JP6796440B2 - 積層装置および三次元造形装置 - Google Patents

Description

本発明は、エネルギー硬化型の造形材料および支持材料を積層して立体物を形成する積層装置および当該積層装置を備えた三次元造形装置に関する。

近年、３Ｄプリンティング等の三次元造形技術が急速に普及している。三次元造形により得られる造形物は、例えば、工業製品の試作品、展示品、医療用模型などに利用される。三次元造形の方式としては、インクジェット方式、光造形方式、粉末方式等が知られている。

一般的に、インクジェット方式の三次元造形装置は、吐出ヘッドから造形材料を吐出することで造形材料層を形成し、当該造形材料層を積み重ねることで、指定された立体形状の造形物を製造する。具体的には、造形ステージ上に紫外線硬化型の造形材料を吐出することで造形材料層を形成する。そして、当該造形材料層に紫外線を照射することで、造形材料層を硬化させる。このような、造形材料の吐出処理および照射部による紫外線照射処理を繰り返すことで、造形ステージ上に造形物が形成される。インクジェット方式の三次元造形技術については、例えば、特許文献１に記載される。

特許文献１に記載の三次元造形装置は、立体造形物となるモデル材（造形材料）を吐出するモデル材吐出ノズルと、立体造形物を支持するサポート部を形成するサポート材（支持材料）を吐出するサポート材吐出ノズルと、モデル材吐出ノズルまたはサポート材吐出ノズルから吐出された液状のモデル材または液状のサポート材を平滑化するローラと、液状のモデル材または液状のサポート材に紫外光を照射するＵＶランプと、各部を制御する制御部とを備える。

特開２０１５−１５０８４０号公報

しかしながら、特許文献１の三次元造形装置は、複数のＵＶランプを備えている。このような構成では、複数のＵＶランプを配置するためのスペースが必要であり、装置の小型化が困難である。また、ＵＶランプは高価であるため、特許文献１の構成では、三次元造形装置の製造コストを低減することも困難である。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、照射部の数を抑えて、小型かつ製造コストの安い積層装置および三次元造形装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本願の第１発明は、エネルギー硬化型の造形材料および支持材料を積層して立体物を形成する積層装置であって、前記造形材料および前記支持材料からなる材料層が形成される造形ステージと、前記造形ステージに向けて、前記造形材料を吐出する第１吐出ヘッドと、前記造形ステージに向けて、前記支持材料を吐出する第２吐出ヘッドと、前記造形ステージ上に形成された前記材料層を平坦化するローラと、前記造形ステージ上に形成された前記材料層にエネルギー線を照射する照射部と、前記第１吐出ヘッド、前記第２吐出ヘッド、前記ローラ、および前記照射部を含む処理ユニットに対して、前記造形ステージを相対的に上下に移動させる昇降機構と、前記処理ユニットに対して、前記造形ステージを、相対的に水平方向である前後方向に往復移動させる移動機構と、制御部と、を有し、前記照射部は、前記第１吐出ヘッドと、前記第２吐出ヘッドとの間に配置され、前記制御部は、ａ）前記移動機構により前記造形ステージを前方へ移動させつつ、前記第１吐出ヘッドから前記造形ステージに向けて、前記造形材料を吐出する工程と、ｂ）前記移動機構により前記造形ステージを前方へ移動させつつ、前記第２吐出ヘッドから前記造形ステージに向けて、前記支持材料を吐出する工程と、ｃ）前記移動機構により前記造形ステージを後方へ移動させつつ、前記第２吐出ヘッドから前記造形ステージに向けて、前記支持材料を吐出する工程と、ｄ）前記移動機構により前記造形ステージを後方へ移動させつつ、前記第１吐出ヘッドから前記造形ステージに向けて、前記造形材料を吐出する工程と、を実行する。

本願の第２発明は、第１発明の積層装置であって、前記ローラは、第１ローラおよび第２ローラを含み、前記照射部は、前記第１吐出ヘッドおよび前記第１ローラと、前記第２吐出ヘッドおよび前記第２ローラとの間に配置される。

本願の第３発明は、エネルギー硬化型の造形材料および支持材料を積層して立体物を形成する積層装置であって、前記造形材料および前記支持材料からなる材料層が形成される造形ステージと、前記造形ステージに向けて、前記造形材料を吐出する第１吐出ヘッドと、前記造形ステージに向けて、前記支持材料を吐出する第２吐出ヘッドと、前記造形ステージ上に形成された前記材料層を平坦化するローラと、前記造形ステージ上に形成された前記材料層にエネルギー線を照射する照射部と、前記第１吐出ヘッド、前記第２吐出ヘッド、前記ローラ、および前記照射部を含む処理ユニットに対して、前記造形ステージを相対的に上下に移動させる昇降機構と、前記処理ユニットに対して、前記造形ステージを、相対的に水平方向に往復移動させる移動機構と、制御部と、を有し、前記照射部は、前記第１吐出ヘッドと、前記第２吐出ヘッドとの間に配置され、前記ローラは、第１ローラおよび第２ローラを含み、前記照射部は、前記第１吐出ヘッドおよび前記第１ローラと、前記第２吐出ヘッドおよび前記第２ローラとの間に配置され、前記移動機構は、前記造形ステージを前後に往復移動させ、前記第１ローラは、前記第１吐出ヘッドの前方に配置され、前記第２ローラは、前記第２吐出ヘッドの前方に配置される。

本願の第４発明は、第２発明の積層装置であって、前記移動機構は、前記造形ステージを前後に往復移動させ、前記第１ローラは、前記第１吐出ヘッドの後方に配置され、前記第２ローラは、前記第２吐出ヘッドの後方に配置される。

本願の第５発明は、第１発明から第４発明までのいずれか１発明の積層装置であって、前記造形材料および前記支持材料は、紫外線硬化型材料であり、前記エネルギー線は、紫外線である。

本願の第６発明は、三次元造形装置であって、エネルギー硬化型の造形材料および支持材料を積層して立体物を形成する積層装置と、前記積層装置が有する造形ステージを、前記積層装置に搬入する搬入装置と、前記積層装置により形成された立体物から前記支持材料を除去する洗浄装置と、前記造形ステージを搬出する搬出装置と、を有し、前記積層装置は、前記造形材料および前記支持材料からなる材料層が形成される前記造形ステージと、前記造形ステージに向けて、前記造形材料を吐出する第１吐出ヘッドと、前記造形ステージに向けて、前記支持材料を吐出する第２吐出ヘッドと、前記造形ステージ上に形成された前記材料層を平坦化するローラと、前記造形ステージ上に形成された前記材料層にエネルギー線を照射する照射部と、前記第１吐出ヘッド、前記第２吐出ヘッド、前記ローラ、および前記照射部を含む処理ユニットに対して、前記造形ステージを相対的に上下に移動させる昇降機構と、前記処理ユニットに対して、前記造形ステージを、相対的に水平方向に往復移動させる移動機構と、制御部と、を有し、前記照射部は、前記第１吐出ヘッドと、前記第２吐出ヘッドとの間に配置される。

本願の第１発明〜第６発明によれば、第１吐出ヘッドと第２吐出ヘッドとの間に、照射部が配置される。これにより、照射部の数を抑えて、装置を小型化できるとともに、製造コストを抑えることができる。

三次元造形装置の構成を示した図である。 積層装置の構成を示した図である。 造形ステージ、遮蔽板、昇降機構および移動機構の正面図である。 造形ステージ、遮蔽板、昇降機構および移動機構の側面図である。 制御部と積層装置内の各部との接続を示したブロック図である。 インクジェット方式の三次元造形の過程を示したフローチャートである。 変形例に係る積層装置の構成を示した図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本明細書では、水平方向に沿って往復移動する造形ステージの、往路方向を前方とし、復路方向を後方として、各部の位置関係を説明する。ただし、この前後方向の定義によって、積層装置および三次元造形装置の向きを限定する意図はない。

＜１．三次元造形装置の構成＞
図１は、本実施形態に係る三次元造形装置２の構成を示した図である。この三次元造形装置２は、搬入装置３、積層装置１、搬送装置４、洗浄装置５、および搬出装置６を有する。

搬入装置３は、後述する造形ステージ１０を積層装置１に搬送する装置である。搬入装置３は、搬送機構３０１を有する。搬送機構３０１は、例えば、ロボット機構、ローラ機構等により構成される。ただし、搬送機構３０１は、他の機構により構成されていてもよい。造形ステージ１０は、外部から搬入装置３内に搬入されると、搬送機構３０１により、積層装置１に搬送される。なお、積層装置１の構成については、後述する。

搬送装置４は、造形ステージ１０を積層装置１から洗浄装置５へと搬送する装置である。搬送装置４は、搬送機構４０１を有する。搬送機構４０１は、例えば、ロボット機構、ローラ機構等により構成される。ただし、搬送機構４０１は、他の機構により構成されていてもよい。積層装置１により、造形ステージ１０の上面に材料層９からなる立体物が形成されると、造形ステージ１０は、搬送機構４０１により洗浄装置５に搬送される。

洗浄装置５は、材料層９からなる立体物から支持材料を除去する装置である。洗浄装置５は、薬液５０２に満たされた処理槽５０１を有する。造形ステージ１０が洗浄装置内に搬入されると、立体物は処理槽５０１の薬液５０２中に浸漬される。これにより、立体物から支持材料が除去される。その結果、造形ステージ１０の上面に造形材料からなる造形物９１が形成される。その後、造形ステージ１０は、搬出装置６の搬送機構６０１により、装置外部へと搬出される。

＜２．積層装置の構成＞
続いて、積層装置１の構成について説明する。図２は、本実施形態に係る積層装置１の構成を示した図である。この積層装置１は、三次元造形における造形物９１の製造工程において、造形材料および支持材料からなる立体物を形成する装置である。本実施形態の造形材料および支持材料は、いずれも紫外線硬化型の材料である。造形材料は、目的とする造形物を構成する材料である。支持材料は、造形物の製造中に造形材料が崩れたり撓んだりすることを防止するために、造形材料を支持する材料である。立体物は、造形材料および支持材料からなる材料層９を積層することで形成される。

図２に示すように、本実施形態の積層装置１は、造形ステージ１０、吐出ヘッド２０、照射部３０、ローラ４０、昇降機構５０、移動機構６０および制御部８０を有する。

造形ステージ１０は、材料層９を支持する支持台である。造形ステージ１０は、水平に広がる上面を有する。図２の矢印および破線矢印に示すように、造形ステージ１０は前後方向および下方に移動しつつ、上面に材料層９が順次積層形成される。これにより、造形ステージ１０の上面に立体物が形成される。なお、後述する紫外線の反射を抑制するために、造形ステージ１０の表面は、黒色の皮膜処理や、黒色フィルムの貼り付け等の、反射防止処理がされていてもよい。

吐出ヘッド２０は、造形材料および支持材料を吐出することで、造形ステージ１０の上面に材料層９を形成する。吐出ヘッド２０は造形ステージ１０の上方に配置される。本実施形態では、吐出ヘッド２０は、造形材料を吐出する第１吐出ヘッド２１と、第１吐出ヘッド２１の前方に配置され、支持材料を吐出する第２吐出ヘッド２２を有する。第１吐出ヘッド２１は、前後方向に移動する造形ステージ１０の上面に、造形材料の液滴を選択的に吐出する。第２吐出ヘッド２２は、前後方向に移動する造形ステージ１０の上面に、支持材料の液滴を選択的に吐出する。

照射部３０は、造形ステージ１０の上面に形成された材料層９に紫外線を照射する機構である。照射部３０は、後述する制御部８０によって、照射タイミングや発光強度が制御される。照射部３０の光源としては、例えば、ＵＶランプが用いられる。ただし、照射部３０の光源には、メタルハライドランプ、キセノンランプまたはＬＥＤランプ等を用いてもよい。図２に示すように、本実施形態の積層装置１は、単一の照射部３０を有する。照射部３０は、積層装置１の前後方向の中央付近に配置される。また、照射部３０は、造形ステージ１０の上方、かつ第１吐出ヘッド２１と第２吐出ヘッド２２との間に配置される。

ローラ４０は、円筒状の外周面を有する回転体である。ローラ４０の材料には、例えば、材料層９よりも硬度の高いＳＵＳ等の金属が用いられる。図２に示すように、本実施形態のローラ４０は、第１吐出ヘッド２１の後方に配置される第１ローラ４１と、第２吐出ヘッド２２の後方（照射部３０と第２吐出ヘッド２２との間）に配置される第２ローラ４２と、を有する。照射部３０は、第１吐出ヘッド２１および第１ローラ４１と、第２吐出ヘッド２２および第２ローラ４２と、の間に配置される。図２に示すように、ローラ４０は、水平に延びる回転軸を中心として、回転可能に支持される。

ローラ４０は、例えば、図示を省略したモータ等の駆動源と接続されている。そして、当該モータを駆動させると、当該モータの出力軸とともにローラ４０が回転軸を中心に回転する。平坦化処理を行うときには、造形ステージ１０を前後方向に移動させて、材料層９の上面にローラ４０を接触させつつ、ローラ４０を回転させる。これにより、材料層９の上面は平坦化される。

昇降機構５０は、造形ステージ１０を上下に移動させる機構である。図３は、造形ステージ１０、昇降機構５０および移動機構６０の正面図である。図４は、造形ステージ１０、昇降機構５０および移動機構６０の側面図である。本実施形態の昇降機構５０には、モータの回転運動をボールねじを介して直進運動に変換する機構が用いられる。造形ステージ１０は、保持部５１上に支持される。保持部５１は、ボールねじの外周面に設けられた螺旋状のねじ溝と噛み合うように、ボールねじに取り付けられている。図示を省略したモータを駆動させると、ボールねじがその軸心周りに回転する。これにより、保持部５１および造形ステージ１０が、ボールねじに沿って上下方向に移動する。ただし、昇降機構５０には、リニアモータ等の他の機構を用いてもよい。

移動機構６０は、造形ステージ１０を前後方向に往復移動させる機構である。本実施形態の移動機構６０には、リニアモータ機構が用いられる。移動機構６０は、ガイド６１、駆動部６２、および接続部６３により構成される。接続部６３は、駆動部６２と、昇降機構５０の筐体とを接続する。リニアモータを駆動すると、駆動部６２がガイド６１に沿って前後に移動する。これにより、駆動部６２に接続された昇降機構５０および造形ステージ１０が、一体として、ガイド６１に沿って前後方向に移動する。ただし、移動機構６０には、ボールねじ等の他の機構を用いてもよい。

制御部８０は、積層装置１内の各部を動作制御するための手段である。図５は、制御部８０と、積層装置１内の各部との接続を示したブロック図である。図５中に概念的に示したように、制御部８０は、ＣＰＵ等の演算処理部８１、ＲＡＭ等のメモリ８２およびハードディスクドライブ等の記憶部８３を有するコンピュータにより構成される。記憶部８３内には、積層装置１による各処理を実行するためのコンピュータプログラムＰが、インストールされている。

図５に示すように、制御部８０は、吐出ヘッド２０、照射部３０、ローラ４０、昇降機構５０および移動機構６０と、それぞれ通信可能に接続されている。制御部８０は、記憶部８３に記憶されたコンピュータプログラムＰやデータをメモリ８２に一時的に読み出し、当該コンピュータプログラムＰに基づいて、演算処理部８１が演算処理を行うことにより、上記の各部を動作制御する。これにより、造形ステージ１０の搬送処理、造形材料および支持材料の吐出処理、紫外線照射処理および平坦化処理が進行する。

＜３．積層処理について＞
次に、上記の積層装置１による積層処理について説明する。

図６は、積層処理の過程を示したフローチャートである。積層処理を行うときは、まず、製造したい立体物の設計データを、高さ位置ごとに分割する。

次に、指定回数ｎを選択する（ステップＳ１）。指定回数ｎは、昇降機構５０により造形ステージ１０を１回下降させた後に、移動機構６０が造形ステージ１０を前方および後方に直進移動させる移動回数を示す。本実施形態の積層処理では、造形ステージ１０の往復移動における、前方への直進移動の間に材料層９が１層形成され、さらに後方への直進移動の間に材料層９が１層形成される。したがって、指定回数ｎを設定すると、昇降機構５０により造形ステージ１０を１回下降させた後に、造形ステージ１０上にｎ層分の材料層９が積層されることとなる。

指定回数ｎを設定すると、昇降機構５０は、ｎ層分の材料層９の高さだけ、造形ステージ１０を下降させる。本実施形態では、指定回数ｎが２回として設定される。指定回数ｎを２回と設定すると、昇降機構５０は、２層分の材料層９の高さだけ、造形ステージ１０を下降させる（ステップＳ２）。

続いて、移動機構６０は、造形ステージ１０を、開始位置である後方端（図２参照）から前方に向けて移動させる。そうすると、造形ステージ１０は、第１ローラ４１の下方を通過する。ここで、造形ステージ１０は、２層分の材料層９の高さ分だけ下降している。このため、造形ステージ１０は、第１ローラ４１の外周面と接触することなく、第１ローラ４１の下方を通過する。そして、第１吐出ヘッド２１は、下方を通過する造形ステージ１０の上面に向けて、分割されたデータに基づいて、造形材料の液滴を吐出する（ステップＳ３）。これにより、設計データの各高さ位置の形状に応じた１層分の造形材料の層が形成される。

続いて、移動機構６０は造形ステージ１０をさらに前方へと移動させ、照射部３０の下方を通過させる。照射部３０は、下方を通過する造形ステージ１０へ向けて紫外線を照射する（ステップＳ４）。これにより、造形ステージ１０の上面に形成された造形材料の層が硬化する。

続いて、移動機構６０は、造形ステージ１０をさらに前方へと移動させる。そうすると、造形ステージ１０は、第２ローラ４２の下方を通過する。ここで、造形ステージ１０は、２層分の材料層９の高さ分だけ下降している。このため、造形ステージ１０の上面に形成された１層分の造形材料の層は、第２ローラ４２の外周面と接触することなく、第２ローラ４２の下方を通過する。

続いて、移動機構６０は、造形ステージ１０をさらに前方へと移動させ、第２吐出ヘッド２２の下方を通過させる。第２吐出ヘッド２２は、下方を通過する造形ステージ１０の上面に向けて、分割されたデータに基づいて、支持材料の液滴を吐出する（ステップＳ５）。これにより、設計データの各高さ位置の形状に応じた１層分の支持材料の層が形成される。１層分の支持材料の層が形成されると、移動機構６０は造形ステージ１０を前方端（図２参照）まで移動させる。

次に、移動機構６０は、造形ステージ１０を後方へと移動させ、再度、第２吐出ヘッド２２の下方を通過させる。第２吐出ヘッド２２は、下方を通過する造形ステージ１０の上面に向けて、分割されたデータに基づいて、支持材料の液滴を吐出する（ステップＳ６）。これにより、設計データの各高さ位置の形状に応じた、２層目の支持材料の層が形成される。

続いて、移動機構６０は、造形ステージ１０をさらに後方へと移動させる。これにより、２層目の支持材料の層の上面と、第２ローラ４２の外周面とが接触する。その結果、支持材料の層の上面が第２ローラ４２により平坦化される（ステップＳ７）。このとき、図２中に矢印で示したように、第２ローラ４２は、造形ステージ１０の後方への移動の向きに逆らう向きに回転している。これにより、支持材料の層を効果的に平坦化できる。

続いて、移動機構６０は造形ステージ１０をさらに後方へと移動させ、再度、照射部３０の下方を通過させる。照射部３０は、下方を通過する造形ステージ１０へ向けて紫外線を照射する（ステップＳ８）。これにより、造形ステージ１０の上面に形成された、２層分の支持材料の層が硬化する。

続いて、移動機構６０は造形ステージ１０をさらに後方へと移動させ、再度、第１吐出ヘッド２１の下方を通過させる。第１吐出ヘッド２１は、下方を通過する造形ステージ１０の上面に向けて、分割されたデータに基づいて、造形材料の液滴を吐出する（ステップＳ９）。これにより、設計データの各高さ位置の形状に応じた、２層目の造形材料の層が形成される。

続いて、移動機構６０は、造形ステージ１０をさらに後方へと移動させる。これにより、材料層９の上面と、第１ローラ４１の外周面とが接触する。その結果、造形材料の層の上面が第１ローラ４１により平坦化される（ステップＳ１０）。このとき、図２中に矢印で示したように、第１ローラ４１は、造形ステージ１０の後方への移動の向きに逆らう向きに回転している。これにより、造形材料の層を効果的に平坦化できる。造形材料の層が平坦化されると、移動機構６０は造形ステージ１０を後方端（図２参照）まで移動させる。

次に、制御部８０は、積層すべき次の材料層９があるか否かを確認する（ステップＳ１１）。そして、積層すべき次の材料層９がある場合は、ステップＳ２に戻り、昇降機構５０が、造形ステージ１０を材料層９の２層分の高さだけ下降させる。そして、ステップＳ３〜Ｓ１０の処理を繰り返すことにより、材料層９をさらに積層する。

一方で、全ての材料層９の積層が完了すると、昇降機構５０は、材料層９が第１ローラ４１および第２ローラ４２と接触しない高さまで、造形ステージ１０を下降させる（ステップＳ１２）。そして、移動機構６０は造形ステージ１０をさらに前方へと移動させ、照射部３０の下方を通過させる。照射部３０は、下方を通過する造形ステージ１０へ向けて紫外線を照射する（ステップＳ１３）。これにより、造形ステージ１０の上面に形成された、最後の造形材料の層が硬化する。その結果、造形ステージ１０の上面に、材料層９の多層体である立体物が形成される。

その後、立体物を洗浄液中に浸漬するなどして、多層体から支持材料を除去する（ステップＳ１４）。これにより、造形材料の部分のみが残り、設計データに応じた形状の造形物が得られる。

このように、この積層装置１では、第１吐出ヘッド２１と第２吐出ヘッドの間に配置される１つの照射部３０により、造形材料および支持材料を硬化させることができる。したがって、高価な照射部の数を抑えることができる。その結果、積層装置１および三次元造形装置２の製造コストを低減できる。さらに、積層装置１および三次元造形装置２を小型化できる。

また、この積層装置１では、材料層９を２層分形成後に、造形ステージ１０の復路でのみ、平坦化処理を行う。これにより、第１吐出ヘッド２１と照射部３０との間のローラ４０を省略できる。また、第２吐出ヘッド２２の前方のローラ４０を省略できる。このため、積層装置１の、ローラ４０の数を抑えることができる。その結果、積層装置１を小型化できる。また、積層装置１の製造コストを低減できる。さらに、ローラ４０による、平坦化処理の回数を抑えることができる。このため、薬液洗浄等による、ローラ４０のメンテナンス回数を低減できる。その結果、造形物の製造コストを低減できる。

また、ステップＳ７およびステップＳ１０では、造形ステージ１０の後方移動のときにのみ、平坦化処理が行われる。このため、ローラ４０の回転方向を変更することなく、効果的に材料層９の表面を平坦化できる。その結果、積層処理における制御を簡易化することができる。

また、この積層装置１では、造形材料および支持材料を、それぞれ２層形成後に、照射部３０による紫外線照射処理を行う。このため、上述の通り、照射部３０の数を一つとすることができる。その結果、積層装置１の製造コストを低減できるとともに、積層装置１を小型化できる。

＜４．変形例＞
以上、本発明の主たる実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。

上記の実施形態では、積層処理における指定回数ｎは２回であった。しかしながら、指定回数ｎは３回以上であってもよい。

指定回数ｎが偶数回の場合、昇降機構により造形ステージを、ｎ層分の材料層の高さだけ下降させた後に、移動機構が造形ステージを前方および後方にｎ回直進移動させればよい。例えば、指定回数ｎが４回の場合、先ず、昇降機構が、造形ステージを、４層分の材料層の高さだけ、下降させる。そして、移動機構は、造形ステージの高さを一定に保ちつつ、造形ステージを前方および後方へ合計４回直進移動させる。そして、当該移動の間に、造形材料および支持材料を各々４層分積層させる。そして、造形ステージの最後の後方への直進移動のときに、４層目の造形材料の層および支持材料の層を、ローラにより平坦化する。このようにすれば、指定回数ｎが４以上の偶数回であっても、ローラや照射部を追加することなく、三次元造形処理を行うことができる。また、造形ステージの最後の復路でのみ、材料層は、ローラにより平坦化処理されるため、ローラの回転方向を一定とすることができる。

また、指定回数ｎは３回以上の奇数回であってもよい。例えば、指定回数ｎが３回の場合、先ず、昇降機構が、造形ステージを、３層分の材料層の高さだけ、下降させる。そして、移動機構は、造形ステージの高さを一定に保ちつつ、造形ステージを前方および後方へ合計３回直進移動させる。そして、当該移動の間に、造形材料および支持材料を各々３層分積層させる。そして、造形ステージの最後の直進移動のときに、３層目の造形材料の層および支持材料の層を、ローラにより平坦化する。このようにすれば、指定回数ｎが３以上の奇数回であっても、三次元造形処理を行うことができる。

ただし、指定回数ｎが奇数回の場合には、造形ステージを前方へ直進移動させながら平坦化処理を行うときと、造形ステージを後方へ直進移動させながら平坦化処理を行うときと、が交互に生じる。このため、平坦化処理を行うときの造形ステージの直進移動の向きに応じて、ローラの回転方向を変更するとよい。すなわち、昇降機構が造形ステージを下降させるたびに、ローラの回転方向を変更するとよい。

また、上記の実施形態では、造形材料を吐出する第１吐出ヘッドは、支持材料を吐出する第２吐出ヘッドの前方に配置されていた。しかしながら、第１吐出ヘッドは、第２吐出ヘッドの後方に配置されてもよい。そして、支持材料を吐出した後に、造形材料を吐出することで、三次元造形処理がなされてもよい。また、第１吐出ヘッドおよび第２吐出ヘッドの数は、それぞれ複数であってもよい。

また、上記の実施形態では、第１ローラが、第１吐出ヘッドの後方に配置され、第２ローラが、第２吐出ヘッドの後方に配置されていた。しかしながら、第１ローラが、第１吐出ヘッドの前方に配置され、第２ローラが、第２吐出ヘッドの前方に配置されてもよい。

また、上記の実施形態では、造形材料の層を第１ローラ４１で平坦化し、支持材料の層を第２ローラ４２で平坦化していた。このため、積層装置１内に、２つのローラ４０が設けられていた。しかしながら、図７のように、積層装置１内に設けられるローラ４０の数は、１つであってもよい。そして、造形材料と支持材料とを、１つのローラ４０で平坦化するようにしてもよい。このようにすれば、積層装置１および三次元造形装置２の製造コストを、より低減できるとともに、積層装置１および三次元造形装置２を、より小型化できる。また、ローラ４０に関する調整の手間も軽減できる。

また、上記の実施形態では、第１吐出ヘッド、第２吐出ヘッド、ローラ、および照射部を含む処理ユニットの高さが固定されていた。そして、昇降機構は、当該処理ユニットに対して造形ステージを、上下に移動させていた。しかしながら、昇降機構は、高さが固定された造形ステージに対して、処理ユニットを上下に移動させてもよい。すなわち、昇降機構は、処理ユニットに対して造形ステージを、相対的に上下に移動させるものであればよい。

また、上記の実施形態では、第１吐出ヘッド、第２吐出ヘッド、ローラ、および照射部を含む処理ユニットの前後方向の位置が固定されていた。そして、移動機構は、当該処理ユニットに対して造形ステージを、前後に往復移動させていた。しかしながら、移動機構は、前後方向の位置が固定された造形ステージに対して、処理ユニットを前後に往復移動させてもよい。すなわち、移動機構は、処理ユニットに対して造形ステージを、相対的に水平方向に往復移動させるものであればよい。

また、上記実施形態では、造形材料および支持材料は紫外線硬化型の材料であった。しかしながら、造形材料および支持材料は、熱、赤外線、レーザおよびＸ線等の、紫外線以外のエネルギーにより硬化するエネルギー硬化型の材料であってもよい。そして、照射部は、熱、赤外線、レーザおよびＸ線等のエネルギー線を照射するものであってもよい。

また、積層装置および三次元造形装置の細部の形状および構造については、本願の各図に示された形状および構造と相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

１ 積層装置
２ 三次元造形装置
９ 材料層
１０ 造形ステージ
２０ 吐出ヘッド
２１ 第１吐出ヘッド
２２ 第２吐出ヘッド
３０ 照射部
４０ ローラ
４１ 第１ローラ
４２ 第２ローラ
５０ 昇降機構
５１ 保持部
６０ 移動機構
６１ ガイド
６２ 駆動部
６３ 接続部
８０ 制御部

Claims (6)

1. エネルギー硬化型の造形材料および支持材料を積層して立体物を形成する積層装置であって、
   前記造形材料および前記支持材料からなる材料層が形成される造形ステージと、
   前記造形ステージに向けて、前記造形材料を吐出する第１吐出ヘッドと、
   前記造形ステージに向けて、前記支持材料を吐出する第２吐出ヘッドと、
   前記造形ステージ上に形成された前記材料層を平坦化するローラと、
   前記造形ステージ上に形成された前記材料層にエネルギー線を照射する照射部と、
   前記第１吐出ヘッド、前記第２吐出ヘッド、前記ローラ、および前記照射部を含む処理ユニットに対して、前記造形ステージを相対的に上下に移動させる昇降機構と、
   前記処理ユニットに対して、前記造形ステージを、相対的に水平方向である前後方向に往復移動させる移動機構と、
   制御部と、
   を有し、
   前記照射部は、前記第１吐出ヘッドと、前記第２吐出ヘッドとの間に配置され、
   前記制御部は、
   ａ）前記移動機構により前記造形ステージを前方へ移動させつつ、前記第１吐出ヘッドから前記造形ステージに向けて、前記造形材料を吐出する工程と、
   ｂ）前記移動機構により前記造形ステージを前方へ移動させつつ、前記第２吐出ヘッドから前記造形ステージに向けて、前記支持材料を吐出する工程と、
   ｃ）前記移動機構により前記造形ステージを後方へ移動させつつ、前記第２吐出ヘッドから前記造形ステージに向けて、前記支持材料を吐出する工程と、
   ｄ）前記移動機構により前記造形ステージを後方へ移動させつつ、前記第１吐出ヘッドから前記造形ステージに向けて、前記造形材料を吐出する工程と、
   を実行する積層装置。
2. 請求項１に記載の積層装置であって、
   前記ローラは、第１ローラおよび第２ローラを含み、
   前記照射部は、前記第１吐出ヘッドおよび前記第１ローラと、前記第２吐出ヘッドおよび前記第２ローラとの間に配置される積層装置。
3. エネルギー硬化型の造形材料および支持材料を積層して立体物を形成する積層装置であって、
   前記造形材料および前記支持材料からなる材料層が形成される造形ステージと、
   前記造形ステージに向けて、前記造形材料を吐出する第１吐出ヘッドと、
   前記造形ステージに向けて、前記支持材料を吐出する第２吐出ヘッドと、
   前記造形ステージ上に形成された前記材料層を平坦化するローラと、
   前記造形ステージ上に形成された前記材料層にエネルギー線を照射する照射部と、
   前記第１吐出ヘッド、前記第２吐出ヘッド、前記ローラ、および前記照射部を含む処理ユニットに対して、前記造形ステージを相対的に上下に移動させる昇降機構と、
   前記処理ユニットに対して、前記造形ステージを、相対的に水平方向に往復移動させる移動機構と、
   制御部と、
   を有し、
   前記照射部は、前記第１吐出ヘッドと、前記第２吐出ヘッドとの間に配置され、
   前記ローラは、第１ローラおよび第２ローラを含み、
   前記照射部は、前記第１吐出ヘッドおよび前記第１ローラと、前記第２吐出ヘッドおよび前記第２ローラとの間に配置され、
   前記移動機構は、前記造形ステージを前後に往復移動させ、
   前記第１ローラは、前記第１吐出ヘッドの前方に配置され、
   前記第２ローラは、前記第２吐出ヘッドの前方に配置される積層装置。
4. 請求項２に記載の積層装置であって、
   前記移動機構は、前記造形ステージを前後に往復移動させ、
   前記第１ローラは、前記第１吐出ヘッドの後方に配置され、
   前記第２ローラは、前記第２吐出ヘッドの後方に配置される積層装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の積層装置であって、
   前記造形材料および前記支持材料は、紫外線硬化型材料であり、
   前記エネルギー線は、紫外線である積層装置。
6. エネルギー硬化型の造形材料および支持材料を積層して立体物を形成する積層装置と、
   前記積層装置が有する造形ステージを、前記積層装置に搬入する搬入装置と、
   前記積層装置により形成された立体物から前記支持材料を除去する洗浄装置と、
   前記造形ステージを搬出する搬出装置と、
   を有し、
   前記積層装置は、
   前記造形材料および前記支持材料からなる材料層が形成される前記造形ステージと、
   前記造形ステージに向けて、前記造形材料を吐出する第１吐出ヘッドと、
   前記造形ステージに向けて、前記支持材料を吐出する第２吐出ヘッドと、
   前記造形ステージ上に形成された前記材料層を平坦化するローラと、
   前記造形ステージ上に形成された前記材料層にエネルギー線を照射する照射部と、
   前記第１吐出ヘッド、前記第２吐出ヘッド、前記ローラ、および前記照射部を含む処理ユニットに対して、前記造形ステージを相対的に上下に移動させる昇降機構と、
   前記処理ユニットに対して、前記造形ステージを、相対的に水平方向に往復移動させる移動機構と、
   制御部と、
   を有し、
   前記照射部は、前記第１吐出ヘッドと、前記第２吐出ヘッドとの間に配置される三次元造形装置。
   

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