(57)【要約】【課題】三次元造形物の積層方向における強度を向上させることが可能な三次元造形方法および三次元造形装置を提供する。【解決手段】三次元造形装置１００は、各層の造形データに基づいて、対応する造形材層を形成する造形材層形成部（制御部１１０、移動機構１３０、ヘッドユニット１２０、第１吐出ヘッド１２２、第２吐出ヘッド１２４等）と、第Ｎ層（Ｎは自然数）の造形データに基づいて、対応する造形材層を形成するとともに、第Ｎ層の造形データに基づく造形材層の積層面に凹凸状の段差を形成した後、第Ｎ＋１層から第Ｎ＋Ｍ層（Ｍは自然数）までの各造形データに基づいて、順に対応する造形材層を形成するように、造形材層形成部を制御する制御部１１０とを備える。【選択図】図４
2015212042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形ステージ上に、第１層から順に各層の造形データに基づいて、造形材からなる複数の造形材層を形成して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方法であって、
第Ｎ層（Ｎは自然数）の造形データに基づいて、対応する造形材層を形成する第１ステップと、
第Ｎ＋１層から第Ｎ＋Ｍ層（Ｍは自然数）までの各造形データに基づいて、順に対応する造形材層を形成する第２ステップと、
を有し、
前記第１ステップにおいて、前記第Ｎ層の造形データに基づく造形材層の積層面に凹凸状の段差を形成することを特徴とする三次元造形方法。
【請求項２】
前記第Ｎ層は、前記第１層であることを特徴とする請求項１に記載の三次元造形方法。
【請求項３】
前記第１および第２ステップでは、前記造形ステージに向けて前記造形材を吐出することによって前記造形材層を形成し、
前記第１ステップでは、前記造形材を部分的に吐出し、当該造形材が吐出される部分と当該造形材が吐出されない部分とを形成することによって前記積層面に前記段差を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の三次元造形方法。
【請求項４】
前記第１および第２ステップでは、前記造形ステージに向けて前記造形材を吐出することによって前記造形材層を形成し、
前記第１ステップでは、前記造形材の吐出量を部分的に変化させることによって前記積層面に前記段差を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の三次元造形方法。
【請求項５】
造形ステージ上に、第１層から順に各層の造形データに基づいて、造形材からなる複数の造形材層を形成して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、
各層の造形データに基づいて、対応する造形材層を形成する造形材層形成部と、
第Ｎ層（Ｎは自然数）の造形データに基づいて、対応する造形材層を形成するとともに、前記第Ｎ層の造形データに基づく造形材層の積層面に凹凸状の段差を形成した後、第Ｎ＋１層から第Ｎ＋Ｍ層（Ｍは自然数）までの各造形データに基づいて、順に対応する造形材層を形成するように、前記造形材層形成部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項６】
前記造形材層形成部は、前記造形ステージに向けて前記造形材を吐出することによって前記造形材層を形成し、
前記制御部は、前記第Ｎ層の造形データに基づく造形材層を形成する際には、前記造形材を前記造形ステージに向けて部分的に吐出し、当該造形材が吐出される部分と当該造形材が吐出されない部分とを形成することによって、前記第Ｎ層の造形データに基づく造形材層の積層面に前記段差を形成し、前記第Ｎ＋１層から前記第Ｎ＋Ｍ層までの各造形データに基づく造形材層を形成する際には、前記第Ｎ＋１層から前記第Ｎ＋Ｍ層までの各造形データに基づいて、全面的に造形材を吐出することによって、対応する造形材層を形成するように、前記造形材層形成部を制御することを特徴とする請求項５に記載の三次元造形装置。
【請求項７】
前記造形材層形成部は、前記造形ステージに向けて前記造形材を吐出することによって前記造形材層を形成し、
前記制御部は、前記第Ｎ層の造形データに基づく造形材層を形成する際には、前記造形材を前記造形ステージに向けて吐出する造形材の吐出量を部分的に変化させることによって、前記第Ｎ層の造形データに基づく造形材層の積層面に前記段差を形成し、前記第Ｎ＋１層から前記第Ｎ＋Ｍ層までの各造形データに基づく造形材層を形成する際には、前記第Ｎ＋１層から前記第Ｎ＋Ｍ層までの各造形データに基づいて、全面的に造形材を吐出することによって、対応する造形材層を形成するように、前記造形材層形成部を制御することを特徴とする請求項５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、三次元造形装置および三次元造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元の立体物（以下「三次元造形物」）を造形する技術として、ラピッド・プロトタイピング（ＲＰ：Rapid Prototyping）と呼ばれる技術が知られている。この技術は、１つの三次元造形物の表面を３角形の集まりとして記述したデータ（ＳＴＬ（Standard Triangulated Language）フォーマットのデータ）により、積層方向について薄く切った断面形状を計算し、その形状に従って各層を形成して三次元造形物を造形する技術である。また、三次元造形物を造形する手法としては、溶融物堆積方式（ＦＤＭ：Fused Deposition Molding）、インクジェット方式、インクジェットバインダ方式、光造形方式（ＳＬ：Stereo Lithography）、粉末焼結方式（ＳＬＳ：Selective Laser Sintering）などが知られている。
【０００３】
インクジェット方式による三次元造形方法としては、例えば、造形ステージに対してインクジェットヘッドから選択的に例えば光硬化性樹脂のモデル材を吐出する工程、その表面を平滑化する工程、および当該モデル材を硬化させる工程（光硬化性樹脂の場合は光照射工程）によって一層分の造形材層（硬化層）を形成し、この造形材層を複数積層して三次元造形物を造形する技術が提供されている。このような方式によれば、造形対象物の三次元形状に基づいてモデル材を微小な液滴（液滴径：数十［μｍ］）として吐出することにより高精細な造形材層が形成されるため、これを積層することにより高精細な三次元造形物を造形することができる。また、インクジェットヘッドとして、複数の吐出ノズルが配列された副走査を不要とする長さを有するインクジェットヘッド（いわゆるラインヘッド）を使用することによって、大きな三次元造形物であっても比較的短時間で造形できるように工夫がされている。
【０００４】
特許文献１には、インクジェットヘッドを主走査方向に走査しながらモデル材を吐出する第１動作の終了後に、モデル材の吐出中心位置が重ならないようにノズルピッチ以下で副走査方向に走査する第２動作を行い（つまり、吐出位置をノズル間位置にずらし）、この第１動作および第２動作を繰り返すことによって副走査方向の解像度を高くする立体造形装置が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、吐出手段によって液滴を吐出して立体造形粉体を粒子に固化することで複数の粒子から成る造形層を形成し、造形層を複数重ねることで立体造形物を造形する立体造形装置が開示されている。特許文献２に記載の技術では、複数の造形層のうち一の層での液滴を吐出する位置を、当該一の層と隣接する層での液滴を吐出する位置と、吐出手段の主走査方向及び副走査方向において液滴を吐出する間隔の１／２ずつずらし、且つ、隣接する層間で斜め方向に配置される粒子が接触するように、制御手段は吐出手段から液滴を吐出させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１３０８１７号公報
【特許文献２】特開２０１３−２０８８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載されるようなインクジェット方式のものも含め、従来提案されている三次元造形方法によって造形された三次元造形物は、概して、積層方向（鉛直方向）における造形材層（第Ｎ層。以下、Ｎは自然数とする）と、次に形成される造形材層（第Ｎ＋１層）との界面部における接着力が不十分であり、界面部から容易に剥離する傾向がある。そのため、積層方向の強度が他の方向（例えば、水平面内において互いに直交する主走査方向および副走査方向）に比べて低下するという問題があった。
【０００８】
なお、特許文献２に記載の技術では、吐出手段の主走査方向及び副走査方向において粒子同士が接触していないため、立体造形物の当該主走査方向及び副走査方向における強度が低下するという問題があった。また、下層に存在する４個の粒子の隙間を塞ぐように上層の粒子（液滴）を正確に吐出させる必要があるため、吐出手段の制御が難しいという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、三次元造形物の積層方向における強度を向上させることが可能な三次元造形方法および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】
【００１０】
本発明に係る三次元造形方法は、
造形ステージ上に、第１層から順に各層の造形データに基づいて、造形材からなる複数の造形材層を形成して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方法であって、
第Ｎ層（Ｎは自然数）の造形データに基づいて、対応する造形材層を形成する第１ステップと、
第Ｎ＋１層から第Ｎ＋Ｍ層（Ｍは自然数）までの各造形データに基づいて、順に対応する造形材層を形成する第２ステップと、
を有し、
前記第１ステップにおいて、前記第Ｎ層の造形データに基づく造形材層の積層面に凹凸状の段差を形成することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る三次元造形装置は、
造形ステージ上に、第１層から順に各層の造形データに基づいて、造形材からなる複数の造形材層を形成して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、
各層の造形データに基づいて、対応する造形材層を形成する造形材層形成部と、
第Ｎ層（Ｎは自然数）の造形データに基づいて、対応する造形材層を形成するとともに、前記第Ｎ層の造形データに基づく造形材層の積層面に凹凸状の段差を形成した後、第Ｎ＋１層から第Ｎ＋Ｍ層（Ｍは自然数）までの各造形データに基づいて、順に対応する造形材層を形成するように、前記造形材層形成部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第Ｎ層の造形データに基づく造形材層が形成される際、第Ｎ＋１層の造形材層が積層される積層面に凹凸状の段差が形成される。そのため、造形材層（第Ｎ層）の積層面に形成された凹部に、第Ｎ＋１層の造形データに基づく造形材層を形成する際に造形材の一部が入り込み、造形材層（第Ｎ層）と造形材層（第Ｎ＋１層）との間における接触面積が増加するアンカー効果によって、造形材層（第Ｎ層）と造形材層（第Ｎ＋１層）との間における接着力を向上させることができる。したがって、三次元造形物の積層方向における強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施の形態における三次元造形装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本実施の形態における三次元造形装置の制御系の主要部を示す図である。
【図３】本実施の形態におけるヘッドユニットの構成を示す図である。
【図４】本実施の形態における三次元造形装置の三次元造形動作を説明する図である。
【図５】本実施の形態における三次元造形装置の三次元造形動作を説明する図である。
【図６】従来技術における三次元造形装置の三次元造形動作を説明する図である。
【図７】本実施の形態における三次元造形装置の三次元造形動作を説明する図である。
【図８】本実施の形態における三次元造形装置の三次元造形動作を説明する図である。
【図９】本実施の形態における三次元造形装置の三次元造形動作を示すフローチャートである。
【図１０】粉末焼結方式による三次元造形動作を説明する図である。
【図１１】評価実験の結果を表す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施の形態における三次元造形装置１００の構成を概略的に示す図である。図２は、本実施の形態における三次元造形装置１００の制御系の主要部を示す図である。図１、２に示す三次元造形装置１００は、造形ステージ１４０上に造形材であるモデル材と、三次元造形物２００の造形動作中にモデル材に接してモデル材を支持及び／又は覆うためのサポート材とからなる造形材層を含む複数の造形材層を順に形成して積層することによって、三次元造形物２００を造形する。サポート材は、例えば造形対象物がオーバーハングする部分（張り出し部分）を有している場合等に、モデル材の外周や内周に設けられ、三次元造形物２００の造形が完了するまでオーバーハング部分（モデル材）を支持する。サポート材は、三次元造形物２００の造形が完了した後に、ユーザーによって除去される。モデル材およびサポート材としては、光、熱、放射線等のエネルギーを付与することで硬化するエネルギー硬化性の材料が用いられる。光硬化性樹脂材料や熱硬化性樹脂材料などの、エネルギー硬化性の材料は比較的粘度が低く、後述するインクジェット方式の吐出ヘッドから吐出することで、精度の高い造形物を作製することができる。本実施の形態においては、モデル材およびサポート材として、光硬化性材料を用いるものとして説明する。なお、図１においては、理解を容易にするため、サポート材に相当する部分は破線で示してある。
【００１５】
三次元造形装置１００は、各部の制御や３Ｄデータの取り扱いを行うための制御部１１０、制御部１１０の実行する制御プログラムや各種の情報を記憶する記憶部１１５、後述するモデル材を用いて造形を行うためのヘッドユニット１２０、ヘッドユニット１２０を移動させるための移動機構１３０、三次元造形物２００が形成される造形ステージ１４０、各種情報を表示するための表示部１４５、外部機器との間で３Ｄデータ等の各種情報を送受信するためのデータ入力部１５０、および、ユーザーからの指示を受け付けるための操作部１６０を備える。三次元造形装置１００には、造形対象物を設計するための、あるいは、三次元測定機を用いて実物（造形対象物）を測定して得られた三次元情報に基づいて造形用のデータを生成するためのコンピューター装置１５５が接続される。
【００１６】
データ入力部１５０は、造形対象物の三次元形状を示す３Ｄデータ（ＣＡＤデータやデザインデータなど）をコンピューター装置１５５から受け取り、制御部１１０に出力する。ＣＡＤデータやデザインデータには、造形対象物の三次元形状だけに限らず、造形対象物の表面の一部または全面および内部におけるカラー画像情報が含まれている場合もある。なお、３Ｄデータを取得する方法は特に限定されず、有線通信や無線通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの短距離無線通信を利用して取得しても良いし、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリなどの記録媒体を利用して取得しても良い。また、この３Ｄデータは、当該３Ｄデータを管理および保存するサーバーなどから取得しても良い。
【００１７】
制御部１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算手段を有しており、データ入力部１５０から３Ｄデータを取得し、取得した３Ｄデータの解析処理や演算処理を行う。制御部１１０は、３Ｄデータを解析することによって、三次元造形物２００を構成する領域を、モデル材を用いて形成するモデル材領域に設定する。また、制御部１１０は、三次元造形物２００を構成するモデル材を支持する領域を、サポート材を用いて形成するサポート材領域に設定する。制御部１１０は、モデル材を支持しつつ、サポート材の量がなるべく少なくなるようにサポート材領域の設定を行う。
【００１８】
制御部１１０は、データ入力部１５０から取得した３Ｄデータを、積層方向について薄く切った複数のスライスデータに変換する。スライスデータは、三次元造形物２００を造形するための造形材層毎の造形データである。各スライスデータに対しては、モデル材領域およびサポート材領域がそれぞれ設定されている。スライスデータの厚み、すなわち造形材層の厚みは、造形材層の一層分の厚さに応じた距離（積層ピッチ）と一致する。例えば、造形材層の厚みが０．０５［ｍｍ］である場合、制御部１１０は、１［ｍｍ］の高さの積層に必要な連続した２０［枚］のスライスデータを３Ｄデータから切り出す。本実施の形態では、制御部１１０は、特定の造形材層のモデル材領域について、その積層面（次の造形材層が積層される面）に後述する凹凸状の段差が形成されるように、当該造形材層に対応するスライスデータに対して設定を行う。
【００１９】
また、制御部１１０は、三次元造形物２００の造形動作中、三次元造形装置１００全体の動作を制御する。例えば、モデル材およびサポート材を所望の場所に吐出するための機構制御情報を移動機構１３０に対して出力するとともに、ヘッドユニット１２０に対してスライスデータを出力する。すなわち、制御部１１０は、ヘッドユニット１２０と移動機構１３０とを同期させて制御する。制御部１１０は、後述する光源１２６の制御も行う。
【００２０】
表示部１４５は、制御部１１０の制御を受けて、ユーザーに認識させるべき各種の情報やメッセージを表示する。操作部１６０は、テンキー、実行キー、スタートキー等の各種操作キーを備え、ユーザーによる各種入力操作を受け付けて、操作信号を制御部１１０に出力する。
【００２１】
造形ステージ１４０は、ヘッドユニット１２０の下方に配置される。造形ステージ１４０には、ヘッドユニット１２０によって造形材層が形成され、この造形材層が積層されることにより、サポート材領域を含む三次元造形物２００が造形される。
【００２２】
移動機構１３０は、ヘッドユニット１２０と造形ステージ１４０との相対位置を３次元で変化させる。具体的には、移動機構１３０は、図１に示すように、ヘッドユニット１２０に係合する主走査方向ガイド１３２と、主走査方向ガイド１３２を副走査方向に案内する副走査方向ガイド１３４と、造形ステージ１４０を鉛直方向に案内する鉛直方向ガイド１３６とを備え、さらに図示しないモーターや駆動リール等からなる駆動機構を備える。
【００２３】
移動機構１３０は、制御部１１０から出力された機構制御情報に従って、図示しないモーターおよび駆動機構を駆動し、ヘッドユニット１２０を主走査方向および副走査方向に自在に移動させる（図１を参照）。なお、移動機構１３０は、ヘッドユニット１２０の位置を固定し、造形ステージ１４０を主走査方向および副走査方向に移動させるように構成しても良いし、ヘッドユニット１２０と造形ステージ１４０との双方を移動させるように構成しても良い。
【００２４】
また、移動機構１３０は、制御部１１０から出力された機構制御情報に従って、図示しないモーターおよび駆動機構を駆動し、造形ステージ１４０を鉛直方向下方に移動させてヘッドユニット１２０と三次元造形物２００との間隔を調整する（図１を参照）。すなわち、造形ステージ１４０は、移動機構１３０によって鉛直方向に移動可能に構成されており、造形ステージ１４０上に、Ｎを自然数としたときに、第Ｎ層の造形材層が形成された後、積層ピッチだけ鉛直方向下方に移動する。そして、造形ステージ１４０上に第Ｎ＋１層の造形材層が形成された後、積層ピッチだけ鉛直方向下方に再び移動する。なお、移動機構１３０は、造形ステージ１４０の鉛直方向位置を固定し、ヘッドユニット１２０を鉛直方向上方に移動させても良いし、ヘッドユニット１２０と造形ステージ１４０との双方を移動させても良い。
【００２５】
ヘッドユニット１２０は、図２，３に示すように、インクジェット方式の第１吐出ヘッド１２２および第２吐出ヘッド１２４、平滑化装置１２５および光源１２６を筐体１２１の内部に備える。第１吐出ヘッド１２２および第２吐出ヘッド１２４は、造形材層を形成するための造形材層形成部の一部を構成している。
【００２６】
第１吐出ヘッド１２２は、長手方向（副走査方向）に列状に配列された複数の吐出ノズルを有する。第１吐出ヘッド１２２は、長手方向に直交する主走査方向に走査しながら、造形ステージ１４０に向けて複数の吐出ノズルからモデル材の液滴を選択的に吐出する。第１吐出ヘッド１２２は、１層分の造形材層が形成される際、その造形材層に対応するスライスデータに対してモデル材領域が設定された領域に、モデル材の液滴を吐出する。この吐出動作を、副走査方向にずらしながら複数回繰り返すことにより、造形ステージ１４０上の所望の領域に造形材層のモデル材領域を形成する。モデル材領域は、光エネルギーの照射による硬化処理が施されることにより硬化する。硬化の度合いは照射されるエネルギー量によって異なり、半硬化の状態にすることもできるし、実質的に完全に硬化した状態にすることもできる。ここで、半硬化とは、モデル材が、層（造形材層）として形状を維持することができる程度の粘度を有するように完全硬化よりも低い度合いで硬化された状態を言うものとする。
【００２７】
第２吐出ヘッド１２４は、長手方向（副走査方向）に列状に配列された複数の吐出ノズルを有する。第２吐出ヘッド１２４は、長手方向に直交する主走査方向に走査しながら、造形ステージ１４０に向けて複数の吐出ノズルからサポート材の液滴を選択的に吐出する。第２吐出ヘッド１２４は、１層分の造形材層が形成される際、その造形材層に対応するスライスデータに対してサポート材領域が設定された領域に、サポート材の液滴を吐出する。この吐出動作を、副走査方向にずらして複数回繰り返すことにより造形ステージ１４０上の所望の領域に造形材層のサポート材領域を形成する。
【００２８】
このように、制御部１１０からの制御信号によって移動機構１３０が作動するとともに、制御部１１０から送られるスライスデータに基づいて、第１吐出ヘッド１２２からはモデル材が選択的に造形ステージ１４０に供給され、第２吐出ヘッド１２４からはサポート材が選択的に造形ステージ１４０に供給されることで造形が行われる。すなわち、制御部１１０、移動機構１３０、ヘッドユニット１２０、第１吐出ヘッド１２２、第２吐出ヘッド１２４等によって造形材層を形成するための造形材層形成部が構成される。
【００２９】
第１吐出ヘッド１２２および第２吐出ヘッド１２４としては、従来公知の画像形成用のインクジェットヘッドが用いられる。なお、第１吐出ヘッド１２２および第２吐出ヘッド１２４が有する複数の吐出ノズルは、列状に配列されていれば良く、直線状に並んでいても良いし、ジグザグ配列で全体として直線状になるように並んでいても良い。
【００３０】
第１吐出ヘッド１２２は、モデル材を吐出可能な状態で貯留する。本実施の形態では、第１吐出ヘッド１２２として、例えば、粘度が５〜１５［ｍＰａ・ｓ］の範囲でモデル材を吐出できるものを採用することができる。モデル材としては、特定波長の光（光エネルギー）が照射されることにより硬化する光硬化性材料が用いられる。光硬化性材料としては、例えば、紫外線硬化性樹脂が挙げられ、アクリル酸エステルまたはビニルエーテル等のラジカル重合系紫外線硬化性樹脂や、エポキシまたはオキセタン等のモノマーやオリゴマーと、樹脂に応じた重合開始剤（反応開始剤）としてアセトフェノンやベンゾフェノン等とを組み合わせて使用するカチオン重合系紫外線硬化性樹脂を用いることができる。光硬化性材料は、硬化を進行させ得る特定波長の光を遮光部材やフィルターなどにより遮断しておくことで、吐出可能な状態で貯留することができる。なお、モデル材として、熱エネルギーが付与されることにより硬化する熱硬化性材料を用いても良いし、放射線の照射により硬化する放射線硬化材料を用いても良い。
【００３１】
第２吐出ヘッド１２４は、サポート材を吐出可能な状態で貯留する。サポート材としては、特定波長の光が照射されることにより硬化する光硬化性材料がモデル材と配合比率を変えて用いられる。サポート材には、ポリエチレングリコール、部分的にアクリル化された多価アルコール・オリゴマ、親水性置換基を有するアクリル化オリゴマーやそれらを組み合わせた材料を添加することで水との接触に対して膨潤する機能を持たせても良い。これにより、サポート材の除去を行いやすくすることができる。なお、サポート材として、熱エネルギーが付与されることにより硬化する熱硬化性材料を用いても良いし、放射線の照射により硬化する放射線硬化材料を用いても良いし、これらに水膨潤性を持たせた材料を用いても良い。
【００３２】
モデル材およびサポート材は、第１吐出ヘッド１２２および第２吐出ヘッド１２４により造形ステージ１４０上にそれぞれ吐出されて造形材層（モデル材領域およびサポート材領域）を形成する。造形材層は、光エネルギーの照射による硬化処理が施されることにより、十分な強度が得られる程度の硬度になるまで硬化が進められる。
【００３３】
平滑化装置１２５は、均しローラー１２５Ａ、掻き取り部材１２５Ｂ（ブレード）および回収部材１２５Ｃを筐体１２１の内部に備える。均しローラー１２５Ａは、制御部１１０の制御下において回転駆動可能であり、第１吐出ヘッド１２２および第２吐出ヘッド１２４により吐出されたモデル材表面およびサポート材表面に接触してモデル材表面およびサポート材表面の凹凸を平滑化する。その結果、均一な層厚を有する造形材層（モデル材領域およびサポート材領域）が形成される。造形材層の表面が平滑化されることにより、次の造形材層を精度良く形成して積層することができるので、高精度の三次元造形物２００を造形することができる。均しローラー１２５Ａの表面に付着したモデル材およびサポート材は、均しローラー１２５Ａの近傍に設けられた掻き取り部材１２５Ｂによって掻き取られる。掻き取り部材１２５Ｂによって掻き取られたモデル材およびサポート材は、回収部材１２５Ｃによって回収される。なお、掻き取り部材１２５Ｂによって掻き取られたモデル材やサポート材は、第１吐出ヘッド１２２や第２吐出ヘッド１２４に供給されて再利用されるものとしても良いし、廃タンク（図示せず）に輸送されるものとしても良い。
【００３４】
光源１２６は、造形ステージ１４０に向けて吐出された光硬化性樹脂のモデル材およびサポート材に硬化処理（光エネルギー照射処理）を施して、半硬化させる。モデル材として紫外線硬化性材料を用いる場合は、光源１２６として、紫外線を放射するＵＶランプ（例えば、高圧水銀ランプ）が好適に用いられる。なお、光源１２６としては、高圧水銀ランプの他に、低圧水銀灯、中圧水銀灯、超高圧水銀灯、カーボンアーク灯、メタルハライドランプ、キセノンランプまたは紫外線ＬＥＤランプ等を用いることができる。光源１２６は、制御部１１０からの制御信号によって、照射タイミングや露光量が制御される。露光量の制御は、光源１２６に加える電圧や電流等を調整して光源１２６の発光強度を変化させることで行うようにしても良いし、光源１２６と造形材との間に、光学的なフィルターを挿抜できるように配置したり、複数種類のフィルターを切り替えられるように構成して、これらを挿抜したり切り替えたりすることで行うようにしても良い。
【００３５】
次に、模式的に示した図４を参照し、三次元造形装置１００が造形材層を順に形成して積層することによって三次元造形物２００を造形する動作例について説明する。図４に示すように、三次元造形装置１００が、造形ステージ１４０上に造形材層を順に形成して積層することによって、Ｅ層分（Ｅは自然数であり、Ｅ＞Ｎである）の造形材層からなる三次元造形物２００を造形する場合について説明する。
【００３６】
図４Ａは、ヘッドユニット１２０により、造形ステージ１４０上の所定の領域に対して、第Ｎ層のスライスデータに基づいて特定の造形材層（第Ｎ層の造形材層）のモデル材領域の一部が形成された様子を示している。詳細は図示していないが、ヘッドユニット１２０は、モデル材を全面的に吐出して第１層〜第Ｎ−１層の造形材層を形成することができるように構成されている。ヘッドユニット１２０は、第Ｎ層のスライスデータに基づいて第Ｎ層の造形材層を形成する際、図４Ａに示すように、モデル材を部分的に吐出して当該モデル材が吐出される部分（吐出部分）と当該モデル材が吐出されない部分（非吐出部分）とを形成する。この第Ｎ回の造形材の供給によって、第Ｎ＋１層の造形材層が積層される積層面に凹凸状の段差を形成する。つまり、ヘッドユニット１２０は、粗面化された第Ｎ層の造形材層を形成する。ヘッドユニット１２０は、図５の部分平面図に示すように、第Ｎ層の造形材層を平面視したときに吐出部分（網掛け部分）が格子状になるようにモデル材の吐出を行う。
【００３７】
図４Ｂは、ヘッドユニット１２０により、第Ｎ＋１層のスライスデータに基づいて第Ｎ＋１層の造形材層のモデル材領域の一部が形成された様子を示している。ヘッドユニット１２０は、第Ｎ＋１層の造形材層を形成する際、第Ｎ＋１層のスライスデータに基づいて第Ｎ層の造形材層の積層面に向けてモデル材を全面的に吐出して、当該モデル材が吐出されない部分（非吐出部分）を形成しない。この第Ｎ＋１回の造形材の供給により、モデル材の一部が、第Ｎ層の造形材層の凹部（非吐出部分）に入り込み、第Ｎ層が完成する。また、それとともに、第Ｎ＋２層の造形材層が積層される積層面に凹凸状の段差が形成される。こうして、第Ｎ回に供給されたモデル材は、第Ｎ＋１回に供給されたモデル材に対して、上面だけでなく側面においても接触することになる。
【００３８】
図４Ｃは、ヘッドユニット１２０により、第Ｎ＋２層のスライスデータに基づいて第Ｎ＋２層の造形材層のモデル材領域の一部が形成された様子を示している。ヘッドユニット１２０は、第Ｎ＋２層の造形材層を形成する際、第Ｎ＋２層のスライスデータに基づいて第Ｎ＋１層の造形材層の積層面に向けてモデル材を全面的に吐出して、当該モデル材が吐出されない部分（非吐出部分）を形成しない。この第Ｎ＋２回の造形材の供給により、モデル材の一部が、第Ｎ＋１層の造形材層の凹部に入り込み、第Ｎ＋１層が完成する。また、それとともに、第Ｎ＋３層の造形材層が積層される積層面に凹凸状の段差が形成される。こうして、第Ｎ＋１回に供給されたモデル材は、第Ｎ回および第Ｎ＋２回に供給されたモデル材に対して、上面および下面だけでなく側面においても接触することになる。
【００３９】
図示していないが、ヘッドユニット１２０は、第Ｎ＋３層〜第Ｅ−１層の造形材層を形成する際も、第Ｎ＋１層および第Ｎ＋２層の造形材層を形成する場合と同様に、対応する各層の造形データに基づいて、前層の造形材層の積層面に向けてモデル材を全面的に吐出して、当該モデル材が吐出されない部分（非吐出部分）を形成しない。
【００４０】
図４Ｄは、ヘッドユニット１２０により、第Ｅ層の造形材層（最終層）のモデル材領域が形成された様子を示している。ヘッドユニット１２０は、図４Ｄに示すように、第Ｅ層の造形材層の上面に凹凸状の段差が形成されないように、第Ｅ−１層の造形材層の積層面に向けてモデル材を全面的に吐出して第Ｅ層の造形材層を形成する。つまり、ヘッドユニット１２０は、第Ｅ−１層の造形材層の積層面に形成された凹部に向けて、当該凹部以外の部分よりも多くのモデル材（２層分）を吐出し当該凹部をなくす。全面的な吐出の後、再度吐出を行って凹部を埋めるようにしても良い。なお、図４においては、理解を容易にするため各回の供給で使用される造形材に異なる網掛けを付しているが、実際には同じ造形材が使用される。以下の図６、７、１０においても同様である。
【００４１】
ここで模式的に示した図６を参照し、従来技術においてＥ層分の造形材層からなる三次元造形物２００を造形する場合について説明する。ヘッドユニット１２０は、モデル材を全面的に吐出して第１層〜第Ｅ層の造形材層を形成する。
【００４２】
図６Ａは、ヘッドユニット１２０により、造形ステージ１４０上の所定の領域に対して、第Ｎ層の造形材層のモデル材領域が形成された様子を示している。図示していないが、ヘッドユニット１２０は、モデル材を全面的に吐出して第１層〜第Ｎ−１層の造形材層を形成する。ヘッドユニット１２０は、第Ｎ層の造形材層を形成する際、図６Ａに示すように、モデル材を全面的に吐出して第Ｎ＋１層の造形材層が積層される積層面に凹凸状の段差を形成しない。つまり、ヘッドユニット１２０は、粗面化されていない第Ｎ層の造形材層を形成する。
【００４３】
図６Ｂは、ヘッドユニット１２０により、第Ｎ＋１層の造形材層のモデル材領域が形成された様子を示している。ヘッドユニット１２０は、第Ｎ＋１層の造形材層を形成する際、Ｎ層の造形材層の積層面に向けてモデル材を全面的に吐出して第Ｎ＋２層の造形材層が積層される積層面に凹凸状の段差を形成しない。つまり、ヘッドユニット１２０は、粗面化されていない第Ｎ＋１層の造形材層を形成する。このとき、第Ｎ層の造形材層を構成するモデル材は、第Ｎ＋１層の造形材層を構成するモデル材に対して、上面において接触している。
【００４４】
図６Ｃは、ヘッドユニット１２０により、第Ｎ＋２層の造形材層のモデル材領域が形成された様子を示している。ヘッドユニット１２０は、第Ｎ＋２層の造形材層を形成する際、第Ｎ＋１層の造形材層の積層面に向けてモデル材を全面的に吐出して第Ｎ＋３層の造形材層が積層される積層面に凹凸状の段差が形成されない。このとき、第Ｎ＋１層の造形材層を構成するモデル材は、第Ｎ層および第Ｎ＋２層の造形材層を構成するモデル材に対して、上面および下面において接触している。
【００４５】
図示していないが、ヘッドユニット１２０は、第Ｎ＋３層〜第Ｅ層の造形材層を形成する際も、第Ｎ層〜第Ｎ＋２層の造形材層を形成する場合と同様に、前層の造形材層の積層面に向けてモデル材を全面的に吐出して第Ｎ＋４層〜第Ｅ層の造形材層が積層される積層面に凹凸状の段差が形成されない。
【００４６】
図６を参照して説明したように、従来技術における造形方法では、ある造形材層（例えば、第Ｎ＋１層の造形材層）を構成するモデル材は、前層（例えば、第Ｎ層の造形材層）および次層（例えば、第Ｎ＋２層の造形材層）を構成するモデル材に対して、上面および下面において接触している。そのため、下層（例えば、第Ｎ層の造形材層）と上層（例えば、第Ｎ＋２層の造形材層）との間に境界面が生じ、当該下層および当該上層との界面部における接着力が不十分となり、界面部から容易に剥離する傾向がある。そのため、積層方向の強度が他の方向（水平面内において互いに直交する主走査方向および副走査方向）に比べて低下する。
【００４７】
これに対して本実施の形態では、図４を参照して説明したように、ある造形材層（例えば、第Ｎ＋１層の造形材層）は、複数回の造形材の供給（例えば、第Ｎ＋１回および第Ｎ＋２回の造形材の供給）と硬化を経て構成される。従って、前回供給された造形材で構成された造形材層（例えば、第Ｎ層の造形材層）および次回供給された造形材で構成された造形材層（例えば、第Ｎ＋２層の造形材層）を構成するモデル材に対して、上面および下面だけでなく側面においても接触している。つまり、従来技術に比べて、ある造形材層と、その前層および次層との接触面積が増加するため、前層および次層との間における接着力を向上させることができる。したがって、三次元造形物２００の積層方向における強度を向上させることができる。また、意図的にモデル材を部分的に吐出して当該モデル材が吐出される部分と当該モデル材が吐出されない部分とを形成した造形材層の次層以降の造形材層には、モデル材が全面的に吐出されることにより、積層面に凹凸状の段差が自動的に形成される。そのため、複雑な制御を行わなくても、意図的にモデル材を部分的に吐出して形成した造形材層以降の造形材層について、三次元造形物２００の積層方向における強度を向上させることができる。
【００４８】
なお、モデル材を部分的に吐出して当該モデル材が吐出される吐出部分と当該モデル材が吐出されない非吐出部分とを形成する際、吐出部分は、図５に示したように格子状にする必要はなく、当該モデル材が主走査方向および副走査方向からなる平面内である程度接触していれば良い。これにより、三次元造形物２００の主走査方向および副走査方向における強度をあまり落とすことなく、積層方向における強度を向上させることができる。ただし、吐出部分を市松模様のようにした場合には、モデル材が主走査方向および副走査方向からなる平面内で接触しにくくなるため、三次元造形物２００の積層方向における強度を向上させることができる一方、主走査方向および副走査方向における強度は低下しやすくなる。したがって、吐出部分を完全な市松模様にしないようにすることが望ましい。
【００４９】
また、本実施の形態において、モデル材を部分的に吐出して形成する造形材層は第何層でも良いが、当該造形材層を造形の第１層（最下層）にすることによって、最下層と最上層（最終層）以外の造形材層についてはモデル材を全面的に吐出すれば良く、三次元造形物２００の造形制御を簡易にすることができる。さらに、三次元造形物２００を構成する全層にわたって、前層および次層の少なくとも一方との接触面積が増加し接着力を向上させることができる。したがって、三次元造形物２００の積層方向の全体における強度を向上させることができる。
【００５０】
なお、三次元造形物２００を構成する造形材層の積層数が多く、第１吐出ヘッド１２２の吐出位置の精度に起因して造形材層の積層面に形成される段差が積層するにつれて鈍り小さくなってくる場合も想定される。このような場合には、次層の造形材層を形成する際、モデル材を部分的に吐出して当該モデル材が吐出される吐出部分と当該モデル材が吐出されない非吐出部分とを形成することによって積層面に凹凸状の段差を新たに形成しても良い。一定数の造形材層を形成して積層するたびに、次層の造形材層の積層面に凹凸状の段差を新たに形成しても良い。
【００５１】
また、サポート材からなるサポート材領域については、特に強度を増す必要はないため、ヘッドユニット１２０は、モデル材領域のように造形材層の積層面に凹凸状の段差を形成する制御を行わずに造形動作を行う。ただし、モデル材領域のうちサポート材領域との境界部分については、三次元造形物２００の造形が完了しサポート材領域が除去された後に、モデル材領域の表面が粗くなるのを防止するため、積層面に段差を形成しないように造形動作を行うことが好ましい。
【００５２】
次に、模式的に示した図７を参照し、三次元造形装置１００が造形材層を順に形成して積層することによって三次元造形物２００を造形する動作の変形例について説明する。図７に示すように、三次元造形装置１００が、造形ステージ１４０上にモデル材領域およびサポート材領域を有する造形材層を順に形成して積層することによって、Ｅ層分の造形材層からなる三次元造形物２００を造形する場合について説明する。
【００５３】
図７Ａは、ヘッドユニット１２０により、造形ステージ１４０上の所定の領域に対して、特定の造形材層（第Ｎ層の造形材層）のモデル材領域が形成された様子を示している。詳細は図示していないが、ヘッドユニット１２０は、モデル材を全面的に吐出して第１層〜第Ｎ−１層の造形材層を形成することができるように構成されている。ヘッドユニット１２０は、第Ｎ層のスライスデータに基づいて第Ｎ層の造形材層を形成する際、図７Ａに示すように、モデル材の吐出量を部分的に変化させることによって、第Ｎ＋１層の造形材層が積層される積層面に凹凸状の段差を形成する。つまり、ヘッドユニット１２０は、粗面化された第Ｎ層の造形材層を形成する。ヘッドユニット１２０は、図８の部分平面図に示すように、第Ｎ層の造形材層を平面視したときに、モデル材の吐出量が少ない低床部分と、モデル材の吐出量が多い高床部分とが市松模様に配置されるようにモデル材の吐出を行う。例えば、モデル材の吐出動作を主走査方向で複数回繰り返すことにより造形材層（モデル材領域）を形成する場合、１回目の走査でモデル材を全面的に吐出し、２回目以降の走査でモデル材を部分的に吐出することによってモデル材の吐出量を部分的に変化させることができる。また、１回の走査で複数の液滴（モデル材）を一箇所に着弾するように吐出可能なマルチドロップを用いて、吐出する液滴数を変化させることによっても、モデル材の吐出量を部分的に変化させることができる。マルチドロップは、例えばコニカミノルタ社製のインクジェットヘッドＫＭ５１２やＫＭ１０２４を用いて行うことができる。このようにして、第Ｎ回の造形材の供給が行われ、積層面に凹凸が形成された第Ｎ層の造形材層が形成される。
【００５４】
図７Ｂは、ヘッドユニット１２０により、第Ｎ＋１層のスライスデータに基づいて第Ｎ＋１層の造形材層のモデル材領域が形成された様子を示している。ヘッドユニット１２０は、第Ｎ＋１層の造形材層を形成する際、第Ｎ層の造形材層の積層面に向けてモデル材を全面的に吐出する。この第Ｎ＋１回の造形材の供給により、モデル材の一部が、第Ｎ層の造形材層の凹部（低床部分）に入り込み、第Ｎ層が完成する。また、それとともに、第Ｎ＋２層の造形材層が積層される積層面に凹凸状の段差が形成される。こうして、第Ｎ回に供給されたモデル材は、第Ｎ＋１回に供給されたモデル材に対して、上面だけでなく側面においても接触している。
【００５５】
図７Ｃは、ヘッドユニット１２０により、第Ｎ＋２層のスライスデータに基づいて第Ｎ＋２層の造形材層のモデル材領域が形成された様子を示している。ヘッドユニット１２０は、第Ｎ＋２層の造形材層を形成する際、第Ｎ＋１層の造形材層の積層面に向けてモデル材を全面的に吐出する。この第Ｎ＋２回の造形材の供給により、モデル材の一部が、第Ｎ＋１層の造形材層の凹部に入り込み、第Ｎ＋１層が完成する。また、それとともに、第Ｎ＋３層の造形材層が積層される積層面に凹凸状の段差が形成される。こうして、第Ｎ＋１回に供給されたモデル材は、第Ｎ回および第Ｎ＋２回に供給されたモデル材に対して、上面および下面だけでなく側面においても接触することになる。
【００５６】
図示していないが、ヘッドユニット１２０は、第Ｎ＋３層〜第Ｅ−１層の造形材層を形成する際も、第Ｎ＋１層および第Ｎ＋２層の造形材層を形成する場合と同様に、対応する各層の造形データに基づいて、前層の造形材層の積層面に向けてモデル材を全面的に吐出する。
【００５７】
図７Ｄは、ヘッドユニット１２０により、第Ｅ層の造形材層（最終層）のモデル材領域が形成された様子を示している。ヘッドユニット１２０は、図７Ｄに示すように、第Ｅ層の造形材層の上面に凹凸状の段差が形成されないように、Ｅ−１層の造形材層の積層面に向けてモデル材を全面的に吐出して第Ｅ層の造形材層を形成する。つまり、ヘッドユニット１２０は、第Ｅ−１層の造形材層の積層面に形成された凹部に向けて、当該凹部以外の部分よりも多くのモデル材（１層分＋凹部の深さ相当）を吐出し当該凹部をなくす。
【００５８】
以上より、ある造形材層（例えば、第Ｎ＋１層の造形材層）は、複数回の造形材の供給（例えば、第Ｎ＋１回および第Ｎ＋２回の造形材の供給）と硬化を経て構成される。従って、前回供給された造形材で構成された造形材層（例えば、第Ｎ層の造形材層）および次回供給された造形材で構成された造形材層（例えば、第Ｎ＋２層の造形材層）を構成するモデル材に対して、上面および下面だけでなく側面においても接触している。つまり、従来技術に比べて、ある造形材層と、その前層および次層との接触面積が増加するため、前層および次層との間における接着力を向上させることができる。したがって、三次元造形物２００の積層方向における強度を向上させることができる。三次元造形物２００の積層方向における強度を確実に向上させる観点から、高床部分におけるモデル材の吐出量は、低床部分におけるモデル材の吐出量の２倍以上であることが望ましい。図７に示した例では、各造形材層を構成するモデル材が主走査方向および副走査方向からなる平面内で接触している面積は、図４に示した例よりも大きいため、三次元造形物２００の主走査方向および副走査方向における強度を落とさずに、積層方向における強度を向上させることができる。
【００５９】
図９は、制御部１１０が実行する、三次元造形装置１００における三次元造形物２００の造形動作を実行するための制御フローチャートである。ステップＳ１００の処理は、操作部１６０を介したユーザー操作によって、三次元造形物２００の造形動作の実行が要求されることにより開始する。なお、ステップＳ１００の前に、制御部１１０は、第Ｎ層の造形材層のモデル材領域について、その積層面（次の造形材層が積層される面）に凹凸状の段差が形成されるように、当該造形材層に対応するスライスデータに対して設定を行っているものとする。
【００６０】
まず、制御部１１０は、これから造形しようとする層に対応する造形データを参照し（ステップＳ９０）、次層（次に形成される対象の造形材層）が第Ｎ層の造形材層であるか否かについて判定する（ステップＳ１００）。この判定の結果、次層が第Ｎ層の造形材層でない場合（ステップＳ１００、ＮＯ）、処理はステップＳ１４０に遷移する。一方、次層がＮ層の造形材層である場合（ステップＳ１００、ＹＥＳ）、図４Ａ，６Ａに示すように、制御部１１０は、ヘッドユニット１２０等を制御し、造形ステージ１４０上の所定の領域に対してモデル材を部分的に吐出させ、粗面化された第Ｎ層の造形材層を形成させる（ステップＳ１２０）。その後、処理はステップＳ１４０に遷移する。
【００６１】
ステップＳ１４０では、制御部１１０は、次層が第Ｅ層の造形材層（最終層）であるか否かについて判定する（ステップＳ１４０）。この判定の結果、次層が第Ｅ層の造形材層でない場合（ステップＳ１４０、ＮＯ）、制御部１１０は、ヘッドユニット１２０等を制御し、造形ステージ１４０上の所定の領域に対してモデル材を全面的に吐出させ、次層（造形材層）を形成させる（ステップＳ１８０）。その後、処理はステップＳ９０の前に戻る。
【００６２】
一方、次層が第Ｅ層の造形材層である場合（ステップＳ１４０、ＹＥＳ）、図４Ｄ，７Ｄに示したように、制御部１１０は、ヘッドユニット１２０等を制御し、第Ｅ層の造形材層の上面に凹凸状の段差が形成されないように、第Ｅ−１層の造形材層の積層面に向けてモデル材を全面的に吐出させ、第Ｅ層の造形材層を形成させる（ステップＳ１６０）。ステップＳ１６０の処理が完了することによって、三次元造形装置１００は、図９における処理を終了する。
【００６３】
以上詳しく説明したように、本実施の形態では、三次元造形装置１００は、各層の造形データに基づいて、対応する造形材層を形成する造形材層形成部（制御部１１０、移動機構１３０、ヘッドユニット１２０、第１吐出ヘッド１２２、第２吐出ヘッド１２４等）と、第Ｎ層（Ｎは自然数）の造形データに基づいて、対応する造形材層を形成するとともに、第Ｎ層の造形データに基づく造形材層の積層面に凹凸状の段差を形成した後、第Ｎ＋１層から第Ｎ＋Ｍ層（Ｍは自然数）までの各造形データに基づいて、順に対応する造形材層を形成するように、造形材層形成部を制御する制御部１１０とを備える。
【００６４】
このように構成した本実施の形態によれば、第Ｎ層の造形データに基づく造形材層が形成される際、第Ｎ＋１層の造形材層が積層される積層面に凹凸状の段差が形成される。そのため、造形材層（第Ｎ層）の積層面に形成された凹部に、第Ｎ＋１層の造形データに基づく造形材層を形成する際に造形材の一部が入り込み、造形材層（第Ｎ層）と造形材層（第Ｎ＋１層）との間における接触面積が増加するアンカー効果によって、造形材層（第Ｎ層）と造形材層（第Ｎ＋１層）との間における接着力を向上させることができる。したがって、三次元造形物２００の積層方向における強度を向上させることができる。
【００６５】
なお、上記実施の形態では、インクジェット方式によって三次元造形物２００を造形する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、造形材を選択的に配置し硬化させていくことによって各層（造形材層）を形成して三次元造形物を造形する方式（例えば、粉体積層方式、光造形方式または粉末焼結方式）においても、ある特定の層の積層面に凹凸状の段差を形成することによって三次元造形物の積層方向における強度を向上させることができる。
【００６６】
図１０は、造形材を粉末状にし、レーザーを用いて１層ずつ硬化させ造形する粉末焼結方式による三次元造形動作を説明する図である。図１０Ａは、造形ステージ１４０上の所定の領域に対して、第Ｎ＋１層の造形材層が積層される積層面に凹凸状の段差が形成されるように、第Ｎ層の造形材層（モデル材領域）を形成した様子を示している。図１０Ｂは、第Ｎ層の造形材層が形成された後に、第Ｎ＋１層の微細な粉末（未硬化材料）を造形テーブル上に敷いた様子を示している。図１０Ｃは、第Ｎ＋１層の未硬化材料が造形テーブル上に敷かれた後、第Ｎ層の造形材層の凹部に相当する部位にレーザーを照射して焼結させる様子を示している。図１０Ｄは、図１０Ｃの硬化作用（レーザー照射）によって第Ｎ＋１層の造形材層（２層分の高さ）を形成した様子を示している。図１０Ｅは、第Ｎ＋２層の未硬化材料が造形テーブル上に敷かれた後、第Ｎ＋１層の造形材層の凹部に相当する部位にレーザーを照射して焼結させる様子を示している。図１０Ｆは、図１０Ｅの硬化作用（レーザー照射）によって第Ｎ＋２層の造形材層（２層分の高さ）を形成した様子を示している。以後、次層の未硬化材料を造形テーブル上に敷き、第（次層−１）層の造形材層の凹部に相当する部位にレーザーを照射して焼結させる動作を繰り返す。図１０Ｇは、第Ｅ層の未硬化材料が造形テーブル上に敷かれた後、第Ｅ層の造形材層の上面に凹凸状の段差が形成されないように、第Ｅ−１層の造形材層の全面にレーザーを照射して焼結させる様子を示している。ここで、第Ｅ−１層の造形材層の凹部に相当する部位におけるレーザー照射量は、当該凹部以外に相当する部位におけるレーザー照射量より大きい。図１０Ｈは、図１０Ｇの硬化作用（レーザー照射）によって第Ｅ層の造形材層を形成した様子を示している。以上より、三次元造形物の積層方向における強度を向上させることができる。
【００６７】
また、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【００６８】
［実験例］
上記実施の形態の構成における効果を確認するための評価実験について説明する。図１１は、実施例１，２および比較例における評価実験の結果を表す表である。本評価実験では、造形材としてＳｔｒａｔａｓｙｓ社製の紫外線硬化性樹脂「ＶｅｒｏＷｈｉｔｅ  ＲＤＧ」を使用した。評価用の試験片は、コニカミノルタ社製インクジェットヘッドＫＭ５１２（標準液滴量４２［ｐｌ］、ノズル解像度３６０［ｄｐｉ］≒ノズルピッチ７０．５［μｍ］）を搭載し、固定された当該インクジェットヘッドに対して造形ステージを１８９［ｍｍ／ｓ］で移動させる三次元造形装置を用いて造形することによって作製した。上記三次元造形装置のインクジェットヘッド（より具体的には８０［℃］に保持された吐出ノズル）から造形材を吐出し均しローラーで平滑化した後、光源（高圧水銀ランプ）を用いて光照射処理を施した。これらの動作を繰り返すことで造形材からなる造形材層を順に形成して積層し、所定形状の試験片を造形した。本評価実験では、三次元造形物としての試験片の衝撃強さ（以下、強度とも言う）を測定するために、応力が集中的に作用する箇所にノッチ（切り欠き）を形成した下記寸法の試験片（長方形形状）を作製した。
長さ:８０［ｍｍ］
幅:４［ｍｍ］
高さ:１０［ｍｍ］
ノッチ深さ:２［ｍｍ］
【００６９】
実施例１における試験片の作製方法について説明する。まず、第１層の造形材層を形成する際、図４Ａに示すように、造形材を部分的に吐出して当該造形材が吐出される部分（吐出部分）と当該造形材が吐出されない部分（非吐出部分）とを形成することによって、第２層の造形材層が積層される積層面に凹凸状の段差を形成した。その後、図４Ｂ，４Ｃに示すように、前層の造形材層の積層面に向けて造形材を全面的に吐出して造形材層を形成する動作を繰り返した。この際、１００層分の造形材層を形成して積層するたびに、次層の造形材層の積層面に凹凸状の段差を新たに形成した。最後に、図４Ｄに示すように、第Ｅ層の造形材層の上面に凹凸状の段差が形成されないように、第Ｅ−１層の造形材層の積層面に向けて造形材を全面的に吐出して第Ｅ層の造形材層を形成した。なお、主走査方向および副走査方向の衝撃強さを測定するための試験片については、造形材層を約５７０回、順に形成して積層することによって作製した。また、積層方向の衝撃強さを測定するための試験片については、造形材層を約１１４５０回、順に形成して積層することによって作製した。
【００７０】
実施例２における試験片の作製方法について説明する。まず、第１層の造形材層を形成する際、図７Ａに示すように、造形材の吐出量を部分的に変化させることによって、第２層の造形材層が積層される積層面に凹凸状の段差を形成した。この際、造形材の吐出量が少ない低床部分（吐出量４２［ｐｌ］）と、造形材の吐出量が多い高床部分（吐出量１２６［ｐｌ］）とが市松模様に配置されるように造形材の吐出を行った。その後、図７Ｂ，７Ｃに示すように、前層の造形材層の積層面に向けて造形材を全面的に吐出（吐出量１２６［ｐｌ］）して造形材層を形成する動作を繰り返した。この際、５０層分の造形材層を形成して積層するたびに、次層の造形材層の積層面に凹凸状の段差を新たに形成した。最後に、図７Ｄに示すように、第Ｅ層の造形材層の上面に凹凸状の段差が形成されないように、第Ｅ−１層の造形材層の積層面に向けて造形材を全面的に吐出して第Ｅ層の造形材層を形成した。なお、主走査方向および副走査方向の衝撃強さを測定するための試験片については、造形材層を約４００回、順に形成して積層することによって作製した。また、積層方向の衝撃強さを測定するための試験片については、造形材層を約８０００回、順に形成して積層することによって作製した。
【００７１】
比較例における試験片の作製方法について説明する。すなわち図６Ａ〜６Ｃに示すように、第１層から第Ｅ層まで、造形材を全面的に吐出して造形材層を形成する動作を繰り返した。
【００７２】
本評価実験では、試験片を安田精機社製「Ｎｏ．１５８アイゾット衝撃試験機」に固定し、ハンマー（ハンマー秤量５．５［Ｊ］）により衝撃を与え、当該試験片が破断したときの衝撃エネルギーを衝撃強さ［ＫＪ／ｍ２］として測定した（ＪＩＳ  Ｋ  ７１１０）。実施例１，２および比較例でそれぞれ作製した試験片の衝撃強さについて、下記評価基準に基づいて評価した。
【００７３】
（試験片の衝撃強さ）
〇：３０以上
△：１０以上かつ３０未満
×：１０未満
【００７４】
図１１に示すように、実施例１，２で作製した試験片は、比較例で作製した試験片と比べて積層方向における強度（衝撃強さ）が向上した。また、実施例１で作製した試験片における主走査方向および副走査方向の強度は、造形材が主走査方向および副走査方向からなる平面内で接触面積が少ない状態で硬化しているため、造形材が当該平面内で接触面積が多い状態で硬化している比較例と比べて低くなるものの、強度の異方性差は改善した。また、実施例２で作製した試験片における主走査方向および副走査方向の強度は、造形材が主走査方向および副走査方向からなる平面内で接触面積が多い状態で硬化しているため、実施例１と比べて向上した結果、強度の異方性差は実施例１と比べて改善した。以上の結果により、上記実施の形態の構成における効果を確認することができた。
【符号の説明】
【００７５】
１００  三次元造形装置
１１０  制御部
１２０  ヘッドユニット
１２１  筐体
１２２  第１吐出ヘッド
１２４  第２吐出ヘッド
１２５  平滑化装置
１２５Ａ  均しローラー
１２５Ｂ  掻き取り部材
１２５Ｃ  回収部材
１２６  光源
１３０  移動機構
１３２  主走査方向ガイド
１３４  副走査方向ガイド
１３６  鉛直方向ガイド
１４０  造形ステージ
１４５  表示部
１５０  データ入力部
１５５  コンピューター装置
１６０  操作部
２００  三次元造形物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図８】
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【図１１】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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