(57)【要約】【課題】造形ヘッド及びＸ方向移動機構全体をＹ方向に移動させるときに傾いていると、造形精度が低下する。【解決手段】造形材を付与する造形ヘッド１０と、造形ヘッド１０をＸ方向に往復移動させるＸ方向移動機構２０と、造形ヘッド１０及びＸ方向移動機構２０をＸ方向と直交するＹ方向に往復移動させるＹ方向移動機構３０と、Ｘ方向移動機構２０の両端部のＹ方向の位置を検出するＹ方向位置検出手段３７Ａ，３７Ｂと、Ｙ方向位置検出手段３７Ａ、３７Ｂの各検出結果から造形ヘッド１０の移動を制御する制御部５００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】
造形物を形成する材料又は造形物を形成する材料を結合する材料を付与する造形材付与手段と、
前記造形材付与手段をＸ方向に往復移動させるＸ方向移動機構と、
前記造形材付与手段及び前記Ｘ方向移動機構を前記Ｘ方向と直交するＹ方向に往復移動させるＹ方向移動機構と、
前記Ｘ方向移動機構の両端部のＹ方向の位置を検知するＹ方向位置検知手段と、
前記Ｙ方向位置検知手段の各検知結果から前記造形材付与手段の移動を制御する手段と、を備えている
ことを特徴とする立体造形物を造形する装置。
【請求項２】
前記Ｙ方向位置検知手段の各検知結果及び前記造形材付与手段のＸ方向位置から前記Ｙ方向移動機構を往路から復路に切り替えるときの前記造形材付与手段の付与量を制御する手段を備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の立体造形物を造形する装置。
【請求項３】
前記造形材付与手段には、調整パターンを読み取る読み取り手段を備え、
前記読み取り手段の読み取り結果から前記造形材付与手段のＸ方向とＹ方向との直角度を調整する手段を備えている
ことを特徴とする請求項２に記載の立体造形物を造形する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は立体造形物を造形する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体造形物（三次元造形物）を造形する装置として、造形物を形成する材料又は造形物を形成する材料を結合する材料（これらを「造形材」と総称する。）を付与する造形材付与手段（以下「造形ヘッド」ともいう。）をＸ方向移動機構でＸ方向に往復移動させるとともに、造形ヘッド及びＸ方向移動機構を、Ｘ方向と直交するＹ方向に移動させるものがある。
【０００３】
従来、Ｘ方向移動機構，Ｙ方向移動機構及びＺ方向移動機構を含む三次元造形機構部の全体を支持するインナシャーシ部を設け、このインナシャーシ部をハウジング部の底面を構成する矩形状に形成したハウジング底面部の上面上に配するとともに、インナシャーシ部の下面に、当該ハウジング底面部の上面に接触して結合する複数のシャーシ結合部を、当該ハウジング底面部の下面における四隅付近にそれぞれ配設した複数のハウジング脚部に対して異なる位置となる相隣る二つの当該ハウジング脚部間の中間位置に配設してなる三次元造形機が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５１００５８５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、造形ヘッド及びＸ方向移動機構全体をＸ方向と直交するＹ方向に移動させるＹ方向移動機構を備える場合、例えば造形ヘッドのＸ方向への移動がＹ方向で傾いていると、造形精度が低下するという課題がある。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、造形精度を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明に係る立体造形物を造形する装置は、
造形物を形成する材料又は造形物を形成する材料を結合する材料を付与する造形材付与手段と、
前記造形材付与手段をＸ方向に往復移動させるＸ方向移動機構と、
前記造形材付与手段及び前記Ｘ方向移動機構を前記Ｘ方向と直交するＹ方向に往復移動させるＹ方向移動機構と、
前記Ｘ方向移動機構の両端部のＹ方向の位置を検出するＹ方向位置検知手段と、
前記Ｙ方向位置検知手段の各検知結果から前記造形材付与手段の移動を制御する手段と、を備えている
構成とした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、造形精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態の説明に供する平面説明図である。
【図２】同じくＸ方向移動機構の平面説明図である。
【図３】同じくＸ方向移動機構の正面説明図である。
【図４】同じくＹ方向移動機構の平面説明図である。
【図５】同装置の制御部の説明に供する説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態の説明に供する平面説明図である。
【図７】同じく正面説明図である。
【図８】本発明の第３実施形態の説明に供する平面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態について図１ないし図４を参照して説明する。図１は同実施形態の平面説明図、図２は同じくＸ方向移動機構の平面説明図、図３は同じくＸ方向移動機構の正面説明図、図４は同じくＹ方向移動機構の平面説明図である。
【００１１】
造形ヘッド１０は、造形材付与手段であり、キャリッジ１３に、造形物を形成する造形材料であるフィラメントを射出する複数の射出ノズル１１と、各射出ノズル１１に供給されるフィラメントを加熱する造形材料加熱手段としてのヘッド加熱部１２を備えている。
【００１２】
造形ヘッド１０は、フィラメントをヘッド加熱部１２で加熱溶融し、溶融状態のフィラメントを所定の射出ノズル１１から押し出すようにして造形部１に向けて射出し、所定の層状造形物を造形する。
【００１３】
Ｘ方向移動機構２０は、造形ヘッド１０をＸ方向（Ｘ軸方向）に往復移動する。Ｘ方向移動機構２０は、造形ヘッド１０のキャリッジ１３に連結したボールねじ２１と、ボールねじ２１を回転駆動して造形ヘッド１０を移動させるモータ２２を備えている。
【００１４】
そして、Ｘ方向に沿って所定のパターンを形成したエンコーダスケール２３を張り渡し、造形ヘッド１０上にエンコーダスケール２３のパターンを読取る透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ２４を設けている。
【００１５】
これらのエンコーダスケール２３とエンコーダセンサ２４によって造形ヘッド１０のＸ方向における移動及び位置を検知するリニアエンコーダからなるＸ方向位置検知手段２５を構成している。
【００１６】
ここでは、Ｘ方向と直交するＹ方向において、造形ヘッド１０の射出ノズル１１の中心にエンコーダスケール２３を配置している。
【００１７】
これらの造形ヘッド１０、Ｘ方向移動機構２０及びＸ方向位置検知手段２５は、Ｙ方向移動機構３０によって移動される移動台３１上に搭載されている。
【００１８】
Ｙ方向移動機構３０は、Ｘ方向を長手方向として配置された移動台３１と、移動台３１のＸ方向に一端部に連結されたボールねじ３２と、ボールねじ３２を回転駆動して移動台３１を移動させる駆動源としてのモータ３３を備えている。
【００１９】
なお、移動台３１のＸ方向の他端部を案内するガイド部材３４を設けている。
【００２０】
そして、移動台３１のＸ方向の一端部側には、Ｙ方向に沿って所定のパターンを形成したエンコーダスケール３５Ａを張り渡し、移動台３１の一端部にエンコーダスケール３５Ａのパターンを読取る透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ３６Ａを設けている。
【００２１】
これらのエンコーダスケール３５Ａとエンコーダセンサ３６ＡによってＸ方向移動機構２０（Ｘ軸）の一端部のＹ方向における移動及び位置を検知するリニアエンコーダからなるＹ方向位置検知手段３７Ａを構成している。
【００２２】
また、移動台３１のＸ方向の他端部側には、Ｙ方向に沿って所定のパターンを形成したエンコーダスケール３５Ｂを張り渡し、移動台３１の他端部にエンコーダスケール３５Ｂのパターンを読取る透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ３６Ｂを設けている。
【００２３】
これらのエンコーダスケール３５Ｂとエンコーダセンサ３６ＢによってＸ方向移動機構２０の他端部のＹ方向における移動及び位置を検知するリニアエンコーダからなるＹ方向位置検知手段３７Ｂを構成している。
【００２４】
これらのＹ方向位置検知手段３７Ａ、３７ＢによってＸ方向移動機構２０の両端部のＹ方向の位置を検知する位置検知手段を構成している。
【００２５】
次に、この装置の制御部の概要について図５のブロック説明図を参照して説明する。
【００２６】
制御部５００は、外部から造形データ（スライスデータ）を入力し、装置の各部を制御する主制御部５０１を備えている。
【００２７】
主制御部５０１は、フィラメント供給部６、ヘッド加熱部１２、Ｘ方向移動機構２０、Ｙ方向移動機構３０、造形部１をＸ−Ｙ平面と垂直な方向に昇降させるＺ方向移動機構４０などの制御を司る。
【００２８】
また、主制御部５０１には、Ｘ方向位置検知手段２５、Ｙ方向位置検知手段３７Ａ、３７Ｂ、Ｚ方向位置検知手段４５から各検知結果が入力される。主制御部５０１はこれらの検知結果に基づいて、造形ヘッド１０のＸ方向への移動、Ｙ方向への移動、造形部１のＺ方向への移動を制御する。
【００２９】
次に、このように構成した実施形態の作用について説明する。
【００３０】
例えば、造形を行うときには、初期状態からＺ方向移動機構４０によって造形部１を第１層の層状造形物を造形する位置まで上昇させる。
【００３１】
そして、造形ヘッド１０をＸ方向に往復移動させるとともに、造形ヘッド１０をＹ方向に移動させて、造形部１上に一層の造形データに対応する所要形状の層状造形物を造形する。その後、造形部１を１層分Ｚ方向に下降させる。この動作を繰り返して、層状造形物を所要総数分積層して、立体造形物を造形する。
【００３２】
ここで、造形ヘッド１０はＸ方向移動機構２０とともに移動台３１上に搭載され、Ｘ方向の一端部側に配置したＹ方向移動機構３０によって移動される。そのため、Ｘ方向移動機構２０（Ｘ軸）の両端部で移動量のずれが発生し、Ｘ軸の両端部でＹ方向の位置ずれ、すなわちＸ軸のＹ方向での傾きが発生する。
【００３３】
このＸ軸のＹ方向での傾きは、Ｙ方向における往路と復路とで同じになるとは限らず、逆方向になることもある。その結果、Ｙ方向における往路と復路で造形を行う場合に造形ヘッド１０による造形材の付与位置にずれが発生することになる。
【００３４】
そこで、Ｙ方向位置検知手段３７Ａ、３７ＢによるＸ軸の両端部のそれぞれの移動量（位置）の検知結果から移動量の差分を算出し、移動量の差分からＸ軸の傾き量及び傾きの方向を検出する。
【００３５】
そして、検出した傾き量及び傾きの方向からＸ方向移動機構２０及びＹ方向移動機構３０による造形ヘッド１０のＸＹ方向への移動量を補正して移動させる制御を行う。
【００３６】
これにより、造形ヘッド１０の移動精度を高めることができて、造形精度を向上できる。
【００３７】
次に、本発明の第２実施形態について図６及び図７を参照して説明する。図６は同実施形態の説明に供する平面説明図、図７は同じく正面説明図である。
【００３８】
本実施形態のＸ方向移動機構５０は、造形ヘッド１０のキャリッジ１３を移動可能に保持したガイド部材５１と、駆動モータ５２と、駆動プーリ５３と従動プーリ５４との間に掛け回したタイミングベルト５５とで構成している。タイミングベルト５５にクランプ部１３ａでキャリッジ１３と連結している。
【００３９】
そして、Ｘ方向位置検知手段２５を構成するエンコーダスケール２３は、キャリッジ１３のタイミングベルト５５を配置する側と反対側の面であって、高さ方向でガイド部材５１とほぼ同じ高さに配置し、キャリッジ１３にエンコーダセンサ２４を設けている。
【００４０】
この構成では、Ｘ方向位置検知手段２５による検知位置が、ＸＹ平面上でも支点であるガイド部材５１に対してノズル１１と同方向でＸＺ平面に、ＹＺ平面においてもガイド部材５１に対してノズル１１と同方向となり、いずれの方向の回転に対してもバランスの良い配置となる。
【００４１】
次に、本発明の第３実施形態について図８を参照して説明する。図８は同実施形態の説明に供する平面説明図である。
【００４２】
本実施形態では、造形ヘッド１０にキャリブレーション用センサ７１を搭載している。
【００４３】
そして、造形部１にキャリブレーションの調整パターン７２を設置し、センサ７１によって調整パターン７２を読み取り、読み取り結果からＸ軸（Ｘ方向）とＹ軸（Ｙ方向）の直角度のキャリブレーション（調整）を行う。
【００４４】
この場合、Ｙ方向の往路と復路の傾きの差分を測定して、Ｘ軸の傾き補正を行うときの補正値とすることができる。
【００４５】
また、キャリブレーション用のセンサ７１や調整パターン７２は造形中も設置されていても、キャリブレーション時にのみ設置するように、取り外し可能にしてもよい。さらに、調整パターン（キャリブレーションパターン）７２は、画像でも、実際の金属プレートに凹凸をつけたものでもよい。
【００４６】
つまり、前述したように、造形ヘッド１０及びＸ方向移動機構２０をＹ方向移動機構３０によってＹ方向に往復移動する場合、Ｘ軸のＹ方向における傾きが発生し、往路と復路で傾きが異なることがある。
【００４７】
例えば、移動台３１はＹ方向移動機構３０に連結された一端部側に対して他端部側が移動方向で送れるように傾くので、往路では、移動台３１が実線図示の方向に傾き、復路では、仮想線図示の方向に傾くことになる。
【００４８】
このように、Ｙ方向における往路と復路でＸ軸の傾きが異なるような場合、第１に、造形ヘッドの位置そのものに誤差が生じ、造形のパスそのものに誤差が生じる。第２に、造形パスを正確に補正したとしても、往路と復路で切り替わる部分で、速度が理想値と異なるために、実際の吐出量が多くなってしまうことである。
【００４９】
そこで、第１の造形ヘッドの位置の誤差は、Ｘ軸の傾きから算出して造形ヘッド１０の移動量を補正（調整）する。第２の往路と復路の切り替え時の速度の偏差に対しては、Ｘ軸の傾きとヘッドのＸ軸の位置から算出して、造形ヘッド１０の吐出量（付与量）を補正（調整）する。
【００５０】
なお、上記実施形態では造形物を形成する材料（造形材）を付与して立体造形を行う装置で説明しているが、造形材に造形材を結合する材料（例えば造形液）を付与して立体造形を行う粉体積層造形装置などにも適用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１  造形部
１０  造形ヘッド
１１  射出ノズル
１３  キャリッジ
２０  Ｘ方向移動機構
３０  Ｙ方向移動機構
３７Ａ、３７Ｂ  Ｙ方向位置検知手段
５００  制御部
【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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