(57)【要約】  造形装置が、液滴を移動させる移動処理部と、所定の造形領域内で前記液滴を部分的に固体に変化させることで造形を行う造形部と、を備える。
2019156170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を移動させる移動処理部と、
所定の造形領域内で前記液滴を部分的に固体に変化させることで造形を行う造形部と、
を備える造形装置。
【請求項２】
前記移動処理部は、電磁波によるポイントヒータを用いて前記液滴に温度勾配を生じさせることで前記液滴を移動させる、請求項１に記載の造形装置。
【請求項３】
前記移動処理部は、撥水性の素材が部分的に配置されている面上にて前記液滴を移動させる、請求項２に記載の造形装置。
【請求項４】
前記移動処理部は、前記液滴を移動させるべき距離が大きいほど前記ポイントヒータによる加熱量を大きくする、請求項２または請求項３に記載の造形装置。
【請求項５】
前記移動処理部は、前記液滴の濡れ性が小さいほど前記ポイントヒータによる加熱量を大きくする、請求項２から４の何れか一項に記載の造形装置。
【請求項６】
前記移動処理部は、前記液滴の粘度が大きいほど、前記ポイントヒータによる加熱量を大きくする、請求項２から５の何れか一項に記載の造形装置。
【請求項７】
前記移動処理部は、互いに異なる種類の材料からなる複数の液滴それぞれを別々のタイミングで移動させ、
前記造形部は、前記造形領域内で前記複数の液滴それぞれを部分的に固体に変化させることで前記造形を行う、
請求項１から６の何れか一項に記載の造形装置。
【請求項８】
前記移動処理部は、目的物の材料となる液滴と、洗浄液の液滴とのそれぞれを別々のタイミングで移動させ、
前記造形部は、前記造形領域内で前記目的物の材料となる液滴を部分的に固体に変化させることで前記目的物を造形する、
請求項１から７の何れか一項に記載の造形装置。
【請求項９】
前記造形部は、レーザ光を透過させる基板に載っている前記液滴に対し、前記液滴内に焦点を結ぶように前記レーザ光を前記基板の下から照射する、請求項１から８の何れか一項に記載の造形装置。
【請求項１０】
目的物の材料となるとともに互いに異なる種類の材料からなる複数の液滴それぞれを別のタイミングで移動させ、また、前記複数の液滴を移動させるタイミングとは異なるタイミングで洗浄液の液滴を移動させる移動処理部と、
所定の造形領域内で前記複数の液滴を部分的に固体に変化させることで前記目的物を造形する造形部と、
を備える造形装置。
【請求項１１】
電磁波によるポイントヒータを用いて液滴に温度勾配を生じさせることで前記液滴を移動させる移動処理部を備える液滴移動装置。
【請求項１２】
所定の造形領域内で液滴を部分的に固体に変化させることで造形を行う工程と、
前記造形を行う工程を適用後の液滴を前記造形領域外へ移動させる工程と、
を含む目的物生産方法。
【請求項１３】
電磁波によるポイントヒータを用いて液滴に温度勾配を生じさせることで前記液滴を移動させる工程を含む液滴移動方法。
【請求項１４】
コンピュータに、
所定の造形領域内で液滴を部分的に固体に変化させることで造形を行う工程と、
前記造形を行う工程を適用後の液滴を前記造形領域外へ移動させる工程と、
を実行させるためのプログラム。
【請求項１５】
コンピュータに、
電磁波によるポイントヒータを用いて液滴に温度勾配を生じさせることで前記液滴を移動させる工程を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形装置、液滴移動装置、目的物生産方法、液滴移動方法及びプログラムに関する。
この出願は、２０１８年２月７日に出願された日本国特願２０１８−２０５５６を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【背景技術】
【０００２】
３次元の目的物を造形可能な方法の１つに光造形（Stereolithography）がある。光造形では、液体の材料に紫外線レーザ光等の光を当てて材料を部分的に固体に変化させることで目的物を造形する。
光造形に関連して、非特許文献１には、光還元（Photoreduction）にて銀の微細構造を造形する方法が示されている。非特許文献１に記載の方法では、銀イオンを含む水溶液にレーザ光を照射して銀を目的の形状に凝縮させたのち、水溶液を除去する。【０００３】
また、非特許文献２には、複数の材料を組み合わせた光造形を行う実験例が示されている。非特許文献２に記載の実験例では、アクリル樹脂とメタクリル樹脂とをそれぞれ光重合（Photopolymerization）にて造形した後、磁性材料を無電解めっきしている。その結果、アクリル樹脂およびメタクリル樹脂のうち、アクリル樹脂のみが選択的にめっきされている。
このように、複数種類の材料を用いて光造形を行うことで、多様な特性を有する目的物を造形することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Yao-Yu Cao, Nobuyuki Takeyasu, Takuo Tanaka, Xuan-Ming Duan, and Satoshi Kawata、"3D Metallic Nanostructure Fabrication by Surfactant-Assisted Multiphoton-Induced Reduction"、Small、２００９年、第５巻、第１０号、p.1144-1148
【非特許文献２】Tommaso Zandrini, Shuhei Taniguchi and Shoji Maruo、"Magnetically Driven Micromachines Created by Two-Photon Microfabrication and SelectiveElectroless Magnetite Plating for Lab-on-a-Chip Applications"、Micromachines、２０１７年、第８巻、第３５号、p.1-8
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光造形または光還元のように液体の材料を固体に変化させて目的物を造形する場合、レーザ光の照射可能範囲など造形が行われる領域に液体の材料を設置する必要がある。このような方法は、設置を行うユーザにとって負担となる。特に、複数の材料を用いて造形を行う場合、材料を取り換える毎に、造形途中の目的物を洗浄し、洗浄された目的物と次の材料とを、造形が行われる領域に設置する必要がある。このため、作業を行うユーザの負担が大きい。さらに、目的物が小さい場合など精密加工を行う場合、洗浄された目的物を設置する際に設置位置および向きの精度が要求され、作業を行うユーザの負担がさらに大きい。【０００６】
本発明は、液体の材料を固体に変化させて目的物を造形する場合に、液体の材料を設置する負担を軽減することができる造形装置、液滴移動装置、目的物生産方法、液滴移動方法およびプログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば造形装置は、液滴を移動させる移動処理部と、所定の造形領域内で前記液滴を部分的に固体に変化させることで造形を行う造形部と、を備える。【０００８】
前記移動処理部は、電磁波によるポイントヒータを用いて前記液滴に温度勾配を生じさせることで前記液滴を移動させるようにしてもよい。【０００９】
前記移動処理部は、撥水性の素材が部分的に配置されている面上にて前記液滴を移動させるようにしてもよい。【００１０】
前記移動処理部は、前記液滴を移動させるべき距離が大きいほど前記ポイントヒータによる加熱量を大きくするようにしてもよい。【００１１】
前記移動処理部は、前記液滴の濡れ性が小さいほど前記ポイントヒータによる加熱量を大きくするようにしてもよい。【００１２】
前記移動処理部は、前記液滴の粘度が大きいほど、前記ポイントヒータによる加熱量を大きくするようにしてもよい。【００１３】
前記移動処理部は、互いに異なる種類の材料からなる複数の液滴それぞれを別々のタイミングで移動させ、前記造形部は、前記造形領域内で前記複数の液滴それぞれを部分的に固体に変化させることで前記造形を行うようにしてもよい。【００１４】
前記移動処理部は、目的物の材料となる液滴と、洗浄液の液滴とのそれぞれを別々のタイミングで移動させ、前記造形部は、前記造形領域内で前記目的物の材料となる液滴を部分的に固体に変化させることで前記目的物を造形してもよい。  【００１５】
前記造形部は、レーザ光を透過させる基板に載っている前記液滴に対し、前記液滴内に焦点を結ぶように前記レーザ光を前記基板の下から照射するようにしてもよい。【００１６】
本発明の第２の態様によれば造形装置は、目的物の材料となるとともに互いに異なる種類の材料からなる複数の液滴それぞれを別のタイミングで移動させ、また、前記複数の液滴を移動させるタイミングとは異なるタイミングで洗浄液の液滴を移動させる移動処理部と、所定の造形領域内で前記複数の液滴を部分的に固体に変化させることで前記目的物を造形する造形部と、を備える。【００１７】
本発明の第３の態様によれば、液滴移動装置は、電磁波によるポイントヒータを用いて液滴に温度勾配を生じさせることで前記液滴を移動させる移動処理部を備える。【００１８】
本発明の第４の態様によれば、目的物生産方法は、所定の造形領域内で液滴を部分的に固体に変化させることで造形を行う工程と、前記造形を行う工程を適用後の液滴を前記造形領域外へ移動させる工程と、を含む。【００１９】
本発明の第５の態様によれば、液滴移動方法は、電磁波によるポイントヒータを用いて液滴に温度勾配を生じさせることで前記液滴を移動させる工程を含む。【００２０】
本発明の第６の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、所定の造形領域内で液滴を部分的に固体に変化させることで造形を行う工程と、前記造形を行う工程を適用後の液滴を前記造形領域外へ移動させる工程と、を実行させるためのプログラムである。【００２１】
本発明の第７の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、電磁波によるポイントヒータを用いて液滴に温度勾配を生じさせることで前記液滴を移動させる工程を実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の実施形態によれば、液体の材料を固体に変化させて目的物を造形する場合に、液体の材料を設置する負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態に係る造形システムの機能構成を示す概略ブロック図である。
【図２】実施形態に係る造形部がレーザ光の焦点を結ばせる位置の例を示す図である。
【図３】実施形態に係る造形部のレーザ光発射部分と液滴との位置関係の例を示す図である。
【図４】実施形態に係る液滴の配置例を示す図である。
【図５】実施形態に係る移動処理部が加熱用ビームを照射する位置の例を示す図である。
【図６】温度勾配が生じていない場合の液滴における力の関係の例を示す図である。
【図７】温度勾配が生じている場合の液滴における力の関係の例を示す図である。
【図８】実施形態で液滴に生じる力の向きの例を示す図である。
【図９】実施形態に係る移動処理部のレーザ光発射部分と液滴との位置関係の例を示す図である。
【図１０】実施形態に係る観察部の構成例を示す図である。
【図１１】実施形態に係る材料の配置の第１例を示す図である。
【図１２】実施形態に係る材料の配置の第２例を示す図である。
【図１３】実施形態に係る材料の配置の第３例を示す図である。
【図１４】実施形態に係る材料の配置の第４例を示す図である。
【図１５】実施形態に係る材料の配置の第５例を示す図である。
【図１６】実施形態に係る材料の配置の第６例を示す図である。
【図１７】実施形態に係る材料の配置の第７例を示す図である。
【図１８】実施形態に係る材料の配置の第８例を示す図である。
【図１９】実施形態に係る材料の配置の第９例を示す図である。
【図２０】実施形態に係る材料の配置の第１０例を示す図である。
【図２１】実施形態に係る移動処理部による液滴の加熱温度と液滴の移動距離との関係の例を示すグラフである。
【図２２】実施形態に係る液滴の濡れ性と液滴の移動距離との関係の例を示すグラフである。
【図２３】実施形態に係る液滴の粘度と液滴の移動距離との関係の例を示すグラフである。
【図２４】実施形態に係る制御装置が造形装置を制御して目的物を生成させる処理手順の例を示すフローチャートである。
【図２５】実施形態に係る造形装置を用いて得られる目的物の第１例を示す図である。
【図２６】実施形態に係る造形装置を用いて得られる目的物に銅めっきを施した第１例を示す図である。
【図２７】実施形態に係る造形装置を用いて得られる目的物の第２例を示す図である。
【図２８】実施形態に係る造形装置を用いて得られる目的物に銅めっきを施した第２例を示す図である。
【図２９】実施形態に係る造形装置を用いて得られる目的物の第３例を示す図である。
【図３０】実施形態に係る第５固形物の一部を横斜め上から見た図である。
【図３１】実施形態に係る造形装置を用いて得られる目的物に銅めっきを施した第３例を示す図である。
【図３２】実施形態に係る造形用ビームの角度と焦点の位置との関係の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、実施形態に係る造形システムの機能構成を示す概略ブロック図である。図１に示すように、造形システム１は、造形装置１００と、制御装置２００とを備える。造形装置１００は、造形部１１０と、移動処理部１２０と観察部１５０とを備える。制御装置２００は、表示部２１０と、操作入力部２２０と、記憶部２８０と、処理部２９０とを備える。
【００２５】
造形システム１は、液体の材料を部分的に個体に変化させて目的物を生成する。
造形装置１００は、目的物の生成を実行する装置である。特に、造形装置１００は、１つ以上の材料それぞれの液滴を部分的に固体に変化させることで目的物を造形する。ここでいう液滴は、表面張力でまとまっている液体のかたまりである。ここでいう造形は、形のあるものを作ることである。
【００２６】
造形部１１０は、造形領域内で材料の液滴を部分的に固体に変化させることで造形を行う。具体的には、液滴にレーザ光を照射し液滴内にレーザ光の焦点を結ばせることで、焦点の位置で液体の材料を固体に変化させる。ここでいう造形領域は、造形部１１０が材料を固形に変化可能な領域である。具体的には、造形領域は、造形部１１０がレーザ光の焦点を結ばせることができる領域である。
【００２７】
以下では、材料が光硬化性樹脂であり、造形部１１０が、光造形にて光硬化性樹脂を液体から固体に硬化させる場合を例に説明する。
但し、造形部１１０が造形を行う方法は、材料の液滴を部分的に固体に変化させることができる方法であればよく、特定の方法に限定されない。例えば、造形部１１０が造形を行う方法は、光重合（Photopolymerization）、光架橋（Photocrosslink）、光還元（Photoreduction）のいずれか、またはこれらの組み合わせであってもよい。
【００２８】
また、造形部１１０が造形に用いるレーザ光は、材料を硬化可能なレーザ光であればよく、特定の波長のレーザ光に限定されない。例えば、造形部１１０が、紫外線レーザ光を用いるようにしてもよいし、青色レーザ光を用いるようにしてもよい。あるいは、造形部１１０が、近赤外フェムト秒パルスレーザ（Femtosecond-pulse Laser）光を用いて２光子吸収による２光子造形法にて造形を行うようにしてもよい。
【００２９】
図２は、造形部１１０がレーザ光の焦点を結ばせる位置の例を示す。図２では、造形部１１０、移動処理部１２０それぞれのレーザ光発射部分が示されている。また、造形装置１００は、移動処理部１２０および造形部１１０に加えて、支持台１３０および滴下口１４０を備えている。支持台１３０には、目的物造形用の基板として用いられているガラス板の基板８１０が載置される。支持台１３０はこの基板８１０を支持している。また、基板８１０の上には液滴８２０が載っている。造形部１１０が照射するレーザ光を造形用ビームＢ１１とも称する。
図２は、造形部１１０、移動処理部１２０それぞれのレーザ光発射部分、支持台１３０、基板８１０および液滴８２０を横（水平方向）から見た例を示している。
【００３０】
図２に示す液滴８２０は、材料の液滴である。滴８２０は基板８１０に載っている。造形部１１０は、造形用ビームＢ１１を透過させる液滴８２０に対し、液滴８２０内に焦点を結ぶように造形用ビームＢ１１を基板８１０の下から照射している。造形部１１０が照射した造形用ビームＢ１１は、点Ｐ１１で焦点を結んでいる。このため、液滴８２０のうち点Ｐ１１の部分が液体から固体に変化する。
【００３１】
造形部１１０のレーザ光発射部分は図２の前後および左右に移動可能である。また、造形部１１０は、造形用ビームＢ１１の焦点の位置を図２の上下に移動させることができる。したがって、造形部１１０は、造形用ビームＢ１１の焦点の位置を図２の上下左右および前後へと、三次元的に移動させることができる。
造形部１１０が、液滴８２０内で造形用ビームＢ１１の焦点位置を目的物の形状に沿って移動させることで、材料を目的物の形状に加工することができる。
【００３２】
また、図２に示すように、造形部１１０が基板８１０の下側から造形用ビームＢ１１を照射させることで、造形用ビームＢ１１は、焦点を結んだ後に液滴８２０の上面に到達する。したがって、造形用ビームＢ１１が焦点を結ぶ位置は、表面張力による液滴８２０の形状に応じた屈折の影響を受けない。この点で、造形システム１は、造形用ビームＢ１１の焦点の位置合わせを高精度に行うことができる。
但し、造形部１１０が液滴８２０の上側から造形用ビームＢ１１を照射するようにしもよい。これにより、液滴８２０が不透明な盤の上面に滴下されている場合など、液滴８２０が不透明な物の上に位置する場合でも、液滴８２０に造形用ビームＢ１１を照射させて材料を部分的に固体に変化させることができる。
【００３３】
滴下口１４０は、洗浄液を滴下する。この洗浄液は、液体の材料を加工した後、固体になった材料に付着している液体の材料を除去するための液である。滴下口１４０は、造形領域に向けて洗浄液を滴下することで、造形領域に位置する固体の材料を洗浄する。すなわち、滴下口１４０は、造形領域に位置する固体になった材料に付着している液体の材料を除去する。
但し、造形システム１が固体の材料を洗浄する方法は、滴下口１４０から洗浄液を滴下させる方法に限定されない。造形システム１が、あらかじめ液滴８２０の形態で用意されている洗浄液を移動させることで固体の材料を洗浄液に浸し、これによって固形の材料を洗浄するようにしてもよい。
【００３４】
図３は、造形部１１０のレーザ光発射部分と液滴８２０との位置関係の例を示す。図３は、造形部１１０のレーザ光発射部分を上側から見た例を示している。この例では、支持台１３０に支持された基板８１０が造形部１１０のレーザ光発射部分の上に位置し、基板８１０の上に材料が異なる２つの液滴８２０が載っている。２つの液滴８２０は、第１材料の液滴８２１−１１および第２材料の液滴８２１−１２である。材料の液滴と洗浄液の液滴と区別するため、材料の液滴に符号８２１を付している。
【００３５】
材料の液滴８２１のうち第１材料の液滴８２１−１１は、造形部１１０のレーザ光発射部分の上に位置している。造形部１１０が造形用ビームＢ１１を照射して第１材料の液滴８２１−１１内に焦点を結ばせることで、液滴８２１−１１のうち焦点の部分が液体から固体に変化する。
造形システム１は、第１材料の液滴８２１−１１を用いた第１材料の加工の後、第２材料の液滴８２１−１２を用いて第２材料の加工を行うことで、第１材料および第２材料の両方を含む目的物を生成することができる。かかる加工のために、移動処理部１２０が液滴８２０を移動させる。
【００３６】
移動処理部１２０は、液滴８２０を移動させる。具体的には、移動処理部１２０は、電磁波によるポイントヒータを用いて液滴８２０に温度勾配を生じさせることで液滴８２０を移動させる。
移動処理部１２０を備える造形装置１００は、液滴移動装置の例に該当する。
移動処理部１２０は、ポイントヒータ用の電磁波（例えば赤外線レーザ光）を液滴８２０の端または液滴８２０近傍の基板８１０、あるいはそれら両方に照射して部分的に温めることで、液滴８２０に温度勾配を生じさせる。但し、移動処理部１２０がポイントヒータに用いる電磁波は液体の材料を固体に変化させるもの以外の電磁波であればよく、特定の周波数の電磁波、および、特定の方式の電磁波に限定されない。
【００３７】
図４は、液滴８２０の配置例を示す。図４は、基板８１０を斜め上から見た場合の例を示す。この例では、基板８１０上には第３材料の液滴８２１−２１と、第４材料の液滴８２１−２２と、第５材料の液滴８２１−２３と、洗浄液の液滴とが位置している。材料の液滴と洗浄液の液滴と区別するため、洗浄液の液滴には、符号８２２を付している。
造形システム１は、第３材料の液滴８２１−２１、第４材料の液滴８２１−２２および第５材料の液滴８２１−２３の各々を造形領域に位置させて部分的に固体に変化させることで、第１材料、第２材料および第３材料を含む目的物を生成することができる。
【００３８】
また、造形システム１は、第３材料の液滴８２１−２１、第４材料の液滴８２１−２２および第５材料の液滴８２１−２３の各々を部分的に固形に変化させる毎に、洗浄液の液滴８２２を造形領域に移動させて固形の材料を洗浄する。上述したように、固体の材料を洗浄する方法として、洗浄液の液滴８２２を移動させる方法に代えて、洗浄液を滴下口１４０から滴下する方法を用いるようにしてもよい。
【００３９】
図４の例で、造形部１１０は、基板８１０の下から造形用ビームＢ１１を照射する。一方、移動処理部１２０は、基板８１０の上からポイントヒータ用の電磁波を照射する。移動処理部１２０が照射する電磁波を加熱用ビームＢ１２とも称する。移動処理部１２０が、加熱用ビームＢ１２として赤外線レーザ光を照射するようにしてもよい。但し、移動処理部１２０が照射する電磁波は、液滴に温度勾配を付けられるものであればよく、特定の周波数の電磁波に限定されない。また、加熱用ビームＢ１２はレーザ光に限定されない。
【００４０】
図４では、説明のために造形用ビームＢ１１および加熱用ビームＢ１２の両方を示している。但し、造形部１１０が造形用ビームＢ１１を照射している間は、移動処理部１２０は、造形領域に位置する液滴８２０に対して加熱用ビームＢ１２の照射を行わない。造形部１１０が造形領域に位置する材料に対する加工を終了したのち、移動処理部１２０は、この造形領域に位置する材料に対して加熱用ビームＢ１２を照射して、液体のままの材料を造形領域外へ移動させる。
【００４１】
図５は、移動処理部１２０が加熱用ビームＢ１２を照射する位置の例を示す。図２の場合と同様、図５では、造形部１１０、移動処理部１２０それぞれのレーザ光発射部分、支持台１３０および滴下口１４０と、支持台１３０に載置された基板８１０、および、基板８１０の上に載っている液滴８２０とが示されている。図２の場合と同様、図５は、造形部１１０、移動処理部１２０それぞれのレーザ光発射部分、支持台１３０、基板８１０および液滴８２０を横（水平方向）から見た例を示している。
【００４２】
図２では、造形部１１０が造形用ビームＢ１１を照射している場合の例を示しているのに対し、図５では、移動処理部１２０が加熱用ビームＢ１２を照射している場合の例を示している。
図５の例で、移動処理部１２０は、液滴８２０の近傍の基板８１０に加熱用ビームＢ１２を照射している。これにより、移動処理部１２０は、液滴８２０の加熱用ビームＢ１２の側を加熱し、液滴８２０に温度勾配を生じさせる。
【００４３】
図６は、温度勾配が生じていない場合の液滴８２０における力の関係の例を示す。図６の例で、γＬは、液滴８２０における表面張力を示す。γＳは、固体の表面張力（基板８１０における表面張力）を示す。γＬＳは、固液界面張力を示す。θは液滴８２０の基板８１０に対する接触角を示す。
図６の場合、ヤングの式は、式（１）のように示される。
【００４４】
【数１】
2019156170.tif 000003
【００４５】
図６では液滴８２０内の力が釣り合っており、液滴８２０は移動しない。
【００４６】
図７は、温度勾配が生じている場合の液滴８２０における力の関係の例を示す。図７の例で、加熱されていない側における力を図６で用いた変数名に「’」を付した変数名で示す。具体的には、γ’Ｌは、液滴８２０における表面張力を示す。γ’Ｓは、固体の表面張力（基板８１０における表面張力）を示す。γ’ＬＳは、固液界面張力を示す。θ’は液滴８２０の基板８１０に対する接触角を示す。
【００４７】
一方、図７の例で、加熱されている側における力については、変数名に「’’」を付して示す。具体的には、γ’’Ｌは、液滴８２０における表面張力を示す。γ’’Ｓは、固体の表面張力（基板８１０における表面張力）を示す。γ’’ＬＳは、固液界面張力を示す。θ’’は液滴８２０の基板８１０に対する接触角を示す。
図７の例では、高温側の温度ＴＨと低温側の温度ＴＬ（ＴＨ＞ＴＬ）との温度差が生じ、基板８１０および液滴８２０に温度勾配が生じている。この温度勾配によって、高温側、低温側それぞれで接触角および表面張力が図６の場合から変化している。
低温側では、接触角θ’が図６の場合の接触角θよりも大きくなっており、液体と気体との間の表面張力γ’Ｌの水平方向成分は減少する。低温側の界面に働く力Ｆ’は、固体の表面張力γ’ｓの向きを正として、式（２）のように示される。
【００４８】
【数２】
2019156170.tif 000004
【００４９】
「Ｆ’＞０」であり、力Ｆ’の向きは、固体の表面張力γ’Ｓの向きと同じく温度勾配が高い方から低い方への向きとなっている。
一方、高温側では、接触角θ’’が図６の場合の接触角θよりも小さくなっており、液体と気体との間の表面張力γ’’Ｌの水平方向成分は増加する。高温側の界面に働く力Ｆ’’は、固体の表面張力γ’’ｓの向きを正として、式（３）のように示される。
【００５０】
【数３】
2019156170.tif 000005
【００５１】
「Ｆ’’＜０」であり、力Ｆ’’の向きは、固体の表面張力γ’’Ｓの向きと反対に温度勾配が高い方から低い方への向きとなっている。
図８は、液滴に生じる力の向きの例を示す。上記のように、力Ｆ’の向き、力Ｆ’’の向きの何れも勾配温度が高い方から低い方への向きとなっている。力Ｆ’と力Ｆ’’とを合成した力ＦＴｏｔａｌは、式（４）のように示される。
【００５２】
【数４】
2019156170.tif 000006
【００５３】
力Ｆ’の向き、力Ｆ’’の向き共に温度勾配が高い方から低い方への向きとなっているので、力ＦＴｏｔａｌの向きも図８に示すように温度勾配が高い方から低い方への向きとなる。液滴８２０は、力ＦＴｏｔａｌを駆動力として温度勾配が高い方から低い方へと移動する。したがって、液滴８２０は、移動処理部１２０が加熱している位置から遠ざかる方向に移動する。
【００５４】
図９は、移動処理部１２０のレーザ光発射部分と液滴８２０との位置関係の例を示す。図９は、移動処理部１２０のレーザ光照射部分および基板８１０を斜め上側から見た例を示している。この例では、基板８１０の上に第６材料の液滴８２１−３１が載っている。また、領域Ａ１１は、移動処理部１２０が加熱用ビームＢ１２を照射している部分を示している。移動処理部１２０は、第６材料の液滴８２１−３１の近傍の基板８１０に加熱用ビームＢ１２を照射して加熱することで、第６材料の液滴８２１−３１に温度勾配を生じさせる。
【００５５】
観察部１５０は、目的物の画像を撮影する。
図１０は、観察部１５０の構成例を示す図である。図１０の例で、観察部１５０は、観察光光源１５１と、ビームスプリッタ１５２と、観察用レンズ１５３と、ＣＣＤカメラ１５４と、表示装置１５５とを備える。
観察光光源１５１は、目的物を撮影するための照明光Ｂ１３を照射する。ここでの目的物は、造形途中のものであってもよい。照明光Ｂ１３は、目的物に照射される。照明光Ｂ１３の一部が反射または吸収された後、残りの光が造形部１１０のレーザ光発射部分を経由してビームスプリッタ１５２へ入射される。
【００５６】
図１０の例で、観察光光源１５１は、図２における滴下口１４０と同様に、造形領域の上方に位置している。観察光光源１５１が、照明光Ｂ１３を照射する間、滴下口１４０の配置位置と観察光光源１５１との配置位置を入れ替えるようにしてもよい。あるいは、滴下口１４０が、造形領域の斜め上方から造形領域へ向けて洗浄液または液体の材料を滴下するなど、滴下口１４０の位置と観察光光源１５１の位置とが重ならない配置としてもよい。
【００５７】
ビームスプリッタ１５２は、ハーフミラーを備え、照明光Ｂ１３を反射させる。ビームスプリッタ１５２は、照明光Ｂ１３の入射だけでなく造形用ビームＢ１１の入射も受ける。ビームスプリッタ１５２は、造形用ビームＢ１１を通過させ、造形部１１０のレーザ光発射部分へ向けて進ませる。照明光Ｂ１３の反射により、ビームスプリッタ１５２は、造形用ビームＢ１１と同じ経路を造形用ビームＢ１１と逆向きに通過してきた照明光Ｂ１３を、造形用ビームＢ１１の経路の向きと異なる向きに転向させる。
【００５８】
観察用レンズ１５３は、照明光Ｂ１３がＣＣＤカメラ１５４の撮影素子の位置で像を結ぶように照明光Ｂ１３を屈折させる。
ＣＣＤカメラ１５４は、照明光Ｂ１３を受光して光電変換することで、目的物の画像データを生成する。
表示装置１５５は、例えば液晶パネルまたはＬＥＤパネル等の表示画面を有し、目的物の画像を表示する。具体的には、表示装置１５５は、ＣＣＤカメラが生成した目的物の画像データの入力を受け、この画像データが示す画像を表示する。
ただし、観察部１５０の構成および配置は図１０に示すものに限定されない。例えば、観察部１５０が、目的物を上方向から撮影するようにしてもよいし、斜め上方向または斜め下方向から撮影するようにしてもよい。
【００５９】
制御装置２００は、造形装置１００を制御して目的物を生成させる。例えば、制御装置２００は、造形部１１０が造形用ビームＢ１１を照射するタイミング、および、造形用ビームＢ１１の焦点の位置を制御する。また、制御装置２００は、移動処理部１２０が加熱用ビームＢ１２を照射するタイミング、照射位置及び加熱用ビームＢ１２の強度を制御する。また、制御装置２００は、滴下口１４０が洗浄液を滴下するタイミングを制御する。
また、制御装置２００は、造形システム１のユーザインタフェースとして機能する。
制御装置２００は、例えばパソコン（Personal Computer）またはワークステーション（Workstation）等のコンピュータを用いて構成される。
【００６０】
表示部２１０は、例えば液晶パネルまたはＬＥＤパネル等の表示画面を有し、各種画像を表示する。特に、表示部２１０は、造形システム１に関する情報をユーザに提示する。
表示部２１０は、表示装置１５５を用いて構成されていてもよいし、表示装置１５５とは別に構成されていてもよい。
操作入力部２２０は、例えばキーボードおよびマウス等の入力デバイスを備え、ユーザ操作を受ける。特に、操作入力部２２０は、造形システム１に関する設定を行うユーザ操作を受ける。
【００６１】
記憶部２８０は、各種データを記憶する。記憶部２８０は、制御装置２００が備える記憶デバイスを用いて構成される。
処理部２９０は、制御装置２００の各部を制御して各種処理を実行する。処理部２９０は、制御装置２００が備えるＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）が、記憶部２８０からプログラムを読み出して実行することで構成される。
制御装置２００が、予め設定されたプログラム等に基づいて自動的に造形装置１００を制御するようにしてもよい。あるいは、ユーザがオンラインで制御装置２００に指示を入力し、制御装置２００がユーザの指示に従って造形装置１００を制御するようにしてもよい。
【００６２】
次に、図１１から図２０を参照して、造形領域に位置する液滴８２０の入れ替えについて説明する。
図１１は、材料の配置の第１例を示す。図１１は、造形システム１が目的物を生成する処理の開始時における材料の配置の例を示している。図１１の例では、基板８１０の上に第７材料の液滴８２１−４１と、第７材料とは異なる第８材料の液滴８２１−４２とが載っている。また、領域Ａ２１は造形領域を示している。
図１１の状態から、造形部１１０が、造形領域（領域Ａ２１）内に位置する第７材料の液滴８２１−４１に造形用ビームＢ１１を照射して第７材料の液滴８２１−４１の一部を液体から固体に変化させる。
【００６３】
図１２は、材料の配置の第２例を示す図である。図１２の例で、基板８１０、第７材料の液滴８２１−４１、第８材料の液滴８２１−４２および領域Ａ２１の位置は、図１１の場合と同様である。一方、図１２の例では、第７材料の液滴８２１−４１内に固形物８４０がある点で、図１１の場合と異なる。
図１２における固形物８４０は、第７材料の固形物８４０−４１であり、生成途中の目的物の例に該当する。具体的には、図１１の状態から、造形部１１０が、第７材料の液滴８２１−４１に造形用ビームＢ１１を照射して第７材料の液滴８２１−４１の一部を液体から固体に変化させたものが、図１２の第７材料の固形物８４０−４１である。
【００６４】
図１３は、材料の配置の第３例を示す。図１３の例で基板８１０、第８材料の液滴８２１−４２、第７材料の固形物８４０−４１および領域Ａ２１の位置は、図１２の場合と同様である。一方、図１３の例では、第７材料の液滴８２１−４１が領域Ａ２１の内から外へ移動している点で、図１２の場合と異なる。
図１２は、造形部１１０による第７材料の液滴８２１−４１に対する加工が終了した状態の例を示している。移動処理部１２０が、使用終了後の第７材料の液滴８２１−４１を領域Ａ２１の内から外へ移動させることで、図１３に示す状態になる。移動処理部１２０は、液滴を移動させるが、固形の材料については移動させない。図１３の例でも、第７材料の液滴８２１−４１が領域Ａ２１の内から外へ移動している一方、第７材料の固形物８４０−４１は、領域Ａ２１内に留まっている。
【００６５】
図１４は、材料の配置の第４例を示す。図１４の例で基板８１０、第７材料の液滴８２１−４１、第８材料の液滴８２１−４２、第７材料の固形物８４０−４１および領域Ａ２１の位置は、図１３の場合と同様である。一方、図１４では、領域Ａ２１内に洗浄液の液滴８２２がある点で、図１３の場合と異なる。
図１３の状態から、滴下口１４０が洗浄液を造形領域（領域Ａ２１）内に滴下することで、図１４の状態になる。図１３の状態では、第７材料の液滴８２１−４１は領域Ａ２１の外へ移動しているが、第７材料の固形物８４０−４１の表面には液体の第７材料が残存している。そこで、滴下口１４０が、洗浄液を領域Ａ２１内に滴下して第７材料の固形物８４０−４１を洗浄液に浸す。これにより、造形システム１は、第７材料の固形物８４０−４１の表面を洗浄する。具体的には、造形システム１は、第７材料の固形物８４０−４１の表面に付着している液体の第７材料を除去する。
【００６６】
図１５は、材料の配置の第５例を示す。図１５の例で基板８１０、第７材料の液滴８２１−４１、第８材料の液滴８２１−４２、第７材料の固形物８４０−４１および領域Ａ２１の位置は、図１４の場合と同様である。一方、図１５では、洗浄液の液滴８２２が基板８１０上から除去されている点で、図１４の場合と異なる。
図１４の状態から、移動処理部１２０が、洗浄液の液滴８２２を領域Ａ２１内から基板８１０の上面の外へと移動させることで、洗浄液の液滴８２２が基板８１０上から除去され、図１５の状態になる。
【００６７】
図１６は、材料の配置の第６例を示す。図１６の例で基板８１０、第７材料の液滴８２１−４１、第７材料の固形物８４０−４１および領域Ａ２１の位置は、図１５の場合と同様である。一方、図１６では、第８材料の液滴８２１−４２が領域Ａ２１の外から内へ移動している点で、図１５の場合と異なる。
図１５の状態から、移動処理部１２０が第８材料の液滴８２１−４２を領域Ａ２１内へ移動させることで、図１６の状態になる。
【００６８】
図１７は、材料の配置の第７例を示す。図１７の例で基板８１０、第７材料の液滴８２１−４１、第８材料の液滴８２１−４２、第７材料の固形物８４０−４１および領域Ａ２１の位置は、図１６の場合と同様である。一方、図１７では、第８材料の液滴８２１−４２内に第７材料の固形物８４０−４１に加えて第８材料の固形物８４０−４２がある点で、図１６の場合と異なる。図１７の例では、第７材料の固形物８４０−４１と第８材料の固形物８４０−４２とが固形物８４０を構成している。
図１６の状態から、造形部１１０が第８材料の液滴８２１−４２に造形用ビームＢ１１を照射して第８材料の液滴８２１−４２の一部を液体から固体に変化させたものが、図１７の第８材料の固形物８４０−４２である。
【００６９】
図１８は、材料の配置の第８例を示す。図１８の例で基板８１０、第７材料の液滴８２１−４１、第７材料の固形物８４０−４１、第８材料の固形物８４０−４２および領域Ａ２１の位置は、図１７の場合と同様である。一方、図１８では、第８材料の液滴８２１−４２が領域Ａ２１の内から外へ移動している点で、図１７の場合と異なる。
図１７は、造形部１１０による第８材料の液滴８２１−４２に対する加工が終了した状態の例を示している。移動処理部１２０が、使用終了後の第８材料の液滴８２１−４２を領域Ａ２１の内から外へ移動させることで、図１８に示す状態になる。上記のように、移動処理部１２０は、液滴を移動させるが、固形の材料については移動させない。図１８の例でも、第８材料の液滴８２１−４２が領域Ａ２１の内から外へ移動している一方、第８材料の固形物８４０−４２は、領域Ａ２１内に留まっている。
【００７０】
図１９は、材料の配置の第９例を示す。図１９の例で基板８１０、第７材料の液滴８２１−４１、第８材料の液滴８２１−４２、第７材料の固形物８４０−４１、第８材料の固形物８４０−４２および領域Ａ２１の位置は、図１８の場合と同様である。一方、図１９では、領域Ａ２１内に洗浄液の液滴８２２がある点で、図１８の場合と異なる。
図１８の状態から、滴下口１４０が洗浄液を造形領域（領域Ａ２１）内に滴下することで、図１９の状態になる。図１８の状態では、第８材料の液滴８２１−４２は領域Ａ２１の外へ移動しているが、固形物８４０の表面には液体の第８材料が残存している。そこで、滴下口１４０が、洗浄液を領域Ａ２１内に滴下して固形物８４０を洗浄液に浸す。これにより、造形システム１は、固形物８４０の表面を洗浄する。具体的には、造形システム１は、第７材料の固形物８４０−４１の表面および第８材料の固形物８４０−４２の表面に付着している液体の第８材料を除去する。
【００７１】
図２０は、材料の配置の第１０例を示す。図２０の例で基板８１０、第７材料の液滴８２１−４１、第８材料の液滴８２１−４２、第７材料の固形物８４０−４１、第８材料の固形物８４０−４２および領域Ａ２１の位置は、図１９の場合と同様である。一方、図２０では、洗浄液の液滴８２２が基板８１０上から除去されている点で、図１９の場合と異なる。
図１９の状態から、移動処理部１２０が、洗浄液の液滴８２２を領域Ａ２１内から基板８１０の上面の外へと移動させることで、洗浄液の液滴８２２が基板８１０上から除去され、図２０の状態になる。
図２０の固形物８４０は、完成した目的物の例に該当する。このように、図１１〜図２０の例では、造形システム１は、第７材料および第８材料といった複数の材料を用いたマルチマテリアルの目的物を生成している。
【００７２】
液滴８２０を移動させる際、移動処理部１２０が、レーザ光発射部分から加熱用ビームＢ１２を発射しながらレーザ光発射部分を動かすようにしてもよい。移動処理部１２０が、移動する液滴８２０を追いかけるようにレーザ光照射部分を動かすことで、液滴８２０を動かし続けることができ、これによって液滴８２０の移動距離を調整することができる。
あるいは、移動処理部１２０が、液滴８２０を移動させる距離に応じた強度のレーザ光を照射するようにしてもよい。移動処理部１２０が照射するレーザ光（加熱用ビームＢ１２）の強度によって液滴８２０の移動距離を調整することができる。
【００７３】
図２１は、移動処理部１２０による液滴８２０の加熱温度と液滴８２０の移動距離との関係の例を示すグラフである。図２１は、移動処理部１２０のレーザ光発射部分を移動させず、加熱用ビームＢ１２の強度を調整することで液滴８２０の加熱温度を調整した場合の、加熱温度と液滴８２０の移動距離との関係の例を示している。ここでいう加熱温度は、基板８１０のうち加熱用ビームＢ１２が最も集光されて加熱されている領域の温度である。
図２１では、液滴８２０としてアクリレート樹脂の液滴を用いた場合の例を示している。
【００７４】
図２１のグラフにおいて、横軸は時間を示し、縦軸は液滴８２０の移動距離を示す。
線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４は、それぞれ加熱温度が７５℃、９５℃、１３０℃、１６０℃の場合の、経過時間と液滴の移動距離との関係の例を示している。線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４のいずれの場合も、液滴は、加熱温度に応じたある程度の距離を移動し、その後は、おおよそ動かずその場に留まっている。
図２１の例で、加熱温度が大きいほど液滴８２０の移動距離（液滴８２０がおおよそ動かなくなるまでの移動距離）が大きくなっている。
【００７５】
そこで、移動処理部１２０が液滴８２０を移動させるべき必要移動距離に応じて、必要移動距離が大きいほどポイントヒータによる加熱量を大きくするようにしてもよい。加熱温度の大きさは、移動処理部１２０のポイントヒータに印加する電圧の大きさによって調整することができる。移動処理部１２０のポイントヒータに印加する電圧を大きくするほど、液滴８２０の移動距離が大きくなる。
【００７６】
図２２は、液滴８２０の濡れ性と液滴８２０の移動距離との関係の例を示すグラフである。図２２は、移動処理部１２０のレーザ光発射部分を移動させず、加熱用ビームＢ１２の強度を同じにした場合の、基板８１０の表面の特性による液滴８２０の濡れ性と、液滴８２０の移動距離との関係の例を示している。図２２の例では、液滴８２０としてアクリレート樹脂の液滴を使用し、加熱温度を１３０℃にしている。
【００７７】
図２２のグラフにおいて、横軸は時間を示し、縦軸は液滴８２０の移動距離を示す。
線Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３は、それぞれ基板８１０の表面をフッ素コートした場合、基板８１０の表面処理を行っていない場合、基板８１０の表面に有機官能基のシランカップリング処理を行った場合の、経過時間と液滴の移動距離との関係の例を示している。
液滴８２０の濡れ性は、フッ素コートの場合（線Ｌ２１）が最も小さく、液滴８２０の接触角は６６°となった。次に、基板８１０の表面処理を行わない場合（線Ｌ２２）の場合の濡れ性が小さく、液滴８２０の接触角は２０°となった。有機官能基のシランカップリング処理の場合（線Ｌ２３）の濡れ性が最も大きく、液滴８２０の接触角度は１２°となった。
【００７８】
線Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３のいずれの場合も、液滴は、濡れ性に応じたある程度の距離を移動し、その後は、おおよそ動かずその場に留まっている。
図２２の例で、液滴８２０の濡れ性が大きいほど液滴８２０の移動距離（液滴８２０がおおよそ動かなくなるまでの移動距離）が大きくなっている。
そこで、基板８１０の表面を処理することで、液滴８２０の移動距離を調整するようにしてもよい。例えば、基板８１０の表面に対して有機官能基のシランカップリング処理など液滴８２０の濡れ性を大きくする処理を施すことで、移動処理部１２０が出力するレーザ光（加熱用ビームＢ１２）の強度を比較的小さくし、かつ、液滴８２０の移動距離を確保することができる。
【００７９】
あるいは、移動処理部１２０が、液滴８２０の濡れ性に応じて、濡れ性が小さいほどポイントヒータによる加熱量を大きくするようにしてもよい。これにより、液滴８２０の移動距離に対する濡れ性の影響を低減させることができ、この点で、液滴８２０の移動距離を濡れ性にかかわらず一定に近付けることができる。
【００８０】
また、フッ素コートの場合（線Ｌ２１）のように液滴８２０の移動面に撥水加工をすると液滴８２０がほぼ移動しなくなる性質を積極的に利用するようにしてもよい。
例えば、基板８１０の表面にフッ素コートによるパターンを施すことで、液滴８２０が動く経路をパターニングするようにしてもよい。液滴８２０はフッ素コートされた部分を避けて移動するので、フッ素コートのパターンにより、液滴８２０を特定の経路（フッ素コートされていない経路）に沿って移動させることができる。このように、移動処理部１２０が、撥水性の素材が部分的に配置されている面上にて液滴８２０を移動させるようにしてもよい。
【００８１】
図２３は、液滴８２０の粘度と液滴８２０の移動距離との関係の例を示すグラフである。図２３は、移動処理部１２０のレーザ光発射部分を移動させず、加熱用ビームＢ１２の強度を同じにした場合の、液滴８２０の粘度（材料の粘度）と液滴８２０の移動距離との関係の例を示している。図２３の例では、加熱温度を１３０℃にしている。また、基板８１０の表面に有機官能基のシランカップリング処理を行うことで、濡れ性の条件を同じにしている。
【００８２】
図２３のグラフにおいて、横軸は時間を示し、縦軸は液滴８２０の移動距離を示す。
線Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３は、それぞれメタクリレート樹脂の液滴、アクリレート樹脂の液滴、洗浄液の液滴の、経過時間と液滴の移動距離との関係の例を示している。
液滴８２０の粘度に関して、メタクリレート樹脂の場合（線Ｌ３１）が最も大きかった。メタクリレート樹脂の液滴の粘度は１８０２ｃｐｓであった。次に、アクリレート樹脂の場合（線Ｌ３２）の粘度が大きく、その粘度は９５ｃｐｓであった。洗浄液の場合（線Ｌ３３）の粘度が最も小さく、その粘度は７．４ｃｐｓであった。
【００８３】
線Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３のいずれの場合も、液滴は、粘度に応じたある程度の距離を移動し、その後は、おおよそ動かずその場に留まっている。
図２３の例で、液滴８２０の粘度が大きいほど液滴８２０の移動距離（液滴８２０がおおよそ動かなくなるまでの移動距離）が小さくなっている。
そこで、移動処理部１２０が、液滴８２０の粘度に応じて、粘度が大きいほど、前記ポイントヒータによる加熱量を大きくするようにしてもよい。これにより、液滴８２０の移動距離に対する粘度の影響を低減させることができ、この点で、液滴８２０の移動距離を粘度にかかわらず一定に近付けることができる。
【００８４】
次に図２４を参照して造形システム１の動作について説明する。
図２４は、制御装置２００が造形装置１００を制御して目的物を生成させる処理手順の例を示すフローチャートである。
図２４の処理で、制御装置２００は、造形部１１０を制御して造形処理を行わせる（ステップＳ１０１）。造形部１１０は、制御装置２００の制御に従って造形領域内の材料の液滴８２１に造形用ビームＢ１１を照射して材料の液滴８２１内で造形用ビームＢ１１の焦点を結ばせる。焦点の位置で材料が液体から個体に変化する。
【００８５】
次に、制御装置２００は、移動処理部１２０を制御して材料の液滴８２１を造形領域外へ退避させる（ステップＳ１０２）。移動処理部１２０は、制御装置２００の制御に従って造形領域内の材料の液滴８２１を造形領域外へ移動させる。
次に、制御装置２００は、滴下口１４０を制御して洗浄液を滴下させる（ステップＳ１０３）。滴下口１４０は、制御装置２００の制御に従って洗浄液を造形領域内へ滴下する。この滴下により、造形領域内にある固体の材料を洗浄ずる。
【００８６】
次に、制御装置２００は、移動処理部１２０を制御して洗浄液の液滴８２２を除去させる（ステップＳ１０４）。移動処理部１２０は、制御装置２００の制御に従って造形領域内の洗浄液の液滴８２２を基板８１０の外へ移動させる。この移動により、移動処理部１２０は洗浄液の液滴８２２を基板８１０の上から除去する。
次に制御装置２００は、目的物が完成したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。目的物が完成したと判定した場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、制御装置２００は、図２４の処理を終了する。
【００８７】
一方、目的物が完成していないと判定した場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、制御装置２００は、移動処理部１２０を制御して、次に用いられる材料の液滴８２１を造形領域へ移動させる（ステップＳ１０６）。移動処理部１２０は、制御装置２００の制御に従って次に用いられる材料の液滴８２１を造形領域外から造形領域内へ移動させる。
ステップＳ１０６の後、処理がステップＳ１０１へ戻る。
【００８８】
次に、図２５〜図３１を参照して、造形装置１００を用いて得られる目的物の例について説明する。
図２５は、造形装置１００を用いて得られる目的物の第１例を示す。図２５に示す第１固形物８４０ａは、メタクリレートの固形物８４０−５１とアクリレートの固形物８４０−５２とを含んでいる。第１固形物８４０ａは、造形装置１００を用いて得られる目的物の例に該当する。
【００８９】
移動処理部１２０がメタクリレートの液滴、アクリレートの液滴それぞれを造形領域に移動させ、造形部１１０が、これらの液滴それぞれを用いて加工を行う。これにより、第１固形物８４０ａのようにメタクリレートとアクリレートとを含むマルチマテリアルの目的物を生成することができる。
また、図２５に５０μｍ（マイクロメートル）のスケールを示しているように、造形装置１００を用いて微小な目的物を生成することができる。
【００９０】
図２６は、造形装置１００を用いて得られる目的物に銅めっきを施した第１例を示す。図２６に示す第２固形物８４０ｂは、図２５に示す第１固形物８４０ａに無電解銅めっきを施して得られる。
図２５のメタクリレートの固形物８４０−５１とアクリレートの固形物８４０−５２とのうち、アクリレートの固形物８４０−５２には銅めっきが施されるが、メタクリレートの固形物８４０−５１には銅めっきが施されない。図２６の第２固形物８４０ｂは、メタクリレートの固形物８４０−５１と銅めっき８４０−５３とを含んでいる。このように、メタクリレートとアクリレートとを含むマルチマテリアルの目的物を生成することで、得られた目的物に対して選択的にめっきを施すことができる。
【００９１】
図２７は、造形装置１００を用いて得られる目的物の第２例を示す。図２７に示す第３固形物８４０ｃは、メタクリレートの固形物８４０−５１とアクリレートの固形物８４０−５２とを含んでいる。第３固形物８４０ｃは、造形装置１００を用いて得られる目的物の例に該当する。
移動処理部１２０がメタクリレートの液滴、アクリレートの液滴それぞれを造形領域に移動させ、造形部１１０が、これらの液滴それぞれを用いて加工を行う。これにより、第３固形物８４０ｃのようにメタクリレートとアクリレートとを含むマルチマテリアルの目的物を生成することができる。
【００９２】
また、図２７に５０μｍのスケールを示しているように、造形装置１００を用いて微小な目的物を生成することができる。
また、第３固形物８４０ｃは、正方形の板状の固形物を積み重ねたピラミッド形状の固形物となっている。このように、造形装置１００を用いて立体形状の目的物を生成することができる。
【００９３】
図２８は、造形装置１００を用いて得られる目的物に銅めっきを施した第２例を示す。図２８に示す第４固形物８４０ｄは、図２７に示す第３固形物８４０ｃに無電解銅めっきを施して得られる。
図２７のメタクリレートの固形物８４０−５１とアクリレートの固形物８４０−５２とのうち、アクリレートの固形物８４０−５２には銅めっきが施されるが、メタクリレートの固形物８４０−５１には銅めっきが施されない。図２８の第４固形物８４０ｄは、メタクリレートの固形物８４０−５１と銅めっき８４０−５３とを含んでいる。このように、メタクリレートとアクリレートとを含むマルチマテリアルの目的物を生成することで、得られた目的物に対して選択的にめっきを施すことができる。
【００９４】
図２９は、造形装置１００を用いて得られる目的物の第３例を示す。図２９に示す第５固形物８４０ｅは、メタクリレートの固形物８４０−５１とアクリレートの固形物８４０−５２とを含んでいる。第５固形物８４０ｅは、造形装置１００を用いて得られる目的物の例に該当する。
移動処理部１２０がメタクリレートの液滴、アクリレートの液滴それぞれを造形領域に移動させ、造形部１１０が、これらの液滴それぞれを用いて加工を行う。これにより、第３固形物８４０ｃのようにメタクリレートとアクリレートとを含むマルチマテリアルの目的物を生成することができる。
【００９５】
図３０は、第５固形物８４０ｅの一部を横斜め上から見た図である。図２９および図３０に示すように、第５固形物８４０ｅは内部に空洞を有している。このように、造形装置１００を用いて内部に空洞を有する立体形状の目的物を生成することができる。
また、図３０に６．６６μｍのスケールを示しているように、造形装置１００を用いて微小な目的物を生成することができる。
【００９６】
図３１は、造形装置１００を用いて得られる目的物に銅めっきを施した第３例を示す。図３１に示す第６固形物８４０ｆは、図２９および図３０に示す第５固形物８４０ｅに無電解銅めっきを施して得られる。
図２９および図３０のメタクリレートの固形物８４０−５１とアクリレートの固形物８４０−５２とのうち、アクリレートの固形物８４０−５２には銅めっきが施されるが、メタクリレートの固形物８４０−５１には銅めっきが施されない。図３１の第６固形物８４０ｆは、メタクリレートの固形物８４０−５１と銅めっき８４０−５３とを含んでいる。このように、メタクリレートとアクリレートとを含むマルチマテリアルの目的物を生成することで、得られた目的物に対して選択的にめっきを施すことができる。
【００９７】
以上のように、移動処理部１２０は、液滴８２０を移動させる。造形部１１０は、所定の造形領域内で液滴８２０を部分的に固体に変化させることで造形を行う。
このように、移動処理部１２０が液滴８２０を移動させるので、ユーザは、例えば基板８１０上に材料の液体をスポイトで滴下するなど、手動で液滴を造形領域内に配置する必要がない。造形装置１００によればこの点で、液体の材料を固体に変化させて目的物を造形する場合に、液体の材料を設置する負担を軽減することができる。
【００９８】
また、移動処理部１２０は、電磁波によるポイントヒータを用いて液滴８２０に温度勾配を生じさせることで液滴８２０を移動させる。
これにより、造形装置１００が電磁波によるポイントヒータを備えるという比較的簡単な構成で液滴８２０を移動させることができる。
【００９９】
また、移動処理部１２０は、撥水性の素材が部分的に配置されている面上にて液滴８２０を移動させる。
撥水性の素材を用いて液滴８２０が動く経路を示すことで、液滴８２０を特定の経路に沿って移動させることができる。
【０１００】
また、移動処理部１２０は、液滴８２０を移動させるべき必要移動距離に応じて、必要移動距離が大きいほどポイントヒータによる加熱量を大きくする。
ポイントヒータによる加熱量が大きいほど液滴８２０の移動距離が大きくなるので、造形装置１００は、ポイントヒータによる加熱量を調整することで、必要移動量に応じて液滴８２０の移動量を調整することができる。
【０１０１】
また、移動処理部１２０は、液滴８２０の濡れ性に応じて、濡れ性が小さいほどポイントヒータによる加熱量を大きくする。
これにより、液滴８２０の移動距離に対する濡れ性の影響を低減させることができ、この点で、液滴８２０の移動距離を濡れ性にかかわらず一定に近付けることができる。
【０１０２】
また、移動処理部１２０は、液滴８２０の粘度に応じて、粘度が大きいほど、ポイントヒータによる加熱量を大きくする。
これにより、液滴８２０の移動距離に対する粘度の影響を低減させることができ、この点で、液滴８２０の移動距離を粘度にかかわらず一定に近付けることができる。
【０１０３】
また、移動処理部１２０は、複数種類の材料の液滴８２１それぞれを別々のタイミングで移動させる。複数種類の材料の液滴８２１は、互いに独立している。造形部１１０は、造形領域内で複数種類の材料の液滴８２１それぞれを用いて造形を行う。
これにより、造形装置１００は、複数種類の材料を含む目的物を生成することができる。
【０１０４】
また、移動処理部１２０は、材料の液滴８２１、洗浄液の液滴８２２それぞれを別々のタイミングで移動させる。造形部１１０は、造形領域内で材料の液滴８２１に対して造形を行う。
これにより、ユーザは、材料の液滴８２１の移動だけでなく洗浄液の液滴８２２の移動も人手で行う必要がない。造形装置１００によればこの点で、ユーザ負担が軽くて済む。
【０１０５】
また、造形部１１０は、レーザ光（造形用ビームＢ１１）を透過させる基板８１０に載っている液滴８２０に対し、液滴８２０内に焦点を結ぶようにレーザ光を基板８１０の下から照射する。
造形部１１０が基板８１０の下側からレーザ光を照射させることで、レーザ光は、焦点を結んだ後に液滴８２０の上面に到達する。したがって、レーザ光が焦点を結ぶ位置は、表面張力による液滴８２０の形状に応じた屈折の影響を受けない。この点で、造形システム１は、レーザ光の焦点の位置合わせを高精度に行うことができる。
【０１０６】
なお、造形用ビームＢ１１が焦点を結ぶ位置を変化させる方法は、造形部１１０のレーザ光発射部分の位置を変化させる方法に限定されない。造形部１１０のレーザ光発射部分に代えて支持台１３０を移動させるようにしてもよい。
あるいは、造形部１１０のレーザ光発射部分が造形用ビームＢ１１を発射する角度を変化させるようにしてもよい。
【０１０７】
図３２は、造形用ビームＢ１１の角度と焦点の位置との関係の例を示す。
図３２の例で、造形部１１０のレーザ光発射部分は対物レンズとして機能し、液滴８２０と反対側（図３２の下側）から入射した造形用ビームを屈折させて液滴８２０の側（図３２の上側）へ照射する。
造形部１１０のレーザ光発射部分への造形用ビームＢ１１の入射角をθＩで示す。造形部１１０のレーザ光発射部分からの造形用ビームＢ１１の出射角をθＯで示す。出射角θＯは入射角θＩに応じて変化する。出射角θＯの変化に伴って造形用ビームＢ１１が焦点を結ぶ点Ｐ１１の位置も変化する。したがって、造形部１１０は、造形用ビームＢ１１のレーザ光発射部分への入射角θＩを変化させることで、レーザ光発射部分の位置、基板８１０の位置の何れも変化させる必要なしに、造形用ビームＢ１１が焦点を結ぶ位置を変化させることができる。
入射角θＩを変化させる方法として、例えば、造形用ビームＢ１１の光源と造形部１１０のレーザ光発射部分との間にミラーを設け、ミラーの向きを変化させる方法を用いることができる。
【０１０８】
なお、滴下口１４０が、洗浄液に加えて、あるいは洗浄液に代えて、液体の材料を造形領域内に滴下するようにしてもよい。この場合、滴下口１４０が造形領域内に滴下した材料の液滴８２０に対し、造形部１１０が造形用ビームＢ１１を照射して材料の液滴８２０の一部を固化させる。その後、移動処理部１２０が加熱用ビームＢ１２を照射して材料の液滴８２０を造形領域外へ移動させる。これにより、上記のように移動処理部１２０が材料の液滴８２０を造形領域内へ移動させる場合と同様、造形を行うことができる。
【０１０９】
なお、制御装置２００が行う処理の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することで各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【０１１０】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、造形装置、液滴移動装置、目的物生産方法、液滴移動方法及びプログラムに適用してもよい。
【符号の説明】
【０１１２】
１  造形システム
１００  造形装置
１１０  造形部
１２０  移動処理部
１３０  支持台
１４０  滴下口
２００  制御装置
２１０  表示部
２２０  操作入力部
２８０  記憶部
２９０  処理部
【図１】
2019156170.tif 000007
【図２】
2019156170.tif 000008
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年8月9日(2019.8.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波によるポイントヒータを用いて液滴に温度勾配を生じさせることで前記液滴を移動させる移動処理部と、
所定の造形領域内で前記液滴を部分的に固体に変化させることで造形を行う造形部と、
を備える造形装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
前記移動処理部は、撥水性の素材が部分的に配置されている面上にて前記液滴を移動させる、請求項１に記載の造形装置。
【請求項４】
前記移動処理部は、前記液滴を移動させるべき距離が大きいほど前記ポイントヒータによる加熱量を大きくする、請求項１または請求項３に記載の造形装置。
【請求項５】
前記移動処理部は、前記液滴の濡れ性が小さいほど前記ポイントヒータによる加熱量を大きくする、請求項１から４の何れか一項に記載の造形装置。
【請求項６】
前記移動処理部は、前記液滴の粘度が大きいほど、前記ポイントヒータによる加熱量を大きくする、請求項１から５の何れか一項に記載の造形装置。
【請求項７】
前記移動処理部は、互いに異なる種類の材料からなる複数の液滴それぞれを別々のタイミングで移動させ、
前記造形部は、前記造形領域内で前記複数の液滴それぞれを部分的に固体に変化させることで前記造形を行う、
請求項１から６の何れか一項に記載の造形装置。
【請求項８】
前記移動処理部は、目的物の材料となる液滴と、洗浄液の液滴とのそれぞれを別々のタイミングで移動させ、
前記造形部は、前記造形領域内で前記目的物の材料となる液滴を部分的に固体に変化させることで前記目的物を造形する、
請求項１から７の何れか一項に記載の造形装置。
【請求項９】
前記造形部は、レーザ光を透過させる基板に載っている前記液滴に対し、前記液滴内に焦点を結ぶように前記レーザ光を前記基板の下から照射する、請求項１から８の何れか一項に記載の造形装置。
【請求項１０】
目的物の材料となるとともに互いに異なる種類の材料からなる複数の液滴それぞれを別のタイミングで移動させ、また、前記複数の液滴を移動させるタイミングとは異なるタイミングで洗浄液の液滴を移動させる移動処理部と、
所定の造形領域内で前記複数の液滴を部分的に固体に変化させることで前記目的物を造形する造形部と、
を備える造形装置。
【請求項１１】
（削除）
【請求項１２】
所定の造形領域内で液滴を部分的に固体に変化させることで造形を行う工程と、
前記造形を行う工程を適用後の液滴を前記造形領域外へ移動させる工程と、
を含む目的物生産方法。
【請求項１３】
電磁波によるポイントヒータを用いて液滴に温度勾配を生じさせることで前記液滴を移動させる工程と、
所定の造形領域内で前記液滴を部分的に固体に変化させることで造形を行う工程と、
を含む方法。
【請求項１４】
コンピュータに、
所定の造形領域内で液滴を部分的に固体に変化させることで造形を行う工程と、
前記造形を行う工程を適用後の液滴を前記造形領域外へ移動させる工程と、
を実行させるためのプログラム。
【請求項１５】
コンピュータに、
電磁波によるポイントヒータを用いて液滴に温度勾配を生じさせることで前記液滴を移動させる工程と、
所定の造形領域内で前記液滴を部分的に固体に変化させることで造形を行う工程と、
を実行させるためのプログラム。
【国際調査報告】
2019156170.tif 000039
2019156170.tif 000040
2019156170.tif 000041
2019156170.tif 000042