(57)【要約】【課題】より一層の高速化および効率化を図ることができる三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および三次元積層造形プログラムの提供を図る。【解決手段】Ｘ−Ｙ軸平面を移動可能なプリントヘッド１２１と、Ｚ軸方向に移動可能な造形テーブル１４１と、前記造形テーブルがＺ軸方向に移動する毎に、前記プリントヘッドにより造形物１２０ａ，１２０ｂの各層が順に形成されるように制御する制御部(１０１)と、を有する三次元積層造形装置であって、前記制御部は、前記造形テーブル上において、前記造形物が、前記プリントヘッドの待機位置１２１ａの近傍に形成されるように、前記プリントヘッドを制御する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ−Ｙ軸平面を移動可能なプリントヘッドと、
Ｚ軸方向に移動可能な造形テーブルと、
前記造形テーブルがＺ軸方向に移動する毎に、前記プリントヘッドにより造形物の各層が順に形成されるように制御する制御部と、を有する三次元積層造形装置であって、
前記制御部は、
前記造形テーブル上において、前記造形物が、前記プリントヘッドの待機位置の近傍に形成されるように、前記プリントヘッドを制御する、
ことを特徴とする三次元積層造形装置。
【請求項２】
前記造形物は、
Ｚ軸方向が第１高さの第１造形物と、
Ｚ軸方向が、前記第１高さよりも高い第２高さの第２造形物と、を含み、
前記制御部は、
前記第２造形物が、前記第１造形物よりも、前記プリントヘッドの待機位置の近くに形成されるように、前記プリントヘッドを制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の三次元積層造形装置。
【請求項３】
前記プリントヘッドの待機位置は、
異なる位置に設定された複数の待機位置を含み、
前記制御部は、
前記プリントヘッドを待機させるとき、前記複数の待機位置から、待機直前の前記プリントヘッドの位置からの距離が最短となる待機位置を選択し、その選択された待機位置に前記プリントヘッドを移動する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の三次元積層造形装置。
【請求項４】
Ｘ−Ｙ軸平面を移動可能なプリントヘッドと、
Ｚ軸方向に移動可能な造形テーブルと、
前記造形テーブルがＺ軸方向に移動する毎に、前記プリントヘッドにより造形物の各層が順に形成されるように制御する制御部と、を有する三次元積層造形装置であって、
前記制御部は、前記造形テーブル上において、
前記造形物の各層を形成する領域では、第１速度で移動し、
前記造形物の各層を形成しない領域では、前記第１速度よりも速い第２速度で移動するように、前記プリントヘッドを制御する、
ことを特徴とする三次元積層造形装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記プリントヘッドをＸ軸方向にスキャン移動して１ライン分の造形を行うスキャン移動機構と、
前記スキャン移動機構による１ライン分の造形の後、前記プリントヘッドをＹ軸方向に所定ステップだけ移動するステップ移動機構と、を含み、
前記制御部は、
前記造形物の各層を形成する領域に基づいて、前記スキャン移動機構において前記プリントヘッドの移動速度の制御を行う、
ことを特徴とする請求項４に記載の三次元積層造形装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記プリントヘッドを独立してＸ軸方向に移動制御するＸ軸移動制御機構と、
前記プリントヘッドを独立してＹ軸方向に移動制御するＹ軸移動制御機構と、を含み、
前記制御部は、
前記造形物の各層を形成する領域に基づいた最適な速度および経路で、前記Ｘ軸移動制御機構および前記Ｙ軸移動制御機構の両方において前記プリントヘッドの移動速度の制御を行う、
ことを特徴とする請求項４に記載の三次元積層造形装置。
【請求項７】
Ｚ軸方向に移動可能な造形テーブルと、
前記造形テーブルがＺ軸方向に移動する毎に、造形物の各層が順に形成されるように制御する制御部と、を有する三次元積層造形装置であって、
前記制御部は、
前記造形テーブル上において、前記造形物と共に、前記造形物の周りを囲む壁が形成されるように制御する、
ことを特徴とする三次元積層造形装置。
【請求項８】
さらに、
Ｘ−Ｙ軸平面を移動可能なプリントヘッドを有し、
前記制御部は、
前記造形テーブル上において、前記造形テーブルがＺ軸方向に移動する毎に、前記プリントヘッドにより造形物の各層,および,前記造形物の周りを囲む壁が順に形成されるように、前記プリントヘッドを制御する、
ことを特徴とする請求項７に記載の三次元積層造形装置。
【請求項９】
さらに、
前記造形テーブル上に一層分の粉末をコーティングして粉末層を形成するリコーターユニットを有し、
前記プリントヘッドは、前記リコーターユニットによりコーティングされた粉末層に対して液体を吐出・塗布して造形物を形成するインクジェットヘッドである、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６および請求項８のいずれか１項に記載の三次元積層造形装置。
【請求項１０】
造形テーブルと、
前記造形テーブル上に一層分の粉末をコーティングして粉末層を形成するリコーターユニットと、
前記リコーターユニットによりコーティングされた粉末層に対して液体を吐出・塗布して造形物を形成するインクジェットヘッドと、
前記造形テーブルがＺ軸方向に移動する毎に、前記インクジェットヘッドにより造形物の各層を順に形成するように制御する制御部と、を有する三次元積層造形装置であって、
前記制御部は、
前記リコーターユニットによりコーティングされる前記一層分の粉末の厚さ、および、前記インクジェットヘッドにより吐出される前記液体の量の相互関係を制御する、
ことを特徴とする三次元積層造形装置。
【請求項１１】
前記制御部は、
前記リコーターユニットによる前記一層分の粉末の厚さを薄くしてコーティングするか、
前記インクジェットヘッドによる前記液体の量を多くして塗布するか、の少なくとも一方を行うことで、前記インクジェットヘッドにより、複数層分の粉末に対して、前記液体を同時に塗布するように制御する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の三次元積層造形装置。
【請求項１２】
Ｘ−Ｙ軸平面を移動可能なプリントヘッド、および、Ｚ軸方向に移動可能な造形テーブルを有し、前記造形テーブルがＺ軸方向に移動する毎に、前記プリントヘッドにより造形物の各層が順に形成されるように制御する三次元積層造形方法であって、
前記造形テーブル上において、前記造形物が、前記プリントヘッドの待機位置の近傍に形成されるように、前記プリントヘッドを制御する造形物位置制御工程、を有する、
ことを特徴とする三次元積層造形方法。
【請求項１３】
前記造形物は、
Ｚ軸方向が第１高さの第１造形物と、
Ｚ軸方向が、前記第１高さよりも高い第２高さの第２造形物と、を含み、
前記造形物位置制御工程は、前記第２造形物を、前記第１造形物よりも、前記プリントヘッドの待機位置の近傍に形成する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の三次元積層造形方法。
【請求項１４】
前記プリントヘッドの待機位置は、
異なる位置に設定された複数の待機位置を含み、
前記プリントヘッドを待機させるとき、前記複数の待機位置から、待機直前の前記プリントヘッドの位置からの距離が最短となる待機位置を選択し、その選択された待機位置に前記プリントヘッドを移動する、
ことを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の三次元積層造形方法。
【請求項１５】
Ｘ−Ｙ軸平面を移動可能なプリントヘッド、および、Ｚ軸方向に移動可能な造形テーブルを有し、前記造形テーブルがＺ軸方向に移動する毎に、前記プリントヘッドにより造形物の各層が順に形成されるように制御する三次元積層造形方法であって、
前記造形物の各層を形成する領域では、前記プリントヘッドを、第１速度で移動する第１速度移動工程と、
前記造形物の各層を形成しない領域では、前記プリントヘッドを、前記第１速度よりも速い第２速度で移動する第２速度移動工程と、を有する、
ことを特徴とする三次元積層造形方法。
【請求項１６】
前記プリントヘッドは、
Ｘ軸方向にスキャン移動して１ライン分の造形を行うスキャン移動工程と、
前記スキャン移動機構による１ライン分の造形の後、Ｙ軸方向に所定ステップだけ移動するステップ移動工程と、により移動制御され、
前記プリントヘッドの移動速度の制御は、前記造形物の各層を形成する領域に基づいて、前記スキャン移動工程において行われる、
ことを特徴とする請求項１５に記載の三次元積層造形方法。
【請求項１７】
前記プリントヘッドは、
前記プリントヘッドを独立してＸ軸方向に移動制御するＸ軸移動制御工程と、
前記プリントヘッドを独立してＹ軸方向に移動制御するＹ軸移動制御工程と、により移動制御され、
前記プリントヘッドの移動速度の制御は、前記造形物の各層を形成する領域に基づいた最適な速度および経路で、前記Ｘ軸移動制御工程および前記Ｙ軸移動制御工程の両方において行われる、
ことを特徴とする請求項１５に記載の三次元積層造形方法。
【請求項１８】
Ｚ軸方向に移動可能な造形テーブルを有し、前記造形テーブルがＺ軸方向に移動する毎に、造形物の各層が順に形成されるように制御する三次元積層造形方法であって、
前記造形テーブル上において、前記造形物と共に、前記造形物の周りを囲む壁が形成されるように制御する壁形成工程を有する、
ことを特徴とする三次元積層造形方法。
【請求項１９】
造形テーブルと、前記造形テーブル上に一層分の粉末をコーティングして粉末層を形成するリコーターユニットと、前記リコーターユニットによりコーティングされた粉末層に対して液体を吐出・塗布して造形物を形成するインクジェットヘッドと、を有し、前記造形テーブルがＺ軸方向に移動する毎に、前記インクジェットヘッドにより造形物の各層を順に形成するように制御する三次元積層造形方法であって、
前記リコーターユニットによりコーティングされる前記一層分の粉末の厚さ、および、前記インクジェットヘッドにより吐出される前記液体の量の相互関係を制御する相互関係制御工程を有する、
ことを特徴とする三次元積層造形方法。
【請求項２０】
前記相互関係制御工程は、
前記リコーターユニットによる前記一層分の粉末の厚さを薄くしてコーティングする粉末層制御工程、および、
前記インクジェットヘッドによる前記液体の量を多くして塗布する液体塗布工程の少なくとも一方を行うことで、前記インクジェットヘッドにより、複数層分の粉末に対して、前記液体を同時に塗布する、
ことを特徴とする請求項１９に記載の三次元積層造形方法。
【請求項２１】
Ｘ−Ｙ軸平面を移動可能なプリントヘッド、Ｚ軸方向に移動可能な造形テーブル、および、前記造形テーブルがＺ軸方向に移動する毎に、前記プリントヘッドにより造形物の各層を順に形成するように制御するコンピュータを含む制御部を有する三次元積層造形装置の制御プログラムであって、
前記コンピュータに、
前記造形テーブル上において、前記造形物が、前記プリントヘッドの待機位置の近傍に形成されるように、前記プリントヘッドを制御する工程を実行させる、
ことを特徴とする三次元積層造形装置の制御プログラム。
【請求項２２】
前記造形物は、
Ｚ軸方向が第１高さの第１造形物と、
Ｚ軸方向が、前記第１高さよりも高い第２高さの第２造形物と、を含み、
前記コンピュータに、
前記第２造形物を、前記第１造形物よりも、前記プリントヘッドの待機位置の近傍に形成する工程を実行させる、
ことを特徴とする請求項２１に記載の三次元積層造形装置の制御プログラム。
【請求項２３】
前記プリントヘッドの待機位置は、
異なる位置に設定された複数の待機位置を含み、
前記コンピュータに、
前記プリントヘッドを待機させるとき、前記複数の待機位置から、待機直前の前記プリントヘッドの位置からの距離が最短となる待機位置を選択し、その選択された待機位置に前記プリントヘッドを移動する工程を実行させる、
ことを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載の三次元積層造形装置の制御プログラム。
【請求項２４】
Ｘ−Ｙ軸平面を移動可能なプリントヘッド、Ｚ軸方向に移動可能な造形テーブル、および、前記造形テーブルがＺ軸方向に移動する毎に、前記プリントヘッドにより造形物の各層を順に形成するように制御するコンピュータを含む制御部を有する三次元積層造形装置の制御プログラムであって、
前記コンピュータに、
前記造形物の各層を形成する領域では、前記プリントヘッドを、第１速度で移動する第１速度移動工程と、
前記造形物の各層を形成しない領域では、前記プリントヘッドを、前記第１速度よりも速い第２速度で移動する第２速度移動工程と、を実行させる、
ことを特徴とする三次元積層造形装置の制御プログラム。
【請求項２５】
前記プリントヘッドは、
Ｘ軸方向にスキャン移動して１ライン分の造形を行うスキャン移動工程と、
前記スキャン移動機構による１ライン分の造形の後、Ｙ軸方向に所定ステップだけ移動するステップ移動工程と、により移動制御され、
前記コンピュータに、
前記プリントヘッドの移動速度の制御を、前記造形物の各層を形成する領域に基づいて、前記スキャン移動工程において実行させる、
ことを特徴とする請求項２４に記載の三次元積層造形装置の制御プログラム。
【請求項２６】
前記プリントヘッドは、
前記プリントヘッドを独立してＸ軸方向に移動制御するＸ軸移動制御工程と、
前記プリントヘッドを独立してＹ軸方向に移動制御するＹ軸移動制御工程と、により移動制御され、
前記コンピュータに、
前記プリントヘッドの移動速度の制御を、前記造形物の各層を形成する領域に基づいた最適な速度および経路で、前記Ｘ軸移動制御工程および前記Ｙ軸移動制御工程の両方において実行させる、
ことを特徴とする請求項２４に記載の三次元積層造形装置の制御プログラム。
【請求項２７】
Ｚ軸方向に移動可能な造形テーブル、および、前記造形テーブルがＺ軸方向に移動する毎に、造形物の各層を順に形成するように制御するコンピュータを含む制御部を有する三次元積層造形装置の制御プログラムであって、
前記コンピュータに、
前記造形テーブル上において、前記造形物と共に、前記造形物の周りを囲む壁が形成されるように制御する壁形成工程を実行させる、
ことを特徴とする三次元積層造形装置の制御プログラム。
【請求項２８】
造形テーブル、前記造形テーブル上に一層分の粉末をコーティングして粉末層を形成するリコーターユニット、前記リコーターユニットによりコーティングされた粉末層に対して液体を吐出・塗布して造形物を形成するインクジェットヘッド、および、前記造形テーブルがＺ軸方向に移動する毎に、前記インクジェットヘッドにより造形物の各層を順に形成するように制御する制御するコンピュータを含む制御部を有する三次元積層造形装置の制御プログラムであって、
前記コンピュータに、
前記リコーターユニットによりコーティングされる前記一層分の粉末の厚さ、および、前記インクジェットヘッドにより吐出される前記液体の量の相互関係を制御する相互関係制御工程を実行させる、
ことを特徴とする三次元積層造形装置の制御プログラム。
【請求項２９】
前記コンピュータに、
前記リコーターユニットによる前記一層分の粉末の厚さを薄くしてコーティングする粉末層制御工程、および、
前記インクジェットヘッドによる前記液体の量を多くして塗布する液体塗布工程の少なくとも一方を実行させ、前記インクジェットヘッドにより、複数層分の粉末に対して、前記液体を同時に塗布する、
ことを特徴とする請求項２８に記載の三次元積層造形装置の制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で言及する実施例は、三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および三次元積層造形プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光造形(ＳＬＡ：Stereo Lithography Apparatus)法、熱溶解積層(ＦＤＭ：Fused Deposition Modeling)法、粉末造形(ＳＬＳ：Selective Laser Sintering)法、或いは、インクジェット法などを適用した三次元積層造形装置(いわゆる、３Ｄプリンタ)が注目されている。
【０００３】
具体的に、光造形法を適用した三次元積層造形装置は、例えば、造形浴に入れた液状の光硬化性樹脂の液面に所望のパターンが得られるようにコンピュータ制御された光(例えば、紫外線レーザ)を選択的に照射して、光硬化性樹脂を硬化させる。さらに、その光硬化した層の上に一層分の光硬化性樹脂を供給して、再び光を照射して光硬化性樹脂を硬化させ、同様の処理を繰り返して目的とする造形物(モデル)を形成する。
【０００４】
また、ＦＤＭ法を適用した三次元積層造形装置は、例えば、糸状の熱可塑性樹脂を造形ヘッド内のヒータで溶融し、その溶融された熱可塑性樹脂を射出制御すると共に、造形テーブルの昇降により積層造形するものである。
【０００５】
さらに、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置、例えば、粉末焼結や粉末溶融、或いは、粉末インクジェット(Powder Bed and Inkjet Head 3D Printing)による三次元積層造形装置は、例えば、リコーターユニットにより造形テーブル上に一層分の粉末をコーティングし、その後、プリントヘッドユニット(インクジェットヘッドユニット)により、コーティングされた粉末面に対するバインダー(結合剤)の塗布を行い、造形物の一層分を形成する。
【０００６】
そして、造形テーブルを粉末の一層分だけ降下させ、再び、リコーターユニットによる粉末のコーティングを行った後、プリントヘッドユニットによる結合剤の塗布を行って造形物の次の一層分を形成する。そして、同様の処理を繰り返すことにより所望とする造形物を形成する。
【０００７】
なお、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置において、使用する粉末としては、例えば、砂，金属粉末，石膏，澱粉，人工骨，プラスチック粉末など様々なものが含まれる。また、造形物としても様々なものがあり得るが、例えば、粉末として砂を使用し、造形物として鋳型を造型することもできる。さらに、粉末として、熱可塑性樹脂(プラスチック粉末)を適用してもよく、或いは、砂の粒子に熱可塑性樹脂をコーティングしたものを適用してもよい。
【０００８】
また、粉末として、熱可塑性樹脂(プラスチック粉末)を適用し、或いは、砂の粒子に熱可塑性樹脂をコーティングしたものも適用してもよい。さらに、粉末として金属粉末を使用し、結合剤を塗布して造形物を形成した後、その造形物を焼結して金属造形物を得るようにすることも可能である。
【０００９】
ところで、従来、三次元積層造形装置としては様々なものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平０６−２１８７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来、三次元積層造形装置としては様々なものが提案されているが、例えば、インクジェットヘッドを始めとする造形物の各層を形成するヘッドの制御に関しても、より一層の高速化および効率化が望まれている。
【００１２】
本実施形態は、より一層の高速化および効率化が可能な三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および三次元積層造形プログラムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る第１実施形態によれば、Ｘ−Ｙ軸平面を移動可能なプリントヘッドと、Ｚ軸方向に移動可能な造形テーブルと、前記造形テーブルがＺ軸方向に移動する毎に、前記プリントヘッドにより造形物の各層が順に形成されるように制御する制御部と、を有する三次元積層造形装置であって、前記制御部は、前記造形テーブル上において、前記造形物が、前記プリントヘッドの待機位置の近傍に形成されるように、前記プリントヘッドを制御する、三次元積層造形装置が提供される。
【００１４】
また、本発明に係る第２実施形態によれば、Ｘ−Ｙ軸平面を移動可能なプリントヘッドと、Ｚ軸方向に移動可能な造形テーブルと、前記造形テーブルがＺ軸方向に移動する毎に、前記プリントヘッドにより造形物の各層が順に形成されるように制御する制御部と、を有する三次元積層造形装置であって、前記制御部は、前記造形テーブル上において、前記造形物の各層を形成する領域では、第１速度で移動し、前記造形物の各層を形成しない領域では、前記第１速度よりも速い第２速度で移動するように、前記プリントヘッドを制御する、三次元積層造形装置が提供される。
【００１５】
さらに、本発明に係る第３実施形態によれば、Ｚ軸方向に移動可能な造形テーブルと、前記造形テーブルがＺ軸方向に移動する毎に、造形物の各層が順に形成されるように制御する制御部と、を有する三次元積層造形装置であって、前記制御部は、前記造形テーブル上において、前記造形物と共に、前記造形物の周りを囲む壁が形成されるように制御する、三次元積層造形装置が提供される。
【００１６】
そして、本発明に係る第４実施形態によれば、造形テーブルと、前記造形テーブル上に一層分の粉末をコーティングして粉末層を形成するリコーターユニットと、前記リコーターユニットによりコーティングされた粉末層に対して液体(例えば、バインダー)を吐出・塗布して造形物を形成するインクジェットヘッドと、前記造形テーブルがＺ軸方向に移動する毎に、前記インクジェットヘッドにより造形物の各層を順に形成するように制御する制御部と、を有する三次元積層造形装置であって、前記制御部は、前記リコーターユニットによりコーティングされる前記一層分の粉末の厚さ、および、前記インクジェットヘッドにより吐出される前記液体の量の相互関係を制御する、三次元積層造形装置が提供される。
【００１７】
なお、上述した第１〜第４実施形態の三次元積層造形装置に関する技術思想は、さらに、三次元積層造形方法および三次元積層造形プログラムとしても適用することが可能である。
【発明の効果】
【００１８】
開示の三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および三次元積層造形プログラムは、より一層の高速化および効率化を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、光造形法による三次元積層造形装置の一例を模式的に示す図である。
【図２】図２は、３次元データをスライスデータに変換する様子を示す図である。
【図３】図３は、熱溶解積層法による三次元積層造形装置の一例を模式的に示す図である。
【図４】図４は、粉末造形法による三次元積層造形装置の一例を模式的に示す図である。
【図５】図５は、インクジェット法による三次元積層造形装置の一例を模式的に示す図である。
【図６】図６は、インクジェット法による三次元積層造形装置の他の例を模式的に示す図である。
【図７】図７は、三次元積層造形装置の一例を概略的に示す斜視図である。
【図８】図８は、図７に示す三次元積層造形装置におけるインクジェットヘッドを説明するための図である。
【図９】図９は、本発明の第１実施形態を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１実施形態の変形例を説明するための図(その１)である。
【図１１】図１１は、本発明の第１実施形態の変形例を説明するための図(その２)である。
【図１２】図１２は、本発明の第２実施形態を説明するための図である。
【図１３】図１３は、本発明の第２実施形態の変形例を説明するための図である。
【図１４】図１４は、本発明の第３実施形態を説明するための図である。
【図１５】図１５は、本発明の第４実施形態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
まず、三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および三次元積層造形プログラムの実施形態を詳述する前に、図１〜図６を参照して、各実施形態が適用され得る光造形法，熱溶解積層法，粉末造形法およびインクジェット法を説明する。
【００２１】
図１は、光造形(ＳＬＡ)法による三次元積層造形装置の一例を模式的に示す図である。図１に示されるように、ＳＬＡ法による三次元積層造形装置２００は、制御用コンピュータ(制御部)２０１、紫外線(ＵＶ：Ultra Violet)レーザ発生器２１１、機械式シャッタ２１２、光変調器２１３、ビームエキスパンダ２１４、光学レンズ２１５、スキャナミラー２２１，２２２および樹脂タンク(造形浴)２０４を含む。
【００２２】
紫外線レーザ発生器２１１からの紫外線レーザは、機械式シャッタ２１２を介して光変調器２１３に入力されて光変調される。さらに、光変調器２１３の出力(紫外線レーザ)は、ビームエキスパンダ２１４で広げられ、光学レンズ２１５に入力される。
【００２３】
光学レンズ２１５の出力(紫外線レーザ)は、例えば、Ｘ軸およびＹ軸方向の制御を行うスキャナミラー２２１，２２２により走査されて、樹脂タンク２０４に充填された感光性樹脂２４２の表面に照射される。
【００２４】
樹脂タンク２０４には、例えば、Ｚ軸方向(鉛直方向)に移動可能な造形テーブル２４１が設けられ、光学レンズ２１５およびスキャナミラー２２１，２２２により、樹脂タンク２０４の表面の感光性樹脂２４２に合焦および走査するように、紫外線レーザ光２１６を照射する。
【００２５】
すなわち、樹脂タンク２０４に充填された液状の感光性樹脂(光硬化性樹脂組成物)の表面に紫外線レーザ光２１６を照射することで、その紫外線レーザ光の光エネルギーによって感光性樹脂をデータに基づいて選択的に硬化させ、表面の一層分の造形処理が完了する。
【００２６】
さらに、その光硬化した層の上に一層分の光硬化性樹脂を供給して、すなわち、造形テーブル２４１を一層分に相当する距離だけＺ方向に移動して、次の層の感光性樹脂をデータに基づいて選択的に硬化させる。そして、この処理を繰り返すことにより、所望の立体形状を有する造形物(３Ｄモデル)２２０を造形する。
【００２７】
ここで、三次元積層造形装置２００の各構成部(例えば、光変調器２１３、スキャナミラー２２１，２２２および造形テーブル２４１等)は、制御用コンピュータ２０１により制御されるようになっている。なお、制御用コンピュータ２０１は、三次元積層造形装置２００と一体的に設けてもよいが、別体として設けることもできる。
【００２８】
図２は、３次元データをスライスデータに変換する様子を示す図であり、図２(a)は３次元データを示し、図２(b)はスライスデータを示す。
【００２９】
図２(a)に示されるように、例えば、３次元ＣＡＤ(Computer Aided Design)と呼ばれる立体デザインシステムによって造形したい造形物２２０の立体形状をＣＡＤデータ２０ａとして準備する。このＣＡＤデータ２０ａは、例えば、外部に設けられた専用のコンピュータ、或いは、制御用コンピュータ２０１により、図２(b)に示されるような、三次元積層造形装置２００が処理可能な形式のスライスデータ２０ｂに変換される。
【００３０】
ここで、スライスデータ２０ｂは、積層造形で造形する高さでスライスした輪切りのデータである。この時、ＣＡＤのデータを中間的にＳＴＬ(Standard Triangulated Language)データに変換してからスライスデータを作成してもよい。
【００３１】
そして、制御用コンピュータ２０１は、スライスデータ２０ｂに従って、三次元積層造形装置２００の各構成部を制御して、所望形状の造形物２２０を造形する。なお、以下に説明するＳＬＡ法以外の造形法による三次元積層造形装置でも、例えば、スライスデータに従って三次元積層造形装置の各構成部を制御し、所望形状の造形物を造形する。
【００３２】
ここで、三次元積層造形装置が使用するデータ形式は、スライスデータに限定されず、スライスデータがＣＡＤデータやＳＴＬデータのような３次元データに取り込まれるような形式であっても積層造形が可能であることはいうまでもない。
【００３３】
図３は、熱溶解積層(ＦＤＭ)法による三次元積層造形装置の一例を模式的に示す図である。図３に示されるように、ＦＤＭ法による三次元積層造形装置３００は、制御用コンピュータ３０１、ノズル(プリントヘッド)３０２および造形テーブル３４１を含む。
【００３４】
ノズル３０２は、例えば、熱可塑性のワックスや樹脂等の材料３４０を、ノズル３０２に設けたヒータ(図示しない)で溶融し、その溶融された熱可塑性の材料３４０ａを細く形成されたノズル３０２の先端から射出制御すると共に、造形テーブル３４１のＺ軸方向の移動を制御して造形物３２０を造形するものである。
【００３５】
すなわち、細線状の材料３４０ａを、ノズル３０２の先端から射出して固化させながら、Ｘ−Ｙ軸平面において、例えば、ＸＹプロッタ機構(図示しない)を利用してノズル３０２を走査させることにより、造形物３２０の積層造形を行う。
【００３６】
ここで、三次元積層造形装置３００の各構成部(例えば、ノズル３０２の温度や材料の射出量、ＸＹプロッタ機構および造形テーブル３４１等)は、制御用コンピュータ３０１により制御されるようになっている。
【００３７】
なお、材料３４０としては、熱可塑性のＡＢＳ樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂およびワックス等を適用することができる。
【００３８】
図４は、粉末造形(ＳＬＳ)法による三次元積層造形装置の一例を模式的に示す図である。図４に示されるように、ＳＬＳ法による三次元積層造形装置４００は、制御用コンピュータ４０１、高出力レーザ発生器４１１、光学レンズ４１５、スキャナミラー４２１，４２２、コータ４０３および造形タンク４０４を含む。
【００３９】
高出力レーザ発生器４１１は、炭酸ガスレーザ等の高出力レーザを発生するものであり、高出力レーザ発生器４１１からのレーザは、光学レンズ４１５に入力された後、例えば、Ｘ軸およびＹ軸方向の制御を行うスキャナミラー４２１，４２２により走査されて、造形タンク４０４における粉末４４２の表面に照射される。
【００４０】
造形タンク４０４には、例えば、Ｚ軸方向に移動可能な造形テーブル４４１が設けられ、光学レンズ２１５およびスキャナミラー２２１，２２２により、造形タンク４０４の表面の粉末４４２に合焦および走査するように、レーザ光４１６を照射する。
【００４１】
コータ４０３は、造形テーブル４４１上に粉末(粉末材料)４４２を供給するためのものであり、例えば、粉末材料４４２をローラーやブレード等で水平に移動させて薄層を形成するようになっている。そして、コータ４０３により形成された粉末層に対して、レーザ光４１６を照射することで、粉末４４２の表面を溶融して粉末同士を接合し、焼結された粉末薄層を形成する。この時、既に、前の処理で焼結された下層の薄層との結合も同時に行われる。
【００４２】
次に、造形テーブル４４１を一層分に相当する距離だけＺ方向に移動して、造形物４２０の焼結層を下降させ、コータ４０３により、粉末４４２の薄層を供給して、同様の処理を繰り返す。これにより、所望の立体形状を有する造形物４２０を造形する。
【００４３】
ここで、三次元積層造形装置４００の各構成部(例えば、スキャナミラー４２１，４２２、コータ４０３および造形テーブル４４１等)は、制御用コンピュータ４０１により制御されるようになっている。
【００４４】
なお、粉末４４２の材料としては、例えば、精密鋳造用ワックス、ナイロン、ポリカーボネートなどの樹脂粉末、樹脂をコーティングした金属や、セラミックス粉末等を適用することがきる。
【００４５】
図５は、インクジェット法による三次元積層造形装置の一例を模式的に示す図である。図５に示されるように、インクジェット法による三次元積層造形装置５００は、制御用コンピュータ５０１、インクジェットヘッド５０２、ＵＶランプ５０３および造形タンク５０４を含む。
【００４６】
インクジェットヘッド５０２は、例えば、液体の光硬化性樹脂を造形テーブル５４１上に塗布し、さらに、ＵＶランプ５０３により硬化させて一層分の造形を行う。次に、造形テーブル５４１を一層分だけＺ方向に移動して、造形物５２０を下降させる。
【００４７】
さらに、インクジェットヘッド５０２から光硬化性樹脂を前回形成された層の上に塗布した後、ＵＶランプ５０３により硬化させる。このような処理を繰り返すことにより、所望の立体形状を有する造形物５２０を造形する。
【００４８】
図６は、インクジェット法による三次元積層造形装置の他の例を模式的に示す図である。図６に示されるように、インクジェット法による三次元積層造形装置６００は、制御用コンピュータ６０１、インクジェットヘッド６０２、コータ(リコータ)６０３および造形タンク６０４を含む。
【００４９】
インクジェットヘッド６０２は、例えば、液体の結合剤(バインダー)を造形テーブル６４１上の粉末６４２の表面に塗布して一層分の造形を行い、さらに、造形テーブル６４１を一層分だけＺ方向に移動して、造形物６２０を下降させる。
【００５０】
次に、コータ６０３により、一層分の粉末６４２をコーティングし、その後、インクジェットヘッドユニット６０２により、コーティングされた粉末面に対してバインダーを塗布する。このような処理を繰り返すことにより、所望の立体形状を有する造形物６２０を造形する。
【００５１】
なお、粉末６４２としては、例えば、砂，金属粉末，石膏，澱粉，人工骨，プラスチック粉末など様々なものが含まれる。また、造形物としても様々なものがあり得るが、例えば、粉末として砂を使用し、造形物として鋳型を造型することもできる。さらに、粉末として、熱可塑性樹脂(プラスチック粉末)を適用してもよく、或いは、砂の粒子に熱可塑性樹脂をコーティングしたものを適用してもよい。
【００５２】
また、粉末として、熱可塑性樹脂(プラスチック粉末)を適用し、或いは、砂の粒子に熱可塑性樹脂をコーティングしたものも適用してもよい。さらに、粉末として金属粉末を使用し、結合剤を塗布して造形物を形成した後、その造形物を焼結して金属造形物を得るようにすることも可能である。
【００５３】
図１〜図６を参照して説明した三次元積層造形装置は、単なる例であり、本発明は、上述したものに限定されず、様々な三次元積層造形装置に適用することができる。なお、以下では、主として、図６を参照して説明した三次元積層造形装置に基づいて各実施形態の説明を行う。
【００５４】
図７は、三次元積層造形装置の一例を概略的に示す斜視図であり、図６を参照して説明したインクジェット法による三次元積層造形装置の一例を示すものである。図８は、図７に示す三次元積層造形装置におけるインクジェットヘッドを説明するための図である。
【００５５】
図７に示されるように、三次元積層造形装置１００は、制御用コンピュータ(制御部)１０１、プリントヘッドユニット１０２、リコーターユニット(コータ)１０３、造形タンク１０４、昇降装置１０５、粉末供給ホッパーユニット１０６、クリーニングユニット１０７、および、薬品ユニット１０８を含む。ここで、造形タンク１０４には、昇降装置１０５により高さ方向(Ｚ軸方向)の制御が行われる造形テーブル１４１が設けられている。
【００５６】
制御用コンピュータ１０１は、三次元データ(造形データ：例えば、ＳＴＬデータ)を入力とし、スライス処理やオフセット処理、および、ビットマップ変換処理などを行って、三次元積層造形装置１００の制御を行う。
【００５７】
プリントヘッドユニット１０２は、例えば、ビットマップ化された造形データに基づいて結合剤(バインダー：液体)を造形テーブル１４１上の粉末面に塗布(吐出)して一層分の造形を行う。なお、プリントヘッドユニット１０２には、例えば、複数の吐出ノズルが設けられた複数のインクジェットヘッドが搭載されている。
【００５８】
ここで、プリントヘッドユニット１０２は、例えば、造形テーブル１４１上の粉末面に対して、インクジェットヘッド１２１をＸ軸方向(装置正面から見て左右方向)に移動させながら結合剤の塗布を行う。
【００５９】
さらに、１行のＸ軸方向の塗布作業が終わったら、インクジェットヘッド１２１をＹ軸方向(装置正面から見て前後方向)に移動させ、再びインクジェットヘッド１２１をＸ軸方向に移動させて結合剤の塗布を行う。このような処理を繰り返すことで、一層分の造形処理を行う。
【００６０】
そして、造形テーブル１４１上の粉末全面に対する一層分の造形処理が終了したら、例えば、昇降装置１０５により造形テーブル１４１をＺ軸方向(高さ方向)に降下させ、さらに、リコーターユニット１０３をＹ軸方向に移動させながら、一層分の粉末をコーティングする。
【００６１】
なお、インクジェットヘッド１２１は、例えば、Ｘ軸方向およびＹ軸方向において、それぞれ独立して移動制御可能とされ、また、移動速度も独立して制御可能となっている。なお、各実施形態に関するインクジェットヘッド(プリントヘッド)の移動制御については、後に詳述する。
【００６２】
リコーターユニット１０３は、例えば、リコータ内ホッパー１３１およびブレード１３２を含む。リコータ内ホッパー１３１は、粉末供給ホッパーユニット１０６から供給された粉末を貯蔵する。
【００６３】
ブレード１３２は、リコーターユニット１０３がＹ軸方向に移動しているときに動作し、リコーターユニット１０３が移動中に造形テーブル１４１上に粉末を密に、かつ、水平(Ｘ−Ｙ軸平面)となるように供給する。
【００６４】
なお、ブレード１３２は、能動的または受動的な振動によって、或いは、回転を伴って、粉末１３０を所定の厚さで円滑にコーティング(堆積)するように構成してもよく、若しくは、ブレード１３２を動作させることなく、一定量の粉末１３０を堆積するように構成してもよい。
【００６５】
ここで、昇降装置１０５により造形テーブル１４１を降下させる量(高さ)と、リコーターユニット１０３によりコーティングする粉末１３０の厚さ(粉末層１４２の最上部における粉末１３０の積層ピッチ)は、一致するように制御される。
【００６６】
以上の処理を繰り返し行うことで、造形タンク１０４内において、最終的な造形物が完成する。すなわち、造形タンク１０４内には、例えば、目的とする造形物，サポート，および，結合剤が塗布されずに残った粉末が含まれる。
【００６７】
造形タンク１０４は、例えば、造形タンク移送ユニットにより三次元積層造形装置１００の外部へ移動され、自動または手作業によって不要なサポートおよび粉末が取り除かれて、目的とする造形物が取り出されることになる。
【００６８】
クリーニングユニット１０７は、インクジェットヘッド１２１の余分な結合剤や粉末などを取り除くためのものである。また、薬品ユニット１０８は、造形処理に使用する薬品(結合剤や洗浄剤)を貯蔵するものである。
【００６９】
なお、三次元積層造形装置１００には、図示しない、クリーニングユニット１０７による廃液を回収する廃液タンクや、インクジェットヘッドに必要な圧力制御のためのエアー圧コントロールユニットなども設けられている。
【００７０】
図８に示されるように、インクジェットヘッド(プリントヘッド)１２１は、例えば、リコーターユニット(１０３)により造形テーブル(１４１)上にコーティングされた粉末層１４２に対して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動して結合剤１２２を塗布する。すなわち、図８に示すインクジェットヘッド１２１は、粉末層１４２に対して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動して一層分の造形処理を行う。
【００７１】
ここで、図８に示すインクジェットヘッド１２１は、１種類の結合剤１２２を塗布するようになっているが、異なる複数種類の結合剤を塗布するものであってもよい。また、図７および図８は、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置の単なる例を示すものであり、以下に詳述する各実施形態(本発明)は、図７および図８に示すものに限定されず、様々な三次元積層造形装置に対して適用可能である。すなわち、各実施形態は、様々な三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および三次元積層造形プログラムとして適用することができる。
【００７２】
以下、本発明に係る三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および三次元積層造形プログラムの実施形態を、添付図面を参照して詳述する。
【００７３】
図９は、本発明の第１実施形態を説明するための図であり、図９(a)および図９(b)は、造形タンクを上方から見た平面図を示している。図９(a)および図９(b)において、参照符号１０４は造形タンク、１２０ａ，１２０ｂは造形物、１２１はインクジェットヘッド、そして、１２１ａ，１２１ｂはインクジェットヘッドの待機位置を示す。
【００７４】
図９(a)に示されるように、第１実施形態によれば、造形物１２０ａおよび１２０ｂは、インクジェットヘッド(プリントヘッド)１２１の待機位置１２１ａの近傍に形成するように制御される。
【００７５】
すなわち、造形タンク１０４(造形テーブル１４１)の大きさに対して、造形物１２０ａ，１２０ｂが小さい場合、例えば、造形物１２０ａ，１２０ｂを待機位置１２１ａから遠い位置に形成(造形)すると、インクジェットヘッド１２１の移動距離が長くなり、結果として造形物１２０ａ，１２０ｂを造形するのに要する時間も長くなる。
【００７６】
特に、前述した図３，図５および図６〜図８を参照して説明した三次元積層造形装置において、プリントヘッド(１２１)は、例えば、ＸＹプロッタ等によりＸ−Ｙ軸平面を移動制御され、また、造形する精度を高く設定するのに従って、プリントヘッドを移動させる距離(積層数)も増大する。そのため、造形物１２０ａ，１２０ｂを待機位置１２１ａの近傍に形成することによる時間短縮の効果は大きなものとなる。
【００７７】
また、図９(b)に示されるように、第１実施形態によれば、インクジェットヘッド１２１の待機位置として、異なる位置に複数(図９(b)では、２個所)の待機位置１２１ａ，１２１ｂが設定されている。
【００７８】
そして、例えば、一層分の結合剤の塗布が完了してインクジェットヘッド１２１を待機させる場合、複数の待機位置１２１ａ，１２１ｂから、待機直前のインクジェットヘッド１２１の位置からの距離が最短となる待機位置(図９(b)では、待機位置１２１ｂ)を選択し、その選択された待機位置１２１ｂにインクジェットヘッド１２１を移動して待機させる。
【００７９】
なお、図９(b)におけるインクジェットヘッド１２１の位置は、例えば、一層分の結合剤の塗布が完了した位置を示し、この位置が待機直前のインクジェットヘッド１２１の位置に対応する。このとき、インクジェットヘッド１２１は、距離が遠い待機位置１２１ａではなく、距離が近い待機位置１２１ｂに移動して待機することになる。これにより、造形物１２０ａ，１２０ｂの造形に要する時間を短縮し、より一層の高速化および効率化を図ることができる。
【００８０】
図１０および図１１は、本発明の第１実施形態の変形例を説明するための図であり、図１０(a-1)，図１０(b-1)，図１１(a-1)，図１１(b-1)は造形タンク１０４の斜視図を示し、図１０(a-2)，図１０(b-2)，図１１(a-2)，図１１(b-2)は造形タンク１０４の側面図を示す。
【００８１】
また、図１０(a-1)，図１０(a-2) → 図１０(b-1)，図１０(b-2) → 図１１(a-1)，図１１(a-2) → 図１１(b-1)，図１１(b-2)は、時間の流れに従った造形物１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄの造形処理の様子を示す。
【００８２】
ここで、造形物１２０ｃ，１２０ｄ，１２０ｅに関して、造形物１２０ｃが最も高さが高く、造形物１２０ｅが最も高さが低く、造形物１２０ｄが造形物１２０ｃと造形物１２０ｅの間の高さとなっている。
【００８３】
このとき、造形物１２０ｃを、インクジェットヘッド１２１の待機位置１２１ａの最も近くに形成されるようにし、次に、造形物１２０ｄ、そして、造形物１２０ｅと、待機位置１２１ａから離れるようにして形成する。
【００８４】
すなわち、最も高さが低い造形物１２０ｅは、例えば、図１０(a-1)，図１０(a-2)の工程により造形が完了するため、それ以降の造形処理において、インクジェットヘッド１２１は、造形物１２０ｅの領域まで移動する必要がなくなる。
【００８５】
すなわち、図１０(b-1)，図１０(b-2)に示す処理では、造形物１２０ｃ，１２０ｄを造形する領域だけ、インクジェットヘッド１２１を移動するだけでよいため、インクジェットヘッド１２１の移動距離を短縮することができる。
【００８６】
さらに、中間の高さの造形物１２０ｄは、例えば、図１０(b-1)，図１０(b-2)の工程により造形が完了するため、それ以降の造形処理において、インクジェットヘッド１２１は、造形物１２０ｃの領域だけ移動すればよく、移動距離はさらに短くなる。これにより、造形物１２０ｃ，１２０ｄ，１２０ｅの造形に要する時間を短縮し、より一層の高速化および効率化を図ることが可能になる。
【００８７】
なお、上述した第１実施形態は、例えば、制御コンピュータ(制御部)１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１等により自動的に制御することができ、また、この制御コンピュータが実行するプログラムとして実施することも可能なのはいうまでもない。このような制御コンピュータが実行するプログラムとして実施することが可能なのは、以下に詳述する第２〜第４実施形態でも同様である。
【００８８】
図１２は、本発明の第２実施形態を説明するための図であり、図１２(a)〜図１２(h)は、造形タンク１０４を上方から見た平面図を示し、インクジェットヘッド１２１をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動して一層分の造形処理を行う様子を示すものである。なお、図１２(a)は、前述した図９(a)に対応する。また、本発明の第２実施形態は、例えば、前述した図３，図５および図６〜図８を参照して説明した三次元積層造形装置に対して適用され得るものである。
【００８９】
図１２(a)に示されるように、まず、インクジェットヘッド１２１は、待機位置１２１ａに待機しており、そこから、図中の右から左方向(進行方向：Ｘ軸方向)へ移動して１ライン分スキャンし、結合剤の塗布を行う。
【００９０】
このとき、図１２(b)および図１２(d)に示されるように、その進行するライン上に造形物１２０ａ，１２０ｂが存在しない領域において、インクジェットヘッド１２１は、単に、移動するだけなので、高速での移動(高速移動：第２速度による移動)を行う。
【００９１】
これに対して、図１２(c)に示されるように、その進行するライン上に造形物１２０ａが存在する領域において、インクジェットヘッド１２１は、造形テーブル(１４１)上にコーティングされた粉末層１４２に対して結合剤(１２２)を塗布するため、通常速度での移動(通常移動：第１速度による移動)を行う。
【００９２】
図１２(e)は、インクジェットヘッド１２１がＸ軸方向の１ライン(図中の一番下のライン)の処理を終えて、インクジェットヘッド１２１をＹ軸方向(図中の上方向)に１ステップ分だけ移動させている様子を示す。
【００９３】
その後、図１２(f)に示されるように、インクジェットヘッド１２１は、図中の左から右方向へ移動して次の１ライン分スキャンし、結合剤の塗布を行う。すなわち、インクジェットヘッド１２１は、往復移動して結合剤を塗布するようになっている。
【００９４】
このとき、図１２(f)および図１２(h)に示されるように、その進行するライン上に造形物１２０ａ，１２０ｂが存在しない領域において、インクジェットヘッド１２１は、高速移動を行う。
【００９５】
一方、図１２(g)に示されるように、その進行するライン上に造形物１２０ｂ，１２０ａが存在する領域において、インクジェットヘッド１２１は、結合剤を塗布するため、通常移動を行う。
【００９６】
すなわち、本発明の第２実施形態において、インクジェットヘッド１２１は、造形物１２０ａ，１２０ｂの各層を形成する領域では第１速度で移動(通常移動)され、造形物の各層を形成しない領域では第１速度よりも速い第２速度で移動(高速移動)されるようになっている。これにより、造形精度を低下させることなく、造形物を形成する時間を短縮し、より一層の高速化および効率化を図ることが可能になる。
【００９７】
図１３は、本発明の第２実施形態の変形例を説明するための図であり、図１３(a)〜図１３(h)は、上述した図１２(a)〜図１２(h)に相当する。
【００９８】
すなわち、図１２(a)〜図１２(h)を参照して説明した第２実施形態では、インクジェットヘッド１２１がＸ軸方向にスキャン移動して１ライン分の造形を行うスキャン移動機構、並びに、そのスキャン移動機構による１ライン分の造形の後、インクジェットヘッド１２１をＹ軸方向に所定ステップだけ移動するステップ移動機構を含み、造形物１２０ａ，１２０ｂの各層を形成する領域に基づいて、スキャン移動機構においてインクジェットヘッド１２１の移動速度の制御を行うようになっている。
【００９９】
これに対して、図１３(a)〜図１３(h)を参照して説明する第２実施形態の変形例では、インクジェットヘッド１２１を独立してＸ軸方向に移動制御するＸ軸移動制御機構、並びに、インクジェットヘッド１２１を独立してＹ軸方向に移動制御するＹ軸移動制御機構を含み、造形物１２０ａ，１２０ｂの各層を形成する領域に基づいて、Ｘ軸移動制御機構およびＹ軸移動制御機構の両方においてインクジェットヘッド１２１の移動速度の制御を行うようになっている。
【０１００】
図１３(a)に示されるように、インクジェットヘッド１２１は、待機位置１２１ａに待機しており、そこから、まず、図中の右から左方向(進行方向：Ｘ軸方向)へ移動する。このとき、図１３(b)に示されるように、その進行するライン上に造形物１２０ａ，１２０ｂが存在しない領域において、インクジェットヘッド１２１は、単に、移動するだけなので、高速での移動(高速移動)を行う。
【０１０１】
さらに、図１３(c)に示されるように、その進行するライン上に造形物１２０ａが存在する領域において、インクジェットヘッド１２１は、造形テーブル上にコーティングされた粉末層１４２に対して結合剤を塗布するため、通常速度での移動(通常移動)を行う。
【０１０２】
そして、図１３(d)に示されるように、次に、インクジェットヘッド１２１がＸ軸方向に移動して結合剤の塗布を行う最短の位置に、Ｘ軸移動制御機構およびＹ軸移動制御機構の両方によりインクジェットヘッド１２１を高速移動する。すなわち、図１３(d)における斜め左上方向の矢印で示されるように、インクジェットヘッド１２１は、最短距離を高速で移動制御される。
【０１０３】
さらに、図１３(e)に示されるように、その進行するライン上に造形物１２０ｂ，１２０ａが存在する領域において、インクジェットヘッド１２１は、造形テーブル上にコーティングされた粉末層１４２に対して結合剤を塗布するため通常移動を行う。
【０１０４】
そして、図１３(f)に示されるように、また、図１３(d)と同様に、次に、インクジェットヘッド１２１がＸ軸方向に移動して結合剤の塗布を行う最短の位置に、Ｘ軸移動制御機構およびＹ軸移動制御機構の両方によりインクジェットヘッド１２１を高速移動する。
【０１０５】
さらに、図１３(g)に示されるように、その進行するライン上に造形物１２０ｂが存在する領域において、インクジェットヘッド１２１は、造形テーブル上にコーティングされた粉末層１４２に対して結合剤を塗布するため通常移動を行う。
【０１０６】
そして、図１３(h)に示されるように、全ての造形物１２０ａ，１２０ｂに対する造形処理が完了すると、インクジェットヘッド１２１は、その造形処理が完了した位置から待機位置１２１ａまで最短距離で高速移動を行う。これにより、造形精度を低下させることなく、造形物を形成する時間をより短縮し、より一層の高速化および効率化を図ることが可能になる。
【０１０７】
図１４は、本発明の第３実施形態を説明するための図であり、造形タンク１０４を上方から見た平面図を示すものである。図１４に示されるように、本発明の第３実施形態において、造形テーブル１４１(粉末層１４２)上において、造形物１２０ａ，１２０ｂと共に、造形物１２０ａ，１２０ｂの周りを囲む壁１５０が形成されるようになっている。
【０１０８】
なお、本発明の第３実施形態は、例えば、前述した図１，図２，図４および図６〜図８を参照して説明した三次元積層造形装置に対して、適用することが可能である。すなわち、第３実施形態は、インクジェットヘッド１２１やＸＹプロッタを使用しない三次元積層造形装置に対しても適用することができる。
【０１０９】
そして、第３実施形態を適用することにより、例えば、材料となる樹脂や粉末の削減、或いは、壁１５０の外側の樹脂や粉末を結合剤等で汚染するのを低減するといった効果が期待できる。また、壁１５０の外側は粉末をリコートする必要がなくなるので、コーティング処理も低減することができ、より一層の造形時間の短縮を図ることができる。
【０１１０】
さらに、第３実施形態を適用することにより、例えば、造形タンク１０４を設けることなく、造形テーブル１４１上にコーティングされた粉末層１４２に対して、インクジェットヘッド１２１により結合剤(１２２)を塗布して造形物１２０ａ，１２０ｂを造形することも可能である。
【０１１１】
図１５は、本発明の第４実施形態を説明するための図である。なお、本発明の第４実施形態は、例えば、図６〜図８を参照して説明した三次元積層造形装置に対して好適に適用することができる。
【０１１２】
ここで、図１５(a)は、リコーターユニット(１０３)によりコーティングされる粉末層の厚さと、インクジェットヘッド１２１から吐出(塗布)される結合剤の量が標準的な場合を示し、図１５(b)は、粉末層の厚さが標準で結合剤の量が多い場合を示し、そして、図１５(c)は、粉末層の厚さが厚くて結合剤の量も多い場合を示す。
【０１１３】
図１５(a)に示されるように、リコーターユニットによりコーティングされる粉末層の厚さが標準の厚さＬ１で、インクジェットヘッド１２１から吐出される結合剤の量が標準的な量Ｂ１のとき、造形タンク１０４内の粉末層１４２上に塗布された結合剤Ｂ１ａは、表面の一層分の厚さよりも少し下の層に入り込むようになっている。
【０１１４】
これに対して、第４実施形態を適用することで、例えば、図１５(b)に示されるように、インクジェットヘッド１２１から吐出される結合剤の量をＢ１からＢ２へ増量することにより、粉末層１４２の複数層(図１５(b)では、表面から三層目に少し入り込む程度)を同時に結合剤Ｂ２ａで処理するようになっている。
【０１１５】
すなわち、例えば、二層分の粉末層に対して、１回のインクジェットヘッド１２１による結合剤の塗布を行うことにより、造形物を造形する時間を短縮することが可能になる。なお、
【０１１６】
このような処理は、例えば、造形物の形状が単純な形状となっている個所に対して選択的に行うことができる。また、図１５(b)の場合、リコーターユニットによりコーティングされる粉末層の厚さは標準の厚さＬ１でよいため、リコーターユニットによりコーティングされる粉末の量を制御しなくてもよいことになる。
【０１１７】
また、第４実施形態を適用することで、例えば、図１５(c)に示されるように、リコーターユニットによりコーティングされる粉末層の厚さをＬ１からＬ２へ厚くすると共に、インクジェットヘッド１２１から吐出される結合剤の量をＢ１からＢ２へ増量することにより、造形時間を短縮し、より一層の高速化および効率化を図ることができる。
【０１１８】
この場合も、例えば、造形物の形状が単純な形状となっている個所に対して上述した処理を選択的に行うことができる。なお、図１５(c)の場合は、図１５(b)と比較して、リコーターユニットによりコーティング処理も低減することができるため、より一層の造形時間の短縮を図ることができる。
【０１１９】
また、上述した内容は、インクジェットヘッド１２１単独で行ってもよいが、インクジェットヘッド１２１単独で結合剤の量を制御するのが難しい場合には、例えば、大容量用および小容量用といった結合剤の吐出量が異なる複数のインクジェットヘッドを設け、目的に合わせて使い分けることも可能である。
【０１２０】
なお、上述した本発明に係る各実施形態は、例えば、図１〜図８を参照して説明した三次元積層造形装置に限定されることなく、様々な形式の三次元積層造形装置に適用することができる。さらに、各実施形態の技術思想は、三次元積層造形装置だけでなく、三次元積層造形方法および三次元積層造形プログラムとしても適用することが可能である。
【０１２１】
以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものであり、特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではない。また、明細書のそのような記載は、発明の利点および欠点を示すものでもない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。
【符号の説明】
【０１２２】
１００，２００，３００，４００，５００，６００    三次元積層造形装置
１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１    制御用コンピュータ
１０２    プリントヘッドユニット
１０３    リコーターユニット
１０４    造形タンク
１０５    昇降装置
１０６    粉末供給ホッパーユニット
１０７    クリーニングユニット
１０８    薬品ユニット
１２１    インクジェットヘッド
１３１    リコータ内ホッパー
１３２    ブレード
１４１    造形テーブル
１４２    粉末層
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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