(57)【要約】【課題】端部をシャープに形成でき、平坦性に優れた高精細であり、かつサポート部除去後の滑らかなモデル部表面を有する立体造形物を製造できる立体造形物の製造装置の提供。【解決手段】往路において造形材料を吐出し、往路の造形層を形成する往路造形層形成手段と、復路において造形材料を吐出し、復路の造形層を形成する復路造形層形成手段と、を有し、前記復路における前記造形材料の総吐出量が、前記往路における前記造形材料の総吐出量よりも多い立体造形物の製造装置である。前記往路造形層形成手段が、吐出した前記造形材料を硬化させて前記往路の造形層を形成することが好ましい。また、前記復路造形層形成手段が、吐出した前記復路の造形材料の表面に平坦化部材を当接させて前記復路の造形材料を平坦化した後、前記復路の造形材料を硬化させて復路の造形層を形成することが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
往路において造形材料を吐出し、往路の造形層を形成する往路造形層形成手段と、
復路において造形材料を吐出し、復路の造形層を形成する復路造形層形成手段と、を有し、
前記復路における前記造形材料の総吐出量が、前記往路における前記造形材料の総吐出量よりも多いことを特徴とする立体造形物の製造装置。
【請求項２】
前記往路造形層形成手段が、吐出した前記造形材料を硬化させて前記往路の造形層を形成する請求項１に記載の立体造形物の製造装置。
【請求項３】
前記復路造形層形成手段が、吐出した前記復路の造形材料の表面に平坦化部材を当接させて前記復路の造形材料を平坦化した後、前記復路の造形材料を硬化させて復路の造形層を形成する請求項１から２のいずれかに記載の立体造形物の製造装置。
【請求項４】
復路の造形材料の液滴のパルス電圧が、往路の造形材料の液滴のパルス電圧以上であり、
前記復路の造形材料の液滴を大きくすることにより、前記復路の造形材料の総吐出量が多くなるように調整する請求項１から３のいずれかに記載の立体造形物の製造装置。
【請求項５】
着弾前の復路の造形材料の液滴のパルス数が、着弾前の往路の造形材料の液滴のパルス数以上であり、
吐出した複数の復路の造形材料の液滴を飛翔中に合体させて、復路の造形材料の総吐出量が多くなるように調整する請求項１から３のいずれかに記載の立体造形物の製造装置。
【請求項６】
前記往路の造形層と、前記復路の造形層と、からなる層状造形物が、２パスで形成される請求項１から５のいずれかに記載の立体造形物の製造装置。
【請求項７】
前記層状造形物ごとに平坦化部材が当接する請求項６に記載の立体造形物の製造装置。
【請求項８】
前記往路と前記復路とにおける、前記平坦化部材の重力方向のずれが、１０μｍ以下である請求項３から７のいずれかに記載の立体造形物の製造装置。
【請求項９】
往路において造形材料を吐出するノズルと、復路において造形材料を吐出するノズルが同じである請求項１から８のいずれかに記載の立体造形物の製造装置。
【請求項１０】
往路において造形材料を吐出し、往路の造形層を形成する往路造形層形成工程と、
復路において造形材料を吐出し、復路の造形層を形成する復路造形層形成工程と、を含み、
前記復路における前記造形材料の総吐出量が、前記往路における前記造形材料の総吐出量よりも多いことを特徴とする立体造形物の製造方法。
【請求項１１】
前記往路造形層形成工程と、前記復路造形層形成工程と、を複数回繰り返す請求項１０に記載の立体造形物の製造方法。
【請求項１２】
同一造形層内で第１の造形材料を吐出し、硬化させた後に、第２の造形材料を吐出し、硬化させて造形物を得る請求項１０から１１のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
【請求項１３】
第１の造形材料をｎ層目の造形層で吐出し、硬化させると共に、第２の造形材料をｎ＋ｍ層目の造形層で吐出し、硬化させて造形物を得る請求項１０から１１のいずれかに記載の立体造形物の製造方法（ただし、ｎは自然数、ｍは正負の整数を意味する）。
【請求項１４】
第１の造形材料をｎ層目の造形層で吐出し、硬化させると共に、第２の造形材料をｎ＋２層目の造形層に吐出し、硬化させて造形物を得る請求項１０から１１のいずれかに記載の立体造形物の製造方法（ただし、ｎは自然数を意味する）。
【請求項１５】
往路において造形材料を吐出し、往路の造形層を形成し、
復路において造形材料を吐出し、復路の造形層を形成し、
前記復路における前記造形材料の総吐出量が、前記往路における前記造形材料の総吐出量よりも多くする処理をコンピュータに実行させることを特徴とする立体造形プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体造形物の製造装置、立体造形物の製造方法、及び立体造形プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
立体造形物（三次元造形物）を造形する立体造形物の製造装置として、立体造形物を形成する造形材料を造形領域に吐出させた後に硬化させて、層状造形物を造形し、層状造形物を順次積層することにより立体造形物を造形する材料噴射造形方式（マテリアルジェット方式）が知られている。材料噴射造形方式ではモデル材と、造形中にモデル材を支持するためのサポート材との２種の材料が使われる。
このようなマテリアルジェット方式の立体造形装置としては、例えば、回転しながら押圧することにより造形材料の余剰分を掻き取るローラーを備えた三次元造形装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、端部をシャープに形成でき、平坦性に優れた高精細であり、かつサポート部除去後の滑らかなモデル部表面を有する立体造形物を製造できる立体造形物の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題を解決するための手段としての本発明の立体造形物の製造装置は、往路において造形材料を吐出し、往路の造形層を形成する往路造形層形成手段と、復路において造形材料を吐出し、復路の造形層を形成する復路造形層形成手段と、を有し、前記復路における前記造形材料の総吐出量が、前記往路における前記造形材料の総吐出量よりも多い。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によると、端部をシャープに形成でき、平坦性に優れた高精細であり、かつサポート部除去後の滑らかなモデル部表面を有する立体造形物を製造できる立体造形物の製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１の（Ａ）〜（Ｇ）は、本発明の立体造形物の製造装置を用いた立体造形物の製造方法の一例を示す概略説明図である。
【図２】図２は、図１（Ｅ）の後の段階における、復路の造形材料と平坦化部材とを表す概略図である。
【図３】図３は、図１（Ｅ）の後の段階における、平坦化部材が余分な復路の造形材料の表面を削り取る状態を表す説明図である。
【図４】図４は、図１（Ｅ）の後の段階における、ローラー削りシロの割合が１２％の場合の復路の造形材料と平坦化部材とを表す概略図である。
【図５】図５は、図１（Ｅ）の後の段階における、ローラー削りシロの割合が３０％の場合の復路の造形材料と平坦化部材とを表す概略図である。
【図６】図６は、図１（Ｅ）の後の段階における、ローラー削りシロの割合が４％の場合の復路の造形材料と平坦化部材とを表す概略図である。
【図７】図７は、図１（Ｅ）の後の段階における、ローラー削りシロの割合が０％の場合の復路の造形材料と平坦化部材とを表す概略図である。
【図８Ａ】図８Ａは、ローラー削りシロの割合が０％で造形した立体造形物の端部の拡大写真である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、ローラー削りシロの割合が１２％で造形した立体造形物の端部の拡大写真である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、ローラー削りシロの割合が３０％で造形した立体造形物の端部の拡大写真である。
【図９】図９は、ローラー削りシロの割合に対する、立体造形物の端部と重なる仮想円の半径の関係性を表すグラフである。
【図１０】図１０は、復路の造形材料の液滴のパルス電圧を往路の造形材料の液滴のパルス電圧以上にして、復路の造形材料の液滴を大きくする方法を表す概略図である。
【図１１】図１１は、パルス電圧に対する、造形材料の液滴（造形材料の重量）の関係性を表すグラフである。
【図１２】図１２は、パルス電圧に対する、膜厚の関係性を表すグラフである。
【図１３】図１３は、復路の吐出量に対する、膜厚の関係性を表すグラフである。
【図１４】図１４は、着弾前の復路の造形材料の液滴のパルス数を着弾前の往路の造形材料の液滴のパルス数以上にして、吐出した複数の造形材料の液滴を飛翔中に合体させて復路の造形材料の液滴を大きくする方法を表す説明図である。
【図１５】図１５は、立体造形物の製造装置の要部正面説明図の一例である。
【図１６】図１６は、立体造形物の製造装置の要部平面説明図の一例である。
【図１７】図１７は、立体造形物の製造装置の要部側面説明図の一例である。
【図１８】図１８は、往復時のノズル位置を変化させて造形材料を吐出して造形層を形成した状態を示す図である。
【図１９】図１９は、立体造形物の製造装置の制御部のブロック説明図である。
【図２０】図２０は、立体造形物の製造装置の機能構成の一例を示す図である。
【図２１】図２１は、立体造形物の製造装置の制御部における立体造形プログラムの処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
（立体造形物の製造装置、及び立体造形物の製造方法）
本発明の立体造形物の製造装置は、往路において造形材料を吐出し、往路の造形層を形成する往路造形層形成手段と、復路において造形材料を吐出し、復路の造形層を形成する復路造形層形成手段と、を有し、前記復路における前記造形材料の総吐出量が、前記往路における前記造形材料の総吐出量よりも多く、必要に応じて、その他の手段を有する。
本発明の立体造形物の製造方法は、往路において造形材料を吐出し、往路の造形層を形成する往路造形層形成工程と、復路において造形材料を吐出し、復路の造形層を形成する復路造形層形成工程と、を含み、前記復路における前記造形材料の総吐出量が、前記往路における前記造形材料の総吐出量よりも多く、必要に応じて、その他の工程を含む。
前記立体造形物の製造方法は、前記立体造形物の製造装置により好適に実施することが
できる。
【０００８】
本発明は、図６、及び図７に示すように、復路における造形材料の総吐出量が往路における造形材料の総吐出量より少ない従来の立体造形物の製造装置では、硬化した往路の造形層の端部の厚みが大きくなると、平坦化部材（例えば、ローラー）と硬化した往路の造形層との間隔（以下、「ローラー削りシロ」と称することがある。）が相対的に狭くなる。また、ローラーが真円ではなく振動や触れ幅がある場合、ローラーと硬化した往路の造形層とが衝突してしまう。その結果、復路の造形材料の表面が波打ったり、ローラーが破損したりしてしまうという問題、また、層状造形物を順次積層して造形した立体造形物の端部のシャープ性が不十分になるという問題があるという知見に基づくものである。
【０００９】
本発明の立体造形物の製造装置、及び立体造形物の製造方法は、図４、及び図５に示すように、復路における造形材料の総吐出量が、往路における造形材料の総吐出量よりも多いことにより、ローラー削りシロを厚く確保することができるため、復路の造形材料の表面の波打や、ローラーの破損を防止することができる。また、層状造形物の端部のシャープ性、及び平坦性を更に向上させ、高精細な立体造形物を製造することができる。
【００１０】
更には、往路と復路で吐出量が異なる場合、往路と復路で未硬化の第１の造形材料（モデル材）と第２の造形材料（サポート材）の混和速度に差があるため、第２の造形材料（サポート材）で形成したサポート部を除去後のモデル部表面に荒れが発生しやすい。更には双方向から印字した場合、造形材料の着弾位置が往復で一致しないため、上下前後で第１の造形材料（モデル材）と第２の造形材料（サポート材）が混和することから、クラックが発生したり、凹凸が生じて、サポート部を除去後のモデル部表面に荒れが生じてしまう。本発明では、同一造形層内で第１の造形材料（モデル材）を吐出し、硬化させた後に、第２の造形材料（サポート材）を吐出し、硬化させる方法とすることでサポート部を除去後のモデル部表面が滑らかである立体造形物を提供することができる。
【００１１】
本発明の立体造形物の製造方法は、図１（Ａ）〜（Ｇ）に示され、往路造形層形成工程と、復路造形層形成工程と、を含む。
往路造形層形成工程では、往路においてノズルなどの吐出手段から粘度が高い液体状の造形材料を吐出すると（図１（Ａ）参照）、吐出された造形材料は、表面張力によって中央部にたわみを有し、端部が丸みを帯びた形状となる（図１（Ｂ）参照）。その後、吐出した往路の造形材料をＵＶ照射ユニットなどの硬化手段で硬化させて、往路の造形層を形成する（図１（Ｃ）参照）。
復路造形層形成工程では、復路において、硬化した往路の造形層上に重なるように粘度が高い液体状の造形材料を往路よりも多くの量でノズルなどの吐出手段から吐出し（図１（Ｄ）及び（Ｅ）参照）、吐出した復路の造形材料の表面に平坦化部材を当接させて復路の造形材料を平坦化させる（図１（Ｆ）参照）。その後、平坦化した復路の造形材料をＵＶ照射ユニットなどの硬化手段で硬化させて、復路の造形層を形成する（図１（Ｇ）参照）。
本発明の立体造形物の製造方法は、図１（Ｅ）の後の段階で、図２、及び図３に示すように、復路の造形材料が硬化する前に、復路の造形材料の表面にローラーなどの平坦化部材を当接させて、余分な復路の造形材料を削り取る。その結果、復路の造形材料の表面を平坦化でき（図１（Ｆ）参照）、更に、図１（Ｆ）においてＸで示すように、復路の造形材料の端部をシャープにすることができる。
また、図１（Ｇ）に示すように、復路の造形材料の表面を平坦化した後に、硬化させて復路の造形層を形成する。このため、本発明の立体造形物の製造方法は、中央部にたわみを有さず、表面が平坦である層状造形物を形成することができ、層状造形物の積層を繰り返すことにより、端部がシャープであり、平坦性に優れた高精細な立体造形物を製造することができる。
【００１２】
本発明においては、往路における造形材料の総吐出量よりも多く、ローラー削りシロを厚く確保できることにより、端部のシャープ性が向上する効果について、図８Ａ〜図８Ｃを用いて説明する。
図８Ａ〜図８Ｃは、往路の造形層上に復路の造形材料を吐出した後の層状造形物の最小厚み（即ち、復路の造形材料の中央部のたわみまでの高さ）に対する、ローラー削りシロ（即ち、ローラーと硬化した往路の造形層との間隔）の割合が、それぞれ０％、１２％、及び３０％の場合に造形した立体造形物の端部の拡大写真を示す。
復路における造形材料の総吐出量が、往路における造形材料の総吐出量と同量であり、ローラー削りシロの割合が０％の場合、製造される立体造形物の端部は、図８Ａ（拡大倍率：１００倍）に示すように、丸みを帯び、シャープ性が不十分なものとなる。
これに対し、復路における造形材料の総吐出量が、往路における造形材料の総吐出量よりも多く、ローラー削りシロの割合が１２％の場合、製造される立体造形物の端部は、図８Ｂ（拡大倍率：１００倍）に示すように、ローラー削りシロの割合が０％の場合（図８Ａ）と比較して、製造される立体造形物の端部のシャープ性が良好となる。
また、復路における造形材料の総吐出量が、往路における造形材料の総吐出量よりも多く、ローラー削りシロの割合が３０％の場合、製造される立体造形物の端部は、図８Ｃ（拡大倍率：１００倍）に示すように、ローラー削りシロの割合が１２％の場合（図８Ｂ）と比較して、製造される立体造形物の端部のシャープ性が更に良好となる。
なお、図８Ａ〜Ｃは、顕微鏡（装置名：ＶＨＸ−５００、株式会社キーエンス製）を用いて、各倍率まで拡大したものである。
【００１３】
また、図８Ａ〜Ｃにおいて、立体造形物の端部に仮想円を重ね、端部と重なった仮想円の半径（ｍｍ）を求めた。同様にして、ローラー削りシロの割合が１０．０％以上４５．０％の場合において、仮想円の半径（ｍｍ）を求めた。Ｚ方向の間隔を一定（２２．５μｍ）にした際の、ローラー削りシロの割合に対する、立体造形物の端部と重なった仮想円の半径（ｍｍ）を図９に示す。
なお、図９において、仮想円の半径（ｍｍ）が小さいほどシャープ性が高く、仮想円の半径（ｍｍ）が大きいほど端部が丸みを帯びていることを表す。また、図９において、Ｘ、Ｙ、及びＺは、立体造形物の方向を表す。
図９から分かるように、ローラー削りシロの割合が大きくなるほど、立体造形物の端部と重なった仮想円の半径（ｍｍ）が小さくなる傾向がある。したがって、復路における造形材料の総吐出量が、往路における造形材料の総吐出量よりも多く、ローラー削りシロの割合が大きくなるほど、製造される立体造形物の端部のシャープ性が向上することがわかる。
【００１４】
＜実験＞
下記組成の第１の造形材料（モデル材）及び第２の造形材料（サポート材）を用い、三次元プリンターを用いて、表１に示す造形条件に基づき、２０ｍｍ×２０ｍｍ×２０ｍｍの立方体でＸＺ面がモデル材とサポート材で接触するＮｏ．１〜Ｎｏ．５の立体造形物を造形した。
【００１５】
−第１の造形材料−
イソボニルアクリレート（東京化成工業株式会社製）６０質量％、トリシクロデカンメタノールジアクリレート（ダイセル・オルネルク社製）２３質量％、ＵＢ−６６００（日本合成化学工業株式会社製）１０質量％、ＩＲＵＧＡＣＵＲＥ  ＴＰＯ（ＢＡＳＦ社製）３質量％、及びＩＲＵＧＡＣＵＲＥ  １８４（ＢＡＳＦ社製）４質量％を、ビーカーで３０分間撹拌して、第１の造形材料を調製した。
【００１６】
−第２の造形材料−
アクリロイルモルホリン（ＫＪケミカルズ株式会社製）４０．０ｇ、１，５−ペンタンジオール（東京化成工業株式会社製）１０．０ｇ、ポリプロピレングリコール１（商品名：アクトコールＤ−１０００、三井化学ＳＫＣポリウレタン株式会社製、数平均分子量：１，０００）５０．０ｇ、及びビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルフォスフィンオキシド（商品名：イルガキュア８１９、ＢＡＳＦ社製）２．０ｇを添加し、撹拌混合して、第２の造形材料を調製した。
【００１７】
次に、得られた立体造形物について、以下のようにして、立体造形物のサポート部除去後のモデル部表面の表面粗さＲｚ、及びクラックの発生を評価した。結果を表１に示した。
【００１８】
−表面粗さＲｚ−
表面粗さＲｚはＶＫ−Ｘ１５０（キーエンス社製）を用いて、モデル材とサポート材の界面の１ｍｍ×１ｍｍの範囲で評価した。
【００１９】
−クラックの発生−
クラックの発生の有無を目視観察した。
【００２０】
【表１】
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表１の結果から、Ｎｏ．２に示すように、第１の造形材料（モデル材）と第２の造形材料（サポート材）を同時に往復で吐出し、硬化させた場合、Ｎｏ．１及びＮｏ．３に比べて、クラックが発生し、表面粗さＲｚが大きいことがわかった。
一方、Ｎｏ．４、５に示すように、第１の造形材料を吐出し、硬化させた後に、第２の造形材料を吐出し、硬化させた場合、クッラクの発生はなく、表面粗さＲｚが小さく、サポート部除去後の滑らかなモデル部表面が得られることがわかった。
【００２１】
＜往路造形層形成手段、及び往路造形層形成工程＞
往路造形層形成手段は、往路において造形材料を吐出し、往路の造形層を形成する手段である。なお、往路造形層形成手段は、吐出した造形材料を硬化させて往路の造形層を形成してもよい。
往路造形層形成工程は、往路において造形材料を吐出し、往路の造形層を形成する工程である。なお、往路造形層形成工程は、吐出した造形材料を硬化させて往路の造形層を形成してもよい。
造形材料の吐出は、造形材料吐出部材を用いて行われることが好ましい。
造形材料の硬化は、造形材料硬化部材を用いて行われることが好ましい。
【００２２】
＜＜造形材料吐出部材＞＞
造形材料吐出部材は、往路において造形材料を吐出する部材である。
造形材料吐出部材としては、往路において造形材料を吐出するものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ヘッドなど、公知のものを用いることができる。
ヘッドとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、圧電素子（ピエゾ素子）型ヘッド、熱膨張（サーマル）型ヘッドなどが挙げられる。これらの中でも、圧電素子（ピエゾ素子）型ヘッドが好ましい。
【００２３】
＜＜往路の造形材料＞＞
往路造形層を形成する往路の造形材料としては、特に制限はなく、立体造形物を造形する本体を構成する上で求められる性能に基づいて、適宜選択することができる。
造形材料としては、例えば、モデル材、サポート材などが挙げられる。
【００２４】
往路の造形材料は、光や熱等のエネルギーを付与することにより硬化する液体であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、単官能モノマー、多官能モノマー等の重合性モノマー、オリゴマーを含むことが好ましく、更に必要に応じてその他の成分を含む。好ましくは造形材料ジェット用プリンター等に用いられる造形材料吐出ヘッドで吐出できる粘度や表面張力等の液物性を有する。
【００２５】
−重合性モノマー−
重合性モノマーとしては、例えば、単官能モノマー、多官能モノマーなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００２６】
−−単官能モノマー−−
単官能モノマーとしては、例えば、アクリルアミド、Ｎ−置換アクリルアミド誘導体、Ｎ，Ｎ−ジ置換アクリルアミド誘導体、Ｎ−置換メタクリルアミド誘導体、Ｎ，Ｎ−ジ置換メタクリルアミド誘導体、アクリル酸などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、ヒドロキシエチルアクリルアミド、イソボルニル（メタ）アクリレートが好ましい。
【００２７】
単官能モノマーとしては、重合させることにより、有機ポリマーを得ることができる。
【００２８】
単官能モノマーの含有量としては、造形材料全量に対して、０．５質量％以上９０質量％以下が好ましい。
【００２９】
上記以外の単官能モノマーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、３−メトキシブチル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、２−フェノキシエチル（メタ）アクリレート、イソデシル（メタ）アクリレート、イソオクチル（メタ）アクリレート、トリデシル（メタ）アクリレート、カプロラクトン（メタ）アクリレート、エトキシ化ノニルフェノール（メタ）アクリレートなどが挙げられる。
【００３０】
−−多官能モノマー−−
多官能モノマーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、二官能モノマー、三官能以上のモノマーなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００３１】
二官能モノマーとしては、例えば、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールヒドロキシピバリン酸エステルジ（メタ）アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジ（メタ）アクリレート、１，３−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、１，９−ノナンジオールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジ（メタ）アクリレート、プロポキシ化オペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、エトキシ変性ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール２００ジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール４００ジ（メタ）アクリレートなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００３２】
三官能以上のモノマーとしては、例えば、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、トリアリルイソシアヌレート、ε−カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ε−カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、（メタ）アクリレート、ε−カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ε−カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリ（メタ）アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート，プロポキシ化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート，プロポキシ化グリセリルトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヒドロキシペンタ（メタ）アクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ペンタ（メタ）アクリレートエステルなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００３３】
−オリゴマー−
オリゴマーとしては、上記モノマーの低重合体や末端に反応性不飽和結合基を有するものを１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００３４】
−その他の成分−
その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、界面活性剤、重合禁止剤、重合開始剤、着色剤、粘度調整剤、接着性付与剤、酸化防止剤、老化防止剤、架橋促進剤、紫外線吸収剤、可塑剤、防腐剤、分散剤などが挙げられる。
【００３５】
−−界面活性剤−−
界面活性剤としては、例えば、分子量２００以上かつ５，０００以下、具体的には、ＰＥＧ型非イオン界面活性剤［ノニルフェノールのエチレンオキサイド（以下、「ＥＯ」と略記）１〜４０モル付加物、ステアリン酸ＥＯ１〜４０モル付加物等］、多価アルコール型非イオン界面活性剤（ソルビタンパルミチン酸モノエステル、ソルビタンステアリン酸モノエステル、ソルビタンステアリン酸トリエステル等）、フッ素含有界面活性剤（パーフルオロアルキルＥＯ１〜５０モル付加物、パーフルオロアルキルカルボン酸塩、パーフルオロアルキルベタイン等）、変性シリコーンオイル［ポリエーテル変性シリコーンオイル、（メタ）アクリレート変性シリコーンオイル等］などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
界面活性剤の含有量は、造形材料全量に対して、３質量％以下が好ましく、含有効果及び光硬化物の物性の観点から、０．１質量％以上５質量％以下がより好ましい。
【００３６】
−−重合禁止剤−−
重合禁止剤としては、例えば、フェノール化合物［ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル、２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、２，２−メチレン−ビス−（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、１，１，３−トリス−（２−メチル−４−ヒドロキシ−５−ｔ−ブチルフェニル）ブタン等］、硫黄化合物［ジラウリルチオジプロピオネート等］、リン化合物［トリフェニルフォスファイト等］、アミン化合物［フェノチアジン等］などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
重合禁止剤の含有量は、造形材料全量に対して、５質量％以下が好ましく、モノマーの安定性及び重合速度の観点から、０．１質量％以上５質量％以下がより好ましい。
【００３７】
−−重合開始剤−−
重合開始剤としては、例えば、熱重合開始剤、光重合開始剤などが挙げられる。これらの中でも、保存安定性の点から、光重合開始剤が好ましい。
光重合開始剤としては、光（特に波長２２０ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線）の照射によりラジカルを生成する任意の物質を用いることができる。
光重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン、２、２−ジエトキシアセトフェノン、ｐ−ジメチルアミノアセトフェノン、ベンゾフェノン、２−クロロベンゾフェノン、ｐ，ｐ’−ジクロロベンゾフェノン、ｐ，ｐ−ビスジエチルアミノベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾイン−ｎ−プロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾイン−ｎ−ブチルエーテル、ベンジルメチルケタール、チオキサントン、２−クロロチオキサントン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−１−オン、１−（４−イソプロピルフェニル）２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、メチルベンゾイルフォーメート、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルペルオキシド、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシドなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００３８】
熱重合開始剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アゾ系開始剤、過酸化物開始剤、過硫酸塩開始剤、レドックス（酸化還元）開始剤などが挙げられる。
【００３９】
アゾ系開始剤としては、例えば、ＶＡ−０４４、ＶＡ−４６Ｂ、Ｖ−５０、ＶＡ−０５７、ＶＡ−０６１、ＶＡ−０６７、ＶＡ−０８６、２，２’−アゾビス（４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル）（ＶＡＺＯ  ３３）、２，２’−アゾビス（２−アミジノプロパン）二塩酸塩（ＶＡＺＯ  ５０）、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）（ＶＡＺＯ  ５２）、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）（ＶＡＺＯ  ６４）、２，２’−アゾビス−２−メチルブチロニトリル（ＶＡＺＯ  ６７）、１，１−アゾビス（１−シクロヘキサンカルボニトリル）（ＶＡＺＯ  ８８）（以上、ＤｕＰｏｎｔ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製）、２，２’−アゾビス（２−シクロプロピルプロピオニトリル）、２，２’−アゾビス（メチルイソブチレ−ト）（Ｖ−６０１）（以上、和光純薬工業株式会社製）などが挙げられる。
【００４０】
過酸化物開始剤としては、例えば、過酸化ベンゾイル、過酸化アセチル、過酸化ラウロイル、過酸化デカノイル、ジセチルパーオキシジカーボネート、ジ（４−ｔ−ブチルシクロヘキシル）パーオキシジカーボネート（商品名：Ｐｅｒｋａｄｏｘ  １６Ｓ、Ａｋｚｏ  Ｎｏｂｅｌ社製）、ジ（２−エチルヘキシル）パーオキシジカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシピバレート（商品名：Ｌｕｐｅｒｓｏｌ  １１、Ｅｌｆ  Ａｔｏｃｈｅｍ社製）、ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート（商品名：Ｔｒｉｇｏｎｏｘ  ２１−Ｃ５０、Ａｋｚｏ  Ｎｏｂｅｌ社製）、過酸化ジクミルなどが挙げられる。
【００４１】
過硫酸塩開始剤としては、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウムなどが挙げられる。
【００４２】
レドックス（酸化還元）開始剤としては、例えば、過硫酸塩開始剤とメタ亜硫酸水素ナトリウム及び亜硫酸水素ナトリウムのような還元剤との組合せ、有機過酸化物と第３級アミンとに基づく系（例えば、過酸化ベンゾイルとジメチルアニリンとに基づく系）、有機ヒドロパーオキシドと遷移金属とに基づく系（例えば、クメンヒドロパーオキシドとコバルトナフテートとに基づく系）などが挙げられる。
【００４３】
重合開始剤の含有量としては、造形材料全量に対して、１０質量％以下が好ましく、５質量％以下がより好ましい。
【００４４】
−着色剤−
着色剤としては、造形材料中に溶解又は安定に分散し、更に熱安定性に優れた染料及び顔料が適している。これらの中でも、溶解性染料（Ｓｏｌｖｅｎｔ  Ｄｙｅ）が好ましい。また色の調整等で２種類以上の着色剤を適時混合することが可能である。
【００４５】
＜＜造形材料硬化部材＞＞
造形材料硬化部材は、吐出した往路の造形材料を硬化させて往路の造形層を形成する部材である。
造形材料硬化部材としては、吐出した往路の造形材料を硬化させて往路の造形層を形成するものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、紫外線照射装置などが挙げられる。
【００４６】
−紫外線照射装置−
紫外線（ＵＶ）照射装置としては、例えば、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドなどが挙げられる。
高圧水銀灯は点光源であるが、光学系と組み合わせて光利用効率を高くしたＤｅｅｐＵＶタイプは、短波長領域の照射が可能である。
メタルハライドは、波長領域が広いため着色物に有効であり、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｆｅなどの金属のハロゲン化物が用いられ、重合開始剤の吸収スペクトルに合わせて選択できる。硬化に用いられるランプとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＦｕｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍ社製のＨランプ、Ｄランプ、又はＶランプ等のような市販されているものも使用することができる。
【００４７】
立体造形物の製造装置としては、ヒーターレスであることが好ましく、常温にて造形可能であることが好ましい。
【００４８】
＜復路造形層形成手段、及び復路造形層形成工程＞
復路造形層形成手段は、造形材料を吐出し、造形層を形成する手段である。なお、復路造形層形成手段は、吐出した前記復路の造形材料の表面に平坦化部材を当接させて復路の造形材料を平坦化した後、復路の造形材料を硬化させて復路の造形層を形成してもよい。
復路造形層形成工程は、造形材料を吐出し、造形層を形成する工程である。なお、復路造形層形成工程は、吐出した前記復路の造形材料の表面に平坦化部材を当接させて復路の造形材料を平坦化した後、復路の造形材料を硬化させて復路の造形層を形成してもよい。
造形材料の吐出は、造形材料吐出部材を用いて行われることが好ましい。
造形材料の硬化は、造形材料硬化部材を用いて行われることが好ましい。
【００４９】
＜＜造形材料吐出部材＞＞
造形材料吐出部材は、復路において造形材料を吐出する部材である。
造形材料吐出部材としては、復路において造形材料を吐出するものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、往路における造形材料吐出部材と同様のものを用いることができる。
復路における造形材料吐出部材は、往路における造形材料吐出部材と同一のものを用いてもよいし、異なるものを用いてもよい。
復路における造形材料吐出部材は、例えば、往路における造形材料吐出部材を双方向に移動可能な構成にすることにより、往路における造形材料吐出部材と同一のものを用いることができる。また、例えば、造形材料吐出部材の位置を固定し、立体造形物を載せるステージを双方向に移動可能な構成にすることにより、復路における造形材料吐出部材と、往路における造形材料吐出部材とを、同一のものすることができる。
【００５０】
復路の造形材料は、復路において硬化した往路の造形層上に重なるように吐出されることが好ましいが、復路の造形材料が往路の造形層上に重ならない領域を含んでいてもよく、復路の造形材料と往路の造形層との重なりに、ずれが生じていてもよい。
例えば、図１（Ｃ）において、硬化した往路の造形層を形成した後、図１（Ｄ）において、往路の造形材料の位置からＹ方向（副走査方向）に８０μｍ程度ずらした後、復路の造形材料を重ねることなどが挙げられる。
【００５１】
復路における造形材料の総吐出量は、往路における造形材料の総吐出量よりも多い。
復路における造形材料の総吐出量としては、往路における造形材料の総吐出量の１．２倍以上３倍以下が好ましい。
復路における造形材料の総吐出量が、往路における造形材料の総吐出量よりも多くなるように調整する方法としては、例えば、復路の造形材料の液滴を往路の造形材料の液滴よりも大きくする方法が挙げられる。
復路の造形材料の液滴を往路の造形材料の液滴よりも大きくする方法としては、例えば、復路の造形材料の液滴のパルス電圧を往路の造形材料の液滴のパルス電圧以上にして、復路の造形材料の液滴を大きくする方法、着弾前の復路の造形材料の液滴のパルス数を着弾前の往路の造形材料の液滴のパルス数以上にして、吐出した複数の造形材料の液滴を飛翔中に合体させて復路の造形材料の液滴を大きくする方法などが挙げられる。
【００５２】
復路の造形材料の液滴のパルス電圧を往路の造形材料の液滴のパルス電圧以上にして、復路の造形材料の液滴を大きくする方法について、図１０を参照して説明する。
なお、ここでは、圧電素子を圧力発生手段に使用する液体吐出ヘッドの例で説明する。
【００５３】
往路の駆動パルスＰ１をヘッド１１の圧電素子に与えることにより（図１０（ａ）参照）、ノズルから往路の造形材料の液滴Ｄ１が吐出される（図１０（ｂ）参照）。その後、復路の駆動パルスＰ２をヘッド１１の圧電素子に与えることにより（図１０（ａ）参照）、ノズルから復路の造形材料の液滴Ｄ２が吐出される（図１０（ｂ）参照）。
また、図１０（ａ）に示すように、往路の駆動パルスＰ１は、中間電位Ｖｅから所定の立下り電位まで立下がる波形要素ａ、立下り電位を保持する波形要素ｂ、及び立下り電位から中間電位Ｖｅまで立ち上げる波形要素ｃで構成される。波形要素ａ〜ｃを与えることにより、ノズルから液滴が吐出される。
復路の駆動パルスＰ２についても、往路の駆動パルスＰ１と同様である。
【００５４】
ここで、図１１に示すように、パルス電圧が高くなるほど、造形材料の液滴の容積（単位：ｐＬ）も大きくなる傾向がある。
また、図１２は、図１１において縦軸を膜厚にした場合のパルス電圧との関係を示し、パルス電圧が高いほど膜厚が高くなる傾向がある。なお、波形は復路に相当する。
また、図１３は、復路の吐出量と膜厚との関係を示し、膜厚は復路の吐出量に比例する。図１３の結果から、往路の狙いの吐出量は２５ｐＬ、膜厚は１４μｍ程度になる。
したがって、図１０（ａ）に示すように、復路の駆動パルスＰ２の立下り電位を往路の駆動パルスＰ１の立下り電位以上にする、即ち、復路の造形材料の液滴のパルス電圧を往路の造形材料の液滴のパルス電圧以上にすることにより、復路の駆動パルスＰ２による液滴Ｄ２は、往路の駆動パルスＰ１による液滴Ｄ１よりも容積が大きい液滴を形成することができる（図１０（ｂ）参照）。
【００５５】
着弾前の復路の造形材料の液滴のパルス数を着弾前の往路の造形材料の液滴のパルス数以上にして、吐出した複数の造形材料の液滴を飛翔中に合体させて復路の造形材料の液滴を大きくする方法について、図１４を参照して説明する。
なお、ここでは、圧電素子を圧力発生手段に使用する液体吐出ヘッドの例で説明する。
【００５６】
図１４は、往路の造形材料が１滴で形成され、復路の造形材料は２滴を合体した液滴で形成されるときの説明に供する説明図である。
往路の駆動パルスＰ１をヘッド１１の圧電素子に与えることにより（図１４（ａ）参照）、ノズルから往路の造形材料の液滴Ｄ１が吐出される（図１４（ｂ）参照）。その後、復路の駆動パルスＰ２をヘッド１１の圧電素子に与えることにより（図１４（ａ）参照）、ノズルから復路の造形材料の２つの液滴Ｄ２、及びＤ３が順次吐出される（図１４（ｂ）参照）。
【００５７】
ここで、図１４（ａ）に示すように、復路の駆動パルスＰ３の立下り電位を復路の駆動パルスＰ２の立下り電位をよりも大きくする、即ち、復路の造形材料の液滴Ｄ３のパルス電圧を復路の造形材料の液滴Ｄ２のパルス電圧よりも大きくすることにより、立ち上げ時定数が同じ場合、復路の駆動パルスＰ３による液滴Ｄ３の速度Ｖｊ３が、復路の駆動パルスＰ２による液滴Ｄ２の速度Ｖｊ２よりも速くなる（図１０（ｂ）参照）。
したがって、飛翔中に液滴Ｄ３が液滴Ｄ２に追いついて合体し、復路の造形材料Ｄ２＋Ｄ３として、往路の造形材料の液滴Ｄ１よりも容積が大きい、１つの液滴を形成することができる（図１４（ｂ）参照）。
【００５８】
本発明においては、往路において造形材料を吐出するノズルと、復路において造形材料を吐出するノズルが同じである（共通の１つのノズルを用いる）ことが、往路と復路の着弾位置を正確にする点から好ましい。
高精細な造形や正確な寸法の造形を行う観点からインク滴の着弾位置を正確にコントロールすることが重要である。しかし、Ｘ−Ｙ座標の位置精度を正確に制御したとしてもノズル位置は幾何学的な公差の範囲でバラツキがあり、このバラツキはＸ−Ｙ座標の位置精度を正確にしてもキャンセルできない。しかし、同じノズルを使えば、ノズル位置は同じであるため幾何学的な公差が事実上なくなるため、着弾位置を正確にするため好ましい構成となるのである。
【００５９】
ここでは、立体造形物を積層するときの第１の造形材料（例えば、モデル材）、第２の造形材料（例えば、サポート材）を吐出し、硬化する順序について説明する。
本発明において、往路と復路では吐出量が異なるため、第１の造形材料と第２の造形材料とを交互、即ち、往路で第１の造形材料、復路で第２の造形材料を吐出した場合、２つの硬化物の高さが一致せず、目的とする立体造形物が得られない。したがって、１つ目の往路で第１の造形材料、１つ目の復路で第１の造形材料を吐出し、２つ目の往路で第２の造形材料、２つ目の復路で第２の造形材料を吐出することにより、同じ高さの造形層を形成できる。
【００６０】
第１の造形材料を硬化させた後に、第２の造形材料を硬化させる方法としては、それぞれの造形材料を硬化させる造形層を分けることもできる。
つまり、ｎ層目において第１の造形材料をｍ回往復し、吐出し、硬化させた後、ｎ＋ｍ層目の第１の造形材料を吐出し、硬化させると同時に、ｎ層目に第２の造形材料を吐出し、硬化させることで、サポート部を除去後のモデル部表面が滑らかな立体造形物を得ることができる。ただし、ｎは自然数、ｍは正負の整数を意味する。ｍは２が好ましい。ｍ＝１の場合は表面粗さＲｚが高い、ｍ≧３の場合は表面粗さＲｚに変化がなく、生産性の低下から好ましくない。
【００６１】
＜＜復路の造形材料＞＞
復路の造形材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、往路の造形材料と同様のものを用いることができる。
【００６２】
復路の造形材料の粘度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、吐出された後から平坦化部材により平坦化され、硬化されるまでの間、吐出された形状を維持する必要があることから、２５℃にて１００ｍＰａ・ｓ以下が好ましく、２５℃にて、３ｍＰａ・ｓ以上２０ｍＰａ・ｓ以下がより好ましく、６ｍＰａ・ｓ以上１２ｍＰａ・ｓ以下が特に好ましい。
なお、粘度は、例えば、回転粘度計（ＶＩＳＣＯＭＡＴＥ  ＶＭ−１５０ＩＩＩ、東機産業株式会社製）を用いて２５℃の環境下にて測定することができる。
【００６３】
復路の造形材料の表面張力としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、造形材料の表面を平坦化する点から、２０ｍＮ／ｍ以上４５ｍＮ／ｍ以下が好ましく、２５ｍＮ／ｍ以上３４ｍＮ／ｍ以下がより好ましい。
なお、表面張力は、例えば、表面張力計（自動接触角計ＤＭ−７０１、協和界面科学株式会社製）などを用いて測定することができる。
【００６４】
＜＜平坦化部材＞＞
平坦化部材は、吐出した復路の造形材料の表面に当接させることにより、復路の造形材料を平坦化する部材である。
平坦化部材としては、吐出した復路の造形材料の表面に当接させることにより、復路の造形材料を平坦化するものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ローラー、ブレードなどが挙げられる。
【００６５】
立体造形物の製造装置では、復路における造形材料の総吐出量は、往路における造形材料の総吐出量よりも多い。したがって、復路の造形材料の厚みは、往路の造形層の厚みよりも厚く形成される。
図２に示すように、立体造形物の製造装置において、往路の造形層の厚みよりも厚い復路の造形材料の端部に、平坦化部材として、回転するローラーを横方向から当接させる。これにより、丸みを帯びた形状の端部を含む、余分な復路の造形材料を削り取り、復路の造形材料の表面を平坦化し、復路の造形材料の端部をシャープにすることができる。
【００６６】
復路の造形材料の端部の壁面と、立体造形物を支持する支持体とのなす角度（図２のθ）としては、８０度以上１００度以下が好ましく、９０度（垂直）に近い角度がより好ましい。角度が、８０度以上１００度以下であると、復路の造形材料に平坦化部材が横方向から当接した際に、余分な復路の造形材料の端部を削り取り、復路の造形材料の表面を平坦化することができる。
【００６７】
本発明の立体造形物の製造装置は、復路の造形材料の厚みが往路の造形層の厚みよりも厚く形成されることにより、ローラー削りシロ（ローラーと硬化した往路の造形層との間隔）を多く確保することができる。
往路の造形層上に復路の造形材料を吐出した後の層状造形物の最小厚み（即ち、復路の造形材料の中央部のたわみまでの高さ）に対する、ローラー削りシロの割合としては、１０％以上が好ましい。層状造形物の最小厚みに対するローラー削りシロの割合が、１０％以上であると、ローラーと硬化した往路の造形層との衝突を防ぐことができ、更に、復路の造形材料の表面が波打ったり、ローラーが破損したりしてしまうことを防止することができる。
ローラー削りシロの厚みとしては、３μｍ以上が好ましく、５μｍ以上がより好ましい。
【００６８】
図３に示すように、削り取られた復路の造形材料は、ローラーの回転に伴い、ローラー上を搬送され、回収部材により回収される。
回収部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ブレードなどが挙げられる。
【００６９】
平坦化部材としてのローラーの形状としては、復路の造形材料を削り取ることができるものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、円状、真円などが挙げられる。
平坦化部材は、振動や触れ幅を有することがあり、図４〜図７に示すように、重力方向におけるずれが生じることがある。
往路と復路とにおける、平坦化部材の重力方向のずれとしては、１０μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好ましい。
【００７０】
＜＜造形材料硬化部材＞＞
造形材料硬化部材は、平坦化した復路の造形材料を硬化させて復路の造形層を形成する部材である。
造形材料硬化部材としては、平坦化した復路の造形材料を硬化させて復路の造形層を形成するものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、往路における造形材料硬化部材と同様のものを用いることができる。
復路における造形材料硬化部材は、往路における造形材料硬化部材と同一のものを用いてもよいし、異なるものを用いてもよい。
【００７１】
立体造形物の製造方法は、往路造形層形成工程と、復路造形層形成工程と、を複数回繰り返すことにより、立体造形物を製造することができる。
【００７２】
平坦化部材としては、層状造形物ごとに当接することが好ましい。これにより、層状造形物ごとに、端部をシャープにし、平坦性を向上させることができる。
層状造形物としては、往路及び復路の２パスで形成されることが好ましい。
層状造形物の積層を繰り返すことにより、端部がシャープであり、平坦性に優れた高精細な立体造形物を製造することができる。
【００７３】
以下、本発明の立体造形物の製造装置の一例の概要について説明する。図１５は、同装置の要部正面説明図、図１６は同装置の平面説明図、図１７は同装置の側面説明図を表す。
【００７４】
立体造形物の製造装置（以下、「立体造形装置」とも称することがある。）１０は、材料噴射造形装置であり、層状造形物である造形層３０が積層されて立体造形物が造形される造形ステージであるステージ１４と、ステージ１４上に造形層３０を順次積層しながら造形する造形ユニット２０とを備えている。
【００７５】
造形ユニット２０は、ユニットホルダ２１に、造形材料を吐出する吐出手段である第１ヘッド１１と、活性エネルギー線としての紫外線を照射するＵＶ照射ユニット１３と、造形層３０を平坦化する平坦化手段である平坦化ローラー１６を備えている。なお、立体造形物を造形するモデル材としての造形材料だけでなく、立体造形物の造形を支持するサポート材を吐出させるための第２ヘッド１２を備えることができる。
【００７６】
ここでは、Ｘ方向において、第１ヘッド１１を挟んで２つの第２ヘッド１２を配置し、２つの第２ヘッド１２の外側にそれぞれＵＶ照射ユニット１３を配置し、更に、ＵＶ照射ユニット１３の外側にそれぞれ平坦化部材として、平坦化ローラー１６を配置している。
【００７７】
第１ヘッド１１には、カートリッジ装着部５６に交換可能に装着されるカートリッジ６０によって造形材料が供給チューブなどを介して供給される。なお、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローなどのカラーの造形材料を使用する場合には、第１ヘッド１１に各色の液滴を吐出する複数のノズル列を配置することができる。
【００７８】
ＵＶ照射ユニット１３は、第１ヘッド１１から吐出された造形材料を硬化する。また、ＵＶ照射ユニット１３は、サポート材を含む場合は、第２ヘッド１２から吐出されたサポート材からなる造形層３０を硬化する。
紫外線照射ランプを使用する場合、紫外線照射により発生するオゾンを除去する機構を備えることが好ましい。
紫外線照射ランプの種類としては、例えば、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドなどが挙げられる。超高圧水銀灯は点光源であるが、光学系と組み合わせて光利用効率を高くした紫外線照射ランプは、短波長領域の照射が可能である。メタルハライドは、波長領域が広いため着色物の硬化に効果的である。Ｐｂ、Ｓｎ、Ｆｅなどの金属のハロゲン化物が用いられ、光重合開始剤の吸収スペクトルに合わせて選択できる。
【００７９】
平坦化ローラー１６は、回転されながら、ステージ１４との相対移動により、ステージ１４上で硬化された造形層３０の表面を平坦化する。
なお、「ステージ１４上」とは、特に限定しない限り、ステージ１４及びステージ１４上で積層させる造形層３０上を含むことを意味する。
【００８０】
造形ユニット２０のユニットホルダ２１は、Ｘ方向に配置されたガイド部材５４、５５に移動可能に保持されている。
また、造形ユニット２０のＸ方向の一方側には、第１ヘッド１１の維持回復を行うメンテナンス機構６１が配置されている。
【００８１】
また、造形ユニット２０のユニットホルダ２１を保持しているガイド部材５４及び５５は、両側の側板７０、７０に保持されている。側板７０、７０はベース部材７上に配置されたガイド部材７１に移動可能に保持されたスライダ部７２を有し、造形ユニット２０はＸ方向と直交するＹ方向に往復移動可能である。
ステージ１４は、昇降手段１５によってＺ方向に昇降される。昇降手段１５は、ベース部材７上にＸ方向に配置されたガイド部材７５、７６上に移動可能に配置される。
【００８２】
次に、この立体造形装置１０による造形動作の概要について、図１５を参照して説明する。
まず、造形ユニット２０をＹ方向に移動させてステージ１４上に位置させる。次に、ステージ１４を停止している造形ユニット２０に対して移動させながら、第１ヘッド１１から造形材料３０１を造形領域（立体造形物を構成する領域）に吐出させる。サポート材を用いる場合は、第２ヘッド１２からサポート材３０２を造形領域以外のサポート領域（造形後除去する領域）に吐出させる。
【００８３】
次に、ＵＶ照射ユニット１３によって、造形材料３０１及びサポート材３０２上に紫外線を照射して硬化させ、造形材料による造形物１７とサポート材による造形物１８を含む１層分の造形層３０が形成する。
【００８４】
この造形層３０を繰り返し造形して順次積層し、モデル材３０１をサポート材３０２で支持しながらモデル材３０１からなる目的とする立体造形物を造形する。例えば、図１５の例では、造形層３０Ａ〜３０Ｅの５層を積層した状態を示している。
【００８５】
ここで、造形層３０を複数層（固定値である必要はない。）積層する毎に、例えば１０層積層する毎に、平坦化ローラー１６を最表面の造形層３０に押し付けて平坦化することにより、造形層３０の厚み精度や平坦性を確保する。
平坦化手段として、平坦化ローラー１６のようなローラー形状の部材を使用する場合、Ｘ方向における移動方向に対して、平坦化ローラー１６を逆転させる方向で回転させることにより、平坦化の効果を向上させることができる。
【００８６】
また、造形ユニット２０と最表面の造形層３０とのギャップを一定に保つために、ここでは、１層の造形層３０を形成する毎にステージ１４を昇降手段１５によって下降させている。なお、造形ユニット２０を昇降させる構成でもよい。
【００８７】
立体造形装置は、モデル材３０１やサポート材３０２の回収部材、リサイクル機構などを備えてもよい。また、第１ヘッド１１、第２ヘッド１２の不吐出ノズルを検知する吐出状態検出手段を備えてもよい。更に、造形時の装置内の環境温度を制御してもよい。
【００８８】
図１８は、往復時のノズル位置を変化させて造形材料を吐出して造形層を形成した状態を示す図である。
復路はヘッドを往路の位置からインターレースとなるようにＹ座標を１ｍｍ動かす。そして、復路は往路とオーバラップするノズルを使用して吐出を行う。
復路でＹ方向の移動を全く行わず、同一座標に吐出してもよい。そして、次のブロックにヘッドが移動し吐出を行う。
更に、次のレイヤーのスタート位置は、現在のレイヤーに対し、Ｙ座標を１ｍｍシフト位置から吐出を開始する。レイヤーごとに１ｍｍシフトさせていく動きを４回行ったら、５レイヤー前を同じＹ座標に戻る。つまり、５レイヤーごとに開始位置が繰り返される。
往路と復路で１ｍｍ、及びレイヤーごとの１ｍｍの移動を行う理由は、ノズル抜けに対する余裕度を向上させるためである。
【００８９】
（立体造形プログラム）
本発明の立体造形プログラムは、往路において造形材料を吐出し、往路の造形層を形成し、復路において造形材料を吐出し、復路の造形層を形成し、前記復路における前記造形材料の総吐出量が、前記往路における前記造形材料の総吐出量よりも多くする処理をコンピュータに実行させる。
【００９０】
復路における造形材料の総吐出量を、往路における造形材料の総吐出量よりも多くする処理としては、（１）復路の造形材料の液滴のパルス電圧が、往路の造形材料の液滴のパルス電圧以上であり、復路の造形材料の液滴を大きくすることにより、復路の造形材料の総吐出量が多くなるように調整する方法、（２）着弾前の復路の造形材料の液滴のパルス数が、着弾前の往路の造形材料の液滴のパルス数以上であり、吐出した複数の造形材料の液滴を飛翔中に合体させて、復路の造形材料の総吐出量が多くなるように調整する方法、などが挙げられる。
【００９１】
本発明の立体造形プログラムによる処理は、立体造形物の製造装置を構成する制御部を有するコンピュータを用いて実行することができる。
【００９２】
制御部の概要について、図１９を参照して説明する。図１９は制御部のブロック説明図である。
【００９３】
制御部５００は、この装置全体の制御を司るＣＰＵ５０１と、ＣＰＵ５０１に本発明に係わる制御を含む立体造形動作の制御を実行させるためのプログラムを含む立体造形プログラム、その他の固定データを格納するＲＯＭ５０２と、造形データ等を一時格納するＲＡＭ５０３とを含む主制御部５００Ａを備えている。
また、制御部５００は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）５０４を備えている。また、制御部５００は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他の装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ５０５を備えている。
更に、制御部５００は、外部の造形データ作成装置６００から造形データを受信するときに使用するデータ及び信号の送受を行うためのＩ／Ｆ５０６を備えている。
なお、造形データ作成装置６００は、最終形態の造形物（立体造形物）を造形層ごとにスライスしたスライスデータである造形データ（断面データ）を作成する装置であり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置で構成されている。
【００９４】
制御部５００は、各種センサの検知信号を取り込むためのＩ／Ｏ５０７を備える。
また、制御部５００は、造形ユニット２０の第１ヘッド１１を駆動制御するヘッド駆動制御部５０８と、第２ヘッド１２を駆動制御するヘッド駆動制御部５０９を備えている。
更に、制御部５００は、造形ユニット２０をＸ方向に移動させるユニットＸ方向移動機構５５０を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１０と、造形ユニット２０をＹ方向（副走査方向）に移動させるＹ方向走査機構５５２を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１１を備える。
【００９５】
制御部５００は、ステージ１４を昇降手段１５とともにＸ方向に移動させるステージＸ方向走査機構５５３を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１３と、ステージ１４をＺ方向に昇降させる昇降手段１５を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１４を備える。なお、Ｚ方向への昇降は、前述したように造形ユニット２０を昇降させる構成とすることもできる。
【００９６】
制御部５００は、平坦化ローラー１６を回転駆動するモータ２６を駆動するモータ駆動部５１６、第１ヘッド１１、第２ヘッド１２のメンテナンス機構６１を駆動するメンテナンス駆動部５１８を備える。
【００９７】
制御部５００は、ＵＶ照射ユニット１３による紫外線照射を制御する硬化制御部５１９を備える。
制御部５００のＩ／Ｏ５０７には、装置の環境条件としての温度及び湿度を検出する温湿度センサ５６０などの検知信号やその他のセンサ類の検知信号が入力される。
制御部５００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル５２２が接続されている。
制御部５００は、上述したように、造形データ作成装置６００から造形データを受領する。造形データは、目的とする立体造形物の形状をスライスしたスライスデータとしての各造形層３０の内のモデル材造形物１７を形成するデータ（造形領域のデータ）である。
【００９８】
主制御部５００Ａは、造形データ（造形領域データ）にサポート材を付与するサポート領域のデータを付加したデータを作成し、ヘッド駆動制御部５０８、５０９に与える。ヘッド駆動制御部５０８、５０９は、それぞれ、第１ヘッド１１から造形材料３０１の液滴を造形領域に吐出させ、第２ヘッド１２から液状のサポート材３０２の液滴をサポート領域に吐出させる。
なお、造形データ作成装置６００と立体造形装置１０によって造形装置が構成される。
【００９９】
図２０は、立体造形物の製造装置１００の機能構成の一例を示す図である。
この図２０に示すように、立体造形物の製造装置１００は、入力部１１０、出力部１２０、制御部１３０、記憶部１４０を有する。
制御部１３０は、往路の造形材料吐出量調整部１３１と、復路の造形材料吐出量調整部１３２とを有する。制御部１３０は、立体造形物の製造装置１００全体を制御する。
記憶部１４０は、往路の造形材料吐出量データベース１４１、復路の造形材料吐出量データベース１４２を有する。以下、「データベース」を「ＤＢ」と称することもある。
【０１００】
往路の造形材料吐出量調整部１３１は、往路の造形材料吐出量を多くなるように調整する。例えば、（１）往路の造形材料の液滴を大きくすることにより、往路の造形材料の総吐出量を多くなるように調整する方法、（２）往路で吐出した複数の造形材料の液滴を飛翔中に合体させて、往路の造形材料の総吐出量を多くなるように調整する方法、などが挙げられる。
なお、調整された往路の造形材料吐出量の情報は、往路の造形材料吐出量ＤＢ１４１に記憶される。
【０１０１】
復路の造形材料吐出量調整部１３２は、復路の造形材料吐出量を多くなるように調整する。例えば、（１）復路の造形材料の液滴を大きくすることにより、復路の造形材料の総吐出量を多くなるように調整する方法、（２）復路の吐出した複数の造形材料の液滴を飛翔中に合体させて、復路の造形材料の総吐出量が多くなるように調整する方法、などが挙げられる。
なお、調整された復路の造形材料吐出量の情報は、復路の造形材料吐出量ＤＢ１４２に記憶される。
【０１０２】
次に、本発明の立体造形プログラムの処理手順を示す。図２１は、立体造形物の製造装置１００の制御部１３０における立体造形プログラムの処理手順を示すフローチャートである。
【０１０３】
ステップＳ１１０では、立体造形物の製造装置１００の制御部１３０は、記憶部１４０の往路の造形材料吐出量ＤＢ１４１に記憶された往路における造形材料の総吐出量Ａの情報データを取得すると、処理をＳ１１１に移行する。
ステップＳ１１１では、立体造形物の製造装置１００の制御部１３０は、記憶部１４０の復路の造形材料吐出量ＤＢ１４２に記憶された復路における造形材料の総吐出量Ｂの情報データを取得すると、処理をＳ１１２に移行する。
ステップＳ１１２では、復路における造形材料の総吐出量Ｂが往路における造形材料の総吐出量Ａよりも少ないと、処理をＳ１１３に移行する。一方、復路における造形材料の総吐出量Ｂが往路における造形材料の総吐出量Ａよりも多いと、本処理を終了する。
ステップＳ１１３では、復路における造形材料の吐出量を多くする処理を行い、変更になった復路の造形材料吐出量を復路の造形材料吐出量ＤＢ１４２に記憶すると、処理を開始に戻す。
【０１０４】
（立体造形物）
立体造形物は、本発明の立体造形物の製造方法により好適に製造される。
【０１０５】
本発明の態様としては、例えば、以下の通りである。
＜１＞  往路において造形材料を吐出し、往路の造形層を形成する往路造形層形成手段と、
復路において造形材料を吐出し、復路の造形層を形成する復路造形層形成手段と、を有し、
前記復路における前記造形材料の総吐出量が、前記往路における前記造形材料の総吐出量よりも多いことを特徴とする立体造形物の製造装置である。
＜２＞  前記往路造形層形成手段が、吐出した前記造形材料を硬化させて前記往路の造形層を形成する前記＜１＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜３＞  前記復路造形層形成手段が、吐出した前記復路の造形材料の表面に平坦化部材を当接させて前記復路の造形材料を平坦化した後、前記復路の造形材料を硬化させて復路の造形層を形成する前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜４＞  復路の造形材料の液滴のパルス電圧が、往路の造形材料の液滴のパルス電圧以上であり、
前記復路の造形材料の液滴を大きくすることにより、前記復路の造形材料の総吐出量が多くなるように調整する前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜５＞  着弾前の復路の造形材料の液滴のパルス数が、着弾前の往路の造形材料の液滴のパルス数以上であり、
吐出した複数の復路の造形材料の液滴を飛翔中に合体させて、復路の造形材料の総吐出量が多くなるように調整する前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜６＞  造形材料を吐出する造形材料吐出部材が、圧電素子で形成される前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜７＞  復路の造形材料の端部の壁面と、立体造形物を支持する支持体とのなす角度が、８０度以上１００度以下である前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜８＞  往路の造形層上に復路の造形材料を吐出した後の層状造形物の最小厚みに対する、ローラーと硬化した往路の造形層との間隔の割合が、１０％以上である前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜９＞  前記往路の造形層と、前記復路の造形層と、からなる層状造形物が、２パスで形成される前記＜１＞から＜８＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜１０＞  前記層状造形物ごとに平坦化部材が当接する前記＜９＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜１１＞  前記往路と前記復路とにおける、前記平坦化部材の重力方向のずれが、１０μｍ以下である前記＜３＞から＜１０＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜１２＞  前記平坦化部材の重力方向のずれが、５μｍ以下である前記＜１１＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜１３＞  前記平坦化部材が、ローラーである前記＜３＞から＜１２＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜１４＞  復路の造形材料の粘度が、２５℃にて１００ｍＰａ・ｓ以下である前記＜１＞から＜１３＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜１５＞  復路の造形材料の表面張力が、２０ｍＮ／ｍ以上４５ｍＮ／ｍ以下である前記＜１＞から＜１４＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜１６＞  往路において造形材料を吐出するノズルと、復路において造形材料を吐出するノズルが同じである前記＜１＞から＜１５＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜１７＞  往路において造形材料を吐出し、往路の造形層を形成する往路造形層形成工程と、
復路において造形材料を吐出し、復路の造形層を形成する復路造形層形成工程と、を含み、
前記復路における前記造形材料の総吐出量が、前記往路における前記造形材料の総吐出量よりも多いことを特徴とする立体造形物の製造方法である。
＜１８＞  前記往路造形層形成工程が、吐出した前記造形材料を硬化させて前記往路の造形層を形成する前記＜１７＞に記載の立体造形物の製造方法である。
＜１９＞  前記復路造形層形成工程が、吐出した前記復路の造形材料の表面に平坦化部材を当接させて前記復路の造形材料を平坦化した後、前記復路の造形材料を硬化させて復路の造形層を形成する前記＜１７＞から＜１８＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜２０＞  前記往路造形層形成工程と、前記復路造形層形成工程と、を複数回繰り返す前記＜１７＞から＜１９＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜２１＞  前記平坦化部材が、ローラーである前記＜１９＞から＜２０＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜２２＞  同一造形層内で第１の造形材料を吐出し、硬化させた後に、第２の造形材料を吐出し、硬化させて造形物を得る前記＜１７＞から＜２１＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜２３＞  第１の造形材料をｎ層目の造形層で吐出し、硬化させると共に、第２の造形材料をｎ＋ｍ層目の造形層で吐出し、硬化させて造形物を得る前記＜１７＞から＜２１＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法（ただし、ｎは自然数、ｍは正負の整数を意味する）である。
＜２４＞  第１の造形材料をｎ層目の造形層で吐出し、硬化させると共に、第２の造形材料をｎ＋２層目の造形層に吐出し、硬化させて造形物を得る前記＜１７＞から＜２１＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法（ただし、ｎは自然数を意味する）である。
＜２５＞  往路において造形材料を吐出し、往路の造形層を形成し、
復路において造形材料を吐出し、復路の造形層を形成し、
前記復路における前記造形材料の総吐出量が、前記往路における前記造形材料の総吐出量よりも多くする処理をコンピュータに実行させることを特徴とする立体造形プログラムである。
【０１０６】
前記＜１＞から＜１６＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置、前記＜１７＞から＜２４＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法、及び前記＜２５＞に記載の立体造形プログラムは、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０７】
【特許文献１】特開２０１３−６７１１８号公報
【図１】
2019123232.tif 000004
【図２】
2019123232.tif 000005
【図３】
2019123232.tif 000006
【図４】
2019123232.tif 000007
【図５】
2019123232.tif 000008
【図６】
2019123232.tif 000009
【図７】
2019123232.tif 000010
【図８Ａ】
2019123232.tif 000011
【図８Ｂ】
2019123232.tif 000012
【図８Ｃ】
2019123232.tif 000013
【図９】
2019123232.tif 000014
【図１０】
2019123232.tif 000015
【図１１】
2019123232.tif 000016
【図１２】
2019123232.tif 000017
【図１３】
2019123232.tif 000018
【図１４】
2019123232.tif 000019
【図１５】
2019123232.tif 000020
【図１６】
2019123232.tif 000021
【図１７】
2019123232.tif 000022
【図１８】
2019123232.tif 000023
【図１９】
2019123232.tif 000024
【図２０】
2019123232.tif 000025
【図２１】
2019123232.tif 000026