(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元造形物を製造する三次元造形物製造装置であって、
前記三次元造形物を載置可能なプレートと、
キャピラリに挿通され、当該キャピラリの先端から繰り出された導電性のワイヤの先端部とスパークロッドとの間に高電圧を印加することにより、前記ワイヤの先端部にボールを形成するボール形成手段と、
前記プレートと前記ボール形成手段とを相対移動させて位置決めを行う位置決め手段と、
前記プレートは少なくとも表面が導電性素材により構成され、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールと前記プレートとの間に電流を印加することにより、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールを前記プレート又は当該プレートに既に積層された他のボールの少なくともいずれか一方に接合するボンディング手段とを備え、
前記ボール形成手段による前記ボールの形成と、
前記位置決め手段による位置決めと、
前記ボンディング手段による前記キャピラリの先端に形成された前記ボールの接合とを繰り返すことによって前記プレート上に前記ボールを積層し、所望の形状の三次元造形物を製造することを特徴とする三次元造形物製造装置。
【請求項２】
前記キャピラリの先端に形成された前記ボールと前記プレートに既に積層された他のボールとの表面とがギャップを有するように接近した状態で、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールと前記プレートとの間に高電圧を印加することにより、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールを接合する
ことを特徴とする請求項１に記載の三次元造形物製造装置。
【請求項３】
前記キャピラリの先端に形成された前記ボールと前記プレートに既に積層された他のボールとの表面とが接触した状態で、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールと前記プレートとの間に電流を流すことにより、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールを接合する
ことを特徴とする請求項１に記載の三次元造形物製造装置。
【請求項４】
前記キャピラリに超音波振動を印加する超音波印加手段が設けられ、
前記超音波印加手段が印加する超音波振動をも併用することによって、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールを接合する
ことを特徴とする請求項３に記載の三次元造形物製造装置。
【請求項５】
前記キャピラリの先端に形成された前記ボールは、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールの中心と前記プレートに既に積層された他のボールの中心とを結ぶ線と交差する面に沿った方向に超音波振動される
ことを特徴とする請求項４に記載の三次元造形物製造装置。
【請求項６】
前記ボール形成手段は、前記キャピラリの先端から繰り出された前記ワイヤの長さと、前記ワイヤの先端部と前記スパークロッドとの間の絶縁破壊後の放電電流又は放電電圧の大きさの少なくともいずれか一方を変更することにより、前記ボールの大きさを調節する
ことを特徴とする請求項１に記載の三次元造形物製造装置。
【請求項７】
前記キャピラリに圧力を加えて前記キャピラリ先端の前記ボールに圧力を印加する加圧手段が設けられ、
前記加圧手段が印加する圧力を併用することによって、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールを接合する
ことを特徴とする請求項３に記載の三次元造形物製造装置。
【請求項８】
前記キャピラリの先端の前記ボールを加熱する加熱手段が設けられ、
前記加熱手段からの加熱を併用することによって、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールを接合する
ことを特徴とする請求項３に記載の三次元造形物製造装置。
【請求項９】
前記キャピラリに超音波振動を印加する超音波印加手段、前記キャピラリに圧力を加えて前記キャピラリ先端の前記ボールに圧力を印加する加圧手段、前記キャピラリ先端の前記ボールを加熱する加熱手段のうちのいずれか２以上が設けられ、
前記超音波印加手段、前記加圧手段、前記加熱手段のうちいずれか２以上をさらに併用することによって、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールを接合する
ことを特徴とする請求項３に記載の三次元造形物製造装置。
【請求項１０】
三次元造形物を製造する三次元造形物製造方法であって、
キャピラリに挿通され、当該キャピラリの先端から繰り出された導電性のワイヤの先端部とスパークロッドとの間で高電圧を印加することにより、前記ワイヤの先端部にボールを形成するボール形成工程と、
前記三次元造形物を載置可能、かつ、少なくとも表面が導電性素材により構成されたプレートと前記ボール形成工程において形成した前記ボールとを相対移動させて位置決めを行う位置決め工程と、
前記キャピラリの先端に形成された前記ボールと前記プレートとの間に電流を印加することにより、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールを前記プレート又は当該プレートに既に積層された他のボールの少なくともいずれか一方に接合するボンディング工程とを有し、
前記ボール形成工程による前記ボールの形成と、
前記位置決め工程による位置決めと、
前記ボンディング工程による前記キャピラリの先端に形成された前記ボールの接合とを繰り返すことによって、前記プレート上に前記ボールを積層し、所望の形状の三次元造形物を製造することを特徴とする三次元造形物製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形物製造装置及び三次元造形物製造方法に関し、特に、導電性のワイヤを使用し、ワイヤの先端にボールを形成し、形成したボールを整列・積層させることで所定の三次元造形物を製造することが可能な三次元造形物製造装置及び三次元造形物製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、立体形状等の三次元形状の物体制作は、金属等の材料を加工して行われている。加工方法としては、切削加工、プレス加工等が知られており、加工する材質、形状等により加工方法が使い分けられている。【０００３】
切削加工は、金属材料を切削工具類を用いて切削し、所定の形状・寸法に加工する加工方法である。【０００４】
また、プレス加工は、型に板金などの素材を強圧し、所要の形状に剪断・成型する加工方法である。プレス加工は、型を準備することにより、同一の形状の部品を大量に加工することができる。【０００５】
しかしながら、切削加工、プレス加工では、大がかりな装置を必要とし、また、加工機械は、専任のオペレータによって操作されるため、機械操作に熟練を要していた。【０００６】
そこで、特許文献１には、基材上で凝固する材料の多数の層を順次堆積することによって所定の形状の三次元物理的物体を作る装置が開示されている。特許文献１によれば、三次元物理的物体を作る装置は、小出しヘッドから基体又は基部材上へ所定のパターンで材料を制御された速度で小出しし、材料が物品を形成するために凝固し且つ互いに付着する多数の層で小出しされることによって実現される。また、小出しヘッドによって新たな層を形成する前に、先の層の材料、少なくとも小出しヘッドの下にある材料が凝固されるように制御する。【０００７】
このように、特許文献１に開示された三次元物理的物体を作る装置は、小出しヘッドによって基材上で凝固する材料で多数の層を順次堆積することによって所定の形状を製造するものである。【０００８】
また、特許文献２には、指向レーザビームを使用して、粉末を選択的に焼結して部品を製造する方法が開示されている。特許文献２によれば、分与した粉末第１層にレーザビームを指向して必要部分に選択的焼結を起させ、引続いてその上に粉末第２層を分与する。分与した粉末第２層にレーザビームを指向して必要部分に同様に選択的焼結を起こさせ、同時にこの焼結した粉末部分を粉末第１層の焼結した部分に接合させる。これを反復して１層ずつ積層的に三次元部品を製造することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公平８−２５９８号公報
【特許文献２】特許第２６２０３５３号公報
【特許文献３】特許第４４２７２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来、導電性の材料を用いた三次元造形物は．素材のブロックから切削加工等によって材料を除去することによって作られる。三次元造形物は素材のブロックから削りだすために、素材の無駄が発生し、また、三次元造形物を製造するまでに時間が掛かっていた。【００１１】
一方、特許文献１に開示された三次元物理的物体を作る装置のように、基板上で凝固する材料に熱を加え軟化・溶解し、接合させて積層させる方法においては、比較的低温で軟化・溶解できる素材であることが必要である。このため造形物を造形中に、温度変化により造形物の形状が変化しやすいという課題を有していた。【００１２】
高温で軟化・溶解する物質を用いることにより、造形中の温度変化による造形物の形状の変形を減らすことが可能となる。しかしながら、高温で軟化・溶解する物質は取扱いが容易でないため、三次元物理的物体を作る装置においては、高温で軟化・溶解する物質を用いて造形物の形状の変形を減らすことは、実用的でない。【００１３】
また、特許文献２に開示されているような粉末材料にレーザビームを照射し、材料を溶解・軟化させて造形物を製造する方法では、造形物を製造するために使用する粉末材料が非常に高価であり、さらに、造形物に使用する材料以上により多くの粉末材料を必要とする。このため、造形物の材料費が高くなる。さらに、レーザ装置によって、レーザを造形物に数ミクロン単位で照射するため、長時間のレーザ照射が必要となり、三次元造形物の製造に時間を要していた。【００１４】
そこで本発明では、三次元物体を三次元ＣＡＤ等でデザインしたり、三次元スキャナ等でスキャンして、デザインしたデータ又はスキャンしたデータを基に、導電性のワイヤを使用し、ワイヤの先端にボールを形成し、形成したボールを整列・積層させることで所定の三次元造形物を製造することが可能な三次元造形物製造装置及び三次元造形物製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目標達成のため、本発明に係る三次元造形物製造装置は、三次元造形物を製造する三次元造形物製造装置であって、前記三次元造形物を載置可能なプレートと、キャピラリに挿通され、当該キャピラリの先端から繰り出された導電性のワイヤの先端部とスパークロッドとの間に高電圧を印加することにより、前記ワイヤの先端部にボールを形成するボール形成手段と、前記プレートと前記ボール形成手段とを相対移動させて位置決めを行う位置決め手段と、前記プレートは少なくとも表面が導電性素材により構成され、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールと前記プレートとの間に電流を印加することにより、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールを前記プレート又は当該プレートに既に積層された他のボールの少なくともいずれか一方に接合するボンディング手段とを備え、前記ボール形成手段による前記ボールの形成と、前記位置決め手段による位置決めと、前記ボンディング手段による前記キャピラリの先端に形成された前記ボールの接合とを繰り返すことによって前記プレート上に前記ボールを積層し、所望の形状の三次元造形物を製造することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る三次元造形物製造装置は、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールと前記プレートに既に積層された他のボールとの表面とがギャップを有するように接近した状態で、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールと前記プレートとの間に高電圧を印加することにより、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールを接合することを特徴とする。【００１８】
また、本発明に係る三次元造形物製造装置は、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールと前記プレートに既に積層された他のボールとの表面とが接触した状態で、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールと前記プレートとの間に電流を流すことにより、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールを接合する。
ことを特徴とする【００１９】
また、前記三次元造形物製造装置は、前記キャピラリに超音波振動を印加する超音波印加手段が設けられ、前記超音波印加手段が印加する超音波振動をも併用することによって、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールを接合することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る三次元造形物製造装置は、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールは、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールの中心と前記プレートに既に積層された他のボールの中心とを結ぶ線と交差する面に沿った方向に超音波振動されることを特徴とする。【００２１】
また、本発明に係る三次元造形物製造装置の前記ボール形成手段は、前記キャピラリの先端から繰り出された前記ワイヤの長さと、前記ワイヤの先端部と前記スパークロッドとの間の絶縁破壊後の放電電流又は放電電圧の大きさの少なくともいずれか一方を変更することにより、前記ボールの大きさを調節することを特徴とする。【００２２】
また、前記三次元造形物製造装置は、前記キャピラリに圧力を加えて前記キャピラリ先端の前記ボールに圧力を印加する加圧手段が設けられ、前記加圧手段が印加する圧力を併用することによって、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールを接合することを特徴とする。
【００２３】
また、前記三次元造形物製造装置は、前記キャピラリの先端の前記ボールを加熱する加熱手段が設けられ、前記加熱手段からの加熱を併用することによって、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールを接合することを特徴とする。
【００２４】
また、前記三次元造形物製造装置は、前記キャピラリに超音波振動を印加する超音波印加手段、前記キャピラリに圧力を加えて前記キャピラリ先端の前記ボールに圧力を印加する加圧手段、前記キャピラリ先端の前記ボールを加熱する加熱手段のうちのいずれか２以上が設けられ、前記超音波印加手段、前記加圧手段、前記加熱手段のうちいずれか２以上をさらに併用することによって、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールを接合することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係る三次元造形物製造方法は、三次元造形物を製造する三次元造形物製造方法であって、キャピラリに挿通され、当該キャピラリの先端から繰り出された導電性のワイヤの先端部とスパークロッドとの間で高電圧を印加することにより、前記ワイヤの先端部にボールを形成するボール形成工程と、前記三次元造形物を載置可能、かつ、少なくとも表面が導電性素材により構成されたプレートと前記ボール形成工程において形成した前記ボールとを相対移動させて位置決めを行う位置決め工程と、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールと前記プレートとの間に電流を印加することにより、前記キャピラリの先端に形成された前記ボールを前記プレート又は当該プレートに既に積層された他のボールの少なくともいずれか一方に接合するボンディング工程とを有し、前記ボール形成工程による前記ボールの形成と、前記位置決め工程による位置決めと、前記ボンディング工程による前記キャピラリの先端に形成された前記ボールの接合とを繰り返すことによって、前記プレート上に前記ボールを積層し、所望の形状の三次元造形物を製造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、導電性のワイヤを用いて三次元造形物を製造することで、高価な導電性の粉末材料を使用する必要がないため、材料費を低減することができ、安価に三次元造形物を製造することができる。【００２７】
また、本発明によれば、三次元造形物の製造は、高電圧を使用した電気的スパークを用いてワイヤの先端にボールを作り、そのボールを溶着してボールを整列、積層するため、高温溶解が必要なワイヤ素材も柔軟に対応することが可能であり、多種のワイヤを使用することができる。【００２８】
また、本発明によれば、キャピラリの先端に形成されたボールと、プレート又はプレートに既に積層された他のボールの少なくともいずれか一方との接合は、キャピラリの先端に形成されたボールと既に積層された他のボールとの表面との間にギャップを有するように接近させて、ボールとプレートとの間で高電圧を印加することにより、ボールが溶融して接合されるため、三次元造形物を確実に製造することができる。【００２９】
また、本発明によれば、導電性のワイヤを使用し、ワイヤの先端にボールを形成し、形成したボールを整列・積層させることで所定の三次元造形物を製造することが可能なため、他の製造方法のように、レーザ装置を用いて粉末を選択的に焼結して部品を製造する必要がない。このため、導電性のワイヤを用いることにより、導電性の粉末材料と比較して安価な材料を使用できるため、材料費を低減することができ、さらに、レーザ装置等の高価な装置を用いないため、安価に三次元造形物を製造することが可能となる。【００３０】
また、レーザ装置を利用する場合には、レーザ装置の管理者の選任や設置場所の設定及び管理などが法的に義務付けられているが、本発明ではレーザ装置を必要としないため、これらの法的な制約を受けることがない。【００３１】
また、本発明によれば、導電性のワイヤを使用し、ワイヤの先端にボールを形成し、形成したボールを積層して三次元造形物を製造する。ボールによって形成された三次元造形物の面は、ボール間の接合面以外は隙間を有しているため、三次元造形物を軽量化することが可能である。【００３２】
また、本発明は、金属部材等を溶融して連続的に三次元造形を造形するものと異なり、ボールを形成し、形成したボールを積層して三次元造形物を形成するため、三次元造形物の形状に制限されることが少ないため、汎用性に優れている。【００３３】
また、本発明によれば、ボールとプレートとの間に電流を流すことにより、ボールの接触面に発生する熱によってボールを溶融して接合し、更に、キャピラリに超音波振動を印加する超音波印加手段、キャピラリに圧力を加えてキャピラリ先端のボールに圧力を印加する加圧手段、キャピラリの先端のボールを加熱する加熱手段のいずれかを用いることにより、ボール間の接合をより確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】三次元造形物製造装置の構成を示す概略図である。
【図２】三次元造形物製造装置におけるヘッド部の構成を示す構成図である。
【図３】三次元造形物製造装置の制御を行う制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】三次元の造形物を製造する際に、ボールを積層する面に空間を設けた一例を示す三次元造形物の一部壁面の断面図である。
【図５】三次元造形物製造装置による三次元造形物の製造の工程を示すフローチャートであり、キャピラリの先端に形成されたボールとプレートとの間で高電圧を印加することにより、ボールを溶融して接合する場合を示す。
【図６】三次元造形物製造装置による三次元造形物の製造の工程を示すフローチャートであり、キャピラリの先端に形成されたボールとプレートに既に積層された他のボールとの表面とが接触するようにして、ボールとプレートとの間に電流を流すことにより、ボールを溶融して接合する場合を示す。
【図７】三次元造形物製造システムの構成を示す構成図である。
【図８】三次元造形物製造システムにおける三次元造形物を製造するまでの工程の概要を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下図面を参照して、本発明による三次元造形物製造装置及び三次元造形物製造方法を実施するための形態について説明する。尚、本発明は、導電性を有する金属等のワイヤを使用して、ワイヤの先端にボールを形成し、形成したボールを順次整列・積層させることで所定の三次元造形物を作るようにしたものである。導電性のワイヤを用いることにより、導電性の粉末材料と比較して安価な材料を使用できるため、材料費を低減することができ、さらに、レーザ装置等の高価な装置を用いないため、安価に三次元造形物を製造することが可能となる。
【００３６】
［三次元造形物製造装置の構成］
最初に、三次元造形物製造装置の構成について図１を用いて説明する。図１は、三次元造形物製造装置の構成を示す概略図である。図１に示すように、三次元造形物製造装置１は、ワイヤ４の先端を溶融してボール１３（図２に示す）を形成し、形成したボール１３を整列・積層するヘッド部３と、ヘッド部３を搭載して水平面に対してＸ軸方向に移動する位置決め手段としてのＸ軸移動装置２０と、Ｘ軸移動装置２０を搭載して水平面に対してＹ軸方向に移動する位置決め手段としてのＹ軸移動装置２５と、表面が水平に配されたプレート４０を水平面に対してＺ軸方向に垂直移動する位置決め手段としてのＺ軸昇降移動装置３０とを有している。
【００３７】
Ｘ軸移動装置２０は、回転角又は位置が制御可能なＸ軸用モータ２１を有している。Ｘ軸移動装置２０のＸ軸用モータ２１は、制御装置５０によって制御されており、Ｘ軸用モータ２１によって駆動されるボールネジ機構、スライド機構によって、ヘッド部３はＸ軸方向の所定の位置に移動する。
【００３８】
また、Ｙ軸移動装置２５は、回転角又は位置が制御可能なＹ軸用モータ２６を有している。Ｙ軸移動装置２５のＹ軸用モータ２６は、制御装置５０によって制御されており、Ｙ軸用モータ２６によって駆動されるボールネジ機構、スライド機構によって、ヘッド部３はＹ軸方向の所定の位置に移動する。
【００３９】
これにより、ヘッド部３は、Ｘ軸移動装置２０及びＹ軸移動装置２５によって、Ｘ軸及びＹ軸上の所定の位置に移動することが可能となる。
【００４０】
また、図１に示すように、Ｚ軸昇降移動装置３０は、回転角が制御可能なＺ軸用モータ３１を有している。Ｚ軸昇降移動装置３０のＺ軸用モータ３１は、制御装置５０によって制御されており、Ｚ軸用モータ３１によって駆動されるボールネジ機構により、三次元造形物８０を載置したプレート４０はＺ軸方向の所定の位置に移動する。
【００４１】
［ヘッド部の構成］
次に、三次元造形物製造装置におけるヘッド部の構成について図２を用いて説明する。図２は、図１に示す三次元造形物製造装置における点線で囲まれたヘッド部の構成を示す構成図である。
【００４２】
図１及び図２に示すように、ヘッド部３は、リール８に巻かれた導電性を有するワイヤ４と、リール８に巻かれたワイヤ４をキャピラリ１２に供給するワイヤ供給装置７と、ワイヤ４を把持、解放するワイヤクランプ９と、軸芯にワイヤ４を通すための細穴を有し、先端が円錐形を成すキャピラリ１２と、キャピラリ１２の先端から繰り出されたワイヤ４の先端にボール１３を形成するスパークロッド１９とを有している。
【００４３】
ワイヤ４は、導電性を有する金属のワイヤ４から成り、例えば、鉄、金、銅等の材質で形成されている。また、ワイヤ４の径は、三次元造形物８０を形成するボール１４の大きさにより決めるようにする。
【００４４】
ワイヤ供給装置７は、ワイヤ４が巻かれたリール８をモータで回転させて、リール８からワイヤ４を繰り出してキャピラリ１２に供給する。キャピラリ１２にワイヤ４を供給するタイミングで制御装置５０から信号が発せられて、ワイヤ供給装置７のモータが所定の角度を回転してキャピラリ１２にワイヤ４が供給される。
【００４５】
リール８から繰り出されたワイヤ４は、ワイヤ４をガイドするワイヤガイド１０を経由してワイヤクランプ９に導かれる。
【００４６】
ワイヤクランプ９は、ワイヤ４を巻いたリール８とキャピラリ１２との間のワイヤ４の経路上に設けられている。
【００４７】
また、ワイヤクランプ９は、ソレノイド等によりワイヤ４を把持、解放する機構を有しており、内蔵したソレノイド等を制御することによりワイヤ４の把持、解放を行う。ワイヤクランプ９によってワイヤ４を把持することにより、ワイヤクランプ９上でワイヤ４が固定される。
【００４８】
このため、ワイヤクランプ９によって固定されたワイヤ４の個所をワイヤ４の一方の端と見なすことができる。例えば、ワイヤクランプ９によってワイヤ４を固定した状態で、Ｚ軸昇降移動装置３０を用いてキャピラリ１２の先端に位置する、他のボール１４に溶接されたボール１３をプレート４０を介して下に引っ張ることにより、キャピラリ１２の先端のボール１３とワイヤ４の境界の個所が引きちぎられて、ボール１３とワイヤ４が切断される。これにより、ワイヤ４先端のボール１３がワイヤ４のネック部でワイヤ４と分離されて、分離されたボール１４は、製造中の三次元造形物８０の表面に積層される。
【００４９】
また、ワイヤクランプ９によってワイヤ４を解放することにより、ワイヤ４がキャピラリ１２内を自由に通過することができる。例えば、ワイヤクランプ９によってワイヤ４を解放した状態で、Ｚ軸昇降移動装置３０を用いてボール１４に接合されているキャピラリ１２先端のボール１３をプレート４０を介して下に引っ張ることにより、キャピラリ１２の先端からワイヤ４を繰り出すことができる。
【００５０】
また、ワイヤクランプ９は、放電溶接装置６０（図３に示す）におけるボール形成手段としての放電部６５及びボンディング手段としての溶接部６７での、キャピラリ１２先端のボール１３に通電するための一方の電極として機能する。ワイヤクランプ９のワイヤ４を把持する面と放電溶接装置６０からの接続端子との間は、導電性を有している。
【００５１】
即ち、ワイヤクランプ９に接続された放電溶接装置６０からの接続線からの電圧（電力）は、ワイヤ４を把持する面に給電されて、ワイヤクランプ９が閉じた状態でワイヤ４に放電溶接装置６０からの電圧が通電される。
【００５２】
キャピラリ１２は、絶縁性の素材で形成されており、キャピラリ１２の長手方向における中心付近の外周表面がキャピラリ取付金具１８によって、ヘッド部３に固定されている。
【００５３】
キャピラリ１２は、長手方向の軸芯にワイヤ４を通すための細穴を有しており、その穴径は、ワイヤ４の径より多少大きめになっている。キャピラリ１２の先端からワイヤ４が繰り出されて、放電によってワイヤ4の先端に形成されたボールがキャピラリ１２の先端に位置する。
【００５４】
また、キャピラリ１２の先端は、先端にかけて徐々に細くなる円錐形を成している。これは、三次元造形物８０の製造時に、キャピラリ１２先端の側面と隣のボール１４との干渉を防止するためである。
【００５５】
スパークロッド１９は、先端部が半球状の形状を成し、スパークロッド１９の先端部とキャピラリ１２先端から繰り出されたワイヤ４の先端とは、ギャップを有するように取り付けられている。放電溶接装置６０によりワイヤ４とスパークロッド１９との間に高電圧を印加して放電を行って、ワイヤ４の先端に三次元造形物８０を製造するためのボール１３を形成する。
【００５６】
このようにボール１３は、ワイヤ４とスパークロッド１９間に高電圧を印加して放電エネルギーによりキャピラリ１２の先端に形成される。
【００５７】
Ｚ軸昇降移動装置３０におけるプレート４０は、三次元造形物８０を載置し、その表面又は全体が導電性の素材で構成されている。このため、プレート４０の表面に載置された導電性のワイヤ４を用いた三次元造形物８０とプレート４０の表面とを導通状態にすることができる。
【００５８】
また、プレート４０は、放電溶接装置６０の溶接部６７の他方の出力端子に接続されており、放電溶接装置６０における溶接部６７の他方の電極として機能する。
【００５９】
［制御装置の構成］
次に、三次元造形物製造装置の制御を行う制御装置について図３を用いて説明する。図３は、三次元造形物製造装置の制御を行う制御装置の構成を示すブロック図である。
【００６０】
図３に示すように、制御装置５０は、三次元造形物製造装置１の制御を行う制御部５１が内蔵されている。制御部５１は、コンピュータを有しており、コンピュータは、三次元造形物製造装置１の制御を行うプログラムをメモリに格納している。また、制御装置５０は、Ｘ軸移動装置２０のＸ軸用モータ２１と、Ｙ軸移動装置２５のＹ軸用モータ２６と、Ｚ軸昇降移動装置３０のＺ軸用モータ３１を駆動する駆動部５２を有している。
【００６１】
また、駆動部５２は、ヘッド部３のワイヤクランプ９のソレノイド、ワイヤ供給装置７のモータの駆動を行う。尚、駆動部５２は、入出力部５４を介して制御部５１に接続されている。
【００６２】
制御装置５０における制御部５１のコンピュータは、プログラムを実行して、三次元造形物８０を製造する三次元造形物製造装置１の制御を行う。
【００６３】
また、制御装置５０は、外部の装置、例えば、図７に示すコンピュータからなる演算装置９２との通信を行ってデータを受信するための通信部５６を有している。
【００６４】
［放電溶接装置の構成］
放電溶接装置６０は、ワイヤ４とスパークロッド１９との間に高電圧を印加するボール形成手段としての放電部６５と、キャピラリ１２先端のボール１３とプレート４０に置かれた積層された最上に位置するボール１４との接合（溶接）を行うボンディング手段としての溶接部６７とを有している。
【００６５】
放電溶接装置６０におけるボール形成手段としての放電部６５は、ワイヤ４との間に高電圧を印加するスパークロッド１９に接続されている。放電部６５は、ワイヤ４とスパークロッド１９との間に高電圧を印加して放電エネルギーにより、キャピラリ１２の先端から繰り出されたワイヤ４の先端にボール１３を形成する。
【００６６】
ボール形成手段としての放電部６５は、キャピラリ１２の先端から繰り出された導電性のワイヤ４の先端部とスパークロッド１９との間で高電圧を印加し、ワイヤ４の先端部とスパークロッド１９との間の絶縁破壊後の放電電流や放電電圧の大きさを可変することが可能である。放電電流や放電電圧の大きさを可変することにより、繰り出したワイヤ４におけるボール１３の大きさを調節することができる。
【００６７】
また、放電溶接装置６０におけるボンディング手段としての溶接部６７は、キャピラリ１２の先端に形成されたボール１３をプレート４０又はプレート４０に既に積層された他のボール１４の少なくともいずれか一方に接合を行う。溶接部６７によるボール間の接合は、ボール間にギャップを設けてアーク溶接を利用したギャップ方式と、両ボールを接触させて、接触後に電流を流して抵抗発熱による抵抗溶接を利用したコンタクト方式とが可能である。
【００６８】
また、制御装置５０は、キャピラリ１２先端のボール１３とプレート４０に既に積層された他のボール１４との導通状態を検知することができる導通検知回路５８を有している。導通検知回路５８は、ワイヤクランプ９を介して接続されたワイヤ４と導電性を有するプレート４０との間に低電圧を印加して、ワイヤ４先端のボール１３と積み重ねられたボール１４の表面との導通状態を検知する
【００６９】
導通検知回路５８によって、キャピラリ１２先端のボール１３とプレート４０上における他のボール１４とが接触したかを検知できる。このため、導通検知回路５８からの検知信号により溶接部６７よる接合前の両ボール１３、１４が接触したかを判断して、ボール１３、１４間のギャップの設定、ボール間の接触検知を行うことができる。
【００７０】
このように、導通検知回路５８によって、両ボールの位置関係が定まるため、放電溶接装置６０の溶接部６７によるボール間の接合を確実に行うことができる。
【００７１】
［三次元造形物の製造］
次に、三次元造形物製造装置及び三次元造形物製造方法における、キャピラリの先端に形成されたボールと他のボールとの接合によるプレート上での積層の繰り返しにより所望の形状の三次元造形物を製造する方法について詳述する。
【００７２】
半導体装置において、バンプを積みあげて、所要のバンプの高さを確保する多段バンプを形成するボンディング方法が知られている。例えば、特許文献３における特許第４４２７２９８号公報には、キャピラリにより金属ワイヤを支持し、放電により金属ワイヤを溶融して金属ワイヤの先端にボールを形成し、ボールに荷重および超音波振動を加えて、２段以上にボールを積み重ねるようにボンディングすることにより多段バンプを形成する方法が開示されている。
【００７３】
特許文献３によれば、従来、小径のバンプを積み重ねて多段にバンプを形成する場合に、単にボンディング条件を調節するだけでは安定的にかつ確実に多段バンプを形成することができなかった。
【００７４】
このため、特許文献３に開示された多段バンプの形成方法は、ボールをボンディングする際にキャピラリからボールに作用させる荷重を、より上段に接合されるボールに対しては、より小さくなるように設定してボールをボンディングすること、また、ボールをボンディングする際にキャピラリからボールに作用させる超音波出力を、より上段に接合されるボールに対しては、より弱くなるように設定してボールをボンディングすること、また、ボールをボンディングする際にキャピラリからボールに作用させる超音波振動の作用時間を、より上段に接合されるボールに対しては、より短くなるように設定してボールをボンディングするようにしている。
【００７５】
これにより、特許文献３ではバンプを積みあげて多段バンプを形成する際に、確実にバンプを積みあげることができ、これによって所要のバンプの高さを確保することを可能とし、バンプを安定した状態で多段に積みあげた多段バンプを得ることを可能としたものである。
【００７６】
本発明は、キャピラリ１２の先端からワイヤ４を繰り出して、放電によりワイヤ４を溶融してワイヤ４の先端にボール１３を形成し、プレート４０上で積み重ねられたボール１４の表面にキャピラリ１２先端のボール１３を溶接することにより、三次元の造形物を形成する。
【００７７】
三次元造形物製造装置によるボール１３とプレート４０又は他のボール１４との溶接は、アーク溶接を利用したギャップ方式又は抵抗溶接を利用したコンタクト方式が用いられる。ボール１３は導電性の金属で形成されており、プレート４０は導電性を有している。これにより、プレート４０上に積み重ねられたボール１４全体も導電性を有している。
【００７８】
前述したように、特許文献３の多段バンプボンディングは、ボール上にボールを積み重ねて垂直方向に高さの高いバンプを形成する。
【００７９】
一方、本発明の三次元造形物製造装置１は、垂直方向のみならず、ボール１４の側面に新たなボール１４を溶接することができる。図４は、三次元の造形物を製造する際に、ボールを積層する面に空間を設けた一例を示す、三次元造形物の一部壁面の断面図である。例えば、図４に示すように、ボールを積層する際に空間１５を設けることが可能である。図４に示す空間１５ａは、ボール１４ａの直上に位置し、空間１５ａの上部に位置するボール１４ｂは、左右のボール１４ｃ、１４ｄの側面に接合されている。また、空間１５ｂは、プレート４０とボール１４ｅとの間に形成されている。
【００８０】
このように、本発明の三次元造形物製造装置１は、ボール１４の側面に新たなボールを溶接することができるため、十字形状等を含む水平方向に延びた三次元造形物８０の製造に対しても有効であり、多段バンプのボンディングにはない特徴を有している。
【００８１】
また、図４に示すように、本発明の三次元造形物製造装置１は、ボールによって形成された三次元造形物８０の面は、ボール間の接合面以外は隙間１６を有しているため、三次元造形物８０を軽量化することが可能である。
【００８２】
尚、本発明の三次元造形物製造装置１は、ボール間の隙間１６を設けることなしに、三次元の造形物を製造することが可能である。例えば、キャピラリ１２先端のボール１３とボール１４とを接合する際に、小ボールを形成してキャピラリ１２先端のボール１３に圧力を印加して、ボール間の隙間１６を埋めるようにする。また、キャピラリの先端に形成されたボール１３とプレート４０との間に電流を流すことにより、ボール１３、１４の接触面に発生する熱によってボールを溶融してボール間の隙間１６を埋めるようにしてもよい。
【００８３】
また、本発明は，従来の多段バンプを形成する多段バンプボンディングと異なり、ボールを積み重ねる際に圧力、超音波等の印加をすることなく、ボールを積み重ねられるため、ボールの扁形がなく安定した三次元の造形物を製造することができる。
【００８４】
［ギャップ方式（アーク溶接）］
放電溶接装置６０におけるボンディング手段としての溶接部６７による接合方法としては、キャピラリ１２から繰り出されたボール１３と三次元造形物８０の最上に位置するボール１４とが接近して接合を行うギャップ方式と、キャピラリ１２から繰り出されたボール１３と三次元造形物８０の最上に位置するボール１４とが接触して接合を行うコンタクト方式が可能である。
【００８５】
最初に、キャピラリ１２から繰り出されたボール１３と三次元造形物８０の最上に位置するボール１４とが接近して接合を行うギャップ方式について述べる。ギャップ方式は、キャピラリ１２の先端に形成されたボール１３と、プレート４０又はプレート４０に既に積層された他のボール１４の少なくともいずれか一方との接合において、キャピラリ１２の先端に形成されたボール１３とプレート４０に既に積層された他のボール１４との表面との間にギャップを有するように接近させて、キャピラリ１２の先端に形成されたボール１３とプレート４０との間で高電圧を印加することにより、ボール１３を溶融して接合するようにする。ボール１３とプレート４０との間に高電圧が印加されると、高温度のアークが発生して、ボール１３が溶融する。
【００８６】
以下に、ギャップ方式によるボールの接合について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。図５は、三次元造形物製造装置による三次元造形物の製造の工程を示すフローチャートであり、キャピラリの先端に形成されたボールとプレートとの間で高電圧を印加することにより、ボールを溶融して接合する場合を示す。
【００８７】
最初に、制御装置５０は、三次元造形物の位置データの情報を基にヘッド部３のキャピラリ１２をＸ軸移動装置２０、Ｙ軸移動装置２５によってＸ軸、Ｙ軸の所定の位置に移動させる。また、Ｚ軸昇降移動装置３０によってプレート４０をZ軸方向に所定の位置近傍に移動させる（図５に示すステップＳ１）。
【００８８】
次に、ワイヤクランプ９を開き、ワイヤ４をキャピラリ１２から繰り出す（ステップＳ２）。その後、ワイヤクランプ９を閉じる（ステップＳ３）
【００８９】
ワイヤクランプ９を閉じた後に、ワイヤクランプ９とスパークロッド１９と間に放電溶接装置６０の放電部６５によって高電圧を印加してボール１３を形成する（ステップＳ４）。
【００９０】
次に、Ｚ軸昇降移動装置３０によって、Z軸でプレート４０を低速で上昇させてプレート４０上の他のボール１４とキャピラリ１２先端のボール１３との導通状態を導通検知回路５８によってチェックする（ステップＳ５）。
【００９１】
制御装置５０は、導通状態確認後にプレート４０の上昇を停止するようにＺ軸昇降移動装置３０を制御する（ステップＳ６）。
【００９２】
次に、Ｚ軸昇降移動装置３０によってプレート４０をZ軸方向に所定の距離下降させて、ボール１３、１４間にギャップを設けるようにする（ステップＳ７）。
【００９３】
プレート４０の停止後、プレート４０とワイヤクランプ９との間に高電圧を印加してボール１３を溶着する（ステップＳ８）。これにより、プレート４０上の他のボール１４とキャピラリ１２先端のボール１３とがアーク放電により接合される。アーク放電により放電空間が高温となってボール１３と他のボール１４とが溶融し、放電空間に対してボール１３及び他のボール１４が溶け出すようにボール１３及び他のボール１４が変形して互いが接触して、接合される。
【００９４】
次に、Ｚ軸昇降移動装置３０を下降させて、キャピラリ１２先端のボール１３のワイヤネック部（ワイヤ先端のボールとボール表面におけるワイヤとの付け根部分）からワイヤ４を引きちぎり、ボール１４とワイヤ４とを分離する（ステップＳ９）。
【００９５】
以後、ステップＳ１からステップＳ９の動作を繰り返して、三次元造形物の位置データ分のボールを積層して三次元造形物を制作する（ステップＳ１０）
【００９６】
［コンタクト方式（抵抗溶接）］
一方、コンタクト方式は、キャピラリ１２の先端に形成されたボール１３と、プレート４０又はプレート４０に既に積層された他のボール１４の少なくともいずれか一方との接合においては、キャピラリ１２の先端に形成されたボール１３とプレート４０に既に積層された他のボール１４との表面とが接触するようにして、キャピラリ１２の先端に形成されたボール１３とプレート４０との間に電流を流すことにより、ボール１３と他のボール１４との接触面に発生する熱によってボール１３を溶融して接合するようにする。電流経路上でボール１３と他のボール１４との接触面は、抵抗を有しており、電流によって抵抗による発熱が発生して、発生した熱によりボール１３が接合される。
【００９７】
以下に、コンタクト方式によるボールの接合について、図６に示すフローチャートを用いて説明する。図６は、三次元造形物製造装置による三次元造形物の製造の工程を示すフローチャートであり、キャピラリの先端に形成されたボールとプレートに既に積層された他のボールとの表面とが接触するようにして、ボールとプレートとの間に電流を流すことにより、ボールを溶融して接合する場合を示す。
【００９８】
最初に、制御装置５０は、三次元造形物の位置データの情報を基にヘッド部３のキャピラリ１２をＸ軸移動装置２０、Ｙ軸移動装置２５によってＸ軸、Ｙ軸の所定の位置に移動させる。また、Ｚ軸昇降移動装置３０によってプレート４０をZ軸方向に所定の位置近傍に移動させる（図６に示すステップＳ２０）。
【００９９】
次に、ワイヤクランプ９を開き、ワイヤ４をキャピラリ１２から繰り出す（ステップＳ２１）。その後、ワイヤクランプ９を閉じる（ステップＳ２２）
【０１００】
ワイヤクランプ９を閉じた後に、ワイヤクランプ９とスパークロッド１９と間に放電溶接装置６０の放電部６５によって高電圧を印加してボール１３を形成する（ステップＳ２３）。
【０１０１】
次に、Ｚ軸昇降移動装置３０によって、Z軸でプレート４０を低速で上昇させてプレート４０上の他のボール１４とキャピラリ１２先端のボール１３との導通状態を導通検知回路５８によってチェックする（ステップＳ２４）。
【０１０２】
制御装置５０は、導通状態確認後にプレート４０の上昇を停止するようにＺ軸昇降移動装置３０を制御する（ステップＳ２５）。
【０１０３】
次に、キャピラリ１２の先端に形成されたボール１３とプレート４０に既に積層された他のボール１４との表面とが接触した状態で、ボール１３とプレート４０との間に電流を流す。電流を流すことにより、ボールの接触面に熱が発生してボールが溶融する（ステップＳ２６）。これにより、プレート４０上の他のボール１４とキャピラリ１２先端のボール１３とが接合される。
【０１０４】
次に、Ｚ軸昇降移動装置３０を下降させて、キャピラリ１２先端のボール１３のワイヤネック部からボール１３とワイヤを引きちぎり、ボール１４とワイヤ４とを分離する（ステップＳ２７）。
【０１０５】
ステップＳ２０からステップＳ２７の動作を繰り返して、三次元造形物の位置データ分のボールを積層して三次元造形物を制作する（ステップＳ２８）
【０１０６】
このように、放電溶接装置６０における溶接部６７による接合方法は、キャピラリ１２から繰り出されたボール１３と三次元造形物８０の最上に位置する積層されたボール１４とが接近して接合を行うギャップ方式と、キャピラリ１２から繰り出されたボールと三次元造形物８０の積層された最上に位置するボール１４とが接触して接合を行うコンタクト方式が可能である。
【０１０７】
［超音波振動等による三次元造形物の製造］
また、本発明の三次元造形物造形装置は、ボールと他のボールとの接合によってボールを積み重ねる際に、接合条件として超音波振動、圧力、熱等の印加を行うようにしてもよい。また、これら超音波振動、圧力、熱等の印加をコンタクト方式（抵抗溶接）に組み合わせてもよい。
【０１０８】
例えば、三次元造形物製造装置１は、キャピラリ１２に超音波振動を印加する超音波印加手段を備え、キャピラリ１２の先端に形成されたボール１３と、プレート４０又はプレート４０に既に積層された他のボール１４の少なくともいずれか一方との接合は、超音波印加手段からの超音波振動を利用して行うようにする。超音波印加手段としては、キャピラリ取付金具１８に超音波ホーン、超音波振動子を備えるようにして（図示せず）、超音波ホーンの先端付近にキャピラリ１２を取り付ける。
【０１０９】
［超音波の振動方向］
また、キャピラリ１２の先端に形成されたボール１３キャピラリ１２の先端に形成されたボール１３の中心とプレート４０に既に積層された他のボール１４の中心とを結ぶ線と交差する面に沿った方向に超音波振動される。これにより、超音波振動がボールに効率的に印加されて、接合が促進される。尚、超音波振動は、このボール１３の中心と他のボール１４との中心とを結ぶ線と直交する面に沿う方向であってもよい。この場合、超音波振動が印加される効率がより一層高まることとなる。
【０１１０】
また、三次元造形物製造装置１は、さらにキャピラリ１２に圧力を加えてキャピラリ１２先端のボール１３に圧力を印加する加圧手段を有する。キャピラリ１２の先端に形成されたボール１３と、プレート４０又はプレート４０に既に積層された他のボール１４の少なくともいずれか一方との接合は、加圧手段からの圧力を利用して行うようにする。
【０１１１】
加圧手段は、例えば、ヘッド部３のキャピラリ１２が取り付けられたアームの長手方向の中心付近に支点を設けるように構成して、キャピラリ１２と対向するアームの端付近に加圧機構を設けて、キャピラリが下方に圧力を発生するようにする。このように、加圧機構により、ボールとボールとの接合中に圧力を印加する。尚、加圧手段を用いた接合は、加圧のみによる接合が困難であることから、コンタクト方式（抵抗溶接）、超音波印加又はキャピラリ１２の先端のボール１３の加熱の少なくともいずれか一方を併用して使用する。
【０１１２】
また、三次元造形物製造装置１は、さらにキャピラリ１２の先端のボール１３を加熱する加熱手段を有する。キャピラリ１２の先端に形成されたボール１３と、プレート４０又はプレート４０に既に積層された他のボール１４の少なくともいずれか一方との接合は、加熱手段による熱を利用して行う。
【０１１３】
例えば、キャピラリ１２の先端付近にヒータを配し、ヒータでボールを加熱するようにする。ボールを加熱することにより、ボールが柔らかくなり変形しやすくなるため、接合が促進される。
【０１１４】
また、三次元造形物製造装置１は、キャピラリ１２に超音波振動を印加する超音波印加手段、キャピラリ１２に圧力を加えてキャピラリ１２先端のボール１３に圧力を印加する加圧手段、キャピラリ１２の先端のボール１３を加熱する加熱手段のいずれか２以上を備え、キャピラリ１２の先端に形成されたボール１３と、プレート４０又はプレート４０に既に積層された他のボール１４の少なくともいずれか一方との接合は、超音波印加手段、加圧手段、加熱手段のうちいずれか２以上を用いて行うようにする。
【０１１５】
また、ボール１３とプレート４０との間に電流を印加することにより、ボール１３の接触面に発生する熱によってボール１３を溶融して接合する抵抗溶接において、接合面への圧力印加又は超音波振動の印加の少なくともいずれか一方を併用するようにしてもよい。
【０１１６】
［三次元造形物製造システムの構成］
次に、三次元造形物製造装置を用いた三次元造形物製造システムの構成について図７を用いて説明する。図７は、三次元造形物製造システムの構成を示す構成図である。
【０１１７】
図７に示すように、三次元造形物製造システム９０は、三次元読取り装置（三次元スキャナ）９１と、コンピュータからなる演算装置９２と、表示装置９３と、三次元造形物製造装置１、と三次元造形物製造装置１を制御する制御回路５０とを有している。
【０１１８】
三次元読取り装置９１は、製造する立体物８５の全体を光等を用いたスキャナ等で走査して、計測した三次元データを出力する。
【０１１９】
コンピュータからなる演算装置９２は、三次元読取り装置９１からの三次元データを受信して、機械制御可能なデータに変換する装置である。演算装置９２は、データを表示したり、装置の状態を表示する表示装置９３を備えている。また、表示装置９３は、文字データ等を入力する入力装置としても機能する。
【０１２０】
演算装置９２からの変換された機械制御可能なデータは、制御回路５０に出力されて、三次元造形物製造装置１を制御するデータとして使用される。
【０１２１】
［三次元造形物の製造］
次に、三次元造形物製造システムによる三次元造形物の製造までの概要を図８を用いて説明する。図８は、三次元造形物製造システムにおける三次元造形物を製造するまでの工程の概要を示すフローチャートである。
【０１２２】
最初に、製造する物体の全体をスキャナ等の三次元読取り装置９１によって、スキャンして物体の三次元情報を読み取る（図８に示すステップＳ４０）。
【０１２３】
次に、三次元読取り装置９１で読み取ったデータを演算装置９２に出力し、演算装置９２は三次元ＣＡＤデータ等で読み込めるデータ形式に変換する（ステップＳ４１）。
【０１２４】
尚、三次元読取り装置９１からのデータに代えて、製造する物体を三次元ＣＡＤ等を用いて設計したデータを使用してもよい点は当然である。
【０１２５】
このように、コンピュータからなる演算装置９２によって、三次元ＣＡＤデータを機械制御可能なデータに変換する。例えば、機械制御可能なデータとしては、機械制御用プログラムであるＧコード等が知られている。
【０１２６】
変換された機械制御可能なデータは、記憶媒体に記憶したり、通信手段により制御装置５０に送信される。制御装置５０は、受信したデータを記憶装置に記憶する（ステップＳ４２）。
【０１２７】
制御装置５０は、記憶したデータを読み出して、Ｘ軸移動装置２０、Ｙ軸移動装置２５、Ｚ軸昇降移動装置３０、ヘッド部３等の制御を行い、三次元造形物８０の製造を行う（ステップＳ４３）。
【０１２８】
このように、三次元造形物製造システムにより製造する物体の全体をスキャナ等の三次元読取り装置で位置の情報である座標データを読み取ることにより、三次元造形物製造装置による三次元造形物を製造するまでの工程を短期間で実施することができる。
【０１２９】
以上述べたように、本発明によれば、導電性のワイヤを用いて三次元造形物を製造することで、高価な導電性の粉末材料を使用する必要がないため、材料費を低減することができ、安価に三次元造形物を製造することができる。
【０１３０】
また、本発明によれば、三次元造形物を製造は、高電圧を使用した電気的スパークを用いてワイヤの先端にボールを作り、そのボールを溶着してボールを整列、積層するため、高温溶解が必要なワイヤ素材も柔軟に対応することが可能であり、多種のワイヤを使用することができる。
【０１３１】
また、本発明によれば、キャピラリの先端に形成されたボールと、プレート又はプレートに既に積層された他のボールの少なくともいずれか一方との接合は、キャピラリの先端に形成されたボールと既に積層された他のボールとの表面との間にギャップを有するように接近させて、ボールとプレートとの間で高電圧を印加することにより、ボールが溶融して接合されるため、三次元造形物を確実に製造することができる。
【０１３２】
また、本発明によれば、導電性のワイヤを使用し、ワイヤの先端にボールを形成し、形成したボールを整列・積層させることで所定の三次元造形物を製造することが可能なため、他の製造方法のように、レーザ装置を用いて粉末を選択的に焼結して部品を製造する必要がない。このため、導電性のワイヤを用いることにより、導電性の粉末材料と比較して安価な材料を使用できるため、材料費を低減することができ、さらに、レーザ装置等の高価な装置を用いないため、安価に三次元造形物を製造することが可能となる。
【０１３３】
また、レーザ装置を利用する場合には、レーザ装置の管理者の選任や設置場所の設定及び管理などが法的に義務付けられているが、本発明ではレーザ装置を必要としないため、これらの法的な制約を受けることがない。
【０１３４】
また、本発明によれば、導電性のワイヤを使用し、ワイヤの先端にボールを形成し、形成したボールを積層して三次元造形物を製造する。ボールによって形成された三次元造形物の面は、ボール間の接合面以外は隙間を有しているため、三次元造形物を軽量化することが可能である。  
【０１３５】
また、本発明は、金属部材等を溶融して連続的に三次元造形を造形するものと異なり、ボールを形成し、形成したボールを積層して三次元造形物を形成するため、三次元造形物の形状に制限されることが少ないため、汎用性に優れている。
【０１３６】
また、本発明によれば、ボールとプレートとの間に電流を流すことにより、ボールの接触面に発生する熱によってボールを溶融して接合し、更に、キャピラリに超音波振動を印加する超音波印加手段、キャピラリに圧力を加えてキャピラリ先端のボールに圧力を印加する加圧手段、キャピラリの先端のボールを加熱する加熱手段のいずれかを用いることにより、ボール間の接合を確実に行うことができる。
【０１３７】
また、三次元造形物製造システムにより製造する物体の全体をスキャナ等の三次元読取り装置で位置の情報である座標データを読み取ることにより、本発明に係る三次元造形物製造装置による三次元造形物を製造するまでの工程を短期間で実施することができる。
【０１３８】
この発明は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１３９】
１      三次元造形物製造装置
３      ヘッド部
４      ワイヤ
７      ワイヤ供給装置
８      リール
９      ワイヤクランプ
１０    ワイヤガイド
１２    キャピラリ
１３    ボール（キャピラリの先端）
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ，１４ｅ    ボール（プレート上に積層）
１５、１５ａ、１５ｂ  空間
１６    隙間
１８    キャピラリ取付金具
１９    スパークロッド
２０    Ｘ軸移動装置（位置決め手段）
２１    Ｘ軸用モータ
２５    Ｙ軸移動装置（位置決め手段）
２６    Ｙ軸用モータ
３０    Ｚ軸昇降移動装置（位置決め手段）
３１    Ｚ軸用モータ
４０    プレート（導電性プレート）
５０    制御装置
５１    制御部  
５２    駆動部
５４    入出力部
５６    通信部
５８    導通検知回路
６０    放電溶接装置
６５    放電部（ボール形成手段）
６７    溶接部（ボンディング手段）
８０    三次元造形物
８５    立体物
９０    三次元造形物製造システム
９１    三次元読取り装置（三次元スキャナ）
９２    演算装置（コンピュータ）
９３    表示装置
【要約】
【課題】  スキャンしたデータ又はデザインしたデータを基に、導電性のワイヤを使用し、ワイヤの先端にボールを形成し、ボールを整列・積層させることで所定の三次元造形物を製造可能な三次元造形物製造装置及びその方法を提供する。
【解決手段】  三次元造形物を載置可能なプレート４０と、キャピラリ１２の先端から繰り出された導電性のワイヤ４の先端部とスパークロッド１９との間で高電圧を印加して放電のエネルギーによりワイヤの先端部を溶融してボール１３を形成するボール形成手段と、プレートとボール形成手段とを相対移動させて位置決めを行う位置決め手段と、キャピラリの先端に形成されたボールをプレートに既に積層された他のボール１４に接合するボンディング手段とを備え、ボール形成手段によるボールの形成、位置決め手段によるプレートとボール形成手段との相対移動、ボンディング手段によるキャピラリの先端の形成されたボールの他のボールへの接合によるプレート上での積層の繰り返しにより所望の形状の三次元造形物を製造する。
【選択図】図１【図１】
0006456568.tif 000002
【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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