(57)【要約】【課題】比較的廉価で高速造形が可能な三次元造形装置を提供する。【解決手段】各断面形状を高い解像度で描画する第１の描画領域と、低い解像度で描画する第２の描画領域に区分けして、第１の描画領域を高い解像度でモデル材を吐出する第１のノズルヘッドで描画し、第２の描画領域を第１のノズルヘッドより低い解像度でモデル材を吐出する第２のノズルヘッドで描画することにより、集積度の高いノズルヘッドを広い範囲で使用せずとも立体形状の高速造形を可能とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モデル材を吐出することにより立体形状を構成する各断面形状層を描画し、これらの断面形状層を順次積層することにより、３次元の立体形状を形成する三次元造形装置であって、
一回当たりの吐出範囲として、造形対象となる立体画像の形成に求められる高い解像度に対応する大きさと液滴量のモデル材を吐出する第1の吐出ノズルを１以上備える第１のノズルヘッドと、
前記モデル材の一回当たりの吐出範囲が、前記第１の吐出ノズルよりも整数倍大きい第２の吐出ノズルを1以上備える第２のノズルヘッドと、
第１の描画領域を前記第１のノズルヘッドにより描画し、前記第１の描画領域以外の第２の描画領域を前記第２のノズルヘッドにより描画するよう制御する制御部と、
を備える三次元造形装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１の描画領域を規定する第１の描画データと、前記第２の描画領域を規定する第２の描画データを取得して、該第１の描画データ及び前記第２の描画データに基づいて、前記第１のノズルヘッド及び前記第２のノズルヘッドを制御する請求項１に記載の三次元造形装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記断面形状データに基づいて、前記第１の描画領域を規定する前記第１の描画データと、前記第２の描画領域を規定する第２の描画データを作成し、前記第１の描画データと、前記第２の描画データに基づいて、前記第１のノズルヘッド及び前記第２のノズルヘッドを制御する請求項１に記載の三次元造形装置。
【請求項４】
前記第２のノズルヘッドは、大きさの異なる前記第２の吐出ノズルを複数備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の三次元造形装置。
【請求項５】
前記第２のノズルヘッドは、短辺が前記第１の吐出ノズルの径と同じ長さであり長辺方向の長さが前記第１の吐出ノズルの径の整数倍のスリット状の吐出口からなる前記第２の吐出ノズルを備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の三次元造形装置。
【請求項６】
前記第２のノズルヘッドは、前記スリット状の吐出口の長辺方向の長さがそれぞれ整数倍異なる複数の前記第２の吐出ノズルを備えることを特徴とする請求項５に記載の三次元造形装置。
【請求項７】
前記第２の吐出ノズルは、前記スリット状の吐出口が、前記第１のノズルの列と直交する方向に伸びていることを特徴とする請求項５又は６に記載の三次元造形装置。
【請求項８】
前記第２のノズルヘッドは、スリットコーター方式のノズルを備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の三次元造形装置。
【請求項９】
モデル材を吐出することにより立体形状を構成する各断面形状層を描画し、これらの断面形状層を順次積層することにより、３次元の立体形状を形成する三次元造形方法であって、
造形対象となる立体形状に求められる解像度に対応する所定の精度で描画する第１の描画領域を規定する第１の描画データと、前記第１の描画領域よりも解像度の低い第２の描画領域を規定する第２の描画データを取得する工程と、
前記第１の描画データに基づいて前記第１の描画領域を第１のノズルヘッドにより描画し、第２の描画データに基づいて前記第２の描画領域を第２のノズルヘッドにより描画する工程と、
を備える三次元造形方法。
【請求項１０】
前記第１の描画データと前記第２の描画データを取得する工程は、前記立体形状の断面形状データ及び所定の制御データに基づいて、前記第１の描画データと前記第２の描画データを生成することを特徴とする請求項第９に記載の三次元造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体を立体的形状に積層造形する装置及び方法に関する。積層造形とは、造形材（モデル材）により断面形状を描画しそれを積層していくことにより、任意の三次元造形物を形成するもので、このような積層造形を行う装置を一般的には３Ｄ（三次元）プリンター又は立体造形装置と称する。本発明は特に、ノズルからモデル材を吐出して造形する方式の三次元造形装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、造形用の材料(モデル材)及びサポート材をインクジェットノズル等で吐出することにより立体構造の断面形状を描画し、描画した断面形状を硬化させた後順次積層していくことにより、任意の立体形状を造形する三次元造形装置が種々提案されている。例えば、特許文献１には、複数のノズルからなる3種類のノズル列を設け、各ノズル列からそれぞれモデル材及びサポート材を吐出して立体像の断面形状層を描画し、これらの断面形状層を順次積層して立体造形を行う三次元造形装置が開示されている。
また、特許文献２には、吐出ノズルを複数個配列したヘッドユニットを吐出材料の種類ごとに複数個設けたマルチヘッドユニットを、一軸方向に移動させながら支持体用材料を吐出して支持体を形成した後に造形物用材料を噴射して積層する三次元造形装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４―２５５８３９号
【特許文献２】特開２００４―９０５３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような三次元造形装置では、立体形状を平面方向に輪切りにした断面形状を表わす薄い断面形状層（2次元描画層、または2.5次元の描画層と称する）を順次積層して、最終立体形状を造形する。そのため、印刷（造形）ヘッド（以下、「ノズルヘッド」と称する）または描画テーブルをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動（走査）させることにより、まず１つの２次元描画層（断面形状層）を形成する。その後、形成した２次元描画層の上に次の２次元描画層を形成して順次積層していく。立体形状が完成するまでには、２次元描画層をその後Ｚ方向へ何千層も積層する必要があるため、一つの立体形状の造形には数時間から数十時間という膨大な時間が必要となる。
【０００５】
例えば、特許文献１は、３種類のノズル（ノズル列２乃至４）を用いてそれぞれサポート部材、離型材、及びモデル材を吐出させて立体形状を形成している。対象となる三次元造形物を水平面方向にスライスしたデータを受信すると、ノズル列２、ノズル列３、ノズル列４の各ノズル列から、それぞれ異なる種類の液滴（第２のサポート材、モデル材、及び第１のサポート材）を吐出して、厚さ10μｍ程度の平面方向の断面形状を描画する（明細書の段落「００１４」参照）。
なお、サポート材とは、モデル材により形成される造形部分がオーバーハングした形状等の場合に、当該部分のモデル材の描画を可能にするための予めオーバーハング部を支持するための支持部を造形するための造形補助材料である。離型材とは、立体形状の描画が完了後に、モデル材とサポート材を容易に分離するための補助材料である。
【０００６】
この特許文献１に係る立体画像形成装置は、複数のノズルを備えるものの、モデル材を吐出するノズル列は１個のみであり、この一個のノズル列を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の２つの軸方向（以下、「Ｘ−Ｙ方向」と称する）へ移動させて一つの断面形状層（２次元描画層）を形成する。形成した２次元描画層を硬化した後にテーブルを所定の高さ(例えば約10μｍ程度)だけＺ方向（上方向）へ上昇させ、硬化した２次元描画層の上に次の断面形状層を描画する。これを順次繰り返すことにより、２次元描画層が積層され立体形状が作成される。
【０００７】
一つの２次元描画層の形成するためには、ノズル列をＸ−Ｙ方向に走査する必要があり、通常、数千個から数万個の２次元描画層を積層して最終立体形状が完成する。ここで、一つの２次元描画層を形成するために、ノズル列をＸ−Ｙ方向に走査する必要があるため立体形状の完成までに、Ｘ−Ｙ方向の走査を数千回から数万回繰り返すことになる。そのため、立体形状の造形には多くの時間を必要とする。
【０００８】
このような立体形状の造形時間を短縮するために、特許文献２では複数のノズルを走査する一つの軸方向（例えばＸ方向）の長さに相当する長さだけ配置したマルチヘッドユニットを、一軸方向（例えばＹ軸方向に移動（走査）させることにより積層造形をする構成を提案している（明細書の段落「００１８」参照）。ノズル列の長さを、例えばＸ軸方向の長さ分のノズル列とすることにより、マルチヘッドユニットをＸ軸方向に移動させる走査は不要となる。これにより、一軸方向（Ｙ軸方向）のみ移動させるだけで、1つの断面形状層の描画（２次元描画層）を完成させることが可能となり、高速造形が可能となる。
【０００９】
確かに、特許文献２に係る発明はノズルヘッドを一つの軸方向に移動するだけで２次元描画層（断面形状層）の形成が可能であるので、高速造形が可能となる。しかし、この構成は、複数のノズルを少なくとも立体形状の一軸方向の長さとほぼ同じ長さに亘り配列する必要がある。しかし、このような高集積化された大きなノズルヘッドを製造するには高度な製造技術が要求され、極めて大きなコストアップ要因となる。
【００１０】
すなわち、三次元造形装置の各ノズルの径は求められる造形精度によって異なるが、通常１０μｍ程度の径の細いノズルである。１０μｍという細い径のノズルを立体形状の一軸（Ｘ軸又はＹ軸）の長さ全体に亘り、1つの欠陥もなく精度よく配列するには高度の製造技術が求められる。このような高い集積度の長いノズルヘッドを製造するには、極めて高い製造技術が必要となり、製造歩留まりが極端に悪くなる。そのため製造コストが大幅にアップし、装置全体のコストアップの要因となる。
【００１１】
本発明は、従来技術の三次元造形装置におけるこれらの問題点に鑑みてなされたものであり、高速描画可能な廉価な三次元造形装置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】
【００１２】
上記した目的を達成するために、本発明に係る三次元造形装置は、
モデル材を吐出することにより立体形状を構成する各断面形状層を描画し、これらの断面形状層を順次積層することにより、３次元の立体形状を形成する三次元造形装置であって、
一回当たりの吐出範囲として、造形対象となる立体画像の形成に求められる高い解像度に対応する大きさと液滴量のモデル材を吐出する第1の吐出ノズルを１以上備える第１のノズルヘッドと、
前記モデル材の一回当たりの吐出範囲が、前記第１の吐出ノズルよりも整数倍大きい第２の吐出ノズルを1以上備える第２のノズルヘッドと、
第１の描画領域を前記第１のノズルヘッドにより描画し、前記第１の描画領域以外の第２の描画領域を前記第２のノズルヘッドにより描画するよう制御する制御部と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
上記した構成の三次元造形装置によれば、従来技術において第１のノズルヘッドで描画していた領域の一部（第２の描画領域）を、ノズル集積度の低い第２のノズルヘッドにより描画するので、第１のノズルヘッドの長さを短くすることができる。第２のノズルヘッドは、第１のノズルヘッドに比べて高い集積技術を必要としないので、製造歩留まりも上がり、ノズルヘッドの製造コストを低減することが可能となる。第２のノズルヘッドとしては、インクジェットノズルでなくともよく、例えばスリットコーター等を使用することができる。
【００１４】
このように、描画精度の異なる第１のノズルヘッドと第２のノズルヘッドに分けて描画を行うことができるのは、以下の理由による。
通常、例えば、円柱とその円柱を挿入するソケットを造形する場合には、円柱部分と、ソケットの外形形状部分については高い精度が求められるが、円柱の内部構造等はそれほど高い精度は要求されない。そのような場合、外側の部分だけを第１のノズルヘッドで描画し、円柱の内部は比較的多くのモデル材を第２のノズルヘッドにより描画しても特に問題は生じない。このように、造形対象となる立体形状には、立体形状の用途や目的等に応じて、高い精度が要求される部分と、さほど高い精度は要求されない部分がある。本発明は、造形する立体形状に求められる各部の精度に応じて、高い精度が要求される部分とそれ以外の部分とに分けて、それぞれ異なるヘッドにより描画するものである。
【００１５】
なお、第１の描画領域と第２の描画領域は、制御部に予め記憶している所定の実行分ログラムを実行することにより、断面形状データ及び制御データに基づいて、作成するよう構成することができる。
【００１６】
なお、本明細書においては、断面形状層を高い精度が求められる部分（第１描画領域）とそれ以外の部分（第２描画領域）の２つのみに区分した例を示したが、第２描画領域を更に複数の段階に分ける（例えば、密度又は強度の違い等により分ける）ことも可能である。
【００１７】
第２のノズルヘッドとして、例えばスリットコーターを採用することにより、第２の描画領域の描画の際に、第２のノズルヘッドを高速で移動させる（走査する）ことが可能となり、全体の描画速度を高速で描画することが可能となる。
【００１８】
また、精密描画できるノズルヘッドを短くすれば、製造歩留まりを上げて、ノズルヘッドの製造コストを下げることができる。
例えば、第１のノズルヘッドをＸ軸の半分の長さとし、第２のノズルヘッドを残りの長さとすることにより、少なくとも高精度の第１のノズルヘッドはＸ軸の半分の長さで良いので、第１のノズルヘッドをＸ軸全体の長さのノズルヘッドにする場合に比べれば、製造歩留まりが向上する。
【００１９】
なお、上記した構成において、第２のノズルの形状は、円筒形状のノズルであっても、第１のノズルの径と同じ大きさで横方向に長く延びるスリット形状のノズル等、種々の形状とすることが可能である。
【００２０】
また、第１の描画部分と第２の描画部分は、造形しようとする立体形状の機能や特性に応じて形状または大きさを変更または指定することができるよう構成することが可能である。例えば、上述したように円柱の立体形状を造形する場合において、円柱の内部構造の精度や密度が問題とならない場合には、円柱の外形から内部に向かって１５％〜２０％程度の部分のみを第１のノズルヘッドで描画し、残りの内部構造部分は一度に大量のモデル材を噴射できる第２のノズルヘッドで描画するようにするよう構成する。
【００２１】
また、円柱内部に特に強度が求められる場合や、特殊な機能が求められる場合等には、内部のモデル材として、外側のモデル材とは異なる種類のモデル材を使用しても良い。例えば、電気伝導性、熱伝導性、断熱性、多孔質生等が求められる場合には、それらの要求機能に応じて、第１のノズルヘッドと第２のノズルヘッドで吐出するモデル材の種類が異なるものとしても良い。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の３次元造形装置によれば、モデル材の吐出量の異なる複数種類のモデル材用のノズルヘッド（例えば、第１のノズルヘッドと第２のノズルヘッド）を設けることにより、ノズルヘッド全体の製造の製造コストの上昇を抑制しつつ、高速描画が可能な３次元描画装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る三次元造形装置の一実施形態の構成を示す機能ブロック図。
【図２】本発明に係る第１のノズルヘッドと第２のノズルヘッドの構成例を示す模式図。
【図３】本発明に係る第１のノズルヘッドと第２のノズルヘッドの他の構成例を示す模式図。
【図４】本発明に係る第１のノズルヘッドと第２のノズルヘッドの他の構成例を示す模式図。
【図５】本発明に係る第１のノズルヘッドと第２のノズルヘッドの他の構成例を示す模式図。
【図６】本発明に係る第１のノズルヘッドと第２のノズルヘッドの他の構成例を示す模式図。
【図７】本発明に係る第１のノズルヘッドと第２のノズルヘッドの他の構成例を示す模式図。
【図８】本発明に係る三次元造形装置により、立体形状の造形途中の状態を示す模式図。
【図９】本発明に係る三次元造形装置において、第１の描画領域と第２の描画慮域の例を示す平面図。
【図１０】本発明に係る三次元造形装置において、第１の描画領域と第２の描画慮域の他の例を示す平面図。本発明に係る三次元造形装置において、第２の描画領域の設定が異なる例における走査範囲を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら本発明に係る３次元造形装置及び造形方法にについて説明する。
本発明は、従来技術の立体形状装置と異なり、モデル材用のノズルヘッドとして吐出量の異なるノズルからなる２種類以上のノズルヘッド（第１のノズルヘッドと第２のノズルヘッド）を備えている。造形対象となる立体形状において、高精度の描画が要求される第１描画領域は第１のノズルによりモデル材を吐出して立体形状を描画し、第１描画領域以外の部分（第２描画領域）は第２のノズルによりモデル材を吐出して立体形状を描画することにより、立体形状を形成する。以下図面を用いて説明する。
【００２５】
図１は、本発明に係る三次元造形装置の一実施形態の主要部の構成を示す機能ブロック図であり、図２〜図７は、本発明に係る三次元造形装置において使用する第１及び第２のノズルヘッドを模式的に示す平面図である。図８は造形中の第１及び第２のノズルヘッドの動作をイメージ的に示す説明図であり、図９及び図１０は、第１の描画領域及び第２の描画領域の例と、ノズルヘッドの動きを説明するための模式図である。
なお、図２〜図７に各種ノズルヘッドの例を例示したが、第１のノズルヘッド及び第２のノズルヘッドの大きさ、配置の組合せ等の構成は、当該分野の技術常識に基づきこれら以外の構成にも適宜変形可能である。
【００２６】
図１を参照する。本実施形態における三次元造形装置１０は、操作部１１、制御部１２、一時記憶メモリ１３、保存記憶メモリ１４、ヘッド駆動部１５、第１のノズルヘッド１６、第２のノズルヘッド１７、形状データ入力部１８、テーブル駆動部２０、テーブル２１等を備えている。その他表示等を必要に応じて適宜付加することが可能である。
【００２７】
操作部１１は、三次元造形装置１０の起動、各種設定、及び使用者による必要な動作指示を入力するための入力手段(キーボード、タッチプレート、スイッチ、その他の入力手段)を備えており、これの動作指示の入力に応じて所定の信号が制御１２に伝達されて、各種動作が実行される。
【００２８】
制御部１２はＣＰＵ等から構成され、基本プログラム、各種動作プログラム及び制御データ等に基づいて三次元造形装置１０の各部の動作全体及び各部の動作を制御し、取得した立体形状データに基づき所望の立体形状を造形する。制御部１２は外部サーバ（図示せず）または内部の保存記憶メモリ１４へのアクセスが可能であり、これらにアクセスすることにより各種動作プログラムやデータを取得することができる。図１では、一時記憶メモリ１４に動作プログラムを保存記憶メモリ１４に記憶している例を示したが、制御部内に基本的な動作プログラムを記憶するよう構成することもできる。。
【００２９】
各種動作プログラムには、立体形状データから立体像を平面方向に薄くスライスした断面形状を表わす２次元データを切り出して、第１のノズルヘッド１６及び第２のノズルヘッド１７の描画範囲を決定するためのプログラムや、当該描画範囲に基づいてヘッド駆動部を制御して第１のノズルヘッド１６及び第２のノズルヘッド１７をＸ方向、Ｙ方向に移動するように駆動する走査制御プログラム、第１のノズルヘッド１６及び第２のノズルヘッド１７によるモデル材の吐出タイミングや吐出量を制御する吐出駆動制御プログラム等が含まれている。
【００３０】
一部記憶部１３は、ＤＲＡＭ等の比較的高速で動作するメモリで構成されるのが望ましく、三次元造形装置１０の動作に必要な各種データを記憶するとともに、三次元記憶装置１０の起動時に、保存記憶メモリ１４から制御プログラムや制御データ等を読み出して必要なプログラムやデータを記憶する。また、これらの断面データを一時記憶するため及びその他のデータ処理に必要なワークメモリとしても用いられる。なお、図１では、第１の描画データ及び第２の描画データを保存記憶メモリ１４に記憶する構成を示しているが、これらのデータを一時記憶メモリ１３に記憶するように構成することもできる。
【００３１】
保存記憶メモリ１４は、例えばハードディスク装置のような大容量記憶装置からなり、図１に例示するように、動作プログラム、制御プログラム、立体形状データ、第１描画データ、第２描画データ等、必要なデータ、プログラムを格納することができる。
【００３２】
形状データ入力部１８は、例えば、立体スキャナ、記録情報読取装置、及び／またはデータ通信装置等により構成される。形状データ入力部１８により、立体スキャナにより直接立体を操作することにより立体形状データ取得すること、記憶されたＣＤまたはＤＶＤ装置等を用いて立体形状データを入力すること、及び外部のサーバや外部の立体形状生成装置から送信される立体形状データを受信することが可能となる。
【００３３】
本願発明に用いるノズルヘッドについて説明する。本願発明に係る三次元造形装置は、モデル材を吐出するノズルヘッドとして、高い精度描画（解像度の高い描画）が可能な第１のノズルヘッドと、第１のノズルヘッドより解像度の低い第２のノズルヘッドを備えている。
原理的には、第１のノズルヘッドにＸ軸と同じ長さに相当する分ノズルを一列に配置することにより、Ｘ軸方向の描画を一度で完了させることができる。この構成にすると、ノズルヘッドをＸ軸方向へ走査する必要はなくなり、Ｙ軸方向の走査だけで、精度の高い断面形状の描画ができ、描画速度も向上する。
【００３４】
しかし、直径１０μｍほどの第１のノズル３０を高い密度でＸ軸の長さに相当する距離に亘って配置するためには、数千〜数万のノズルを狭い間隔で直線上整列して配置することが求められるため、極めて高度かつ精度の高いマイクロ加工技術が必要となる。また、製造した第１のノズルヘッド１６の大量の第１のノズル３０の中に一つでも欠陥があると描画ドットが欠落するため不良品となることから、このような高集積化した第１のノズルヘッド１６の製造歩留りは悪く、製造コストが極めて高いものとなる。
【００３５】
本願発明は、立体形状を構成するモデル材のノズルヘッドの構成とその制御（モデル材の吐出量の制御とノズルヘッドの走査制御）方法を変えることにより、描画精度の高い第１のノズルをＸ軸の長さに亘り設けることなく、立体形状を高速で造形することを可能にしている。
【００３６】
第１のノズルヘッド１６は、解像度の高い描画を行うインクジェット方式のノズルヘッドであり、例えば１０μｍ程度の小さな径のノズル(以下、「第１のノズル」と称する)を所定の間隔をおいて複数配列したノズル列を備えている。第２ノズルヘッド１７は、モデル材の吐出時の吐出量が第１のノズルよりも多く解像度が低いノズル(以下、「第２のノズル」と称する)を１つまたは複数配列したノズルヘッドである。
【００３７】
第２のノズルのモデル材の吐出量は、第１のノズルの数倍から数千倍の量とすることができる。第２の描画領域が単順な矩形状であれば、第２のノズル一個当たりのモデル材の吐出量を多くすることにより一度に広範囲の描画が可能となる。しかし、第２の描画領域が複雑な形状をしている場合、一個のノズルの吐出量が多すぎると却って描画し難くなり、描画精度や描画速度が低下する可能性がある。第２のノズルは、種々の形状の第２の描画領域を描画することを前提に、種々の描画領域の形状に応じて高速かつ精確に描画できるように、その形状、大きさ及び配置を適宜決定することができる。
【００３８】
第２のノズルはインジェット方式のノズルであっても、他の方式であってもよい。但し、厚さ１０μｍ〜２０μｍ程度の薄い膜を形成可能であることが望ましい。インクジェット方式以外の吐出方式のノズルとしては、例えば、スリットコーター方式のノズルを用いることが可能である。
【００３９】
第２のノズルとしてスリット形状のインクジェット方式のノズルを用いる場合、例えば細長い薄い金属等の材料からなる薄板（以下、「金属板」と称する）上にピエゾ素子を薄板の長さ方向に積層して張り合わせた構造をとすることにより、モデル材を吐出する駆動源とすることができる。この構造において、ピエゾ素子を一方向に高速で伸縮させると、金属板が厚み方向に高速で変形する。この金属板の高速変形によりノズル内部の空気を圧縮し、この圧縮空気によりモデル材を金属板の厚み方向に高速で吐出させることができる。また、コンプレッサからの圧縮気体の通路を電磁バルブを高速で開閉することにより、モデル材をノズルから吐出させる構成としても良い。
【００４０】
スリットコーター方式のノズルヘッドを採用する場合、第２のノズルをスリット形状とし、スリット形状の吐出口からモデル材を吐出しながら、スリット状ノズルの長手方向と直交する方向に移動させて、第２の描画領域をモデル材の薄い膜で描画する。このモデル座の薄膜の膜厚は、第１のノズルから吐出するモデル材と同じ厚さとなるように調整する。このようにスリットコーターを第２のノズルとして用いることにより、比較的広い領域を高速で移動させながら連続的に薄膜を吐出することができるので、第２の描画領域を高速で描画することが可能となる。
【００４１】
第１のノズルと第２のノズル３２の形状は、同一の形状（例えば吐出口が円形）であっても、異なる形状であってもよい。異なる形状の例としては、例えば図２乃至図７に例示するように、第１のノズル３０は吐出口近くの断面が円形状で、第２のノズル３２〜３７は、細長いスリット状の形状とすることができる。第２のノズル３２〜３７のスリットの幅（短辺側の長さ）を、第１のノズルの径とほぼ同じ程度とし、長辺方向の長さをノズル径の整数倍（数倍〜数千倍）とすることにより、第２のノズル３２〜３７から、第１のノズル３０の径と同程度の幅（短辺）の細長いスリット形状にモデル材が吐出される。第２のノズルヘッドは、仮にインクジェット方式を用いるとしても、第１のノズルヘッドに比べて集積度を低くできるので製造が容易となる。従って、第２のノズルヘッドの長さを長くしても製造歩留まりが高くなりモデル材用のノズルヘッド全体の製造コストを低廉化できる。
【００４２】
第１のノズルヘッド１６、第２のノズルヘッド１７の大きさ及び配置、並びに第１のノズル３０及び第２のノズル３２〜３７の大きさ及び配置は、立体造形装置に求められる機能及び品質に応じて自由に設定することができる。
【００４３】
図２乃至図７に、本発明に係る第１のノズルヘッド１６と第２のノズルヘッド１７を例示する。これらは例示であって、本発明が、以下に示される第１及び第２のノズルヘッド１６、１７等、及び第１のノズル３０及び第２のノズル３２等の形状、大きさ、配置等に限定されることを意図するものではない。
また、図２乃至図７において、第２のノズル３２、３２'等は、インクジェット方式のノズルであっても、スリットコーター方式のノズルであっても、その他の方式であっても良い。
【００４４】
また、図２乃至７に示す例を含むいずれの場合も、第１のノズルヘッド１６、１６',１６''…と第２のノズルヘッド１７、１７'、１７''、１７'''を同じキャリッジ上に搭載して、ヘッド駆動部１５により両ノズルヘッドを一緒に移動するよう構成しても、それぞれ別のキャリッジに搭載して、第１のノズルヘッド１６,１６'と第２のノズルヘッド１７〜１７'''が別々に駆動されるように構成しても良い。
【００４５】
図２に、本願発明に係るもっとも基本的な構成の第１のノズルヘッド１６と第２のノズルヘッド１７の例を示す。第１のノズルヘッド１６には、小径の第１のノズル３０が所定の間隔で複数配列されている。第２のノズルヘッド１７には、細い長いスリット状の第２のノズル３２が設けられている。なお、第２のノズル３２の長さは、隣接する第１のノズル３０の２個の配置間隔の整数倍（数倍〜数千倍以上）とすることができる。これは、図３乃至図７に示す第２のノズル３３〜３７またはこれら以外の第２のノズルの場合も同様である。
【００４６】
図３は、第１のノズルヘッド１６と第２のノズルヘッド１７の他の例を示す。図３の例では左側と右側に第１のノズルヘッド１６を１つずつ設け、その間に第２のノズルヘッド１７'を設けている。この構成によると、すべてのノズルヘッド１６'，１７'、１６'が一つのキャリッジに搭載されている場合に、第１の描画領域と第２の描画領域の境界部分、特に、円柱のようにＸ軸方向の両端部分に第１の描画領域が存在する立体形状の境界部分のＸ軸の走査回数及びキャリッジ移動量を少なくすることができる。
【００４７】
図４にさらに他のノズルヘッドの例を示す。この例では、第１のノズルヘッド１６，１６''が上下２段に配置されており、第１のノズルヘッド１６、１６''は上段と下段で第１のノズル３０の位置がずれており、上段の第１のノズル３０のちょうど中間になるように配置される。これにより、第１のノズルヘッド１６の長さ方向の描画密度を第１のノズル３０の配置間隔の２倍の精度にすることができる。
【００４８】
図５は、第２のノズルヘッド１７に、長さの異なる複数のスリット状の第２のノズルを設けた例を示す。図３及び図５では、第２のノズルヘッド１７'の中に３個の第２のノズル３３〜３５を設けた例を示しているが、第２のノズルを３個以上設けても３個以下としてもよい。第２のノズル３３，３４、３５の長さは、第２のノズル３５の長さの整数倍であることが好ましい。このように整数倍とすることにより、第２の描画領域のＸ軸方向の長さが第２のノズル３２の長さの整数倍でない場合に、第１の描画領域と第２の描画領域の境界部分の描画を迅速に行うことができる。また、第２のノズル３３、３４、３５の長さは、隣接する第１のノズル３０の２個の配置間隔の整数倍とすることが望ましい。
【００４９】
図６は、第１のノズルヘッド１６と第２のノズルヘッド１７が直行するように配置した例を示す。図６の例では、第１のノズルヘッド１６及び第２のノズルヘッド１７がそれぞれ一個から構成されているが、いずれか一方または双方をそれぞれ複数個設けることも可能である。
【００５０】
図７は、第２のノズルヘッド１７の下側に、さらに、長さの異なる第２のノズル３３、３４を備える第２のノズルヘッド１７''、１７'''を設けている。これにより、図５の例と同様に第２の描画領域が第２のノズル３２の整数倍の長さでない場合に、第１の描画領域と第２の描画領域の境界部分の描画を迅速に行うことができる。第２のノズル３２、３６、３７の長さは、隣接する第１のノズル３０の２個の配置間隔の２の乗数倍とすることが好ましい。
【００５１】
次に図８乃至図１０を参照して、第１のノズルヘッド１６と第２のノズルヘッド１７を移動させるヘッド駆動部１５の制御について説明する。
なお、以下の説明においては、図２に示す第１のノズルヘッド１６及び第２のノズルヘッド１７が一つのキャリッジに搭載されているものとして説明する。
【００５２】
ヘッド駆動部１５は制御部１２からの駆動制御信号を元に、第１のノズルヘッド１６及び第２のノズルヘッドを水平方向平面内において、直交する２つの方向（例えばＸ軸方向及びＹ軸方向）に移動させる。ヘッド駆動部１５により第１のノズルヘッド１６を第１の描画領域に移動させ、第２のノズルヘッド１７を第２の描画領域に移動させながら、それぞれ所定のタイミングで各ノズル３０、３２等からモデル材を吐出させて描画を行う。
【００５３】
第１のノズルヘッド１６及び第２のノズルヘッド１７が同じキャリッジに載置されている場合、ヘッド駆動部１５は、制御部１２からの制御信号に基づいて、第１のノズルヘッドが第１描画領域を移動し、第２のノズルヘッド１７が第２描画領域を移動するように、キャリッジを駆動する。
【００５４】
図８を参照する。図８において、数字５０は、造形処理が完了した状態の完成立体形状(円柱)を示しており、数字５０'は造形途中の立体形状を示している。
通常、立体形状を造形する場合、少なくとも立体形状の外形部分（表面形状）は正確な寸法形状に形成することが求められるが、例えば円柱などの内部構造については、それほど高い造形精度は必要でないことが多い。したがって、求められる外側形状を高精度で形成し、円柱の内部のような内部構造部分は最終品質に影響を与えない範囲内であれば描画精度を落として形成することも可能である。
【００５５】
第２のノズルヘッドがインクジェット方式の場合には、第１のノズルヘッド１６及び第２のノズルヘッド１７を、図に示すようにＸ軸方向に移動しながら各ノズル描画領域それぞれモデル材を吐出して描画を行う。
具体的には、第１のノズルヘッド１６により第１の描画領域５５を描画し、円柱内部の第２描画領域５６を第２のノズルヘッド１７により描画する。ノズルヘッド１６，１７の移動順序としては、まずＸ軸方向に移動してＸ軸方向の描画が完了したら、Ｙ軸方向に１ドット分移動し、再度Ｘ軸方向に移動して各描画領域を描画する。これを繰り返すことにより、Ｙ軸の最終位置まで移動することにより一つの断面形状の描画が終了する。
【００５６】
第２のノズルヘッドとしてスリットコーター方式のノズルを採用する場合には、第１描画領域と第２の描画領域を別々に描画することが好ましい。また、別々に描画する場合、第１描画領域または第２の描画領域のいずれを先に描画しても良いが、第２の描画領域を先に描画し、その後で第１描画領域を描画する方がこのましい。また、第２の描画領域をできるだけシンプルな形状（例えば、矩形状）に形成することが好ましい。
【００５７】
図９及び図１０を用いて、第１のノズルヘッドと第２のノズルヘッド１７の描画領域と、ヘッド駆動について説明する。図９は、第２の描画領域を円形状に設定した例を示し、図１０は第２の描画領域を矩形状に設定した状態を示す。
【００５８】
第１の描画領域と第２の描画領域は、走査部の入力により設定することも、制御部により自動的に設定することもできるよう構成することができる。制御部による場合、描画領域決定するプログラムを用意して、描画領域を自動的に設定する。
【００５９】
描画領域決定プログラムは、各ノズルヘッドのノズル列の長さ、配置、大きさ等に基づいて、第１の描画領域及び第２の描画領域を決定する。例えば、第１の描画領域及び第２の描画領域は、Ｘ方向の幅が、第１のノズル列の長さ及び第２のノズルの長さの整数倍となるように決定するのが好ましい。上述したように、第１のノズルヘッド１６のノズル列の長さと第２のノズルヘッド１７のノズルの長さは、解像度の最小単位となる隣接する第１のノズルの間隔の整数倍となるように構成されている。従って、描画領域決定プログラムにより、第１及び第２の描画領域を第１ノズルヘッドのノズル列または第２ノズルヘッドのノズルの整数倍となるように設定することにより、Ｘ軸方向の走査を無駄なく効率的に行うことが可能となる。
【００６０】
設定された第１の描画領域と、第２の描画領域に基づいて、第１及び第２のノズルヘッドがＸ軸方向及びＹ軸方向に走査されて、断面形状層（２次元描画層）の描画が実行される。
第１のノズルヘッド１６と第２のノズルヘッド１７は、第１の描画領域を描画するための走査と、第２の描画領域を描画するための走査とに分けて、それぞれ別々に走査しても良い。しかし、第２のノズルもインクジェット方式を採用している場合には、第１のノズルヘッドと第２のノズルヘッドが、それぞれ第１の描画領域と第２の描画領域とを同時に描画できる位置に移動したときは、同時に描画した方が、より効率的に描画することが可能である。
【００６１】
まず、第２のノズルヘッドとしてインクジェット方式を採用している場合の走査制御の一例を説明する。
例えば、第１のノズルヘッド１６と第２のノズルヘッド１７が図９に破線で示す位置に移動しているときには、第１のノズルヘッド１６は第１の描画領域にあり、第２のノズルヘッド１７が第２の描画領域の上に配置されている。このような場合、第１の描画領域と第２の描画領域を同時に描画することが可能であり、同時に描画することにより、第２の描画領域のための第２のノズルヘッドの走査回数及び走査範囲を少なくすることが可能である。
【００６２】
また、図１０に示すように、第２描画領域５５‘の形状を矩形状とすることにより、第１の描画領域と第２の描画領域の境界部分の走査制御が簡単になり、Ｘ軸方向の走査回数をより少なくすることが可能となる。
【００６３】
さらに、第１のノズルの長さ・形状・配置及び第２のノズル長さ・形状・配置（制御データ）に合わせて、第１の描画領域、及び第２の描画領域の形状、位置・大きさを設定することにより、より効率的なノズルヘッドの走査及び描画が可能となる。描画領域を設定するプログラムは、上述した所定の制御データに基づいて、断面形状データを最も効率的に走査可能な、第１描画データ及び第２の描画データを作成するよう構成する。この際、所定の制御データとして、第１の描画領域の厚さ等を操作部から入力するように構成することも可能である。
【００６４】
例えば、図９に示す第１の描画領域５５の左右部分の幅を第１のノズルヘッド３０の第１のノズル列の長さと同じとし、上下部分はＸ軸に並行な直線となるように描画領域を設定する。これにより、Ｘ軸上で第１の描画領域と第２の描画領域が存在する場合、Ｘ軸上を２回移動するだけでＸ軸方向の第１の描画領域の描画は完了する。また、前述したように、第２のノズルの長さを、隣接する２つの第１のノズル３０間隔の整数倍とすることにより、第１描画領域と第２の描画領域の境界部分も簡単な走査で描画することが可能となる。
【００６５】
次に、第２のノズルとしてスリットコーター方式のノズルを採用する場合のノズルヘッドの移動制御（走査制御）の一例を説明する。第２のノズルヘッドとしてスリットコーター方式のノズルを採用する場合、前述したように、先に第２の描画領域を描画するのが好ましい。特に、スリットコーター方式で描画する場合には、第２の描画領域を図１０に示すように、矩形に設定することが好ましい。このように第２描画領域を矩形にすることにより、第２のノズルヘッド１７、１７’等をＹ軸方向に高速で移動させることにより、矩形状の描画が完了する。第２のノズルヘッドがこの描画領域のＸ軸の長さ以上ある場合、Ｙ軸方向に１回高速で移動するだけで、第２描画領域の描画が終了してする。
第２描画領域の描画が終了すると、第１のノズルヘッド１６により第１の描画領域を描画することにより、一つの端面形状の描画が完了し、次の断面の描画に進むことができる。
【００６６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されることは無く、適宜変形することが可能である。
【００６７】
例えば、第２のノズルをスリット状ではなく円形状、矩形状とすることも可能である。また、第１のノズルヘッド及び第２のノズルヘッドの第１の描画領域及び第２の描画領域の走査制御は、第１のノズルの長さ・形状・配置及び第２のノズル長さ・形状・配置と、第１描画領域、及び第２描画領域の位置・大きさ・大きさから、できるだけ走査位置が重複しないような走査手順を作成するのが好ましい。
【００６８】
また、上記の実施形態では、ｘ−Ｙ方向の走査に関して、ノズルヘッドを移動して走査する例を示したが、テーブルを移動させて走査する構成、ノズルヘッドとテーブルの双方を移動させて走査する構成等いずれでも採用可能である。また、Ｚ方向の移動もノズルヘッド又はテーブルのいずれをｚ方向に移動させてても良い。
さらに、操作部から、第１の描画領域と前記第２の描画領域を指定することや、条件を入力するように構成することも可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１０  三次元造形装置
１４  保存記憶メモリ
１６  第１のノズルヘッド
１７，１７'、１７''、１７'''第２のノズルヘッド
３０  第１のノズル
３２〜３７  第２のノズル
４１  テーブル
５０  立体形状
５０'造形途中の立体形状
５５、５５'  第１の描画領域
５６、５６'  第２の描画領域
【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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