(57)【要約】【課題】ノズルの目詰まりが発生しているか否かを確認することができる三次元造形装置を提供すること。【解決手段】三次元造形装置１００は、収容部材３０と、粉末材料９０が収容される造形槽３２と、造形槽３２の造形空間３２Ａ内に配置され、粉末材料９０が載置される造形テーブル３４と、造形テーブル３４に載置された粉末材料９０に硬化液を吐出する複数のノズル５４を有するラインヘッド５２と、収容部材３０をラインヘッド５２に対して走査方向Ｘに相対的に移動させる移動機構１２と、収容部材３０に設けられ、ノズル５４の吐出不良を検出するノズルチェック機構４０と、複数のノズル５４からの硬化液の吐出を制御する制御装置６０と、を備えている。制御装置６０は、ノズルチェック機構４０に向けて複数のノズル５４から硬化液を吐出させる制御部６２を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末材料を硬化させて硬化層を形成し、これ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、
造形された前記三次元造形物が収容される収容部材と、
前記収容部材に設けられ、前記粉末材料が収容される造形空間を有する造形槽と、
前記造形槽の前記造形空間内に配置され、前記粉末材料が載置される造形テーブルと、
前記造形テーブルに載置された前記粉末材料に硬化液を吐出する複数のノズルと、前記複数のノズルが形成されたノズル面と、を有する吐出ヘッドと、
前記収容部材および前記吐出ヘッドのいずれか一方を他方に対して第１の方向に相対的に移動させる移動機構と、
前記収容部材に設けられ、前記ノズルの吐出不良を検出するノズルチェック機構と、
前記複数のノズルからの硬化液の吐出を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記ノズルチェック機構に向けて前記複数のノズルから硬化液を吐出させる制御部を備えている、三次元造形装置。
【請求項２】
前記ノズルチェック機構は、前記複数のノズルの吐出不良の有無を検出する、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、前記硬化層が所定の数だけ積層される毎に、前記ノズルチェック機構に向けて前記複数のノズルから硬化液を吐出させる、請求項１または２に記載の三次元造形装置。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記ノズルチェック機構の検出結果に基づいて、前記ノズルのクリーニングが必要か否かを判定する判定部と、
前記ノズルのクリーニングが必要と判定されたとき、前記ノズルから硬化液を吐出させるクリーニング動作を実行するクリーニング実行部と、を備えている、請求項１から３のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記クリーニング動作の後に、前記ノズルチェック機構に向けて前記複数のノズルから硬化液を吐出させ、
前記クリーニング実行部は、前記判定部によって前記ノズルのクリーニングが不要であると判定されるまで、前記クリーニング動作を繰り返し実行する、請求項４に記載の三次元造形装置。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記クリーニング動作の実行回数を計数する計数部と、
前記計数部によって計数された前記実行回数が所定の閾値に達したとき、前記ノズルの異常を通知する通知部と、をさらに備えている、請求項５に記載の三次元造形装置。
【請求項７】
前記ノズル面を覆うように前記吐出ヘッドに着脱可能に取り付けられ、前記吐出ヘッドに取り付けられたときに前記ノズル面との間に密閉空間が形成されるキャップと、
前記制御装置に制御され、前記密閉空間内の流体を吸引する吸引ポンプと、をさらに備え、
前記クリーニング動作には、前記ノズルから硬化液を吐出させるフラッシング動作と、前記密閉空間内の流体を吸引ポンプによって吸引して前記ノズルから硬化液を吐出させる吸引動作との少なくともいずれかが含まれる、請求項４から６のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
【請求項８】
前記収容部材のうち前記造形槽より前記第１の方向の一方側に配置され、前記造形空間内に収容しきれなかった前記粉末材料が回収される余剰粉末回収槽をさらに備え、
前記ノズルチェック機構は、前記余剰粉末回収槽より前記第１の方向の前記一方側に配置されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
【請求項９】
前記ノズルチェック機構は、所定の光を発する発光部と、前記発光部から発せられた光を受光する受光部とを備え、
前記発光部と前記受光部との間に検出領域が設けられ、
前記ノズルチェック機構は、前記検出領域に向けて吐出された硬化液が前記発光部から発せられた光を遮断するときの光量変化に基づいて前記複数のノズルの吐出不良の有無を検出する、請求項１から８のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
【請求項１０】
前記ノズルチェック機構は、
前記複数のノズルから吐出された硬化液が着弾するプレートと、
前記プレートに電圧を印加して電界を形成し、前記複数のノズルから吐出される硬化液を帯電させる電圧印加部材と、
帯電した硬化液が前記プレートに到達するときの電気的変化に基づいて、前記複数のノズルの吐出不良の有無を検出する、請求項１から８のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
【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】
従来から、特許文献１に開示されているように、粉末材料にバインダを吐出し、粉末材料を硬化させることによって所望の三次元造形物を造形する粉末積層法が知られている。
【０００３】
特許文献１に開示された三次元造形装置は、例えば、粉末が収容される造形部と、造形部に供給される粉末が収納される粉末供給部と、造形部より上方に配置されたインクジェットラインヘッド（以下、ラインヘッドとする。）とを備えている。ラインヘッドは、造形部に収容された粉末に水性インクを吐出する。即ち、ラインヘッドは、造形部に収容された粉末のうち三次元造形物の断面形状に対応する部分に水性インクを吐出する。造形部に収容された粉末のうち水性インクが吐出された部分は硬化し、断面形状に対応した硬化層が形成される。そして、硬化層を順次積層することで、所望の三次元造形物が造形される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５４０００４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、粉末積層法で三次元造形物を造形するときには、ラインヘッドのノズルに粉末材料が付着すること等によって、ノズルに目詰まりが発生することがある。このため、三次元造形装置において、ノズルの目詰まりを解消するためのクリーニング等のメンテナンスを行うメンテナンス装置を設けたりすることが望まれている。ここで、従来は、三次元造形物の造形が開始されてから終了するまでの間に、ノズルの目詰まりが発生しているか否かを判断する手段がなく、例えば、三次元造形物の造形開始前等にメンテナンスを行うことによってノズルの目詰まりを解消していた。造形途中でノズルの目詰まりが発生した場合には、粉末材料を適切に硬化させることができず、完成した三次元造形物が十分な強度を備えていない虞がある。
【０００６】
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、ノズルの目詰まりが発生しているか否かを確認することができる三次元造形装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る三次元造形装置は、粉末材料を硬化させて硬化層を形成し、これを順次積層することによって三次元造形物を造形する。三次元造形装置は、造形された前記三次元造形物が収容される収容部材と、前記収容部材に設けられ、前記粉末材料が収容される造形空間を有する造形槽と、前記造形槽の前記造形空間内に配置され、前記粉末材料が載置される造形テーブルと、前記造形テーブルに載置された前記粉末材料に硬化液を吐出する複数のノズルと、前記複数のノズルが形成されたノズル面と、を有する吐出ヘッドと、前記収容部材および前記吐出ヘッドのいずれか一方を他方に対して第１の方向に相対的に移動させる移動機構と、前記収容部材に設けられ、前記ノズルの吐出不良を検出するノズルチェック機構と、前記複数のノズルからの硬化液の吐出を制御する制御装置と、を備えている。前記制御装置は、前記ノズルチェック機構に向けて前記複数のノズルから硬化液を吐出させる制御部を備えている。
【０００８】
本発明の三次元造形装置によると、収容部材にはノズルチェック機構が設けられている。制御装置の制御部は、ノズルチェック機構に向けて吐出ヘッドの複数のノズルから硬化液を吐出させる。ノズルチェック機構は、ノズルの吐出不良を検出することができる。このように、本発明の三次元造形装置では、三次元造形物の造形開始前や造形途中において、ノズルチェック機構に向けてノズルから硬化液を吐出させることによって、各ノズルにおいて目詰まりが発生しているか否かを検出することができる。ノズルに吐出不良が発生している場合には、例えば、作業者は三次元造形物の造形作業を停止させてノズルのメンテナンスを行うことができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ノズルの目詰まりが発生しているか否かを確認することができる三次元造形装置を提供することができる。
【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り、ヘッドユニットがホームポジションに位置する状態を示す図である。
【図２】一実施形態に係る三次元造形装置を模式的に示した平面図である。
【図３】ヘッドユニットおよび収容部材の一部を模式的に示す平面図である。
【図４】一実施形態に係るノズルチェック機構を模式的に示す図である。
【図５】一実施形態に係る三次元造形装置のブロック図である。
【図６】三次元造形物を造形する手順を示すフローチャートである。
【図７】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り、ラインヘッドが造形槽の上方に位置する状態を示す図である。
【図８】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り、ラインヘッドがノズルチェック機構の上方に位置する状態を示す図である。
【図９】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り、ラインヘッドがフラッシングステージの上方に位置する状態を示す図である。
【図１０】他の一実施形態に係るノズルチェック機構を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る三次元造形装置について説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら本発明を特に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される。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る三次元造形装置１００の断面図である。図２は、本実施形態に係る三次元造形装置１００の平面図である。図面中の符号Ｆは、前方を示し、符号Ｒｒは、後方を示している。本実施形態では、符号Ｆの方向から三次元造形装置１００を見たときの左、右、上、下が、それぞれ三次元造形装置１００の左、右、上、下である。ここでは、図面中の符号Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｄは、それぞれ左、右、上、下を意味するものとする。本実施形態では、符号Ｘ、Ｙ、Ｚは、それぞれ前後方向、左右方向、上下方向を示している。前後方向Ｘは、走査方向Ｘであり本発明の「第１の方向」に対応する。上下方向Ｚが三次元造形における積層方向に一致する。また、三次元造形装置１００の後側を上流側と称し、三次元造形装置１００の前側を下流側と称する。また、本実施形態では、上流側から下流側へ向かう方向を行き方向Ｘ１とし、下流側から上流側へ向かう方向を帰り方向Ｘ２とする。ただし、これら方向は説明の便宜上定めた方向に過ぎず、三次元造形装置１００の設置態様を何ら限定するものではない。
【００１３】
図１に示すように、三次元造形装置１００は、粉末材料９０を硬化液で固めて硬化層９１を形成し、これを上下方向Ｚに順次一体的に積層することによって三次元造形物９２を造形する装置である。本実施形態では、三次元造形装置１００において、所望の三次元造形物９２の断面形状を示す断面画像に基づいて、粉末材料９０に硬化液を吐出し、粉末材料９０を硬化させて、断面画像に沿った硬化層９１を形成する。そして、硬化層９１を順次積層することで、所望の三次元造形物９２を造形する。
【００１４】
ここで、「断面形状」とは、造形する三次元造形物９２を所定の方向（例えば水平方向）に所定の厚み（例えば０．１ｍｍ。なお、所定の厚みは必ずしも一定の厚みに限定されない。）ごとにスライスしたときの断面の形状である。
【００１５】
粉末材料９０は、その組成や形態等は特に制限されず、樹脂材料、金属材料および無機材料等の各種の材料から構成された粉体を対象とすることができる。粉末材料９０としては、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等のセラミック材料や、鉄、アルミニウム、チタンおよびこれらの合金（典型的にはステンレス鋼、チタン合金、アルミニウム合金）、半水石膏（α型焼石膏、β型焼石膏）、アパタイト、食塩、プラスチック等が挙げられる。これらはいずれか１種の材料から構成されていてもよいし、２種以上が組み合わされていてもよい。
【００１６】
硬化液は、上記粉末材料９０同士を固着することが可能な材料であれば特に限定されない。例えば、硬化液としては、粉末材料９０に応じて、当該粉末材料９０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。）が用いられる。硬化液としては、例えば、水、ワックス、バインダ等を含む液体が挙げられる。また、粉末材料９０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。かかる水溶性樹脂は特に制限されないが、例えば、澱粉、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、水溶性アクリル樹脂、水溶性ウレタン樹脂、水溶性ポリアミド等が挙げられる。
【００１７】
図１に示すように、三次元造形装置１００は、本体１０と、移動機構１２と、敷詰ローラ１８と、粉末供給部材２０と、収容部材３０と、ヘッドユニット５０と、制御装置６０と、を備えている。
【００１８】
図２に示すように、本体１０は、走査方向Ｘに長い形状を有する三次元造形装置１００の外装体である。本体１０は、上方に向けて開口する箱型形状に形成されている。本体１０は、移動機構１２（図１参照）と、収容部材３０と、制御装置６０とを収容する。また、本体１０は、敷詰ローラ１８と、粉末供給部材２０と、ヘッドユニット５０とを支持する支持台でもある。本体１０には、一対のガイドレール１３が設けられている。ガイドレール１３は、収容部材３０の走査方向Ｘへの移動をガイドする。ガイドレール１３は、走査方向Ｘに延びる。ガイドレール１３の設置位置および数は特に限定されない。
【００１９】
図１に示すように、収容部材３０は、本体１０に収容されている。収容部材３０には、造形された三次元造形物９２が収容される。収容部材３０は、ガイドレール１３に摺動可能に係合している。収容部材３０は、造形槽３２と、造形テーブル３４と、昇降機構３６と、余剰粉末回収槽３８と、を備えている。収容部材３０の上面３１は平坦であって、この上面３１から凹むように造形槽３２と余剰粉末回収槽３８とが独立に並んで設けられている。
【００２０】
図１に示すように、造形槽３２は、収容部材３０に設けられている。造形槽３２は、粉末材料９０が収容される槽である。造形槽３２の内部において三次元造形物９２が造形される。造形槽３２は、粉末供給部材２０から供給された粉末材料９０が収容される造形空間３２Ａを有する。造形空間３２Ａにおいて、粉末材料９０に硬化液が吐出され、三次元造形物９２が造形される。
【００２１】
図１に示すように、造形テーブル３４は、造形槽３２の造形空間３２Ａ内に配置されている。造形テーブル３４には、粉末材料９０が載置される。造形テーブル３４上に三次元造形物９２が造形される。造形テーブル３４は、上下方向Ｚに移動可能に構成されている。造形テーブル３４の形状は、例えば、平面視において矩形状である。造形テーブル３４には、テーブル支持部材３５が設けられている。テーブル支持部材３５は、造形テーブル３４の底面から下方に向かって延びたものである。テーブル支持部材３５は、造形テーブル３４と一体となって上下方向Ｚに移動可能に構成されている。
【００２２】
昇降機構３６は、造形テーブル３４を上下方向Ｚに移動させる機構、すなわち、造形テーブル３４を昇降させる機構である。昇降機構３６の構成は、特に限定されない。本実施形態では、昇降機構３６は、図示しないサーボモータとボールねじなどを備えている。例えば、サーボモータは、テーブル支持部材３５に接続されており、テーブル支持部材３５を介して、造形テーブル３４に接続されている。サーボモータが駆動することで、テーブル支持部材３５が上下方向Ｚに移動する。そして、テーブル支持部材３５の上下方向Ｚの移動に伴い、造形テーブル３４は上下方向Ｚに移動する。昇降機構３６は、収容部材３０の内部に設けられている。昇降機構３６は、制御装置６０と電気的に接続されており、制御装置６０に制御される。
【００２３】
余剰粉末回収槽３８は、造形槽３２に供給された粉末材料９０が敷詰ローラ１８によって造形槽３２に敷き詰められた際に、造形槽３２に収容しきれなかった粉末材料９０を回収する槽である。余剰粉末回収槽３８は、粉末材料９０が収容される収容空間３８Ａを有する。余剰粉末回収槽３８は、造形槽３２より前方に配置されている。余剰粉末回収槽３８は、ノズルチェック機構４０より後方に配置されている。図２に示すように、余剰粉末回収槽３８は、左右方向Ｙに関して造形槽３２と揃った位置に配置されている。平面視において、造形槽３２の造形空間３２Ａの左右方向Ｙの長さ（即ち造形テーブル３４の左右方向Ｙの長さ）Ｌ１は、余剰粉末回収槽３８の収容空間３８Ａの左右方向Ｙの寸法Ｌ２と同じである。しかしながら、造形空間３２Ａの長さＬ１は、収容空間３８Ａの寸法Ｌ２よりも短くてもよいし、長くてもよい。
【００２４】
図３に示すように、本実施形態では、ヘッドユニット５０は、走査方向Ｘに並ぶ３つのラインヘッド５２と、ラインヘッド５２を収容するケース５１と、を備えている。ラインヘッド５２は、粉末材料９０を結合させる硬化液を造形テーブル３４に載置された粉末材料９０に対して吐出する装置である。ラインヘッド５２は、吐出ヘッドの一例である。図１に示すように、ラインヘッド５２は、収容部材３０よりも上方に位置するように、本体１０に配置されている。ヘッドユニット５０は、本体１０の上面１１に設けられた一対の支持部材５８（図２も参照）に架け渡されたヘッド架設部材５９に固定されている。即ち、ラインヘッド５２は、左右方向Ｙには移動しない。ヘッド架設部材５９は、左右方向Ｙに延び、一対の支持部材５８、５８を接続する。図３に示すように、ヘッドユニット５０のケース５１の左右方向Ｙの寸法Ｍ１は造形槽３２の造形空間３２Ａの左右方向Ｙの寸法Ｌ１よりも長い。ラインヘッド５２の左右方向Ｙの寸法Ｍ２は、造形槽３２の造形空間３２Ａの左右方向Ｙの長さＬ１より短い。ラインヘッド５２における硬化液の吐出機構は特に制限されず、例えばインクジェット方式である。ラインヘッド５２は、硬化液を吐出する複数のノズル５４と、複数のノズル５４が形成されたノズル面５６とを有する。複数のノズル５４は、左右方向Ｙに直線状に配置されている。ノズル面５６は、ケース５１の下面より下方に位置する。ラインヘッド５２は、制御装置６０に電気的に接続されている。ラインヘッド５２のノズル５４からの硬化液の吐出は、制御装置６０によって制御される。
【００２５】
図１に示すように、粉末供給部材２０は、収容部材３０の造形槽３２内に粉末材料９０を供給するものである。粉末供給部材２０は、収容部材３０よりも上方に設けられている。粉末供給部材２０は、ラインヘッド５２より前方に配置されている。粉末供給部材２０は、ラインヘッド５２より走査方向Ｘの下流側に配置されている。粉末供給部材２０は、貯留槽２２と、供給機構２４とを備えている。
【００２６】
貯留槽２２には、粉末材料９０が貯留される。貯留槽２２は、収容部材３０よりも上方に配置されている。図２に示すように、本体１０の上面１１には、上方に延びた支持部材２６が２つ設けられている。支持部材２６は、走査方向Ｘに関して揃った位置に配置されている。貯留槽２２は、支持部材２６に支持されている。貯留槽２２は、上方に向けて開口している。貯留槽２２は、上部から下部に向かうにしたがって、前後方向Ｘの長さが短くなっている。
【００２７】
図１に示すように、貯留槽２２の底面には、供給口２３が形成されている。貯留槽２２内の粉末材料９０は、供給口２３を通じて造形槽３２内の造形テーブル３４上に供給される。供給口２３は矩形状に形成されているが、供給口２３の形状は特に限定されない。
【００２８】
図１に示すように、供給機構２４は、貯留槽２２内の粉末材料９０を造形槽３２の造形空間３２Ａ内に供給する機構である。供給機構２４の構成は、特に限定されない。供給機構２４は、例えば、ロータリーバルブである。供給機構２４は、貯留槽２２の内部に配置されている。供給機構２４は、貯留槽２２内の粉末材料９０に埋もれた状態で、貯留槽２２内に配置されている。供給機構２４には、第１駆動モータ２５が接続されている。第１駆動モータ２５は、例えば、貯留槽２２に取り付けられている。第１駆動モータ２５は、制御装置６０と電気的に接続されている。貯留槽２２の供給口２３の下方に造形槽３２が位置しているときに、第１駆動モータ２５を駆動させることで、供給機構２４は回転する。そして、供給機構２４が回転することで、貯留槽２２内において、粉末材料９０が攪拌し、粉末材料９０の一部が供給口２３を通じて、造形槽３２の造形空間３２Ａ内に供給される。
【００２９】
図１に示すように、敷詰ローラ１８は、粉末供給部材２０によって供給された粉末材料９０を造形空間３２Ａに敷き詰める。敷詰ローラ１８は、造形テーブル３４上に供給された粉末材料９０の表面を平らに均して均一な粉末層を形成する。敷詰ローラ１８は、本体１０の上方に配置されている。敷詰ローラ１８は、走査方向Ｘに関して、貯留槽２２の供給口２３とラインヘッド５２との間に配置されている。敷詰ローラ１８は、供給口２３より後方に配置されている。敷詰ローラ１８は、ラインヘッド５２より前方に配置されている。敷詰ローラ１８は、長尺の円筒形状を有している。敷詰ローラ１８は、円筒軸が左右方向Ｙに沿うように配置されている。敷詰ローラ１８は、左右方向Ｙの寸法が造形槽３２の造形空間３２Ａの寸法Ｌ１よりも長い。敷詰ローラ１８の下端は、収容部材３０の上面３１との間に所定のクリアランス（間隙）が形成されるように、収容部材３０の僅かに上方に設置されている。敷詰ローラ１８は、本体１０の上面１１に設けられた一対の支持部材５８に回転可能に支持されている。支持部材５８は、上面１１から上方に延びている。支持部材５８は、走査方向Ｘに関して揃った位置に配置されている。制御装置６０に電気的に接続された第２駆動モータ１９（図５参照）を駆動することによって、敷詰ローラ１８を順方向または逆方向に回転させることができる。
【００３０】
図１に示すように、収容部材３０は、ノズルチェック機構４０と、メンテナンス装置７０と、をさらに備えている。
【００３１】
ノズルチェック機構４０は、ラインヘッド５２の複数のノズル５４（図３参照）の吐出不良の有無を検出する。ノズルチェック機構４０は、余剰粉末回収槽３８より前方に配置されている。図４に示すように、ノズルチェック機構４０は、所定の光Ｈを発する発光部４２と、発光部４２から発せられた光Ｈを受光する受光部４４と、ノズル５４から硬化液５５が吐出される硬化液受け部材４６とを備えている。硬化液受け部材４６は、例えば、硬化液５５を吸収可能な多孔質体から形成されている。硬化液受け部材４６は収容部材３０に着脱可能に設けられている。発光部４２と受光部４４とは、互いに対向するように配置されている。発光部４２と受光部４４との間に検出領域４５が設けられている。ノズルチェック機構４０は、ノズル５４から検出領域４５に向けて吐出された硬化液５５が発光部４２から発せられた光Ｈを遮断するときの光量変化に基づいて複数のノズル５４の吐出不良の有無を検出する。ここで、吐出不良の検出は、複数のノズル５４について行ってもよいし、いずれか１つのノズルについて行ってもよい。ノズルチェック機構４０は、制御装置６０と電気的に接続されている。なお、光学的にノズルの目詰まりの有無を検出する方法は、従来公知と同様の方法を用いることができる。ノズルチェック機構４０は、ノズル５４が詰まって硬化液５５を吐出することができない状態を吐出不良として検出するようにしてもよいし、ノズル５４が詰まって所定量の硬化液５５を吐出することができない状態を吐出不良として検出するようにしてもよい。所定量の硬化液５５を吐出することができない状態を吐出不良として検出する場合、インクの吐出トリガー数に対する実際の吐出量の割合をフォトインタラプターによって検出し、規定値以下の場合を吐出不良とするようにしてもよい。
【００３２】
メンテナンス装置７０は、ラインヘッド５２のノズル５４のメンテナンスを行う。メンテナンス装置７０は、収容部材３０のうち造形テーブル３４より後方に配置されている。メンテナンス装置７０は、ラインヘッド５２より下方に配置されている。メンテナンス装置７０は、フラッシングステージ７２と、ワイパー７４と、キャップ７６とを備えている。フラッシングステージ７２、ワイパー７４、キャップ７６は、走査方向Ｘに関して下流側から上流側に向けて順に配置されている。即ち、ワイパー７４は、フラッシングステージ７２より後方に配置されている。ワイパー７４は、キャップ７６より前方に配置されている。ワイパー７４は、走査方向Ｘに関して、フラッシングステージ７２とキャップ７６との間に配置されている。
【００３３】
フラッシングステージ７２には、複数のノズル５４（図３参照）から硬化液が吐出される。フラッシングステージ７２には、吐出された硬化液を吸収可能な多孔質体が設けられている。フラッシングステージ７２の左右方向Ｙの寸法は、ラインヘッド５２の左右方向Ｙの寸法Ｍ２（図３参照）以上である。ノズル５４から一定量の硬化液がフラッシングステージ７２に吐出されるフラッシング動作は、例えば、収容部材３０が図１のＸ２方向に移動して、１層の硬化層９１が形成され、さらに収容部材３０が図１のＸ１方向に移動した後に行われる。即ち、ラインヘッド５２がフラッシングステージ７２の上方に位置するときに、上記フラッシング動作が行われる。なお、フラッシングの頻度は特に限定されず、１層の硬化層９１が形成される度に行ってもよいし、複数の硬化層９１を連続で形成する度に行ってもよい。フラッシング動作は後述するクリーニング動作の一例である。
【００３４】
ワイパー７４は、ラインヘッド５２のノズル面５６（図３参照）をワイピングする部材である。ワイパー７４は、ラインヘッド５２がワイパー７４の上方を通過するとき、ノズル面５６に接するように構成されている。ワイパー７４は、板状の部材であって、例えばゴムなどによって形成されている。ワイパー７４の左右方向Ｙの寸法は、ラインヘッド５２の最も左方にあるノズル５４から最も右方にあるノズル５４までの寸法以上である。
【００３５】
キャップ７６は、ラインヘッド５２のノズル面５６に付着したインクが硬化してノズル５４が目詰まりすることを抑制する部材である。キャップ７６は、造形待機時（即ち三次元造形物９２を造形していないとき）において、ノズル面５６を覆うように下方からラインヘッド５２に装着される（図１参照）。即ち、ヘッドユニット５０がホームポジションＨＰに位置するときには、キャップ７６は、ラインヘッド５２に装着されている。ここで、ホームポジションＨＰとは、造形待機時、即ち、造形やノズルチェックが行われていないときに、ヘッドユニット５０が待機する位置である。キャップ７６は、キャップ移動機構７８によって、上下方向Ｚに移動可能に構成されている。キャップ７６がラインヘッド５２に取り付けられたときに、キャップ７６とノズル面５６との間に密閉空間が形成される。キャップ移動機構７８は、造形開始前にキャップ７６を下方に移動させることによって、キャップ７６をノズル面５６から離隔させる。これにより、キャップ７６は、ラインヘッド５２から取り外される。
【００３６】
メンテナンス装置７０は、ラインヘッド５２にキャップ７６が装着されている状態において、密閉空間内の流体（例えば硬化液や空気）を吸引する吸引ポンプ７９（図５参照）を備えている。吸引ポンプ７９が密閉空間内の流体を吸引することにより、密閉空間内は大気圧より低い圧力となる。この結果、ラインヘッド５２のノズル５４から強制的に硬化液が吐出される。即ち、吸引ポンプ７９は、ラインヘッド５２のノズル５４内の硬化液を吸引する。吸引ポンプ７９に吸引された密閉空間内の流体は、廃液タンク（図示せず）に貯留される。吸引ポンプ７９は、制御装置６０と電気的に接続されている。吸引ポンプ７９は、制御装置６０に制御される。上記吸引動作は、ノズル５４の吐出不良を解消させるために行われる動作であり、後述するクリーニング動作の一例である。
【００３７】
移動機構１２は、ヘッドユニット５０、粉末供給部材２０および敷詰ローラ１８に対して収容部材３０を走査方向Ｘ、即ち、行き方向Ｘ２および帰り方向Ｘ１に相対的に移動させる機構である。本実施形態では、移動機構１２は、本体１０内において収容部材３０を走査方向Ｘに移動させることによって、ヘッドユニット５０、粉末供給部材２０および敷詰ローラ１８に対して収容部材３０を走査方向Ｘに相対的に移動させている。移動機構１２の構成は、特に限定されない。移動機構１２は、例えば、図示しない一対のプーリと、プーリに巻き掛けられたベルトと、プーリを駆動する駆動モータなどを備えている。例えば、ベルトは収容部材３０に固定されており、駆動モータを駆動させることで、収容部材３０が一対のガイドレール１３に沿って走査方向Ｘに移動する。移動機構１２は、本体１０の内部に設けられている。移動機構１２は、制御装置６０と電気的に接続されており、制御装置６０に制御される。
【００３８】
三次元造形装置１００の全体の動作は、制御装置６０によって制御されている。図５に示すように、制御装置６０は、昇降機構３６、ラインヘッド５２、第１駆動モータ２５、第２駆動モータ１９、ノズルチェック機構４０、吸引ポンプ７９、移動機構１２と通信可能に接続されており、それらを制御可能に構成されている。制御装置６０は、典型的にはコンピュータである。制御装置６０は、例えば、ホストコンピュータ等の外部機器からの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）と、ＣＰＵが実行するプログラムを格納したＲＯＭ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と、上記プログラムや各種データを格納するメモリなどの記憶装置とを備えている。
【００３９】
制御装置６０は、記憶部６１と、制御部６２と、第１判定部６３と、第２判定部６４と、クリーニング実行部６５と、計数部６６と、通知部６７と、を備えている。これら各部は、プログラムによって実現されている。このプログラムは、例えばＣＤやＤＶＤなどの記録媒体から読み込まれる。なお、このプログラムは、インターネットを通じてダウンロードされるものであってもよい。また、これら各部は、プロセッサおよび／または回路などによって実現可能なものであってもよい。なお、上述した各部の具体的な制御などについては後述する。
【００４０】
図６は、三次元造形物９２を造形する手順を示したフローチャートである。図６に示すように、三次元造形装置１００は、三次元造形物９２を造形する際に、定期的にノズル５４の吐出不良の有無のチェックと、必要に応じてノズル５４のクリーニング動作を実行する。
【００４１】
記憶部６１は、ノズルチェック機構４０によって複数のノズル５４の吐出不良の有無を検出するタイミングを記憶する。記憶部６１は、例えば、硬化層９１が所定の数だけ積層される毎に、ノズル５４の吐出不良の有無を検出することを記憶する。本実施形態では、記憶部６１は、硬化層９１がＸ層（Ｘは１以上の整数。Ｘは例えば５〜２０。）積層される毎に、ノズル５４の吐出不良の有無を検出することを記憶する。
【００４２】
記憶部６１は、三次元造形物９２の造形データ（例えば三次元造形物９２の断面形状を示す断面画像）を記憶する。記憶部６１は、造形データに基づいて、造形開始から造形終了までに積層される硬化層９１の数Ｔ（以下、総積層数Ｔという。）を記憶する。
【００４３】
ステップＳ１０において、制御装置６０は、造形データに基づいて、三次元造形を開始する。このとき、計数部６６は、積層された硬化層９１の数Ｐ（以下、積層数Ｐという。）を０に設定する。計数部６６は、クリーニング実行回数ｆを０に設定する。
【００４４】
ステップＳ２０において、第１判定部６３は、積層数Ｐに積層された硬化層９１の層の数Ｘ（即ちノズルチェック機構４０によってノズル５４の吐出不良の有無が検出されるまでに積層される硬化層９１の数）を加えた値が総積層数Ｔより小さいか否かを判定する。即ち、第１判定部６３は、Ｐ＋Ｘ＜Ｔであるか否かを判定する。Ｐ＋Ｘ＜Ｔの場合、ステップＳ３０に進む。一方、Ｐ＋Ｘ≧Ｔの場合、ステップＳ１１０に進む。
【００４５】
ステップＳ３０において、制御部６２は、造形データに基づいて、移動機構１２を制御して収容部材３０を移動させ、ラインヘッド５２のノズル５４から造形テーブル３４に載置された粉末材料９０に硬化液を吐出させる（図７参照）。制御部６２は、移動機構１２を走査方向Ｘに往復移動させることで、硬化層９１をＸ層だけ積層させる。このとき、制御部６２は、所定のタイミングで第１駆動モータ２５を駆動させて粉末供給部材２０から造形槽３２の造形空間３２Ａに粉末材料９０を供給する。また、計数部６６は、積層数Ｐを計数する。ステップＳ３０では、硬化層９１がＸ層だけ積層されているため、計数部６６は、積層数Ｐの値に「Ｘ」を加算する。
【００４６】
ステップＳ４０において、制御部６２は、移動機構１２を制御して、ラインヘッド５２の下方にノズルチェック機構４０が位置するように収容部材３０を移動させる（図８参照）。その後、制御部６２は、ラインヘッド５２の各ノズル５４からノズルチェック機構４０の硬化液受け部材４６に向けて硬化液を吐出させる。これにより、ノズルチェック機構４０は、各ノズル５４の吐出不良の有無を検出する。制御部６２は、硬化層９１が所定の数Ｘだけ積層される毎に、ノズルチェック機構４０に向けて複数のノズル５４から硬化液を吐出させる。
【００４７】
ステップＳ５０において、第２判定部６４は、ノズルチェック機構４０の検出結果に基づいて、ノズル５４のクリーニングが必要か否かを判定する。第２判定部６４は、例えば、複数のノズル５４のうち一つでも吐出不良が発生している場合に、クリーニングは必要であると判定してもよい。あるいは、第２判定部６４は、所定の数以上のノズル５４において吐出不良が発生している場合に、クリーニングが必要であると判定してもよい。また、第２判定部６４は、例えば、隣り合うノズル５４において連続して吐出不良が発生している場合（例えば連続する３つ以上のノズル５４）には、クリーニングは必要であると判定してもよい。即ち、第２判定部６４は、複数のノズル５４において吐出不良が発生しているが、隣り合うノズル５４において連続して吐出不良が発生していない場合には、クリーニングは不要であると判定してもよい。クリーニングの要否の基準については、作業者が適宜予め設定することができる。クリーニングの要否の基準は記憶部６１に記憶される。クリーニングが必要と判定された場合、ステップＳ６０に進む。一方、クリーニングが不要と判定された場合、ステップＳ２０に戻る。
【００４８】
ステップＳ６０において、クリーニング実行部６５は、ノズル５４から硬化液を吐出させるクリーニング動作を実行する。即ち、クリーニング実行部６５は、移動機構１２を制御して、ラインヘッド５２の下方にメンテナンス装置７０が位置するように収容部材３０を移動させる。その後、クリーニング実行部６５は、ノズル５４から所定量の硬化液をフラッシングステージ７２に吐出させるフラッシング動作を実行する（図９参照）。また、クリーニング実行部６５は、吸引ポンプ７９を駆動して、ノズル面５６とキャップ７６との間に形成された密閉空間内の流体を吸引することでノズル５４から硬化液を吐出させる吸引動作を実行する（図１参照）。ノズル５４の目詰まりの程度が比較的軽度の場合には、上記クリーニング動作を行うことによってノズル５４の目詰まりが解消される。なお、クリーニング実行部６５は、フラッシング動作および吸引動作のいずれか一方のみを実行するように構成されていてもよい。計数部６６は、クリーニング実行回数ｆの値に「１」を加算する。
【００４９】
ステップＳ７０において、制御部６２は、移動機構１２を制御して、ラインヘッド５２の下方にノズルチェック機構４０が位置するように収容部材３０を移動させる（図８参照）。その後、制御部６２は、ラインヘッド５２の各ノズル５４からノズルチェック機構４０の硬化液受け部材４６に向けて硬化液を吐出させる。これにより、ノズルチェック機構４０は、各ノズル５４の吐出不良の有無を検出する。制御部６２は、クリーニング動作が実行される度に、ノズルチェック機構４０に向けて複数のノズル５４から硬化液を吐出させる。
【００５０】
ステップＳ８０において、第２判定部６４は、ノズルチェック機構４０の検出結果に基づいて、ノズル５４のクリーニングがさらに必要か否かを判定する。クリーニングがさらに必要と判定された場合、ステップＳ９０に進む。一方、クリーニングが不要と判定された場合、ステップＳ２０に戻る。
【００５１】
ステップＳ９０において、第１判定部６３は、クリーニング実行回数ｆが所定の閾値ｆｘ以上であるか否かを判定する。第１判定部６３によって、クリーニング実行回数ｆが所定の閾値ｆｘ以上であると判定された場合、ステップＳ１００に進む。一方、第１判定部６３によって、クリーニング実行回数ｆが所定の閾値ｆｘ未満であると判定された場合、ステップＳ６０に戻る。このように、クリーニング実行部６５は、第２判定部６４によってノズル５４のクリーニングが不要であると判定されるまで、所定の条件下でクリーニング動作を繰り返し実行する。
【００５２】
ステップＳ１００において、通知部６７は、ノズル５４の異常を作業者に通知する。即ち、通知部６７は、計数部６６によって計数されたクリーニング実行回数ｆが所定の閾値ｆｘに達した場合、ノズル５４の異常を作業者に通知する。クリーニング動作よってノズル５４の目詰まりが解消しないため、通常のメンテナンス作業に代えてより高度なメンテナンス作業が必要であることを作業者に通知する。なお、通知方法は特に限定されず、例えば、視覚的な表示、音声等による通知が挙げられる。本実施形態では、表示装置（図示せず）を通じて視覚的に作業者に対する通知を行う。
【００５３】
ステップＳ１１０において、第１判定部６３は、積層数Ｐが総積層数Ｔと等しいか否かを判定する。即ち、第１判定部６３は、Ｐ＝Ｔであるか否かを判定する。Ｐ＝Ｔの場合、造形データに基づいた三次元造形が終了し、三次元造形装置１００は、三次元造形物９２の造形処理を終了する。一方、Ｐ＝Ｔでない場合、ステップＳ１２０に進む。
【００５４】
ステップＳ１２０において、制御部６２は、造形データに基づいて、移動機構１２を制御して収容部材３０を移動させ、ラインヘッド５２のノズル５４から造形テーブル３４に載置された粉末材料９０に硬化液を吐出させる（図７参照）。これにより、硬化層９１を１層だけ積層させる。ステップＳ１２０では、計数部６６は、積層数Ｐの値に「１」を加算する。そして、ステップＳ１１０に戻る。
【００５５】
以上のように、本実施形態の三次元造形装置１００によると、収容部材３０にはノズルチェック機構４０が設けられている。制御装置６０の制御部６２は、ノズルチェック機構４０に向けてラインヘッド５２の複数のノズル５４から硬化液を吐出させる。ノズルチェック機構４０は、複数のノズル５４の吐出不良の有無を検出することができる。このように、三次元造形装置１００では、三次元造形物９２の造形開始前や造形途中において、ノズルチェック機構４０に向けてノズル５４から硬化液を吐出させることによって、各ノズル５４において目詰まりが発生しているか否かを検出することができる。ノズル５４に吐出不良が発生している場合には、例えば、作業者は三次元造形物９２の造形作業を停止させてノズル５４のメンテナンスを行うことができる。
【００５６】
本実施形態の三次元造形装置１００によれば、制御部６２は、硬化層９１がＸ層だけ積層される毎に、ノズルチェック機構４０に向けて複数のノズル５４から硬化液を吐出させる。これにより、造形途中において定期的にノズル５４の目詰まりの有無を確認することができる。この結果、ノズル５４の目詰まりが発生した状態で三次元造形を継続させることを抑制することができ、粉末材料９０を適切に硬化させて強度の高い硬化層９１を順次形成することができる。
【００５７】
本実施形態の三次元造形装置１００によれば、制御装置６０は、ノズルチェック機構４０の検出結果に基づいて、ノズル５４のクリーニングが必要か否かを判定する第２判定部６４と、ノズル５４のクリーニングが必要と判定されたとき、ノズル５４から硬化液を吐出させるクリーニング動作を実行するクリーニング実行部６５とを備えている。第２判定部６４においてノズル５４のクリーニングが必要と判定されると、クリーニング実行部６５がクリーニング動作を実行する。これにより、ノズル５４の目詰まりが解消され得る。
【００５８】
本実施形態の三次元造形装置１００によれば、制御部６２は、クリーニング動作の後に、ノズルチェック機構４０に向けて複数のノズル５４から硬化液を吐出させる。クリーニング実行部６５は、第２判定部６４によってノズル５４のクリーニングが不要であると判定されるまで、クリーニング動作を繰り返し実行する。これにより、ノズル５４の目詰まりの解消をより確実に行うことができ、吐出不良のノズル５４を復帰させることができる。
【００５９】
本実施形態の三次元造形装置１００によれば、制御装置６０は、クリーニング動作のクリーニング実行回数ｆを計数する計数部６６と、計数部６６によって計数されたクリーニング実行回数ｆが所定の閾値ｆｘに達したとき、ノズル５４の異常を通知する通知部６７と、をさらに備えている。これにより、クリーニング動作によってもノズル５４の目詰まりを解消することができないことを作業者に知らせることができる。
【００６０】
本実施形態の三次元造形装置１００によれば、クリーニング動作には、ノズル５４から硬化液を吐出させるフラッシング動作と、密閉空間内の流体を吸引ポンプ７９によって吸引してノズル５４から硬化液を吐出させる吸引動作とが含まれる。ノズル５４の目詰まりの程度が比較的緩やかな場合には、硬化液の吐出量が比較的少ないフラッシング動作を行い、一方、ノズル５４の目詰まりの程度が比較的進んでいる場合には、フラッシング動作に加えて硬化液の吐出量が比較的多い吸引動作を行うことによって、ノズル５４から吐出される硬化液を低減すると共に、吐出不良のノズル５４を復帰させることができる。
【００６１】
本実施形態の三次元造形装置１００によれば、余剰粉末回収槽３８は、収容部材３０のうち造形槽３２より副走査方向Ｘの下流側に配置され、ノズルチェック機構４０は、余剰粉末回収槽３８より副走査方向Ｘの下流側に配置されている。このように、ノズルチェック機構４０は、造形槽３２から比較的離れた位置に配置されるため、造形槽３２に粉末材料９０が供給されるときに巻き上がり得る粉末材料９０の影響を低減させた状態で、ノズル５４の吐出不良の有無を検出することができる。
【００６２】
本実施形態の三次元造形装置１００によれば、ノズルチェック機構４０は、検出領域４５に向けて吐出された硬化液５５が発光部４２から発せられた光Ｈを遮断するときの光量変化に基づいて複数のノズル５４の吐出不良の有無を検出する。かかる構成により、ノズル５４の吐出不良の有無を精度よく検出することができる。
【００６３】
＜第２実施形態＞
図１０は、第２実施形態に係るノズルチェック機構１４０を示す模式図である。ノズルチェック機構１４０は、電源１４１と、抵抗１４２と、電極プレート１４６と、電圧変化検出器１４８と、を備えている。電源１４１は、ラインヘッド５２側がマイナスとなり、電極プレート１４６側がプラスとなるように電圧を印加する。これにより、ラインヘッド５２と電極プレート１４６との間に電界が形成され、ラインヘッド５２から吐出される硬化液５５にはマイナス電荷が発生し、電極プレート１４６にはプラス電荷が発生する。電源１４１および抵抗１４２が電圧印加部材として機能する。電極プレート１４３には、複数のノズル５４から吐出された硬化液５５が着弾する。電極プレート１４３は、収容部材３０に形成された凹部に収容される。電極プレート１４３は、例えば、導電性を有する金属等から形成されている。電圧変化検出器１４８は、マイナスに帯電した硬化液５５が電極プレート１４３に到達する際の電気的変化を検出する。即ち、電圧変化検出器１４８は、帯電した硬化液５５が電極プレート１４３に着弾したときの電圧値を検出する。そして、電圧変化検出器１４８において、電圧値が所定の閾値以上のときには、ノズル５４に吐出不良が発生していないことが検出され、電圧値が所定の閾値未満のときには、ノズル５４に吐出不良が発生していることが検出される。なお、電気的にノズルの目詰まりの有無を検出する方法は、従来公知と同様の方法を用いることができる。
【００６４】
本実施形態の三次元造形装置１００によれば、ノズルチェック機構１４０は、帯電した硬化液５５が電極プレート１４６に到達するときの電気的変化に基づいて、複数のノズル５４の吐出不良の有無を検出する。かかる構成により、ノズル５４の吐出不良の有無を精度よく検出することができる。
【００６５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明した。しかし、上述の各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。
【００６６】
上述した実施形態では、メンテナンス装置７０は造形槽３２より後方に配置されかつノズルチェック機構４０は造形槽３２より前方に配置されていたが、これに限定されない。例えば、メンテナンス装置７０は造形槽３２より前方に配置されかつノズルチェック機構４０は造形槽３２より後方に配置されていてもよい。また、ノズルチェック機構４０とメンテナンス装置７０とを走査方向Ｘに関して隣り同士に配置してもよい。この場合、収容部材３０の移動距離が短くなり、ノズル５４の吐出不良を早期に解消することができる。
【００６７】
上述した実施形態では、本体１０に固定された粉末供給部材２０、敷詰ローラ１８およびヘッドユニット５０に対して収容部材３０が相対的に走査方向Ｘに移動する構成であるが、これに限定されない。例えば、収容部材３０および粉末供給部材２０を本体１０に固定し、収容部材３０に対して敷詰ローラ１８およびヘッドユニット５０を相対的に走査方向Ｘに移動する構成であってもよい。
【００６８】
上述した実施形態では、ノズルチェック機構４０は、三次元造形物９２の造形途中にノズル５４の吐出不良の有無を検出しているが、これに限定されない。ノズルチェック機構４０は、三次元造形物９２の造形開始前や、造形終了後にノズル５４の吐出不良の有無を検出してもよい。
【００６９】
上述した三次元造形装置１００は、左右方向Ｙに延び、左右方向Ｙに移動しないラインヘッド５２を備えていたが、これに限定されない。三次元造形装置１００は、ラインヘッド５２より左右方向Ｙの寸法が小さく、例えばヘッド架設部材５９に設けられたキャリッジを介して左右方向Ｙに移動可能なインクジェットヘッドを備えていてもよい。
【００７０】
上述した実施形態では、粉末材料９０は、粉末供給部材２０から造形槽３２に向けて落下させて供給していたが、これに限定されない。三次元造形装置１００は、造形槽３２の走査方向Ｘの一方側に（例えば後方に）、粉末材料９０を収容する供給槽を備えていてもよい。供給槽には、供給テーブルが設けられており、供給テーブルが上昇して敷詰ローラ１８が走査方向Ｘに移動することによって、供給テーブル上に位置する粉末材料９０が敷詰ローラ１８によって押し出される。このようにして粉末材料９０を供給槽から造形槽３２に供給してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１２  移動機構
３０  収容部材
３２  造形槽
３４  造形テーブル
３８  余剰粉末回収槽
４０  ノズルチェック機構
５２  ラインヘッド
５４  ノズル
６０  制御装置
６２  制御部
９０  粉末材料
９１  硬化層
９２  三次元造形物
１００  三次元造形装置
【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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