JP6574603B2

JP6574603B2 - 三次元造形装置

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Inventors: 文良岩瀬
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Description

本発明は、三次元造形装置に関し、さらに詳細には、粉体を原料として三次元造形物を作製する三次元造形装置に関する。

従来より、三次元造形物を作製する手法として、石膏パウダー(石膏粉末）や樹脂パウダー(樹脂粉末）などの粉体を原料として三次元造形物を作製する粉末固着積層方式（バインダージェッティング方式）が知られている。

この粉末固着積層方式による三次元造形装置とは、インクジェットヘッドから液体結合剤であるバインダーを各種の粉末に噴射し、当該粉末を一層ずつ固めて三次元造形物を作製するというものである。

より詳細には、粉末固着積層方式による三次元造形装置では、まず、三次元造形物を造形する造形槽に粉末材料を敷き詰めて所定の厚さの粉末層を形成する。

次に、この粉末層に対して、三次元造形物の断面形状の画像データに基づいて、吐出ヘッド（インクジェットヘッド）から粉末材料を硬化するバインダーを吐出して、粉末層に当該画像データに基づく断面形状を形成する。

その後、断面形状が形成された粉末層上に所定の厚さの新たな粉末層を形成し、この粉末層に、形成した断面形状の次の断面形状を表す画像データに基づいて、吐出ヘッドからバインダーを吐出し、当該新たな粉末層に当該画像データに基づく断面形状を形成する。

そして、こうした処理を繰り返し行い、全ての断面形状を表す画像データに基づく断面形状を順次形成することで、三次元造形物を作製することとなる。

ここで、上記した粉末固着積層方式による三次元造形装置としては、従来より以下に示すような二つのタイプの三次元造形装置が知られている。

即ち、第１のタイプの三次元造形装置１００は、例えば、図１に示すように、固定系部材である基台部１０１にＸＹＺ直交座標系におけるＹ軸方向に沿って延長して配設された固定系のＹレール１０２上をＹ軸方向に往復移動可能な吐出ヘッド１０４と、基台部１０１にＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸方向に沿って延長して配設されたＸレール１０６上をＸ軸方向に往復移動可能であるとともに底面がＺ軸方向に昇降可能な造形槽１０８と、Ｘレール１０６上をＸ軸方向に往復移動可能に造形槽１０８に隣接して配置されるとともに底面がＺ軸方向に昇降可能であって造形槽１０８へ供給する粉末材料を貯留した貯留槽１１０と、基台部１０１上に立ち上がり形成された一対のローラー支持部１１１により支持されて貯留槽１１０から造形槽１０８へ粉末材料を供給するとともに造形槽１０８へ供給された粉末材料を造形槽１０８内で敷き詰めて所定の厚さの粉末層を形成するためのローラー１１２とを有して構成されている。

なお、造形槽１０８と貯留槽１１０との位置関係は、貯留槽１１０に対してＸ軸方向後方側に造形槽１０８が配置されている。

以上の構成において、この三次元造形装置１００においては、図１に示す初期状態から、貯留槽１１０の内部に粉末材料を貯留した状態で底面を上昇させることにより、貯留槽１１０の内部に貯留された粉末材料を所定量だけ上昇させる。

次に、Ｘレール１０６上に配置された貯留槽１１０と造形槽１０８とを一体的にＸ軸方向の後方側から前方側に移動することにより、ローラー１１２が貯留槽１１０上を相対的にＸ軸方向の前方側から後方側に移動することになり、これにより貯留槽１１０より上昇された所定量の粉末材料は、造形槽１０８に供給される。

さらに、Ｘレール１０６上に配置された貯留槽１１０と造形槽１０８とを一体的にＸ軸方向の後方側から前方側に移動することにより、ローラー１１２が造形槽１０８上を相対的にＸ軸方向の前方側から後方側に移動することになり、造形槽１０８へ供給された粉末材料は造形槽１０８内に敷き詰められて所定の厚さの粉末層が形成される。なお、この際に、造形槽１０８の底面は、予め設定された位置まで上昇するように制御される。

上記のようにして造形槽１０８内に粉末層を形成した後に、Ｘレール１０６上に配置された造形槽１０８をＸ軸方向の前方側から後方側に移動して、吐出ヘッド１０４の下方の所定の位置に配置する。

それから、三次元造形物の断面形状の画像データに基づいて、Ｘレール１０６上に配置された造形槽１０８をＸ軸方向の前方側から後方側に移動するとともに吐出ヘッド１０４をＹ軸方向に移動しながら、造形槽１０８に形成された粉末層に対して吐出ヘッド１０４から粉末材料を硬化するバインダーを吐出する。このバインダーの吐出が終了すると、Ｘレール１０６上に配置された貯留槽１１０と造形槽１０８とをＸ軸方向の後方側から前方側へ移動して、図１に示す初期状態に復帰させる。

これにより、粉末層に当該画像データに基づく断面形状を形成し、この処理を繰り返し行って、全ての断面形状を表す画像データに基づく断面形状を順次形成することで、三次元造形物を作製する。

なお、上記した第１のタイプの三次元造形装置のように、造形槽がＸ軸方向へ移動し、かつ、吐出ヘッドがＹ軸方向に移動する三次元造形装置は、一般に、造形ステージ前後移動式と称される。

次に、図２を参照しながら第２のタイプの三次元造形装置について説明するが、本明細書および図面においては、それぞれ同一または相当する構成についてはそれぞれ同一の符号で示すことにより、その構成ならびに作用の詳細な説明は適宜に省略する。

第２のタイプの三次元造形装置２００は、ＸＹＺ直交座標系におけるＹ軸方向に沿って延長して配設されるとともに基台部１０１にＸ軸方向に沿って延長して配設されたＸレール２０２上をＸ軸方向に往復移動可能とされたＹレール２０４を備え、このＹレール２０４上にＹ軸方向に往復移動可能に吐出ヘッド１０４が設けられ、かつ、Ｙレール２０４におけるＺ軸方向で吐出ヘッド１０４と重ならない位置にローラー１１２が配設されている点において、第１のタイプの三次元造形装置１００と異なる。

また、造形槽１０８と貯留槽１１０とは隣接して固定系部材である基台部１０１に固定されていて、造形槽１０８と貯留槽１１０とが基台部１０１上をＸ軸方向には移動できないように配設されているとともに、両者の位置関係が貯留槽１１０に対してＸ軸方向前方側に造形槽１０８を配置した点においても、第１のタイプの三次元造形装置１００と異なる。

以上の構成において、この三次元造形装置２００においては、図２に示す初期状態から、貯留槽１１０の内部に粉末材料を貯留した状態で底面を上昇させることにより、貯留槽１１０の内部に貯留された粉末材料を所定量だけ上昇させる。

次に、Ｘレール２０２上に配置されたＹレール２０４をＸ軸方向の後方側から前方側に移動することにより、ローラー１１２が貯留槽１１０上をＸ軸方向の後方側から前方側に移動することになり、これにより貯留槽１１０より上昇された所定量の粉末材料は、造形槽１０８に供給される。

さらに、Ｘレール２０２上に配置されたＹレール２０４をＸ軸方向の後方側から前方側に移動することにより、ローラー１１２が造形槽１０８上をＸ軸方向の後方側から前方側に移動することになり、造形槽１０８へ供給された粉末材料は造形槽１０８内に敷き詰められて所定の厚さの粉末層が形成される。なお、この際に、造形槽１０８の底面は、予め設定された位置まで上昇するように制御される。

上記のようにして造形槽１０８内に粉末層を形成した後に、Ｘレール２０２上に配置されたＹレール２０４をＸ軸方向に移動して、吐出ヘッド１０４の下方の所定の位置に造形槽１０８が配置されるようにする。

それから、三次元造形物の断面形状の画像データに基づいて、Ｙレール２０４をＸ軸方向に移動するとともに吐出ヘッド１０４をＹ軸方向に移動しながら、造形槽１０８に形成された粉末層に対して吐出ヘッド１０４から粉末材料を硬化するバインダーを吐出する。このバインダーの吐出が終了すると、Ｙレール２０４をＸ軸方向の後方側へ移動して、図２に示す初期状態に復帰させる。

なお、上記した第２のタイプの三次元造形装置のように、造形槽を移動させることなく、造形槽に対して吐出ヘッドがＸＹ軸方向へ相対的に移動する三次元造形装置は、一般に、ガントリー式と称される。

ところで、従来の上記したいずれのタイプの三次元造形装置においても、吐出ヘッドのノズルの目詰まりの有無の確認や吐出ヘッドの位置合わせを行うためには、造形槽内に形成された粉末層に対して吐出ヘッドから粉末材料を硬化するバインダーを吐出してテストパターンを形成していた。このため、以下に説明するような種々の問題点が指摘されていた。

問題点１：テストパターンを形成するために造形槽内に粉末層を形成する必要があるため、当該粉末層を形成するための余分な作業時間を要する。

問題点２：テストパターンを形成した粉末層は除去する必要があるため、テストパターン形成のための粉末材料が無駄になる。

問題点３：複数のテストパターンを形成したい場合には、上記した問題点１と問題点２とが繰り返されるため、作業時間と粉末材料の無駄が著しいものとなる。

上記した種々の問題点に鑑みて、造形槽に粉末層を形成するのではなく、造形槽に別途に紙製のテストパターン形成用の用紙（本明細書においては、「テストパターン形成用の用紙」を「テストパターン形成用紙」と適宜に称する。）を配置してテストパターンを形成する手法も提案されているが、造形槽から粉末材料を除去してテストパターン形成用紙を固定するのに作業時間を要するという新たな問題点を招来するものであった。

なお、平らな粉末層の上にテストパターン形成用紙をそのまま配置すると、当該テストパターン形成用紙が浮いてしまって当該テストパターン形成用紙がジャムするリスクが高くなるとともに、粉末層の上から当該テストパターン形成用紙を取り除く際に粉末層の平坦性が損なわれるリスクが高くなるという問題点があった。

特に、吐出ヘッドから吐出するバインダーやインクなどの液体が着色されていない透明なバインダー（透明バインダー）や透明なインク（透明インク）などの透明な液体である場合には、紙製のテストパターン形成用紙にテストパターンを吐出しても、テストパターン形成用紙に形成されたテストパターンを目視で容易に視認することができないという問題点があった。

また、従来の上記したいずれのタイプの三次元造形装置においても、三次元造形物の作製中においては、吐出ヘッドのノズルの目詰まりを解消するためにノズルのクリーニングを行ったときにノズルの目詰まりが解消されたか否かを確認する手立てがなく、ノズルの目詰まりが解消されたか否かを確認を行うことなしに実際の造形を続けざるを得ないという問題点があった。

なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術文献情報はない。

本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、作業時間や粉末材料を無駄にすることなく、かつ、三次元造形物の作製中においても容易にテストパターンを形成することができるとともに、透明な液体によりテストパターンを形成した際にも当該テストパターンを目視で容易に視認することができるようにした三次元造形装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明による三次元造形装置は、造形槽とは別に、造形槽の領域以外の位置にテストパターンを形成するための専用のテストパターン形成部を設けるとともに、テストパターン形成部に配置されるテストパターン形成用紙として表示基材を用いるようにしたものである。

ここで、上記した表示基材とは、機能性特殊紙の一つとして知られているものであり、例えば、ベース基材上に着色層を形成し、この着色層上に隠蔽層を形成して構成されている。

表示基材は、水などの液体を媒介させることにより描いた文字や絵が発現して視認できるが、水などの液体が乾燥すると発現していた文字や絵が消滅して視認できないようになる。

即ち、ベース基材上に着色層を形成し、この着色層上に隠蔽層を形成して構成された表示基材においては、隠蔽層の表面に微細な凹凸が形成されており、隠蔽層に水などの液体が付着していないと光が反射をおこして着色層の色は視認できないが、隠蔽層に水などの液体が付着すると光が透過して着色層の色を視認できるようになるものである。

従って、水などの液体により隠蔽層に文字や絵を描くと、その描いた文字や絵が着色層の色で視認できるようになる。

また、隠蔽層に付着した水などの液体が乾燥すると、再び光が反射をおこして着色層の色は視認できなくなって描いた文字や絵は視認できなくなり、その後に再び隠蔽層に水などの液体が付着すると光が透過して着色層の色を視認できるようになり、水などの液体により隠蔽層に描いた文字や絵が着色層の色で視認できるようになる。

このため、表示基材の隠蔽層への水などの液体の付着と乾燥との繰り返しによって、表示基材を反復使用することが可能である。

ここで、透明な液体である透明バインダーの成分のほとんどは水分であるため、表示基材の隠蔽層に透明バインダーが付着すると光が透過して着色層の色を視認できるようになる。

従って、吐出ヘッドから透明バインダーを表示基材の隠蔽層に吐出してテストパターンを形成すると、その形成したテストパターンが着色層の色で視認できるようになる。

そして、隠蔽層に付着した透明バインダーが乾燥すると、再び光が反射をおこして着色層の色は視認できなくなって形成したテストパターンは視認できなくなる。

その後に、再び、吐出ヘッドから透明バインダーを表示基材の隠蔽層に吐出してテストパターンを形成すると、隠蔽層への透明バインダーの付着により光が透過して着色層の色を視認できるようになり、その形成したテストパターンが着色層の色で視認できるようになる。

このように、表示基材の隠蔽層への透明バインダーの付着と乾燥との繰り返しによって、表示基材を反復使用することが可能であり、この点については、本願発明者の実験により確認されている。

なお、こうした表示基材としては、例えば、日本製紙パピリア株式会社から市販されているものを使用することができる。

即ち、本発明による三次元造形装置は、造形槽に形成された粉末材料よりなる粉末層に吐出ヘッドからバインダーを吐出することにより上記粉末材料を硬化して三次元造形物を作製する三次元造形装置において、上記造形槽の領域以外の位置にテストパターンを形成するためのテストパターン形成部を少なくとも１つ以上設け、上記テストパターン形成部の少なくとも１つに配置するテストパターン形成用紙は表示基材であり、上記吐出ヘッドから上記表示基材を配置した上記テストパターン形成部へ透明な液体を吐出してテストパターンを形成するようにしたものである。

また、本発明による三次元造形装置は、上記した三次元造形装置において、上記造形槽は所定の方向に移動自在に配置されており、上記テストパターン形成部は上記造形槽と一体的に移動するようにしたものである。

また、本発明による三次元造形装置は、上記した三次元造形装置において、上記造形槽と上記テストパターン形成部とは固定系部材に配設されるようにしたものである。

また、本発明による三次元造形装置は、上記した三次元造形装置において、上記テストパターン形成部は、上面が平坦状に形成された台部と、上記台部と所定の間隙を開けて上記台部上に配置される板状体よりなるメディアガイドとを有して構成され、上記メディアガイドは上記台部の上記上面の縁部に対応する領域を除く領域を切り欠いて形成した窓部を有し、上記間隙にテストパターンを形成するテストパターン形成用紙を配置するようにしたものである。

また、本発明による三次元造形装置は、上記した三次元造形装置において、上記テストパターン形成用紙として上記表示基材を配置した上記テストパターン形成部は、上記台部に上記表示基材を加熱または冷却するペルチェ素子を設けるようにしたものである。

また、本発明による三次元造形装置は、上記した三次元造形装置において、上記テストパターン形成用紙として上記表示基材を配置した上記テストパターン形成部を除く上記テストパターン形成部は、上記テストパターン形成用紙として上記表示基材を除くメディアが配置され、上記吐出ヘッドから上記表示基材を除くメディアを配置した上記テストパターン形成部へ着色された液体を吐出してテストパターンを形成するようにしたものである。

本発明は、以上説明したように構成されているので、作業時間や粉末材料を無駄にすることなく、かつ、三次元造形物の作製中においても容易にテストパターンを形成することができるとともに、透明な液体によりテストパターンを形成した際にも当該テストパターンを目視で容易に視認することができるようになるという優れた効果を奏するものである。

図１は、従来の三次元造形装置の概略構成斜視説明図である。図２は、従来の三次元造形装置の概略構成斜視説明図である。図３は、本発明の第１の実施の形態による三次元造形装置の概略構成斜視説明図である。図４（ａ）は、テストパターン用ステージにおけるテストパターン形成部の詳細な構成をあらわす斜視説明図であり、また、図４（ｂ）は、図４（ａ）における透明バインダー印画スペースに表示基材を配置した状態を示すＡ矢視一部断面説明図である。図５は、本発明の第２の実施の形態による三次元造形装置の概略構成斜視説明図である。図６は、本発明の第３の実施の形態による三次元造形装置の概略構成斜視説明図である。図７は、テストパターン形成部へテストパターン形成用紙を供給する方法の変形例の構成を示す断面説明図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による三次元造形装置の実施の形態の一例を詳細に説明することとする。

図３には、本発明の第１の実施の形態による三次元造形装置の概略構成説明図が示されている。

この図３に示す三次元造形装置１０は、造形槽１０８の右方側面１０８ａにテストパターン用ステージ１２が固定されている点において、三次元造形装置１００と異なる。

このテストパターン用ステージ１２は、断面Ｌ字形状の板状体よりなる取り付け部１４と、吐出ヘッド１０４によりバインダーを吐出してテストパターンを形成するテストパターン形成部１６とを備えている。

取り付け部１４は、そのＬ字形状を構成する板状体の一方の壁面１４ａがＸＹ平面と平行となるように、そのＬ字形状を構成する板状体の他方の壁面１４ｂが造形槽１０８の右方側面１０８ａにボルトや接着剤などの結合手段により固定されている。

そして、テストパターン形成部１６は、取り付け部１４の壁面１４ａ上に固定されており、テストパターン形成部１６の上端部は、造形槽１０８の上端部１０８ｂと一致または概ね一致するように設計されて寸法設定されており、吐出ヘッド１０４をＹ軸方向に移動してバインダーを吐出する際に、その移動の妨げとならないように設計されている。

取り付け部１４は、テストパターン形成部１６の上端部が造形槽１０８の上端部１０８ｂと一致または概ね一致するように、造形槽１０８にテストパターン形成部１６を支持できる構造であればよく、図３に示すようなＬ字形状を構成する板状体を用いる構造に限定されるものではない。

上記したように、三次元造形装置１０においては、造形槽１０８とは別に、造形槽１０８の領域以外の位置にテストパターンを形成するための専用のテストパターン形成部１６が設けられている。

ここで、図４（ａ）にはテストパターン用ステージ１２におけるテストパターン形成部１６の詳細な構成をあらわす斜視説明図が示されており、図４（ｂ）には図４（ａ）における透明バインダー印画スペースに表示基材を配置した状態を示すＡ矢視一部断面説明図が示されている。

テストパターン形成部１６は、透明な液体である透明バインダーによるテストパターン形成用の透明バインダー印画スペース３０と、所望の色彩の着色を施した液体である着色バインダーによるテストパターン形成用の着色バインダー印画スペース４０とを連結して構成されている。

まず、透明バインダー印画スペース３０であるが、上面３２ａが平坦状に形成された台部３２と、台部３２と所定の間隙ｇ１を開けて台部３２上に配置される断面コ字形状の板状体よりなるメディアガイド３４とより構成されている。

また、メディアガイド３４は、断面コ字形状に折り曲げられた両方の端部３４ｂと端部３４ｃと繋ぐ上部３４ａに、台部３２の上面３２ａの縁部に対応する領域を除く領域を切り欠いて形成した窓部３４ｄを備えている。

なお、メディアガイド３４は、台部３２の上面３２ａと上部３４ａとが所定の間隙ｇ１を開けて配置されるように、断面コ字形状に折り曲げられた両方の端部３４ｂと端部３４ｃとが、台部３２ａの両方の側壁部３２ｂと側壁部３２ｃとにそれぞれ固定されている。

そして、テストパターン形成部１６の透明バインダー印画スペース３０においては、上記した間隙ｇ１から上面３２ａと上部３４ａとの間にテストパターン形成用紙として表示基材５０を挿入して配置するものである。

ここで、上記したテストパターン形成用紙としての表示基材５０の大きさは、台部３２の上面３２ａと一致あるいは概ね一致するものでもよいし、長尺状のものでもよい。

表示基材５０は、反復使用可能であるので、台部３２の上面３２ａと一致あるいは概ね一致する大きさのものを用いても、後述する表示基材５０へのテストパターンの形成毎に表示基材５０を交換する必要はない。

しかしながら、長尺状の表示基材５０を用いた場合には、使用により表示基材５０が劣化した際に簡単に表示基材５０の新たな領域を使用できるようになる。

また、台部３２の上面３２ａには、間隙ｇ１に配置された表示基材５０を加熱または冷却するためのペルチェ素子３６が配設されている。

なお、ペルチェ素子３６による表示基材５０を加熱または冷却は、三次元造形装置１０を動作させるためのマイクロコンピュータによって制御される。

次に、着色バインダー印画スペース４０であるが、上面４２ａが平坦状に形成された台部４２と、台部４２と所定の間隙ｇ２を開けて台部４２上に配置される断面コ字形状の板状体よりなるメディアガイド４４とより構成されている。

また、メディアガイド４４は、断面コ字形状に折り曲げられた両方の端部４４ｂと端部４４ｃと繋ぐ上部４４ａに、台部４２の上面４２ａの縁部に対応する領域を除く領域を切り欠いて形成した窓部４４ｄを備えている。

なお、メディアガイド４４は、台部４２の上面４２ａと上部４４ａとが所定の間隙ｇ２を開けて配置されるように、断面コ字形状に折り曲げられた両方の端部４４ｂと端部４４ｃとが、台部４２の両方の側壁部４２ｂと側壁部４２ｃとにそれぞれ固定されている。

そして、テストパターン形成部１６の着色バインダー印画スペース４０においては、上記した間隙ｇ２から上面４２ａと上部４４ａとの間にテストパターン形成用紙として、表示基材５０とは異なる各種のメディア(媒体)を挿入して配置するものである。

ここで、上記したテストパターン形成用紙の大きさは、台部４２の上面４２ａと一致あるいは概ね一致するものでもよいし、長尺状のものでもよい。

台部４２の上面４２ａと一致あるいは概ね一致する大きさのテストパターン形成用紙を用いた場合には、後述するテストパターン形成用紙へのテストパターンの形成毎にテストパターン形成用紙を取り替える処理が必要となるが、長尺状のテストパターン形成用紙を用いた場合には、テストパターン形成用紙へのテストパターンの形成毎にテストパターン形成用紙を取り替える必要はなく、テストパターンの形成毎にテストパターンが重ならないようにテストパターン形成用紙をずらしながら使用すればよい。

なお、本明細書において「メディア」とは、普通紙などの紙類よりなる各種の記録媒体は勿論のこと、ＰＶＣ、ポリエステルなどの樹脂材料やアルミ、鉄、木材のような材料などの各種の材料が含まれるものとする。

また、Ｙ軸方向に往復移動可能な吐出ヘッド１０４は、テストパターン形成部３０の透明バインダー印画スペース３０ならびに着色バインダー印画スペース４０と対向する上方位置に移動可能な構成とされている。

以上の構成において、三次元造形装置１０において透明バインダーによりテストパターンを形成する際には、テストパターン形成部１６の透明バインダー印画スペース３０における間隙ｇ１から上面４２ａと上部４４ａとの間にテストパターン形成用紙として表示基材５０を挿入して配置した後に、吐出ヘッド１０４を透明バインダー印画スペース３０の窓部３４ｄ上に移動する。

そして、テストパターンの画像データに基づいて、造形槽１０８をＸ軸方向に移動するとともに吐出ヘッド１０４をＹ軸方向に移動しながら、透明バインダー印画スペース３０の窓部３４ｄを介して表示基材５０に対して吐出ヘッド１０４から透明バインダーを吐出すると、吐出された透明バインダーは窓部３４ｄを通過して表示基材５０に付着することになり、これによりテストパターンが形成される。

ここで、透明バインダーは、例えば、その成分の９５％以上が水であるため、表示基材５０に付着すると視認できるようになるので、テストパターンの画像データに基づいて吐出ヘッド１０４から表示基材５０に対して透明バインダーを吐出すれば、表示基材５０上にテストパターンが発現して視認できるようになる。

そして、表示基材５０上に吐出された透明バインダーが乾燥すると、表示基材５０上に発現していたテストパターンが消滅して視認できないようになり、新たなテストパターンにより吐出ヘッド１０４から透明バインダーを吐出することができる。

即ち、透明な液体である透明バインダーの成分のほとんどは水分であるため、表示基材５０の隠蔽層に透明バインダーが付着すると光が透過して着色層の色を視認できるようになる。

従って、吐出ヘッド１０４から透明バインダーを表示基材５０の隠蔽層に吐出してテストパターンを形成すると、その形成したテストパターンが着色層の色で視認できるようになる。

その後に、再び、吐出ヘッド１０４から透明バインダーを表示基材５０の隠蔽層に吐出してテストパターンを形成すると、隠蔽層への透明バインダーの付着により光が透過して着色層の色を視認できるようになり、その形成したテストパターンが着色層の色で視認できるようになる。

このように、表示基材５０の隠蔽層への透明バインダーの付着と乾燥との繰り返しによって、表示基材５０を反復使用することが可能である。

表示基材５０へ透明バインダーを吐出した際に、ペルチェ素子３６により表示基材５０を冷却すると、表示基材５０上に吐出された透明バインダーの乾燥が抑制され、表示基材５０上におけるテストパターンの発現時間を長くすることができる。

一方、ペルチェ素子３６により表示基材５０を加熱すると、表示基材５０上に吐出された透明バインダーの乾燥が促進され、表示基材５０上におけるテストパターンの発現時間を短くすることができる。

従って、ペルチェ素子３６を制御して表示基材５０を加熱または冷却することにより、表示基材５０上におけるテストパターンの発現時間を適宜に調整することができる。

次に、三次元造形装置１０において着色バインダーによりテストパターンを形成する際には、テストパターン形成部１６の着色バインダー印画スペース４０における間隙ｇ２から上面４２ａと上部４４ａとの間に表示基材５０とは異なるテストパターン形成用紙を挿入して配置した後に、吐出ヘッド１０４を着色バインダー印画スペース４０の窓部４４ｄ上に移動する。

そして、テストパターンの画像データに基づいて、造形槽１０８をＸ軸方向に移動するとともに吐出ヘッド１０４をＹ軸方向に移動しながら、着色バインダー印画スペース４０の窓部４４ｄを介してテストパターン形成用紙に対して吐出ヘッド１０４から着色バインダーを吐出すると、吐出された着色バインダーは窓部４４ｄを通過してテストパターン形成用紙に付着することになり、これによりテストパターンが形成されて視認できる。

次に、図５には、本発明の第２の実施の形態による三次元造形装置の概略構成説明図が示されている。

この図５に示す三次元造形装置２０は、貯留槽１１０の右方側における固定系の基台部１０１上にテストパターン用ステージ１２が固定されている点において、三次元造形装置２００と異なる。

また、三次元造形装置２０は、三次元造形装置１０では造形槽１０８の右方側面１０８ａにテストパターン用ステージ１２が固定されているのに対して、貯留槽１１０の右方側における固定系の基台部１０１上にテストパターン用ステージ１２が固定されている点において、三次元造形装置１０と異なる。

なお、三次元造形装置２０のテストパターン用ステージ１２においては、テストパターン形成部１６を支持する取り付け部２４の構成が上記した取り付け部１４の構成と異なっている。

取り付け部２４は、テストパターン形成部１６の上端部が貯留槽１１０の上端部１１０ａと一致または概ね一致するように、基台部１０１上にテストパターン形成部１６を支持できる構造であればよく、図５に示すような支持棒２４ａを用いてテストパターン形成部１６を支持する構造に限定されるものではない。

この三次元造形装置２０においても、造形槽１０８とは別に、造形槽１０８の領域以外の位置にテストパターンを形成するための専用のテストパターン形成部１６が設けられている。

この三次元造形装置２０においてテストパターンを形成する際にも、三次元造形装置１０の場合と同様に、透明バインダーによりテストパターンを形成する場合には、テストパターン形成部１６の透明バインダー印画スペース３０においてテストパターンの形成を行い、一方、着色バインダーによりテストパターンを形成する場合には、テストパターン形成部１６の着色バインダー印画スペース４０においてテストパターンの形成を行えばよい。

この際に、透明バインダーによりテストパターンを形成する場合には、吐出ヘッド１０４を透明バインダー印画スペース３０の窓部３４ｄ上に移動して、テストパターンの画像データに基づいて、Ｙレール２０４をＸ軸方向に移動するとともに吐出ヘッド１０４をＹ軸方向に移動しながら、透明バインダー印画スペース３０の窓部３４ｄを介して表示基材５０に対して吐出ヘッド１０４からバインダーを吐出する。

一方、着色バインダーによりテストパターンを形成する場合には、吐出ヘッド１０４を着色バインダー印画スペース４０の窓部４４ｄ上に移動して、テストパターンの画像データに基づいて、Ｙレール２０４をＸ軸方向に移動するとともに吐出ヘッド１０４をＹ軸方向に移動しながら、着色バインダー印画スペース４０の窓部４４ｄを介して表示基材５０とは異なるテストパターン形成用紙に対して吐出ヘッド１０４からバインダーを吐出する。

次に、図６には、本発明の第３の実施の形態による三次元造形装置の概略構成説明図が示されている。

この図６に示す三次元造形装置６０は、造形ステージ前後移動式の三次元造形装置であって、基台部１０１にＸ軸方向に延長する溝部６２が形成されており、この溝部６２内に造形槽１０８および造形槽１０８と一体的に連接された収容槽６４がＸ軸方向に移動自在に配置されている。

造形槽１０８と収容槽６４との位置関係は、造形槽１０８に対してＸ軸方向前方側に収容槽６４が配置されている。

また、三次元造形装置６０は、基台部１０１上に立ち上がり形成された一対の支持部６６により支持されて、ＸＹＺ直交座標系におけるＹ軸方向に沿って延長して配設された貯留槽支持レール６８を備えている。

この貯留槽支持レール６８のＹ軸方向の中央部位には、下方に開閉自在の開口部７０ａを備えた貯留槽７０が配設されている。

そして、この三次元造形装置６０においても、三次元造形装置１０と同様に、造形槽１０８の右方側面１０８ａにテストパターン用ステージ１２が固定されている。

造形槽１０８の右方側面１０８ａへのテストパターン用ステージ１２の取り付け方法は、三次元造形装置１０と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

以上の構成において、この三次元造形装置６０においては、内部に粉末材料を貯留した貯留槽７０の開口部７０ａと造形槽１０８とが対向した図６に示す初期状態から、貯留槽７０の開口部７０ａを開いて、造形槽１０８へ粉末材料を供給する。

次に、溝部６２内において造形槽１０８および収容槽６４をＸ軸方向の前方側から後方側に移動することにより、ローラー１１２が造形槽１０８上を相対的にＸ軸方向の後方側から前方側に移動することになり、造形槽１０８へ供給された粉末材料は造形槽１０８内に敷き詰められて所定の厚さの粉末層が形成される。

なお、この際に、造形槽１０８の底面は、予め設定された位置まで上昇するように制御される。

また、造形槽１０８内において粉末層の形成に用いられなかった余分な粉末材料は、ローラー１１２が造形槽１０８から収容槽６４へと相対的にＸ軸方向の後方側から前方側に移動することにより、溝部６２内において造形槽１０８とともにＸ軸方向の前方側から後方側に移動する収容槽６４に収容される。

上記のようにして造形槽１０８内に粉末層を形成した後に、溝部６２内において造形槽１０８をＸ軸方向に移動して、造形槽１０８を吐出ヘッド１０４の下方の所定の位置に配置する。

それから、三次元造形物の断面形状の画像データに基づいて、溝部６２内において造形槽１０８をＸ軸方向の前方側から後方側に移動するとともに吐出ヘッド１０４をＹ軸方向に移動しながら、造形槽１０８に形成された粉末層に対して吐出ヘッド１０４から粉末材料を硬化するバインダー（任意の透明バインダーや着色バインダーである。）を吐出する。このバインダーの吐出が終了すると、溝部６２内に配置された造形槽１０８をＸ軸方向の後方側から前方側へ移動して、図６に示す初期状態に復帰させる。

そして、三次元造形装置６０においてテストパターンを形成する際には、三次元造形装置１０の場合と同様に、透明バインダーによりテストパターンを形成する場合には、テストパターン形成部１６の透明バインダー印画スペース３０においてテストパターンの形成を行い、一方、着色バインダーによりテストパターンを形成する場合には、テストパターン形成部１６の着色バインダー印画スペース４０においてテストパターンの形成を行えばよい。

次に、図７には、テストパターン形成部１６の透明バインダー印画スペース３０や着色バインダー印画スペース４０へテストパターン形成用紙を供給する方法の変形例の構成を示す断面説明図が示されている。

この図７に示すように、ロール状のテストパターン形成用紙を用いて、テストパターン形成部１６へテストパターン形成用紙を供給するようにしてもよく、このようにするとテストパターン形成用紙の交換の頻度を著しく低減できるようになる。

なお、テストパターン形成用紙として表示基材を使用する場合にも、こうしたロール状のものを用いれば、使用により表示基材が劣化した際に簡単に表示基材の新たな領域を使用できるようになる。

以上において説明したように、本発明による三次元造形装置１０、２０、６０は、造形槽１０８以外の領域に透明バインダーによるテストパターンを形成するための専用のテストパターン形成部１６の透明バインダー印画スペース３０と着色バインダー印画スペース４０とを設けるようにした。

これにより、本発明による三次元造形装置１０、２０、６０においては、粉末層上に透明バインダーや着色バインダーによりテストパターンなどを形成する必要がなくなり、テストパターンの形成のために粉末層を形成したり、その粉末層を除去する手間や粉末材料の無駄を省くことができる。

また、本発明による三次元造形装置１０、２０、６０においては、三次元造形中であっても、造形を一旦休止してテストパターンを形成することができ、吐出ヘッドのノズルの確認や各種の調整が可能になり、非常に使い安く便利である。

即ち、本発明による三次元造形装置１０、２０、６０におけるテストパターン形成部は、上記したようなテストパターンを形成する場合に用いることができるのは勿論であるが、吐出ヘッドの傾きや前後調整、ホリゾンタル調整やバイディレクション調整などのサービス時や製造時のメンテナンスパターンなどを形成することができる。

なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（６）に示すように変形するようにしてもよい。

（１）上記した実施の形態においては、テストパターン形成部１６には透明バインダー印画スペース３０と着色バインダー印画スペース４０との両方を備えるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、吐出ヘッドから透明バインダーのみを吐出する場合には透明バインダー印画スペース３０のみを設けるようにしてもよい。また、吐出ヘッドから着色バインダーのみを吐出する場合には着色バインダー印画スペース４０のみを設けるようにしてもよい。

（２）上記した実施の形態においては、テストパターン形成部１６には透明バインダー印画スペース３０にペルチェ素子３６を設けるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、こうしたペルチェ素子３６を設けることなく自然乾燥にまかせるようにしてもよい。

（３）上記した実施の形態においては、透明な液体として透明バインダーを用いる場合について説明したが、透明な液体はこれに限られるものではないことは勿論であり、透明インクを用いるようにしてもよい。

（４）上記した実施の形態においては、着色を施された液体として着色バインダーを用いる場合について説明したが、着色を施された液体はこれに限られるものではないことは勿論であり、着色インクを用いるようにしてもよい。

（５）上記した実施の形態においては、テストパターン形成部１６の透明バインダー印画スペース３０と着色バインダー印画スペース４０とを連結して一体的に構成したが、これに限られるものではないことは勿論であり、透明バインダー印画スペース３０と着色バインダー印画スペース４０とを分離して別体により構成してもよい。

（６）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（５）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

本発明は、粉末固着積層方式の三次元造形装置として用いて好適である。

１０，２０，６０，１００，２００三次元造形装置、１２テストパターン用ステージ、１４，２４取り付け部、１６テストパターン形成部、３０透明バインダー印画スペース、４０着色バインダー印画スペース、５０表示基材、２０４Ｙレール、１０４吐出ヘッド、１０６，２０２Ｘレール、１０８造形槽、１１０貯留槽、１１２ローラー、ｇ１，ｇ２間隙

Claims

造形槽に形成された粉末材料よりなる粉末層に吐出ヘッドからバインダーを吐出することにより前記粉末材料を硬化して三次元造形物を作製する三次元造形装置において、
前記造形槽の領域以外の位置にテストパターンを形成するためのテストパターン形成部を少なくとも１つ以上設け、
前記テストパターン形成部の少なくとも１つに配置するテストパターン形成用紙は表示基材であり、
前記吐出ヘッドから前記表示基材を配置した前記テストパターン形成部へ透明な液体を吐出してテストパターンを形成し、
前記造形槽は所定の方向に移動自在に配置されており、
前記テストパターン形成部は前記造形槽と一体的に移動する
ことを特徴とする三次元造形装置。
造形槽に形成された粉末材料よりなる粉末層に吐出ヘッドからバインダーを吐出することにより前記粉末材料を硬化して三次元造形物を作製する三次元造形装置において、
前記造形槽の領域以外の位置にテストパターンを形成するためのテストパターン形成部を少なくとも１つ以上設け、
前記テストパターン形成部の少なくとも１つに配置するテストパターン形成用紙は表示基材であり、
前記吐出ヘッドから前記表示基材を配置した前記テストパターン形成部へ透明な液体を吐出してテストパターンを形成し、
前記造形槽と前記テストパターン形成部とは固定系部材に配設された
ことを特徴とする三次元造形装置。
造形槽に形成された粉末材料よりなる粉末層に吐出ヘッドからバインダーを吐出することにより前記粉末材料を硬化して三次元造形物を作製する三次元造形装置において、
前記造形槽の領域以外の位置にテストパターンを形成するためのテストパターン形成部を少なくとも１つ以上設け、
前記テストパターン形成部の少なくとも１つに配置するテストパターン形成用紙は表示基材であり、
前記吐出ヘッドから前記表示基材を配置した前記テストパターン形成部へ透明な液体を吐出してテストパターンを形成し、
前記テストパターン形成用紙として前記表示基材を配置した前記テストパターン形成部を除く前記テストパターン形成部は、前記テストパターン形成用紙として前記表示基材を除くメディアが配置され、
前記吐出ヘッドから前記表示基材を除くメディアを配置した前記テストパターン形成部へ着色された液体を吐出してテストパターンを形成する
ことを特徴とする三次元造形装置。
請求項１、請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の三次元造形装置において、
前記テストパターン形成部は、
上面が平坦状に形成された台部と、
前記台部と所定の間隙を開けて前記台部上に配置される板状体よりなるメディアガイドと
を有して構成され、
前記メディアガイドは前記台部の前記上面の縁部に対応する領域を除く領域を切り欠いて形成した窓部を有し、
前記間隙にテストパターンを形成するテストパターン形成用紙を配置した
ことを特徴とする三次元造形装置。
請求項４に記載の三次元造形装置において、
前記テストパターン形成用紙として前記表示基材を配置した前記テストパターン形成部は、前記台部に前記表示基材を加熱または冷却するペルチェ素子を設けた
ことを特徴とする三次元造形装置。
請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の三次元造形装置において、
前記テストパターン形成用紙として前記表示基材を配置した前記テストパターン形成部を除く前記テストパターン形成部は、前記テストパターン形成用紙として前記表示基材を除くメディアが配置され、
前記吐出ヘッドから前記表示基材を除くメディアを配置した前記テストパターン形成部へ着色された液体を吐出してテストパターンを形成する
ことを特徴とする三次元造形装置。