(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層状に生成し、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、
回転自在に支承されており、流動可能な状態にある前記モデル材(MA)又はサポート材(SA)を回転しながら押圧することにより、該モデル材(MA)又はサポート材(SA)の余剰分を回収可能なローラ部(25)と、
前記造形材吐出手段、前記硬化手段(24)及び前記ローラ部を備えるヘッド部(20)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、
前記造形材吐出手段により前記モデル材(MA)又はサポート材(SA)を前記造形プレート(40)上に吐出させ、前記ローラ部(25)により流動可能なモデル材(MA)又はサポート材(SA)の余剰分を回収し、前記硬化手段(24)により前記モデル材(MA)又はサポート材(SA)を硬化させることにより、前記スライスを生成し、前記垂直駆動手段で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する制御手段(10)と、
前記ローラ部(25)が前記モデル材(MA)又はサポート材(SA)を個別に回収する際に、前記モデル材を回収する際の前記ローラ部(25)の回転速度と、前記サポート材を回収する際の前記ローラ部の回転速度が異なるように前記ローラ部の回転速度を制御するためのローラ回転速度制御手段(12)と、
を備えてなることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項２】
請求項１に記載される三次元造形装置であって、さらに、
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、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、前記造形材吐出手段により前記モデル材(MA)又はサポート材(SA)を前記造形プレート(40)上に吐出させ、
該往復走査の復路又は往路の少なくともいずれか一方で、前記ローラ部(25)により流動可能なモデル材(MA)又はサポート材(SA)の余剰分を回収し、
さらに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)により前記モデル材(MA)又はサポート材(SA)を硬化させることにより、
前記スライスを生成し、前記垂直駆動手段で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、
前記ローラ回転速度制御手段(12)は、前記モデル材(MA)の回収時とサポート材(SA)の回収時で、前記ローラ部(25)の回転速度を変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、
前記ローラ回転速度制御手段(12)は、前記モデル材(MA)又はサポート材(SA)の粘度又は表面張力に応じて、前記ローラ部(25)の回転速度を変化させ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１から４のいずれか一に記載される三次元造形装置であって、
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６】
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)又はサポート材(SA)のいずれか一方の造形材を、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、
該吐出された一方の造形材を、流動可能な状態で該造形材の余剰分を回収するため回転自在に支承されたローラ部(25)で、第一回転速度で回転させながら回収する工程と、
該余剰分を回収された流動可能な造形材を、該造形材を硬化させる硬化手段(24)で硬化させる工程と、
前記モデル材(MA)又はサポート材(SA)のいずれか吐出されなかった他方の造形材を、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、
該他方の造形材を、前記ローラ部(25)を前記第一回転速度と異なる第二回転速度で回転させながら回収する工程と、
該余剰分を回収された流動可能な他方の造形材を、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す工程と、
を含むことを特徴とする三次元造形方法。
【請求項７】
請求項６に記載される三次元造形方法であって、
前記ローラ部の回転速度は、前記造形材の物理的特性、前記ヘッド部の移動速度、及び前記造形材を吐出する際の単位時間当たりの吐出量の少なくともいずれか一つに基づいて決定されることを特徴とする三次元造形方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載される三次元造形方法であって、
前記第一回転速度及び第二回転速度は、回収対象の造形材の粘度又は表面張力に応じて設定されてなることを特徴とする三次元造形方法。
【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及び三次元造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、造形物の基礎データである３次元データを、コンピュータの画面上で任意の姿勢に設定し、設定された姿勢に基づいて高さ方向に平行な複数の面で切断した各断面毎のデータを生成し、この各層に関する二次元データに基づいて、樹脂を順次積層することよって立体造形を行い、造形物の三次元モデルとなる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、紙など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、冷却するなど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、モデルを支える基礎部分ならびに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×Ｙ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、×Ｙ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。
【０００５】
インクジェット方式の三次元造型機においては、ノズルから吐出された樹脂の余剰分を除去する必要がある。図１３に、ローラ部で造形材の余剰分を除去する状態の斜視図を示す。この例では、造形プレート４０上に吐出された樹脂の表面を、流動可能な状態でローラ本体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１３において時計回り）に回転され、流動可能な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は廃液経路に接続されており、ポンプ等を用いてバス２８に溜まった造形材を吸引して、廃液タンク（図示せず）に溜める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
以上のようなインクジェット方式の三次元造形装置では、ローラ本体を一定速度で回転させながらローラ部を相対的に移動させ、余剰に吐出された樹脂を回収している。このような回収に際しては、理想的には吐出された樹脂の位置を動かさず、樹脂を一定の高さにすることが好ましい。例えば図１４（ａ）に示すように、水平方向にサポート材ＳＡとモデル材ＭＡを交互に吐出する場合は、図１４（ｂ）に示すようにローラ部２５を図において右から左に移動させて、サポート材ＳＡ、モデル材ＭＡをそれぞれ回収する。
【０００８】
しかしながら、現実にはローラ部２５が移動しながら回収していくために、樹脂の余剰分を回収しきれなかった場合、ローラ部２５の移動方向に余剰樹脂を押し出してしまう状態が生じ得る。例えば図１５（ａ）のようにサポート材ＳＡとモデル材ＭＡを交互に吐出する場合、図１５（ｂ）に示すようにローラ部２５が図において右から左に移動される際、モデル材ＭＡとサポート材ＳＡの界面でそれぞれ、回収しきれなかった樹脂の余剰分が押し出されて、隣接する樹脂上に引き延ばされるようにして混入されてしまう。このように界面でモデル材ＭＡとサポート材ＳＡが混入されると、造形物の表面が粗くなり、また強度の低下、透明造形物の場合には透明度が低下する等、得られる造形物の品質が低下するという問題があった。
【０００９】
一方で、ローラ部の移動速度に対する回転速度を、樹脂の物理的特性、例えば樹脂の粘度、表面張力等に応じて調整することにより、ローラ部で回収される量を調整することが考えられる。具体的には、ローラ部の移動速度に比べ、ローラ本体の回転速度が大きすぎる場合は、樹脂をローラ本体で十分回収できず、混入が生じる。逆に、ローラ部の移動速度に比べて回転速度が小さすぎる場合には、樹脂をローラ本体で回収する前にローラ本体が樹脂を押し出してしまい、混入が生じてしまう。このため、樹脂の物理的特性とローラ部の移動速度に応じて、ローラ本体の回転速度を適切に設定する必要がある。
【００１０】
しかしながら、この方法は吐出する樹脂の性質が同じ場合には調整が可能であるものの、複数の樹脂を使用し、それぞれの樹脂の特性が異なる場合には、各樹脂に適切なローラ部の回転速度を同時に設定できないという問題があった。例えば２種類の樹脂を使用する造形機では、いずれか一方の樹脂に最適なローラの回転速度のみに設定することは可能であるものの、他方の樹脂に対しては適切な条件設定になるとは限らない。このように、物理的特性の異なる樹脂の両方に対して、適切なローラ部の回転速度を設定することは困難であった。この問題は、特に物理的特性が大きく異なる樹脂を使用する場合に、顕著となる。
【００１１】
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る。本発明の主な目的は、流動可能な樹脂の余剰分をローラ部で回収する際に、異なる樹脂との界面での混入を抑制可能な三次元造形装置及び三次元造形方法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】
【００１２】
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層状に生成し、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、回転自在に支承されており、流動可能な状態にある前記モデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡを回転しながら押圧することにより、該モデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡの余剰分を回収可能なローラ部２５と、前記造形材吐出手段、前記硬化手段２４及び前記ローラ部を備えるヘッド部２０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、前記造形材吐出手段により前記モデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡを前記造形プレート４０上に吐出させ、前記ローラ部２５により流動可能なモデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡの余剰分を回収し、前記硬化手段２４により前記モデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡを硬化させることにより、前記スライスを生成し、前記垂直駆動手段で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する制御手段１０と、前記ローラ部２５が前記モデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡを個別に回収する際に、前記モデル材を回収する際の前記ローラ部２５の回転速度と、前記サポート材を回収する際の前記ローラ部の回転速度が異なるように前記ローラ部の回転速度を制御するためのローラ回転速度制御手段１２とを備えることができる。これにより、モデル材とサポート材とを個別に、余剰分の回収と硬化とを行わせることができ、これらの界面におけるモデル材とサポート材の混合を回避して、造形物の品質を向上させることができる。
【００１３】
また、第２の側面に係る三次元造形装置によれば、さらに前記ヘッド部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、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、前記造形材吐出手段により前記モデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡを前記造形プレート４０上に吐出させ、該往復走査の復路又は往路の少なくともいずれか一方で、前記ローラ部２５により流動可能なモデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡの余剰分を回収し、さらに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により前記モデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡを硬化させることにより、前記スライスを生成し、前記垂直駆動手段で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できる。これにより、モデル材とサポート材とを個別に、余剰分の回収と硬化とを行わせることができ、これらの界面におけるモデル材とサポート材の混合を回避して、造形物の品質を向上させることができる。
【００１４】
さらに、第３の側面に係る三次元造形装置によれば、前記ローラ回転速度制御手段１２は、前記モデル材ＭＡの回収時とサポート材ＳＡの回収時で、前記ローラ部２５の回転速度を変化させることができる。
【００１５】
さらにまた、第４の側面に係る三次元造形装置によれば、前記ローラ回転速度制御手段１２は、前記モデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡの粘度又は表面張力に応じて、前記ローラ部２５の回転速度を変化させることができる。
【００１６】
さらにまた、第５の側面に係る三次元造形装置によれば、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。
【００１７】
さらにまた、第６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又はサポート材ＳＡのいずれか一方の造形材を、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、該吐出された一方の造形材を、流動可能な状態で該造形材の余剰分を回収するため回転自在に支承されたローラ部２５で、該造形材の物理的特性に応じた第一回転速度で回転させながら回収する工程と、該余剰分を回収された流動可能な造形材を、該造形材を硬化させる硬化手段２４で硬化させる工程と、前記モデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡのいずれか吐出されなかった他方の造形材を、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、該他方の造形材を、前記ローラ部２５を前記第一回転速度と異なる第二回転速度で回転させながら回収する工程と、該余剰分を回収された流動可能な他方の造形材を、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す工程とを含むことができる。これにより、モデル材とサポート材とを個別に、余剰分の回収と硬化とを行わせることができ、これらの界面におけるモデル材とサポート材の混合を回避して、造形物の品質を向上させることができる。
【００１８】
さらにまた、第７の側面に係る三次元造形方法によれば、前記ローラ部の回転速度は、前記造形材の物理的特性、前記ヘッド部の移動速度、及び前記造形材を吐出する際の単位時間当たりの吐出量の少なくともいずれか一つに基づいて決定することができる。
【００１９】
さらにまた、第８の側面に係る三次元造形方法によれば、前記第一回転速度及び第二回転速度は、回収対象の造形材の粘度又は表面張力に応じて設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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】ヘッド部の外観を示す斜視図である。
【図５】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６】実施例１に係るローラ部の吐出ノズルとローラ本体の幅を示す模式平面図である。
【図７】造形物の同一層を複数の領域に分けて造形した状態を示す模式断面図である。
【図８】図８（ａ）はローラ部で樹脂の余剰分を回収した直後の理論上の形態、図８（ｂ）は図８（ａ）の樹脂が自重で変形する様子を示す模式断面図である。
【図９】実施例２に係る方法で複数層を積層する状態を示す模式断面図である。
【図１０】モデル材とサポート材の界面の混ざりを軽減する様子を示す模式図である。
【図１１】図１０の手順を示すフローチャートである。
【図１２】評価試験で造形した造形材を示す斜視図である。
【図１３】ローラ部の構造を示す斜視図である。
【図１４】図１４（ａ）は水平方向にサポート材とモデル材を交互に吐出した状態、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のサポート材、モデル材をローラ部で回収する状態を示す模式断面図である。
【図１５】図１５（ａ）は水平方向にサポート材とモデル材を交互に吐出した状態、図１５（ｂ）は図１４（ａ）のサポート材、モデル材をローラ部で回収する際に、回収しきれなかったモデル材の余剰分が押し出されて、隣接するサポート材上に引き延ばされて混入される様子を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
（実施例１）
【００２２】
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。ここでは、三次元造形装置の一例として、インクジェット方式の三次元造形装置に適用する例を説明する。この三次元造形システム１００は、造形材を流動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支えるために造形され、最終的に除去されるサポート材ＳＡとが利用される。
【００２３】
図１に示す三次元造形システム１００は、三次元造形装置２に造形データならびに造形条件である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、その時点での造形物の最上層の厚みの適正化を図ると共に、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せるために、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。ここで、Ｙ方向とはモデル材吐出ノズル２１及びサポート材吐出ノズルが有する複数のオリフィスが配列した並び方向であり、Ｘ方向は水平面内においてこのＹ方向と直交する方向である。
【００２４】
コンピュータＰＣは、三次元形状の造形物の基礎データ、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ＭＡ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。なお、スライスデータは、三次元造形装置２側で生成してもよいが、その際においても、各スライス層の厚み等のオペレータが決定しなくてはならない造形パラメータはコンピュータＰＣ側から三次元造形装置２へ送信しなければならない。
（スライス）
【００２５】
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。
【００２６】
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（ヘッド部２０の主走査方向）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。なお、造形に用いる造形材料が、所定の温度によって硬化するものであれば、本発明においては硬化手段２４を冷却または加熱手段とすることもでき、また自然硬化できる場合には硬化手段を省略することもできる。
【００２７】
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）
【００２８】
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。
【００２９】
また、造形物がＺ方向（つまり高さ方向において）、高さ方向で下方に位置する造形部分よりＸ−Ｙ平面で張り出した、いわゆるオーバーハング形状を有するの場合には、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。言い換えれば、オーバーハング形状を有する造形物とは、既に成形されたモデル材のスライスが存在しない部分の上表面に新たなモデル材のスライスが成形される部分（オーバーハング部）を有する造形物である。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。
【００３０】
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。ヘッド部２０は、図において上下にそれぞれ配置された一対のＸ方向（主走査方向）ガイド機構であるＸ方向移動レール４３に支持される。ヘッド部２０を支持する基台側には、Ｘ方向への駆動部（図示せず）が、一方のＸ方向移動レール４３に沿って設けられている。また、ヘッド部２０をＸ方向移動レール４３上に載置する門型のフレームに、ヘッド部２０をＹ方向（副走査方向）に移動させるためのＹ方向移動レール４４が設けられる。またヘッド部２０をＹ方向移動レール４４に沿って駆動するための駆動部（図示せず）が載置される。これらの駆動部によってヘッド部２０は、ＸならびにＹ方向に移動することが可能となっている。
【００３１】
さらに図４の例に示すヘッド部２０は、吐出ノズルを設けた吐出ヘッドユニット２０Ａと、ローラ部及び硬化手段を設けた回収硬化ヘッドユニット２０Ｂとに分割されている。吐出ヘッドユニット２０Ａと回収硬化ヘッドユニット２０Ｂとの間には、ヘッド部２０を移動させるためのＹ方向移動レール４４を通すレールガイド４５が設けられている。ヘッド部２０は、図３の平面図に示すように、Ｙ方向移動レール４４に沿ってＹ方向に往復移動する。さらにＹ方向移動レール４４の両端は、ヘッド移動手段３０で支承されている。ヘッド移動手段３０は、造形プレート４０を上下方向に跨ぐように、造形プレートの上下に沿って平行に設けた一対のＸ方向移動レール４３に沿ってＸ方向に往復移動する。これによってヘッド部２０は、造形プレート上でＸＹ平面上の任意の位置に移動できる。
【００３２】
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。
【００３３】
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）
【００３４】
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Ｘ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。
【００３５】
この制御手段１０は、一回のＸ方向へ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と余剰分の除去を行い、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。
【００３６】
なお、この例では先にモデル材ＭＡを吐出し、次いでサポート材ＳＡを吐出させる例を説明したが、逆にサポート材を先に吐出させ、次いでモデル材を吐出させてもよい。
（造形材）
【００３７】
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。
（硬化手段２４）
【００３８】
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ＳＡ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）
【００３９】
またモデル材ＭＡ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。
【００４０】
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）
【００４１】
サポート材ＳＡは、基本的には、上述したモデル材と同様な材料を用いることができる。ただ、サポート材は最終的に容易に除去できる材料としたいとの観点から、モデル材と類似した材料に更に除去可能な材料を添加することが望ましい。このため、具体的には水膨潤ゲル、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。
（ヘッド部２０）
【００４２】
図４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が設けられている。
【００４３】
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。
【００４４】
図４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）では造形材の最表面からローラ部２５にて余剰樹脂を掻き取り、平滑化を図った後、平滑化された樹脂を硬化手段２４で硬化させている。
（ローラ部２５）
【００４５】
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５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は回転自在に支承されており、未硬化の樹脂を回転しながら押圧することにより、樹脂の表面を均しつつ、余剰分を掻き取って回収する。このローラ本体２６はローラ本体２６で余剰な樹脂を掻き取る際のヘッド部２０の進行方向に対して逆回転（図５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、ローラ本体２６が樹脂表面に当接する際の進行方向に対して、ローラ本体２６の後方の位置に配置され、バス２８に向かって下り勾配の姿勢で固定される。同様に、バス（槽）２８もローラ本体２６に対してブレート２７と同様な側に配置され、且つブレード２７の下方に配置されている。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程度としている。
【００４６】
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では、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。
【００４７】
なお硬化手段２４の光源は、モデル材吐出ノズル２１とサポート材吐出ノズル２２より進行方向に対して前方に配置されるため、光源を点灯していても、吐出され、ローラ部２５によって平滑化される前の流動可能な樹脂に照射を行うことはない。その一方で、硬化手段２４の光源を積極的に必要なタイミング以外は消灯することはもちろん可能である。また一方で、硬化手段を複数設ける構成としてもよい。例えば、硬化手段として第一硬化手段と第二硬化手段とを設け、吐出後の樹脂に対して第一硬化手段で予備的に硬化を行い、次いで第二硬化手段で樹脂をより一層硬化させる。このように硬化手段を多段構成とすることで、樹脂の硬化能力を十分に発揮させることができる。またこのような場合において、第一硬化手段が予備的な硬化に留まり、第一硬化手段を経ても樹脂に未だ十分な流動性が残っている場合は、第一硬化手段による予備硬化後に、ローラ部で樹脂余剰分の掻き取りを行い、その後に第二硬化手段で硬化を行うように構成してもよい。すなわち、すべての硬化手段がローラ部の次段側に配置されることを必ずしも要しない。
【００４８】
図１、図４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。
【００４９】
なお、Ｘ軸方向に沿うサポート材吐出用ノズル２２、モデル材吐出ノズル２１、ローラ部２５及び硬化手段２４の配列の基本的な考え方は、以下の通りである。ヘッド部２０の主走査方向の往路方向をベースに考えると、サポート材吐出用ノズル２２、モデル材吐出用ノズル２１は、いずれか一方が他方の前方に位置すればよい。このようなノズルのレイアウトに対して、ローラ部２５ならびに硬化手段２４は、ローラの作用を往路で行いたい場合は、往路進行方向において、サポート材吐出用ノズル２２、モデル材吐出用ノズル２１の後方にローラ部２５、硬化手段２４の順で配置し、ローラの作用を復路で行いたい場合は、サポート材吐出用ノズル２２、モデル材吐出用ノズル２１の復路の進行方向において後方にローラ部２５、硬化手段２４の順で配置すればよい。
【００５０】
また、上記実施例においては、ヘッド部２０から新たな最上層となるための樹脂を吐出させた後、造形途中の未硬化状態の最上層の樹脂層に対して、ローラ部２５による余剰樹脂の掻き取りを行った後、硬化手段２４によって少なくとも最上層の樹脂層に対する硬化のためのＵＶ光を照射する方法を採用した。
【００５１】
ただ、この構成以外にも、上述の通り硬化手段を多段で構成することもできる。例えばヘッド部２０から新たな最上層となるための樹脂を吐出させた後、余剰樹脂層を含む最上層に対して、硬化手段２４によって一旦光を照射した後、造形途中の未硬化状態の最上層の樹脂層に対して、ローラ部２５による余剰樹脂の掻き取りを行い、その後再度硬化手段２４によって少なくとも最上層の樹脂層に対する硬化のためＵＶ光を照射する方法もある。この場合、硬化手段２４は、ヘッド部２０において、Ｘ方向、つまりヘッド部２０の主走査方向で、サポート材吐出用ノズル２２、モデル材吐出用ノズル２１を挟む前後方向に一対の硬化手段を設けることにより、上述のような二度の照射を行うことができる。
【００５２】
また、この場合、一度目の照射と二度目の照射を合わせて、最終的に所望する樹脂の硬化の程度を達成するようになるため、一度目の照射後の樹脂は硬化状態ではなく、まだその後のローラ部２５による掻き取り動作のために、流動可能な、半硬化状態である。このため、この場合においても、ローラ部２５による樹脂の掻き取り前の最上層の状態は、未硬化または流動可能な状態と表現することとする。
（ローラ部２５の幅）
【００５３】
ここでローラ部２５の幅は、造形材吐出手段に設けられたモデル材吐出ノズル２１の幅、及びサポート材吐出ノズル２２の幅よりも狭く形成している。なお、各ノズルには、ヘッド部２０の主走査方向に直交する副走査方向と略平行となるように形成された複数の樹脂吐出用のオリフィスが所定の間隔を持って配列されている。
【００５４】
そして、上述した各ノズルの幅とは、各ノズルにおける副走査方向における両端部に位置するオリフィス間の距離を意味している。つまり、ローラ部２５の幅が、各ノズルにおける副走査方向における両端部に位置するオリフィス間の距離より狭いことを意味する。
【００５５】
なお、ここでのオリフィス間の距離とは、モデル材吐出ノズル２１とサポート材吐出ノズル２２の各々に設けられる各々のオリフィスが、ヘッド部２０に対して、Ｘ方向、つまりヘッド部２０の主走査方向において、一直線状に配置されるようになっていることを前提とした定義である。言い換えると、モデル材吐出ノズル２１の一つ一つのオリフィスから吐出される主走査方向における位置と、サポート材吐出ノズル２２の一つ一つのオリフィスから吐出される主走査方向の位置が全て重なるように、ヘッド部２０に対して、モデル材吐出ノズル２１とサポート材吐出ノズル２２が位置決めされ、配置されていることを前提としている。
【００５６】
また、図６に示すように、複数のモデル材吐出ノズル２１、図では二つと複数のサポート材吐出ノズル２２を用いると共に、一つのモデル材吐出ノズル２１やサポート材吐出ノズル２２に対して、他方のモデル材吐出ノズル２１やサポート材吐出ノズル２２を副走査方向にオフセットし、ヘッド部２０に対して、位置決めして用いられる場合がある。
【００５７】
元々、このような複数のモデル材吐出ノズル２１、図では二つと複数のサポート材吐出ノズル２２を用いる場合の基本的な狙いは、一方のモデル材吐出ノズル２１やサポート材吐出ノズル２２に設けられるオリフィスの副走査方向の位置を、他方のモデル材吐出ノズル２１やサポート材吐出ノズル２２に設けられるオリフィスの副走査方向の位置に対してオフセットさせることにより、モデル材やサポート材のＹ方向における解像度を向上させることである。
【００５８】
つまり、一方のモデル材吐出ノズル２１やサポート材吐出ノズル２２に設けられる二つの隣接するオリフィスの間に、他方のモデル材吐出ノズル２１やサポート材吐出ノズル２２に設けられるオリフィスを副走査方向において配置するような位置決めを行うことである。
【００５９】
このような場合、本件発明でのローラ部２５の幅を造形材吐出手段に設けられたモデル材吐出ノズル２１の幅、及びサポート材吐出ノズル２２の幅よりも狭く形成するという意味合いは以下のようになる。
【００６０】
複数のモデル材吐出ノズル２１を副走査方向にオフセットして配置した場合におけるモデル材吐出ノズル２１の幅とは、複数のモデル材吐出ノズル２１の中で、副走査方向の一端部において最も外側に配置されるオリフィスの位置から、副走査方向の他端部において最も外側に配置されるオリフィスの位置までの距離より、ローラ部２５の幅を狭くするという意味である。これは、同じシステムに採用される複数のサポート材吐出ノズル２２においても同様である。また、上述した基本システムと同様に、このシステムにおいても、モデル材吐出ノズル２１の一つ一つのオリフィスから吐出される主走査方向における位置と、サポート材吐出ノズル２２の一つ一つのオリフィスから吐出される主走査方向の位置が全て重なるように、ヘッド部２０に対して、モデル材吐出ノズル２１とサポート材吐出ノズル２２が位置決めされ、配置されていることを前提としている。
【００６１】
また、上述したローラ部２５の幅とは、ローラ部２５における軸方向、つまり副走査方向においてローラ部２５が持つローラ表面において、余剰樹脂を掻き取る際に用いられる実質的な幅を意味しており、見かけ上の幅がモデル材吐出ノズル２１の幅、及びサポート材吐出ノズル２２の幅よりも大きくても、実質的にローラ部本来の機能である、掻き取り機能を果たすローラの幅がモデル材吐出ノズル２１の幅、及びサポート材吐出ノズル２２の幅より狭ければよい。
【００６２】
更に、その際ローラの端部に形成される実質的に余剰樹脂を掻き取る機能のないローラ部から実質的に余剰樹脂を掻き取るローラ部へは、段部をつけることによりローラの径を変化させてもよく、またローラの端部に形成される実質的に余剰樹脂を掻き取る機能のないローラ部から実質的に余剰樹脂を掻き取るローラ部に向けて徐々にローラ部の径を連続的に変化させたものであってもよい。
【００６３】
図６に、ヘッド部２０の底面図の一例を示す。この図に示す例では、モデル材吐出ノズル２１とサポート材吐出ノズル２２は、それぞれ吐出ノズルを２列並べてオフセット配置している。各モデル材吐出ノズル２１の幅Ｄ1とサポート材吐出ノズル２２の幅Ｄ2は、ほぼ等しくしており、またオフセット量もほぼ等しくしているため、吐出ノズル全体の吐出幅ＤＮもモデル材吐出ノズル２１とサポート材吐出ノズル２２とでほぼ等しくなる。そしてローラ部２５の幅ＤRは、吐出ノズルの吐出幅ＤＮよりも狭くしている。このようにローラ部２５の幅を吐出幅ＤＮよりも短くすることにより、図７に示すように同一層（スライス）を複数の領域に分けて造形した場合でも（図７の例では領域Ｒ１、Ｒ２）、ローラ部２５が右側の領域Ｒ２を押圧する際に、既に造形した部分（図７において左側の領域Ｒ１）に接触せず、精度良く大面積の造形を可能とする。また硬化後の樹脂を誤って回収することがないので、吸引パイプを詰まらせてしまう事態も回避できる。またローラ部の振れ、傾きの調整量は１スライス分の厚み以下で良いことになり、ローラ部の作成、取り付け時の調整の難度を低減させることができる。ここで、ローラ部２５の幅はモデル材吐出ノズル及びサポート材吐出ノズルの両端部に位置するオリフィスよりも内側にオリフィス間の間隔の半ピッチ分だけ短く形成される（０．５ｍｍ）。例えば、オリフィス間の間隔が１ｍｍである場合は、ローラ部２５の幅はモデル材吐出ノズル及びサポート材吐出ノズルの両端部に位置するオリフィスから各０．５ｍｍ分ずつ短く形成される。
【００６４】
なお、ローラ部２５を吐出幅よりも短くすることにより、図７で示す破線で囲んだ部分のように、ローラ部２５で樹脂を回収できない部分が存在することになる。ただ、ローラ部２５が樹脂の余剰分を回収した直後では、樹脂は液体状であることから、図８（ａ）に示すような状態には維持されず、自重によって形状を保てない結果、図８（ｂ）に示すようにたれる。この結果、ローラ部２５ですべて回収したときとほぼ変わらない造形となり、実用上の問題は殆ど生じない。実際の例においては、造形物の最上表面から掻き取る余剰樹脂の厚みは、例えば数十μｍ未満の厚み、より好ましくは５０μｍ以下であり、掻き取り残した部分の樹脂の高さもそれと同様の高さとなることからも実用上の問題がないと言える。
【００６５】
また、造形材吐出手段で任意の厚みを有するスライスデータに基づいた樹脂の吐出を行う際、前回の副走査方向における樹脂吐出位置から副走査方向にオフセットさせて印字させることもできる。このように、各スライス層毎にローラ部２５が印加されない部位を変化させて、未回収の樹脂が残る影響を累積させず、均一にして抑制できる。
【００６６】
より詳細には、最初のスライス層を所定の副走査位置にて主走査方向に移動を行いながら樹脂の吐出を行い、その副走査位置を維持してローラ部２５による余剰樹脂の掻き取りを行った後、次のスライス層を上述した所定位置から副走査方向に一定距離移動した後、その副走査位置において、主走査方向に移動を行いながら樹脂の吐出を行い、その副走査位置を維持してローラ部２５による余剰樹脂の掻き取りを行うこととなる。
【００６７】
さらに、図６に示すように、モデル材吐出ノズル２１を、複数列、オフセット状に配置した状態では、ローラ部２５の幅を、モデル材吐出ノズル２１の複数列の和集合の幅よりも狭く形成することが好ましい。これにより、モデル材吐出ノズル２１をオフセット配置することで解像度を向上させると共に、オフセット配置されたモデル材吐出ノズル２１に対してローラ部２５の幅を短くして、同一スライスを複数の領域に分けて造形した場合でも、ローラ部２５を造形物に接触させず、精度の良い造形が可能となる。
（実施例２）
【００６８】
さらに、ローラ部が印加されない部位をスライスによって変化させることにより、未回収の樹脂が残る影響を累積させないようにすることもできる。すなわち、スライス毎に領域の境目の位置を変化させることで、境界部分のみが高くなる事態を抑制できる。例えば、図９の実施例２では、前段で吐出した領域同士の境界Ｐ1の中間に、次段の境界Ｐ2が位置するよう、制御手段１０で樹脂の吐出位置をオフセットさせている。これにより、前回のスライスの結果、若干高く造形されたとしても、次のスライスでは未硬化の樹脂が盛り上がった分をローラ部２５で回収されるため、高さ方向への影響は累積せず、未回収の樹脂が残る問題を回避、抑制できる。
【００６９】
このように、上記実施例によれば造形物の吐出に際して同一スライスを複数の領域に分けて造形した場合でも、ローラ部を硬化後の樹脂に衝突させることを回避して、造形物の品質を向上させることができる。
（ローラ回転速度制御手段１２）
【００７０】
図１及び図２に示す三次元造形装置は、制御手段１０がローラ回転速度制御手段１２を備えている。ローラ回転速度制御手段１２は、ローラ本体２６がモデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡを個別に回収する際に、各吐出ノズルから吐出されるモデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡの物理的特性に応じて、ローラ本体２６の回転速度を変化させる。特に本実施例では、モデル材ＭＡ、サポート材ＳＡ各樹脂を同時ではなく、個別に吐出し、個別に回収して、個別に硬化させている。そのため、ローラ本体２６の回転速度を、それぞれの樹脂を回収する際に、各樹脂の物理的特性に応じて変化させることができる。
【００７１】
ここでの各樹脂の物理的特性の主なものとしては、ローラ本体２６によって掻き取られる前の、造形物の最上表面ならび近傍の樹脂の粘性ならびに表面張力が挙げられる。
【００７２】
しかし、実際の最適なローラ部の回転速度は、造形に用いる実際のモデル材とサポート材毎に、実際の実験に基づき、造形物の最上表面ならび近傍の樹脂の粘性ならびに表面張力による基本的な最適な回転速度の検証に基づく設定に加え、ヘッド部のＸ方向への移動速度、ヘッド部からの単位時間当たりの樹脂吐出量などの造形条件パラメータを考慮した上で、決定され、これに基づいたローラ部の回転速度決定用テーブルが作成し、記憶される。この場合、このローラ部の回転速度決定用テーブルは、設定データ作成装置１または三次元造形装置２のいずれに記憶されてもよい。
【００７３】
実際は、オペレータが選択した造形条件により、上述した種々のパラメータが算出され、その結果に基づいて上記テーブルからオペレータが選択した条件に基づき、ローラ部のモデル材除去とサポート材除去の各々に対する最適回転速度を決定することができる。
【００７４】
また、このようなテーブルとしてローラ本体２６の回転速度をモデル材回収用に第一回転速度、サポート材回収用に第二回転速度という、２つの別個の値を持つことにより、それぞれの樹脂に適した回転速度で樹脂を回収し、モデル材ＭＡとサポート材ＳＡの界面の混入を軽減できる。
【００７５】
なお図１、図２の例では、ローラ回転速度制御手段１２を制御手段１０と統合している。このような制御手段１０は、ＭＰＵなどで構成できる。ただ、ローラ回転速度制御手段と制御手段とを別部材としてもよいことは言うまでもない。
【００７６】
以下、この手順を図１０（ａ）〜（ｄ）の模式図及び図１１のフローチャートに基づいて説明する。まず、図１０（ａ）に示すように、ステップＳ１でサポート材ＳＡを吐出する。次にステップＳ２で、サポート材ＳＡに適した回転速度ａでローラ部２５を回転させて押圧する。その後、サポート材ＳＡを硬化させる。さらにステップＳ３でモデル材ＭＡを吐出する。そしてステップＳ４でモデル材ＭＡに適した回転速度ｂでローラ部２５を回転させながら押圧する。このように、サポート材ＳＡ、モデル材ＭＡとして利用する各樹脂の物理的特性に応じて、それぞれの樹脂を回収する際のローラ部２５の回転速度を変えることで、造形物のモデル材ＭＡとサポート材ＳＡとの界面の混ざりを軽減することができる。ここで樹脂の物理的特性としては、樹脂の粘度や表面張力が利用できる。
【００７７】
ただし、ローラ部２５の回転速度を変化させる別の要因としては、上述したように樹脂の物理的特性の他に、ヘッドの移動速度、単位時間当たりの樹脂の吐出量、つまり１スライスの厚みが挙げられる。たとえば、本発明ではモデル材とサポート材の各層の成形を別々の工程で行うことを前提としている。このような工程で造形を行う場合は、単位時間当たりの吐出量を造形速度及び造形精度の観点から適切に定めることができる。たとえば、サポート材は後工程において除去されるものであるため、モデル材ほど造形精度が求められない。したがって、モデル材に対して、サポート材の単位時間当たりの吐出量を増やして造形を行うことにより造形速度を高めることができる。ローラ部２５の回転速度は、これら造形速度及び造形精度の観点から、モデル材およびサポート材を掻き取る際に適切に設定されることが好ましい。
（評価試験）
【００７８】
ここで、本実施例の有効性を確認するための評価試験として、図１２に示す造形物をローラ本体２６の回転速度（回転数）を変化させて作成し、サポート材除去後の造形物を比較した。この結果を表１、表２に示す。表１は、モデル材の回収を主眼として回転数を４６９〜１１２５ｐｐｓに変化させた状態を、また表２は、サポート材の回収を主眼として回転数を３７５〜１１２５ｐｐｓに変化させた状態を、それぞれ示している。ここで用いたモデル材の粘度は４５ｍＰａ・ｓ、表面張力は３０ｍＮ／ｍであり、またサポート材の粘度は８０ｍＰａ・ｓ、表面張力は３４ｍＮ／ｍである。また造形した造形物は、図１２に示すように厚さが数百μｍの薄壁を離間させて４枚直立させており、周囲にはサポート材を配置している。このような薄壁を、ローラ本体２６の回転数を変化させて造形した結果を表１、表２に示しており、これらの表において、薄壁が直立できているものは○、薄壁がやや曲がっているものは△、薄壁が大きく変形している、もしくは造形できていないものは×を示している。この結果から、モデル材、サポート材で最適な回転数はそれぞれ異なっており、樹脂の特性に応じて回転速度を変化させることが有効であることが確認された。
【００７９】
【表１】
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【００８０】
【表２】
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【００８１】
このように、モデル材とサポート材という２種類の樹脂を、異なる時期に回収すると共に、回収の際のローラ本体の回転速度をそれぞれの樹脂に合わせて最適化することで、造形物のモデル材とサポート材との界面の混ざりを軽減できる。特にモデル材とサポート材とを個別に硬化させることで、これらモデル材、サポート材の回収時に、ローラ本体の回転数を変化させることが可能となり、各樹脂の物理的特性に応じて樹脂余剰分を回収することで、樹脂界面の混合を抑制して高品質な造形物を得ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
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】
【００８３】
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
１２…ローラ回転速度制御手段
２０…ヘッド部；２０Ａ…吐出ヘッドユニット；２０Ｂ…回収硬化ヘッドユニット
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
４３…Ｘ方向移動レール
４４…Ｙ方向移動レール
４５…レールガイド
ＭＡ…モデル材
ＳＡ…サポート材
ＰＣ…コンピュータ
ＳＢ…オーバーハング支持部
Ｄ1…モデル材吐出ノズルの幅
Ｄ2…サポート材吐出ノズルの幅
ＤＮ…吐出ノズル全体の吐出幅
ＤR…ローラ部の幅
Ｐ1…前段の境界；Ｐ2…次段の境界
Ｒ１、Ｒ２…領域
【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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