(57)【要約】【課題】造形材を単に積層して三次元造形物を作製する場合と比較して、層間の密着性を高めることができる。【解決手段】積層造形装置１０は、三次元造形物を造形するための造形材を造形台に吐出する造形材吐出ヘッド１６と、造形材の表面の濡れ性を改質する表面改質ヘッド２１と、造形材の吐出及び造形材の表面の改質を繰り返して造形材を積層させることで三次元造形物が造形されるように、造形材吐出ヘッド１６及び表面改質ヘッド２１を制御するコントローラ１２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元造形物を造形するための造形材を造形台に吐出する造形材吐出手段と、
前記造形材の表面の濡れ性を改質する表面改質手段と、
前記造形材の吐出及び前記造形材の表面の改質を繰り返して前記造形材を積層させることで前記三次元造形物が造形されるように、前記造形材吐出手段及び前記表面改質手段を制御する制御手段と、
を備えた積層造形装置。
【請求項２】
撥水材を吐出する撥水材吐出手段を備え、
前記制御手段は、前記造形材が吐出される前に、少なくとも前記造形材が吐出される領域に隣接する領域に前記撥水材が吐出されるように、前記撥水材吐出手段を制御する
を備えた請求項１記載の積層造形装置。
【請求項３】
前記撥水材は、前記三次元造形物の造形を補助するためのサポート材と兼用される
請求項２記載の積層造形装置。
【請求項４】
前記撥水材吐出手段から吐出される前記撥水材の滴量が、前記造形材吐出手段から吐出される前記造形材の滴量よりも少ない
請求項２又は請求項３記載の積層造形装置。
【請求項５】
コンピュータを、請求項１〜４の何れか１項に記載の積層造形装置の制御手段として機能させるための積層造形プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層造形装置及び積層造形プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、光硬化性組成物に光を照射して前記光硬化性組成物の硬化層を形成する処理を繰り返して複数層の前記硬化層が積層一体化した造形物を形成する工程と、前記造形物の未硬化の前記光硬化性組成物を、洗浄液を用いて除去する工程と、前記造形物にプラズマを照射する工程とを有する立体モデルの光造形方法が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、立体自由造形によって物体を形成する方法であって、物体の構成材料に２つの混和しない流体を付着させる工程を含むことを特徴とする方法が開示されている。
【０００４】
特許文献３には、造形対象である立体を複数の断面要素に分割し、活性エネルギーを受けることによって硬化が促進する液状体で、描画面を有する描画台の前記描画面に、前記断面要素を断面パターンとして描画する描画工程と、前記描画台に描画された前記断面パターンを前記描画台と造形台との間に挟持した状態で、前記断面パターンを構成する前記液状体に前記活性エネルギーを付与するエネルギー付与工程と、前記活性エネルギーが付与された後の前記断面パターンを前記描画台から剥離して、前記断面パターンを前記造形台側に転写する剥離工程と、を含み、前記描画工程では、前記液状体に対する撥液性を示す領域である撥液領域と、前記撥液領域内で島状に独立し、前記液状体に対して前記撥液領域よりも親液性を示す領域である親液領域と、を有する前記描画面に前記断面パターンを描画する、ことを特徴とする造形方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２３８７１５号公報
【特許文献２】特開２００４−２６２２４３号公報
【特許文献３】特開２０１１−１７８０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
造形材を積層して三次元造形物を作製する場合、単に造形材を積層しただけでは、層間に界面が存在するため層間の接着力が低く、剥がれやすくなってしまう場合がある。
【０００７】
本発明は、造形材を単に積層して三次元造形物を作製する場合と比較して、層間の密着性を高めることができる積層造形装置及び積層造形プログラム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】
【０００８】
請求項１記載の発明の積層造形装置は、三次元造形物を造形するための造形材を造形台に吐出する造形材吐出手段と、前記造形材の表面の濡れ性を改質する表面改質手段と、前記造形材の吐出及び前記造形材の表面の改質を繰り返して前記造形材を積層させることで前記三次元造形物が造形されるように、前記造形材吐出手段及び前記表面改質手段を制御する制御手段と、を備える。
【０００９】
請求項２記載の発明は、撥水材を吐出する撥水材吐出手段を備え、前記制御手段は、前記造形材が吐出される前に、少なくとも前記造形材が吐出される領域に隣接する領域に前記撥水材が吐出されるように、前記撥水材吐出手段を制御する。
【００１０】
請求項３記載の発明は、前記撥水材は、前記三次元造形物の造形を補助するためのサポート材と兼用される。
【００１１】
請求項４記載の発明は、前記撥水材吐出手段から吐出される前記撥水材の滴量が、前記造形材吐出手段から吐出される前記造形材の滴量よりも少ない。
【００１２】
請求項５記載の発明の積層造形プログラムは、コンピュータを、請求項１〜５の何れか１項に記載の積層造形装置の制御手段として機能させるための積層造形プログラムである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１、５記載の発明によれば、造形材を単に積層して三次元造形物を作製する場合と比較して、層間の密着性を高めることができる、という効果を有する。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、造形材が吐出される領域に隣接する領域に撥水材を吐出しない場合と比較して、造形材が広がってしまうのを抑制することができる、という効果を有する。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、サポート材を吐出する専用のサポート材吐出手段を用いる場合と比較して、装置構成を簡略化できる、という効果を有する。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、撥水材及び造形材の滴量を同じにした場合と比較して、撥水材を節約することができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】積層造形装置のブロック図である。
【図２】積層造形装置の側面図である。
【図３】コントローラで実行される処理のフローチャートである。
【図４】（Ａ）は三次元造形物の平面図、（Ｂ）は三次元造形物の側面図である。
【図５】積層造形装置の側面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】吐出された造形材の液滴の理想状態を示す図である。
【図８】吐出された造形材の液滴が広がった状態を示す図である。
【図９】積層造形の工程を示す図である。
【図１０】撥水材を吐出しない場合の積層造形の工程を示す図である。
【図１１】撥水材が吐出される領域について説明するための図である。
【図１２】撥水材が吐出される領域について説明するための図である。
【図１３】撥水材の液滴の滴量を造形材の液滴の滴量よりも少なくした場合の積層造形の工程を示す図である。
【図１４】サポート材を吐出する場合の積層造形の工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１９】
図１には、本実施形態に係る積層造形装置１０ブロック図を示した。図１に示すように、積層造形装置１０は、コントローラ１２を含んで構成されている。
【００２０】
コントローラ１２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１２Ａ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１２Ｂ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１２Ｃ、不揮発性メモリ１２Ｄ、及び入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）１２Ｅがバス１２Ｆを介して各々接続された構成となっている。
【００２１】
Ｉ／Ｏ１２Ｅには、造形材収容部１４、造形材吐出ヘッド１６、撥水材収容部１８、撥水材吐出ヘッド２０、表面改質ヘッド２１、ＵＶ光源２２、ＸＹ走査部２４、造形台昇降部２６、クリーニング部２８、記憶部３０、及び通信部３２等の各機能部が接続されている。
【００２２】
造形材収容部１４は、三次元造形物を造形するための造形材を収容する。造形材は、ＵＶ（Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）光、すなわち紫外線が照射されると硬化する性質を有するＵＶ硬化型樹脂等で構成される。
【００２３】
具体的には、造形材は、例えばモノマー及びウレタンオリゴマー１を重合開始剤で重合させたものが用いられる。モノマーとしては、例えばイソボニルアクリレート及び２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピルアクリレートが用いられる。また、ウレタンオリゴマー１は、例えば２、４−トリレンジイソシアネート及びヒドロキシエチルアクリレートを反応させたものが用いられる。また、重合開始剤は、例えば１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンが用いられる。このような材料で構成された造形材の粘度は、一例として室温で８０ｃｐ程度であり、表面張力は一例として３４ｄｙｎ／ｃｍ程度である。
【００２４】
造形材吐出ヘッド１６は、ＣＰＵ１２Ａからの指示に従って、造形材収容部１４から供給された造形材を吐出する。造形材吐出ヘッド１６としては、例えばインクジェットヘッドが用いられる。なお、１回の吐出で造形材吐出ヘッド１６から吐出される造形材の滴量は、例えば１００ｐＬ程度である。
【００２５】
撥水材収容部１８は、造形材が広がるのを防ぐための撥水材を収容する。撥水材は、造形材と同様に、ＵＶ光が照射されると硬化する性質を有するＵＶ硬化型樹脂等で構成され。撥水材は、例えばフッ素化合物又はシリコーン化合物を含む材料が用いられる。
【００２６】
具体的には、撥水材は、例えばモノマー及びウレタンオリゴマー１を重合開始剤で重合させたものが用いられる。モノマーとしては、例えばイソボニルアクリレート、２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピルアクリレート、及びオクタフルオロペンチルアクリレートが用いられる。なお、オクタフルオロペンチルアクリレートに代えてサイラプレーン（チッソ社製）ＦＭ−０７１１を用いてもよい。また、ウレタンオリゴマー１は、造形材と同様に、例えば２、４−トリレンジイソシアネート及びヒドロキシエチルアクリレートを反応させたものが用いられる。また、重合開始剤は、造形材と同様に、例えば１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンが用いられる。このような材料で構成された撥水材の粘度は、一例として室温で６５ｃｐ程度であり、表面張力は一例として２５ｄｙｎ／ｃｍ程度である。
【００２７】
なお、造形材及び撥水材は相溶しないことが好ましい。また、造形材及び撥水材は、単位量当たりの、硬化に必要なＵＶ光の露光量が等しいことが好ましい。
【００２８】
撥水材吐出ヘッド２０は、ＣＰＵ１２Ａからの指示に従って、撥水材収容部１８から供給された撥水材を吐出する。撥水材吐出ヘッド２０としては、例えばインクジェットヘッドが用いられる。なお、１回の吐出で撥水材吐出ヘッド２０から吐出される撥水材の滴量は、例えば造形材と同じ１００ｐＬ程度である。
【００２９】
なお、詳細は後述するが、撥水材は、作製したい三次元造形物がオーバーハングした形状、すなわち、上側が突き出た形状を有する場合に、突き出た部分を支持するためのサポート材としての機能を有しても良い。
【００３０】
表面改質ヘッド２１は、造形台上に吐出された造形材及び撥水材の表面の濡れ性が向上するように改質する。表面改質ヘッド２１は、本実施形態では、一例としてプラズマを照射するプラズマ照射ヘッドである。造形台上に吐出された造形材及び撥水材の表面にプラズマを照射することにより、プラズマの照射前と比較して、造形台上に吐出された造形材及び撥水材の表面の濡れ性が向上する。なお、プラズマの照射時間は一例として３秒程度である。また、表面改質ヘッド２１は、プラズマを照射するプラズマ照射ヘッドではなく、ＵＶオゾンを照射するＵＶオゾン照射ヘッドとしてもよい。
【００３１】
ＵＶ光源２２は、造形材吐出ヘッド１６から吐出された造形材及び撥水材吐出ヘッド２０から吐出された撥水材に対してＵＶ光をＺ軸方向に照射し、硬化させる。ＵＶ光源２２としては、例えばキセノンランプ、ＬＥＤ、水銀ランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等が用いられる。なお、ＵＶ光の出力は、例えば２０００ｍＷ／ｃｍ２程度であり、照射時間は１秒程度である。
【００３２】
図２に示すように、表面改質ヘッド２１、造形材吐出ヘッド１６、撥水材吐出ヘッド２０、及びＵＶ光源２２は、この順序でＸＹ走査部２４が備える走査軸２４Ａに取り付けられている。撥水剤がサポート材を兼用しない場合は、さらにサポート材吐出ヘッドを備える。なお、表面改質ヘッド２１、造形材吐出ヘッド１６、撥水材吐出ヘッド２０、及びＵＶ光源２２の順序は、これに限られるものではない。
【００３３】
ＸＹ走査部２４は、表面改質ヘッド２１、造形材吐出ヘッド１６、撥水材吐出ヘッド２０、及びＵＶ光源２２がＸ方向及びＹ方向に移動するように、すなわちＸＹ平面上を２次元で走査するように走査軸２４Ａを駆動する。
【００３４】
造形台昇降部２６は、図２に示す造形台３４をＺ軸方向に昇降させる。ＣＰＵ１２Ａは、三次元造形物を作製する際には、撥水材の吐出、造形材の吐出、吐出された造形材及び撥水材へのＵＶ光の照射、ＵＶ光の照射により硬化された造形材及び撥水材の表面の改質、が繰り返されるように、撥水材吐出ヘッド２０、造形材吐出ヘッド１６、ＵＶ光源２２、及び表面改質ヘッド２１を制御する。また、ＣＰＵ１２Ａは、表面改質ヘッド２１、造形材吐出ヘッド１６、撥水材吐出ヘッド２０、及びＵＶ光源がＸＹ平面上を走査するようにＸＹ走査部２４を制御すると共に、造形台３４がＺ軸方向に徐々に下降するように造形台昇降部２６を制御する。
【００３５】
なお、ＣＰＵ１２Ａは、三次元造形物を造形する際には、造形材吐出ヘッド１６、撥水材吐出ヘッド２０、表面改質ヘッド２１、及びＵＶ光源２２と造形台３４上の三次元造形物とが接触しないように、造形材吐出ヘッド１６、撥水材吐出ヘッド２０、表面改質ヘッド２１、及びＵＶ光源２２から造形台３４上の三次元造形物までのＺ軸方向における距離が予め定めた距離以上となるように造形台昇降部２６を制御する。
【００３６】
クリーニング部２８は、造形材吐出ヘッド１６、撥水材吐出ヘッド２０、表面改質ヘッド２１、及びＵＶ光源２２に付着した材料を吸引する等してクリーニングする機能を有する。例えば、クリーニング部２８は、造形材吐出ヘッド１６、撥水材吐出ヘッド２０、表面改質ヘッド２１、及びＵＶ光源２２の走査範囲外の退避領域に設けられ、クリーニングを実行する際には、造形材吐出ヘッド１６、撥水材吐出ヘッド２０、表面改質ヘッド２１、及びＵＶ光源２２を前記退避領域に退避させてからクリーニングを実行する。
【００３７】
記憶部３０は、後述する積層造形プログラム３０Ａ、造形材データ３０Ｂ、撥水材データ３０Ｃを記憶する。なお、造形材データ３０Ｂは、造形材を吐出すべき領域（座標）を表すデータであり、撥水材データ３０Ｃは、撥水材を吐出すべき領域（座標）を表すデータである。なお、撥水材を吐出すべき領域は、本実施形態では造形材を吐出すべき領域以外の領域である。
【００３８】
ＣＰＵ１２Ａは、記憶部３０に記憶された積層造形プログラム３０Ａを読み込んで実行する。また、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に積層造形プログラム３０Ａを記録し、これをＣＤ−ＲＯＭドライブ等で読み込むことにより実行するようにしてもよい。
【００３９】
通信部３２は、三次元造形物の造形材データ３０Ｂを出力する外部装置とデータ通信を行うためのインターフェースである。
【００４０】
ＣＰＵ１２Ａは、外部装置から送信された造形材データ３０Ｂと、造形材データ３０Ｂに基づいて生成した撥水材データ３０Ｃと、に従って積層造形プログラム３０Ａを実行することにより、三次元造形物を作製する。
【００４１】
次に、本実施形態の作用について説明する。図３には、ＣＰＵ１２Ａで実行される積層造形プログラム３０Ａのフローチャートを示した。なお、図３に示す処理は、外部装置から三次元造形物の作製を指示されると実行される。
【００４２】
また、本実施形態では、一例として図４に示すような三次元造形物４０を作製する場合について説明する。図４（Ａ）は三次元造形物４０の平面図、図４（Ｂ）は三次元造形物４０の側面図である。図４（Ｂ）に示すように、三次元造形物４０は、側面から見た場合に、両端側の形状は、下から斜め上方向に延びる形状、すなわちオーバーハングした形状となっている。
【００４３】
ステップＳ１００では、三次元造形物４０の造形材データ３０Ｂを外部装置から受信し、記憶部３０に記憶させる。三次元造形物４０の造形材データ３０Ｂのフォーマットとしては、例えば三次元形状を表現するデータのフォーマットであるＳＴＬ（Standard Triangulated Language）フォーマットが用いられるが、これに限られるものではない。
【００４４】
ステップＳ１０２では、ステップＳ１００で受信した造形材データ３０Ｂに従って、撥水材データ３０Ｃを生成する。本実施形態では、撥水材を吐出すべき領域は、造形材を吐出すべき領域以外の領域である、従って、撥水材データ３０Ｃは、造形材を吐出すべき領域以外の領域を表すデータとして生成される。このように、撥水材を吐出するための撥水材データ３０Ｃを自動で生成するため、ユーザーに撥水材を吐出するための領域を指定させたりする等の入力作業をさせる必要がない。なお、撥水材データ３０Ｃを自動で生成するのではなく、予め作成された撥水材データ３０Ｃを外部装置から受信して記憶部３０に記憶させてもよい。
【００４５】
ステップＳ１０４では、造形材データ３０Ｂ及び撥水材データ３０Ｃに基づいて、造形材及び撥水材により造形された三次元造形物をＸＹ平面でＺ軸方向、すなわち積層方向にスライスしたスライスデータを生成する。これにより、三次元造形物４０をＸＹ平面でスライスしたスライスデータが積層方向に複数生成される。例えば図５に示すように、造形材４０Ａ及び撥水材４１により造形された三次元造形物造形材のＡ−Ａ線断面のスライスデータを図６に示す。図６に示すように、領域４２、４４には撥水材４１が吐出され、領域４８には造形材４０Ａが吐出される。なお、図２に示すように、下方が空間となる領域４２に吐出される撥水材４１は、サポート材としても機能する。
【００４６】
ステップＳ１０６では、表面改質処理を実行する。すなわち、表面改質ヘッド２１がＸＹ平面を走査するようにＸＹ走査部２４を制御すると共に、表面改質ヘッド２１からプラズマが照射されるように表面改質ヘッド２１を制御する。最初は、造形材４０Ａ及び撥水材４１の何れも吐出されていないので、造形台３４の表面が改質されることとなる。
【００４７】
ステップＳ１０８では、撥水層形成処理を実行する。すなわち、撥水材吐出ヘッド２０がＸＹ平面を走査するようにＸＹ走査部２４を制御すると共に、ステップＳ１０４で生成したスライスデータに従って撥水材４１が吐出されるように撥水材吐出ヘッド２０を制御する。
【００４８】
ステップＳ１１０では、造形層形成処理を実行する。すなわち、造形材吐出ヘッド１６がＸＹ平面を走査するようにＸＹ走査部２４を制御すると共に、ステップＳ１０４で生成したスライスデータに従って造形材４０Ａが吐出されるように造形材吐出ヘッド１６を制御する。吐出された造形材４０Ａは、例えば図７に示すように、各液滴が周囲に広がらないのが理想的である。しかしながら、造形材４０Ａを吐出しただけでは、図８に示すように、吐出された造形材４０Ａは広がり、近くに吐出された造形材４０Ａと合わさってしまう。これに対して、本実施形態では、造形材４０Ａが吐出される領域以外の領域に撥水材４１を吐出して撥水層を形成してから造形材４０Ａを吐出するため、吐出された造形材４０Ａが広がって近くに吐出された造形材４０Ａと合わさってしまうのが抑制される。
【００４９】
ステップＳ１１２では、ＵＶ光照射処理を実行する。すなわち、ＵＶ光源２２がＸＹ平面を走査するようにＸＹ走査部２４を制御すると共に、ＵＶ光源２２からＵＶ光が照射されるようにＵＶ光源２２を制御する。これにより、ステップＳ１０８で形成された撥水層及びステップＳ１１０で形成された造形層が硬化する。
【００５０】
ステップＳ１１４では、造形台３４がＺ軸方向へ１層分下降するように造形台昇降部２６を制御する。
【００５１】
ステップＳ１１６では、造形が終了したか否かを判断し、終了していなければステップＳ１１８へ移行し、造形を終了していれば本ルーチンを終了する。
【００５２】
ステップＳ１１８では、造形材吐出ヘッド１６及び撥水材吐出ヘッド２０のクリーニングを実行するタイミングが到来したか否かを判断する。そして、クリーニングを実行するタイミングが到来した場合はステップＳ１２０へ移行する。一方、クリーニングを実行するタイミングが到来していない場合はステップＳ１０６へ移行し、次の層の造形処理を続行する。
【００５３】
クリーニングを実行するタイミングとしては、例えば予め定めた期間が経過する毎、造形材４０Ａ及び撥水材４１の少なくとも一方が予め定めた量を消費する毎等が挙げられるが、これらに限られるものではない。
【００５４】
クリーニングを実行するタイミングとして予め定めた期間が経過する毎とする場合、例えば前記期間を様々に変えて造形材吐出ヘッド１６及び撥水材吐出ヘッド２０の詰まりの状態を測定し、詰まりが発生しない期間のうち最も長い期間に設定することが好ましい。前記期間が短いほどクリーニングの回数が増加して、造形処理が終了するまでの時間が長くなるためである。これにより、クリーニングの無駄な実行が抑制される。
【００５５】
ステップＳ１２０では、造形材吐出ヘッド１６及び撥水材吐出ヘッド２０が退避領域に移動するようにＸＹ走査部２４に指示すると共に、クリーニング部２８に造形材吐出ヘッド１６及び撥水材吐出ヘッド２０のクリーニングを実行するよう指示する。これにより、造形材吐出ヘッド１６及び撥水材吐出ヘッド２０が退避領域に移動し、クリーニング部２８が、造形材吐出ヘッド１６及び撥水材吐出ヘッド２０をクリーニングする。なお、クリーニングを実行するタイミングとして、造形材４０Ａ及び撥水材４１の少なくとも一方が予め定めた量を消費する毎としていた場合は、予め定めた量を消費した材料を吐出するヘッドのみをクリーニングするようにしてもよい。
【００５６】
なお、撥水材４１は、図３の処理終了後、例えば機械的に剥離する、加熱により剥離する、溶解により剥離する等の方法により除去する。撥水材４１は、ＵＶ光の照射による硬化後の強度が造形材４０Ａと比べて弱いため容易に剥がせる。
【００５７】
このように、本実施形態では、表面改質、撥水層形成、造形層形成、及びＵＶ照射を繰り返すことにより造形材４０Ａ及び撥水材４１を積層して三次元造形物を作製する。
【００５８】
図９には、積層造形の工程の概略を示した。図９に示すように、１層目は、まず表面改質ヘッド２１によりプラズマ５０が照射されることにより造形台３４の表面が改質される。その後、撥水材吐出ヘッド２０により撥水材４１が造形台３４に吐出される。その後、造形材吐出ヘッド１６により造形材４０Ａが造形台３４に吐出される。このように、造形層が形成される前に撥水層が形成されているため、造形材４０Ａが広がることにより、隣接して吐出された造形材４０Ａ同士が合わさって更に広がってしまい、解像度が低下してしまうのが抑制される。その後、ＵＶ光源２２によりＵＶ光が照射され、造形材４０Ａ及び撥水材４１が硬化する。なお、図９においてはＵＶ光の照射による硬化については省略している。
【００５９】
そして、２層目は、図９に示すように、表面改質ヘッド２１により１層目の造形材４０Ａ及び撥水材４１上にプラズマ５０が照射されることにより、１層目の造形材４０Ａ及び撥水材の表面５２の濡れ性が向上する。その後、１層目と同様に、撥水材４１及び造形材４０Ａが吐出され、撥水層及び造形層が形成される。これをｎ層まで繰り返した後、撥水材４１を除去することで三次元造形物が作製される。
【００６０】
例えば１層目の撥水材４１及び造形材４０Ａの吐出後に表面改質を行わずに２層目の撥水材４１及び造形材４０Ａを吐出した場合、１層目の撥水材４１の撥水性によって２層目の撥水材４１及び造形材４０Ａが弾かれ、２層目の撥水層及び造形層が形成できない場合があるが、本実施形態では、各層の形成後に表面改質を行うので、各層の密着性が低下するのが抑制される。従って、オーバーハングした形状も作製可能となる。
【００６１】
なお、造形材として広がりにくい材料を用いた場合は、撥水材吐出ヘッド２０を省略し、撥水層の形成を省略してもよい。この場合、図１０に示すように、造形材吐出ヘッド１６により造形材４０Ａを吐出して１層目の造形層を形成した後、表面改質ヘッド２１によりプラズマ５０を照射して１層目の造形層の表面を改質し、ＵＶ光源２２によりＵＶ光を照射して１層目の造形層を硬化させる。なお、図１０においてはＵＶ光の照射による硬化については省略している。その後、１層目と同様に２層目の造形層を形成する。
【００６２】
造形層のみを形成する場合でも、ＵＶ光の照射による硬化後は、各造形層間の密着性が弱く剥がれやすくなるため、各造形層間で表面改質を実行することにより、各造形層間の密着性が低下して剥がれやすくなるのが抑制される。
【００６３】
また、本実施形態では、撥水材４１がサポート材を兼用し、造形材４０Ａが吐出される領域以外の全領域に撥水材４１が吐出される場合について説明した。例えば図１１に示すように、或る層の平面形状がアルファベットのＴの形状であった場合、Ｔの形状以外の全領域に撥水材４１が吐出された後、Ｔの形状の領域に造形材４０Ａが吐出される。
【００６４】
このように、造形材４０Ａが吐出される領域以外の全領域に撥水材４１を吐出するのではなく、造形材４０Ａが吐出される領域に隣接する領域にのみ撥水材が吐出されるようにしてもよい。例えば図１２に示すように、或る層の平面形状がアルファベットのＴの形状であった場合、Ｔの形状に隣接する領域にのみ撥水材４１を吐出する。この場合、撥水材４１は残したままでも良いし、剥がしても良い。
【００６５】
また、本実施形態では、撥水材吐出ヘッド２０から吐出される撥水材４１の滴量が、造形材吐出ヘッド１６から吐出される造形材４０Ａの滴量とほぼ同じ場合について説明したが、図１３に示すように、撥水材吐出ヘッド２０から吐出される撥水材４１の滴量が、造形材吐出ヘッド１６から吐出される造形材４０Ａの滴量よりも小さくなるようにしてもよい。この場合、例えば撥水材吐出ヘッド２０から吐出される撥水材４１の液滴の滴量は１０ｐＬ程度、造形材吐出ヘッド１６から吐出される造形材４０Ａの液滴の滴量は約１００ｐＬ程度である。この場合、撥水材４１が節約される。また、本発明者らは、ラインとスペースとの比が１：１のストライプパターンを描画した際に、解像可能な最も細いライン、すなわち、ライン間のスペースを認識可能な最も細いラインの幅を測定したところ、約２５０μｍであった。一方、撥水材４１及び造形材４０Ａの滴量を同じにした場合、解像可能な最も細いラインの幅は約５００μｍであった。
【００６６】
また、本実施形態では、撥水材４１がサポート材を兼用する場合について説明したが、図１３に示すように、サポート材５４を吐出するサポート材吐出ヘッド５６を設けた構成としてもよい。この場合、図１３に示すように、表面改質ヘッド２１による表面改質、撥水材吐出ヘッド２０による撥水材４１の吐出、造形材吐出ヘッド１６による造形材４０Ａの吐出、サポート材吐出ヘッド５６によるサポート材５４の吐出、ＵＶ光源２２によるＵＶ光５８の照射、を繰り返すことにより各層が形成される。
【００６７】
なお、サポート材５４としては、例えばモノマー、数平均分子量（Ｍｎ）が異なる複数種類のポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）、フェノチアジンを重合開始剤で重合させたものが用いられる。モノマーとしては、例えばＮ−ヒドロキシアクリルアミドが用いられる。また、複数種類のＰＰＧとしては、例えばＭｎが約４００のもの及びＭｎが約１０００のものが用いられる。また、重合開始剤としては、例えば１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンが用いられる。このようなサポート材は、例えば三次元造形物の造形終了後に水に数時間漬浸することで溶解除去すればよい。
【００６８】
また、造形材４０Ａ及び撥水材４１としてソリッドインクを用いてもよい。この場合、造形材吐出ヘッド１６及び撥水材吐出ヘッド２０としては、例えば加熱ディスペンサが用いられる。なお、事前に暖めておけばインクジェットヘッドを用いてもよい。また、ソリッドインクは急速に硬化するため、ＵＶ光源２２は省略される。また、造形材４０Ａとしては、例えばオクタデカノール及び粘着性付与材を混合したものが用いられる。この場合の造形材４０Ａの粘度は、一例として８０℃で１１ｃｐ程度であり、表面張力は、一例として３５ｄｙｎ／ｃｍ程度である。また、撥水材４１は、例えばオクタデカノール、粘着性付与材、及びフッ素系界面活性剤を混合したものが用いられる。この場合の撥水材４１の粘度は、一例として８０℃で１１ｃｐ程度であり、表面張力は、一例として２４ｄｙｎ／ｃｍ程度である。なお、撥水材４１をサポート材と兼用する場合は、例えばオクタデカノールに代えてラウリルアルコールを用いる。この場合の撥水材４１の粘度は、一例として８０℃で８ｃｐ程度であり、表面張力は、一例として２４ｄｙｎ／ｃｍ程度である。
【００６９】
また、本実施形態では、表面改質ヘッド２１、造形材吐出ヘッド１６、撥水材吐出ヘッド２０、及びＵＶ光源２２がＸ方向及びＹ方向に移動する、すなわちＸＹ平面上を２次元で走査する場合について説明したが、表面改質ヘッド２１、造形材吐出ヘッド１６、撥水材吐出ヘッド２０、及びＵＶ光源２２を、造形面の幅以上の長さを有する長尺状の構成とし、Ｘ方向又はＹ方向の一方向に走査する構成としてもよい。
【００７０】
また、本実施形態では、造形材吐出ヘッド１６等がＸＹ平面上を走査しながら造形台３４がＺ軸方向に徐々に下降する場合について説明したが、造形台３４を固定とし、造形材吐出ヘッド１６等がＸＹ平面上を走査しながらＺ軸方向に徐々に上昇するようにしてもよい。また、両者がＺ軸方向に離間するように移動してもよい。
【００７１】
なお、本実施形態で説明した積層造形装置１０の構成（図１参照）は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要な部分を削除したり、新たな部分を追加したりしてもよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７２】
１０   積層造形装置
１２   コントローラ
１４   造形材収容部
１６   造形材吐出ヘッド
１８   撥水材収容部
２０   撥水材吐出ヘッド
２１   表面改質ヘッド
２２   ＵＶ光源
２４   ＸＹ走査部
２６   造形台昇降部
２８   クリーニング部
３０   記憶部
３０Ａ 積層造形プログラム
３０Ｂ 造形材データ
３０Ｃ 撥水材データ
３２   通信部
３４   造形台
４０   三次元造形物
４０Ａ 造形材
４１   撥水材
５４   サポート材
５６   サポート材吐出ヘッド
【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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