉体材料の温度の上昇が１０〜５０℃／ｈとなるように制御することができる。加熱部４０の出力の向上は、比例的（すなわち漸増）であってもよいし、段階的であってもよい。加熱部４０の出力により、造形槽２１内の粉体材料が温められ、硬化液の加熱乾燥が促進される。通常、硬化液の吐出量が多くなるほど、造形槽２１内がウエットの状態となり、硬化液が乾燥し難くなる。加熱部４０の出力を硬化液の吐出量に応じて徐々に高めることにより、Ｚ方向における乾燥スピードが均質化される。これにより、Ｚ方向において硬化液の乾燥スピードのばらつきをより良く抑制することができる。また、硬化液の乾燥効率を高めて、作業性や生産性を高めることができる。さらに、余分な（造形終了後にデパウダーすべき）粉体材料が断面層に付着し難くなる効果もある。
【００４３】
次に、ステップＢ２において、造形開始から所定の時間が経過したか否かを判定する。この所定の時間は、例えば粉体材料や硬化液の成分の劣化を考慮して、予め定められ、制御部５０に記憶されている。そして、所定の時間が経過していない場合には、ステップＢ１に戻る。一方、所定の時間が経過した場合には、ステップＢを終了する。これにより、粉体材料や硬化液の劣化が防止される。
【００４４】
図７は、ステップＢの他の一態様を示すフローチャートである。本実施形態では、ステップＢ１１において、１つの断面層を形成する硬化液の吐出を終了するたびに、加熱部４０の出力を１段階向上させる。段階的な出力の向上幅は、予め定められ、制御部５０に記憶されている。出力の向上幅は、例えば１つの断面層が形成されるたびに、造形槽２１内の温度を０．１〜５℃程度高めるように設定することができる。次に、ステップＢ１２において、断面層が所定の積層数に達したか否かを判定する。この所定の積層数は、予め定められ、制御部５０に記憶されている。そして、所定の積層数が積層されていない場合には、ステップＢ１１に戻る。一方、所定の積層数が積層された場合には、ステップＢを終了する。これにより、粉体材料や硬化液の劣化が防止される。
【００４５】
次に、ステップＣについて説明する。ステップＣでは、造形槽２１内の温度が均一に維持されるように制御する。ここでは、加熱部４０の出力を一定に制御する。加熱部４０の出力は、例えば粉体材料や硬化液の成分の劣化を考慮して、予め定められ、制御部５０に記憶されている。例えば、粉体材料および硬化液のうちの少なくとも一方に樹脂材料を含む場合は、造形槽２１内の温度が上記樹脂材料のガラス転移点以下の温度、例えば４０〜５０℃（±１℃程度の多少の変動は許容し得る。）となるように出力を制御する。これにより、粉体材料や硬化液、および造形槽２１の劣化が防止される。あるいは、ステップＣでは、出力を一定とする代わりに、加熱部４０を間欠的に出力させることで、造形槽２１内の温度が均一に維持されるように制御してもよい。なお、「加熱部４０を間欠的に出力させる」とは、加熱部４０のオンオフを短い周期で繰り返して平均出力を調整する方法であり、例えば内部発熱加熱方式、抵抗加熱方式において好ましく適用され得る。
そして、造形が終了すると、加熱部４０の出力は停止される。
【００４６】
以上のように、本実施形態の三次元造形装置１は、加熱部４０の出力を行わない状態で吐出ヘッド３０から第１層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始し、吐出ヘッド３０が硬化液の吐出を開始した後に加熱部４０の出力を開始する。これにより、造形を開始した直後の硬化液の乾燥スピードが緩やかになり、粉体材料同士の接合力が向上する。また、加熱部４０を出力することで、生産性や作業性を向上すると共に、余分な粉体材料が断面層に付着し難くなる。そのため、本実施形態の三次元造形装置１によれば、一体性や造形精度に優れた三次元造形物を得ることができる。
【００４７】
本実施形態では、制御部５０は、吐出ヘッド３０が第ｎ層目（ｎは自然数）の断面層を形成する硬化液の吐出を終えた後に、加熱部４０の出力を開始するように構成されている。これにより、例えば造形の初期において硬化液の吐出量が少ないような場合（言い換えれば、造形の初期において断面層の断面積が小さい場合）にも、ここに開示される技術の効果を好適に発揮することができる。
【００４８】
本実施形態では、制御部５０は、吐出ヘッド３０から吐出された硬化液の総量が第１の量のときに、加熱部４０の出力を第１出力に設定し、吐出ヘッド３０から吐出された硬化液の総量が上記第１の量よりも多い第２の量のときに、加熱部４０の出力を上記第１出力よりも大きい第２出力に設定するように構成されている。例えば、制御部５０は、吐出ヘッド３０から吐出された硬化液の総量が多くなるほど加熱部４０の出力を段階的あるいは比例的に大きくするように構成されている。
【００４９】
本実施形態では、制御部５０は、断面層の積層数が第１の数のときに、加熱部４０の出力を第１出力に設定し、断面層の積層数が上記第１の数よりも多い第２の数のときに、加熱部４０の出力を上記第１出力よりも大きい第２出力に設定するように構成されている。例えば、制御部５０は、断面層の積層数が多くなるほど加熱部４０の出力を段階的に大きくするように構成されている。通常、硬化液の吐出量が多くなるほど、または断面層の積層数が多くなるほど、造形槽２１内がウエットの状態となり、硬化液が乾燥し難くなる。このため、硬化液の総量または断面層の積層数に応じて加熱部４０の出力を大きくすることで、Ｚ方向における乾燥スピードを均質化して、Ｚ方向における接合性をより良く高めることができる。
【００５０】
本実施形態では、制御部５０は、加熱部４０の出力を開始してから所定の時間が経過した後に、加熱部４０の出力を一定とするように構成されている。
【００５１】
本実施形態では、制御部５０は、所定の積層数の断面層を形成した後に、加熱部４０の出力を一定とするように構成されている。加熱部４０の出力を開始してから所定の時間が経過した後、または、所定の積層数の断面層を形成した後に、加熱部４０の出力を一定とすることで、粉体材料や硬化液、および造形槽２１の劣化を防止することができる。また、硬化液の乾燥スピードが過剰に早くなり過ぎることを抑制して、Ｚ方向における接合性をより良く高めることができる。
【００５２】
本実施形態では、加熱部は、造形テーブル２２の粉体材料が載せられる側の表面と対向するように配置された第１ヒータ４１を備えている。これにより、硬化液の吐出された粉体材料をムラなく効率的に加熱することができる。
【００５３】
本実施形態では、加熱部４０は、第１〜第３ヒータ４１、４２、４３を備え、制御部５０は、第１〜第３ヒータ４１、４２、４３について、同時に出力を制御するように構成されている。これにより、造形槽２１内の粉体材料を様々な角度から均質にかつ安定的に温めることができる。したがって、硬化液の乾燥スピードのばらつきをより良く抑制することができる。
【００５４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明した。しかし、上述の実施形態は例示に過ぎず、本発明は他の種々の形態で実施することができる。
【００５５】
上記した実施形態では、吐出ヘッド３０が、所謂、ラインタイプであり、吐出ヘッド３０がＹ方向のみに移動可能なように構成されていた。しかしながら、これには限定されない。例えば吐出ヘッド３０は、所謂、スキャンタイプ、すなわち、造形槽２１の水平面内（Ｘ方向およびＹ方向の両方）に移動可能なように構成されていてもよい。
【００５６】
上記した実施形態では、造形テーブル２２が、吐出ヘッド３０に対してＺ方向に相対的に移動され、吐出ヘッド３０が造形テーブル２２に対してＹ方向に相対的に移動可能なように構成されていた。しかしながら、これらの動きは相対的なものであればよく、これには限定されない。例えば、造形テーブル２２はＺ方向およびＹ方向の両方に移動可能なように構成される一方、吐出ヘッド３０は固定されて移動不能なように構成されていてもよい。
【００５７】
上記した実施形態では、供給部１０が、Ｙ方向において造形部２０と隣り合う位置に設けられていた。しかしながら、これには限定されない。供給部１０は、例えば、造形部２０よりも高い位置に設けられ、Ｙ方向において造形部２０と並んでいなくてもよい。この場合、供給槽１１は、典型的には、造形槽２１の直上を避けて造形槽２１よりも右側に配置される。造形槽２１は、例えば下方に向かうにつれて平面積が狭くなる形状で、下端にスリット状の開口を有する。造形槽２１内の粉体材料は、下端の開口から排出され、例えば造形槽２１とローラ載置部１５ａとの間に、Ｘ方向に沿ったライン状に積み上げられる。そして、この粉体材料は、上記した実施形態と同様、ローラ１５によって造形部２０に供給される。
【００５８】
上記した実施形態では、加熱制御部５３が、加熱部４０の出力を開始してから所定の時間が経過した後、または、所定の積層数の断面層を形成した後に、加熱部４０の出力を一定とするように構成されていた。しかしながら、これには限定されない。例えば、三次元造形装置１が、制御部５０の加熱制御部５３と電気的に接続され、造形槽２１内の粉体材料の温度を測定可能な温度センサを備えている場合には、温度センサで測定された温度の情報に基づいて、粉体材料の温度が所定の温度に達した後、加熱部４０の出力を一定とするように構成されていてもよい。温度センサは、例えば粉体材料の温度を直接検知可能な熱電対と、熱電対で測定した温度を電気信号に変換して出力するアンプとで構成される。例えば、粉体材料および硬化液のうちの少なくとも一方に樹脂材料を含む場合は、温度センサで測定された粉体材料の温度が上記樹脂材料のガラス転移点に近づいた時に、加熱部４０の出力を一定とするように構成されていてもよい。
【００５９】
上記した図３の実施形態では、ステップＢに次いでステップＣを行うように構成されていたが、これには限定されない。例えば所望の三次元造形物のＺ方向の高さが低い場合には、加熱制御部５３がステップＢの制御を行っている途中で、三次元造形物の造形が完了することがあり得る。当然ながら、このような場合には、ステップＢの後にステップＣの制御を行わず、その時点で造形を終了することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１    三次元造形装置
１０  供給部
２０  造形部
３０  吐出ヘッド
４０  加熱部
４１、４２、４３  ヒータ
５０  制御部
【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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