JP6524845B2 - 立体造形装置 - Google Patents

Description

本発明は立体造形装置に関する。

立体造形物（三次元造形物）を造形する立体造形装置（三次元造形装置）として、例えば積層造形法で造形するものが知られている。これは、層状造形物（以下、「造形層」ともいう。）を積層して立体造形物を造形する。

従来、溶融状態にある未硬化樹脂を、容器内の水や油などの冷却液（硬化液）中にヘッドから吐出して、未硬化樹脂を冷却固化することで立体造形物を造形するものが知られている（特許文献１）。

特開平０８−２００７３号公報

ところで、容器内に溜められた硬化液の表面に未硬化樹脂を吐出するようにした場合、硬化液の液面が揺れ易く、未硬化樹脂の着弾位置精度が低下して立体造形物の精度が低下し、あるいは、揺れた液面が安定するまでに造形を待たなければならず、造形に無駄な時間がかかるという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、立体造形物の精度を向上することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の請求項１に係る立体造形装置は、
層状造形物を積層して立体造形物を造形する立体造形装置であって、
液状の硬化材層を形成し、前記硬化材層に対して造形材を供給し、前記硬化材層の前記硬化材で前記造形材が固化された前記層状造形物を形成する手段を備え、
前記液状の硬化材が収容された造形槽内で、
前記立体造形物が造形される造形ステージを下降させて、前記造形ステージの表面又は前記層状造形物の表面を前記液状の硬化材内に浸漬した後、
造形ステージを上昇させて、前記造形ステージの表面又は前記層状造形物の表面を前記液状の硬化材内から出し、前記造形ステージの表面又は前記層状造形物の表面に薄膜状の前記硬化材層を形成する
構成とした。

本発明によれば、立体造形物の精度を向上することができる。

本発明の第１実施形態に係る立体造形装置の模式的説明図である。 本発明の第２実施形態に係る立体造形装置の模式的説明図である。 本発明の第３実施形態に係る立体造形装置の模式的説明図である。 本発明の第４実施形態に係る立体造形装置の模式的説明図である。 本発明の第５実施形態に係る立体造形装置の模式的説明図である。 本発明の第６実施形態に係る立体造形装置の模式的説明図である。 各実施形態におけるサポート部の作用説明に供する説明図である。 他のサポート部の説明に供する説明図である、 本発明の第７実施形態に係る立体造形装置の模式的説明図である。 本発明の第８実施形態に係る立体造形装置の模式的説明図である。 本発明の第９実施形態に係る立体造形装置の模式的説明図である。 本発明の第１０実施形態に係る立体造形装置における硬化材層の形成工程の説明に供する模式的説明図である。 同じく図１２に続く工程の説明に供する模式的説明図である。 同じく図１３に続く工程の説明に供する模式的説明図である。

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を参照して説明する。図１は同実施形態に係る立体造形装置の模式的説明図である。

この立体造形装置は、立体造形物１０８が造形される造形槽１０１を備えている。造形槽１０１内には、立体造形物（積層造形物）１０８が造形される造形ステージ１０４が昇降可能に配置されている。造形ステージ１０４は、造形槽１０１外に配置されたアクチュエータ１０３により昇降される。

造形槽１０１の上方には、硬化材供給手段１１３と、造形材供給手段１０６と、サポート材供給手段１１２とが配置されている。

硬化材供給手段１１３は、液状の硬化材（硬化剤を含む。）１０２を滴下して供給する手段である。造形材供給手段１０６は、硬化材１０２で固化される造形材（造形剤を含む。）１０７を吐出して供給する。サポート材供給手段１１２は、硬化材１０２で固化されるサポート材（サポート剤を含む。）１１０を吐出して供給する手段である。

硬化材供給手段１１３によって造形ステージ１０４の表面、あるいは、既存の造形層１０８ａの表面に液状の硬化材１０２を滴下して供給することで、液状の硬化材１０２が造形ステージ１０４の表面、あるいは、既存の造形層１０８ａの表面で濡れ広がって薄膜化した硬化材層１０２ａが形成される。

つまり、硬化材供給手段１１３は、液状の硬化材を供給する手段を構成している。

造形材供給手段１０６によって硬化材層１０２ａの所要の位置に造形材１０７を吐出することで、造形材１０７が硬化材層１０２ａの硬化材１０２によって固化されて、層状造形物である造形層１０８ａが形成される。

つまり、造形材供給手段１０６は、液状の硬化材層に対して造形材を供給する手段を構成している。なお、本実施形態では、硬化材１０２（造形材層１０２ａ）の温度は造形材１０７の凝固点よりも低く、造形材１０７が硬化材層１０２ａに着弾することで硬化材１０２によって冷却固化され、造形層１０８ａが形成される。

サポート材供給手段１１２によって硬化材層１０２ａの所要の位置にサポート材１１０を吐出することで、サポート材１１０が硬化材層１０２ａの硬化材１０２によって固化されて、層状のサポート層１１１ａが形成される。

つまり、サポート材供給手段１１２は、硬化材層に対してサポート材を供給する手段を構成している。なお、本実施形態では、硬化材１０２（造形材層１０２ａ）の温度はサポート材１１０の凝固点よりも低く、サポート材１１０が硬化材層１０２ａに着弾することで硬化材１０２によって冷却固化され、サポート層１１１ａが形成される。

本実施形態では、サポート材供給手段１１２によってサポート材１１０を供給してサポート層１１１ａを形成し、このサポート層１１１ａで造形層１０８ａのオーバーハング部を支えるサポート部１１１、又は、造形する立体造形物１０８を包括して支えるサポート部１１１を形成する。

ここで、硬化材供給手段１１３、造形材供給手段１０６及びサポート材供給手段１１２は、造形槽１０１の造形ステージ１０４の表面に沿う方向に配置された駆動軸部材１２１に保持されている。

そして、駆動軸部材１２１がアクチュエータ１０５によって回転駆動されることで、硬化材供給手段１１３、造形材供給手段１０６及びサポート材供給手段１１２が造形ステージ１０４の表面に沿って往復移動される。なお、硬化材供給手段１１３、造形材供給手段１０６及びサポート材供給手段１１２の移動走査機構はこれに限られない。

アクチュエータ１０３による造形ステージ１０４の昇降、アクチュエータ１０５による硬化材供給手段１１３、造形材供給手段１０６及びサポート材供給手段１１２の往復移動、硬化材供給手段１１３による硬化材１０２の供給制御、造形材供給手段１０６による造形材１０７の供給制御、サポート材供給手段１１２によるサポート材１１０の供給制御などは制御装置１０９によって行われる。

また、硬化材供給手段１１３は、造形材供給手段１０６及びサポート材供給手段１１２を挟んで両側に配置されている。

これにより、造形材供給手段１０６がいずれの方向に移動するときでも、造形材供給手段１０６による造形材１０７の供給に先立って硬化材１０２を供給することができる。

なお、硬化材供給手段１１３は、ディスペンサを一列に並べたもの、液体吐出ヘッドなどで構成することができる。また、硬化材１０２を供給する筆状の先端部を造形層１０８ａに接触させながら硬化材１０２を表面に塗布する機構とすることもできる。

また、造形材供給手段１０６及びサポート材供給手段１１２は、液体吐出ヘッドやディスペンサで構成することができる。また、液体吐出ヘッドを使用する場合、同じヘッドに配置されている異なるノズル列をそれぞれ造形材供給手段１０６、サポート材供給手段１１２として使用することができる。

ここで、硬化材１０２は、造形材１０７を冷却固化して硬化させる性質を持ち、且つ、硬化材１０２によって硬化した造形材１０７は相変化によって軟化する性質を持っている。好ましくは、硬化材１０２は造形材１０７を造形材１０７の凝固点以下の温度に冷却して凝固させる凝固材であり、硬化材１０２によって凝固した造形材１０７は温度上昇によって軟化する。

硬化材１０２としては、凝固点が造形材１０７の凝固点よりも低くなるように濃度を調節し、造形材１０７の凝固点よりも温度を低く、かつ、硬化材１０２の凝固点よりも温度を高く制御した液体、例えば、冷却したグリセリン水溶液を使用できる。また、硬化材１０２としては、沸点が造形材１０７の凝固点よりも温度の低い液体、例えば液体窒素を使用することができる。また、造形材１０７の凝固点よりも温度が低い気体、例えば冷却用炭酸ガスを使用することができる。

言い換えれば、立体造形物の融点又はガラス転移点が温度Ｔ［℃］であるとき、温度Ｔが造形環境又は立体造形物の使用環境温度よりも低い温度であり、硬化材は、温度Ｔ以下に冷却した凝固点が温度Ｔより低い物質、又は、沸点が温度Ｔ以下の物質である。

サポート材１１０は、硬化材１０２によって冷却固化される性質を有し、立体造形物１０８から分離可能な物性のものを使用する。例えば、立体造形物１０８が水やアルコール等に溶けない部材であれば、サポート材１１０は水やアルコール等に溶ける部材、物理的な力を加えることで分離可能な離型材を含んだ部材を使用する。

サポート材１１０は、造形層１０８ａないし立体造形物１０８の融点又はガラス転移点の温度よりも融点が低い部材を使用することができる。これにより、サポート材１１０の融点温度で加熱することで、サポート層１１１ａのみを容易に除去することができる。

例えば、サポート材１１０として水又は水を主成分とする液体を使用することで、数℃の加熱を加えることによってサポート層１１１ａを溶融除去することができる。

次に、この立体造形装置による造形動作について説明する。

この装置で造形を行うときには、硬化材供給手段１１３によって造形ステージ１０４の表面に硬化材１０２を滴下し、造形ステージ１０４の表面に硬化材１０２が濡れ広がった薄膜状の硬化材層１０２ａを形成する。

そして、造形材供給手段１０６及びサポート材供給手段１１２を移動させて、硬化材層１０２ａの所要の位置に造形材１０７又はサポート材１１０を吐出して供給する。

硬化材層１０２ａの所望の位置に吐出されて着弾した造形材１０７は、硬化材１０２によって即時に凝固する（冷却固化される）ことで、目的形状の造形層１０８ａが形成される。同じく、硬化材層１０２ａの所望の位置に吐出されて着弾したサポート材１１０は、硬化材１０２によって即時に凝固する（冷却固化される）ことで、目的形状のサポート層１１１ａが形成される。

これにより、造形ステージ１０４の表面に、１層目の造形層１０８ａとサポート層１１１ａが形成される。

その後、１層目の造形層１０８ａ及びサポート層１１１ａの表面上に硬化材供給手段１１３によって硬化材１０２を滴下して、１層目の造形層１０８ａ及びサポート層１１１ａの表面に硬化材層１０２ａを形成する。

そして、１層目と同様に、造形材供給手段１０６及びサポート材供給手段１１２を移動させて、硬化材層１０２ａの所要の位置に造形材１０７又はサポート材１１０を吐出して供給し、２層目の造形層１０８ａ及びサポート層１１１ａを形成する。

この動作を繰り返して、造形ステージ１０４上に造形層１０８ａが積層された立体造形物１０８を造形するとともに、サポート層１１１ａが積層されたサポート部１１１を形成する。

造形層１０８ａを形成する造形データは、造形する立体造形物１０８をスライスしたスライスデータとして制御装置１０９に与えられ、制御装置１０９が造形データに従って造形材供給手段１０６の位置及び供給（吐出）を制御することで、造形データに従った造形層１０８ａが形成される。

サポート層１１１ａを形成するための造形データも、造形層１０８ａの造形データと同様にスライスデータとして与えられ、制御装置１０９がサポート材供給手段１１２の位置及び供給を制御することサポート層１１１ａが形成される。

このように、液状の硬化材層を形成し、この液状の硬化材層に硬化材で固化される造形材を供給して層状造形物を形成することで、高精度の立体造形物を形成することができる。

また、硬化材層を形成して、当該硬化材層に造形材を吐出（供給）することで、硬化材の沸点が造形材の温度以下である場合（急激な沸騰が起こる条件）であっても、硬化材層の厚み（液膜の厚み）が薄いので、急激な沸騰が起こらない。この点でも、層状造形物の精度が高くなり、高精度の立体造形物を形成することができる。

次に、本発明の第２実施形態について図２を参照して説明する。図２は同実施形態に係る立体造形装置の模式的説明図である。

本実施形態では、造形ステージ１０４には、硬化材層１０２ａに振動を付与する手段である超音波振動子１２２を備えている。超音波振動子１２２は制御装置１０９によって駆動される。超音波振動子１２２を駆動することで、造形ステージ１０４を介して硬化材層１０２ａに振動を与えることができる

超音波振動子１２２を動作させて、造形ステージ１０４上の硬化材層１０２ａに超音波振動を付与することで、硬化材層１０２ａ中に微細な気泡を発生させる。

これにより、硬化材層１０２ａに過熱が起こりにくく、沸点が低い硬化材１０２に造形材１０７が着弾したときに、急激な沸騰を起こりにくくすることができる。

次に、本発明の第３実施形態について図３を参照して説明する。図３は同実施形態に係る立体造形装置の模式的説明図である。

本実施形態では、造形材供給手段１０６及びサポート材供給手段１１２は、前記第１実施形態と同様に駆動軸部材１２１に保持されている。

一方、硬化材供給手段１１３は、造形槽１０１の造形ステージ１０４の表面に沿う方向に配置された駆動軸部材１２３に保持され、駆動軸部材１２３がアクチュエータ１１５によって回転駆動されることで往復移動される。アクチュエータ１１５は制御装置１０９によって駆動制御される。つまり、硬化材供給手段１１３は、造形材供給手段１０６及びサポート材供給手段１１２とは独立して移動させることができる。

この装置では、アクチュエータ１１５を駆動制御して硬化材供給手段１１３を所要の位置に移動させ、硬化材供給手段１１３によって造形ステージ１０４の表面、あるいは、造形層１０８ａ及びサポート層１１１ａの表面上に硬化材１０２を滴下させて硬化材層１１２ａを形成する。

そして、アクチュエータ１０５を駆動制御して造形材供給手段１０６及びサポート材供給手段１１２を所要の位置に移動させ、造形材供給手段１０６及びサポート材供給手段１１２によって造形ステージ１０４表面上、又は、造形層１０８ａ及びサポート層１１１ａの表面の硬化材層１１２ａに対して造形材１０７及びサポート材１１０を供給する。

例えば、硬化材供給手段１１３のホームポジションを図３の左端とし、造形材供給手段１０６及びサポート材供給手段１１２のホームポジションを図３の右端とする。硬化材供給手段１１３を右、左と往復させた後に、造形材供給手段１０６及びサポート材供給手段１１２を左、右と往復させる。

硬化材層１０２ａの所望の位置に供給入された造形材１０７は、硬化材１０２によって即時に凝固する（冷却固化される）ことで、目的形状の造形層１０８ａが形成される。同じく、硬化材層１０２ａの所望の位置に供給されたサポート材１１０は、硬化材１０２によって即時に凝固する（冷却固化される）ことで、目的形状のサポート層１１１ａが形成される。

次に、本発明の第４実施形態について図４を参照して説明する。図４は同実施形態に係る立体造形装置の模式的説明図である。

本実施形態では、造形ステージ１０４は造形槽１０１に固定配置されている。

一方、アクチュエータ１０５は、上下方向に配置された駆動軸部材１２４に保持され、駆動軸部材１２４がアクチュエータ１１６で回転駆動されることで昇降（高さ方向に移動）される。アクチュエータ１０５が昇降することで、造形材供給手段１０６及びサポート材供給手段１１２は造形ステージ１０４に対して昇降する。

また、アクチュエータ１０５には、硬化材１０２を造形層１０８ａの表面に沿う方向から供給する硬化材供給手段１１３を取り付けている。これにより、アクチュエータ１０５の昇降によって硬化材供給手段１１３も造形材供給手段１０６及びサポート材供給手段１１２に連動して昇降する。

また、硬化材１０２を造形層１０８ａの表面に沿う方向から供給することで、硬化材１０２は造形ステージ１０４の表面、又は、造形層１０８ａ及びサポート層１１１ａの表面に層状化（薄膜化）され易い。

この装置で造形を行うときには、アクチュエータ１１５を駆動制御して硬化材供給手段１１３を所要の位置に移動させ、硬化材供給手段１１３によって造形ステージ１０４表面上（１層目）、又は、造形層１０８ａ及びサポート層１１１ａの表面上（２層目以降）に硬化材１０２を供給する。

そして、造形ステージ１０４の表面上、又は、造形層１０８ａ及びサポート層１１１ａの表面上の硬化材層１０２ａに対して、造形材供給手段１０６及びサポート材供給手段１１２によって造形材１０７及びサポート材１１０を吐出して供給する。

硬化材層１０２ａの所望の位置に着弾した造形材１０７は、硬化材１０２によって即時に凝固する（冷却固化される）ことで、目的形状の造形層１０８ａが形成される。同じく、硬化材層１０２ａの所望の位置に注入されたサポート材１１０は、硬化材１０２によって即時に凝固する（冷却固化される）ことで、目的形状のサポート層１１１ａが形成される。

そして、目的とする造形層１０８ａ及びサポート層１１１ａを形成した後、アクチュエータ１１６を駆動して、造形ステージ１０４に対して、造形層一層分、硬化材供給手段１１３、造形材供給手段１０６、サポート材供給手段１１２を上昇させる。

その後、硬化材１０２の供給、造形材１０７の供給、サポート材１１０の供給を行って次層の造形層１０８ａ及びサポート層１１１ａの造形を繰り返すことで、立体造形物１０８及びサポート部１１１が造形される。

次に、本発明の第５実施形態について図５を参照して説明する。図５は同実施形態に係る立体造形装置の模式的説明図である。

本実施形態では、硬化材供給手段１１３は、造形槽１０１の上部に固定配置され、硬化材１０２を造形層１０８ａの表面に沿う方向から供給する。硬化材１０２を造形層１０８ａの表面に沿う方向から供給することで、硬化材１０２は造形ステージ１０４の表面、又は、造形層１０８ａの表面を流れて硬化材層１０２ａが形成される。

一方、前記第１実施形態と同様に、造形ステージ１０４は昇降可能に配置され、造形材供給手段１０６及びサポート材供給手段１１２は造形ステージ１０４の表面に沿う方向に移動可能に配置されている。

この装置で造形を行うときには、造形ステージ１０４を、造形ステージ１０４の表面に硬化材供給手段１１３から一層の硬化材層１０２ａを形成する硬化材１０２が供給される位置まで上昇させる。そして、硬化材供給手段１１３から造形ステージ１０４の表面に硬化材１０２を供給して硬化材層１０２ａを形成する。

その後、造形材供給手段１０６及びサポート材供給手段１１２を移動させて、硬化材層１０２ａに対して造形材１０７及びサポート材１１０を吐出して供給する。

硬化材層１０２ａの所望の位置に吐出された造形材１０７は、硬化材１０２によって即時に凝固する（冷却固化される）ことで、目的形状の造形層１０８ａが形成される。同じく、硬化材層１０２ａの所望の位置に吐出されたサポート材１１０は、硬化材１０２によって即時に凝固する（冷却固化される）ことで、目的形状のサポート層１１１ａが形成される。

１層目の造形層１０８ａ及びサポート層１１１ａを形成した後、造形ステージ１０４を一層分下降させ、１層目の造形層１０８ａ及びサポート層１１１ａの表面上に硬化材供給手段１１３によって硬化材１０２を供給し、硬化材層１０２ａを形成する。

造形材供給手段１０６及びサポート材供給手段１１２を移動させて、硬化材層１０２ａに対して造形材１０７及びサポート材１１０を吐出して供給し、２層目の造形層１０８ａ及びサポート層１１１ａを形成する。以後同様の動作を繰り返して立体造形物１０８及びサポート部１１１を造形する。

このように、硬化材を供給する手段が移動しないことで、簡単な機構とすることができる。

次に、本発明の第６実施形態について図６を参照して説明する。図６は同実施形態に係る立体造形装置の模式的説明図である。

本実施形態では、硬化材として冷気１０２Ａを使用している。硬化材供給手段１１３Ａから冷気１０２Ａを噴き出すことで、造形層１０８ａから離れた位置からでも、冷気を、既存の造形層１０８ａ及サポート層１１１ａの表面を供給して硬化材層１０２ａを形成することができる。つまり、前記第５実施形態よりも硬化材供給手段１１３が造形層１０８ａの形成領域から離間して配置されている。

なお、その他の造形工程などは第５実施形態と同様である。

これにより、硬化材供給手段１１３が移動しないことで、簡単な機構とすることができ、硬化材供給手段１１３を造形層１０８ａの形成領域から離間できることで、造形材供給手段１０６、サポート材供給手段１１２の往復動作を阻害することがなくなり、設計自由度が向上する。

次に、上記各実施形態におけるサポート部の作用について図７及び図８を参照して説明する。図７は実施形態におけるサポート部の作用説明に供する説明図、図８は他のサポート部の説明に供する説明図である、

図７に示すように、上記各実施形態では、立体造形物１０８を構成する造形層１０８ａとともにサポート層１１１ａを形成している。つまり、造形層１０８ａのオーバーハング部６０２の下側、側面部６０３や上面部６０４も含めて、各造形層１０８ａ毎にサポート層１１１ａを形成することで、立体造形物１０８を包括するサポート部１１１を形成している。

なお、この場合のサポート材は、造形層１０８ａが結合することができる温度でも原型を保つ材料とする。立体造形物１０８を造形層１０８ａが結合することができる温度に御し、造形層１０８ａが結合した後、サポート部１１１を除去する。

これに対して、サポート部１１１としては、図８に示すように、造形層１０８ａのオーバーハング部６０２の下側にのみサポート層１１１ａを形成する構成とすることもできる。

ここで、造形材が、硬化温度が高い場合や、細胞などの場合、一定の温度以上でないと結合しないため、常温に戻したときに支えが無い部分の形状が崩れてしまうことになる。この場合、図７に示す各実施形態で説明した包括的なサポート部１１１を形成することで、低温では結合しない材料で立体造形物１０８を造形した場合でも、サポート部１１１で支えられた状態で結合させながら常温に戻すことができる。

次に、立体造形物の解凍方法について説明する。

造形した立体造形物１０８の解凍や結合、及びサポート部（層）の除去は、重力方向上側から徐々に、自然解凍又は加熱制御しながら行うことが好ましい。

これにより、低温では結合しない材料でも結合しながらサポート部（層）を除去でき、結合していない部分はサポート部が造形物を支えるので、形状を安定させた状態を長時間保持しながら立体造形物の解凍や結合を行うことができる。

次に、本発明の第７実施形態について図９を参照して説明する。図９は同実施形態に係る立体造形装置の模式的説明図である。

造形槽１０１の上方には、温度制御された温風や赤外線など熱源を発生させ、立体造形物１０８を加熱する加熱手段である温調器１１８が配置されている。

造形ステージ１０４は、アクチュエータ１０３で昇降可能であり、硬化材１０２中に浸漬された立体造形物１０８を上昇させることができる。この造形ステージ１０４とアクチュエータ１０３で立体造形物１０８を上昇させる手段を構成している。

本実施形態では、立体造形物１０８及びサポート部１１１を徐々に上昇させながら、加熱手段である温調器１１８で加熱して、立体造形物１０８及びサポート部１１１を解凍ないし結合する。

つまり、温調器１１８で立体造形物１０８及びサポート部１１１の上部が解凍又は結合した後、アクチュエータ１０３によって造形ステージ１０４をさらに上昇させ、まだ解凍又は結合していない部分を加熱して解凍又は結合させる。この動作を繰り返すことにより、立体造形物１０８及びサポート部１１１の全体を解凍又は結合させる。

このように、造形した立体造形物を上部から下部に向かって順に解凍又は結合していくことで、途中で支えを失うことなく、立体造形物を解凍又は結合させることができる。これに対し、立体造形物１０８及びサポート部１１１全体を同時に加熱すると、解凍又は結合が表面から進行して、支えを失うことで、立体造形物１０８の形状が崩れてしまうことになる。

なお、立体造形物の形状が積層方向と直交する方向の幅が広くなったり狭くなったりする形状である場合には、解凍又は結合に要する時間（解凍又は結合の速度）が部位によって異なる。そこで、幅広の部位を加熱して解凍又は結合させる場合には、幅狭の部位を加熱して解凍又は結合させる場合よりも、造形ステージを上昇させる速度を遅く、又は、造形ステージを上昇させるまでの待ち時間を長くする。

このように、解凍又は結合に要する時間に合わせて造形ステージの上昇速度又はタイミングを制御することが好ましい。造形ステージの上昇速度又は上昇させるまでの待ち時間は、スライスデータの面積や詰まり具合から算出することができる。

次に、本発明の第８実施形態について図１０を参照して説明する。図１０は同実施形態に係る立体造形装置の模式的説明図である。

本実施形態は、前記第１実施形態におけるサポート材を供給するサポート材供給手段１１２を備えていない例である。

つまり、造形する立体造形物１０８が、積層方向において、上側の造形層１０８ａが下側の造形層１０８ｂにすべて含まれる形状であるときには、サポート材によるサポート部を形成しないでも当該立体造形物１０８の造形を行うことができる。

次に、本発明の第９実施形態について図１１を参照して説明する。図１１は同実施形態に係る立体造形装置の模式的説明図である。

本実施形態では、造形槽１０１の上方には、造形材供給手段２０６と、サポート材供給手段２１２と、硬化材供給手段２１３とが配置されている。

造形材供給手段２０６は、液状の造形材（造形剤を含む。）２０７を吐出して供給する。硬化材供給手段２１３は、液状の造形材２０７を固化させる液状の硬化材（硬化剤を含む。）２０２を吐出して供給する手段である。サポート材供給手段２１２は、硬化材２０２で固化されるサポート材（サポート剤を含む。）２１０を吐出して供給する手段である。

造形材供給手段２０６によって造形ステージ１０４の表面、あるいは、既存の造形層１０８ａの表面に液状の造形材２０７を滴下して供給することで、液状の造形材２０７が造形ステージ１０４の表面、あるいは、既存の造形層１０８ａの表面で濡れ広がって薄膜状の造形材層２０７ａが形成される。つまり、造形材供給手段２０６は、液状の造形材を供給する手段を構成している。

硬化材供給手段２１３によって造形材層２０７ａの所要の位置に硬化材２０２を吐出することで、造形材層２０７ａの造形材２０７が硬化材２０２によって固化されて、層状造形物である造形層１０８ａが形成される。つまり、硬化材供給手段２１３は、造形材層に対して硬化材を供給する手段を構成している。

サポート材供給手段２１２によって造形材層２０７ａの所要の位置にサポート材２１０を吐出することで、サポート材２１０が造形材層２０７ａの造形材２０７を固化させて、層状のサポート層２１１ａが形成される。つまり、サポート材供給手段２１２は、造形材層に対してサポート材を供給する手段を構成している。

本実施形態では、造形材層２０７ａの所要の位置に硬化材２０２を吐出して、造形材層２０７ａの造形材２０７を固化させることで、目的形状の造形層１０８ａを形成することを繰り返して、立体造形物１０８を形成（造形）する。また、造形材層２０７ａの所要の位置にサポート材２１０を吐出して、造形材層２０７ａの造形材２０７を固化させることで、目的形状のサポート層１１１ａを形成することを繰り返して、サポート部１１１を形成（造形）する。

次に、本発明の第１０実施形態について図１２ないし図１４を参照して説明する。図１２ないし図１４は同実施形態に係る立体造形装置における硬化材層の形成工程の説明に供する模式的説明図である。

本実施形態では、造形槽１０１内に液状の硬化材１０２が収容されている。造形槽１０１内には、立体造形物１０８が造形される造形ステージ１０４が昇降可能に配置されている。造形ステージ１０４は、造形槽１０１外に配置されたアクチュエータ１０３により昇降される。造形ステージ１０４上で造形層１０３を積層造形する。

本実施形態における硬化材層１０２ａの形成工程について説明すると、造形層１０８ａ及びサポート層１１１ａの表面に硬化材１０２が無い、若しくは、少ない図１２に示す状態から造形ステージ１０４を下降させる。

そして、図１３に示すように、造形層１０８ａ及びサポート層１１１ａの表面を液状の硬化材１０２内に浸漬する。その後、図１４に示すように、造形ステージ１０４を上昇させて造形層１０８ａ及びサポート層１１１ａの表面が硬化材１０２内から出した状態にする。これにより、造形層１０８ａ及びサポート層１１１ａの表面には薄膜状の硬化材層１０２ａが形成される。

そこで、この硬化材層１０２ａに造形材１０７及びサポート材１１０を吐出して、造形層１０８ａ及びサポート層１１１ａを形成する。なお、初期状態では、上述したと同様の工程で、造形ステージ１０４の表面に硬化材層１０２ａを形成する。

なお、造形槽１０１内に液状の造形材１０７を収容して本実施形態と同様な動作を行うことで、造形層１０８ａ及びサポート層１１１ａの表面に液状の造形材層１０７ａを形成して、前記第９実施形態と同様な造形を行うことができる。

上記各実施形態において、液状の造形材としては、未硬化液状樹脂、例えばユリア樹脂、エポキシ樹脂などを使用できる。これに対する硬化材としては、例えば、酸無水物やアミン類あるいはこの混合液などを使用できる。また、液状の造形材としては、例えば、水、ゼラチン水溶液、ゲル材料など、硬化材としては、冷却したグリセリン水溶液、液体窒素などを使用できる。

１０１ 造形槽
１０２ 硬化材
１０２ａ 硬化材層
１０４ 造形ステージ
１０６ 造形材供給手段
１０７ 造形材
１０８ 立体造形物
１０８ａ 造形層（層状造形物）
１１０ サポート材
１１１ａ サポート層
１１１ サポート部
１１２ サポート材供給手段
１１３ 硬化材供給手段
２０２ 硬化材
２０６ 造形材供給手段
２０７ 造形材
２０７ａ 造形材層
２１０ サポート材
２１２ サポート材供給手段
２１３ 硬化材供給手段

Claims (9)

1. 層状造形物を積層して立体造形物を造形する立体造形装置であって、
   液状の硬化材層を形成し、前記硬化材層に対して造形材を供給し、前記硬化材層の前記硬化材で前記造形材が固化された前記層状造形物を形成する手段を備え、
   前記液状の硬化材が収容された造形槽内で、
   前記立体造形物が造形される造形ステージを下降させて、前記造形ステージの表面又は前記層状造形物の表面を前記液状の硬化材内に浸漬した後、
   造形ステージを上昇させて、前記造形ステージの表面又は前記層状造形物の表面を前記液状の硬化材内から出し、前記造形ステージの表面又は前記層状造形物の表面に薄膜状の前記硬化材層を形成する
   ことを特徴とする立体造形装置。
2. 層状造形物を積層して立体造形物を造形する立体造形装置であって、
   液状の硬化材層を形成し、前記硬化材層に対して造形材を供給し、前記硬化材層の前記硬化材で前記造形材が固化された前記層状造形物を形成する手段と、
   前記液状の硬化材層に対してサポート材を供給する手段と、を備え、
   前記硬化材層の前記硬化材で前記サポート材が固化された層状のサポート層を形成し、
   前記サポート層で、前記層状造形物のオーバーハング部を支えるサポート部、又は、造形する立体造形物を包括して支えるサポート部を形成する
   ことを特徴とする立体造形装置。
3. 層状造形物を積層して立体造形物を造形する立体造形装置であって、
   液状の硬化材層を形成し、前記硬化材層に対して造形材を供給し、前記硬化材層の前記硬化材で前記造形材が固化された前記層状造形物を形成する手段と、
   造形された前記立体造形物を上方から加熱して前記立体造形物を解凍する手段と、を備えている
   ことを特徴とする立体造形装置。
4. 前記造形ステージに振動を付与する手段を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の立体造形装置。
5. 前記液状の硬化材層に対してサポート材を供給する手段を備え、
   前記硬化材層の前記硬化材で前記サポート材が固化された層状のサポート層を形成し、
   前記サポート層で、前記層状造形物のオーバーハング部を支えるサポート部、又は、造形する立体造形物を包括して支えるサポート部を形成する
   ことを特徴とする請求項１、３及び４のいずれかに記載の立体造形装置。
6. 造形された前記立体造形物を上方から加熱して前記立体造形物を解凍する手段を備えている
   ことを特徴とする請求項１、２、４及び５のいずれかに記載の立体造形装置。
7. 前記立体造形物の融点又はガラス転移点が温度Ｔ［℃］であるとき、
   前記温度Ｔは造形環境又は立体造形物の使用環境温度よりも低い温度であり、
   前記硬化材は、温度Ｔ以下に冷却した凝固点が温度Ｔより低い物質、又は、沸点が温度Ｔ以下の物質である
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の立体造形装置。
8. 造形材を冷却固化させる硬化材に対して前記造形材を供給して層状造形物を形成し、前記層状造形物を積層して立体造形物を造形する立体造形装置であって、
   前記立体造形物を上昇させる手段と、
   前記立体造形物を加熱する加熱手段と、を備え、
   前記上昇させる手段で前記立体造形物を徐々に上昇させながら前記加熱手段で加熱して、前記立体造形物を解凍する
   ことを特徴とする立体造形装置。
9. 前記立体造形物を上昇させる速度は前記立体造形物が解凍又は結合する速度に応じて変化される
   ことを特徴とする請求項８に記載の立体造形装置。

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