(57)【要約】【課題】硬化層を吊り上げる際の負荷を低減することができる３次元造形装置を提供する。【解決手段】光硬化性でかつ流動性を備える造形用材料を層状に硬化させることを繰り返して造形物を造形する３次元造形装置１を提供する。この３次元造形装置１は、槽１０と、台２０と、傾斜装置３０と、光学装置４０と、ホルダ５０とを備える。傾斜装置３０は、造形用材料２を収容する槽１０を、槽１０を載置する台２０に対して傾斜させる。【選択図】図３
2017047603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光硬化性でかつ流動性を備える造形用材料を層状に硬化させることを繰り返して造形物を造形する３次元造形装置であって、
前記造形用材料を収容する槽と、
前記槽を載置する台と、
前記台に備えられ、前記槽を前記台に対して傾斜させる傾斜装置と、
前記造形用材料を硬化させる光を発生する光学装置と、
前記槽の上方に昇降自在に設けられ、上昇することで前記光が照射されて硬化した前記造形用材料を吊り上げるホルダと、
を備えた３次元造形装置。
【請求項２】
少なくとも前記傾斜装置を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、
前記ホルダが硬化した前記造形用材料を吊り上げるのに連動して上記槽を傾斜させるように前記傾斜装置を制御する傾斜制御部を有している、請求項１に記載の３次元造形装置。
【請求項３】
前記槽に備えられ、前記槽に収容された前記造形用材料を循環させる循環装置を備えており、
前記造形用材料は、未硬化の光硬化性樹脂にフィラー材料が分散された複合材料である、請求項１または２に記載の３次元造形装置。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記槽が傾斜されたときに、前記槽内で前記造形用材料を循環させるように前記循環装置を制御する第１循環制御部を有している、請求項３に記載の３次元造形装置。
【請求項５】
前記槽は、底板と、前記底板の周縁から立設された側壁とを有し、
前記循環装置は、前記側壁の一方の端部に前記造形用材料を吸入する吸入口を備え、他方の端部において吸入した前記造形用材料を前記槽内に吐出する吐出口を備えている、請求項３または４に記載の３次元造形装置。
【請求項６】
前記循環装置の前記吸入口と前記吐出口とは、前記槽が傾斜されたときの前記槽の下方に位置する前記側壁に設けられている、請求項５に記載の３次元造形装置。
【請求項７】
前記制御装置は、
前記光学装置が光を発生させている間に前記槽内で前記造形用材料を循環させるように前記循環装置を制御する第２循環制御部を有している、請求項３〜６のいずれか１項に記載の３次元造形装置。
【請求項８】
前記循環装置は、前記吸入口と前記吐出口との間に、吸入した前記造形用材料を撹拌しながら移送するスクリューポンプ部を備える、請求項３〜７のいずれか１項に記載の３次元造形装置。
【請求項９】
前記循環装置は、
前記複合材料に添加する補充材料を貯留する貯留部と、
前記貯留部と前記スクリューポンプ部とに接続され、前記スクリューポンプ部に前記補充材料を供給する供給部と、を備え、
前記制御装置は、
前記スクリューポンプ部に供給される前記補充材料の供給量を調整するよう前記供給部を制御する組成制御部を備える、請求項８に記載の３次元造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、樹脂材料を所定の断面形状の層に形成し、順次積層することによって所望の３次元造形物を造形する３次元造形装置が知られている。
【０００３】
特許文献１には、例えば、光硬化性樹脂を収容する容器と、容器の上方に配置された昇降自在なホルダと、光硬化性樹脂を硬化させる光を発生する光学装置とを備える吊り上げ方式の３次元造形装置が開示されている。この種の３次元造形装置においては、光学装置から発生された光を容器内の光硬化性樹脂に照射して、光を照射した部分の光硬化性樹脂を硬化させる。このとき、ホルダを容器の底板から所定の寸法だけ上方に配置させることで、所定の厚みの光硬化性樹脂を硬化させる。そして硬化された光硬化性樹脂の層（硬化層）をホルダにより所定寸法だけ上昇させて、先に形成した硬化層の下面に次の断面形状を有する硬化層を形成する。このように、下方に向かって硬化層を連続的かつ一体的に形成することで、所望の３次元造形物が造形される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３９５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、硬化層をホルダにより吊り上げるには、硬化層は容器の底板から容易に剥離できることが好ましい。そのため、特許文献１では、底板の上面を、硬化層に対して粘着性の低い難粘着性材料で覆うようにしている。
【０００６】
しかしながら、硬化層の大きさや形状によっては、このような構成によってもなお、ホルダを吊り上げる際に大きな負荷が発生し得た。吊り上げ時の負荷の発生は、３次元造形物の形状を変形させたり、ホルダの位置ずれや損傷等を招いたりし得るために好ましくない。
【０００７】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、硬化層を吊り上げる際の負荷を低減することができる３次元造形装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、光硬化性でかつ流動性を備える造形用材料を層状に硬化させることを繰り返して造形物を造形する３次元造形装置を提供する。この３次元造形装置は、槽と、台と、傾斜装置と、光学装置と、ホルダと、を備える。槽は、造形用材料を収容する。台は、槽を載置する。傾斜装置は、台に備えられており、槽を台に対して傾斜させる。光学装置は、造形用材料を硬化させる光を発生する。ホルダは、槽の上方に昇降自在に設けられ、上昇することで光が照射されて硬化した造形用材料を吊り上げる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、硬化後の硬化層を吊り上げる際の負荷を低減することができる３次元造形装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る３次元造形装置を模式的に示す断面図である。
【図２】一実施形態に係る３次元造形装置を模式的に示す平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、槽と傾斜装置と循環装置との一構成を説明する図である。
【図４】コネクタピンが挿入されていない状態の連結部材を示す（ａ）斜視図と、（ｂ）断面図である。
【図５】コネクタピンが挿入された状態の連結部材を示す（ａ）斜視図と、（ｂ）断面図である。
【図６】一実施形態に係る制御装置のブロック図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、槽と循環装置との構成を例示する図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、槽と循環装置との他の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、適宜図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る３次元造形装置について説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略または簡略化する。
【００１２】
図１は、一実施形態に係る３次元造形装置１の断面図である。図２は、一実施形態に係る３次元造形装置１の平面図である。なお、図面中の符号Ｆ，Ｒｒ，Ｌ，Ｒ，Ｕ，Ｄは、それぞれ前，後，左，右，上，下の方向を示している。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、３次元造形装置１の設置態様を何ら限定するものではない。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態に係る３次元造形装置１は、槽１０と、台２０と、傾斜装置３０と、光学装置４０と、ホルダ５０とを備えている。また、３次元造形装置１は、循環装置６０と制御装置７０とを備えている。台２０は、ケース２２に支持されている。台２０には、光を通過させる開口２０ａが形成されている。
【００１４】
槽１０は、光硬化性で流動性を有する造形用材料２を収容する。本例における造形用材料２は、未硬化で液体状態の光硬化性樹脂にフィラー材料が分散された複合材料である。槽１０は、台２０の開口２０ａを覆う位置において台２０に載置されている。槽１０は、図２に示すように、矩形の底面１２と、底面１２の周縁から立設する側壁１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄとを有している。側壁１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、底面１２の右端に接続された第１側壁１４ａと、底面１２の前端と第１側壁１４ａの前端とに接続された第２側壁１４ｂと、底面１２の左端と第２側壁１４ｂの左端とに接続された第３側壁１４ｃと、底面１２の後端と第３側壁１４ｃの後端とに接続された第４側壁１４ｄとから構成されている。底面１２は、造形用材料２を硬化させる光に対して透明な材料によって形成されている。底面１２の上面は、硬化した造形用材料２（以下、単に硬化層という場合がある。）が剥離し易いように、シリコーン樹脂等からなる易剥離層が設けられていてもよい。槽１０の形状は特に制限されない。槽１０は、例えば、平面方向（前後方向および左右方向）の寸法に比べて、高さ方向（上下方向）の寸法が小さい。本例では、槽１０の高さ方向の寸法が、平面方向の最も大きい寸法に対して１／２以下である（典型的には１／３以下であり、例えば１／４以下である）。また、本例において、槽１０は、後述する循環装置６０と一体的に構成されている。台２０には、槽１０と一体化された循環装置６０を固定するための固定具２０ｂが備えられている。したがって、槽１０は、図３（ｂ）に示すように、一体化された循環装置６０の右端部において、固定具２０ｂを介して台２０に着脱可能に固定されている。槽１０は、図３（ｃ）に示すように、固定具２０ｂの軸２０ｃを中心に回動可能に固定されている。
【００１５】
傾斜装置３０は、台２０に備えられている。傾斜装置３０は、例えば、装置本体３０ａと、装置本体３０ａから突出されたり収容されたりする伸縮部材３０ｂとから構成されている（図３（ｃ）参照）。本実施形態において、装置本体３０ａは、台２０の上面であって、槽１０の底面１２の左方の端部と対向する位置に埋設されている。伸縮部材３０ｂは、装置本体３０ａから突出することで、台２０の上面から突出する。伸縮部材３０ｂは、突出することで、例えば、槽１０の底面１２の左方の端部を持ち上げることができる。これにより、傾斜装置３０は、固定具２０ｂの軸２０ｃを中心として槽１０を上方に回動させる。その結果、槽１０は、台２０の上面に対して傾斜する。一方で、突出していた伸縮部材３０は、装置本体３０ａに収容されることで台２０の上面よりも下方に下降する。これに伴い、伸縮部材３０ｂは、突出していたときに持ち上げていた槽１０の底面１２の左方の端部を下降させる。これにより、傾斜装置３０は、固定具２０ｂの軸２０ｃを中心として槽１０を下方に回動させる。そして傾斜装置３０は、槽１０を台２０の上面に平行に配置させることができる。傾斜装置３０は、例えば、電動アクチュエータ式の昇降装置である。電動アクチュエータ式の昇降装置は、伸縮部材３０ｂの突出時および収容時の速度や距離を精密に制御することができるために好ましい。
【００１６】
図１および図２に示したように、光学装置４０は、台２０の下方に配置されている。光学装置４０の配置および構成は特に限定されない。例えば、光学装置４０は、プロジェクタ４０ａと、ミラー４０ｂとを備えている。プロジェクタ４０ａは、造形用材料２を硬化させる所定の波長からなる光を発生する光源である。ミラー４０ｂは、台２０に形成された開口２０ａの下方、かつ、プロジェクタ４０ａの後方に配置されている。ミラー４０ｂは、プロジェクタ４０ａから発せられた光を槽１０に向かって進路変更させる。プロジェクタ４０ａから発せられた光は、ミラー４０ｂによって反射され、台２０の開口２０ａを通じて槽１０内の造形用材料２に照射される。造形用材料２は、光が照射された部位が硬化する。この種の３次元造形装置では、予めＣＡＤなどを用いて３次元造形物の断面形状のスライスデータが用意される。したがって、スライスデータに基づき光の照射位置を制御することで、所望の断面形状の造形用材料２の硬化物を得ることができる。
【００１７】
ホルダ５０は、硬化した造形用材料２を吊り上げるためのものである。ホルダ５０は、台２０の開口２０ａの上方に配置される。ホルダ５０は、槽１０の上方で昇降自在に構成されている。例えば、台２０には、上下方向に延びた支柱５２が設けられている。ホルダ５０は、図示しない駆動装置により支柱５２に沿って上方または下方に移動することができる。ホルダ５０の下面５０ａは造形用材料２の表面に対して平行である。すなわち水平である。ホルダ５０の下面５０ａは、ホルダ５０が最も下降したときに槽１０内の造形用材料２に浸漬される。ホルダ５０の下面５０ａと槽１０の底面１２との間隙には、層状に造形用材料２が存在する。この層状の造形用材料２に対し、所定の断面形状で光を照射することで、所望の断面形状および厚みの硬化層を形成することができる。次いで、ホルダ５０を上昇させることで、硬化層はホルダ５０の下面５０ａに結合したまま吊り上げられる。そして硬化層を所定寸法だけ上方に配置し、先に形成した硬化層と槽１０の底面との隙間に層状に造形用材料２を存在させる。この状態で、次のスライスデータに基づき造形用材料２に光を照射することで、次の硬化層を形成する。このようにして、硬化層を連続的かつ一体的に形成することで、所望の３次元造形物が下方に向かって造形される。なお、ホルダ５０の下面５０ａは、硬化層を堅固に保持し得るように、微細な凹凸が設けられていても良い。
【００１８】
槽１０には循環装置６０が備えられている。循環装置６０は、槽１０に収容された造形用材料２を槽１０内で循環させる装置である。本例では、図３（ａ）に示すように、循環装置６０は第１側壁１４ａに備えられている。第１側壁１４ａは、例えば、槽１０が傾斜されたときに最も下方に位置する側壁である。循環装置６０は、第１側壁１４ａの前端部の連結部１６に接続する吸入口６１を備えている。吸入口６１は、連結部１６に装着されたときに、循環装置６０と槽１０内とを連通する。循環装置６０は、駆動されているときに、吸入口６１を通じて槽１０内の造形用材料２を吸入する。また、循環装置６０は、第１側壁１４ａの後端部の連結部１７に接続する吐出口６２を備えている。吐出口６２は、連結部１７に装着されたときに、循環装置６０と槽１０内とを連通する。循環装置６０は、駆動されているときに、吐出口６２を通じて造形用材料２を槽１０内に吐出する。すなわち、循環装置６０は、駆動時に、槽１０内の造形用材料２を吸入口６１から吸入し、吸入した造形用材料２を吐出口６２から槽１０内に吐出する。これにより循環装置６０を駆動させることで、槽１０内で造形用材料２を図３（ａ）の矢印Ｆに沿った方向で流動させることができる。すなわち、光硬化性樹脂にフィラー材料が分散された造形用材料２については、光硬化性樹脂とフィラー材料との比重差に基づき、造形用材料２中でフィラー材料が沈降したり分離したりすることがあった。これに対し、槽１０に循環装置６０を設けることで造形用材料２を流動させ、造形用材料２中におけるフィラー材料の沈降を抑制することができる。また、一旦沈降または分離したフィラー材料を再び光硬化性樹脂中に分散させることができる。このことにより、例えば、槽１０内の造形用材料２を均質に保つことができる。循環装置６０の構成は特に制限されない。循環装置６０は、例えばチューブポンプ６０Ａである。チューブポンプ６０Ａは、比較的簡単な構成ながら、粘性の高い光硬化性樹脂の吸引量、吸引速度等を好適に制御できる点において好ましい。
【００１９】
循環装置６０は、槽１０に着脱可能に備えることができる。例えば、循環装置６０の吸入口６１および吐出口６２は、第１側壁１４ａの前方および後方にそれぞれ設けられた連結部１６および１７に着脱可能に接続される。吸入口６１および吐出口６２と、連結部１６および１７との接続構造は特に制限されない。例えば、吸入口６１と連結部１６とは、以下のような接続構造により接続することができる。第１側壁１４ａの連結部１６には、図４（ａ）および（ｂ）に示したような、連結部材１６ａが備えられている。循環装置６０の吸入口６１には、接続用のコネクタピン６１ａが突出するように備えられている（図５（ｂ）参照）。以下、第１側壁１４ａに対して槽１０の内向きの方向を内側、第１側壁１４ａに対して槽１０の外向きの方向を外側という。
【００２０】
図４（ｂ）に示すように、第１側壁１４ａには孔部１５が設けられている。この孔部１５に連結部材１６ａが挿通されている。連結部材１６ａは、軸部１６ｂと、軸部１６ｂの一端に設けられ、第１側壁１４ａの外側に配置されたフランジ部１６ｃと、軸部１６ｂの他端に設けられ、第１側壁１４ａの内側に配置された本体部１６ｄと、を備えている。連結部材１６ａの第１側壁１４ａに対して垂直な軸方向の断面において、軸部１６ｂは、フランジ部１６ｃおよび本体部１６ｄよりも凹んでいる。軸部１６ｂは、断面が孔部１５に対応した形状である。フランジ部１６ｃおよび本体部１６ｄは第１側壁１４ａを挟んでいる。このような構成により、連結部材１６ａは第１側壁１４ａの孔部１５から抜け落ちないように構成されている。連結部材１６ａには、吸入口６１のコネクタピン６１ａ（図５（ｂ）参照）が挿入される挿入路１６ｅが形成されている。挿入路１６ｅは、本体部１６ｄおよび軸部１６ｂの内部に、軸方向に沿って形成されている。本体部１６ｄの端部には、先端が軸部１６ｂの側（外側）に向かうように折れ曲がった一対の屈曲部１６ｆ、１６ｇが設けられている。屈曲部１６ｆと屈曲部１６ｇとは、上記軸を中心として対称的に形成されている。屈曲部１６ｆと屈曲部１６ｇとの先には、キャップ部１６ｈが設けられている。本体部１６ｄの挿入路１６ｅの内側周縁には、受部１６ｉが設けられている。コネクタピン６１ａが連結部材１６ａに挿入されていないとき、キャップ部１６ｈは受部１６ｉの内周面に接するように嵌め合わされている。したがって挿入路１６ｅの先端はキャップ部１６ｈによって閉鎖されている。
【００２１】
図５（ａ）および（ｂ）に示すように、吸入口６１のコネクタピン６１ａは先端が閉じられた管状に形成されており、中心には造形用材料２が流通する管路６１ｂが設けられている。コネクタピン６１ａの先端には、先端凸部６１ｃが形成されている。また、コネクタピン６１ａには、先端部近傍に側面孔部６１ｄが形成されている。この側面孔部６１ｄは、管路６１ｂとコネクタピン６１ａの外部とを連通している。吸入口６１と連結部１６との接合の際には、コネクタピン６１ａを連結部材１６ａの挿入路１６ｅに挿入する。コネクタピン６１ａが連結部材１６ａの挿入路１６ｅ内を進むと、コネクタピン６１ａの先端凸部６１ｃがキャップ部１６ｈに突き当たる。先端凸部６１ｃがキャップ部１６ｈを槽１０の内側に押し出すことで、屈曲部１６ｆ、１６ｇが斜め外側に折れ曲がった状態（図４（ａ），（ｂ）参照）から、斜め内側に起き上った状態となる（図５（ａ），（ｂ）参照）。これにより、受部１６ｉの内周面とキャップ部１６ｈの外周面との嵌合が解放されるとともに、コネクタピン６１ａの側面孔部６１ｄが槽１０の内側と通ずるようになる。このような構成により、槽１０に収容された造形用材料２が、コネクタピン６１ａの側面孔部６１ｄおよび管路６１ｂを通じて循環装置６０に導入される。なお、コネクタピン６１ａの側面孔部６１ｄが受部１６ｉより槽１０の内側に位置した時点で、連結部材１６ａに対するコネクタピン６１ａの挿入が完了するようにコネクタピン６１ａの長さが設定されている。吸入口６１を連結部１６から取り外す際には、コネクタピン６１ａを連結部材１６ａから外側に引き抜く。すると、コネクタピン６１ａの側面孔部６１ｄが連結部材１６ａの本体部１６ｄ内に収容されて、管路６１ｂと槽１０の内部との連通は遮断される。そしてコネクタピン６１ａの先端凸部６１ｃにより押し伸ばされていた屈曲部１６ｆ、１６ｇが折れ曲がり、キャップ部１６ｈが受部１６ｉに嵌まり合う。その後、コネクタピン６１ａが連結部材１６ａから完全に脱着される。吐出口６２および連結部１７についても同様の接続構造を採用できる。説明は重複するために省略する。このような接続構造で吐出口６２と連結部１７とを接続することにより、吸入口６１から吸入した造形用材料２を、吐出口６２のコネクタピン（図示せず）の管路、側面孔部を通じて槽１０内に吐出することができる。
【００２２】
制御装置７０は、光学装置４０のプロジェクタ４０ａと、ホルダ５０を昇降自在に移動させる図示しない駆動装置と、傾斜装置３０と、循環装置６０とに接続されている。制御装置７０は、プロジェクタ４０ａから発せられる光の波長帯域、光を照射させる位置および形状、光量および光を発するタイミング等の条件を制御する。制御装置７０は、図示しない駆動装置を介して、ホルダ５０を支柱５２に沿って上方または下方に、所定の速度で所定の距離だけ移動させる。なお、制御装置７０の構成は特に限定されない。例えば、制御装置７０は、コンピュータであり、ＣＰＵと、ＣＰＵが実行するプログラムなどを格納したＲＯＭと、ＲＡＭなどを備えていてもよい。図６は、制御装置７０のブロック図である。制御装置７０は、傾斜制御部７１と、第１循環制御部７２とを備えている。なお、後述するように、制御装置７０は、第２循環制御部７３と組成制御部７４とを備えていてもよい。
【００２３】
傾斜制御部７１は、ホルダ５０が硬化した造形用材料２を吊り上げるのに連動して槽１０を傾斜させるように傾斜装置３０を制御する。傾斜制御部７１は、例えば、槽１０を上方または下方に所定の速度および角度（または距離分）だけ傾斜させるように傾斜装置３０を制御する。傾斜装置３０は、例えば、傾斜制御部７１の指示により、ホルダ５０が上昇するときに、ホルダ５０の上昇速度と同じ速度で槽１０の左側端部を持ち上げ、槽１０を上方に傾斜させる。すると、ホルダ５０の下面５０ａと槽１０の底面１２とは、左方では互いが同様に上方に移動する。右方では、ホルダ５０の下面５０ａが左方と同様に上方に移動するのに対し、槽１０の底面１２は槽１０と一体化された循環装置６０が台２０に固定されているため変位が抑制される。したがって、ホルダ５０の下面５０ａと槽１０の底面１２との間隔は、左方では変わらないのに対して右方ではホルダ５０の上昇とともに拡大することとなる。そして、ホルダ５０の下面５０ａと槽１０の底面１２との間に形成された硬化層は、右方から徐々に槽１０の底面１２より剥離される。これにより、槽１０の底面１２と硬化層との剥離に要する力が分散されて、より小さな力で硬化層を槽１０の底面１２から剥離することができる。延いては、硬化層を底面１２から剥離する際に硬化層の変形を抑制したり、３次元造形装置１に発生する負荷を低減したりすることができる。
【００２４】
第１循環制御部７２は、槽１０が傾斜されたときに、槽１０内で造形用材料２を循環させるように循環装置６０を制御する。第１循環制御部７２は、例えば、傾斜装置３０が槽１０を傾斜させたのち、傾斜している槽１０内で造形用材料２を循環させるように循環装置６０を制御する。具体的には、例えば、上記の硬化層を底面１２から剥離させたとき、槽１０が傾斜した状態において、第１循環制御部７２は循環装置６０を駆動させる。なお、槽１０が傾斜されていない状態では、造形用材料２の深さは槽１０内で均一である。また、槽１０が傾斜されていない状態で循環装置６０を駆動した場合は、循環装置６０が備えられた第１側壁１４ａに近い位置において造形用材料２の流動性は高く、第１側壁１４ａから遠い位置において造形用材料２の流動性が低下する。したがって、槽１０内の第１側壁１４ａに対向する第３側壁１４ｃの近傍では、造形用材料２に含まれるフィラー材料が沈殿することがあり得た。特に、第３側壁１４ｃの前端と後端とにおける隅角部では、フィラー材料が沈殿して溜まりやすい傾向があった。これに対し、槽１０が傾斜した状態では、造形用材料２が循環装置６０の設置されている第１側壁１４ａの側に集められる。また、沈殿したフィラー材料についても槽１０の底面１２に沿って下方に滑り、第１側壁１４ａに集められる傾向にある。第１側壁１４ａには、前端部に循環装置６０の吸入口６１が設けられ、後端部に循環装置６０の吐出口６２が設けられている。このような構成により、造形用材料２は、傾斜された状態において図３（Ａ）に示すような経路で大きく流動されて撹拌される。したがって、槽１０が傾斜した状態で造形用材料２を循環させることで、フィラー材料と光硬化性樹脂とを効率よく撹拌することができる。これにより、フィラー材料を光硬化性樹脂中に効果的に分散させることができる。
【００２５】
傾斜装置３０により傾斜される槽１０の傾斜角度は特に制限されない。例えば、硬化層を底面１２から剥離させるのに好適な角度にまで傾斜させても良い。あるいは、傾斜角度は、例えば、槽内の造形用材料２を効率よく撹拌できる角度に設定しても良い。槽１０が傾斜されたとき、槽１０の底面１２と水平面との為す角度θは、例えば、０を超えて３０度以下とすることが好ましい。角度θは、好ましくは５度以上であり、より好ましくは１０度以上である。また、角度θは、好ましくは２５度以下であり、より好ましくは２０度以下である。このような角度θとすることで、槽１０の底面１２から硬化層を少ない力で剥離することができる。また、造形用材料２を傾斜した槽１０の下方に効果的に集約させることができ、造形用材料２を効率よく撹拌することができる。
【００２６】
なお、造形用材料２は、光硬化性で流動性を有する造形用材料２であれば特に制限されない。このような造形用材料２は、例えば、未硬化の状態では液体状態であって、紫外線や電子線などの光エネルギーの作用で重合または架橋を開始して硬化する、光硬化性樹脂（モノマーやオリゴマーであり得る。）を主体とする材料を広く用いることができる。造形用材料２は、主材料としての光硬化性樹脂の他に、フィラー材料等の副材料や、安定剤、光重合開始剤、増感剤等の添加剤を含むことができる。主材料である光硬化性樹脂は、造形対象である３次元造形物を形づくるための骨格となる材料である。光硬化性樹脂の種類は特に制限されず、例えば、アクリレート系やビニルエーテル系の重合性を有するモノマーおよびオリゴマー等が例示される。副材料は、例えば、造形対象である３次元造形物に付与したい機能または特性を有する材料を特に制限なく用いることができる。フィラー材料としては、各種の金属材料、無機材料、樹脂材料等を用いることができる。金属材料としては、金（Ａｕ），銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ），白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），鉄（Ｆｅ），アルミニウム（Ａｌ）等に代表される各種金属やその合金が挙げられる。無機材料としては、シリカ（ＳｉＯ2），アルミナ（Ａｌ2Ｏ3），ジルコニア（ＺｒＯ2），酸化チタン（ＴｉＯ2），炭化ケイ素（ＳｉＣ），窒化アルミニウム（ＡｌＮ），ハイドロキシアパタイト（Ｃａ10（Ｐｏ4）6（ＯＨ）2），カーボン材料等や、各種の顔料が挙げられる。なお顔料としては、例えば、チタニア白，鉛丹，ベンガラ，亜鉛黄，アルミ酸コバルト，雲母，酸化クロム，カーボンブラック等が挙げられる。樹脂材料としては、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ），ポリエチレン（ＰＥ），ポリプロピレン（ＰＰ），ポリスチレン（ＰＳ），アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ），ポリメチルメタアクリル（ＰＭＭＡ），ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリアミド（ＰＡ），ポリカーボネート（ＰＣ），ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ），ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等が挙げられる。これらの副材料は、いずれか１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２７】
フィラー材料の形態は特に制限されない。例えば、比較的等方性の高い粒子状であってもよいし、異方性の高い繊維状であってもよい。粒子状の場合は、例えば、真球ないしは球形のものであってもよいし、結晶系を反映した多角形状や、板状であってもよいし、不定形状であってもよい。また、中心部に空洞がある中空形状のものであってもよいし、空洞の無い中実形状のものであってもよいし、複数の開孔を有する多孔質形状のものであってもよい。副材料であるフィラー材料は、一般に主材料である光硬化性樹脂よりも比重が大きいものが多い。したがって、光硬化性樹脂中に均一に分散し得る形状であることがより好ましい。必ずしもこれに制限されるものではないが、例えば、少なくとも一つの次元の寸法が２００ｎｍ以下（好ましくは１５０ｎｍ以下、より好ましくは１００ｎｍ以下）のナノ材料であることが好ましい。かかる寸法は、ＳＥＭ等の電子顕微鏡観察により測定される値や、動的光散乱法（ＤＬＳ）に基づき測定される平均粒子径を採用することができる。
【００２８】
以上の本発明の３次元造形装置１によると、ホルダ５０の下面５０ａと槽１０の底面１２との間に配置された造形用材料２が硬化されて、硬化層（層状に硬化した造形用材料）が形成される。このとき、硬化層はホルダ５０の下面５０ａと槽１０の底面１２とに密着している。そしてホルダ５０が硬化層を吊り上げるのに合わせて、傾斜装置３０が槽１０を傾斜させる。すると、槽１０の底面１２は硬化層の下面に対しても傾斜される。これにより、槽１０の底面１２は、傾斜方向の一方が他方よりも先に硬化層から離間する。底面１２と硬化層との界面は、傾斜方向の一方から他方に向けて経時的に剥離される。このことにより、底面１２と硬化層との剥離する力を位置的および経時的に分散させることができ、硬化後の硬化層を吊り上げる際の負荷を低減することができる。
【００２９】
本実施形態によると、槽１０には循環装置６０が備えられている。したがって、造形用材料２として、光硬化性樹脂とフィラー材料とを含む複合材料を用いた場合でも、フィラー材料が沈降したり分離したりするのを抑制することができる。
【００３０】
本実施形態によると、槽１０は底面１２が矩形の箱状であり、循環装置６０は第１側壁１４ａの一方の端部に吸入口６１を備え、他方の端部に吐出口６２を備えている。これにより、比較的深さの浅い槽１０であっても、造形用材料２を効果的に撹拌することができる。
【００３１】
本実施形態によると、槽１０が傾斜されたときに、循環装置６０が槽１０内の造形用材料２を循環させる。これにより、光硬化性樹脂とフィラー材料とを含む造形用材料２であっても、フィラー材料の沈殿を抑制して効果的に撹拌することができる。また、比較的深さの浅い槽１０であっても、造形用材料２を効果的に撹拌することができる。
【００３２】
なお、ここに開示される技術は、槽１０の底面１２に水平な方向で造形用材料２を流動させるようにしている。また、槽１０を傾斜させながら造形用材料２を流動させるようにもしている。したがって、このような技術は、比較的浅い槽１０を使用する吊り上げ式の３次元造形装置１に対して特に好適に適用することができる点で好ましい。
【００３３】
また、上記実施態様では、硬化層を槽１０の底面１２から剥離させた後の槽１０が傾斜している状態において、循環装置６０を駆動させていた。しかしながら、循環装置６０を駆動させるタイミングはこれに限定されない。例えば、槽１０が傾斜されていない、水平な状態において循環装置６０を駆動させてもよい。また、例えば、槽１０が水平であって、造形を行っている状態において循環装置６０を駆動させてもよい。このとき、制御装置７０は、さらに、第２循環制御部７３（図６参照）を有することができる。第２循環制御部７３は、光学装置４０が光を発生させている間に、槽１０内で造形用材料２を循環させるように循環装置６０を制御する。これにより、解像度の高い造形を行うために硬化層の造形に時間を要する場合や、比重差の大きいフィラー材料と光硬化性樹脂とを含む造形用材料２を使用する場合であっても、フィラー材料と光硬化性樹脂との均一性を確保することができる。
【００３４】
上記実施態様では、槽１０の底面１２の形状は矩形であった。しかしながら、底面１２の形状はこれに限定されない。例えば、槽１０の底面１２は、図７（ａ）に示すように、循環装置６０の吐出口６２が設けられている側の隅角部が鈍角（９０度超過）であって、吸入口６１が設けられている側の隅角部が鋭角（９０度未満）となるように構成されていても良い。図７（ａ）の例では、第１側壁１４ａの厚みを前方から後方に向けて厚くし、第３側壁１４ｃの厚みを前方から後方に向けて薄くすることで、底面１２が平行四辺形となるように構成されている。このようにすることで、第１側壁１４ａが下方となるように槽１０を傾斜させたときに、第１側壁１４ａの内面は、吐出口６２が設けられた連結部１７から吸入口６１が設けられた連結部１６へと下方に向けて傾斜される。つまり、循環装置６０の吐出口６２から吸入口６１に向けて槽１０がテーパー形状となる。これにより、第１側壁１４ａの内面に造形用材料２中のフィラー材料が沈殿するのを抑制することができる。
【００３５】
また、例えば、槽１０の底面１２は、図７（ｂ）に示すように、循環装置６０が備えられている第１側壁１４ａと対向する第３側壁１４ｃの両端の隅角部が、角のない曲面となるように構成されていても良い。このようにすることで、槽１０内の造形用材料２の流動を促進させることができる。したがって、例えば、槽１０を傾斜させずに循環装置６０を駆動させたときに、造形用材料２中のフィラー材料が第３側壁１４ｃの両端の隅角部に沈殿するのを抑制することができる。
【００３６】
上記実施態様では、傾斜装置３０として電動アクチュエータ式の昇降装置を用いた。しかしながら、傾斜装置３０の構成はこれに限定されない。例えば、傾斜装置３０は、カム機構を備える昇降装置であってもよい。この昇降装置は、カム機構の回転運動を上下運動に変換して、槽１０の底面１２の一方の端部を持ち上げたり降下させたりする。カム機構としては、例えば、円板カムや円筒カムを好ましく用いることができる。これによっても、槽１０を台２０に対して傾斜させることができる。
【００３７】
また、上記実施態様では、傾斜装置３０により槽１０の一端を上方に移動させて槽１０を傾斜させていた。しかしながら、槽１０を傾斜させる方向および傾斜装置３０の構成はこれに限定されない。例えば、槽１０は、図７（ｃ）に示すように、一端を下方に移動させることで台２０に対して傾斜させてもよい。この場合、傾斜装置３０は、ホルダ５０が硬化層を吊り上げるために上昇するタイミングに一致するタイミングで、槽１０を下方に傾斜させるようにしてもよい。これにより、硬化層を槽１０の底面１２から剥離するために要する力を、ホルダ５０の上昇と、傾斜装置３０の下方傾斜とにより発生させることができる。なお、傾斜装置３０は、ホルダ５０が硬化層を吊り上げるために上昇を始めるタイミングよりも少し早いタイミングで、槽１０を下方に傾斜させるようにしてもよい。少し早いタイミングとは、例えば１秒以下程度である。傾斜装置３０がホルダ５０よりも早いタイミングで槽１０を下方に傾斜させることで、かかる槽１０の傾斜に基づき硬化層の端部が槽１０の底面１２から剥離される。これにより、図示しない駆動装置がホルダ５０を上昇させる際の負荷をより確実に低減することができる。
【００３８】
上記実施態様においては、循環装置６０としてチューブポンプ６０Ａを用いていた。しかしながら、循環装置６０はこれに限定されない。循環装置６０は、例えば図８（ａ）に示すように、スクリューポンプ６０Ｂであってよい。スクリューポンプ６０Ｂは、吸入口６１と吐出口６２との間の管内に、スクリューポンプ部を備える定容積ポンプである。スクリューポンプ６０Ｂは、吸入口６１から吸入した造形用材料２を、スクリューの回転により撹拌しながら移送し、吐出口６２から槽１０内に吐出する。これにより、循環装置６０内で造形用材料２の撹拌を行えるために好ましい。また、スクリューポンプ６０Ｂは、粘性の高い造形用材料２の撹拌および移送をも好適に行える。したがって、ここに開示される３次元造形装置１の循環装置６０として特に好ましい。
【００３９】
循環装置６０は、例えば図８（ｂ）に示すように、スクリューポンプ６０Ｂの他に、さらに貯留部６５と、供給部６６とを備えていてもよい。貯留部６５は、造形用材料２に添加する補充材料を貯留する。供給部６６は、スクリューポンプ６０Ｂと貯留部６５とに接続されており、図示しない駆動装置により、スクリューポンプ６０Ｂに補充材料を供給する。図８（ｂ）の例では、貯留部６５は、光硬化性樹脂を貯留する第１貯留部６５Ａと、フィラー材料を貯留する第２貯留部６５Ｂと、から構成されている。また、供給部６６は、スクリューポンプ６０Ｂと第１貯留部６５Ａとに接続される第１供給部６６Ａと、スクリューポンプ６０Ｂと第２貯留部６５Ｂとに接続される第２供給部６６Ｂと、から構成されている。また、制御装置７０は、さらに、組成制御部７４（図６参照）を備えることができる。組成制御部７４は、スクリューポンプ６０Ｂに供給される補充材料の供給量を調整するよう、供給部６６を制御する。補充材料の供給量は、例えば、経時的に変化させることもできる。これにより、循環装置６０において、槽１０から吸入した造形用材料２に光硬化性樹脂やフィラー材料等の任意の補充材料を所望の割合で添加することができる。また、供給された補充材料と造形用材料２とは、スクリューポンプ６０Ｂの内部において、所定の配合を維持しつつ補充材料と造形用材料２とを構成する材料が均一に撹拌されながら、移送される。これにより、槽１０から吸入した造形用材料２とは異なる組成の造形用材料２を槽１０へ吐出することができる。したがって、ここに開示される３次元造形装置１によると、１つの３次元造形物の造形途中に造形用材料２の組成をダイナミック（動的に）に変化させることができる。異なる組成の造形用材料２の槽１０への吐出は、硬化層を造形するごとに行ってもよいし、硬化層を造形しながら行ってもよい。これにより、３次元造形物を構成する材料の組成を、３次元造形物の部位ごとに変化させることができ、より多様な構成の３次元造形物を造形することができる。例えば、造形方向に沿って組成が徐々に変化された３次元造形物を造形することができる。
【００４０】
なお、図８（ｂ）の例では、貯留部６５に貯留した補充材料を、スクリューポンプ６０Ｂにて撹拌していたが、これに限定されない。例えば、循環装置６０はさらに図示しない撹拌槽を備え、第１貯留部６５Ａと第２貯留部６５Ｂとに貯留された補充材料を、撹拌槽内にて均一に撹拌してもよい。撹拌槽における撹拌機構は特に制限されず、例えば、回転式撹拌装置や、超音波式撹拌装置、せん断式撹拌装置などであってよい。撹拌槽内にて撹拌された補充材料は、吸入口６１から吸入した造形用材料２と混合され、吐出口６２まで移送されるようにしても良い。
【００４１】
また、上記実施態様において、光学装置４０は、光源としてプロジェクタ４０ａを備えていた。しかしながら、光源の種類はこれに限定されない。例えば、光学装置４０は、光源として各種のレーザ発振装置を備えていてもよい。レーザ発振装置から発振されるレーザは特に制限されず、使用する造形用材料２に適した波長，スポット径，強度等を備えるレーザであってよい。レーザ発振装置は、発振するレーザの波長，スポット径，強度等を調整可能なものであってよい。
【符号の説明】
【００４２】
１  ３次元造形装置
２  造形用材料
１０  槽
２０  台
３０  傾斜装置
４０  光学装置
５０  ホルダ
６０  循環装置
７０  制御装置
【図１】
2017047603.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2017047603.tif 000007
【図６】
2017047603.tif 000008
【図７】
2017047603.tif 000009
【図８】
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