(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形プレート(40)上に、造形材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、
前記造形材を吐出するための造形材吐出手段と、
回転自在に支承され、前記造形材が流動可能な状態でこれを上面から回転しながら押圧して、該造形材の余剰分を掻き取るためのローラ部(25)と、
前記造形材吐出手段及びローラ部(25)を支承するヘッド部(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を制御する制御手段(10)と、
前記ローラ部(25)で回収した余剰分の造形材を蓄える、取り外し自在のバス(28)と、
前記バス(28)に蓄えられた余剰造形材を吸い出すための吸引パイプ(29)であって、前記バス(28)を装着した状態で、余剰造形材の吸引を可能とする位置に近接させた吸引位置と、前記バス(28)を取り外すために離間させた待避位置とに移動可能とした吸引パイプ(29)と、
前記吸引パイプ(29)の位置が吸引位置か待避位置かに応じて、
前記吸引パイプ(29)を吸引位置にした状態で、造形材の吐出を許容する一方、
前記吸引パイプ(29)を待避位置にした状態では、造形材の吐出を阻害するよう構成された動作阻害機構と、
を備え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、
前記ローラ部(25)、バス(28)及び吸引パイプ(29)を装着した装着プレート(37)と、
前記装着プレート(37)の少なくとも一部を開放させて、前記バス(28)の取り外しのためのアクセスを可能とするための開閉自在な開閉カバー(38)と、
を備えており、
前記動作阻害機構が、前記吸引パイプ(29)を吸引位置又は待避位置に移動させるための切替レバー(34)を含み、
前記切替レバー(34)を吸引位置にした状態では、前記開閉カバー(38)を前記装着プレート(37)に閉塞可能とすると共に、
前記切替レバー(34)を待避位置にした状態では、前記開閉カバー(38)を前記装着プレート(37)に閉塞しようとすると前記切替レバー(34)が前記開閉カバー(38)と抵触して閉塞を妨げ、
前記開閉カバー(38)が装着プレート(37)に閉塞されないと造形材の吐出が行われないように構成され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２に記載される三次元造形装置であって、
前記吸引パイプ(29)は、前記切替レバー(34)によって上下移動可能に構成されてなり、上位置が待避位置、下位置が吸引位置に設定され、
前記切替レバー(34)は、
上方に移動させると、前記吸引パイプ(29)が待避位置に、
下方に移動させると前記吸引パイプ(29)が吸引位置に、
それぞれ切り替え可能に構成し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２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、
前記開閉カバー(38)は、ガイド板(36)を備えており、
前記ガイド板(36)は、
前記切替レバー(34)が吸引位置にあるとき、前記装着プレート(37)と前記開閉カバー(38)とを閉塞することで、該切替レバー(34)を保持し、
前記切替レバー(34)が待機位置にあるとき、前記装着プレート(37)と前記開閉カバー(38)とを閉塞する際に、該切替レバー(34)と抵触する
姿勢となるように、前記開閉カバー(38)に固定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２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、さらに、
前記造形材を硬化させるための硬化手段(24)を備えており、
前記硬化手段(24)が、前記開閉カバー(38)側に設けら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２から５のいずれか一に記載される三次元造形装置であって、
前記切替レバー(34)は、上方に移動させると、前記装着プレート(37)又は開閉カバー(38)の外部に突出するように構成し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１から６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、
前記ローラ部(25)の表面に付着した余剰分の造形材を掻き取って、前記バス(28)に案内するためのブレード(27)を備えており、
前記ブレード(27)が、前記バス(28)に固定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１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、
前記バス(28)は、前記ローラ部(25)側に装着され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、
造形材が、
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、
を含み、
前記造形材吐出手段が、
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てなることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項１０】
請求項９に記載される三次元造形装置であって、
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)の一方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)により流動状態のモデル材(MA)又はサポート材(SA)の一方の余剰分を回収し、
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、前記造形材を硬化させるための硬化手段(24)により前記モデル材(MA)又はサポート材(SA)の一方を硬化させることにより、
さらに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)の他方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、前記ローラ部(25)により流動状態のモデル材(MA)又はサポート材(SA)の他方の余剰分を回収し、
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、前記硬化手段(24)により前記モデル材(MA)又はサポート材(SA)の他方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１１】
請求項１から１０のいずれか一に記載される三次元造形装置であって、
前記動作阻害機構が、前記吸引パイプ(29)が吸引位置又は待避位置にあることを検出可能な位置検出手段(41)を含み、
前記位置検出手段(41)が、前記切替レバー(34)の位置が吸引位置か待避位置かに応じて、
前記切替レバー(34)が吸引位置にあることを検出した状態では、造形材の吐出を許容する一方、
前記切替レバー(34)を待避位置にあることを検出した状態では、造形材の吐出を阻害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。
【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、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並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。
【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】
このようなインクジェット方式の三次元造型機では、精度の良い造形を行うために、各層の形成において高さ方向にマージンをもってモデル材やサポート材等の造形材料を吐出する。そして樹脂の吐出後には、ノズルから吐出された樹脂の余剰分を、余剰樹脂回収機構で回収しながら造形を行う。このような余剰樹脂回収機構には、ローラ部２５が用いられる。図２４に、ローラ部２５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、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２４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。
【０００７】
このような余剰樹脂回収機構を用いたインクジェット方式の三次元造形機では、造形物を安定して作るためには、これらの部品を一定期間毎に表面状態を確認したり清掃する等のメンテナンス作業が必要である。従来の構成では、これら部品の装着はネジの締結によって行われていたため、脱着作業は容易ではなく、ネジの脱落や締め忘れ、繰り返しの使用による欠損等を生じるおそれがあった。
【０００８】
また、上述の通り造形のために余分に吐出された液体状の樹脂を回収するために、ローラ本体２６表面に付着した樹脂をブレード２７で掻き取って、掻き取られた樹脂を受け皿となるバス２８に集めている。ここで、ブレード２７で掻き取られた樹脂中に硬化した樹脂が混入していると、吸引パイプ２９で回収できずにバス２８中に残ることがある。このような残留樹脂が増えると、バス２８に蓄えることのできる樹脂量が低減し、樹脂があふれる可能性もある。このようなことから、バス２８を定期的に清掃する必要が生じる。このとき、バスの清掃作業を簡素化するため、バスを着脱式とすることが考えられる。
【０００９】
一方で、バスの内部には、バスに蓄えられた液体状の回収樹脂を吸引するための吸引パイプ２９の先端が延長されている。このため、バス２８の着脱の際には、図２５に示すように、吸引パイプ２９を一旦上昇させる、すなわち吸引パイプ２９を、実線で示す吸引位置から破線で示す待機位置まで移動させる必要がある。この場合において、ユーザがバス２８を清掃するために吸引パイプ２９を待機位置に移動後、バスを洗浄し再度装着した際、不注意により吸引パイプ２９を吸引位置に戻すことを忘れることがある。この状態では、バス２８に蓄えられた回収樹脂を吸引パイプ２９で吸引することができなくなり、バス２８の容量を超えた回収樹脂があふれ出してしまい、装置や造形物に付着するなどのトラブルを生じることがあった。
【００１０】
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、樹脂余剰分の回収を行うバスの着脱時におけるトラブルを回避可能とした三次元造形装置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】
【００１１】
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、前記造形材を吐出するための造形材吐出手段と、回転自在に支承され、前記造形材が流動可能な状態でこれを上面から回転しながら押圧して、該造形材の余剰分を掻き取るためのローラ部２５と、前記造形材吐出手段及びローラ部２５を支承するヘッド部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を制御する制御手段１０と、前記ローラ部２５で回収した余剰分の造形材を蓄える、取り外し自在のバス２８と、前記バス２８に蓄えられた余剰造形材を吸い出すための吸引パイプ２９であって、前記バス２８を装着した状態で、余剰造形材の吸引を可能とする位置に近接させた吸引位置と、前記バス２８を取り外すために離間させた待避位置とに移動可能とした吸引パイプ２９と、前記吸引パイプ２９の位置が吸引位置か待避位置かに応じて、前記吸引パイプ２９を吸引位置にした状態で、造形材の吐出を許容する一方、前記吸引パイプ２９を待避位置にした状態では、造形材の吐出を阻害するよう構成された動作阻害機構とを備えることができる。これにより、吸引パイプが吸引位置にないと造形材が吐出されないように構成することで、吸引パイプで余剰樹脂を吸引できない状態で造形材を吐出させてしまう誤動作を防止できる。
【００１２】
また第２の側面に係る三次元造形装置によれば、さらに前記ローラ部２５、バス２８及び吸引パイプ２９を装着した装着プレート３７と、前記装着プレート３７の少なくとも一部を開放させて、前記バス２８の取り外しのためのアクセスを可能とするための開閉自在な開閉カバー３８とを備えており、前記動作阻害機構が、前記吸引パイプ２９を吸引位置又は待避位置に移動させるための切替レバー３４を含み、前記切替レバー３４を吸引位置にした状態では、前記開閉カバー３８を前記装着プレート３７に閉塞可能とすると共に、前記切替レバー３４を待避位置にした状態では、前記開閉カバー３８を前記装着プレート３７に閉塞しようとすると前記切替レバー３４が前記開閉カバー３８と抵触して閉塞を妨げ、前記開閉カバー３８が装着プレート３７に閉塞されないと造形材の吐出が行われないように構成できる。これにより、切替レバーが待避位置にある状態で造形材を吐出してしまう事態を物理的に回避して、吸引パイプで余剰樹脂を吸引できない状態で動作させてしまうミスを防止できる。
【００１３】
さらに第３の側面に係る三次元造形装置によれば、前記吸引パイプ２９は、前記切替レバー３４によって上下移動可能に構成されてなり、上位置が待避位置、下位置が吸引位置に設定され、前記切替レバー３４は、上方に移動させると、前記吸引パイプ２９が待避位置に、下方に移動させると前記吸引パイプ２９が吸引位置に、それぞれ切り替え可能に構成できる。これにより、切替レバーが上方にあるとき、吸引パイプも上方の待避位置にあり、切替レバーが下方にあるとき、吸引パイプも下位置の吸引位置にあるため、ユーザは視覚的に吸引パイプの現在位置を把握でき、誤動作を回避しやすくできる利点が得られる。
【００１４】
さらにまた実施の形態に係る三次元造形装置によれば、前記切替レバー３４は、前記吸引パイプ２９をリンク機構３５によって上下動可能に構成できる。これにより、切替レバーによる吸引パイプの位置切替機構を簡素な構成で実現できる。
【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、前記開閉カバー３８は、ガイド板３６を備えており、前記ガイド板３６は、前記切替レバー３４が吸引位置にあるとき、前記装着プレート３７と前記開閉カバー３８とを閉塞することで、該切替レバー３４を保持し、前記切替レバー３４が待機位置にあるとき、前記装着プレート３７と前記開閉カバー３８とを閉塞する際に、該切替レバー３４と抵触する姿勢となるように、前記開閉カバー３８に固定することができる。これによって、ガイド板でもって吸引位置にある切替レバーを保持する一方、待機位置にある切替レバーとは抵触して閉塞を阻害することができる。
【００１６】
さらにまた実施の形態に係る三次元造形装置によれば、前記開閉カバー３８は、ヒンジ式に開閉可能に構成することができる。これにより、ヒンジ式に開閉される開閉カバーに切替レバーが抵触して、開閉カバーの閉塞を物理的に阻害するため、構造的に誤動作を把握、認識しやすくできる。
【００１７】
さらにまた第５の側面に係る三次元造形装置によれば、さらに前記造形材を硬化させるための硬化手段２４を備えており、前記硬化手段２４を、前記開閉カバー３８側に設けることができる。
【００１８】
さらにまた第６の側面に係る三次元造形装置によれば、前記切替レバー３４を、上方に移動させると、前記装着プレート３７又は開閉カバー３８の外部に突出するように構成できる。これにより、切替レバーが上方にある間は、装着プレート又は開閉カバーからはみ出すために物理的に閉塞が不可能となるため、ユーザに対して現状のままでは装置の利用ができないことを容易に理解させることができる。
【００１９】
さらにまた実施の形態に係る三次元造形装置によれば、前記バス２８を、位置決めピン３９を介して装着することができる。これにより、位置決めピンによってバスを容易に位置決めして装着することができる。
【００２０】
さらにまた第７の側面に係る三次元造形装置によれば、前記ローラ部２５の表面に付着した余剰分の造形材を掻き取って、前記バス２８に案内するためのブレード２７を備えており、前記ブレード２７を、前記バス２８に固定することができる。これにより、バスを位置決めピンによって位置決めして装着することで、ブレードの位置決めも同時に行うことができ、ローラ部に付着した樹脂余剰分の掻き取り状態を一定量に規定することができる。また、ブレードをバスごと交換式として、メンテナンス時の作業性を向上できる副次的効果も得られる。
【００２１】
さらにまた第８の側面に係る三次元造形装置によれば、前記バス２８を、前記ローラ部２５側に装着することができる。
【００２２】
さらにまた第９の側面に係る三次元造形装置によれば、造形材が、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、を含み、前記造形材吐出手段が、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ることができる。
【００２３】
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の一方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により流動状態のモデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡの一方の余剰分を回収し、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の一方を硬化させることにより、さらに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の他方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、前記ローラ部２５により流動状態のモデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡの他方の余剰分を回収し、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、前記硬化手段２４により前記モデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡの他方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。
【００２４】
さらにまた実施の形態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。
【００２５】
さらにまた実施の形態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とを吐出させ、又は硬化させることができる。
【００２６】
さらにまた第１１の側面に係る三次元造形装置によれば、前記動作阻害機構が、前記吸引パイプ２９が吸引位置又は待避位置にあることを検出可能な位置検出手段４１を含み、前記位置検出手段４１が、前記切替レバー３４の位置が吸引位置か待避位置かに応じて、前記切替レバー３４が吸引位置にあることを検出した状態では、造形材の吐出を許容する一方、前記切替レバー３４を待避位置にあることを検出した状態では、造形材の吐出を阻害するよう制御することができる。これにより、吸引パイプが吸引位置にないと造形材が吐出されないように構成でき、吸引パイプで余剰樹脂を吸引できない状態で造形材を吐出させてしまう誤動作を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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】図４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６】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７】図７（ａ）は、吸引パイプを吸引位置とした状態、図７（ｂ）は待避位置とした状態を示す模式断面図である。
【図８】バスを示す斜視図である。
【図９】バスを装着プレートに固定した状態を示す断面図である。
【図１０】三次元造形装置のフロントカバーを開けた状態を示す斜視図である。
【図１１】ヘッド部の一部を斜め下方から見た斜視図である。
【図１２】装着プレートを開閉カバーで閉じた状態を示す斜視図である。
【図１３】図１２から開閉カバーを開いた状態を示す斜視図である。
【図１４】図１３から吸引パイプを待機位置に移動させた状態を示す斜視図である。
【図１５】図１４からバスを持ち上げた状態を示す斜視図である。
【図１６】図１５からバスを引き出した状態を示す斜視図である。
【図１７】ガイド板を示すヘッド部の垂直断面図である。
【図１８】切替レバーを押し上げた状態で、開閉カバーを閉塞しようとする状態を示す斜視図である。
【図１９】図１８から閉塞カバーを閉塞しようとする状態を示す斜視図である。
【図２０】切替レバーを押し下げた状態で、開閉カバーを閉塞しようとする状態を示す斜視図である。
【図２１】図２０から閉塞カバーを閉塞しようとする状態を示す斜視図である。
【図２２】図２１から閉塞カバーを閉塞した状態を示す斜視図である。
【図２３】実施例２に係る三次元造形装置を示すブロック図である。
【図２４】ローラ部の構造を示す斜視図である。
【図２５】吸引パイプの先端をバスに挿入した吸引位置と、引き上げた待機位置とを示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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を例示するものであって、本発明は三次元造形装置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）
【００２９】
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。ただ、本発明は三次元造形装置をインクジェット方式に特定するものでなく、他の方式、例えば粉末法、光造形法、シート積層法、押し出し法等の積層造形法を用いた三次元造形装置に対しても利用できる。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、ローラ回転速度制御手段１２と、吐出制御手段１３を備える。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ことができる。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）
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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）
【００３５】
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。
【００３６】
また、造形物がＺ方向（つまり高さ方向）において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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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）
【００４０】
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。
【００４１】
この制御手段１０は、一回のＸ方向へ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。
【００４２】
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。また、この例ではいずれか一方の造形材をまず吐出して、これを硬化させた後に、他方の造形材を吐出して硬化させるという、モデル材とサポート材を個別に吐出、硬化させて造形する方法を説明した。ただ、この方法に限られず、モデル材とサポート材を同時に吐出させることも可能である。
（造形材）
【００４３】
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）
【００４４】
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）
【００４５】
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。
【００４６】
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）
【００４７】
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）
【００４８】
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を設けており、これらのノズル列２３は、図５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。
【００５１】
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。
（余剰樹脂回収機構）
【００５２】
ヘッド部２０はさらに、余剰に吐出された樹脂を回収するための余剰樹脂回収機構を備えている。すなわち、インクジェット方式の三次元造型機においては、精度の良い造形を行うために、余分にモデル材やサポート材等の造形材を吐出し、造形プレート４０上に吐出された樹脂の余剰分を、余剰樹脂回収機構で回収しながら造形を行っている。このような余剰樹脂回収機構を図６の模式図に示す。この図に示す余剰樹脂回収機構は、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し、かつ造形材表面を平滑化するためのローラ部２５で構成される。図６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）
【００５３】
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はヘッド部２０の進行方向に対して逆回転（図６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、回転速度を１０回転／ｓ程度としている。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。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。このため本明細書においては、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。
（バス２８）
【００６０】
バス２８は、メンテナンスの利便性を考慮して、取り外し自在としている。すなわち、ブレード２７で掻き取られた樹脂中に、液体の樹脂以外に、硬化済みの樹脂が混入していると、吸引パイプ２９で回収できずにバス２８中に残留、堆積することがあり、これを放置しておくとバス２８の実質的な容量が低減して、溜まった液状の樹脂があふれ易くなる可能性がある。このため、バス２８を定期的に洗浄する必要があることから、バス２８を着脱式とすることで、このような洗浄作業を容易に行うことができる。
（吸引パイプ２９の昇降機構）
【００６１】
一方で、バス２８は、上方を開放したコ字状の断面を有する形状を有し、開放した上方からブレード２７にて掻き取られた樹脂を受け入れるようにしている。このためバス２８の内部には吸引パイプ２９が上方から挿入されているため、バス２８を取り外す際には、吸引パイプ２９をバス２８内部からバス２８に干渉しない程度の上方に引き上げる必要がある。このため吸引パイプ２９は、これを上下に移動させるための昇降機構を設けている。この例を、図７（ａ）、（ｂ）の模式図に示す。これらの図に示す吸引パイプ２９は、バス２８を装着した状態で、余剰造形材の吸引を可能とする位置に近接させた吸引位置と、バス２８を取り外すために離間させた待避位置とに移動可能としている。
（切替レバー３４）
【００６２】
この吸引パイプ２９を上下に移動させるための昇降機構として、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、吸引パイプ２９と連結した切替レバー３４を設けている。切替レバー３４は、吸引パイプ２９を吸引位置（図７（ａ））と待避位置（図７（ｂ））とに切り替え式に移動させる。図７（ａ）の吸引位置にある吸引パイプ２９は、先端をバス２８の内部に挿入しているため、このバス２８に蓄えられた余剰造形材を吸い出すことができる。一方、図７（ａ）の吸引位置から、切替レバー３４を操作して図７（ｂ）の待機位置に吸引パイプ２９を移動させることで、吸引パイプ２９の先端をバス２８から引き抜き、バス２８の取り外しが可能となる。
（リンク機構３５）
【００６３】
この図に示す切替レバー３４は、リンク機構３５を介して吸引パイプ２９と接続されており、切替レバー３４を上げると吸引パイプ２９も引き上げられ、切替レバー３４を下げると吸引パイプ２９も降下される。ユーザは手動で切替レバー３４を操作することによって、吸引パイプ２９を吸引位置と待機位置に切り替えることができ、バス２８の交換作業を容易に行える。また切替レバー３４の上下位置と、吸引パイプ２９の上下動とを連動させることで、ユーザは切替レバー３４の位置によって視覚的に吸引パイプ２９の現在位置を把握できる。
【００６４】
さらに切替レバー３４は、ユーザが把持して操作し易いよう、先端に把持部３４ａを設けている。また把持部３４ａは、ユーザに対して把持する部位であることを目立たせるため、目立つ色、例えば赤色に着色される。これにより、ユーザは操作すべき部位を容易に把握できると共に、上述の通り切替レバー３４の位置に基づいて、現在の吸引パイプ２９の位置も把握しやすくできる利点が得られる。
（バス２８）
【００６５】
バス２８の斜視図を、図８に示す。この図に示すバス２８は、有底で上面を開口した樋状に形成される。桶状のバス本体部分２８ａには、ブレード２７で掻き取られた樹脂が蓄えられる。バス本体部分２８ａの両端には、それぞれ固定片２８ｂが設けられると共に、各固定片２８ｂにはピン挿入穴２８ｃが開口されている。図９の断面図に示すように、装着プレート３７に設けられた位置決めピン３９に、ピン挿入穴２８ｃを通すことで、バス２８は装着プレート３７に装着できる。このように、位置決めピン３９をピン挿入穴２８ｃに挿入するという極めて単純な構造でバス２８を固定できることは、例えばねじを用いた螺合等に比べて、作業性の点で有利となる。また、本実施例においては、バス２８に対してブレード２７が位置決め固定されているため、ブレード２７の樹脂掻き取り性能が低下した場合は、バス２８ごと交換するか、または図に示すように、バス２８に対してブレードを固定しているボルトを外すことにより、交換することができる。もちろん、ブレード２７をバス２８に位置決め、固定する必要はなく、ヘッド部２０に対して別途位置決めし、固定しても良い。
【００６６】
バス２８のピン挿入穴２８ｃは、図８、図９に示すように固定片２８ｂを貫通する貫通孔であり、下方を上方よりも広く開口している。一方、位置決めピン３９はピン挿入穴２８ｃに応じた円錐状又はテーパ状としている。このようなテーパ状を採用することで、位置決めピン３９をピン挿入穴２８ｃに誘い込み易くでき、スムーズに装着できる。一般に、三次元造形装置は、造形材に紫外線硬化樹脂などを利用することから、暗所に設置されることが多く、このため細かな穴などの視認は容易でないことがある。そこで、このように位置決めピン３９をピン挿入穴２８ｃに挿入しやすくする物理的な構造を設けることで、暗所での作業を容易にしてユーザの利便性を向上できる。加えて、上述の通りねじなどを使用しないピンの挿入という簡単な作業としたことで、作業自体の効率を高めると共に、例えばねじを紛失したり、あるいは三次元造形装置の内部にねじを落とすといったトラブルを未然に回避できる点においても優れている。
【００６７】
図８、図９に示すピン挿入穴２８ｃは、好ましくは長穴とする。長穴は、図において横方向に延長される。これにより、ローラ本体２６の接触面と平行移動が可能となり、樹脂の掻き取り能力に柔軟性を持たせる一方、ローラ本体２６とブレード２７との距離は一定に維持して、掻き取り量にむらが発生することを阻止する。
【００６８】
またこのバス２８は、アルミニウム製等、耐薬品性の材質で構成することで、洗浄を容易とできる。さらに、バス２８にはブレード２７が固定されている。ブレード２７は、ここで掻き取られた樹脂をバス本体部分２８ａに案内できるような角度をもって、バス本体部分２８ａの側面に固定される。このように、ブレード２７をバス２８と一体化することで、バス２８を位置決めすればブレード２７も位置決めされ、ローラ本体２６に対して正確な位置にブレード２７を配置する作業が容易に行える。このことは、ローラ本体２６の表面に付着した樹脂余剰分の掻き取り量を一定に規定する上で重要となる。また、ブレード２７をバス２８ごと交換式とすることで、メンテナンス時の作業性を向上できる利点もある。
【００６９】
このような余剰樹脂回収機構は、ヘッド部に固定されている。図１０に、ヘッド部の外観を示す。この図は、三次元造形装置のフロントカバーを開けた状態を示しており、装置の内部で、造形プレート上にＸＹＺ方向に移動自在に支承されたヘッド部が確認できる。
このヘッド部の内、主にローラ部２５と余剰樹脂回収機構と硬化手段とを設けた部位を斜め下方から見た斜視図を、図１１に示す。この図に示すように、ヘッド部は装着プレート３７と、開閉カバー３８とを開閉自在に連結している。装着プレート３７と開閉カバー３８とは、ヒンジ３３を介してピボット式に開閉可能としている。また装着プレート３７側には、ローラ部２５と余剰樹脂回収機構とを備えている。また開閉カバー３８側には、硬化手段２４を設けている。
【００７０】
ここで、装着プレート３７からバス２８を取り外す手順を、図１２〜図１６に基づいて説明する。図１２は、ヘッド部の一部である装着プレート３７を開閉カバー３８で閉じた状態を示している。この状態から図に示す装着プレート３７に開閉カバー３８を固定しているボルト３８ｂを緩めて、開閉カバー３８を開くと、図１３に示すように、装着プレート３７に装着されたパンや吸引パイプ２９、切替レバー３４等にアクセスできる状態となる。ここでは、切替レバー３４は下向きに倒されており、吸引パイプ２９が吸引位置にセットされている。
【００７１】
図１３の状態から、ユーザが手動で切替レバー３４を上向きに倒すように切り替えると、図１４に示すように、吸引パイプ２９が引き上げられて待機位置に移動される。この状態では、吸引パイプ２９の先端がバス２８から引き出されるため、バス２８の取り外しが可能となる。
【００７２】
まず図１５に示すように、ユーザが手でバス２８を下から押し上げて、位置決めピン３９からバス２８のピン挿入穴２８ｃを抜く。この状態で、図１６に示すようにバス２８を手前側に引き出すことで、バス２８を装着プレート３７から取り外すことが可能となる。
【００７３】
なお、上記実施例では、バス２８の交換または清掃の際、吸引パイプ２９側を上方に移動させることにより、バス２８の取り出しを容易としたが、これは、バス２８がヘッド部２０に設けられ、造形プレート４０と近接しているため、バス２８を下方に移動させることにより、吸引パイプとの干渉を回避させることが困難なためである。
（動作阻害機構）
【００７４】
さらに三次元造形装置は、樹脂余剰分の回収機構に加えて、吸引パイプ２９の降下忘れを防止するための動作阻害機構を備えている。すなわち、吸引パイプ２９を一旦待機位置に移動させてバス２８を取り外し、バス２８を洗浄、交換等した後に再びセットした状態で、吸引パイプ２９を吸引位置に戻すことをユーザが忘れた場合は、吸引パイプ２９の先端がバス２８に届かない以上、樹脂余剰分の吸引が行えず、バス２８に溜まった樹脂余剰分があふれ出してヘッド部を汚したり、造形物に垂れることが考えられる。そこで、このようなトラブルを回避するために、吸引パイプ２９が吸引位置に戻されない限りは、樹脂の吐出が行われないような動作阻害機構を設けている。
×これにより、吸引パイプ２９が吸引位置にない限り動作できないようにされるため、吸引パイプ２９で余剰樹脂を吸引できない状態では造形材が吐出されることがなく、バス２８からあふれ出す事態も回避される。
【００７５】
具体的には、吸引パイプ２９を吸引位置と待避位置とに切り替える切替レバー３４を、吸引位置にした状態では、造形材の吐出を許容する一方で、待避位置にした状態では、造形材の吐出ができないように物理的に緩衝させている。ここでは、図１４に示すように、吸引パイプ２９を待避位置にしたまま、すなわち切替レバー３４を上げたまま開閉カバー３８を閉塞しようとすると、切替レバー３４が開閉カバー３８と抵触して閉塞を妨げられる。この結果、切替レバー３４が待避位置にある状態で三次元造型機を動作させる事態が物理的に回避され、吸引パイプ２９で余剰樹脂を吸引できない状態で樹脂が吐出されるミスを防止できる。また、切替レバー３４が上がったままでは開閉カバー３８が閉塞できなくすることで、ユーザは切替レバー３４の位置が正しくないことを認識でき、切替レバー３４の押し下げて吸引パイプ２９を吸引位置に戻すことを促される。
【００７６】
また、好ましくは切替レバー３４を上方に移動させた状態では、装着プレート３７又は開閉カバー３８の外部に突出するように構成することが好ましい。このようにすれば、切替レバー３４が上方にある間は、装着プレート３７と開閉カバー３８との接合面からはみ出し、物理的に閉塞が不可能であることが視覚的に理解できるため、ユーザに対して切替レバー３４を元に戻す必要があることを即座に把握させることができる。
（ガイド板３６）
【００７７】
また図１３〜図１６等に示す開閉カバー３８は、ガイド板３６を備えている。このガイド板３６は、図１７の断面図に示すように、斜めの姿勢で開閉カバー３８に固定されている。すなわち、切替レバー３４が吸引位置にある状態で開閉カバー３８を装着プレート３７に閉塞すると、ガイド板３６が切替レバー３４の上面で、切替レバー３４の角度に沿うように配置される。この結果、ガイド板３６が切替レバー３４を上面から押し当てるような姿勢となり、開閉カバー３８を閉塞した状態で切替レバー３４が誤って上方に移動する事態を防止できる。このことは、三次元造形装置の動作中に、振動等何らかの理由で吸引パイプ２９の先端がバス２８の内部から離れてしまう事態を防ぎ、余剰樹脂回収機構の動作を信頼性を高めることにも寄与する。
【００７８】
またガイド板３６の先端は、図１６等に示すように、その先端を水平姿勢から跳ね上がる方向に多少折曲させた折曲部３６ａを設けている。例えば切替レバー３４を途中まで降下させているものの、その押し込みが不完全で、完全に吸引パイプ２９の先端がバス２８の内部まで挿入されていないような場合は、開閉カバー３８を閉めるに従い、ガイド板３６の折曲部３６ａが切替レバー３４に当接して、折曲部３６ａの下面に当たると、そのまま折曲部３６ａの下面に沿って下方に押し込まれ、開閉カバー３８を完全に閉塞すると切替レバー３４も完全に下方向に押し下げされて、吸引パイプ２９が正しく吸引位置に移動される。逆に、中途半端な位置に押し下げられた切替レバー３４がガイド板３６の折曲部３６ａの上面にあたると、切替レバー３４が上方向に押し上げられて、開閉カバー３８の閉塞を阻害するように働く。このように、ガイド板３６は吸引パイプ２９を吸引位置で保持する機能と、吸引位置にない吸引パイプ２９すなわち切替レバー３４に対して、開閉カバー３８の閉塞を阻害し、ユーザに対して切替レバー３４の押し下げを促すことができる。
【００７９】
ここで、動作阻害機構が不正確な切替レバー３４の位置に対して開閉カバー３８の閉塞を阻害する様子を、図１８〜図２２に示す斜め上方から見た斜視図に基づいて説明する。まず図１８に示すように、切替レバー３４を押し上げた状態で、開閉カバー３８を閉塞しようとすると、図１９に示すように開閉カバー３８の端縁、あるいはガイド板３６の折曲部３６ａが切替レバー３４に当接、緩衝して、物理的に閉塞できない状態となる。そして、切替レバー３４の異常に気付いたユーザが図２０に示すように切替レバー３４を下方に戻すと、図２１及び図２２に示すように、切替レバー３４が緩衝することなく、閉塞カバーと装着プレート３７とを正常に接合して閉塞できる。
（実施例２）
【００８０】
また上記は一例であり、吸引パイプ２９が本来の位置にないことで余剰樹脂を吸い上げられない事態を防止する動作阻害機構は、他の形態で利用することも可能である。例えば、吸引パイプ２９の位置を検出する位置検出手段４１を設けて、この検出結果に基づいて動作を制御する構成が挙げられる。このような例を実施例２として図２３に示す。この図に示す三次元造形装置は、吸引パイプ２９に位置検出手段４１を設けている。位置検出手段４１は、吸引パイプ２９が吸引位置又は待避位置にあることを検出し、制御部に送出する。制御部は、吸引パイプ２９が吸引位置に無い場合は、造形材吐出手段の動作を許可しないように制御する。この方法であれば、既存の三次元造形装置に対しても位置検出手段４１を付加することで、吸引パイプ２９が本来の位置に無い限り動作させない動作阻害機能を実現できる。位置検出手段４１には、センサやマイクロスイッチなどが適宜利用できる。
【００８１】
あるいは、バスが所定位置にセットされているかどうかを検出するバス検出センサを設けることもできる。これによって、バスをセットし忘れて三次元造形装置を動作させるミスを回避できるようになる。
【００８２】
さらに、バス検出手段がバス２８を所定位置に置いたことを検出すると、自動的に吸引パイプ２９を降下させる構成としてもよい。
【００８３】
さらに動作阻害機構は、バス２８をセットしない状態で吸引パイプ２９を吸引位置に戻して三次元造形装置を動作させるミスを回避するため、例えばバス２８をセットしない状態では、切替レバー３４を吸引位置に戻せないような機構を付加することもできる。これにより、さらにユーザによるミスを回避して、意図しない樹脂の散乱などの事故を回避できる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の三次元造形装置は、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】
【００８５】
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
１３…吐出制御手段
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；２８ａ…バス本体部分；２８ｂ…固定片；２８ｃ…ピン挿入穴
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
３３…ヒンジ
３４…切替レバー；３４ａ…把持部
３５…リンク機構
３６…ガイド板；３６ａ…折曲部
３７…装着プレート
３８…開閉カバー
３８ｂ…ボルト
３９…位置決めピン
４０…造形プレート
４１…位置検出手段
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
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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