(57)【要約】【課題】被造形物の強度を担保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１０は、吐出ヘッド５２の複数のノズルから吐出された硬化液を受容面４５Ａで受けることが可能に構成された受け部材４５と、受容面４５Ａ上の硬化液の位置を検出する検出装置８０とを備える。制御装置は、少なくとも三次元造形物９２の造形の前後に受け部材４５に向けて硬化液を吐出する検査吐出を行わせ、検査吐出における受容面４５Ａ上の硬化液の位置を検出装置８０に検出させる。制御装置は、受容面４５Ａ上の硬化液の位置から、各ノズルについて吐出異常かどうかを判定する。【選択図】図７
2019025664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末材料が載置される造形テーブルと、
前記粉末材料を硬化させる硬化液が吐出される複数のノズルが形成されたノズル面を有する吐出ヘッドと、
前記造形テーブルに対して、少なくとも前記造形テーブルの上方である第１位置と、第２位置とに前記吐出ヘッドを移動させる移動機構と、
前記吐出ヘッドが前記第２位置にあるときに前記ノズル面と対向する受容面を有し、前記複数のノズルから吐出された前記硬化液を前記受容面で受けることが可能に構成された受け部材と、
前記複数のノズルから前記受け部材に向けて吐出される前記硬化液の前記受容面上の位置を検出する検出装置と、
制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記吐出ヘッドを制御して、前記造形テーブル上の前記粉末材料に対して前記硬化液を吐出させることによって三次元形物を造形させる造形制御部と、
前記吐出ヘッドと前記移動機構とを制御して、少なくとも前記三次元造形物の造形の前後に、前記受け部材に向けて前記硬化液を吐出する検査吐出を行わせる検査吐出部と、
前記検出装置を制御して、前記検査吐出における前記硬化液の前記受容面上の位置を検出させる検出制御部と、
前記検査吐出における前記硬化液の前記受容面上の位置から、前記複数のノズルの各ノズルについて吐出異常かどうかを判定する判定部と、
を備えている、
三次元造形装置。
【請求項２】
前記検出装置は、前記受容面に対する前記硬化液の着弾位置を検出する、
請求項１に記載の三次元造形装置。
【請求項３】
前記検出装置は、前記受容面を撮影するカメラを備えている、
請求項２に記載の三次元造形装置。
【請求項４】
前記受け部材は、透明または着色された基層と、前記基層上に配置され前記受容面を形成する遮蔽層とを有する表示基材であり、
前記遮蔽層は、前記硬化液が付着したときに光を透過し、前記硬化液が取り除かれたときに光を遮蔽する、
請求項２または３に記載の三次元造形装置。
【請求項５】
前記受け部材を加熱する加熱装置を備えている、
請求項４に記載の三次元造形装置。
【請求項６】
前記受け部材を冷却する冷却装置を備えている、
請求項５に記載の三次元造形装置。
【請求項７】
前記加熱装置および前記冷却装置は、一体であり、ペルチェ素子を備えている、
請求項６に記載の三次元造形装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記判定部による判定結果のデータを保存する保存部を備えている、
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】
前記制御装置は、前記判定部によって吐出異常と判定されたノズルが所定の条件を満たすときに、前記吐出ヘッドを異常と診断する診断部を備えている、
請求項１〜８のいずれか一つに記載の三次元造形装置。
【請求項１０】
前記診断部は、前記判定部によって吐出異常と判定されたノズルが所定の数を超えるときに、前記吐出ヘッドを異常と診断する、
請求項９に記載の三次元造形装置。
【請求項１１】
前記診断部は、前記判定部によって吐出異常と判定されたノズルのうち２つのノズルの間の距離が所定の距離より短いときに、前記吐出ヘッドを異常と診断する、
請求項９または１０に記載の三次元造形装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、前記所定の条件が入力される条件入力部を備えている、
請求項９に記載の三次元造形装置。
【請求項１３】
前記吐出ヘッドをクリーニングするクリーニング機構を備え、
前記制御装置は、前記吐出ヘッドが異常と診断されたときに前記クリーニング機構を制御して前記吐出ヘッドをクリーニングさせるクリーニング制御部を備えている、
請求項９〜１２のいずれか一つに記載の三次元造形装置。
【請求項１４】
前記検査吐出部は、前記吐出ヘッドのクリーニング後に再度前記検査吐出を行わせ、
前記クリーニング制御部は、前記再度の検査吐出に基づく前記吐出ヘッドの診断において前記吐出ヘッドが異常と診断されたときには、再度前記吐出ヘッドをクリーニングさせる、
請求項１３に記載の三次元造形装置。
【請求項１５】
前記制御装置は、
前記クリーニングの上限回数が入力される回数入力部と、
前記クリーニングの回数が前記上限回数に達したときに警告を発する警告部と、
を備えている、
請求項１４に記載の三次元造形装置。
【請求項１６】
前記制御装置は、前記検査吐出の頻度が入力される頻度入力部を備え、
前記検査吐出部は、前記頻度入力部において入力された頻度で前記検査吐出を行わせる、
請求項１〜１５のいずれか一つ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、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ヘッドとを備えている。インクジェットヘッドは、造形部に収容された粉末に水性インクを吐出する。即ち、インクジェットヘッドは、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、吐出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。ノズルに目詰まりが発生し、いわゆる「ノズル抜け」が発生すると、被造形物において、抜けたノズルが硬化液を吐出すべき部分の強度が弱くなる。このようなノズル抜けによる三次元造形物の強度の低下は、例えば医療用人工骨など安全面が重視される造形の場合には特に問題である。
【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、三次元造形物の強度が担保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、粉末材料が載置される造形テーブルと、前記粉末材料を硬化させる硬化液が吐出される複数のノズルが形成されたノズル面を有する吐出ヘッドと、前記造形テーブルに対して少なくとも前記造形テーブルの上方である第１位置と第２位置とに前記吐出ヘッドを移動させる移動機構と、前記吐出ヘッドが前記第２位置にあるときに前記ノズル面と対向する受容面を有し、前記複数のノズルから吐出された前記硬化液を前記受容面で受けることが可能に構成された受け部材と、前記複数のノズルから前記受け部材に向けて吐出される前記硬化液の前記受容面上の位置を検出する検出装置と、制御装置とを備える。前記制御装置は、造形部と、検査吐出部と、検出制御部と、判定部とを備える。前記造形部は、前記吐出ヘッドを制御して、前記造形テーブル上の前記粉末材料に対して前記硬化液を吐出させることによって三次元造形物を造形させる。前記検査吐出部は、前記吐出ヘッドと前記移動機構とを制御して、少なくとも前記三次元造形物の造形の前後に、前記受け部材に向けて前記硬化液を吐出する検査吐出を行わせる。前記検出制御部は、前記検出装置を制御して、前記検査吐出における前記硬化液の前記受容面上の位置を検出させる。前記判定部は、前記検査吐出における前記硬化液の前記受容面上の位置から、前記複数のノズルの各ノズルについて吐出異常かどうかを判定する。
【０００８】
上記三次元造形装置によれば、各ノズルから硬化液が正常に吐出されているかどうかを確認するための検査吐出が、少なくとも三次元造形物の造形の前後に自動で行われる。従って、被造形物の造形の前後両方において硬化液が正常に吐出されていれば、正常に造形が実施されたことが確認できる。造形前の検査吐出において異常が発見されれば、造形を中止して三次元造形装置のメンテナンスを行うなど必要な手当てを行うことができる。造形後の検査吐出において異常が発見されれば、被造形物に強度不足など造形不良の恐れがあることを知ることができる。つまり、上記三次元造形装置によれば、三次元造形物の強度を担保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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】三次元造形装置を模式的に示した平面図である。
【図３】ヘッドユニット周辺を模式的に示した正面図である。
【図４】三次元造形装置のブロック図である。
【図５】造形プロセスのフローチャートの一例である。
【図６】図５のステップＳ０２の内部ステップを示すフローチャートである。
【図７】造形槽ユニットが検査位置にあるときの三次元造形装置を模式的に示した断面図である。
【図８】テストパターンの一例を示す模式図である。
【図９】光センサを利用してノズルの判定を行う機構の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る三次元造形装置１０の断面図である。図１は、図２のＩ−Ｉ断面である。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１０を見たときの左、右、上、下が、それぞれ三次元造形装置１０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。左右方向Ｙは、三次元造形装置１０の主走査方向である。前後方向Ｘは、三次元造形装置１０の副走査方向である。また、上下方向Ｚは、三次元造形における積層方向である。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１０の設置態様を何ら限定するものではない。
【００１２】
図１に示すように、三次元造形装置１０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。本実施形態に係る三次元造形装置１０は、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。
【００１３】
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。
【００１４】
「粉末材料」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。
【００１５】
「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、粉末材料に応じて、当該粉末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。）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。
【００１６】
図１に示すように、三次元造形装置１０は、本体１１と、副走査方向移動機構１２と、敷詰ローラ１８と、粉末供給部材２０と、造形槽ユニット３０と、ヘッドユニット５０と、主走査方向移動機構６０と、クリーニング機構７０と、制御装置１００と、を備えている。
【００１７】
図２は、本実施形態に係る三次元造形装置１０の平面図である。ただし、図２では、粉末供給部材２０は取り外されている。図２に示すように、本体１１は、副走査方向Ｘに長い形状を有する三次元造形装置１０の外装体である。本体１１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１１は、副走査方向移動機構１２と、造形槽ユニット３０と、制御装置１００とを収容する。また、図１に示されるように、本体１１は、敷詰ローラ１８と、粉末供給部材２０と、主走査方向移動機構６０と、クリーニング機構７０とを支持する支持台でもある。
【００１８】
図１に示すように、造形槽ユニット３０は、本体１１に収容されている。造形槽ユニット３０は、造形槽３２と、造形テーブル３４と、昇降機構３６と、余剰粉末収容槽３８と、検査ステージ４０とを備えている。造形槽ユニット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と余剰粉末収容槽３８と検査ステージ４０とが独立に並んで設けられている。
【００１９】
図１に示すように、造形槽３２は、造形槽ユニット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。三次元造形物９２は、造形槽３２の内部において造形される。造形槽３２は、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には粉末材料９０が供給され、造形空間３２Ａにおいて三次元造形物９２が造形される。
【００２０】
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上において、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部材である。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。
【００２１】
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、制御装置１００と電気的に接続されており、制御装置１００によって制御される。
【００２２】
余剰粉末収容槽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。余剰粉末収容槽３８は、粉末材料９０が収容される収容空間３８Ａを有する。余剰粉末収容槽３８は、副走査方向Ｘに関して、造形槽３２と検査ステージ４０との間に配置されている。余剰粉末収容槽３８は、造形槽３２より前方に配置されている。余剰粉末収容槽３８は、検査ステージ４０より後方に配置されている。余剰粉末収容槽３８は、主走査方向Ｙに関して造形槽３２と揃った位置に配置されている。図２に示すように、平面視において、造形槽３２の造形空間３２Ａの主走査方向Ｙの長さ（即ち造形テーブル３４の主走査方向Ｙの長さ）は、余剰粉末収容槽３８の収容空間３８Ａの主走査方向Ｙの寸法と同じである。しかしながら、収容空間３８Ａの主走査方向Ｙの寸法は、造形空間３２Ａの主走査方向Ｙの長さより長くてもよい。
【００２３】
検査ステージ４０は、表示基材４５が載置されるステージである。表示基材４５は、テストパターンが形成される板状の部材である。テストパターンは、吐出ヘッド５２のノズル５４（図２参照）の異常を発見するために形成される一定のパターンであり、吐出ヘッド５２から吐出された硬化液からなっている。図２に示されるように、検査ステージ４０は、造形槽ユニット３０において、造形テーブル３４より前方に配置されている。また、検査ステージ４０は、造形槽ユニット３０の右方の隅付近に配置されている。
【００２４】
検査ステージ４０に載置される表示基材４５は、例えば、硬化液が付着すると、その部分の色が変化する表示基材である。表示基材４５は、本発明における「受け部材」の一例である。表示基材４５の上面４５Ａが、本発明における「受容面」の一例である。表示基材４５は、ベース基材と、ベース基材上に配置された着色層と、着色層上に配置された遮蔽層とを有する。遮蔽層は、遮蔽層に硬化液が付着したときに光を透過する。遮蔽層は、遮蔽層から硬化液が取り除かれたときに光を遮蔽する。遮蔽層の表面には微細な凹凸が形成されており、遮蔽層に硬化液が付着していない場合には光が反射されるため着色層の色は隠されている。一方、遮蔽層に硬化液が付着している場合には、光が透過するため着色層の色が現れる。従って、吐出ヘッド５２のノズル５４から硬化液が吐出されて表示基材４５の上面４５Ａにテストパターンが形成されると、そのテストパターンが着色層の色で確認できるようになる。また、遮蔽層に付着した硬化液が乾燥等によって取り除かれると、再び光が反射され、着色層の色が隠される。このように、表示基材４５への硬化液の付着と除去（例えば乾燥）とを繰り返すことで、表示基材４５を繰り返し使用することができる。なお、遮蔽層の下に形成されるのは着色層ではなく、透明層であってもよい。透明層であっても、硬化液が付着した部分と付着していない部分を識別することができる。
【００２５】
図１に示すように、造形槽ユニット３０は、表示基材４５を加熱／冷却する加熱冷却装置４２を備えている。加熱冷却装置４２は、検査ステージ４０の下方に配置されている。ただし、加熱冷却装置４２の配置場所は、特に限定されない。加熱冷却装置４２は、例えば、ペルチェ素子を備えている。ペルチェ素子は、電流を流すと素子内で熱の移動が起こる素子である。従って、ペルチェ素子に電流を流すと、一面が加熱され、他の一面が冷却される。電流の方向を逆にすると加熱／冷却が逆になる。ペルチェ素子は、加熱／冷却を１つの素子で行うことができ、コンパクトかつ簡易である。加熱冷却装置４２によって表示基材４５を加熱することで、表示基材４５の上面４５Ａに付着した硬化液の乾燥を促進することができる。加熱乾燥によって上面４５Ａのテストパターンが消えると、次回のテストパターン形成のために、表示基材４５は冷却される。三次元造形装置１０が加熱冷却装置４２を備えることにより、比較的短い時間間隔で次のテストパターンを形成することが可能になる。なお、加熱冷却装置４２は、ペルチェ素子によるものである必要はなく、加熱装置と冷却装置を別個に備えてもよい。また、冷却は放熱に任せ、加熱装置だけを備えてもよい。
【００２６】
図１に示すように、副走査方向移動機構１２は、ヘッドユニット５０、粉末供給部材２０、敷詰ローラ１８などに対して造形槽ユニット３０を副走査方向Ｘに移動させる機構である。本実施形態では、副走査方向移動機構１２は、一対のガイドレール１３と、フィードモータ１４とを備えている。
【００２７】
図１に示すように、ガイドレール１３は、造形槽ユニット３０の副走査方向Ｘへの移動をガイドする。ガイドレール１３は、本体１１内に設けられている。ガイドレール１３は、副走査方向Ｘに延びている。造形槽ユニット３０は、ガイドレール１３に摺動可能に係合している。ただし、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。フィードモータ１４は、例えば、ボールねじ等を介して造形槽ユニット３０に接続されている。フィードモータ１４は、制御装置１００に電気的に接続されている。フィードモータ１４が回転駆動することによって、造形槽ユニット３０は、ガイドレール１３上を副走査方向Ｘに移動することができる。
【００２８】
図１に示すように、粉末供給部材２０は、造形槽ユニット３０の造形槽３２内に粉末材料９０を供給する部材である。粉末供給部材２０は、造形槽ユニット３０よりも上方に設けられている。粉末供給部材２０は、吐出ヘッド５２より前方に配置されている。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。
【００２９】
貯留槽２２には、粉末材料９０が貯留される。貯留槽２２は、造形槽ユニット３０よりも上方に配置されている。本体１１の上面１１Ａには、上方に延びた支持部材２６が設けられている。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、供給モータ２５が接続されている。供給モータ２５は、制御装置１００と電気的に接続されている。供給モータ２５が駆動することで、供給機構２４は回転する。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供給機構２４が回転することで、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。
【００３２】
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に敷き詰める部材である。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の表面を平らにならして均一な粉末層を形成する。敷詰ローラ１８は、本体１１の上方に配置されている。敷詰ローラ１８は、副走査方向Ｘに関して、貯留槽２２の供給口２３と吐出ヘッド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、吐出ヘッド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、円筒軸が主走査方向Ｙに沿うように配置されている。敷詰ローラ１８は、主走査方向Ｙの寸法が造形槽３２の造形空間３２Ａの寸法よりも長い。敷詰ローラ１８の下端は、造形槽ユニット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、造形槽ユニット３０の僅かに上方に設置されている。敷詰ローラ１８は、本体１１の上面１１Ａ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。
【００３３】
図２に示すように、ヘッドユニット５０は、キャリッジ５１と、キャリッジ５１に搭載された複数の吐出ヘッド５２と、同じくキャリッジ５１に搭載された検出装置８０とを備えている。図３は、ヘッドユニット５０周辺を模式的に示す正面図である。ただし、図３では、敷詰ローラ１８の図示は省略している。図３に示されるように、複数の吐出ヘッド５２と検出装置８０とは、キャリッジ５１の下面に配置されている。吐出ヘッド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に対して吐出する部材である。複数の吐出ヘッド５２は、主走査方向Ｙに並んでいる。吐出ヘッド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、図２に示すように、副走査方向Ｘに直線状に並んでいる。ノズル面５６は、造形槽ユニット３０の上面３１よりも上方に位置し、下方を向いている。吐出ヘッド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。吐出ヘッド５２は、制御装置１００に電気的に接続されている。吐出ヘッド５２のノズル５４からの硬化液の吐出は、制御装置１００によって制御される。
【００３４】
検出装置８０は、表示基材４５の上面４５Ａに形成されたテストパターンの画像を画像データとして取り込む装置である。検出装置８０は、下方を向いたカメラ８２を備えている。検出装置８０は、キャリッジ５１において、吐出ヘッド５２よりも前方に設けられている。検出装置８０は、検査ステージ４０がヘッドユニット５０の下方に移動されたとき、カメラ８２でテストパターンの画像データを取得可能なように構成されている。検出装置８０は、テストパターンを画像データとして取り込むことで、表示基材４５の上面４５Ａ上において硬化液が着弾している位置を検出する。検出装置８０は、制御装置１００に電気的に接続されている。検出装置８０による画像データの取得は、制御装置１００によって制御される。
【００３５】
主走査方向移動機構６０は、キャリッジ５１を主走査方向Ｙに移動させる機構である。図３に示されるように、主走査方向移動機構６０は、ガイドレール６２を備えている。ガイドレール６２は、主走査方向Ｙに延びている。ガイドレール６２には、キャリッジ５１が摺動自在に係合している。キャリッジ５１には、無端状のベルト６４が固定されている。ベルト６４は、ガイドレール６２の右側と左側とに設けられた２つのプーリ６６（右側のプーリ６６のみ図示）に巻き掛けられている。右側のプーリ６６にはキャリッジモータ６８が取り付けられている。キャリッジモータ６８は、制御装置１００と電気的に接続されている。キャリッジモータ６８は、制御装置１００によって制御される。キャリッジモータ６８が駆動するとプーリ６６が回転し、ベルト６４が走行する。それにより、キャリッジ５１がガイドレール６２に沿って主走査方向Ｙに移動する。このように、キャリッジ５１が主走査方向Ｙに移動することによって、複数の吐出ヘッド５２も主走査方向Ｙに移動する。主走査方向移動機構６０と副走査方向移動機構１２とは、三次元造形装置１０の移動機構を構成している。
【００３６】
副走査方向移動機構１２および主走査方向移動機構６０は、状況に応じて造形槽ユニット３０およびヘッドユニット５０をいくつかの位置に移動させる。図１〜図３は、造形槽ユニット３０およびヘッドユニット５０がホームポジションに配置されている状態を示している。ホームポジションは、造形を実行していない待機状態において取られるポジションである。図１に示されるように、造形槽ユニット３０のホームポジションＨＰｘは、本体１１の最も前方の位置である。図３に示されるように、ヘッドユニット５０のホームポジションＨＰｙは、ガイドレール６２の右端の位置である。
【００３７】
クリーニング機構７０は、吐出ヘッド５２のノズル５４の保全およびクリーニングを行う部材である。図３に示されるように、クリーニング機構７０は、ホームポジションＨＰｙにおけるヘッドユニット５０の下方に配置されている。クリーニング機構７０は、ワイパー７２と、キャップ７４と、キャップ移動機構７６と、吸引ポンプ７８とを備えている。
【００３８】
ワイパー７２は、吐出ヘッド５２のノズル面５６をワイピングする部材である。ワイパー７２は、吐出ヘッド５２がワイパー７２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７２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７２は、ヘッドユニット５０の走行範囲内に設けられている。即ち、ヘッドユニット５０のホームポジションＨＰｙよりも左方に設けられている。そこで、ノズル面５６は、少なくとも待機状態から造形状態に移るとき、および造形状態から待機状態に戻るときには、ワイパー７２によってワイピングされる。その他、制御装置１００によってワイピングが指令されたときに、吐出ヘッド５２はワイピングされる。
【００３９】
キャップ７４は、吐出ヘッド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７４は、ホームポジションＨＰｙにある吐出ヘッド５２に対して、ノズル面５６を覆うように下方から装着される。キャップ７４は、例えばゴムなどで形成されている。キャップ７４は、キャップ移動機構７６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７４が吐出ヘッド５２に取り付けられたときに、キャップ７４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７６は、造形開始前にキャップ７４を下方に移動させることによって、キャップ７４をノズル面５６から離隔させる。これにより、キャップ７４は、吐出ヘッド５２から取り外される。
【００４０】
クリーニング機構７０は、吐出ヘッド５２にキャップ７４が装着されている状態において、密閉空間内の硬化液を吸引する吸引ポンプ７８を備えている。吸引ポンプ７８による吸引により、密閉空間内は、大気圧より低い圧力となる。この結果、吸引ポンプ７８は、吐出ヘッド５２のノズル５４内の硬化液を吸引する。吸引ポンプによって吸引された密閉空間内の硬化液は、廃液タンク（図示せず）に貯留される。上記吸引は、ノズル５４の吐出不良を解消させるクリーニング作業であり、また、吐出ヘッド５２のノズル５４の目詰まりを予防するための保全作業である。
【００４１】
図１に示すように、本体１１の前面には、操作パネル１１０が設けられている。操作パネル１１０には、機器状態を表示する表示部と、ユーザーによって操作される入力キー等が設けられている。操作パネル１１０は、三次元造形装置１０の各種の動作を制御する制御装置１００と接続されている。図４は、本実施形態に係る三次元造形装置１０のブロック図である。図４に示すように、制御装置１００は、フィードモータ１４、供給モータ２５、昇降機構３６、加熱冷却装置４２、吐出ヘッド５２、キャリッジモータ６８、キャップ移動機構７６、吸引ポンプ７８、および検出装置８０とそれぞれ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１００は、造形制御部１０２と、クリーニング制御部１０４と、検査制御部１０６と、保存部１０８とを備えている。
【００４２】
制御装置１００の構成は特に限定されない。制御装置１００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造形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、上記プログラムや各種データを格納するメモリ等の記憶装置とを備えている。なお、制御装置１００は必ずしも三次元造形装置１０の内部に設けられている必要はなく、例えば、三次元造形装置１０の外部に設置され、有線または無線を介して三次元造形装置１０と通信可能に接続されたコンピュータ等であってもよい。
【００４３】
造形制御部１０２は、各部を制御して、三次元造形物の造形を行わせる部位である。造形制御部１０２は、供給モータ２５を制御して造形槽３２上に粉末材料９０を供給する。その上で、フィードモータ１４、キャリッジモータ６８、および吐出ヘッド５２を制御して、硬化層９１を１層分形成させる。造形制御部１０２は、昇降機構３６を制御して逐次造形テーブル３４を下げながら上記１層分の造形を繰り返し行うことで、三次元造形物の９２を造形する。造形プロセスの詳細については後述する。
【００４４】
クリーニング制御部１０４は、各部を制御して、吐出ヘッド５２のクリーニングを行わせる部位である。クリーニング制御部は、吐出ヘッド５２が異常と認められたとき、検査制御部１０６の指令に基づいて吐出ヘッド５２のクリーニングを行う。クリーニングの詳細については後述する。
【００４５】
検査制御部１０６は、各部を制御して、吐出ヘッド５２の検査を行わせ、異常が発見された場合には復帰プロセスを行わせる部位である。上記した吐出ヘッド５２のクリーニングは、復帰プロセスの一部である。検査制御部１０６は、検査吐出部１０６Ａと、検出制御部１０６Ｂと、判定部１０６Ｃと、診断部１０６Ｄと、頻度入力部１０６Ｅと、条件入力部１０６Ｆと、回数入力部１０６Ｇと、警告部１０６Ｈとを備えている。
【００４６】
検査吐出部１０６Ａは、表示基材４５の上面４５Ａ上にテストパターンを形成させる部位である。検査吐出部１０６Ａは、吐出ヘッド５２から表示基材４５の上面４５Ａに向かって硬化液を吐出させることによって、テストパターンを形成させる。検査吐出部１０６Ａは、副走査方向移動機構１２および主走査方向移動機構６０を制御して、ヘッドユニット５０の下に検査ステージ４０を移動させ、その後に、吐出ヘッド５２を制御してテストパターンの形成を行わせる。テストパターン形成の頻度は、少なくとも１つの三次元造形物の造形の前後である。また、１つの三次元造形物の造形中においても、頻度入力部１０６Ｅに頻度の入力があった場合には、その頻度にてテストパターンの形成が行わせる。さらに、検査吐出部１０６Ａは、診断部１０６Ｄが吐出ヘッド５２を異常と診断した後に実施される吐出ヘッド５２のクリーニング（後述）の後にも、テストパターンの形成を行わせる。テストパターンの形成は、異常診断後のクリーニングが実行されるたびに行われる。
【００４７】
検出制御部１０６Ｂは、検出装置８０を制御して、テストパターンの画像データを取得させる部位である。本実施形態に係る検出装置８０は、キャリッジ５１の前端近くに設置されている。検出装置８０は、テストパターンの形成後、造形槽ユニット３０が前方に戻る際に、副走査方向Ｘに沿って順次テストパターンの画像を取得する。
【００４８】
判定部１０６Ｃは、取得されたテストパターンの画像から、吐出異常のノズル５４を判定する部位である。判定部１０６Ｃは、表示基材４５の上面４５Ａに着弾している硬化液のドットの位置から、ノズル抜けその他のノズルの異常を判定する。
【００４９】
診断部１０６Ｄは、判定部１０６Ｃによって異常と判定されたノズル５４の位置等に基づいて、吐出ヘッド５２の正常／異常を診断する部位である。吐出ヘッド５２が異常と診断されると、診断部１０６Ｄは、クリーニング制御部１０４に対して、吐出ヘッド５２のクリーニングを指令する。吐出ヘッド５２が正常か異常かを判定する条件（以下、異常条件と呼ぶ。）は、条件入力部１０６Ｆに入力される。診断部１０６Ｄは、異常ノズル５４の位置等が条件入力部１０６Ｆに入力された異常条件を満たすとき、吐出ヘッド５２を異常と診断する。
【００５０】
上記したように、本実施形態に係る三次元造形装置１０は吐出ヘッド５２のクリーニングの後に吐出ヘッド５２の再検査を行うが、再検査においてもなお吐出ヘッド５２の状態が異常である場合には、再クリーニングを行うように設定されている。本実施形態に係る三次元造形装置１０は、吐出ヘッド５２が正常な状態に復帰するか、または、クリーニング回数が回数入力部１０６Ｇにおいて入力されるクリーニングの上限回数（後述）に到達するまで、クリーニングおよび検査を繰り返し行う。
【００５１】
頻度入力部１０６Ｅは、吐出ヘッド５２の検査を行う頻度が入力される部位である。頻度入力部１０６Ｅは、例えば、操作パネル１１０や外部コンピュータの表示装置などに入力画面を表示させる。頻度入力部１０６Ｅには、１つの三次元造形物の造形の途中で検査を行う場合の頻度が入力される。頻度入力部１０６Ｅに入力される頻度のパラメータは限定されないが、本実施形態では「硬化層の数」が入力される。例えば、頻度入力部１０６Ｅに硬化層の数として「１００」が入力された場合、硬化層９１が１００層積層されるごとに吐出ヘッド５２の検査が行われる。頻度入力部１０６Ｅに入力がない場合でも、最低限の頻度として、１つの三次元造形物の形成の前と後とに検査が実施される。本実施形態に係る三次元造形装置１０は、少なくとも１つの三次元造形物の造形前後には、吐出ヘッド５２の検査を行うように設定されている。
【００５２】
条件入力部１０６Ｆは、吐出ヘッド５２の正常／異常を診断する際の条件が入力される部位である。条件入力部１０６Ｆも、例えば、操作パネル１１０や外部コンピュータの表示装置などに入力画面を表示させる。条件入力部１０６Ｆに入力される異常条件のパラメータは限定されないが、本実施形態では「異常ノズルの数」と「異常ノズル同士の距離」とが入力される。例えば、異常ノズルの数として「１０」が入力されると、全てのノズル５４のうち１０個以上が異常ノズルと判定された場合に、吐出ヘッド５２が異常と診断される。また、異常ノズル同士の距離として「５０ピッチ」が入力されると、２つの異常ノズル間の距離のうち最も短い距離が５０ピッチを下回った場合に、吐出ヘッド５２が異常と診断される。「１ピッチ」とは、ここでは、テストパターンにおいて隣接する硬化液のドット同士の距離である。
【００５３】
回数入力部１０６Ｇは、クリーニング回数の上限が入力される部位である。回数入力部１０６Ｇも、例えば、操作パネル１１０や外部コンピュータの表示装置などに入力画面を表示させる。本実施形態では、吐出ヘッド５２のクリーニングと検査とが繰り返され、その回数が回数入力部１０６Ｇに入力された上限回数に達した場合、それ以上のクリーニングおよび検査を中止する。警告部１０６Ｈは、その場合に警告を発する。警告部１０６Ｈは、例えば、操作パネル１１０や外部コンピュータの表示装置などに警告画面を表示させる。
【００５４】
保存部１０８は、ノズル５４の検査結果を保存する部位である。本実施形態では、保存部１０８は、検査が行われた状況とともにノズル５４の検査結果を記録する。例えば、保存部１０８は、造形の日付、その日何回目の造形か、その造形において何回目の検査か、クリーニング後の検査の場合は何度目のクリーニング後の検査か、などの状況データとともに、各ノズル５４の検査結果を保存する。この記録は、造形した三次元造形物の造形履歴の一部として、また、ノズル５４の異常の傾向を知るデータとして保存される。
【００５５】
本実施形態に係る三次元造形装置１０は、以下に説明するようなプロセスで三次元造形物９２の造形を行う。図５は、本実施形態に係る三次元造形装置１０における造形プロセスのフローチャートの一例である。また、図６は、図５におけるステップＳ０２の内部ステップを示すフローチャートである。以下の説明では、三次元造形物９２の積層数は２５０層であるとし、頻度入力部１０６Ｅに入力された検査頻度は「１００層」であるとする。また、条件入力部１０６Ｆに入力された吐出ヘッド５２の異常条件は、「異常なノズルの数が１０個以上」または「異常なノズル同士の距離が５０ピッチ以下」であるとし、回数入力部１０６Ｇに入力されたクリーニングの上限回数は３回であるとする。当然ながら、上記条件は１つの例示に過ぎず、他の様々な条件で造形を実施することができる。
【００５６】
図５に示す造形のフローチャートにおいて、最初のステップはステップＳ０１である。ステップＳ０１では、三次元造形装置１０が「検査位置」を取るように、造形槽ユニット３０およびヘッドユニット５０が移動される。検査位置は、吐出ヘッド５２の検査を行うための位置である。検査位置では、ヘッドユニット５０は、検査ステージ４０の真上に配置されている。図７は、三次元造形装置１０を模式的に示した断面図であって、造形槽ユニット３０が検査位置に配置された状態を示す図である。また、図３には、ヘッドユニット５０が検査位置に移動された状態が２点鎖線で示されている。図７に示されるように、造形槽ユニット３０の検査位置ＴＰｘは、本体１１の最も後方である。ステップＳ０１において、副走査方向移動機構１２は、フィードモータ１４を駆動させて造形槽ユニット３０を検査位置ＴＰｘに移動させる。また、図３に示されるように、ヘッドユニット５０の検査位置ＴＰｙは、主走査方向Ｙに関して検査ステージ４０と揃った位置である。主走査方向移動機構６０は、キャリッジモータ６８を駆動させて、ヘッドユニット５０を検査位置ＴＰｙに移動させる。
【００５７】
続くステップＳ０２において、三次元造形装置１０は、吐出ヘッド５２の検査を行う。図６に示されるように、ステップＳ０２は、ステップＳ０２１、ステップＳ０２２、ステップＳ０２３、ステップＳ０２４、ステップＳ０２５、およびステップＳ０２６からなっている。ステップＳ０２１は、表示基材４５の上面４５Ａにテストパターンを形成するステップである。図８は、テストパターンＰの一例を示す模式図である。図８のテストパターンＰは、形成中に造形槽ユニット３０、ヘッドユニット５０のいずれも移動しない場合におけるテストパターンである。図８のテストパターンＰでは、ノズル面５６におけるノズル５４と同じ配置で硬化液のドットＤｔが着弾している。即ち、テストパターンＰにおいて、硬化液のドットＤｔは、ノズル面５６におけるノズル５４のピッチと同じピッチで副走査方向Ｘに並んでいる。ただし、これは１つの例であって、例えば、個々のドットＤｔを識別しやすくするために、テストパターンＰの形成中に造形槽ユニット３０を移動させて硬化液のドットＤｔの間隔を空けるようにしてもよい。前述したように、表示基材４５の上面４５Ａは、遮蔽層で形成されており、硬化液の付着によって光を透過する。遮蔽層が光を透過することにより着色層の色が現れ、硬化液のドットＤｔの着弾位置が認識できる。
【００５８】
ステップＳ０２２では、ステップＳ０２１で形成されたテストパターンＰの画像データが取得される。ステップＳ０２２において、検出制御部１０６Ｂは、検出装置８０のカメラ８２にテストパターンＰを撮影させる。本実施形態に係る検出装置８０は、キャリッジ５１の前端近くに設置されている。検出制御部１０６Ｂは、造形槽ユニット３０を前方に戻しながら、副走査方向Ｘに沿って順次テストパターンＰの画像を取得する。ただし、カメラ８２はテストパターンＰ全体を一度に撮影できるだけの視野を備えていてもよく、テストパターンＰの画像データの取得は、造形槽ユニット３０を移動させることなく行われてもよい。カメラ８２の仕様は限定されない。
【００５９】
ステップＳ０２３では、ステップＳ０２２で取得されたテストパターンＰの画像データに基づき、ノズル５４のそれぞれについて正常／異常が判定される。この判定は、判定部１０６Ｃが行う。図８には、硬化液のドットＤｔのうち２つのドットＤｔ１、Ｄｔ２が欠落している状態が図示されている。これは、吐出ヘッド５２において、ドットＤｔ１、Ｄｔ２に対応するノズル５４が硬化液を吐出していないことを意味している。図８の場合、判定部１０６Ｃは、テストパターンＰの画像データから、ドットＤｔ１、Ｄｔ２に対応する２つのノズル５４が異常ノズルであると判定する。
【００６０】
ステップＳ０２４では、ステップＳ０２３における各ノズル５４の判定結果が保存部１０８に保存される。ここでは、保存部１０８には、判定結果とともに当該判定結果が造形前の検査の結果であるという状況のデータも保存される。造形途中の検査のとき、または造形終了後の検査のときにも、それらの状況のデータが判定結果とともに保存される。
【００６１】
ステップＳ０２５、Ｓ０２６では、ステップＳ０２３で得られた各ノズル５４の判定結果に基づいて、吐出ヘッド５２の正常／異常が診断される。吐出ヘッド５２の正常／異常の診断の基準となる異常条件は、既に条件入力部１０６Ｆにおいて設定されている。ここでは、異常条件は２つあり、その１つは「異常ノズルの数が１０個以上である」ことである。ステップＳ０２５では、この異常条件について判定が行われる。図８の場合、異常なノズル５４の数は２個である。そこで、例えば、図８に示された場合には、ステップＳ０２５の判定は、「ＮＯ」である。その場合、ステップＳ０２６に進む。しかし、もしも異常なノズル５４の数が１０個以上であれば、ステップＳ０２５の判定は、「ＹＥＳ」であり、ステップＳ０２６に進むことなく、吐出ヘッド５２は「異常」と診断される。
【００６２】
異常条件のもう１つは、「２つの異常ノズルの間の距離のうち最も短い距離が５０ピッチ以下」であることである。ステップＳ０２６では、ステップＳ０２５において「ＮＯ」判定された場合に限り、この異常条件について判定する。図８に示されるように、欠落している硬化液のドットＤｔ１とＤｔ２との距離は、Ｌ１である。例えば、距離Ｌ１が５０ピッチよりも長かった場合、ステップＳ０２６の判定は、「ＮＯ」である。従って、吐出ヘッド５２は「正常」と診断される。一方、距離Ｌ１が５０ピッチ以下であった場合、ステップＳ０２６の判定は、「ＹＥＳ」である。その場合、吐出ヘッド５２は「異常」と診断される。ステップＳ０２５またはＳ０２６における正常または異常の診断結果が、図５におけるステップＳ０２の診断結果である。診断結果が「正常」の場合、ステップＳ０２の結果は「ＹＥＳ」であり、造形プロセスはステップＳ０３に進む。診断結果が「異常」の場合、ステップＳ０２の結果は「ＮＯ」であり、造形プロセスはステップＳ０９に進む。
【００６３】
ここで、例えば、ステップＳ０２の診断結果が「正常」であり、ステップがステップＳ０３に進んだとすると、ステップＳ０３において、造形槽ユニット３０およびヘッドユニット５０がホームポジションに移動される。
【００６４】
ステップＳ０３において造形槽ユニット３０およびヘッドユニット５０がホームポジションに移動された後、ステップＳ０４において、１層の硬化層９１の形成が行われる。ステップＳ０４ではまず、造形槽３２が粉末供給部材２０の下にくるように造形槽ユニット３０が移動され、粉末供給部材２０から造形槽３２内に粉末材料９０が供給される。次いで、造形制御部１０２は、フィードモータ１４を制御して造形槽ユニット３０を後方に移動させ、敷詰ローラ１８によって造形槽３２内に粉末層を形成する。造形槽３２内に供給された粉末材料９０は、造形槽ユニット３０の移動につれて、順次、敷詰ローラ１８の下面の高さにならされ、粉末層を形成する。このようにして形成された粉末層に向かって、吐出ヘッド５２のノズル５４から硬化液が吐出される。このとき硬化液は、三次元造形物９２の断面形状に対応する領域に吐出される。造形制御部１０２は、キャリッジモータ６８を駆動させてキャリッジ５１を主走査方向Ｙに移動させながら、粉末層上の所定の位置に硬化液を吐出させる。
【００６５】
ステップＳ０４の後、制御装置１００は、ステップＳ０５において、前回の吐出ヘッド５２の検査以降に形成された硬化層９１の数が、頻度入力部１０６Ｅに入力された層数に達したかどうかを判断する。ここでは、頻度入力部１０６Ｅには「１００」が設定されている。そこで、硬化層９１の層数が１００層に達するまでは、硬化層９１の形成が繰り返される（ステップＳ０５の結果が「ＮＯ」であり、ステップＳ０４の前に戻る）。新たな硬化層９１の形成が選択されると、造形制御部１０２は、昇降機構３６を駆動させ、造形テーブル３４を硬化層１層分の高さ（例えば、０．１ｍｍ）だけ下降させる。その後、粉末供給部材２０から造形槽３２内に粉末材料９０が供給され、ステップＳ０４が繰り返される。
【００６６】
硬化層９１の形成が１００回繰り返され、ステップＳ０５が「ＹＥＳ」になると、ステップは再度ステップＳ０１の前に戻る。即ち、造形槽ユニット３０とヘッドユニット５０とは再度検査位置に配置され、その後、ステップＳ０２において、吐出ヘッド５２の検査が再度行われる。再度のステップＳ０２でも吐出ヘッド５２の診断結果が「正常」ならば、ステップはステップＳ０３に進む。２回目のステップＳ０３では、硬化層９１の層数が２００層に到達するまで造形が継続される。硬化層９１の層数が２００層に達すると、再びステップはステップＳ０１の前まで戻る。
【００６７】
このように、２回の吐出ヘッド５２の検査を挟みながら造形は進行し、２５０層目の形成が終了した時点で造形が終了する。即ち、三次元造形物９２が完成する。このとき、ステップＳ０６において「ＹＥＳ」が選択される。ステップＳ０６で「ＹＥＳ」が選択されると、ステップはステップＳ０７に進む。ステップＳ０７は、造形終了後の吐出ヘッド５２の検査を行うために、造形槽ユニット３０およびヘッドユニット５０を検査位置に移動させるステップである。ステップＳ０７の後、ステップはステップＳ０８に進み、造形終了後の吐出ヘッド５２の検査が行われる。ステップＳ０８の内容は、ステップＳ０２と同じである。ステップＳ０８において吐出ヘッド５２が「正常」と診断され、「ＹＥＳ」が選択されると、造形プロセスが終了する。
【００６８】
上記した造形プロセスは、ステップＳ０２において吐出ヘッド５２の異常が認められなかった場合の造形プロセスであったが、ステップＳ０２において異常が認められた場合、造形プロセスは、ステップＳ０２からステップＳ０９を経てステップＳ１０に進行する。ステップＳ０９は、クリーニングが複数回にわたって行われた場合に、クリーニング回数が上限に達していないかどうかを判断するステップである。ステップＳ０９が「ＹＥＳ」のとき（上限回数に達していないとき）、ステップはステップＳ１０に進む。ステップＳ１０は、吐出ヘッド５２のクリーニングを行うステップである。ステップＳ１０では、ヘッドユニット５０は、ホームポジションＨＰｙに移動される。この移動の際、吐出ヘッド５２のノズル面５６がワイパー７２によってワイピングされる。さらに、ホームポジションＨＰｙにおいて、吐出ヘッド５２にはキャップ７４が装着され、吸引ポンプ７８による吸引が行われる。このようにして、異常と診断された場合には、吐出ヘッド５２に対してクリーニングが実施される。
【００６９】
ステップＳ１０のクリーニング後、検査制御部１０６は、吐出ヘッド５２の再検査を行う。吐出ヘッド５２の再検査において、吐出ヘッド５２が正常と診断された場合は、ステップはステップＳ０３に進み、造形が開始または再開される。吐出ヘッド５２が再び異常と診断された場合は、ステップはステップＳ０９、ステップＳ１０に進み、再クリーニングが実行される。ステップＳ１０の再クリーニングは、吐出ヘッド５２が正常と診断されるまで、または、ステップＳ０９においてクリーニング回数が上限回数に達したと判断されるまで繰り返される。クリーニングの上限回数は、回数入力部１０６Ｇに入力されている。ここでは、クリーニングの上限回数は３回である。そこで、もしも３回目のクリーニング後の吐出ヘッド５２の検査結果がなお異常であった場合には、ステップＳ０９で「ＮＯ」が選択され、ステップはステップＳ１１に進行する。ステップＳ１１では、警告部１０６Ｈが、ユーザーに対して警告を発する。この警告は、クリーニングに効果が見られないことについての警告であるのと同時に、造形が開始または再開不可能であるという警告である。
【００７０】
ステップＳ０８（造形終了後の吐出ヘッド５２の検査）において、吐出ヘッド５２が異常と認められた場合には、ステップＳ１２、ステップ１３において、ステップＳ０９、ステップＳ１０と同様のクリーニングが実行される。造形は既に終了しているため、行われるのはクリーニングだけである。クリーニングを上限回数まで行っても吐出ヘッド５２が正常状態に復帰しないときは、ステップＳ１４において警告部１０６Ｈは警告を発する。
【００７１】
なお、図５、図６のフローチャートでは省略したが、吐出ヘッド５２の検査の後には、加熱冷却装置４２による表示基材４５の加熱および冷却が実行される。加熱冷却装置４２は、表示基材４５を加熱して乾燥させ、表示基材４５からテストパターンを消去する。その後、再びテストパターンを形成できるように表示基材４５を冷却する。この表示基材４５の加熱および冷却は、ステップＳ０２またはステップＳ０８の検査のたびに行われる。
【００７２】
以上、本実施形態に係る三次元造形装置１０の造形プロセスについて説明した。上記において説明されたように、本実施形態に係る三次元造形装置１０によれば、少なくとも造形の前後において吐出ヘッド５２の正常／異常が自動で診断されるため、造形品質、特に被造形物の強度が担保可能である。さらに、本実施形態に係る三次元造形装置１０は、頻度入力部１０６Ｅを備え、造形途中においても吐出ヘッド５２の検査を行うことができる。そこで、さらに高いレベルで造形品質を担保することができる。
【００７３】
また、本実施形態に係る三次元造形装置１０は、条件入力部１０６Ｆを備え、異常条件を入力することによって、許容可能な吐出ヘッド５２の不具合のレベルを設定できるように構成されている。本実施形態に係る三次元造形装置１０によれば、異常条件を適切に設定することにより、造形品質と生産性を両立させることができる。異常条件のパラメータとしては、例えば、異常なノズル５４の数や、異常なノズル５４の間の距離などが好適なパラメータである。
【００７４】
本実施形態に係る三次元造形装置１０は、クリーニング機構７０を備え、吐出ヘッド５２の異常を診断するばかりでなく、正常状態への回復も図れるように構成されている。本実施形態に係る診断部１０６Ｄは、原則として吐出ヘッド５２が正常状態に戻るまで繰り返しクリーニングを行わせるため、造形品質が担保できる。一方、本実施形態に係る三次元造形装置１０は、回数入力部１０６Ｇを備え、クリーニングの効果が認められない場合には、クリーニングを中止するように構成されている。それにより、クリーニングによっては解消できない異常に対して無駄なクリーニング時間を費やすことを防止している。そして、本実施形態に係る三次元造形装置１０は、警告部１０６Ｈを備え、クリーニング回数が上限に達した場合には、警告を発するように構成されている。この警告により、ユーザーは、吐出ヘッド５２にクリーニングでは解消できない不具合があることを知ることができる。
【００７５】
本実施形態では、実際にテストパターンを形成させることによって、ノズル５４の状態を確認している。テストパターンによって硬化液の着弾位置を把握する方法は、ノズル５４の検査方法として確実かつ簡易である。さらに、テストパターンを形成させる媒体として表示基材４５を使うことにより、硬化液の着弾位置の把握が確実になる。硬化液は通常透明な液であり、例えば紙などに着弾しても着弾位置を認識しづらい。しかし、表示基材４５では、硬化液の着弾位置の色が変わるため、硬化液の着弾位置を容易に認識することができる。また、紙などと違い、表示基材４５は繰り返し利用することが可能である。表示基材４５における硬化液の着弾位置の確認手段には様々な技術が利用できるが、本実施形態のように、カメラを備えた検出装置で画像認識する方法は簡易であり、ある程度の視界が一度に得られるため効率が良い。
【００７６】
本実施形態に係る三次元造形装置１０は、加熱冷却装置４２を備え、比較的短い時間間隔でも吐出ヘッド５２の検査が可能なように構成されている。加熱冷却装置４２は、加熱装置と冷却装置とをそれぞれ備えていてもよいが、本実施形態のように加熱／冷却の両方が可能なペルチェ素子を備えていると構成がコンパクトになり、より好適である。
【００７７】
本実施形態に係る三次元造形装置１０では、ノズル５４の検査データは、保存部１０８に保存される。それにより、造形中の硬化液の吐出に異常がなかったことを保証することができる。また、検査時の状況と紐付けて検査データを保存することにより、ノズル５４の吐出異常の傾向を知るためのデータとしても役立つ。
【００７８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明した。しかし、上記した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。
【００７９】
例えば、上記した実施形態では、造形の途中および造形終了後に吐出ヘッド５２の異常が認められても、クリーニング後の再検査で問題がなければ、警告は発せられず、造形が継続された。これは、検査と検査の間のある時点で吐出ヘッド５２が吐出異常に陥ったとしても、検査頻度が適切に設定されていれば、全体として造形品質は担保されるという考えに基づく。しかし、他の好適な実施形態では、例えば、造形途中または造形終了後の検査で吐出ヘッド５２が異常と診断された場合には、警告を発し、造形を中断させるようにしてもよい。この実施形態の方が、さらに確実に造形品質を担保できる。また、さらに他の好適な実施形態によれば、条件入力部１０６Ｆは、複数の異常条件を入力可能に構成されていてもよい。その場合、例えば、第１の異常条件は、吐出ヘッド５２のクリーニングは必要だが造形を中断させるには及ばない条件に設定される。第２の異常条件は、造形を中断させる必要がある条件に設定される。この実施形態によれば、２つの異常条件を適切に設定することにより、造形品質と生産性とを適切に両立させることができる。
【００８０】
また、上記した実施形態では、ノズル５４の正常／異常の判定は、テストパターンに基づいて行われたが、それに限られない。例えば、ノズル５４の正常／異常の判定は、受け部材に向けて飛翔中の硬化液を捕捉することによっても可能である。図９は、光センサを利用してノズル５４の判定を行う機構の一例を示す模式図である。図９は、ヘッドユニット５０付近を正面から見た図である。図９に示されるように、本実施形態に係る検出装置８０は光センサ８４を備え、光センサ８４は、検査用の光Ｌｔを発する投光器８６と、光Ｌｔを受ける受光器８８とを備えている。投光器８６は、吐出ヘッド５２のノズル面５６と、吐出ヘッド５２から離間されたキャップ７４との間に光Ｌｔを照射している。受光器８８は、投光器８６と正対するように配置され、投光器８６から照射された光Ｌｔを受光している。
【００８１】
吐出ヘッド５２の各ノズル５４は、キャップ７４に向けて硬化液９３を吐出している。本実施形態では、キャップ７４が「受け部材」に相当している。図９に示すように、ノズル５４からキャップ７４に向けて吐出された硬化液９３は、飛翔中に光Ｌｔと交差する。そこで、硬化液９３は、光Ｌｔの軌道を通過する際に、光Ｌｔを受光器８８から遮る。判定部１０６Ｃは、受光器８８における光Ｌｔの受光が途切れることによって、ノズル５４から硬化液９３が吐出されたことを認識する。逆に、もしも光Ｌｔの受光が途切れなければ、当該ノズル５４が異常であると判断する。
【００８２】
光センサ８４の仕様は限定されないが、例えば、吐出ヘッド５２の副走査方向Ｘの長さよりも副走査方向Ｘに長い面状の光Ｌｔを照射するような投光器８６と、そのような光Ｌｔを受ける受光器８８を備えていてもよい。そのような光センサ８４によれば、面状の光Ｌｔによって、１つの吐出ヘッド５２の全てのノズル５４の判定を一度に行うことができる。ただし、勿論ノズル５４の判定は、線光源によって１つずつ行われてもよい。
【００８３】
上記したような飛翔中の硬化液を捕捉することによって各ノズル５４の正常／異常を判定する方法によれば、検査ステージ４０のような検査場所を別途設ける必要がなく、三次元造形装置１０の構成をシンプルにすることができる。飛翔中の硬化液の捕捉に光センサを利用すれば、取付け、配線等が容易であり、検出精度も高い。さらに受け部材としてキャップ７４を利用すれば、特別な受け部材を準備する必要がなく、三次元造形装置１０の構成をさらにシンプルにすることができる。
【００８４】
さらに、上記した実施形態では、本体１１に固定された粉末供給部材２０、敷詰ローラ１８、ヘッドユニット５０などに対して造形槽ユニット３０が副走査方向Ｘに移動していたが、それに限定されない。例えば、造形槽ユニット３０を本体１１に固定し、造形槽ユニット３０に対して粉末供給部材２０、敷詰ローラ１８およびヘッドユニット５０を副走査方向Ｘに移動する構成であってもよい。また、三次元造形装置１０は、いわゆるラインヘッド方式の三次元造形装置であってもよく、例えば、ヘッドユニット５０が主走査方向Ｙに関して不動であってもよい。造形槽３２、検査ステージ４０、クリーニング機構７０などの配置も上記したものに限られず、三次元造形装置として構成可能な範囲でその配置は自由である。また、粉末供給部材２０は、上方から造形槽３２に粉末材料９０を供給したが、それに限られない。例えば、粉末供給部材２０は、造形槽３２と並んで造形槽ユニット３０に設けられた材料供給槽を備え、粉末材料９０は、この材料供給槽から供給されてもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１０      三次元造形装置
１２      副走査方向移動機構（移動機構）
３４      造形テーブル
４０      検査ステージ
４５      表示基材（受け部材）
４５Ａ    上面（受容面）
５２      吐出ヘッド
５４      ノズル
５６      ノズル面
６０      主走査方向移動機構（移動機構）
７０      クリーニング機構
８０      検出装置
８２      カメラ
９０      粉末材料
９２      三次元造形物
１００    制御装置
１０２    造形制御部
１０４    クリーニング制御部
１０６Ａ  検査吐出部
１０６Ｂ  検出制御部
１０６Ｃ  判定部
１０６Ｄ  診断部
１０６Ｅ  頻度入力部
１０６Ｆ  条件入力部
１０６Ｇ  回数入力部
１０６Ｈ  警告部
１０８    保存部
【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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【図８】
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【図９】
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