(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形プレート(40)上に、造形材として、
最終的な造形物となるモデル材(MA)と、
前記モデル材(MA)が張り出した張り出し部分を支え、最終的に除去されるサポート材(SA)と、
を少なくとも一方向に走査しながら吐出させ、かつこれを硬化させる動作を繰り返すことで、高さ方向に所定の厚みを有するスライスを生成し、該スライスを高さ方向に積層していくことにより造形を行う三次元造形装置であって、
造形物を載置するための前記造形プレート(40)と、
前記モデル材(MA)を吐出するためのモデル材吐出ノズル(21)、及び前記サポート材(SA)を吐出するためのサポート材吐出ノズル(22)を、それぞれ一方向に複数個配列させた造形材吐出手段と、
前記モデル材(MA)及びサポート材(SA)を硬化させるための硬化手段(24)と、
前記造形材吐出手段及び硬化手段(24)を備えるヘッド部(20)と、
前記ヘッド部(20)を水平方向に往復走査させるための水平駆動手段と、
前記ヘッド部(20)と造形プレート(40)との高さ方向の相対位置を移動させるための垂直駆動手段と、
前記水平駆動手段及び垂直駆動手段の駆動を制御し、かつ前記造形材吐出手段による前記造形材の吐出及び硬化手段(24)による硬化を制御する制御手段(10)と、
を備え、
前記制御手段(10)が、
前記水平駆動手段で前記ヘッド部(20)を一方向に往復走査させて、前記造形材吐出手段により前記モデル材(MA)を前記造形プレート(40)上に吐出させ、該往復走査の往路又は復路の少なくともいずれか一方で、前記硬化手段(24)で前記モデル材(MA)を硬化させてからサポート材(SA)を吐出し、硬化させることにより、前記スライスを生成し、高さ方向に前記造形プレート(40)とヘッド部(20)の相対位置を移動させて、前記スライスの積層を繰り返すことにより造形を実行するよう制御し、
かつ前記サポート材(SA)の吐出量を、前記モデル材(MA)の吐出量よりも多くし、前記サポート材(SA)で造形され最終的に得られるサポート材(SA)の分解能を、最終的に得られる前記モデル材(MA)の分解能よりも低くさせたことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項２】
造形プレート(40)上に、造形材として、
最終的な造形物となるモデル材(MA)と、
前記モデル材(MA)が張り出した張り出し部分を支え、最終的に除去されるサポート材(SA)と、
を少なくとも一方向に走査しながら吐出させ、かつこれを硬化させる動作を繰り返すことで、高さ方向に所定の厚みを有するスライスを生成し、該スライスを高さ方向に積層していくことにより造形を行う三次元造形装置であって、
造形物を載置するための前記造形プレート(40)と、
前記モデル材(MA)を吐出するためのモデル材吐出ノズル(21)、及び前記サポート材(SA)を吐出するためのサポート材吐出ノズル(22)を、それぞれ一方向に複数個配列させた造形材吐出手段と、
前記モデル材(MA)及びサポート材(SA)を硬化させるための硬化手段(24)と、
前記造形材吐出手段及び硬化手段(24)を備えるヘッド部(20)と、
前記ヘッド部(20)を水平方向に往復走査させるための水平駆動手段と、
前記ヘッド部(20)と造形プレート(40)との高さ方向の相対位置を移動させるための垂直駆動手段と、
前記水平駆動手段及び垂直駆動手段の駆動を制御し、かつ前記造形材吐出手段による前記造形材の吐出及び硬化手段(24)による硬化を制御する制御手段(10)と、
を備え、
前記制御手段(10)が、
前記水平駆動手段で前記ヘッド部(20)を一方向に往復走査させて、前記造形材吐出手段により前記モデル材(MA)を前記造形プレート(40)上に吐出させ、該往復走査の往路又は復路の少なくともいずれか一方で、前記硬化手段(24)で前記モデル材(MA)を硬化させてからサポート材(SA)を吐出し、硬化させることにより、前記スライスを生成し、高さ方向に前記造形プレート(40)とヘッド部(20)の相対位置を移動させて、前記スライスの積層を繰り返すことにより造形を実行するよう制御し、
かつ前記モデル材(MA)のみを吐出する往復走査を複数回行うことで、高さ方向に積層された複数層のモデル材(MA)を硬化させ、その後の１回の往復走査で前記サポート材(SA)のみを前記複数層のモデル材(MA)以上の高さとなるように吐出して硬化させることにより、前記一枚のスライスの生成を行うよう構成してなることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載される三次元造形装置であって、
前記制御手段(10)は、造形物の走査方向における前記モデル材(MA)とサポート材(SA)とが位置するラインにおいて、同一の往復走査で、前記モデル材(MA)とサポート材(SA)を同時に吐出させず、いずれか一方の造形材のみを吐出、硬化させてなることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一に記載される三次元造形装置であって、さらに、
前記造形プレート(40)上に吐出された造形材を未硬化の状態で押圧して余剰分を排除するローラ部(25)を備え、
前記造形材が、前記ローラ部(25)の精度誤差に基づいて設定されたオフセット量高さ以上となるように吐出されてなることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項５】
請求項４に記載される三次元造形装置であって、
前記ローラ部(25)が、硬化されたモデル材(MA)と未硬化のサポート材(SA)とを含むスライスに対して走査するよう構成されており、
該未硬化のサポート材(SA)が、硬化されたモデル材(MA)よりも所定のオフセット量分高くなるように前記造形材吐出手段から吐出されてなることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項６】
請求項５に記載される三次元造形装置であって、
前記所定のオフセット量が、前記ローラ部(25)の高さ方向における位置ずれの分布を考慮して設定されてなることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載される三次元造形装置であって、
前記造形プレート(40)上に逐次形成されるスライスのＸＹ平面の各位置において、最下段に位置するサポート材(SA)に対して、前記オフセット量分が加算されて前記造形材吐出手段から吐出されてなることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項８】
請求項４から７のいずれか一に記載される三次元造形装置であって、
前記造形材吐出手段が、前記ローラ部(25)の一方の側面で、前記ヘッド部(20)を往復走査させる方向に前記モデル材吐出ノズル(21)及び前記サポート材吐出ノズル(22)を平行に離間させて配置してなることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一に記載される三次元造形装置であって、
前記モデル材(MA)が、光硬化樹脂であり、
前記硬化手段(24)が、光を照射するための光照射手段であることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一に記載される三次元造形装置であって、
前記造形材吐出手段が、前記モデル材(MA)と前記サポート材(SA)とを離間させて吐出することを特徴とする三次元造形装置。
【請求項１１】
造形物を載置するための造形プレート(40)上に、造形材として、
最終的な造形物となるモデル材(MA)と、
前記モデル材(MA)が張り出した張り出し部分を支え、最終的に除去されるサポート材(SA)と、
を少なくとも一方向に走査しながら吐出させ、かつこれを硬化させる動作を繰り返すことで、高さ方向に所定の厚みを有するスライスを生成し、該スライスを高さ方向に積層していくことにより造形を行う三次元造形方法であって、
前記モデル材(MA)を、該造形材を吐出するための造形材吐出手段により前記造形プレート(40)上に吐出させる工程と、
該吐出されたモデル材(MA)を、該造形材を硬化させる硬化手段(24)で硬化させる工程と、
前記サポート材(SA)を、前記モデル材(MA)よりも多量、前記造形材吐出手段により前記造形プレート(40)上に吐出させる工程と、
前記サポート材(SA)を、前記硬化手段(24)で硬化させる工程と、
前記硬化されたモデル材(MA)又はサポート材(SA)によって前記スライスを生成すると、高さ方向に前記造形プレート(40)とヘッド部(20)の相対位置を移動させて、前記スライスの積層を繰り返し、最終的に得られるサポート材(SA)の分解能を、最終的に得られる前記モデル材(MA)の分解能よりも低くさせた造形物を得る工程と、
を含むことを特徴とする三次元造形方法。
【請求項１２】
造形物を載置するための造形プレート(40)上に、造形材として、
最終的な造形物となるモデル材(MA)と、
前記モデル材(MA)が張り出した張り出し部分を支え、最終的に除去されるサポート材(SA)と、
を少なくとも一方向に走査しながら吐出させ、かつこれを硬化させる動作を繰り返すことで、高さ方向に所定の厚みを有するスライスを生成し、該スライスを高さ方向に積層していくことにより造形を行う三次元造形プログラムであって、
前記モデル材(MA)を、該造形材を吐出するための造形材吐出手段により前記造形プレート(40)上に吐出させる機能と、
該吐出されたモデル材(MA)を、該造形材を硬化させる硬化手段(24)で硬化させる機能と、
前記サポート材(SA)を、前記モデル材(MA)よりも多量、前記造形材吐出手段により前記造形プレート(40)上に吐出させる機能と、
前記サポート材(SA)を、前記硬化手段(24)で硬化させる機能と、
前記硬化されたモデル材(MA)又はサポート材(SA)によって前記スライスを生成すると、高さ方向に前記造形プレート(40)とヘッド部(20)の相対位置を移動させて、前記スライスの積層を繰り返し、最終的に得られるサポート材(SA)の分解能を、最終的に得られる前記モデル材(MA)の分解能よりも低くさせた造形物を得る機能と、
をコンピュータに実現させることを特徴とする三次元造形プログラム。
【請求項１３】
請求項１２に記載されるプログラムを格納したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット方式で立体造形物を作製する三次元造形装置、三次元造形方法及び三次元造形プログラム並びにコンピュータで読み取り可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、造形物を平行な複数の面で切断した各断面毎に樹脂を順次積層することよって立体造形を行い、三次元状の造形物を生成する装置が知られている。
【０００３】
製品開発において試作等に用いられるラピッド・プロトタイピング（Rapid Prototyping：ＲＰ）の分野で、三次元造型が可能な積層造形法が利用されている。積層造形法としては、積層造形法は、製品の三次元ＣＡＤデータをスライスし、薄板を重ね合わせたようなものを製造の元データとして作成し、それに粉体、樹脂、鋼板、紙等の材料を積層して試作品を作成する。このような積層造形法としては、インクジェット法、粉末法、光造形法、シート積層法、押し出し法等が知られている。この内、インクジェット法は、液化した材料を噴射した後、紫外光（ＵＶ）を照射したり、冷却する等によって層を硬化させて形成する。この方法によれば、インクジェットプリンタの原理を応用できることから、高精細化が容易となる利点が得られる。
【０００４】
樹脂積層方式の三次元造形装置は、最終的な造形物となるモデル材と、モデル材の張り出し部分を支え、最終的に除去されるサポート材をＸＹ方向に走査しながら造形プレート上に吐出し、高さ方向に積層していくことにより、造形を行う。モデル材とサポート材は紫外光を照射することにより、硬化する特性を有する樹脂からなり、紫外光を照射する紫外光ランプはモデル材とサポート材を吐出するノズルと共に、ＸＹ方向に走査され、ノズルから吐出されたモデル材およびサポート材に紫外光を照射し、硬化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００３−５３５７１２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、従来は図１０（ａ）の平面図に示すように、一回の走査（Ｘ方向）でモデル材ＭＡとサポート材ＳＡとが同時に吐出されるため、モデル材ＭＡとサポート材ＳＡの境界部においては、図１０（ｂ）の垂直断面図に示すように両材料が未硬化の液体状態で混ざり合ってしまうという問題があった。この状態で硬化すると、その混合部が膨張、変色を生じて造形品質を低下させる。また、サポート材の除去も困難となる。さらに、一般に紫外光ランプはノズルと共に走査される構造であるため、モデル材とサポート材がノズルから吐出された直後に硬化させるのは困難である。このため、未硬化の状態で混ざり合った状態が長く続けば続くほど、上述した問題は顕著となっていた。
【０００７】
このような問題に対し、１回の往復走査でモデル材とサポート材を同時に吐出せずに、一方のみを先に吐出して硬化させた上で、他方を続けて硬化させることで、両材料が液体状で混ざり合わないようにすることが考えられる。ただ、この方法ではモデル材ＭＡとサポート材を１回の走査で同時に吐出する場合に比べ、造形時間が倍かかってしまうという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、モデル材とサポート材の界面での混合を回避しつつ、処理時間が長くなることを抑制した三次元造形装置、三次元造形方法及び三次元造形プログラム並びにコンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る三次元造形装置によれば、造形プレート４０上に、造形材として、最終的な造形物となるモデル材ＭＡと、前記モデル材ＭＡが張り出した張り出し部分を支え、最終的に除去されるサポート材ＳＡと、を少なくとも一方向に走査しながら吐出させ、かつこれを硬化させる動作を繰り返すことで、高さ方向に所定の厚みを有するスライスを生成し、該スライスを高さ方向に積層していくことにより造形を行う三次元造形装置であって、造形物を載置するための前記造形プレート４０と、前記モデル材ＭＡを吐出するためのモデル材吐出ノズル２１、及び前記サポート材ＳＡを吐出するためのサポート材吐出ノズル２２を、それぞれ一方向に複数個配列させた造形材吐出手段と、前記モデル材ＭＡ及びサポート材ＳＡを硬化させるための硬化手段２４と、前記造形材吐出手段及び硬化手段２４を備えるヘッド部２０と、前記ヘッド部２０を水平方向に往復走査させるための水平駆動手段と、前記ヘッド部２０と造形プレート４０との高さ方向の相対位置を移動させるための垂直駆動手段と、前記水平駆動手段及び垂直駆動手段の駆動を制御し、かつ前記造形材吐出手段による前記造形材の吐出及び硬化手段２４による硬化を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段１０が、前記水平駆動手段で前記ヘッド部２０を一方向に往復走査させて、前記造形材吐出手段により前記モデル材ＭＡを前記造形プレート４０上に吐出させ、該往復走査の往路又は復路の少なくともいずれか一方で、前記硬化手段２４で前記モデル材ＭＡを硬化させてからサポート材ＳＡを吐出し、硬化させることにより、前記スライスを生成し、高さ方向に前記造形プレート４０とヘッド部２０の相対位置を移動させて、前記スライスの積層を繰り返すことにより造形を実行するよう制御し、かつ前記サポート材ＳＡの吐出量を、前記モデル材ＭＡの吐出量よりも多くし、前記サポート材ＳＡで造形され最終的に得られるサポート材ＳＡの分解能を、最終的に得られる前記モデル材ＭＡの分解能よりも低くさせることができる。これにより、サポート材の造形時間をモデル材よりも短時間にでき、その分だけ造形時間を短縮できる利点が得られる。
【００１０】
また、第２の側面に係る三次元造形装置によれば、造形プレート４０上に、造形材として、最終的な造形物となるモデル材ＭＡと、前記モデル材ＭＡが張り出した張り出し部分を支え、最終的に除去されるサポート材ＳＡと、を少なくとも一方向に走査しながら吐出させ、かつこれを硬化させる動作を繰り返すことで、高さ方向に所定の厚みを有するスライスを生成し、該スライスを高さ方向に積層していくことにより造形を行う三次元造形装置であって、造形物を載置するための前記造形プレート４０と、前記モデル材ＭＡを吐出するためのモデル材吐出ノズル２１、及び前記サポート材ＳＡを吐出するためのサポート材吐出ノズル２２を、それぞれ一方向に複数個配列させた造形材吐出手段と、前記モデル材ＭＡ及びサポート材ＳＡを硬化させるための硬化手段２４と、前記造形材吐出手段及び硬化手段２４を備えるヘッド部２０と、前記ヘッド部２０を水平方向に往復走査させるための水平駆動手段と、前記ヘッド部２０と造形プレート４０との高さ方向の相対位置を移動させるための垂直駆動手段と、前記水平駆動手段及び垂直駆動手段の駆動を制御し、かつ前記造形材吐出手段による前記造形材の吐出及び硬化手段２４による硬化を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段が、前記水平駆動手段で前記ヘッド部２０を一方向に往復走査させて、前記造形材吐出手段により前記モデル材ＭＡを前記造形プレート４０上に吐出させ、該往復走査の往路又は復路の少なくともいずれか一方で、前記硬化手段２４で前記モデル材ＭＡを硬化させてからサポート材ＳＡを吐出し、硬化させることにより、前記スライスを生成し、高さ方向に前記造形プレート４０とヘッド部２０の相対位置を移動させて、前記スライスの積層を繰り返すことにより造形を実行するよう制御し、かつ前記モデル材ＭＡのみを吐出する往復走査を複数回行うことで、高さ方向に積層された複数層のモデル材ＭＡを硬化させ、その後の１回の往復走査で前記サポート材ＳＡのみを前記複数層のモデル材ＭＡ以上の高さとなるように吐出して硬化させることにより、前記一枚のスライスの生成を行うよう構成できる。これにより、モデル材とサポート材を同時でなく異なるタイミングで吐出し、界面での混合を回避しつつも、１回の走査で吐出されるサポート材の吐出量をモデル材の吐出量よりも増やすことで造形時間の長期化を抑制できる利点が得られる。
【００１１】
さらに、第３の側面に係る三次元造形装置によれば、前記制御手段は、造形物の走査方向における前記モデル材ＭＡとサポート材ＳＡとが位置するラインにおいて、同一の往復走査で、前記モデル材ＭＡとサポート材ＳＡを同時に吐出させず、いずれか一方の造形材のみを吐出、硬化させることができる。これにより、同一の往復走査で、モデル材とサポート材を同時に吐出せず、いずれか一方のみを吐出、硬化させることで、同一ライン上で隣接するモデル材とサポート材との界面が共に未硬化となって混合する事態を回避でき、界面を綺麗に成形できる利点が得られる。
【００１２】
さらにまた、第４の側面に係る三次元造形装置によれば、さらに前記造形プレート４０上に吐出された造形材を未硬化の状態で押圧して余剰分を排除するローラ部２５を備え、前記造形材が、前記ローラ部２５の精度誤差に基づいて設定されたオフセット量高さ以上となるように吐出することができる。これにより、造形材の吐出によりローラ部の偏心や真円度のばらつきを吸収できる。
【００１４】
さらにまた、第５の側面に係る三次元造形装置によれば、前記ローラ部２５が、硬化されたモデル材ＭＡと未硬化のサポート材ＳＡとを含むスライスに対して走査するよう構成されており、該未硬化のサポート材ＳＡが、硬化されたモデル材ＭＡよりも所定のオフセット量分高くなるように前記造形材吐出手段から吐出させることができる。このように、未硬化のサポート材を硬化済みのモデル材よりも高くすることで、ローラ部がサポート材によって押し上げられる結果、硬化済みのモデル材にローラ部が触れる事態が回避され、よって硬化済みのモデル材が削られてローラ部に不具合を生じる事態を回避できる。
【００１５】
さらにまた、第６の側面に係る三次元造形装置によれば、前記所定のオフセット量を、前記ローラ部２５の高さ方向における位置ずれの分布を考慮して設定できる。このように、ローラ部の誤差、例えば真円度からのずれや偏心、固定位置のばらつき等を勘案したオフセット量を設定することで、ローラ部が硬化済みのモデル材に接触しないサポート材の高さを適切に設定できる。
【００１６】
さらにまた、第７の側面に係る三次元造形装置によれば、前記造形材吐出手段を、前記ローラ部２５の一方の側面で、前記ヘッド部２０を往復走査させる方向に前記モデル材吐出ノズル２１及び前記サポート材吐出ノズル２２を平行に離間させて配置することができる。
さらにまた、第８の側面に係る三次元造形装置によれば、前記造形プレート４０上に逐次形成されるスライスのＸＹ平面の各位置において、最下段に位置するサポート材ＳＡに対して、前記オフセット量分が加算されて前記造形材吐出手段から吐出できる。これにより、最下段に位置するサポート材ＳＡを高くすることで、以降この上に積層されるサポート材ＳＡ等はすべて、オフセット量分高くなるため、上述の通りローラ部が硬化済みのモデル材に接触する事態を回避できる。
【００１７】
さらにまた、第９の側面に係る三次元造形装置によれば、前記モデル材ＭＡが、光硬化樹脂であり、前記硬化手段２４を、光を照射するための光照射手段とできる。これにより、モデル材を光で容易に硬化させることができる。このような光には紫外光等が好適に利用できる。
【００１８】
さらにまた、第１０の側面に係る三次元造形装置によれば、前記造形材吐出手段が、前記モデル材ＭＡと前記サポート材ＳＡとを離間させて吐出することができる。これにより、モデル材とサポート材との界面での混合を確実に回避できる。
【００１９】
さらにまた、第１１の側面に係る三次元造形方法によれば、造形物を載置するための造形プレート４０上に、造形材として、最終的な造形物となるモデル材ＭＡと、前記モデル材ＭＡが張り出した張り出し部分を支え、最終的に除去されるサポート材ＳＡと、を少なくとも一方向に走査しながら吐出させ、かつこれを硬化させる動作を繰り返すことで、高さ方向に所定の厚みを有するスライスを生成し、該スライスを高さ方向に積層していくことにより造形を行う三次元造形方法であって、前記モデル材ＭＡを、該造形材を吐出するための造形材吐出手段により前記造形プレート４０上に吐出させる工程と、該吐出されたモデル材ＭＡを、該造形材を硬化させる硬化手段２４で硬化させる工程と、前記サポート材ＳＡを、前記モデル材ＭＡよりも多量、前記造形材吐出手段により前記造形プレート４０上に吐出させる工程と、前記サポート材ＳＡを、前記硬化手段２４で硬化させる工程と、前記硬化されたモデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡによって前記スライスを生成すると、高さ方向に前記造形プレート４０とヘッド部２０の相対位置を移動させて、前記スライスの積層を繰り返し、最終的に得られるサポート材ＳＡの分解能を、最終的に得られる前記モデル材ＭＡの分解能よりも低くさせた造形物を得る工程と、を含むことができる。これにより、サポート材の造形時間をモデル材よりも短時間にでき、その分だけ造形時間を短縮できる利点が得られる。
【００２０】
さらにまた、第１２の側面に係る三次元造形プログラムによれば、造形物を載置するための造形プレート４０上に、造形材として、最終的な造形物となるモデル材ＭＡと、前記モデル材ＭＡが張り出した張り出し部分を支え、最終的に除去されるサポート材ＳＡと、を少なくとも一方向に走査しながら吐出させ、かつこれを硬化させる動作を繰り返すことで、高さ方向に所定の厚みを有するスライスを生成し、該スライスを高さ方向に積層していくことにより造形を行う三次元造形プログラムであって、前記モデル材ＭＡを、該造形材を吐出するための造形材吐出手段により前記造形プレート４０上に吐出させる機能と、該吐出されたモデル材ＭＡを、該造形材を硬化させる硬化手段２４で硬化させる機能と、前記サポート材ＳＡを、前記モデル材ＭＡよりも多量、前記造形材吐出手段により前記造形プレート４０上に吐出させる機能と、前記サポート材ＳＡを、前記硬化手段２４で硬化させる機能と、前記硬化されたモデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡによって前記スライスを生成すると、高さ方向に前記造形プレート４０とヘッド部２０の相対位置を移動させて、前記スライスの積層を繰り返し、最終的に得られるサポート材ＳＡの分解能を、最終的に得られる前記モデル材ＭＡの分解能よりも低くさせた造形物を得る機能と、をコンピュータに実現させることができる。これにより、サポート材の造形時間をモデル材よりも短時間にでき、その分だけ造形時間を短縮できる利点が得られる。
【００２１】
さらにまた第１３の側面に係るコンピュータで読み取り可能な記録媒体は、前記プログラムを格納したものである。記録媒体には、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷやフレキシブルディスク、磁気テープ、ＭＯ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、Ｂｌｕ−ｒａｙ、ＨＤ  ＤＶＤ（ＡＯＤ）等の磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリその他のプログラムを格納可能な媒体が含まれる。またプログラムには、前記記録媒体に格納されて配布されるものの他、インターネット等のネットワーク回線を通じてダウンロードによって配布される形態のものも含まれる。さらに記録媒体にはプログラムを記録可能な機器、例えば前記プログラムがソフトウエアやファームウエア等の形態で実行可能な状態に実装された汎用もしくは専用機器を含む。さらにまたプログラムに含まれる各処理や機能は、コンピュータで実行可能なプログラムソフトウエアにより実行してもよいし、各部の処理を所定のゲートアレイ（ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ）等のハードウエア、又はプログラムソフトウエアとハードウエアの一部の要素を実現する部分的ハードウエアモジュールとが混在する形式で実現してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例１に係る三次元造形装置を示すブロック図である。
【図２】変形例に係る三次元造形装置を示すブロック図である。
【図３】ヘッド部がＸＹ方向に移動される様子を示す平面図である。
【図４】モデル材とサポート材で造形された造形物を示す斜視図である。
【図５】図４の断面図である。
【図６】ヘッド部の外観を示す斜視図である。
【図７】図６のヘッド部で造形材を吐出する様子を示す平面図である。
【図８】ローラ部で造形材の余剰分を除去する状態を示す斜視図である。
【図９】従来の三次元造形装置でモデル材とサポート材を吐出する吐出パターンを示す（ａ）平面図及び（ｂ）垂直断面図である。
【図１０】実施例１に係る吐出パターンを示す（ａ）平面図及び（ｂ）垂直断面図である。
【図１１】実施例２に係る吐出パターンを示す（ａ）平面図及び（ｂ）垂直断面図である。
【図１２】実施例３に係る吐出パターンを示す（ａ）平面図及び（ｂ）垂直断面図である。
【図１３】実施例４に係る吐出パターンを示す（ａ）平面図及び（ｂ）垂直断面図である。
【図１４】実施例５に係る吐出パターンを示す（ａ）平面図及び（ｂ）垂直断面図である。
【図１５】実施例６に係る吐出パターンを示す（ａ）平面図及び（ｂ）垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための三次元造形装置及び三次元造形方法を例示するものであって、本発明は三次元造形装置及び三次元造形方法を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００２４】
本発明の実施例において使用される三次元造形装置とこれに接続される操作、制御、表示、その他の処理等のためのコンピュータ、プリンタ、外部記憶装置その他の周辺機器との接続は、例えばＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ−２３２ｘやＲＳ−４２２、ＲＳ−４２３、ＲＳ−４８５、ＵＳＢ等のシリアル接続、パラレル接続、あるいは１０ＢＡＳＥ−Ｔ、１００ＢＡＳＥ−ＴＸ、１０００ＢＡＳＥ−Ｔ等のネットワークを介して電気的、あるいは磁気的、光学的に接続して通信を行う。接続は有線を使った物理的な接続に限られず、ＩＥＥＥ８０２．１ｘ等の無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の電波、赤外線、光通信等を利用した無線接続等でもよい。さらにデータの交換や設定の保存等を行うための記録媒体には、メモリカードや磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が利用できる。なお本明細書において三次元造形装置とは、三次元造形装置本体のみならず、これにコンピュータ、外部記憶装置等の周辺機器を組み合わせた三次元造形システムも含む意味で使用する。
【００２５】
また、本明細書において三次元造形装置、三次元造形方法、三次元造形プログラムは、三次元造形を行うシステムそのもの、ならびに画像生成に関連する入出力、表示、演算、通信その他の処理をハードウエア的に行う装置や方法に限定するものではない。ソフトウエア的に処理を実現する装置や方法も本発明の範囲内に包含する。例えば汎用の回路やコンピュータにソフトウエアやプログラム、プラグイン、オブジェクト、ライブラリ、アプレット、コンパイラ、モジュール、特定のプログラム上で動作するマクロ等を組み込んで画像生成そのものあるいはこれに関連する処理を可能とした装置やシステムも、本発明の三次元造形装置、三次元造形方法、三次元造形プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体に該当する。また本明細書においてコンピュータには、汎用あるいは専用の電子計算機の他、ワークステーション、端末、携帯型電子機器、ＰＤＣやＣＤＭＡ、Ｗ−ＣＤＭＡ、ＦＯＭＡ（登録商標）、ＧＳＭ、ＩＭＴ２０００や第４世代等の携帯電話、ＰＨＳ、ＰＤＡ、ページャ、スマートフォンその他の電子デバイスも包含する。さらに本明細書においてプログラムとは、単体で使用されるものに限られず、特定のコンピュータプログラムやソフトウエア、サービス等の一部として機能する態様や、必要時に呼び出されて機能する態様、ＯＳ等の環境においてサービスとして提供される態様、環境に常駐して動作する態様、バックグラウンドで動作する態様やその他の支援プログラムという位置付けで使用することもできる。
（実施例１）
【００２６】
図１に、本発明の実施例１に係る三次元造形システム１００のブロック図を示す。この三次元造形システム１００は、造形材を液体又は流体状態でインクジェット方式によって吐出、硬化させ、これを積層することによって任意の造形物を製造するものである。造形材には、最終的な造形物を構成するモデル材ＭＡと、このモデル材ＭＡが張り出した張り出し部分をＺ方向の下方から支えるために少なくとも造形され、最終的に除去されるサポート材ＳＡとが利用される。
【００２７】
図１に示す三次元造形システム１００は、三次元造形装置２に設定データを送出する設定データ作成装置１（図１ではコンピュータＰＣ）と、三次元造形装置２で構成される。三次元造形装置２は、制御手段１０と、ヘッド部２０と、造形プレート４０とを備える。ヘッド部２０は、造形材吐出手段として、モデル材ＭＡを吐出するモデル材吐出ノズル２１と、サポート材ＳＡを吐出するサポート材吐出ノズル２２を備えている。またこれらの吐出された造形材から余剰分を掻き取ることにより造形材の表面を平滑化するためのローラ部２５と、造形材を硬化させる硬化手段２４も、ヘッド部２０に備えられる。さらにヘッド部２０を水平方向において、モデル材吐出ノズル２１とサポート材吐出ノズル２２から造形材を液体又は流体状態でインクジェット方式によって、造形プレート４０上の適切な位置に吐出されるために、往復走査するＸ方向と、このＸ方向に直交するＹ方向に走査させるための水平駆動手段、及びヘッド部２０と造形プレート４０との高さ方向の相対位置を移動させるための垂直駆動手段として、ＸＹ方向駆動部３１及びＺ方向駆動部３２を備えている。
【００２８】
コンピュータＰＣは、三次元形状の造形物、例えば三次元ＣＡＤ等で設計されたモデルデータの入力を外部から受けると、まずこのＣＡＤデータを、例えばＳＴＬ（Stereo Lithography Data）データに変換し、更にこのＳＴＬデータを複数の薄い断面体にスライスして得られる断面データを生成し、そしてこのスライスデータを、一括又は各スライス層単位にて三次元造形装置２に対して送信を行う設定データ作成装置１として機能する。この際、三次元ＣＡＤ等で設計されたモデルデータ（実際は、変換後のＳＴＬデータ）の造形プレート４０上における姿勢の決定に対応し、この姿勢におけるモデル材にて形成されるモデルを支持することが必要な空間又は箇所に対して、サポート材ＳＡを設ける位置の設定が行われ、これらのデータを元に各層に対応するスライスデータが形成される。制御手段１０は、コンピュータＰＣからの断面データを取り込み、そのデータに従ってヘッド部２０、ＸＹ方向駆動部３１及びＺ方向駆動部３２を制御する。この制御手段１０の制御により、ＸＹ方向駆動部３１が作動すると共に、ヘッド部２０のモデル材吐出ノズル２１及びサポート材吐出ノズル２２より造形材としてのモデル材ＭＡならびにサポート材ＳＡを、小滴として造形プレート４０上の適切な位置に吐出することにより、コンピュータＰＣから与えられた断面データに基づく断面形状が造形される。そして造形プレート４０上に吐出された造形材の一であるモデル材ＭＡは少なくとも硬化されて液体又は流体状態から固体に変化して硬化する。このような動作によって一層分の断面体すなわちスライスが作り出される。
（スライス）
【００２９】
ここで「スライス」とは、造形物のｚ方向の積層単位であり、スライス数は高さを積層厚で除算した値となる。実際には、各スライスの厚みを決定する要件としては、各吐出ノズルからの吐出可能な最小限の単位吐出量やローラ部２５のローラの上下方向における偏心によるばらつき等によって、設定可能な最小の厚みが決定される。このような観点に基づいて設定された値をスライスの最小値として、後は、ユーザが造形物に対して、求める、例えば、造形精度や造形速度の観点から各スライス量を最終的に決定できる。つまり、ユーザが造形精度を優先することを選択すれば、上述したスライス最小値又はその近傍の値にて各スライス量を決定し、一方造形速度を優先すれば、最低限の造形精度を維持した各スライス量を決定することができる。または、別の方法としては、造形精度と造形速度の比率をユーザに感覚的に選択させる方法や、ユーザに許容可能な最大造形時間を入力させることにより、いくつかの造形時間と造形精度の組み合わせを候補として表示し、その中からユーザが好む条件を選択させることも可能である。
【００３０】
また、一つのスライスデータに対する造形行為は、少なくともヘッド部２０をＸ方向に往復動作する際の少なくとも往路又は復路にてモデル材吐出ノズル２１とサポート材吐出ノズル２２から造形材を液体又は流体状態でインクジェット方式によって吐出させ、造形プレート４０上に吐出された造形物が未硬化の状態にて、少なくとも往路又は復路にてその未硬化の造形物の表面を平滑化するためにローラ部２５を作用させると共に、平滑化された造形物の表面に対して、硬化手段２４から特定波長の光を照射することにより、造形物を硬化させる一連のステップを少なくとも一回行うことで行われるが、この回数は、スライスデータの厚みや要求される造形精度によって自動的に変更されることはいうまでもない。
【００３１】
一方、また少なくとも往路又は復路にてモデル材吐出ノズル２１とサポート材吐出ノズル２２から吐出され、造形プレート上に形成される一回の最大の厚みは、吐出された液滴の着弾後の断面形状が略円形を留めることが可能な単位吐出量によって決まる。
（造形プレート４０）
【００３２】
造形プレート４０は、Ｚ方向駆動部３２によって昇降自在としている。一スライスが形成されると、制御手段１０によってＺ方向駆動部３２が制御され、造形プレート４０は一スライス分の厚さに相当する距離だけ降下する。そして上記と同様な動作を繰り返し行うことにより一スライス目の上側（上表面）に新たなスライスが積層される。このように連続的に作り出された幾層もの薄いスライスが積層されて造形物が造形される。
【００３３】
また、造形物が張り出した、いわゆるオーバーハング形状の場合には、コンピュータＰＣにおいて造形物をデータ化する際に必要に応じてオーバーハング支持部形状が付加される。そして制御手段１０は、最終造形物を構成するモデル材ＭＡの造形と同時に、そのオーバーハング支持部形状に基づいて、オーバーハング支持部ＳＢを造形する。具体的には、モデル材ＭＡとは別のサポート材ＳＡを、サポート材吐出ノズル２２から小滴として吐出させることにより、オーバーハング支持部ＳＢを形成する。造形後に、オーバーハング支持部ＳＢを構成するサポート材ＳＡを除去することで、目的の三次元造形物を得ることができる
【００３４】
ヘッド部２０は、図３の平面図に示すように、ヘッド移動手段３０により水平方向、すなわちＸＹ方向に移動される。さらに造形プレート４０が、図１に示すようにプレート昇降手段（Ｚ方向駆動部３２）によって高さ方向、すなわちＺ方向に移動される。これによって、ヘッド部２０と造形プレート４０の相対高さを変更でき、立体的な造形が可能となる。より詳細には、まずヘッド部２０は、ヘッド移動手段３０によりモデル材吐出ノズル２１及びサポート材吐出ノズル２２より造形材としてのモデル材ＭＡならびにサポート材ＳＡをスライスデータに基づいた適切な箇所に吐出するために、Ｘ方向に往復動作され、各吐出ノズル２１、２２に各々設けられる複数のＹ方向に伸びるオリフィスから、モデル材ＭＡ及びサポート材ＳＡが吐出される。さらに、図３に示すように、各吐出ノズル２１、２２のＹ方向の幅が、造形プレート４０上の造形可能なＹ方向の幅より小さい場合で、且つ造形用のモデルデータのＹ方向の幅が、Ｙ方向に伸びるオリフィスの全長より大きい場合は、各吐出ノズル２１、２２の所定の位置におけるＸ方向の往復動作の後、Ｙ方向に各吐出ノズル２１、２２を所定量シフトさせ、その位置でのＸ方向の往復走査と共に、モデル材ＭＡ及びサポート材ＳＡをスライスデータに基づいた適切な箇所に吐出させることを繰り返すことにより、設定された全ての造形データに対応した造形物の生成を行う。
【００３５】
なお図１の例では、Ｚ方向駆動部３２として造形プレート４０を昇降させるプレート昇降手段を用いているが、この例に限られず、図２に示す三次元造形装置２’のように、造形プレート４０側を高さ方向に固定し、ヘッド部側をＺ方向に移動させるＺ方向駆動部３２’を採用することもできる。また、ＸＹ方向への移動も、ヘッド部側を固定して、造形プレート側を移動させてもよい。また、上述したような、ヘッド部２０のＹ方向へのシフトは、各ノズルの幅を、実質的に造形プレート４０の造形可能なＹ方向の幅と同じにすれば、その必要はないが、その際においても、例えばノズルに設けられるオリフィスの間隔で決定される造形物のＹ方向の解像度を高める目的として、ヘッド部２０のＹ方向へのシフトにより、各オリフィスが、先の造形時におけるオリフィスとオリフィスの間に位置するようにシフトさせてもよい。
（制御手段１０）
【００３６】
制御手段１０は、造形材の吐出パターンを制御する。すなわちモデル材ＭＡ及びサポート材ＳＡを、Ｘ方向における往復走査の内、少なくとも往路又は復路の一方にて造形材吐出手段により造形プレート４０上に吐出させながら、ヘッド部２０を一方向に往復走査させて、造形材吐出手段により造形材が造形プレート上に吐出された後で、且つ往路又は復路の少なくともいずれか一方で、モデル材ＭＡ及びサポート材ＳＡに対して硬化手段２４で硬化させることにより、スライスを生成し、高さ方向に造形プレート４０とヘッド部２０の相対位置を移動させて、スライスの積層を繰り返すことにより造形を実行する。なお、詳細は後述するが、ローラ部２５による造形材表面の平滑化は、造形材吐出手段により造形材が造形プレート上に吐出された後で、且つ硬化手段２４にて造形材の表面が硬化させる前に、往路又は復路の少なくともいずれか一方で、行われる。
【００３７】
この制御手段１０は、一回の往復走査でモデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡのいずれか一方の造形材を吐出して、ローラ部２５による造形材表面の平滑化を行い、更に硬化手段２４により硬化させてから、次回以降の往復走査で、吐出されなかった他方の造形材を吐出して、造形材表面の平滑化を行い、硬化させる。これら一連の工程を少なくとも一回行うことにより、一枚のスライスの生成を行う。いうまでもなく、一層のスライスデータに対応した上記一連の工程は、例えばユーザの求める最終的なモデルの表面精度や造形時間に応じて、複数回繰り返すことが含まれる。これにより、モデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡのいずれか一方を未硬化の状態でその表面を平滑化し、そして硬化させた後、他方を吐出することで個別に硬化でき、これらモデル材ＭＡとサポート材ＳＡの界面における混合を効果的に回避できる利点が得られる。
（造形材）
【００３８】
上述の通り、造形材には、最終的な造形物となるモデル材ＭＡと、このモデル材ＭＡが張り出した張り出し部分を支え、最終的に除去されるサポート材ＳＡが用いられる。図４に、球状のモデル材ＭＡの周囲を直方体状のサポート材ＳＡで覆うようにして造形された造形物の斜視図を、図５にこの断面図を、それぞれ示す。
（硬化手段２４）
【００３９】
モデル材ＭＡには、光硬化樹脂、例えば紫外線硬化樹脂が使用できる。この場合、硬化手段２４は少なくともモデル材ＭＡの材料が反応して硬化する特定波長を含む光を照射する光照射手段であり、例えば紫外線ランプ等の紫外線照射手段である。紫外光ランプには、ハロゲンランプや水銀灯、ＬＥＤ等が利用できる。またこの例では、サポート材も紫外線硬化樹脂としている。同じ波長の紫外線で硬化する紫外線硬化樹脂を使用する場合は、同じ紫外線照射手段を利用でき、光源を共通化できる利点が得られる。
（モデル材ＭＡ）
【００４０】
またモデル材として、熱可塑性樹脂を使用することもできる。この場合、硬化手段２４は、冷却手段となる。なおモデル材とサポート材にいずれも熱可塑性樹脂を使用する場合は、モデル材の融点をサポート材の融点よりも高いものを採用することにより、積層完了後に造形物をサポート材の融点より高く、モデル材の融点より低い温度に加熱、保温することにより、サポート材を溶融除去することができる。さらに、モデル材とサポート材の一方を光硬化樹脂、他方を熱可塑性樹脂とすることもできる。
【００４１】
あるいは、硬化材との化学反応により硬化可能な材料をモデル材に用いることもできる。さらにモデル材は、粘度や表面張力等の噴射特性を調整するために、必要に応じて液体改質剤を混合してもよい。また温度調整によって噴射特性を変更することもできる。モデル材の他の例としては、紫外線フォトポリマー、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン等が挙げられる。
（サポート材ＳＡ）
【００４２】
サポート材ＳＡは、除去可能な材料として、水膨潤ゲル、ワックス、熱可塑性樹脂、水溶性材料、溶解性材料等が使用できる。サポート材ＳＡの除去には、サポート材の性質に応じて水溶、加熱、化学反応、水圧洗浄等の動力洗浄や電磁波の照射により溶解させる、熱膨張差を利用した分離等の方法が適宜利用できる。
【００４３】
サポート材は、最終的に除去されるため、除去しやすいような特性が求められる。例えば水溶性のサポート材は、造形物が造形された後、水槽に投入することでサポート材を溶融させて除去することができる。一方で、サポート材の可溶性を高めるほど、サポート材の強度が低下し、湿度が高いと潮解し、型崩れしたり垂れる等が起こりやすくなる。サポート材の剛性が不十分になると、モデル材を支持する能力が低下し、サポート材の上面にモデル材を造形することが難しくなり、モデル材の精度が低下するおそれもある。その一方でサポート材の剛性を高めると、最終造形物からサポート材を除去する際に、水に溶出し難くなり、除去に時間がかかる。このようにサポート材には相反する特性が求められる結果、最適な特性を備えるサポート材を得ることが従来は困難であった。
【００４４】
そこで本実施例のように、サポート材として例えば、水溶性の材料を用いる場合は、サポート材ＳＡの外殻としてサポート殻ＳＳを形成することにより、造形装置におけるモデルの造形中にサポート材が直接空気に触れることを極力抑制でき、その結果サポート材が空気中の水分を吸収することが抑制できることにより、造形時における、サポート材の変形やサポート材の変形によるモデル材の変形を防止できる。さらに、サポート殻ＳＳの形成により、内部のサポート材が空気中の水分を吸収することを抑制できるため、サポート材の水溶性としての性能を高めることができ、その結果、サポート材除去時に水等の溶液中に浸した場合のサポート材の溶出速度を高めることができる。この構成であれば、十分な剛性を備えつつ、除去の際には最外殻のサポート材ＳＡを破ることで溶出を早め、サポート材の除去を短時間で行える利点が得られる。図４、図５の例では、直方体状の表面に被覆されたサポート殻ＳＳを破断して、内部のサポート材ＳＡを除去する。
（サポート材ＳＡの詳細）
【００４５】
サポート材ＳＡには非硬化性成分が含まれる。特に、可溶性を高めることで、水槽中に投入して短時間でサポート材を溶出させ、除去できる。サポート材の可溶性は、水溶性に限らず、特定の溶媒に対する可溶性としてもよい。一方でこのようなサポート材は液状又はゲル状となるため、手で触るとべとつきやぬめりがあり、汚れやすくなる。そこで、上述の通りサポート材の表面にサポート殻ＳＳを設けて保護している。
（サポート殻ＳＳ）
【００４６】
サポート材ＳＡの外表面に設けられるサポート殻ＳＳは、サポート材ＳＡよりも剛性の高いモデル材ＭＡで構成されている。このようにしてサポート材ＳＡの表面の剛性を高め、サポート材ＳＡの流出を阻止できる。本実施例ではサポート殻ＳＳをモデル材吐出用ノズル２１から吐出されるモデル材ＭＡにより構成しているため、ヘッド部２０のモデル材吐出ノズル２１をサポート殻ＳＳの吐出ノズルとして共用化でき、モデル材ＭＡの造形時にサポート材ＳＡのサポート殻ＳＳも合わせて造形できるので、コスト面、スピード面でも有利となる。具体的には、少なくともモデル材ＭＡとサポート材ＳＡにて三次元の造形データを生成する時点において、その造形データにおいて、サポート材にて造形データの外表面が形成される位置に対して、自動的にその外表面に位置するサポート材を、モデル材に変更するか、又はサポート材のその外表面を覆うようにモデル材から形成される薄膜の層を形成するようにデータを生成する。そして、この生成されたデータに対応する各スライスの形成時にサポート材ＳＡの外表面でサポート殻ＳＳが形成される位置に、モデル材ＭＡを吐出して硬化させ、サポート材ＳＡの外表面が薄いモデル材ＭＡで覆われるように、制御手段１０が造形材吐出手段を制御する。これにより、サポート材ＳＡの表面に薄いモデル材ＭＡを形成することで、サポート殻ＳＳを容易に形成できる利点が得られる。なお、このモデル材にて形成される薄膜の厚みは、除去のし易さと強度の確保のバランスという観点から考えると、その厚みは０．１ｍｍ〜５ｍｍ程度が好ましいと考える。さらに、本実施例ではサポート殻ＳＳをモデル材吐出用ノズル２１から吐出されるモデル材ＭＡにより構成したが、サポート殻として適切な特性を有する材料であれば、モデル材ＭＡとは異なる材料を吐出するノズルを別途設けてサポート殻を構成するようにしてもよい。この際、このサポート殻用の材料の特性としては、除去のし易さと強度の確保をより高い次元でバランスさせるという観点から、モデル材ＭＡよりも硬度があり、且つ靭性が低い材料であることが好ましい。
（サポート殻ＳＳの剥離構造）
【００４７】
一方で、サポート材ＳＡにサポート殻ＳＳを設ける構成では、サポート殻ＳＳの剛性が高い程、造形材からサポート殻ＳＳを剥離し難くなる。そこで、サポート殻ＳＳを剥離しやすくする構造を付加することが好ましい。具体的には、サポート材ＳＡの表面をすべてサポート殻ＳＳで覆うのでなく、部分的にサポート材ＳＡを露出させた露出部を設ける。このようにすることで、造形物の造形後に露出部でサポート殻ＳＳを破断し易くなる。またサポート材ＳＡを可溶性とした場合は、造形物の造形後に液中に含浸して露出部からサポート材ＳＡを溶出させることができ、サポート殻ＳＳを破断させることなく造形物から剥離でき、サポート材ＳＡの除去作業を省力化できる利点が得られる。または、サポート殻ＳＳを成形しなければならない連続する外表面の外周部のみを、サポート殻ＳＳが形成される他の外表面に比較して、厚みのある形状とすることにより、サポート殻ＳＳが成形される連続する外表面を一体的に剥ぎ取りやすくすることも可能である。
（ヘッド部２０）
【００４８】
図６に、インクジェット方式の三次元造形装置のヘッド部２０の一例を示す。この図に示すヘッド部２０は、造形材吐出手段として、モデル材ＭＡとサポート材ＳＡの吐出を個別に行う専用の吐出ノズルを設けている。具体的には、モデル材ＭＡを吐出するためのモデル材吐出ノズル２１と、サポート材ＳＡを吐出するためのサポート材吐出ノズル２２を、平行に離間させて備えている。各吐出ノズルは、２つのノズル列２３を設けており、これらのノズル列２３は、図７の平面図に示すように半ノズル分ずらして配置することで、分解能を向上させている。またオフセット状態に配置された各ノズル列２３は、モデル材吐出ノズル２１とサポート材吐出ノズル２２とで、それぞれ同一ライン上に一致するように配置することで、モデル材とサポート材の分解能を一致させている。
【００４９】
ヘッド部２０では、左からサポート材吐出ノズル２２、モデル材吐出ノズル２１、ローラ部２５、硬化手段２４が一体的に設けられている。各吐出ノズルは、圧電素子方式のインクジェットプリントヘッドの要領で、インク状の造形材を吐出する。また造形材は、吐出ノズルから吐出可能な粘度に調整される。
【００５０】
図６の例では、ヘッド部２０が先にモデル材ＭＡを吐出した後、サポート材ＳＡを吐出している。またヘッド部２０は往路（図において左から右）で造形材を吐出し、復路（図において右から左）ではこれを硬化手段２４で硬化させている。
（ローラ部２５）
【００５１】
ヘッド部２０はさらに、吐出されたモデル材ＭＡ及びサポート材ＳＡの表面を未硬化の状態で押圧し、造形材の余剰分を除去することにより、造形材表面を平滑化するためのローラ部２５を設けている。このようなローラ部２５の動作の様子を、図８の模式図に基づいて説明する。この例では、吐出されたモデル材ＭＡの表面を、未硬化の状態でローラ本体２６で均す状態を示している。ローラ部２５は、回転体であるローラ本体２６と、ローラ本体２６の表面に対して突出するように配置されたブレード２７と、ブレード２７で掻き取られた造形材を溜めるバス２８と、バス２８に溜まった造形材を排出する吸引パイプ２９とを備えている。ローラ本体２６はヘッド部２０の進行方向に対して逆回転（図８において時計回り）に回転され、未硬化の造形材を掻き上げる。掻き上げられた造形材は、ローラ本体２６に付着してブレード２７まで運ばれた後、ブレード２７で掻き取られてバス２８に案内される。このためブレード２７は、バス２８に向かって下り勾配の姿勢で固定される。また吸引パイプ２９はポンプに接続されており、バス２８に溜まった造形材を吸引して排出する。この例では、ローラ本体２６の外形をφ２０ｍｍ程度、回転速度を１０回転／ｓ程度としている。
【００５２】
このローラ部２５は、図においてヘッド部２０が右から左に進行する際に、掻き取りを行う。換言すると、左から右にヘッド部２０が進行しつつ、スライスデータに基づいて、適切な位置にモデル材吐出ノズル２１とサポート材吐出ノズル２２から各々モデル材ＭＡとサポート材ＳＡを吐出する際は、ローラ部２５は造形材に接触せず、同様に硬化手段２４の光源からの照明も行われない。図においてヘッド部２０の左から右への主走査方向の例えば、往路にて少なくとも造形材の吐出が各ノズル２１、２２から実行された後の右から左方向への復路としての主走査方向において、上述したローラ部２５の掻き取り動作が実行されると共に、少なくともモデル材ＭＡを硬化するための光を照射する光源としての硬化手段２４も動作することになる。
【００５３】
図１、図６に示すように、ヘッド部２０の進行方向に対してローラ部２５は硬化手段２４の前方、図において左側に配置されている。この結果、先に未硬化の造形材をローラ部２５で掻き取った後、硬化手段２４が造形材を硬化させる。このような配置によって、同一のパスで造形材の掻き取りと硬化を行うことができ、効率よく処理できる利点が得られる。
（境界面での個別硬化）
【００５４】
この三次元造形装置は、モデル材ＭＡとサポート材ＳＡの境界部分において両者の混合を避けるため、モデル材ＭＡとサポート材ＳＡを個別に硬化させている。このため制御手段１０は、モデル材ＭＡとサポート材ＳＡの吐出パターンを設定する。以下、この手順を図９〜図１５の吐出パターンを示す平面図及び垂直断面図に基づいて説明する。これらの図においては、説明のため一回の往復走査で一本のモデル材ＭＡ、サポート材ＳＡを吐出する例を説明している。またモデル材ＭＡは斜線、サポート材ＳＡは無地で示している。さらに、往復走査の順序を数字で表示している。
【００５５】
従来は、図９（ａ）に示すように、モデル材ＭＡとサポート材を同一の往復走査で吐出させていた。このため、２回の往復走査で２本のラインを造形できる。半面、図９（ｂ）に示すように、モデル材ＭＡとサポート材ＳＡの境界部分が未硬化の状態で接するため、界面でこれらが混ざり、界面の品質が低下するという問題があった。
【００５６】
これに対し、実施例１に係る三次元造形装置では、図１０に示すように、いずれか一方、図１０（ａ）に示す例ではモデル材ＭＡのみを吐出、硬化し、サポート材ＳＡは吐出しない。そして、別の往復走査で、サポート材ＳＡのみを吐出、硬化している。このように、同一の往復走査でモデル材ＭＡとサポート材ＳＡを吐出、硬化させず、別個の往復走査でモデル材ＭＡとサポート材ＳＡをそれぞれ吐出、硬化することで、未硬化のモデル材ＭＡとサポート材ＳＡとが接触する事態を回避できる。より詳細には、この実施例では、最初にモデル材ＭＡを第一の所定の厚みにて吐出後、モデル材ＭＡが未硬化の状態において、モデル材ＭＡの吐出のための少なくとも一往路又は復路とは異なる少なくとも一往路又は復路において、ヘッド部２０に設けられるローラ部２５によって余分な材料を掻き取ることにより、平滑化され、上述した第一の厚みより薄い第二の厚みを有するモデル材ＭＡを確保し、ローラ部２５による平滑化の動作と同一の少なくとも一往路又は復路、あるいはローラ部２５による平滑化の動作後の少なくとも一往路又は復路において、硬化手段２４により造形プレート４０上に吐出されているモデル材ＭＡの硬化を行う。そして、先に吐出されたモデル材ＭＡの硬化処理後、次にサポート材ＳＡを、上述したモデル材の第二の所定の厚みより、厚い第三の所定の厚みにて吐出後、サポート材ＳＡが未硬化の状態において、サポート材ＳＡの吐出のための少なくとも一往路又は復路とは異なる少なくとも一往路又は復路において、ヘッド部２０に設けられるローラ部２５によって余分な材料を掻き取ることにより、平滑化され、上述したモデル材の有する第二の厚みより厚く又は実質的に同等の厚みで、且つサポート材ＳＡの第三の厚みより薄い第四の厚みを有するサポート材ＳＡを確保し、ローラ部２５による平滑化の動作と同一の少なくとも一往路又は復路、あるいはローラ部２５による平滑化の動作後の少なくとも一往路または復路において、硬化手段２４により造形プレート４０上に吐出されているサポート材ＳＡの硬化を行う。
【００５７】
つまり、先に吐出する第一材料のローラ部２５による成形ならびに硬化後の厚みである第二の厚みより厚い第三の厚みを形成するように、後で吐出する第二の材料を塗布し、更に、その第二の材料のローラ部２５による成形ならびに硬化後の厚みである第四の厚みを第二の厚みより厚く又は実質的に同等の厚みで、且つ第三の厚みより薄くすることにより、第一と第二の材料、つまりモデル材ＭＡとサポート材ＳＡの接する境界面で互いの材料が混じり合うことを防止するとともに、いずれの材料の表面の平滑化も行うことができる。
【００５８】
また同一の往復走査では吐出されないモデル材ＭＡとサポート材ＳＡは、往復走査毎に交互に吐出する他、一方の造形材を連続して吐出することもできる。この際、最低限のルールとしては、先に吐出した材料が必ずローラ部２５による平滑化ならびに硬化手段による硬化処理を行った後、後に吐出する材料の塗布を行うことである。図１０（ａ）、（ｂ）の例では、１回目の往復走査でモデル材ＭＡを吐出、硬化させた後、続く２回目の往復走査でも、モデル材ＭＡを吐出硬化させている。そして３回目の往復走査で、１回目の往復走査で形成したモデル材ＭＡのラインに続いて、サポート材ＳＡを吐出、硬化させる。さらに４回目の往復走査でも続いて、サポート材ＳＡが第２回目の往復走査で形成されたモデル材ＭＡのラインに続いて、吐出、成形される。このように、一方の造形材を連続して吐出することで、他方の造形材を吐出までの時間間隔を空けることができ、この間に十分に造形材を硬化させて、接触する界面での混合を確実に阻止できる。特に、硬化の反応が遅い樹脂等をモデル材ＭＡやサポート材ＳＡに利用する場合に効果的となる。なお、言うまでもないが、上述したモデル材ＭＡとサポート材ＳＡの一連の成形工程は、一つのスライスデータに基づく全ての工程でもよく、又はその一部を構成する工程でもあってもよく、一部の場合は、上記一連の成形工程を必要に応じて繰り返すことになる。
（実施例２）
【００５９】
上記図１０の方法では、一方の造形材を硬化させることで確実に他の造形材との混合を回避できる半面、図９の方法と比べ、１ラインの造形に２回の往復走査が必要となるため、タクトタイムが倍になるという欠点がある。そこで、この問題を回避する例を実施例２として、図１１に基づき説明する。ここでは、まず１回目、２回目の往復走査でモデル材ＭＡを２本成形する点は、図１０と同様である。次いで３回目の往復走査では、１回目のモデル材ＭＡと２回目のモデル材ＭＡの間に、モデル材ＭＡを吐出、硬化させる。さらに４回目の往復走査では、２回目のモデル材ＭＡの下方に、モデル材ＭＡを形成する。このようにして４本のモデル材ＭＡを成形した後、５回目、６回目の往復走査でサポート材ＳＡを続けて吐出、硬化させる。ここで、各サポート材ＳＡの吐出、硬化に際しては、図１０の倍の量とする。例えば図１０の例で１５μｍの高さのモデル材ＭＡを吐出、硬化させたとすると、図１１ではその２倍の３０μｍのサポート材ＳＡを吐出、硬化する。これによって、サポート材ＳＡは２回分の往復走査でも、モデル材の４回分の往復走査に相当する量を形成できる。この結果、モデル材４回、サポート材２回の計６回の往復走査で、図９の４本分、すなわち４回分の往復走査と同等の造形が可能となり、速度で比較すれば１．５倍のタクトタイムを要する。このように、図１０で２倍のタクトタイムとなっていたのを１．５倍まで抑制でき、処理時間を短縮できる利点が得られる。半面、サポート材ＳＡの分解能が図１０に比べ１／２に低下する。ただ、サポート材ＳＡは最終的に除去されるため、得られる造形物の品質を低下させることはない。
【００６０】
より詳細には、この実施例では、最初にモデル材ＭＡを第一の所定の厚みにて吐出後、モデル材ＭＡが未硬化の状態において、モデル材ＭＡの吐出のための少なくとも一往路又は復路とは異なる少なくとも一往路又は復路において、ヘッド部２０に設けられるローラ部２５によって余分な材料を掻き取ることにより、平滑化され、上述した第一の厚みより薄い第二の厚みを有するモデル材ＭＡを確保し、ローラ部２５による平滑化の動作と同一の少なくとも一往路又は復路、あるいはローラ部２５による平滑化の動作後の少なくとも一往路又は復路において、硬化手段２４により造形プレート４０上に吐出されているモデル材ＭＡの硬化を行う。次に、第二の厚みに成形されたモデル材ＭＡの表面の少なくとも一部に、実際にはスライスデータに基づいて適切な位置に、モデル材ＭＡを第三の所定の厚みにて吐出後、モデル材ＭＡが未硬化の状態において、モデル材ＭＡの吐出のための少なくとも一往路又は復路とは異なる少なくとも一往路又は復路において、ヘッド部２０に設けられるローラ部２５によって余分な材料を掻き取ることにより、平滑化され、上述した第三の厚みより薄い第四の厚みを有するモデル材ＭＡを確保し、ローラ部２５による平滑化の動作と同一の少なくとも一往路又は復路、あるいはローラ部２５による平滑化の動作後の少なくとも一往路又は復路において、硬化手段２４により造形プレート４０上に吐出されているモデル材ＭＡの硬化を行う。これにより、この時点で、モデル材は二度の成形により、トータルとして第二の厚みに第四の厚みを加えた第五の厚みを有していることになる。
【００６１】
そして、先に吐出されたモデル材ＭＡの硬化処理後、次にサポート材ＳＡを、上述したモデル材の第五の所定の厚みより、厚い第六の所定の厚みにて吐出後、サポート材ＳＡが未硬化の状態において、サポート材ＳＡの吐出のための少なくとも一往路又は復路とは異なる少なくとも一往路又は復路において、ヘッド部２０に設けられるローラ部２５によって余分な材料を掻き取ることにより、平滑化され、上述したモデル材の有する第五の厚みより厚く又は実質的に同等の厚みで、且つサポート材ＳＡの第六の厚みより薄い第七の厚みを有するサポート材ＳＡを確保し、ローラ部２５による平滑化の動作と同一の少なくとも一往路又は復路、あるいはローラ部２５による平滑化の動作後の少なくとも一往路又は復路において、硬化手段２４により造形プレート４０上に吐出されているサポート材ＳＡの硬化を行う。
【００６２】
つまり、先に二度繰り返して成形されるために、吐出する第一材料のローラ部２５による成形ならびに硬化後の厚みである第五の厚みより厚い第六の厚みを形成するように、後で吐出する第二の材料を塗布し、更に、その第二の材料のローラ部２５による成形ならびに硬化後の厚みである第七の厚みを第五の厚みより厚く又は実質的に同等の厚みで、且つ第七の厚みより薄くすることにより、第一と第二の材料、つまりモデル材ＭＡとサポート材ＳＡの接する境界面で互いの材料が混じり合うことを防止するとともに、いずれの材料の表面の平滑化も行うことができる。
【００６３】
なお図１１の例では、３回目と４回目のモデル材ＭＡの造形が、図１１（ａ）の例では１回目と２回目の間になっているところ、図１１（ｂ）では１回目と２回目の上になっているのは、図１１（ａ）上では平面におけるライン上の間隔が大きく表示されているものの、実際は造形材がより大きな液滴となって吐出される結果、図１１（ｂ）のように高く積層されるためである。
（実施例３）
【００６４】
さらにタクトタイムを実施例２から改善する例を、実施例３として図１２に示す。ここでは、往復走査の手順は図１１と同じであるが、造形材の吐出量を変化させている。具体的には、モデル材ＭＡの吐出量をそれぞれ図１１（図１０）の１．５倍としている。例えば図１１（ｂ）でモデル材ＭＡの形成高さを１５μｍとすると、図１２ではその１．５倍の２２．５μｍとしている。さらにサポート材ＳＡの吐出量を、図１１の１．５倍（図１０の３倍）としている。この結果、６回分の往復走査で計４５μｍの高さまで造形材を積層できる。図９との比較においては、２回分の往復走査で１５μｍの高さまで造形しているため、その３倍の時間で３倍の造形を行っていることとなって、タクトタイムは同等となる。半面、サポート材ＳＡの分解能が１／３に低下するが、上述の通り最終的に除去されるため、品質面では問題とならない。また、モデル材ＭＡの分解能も２／３に低下する。ただし、数十μｍの単位であるため、実用上は殆ど問題とならないと考えられる。本実施例における詳細な内容は、上記実施例３に記載した内容と同様であるため、省略する。
（実施例４）
【００６５】
一方、同一ライン上にモデル材ＭＡとサポート材ＳＡを同時に吐出、硬化させない代わりに、同一の往復走査において、異なるライン上にモデル材とサポート材を吐出させることもできる。すなわち、ラインを異ならせることでモデル材とサポート材を水平面上で斜めに離間させる。この例を実施例４として、図１３に基づいて説明する。ここでは、１回目〜４回目の往復走査でモデル材ＭＡを吐出、硬化させることは図１１と同じである。一方、サポート材ＳＡについては、３回目の往復走査の往路で、モデル材ＭＡの吐出が終わった後、続いてサポート材ＳＡを、同じライン上でなくオフセットさせたライン上で、図１４（ａ）の例では１回目のモデル材ＭＡと同一ライン上に吐出させ、復路では硬化させる。同様に４回目の往復走査においても、モデル材ＭＡの吐出が終わった後、続いてサポート材ＳＡを、オフセット位置、図１４（ａ）の例では２回目のモデル材ＭＡと同一ライン上に、吐出させ、復路では硬化させる。また、続く５回目と６回目の往復走査でも、サポート材ＳＡを３回目と４回目のモデル材ＭＡと同一のライン上に吐出、硬化させる。この方法では、３回目と４回目の往復走査時の復路では、未硬化のモデル材ＭＡとサポート材ＳＡが共に硬化される、いいかえるとこの段階では両者とも未硬化のため混合の可能性があるところ、図１３（ａ）に示すように、水平面上ではオフセット状に配置することで斜めに離間させ、さらに図１３（ｂ）に示すように、垂直方向でも高さが異なる結果、高さ方向においても斜めに離間されるため、結果として水平面と垂直面の両方で離間されて、近接する界面での混合を回避できる。この方法では、モデル材ＭＡ、サポート材ＳＡとも分解能が低下しない。半面、速度について図９と比較すると、吐出される造形材の使用量を図９、図１３とも１５μｍとすれば、図９では２回の往復走査で１５μｍの造形が可能となるのに対し、図１３では６回の走査で３０μｍの造形となり、１．５倍のタクトタイムがかかる。
【００６６】
より詳細には、この実施例では、最初にモデル材ＭＡを第一の所定の厚みにて吐出後、モデル材ＭＡが未硬化の状態において、モデル材ＭＡの吐出のための少なくとも一往路又は復路とは異なる少なくとも一往路又は復路において、ヘッド部２０に設けられるローラ部２５によって余分な材料を掻き取ることにより、平滑化され、上述した第一の厚みより薄い第二の厚みを有するモデル材ＭＡを確保し、ローラ部２５による平滑化の動作と同一の少なくとも一往路又は復路、あるいはローラ部２５による平滑化の動作後の少なくとも一往路又は復路において、硬化手段２４により造形プレート４０上に吐出されているモデル材ＭＡの硬化を行う。次に、第二の厚みに成形されたモデル材ＭＡの表面の少なくとも一部に、実際にはスライスデータに基づいて適切な位置に、モデル材ＭＡを第三の所定の厚みにて吐出後、モデル材ＭＡが未硬化の状態において、モデル材ＭＡの吐出のための少なくとも一往路又は復路とは異なる少なくとも一往路又は復路において、ヘッド部２０に設けられるローラ部２５によって余分な材料を掻き取ることにより、平滑化され、上述した第三の厚みより薄い第四の厚みを有するモデル材ＭＡを確保し、ローラ部２５による平滑化の動作と同一の少なくとも一往路又は復路、あるいはローラ部２５による平滑化の動作後の少なくとも一往路又は復路において、硬化手段２４により造形プレート４０上に吐出されているモデル材ＭＡの硬化を行う。これにより、この時点で、モデル材は二度の成形により、トータルとして第二の厚みに第四の厚みを加えた第五の厚みを有していることになる。
【００６７】
一方、上述したモデル材ＭＡにおける第三の厚みを形成する塗布と同じ塗布工程である、少なくとも一の往路又は復路において、モデル材の第五の厚みより薄い第六の厚みにてサポート材ＳＡを適正な位置に吐出させる。但し、この段階では、上述したように、サポート材の第六の厚みが、モデル材ＭＡの第五の厚みより薄いため、サポート材表面に対するローラ部２５による平滑化を行うことは困難であり、モデル材ＭＡの第三の厚みを形成した表面に対してのみ、ローラ部２５による平滑化が行われ、その後モデル材ＭＡとサポート材ＳＡの表面に対して、硬化手段２４による硬化処理が行われる。そして、その後、更に、第六の厚みを有するサポート材ＳＡの表面に、第七の厚みを形成するためのサポート材ＳＡが吐出され、サポート材ＳＡが未硬化の状態において、サポート材ＳＡの吐出のための少なくとも一往路又は復路とは異なる少なくとも一往路又は復路において、ヘッド部２０に設けられるローラ部２５によって余分な材料を掻き取ることにより、平滑化され、上述したモデル材の有する第五の厚みより厚く又は実質的に同等の厚みで、且つサポート材ＳＡの第七の厚みより薄い第八の厚みを有するサポート材ＳＡを確保し、ローラ部２５による平滑化の動作と同一の少なくとも一往路又は復路、あるいはローラ部２５による平滑化の動作後の少なくとも一往路又は復路において、硬化手段２４により造形プレート４０上に吐出されているサポート材ＳＡの硬化を行う。
（実施例５）
【００６８】
さらに、実施例４からタクトタイムを向上させた例を実施例５として、図１４に基づき説明する。ここでは、１回目〜４回目の往復走査でモデル材ＭＡを吐出、硬化させること、及びサポート材ＳＡについて、３回目の往復走査の往路で、モデル材ＭＡの吐出が終わった後、サポート材ＳＡをオフセットさせたライン上、図１４（ａ）の例では１回目のモデル材ＭＡと同一ライン上に、また４回目の往復走査の往路で、モデル材ＭＡの吐出が終わった後、２回目のモデル材ＭＡと同一ライン上に、それぞれ吐出させ、復路では硬化させる点は同じである。ここでは、サポート材ＳＡの吐出量を図１１と同じく２倍としている。この結果、３回目と４回目の往復走査のみで、計３０μｍの造形を行うことができ、図９の造形と同等に引き上げること可能となる。この方法では、図１４（ｂ）に示すように、モデル材ＭＡとサポート材ＳＡが未硬化の状態で隣接するため、混合を完全に回避できない可能性がある。またサポート材ＳＡの分解能が１／２に低下することは、図１１と同様である。
【００６９】
より詳細には、この実施例では、最初にモデル材ＭＡを第一の所定の厚みにて吐出後、モデル材ＭＡが未硬化の状態において、モデル材ＭＡの吐出のための少なくとも一往路又は復路とは異なる少なくとも一往路又は復路において、ヘッド部２０に設けられるローラ部２５によって余分な材料を掻き取ることにより、平滑化され、上述した第一の厚みより薄い第二の厚みを有するモデル材ＭＡを確保し、ローラ部２５による平滑化の動作と同一の少なくとも一往路又は復路、あるいはローラ部２５による平滑化の動作後の少なくとも一往路又は復路において、硬化手段２４により造形プレート４０上に吐出されているモデル材ＭＡの硬化を行う。次に、第二の厚みに成形されたモデル材ＭＡの表面の少なくとも一部に、実際にはスライスデータに基づいて適切な位置に、モデル材ＭＡを第三の所定の厚みにて吐出後、モデル材ＭＡが未硬化の状態において、モデル材ＭＡの吐出のための少なくとも一往路又は復路とは異なる少なくとも一往路又は復路において、ヘッド部２０に設けられるローラ部２５によって余分な材料を掻き取ることにより、平滑化され、上述した第三の厚みより薄い第四の厚みを有するモデル材ＭＡを確保し、ローラ部２５による平滑化の動作と同一の少なくとも一往路又は復路、あるいはローラ部２５による平滑化の動作後の少なくとも一往路又は復路において、硬化手段２４により造形プレート４０上に吐出されているモデル材ＭＡの硬化を行う。これにより、この時点で、モデル材は二度の成形により、トータルとして第二の厚みに第四の厚みを加えた第五の厚みを有していることになる。
【００７０】
一方、先に吐出されたモデル材ＭＡの第二の厚みの表面に対して硬化処理後、次にモデル材ＭＡによる第三の厚みを形成する塗布が行われる同じ工程において、サポート材ＳＡを、上述したモデル材の第二の厚みに第三の厚みを加えた厚みと実質的に同等となる第六の厚みにて吐出後、モデル材ＭＡの第三の厚みの表面とサポート材ＳＡの第六の厚みの表面が未硬化の状態において、モデル材ＭＡの第三の厚みを第四の厚みとするローラ部２５による平滑化の工程にて、モデル材ＭＡのトータルとして第二の厚みに第四の厚みを加えた第五の厚みと実質的に同等の厚みとなる第七の厚みとなるように余分な材料の掻き取りが行われ、更に、モデル材ＭＡの第五の厚みの表面に対して行われる上述した硬化手段による硬化処理と同じ工程にて、第七の厚みを有するサポート材ＳＡの表面に対する硬化処理が行われる。
（実施例６）
【００７１】
上述の実施例５では、高さ方向において図１４（ｂ）に示すようにモデル材ＭＡとサポート材ＳＡが隣接するため、この部分での混合を回避し難いという問題があった。そこで、高さ方向にこれらをさらに離間させることで、混合を低減させた例を実施例６として、図１５に基づいて説明する。この例では、１回目〜４回目の往復走査で順次モデル材ＭＡを造形する点は、図１１と同じである。図１５ではさらに、５回目の往復走査でもモデル材ＭＡを、１回目と同じライン上に吐出し、さらに続く６回目の往復走査でも、２回目と同じライン上にモデル材ＭＡを吐出している。この結果、図１５（ｂ）に示すようにモデル材ＭＡの高さは３スライス分、４５μｍとなる。さらに７回目の往復走査の往路では、モデル材ＭＡを３回目と同じライン上に吐出し、続けてサポート材ＳＡも、５回目のモデル材ＭＡと同じライン上に、２倍の量吐出する。ここでは、吐出された未硬化のモデル材ＭＡの高さが４スライス分、約６０μｍとなり、２倍のサポート材ＳＡを吐出しても３０μｍであり、未硬化のモデル材ＭＡとサポート材ＳＡの高低差が大きくなるため、両者の近接する界面での混合が低減される。同様に、８回目の往復走査でも、モデル材ＭＡに続いてサポート材ＳＡを２倍、６回目のモデル材ＭＡと同一ライン上に吐出する。
【００７２】
ただ、これら７回目と８回目の往復走査では、復路でサポート材ＳＡ、モデル材ＭＡ共に硬化されるものの、ローラ部２５による余剰のサポート材ＳＡの掻き取りができない。図１５（ｂ）に示すように、モデル材ＭＡとサポート材ＳＡの造形高さが異なるためである。よってここではモデル材ＭＡに合わせ、モデル材ＭＡのみをローラ部２５で掻き取り処理している。すなわち、ローラ部２５がサポート材ＳＡを通過する際は、ローラ部２５の回転を停止させるよう、制御手段１０がローラ部２５の回転を制御する。サポート材ＳＡは最終的に除去されるため、表面が多少ざらついても造形材の品質上は問題とならない。また、続く９回目と１０回目の往復走査では、サポート材ＳＡのみが吐出、硬化されるため、ローラ部２５による掻き取りも行われ、表面が均一に処理される。この方法によれば、造形時間が、図９では２回の往復走査で１５μｍ造形されるのに対し、図１５では１０回の往復走査で６０μｍであるため、タクトタイムが１．２５倍となり、またサポート材ＳＡの分解能が１／２となる。
【００７３】
本実施例は、基本的には上述した実施例４と同じで、先に同じ材料の吐出、平滑化ならびに硬化の一連の作業を複数回（実施例では４回）繰り返し、最後の繰り返しの４回目の作業と同じ工程で、他方の材料の吐出ならびに硬化の一連の作業を行う（ここでは、形成される層の高さが、先に吐出された材料にて形成された高さより低いため、平滑化の工程は導入できない）。そして、次に、他方の材料の吐出を行うことにより、先に吐出された材料によって形成されている高さより高い高さを確保し、平滑化を行うことにより、最終的に先に吐出された材料によって形成されている高さと実質的に同じ高さを確保しつつ、硬化手段２４による硬化処理が施される。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の三次元造形装置及び三次元造形方法は、インクジェット方式で紫外線硬化樹脂を積層した三次元造形に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００７５】
１００…三次元造形システム
１…設定データ作成装置
２、２’…三次元造形装置
１０…制御手段
２０…ヘッド部
２１…モデル材吐出ノズル
２２…サポート材吐出ノズル
２３…ノズル列
２４…硬化手段
２５…ローラ部
２６…ローラ本体
２７…ブレード
２８…バス
２９…吸引パイプ
３０…ヘッド移動手段
３１…ＸＹ方向駆動部
３２、３２’…Ｚ方向駆動部
４０…造形プレート
ＭＡ…モデル材
ＳＡ…サポート材
ＳＳ…サポート殻
ＰＣ…コンピュータ
ＳＢ…オーバーハング支持部
【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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【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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