(57)【要約】【課題】三次元造形物の形状を維持するとともに、三次元造形物の積層方向における強度の低下を防止することが可能な三次元造形装置および三次元造形方法を提供する。【解決手段】三次元造形装置１００は、前層の造形材料層の上に、当該前層の造形材料層の表面からタック性が消失した状態で次層の造形材料層を形成して積層することによって、三次元造形物２００のうち骨格を構成する第１部分（三次元骨格部）を造形する第１造形部（ヘッドユニット１２０）と、前層の造形材料層の上に、当該前層の造形材料層の表面にタック性が残存する状態で次層の造形材料層を形成して積層することによって、三次元造形物２００の内部であり、第１部分以外の第２部分を造形する第２造形部（ヘッドユニット１２０）とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形ステージ上に造形材料からなる造形材料層を順に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、
前層の造形材料層の上に、当該前層の造形材料層の表面からタック性が消失した状態で次層の造形材料層を形成して積層することによって、前記三次元造形物のうち骨格を構成する第１部分を造形する第１造形部と、
前層の造形材料層の上に、当該前層の造形材料層の表面にタック性が残存する状態で次層の造形材料層を形成して積層することによって、前記三次元造形物の内部であり、前記第１部分以外の第２部分を造形する第２造形部と、
を備えることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項２】
前記三次元造形物の三次元形状を示す第１データに基づいて、前記第１部分を示すデータを含む第２データを生成するデータ生成部を備え、
前記第１造形部は、前記データ生成部により生成された前記第２データに基づいて、前記第１部分を造形することを特徴とする請求項１に記載の三次元造形装置。
【請求項３】
前記第１造形部は、前層の造形材料層の上に、当該前層の造形材料層の表面からタック性が消失した状態で次層の造形材料層を形成して積層することによって、前記三次元造形物の表面を構成する第３部分を造形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装置。
【請求項４】
前記三次元造形物は、応力が集中しやすい部分と、応力が集中しにくい部分とを含んでおり、前記第２部分は、前記三次元造形物の応力が集中しやすい部分を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の三次元造形装置。
【請求項５】
少なくとも一つの前記造形材料層において前記第２部分を構成する領域の面積は、前記第１部分を構成する領域の面積より大きいことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の三次元造形装置。
【請求項６】
前記第１部分は、三次元的に連続した構造を有し、
前記第２部分は、前記造形材料層の積層方向において連続した構造を有することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の三次元造形装置。
【請求項７】
前記骨格は、正多角形構造または正多角形格子構造を有することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の三次元造形装置。
【請求項８】
前記骨格は、ハニカム構造またはハニカム格子構造を有することを特徴とする請求項７に記載の三次元造形装置。
【請求項９】
前記第１造形部は、第１造形材料を用いて前記第１部分を造形し、
前記第２造形部は、前記第１造形材料と異なる第２造形材料を用いて前記第２部分を造形することを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の三次元造形装置。
【請求項１０】
前記第１造形部は、前記第１造形材料を前記造形ステージに向けて供給する第１吐出ヘッドを備え、前記第２造形部は、前記第２造形材料を前記造形ステージに向けて供給する第２吐出ヘッドを備えていることを特徴とする請求項９に記載の三次元造形装置。
【請求項１１】
前記第１造形材料および前記第２造形材料は、重合開始剤を含み、かつ、光硬化性を有し、
前記第１造形材料に含まれる重合開始剤の量と、前記第２造形材料に含まれる重合開始剤の量とは異なることを特徴とする請求項９または１０に記載の三次元造形装置。
【請求項１２】
前記第１造形材料および前記第２造形材料は、重合開始剤を含み、かつ、光硬化性を有し、
前記第１造形材料に含まれる重合開始剤の種類と、前記第２造形材料に含まれる重合開始剤の種類とは異なることを特徴とする請求項９〜１１の何れか１項に記載の三次元造形装置。
【請求項１３】
前記第１造形材料および前記第２造形材料は、互いに硬化原理が異なることを特徴とする請求項９または１０に記載の三次元造形装置。
【請求項１４】
前記第１造形材料および前記第２造形材料のうち一方は、光硬化性を有し、他方は熱可塑性を有することを特徴とする請求項１３に記載の三次元造形装置。
【請求項１５】
前記第１造形材料および前記第２造形材料のうち一方は、光硬化性を有し、他方は熱硬化性を有することを特徴とする請求項１３に記載の三次元造形装置。
【請求項１６】
前記第１造形材料および前記第２造形材料のうち一方は、熱可塑性を有し、他方は熱硬化性を有することを特徴とする請求項１３に記載の三次元造形装置。
【請求項１７】
前記三次元造形装置の造形モードとして、
前記第１造形部が前記第１部分を造形するとともに、前記第２造形部が前記第２部分を造形する第１造形モードと、
前記第１形成部が、前層の造形材料層の上に、当該前層の造形材料層の表面からタック性が消失した状態で次層の造形材料層を形成して積層することによって、前記三次元造形物の全部分を造形する第２造形モードと、
を有し、
ユーザーの切り替え操作に応じて、前記第１造形モードと前記第２造形モードとの切り替えを行う造形モード切り替え部を備えることを特徴とする請求項１〜１６の何れか１項に記載の三次元造形装置。
【請求項１８】
造形ステージ上に造形材料からなる造形材料層を順に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、
前層の造形材料層の上に、当該前層の造形材料層の表面からタック性が消失した状態で次層の造形材料層を形成して積層することによって、前記三次元造形物のうち骨格を構成する第１部分を造形するステップと、
前層の造形材料層の上に、当該前層の造形材料層の表面にタック性が残存する状態で次層の造形材料層を形成して積層することによって、前記三次元造形物の内部であり、前記第１部分以外の第２部分を造形するステップと、
を有することを特徴とする三次元造形方法。
【請求項１９】
前記第１部分は、三次元的に連続した構造を有し、前記第２部分は、前記造形材料層の積層方向において連続した構造を有することを特徴とする請求項１８に記載の三次元造形方法。
【請求項２０】
第１造形材料を用いて前記第１部分を造形し、前記第１造形材料と異なる第２造形材料を用いて前記第２部分を造形することを特徴とする請求項１８または１９に記載の三次元造形方法。
【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造形材料（例えば、光硬化性樹脂）を吐出する工程、その表面を平滑化する工程、および当該造形材料を硬化させる工程（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料層（硬化層）を形成し、この造形材料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、造形材料を微小な液滴として吐出することにより高精細な造形材料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、複数の光硬化性樹脂の各々をそれぞれ噴出する複数のインクジェットヘッドを備えることによって、三次元成型品の成形途中で樹脂材料を変えて成形を続行できるようにした技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−３０７７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記三次元造形方法によって造形された三次元造形物は、積層方向（鉛直方向）における造形材料層（Ｎ層目。以下、Ｎは自然数とする）と、次に形成される造形材料層（Ｎ＋１層目）との界面部の結合が弱く、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）に比べて弱いという問題があった。
【０００７】
積層方向において界面部の結合が弱い理由は、硬化した状態の造形材料層（Ｎ層目）の上に次の造形材料層（Ｎ＋１層目）が形成されると、それら２つの造形材料層の界面部において造形材料の混じり合いが少なくなり、界面部に物性（物質の物理的性質）の段差（つなぎ目）が発生して界面部が互いに剥離しやすくなるからである。例えば、硬化速度の早い造形材料は直ぐに固まるため、上層を支える機能を発揮できるが、界面部に物性の段差が生じて結合強度が低くなる。すなわち、上下層の造形材料層は、界面部で互いに剥離しやすくなる。
【０００８】
一方、硬化速度の遅い造形材料を使用すれば、硬化し切らない状態で造形材料層の積層が繰り返されることになり、その結果、上下層（Ｎ層目およびＮ＋１層目の造形材料層）の造形材料について界面部で混じり合う割合が多くなり、界面部の物性に顕著な段差が生じず当該界面部の結合強度を高くすることができる。ただし、硬化速度の遅い造形材料は直ぐに固まらず軟弱であるため、上層を支える機能を発揮できず、三次元造形物の形状を維持することができないという問題がある。なお、上記特許文献１には、複数の光硬化性樹脂を用いて造形を行うことは記載されているが、上層と下層との結合強度の不足を改善することについては何ら考慮されていない。
【０００９】
本発明の目的は、三次元造形物の形状再現性が良好であるとともに、三次元造形物の積層方向における強度を向上することが可能な三次元造形装置および三次元造形方法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装置は、
造形ステージ上に造形材料からなる造形材料層を順に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、
前層の造形材料層の上に、当該前層の造形材料層の表面からタック性が消失した状態で次層の造形材料層を形成して積層することによって、前記三次元造形物のうち骨格を構成する第１部分を造形する第１造形部と、
前層の造形材料層の上に、当該前層の造形材料層の表面にタック性が残存する状態で次層の造形材料層を形成して積層することによって、前記三次元造形物の内部であり、前記第１部分以外の第２部分を造形する第２造形部と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る三次元造形方法は、
造形ステージ上に造形材料からなる造形材料層を順に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、
前層の造形材料層の上に、当該前層の造形材料層の表面からタック性が消失した状態で次層の造形材料層を形成して積層することによって、前記三次元造形物のうち骨格を構成する第１部分を造形するステップと、
前層の造形材料層の上に、当該前層の造形材料層の表面にタック性が残存する状態で次層の造形材料層を形成して積層することによって、前記三次元造形物の内部であり、前記第１部分以外の第２部分を造形するステップと、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、三次元造形物のうち骨格を構成する第１部分では、タック性が消失した状態（十分に硬化した状態）で造形材料層が積層されるため、構造を維持するために必要な剛性を骨格に与えることができ、第２部分を含めた造形物の形状を所期のものとすることができる。また、三次元造形物の第２部分では、タック性が残存した状態（硬化過程の状態）で造形材料層が積層されるため、上下層（前層および次層の造形材料層）の造形材料について界面部における混じり度合いが向上し、積層方向における界面部の結合強度が高くなる。よって、三次元造形物の形状再現性が良好であるとともに、三次元造形物の積層方向における強度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施の形態に係る三次元造形装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本実施の形態に係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】本実施の形態に係るヘッドユニットの構成を示す図である。
【図４】本実施の形態に係る三次元造形物の三次元骨格部および表面部の構造を示す模式図である。図４Ｂは図４Ａの三次元造形物内の三次元骨格部の部分拡大図であり、図４Ｃは図４Ｂの三次元骨格部を構成する単位格子構造の拡大図であり、図４Ｄは、図４Ａの三次元造形物の表面部付近の内部構造を示す模式的な断面図である。
【図５】本実施の形態に係る三次元造形物に対して三次元骨格部を部分的に適用した例を示す図である。
【図６】本実施の形態に係る三次元造形物の三次元骨格部の構造（ハニカム構造）を示す図である。
【図７】タック性の残存状態および消失状態を判断するための判断基準を説明する図である。
【図８】本実施の形態に係る三次元造形装置の三次元造形動作例を示すフローチャートである。
【図９】実施例および比較例における評価実験の結果を表す表である。
【図１０】実施例および比較例において破断強度の測定対象（試験片）を説明する図である。
【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、本実施の形態に係る三次元造形装置１００の構成を概略的に示す図である。図２は、本実施の形態に係る三次元造形装置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上に造形材料（「モデル材」とも言う）からなる造形材料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。ここでは、造形材料として光硬化性樹脂を用いる場合について説明する。
【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、造形材料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、造形物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を備えている。三次元造形装置１００には、コンピューター装置１５５が接続されている。
【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。以下、「第１データ」と言う）を、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、第１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、この第１データは、当該第１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から第１データを取得し、取得した第１データの解析処理や演算処理を行う。本実施の形態では、制御部１１０は、第１データを解析し、三次元造形物の形状やサイズに基づいて、第１部分である三次元骨格部を構成するユニットの、最適な形状やサイズ、及び、三次元造形物内における最適な位置などを算出し、三次元造形物の内部において三次元骨格部をどのように配置するかを決定する。三次元骨格部は、少なくとも三次元造形物２００の造形動作中においては造形中の造形物の変形を防止し、造形後においては第２部分とともに三次元造形物２００の強度を増す役目を果たす部分である。すなわち、制御部１１０は、データ入力部１５０から出力された第１データから、三次元造形物の内部に三次元骨格部（第１部分）が最適配置され、残りの部分が第２部分とされた第２データを生成するデータ生成部として機能する。また、制御部１１０は、後述する造形モードの切り替えを制御するモード切り替え部としても機能する。
【００１８】
制御部１１０は、第２データを生成する際、三次元骨格部を構成する領域と、第３部分である三次元造形物２００の表面部（底面部、側面部、上面部などの、造形物の表層を構成する部位。）を構成する領域とを、硬化速度の速い第１造形材料を用いて形成する第１形成領域に設定する。また、制御部１１０は、三次元造形物２００の内部で、三次元骨格部以外の部分（第２部分）を構成する領域を、硬化速度の遅い第２造形材料を用いて形成する第２形成領域に設定する。なお、本実施形態では、三次元造形装置１００内に設けられた制御部１１０で第２データが生成されるため、汎用のフォーマットで構成される三次元データを用いたとしても、これを三次元造形装置１００に入力することで、三次元骨格部を含む第２データを生成することができる。しかしながら、外部から入力するデータ自体が三次元骨格部を含むものであれば、制御部１１０による第２データの生成処理を省くことができる。
【００１９】
制御部１１０は、生成した第２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料層毎のデータである。各スライスデータに対しては、第１形成領域および第２形成領域がそれぞれ設定されている。スライスデータの厚み、すなわち造形材料層の厚みは、造形材料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、造形材料層の厚みが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第２データから切り出す。
【００２０】
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、造形材料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。
【００２１】
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、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。後述する、Ｚ方向（積層方向）の強度が高い三次元造形物２００が得られる第１造形モードと、１種類の造形材料のみで造形を行う第２造形モードとの切り替えは、この操作部１６０の操作によって行う。
【００２２】
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によって造形材料層が形成され、この造形材料層が積層されることにより三次元造形物２００が造形される。
【００２３】
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ている。
【００２４】
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、造形材料を吐出するためのヘッドユニット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ても良い。
【００２５】
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層目の造形材料層が形成された後、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Ｎ＋１層目の造形材料層が形成された後、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。
【００２６】
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、平滑化部１２６および光源１２８を筐体１２１の内部に備える。第１吐出ヘッド１２２は、第１部分を造形するための第１造形部の一部を構成しており、第２吐出ヘッド１２４は、第２部分を造形するための第２造形部の一部を構成している。
【００２７】
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第１造形材料の液滴を選択的に吐出する。第１吐出ヘッド１２２は、１層分の造形材料層が形成される際、その造形材料層に対応するスライスデータに対して第１形成領域が設定された領域に、第１造形材料の液滴を吐出する。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料層の第１形成領域を形成する。
【００２８】
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第２造形材料の液滴を選択的に吐出する。第２吐出ヘッド１２４は、１層分の造形材料層が形成される際、その造形材料層に対応するスライスデータに対して第２形成領域が設定された領域に、第２造形材料の液滴を吐出する。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料層の第２形成領域を形成する。
【００２９】
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から送られる第２データに基づいて、第１吐出ヘッド１２２からは第１造形材料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からは第２造形材料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等によって第１部分の造形を行う第１造形部が構成され、制御部１１０、移動機構１３０、ヘッドユニット１２０、第２吐出ヘッド１２４等によって第２部分の造形を行う第２造形部が構成される。
【００３０】
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。
【００３１】
第１吐出ヘッド１２２および第２吐出ヘッド１２４は、造形材料（第１造形材料、第２造形材料）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および第２吐出ヘッド１２４として、例えば、粘度が５〜１５［ｍＰａ・ｓ］の範囲で造形材料を吐出できるものを採用することができる。第１造形材料および第２造形材料（以下、まとめて「造形材料」と言う場合もある）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。造形材料は、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上に吐出されて造形材料層を形成する。造形材料層は、光照射による硬化処理が施されることにより半硬化する。ここで、半硬化とは、造形材料層が、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硬化された状態を言う。
【００３２】
なお、第１吐出ヘッド１２２および第２吐出ヘッド１２４は、造形材料とともに、造形材料を支持する支持材料（サポート材とも言う）を吐出する構成としても良い。例えば、第１吐出ヘッド１２２および第２吐出ヘッド１２４の少なくとも一方に、造形材料用の吐出ノズルとは別の吐出ノズルを設け、この吐出ノズルから支持材料を吐出させても良いし、第１吐出ヘッド１２２および第２吐出ヘッド１２４とは別のインクジェットヘッド（図示せず）から支持材料を吐出させても良い。支持材料は、例えば造形対象物がオーバーハングする部位を有している場合等に、造形材料層の下層側に設けられ、三次元造形物２００の造形が完了するまでオーバーハングする部位を支持する。また、支持材料は、造形材料層に隣接して設けられて、造形される三次元造形物２００を保護するものとしても良い。このような支持材料は、三次元造形物２００の造形が完了した後に除去される。支持材料を吐出する構成である場合、制御部１１０は、第１データから第２データを生成する際、三次元造形物２００を保護すべき部分を構成する領域を特定し、支持材料を用いて形成する支持領域に設定する。
【００３３】
平滑化部１２６は、均しローラー１２６Ａ、掻き取り部材１２６Ｂおよび回収部材１２６Ｃを筐体１２１の内部に備える。均しローラー１２６Ａ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により吐出された造形材料表面に接触して造形材料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料層（第１形成領域および第２形成領域）が形成される。造形材料層の表面が平滑化されることにより、次の造形材料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１２６Ａの表面に付着した造形材料は、均しローラー１２６Ａの近傍に設けられた掻き取り部材１２６Ｂによって掻き取られる。掻き取り部材１２６Ｂによって掻き取られた造形材料は、回収部材１２６Ｃによって回収される。なお、掻き取り部材１２６Ｂによって掻き取られた造形材料は、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１２８は、造形ステージ１４０に向けて吐出された光硬化性樹脂の造形材料に硬化処理（光照射処理）を施して、半硬化させる。造形材料が紫外線硬化性材料である場合、光源１２８として、紫外線（ＵＶ）レーザーを放射するＵＶランプが用いられる。なお、光源１２８としては、低圧水銀灯、中圧水銀灯、超高圧水銀灯、カーボンアーク灯、高圧水銀ランプ、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。なお、第１及び第２造形材料として、互いに硬化速度が異なる２種類の光硬化性材料を用いると、１度の露光によって、第１及び第２造形材料の硬化の度合いを異ならせることができる。つまり、１度の露光によって、第１及び第２造形材料のうち一方はタック性有り、他方はタック性無しという状態を実現することができる。
【００３５】
互いに硬化速度の異なる２種類の光硬化性造形材料を得るためには、光重合開始剤の添加量や種類を異ならせたり、モノマー官能基（アクリル、ビニルエーテル、アリルエーテル）の種類、構造、数等を異ならせたり、モノマーの種類や配合比率を異ならせたりする等の方法を採ることができる。
【００３６】
硬化速度の差が、およそ２〜２０倍程度、より好ましくは５〜１０倍程度となるように各造形材料を調製することが好ましい。硬化速度の差が小さすぎると、硬化速度の遅い第２造形材料が造形材料層間の界面部で混じり合う割合が減少して界面部の強度を向上させる効果が少なくなってしまう一方、硬化速度の差が大きすぎると、硬化速度の遅い第２造形材料がなかなか固まらず、三次元造形物２００の造形が完了するまでの時間が長くなりすぎてしまうからである。
【００３７】
ヘッドユニット１２０は、一層分の造形材料層を形成する際、主走査方向に造形ステージ１４０上の一方の端部から他方の端部まで走査しながら、造形材料を吐出する（第１動作）。次に、ヘッドユニット１２０は、造形材料の吐出を一旦停止し、第１吐出ヘッド１２２および第２吐出ヘッド１２４による造形材料の吐出位置が重ならないように副走査方向に走査する（第２動作）。次に、ヘッドユニット１２０は、副走査方向にずれた状態で一方の端部に戻る。そして、再び第１動作を行う。このようにして、第１動作および第２動作を繰り返すことにより、造形ステージ１４０上の所定の領域を走査し、一層分の造形材料層を形成することができる。
【００３８】
次に、三次元造形物２００に設けられる三次元骨格部および表面部の構造について説明する。図４は、三次元造形物２００に設けられる三次元骨格部および表面部の構造を示す図である。ここでは、三次元造形物２００の例として、個別にカスタマイズされることが多いトロフィーを挙げて説明する。トロフィーは壊れやすい三次元形状を有するものも多く、誤って転倒させて落としたときに、造形材料層が積層される界面部から折れて壊れることを防止したいものの１つである。
【００３９】
図４Ａ，４Ｂに示すように、トロフィー形状を有する三次元造形物２００の内部にはキュービック形状の柱を積み重ねた形状の三次元骨格部２１０が設けられている。三次元骨格部２１０は、図４Ｃに示すように、正四角柱を正六面体状に組み合わせて生成された正多角形格子構造物を複数備えて構成される。言い換えると、三次元骨格部２１０は、正六面体状の柱構造を１ユニットとして、三次元的に複数ユニットを連続して重ね合わせた構造を有している。ここで、三次元造形物２００が数十［ｃｍ］程度の高さを有するものであるとすれば、三次元骨格部２１０は、例えば、２［ｍｍ］角で長さ１０［ｍｍ］の正四角柱を正六面体状に組み合わせて生成された正多角形格子構造物を複数備えて構成されたものとすることができる。また、第１データから第２データが生成される際、図４Ｄに示すように（図４Ｄは、図４Ａの楕円状の破線で示す部位の断面を拡大して示す模式図である）、三次元造形物２００の表面から所定の厚さ（例えば、５［ｍｍ］）までの部分は表面部２２０として設定される。なお、図４Ａ、４Ｂにおいては、正多角形格子構造物を構成する各単位格子のコーナー部分を肉厚に形成してもよいし、肉厚に形成しなくてもよい。前者の場合は骨格構造の剛性を高めることができ、後者の場合は第２データの生成が容易になる。
【００４０】
三次元骨格部２１０および表面部２２０は、硬化速度の速い第１造形材料を用いて造形される。第１造形材料は、前層（Ｎ層目。Ｎは自然数）の造形材料層の上に次層（Ｎ＋１層目）の造形材料層が積層される際、当該前層の造形材料層の表面からタック性（粘着性とも言う）が消失した状態で積層される。三次元骨格部２１０の周辺部分（図４Ｃの例では、三次元骨格部２１０を構成する柱構造部の内部および外部）２３０は、硬化速度の遅い第２造形材料を用いて造形される。第２造形材料は、前層の造形材料層の上に次層の造形材料層が積層される際、当該前層の造形材料層の表面にタック性が残存した状態で積層される。なお、三次元骨格部２１０は、正多角形格子構造物の代わりに、正方形を正六面体状に組み合わせて生成された正多角形構造物を複数備えて構成しても良い。
【００４１】
上下層（Ｎ層目およびＮ＋１層目の造形材料層）の界面部において、第２造形材料で積層される部分は、上層と下層との間における造形材料の混じり合い、絡みあいが強くなることで結合力が向上し、第１造形材料で積層される部分よりも強く結合される。さらに言えば、造形材料層の中で第２造形材料を用いて形成される第２形成領域の面積を、第１造形材料を用いて形成される第１形成領域の面積より大きくすることによって界面部の結合力を向上させる効果を高めることができる。ここで、第２形成領域のタック性を残すために、流動性が高い状態だったとしても、自身の構造を維持し得る程度の剛性を有するように形成された第１部分が存在しているため、造形動作中に造形物が型崩れしてしまうことは抑制される。以上のように、三次元造形物２００を造形することによって、第１造形材料のみを用いてトロフィー全体を造形する従来の三次元造形方法に比べて界面部の結合強度が向上するため、転倒や落下させたときの衝撃によって三次元造形物２００が界面部から壊れてしまう危険性を低減させることができる。また、第２造形材料を用いても、造形動作中に造形物が変形することが防止され、再現性が良好で所期の形状を備える三次元造形物２００を得ることができる。
【００４２】
本実施の形態では、三次元造形物２００の積層方向における界面部の結合力、ひいては三次元造形物２００の破壊強度を向上させることを目的としている。そのため、もともと破壊強度が高い部分については、積層方向における界面部の結合力を必ずしも向上させる必要はない。
【００４３】
図５は、三次元造形物２００に対して第２部分（三次元造形物２００の内部で三次元骨格部２１０以外の部分）を部分的に適用した例を示す図である。三次元造形物２００が図５に示すような三次元形状を有する場合、四角状の台部２０２と上部の球状部２０６は広い積層面を有するため、上下層の造形材料層は界面部から容易に剥離しない。それに対して円柱部２０４は積層面が狭いことに加えて重量のある台部２０２と球状部２０６とをつないで支える役目を果たす必要があるため、他の部分に比べて外力応力が集中しやすく界面部から折れやすいことが懸念される。このような三次元形状の場合、応力集中しやすい部位とし難い部位とが含まれている。従って、三次元造形物２００全体として強度が不足し、折れやすい（換言すれば、応力が集中しやすい）円柱部２０４に対してのみ第１部分および第２部分を設け、他は全て第１部分と同様にタック性が失われた状態で上層を造形すれば良い。ここで、強度が不足する部分（応力が集中しやすい部分）としては、積層方向における破断強度が所定値未満である部分、断面積の小さい箇所が積層方向に所定長さ以上続く部分、断面積が所定面積未満である部分などが挙げられる。図５に示す例のように、球状部２０６および台部２０２は硬化速度の速い材料を用いて前層のタック性が消失した状態で上層を造形するやり方で造形を行うとともに、円柱部２０４に対してのみ第１部分および第２部分を設けることで、造形物に十分な強度を付与しながら、台部２０２や球状部２０６の内部において第２部分及び三次元骨格部２１０をどのように配置するかについて計算する必要がなくなり、データ入力部１５０から出力された第１データから第２データを生成する際の計算量を減少させることができる。
【００４４】
本実施の形態では、造形材料層の表面にタック性が残存している状態で次層が積層される領域で界面部の結合度を向上させるため、その界面部の結合度を向上させた領域が積層方向に途切れることなく連続に配置されることが好ましい。万が一、積層方向における何れかの層において界面部の結合（つながり）が切れる部分が存在すると、その部分の結合は弱いため、外部の衝撃によりその部分で折れる等の破壊が起こってしまうからである。
【００４５】
図６Ａに示すように、三次元造形物２００における三次元骨格部２１０がハニカム構造を有する場合、隙間なく並べられた複数の正六角柱の内部および外部は、タック性が残存する状態で造形材料層を積層することによって界面部の結合力を向上させた領域（内部充填領域）であり、界面部の結合が下から上まで途切れることがない。従って、十分な強度を確保することができる。それに対して、三次元骨格部２１０が図６Ｂに示すスポンジ構造や図６Ｃに示すコルゲート構造を有する場合には、積層方向において骨格以外の部分の界面部の結合が途中で切れてしまうため、切れた部分の結合力が弱くなり、外部の衝撃によりその部分で折れる等の破壊が起こりやすくなってしまう。
【００４６】
より具体的には、三次元骨格部２１０がスポンジ構造を有する場合、球形の領域は界面部の結合が強化されるが、その球形の領域は積層方向において界面部の結合が途中で切れてしまう。また、三次元骨格部２１０がコルゲート構造を有する場合も、途中途中で横に界面部の強化されない面が存在し、その部分で界面部の結合力が弱くなり、剥離が発生してしまう。以上のように、界面部の結合度を向上させる三次元骨格部の構造は、ハニカム構造のように、界面部が強化される領域が最下層から最上層まで途切れなくつながる構造であることが好ましい。この観点から、三次元骨格部の構造は、図６Ｄに示すように、隙間なく並べられた複数の正六角柱における各辺が格子形状を有するハニカム格子構造であっても良い。
【００４７】
次に、図７を参照し、タック性の残存状態および消失状態を判断するための判断基準について説明する。造形材料層の表面におけるタック性については、当該表面が液状や流動性のあるゲル状で付着性を有する性質を残しているか否かで判断する。ただし、表面に酸素阻害などの影響を受けて硬化しなかった膜状の残留物が存在する場合には、その残留物を除去した状態で判断する。具体的には、造形材料層を形成し、その上に次層の造形材料層を形成する手順を繰り返して造形する造形処理中において、造形処理を中断し、形成直後（本明細書では、造形材料層の形成後５［秒］以内とする）の造形材料層の表面におけるタック性を以下の手順で判断する。
【００４８】
まず、造形材料層の表面に付着物が存在すれば、アルコールを含ませた布で表面を数回こすって除去し、当該表面全体を露出させる。次に、造形材料層の表面に表面コーティングが施されていない無垢の樹脂片（本明細書では、ポリプロピレン材）を接触させる（テスト）。最後に、接触させた樹脂片の接触面に目視可能な造形材料が付着している場合には、タック性が残存していると判定する一方、樹脂片の接触面に目視可能な造形材料が付着しない場合には、タック性が消失していると判定する。
【００４９】
図８は、三次元造形装置１００の三次元造形動作例を示すフローチャートである。ステップＳ１００の処理は、データ入力部１５０が、コンピューター装置１５５から第１データ（３Ｄデータ）を入力することにより開始する。
【００５０】
まず、制御部１１０は、データ入力部１５０に入力された第１データを取得する（ステップＳ１００）。次に、制御部１１０は、操作部１６０を介したユーザー操作により、三次元造形装置１００の造形モードとして、Ｚ方向（積層方向）の強度が高い三次元造形物２００を得るための第１造形モードが設定されているか否かについて判定する（ステップＳ１２０）。
【００５１】
この判定の結果、第１造形モードが設定されている場合（ステップＳ１２０、ＹＥＳ）、制御部１１０は、データ入力部１５０から取得した第１データから、三次元造形物２００の内部に三次元骨格部２１０が最適配置された第２データを生成する（ステップＳ１４０）。具体的には、制御部１１０は、第２データを生成する際、三次元骨格部２１０を構成する領域と三次元造形物２００の表面部２２０を構成する領域とを、硬化速度の速い第１造形材料を用いて形成する第１形成領域に設定する。また、制御部１１０は、三次元造形物２００の内部で三次元骨格部２１０以外の部分を構成する領域を、硬化速度の遅い第２造形材料を用いて形成する第２形成領域に設定する。次に、制御部１１０は、生成した第２データを複数のスライスデータ（三次元造形物２００を造形するための造形材料層毎のデータ）に変換する（ステップＳ１６０）。その後、ヘッドユニット１２０による造形材料層の形成動作が開始される。
【００５２】
次に、制御部１１０は、形成対象の造形材料層に対応するスライスデータを参照し、ヘッドユニット１２０による造形材料の吐出対象位置が第１形成領域に含まれるか否かについて判定する（ステップＳ１８０）。この判定の結果、造形材料の吐出対象位置が第１形成領域に含まれる場合（ステップＳ１８０、ＹＥＳ）、制御部１１０は、第１吐出ヘッド１２２を制御し、第１造形材料の液滴を当該吐出対象位置に吐出させる（ステップＳ２００）。その後、処理はステップＳ２４０に遷移する。
【００５３】
一方、造形材料の吐出対象位置が第１形成領域に含まれない、すなわち第２形成領域に含まれる場合（ステップＳ１８０、ＮＯ）、制御部１１０は、第２吐出ヘッド１２４を制御し、第２造形材料の液滴を当該吐出対象位置に吐出させる（ステップＳ２２０）。その後、処理はステップＳ２４０に遷移する。なお、２つの吐出ヘッド１２２、１２４による造形材料の吐出が同時並行的に行われるようにしてもよい。この場合は、造形時間短縮に有利である。
【００５４】
ステップＳ２４０では、制御部１１０は、一層分の造形材料層を形成したか否かについて判定する。この判定の結果、一層分の造形材料層を形成していない場合（ステップＳ２４０、ＮＯ）、処理はステップＳ１８０の前に戻る。一方、一層分の造形材料層を形成した場合（ステップＳ２４０、ＹＥＳ）、制御部１１０は、形成し終わった造形材料層が最終層の造形材料層であるか否かについて判定する（ステップＳ２６０）。
【００５５】
この判定の結果、最終層の造形材料層でない場合（ステップＳ２６０、ＮＯ）、処理はステップＳ１８０の前に戻る。その後、制御部１１０は、次層の造形材料層に対応するスライスデータを参照し、ヘッドユニット１２０による次層の造形材料層の形成動作を開始する。一方、最終層の造形材料層である場合（ステップＳ２６０、ＹＥＳ）、三次元造形装置１００は、図８における処理（三次元造形動作）を終了する。
【００５６】
ステップＳ１２０の判定処理に戻り、三次元造形装置１００の造形モードとして第１造形モードが設定されていない、すなわち１種類の材料のみで造形を行うための第２造形モードが設定されている場合（ステップＳ１２０、ＮＯ）、制御部１１０は、データ入力部１５０から取得した第１データを複数のスライスデータに変換する（ステップＳ２８０）。第２造形モードでは、前層の造形材料層の上に、当該前層の造形材料層の表面からタック性が消失した状態で次層の造形材料層を形成して積層することによって、三次元造形物２００の全部分が造形される。
【００５７】
次に、制御部１１０は、形成対象の造形材料層に対応するスライスデータを参照し、第１吐出ヘッド１２２を制御し、第１造形材料の液滴を吐出対象位置に吐出させる（ステップＳ３００）。次に、制御部１１０は、一層分の造形材料層を形成したか否かについて判定する（ステップＳ３２０）。この判定の結果、一層分の造形材料層を形成していない場合（ステップＳ３２０、ＮＯ）、処理はステップＳ３００の前に戻る。一方、一層分の造形材料層を形成した場合（ステップＳ３２０、ＹＥＳ）、制御部１１０は、形成し終わった造形材料層が最終層の造形材料層であるか否かについて判定する（ステップＳ３４０）。
【００５８】
この判定の結果、最終層の造形材料層でない場合（ステップＳ３４０、ＮＯ）、処理はステップＳ３００の前に戻る。その後、制御部１１０は、次層の造形材料層に対応するスライスデータを参照し、ヘッドユニット１２０による次層の造形材料層の形成動作を開始する。一方、最終層の造形材料層である場合（ステップＳ３４０、ＹＥＳ）、三次元造形装置１００は、図８における処理（三次元造形動作）を終了する。以上のように、第２造形モードでは、三次元造形物２００の内部において三次元骨格部２１０をどのように配置するかについての計算過程を省略することができるため、その計算に要する時間を短縮することができる。また、第２造形材料のストックを切らせている場合においても、三次元造形物２００の造形を行うことができる。
【００５９】
［本実施の形態における効果］
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、前層の造形材料層の上に、当該前層の造形材料層の表面からタック性が消失した状態で次層の造形材料層を形成して積層することによって、三次元造形物２００のうち骨格を構成する第１部分（三次元骨格部２１０）を造形する第１造形部（ヘッドユニット１２０）と、前層の造形材料層の上に、当該前層の造形材料層の表面にタック性が残存する状態で次層の造形材料層を形成して積層することによって、三次元造形物２００の内部であり、第１部分以外の第２部分を造形する第２造形部（ヘッドユニット１２０）とを備える。
【００６０】
このように構成した本実施の形態によれば、三次元造形物２００のうち骨格を構成する第１部分では、タック性が消失した状態（十分に硬化した状態）で造形材料層が積層されるため、構造を維持するために必要な剛性を骨格に与えることができ、第２部分を含めた造形物の形状を所期のものとすることができる。また、第１部分以外の第２部分では、タック性が残存した状態（硬化過程の状態）で造形材料層が積層されるため、上下層（前層および次層の造形材料層）の造形材料について界面部における混じり度合いが向上し、界面部の結合強度が増大する。よって、三次元造形物２００の形状再現性が良好であるとともに、三次元造形物２００の積層方向における強度の低下を防止することができる。
【００６１】
［変形例］
なお、上記実施の形態では、第１データから第２データを生成する際、三次元骨格部２１０を構成する領域と、三次元造形物２００の表面部２２０を構成する領域とを、硬化速度の速い第１造形材料を用いて形成する第１形成領域に設定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、第１データから第２データを生成する際、三次元骨格部２１０を構成する領域のみを、硬化速度の速い第１造形材料を用いて形成する第１形成領域に設定しても良い。ただし、三次元造形物２００の形状を確実に維持する観点からは、三次元骨格部２１０を構成する領域と、三次元造形物２００の表面部２２０を構成する領域との両方を、第１形成領域に設定することが好ましい。
【００６２】
また、上記実施の形態では、硬化速度の速い光硬化性の第１造形材料と硬化速度の遅い光硬化性の第２造形材料とを用いることによって、タック性が消失した状態で造形材料層を積層する第１形成領域と、タック性が残存した状態で造形材料層を積層する第２形成領域とを実現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。互いに硬化原理が異なる第１造形材料および第２造形材料を用いることによって、第１形成領域および第２形成領域をそれぞれ実現することもできる。
【００６３】
例えば、第１造形材料および第２造形材料のうち一方に光硬化性を有する造形材料を用い、他方に熱可塑性を有する造形材料を用いることによって、第１形成領域および第２形成領域をそれぞれ実現しても良い。第２形成領域（三次元造形物２００の内部で三次元骨格部２１０以外の部分を構成する領域）に熱可塑性を有する造形材料（例えば、熱可塑性樹脂）を使用する場合は、吐出ノズルから造形材料を吐出した後、短時間で硬化させずに通常よりも硬化を遅らせる必要がある。熱可塑性樹脂の硬化を遅らせる方法としては、第２造形材料としてガラス転移温度が低い樹脂材料を用いる方法、または、三次元造形装置１００の機内温度を高温に保っておき、吐出ノズルから吐出された熱可塑性樹脂がガラス転移温度以下に冷却されるまでの時間を伸ばす方法等が挙げられる。
【００６４】
また、第１造形材料および第２造形材料のうち一方に光硬化性を有する造形材料を用い、他方に熱硬化性を有する造形材料を用いることによって、第１形成領域および第２形成領域をそれぞれ実現しても良い。第２形成領域に熱硬化性を有する造形材料（例えば、熱硬化性樹脂）を使用する場合は、吐出ノズルから造形材料を吐出した後、短時間で硬化させずに通常よりも硬化を遅らせる必要がある。熱硬化性樹脂は熱エネルギーが加えられることによって硬化する樹脂であるため、加える熱エネルギーを低く抑えることで熱可塑性樹脂の硬化を遅らせることができる。
【００６５】
また、第１造形材料および第２造形材料のうち一方に熱可塑性を有する造形材料を用い、他方に熱硬化性を有する造形材料を用いることによって、第１形成領域および第２形成領域をそれぞれ実現しても良い。例えば、第１造形材料に熱可塑性樹脂を用い、第２造形材料に熱硬化性樹脂を用いることができる。この場合、高温で溶融状態になった熱可塑性樹脂は、吐出ノズルからの吐出直後、直ちに常温環境で冷却され硬化を始め、積層直後の造形材料層の表面はタック性が消失した状態となる。一方、熱硬化性樹脂により形成された造形材料層は積層後、エネルギー調整されたレーザーやランプによって加熱することで硬化タイミングを任意に遅らせることでき、積層直後しばらくは造形材料層の表面をタック性が残存した状態に調整することができる。逆に、第１造形材料に熱硬化性樹脂を用い、第２造形材料に熱可塑性樹脂を用いる場合は、三次元造形装置１００の機内温度を高温に保っておくことにより、熱硬化性樹脂（第１造形材料）を直ちに硬化させるとともに、熱可塑性樹脂（第２造形材料）の硬化を遅らせることができ、三次元造形物２００の形状を維持するとともに、三次元造形物２００の積層方向における強度の低下を防止することができる。
【００６６】
また、上記実施の形態において、同じ造形材料を用いて、第１形成領域および第２形成領域をそれぞれ実現しても良い。例えば、造形材料層の表面において光源１２８の光照射強度を部分的に異ならせることによって、第１形成領域および第２形成領域の領域毎に硬化度合いを調整しても良い。より具体的には、第１形成領域および第２形成領域の領域毎に、紫外線（ＵＶ）レーザーの強度を異ならせても良いし、紫外線レーザーの強度が異なる複数の光源１２８を切り替えても良いし、紫外線レーザーの照射時間を異ならせても良い。これにより、第１形成領域および第２形成領域の領域毎に、造形材料の硬化反応度に差を持たせることができ、その結果、タック性が消失した状態またはタック性が残存した状態に制御することができる。
【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】
［実施例］
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９は、実施例１，２および比較例１，２における評価実験の結果を表す表である。本評価実験（比較例２）では、第１造形材料および第２造形材料として以下に示す組成の紫外線硬化性樹脂を使用した。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ＫＭ５１２Ｍ（液滴サイズ１４［ｐｌ］、３６０［ｄｐｉ］）を２つ搭載し、ヘッドコントロールユニットＩＪＣＳ−１により走査速度約３００［ｍｍ／ｓ］で各ヘッドを走査す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。なお、光源としては後述するものを適宜装置内に設置した。上記装置の各ヘッドから、第１造形材料および第２造形材料をそれぞれ吐出し、均しローラーで平滑化した後、光源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料（第１造形材料および第２造形材料）からなる造形材料層を順に形成して積層し、所定形状の試験片を造形した。試験片としては、第１造形材料と第２造形材料が中央を境にして２つの領域に分離された長方形形状の外観を有するタイプ（タイプ１）と、第１造形材料によって太さ０．２［ｍｍ］で１．０［ｍｍ］角の格子状の骨格が形成されるとともに、他の領域は第２造形材料で充填されたダンベル形状の外観を有するタイプ（タイプ２）とを作製した。そして、タイプ１の試験片を用いて、タック性の消失度合いを評価し、タイプ２の試験片を用いて破断強度を測定した。
【００６９】
実施例１では、硬化速度の速い第１造形材料として、ウレタンアクリレート、イソボニルアクリレート、ジシクロペンタンジメチロールジアクリレートを主成分とするアクリル系の紫外線硬化樹脂（基材）に、光重合開始剤としてのＴＰＯ（ＬＵＣＩＲＩＮ  ＴＰＯ）を２．０［ｗｔ％］含むものを用いた。また、硬化速度の遅い第２造形材料として、第１造形材料と同様に、ウレタンアクリレート、イソボニルアクリレート、ジシクロペンタンジメチロールジアクリレートを主成分とするアクリル系の紫外線硬化樹脂（基材）に、光重合開始剤としてのＴＰＯ（ＬＵＣＩＲＩＮ  ＴＰＯ）を０．４［ｗｔ％］含むものを用いた。上記主成分は、例えば特開２０１２−１１１２２６号公報に記載されている既知の成分である。上記重合開始剤は、紫外線硬化樹脂に対して頻繁に使用されている材料である。光源１２８としては、ピーク波長が３９５［ｎｍ］、光強度が２００［ｍＷ／ｃｍ２］である単波長の紫外線ＬＥＤランプ（ＵＶ−ＬＥＤ）を用いた。光重合開始剤としてのＴＰＯは、紫外線ＬＥＤランプのピーク波長（３９５［ｎｍ］）に反応する。
【００７０】
ここで、重合開始剤の含有量を調整することにより、第２造形材料は、第１造形材料と比べて、およそ５〜１０倍程度、硬化速度が遅くなるように、各造形材料が調製されている。
【００７１】
実施例１では、タイプ１の試験片を作製する際に、第１造形材料に対してＵＶ−ＬＥＤ光を一定時間照射して硬化させると、重合開始剤の含有率が大きいため、十分に硬化して、造形材料層の表面におけるタック性が消失した状態となった。一方、第２造形材料に対してＵＶ−ＬＥＤ光を同じ時間照射して硬化させても、重合開始剤の含有率が小さいため、十分には硬化せず、造形材料層の表面におけるタック性が残存した状態となった。このようにして、タック性が消失した状態の第１形成領域と、タック性が残存した状態の第２形成領域との両方を実現することができた。
【００７２】
実施例２では、硬化速度の速い第１造形材料として、ウレタンアクリレート、イソボニルアクリレート、ジシクロペンタンジメチロールジアクリレートを主成分とするアクリル系の紫外線硬化樹脂（基材）に、光重合開始剤としてのＴＰＯ（ＬＵＣＩＲＩＮ  ＴＰＯ）を１．０［ｗｔ％］、ＩＲＧＡＣＵＲＥ１８４を２．０［ｗｔ％］含むものを用いた。また、硬化速度の遅い第２造形材料として、第１造形材料と同様に、ウレタンアクリレート、イソボニルアクリレート、ジシクロペンタンジメチロールジアクリレートを主成分とするアクリル系の紫外線硬化樹脂（基材）に、光重合開始剤として、ＩＲＧＡＣＵＲＥ１８４を含まず、ＴＰＯ（ＬＵＣＩＲＩＮ  ＴＰＯ）を０．６［ｗｔ％］含むものを用いた。本実施例では、重合開始剤の種類及び含有量を調整することにより、実施例１と同様に、第２造形材料は、第１造形材料と比べて、およそ５〜１０倍程度、硬化速度が遅くなるように各造形材料が調製されている。光源としては、光強度が２００［ｍＷ／ｃｍ２］であり、複数のピーク波長を有する高圧水銀ランプを用いた。ＴＰＯは、高圧水銀ランプの短波長側のピーク波長および長波長側のピーク波長に反応する。ＩＲＧＡＣＵＲＥ１８４は、短波長側のピーク波長にのみ反応する。
【００７３】
実施例２では、タイプ１の試験片を作製する際に、第１造形材料に対して高圧水銀ランプ光（ＵＶ光）を一定時間照射して硬化させると、重合開始剤の含有率が大きいため、十分に硬化して、造形材料層の表面におけるタック性が消失した状態となった。一方、第２造形材料に対して高圧水銀ランプ光を同じ時間照射して硬化させても、重合開始剤の種類が少なく含有率が小さいため、十分には硬化せず、造形材料層の表面におけるタック性が残存した状態となった。このようにして、タック性が消失した状態の第１形成領域と、タック性が残存した状態の第２形成領域との両方を実現することができた。
【００７４】
比較例１では、第１造形材料として、実施例１と同じものを用いた。また、第２造形材料として、ウレタンアクリレート、イソボニルアクリレート、ジシクロペンタンジメチロールジアクリレートを主成分とするアクリル系の紫外線硬化樹脂（基材）に、光重合開始剤としてのＴＰＯ（ＬＵＣＩＲＩＮ  ＴＰＯ）を１．８［ｗｔ％］含むものを用いた。光源としては、実施例１と同じものを用いた。
【００７５】
比較例１では、タイプ１の試験片を作製する際に、第１造形材料に対してＵＶ−ＬＥＤ光を一定時間照射して硬化させると、重合開始剤の含有率が大きいため、十分に硬化して、造形材料層の表面におけるタック性が消失した状態となった。また、第２造形材料に対してＵＶ−ＬＥＤ光を同じ時間照射して硬化させると、重合開始剤の含有率が大きいため（第１造形材料と比べて僅かに少ない）、第１造形材料よりは硬化度速度は若干劣るものの、十分に硬化して、造形材料層の表面におけるタック性が消失した状態となった。このように、比較例１では、タック性が消失した状態の第１形成領域と、タック性が残存した状態の第２形成領域との両方を実現することができなかった。このように、第１造形材料と第２造形材料の硬化速度の差が小さい場合は、１度の露光で両者のタック性に差異を生じさせることが難しくなる。
【００７６】
比較例２では、第１造形材料として硬質ＡＢＳ樹脂を用い、第２造形材料としてゴムライク樹脂を用いた。比較例２では、実施例１，２および比較例１とは異なり、造形材料用に複数のインクジェットヘッドを搭載し、硬質ＡＢＳ樹脂とゴムライク樹脂とを排他的に使用して造形材料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（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ社製Ｏｂｊｅｃｔ  Ｃｏｎｎｅｘ５００）を用いた。この三次元造形装置は、三次元造形物内に硬質ＡＢＳ樹脂のみを使用した硬質部分と、ゴムライク樹脂のみを使用したゴム状の柔らかい低硬度部分（もしくは２種類の造形材料を所望の比率で混合した中間硬度部分）とに分けて造形することが可能な装置である。本装置を用いて、タイプ１の試験片を作製したところ、第１造形材料（硬質ＡＢＳ樹脂）と第２造形材料（ゴムライク樹脂）の両方とも、積層直後の造形材料層は次層の造形材料層を重ねることができる強度に硬化しているため、造形材料層の表面におけるタック性が消失した状態となった。なお、ゴムライク樹脂は、硬化後において弾性はあるもののタック性はない。
【００７７】
まず、評価用の基準サンプルとして、第１造形材料のみを用いる以外は、実施例１と同じものを用いた。三次元造形装置１００は、ヘッドユニット１２０から第１造形材料を吐出し、均しローラー１２６Ａで平滑化した後、光源１２８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第１造形材料からなる造形材料層を順に形成して積層し、所定形状の試験片を三次元造形物２００として造形した。
【００７８】
一方、三次元造形物としての試験片の破断強度を測定するための試験片としては、円柱形状や四角柱形状など種々の形状のものを用いることができるが、ここでは、素材の破断強度を測定する場合に多く用いられるダンベル形状の試験片とした。そして、東洋精機社製「テンシロンＵＴＭ−ＩＩＩ」を用いて、造形した試験片を５００［ｍｍ／ｍｉｎ］の速さで引っ張り、試験片が破断したときの破断強度［ＭＰａ］を測定した（ＩＳＯ ５２７−１（ＪＩＳ Ｋ ７１６１））。なお、実施例１，２および比較例１，２の試験片の破断強度は、第１造形材料のみを用いる以外は実施例１と同じ手順により作製した、実施例１、２、比較例１、２と同一の外観を有する基準サンプルとの比較を行い、下記評価基準に基づいて評価した。
【００７９】
（試験片の破断強度）
〇：基準サンプル従来例と比べてＺ方向の破断強度が２倍以上改善した。
△：基準サンプルと比べてＺ方向の破断強度が２倍未満の範囲で改善した。
×：基準サンプルと比べてＺ方向の破断強度が改善しなかった。
【００８０】
ここで、図１０を参照し、破断強度の測定対象である試験片２３０について具体的に説明する。図１０の点線部分２４０で示すように、引っ張って破断する部分は、中央付近に位置し、断面積（１０［ｍｍ］×２［ｍｍ］）が小さい長方形状の部分である。本評価実験では、破断強度について、試験片２３０の異方性を確認した。三次元造形装置１００を用いて試験片２３０を造形し、試験片２３０の異方性を確認するときは、図１０に示すように、造形ステージ１４０に対して直行する３方向の向きを長手方向としてそれぞれ試験片を造形し、それぞれの試験片を長手方向に引っ張り、破断させて破断に対する耐性で評価する。以下、造形ステージ１４０の横方向（Ｘ方向、主走査方向）を長手方向として造形したものを「Ｘ方向品２５０」、造形ステージ１４０の縦方向（Ｙ方向、副走査方向）を長手方向として造形したものを「Ｙ方向品２６０」、造形ステージ１４０の鉛直方向（Ｚ方向）を長手方向として造形したものを「Ｚ方向品２７０」と言う。造形材料層の積層方向は、何れも造形ステージ１４０の鉛直方向（Ｚ方向）である。
【００８１】
基準サンプルでは、造形した試験片を５００［ｍｍ／ｍｉｎ］の速さで引っ張った場合、試験片が破断したときの破断強度［ＭＰａ］は、Ｘ方向品２５０が約１００［ＭＰａ］、Ｙ方向品２６０が約１００［ＭＰａ］、Ｚ方向品２７０が約２０［ＭＰａ］となった。
【００８２】
これに対して、実施例１，２においてＺ方向を長手方向として造形した試験片で同様の評価を行うと、Ｚ方向品２７０の破断強度が約６０［ＭＰａ］となり、Ｘ方向品２５０およびＹ方向品２６０の破断強度（約１００［ＭＰａ］）には劣ったものの、基準サンプルにおけるＺ方向品２７０の３倍に破断強度は改善した。なお、Ｚ方向品２７０の破断面の面積は小さいが、内部に設ける三次元骨格部２１０を細かくすることによってＺ方向品２７０の積層方向における強度を向上させることができた。
【００８３】
一方、比較例１，２においてＺ方向を長手方向として造形した試験片で同様の評価を行うと、Ｚ方向品２７０の破断強度が約２２［ＭＰａ］となり、基準サンプルにおけるＺ方向品２７０の破断強度（約２０［ＭＰａ］）とほとんど差が生じず、Ｘ方向品２５０およびＹ方向品２６０と比べた劣位度合いはほとんど変わらなかった。
【符号の説明】
【００８４】
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
１２６  平滑化部
１２６Ａ  均しローラー
１２６Ｂ  掻き取り部材
１２６Ｃ  回収部材
１２８  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
２１０  三次元骨格部
２２０  表面部
【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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【図１０】
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