JP2000280355A - 三次元造形装置および三次元造形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 三次元造形物の造形を効率よくかつ安価に行
うこと。 【解決手段】 三次元造形物２１を造形する際の基盤と
なるステージ２０上に対して所定の突出形状を形成する
突出形状形成手段として、例えば、ステージ２０の造形
面が複数の小領域に分割されるとともに、その小領域ご
とに１つの分割ステージ２０ｂを設ける。そして、各分
割ステージ２０ａを個別に駆動することで、ステージ２
０の造形面上に所定の突出形状を形成するのである。そ
して、この状態でノズルヘッド１５からの樹脂の吐出を
開始することで造形を行うことにより、突出形状部分は
樹脂を吐出する必要がなくなり、効率的にかつ安価に三
次元造形を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、三次元造形装置
および三次元造形方法に関するものであって、とりわけ
樹脂を液体あるいは流体状態でインクジェット方式等に
よって噴出し、硬化させ、これを積層することによっ
て、目的とする三次元造形物を製造する三次元造形装置
および三次元造形方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、造形対象物を平行な複数の面
で切断した各断面ごとに樹脂を順次積層することによっ
て立体造形を行い、造形対象物の三次元モデルとなる造
形物を生成する装置が知られている。

【０００３】図２６は、このような従来の三次元造形装
置１００を示す概略図である。この三次元造形装置１０
０において、コンピュータ１１１は三次元形状の造形対
象物をデータ化し、それを幾層もの薄い断面体にスライ
スして得られる断面データの送り出しを行う。駆動制御
部１１２はコンピュータ１１１からの断面データを取り
込み、そのデータに従って、インクジェットヘッド１１
５、ＸＹ方向駆動部１１３およびＺ方向駆動部１１４を
制御する。この駆動制御部１１２の制御により、ＸＹ方
向駆動部１１３が作動するとともにインクジェットヘッ
ド１１５より熱可塑性樹脂を小滴として吐出することに
より、コンピュータ１１１から与えられた断面データに
基づく断面形状が造形される。そしてステージ１１６上
にて吐出された熱可塑性樹脂は放熱・冷却されて溶融状
態から固体に変化して硬化する。このような動作によっ
て一層分の断面体すなわち層体が作り出される。

【０００４】その後、駆動制御部１１２によってＺ方向
駆動部１１４が制御され、ステージ１１６は一層分の厚
さに相当する距離だけ降下する。そして上記と同様の動
作を行うことにより一層目の上側に新たな層が積層され
る。このように連続的に作り出された幾層もの薄い層体
が積層されて造形物１１７が造形される。

【０００５】また、造形物１１７がオーバーハング形状
を有する場合には、コンピュータ１１１において造形対
象物のデータ化を行う際に必要に応じてオーバーハング
支持部形状が付加される。そして駆動制御部１１２は、
上記造形物の造形と同時に、そのオーバーハング支持部
形状に基づいて三次元造形物を造形するための熱可塑性
樹脂とは溶融温度の異なる熱可塑性樹脂をインクジェッ
トヘッド１１８から小滴として吐出させることによりオ
ーバーハング支持部１１９を形成する。

【０００６】そして、積層完了後に造形物を上記支持部
用樹脂の融点より高く、上記造形物用樹脂の融点より低
い温度に加熱・保温することにより、オーバーハング支
持部１１９を形成している樹脂を溶融除去することがで
き、所望の三次元造形物を得ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
三次元造形装置ではステージ１１６の造形面において全
ての層体をインクジェットヘッド１１５から樹脂の小滴
を吐出していくことによって形成していくため、最終的
な三次元造形物を得るのに長時間を要するという問題が
あった。また、三次元造形物の全体がインクジェットヘ
ッド１１５から吐出される樹脂によって造形されるた
め、造形用としての材料である熱可塑性樹脂の消費量が
多く、造形に要するコストが高いという問題があった。

【０００８】そこで、この発明は、三次元造形物の造形
を効率よくかつ安価に行うことができる三次元造形装置
および三次元造形方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、造形対象物を平行な複数
の面で切断した各断面に対応する層体を所定の材料を吐
出することによって形成し、前記層体を順次積層してい
くことで前記造形対象物の三次元造形物を生成する三次
元造形装置であって、前記層体を順次積層していくため
の造形面を有するステージと、前記ステージの前記造形
面上に所定の突出形状を形成させる突出形状形成手段と
を備え、前記突出形状が形成された前記造形面上に三次
元造形物を生成することを特徴としている。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の三次元造形装置において、前記突出形状形成手段は、
前記造形面が複数の小領域に分割され、それぞれの小領
域ごとに設けられた複数の分割ステージと、前記複数の
分割ステージを前記造形面に垂直な方向にそれぞれ個別
に駆動させる小領域駆動手段とを備えている。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の三次元造形装置において、前記小領域駆動手段は、直
線方向の駆動を行う直線式駆動手段であり、前記直線方
向を前記造形面に垂直な方向とすることを特徴としてい
る。

【００１２】請求項４に記載の発明は、請求項２に記載
の三次元造形装置において、前記小領域駆動手段は、回
転方向の駆動を行う回転式駆動手段と、前記回転方向の
駆動を前記造形面に垂直な方向となる直線方向への駆動
に変換する駆動変換手段とを備えている。

【００１３】請求項５に記載の発明は、請求項１ないし
請求項４のいずれかに記載の三次元造形装置において、
前記突出形状形成手段は、所定形状の充填部材を前記造
形面上に搬送するとともに所定位置に配置する充填部材
搬送手段を備えている。

【００１４】請求項６に記載の発明は、造形対象物を平
行な複数の面で切断した各断面に対応する層体を所定の
材料を吐出することによって形成し、前記層体を順次積
層していくことで前記造形対象物の三次元造形物を生成
する三次元造形方法であって、前記層体を順次積層して
いくためのステージの造形面上に所定の突出形状を形成
する工程と、前記突出形状の形成されたステージ上に前
記材料を吐出することによって前記層体を順次に積層し
ていく工程とを有している。

【００１５】

【発明の実施の形態】＜１．第１の実施の形態＞この実
施形態は、三次元造形物を造形する際の基盤となるステ
ージを複数の小領域に分割するとともに、その小領域ご
とに分割ステージを設けて各分割ステージを個別に駆動
することで、ステージの造形面上に所定の突出形状を形
成する突出形状形成手段としての機能を実現するもので
ある。

【００１６】以下、この発明の第１の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。

【００１７】＜１−１．三次元造形装置の全体的構成＞
図１は、この実施形態における三次元造形装置１０を示
す概略図である。この三次元造形装置１０は、コンピュ
ータ１１と駆動制御部１２とＸＹ方向駆動部１３とＺ方
向駆動部１４とノズルヘッド１５とタンク部１８と溶融
部１９とステージ２０とを備えて構成される。

【００１８】コンピュータ１１は内部にＣＰＵやメモリ
等を備えて構成される一般的な卓上型コンピュータ等で
ある。このコンピュータ１１は三次元形状の造形対象物
をデータ化し、それを幾層もの薄い断面体にスライスし
て得られる断面データを駆動制御部１２に対して出力す
る。

【００１９】駆動制御部１２は、ＸＹ方向駆動部１３と
Ｚ方向駆動部１４と溶融部１９とノズルヘッド１５とス
テージ２０とをそれぞれに駆動制御する制御手段として
機能する。駆動制御部１２はコンピュータ１１から断面
データを取得すると、その断面データに基づいて上記の
各部に対して駆動指令を与えることによりステージ２０
上に一層ごとの断面形状を積層していく。

【００２０】ＸＹ方向駆動部１３はノズルヘッド１５を
Ｘ軸およびＹ軸によって規定される平面内で移動させる
べく設けられた駆動手段であり、駆動制御部１２からの
駆動指令に基づいてノズルヘッド１５をその平面におけ
る駆動範囲内で任意の位置に移動させることができる。

【００２１】Ｚ方向駆動部１４はステージ２０上に三次
元造形物の一層分の造形または数層分の造形が行われる
ごとにステージ２０を下降させるべく設けられた駆動手
段であり、駆動制御部１２からの駆動指令に基づいてス
テージ２０を鉛直なＺ軸に沿って移動させる。このＺ方
向駆動部１４が三次元造形物の造形が進むにつれてステ
ージ２０を下降させていくことにより、ステージ２０上
に積層生成される三次元造形物とノズルヘッド１５とが
接触することを回避することができるのである。

【００２２】タンク部１８はそれぞれ異なる種類の熱可
塑性樹脂を収容する複数のタンク１８ａ〜１８ｅを備え
る。それぞれのタンク１８ａ〜１８ｅには、常温で固体
状態であり、スティックのような塊状、ペレット状、あ
るいは粉末状の熱可塑性樹脂が収容される。また、溶融
部１９にはタンク部１８に設けられたタンク１８ａ〜１
８ｅのそれぞれに個別に温度調整が可能な溶融ヒータ１
９ａ〜１９ｅが設けられている。したがって、タンク１
８ａ〜１８ｅのそれぞれに収容される熱可塑性樹脂はそ
れぞれのタンク下方に設けられた溶融ヒータ１９ａ〜１
９ｅによって加熱・溶融されるのである。

【００２３】ノズルヘッド１５はＸＹ方向駆動部１３の
下部に固定されており、ＸＹ方向駆動部１３とともに一
体となってＸＹ平面内で移動自在となっている。また、
ノズルヘッド１５はタンク部１８のタンク数と同数の吐
出ノズル１５ａ〜１５ｅを備えており、各タンク１８ａ
〜１８ｅにおいて溶融された熱可塑性樹脂は対応して設
けられた各吐出ノズル１５ａ〜１５ｅに加熱保温状態で
供給される。各吐出ノズル１５ａ〜１５ｅは溶融された
熱可塑性樹脂を例えばインクジェット方式等で微小な液
滴として吐出（噴出）するノズルである。各吐出ノズル
１５ａ〜１５ｅによる熱可塑性樹脂の吐出は駆動制御部
１２によって個別に制御されており、各吐出ノズル１５
ａ〜１５ｅから吐出される熱可塑性樹脂はノズルヘッド
１５に対向する位置に設けられているステージ２０上に
付着する。なお、吐出ノズル１５ｅはオーバーハング形
状を支持する支持部用となる樹脂を吐出するノズルであ
る。

【００２４】ステージ２０は三次元造形物を生成するた
めの基盤として機能し、各吐出ノズル１５ａ〜１５ｅか
ら吐出された熱可塑性樹脂はステージ２０上にて放熱・
冷却されて溶融状態から固体に変化して硬化する。

【００２５】そしてステージ２０の上面側すなわち造形
面側は複数の小領域に分割されるとともに各小領域には
分割ステージ２０ａが配置されている。図２はステージ
２０の詳細を示す図である。図２に示すようにステージ
２０の造形面側にはＸＹ平面内に複数の分割ステージ２
０ａが設けられている。そしてステージ２０の内部側に
はこれら複数の分割ステージ２０を造形面に垂直な方向
（Ｚ軸方向）に個別に駆動するための複数の小領域駆動
手段２０ｂが設けられている。

【００２６】この実施の形態では、複数の分割ステージ
２０ａと各分割ステージ２０ａを個別に昇降駆動するた
めの小領域駆動手段２０ｂとがステージ２０の造形面上
に所定の突出形状を形成させる突出形状形成手段として
機能する。つまり、分割ステージ２０ａを個別に昇降さ
せることによって、ステージ２０の造形面側に所定の突
出形状を形成するのである。なお、各小領域駆動手段２
０ｂは図２に示すようにそれぞれ駆動制御部１２によっ
て個別に駆動制御されるように構成されている。

【００２７】このように分割ステージ２０ａを個別駆動
してステージ２０の造形面に対して所定の突出形状を形
成することにより、三次元造形物の造形の際、突出形状
の体積に相当する樹脂の吐出を行わなくてもよくなるの
で、吐出される造形用の樹脂の吐出量を低減することが
できるとともに、効率的に三次元造形物の造形を行うこ
とが可能になる。特にレリーフ等の三次元造形物を造形
する場合、裏面側が凹形状になっても特に問題とならな
いこともあり、三次元造形物の造形を効率よくかつ安価
に行うことができる。

【００２８】さらにこのように分割ステージ２０ａを個
別駆動して造形面上のオーバーハング支持部２２に対応
する部分に所定の突出形状を形成することにより、支持
部用樹脂の吐出量をも低減させることができ、この点か
らも三次元造形物の造形を効率よくかつ安価に行うこと
ができるのである。

【００２９】また、この実施の形態では、複数の色を有
する三次元造形物や任意の混合色からなる三次元造形物
を作成するために、三次元造形物の彩色が必要な部分に
は着色された樹脂を使用する。一方、三次元造形物の彩
色が不要な部分には無彩色または無着色の樹脂を使用す
る。このため、上記タンク部１８の各タンク１８ａ〜１
８ｅのうち、タンク１８ａ〜１８ｃには三次元造形物に
有彩色の着色作用を施すためにそれぞれ異なる色成分に
着色された樹脂が収容されており、タンク１８ｄには主
として造形時において使用する無彩色または無着色の樹
脂が収容されている。なお、無彩色または無着色の樹脂
としては自然色のものを使用してもよいし、白色あるい
は淡い色に着色されている樹脂を使用してもよい。

【００３０】具体的には、タンク１８ａ〜１８ｃにはそ
れぞれＹ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン）
に着色された樹脂が収容されており、タンク１８ｄには
Ｗ（ホワイト）に着色された樹脂が収容されている。さ
らにタンク１８ｅには支持部用樹脂が収容されている。
なお、支持部用樹脂以外の樹脂は同一の樹脂材料であっ
てもよいし、異なる樹脂材料であってもよい。例えば、
それぞれに各色成分の着色剤と相性のよい樹脂を用いて
もよい。

【００３１】また、この実施の形態では積層造形に用い
る樹脂の一例として上記のように熱可塑性樹脂を利用す
る。室温では固体であり、かつ融点が低く、溶融粘度の
低い樹脂が造形容易であり、例えば高分子量のポリスチ
レン、ポリカプロラクトンなどが挙げられる。

【００３２】また、熱可塑性樹脂以外にも光硬化性樹脂
や熱硬化性樹脂を利用することも可能であるが、その場
合には、上述した溶融部１９は不必要となる反面、ステ
ージ２０上に付着した樹脂を硬化させるためのエネルギ
ー線照射装置が必要となる。

【００３３】オーバーハング支持部２２を形成するため
の支持部用樹脂としては、三次元造形物の造形用となる
他の樹脂よりも融点の低い熱可塑性樹脂を用いる。例え
ばワックス系の樹脂、アジペート系エステルなどがあ
る。そのような支持部用樹脂を使用することによって、
オーバーハング支持部２２を含む積層完了後の造形物の
温度を支持部用樹脂の融点以上、造形用樹脂の融点以下
の温度におくことで、支持部用樹脂のみを溶融・除去す
ることで所望の三次元造形物の完成品を得ることができ
るのである。

【００３４】＜１−２．三次元造形装置１０における動
作＞次に、この三次元造形装置１０における動作につい
て説明する。図３はこの実施形態における三次元造形装
置１０の動作の一例を示すフローチャートである。

【００３５】まず、コンピュータ１１が、三次元形状で
あり表面にカラー模様等が施された造形対象物がモデル
データとしてデータ化される（ステップＳ１）。造形す
るためのもとになる造形対象物のデータには一般の三次
元ＣＡＤモデリングソフトウェアで作成されるカラー三
次元モデルデータを使用することができる。また、三次
元形状入力装置で計測された形状データおよびテクスチ
ャを利用することも可能である。

【００３６】このようにして得られるモデルデータにお
いて色情報は三次元モデルの表面にのみ付与されている
場合と、三次元モデルの内部まで付与されている場合と
がある。後者の場合でも造形に際してモデル表面の色情
報のみを使用することも可能であるし、モデル内部の色
情報も使用することも可能である。

【００３７】また、このデータ化を行うとき、造形対象
物がオーバーハング形状を有する場合にはオーバーハン
グ支持部形状が付加される。

【００３８】そして、そのモデルデータから、造形する
際の積層厚さに基づいて造形対象物をスライスした各断
面ごとの断面データを生成する（ステップＳ２）。モデ
ルデータから積層する樹脂の一層分の厚みに相当する厚
さピッチでスライスされた断面体を切り出し、断面形状
および彩色領域のデータを作成する。

【００３９】図４および図５はステップＳ２で生成され
る断面データの一例を示す図である。図４に示すよう
に、モデルデータからある断面体を切り出し、格子状に
細分化し、各ボクセルごとに色情報を持たせた断面デー
タを得ることができる。つまり、この断面データでは二
次元画像のビットマップと同様の形態で色情報を持つこ
とができるのである。

【００４０】図５に示すようにモデルデータにおいてオ
ーバーハング形状を有する場合には、そのオーバーハン
グ形状を支持するために造形する支持部情報も含まれて
いる。そして、ステージ２０の各分割ステージ２０ａを
個別に昇降させて三次元造形物２１の裏面側に凹形状を
形成する場合には、図５に示すように造形用の断面デー
タ生成時において各分割ステージ２０ａによる昇降動作
を考慮して造形部分から造形不要部分（造形面に形成さ
れる突出形状によって樹脂の吐出が不要となる部分）を
除去したデータを生成しておく。さらに、オーバーハン
グ支持部２２の一部を突出形状によって構成しようとす
る場合も支持部情報のうちから支持部用樹脂による造形
不要部分を除去したデータを生成しておく。

【００４１】このようにしてコンピュータ１１で生成さ
れた断面データは駆動制御部１２に送られる。

【００４２】ステップＳ３においては、断面データを作
成するときに用いた積層厚さに関する情報がコンピュー
タ１１から駆動制御部１２に入力される。

【００４３】次のステップＳ４以降については駆動制御
部１２が各部を制御することによって行われる動作であ
る。ステップＳ４ではステージ２０を一層目の断面形状
（すなわち、最初の層体）を吐出造形するために適した
位置に上昇させる。これにより、ステージ２０とノズル
ヘッド１５との位置関係は所定の位置関係となり、ノズ
ルヘッド１５の各吐出ノズル１５ａ〜１５ｅから吐出さ
れる樹脂はステージ２０上の適切な位置に付着するので
ある。

【００４４】そしてステップＳ５において、駆動制御部
１２は断面データにおける造形不要部分に基づいて複数
の分割ステージ２０ａを個別に昇降駆動してステージ２
０の造形面側に所定の突出形状を形成する。この結果、
上昇駆動された分割ステージ２０ａによって本来水平な
ステージ２０の造形面上に突出形状が得られる。なお、
このときの分割ステージ２０ａの駆動距離（上昇距離）
は分割ステージ２０ａがノズルヘッド１５の各吐出ノズ
ル１５ａ〜１５ｅに接触しない程度に制御される。

【００４５】そしてステージ２０および分割ステージ２
０ａの移動が終了するとステップＳ６に進み、駆動制御
部１２の内部に設けられた図示しないデータ変換手段で
断面データに対して階調変換等のデータ変換が行われ、
各吐出ノズル１５ａ〜１５ｅから吐出される液滴サイズ
に適した層形状や彩色等に関する情報が生成される。な
お、層形状に関する情報の生成の際には、ステージ２０
の造形面側に形成された突出形状に応じて造形不要部分
が除去されている。

【００４６】ステップＳ７では上記のデータ変換によっ
て生成された層形状、彩色情報に従って駆動制御部１２
がＸＹ方向駆動部１３に駆動指令を与えることによりノ
ズルヘッド１５を所定方向に移動させるとともに、その
移動に伴って各吐出ノズル１５ａ〜１５ｅからの樹脂の
吐出を適宜に行わせる。

【００４７】三次元造形物に彩色を行う際には造形対象
物から導かれた彩色情報に基づいてＹ，Ｍ，Ｃのそれぞ
れに着色された樹脂を吐出することにより、三次元造形
物のカラー造形を行う。一方、三次元造形物の彩色の必
要のない部分について樹脂の吐出を行う際にはＷに着色
された樹脂を吐出することにより、三次元造形物の造形
を行う。また、オーバーハング形状を有する場合にはオ
ーバーハング部を支持するオーバーハング支持部２２を
造形するために支持部用樹脂を吐出する。

【００４８】このとき、分割ステージ２０ａによって形
成された突出形状部分には樹脂の吐出が行われない。し
たがって、三次元造形物の裏面側に吐出される造形用の
樹脂および三次元造形物がオーバーハング形状を有する
場合に吐出される支持部用樹脂の吐出に要する時間を短
縮することができ、効率的に造形を行うことが可能にな
る。また、造形用樹脂と支持部用樹脂との消費量を低減
することもできる。

【００４９】そして、ステージ２０上に付着する樹脂は
自然放熱、又は、ステージ２０若しくは各分割ステージ
２０ａの内部側に設けられた図示しない冷却手段によっ
て冷却されて溶融状態から固体に変化して硬化する。

【００５０】このようにしてステップＳ７において三次
元造形物の一層分の断面体である層体の造形が行われる
のである。

【００５１】そして、一層分の造形が終了するとステッ
プＳ８に進んで、駆動制御部１２が三次元造形物の造形
が完了したかどうかを判断し、「ＮＯ」と判断された場
合はさらに次の層の造形を行うべくステップＳ４に戻
り、「ＹＥＳ」と判断された場合は造形動作は終了す
る。

【００５２】なお、ステップＳ４に戻った場合は、ステ
ージ２０を造形された一層の高さ寸法分だけ下降させ、
次の層の造形時においてノズルヘッド１５とステージ２
０上に積層されていく造形物との位置関係を適切な位置
関係に修正する。そしてステージの移動後、ステップＳ
５において必要であれば各分割ステージ２０ａをさらに
駆動してステージ２０の造形面側に形成される突出形状
を再形成する。なぜなら、最初に分割ステージ２０ａを
駆動して突出形状を形成するときには、ステージ２０と
ノズルヘッド１５との間隔から分割ステージ２０ａの駆
動距離は制限されており、三次元造形物の裏面側に形成
したい凹形状の高さ寸法に満たない場合があるため、積
層が進むにつれてステージ２０ａとノズルヘッド１５と
の間隔が広くなっていくのに従って分割ステージ２０ａ
を再駆動させれば凹形状の高さ寸法を所望の高さ寸法に
することができるからである。

【００５３】なお、高精度に作る場合、または、造形さ
れた一層分の厚さより断面データを作成するときに用い
た積層厚さに関する情報が小さいときには、一層ごとに
カッターで削って高さをそろえるようにしてもよい。ま
た、造形された一層分の厚さより断面データを作成する
ときに用いた積層厚さに関する情報が大きいときは、実
際の積層厚さが断面データ作成時に用いた厚さに達する
まで同じ断面データに基づいて造形を繰り返すようにし
てもよいし、一層分の造形の際に１つの場所に複数滴ず
つ積んでいくようにしてもよい。

【００５４】それ以後は上記の動作を繰り返すことによ
り、一層目の上側に二層目の新たな層体が積層されるの
である。そして、このような動作を断面体の数の分だけ
繰り返すことにより、ステージ２０上に一層ごとのカラ
ー化された層体が順次積層されていき最終的に造形対象
物の三次元造形物２１がステージ２０上に造形されるの
である。そして造形される三次元造形物２１には分割ス
テージ２０ａによる突出形状に応じた形状となる。ま
た、オーバーハング支持部２２も分割ステージ２０ａに
よる突出形状に応じた形状となる。

【００５５】図６は図３のフローチャートのステップＳ
４〜Ｓ８を繰り返すことによって造形が行われる過程を
示す図である。図６に示すように裏面が凹形状のレリー
フの造形を行う場合、各層ごとの造形が行われる度に各
分割ステージ２０ａを個別に昇降制御することで三次元
造形物２１の裏面側に凹形状を有する造形を行うことが
可能になる。すなわち、まず、図６（ａ）に示すように
凹形状に対応する領域の分割ステージ２０ａをノズルヘ
ッド１５と接触しない程度まで上昇させ、この状態で凹
形状以外の造形を行う領域にノズルヘッド１５より樹脂
を吐出していく。そして、造形が進み、ステージ２０が
下降するのに伴って、凹形状に対応する領域の分割ステ
ージ２０ａをノズルヘッド１５に接触しない程度に上昇
させていく（図６（ｂ））。そして造形が完了すると、
三次元造形物２１の裏面側には所定の凹形状が形成され
る（図６（ｃ）、（ｄ））。このように分割ステージ２
０ａによってステージ２０の造形面側に突出形状を形成
する構成を採用することで、三次元造形物２１の裏面側
に所望の凹形状を形成することができ、裏面側において
使用される造形用の樹脂の使用量を低減することができ
るとともに、造形速度の高速化を図ることが可能にな
る。この結果、三次元造形物２１の制作コストを低減
し、効率的な造形を行うことができるのである。また、
このような分割ステージ２０ａをオーバーハング形状の
支持部において昇降動作させることで支持部用樹脂の使
用量の低減を行うことも可能になる。

【００５６】なお、三次元造形物２１の裏面側に形成さ
れる凹形状をそのまま放置することは好ましくない場合
がある。この場合には、凹形状部分に所定形状の充填部
材を充填すればよい。

【００５７】図７は上記のようにして得られる三次元造
形物２１の凹形状部分に所定形状の充填部材を充填する
過程を示す図である。まず、上記のようにして図７
（ａ）に示すように三次元造形物２１を生成する。この
ようにして得られる三次元造形物２１は図７（ｂ）に示
すように裏面側に凹形状Ｂが形成される。そして、所定
の充填部材補充手段１を別途設け、図７（ｃ）に示すよ
うに充填部材補充手段１によって三次元造形物２１の裏
面側に形成された凹形状部分Ｂに所定形状の充填部材２
を順次に充填していくとともにその接着を行う。なお、
充填部材としてはブロック状の樹脂等を使用すればよ
い。そして、凹形状部分Ｂの全体に充填部材２を充填し
た後、充填部材２と三次元造形物２１とを接着すれば図
７（ｄ）に示すように凹形状部分が充填された三次元造
形物２１が得られる。

【００５８】三次元造形物２１がオーバーハング形状を
有する場合には、図３に示すフローチャートが終了した
ときにはオーバーハング支持部２２が一体となって造形
されている（図１参照）。このため、造形完了後、三次
元造形物を支持部用樹脂の融点よりも高く、かつ、他の
樹脂の融点よりも低い温度下に置くことでオーバーハン
グ支持部２２のみを溶融させて取り除く。このように支
持部用樹脂を使用することによって造形対象物が複雑な
形状であってもその三次元造形物を生成することができ
るのである。

【００５９】以上、この実施形態における三次元造形装
置１０の概略構成とその動作について説明したが、コン
ピュータ１１にＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥのシステムを導
入すれば、造形の際のスピードアップ化とデザインの質
的向上をおしすすめることも可能である。

【００６０】＜１−３．小領域駆動手段２０ｂ＞次に、
各分割ステージ２０ａを個別に駆動するために設けられ
た小領域駆動手段２０ｂについて説明する。各小領域駆
動手段２０ｂは上述のように１つの分割ステージ２０ａ
をステージ２０の造形面に垂直な方向に駆動させるもの
である。このような機能を実現するためには、リニア
アクチュエータ等のように直線方向の駆動を行う直線式
駆動手段を利用し、その直線的駆動方向をステージ２０
の造形面に垂直な方向として構成する例と、回転式ア
クチュエータ等のように回転方向の駆動を行う回転式駆
動手段とその回転方向の駆動をステージ２０の造形面に
垂直な方向となる直線方向への駆動に変換する駆動変換
手段とで構成する例とが考えられる。

【００６１】ここではこれらの一構成例について説明す
る。図８ないし図１０はいずれも小領域駆動手段２０ｂ
の一構成例を示す図である。

【００６２】まず図８に示す小領域駆動手段２０ｂは、
連結部材６１と回転ネジ６２とステッピングモータ６３
とによって構成される。そして、ステッピングモータ６
３が駆動制御部１２からの指令に基づいて回転ネジ６２
を回転させると、連結部材６１が回転ネジ６２の軸方向
に沿って移動する。この結果、連結部材６１の上部に連
結された分割ステージ２０ａが昇降移動する。

【００６３】次に図９に示す小領域駆動手段２０ｂは、
伸縮軸６４とリニアアクチュエータ６５とによって構成
される。リニアアクチュエータ６５としては圧電素子を
利用した直動アクチュエータ、電磁リニアアクチュエー
タ、ソレノイド、エアシリンダ等が挙げられる。そし
て、リニアアクチュエータ６５が駆動制御部１２からの
指令に基づいて伸縮軸６４を伸縮駆動させると、伸縮軸
６４の上部に連結された分割ステージ２０ａが昇降移動
する。

【００６４】次に図１０に示す小領域駆動手段２０ｂ
は、ガイドローラ６６とラック６７とピニオン６８とモ
ータ６９によって構成される。そして、モータ６９が駆
動制御部１２からの指令に基づいてピニオン６８を回転
させると、その回転駆動がラック６７に伝達され、ラッ
ク６７がガイドローラ６６によって規定される配置方向
に沿って直線的に移動する。この結果、ラック６７の上
部に連結された分割ステージ２０ａが昇降移動する。

【００６５】このように小領域駆動手段２０ｂは任意の
駆動方式によって実現可能である。また、このような小
領域駆動手段２０ｂによって分割ステージ２０ａは個別
に駆動されるように構成され、各分割ステージ２０ｂが
造形面に垂直な方向に適切に駆動されるのである。

【００６６】＜１−４．彩色について＞次に、この実施
形態における造形過程での彩色について説明する。この
実施形態では、三次元造形物２１にＹ，Ｍ，Ｃの３原色
に着色された複数の樹脂を積層していくことにより、三
次元造形物２１の造形過程での彩色を行っている。

【００６７】吐出ノズル１５ａ〜１５ｃのそれぞれから
は減色混合によって異なる色成分を表現することができ
るＹ，Ｍ，Ｃの各色成分に着色された樹脂が吐出される
一方、吐出ノズル１５ｄからは白色の樹脂が吐出され
る。ここで、無着色の樹脂は一般的に白色やクリーム色
等のものがあるため、吐出ノズル１５ｄから吐出する樹
脂を無着色状態において白色のものを用いればよい。

【００６８】このように吐出ノズル１５ｄから吐出され
る三次元造形物２１の造形用として白色の樹脂を使用す
ることにより、各吐出ノズル１５ａ〜１５ｄから吐出さ
れる微小な樹脂の液滴の集合によって混色あるいは色の
階調を表現することができる。

【００６９】一般に、彩色を行うためにはＹ，Ｍ，Ｃの
三原色を混色すればよいが、色の濃淡を表現するために
は三原色に加えて白色に着色された樹脂を吐出して混色
することが有効となる。一般のプリンタ等では白色の紙
にインク、トナー等で字、画像をプリントしていくた
め、基材となる紙の白色を利用すれば白色インクは必要
ではなく、Ｙ，Ｍ，Ｃの三色を使用するだけで原理的に
各色成分の濃淡を表現することができる。しかしなが
ら、三次元造形のように基材となるものが存在しない場
合には白色の樹脂を使用することが特に有益となるので
ある。

【００７０】つまり、Ｙ，Ｍ，Ｃの各色成分を混合する
ことによって暗い色を表現することができることができ
るが、白色は表現することはできないため、内部造形用
として白色等淡い色の樹脂を準備し、この白色の樹脂を
表面彩色の際にも使用すれば、三次元造形物２１に対し
て適切な彩色を施すことが可能になる。

【００７１】このようにして三次元造形物２１に彩色を
施す際の濃淡を表示する場合の樹脂の吐出形態の一例に
ついて説明する。

【００７２】図１１は、シアンについての階調表現の一
例を示す図である。駆動制御部１２において所定の階調
変換が行われると、断面データに含まれる多値の階調デ
ータは一定領域を有する２値データに変換される。この
２値データは各吐出ノズル１５ａ〜１５ｅをＯＮ／ＯＦ
Ｆ制御するための情報となる。

【００７３】図１１にはこの一定領域を示しており、こ
の彩色のための一定領域内への各色成分の樹脂の吐出パ
ターンを変化させることにより、階調表現や混合色表現
を行うことが可能になる。淡いシアンを表示する場合に
は一定領域にシアンを１滴吐出し、他の領域にはホワイ
トを吐出する。また、濃いシアンを表示する場合には一
定領域の全体にシアンを４滴吐出する。このように一定
領域に対するシアンの樹脂とホワイトの樹脂との吐出割
合を変化させることにより、淡いシアンから濃いシアン
への階調変化を適切に表現することが可能になる。

【００７４】なお、図１１の例では説明の都合上、階調
変換によって生じる彩色のための一定領域を４個の吐出
領域で示しているが、これに限定するものではない。例
えば、断面データにおいて２５６階調を有している場合
であってその階調を低下させずにＯＮ／ＯＦＦ制御のた
めの２値データに変換する場合、一定領域内には２５６
個の吐出領域が定められる。

【００７５】次に、図１２は淡いシアンから淡いイエロ
ーへ変化する表現の一例を示す図である。図１２の左端
は淡いシアンを表現する際のＣとＷとの吐出パターンで
あり、右端は淡いイエローを表現する際のＹとＷとの吐
出パターンである。淡いシアンからシアンとイエローと
の混合色を経て淡いイエローへと変化させる際には図１
２に示すように一定領域内へのＣとＹとＷとを吐出する
割合をしだいに変化させていくことによってそのような
色の変化を表現することが可能になる。

【００７６】また、図１３には上記の彩色のための一定
領域が複数個集合したものを示している。図１３（ａ）
はＣとＷとの吐出パターンを示しており、図１３（ｂ）
は（ａ）の吐出パターンによって表現される彩色形態を
具体的に示している。図１３に示すように駆動制御部１
２が吐出パターンを制御することによって三次元造形物
２１の造形過程における彩色を行うことが可能になる。

【００７７】ところで、隣接する複数の一定領域におい
て同一の階調を表示しようとする場合、吐出パターンが
同一であるとそのパターンの規則的配置によって造形対
象物にはない模様が三次元造形物２１上に現れる場合が
ある。このような事態を回避するために同一の階調を表
示する場合であっても吐出パターンを変化させることが
好ましい。図１４は吐出パターンを変化させる例を示す
図であり、（ａ）は１滴のシアンに対して３滴のホワイ
ト、（ｂ）は２滴のシアンに対して２滴のホワイト、
（ｃ）は３滴のシアンに対して１滴のホワイトをそれぞ
れ吐出する例を示している。同じ階調が隣接する場合に
は駆動制御部１２が吐出パターン決定手段として機能
し、各吐出ノズル１５ａ〜１５ｄからの吐出パターンを
シアンが１滴の場合は図１４（ａ）に示すように、また
シアンが２滴の場合は図１４（ｂ）に示すように、さら
にシアンが３滴の場合は図１４（ｃ）に示すようにそれ
ぞれ変化させることにより、造形対象物にはない模様が
三次元造形物２１上に現れることを回避することができ
る。ここで、図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各図にお
いていずれの吐出パターンを選択するかはランダムに決
定してもよいし、規則的に決定してもよい。

【００７８】このようにこの実施形態では、三次元造形
物２１を造形する際にＹ，Ｍ，Ｃに着色された樹脂と、
白色の樹脂とを使用することにより、造形過程において
三次元造形物に対して造形対象物に応じた彩色を施して
いくことができる。

【００７９】なお、吐出ノズル１５ａ〜１５ｃから吐出
される着色された樹脂はそれぞれ他の色成分（例えば、
Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）等）に着色されていても
よいが、Ｙ，Ｍ，Ｃの三原色に着色された樹脂を使用し
てこれらを混合することにより、三次元造形物２１に中
間色等の全ての色成分の彩色することができるという効
果がある。

【００８０】また、吐出ノズル１５ｄから吐出される内
部造形用の樹脂は白色に限定されるものではなく、クリ
ーム色等の樹脂であってもよい。ただし、生成される三
次元造形物２１において造形対象物の白色や階調を鮮明
に再現するためには、内部造形用として白色の樹脂を使
用することが望ましい。

【００８１】さらに、三次元造形物２１の表面側に黒色
を再現する場合には、Ｙ，Ｍ，Ｃの三色を吐出すること
で黒色を表現することができるが、鮮明な黒色を再現す
るために別途黒色に着色された樹脂を吐出するための吐
出ノズルを設けてもよい。

【００８２】＜１−５．ノズルヘッドの構成＞次に、上
記の三次元造形装置１０におけるノズルヘッド１５の構
成例について説明する。

【００８３】ノズルヘッド１５における各吐出ノズル１
５ａ〜１５ｅはそれぞれに圧電アクチュエータ等の圧力
発生手段が設けられており、当該圧力発生手段によって
ノズル内部に供給される溶融状態の樹脂に対して一定の
圧力が付与されてノズル先端部から液滴状の樹脂が吐出
されるように構成されている。

【００８４】このような構成にすることにより、駆動制
御部１２が各吐出ノズル１５ａ〜１５ｅの圧力発生手段
を独立に駆動制御することが可能になり、それによって
各色に着色された樹脂やその他の樹脂の吐出を個別に制
御することができるのである。

【００８５】また、このようにノズルヘッド１５に設け
られる各吐出ノズル１５ａ〜１５ｅが個別に制御可能で
あることから、ノズルヘッド１５の構成例についてもい
くつかの実施例が考えられる。

【００８６】まず第１に、上記のように個別に制御可能
なノズルヘッド１５では、図１に示すような複数の吐出
ノズル１５ａ〜１５ｅが直線状に配置されたノズルユニ
ットをさらに複数個並設することが考えられる。

【００８７】図１５は、三次元造形物に彩色を施すため
のノズルヘッド１５の構成の一例を示す図であり、図１
５（ａ）は三原色に着色された樹脂と白色の樹脂と支持
部用樹脂との５種類の樹脂を個別に吐出する構成例を示
しており、（ｂ）はさらに黒色の樹脂を吐出する構成例
を示している。図１５において、Ｙはイエローの樹脂、
Ｍはマゼンタの樹脂、Ｃはシアンの樹脂、Ｗはホワイト
の樹脂、Ｓは支持部用樹脂、Ｋは黒色の樹脂をそれぞれ
吐出するための吐出ノズルである。

【００８８】図１５に示すように、複数の吐出ノズル１
５ａ〜１５ｅ（又は１５ａ〜１５ｆ）が直線状に配置さ
れたものを１つのノズルユニット１７として構成し、こ
のノズルユニット１７を複数個並設することによって複
数の吐出ノズルをマトリクス状に配置することで、効率
よく、かつ確実に彩色造形を行うことが可能になる。例
えば、ノズルヘッド１５をＸ方向に移動させると、ノズ
ルヘッド１５のＹ方向の幅を１走査分として同時に造形
することができるため、効率よく造形を行うことがで
き、造形時間の短縮化を図ることが可能になる。

【００８９】図１５おいて、複数の吐出ノズルの軸（す
なわち吐出方向）はそれぞれ平行になるように配置され
ており、ノズルヘッド１５のＸ方向またはＹ方向への移
動タイミングに合わせて駆動制御部１２が時系列的に各
樹脂を吐出させることで一定領域内において複数色の樹
脂を混色することができるのである。

【００９０】また第２に、上記のように個別に制御可能
なノズルヘッド１５では、支持部用樹脂以外の樹脂を吐
出する吐出ノズル１５ａ〜１５ｄ、１５ｆのうち、Ｙ，
Ｍ，Ｃ（さらにはＫ）に着色された樹脂を吐出する吐出
ノズル１５ａ〜１５ｃ、１５ｆを造形用として設けられ
た白色の樹脂を吐出する吐出ノズル１５ｄの周囲に配置
することも考えられる。

【００９１】図１６はこのような配置構成の概念を示す
図であり、（ａ）は側方からみた概念図であり、（ｂ）
は上方からみた概念図である。図１６（ｂ）に示すよう
に吐出ノズル１５ａ〜１５ｃ、１５ｆは内部造形用の樹
脂である白色の樹脂の吐出ノズル１５ｄの周囲に配置さ
れており、図１６（ａ）に示すように複数の吐出ノズル
１５ａ〜１５ｆの各軸（吐出方向）を彩色のための一定
領域内で交差するように配置することで、彩色のための
一定領域内に対しては同時に各色の樹脂を吐出すること
ができる。このような吐出ノズル１５ａ〜１５ｆを１つ
のノズルユニット１７としたときに、このノズルユニッ
ト１７を図１７に示すように複数個配置することで、効
率よくかつ確実に彩色造形を行うことが可能になる。な
お、図１７（ａ）は図１６のノズルユニット１７をＹ方
向に直線状に配置したノズルヘッド１５の例を示してお
り、図１７（ｂ）はＸＹ平面内に配置したノズルヘッド
１５の例を示している。図１７（ａ）の構成のノズルヘ
ッド１５をＸ方向に走査することで造形の隙間が生じる
場合には、図１７（ｂ）の構成を採用すればよい。

【００９２】＜２．第２の実施の形態＞この実施形態
は、三次元造形装置が、ステージの造形面上に所定形状
の充填部材を搬送する充填部材搬送手段を備える構成と
し、その充填部材搬送手段が充填部材をステージの造形
面上の所定位置に配置することで、ステージの造形面上
に所定の突出形状を形成する突出形状形成手段としての
機能を実現するものである。なお、充填部材としては例
えばブロック状に形成された樹脂等が使用される。

【００９３】また、この実施形態では、第１の実施の形
態と異なり、三次元造形物に対して彩色を行うための着
色剤として着色用のインクを使用し、造形用の材料とし
て樹脂を使用する構成例を示す。

【００９４】以下、この発明の第２の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。

【００９５】＜２−１．三次元造形装置の全体的構成＞
図１８は、この実施形態における三次元造形装置３０を
示す概略図である。なお、図１８において上記第１の実
施の形態で説明した各部材と同一の作用効果を奏する部
材については同一符号を付している。

【００９６】この三次元造形装置３０は、第１の実施の
形態と同様に、コンピュータ１１と駆動制御部１２とＸ
Ｙ方向駆動部１３とＺ方向駆動部１４とノズルヘッド３
５とタンク部３８と溶融部３９とステージ２０とを備え
ており、さらに、充填部材搬送手段として機能する充填
部材搬送部４５を備える。

【００９７】コンピュータ１１と駆動制御部１２とＸＹ
方向駆動部１３とＺ方向駆動部１４とステージ２０とは
上記第１の実施の形態と同一の作用効果を示すものであ
るため、ここではその説明を省略する。

【００９８】この実施形態において第１の実施の形態と
異なるものは、充填部材搬送部４５とノズルヘッド３５
とタンク部３８と溶融部３９とである。

【００９９】充填部材搬送部４５は、駆動部４５ａと充
填部材保持機構４５ｂとを備えて構成される。駆動部４
５ａは充填部材保持機構４５ｂをＸ軸およびＹ軸によっ
て規定される平面内で移動させるべく設けられた駆動手
段であり、駆動制御部１２からの駆動指令に基づいて充
填部材保持機構４５ｂをその平面における駆動範囲内で
任意の位置に移動させることができる。充填部材保持機
構４５ｂは内部に複数の充填部材２を収容しており、駆
動制御部１２からの充填部材配置指令に基づいて収容し
ている充填部材２をステージ２０上に配置する。すなわ
ち、この充填部材搬送部４５は、ステージ２０の造形面
内において任意の位置にアクセスすることができ、充填
部材２を配置することでステージ２０の造形面上に所定
の突出形状を形成する突出形状形成手段として機能する
のである。

【０１００】次に、タンク部３８は造形用と支持部用と
の融点の異なる熱可塑性樹脂をそれぞれに収容する２つ
のタンク３８ａ、３８ｂと、異なる色成分のインクをそ
れぞれに収容する複数のタンク４０ａ〜４０ｄとを備え
る。また、溶融部３９には熱可塑性樹脂を収容するタン
ク３８ａ、３８ｂとのそれぞれに対応して２つの溶融ヒ
ータ３９ａ、３９ｂが設けられている。このため、タン
ク３８ａ、３８ｂのそれぞれに収容される熱可塑性樹脂
はそれぞれのタンク下方に設けられた溶融ヒータ３９
ａ、３９ｂによって加熱・溶融される。一方、複数のタ
ンク４０ａ〜４０ｄに収容されるそれぞれのインクは常
温で液体であるため溶融ヒータ等を設ける必要はない。

【０１０１】ノズルヘッド３５はＸＹ方向駆動部１３の
下部に固定されており、ＸＹ方向駆動部１３とともに一
体となってＸＹ平面内で移動自在となっている。また、
ノズルヘッド３５はタンク部３８のタンク数と同数の吐
出ノズル３５ａ〜３５ｄ、３６ａ、３６ｂを備えてお
り、タンク３８ａ、３８ｂにおいて溶融された熱可塑性
樹脂は対応して設けられた各吐出ノズル３６ａ、３６ｂ
に加熱保温状態で供給されるとともに、タンク４０ａ〜
４０ｄに収容されている各色ごとのインクはそれぞれに
対応する吐出ノズル３５ａ〜３５ｄに供給される。各吐
出ノズル３５ａ〜３５ｄ、３６ａ、３６ｂはインクまた
は樹脂を例えばインクジェット方式等で微小な液滴とし
て吐出（噴出）するノズルである。各吐出ノズルによる
インクまたは樹脂の吐出は駆動制御部１２によって個別
に制御されており、各吐出ノズルから吐出されるインク
または樹脂はノズルヘッド３５に対向する位置に設けら
れているステージ２０上に付着する。なお、吐出ノズル
３６ａは造形用となる樹脂を吐出するノズルであり、吐
出ノズル３６ｂは支持部用となる樹脂を吐出するノズル
である。

【０１０２】この実施の形態では、複数の色を有する三
次元造形物や任意の混合色からなる三次元造形物を作成
するために、三次元造形物の造形時において樹脂を吐出
によって造形を行うとともに、彩色の必要な部分には樹
脂に加えて異なる色成分のインクを使用する。三次元造
形物を造形するための樹脂は特に着色の必要性がないた
め、無彩色または無着色の樹脂を使用する。このため、
上記タンク部３８の樹脂用となるタンク３８ａ、３８ｂ
のうち、タンク１８ａには造形時において使用する無彩
色または無着色の樹脂が収容されている。なお、無彩色
または無着色の樹脂としては自然色のものを使用しても
よいし、白色あるいは淡い色に着色されている樹脂を使
用してもよい。また、タンク３８ｂには支持部用樹脂が
収容されている。

【０１０３】一方、タンク４０ａ〜４０ｄにはそれぞれ
Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｗ
（ホワイト）のインクが収容されている。

【０１０４】なお、ステージ２０の造形面側は格子状に
分割されており、その各々は独立に昇降可能な分割ステ
ージ２０ａとして構成されている点については第１の実
施の形態と同様である。

【０１０５】＜２−２．三次元造形装置３０における動
作＞次に、この三次元造形装置３０における動作につい
て説明する。図１９はこの実施形態における三次元造形
装置３０の動作の一例を示すフローチャートである。こ
の図１９のフローチャートは、ほぼ図３のフローチャー
トと同様であり、異なる処理はステップＳ７０である。

【０１０６】まず、ステップＳ１において造形対象物の
データ化が行われ、続いてステップＳ２において造形す
る際の積層厚さに基づいて造形対象物がスライスされた
各断面ごとの断面データが生成される。そしてステップ
Ｓ３において断面データを作成するときに用いた積層厚
さに関する情報がコンピュータ１１から駆動制御部１２
に入力される。

【０１０７】そして、ステップＳ４においてステージ２
０を所定位置に移動させ、ステップＳ５において充填部
材搬送部４５が駆動されてステージ２０上の所定位置に
充填部材２が配置されてステージ２０上に所定の突出形
状が形成される。

【０１０８】そして、ステップＳ６においてデータ変換
手段でのデータ変換が行われて各吐出ノズルから吐出さ
れる液滴サイズに適した層形状や彩色等に関する情報が
生成される。

【０１０９】そして、ステップＳ７０では上記のデータ
変換によって生成された層形状、彩色情報に従って駆動
制御部１２がＸＹ方向駆動部１３に駆動指令を与えるこ
とによりノズルヘッド３５を所定方向に移動させるとと
もに、その移動に伴って各吐出ノズルからのインクまた
は樹脂の吐出を適宜に行わせる。

【０１１０】三次元造形物の形状を造形するために造形
用となる樹脂と支持部用樹脂とを吐出するとともに、三
次元造形物に彩色を行う際には造形対象物から導かれた
彩色情報に基づいてＹ，Ｍ，Ｃ，Ｗのそれぞれに着色さ
れたインクを吐出することにより、三次元造形物のカラ
ー造形を行う。

【０１１１】このとき、充填部材２によって形成された
突出形状部分には樹脂の吐出が行われない。したがっ
て、三次元造形物の裏面側に吐出される造形用の樹脂お
よび三次元造形物がオーバーハング形状を有する場合に
吐出される支持部用樹脂の吐出に要する時間を短縮する
ことができ、効率的に造形を行うことが可能になる。ま
た、造形用樹脂と支持部用樹脂との消費量を低減するこ
ともできる。

【０１１２】そして、ステージ２０上に付着する樹脂は
自然放熱、又は、ステージ２０若しくは各分割ステージ
２０ａの内部側に設けられた図示しない冷却手段によっ
て冷却されて溶融状態から固体に変化して硬化する。

【０１１３】このようにしてステップＳ７０において三
次元造形物の一層分の断面体である層体の造形が行われ
るのである。

【０１１４】そして、一層分の造形が終了するとステッ
プＳ８に進んで、駆動制御部１２が三次元造形物の造形
が完了したかどうかを判断し、「ＮＯ」と判断された場
合はステップＳ４からの処理を繰り返し、「ＹＥＳ」と
判断された場合は造形動作は終了する。

【０１１５】なお、ステップＳ４に戻った場合は、ステ
ージ２０を造形された一層の高さ寸法分を下降させ、次
の層の造形時においてノズルヘッド１５とステージ２０
上に積層されていく造形物との位置関係を適切な位置関
係に修正する。そしてステージの移動後、ステップＳ５
において必要であれば充填部材搬送部４５をさらに駆動
して充填部材２の補充を行うことでステージ２０の造形
面側に形成される突出形状を再形成する。最初に充填部
材搬送部４５を駆動することにより充填部材２を配置し
て突出形状を形成するときには、ステージ２０とノズル
ヘッド１５との間隔から充填部材２の高さ寸法は制限さ
れている。このため、積層が進むにつれてステージ２０
ａとノズルヘッド１５との間隔が広くなっていくのに従
って充填部材搬送部４５を再駆動させて充填部材２を積
み上げていくように構成すれば三次元造形物を造形する
際の樹脂およびインクの吐出量を著しく低減することが
可能になり、その結果効率的かつ安価に三次元造形物の
造形を行うことができるのである。

【０１１６】なお、高精度に作る場合、または、造形さ
れた一層分の厚さより断面データを作成するときに用い
た積層厚さに関する情報が小さいときには、一層ごとに
カッターで削って高さをそろえるようにしてもよい。ま
た、造形された一層分の厚さより断面データを作成する
ときに用いた積層厚さに関する情報が大きいときは、実
際の積層厚さが断面データ作成時に用いた厚さに達する
まで同じ断面データに基づいて造形を繰り返すようにし
てもよいし、一層分の造形の際に１つの場所に複数滴ず
つ積んでいくようにしてもよい。

【０１１７】それ以後は上記の動作を繰り返すことによ
り、一層目の上側に二層目の新たな層体が積層されるの
である。そして、このような動作を断面体の数の分だけ
繰り返すことにより、ステージ２０上に一層ごとのカラ
ー化された層体が順次積層されていき最終的に造形対象
物の三次元造形物２１がステージ２０上に造形されるの
である。そして造形される三次元造形物２１には充填部
材２による突出形状に応じた形状となる。また、オーバ
ーハング支持部２２も分割ステージ２０ａによる突出形
状に応じた形状となる。

【０１１８】この実施形態のようにステージ２０上にお
ける突出形状を充填部材２によって形成することで、第
１の実施の形態で説明したような造形後に充填部材２を
三次元造形物の凹形状部分に充填するという工程が必要
でなくなるため、さらに効率的な造形が実現できるので
ある。

【０１１９】図２０は図１９のフローチャートのステッ
プＳ４〜Ｓ８を繰り返すことによって造形が行われる過
程を示す図である。図２０に示すように三次元造形物の
造形を行う場合、所定数の層体の造形が行われる度に充
填部材２を補充（積層）していくことで、その充填部材
２が設けられた部分への三次元造形物４２の造形の際の
樹脂およびインクの吐出を省略することが可能になる。

【０１２０】まず、図２０（ａ）に示すように充填部材
搬送部４５が充填部材２をステージ２０上の所定位置に
配置する。このとき、充填部材２がノズルヘッド３５と
接触しないことが条件となるため、充填部材２を複数個
積み重ねる場合であっても充填部材２がノズルヘッド３
５に接触しない程度にしておく（図２０（ｂ））。そし
て、この状態で充填部材２が配置された部分以外の造形
を行う領域にノズルヘッド１５より樹脂またはインクを
吐出していく（図２０（ｃ））。そして、造形が進み、
ステージ２０が下降するのに伴って、必要に応じて、ス
テージ２０上に配置されている充填部材２の上側にさら
に充填部材２を補充し、樹脂またはインクを吐出して造
形を行っていく（図２０（ｄ））。そして造形が完了す
ると、三次元造形物４２の裏面側に充填部材２が充填さ
れた状態となる（図２０（ｅ））。

【０１２１】このように充填部材２を配置することによ
ってステージ２０の造形面側に突出形状を形成する構成
を採用すれば、三次元造形物４２の裏面側に充填部材２
が充填することができ、充填部材２の配置される部分に
おいて使用される造形用の樹脂の使用量を低減すること
ができるとともに、造形速度の高速化を図ることが可能
になる。この結果、三次元造形物４２の制作コストを低
減し、効率的な造形を行うことができるのである。ま
た、このような充填部材２をオーバーハング形状の支持
部４３にも配置することで支持部用樹脂の使用量の低減
を行うことも可能になる。

【０１２２】そして、この実施の形態のように、充填部
材２をステージ２０上に配置するようにすれば、第１の
実施の形態のように三次元造形物の裏面側が凹形状とな
ることを回避することができる。

【０１２３】三次元造形物４２がオーバーハング形状を
有する場合には、図１９に示すフローチャートが終了し
たときにはオーバーハング支持部４３が一体となって造
形されている（図１８参照）。このため、造形完了後、
三次元造形物を支持部用樹脂の融点よりも高く、かつ、
他の樹脂の融点よりも低い温度下に置くことでオーバー
ハング支持部４３のみを溶融させて取り除く。このよう
に支持部用樹脂を使用することによって造形対象物が複
雑な形状であってもその三次元造形物を生成することが
できるのである。

【０１２４】このように図２０に示す造形過程では、ス
テージ２０の造形面が複数の小領域に分割されて設けら
れた分割ステージ２０ａを特に駆動する必要はない。し
かしながら、充填部材搬送部４５と分割ステージ２０ａ
との双方を駆動するようにすれば、図２０に示す造形過
程よりもさらに造形の際の効率化を図ることができる。

【０１２５】図２１は、充填部材搬送部４５と分割ステ
ージ２０ａとの双方を駆動することで造形を行う過程を
示す図である。なお、この図２１に示すような造形を行
う場合には、充填部材２のステージ側に接する面積と、
分割ステージ２０ａの造形面の面積とがほぼ等しいこと
が前提となる。

【０１２６】まず、図２１（ａ）に示すように、各分割
ステージ２０ａが最大限高い位置まで駆動された状態
で、充填部材搬送部４５が充填部材２を分割ステージ２
０ａ上に配置する。そして、各分割ステージ２０ａを充
填部材２が１個配置されるごとに充填部材２の高さ寸法
分だけ下降させる。この動作を繰り返すことによって、
三次元造形物４２の造形過程で必要な全ての充填部材２
をステージ２０上に配置完了する。

【０１２７】そして、樹脂またはインクによる造形を行
う際に、充填部材２の配置された分割ステージ２０ａを
１段階（１個の充填部材２の高さ寸法分）上昇させるこ
とによって、ステージ２０上に突出形状を形成する。そ
して、突出形状を形成する充填部材２がノズルヘッド３
５と接触しない程度まで、ステージ２０を移動させて造
形を開始する（図２１（ｂ））。そして、造形が進み、
ステージ２０が下降するのに伴って、充填部材２の配置
された分割ステージ２０ａを１段階（１個の充填部材２
の高さ寸法分）ずつ上昇させていくことで突出形状の追
加を行いつつ、樹脂またはインクの吐出による造形を行
っていく（図２０（ｃ））。そして造形が完了すると、
三次元造形物４２の裏面側に充填部材２が充填された状
態となる（図２１（ｄ），（ｅ））。

【０１２８】このように充填部材搬送部４５と分割ステ
ージ２０ａとの双方を駆動することによってステージ２
０の造形面側に突出形状を形成する構成を採用すれば、
充填部材搬送部４５による充填部材２の補充回数を削減
することができ、さらに効率的な造形が可能になる。な
お、このことはオーバーハング形状の支持部４３にも適
用可能であることは明らかである。

【０１２９】また、充填部材搬送部４５と分割ステージ
２０ａとの双方を駆動することによってステージ２０の
造形面側に突出形状を形成する場合は、充填部材搬送部
４５と分割ステージ２０ａとが突出形状形成手段として
機能するのである。

【０１３０】三次元造形物４２がオーバーハング形状を
有する場合には、図１９に示すフローチャートが終了し
たときにはオーバーハング支持部４３が一体となって造
形されている（図１８参照）。このため、造形完了後、
三次元造形物４２を支持部用樹脂の融点よりも高く、か
つ、造形用樹脂の融点よりも低い温度下に置くことでオ
ーバーハング支持部４３のみを溶融させて取り除く。こ
のように支持部用樹脂を使用することによって造形対象
物が複雑な形状であってもその三次元造形物を生成する
ことができるのである。

【０１３１】なお、この実施の形態においても各分割ス
テージ２０ｂを駆動するための小領域駆動手段は第１の
実施の形態で説明したものと同様である。

【０１３２】＜２−３．彩色について＞次に、この実施
形態における造形過程での彩色について説明する。この
実施形態では、三次元造形物４２の造形用として樹脂を
使用するとともに、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｗの４色のインクを吐
出していくことによって三次元造形物４２の造形過程で
の彩色を行っている。

【０１３３】吐出ノズル３５ａ〜３５ｃのそれぞれから
は減色混合によって異なる色成分を表現することができ
るＹ，Ｍ，Ｃの各色成分のインクが吐出される一方、吐
出ノズル３５ｄからはホワイトのインクが吐出される。
また、吐出ノズル３６ａからは三次元造形物４２の造形
用となる無着色の樹脂が吐出される。

【０１３４】このように吐出ノズル３６ａから吐出され
る三次元造形物４２の造形用として無着色の樹脂を使用
することにより三次元造形物４２の立体形状を造形する
ことができるとともに、各吐出ノズル３５ａ〜３５ｄか
ら吐出される微小なインクの液滴の集合によってその三
次元造形物４２の表面に混色あるいは色の階調を表現す
ることができる。

【０１３５】一般に、彩色を行うためにはＹ，Ｍ，Ｃの
三原色のインクを混色すればよいが、色の濃淡を表現す
るためには三原色に加えて白色のインクを吐出し混色す
ることが有効となる。このため、この実施形態ではＹ，
Ｍ，Ｃの３色のインクに加えてＷのインクを使用するの
である。しかしながら、第１の実施の形態で説明したよ
うに吐出ノズル３６ａから吐出される造形用樹脂が白色
のものを使用する場合には、特にＷのインクを使用する
必要はない。なぜなら、この実施形態では造形用樹脂を
基材としてその樹脂に対してインクを吐出して着色する
ように構成されているため、基材となる樹脂の白色を利
用すれば白色インクは必要でないからである。

【０１３６】そして、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｗの各色成分のイン
クをステージ２０上に吐出される造形用樹脂に対して付
着させていくことにより、三次元造形物４２に対して適
切な彩色を施すことが可能になる。

【０１３７】なお、この実施形態において三次元造形物
４２に彩色を施す際の各インクの吐出形態は、第１の実
施の形態と同様である。すなわち、図１１ないし図１４
の各図はこの実施形態における各インクの吐出形態をも
示しており、その詳細は第１の実施の形態におけるもの
と同様であるのでここではその説明を省略する。

【０１３８】このようにこの実施形態では、三次元造形
物４２を造形する際に使用する材料としてＹ，Ｍ，Ｃ，
Ｗのインクと、造形用樹脂を使用することにより、造形
過程において三次元造形物に造形対象物に応じた彩色を
施していくことができる。

【０１３９】なお、吐出ノズル３５ａ〜３５ｃから吐出
されるインクはそれぞれ他の色成分（例えば、Ｒ
（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）等）のインクであってもよ
いが、Ｙ，Ｍ，Ｃの三原色のインクを使用してこれらを
混合することにより、三次元造形物４２に中間色等の全
ての色成分の彩色することができるという効果がある。

【０１４０】さらに、三次元造形物４２に黒色を再現す
る場合には、Ｙ，Ｍ，Ｃの三色を吐出することで黒色を
表現することができるが、より鮮明な黒色を再現するた
めに別途黒色のインクを吐出するための吐出ノズルを設
けてもよい。

【０１４１】＜２−４．ノズルヘッドの構成＞次に、こ
の三次元造形装置３０におけるノズルヘッド３５の構成
例について説明する。

【０１４２】ノズルヘッド３５における各吐出ノズル３
５ａ〜３５ｄ、３６ａ、３６ｂはそれぞれに圧電アクチ
ュエータ等の圧力発生手段が設けられており、当該圧力
発生手段によってノズル内部に供給されるインクまたは
溶融状態の樹脂に対して一定の圧力が付与されてノズル
先端部から液滴状のインクまたは樹脂が吐出されるよう
に構成されている。

【０１４３】このような構成にすることにより、駆動制
御部１２が各吐出ノズル３５ａ〜３５ｄ、３６ａ、３６
ｂの圧力発生手段を独立に駆動制御することが可能にな
り、それによって各色のインクや樹脂の吐出を個別に制
御することができるのである。

【０１４４】また、このようにノズルヘッド３５に設け
られる各吐出ノズルが個別に制御可能であることから、
ノズルヘッド３５の構成例についてもいくつかの実施例
が考えられる。

【０１４５】まず第１に、上記のように個別に制御可能
なノズルヘッド３５では、図１８に示すような複数の吐
出ノズル３５ａ〜３５ｄ、３６ａ、３６ｂが直線状に配
置されたノズルユニットをさらに複数個並設することが
考えられる。

【０１４６】図２２は、三次元造形物に彩色を施すため
のノズルヘッド３５の構成の一例を示す図であり、図２
２（ａ）は三原色および白色の４種類のインクを吐出す
るとともに、造形用の樹脂と支持部用樹脂との２種類の
樹脂を吐出する構成例を示しており、（ｂ）はこれに加
えて黒色のインクを吐出する構成例を示しており、
（ｃ）は造形用樹脂として白色の樹脂を使用し、インク
の色をＹ，Ｍ，Ｃ以外のＢ，Ｇ，Ｒと黒色との４色を使
用する構成例を示している。なお、Ｙはイエローのイン
ク、Ｍはマゼンタのインク、Ｃはシアンのインク、Ｗは
ホワイトのインク、Ｐａは造形用樹脂、Ｐｂは支持部用
樹脂、Ｋは黒色のインク、Ｂは青のインク、Ｇは緑のイ
ンク、Ｒは赤のインク、Ｐは白色の樹脂をそれぞれ吐出
するための吐出ノズルである。

【０１４７】図２２に示すようにインク用の複数の吐出
ノズル３５ａ〜３５ｈが直線状に配置されたものがＹ方
向に２列に設けられており、さらにこのインク用の吐出
ノズル３５ａ〜３５ｈのＸ方向側には造形用樹脂と支持
部用樹脂との吐出ノズル３６ａ〜３６ｃが設けられて１
つのノズルユニット３７を構成している。そして、この
ノズルユニット３７をＹ方向に複数個並設することによ
って複数の吐出ノズルをマトリクス状に配置することが
でき、それによって効率よく、かつ確実に彩色造形を行
うことが可能になる。例えば、このノズルヘッド３５を
Ｘ方向に移動させると、ノズルヘッド３５のＹ方向の幅
を１走査分として同時に造形および彩色することができ
るため、効率よく造形と彩色とを行うことができ、造形
時間の短縮化を図ることが可能になる。

【０１４８】一般的に樹脂とインクとの粘度を比較する
とインクの粘度の方が低いため、インクを液滴として吐
出させるための圧力発生手段は樹脂を液滴として吐出さ
せる圧力発生手段よりも小規模で構成することができ
る。つまり、インク用の吐出ノズル３５ａ〜３５ｈは樹
脂用の吐出ノズル３６ａ〜３６ｃよりも小規模に構成す
ることができ、その結果、インク用の吐出ノズル３５ａ
〜３５ｈのノズル径を樹脂用のノズル径よりも小さくす
ることができるのである。

【０１４９】そこで、この実施形態では、図２２（ａ）
〜（ｃ）に示すようにインク用の吐出ノズル３５ａ〜３
５ｈのノズル径が樹脂用の吐出ノズル３５ａ〜３６ｃに
比べて小さくなるように構成する。このような構成とす
ることにより、インクが吐出される際の液滴を樹脂の液
滴に比べて小さくすることができ、三次元造形物４２に
対して高精細な彩色を行うことが可能になる。

【０１５０】なお、図２２（ａ）〜（ｃ）においては吐
出ノズル３５ａ〜３５ｈのノズル径は吐出ノズル３６ａ
〜３６ｃノズル径の約１／２となっているが、これに限
定されるものではなくインクと樹脂との粘度に基づいて
任意のノズル径を採用してもよいことは明らかである。

【０１５１】そして、これら各吐出ノズルの軸（すなわ
ち吐出方向）はそれぞれ平行になるように配置されてお
り、ノズルヘッド３５の吐出ノズル３６ａから造形用樹
脂を吐出し、ノズルヘッド３５がさらにＸ方向に移動し
ていく過程においてインク用の各吐出ノズル３５ａ〜３
５ｄからそれぞれ所定のタイミングでインクを吐出する
ことにより、ステージ２０上において樹脂に着色が行わ
れる。つまり、ノズルヘッド３５のＸ方向またはＹ方向
への移動タイミングに合わせて駆動制御部１２が時系列
的にインクと樹脂とを吐出させることで造形と彩色とを
造形過程において同時に行うことができるのである。

【０１５２】なお、図２２（ｃ）においては支持部用樹
脂を吐出する吐出ノズルが設けられていないが、オーバ
ーハング形状に対応しないような三次元造形装置の場合
には支持部用樹脂の吐出ノズルは設ける必要はない。

【０１５３】次に第２に、上記のように個別に制御可能
なノズルヘッド３５では、造形用の樹脂を吐出する吐出
ノズル３６ａの周囲にインクを吐出する吐出ノズル３５
ａ〜３５ｄを配置することも考えられる。

【０１５４】図２３はこのような配置構成の概念を示す
図であり、（ａ）は側方からみた概念図であり、（ｂ）
は上方からみた概念図である。図２３（ｂ）に示すよう
に吐出ノズル３５ａ〜３５ｄは造形用樹脂の吐出ノズル
３６ａの周囲に同心円状に配置されており、図２３
（ａ）に示すようにインク用の各吐出ノズル３５ａ〜３
５ｄの各軸（吐出方向）を造形用樹脂の吐出ノズル３６
ａの軸と交差するように配置することで、吐出ノズル３
６ａから吐出される樹脂に対してインクによる着色を行
うことができ、それによって造形過程において彩色を同
時に行っていくことが可能になる。なお、図２３におい
ては吐出ノズル３５ａ〜３５ｄの各軸と吐出ノズル３６
ａの軸とが交差する位置はステージ２０の造形面若しく
は既にステージ２０上に形成されている層体の上端面で
ある。

【０１５５】また、図２４は図２３の構成を若干変形し
たものであり、（ａ）は側方からみた概念図であり、
（ｂ）は上方からみた概念図である。図２４（ｂ）に示
すように吐出ノズル３５ａ〜３５ｄは造形用樹脂の吐出
ノズル３６ａの周囲に同心円状に配置されている点、お
よび、図２４（ａ）に示すようにインク用の各吐出ノズ
ル３５ａ〜３５ｄの各軸と吐出ノズル３６ａの軸とが交
差するように配置されている点は図２３に示す構成と同
様であるが、各軸の交差する位置が異なり、図２４の構
成では各吐出ノズルの軸が交差する位置は、ステージ２
０若しくはステージ２０上に形成された層体と吐出ノズ
ルとの空間内に規定されている。つまり、吐出ノズル３
６ａから造形用樹脂が吐出されるとその樹脂がステージ
２０上若しくは層体上に着弾する前にインクによる着色
が施されるのである。この図２４のような構成とするこ
とにより、各吐出ノズルと樹脂の着弾位置との高さ寸法
の制限を無くすことが可能になる。

【０１５６】図２３の構成では、各吐出ノズルの軸の交
差する位置は樹脂による着弾位置（造形位置）と一致し
ているため、一層分の層体を形成するごとにその層体の
厚さ分だけステージ２０を下降させていく必要がある。
これに対して図２４の構成では、吐出ノズル３６ａから
吐出された樹脂は飛翔中にインク液滴が付着することに
よって着色され、その後に造形位置に着弾するように構
成されるので、着弾位置は各吐出ノズルの軸の交差する
位置よりも下方でありさえすれば問題はないため、一層
分の層体を形成するごとにその層体の厚さ分だけステー
ジ２０を下降させていく必要がなくなるのである。

【０１５７】なお、図２３および図２４の構成例でも、
上記と同様にインク用の吐出ノズル３５ａ〜３５ｄのノ
ズル径が樹脂用の吐出ノズル３５ａに比べて小さくなる
ように構成することが好ましい。このような構成とする
ことにより、インクが吐出される際の液滴を樹脂の液滴
に比べて小さくすることができ、三次元造形物４２に対
して高精細な彩色を行うことが可能になる。

【０１５８】そして、図２３または図２４のように構成
された吐出ノズル３５ａ〜３５ｄ、３６ａを１つのノズ
ルユニット３７としたときに、このノズルユニット３７
を図２５に示すように複数個配置することで、効率よく
かつ確実に彩色造形を行うことが可能になる。なお、図
２５（ａ）は図２３または図２４のノズルユニット３７
をＹ方向に直線状に配置したノズルヘッド３５の例を示
しており、図２５（ｂ）はＸＹ平面内に配置したノズル
ヘッド３５の例を示している。図２５（ａ）の構成のノ
ズルヘッド３５をＸ方向に走査することで造形の隙間が
生じる場合には、図２５（ｂ）の構成を採用すればよ
い。

【０１５９】＜３．特徴的作用効果＞上記各実施形態に
おいては、造形対象物を平行な複数の面で切断した各断
面に対応する層体を所定の材料を吐出することによって
形成し、そのような層体を順次積層していくことで造形
対象物の三次元造形物を生成する三次元造形装置１０、
３０について説明した。そして、三次元造形装置は、層
体を順次積層していくための造形面を有するステージ２
０と、そのステージ２０の造形面上に所定の突出形状を
形成させる突出形状形成手段とを備えるように構成され
ている。そして、突出形状形成手段によって突出形状が
形成された造形面上に三次元造形物を造形していくこと
で、突出形状部分については造形の必要がなくなるた
め、三次元造形物の造形を効率よくかつ安価に行うこと
が可能になるのである。

【０１６０】また、突出形状形成手段を、造形面が複数
の小領域に分割され、それぞれの小領域ごとに設けられ
た複数の分割ステージ２０ａと、複数の分割ステージ２
０ａを造形面に垂直な方向にそれぞれ個別に駆動させる
小領域駆動手段２０ｂとで構成することにより、ステー
ジ２０の造形面上に形成される突出形状を任意の形成に
することができる。

【０１６１】この場合において、小領域駆動手段２０ｂ
を、直線方向の駆動を行う直線式駆動手段を用いてその
直線方向を造形面に垂直な方向として構成することによ
り、また、回転方向の駆動を行う回転式駆動手段と回転
方向の駆動を造形面に垂直な方向となる直線方向への駆
動に変換する駆動変換手段とによって構成することによ
り、各分割ステージ２０ａを造形面に垂直な方向に適切
に駆動させることができる。

【０１６２】また、突出形状形成手段を、所定形状の充
填部材２を造形面上に搬送するとともに所定位置に配置
する充填部材搬送手段を備えて構成することにより、造
形過程において充填部材２を三次元造形物に含めて造形
することができるので、さらに効率よくかつ安価に行う
ことが可能になる。

【０１６３】＜４．変形例＞以上、この発明に係る三次
元造形装置および三次元造形方法についての一実施形態
を詳細に説明したが、この発明は上記説明したものに限
定されるものではない。

【０１６４】例えば、上記説明においてはノズルヘッド
１５，３５をステージ２０に対して相対的に移動させる
ために、ノズルヘッド１５，３５はＸＹ平面内を移動
し、積層厚さ方向すなわちＺ方向の移動は三次元造形物
を載せるステージ２０を昇降移動させることによって行
う例を示した。しかしながら、これに限定されるもので
はなく、ステージ２０が固定でノズルヘッド１５，３５
がＸＹＺ空間内を移動するように構成してもよい。ただ
し、ノズルヘッド１５，３５のステージ２０に対する相
対的位置関係を高精度かつ高効率で制御することを望む
場合には、それぞれの移動軸を別途に独立して設けるこ
とが好ましい。

【０１６５】また、上記説明のように、一層ごとの造形
に伴ってステージ２０を移動（下降）させていく場合に
は、積層厚さ方向の造形精度を向上させるために、前回
積層した層体の高さ寸法を光電型センサ等の距離計測手
段で計測し、それによって次に積層する層体の高さ寸法
を予測してその高さ位置までステージ２０を移動させる
ように構成することがより好ましい。

【０１６６】また、上記説明は造形面がＸＹ平面に平行
である場合（つまり水平である場合）についてのもので
あったが、造形面は特に水平面である必要はない。

【０１６７】なお、第１の実施の形態で説明したノズル
ヘッド１５と、第２の実施の形態で説明した突出形状形
成手段とを組み合わせてもよく、逆に、第２の実施の形
態で説明したノズルヘッド３５と、第１の実施の形態で
説明した突出形状形成手段とを組み合わせてもよいこと
は言うまでもない。

【０１６８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
三次元造形装置によれば、層体を順次積層していくため
の造形面を有するステージと、ステージの造形面上に所
定の突出形状を形成させる突出形状形成手段とを備えて
構成され、突出形状が形成された造形面上に三次元造形
物を生成することを特徴とするため、突出形状部分につ
いては造形の必要がなくなるので、三次元造形物の造形
を効率よくかつ安価に行うことが可能になる。

【０１６９】請求項２に記載の三次元造形装置によれ
ば、突出形状形成手段は、造形面が複数の小領域に分割
され、それぞれの小領域ごとに設けられた複数の分割ス
テージと、複数の分割ステージを造形面に垂直な方向に
それぞれ個別に駆動させる小領域駆動手段とを備えて構
成されるため、ステージの造形面上に形成される突出形
状を任意の形成にすることができる。

【０１７０】請求項３に記載の三次元造形装置によれ
ば、小領域駆動手段は、直線方向の駆動を行う直線式駆
動手段であり、その直線方向を造形面に垂直な方向とし
て構成されるため、各分割ステージを造形面に垂直な方
向に適切に駆動させることができる。

【０１７１】請求項４に記載の三次元造形装置によれ
ば、小領域駆動手段は、回転方向の駆動を行う回転式駆
動手段と、回転方向の駆動を前記造形面に垂直な方向と
なる直線方向への駆動に変換する駆動変換手段とを備え
て構成されるため、各分割ステージを造形面に垂直な方
向に適切に駆動させることができる。

【０１７２】請求項５に記載の三次元造形装置によれ
ば、突出形状形成手段は、所定形状の充填部材を造形面
上に搬送するとともに所定位置に配置する充填部材搬送
手段を備えて構成されるため、造形過程において充填部
材が三次元造形物に含められて造形されるので、さらに
効率よくかつ安価に造形を行うことが可能になる。

【０１７３】請求項６に記載の三次元造形方法によれ
ば、層体を順次積層していくためのステージの造形面上
に所定の突出形状を形成し、その突出形状が形成された
ステージ上に所定の材料を吐出することによって層体を
順次に積層していくため、突出形状部分については造形
の必要がなくなるので、三次元造形物の造形を効率よく
かつ安価に行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態における三次元造形装置を示
す概略図である。

【図２】ステージの詳細を示す図である。

【図３】第１の実施の形態における三次元造形装置の動
作の一例を示すフローチャートである。

【図４】断面データの一例を示す図である。

【図５】断面データの一例を示す図である。

【図６】第１の実施の形態における造形が行われる過程
を示す図である。

【図７】三次元造形物に充填部材を充填する過程を示す
図である。

【図８】小領域駆動手段の一構成例を示す図である。

【図９】小領域駆動手段の一構成例を示す図である。

【図１０】小領域駆動手段の一構成例を示す図である。

【図１１】シアンについての階調表現の一例を示す図で
ある。

【図１２】淡いシアンから淡いイエローへ変化する表現
の一例を示す図である。

【図１３】彩色の一例を示す図である。

【図１４】着色された樹脂等の吐出パターンを変化させ
る例を示す図である。

【図１５】第１の実施の形態におけるノズルヘッドの構
成の一例を示す図である。

【図１６】第１の実施の形態における同心円状に配置さ
れた複数の吐出ノズルの構成の概念を示す図である。

【図１７】第１の実施の形態におけるノズルヘッドの構
成の一例を示す図である。

【図１８】第２の実施の形態における三次元造形装置を
示す概略図である。

【図１９】第２の実施の形態における三次元造形装置の
動作の一例を示すフローチャートである。

【図２０】第２の実施の形態における造形が行われる過
程を示す図である。

【図２１】第１の実施の形態における充填部材搬送部と
分割ステージとの双方を駆動することで造形を行う過程
を示す図である。

【図２２】第２の実施の形態におけるノズルヘッドの構
成の一例を示す図である。

【図２３】第２の実施の形態における同心円状に配置さ
れた複数の吐出ノズルの一構成の概念を示す図である。

【図２４】第２の実施の形態における同心円状に配置さ
れた複数の吐出ノズルの一構成の概念を示す図である。

【図２５】第２の実施の形態におけるノズルヘッドの構
成の一例を示す図である。

【図２６】従来の三次元造形装置を示す概略図である。

【符号の説明】

２ 充填部材 １０，３０ 三次元造形装置 １１ コンピュータ １２ 駆動制御部（制御手段） １３ ＸＹ方向駆動部 １４ Ｚ方向駆動部 １５，３５ ノズルヘッド １５ａ〜１５ｅ，３５ａ〜３５ｄ，３６ａ，３６ｂ 吐
出ノズル １８，３８ タンク部 １９，３９ 溶融部 ２０ ステージ ２０ａ 分割ステージ ２０ｂ 小領域駆動手段 ２１，４２ 三次元造形物 ２２，４３ オーバーハング支持部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 造形対象物を平行な複数の面で切断した
   各断面に対応する層体を所定の材料を吐出することによ
   って形成し、前記層体を順次積層していくことで前記造
   形対象物の三次元造形物を生成する三次元造形装置であ
   って、 前記層体を順次積層していくための造形面を有するステ
   ージと、 前記ステージの前記造形面上に所定の突出形状を形成さ
   せる突出形状形成手段と、を備え、 前記突出形状が形成された前記造形面上に三次元造形物
   を生成することを特徴とする三次元造形装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の三次元造形装置におい
   て、 前記突出形状形成手段は、 前記造形面が複数の小領域に分割され、それぞれの小領
   域ごとに設けられた複数の分割ステージと、 前記複数の分割ステージを前記造形面に垂直な方向にそ
   れぞれ個別に駆動させる小領域駆動手段と、を備えるこ
   とを特徴とする三次元造形装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の三次元造形装置におい
   て、 前記小領域駆動手段は、直線方向の駆動を行う直線式駆
   動手段であり、前記直線方向を前記造形面に垂直な方向
   とすることを特徴とする三次元造形装置。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の三次元造形装置におい
   て、 前記小領域駆動手段は、 回転方向の駆動を行う回転式駆動手段と、 前記回転方向の駆動を前記造形面に垂直な方向となる直
   線方向への駆動に変換する駆動変換手段と、を備えるこ
   とを特徴とする三次元造形装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
   載の三次元造形装置において、 前記突出形状形成手段は、 所定形状の充填部材を前記造形面上に搬送するとともに
   所定位置に配置する充填部材搬送手段を備えることを特
   徴とする三次元造形装置。
6. 【請求項６】 造形対象物を平行な複数の面で切断した
   各断面に対応する層体を所定の材料を吐出することによ
   って形成し、前記層体を順次積層していくことで前記造
   形対象物の三次元造形物を生成する三次元造形方法であ
   って、 前記層体を順次積層していくためのステージの造形面上
   に所定の突出形状を形成する工程と、 前記突出形状の形成されたステージ上に前記材料を吐出
   することによって前記層体を順次に積層していく工程
   と、を有することを特徴とする三次元造形方法。