JP2016159512A - 三次元造形物用の硬化剤、三次元造形物の製造装置、及び三次元造形物の製造プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】三次元造形物を造形するための造形剤と相溶性を有する相溶性材料を含まない硬化剤を用いて造形剤を硬化させる場合と比較して、解像度が低下するのを抑制することができる。
【解決手段】三次元造形物の製造装置１０は、三次元造形物を造形するための造形剤を造形台３４に吐出する造形剤吐出ヘッド１６と、造形剤と相溶性を有する相溶性材料及び造形剤を硬化させる硬化材料を含む硬化剤を吐出する硬化剤吐出ヘッド２０と、造形剤を吐出し、吐出された造形剤上に硬化剤を吐出することを繰り返して造形剤を積層させることで三次元造形物が造形されるように、造形剤吐出ヘッド１６及び硬化剤吐出ヘッド２０を制御するコントローラと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、三次元造形物用の硬化剤、三次元造形物の製造装置、及び三次元造形物の製造プログラムに関する。

特許文献１には、反応性物質に曝されたときに硬化し得る媒質から三次元物体を一層ずつ形成して作成する方法において、作成する三次元物体の断面を表すデータを発生させる工程と、硬化させる逐次形成される媒質層を前に形成された媒質層に隣接させて形成させる工程と、前記断面データにしたがって硬化される逐次媒質層の少なくとも一部に反応性物質を投与することにより前記逐次媒質層の少なくとも一部を選択的に硬化させる工程と、からなり、前記媒質と前記反応性物質との組み合わせにより媒質を硬化させ、これによって前記媒質の複数の硬化層から三次元物体を形成する方法が開示されている。

特許文献２には、主剤となる未硬化液状樹脂に硬化液を滴下して固化させることにより三次元構造を創製することを特徴とする三次元構造創製方法が開示されている。

特許文献３には、常温での粘度が１０,０００ｃｐｓ以上の硬化性液状組成物を塗布して層状の硬化性液層を形成する液層形成工程と、該硬化性液層の表面の所定部分に、上記硬化性液状組成物の硬化触媒をインクジェット方式により噴射し、造形しようとする立体物の断面形状を描画する触媒噴射工程とを備え、上記液層形成工程および上記触媒噴射工程を順次繰り返し積層することで、上記立体物の造形物を作製することを特徴とする３次元積層造形方法が開示されている。

特開平６−９９５０５号公報 特開平８−２００７３号公報 特開２００７−１０６０７０号公報

インクジェットヘッドにより吐出された造形剤を積層することで三次元造形物を製造する場合、着弾した造形剤が広がることにより解像度が低下してしまう場合がある。

また、造形剤が広がることによって層厚が薄くなるため、所望の高さに積層されるまでの時間が多くなり、生産性が低くなる場合がある。これを防ぐために、例えばメッシュ又はセルシート等を用いることにより、着弾した造形剤が広がらないようにする技術があるが、メッシュ又はセルシートを用いた場合、層間の密着力が弱く、またコストが高くなる場合がある。

解像度の低下を抑制する目的で予め造形剤を所望の厚さに塗布し、その上から硬化剤を所望の形状に滴下する場合、造形剤への硬化剤の浸透により解像度が低下してしまう場合が有る。

本発明は、上記の課題に鑑みて、三次元造形物を造形するための造形剤と相溶性を有する相溶性材料を含まない硬化剤を用いて造形剤を硬化させる場合と比較して、解像度が低下するのを抑制することができる三次元造形物用の硬化剤、三次元造形物の製造装置、及び三次元造形物の製造プログラムを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明の三次元造形物用の硬化剤は、三次元造形物を造形するための造形剤と相溶性を有する相溶性材料及び前記造形剤を硬化させる硬化材料を含む。

請求項２記載の発明は、前記相溶性材料は、前記造形剤である。

請求項３記載の発明の三次元造形物の製造装置は、三次元造形物を造形するための造形剤を造形台に吐出する造形剤吐出手段と、前記造形剤と相溶性を有する相溶性材料及び前記造形剤を硬化させる硬化材料を含む硬化剤を吐出する硬化剤吐出手段と、前記造形剤を吐出し、吐出された前記造形剤上に前記硬化剤を吐出することを繰り返して前記造形剤を積層させることで前記三次元造形物が造形されるように、前記造形剤吐出手段及び前記硬化剤吐出手段を制御する制御手段と、を備える。

請求項４記載の発明は、前記硬化剤吐出手段と同期して走査されると共に、前記硬化剤が吐出された後に前記造形剤の硬化を促進する硬化促進手段を備え、前記硬化促進手段と前記硬化剤吐出手段とが、前記硬化剤吐出手段により吐出された前記硬化剤が前記造形剤に浸透するまでの浸透時間に応じた間隔で配置されている。

請求項５記載の発明は、前記間隔を調整可能である。

請求項６記載の発明は、前記硬化剤吐出手段及び前記硬化促進手段が、予め定めた方向を長手方向とする形状であり、前記硬化剤吐出手段及び前記硬化促進手段が、前記長手方向と交差する方向に走査される。

請求項７記載の発明は、前記硬化剤吐出手段により前記硬化剤が吐出された後に前記造形剤を仮硬化する仮硬化手段と、前記仮硬化手段による仮硬化の後に前記造形剤を本硬化する本硬化手段と、を備え、前記制御手段は、前記仮硬化の強度が前記本硬化の強度よりも弱くなるように前記仮硬化手段及び前記本硬化手段を制御する。

請求項８記載の発明は、前記制御手段は、前記造形剤の１層毎に前記仮硬化及び前記本硬化が実行されるように、前記仮硬化手段及び前記本硬化手段を制御する。

請求項９記載の発明は、前記制御手段は、前記造形剤の１層毎に前記仮硬化が実行されると共に、前記造形剤の複数層毎に前記本硬化が実行されるように、前記仮硬化手段及び前記本硬化手段を制御する。

請求項１０記載の発明の三次元造形物の製造プログラムは、コンピュータを、請求項２〜９の何れか１項に記載の三次元造形物の製造装置の制御手段として機能させるためのプログラムである。

請求項１、３、１０記載の発明によれば、三次元造形物を造形するための造形剤と相溶性を有する相溶性材料を含まない硬化剤を用いて造形剤を硬化させる場合と比較して、解像度が低下するのを抑制することができることができる、という効果を有する。

請求項２記載の発明によれば、硬化剤に造形剤以外の材料を混合した場合と比較して、解像度が低下するのを更に抑制することができる、という効果を有する。

請求項４記載の発明によれば、硬化剤のみで造形剤を硬化させる場合と比較して、造形剤滴下後の造形剤への浸透状態のばらつきを低減することができる、という効果を有する。

請求項５記載の発明によれば、硬化剤が造形剤に浸透するまでの浸透時間に関係無く硬化促進手段と硬化剤吐出手段との間隔が定められた場合と比較して、環境条件の変化に対する安定性が得られる、という効果を有する。

請求項６記載の発明によれば、硬化剤吐出手段及び硬化促進手段が、２次元状に走査する場合と比較して、製造時間を短縮できる、という効果を有する。

請求項７記載の発明によれば、仮硬化の強度と本硬化の強度を同じにした場合と比較して、硬化剤吐出手段の詰まりを抑制できる、という効果を有する。

請求項８記載の発明によれば、造形剤の１層毎に仮硬化及び本硬化を実行しない場合と比較して、仮硬化手段及び本硬化手段の制御が容易になる、という効果を有する。

請求項９記載の発明によれば、造形剤の１層毎に本硬化を実行する場合と比較して、本硬化に要するエネルギーの消費を抑えることができる、という効果を有する。

第１実施形態に係る三次元造形物の製造装置のブロック図である。 第１実施形態に係る三次元造形物の製造装置の側面図である。 ヘッドの底面図である。 三次元造形物の製造工程の工程図である。 コントローラで実行される処理のフローチャートである。 （Ａ）は三次元造形物の平面図、（Ｂ）は三次元造形物の側面図である。 三次元造形物の製造装置の側面図である。 図７のＡ−Ａ線断面図である。 第２実施形態に係る三次元造形物の製造装置のブロック図である。 第２実施形態に係る三次元造形物の製造装置の側面図である。 仮硬化用及び本硬化について説明するための図である。 本硬化について説明するための図である。 （Ａ）は１層毎に仮硬化及び本硬化を実行する場合について説明するための図、（Ｂ）は複数層毎に本硬化を実行する場合について説明するための図である。 三次元造形物の製造装置の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

（第１実施形態）

図１には、第１実施形態に係る三次元造形物の製造装置１０のブロック図を示した。図１に示すように、製造装置１０は、コントローラ１２を含んで構成されている。

コントローラ１２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２Ａ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１２Ｂ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２Ｃ、不揮発性メモリ１２Ｄ、及び入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）１２Ｅがバス１２Ｆを介して各々接続された構成となっている。

Ｉ／Ｏ１２Ｅには、造形剤収容部１４、造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤収容部１８、硬化剤吐出ヘッド２０、ＵＶヘッド２１、走査部２４、造形台昇降部２６、クリーニング部２８、記憶部３０、及び通信部３２等の各機能部が接続されている。

造形剤収容部１４は、三次元造形物を造形するための造形剤を収容する。造形剤は、本実施形態では、一例としてＵＶ（Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光、すなわち紫外線が照射されると硬化する性質を有するＵＶ硬化型樹脂等で構成される。

具体的には、造形剤は、例えばエポキシ（メタ）アクリレート、ウレタン（メタ）アクリレート、ポリエステル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレート、カチオン重合性エポキシ、ビニルエーテル、オキセタン等が用いられる。

造形剤吐出ヘッド１６は、ＣＰＵ１２Ａからの指示に従って、造形剤収容部１４から供給された造形剤を吐出する。造形剤吐出ヘッド１６としては、例えばダイヘッドが用いられる。

硬化剤収容部１８は、造形剤を硬化するための硬化剤を収容する。硬化剤は、造形剤と相溶性を有する相溶性材料及び造形剤を硬化させる硬化材料を含む２液性の硬化剤である。

具体的に、本実施形態では、相溶性材料として、造形剤吐出ヘッド１６から吐出される造形剤と同一の造形剤を用いる。なお、造形剤吐出ヘッド１６から吐出される造形剤と相溶性を有する材料であれば、造形剤吐出ヘッド１６から吐出される造形剤と同一の材料でなくてもよく、他の材料を用いてもよい。

また、相溶性材料、すなわち造形剤としてエポキシ（メタ）アクリレート、ウレタン（メタ）アクリレート、ポリエステル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレートを用いた場合には、硬化材料としては、アルキルフェノン系、アシルフォスフィンオキサイド系、チタノセン系、オキシムエステル、オキシフェニル酢酸エステル等のラジカル系光重合開始剤が用いられる。また、相溶性材料としてカチオン重合性エポキシ、ビニルエーテル、オキセタンを用いた場合には、硬化材料としては、ヨードニウム塩系、スルフォニウム塩系の光カチオン開始剤が用いられる。

硬化剤吐出ヘッド２０は、ＣＰＵ１２Ａからの指示に従って、硬化剤収容部１８から供給された硬化剤を吐出する。硬化剤吐出ヘッド２０としては、例えばインクジェットヘッドが用いられる。

ＵＶヘッド２１は、造形剤吐出ヘッド１６から吐出された造形剤及び硬化剤吐出ヘッド２０から吐出された硬化剤に対してＵＶ光をＺ軸方向に照射し、硬化を促進させる。これにより、硬化剤滴下後の造形剤への浸透状態が一定の状態で硬化され、品質が安定する。ＵＶヘッド２１としては、例えばキセノンランプ、ＬＥＤ、水銀ランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等が用いられる。

なお、造形剤としてＵＶ硬化型の造形剤ではなく熱硬化型の造形剤を用いてもよい。この場合、ＵＶヘッド２１に代えて例えばレーザーを照射することにより熱硬化型の造形剤の硬化を促進するレーザー照射ヘッドを用いても良いし、赤外線を照射することにより熱硬化型の造形剤の硬化を促進する赤外線照射ヘッドを用いても良い。

また、熱硬化型の造形剤としては、例えばエポキシ樹脂、ポリオール樹脂等が用いられる。また、硬化剤の相溶性材料としてエポキシ樹脂を用いた場合には、硬化材料は、アミン類、ポリアミド樹脂、イミダゾール、メルカプタン、フェノール、酸無水物類、ルイス酸錯化合物等が用いられる。また、硬化剤の相溶性材料としてポリオール樹脂を用いた場合には、硬化材料は、イソシアネート等が用いられる。

なお、ＵＶ硬化型の造形剤を用いる場合及び熱硬化型の造形剤を用いる場合の何れにおいても、硬化剤に混合する造形剤、すなわち相溶性材料の濃度は、例えば１〜５０重量％が好ましく、１０〜３０重量％が更に好ましい。

図２に示すように、造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１は、この順序で走査部２４が備える走査軸２４Ａに取り付けられている。従って、造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１は、同期して走査される。なお、硬化剤吐出ヘッド２０及びＵＶヘッド２１は、硬化剤吐出ヘッド２０とＵＶヘッド２１とのＸ方向における間隔を調整可能に走査軸２４Ａに取り付けられている。これにより、硬化剤吐出ヘッド２０から硬化剤が造形剤上に吐出されてから、ＵＶヘッド２１からＵＶ光が照射されるまでの距離、すなわち時間を調整可能となっている。硬化剤吐出ヘッド２０とＵＶヘッド２１とのＸ方向における間隔は、造形剤上に硬化剤が吐出されて硬化剤が造形剤に浸透するまでの浸透時間に応じて設定される。これにより、硬化剤滴下後の造形剤への浸透状態の調整が可能となり、環境条件の変化に対する安定性が得られる。

ここで、図３に、造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１の底面図、すなわち図２においてＺ方向の下側から上側に向けて見た図を示した。図３に示すように、造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１は、Ｙ方向を長手方向とする長尺形状である。そして、造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１のＹ方向の長さは、少なくとも三次元造形物の幅以上の長さを有する。

造形剤吐出ヘッド１６は、Ｙ方向を長手方向とする開口部１６Ｎを備え、この開口部１６Ｎから造形剤を吐出する。

硬化剤吐出ヘッド２０は、Ｙ方向に沿って二次元状に配置された複数のノズル２０Ｎを備え、三次元造形物の形状に基づいて選択されたノズル２０Ｎから硬化剤を吐出する。なお、ノズル２０Ｎは、Ｙ方向に沿って一次元状に配置してもよい。

ＵＶヘッド２１は、Ｙ方向を長手方向とする開口部２１Ｎを備え、この開口部２１ＮからＹ方向を長手方向としたＵＶ光を照射する。

走査部２４は、造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１がＸ方向に移動するように、すなわち１次元で走査するように走査軸２４Ａを駆動する。

なお、造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１を長尺形状とせずに、Ｘ方向及びＹ方向に２次元で走査するようにしてもよい。

造形台昇降部２６は、図２に示す造形台３４をＺ軸方向に昇降させる。ＣＰＵ１２Ａは、三次元造形物を製造する際には、造形剤の吐出、硬化剤の吐出、吐出された造形剤及び硬化剤へのＵＶ光の照射が繰り返されるように、造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１を制御する。また、ＣＰＵ１２Ａは、造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１がＸ方向に走査するように走査部２４を制御すると共に、造形台３４がＺ軸方向に徐々に下降するように造形台昇降部２６を制御する。

具体的には、まず図４（Ａ）に示すように、造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１をＸ方向に走査しながら、造形剤吐出ヘッド１６から造形剤１６Ａを造形台３４上に吐出させる。これにより、造形剤層１６−１が形成される。なお、造形剤層１６−１の厚みは、一例として１００μｍ程度である。

次に、造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１を元の位置に戻す。そして、図４（Ｂ）に示すように、再び造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１をＸ方向に走査し、造形剤層１６−１のうち硬化させたい位置、すなわち三次元造形物を形成する位置に、硬化剤吐出ヘッド２０から硬化剤２０Ａを吐出させる。これにより、硬化剤２０Ａが吐出された領域２０Ｂ−１の造形剤の硬化が開始される。そして、ＵＶヘッド２１からＵＶ光２１Ａが照射されることにより、造形剤の硬化が促進され、本硬化する。

次に、造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１を元の位置に戻すと共に、造形台３４を造形剤層１６−１の厚み分Ｚ軸方向に下降させる。そして、図４（Ｃ）に示すように、再び造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１をＸ方向に走査し、造形剤吐出ヘッド１６から造形剤１６Ａを造形剤層１６−１に吐出させる。これにより、造形剤層１６−２が形成される。

次に、造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１を元の位置に戻し、図４（Ｄ）に示すように、再び造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１をＸ方向に走査し、造形剤層１６−２のうち硬化させたい位置に、硬化剤吐出ヘッド２０から硬化剤２０Ａを吐出させると共に、ＵＶヘッド２１からＵＶ光２１Ａを照射させる。これにより、硬化剤２０Ａが吐出された領域２０Ｂ−２の造形剤が硬化し、さらにＵＶヘッド２１から照射されたＵＶ光によって硬化が促進される。

なお、硬化剤２０Ａは、従来の硬化剤と比較して小滴でよい。これにより、低粘度で大滴の硬化剤を用いる場合と比較して制御性が向上するため、平面方向の解像度が高められると共に、積層速度を高められる。また、従来と比較して硬化剤の材料の選択範囲が拡がるため、エンジニアリングプラスチックへの対応等の可能性が高まる。

このように造形剤１６Ａの吐出、硬化剤２０Ａの吐出、吐出された造形剤１６Ａ及び硬化剤２０ＡへのＵＶ光２１Ａの照射を繰り返すことにより、造形剤を積層していく。そして、硬化剤２０Ａが吐出されることにより造形剤１６Ａが硬化した領域以外の領域の不要な造形剤１６Ａを除去することにより、三次元造形物が得られる。なお、不要な造形剤は、例えば機械的に剥離する、加熱により剥離する、溶解により剥離する等の方法により除去する。

なお、ＣＰＵ１２Ａは、三次元造形物を造形する際には、造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１と造形台３４上の三次元造形物とが接触しないように、造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１から造形台３４上の三次元造形物までのＺ軸方向における距離が予め定めた距離以上となるように造形台昇降部２６を制御する。

クリーニング部２８は、造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１に付着した材料を吸引する等してクリーニングする機能を有する。例えば、クリーニング部２８は、造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１の走査範囲外の退避領域に設けられ、クリーニングを実行する際には、造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１を前記退避領域に退避させてからクリーニングを実行する。

記憶部３０は、後述する三次元造形物の製造プログラム３０Ａ、硬化剤吐出データ３０Ｂを記憶する。なお、硬化剤吐出データ３０Ｂは、硬化剤を吐出すべき領域（座標）を表すデータである。そして、硬化剤を吐出すべき領域は、三次元造形物が形成される領域である。

ＣＰＵ１２Ａは、記憶部３０に記憶された製造プログラム３０Ａを読み込んで実行する。また、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に製造プログラム３０Ａを記録し、これをＣＤ−ＲＯＭドライブ等で読み込むことにより実行するようにしてもよい。

通信部３２は、三次元造形物の硬化剤吐出データ３０Ｂを出力する外部装置とデータ通信を行うためのインターフェースである。

ＣＰＵ１２Ａは、外部装置から送信された硬化剤吐出データ３０Ｂに従って製造プログラム３０Ａを実行することにより、三次元造形物を製造する。

次に、本実施形態の作用について説明する。図５には、ＣＰＵ１２Ａで実行される製造プログラム３０Ａのフローチャートを示した。なお、図５に示す処理は、外部装置から三次元造形物の製造を指示されると実行される。

また、本実施形態では、一例として図６に示すような三次元造形物４０を作製する場合について説明する。図６（Ａ）は三次元造形物４０の平面図、図６（Ｂ）は三次元造形物４０の側面図である。

ステップＳ１００では、硬化剤吐出データ３０Ｂを外部装置から受信し、記憶部３０に記憶させる。硬化剤吐出データ３０Ｂのフォーマットとしては、例えば三次元形状を表現するデータのフォーマットであるＳＴＬ（Standard Triangulated Language）フォーマットが用いられるが、これに限られるものではない。

ステップＳ１０２では、ステップＳ１００で受信した硬化剤吐出データ３０Ｂに基づいて、硬化剤により硬化された造形剤によって形成される三次元造形物をＸＹ平面でＺ軸方向、すなわち積層方向にスライスしたスライスデータを生成する。これにより、三次元造形物４０をＸＹ平面でスライスしたスライスデータが積層方向に複数生成される。

例えば図７に示す三次元造形物４０のＡ−Ａ線断面のスライスデータを図８に示す。図８に示すように、領域４２は、硬化剤２０Ａが吐出されない領域、すなわち造形剤１６Ａのみの領域であり、領域４４は、硬化剤２０Ａが吐出される領域、すなわち三次元造形物４０を構成する領域である。

ステップＳ１０４では、造形剤層形成処理を実行する。すなわち、造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１がＸ方向に走査するように走査部２４を制御すると共に、ステップＳ１０２で生成したスライスデータに従って造形剤１６Ａが吐出されるように造形剤吐出ヘッド１６を制御する。そして、造形剤層を形成した後は、造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１を元の位置に戻す。

ステップＳ１０６では、ＵＶ光の照射を開始する。すなわち、ＵＶヘッド２１からＵＶ光が照射されるようにＵＶヘッド２１を制御する。

ステップＳ１０８では、硬化剤の吐出処理を実行する。すなわち、造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１がＸ方向に走査するように走査部２４を制御すると共に、ステップＳ１０２で生成したスライスデータに従って硬化剤２０Ａが吐出されるように硬化剤吐出ヘッド２０を制御する。これにより、ステップＳ１０４で形成された造形剤層のうち、硬化剤２０Ａが吐出された領域４４が硬化し、さらにＵＶ光が照射されることによって、硬化剤２０Ａが吐出された領域の硬化が促進される。そして、造形剤層を形成した後は、造形剤吐出ヘッド１６、硬化剤吐出ヘッド２０、及びＵＶヘッド２１を元の位置に戻す。

ステップＳ１１０では、ＵＶ光の照射を停止させる。すなわち、ＵＶヘッド２１からＵＶ光の照射が停止されるようにＵＶヘッド２１を制御する。

ステップＳ１１２では、造形台３４がＺ軸方向へ１層分下降するように造形台昇降部２６を制御する。

ステップＳ１１４では、造形が終了したか否かを判断し、終了していなければステップＳ１１６へ移行し、造形を終了していれば本ルーチンを終了する。

ステップＳ１１６では、造形剤吐出ヘッド１６及び硬化剤吐出ヘッド２０のクリーニングを実行するタイミングが到来したか否かを判断する。そして、クリーニングを実行するタイミングが到来した場合はステップＳ１１８へ移行する。一方、クリーニングを実行するタイミングが到来していない場合はステップＳ１０４へ移行し、次の層の造形処理を続行する。

クリーニングを実行するタイミングとしては、例えば予め定めた期間が経過する毎、造形剤１６Ａ及び硬化剤２０Ａの少なくとも一方が予め定めた量を消費する毎等が挙げられるが、これらに限られるものではない。

クリーニングを実行するタイミングとして予め定めた期間が経過する毎とする場合、例えば前記期間を様々に変えて造形剤吐出ヘッド１６及び硬化剤吐出ヘッド２０の詰まりの状態を測定し、詰まりが発生しない期間のうち最も長い期間に設定することが好ましい。前記期間が短いほどクリーニングの回数が増加して、造形処理が終了するまでの時間が長くなるためである。これにより、クリーニングの無駄な実行が抑制される。

ステップＳ１１８では、造形剤吐出ヘッド１６及び硬化剤吐出ヘッド２０が退避領域に移動するように走査部２４に指示すると共に、クリーニング部２８に造形剤吐出ヘッド１６及び硬化剤吐出ヘッド２０のクリーニングを実行するよう指示する。これにより、造形剤吐出ヘッド１６及び硬化剤吐出ヘッド２０が退避領域に移動し、クリーニング部２８が、造形剤吐出ヘッド１６及び硬化剤吐出ヘッド２０をクリーニングする。なお、クリーニングを実行するタイミングとして、造形剤１６Ａ及び硬化剤２０Ａの少なくとも一方が予め定めた量を消費する毎としていた場合は、予め定めた量を消費した材料を吐出するヘッドのみをクリーニングするようにしてもよい。

なお、不要な造形剤１６Ａは、図５の処理終了後、例えば機械的に剥離する、加熱により剥離する、溶解により剥離する等の方法により除去する。

このように、本実施形態では、硬化剤を、造形剤を硬化させる硬化材料だけでなく、造形剤と相溶性を有する相溶性材料として造形剤そのものを含む２液性の硬化剤としたため、造形剤と相溶性を有する相溶性材料を含まない硬化剤を用いて造形剤を硬化させる場合と比較して、硬化剤の拡散が抑制され、解像度の低下が抑制される。

（第２実施形態）

次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図９には、第２実施形態に係る三次元造形物の製造装置１０Ａのブロック図を示した。図９に示す製造装置１０Ａは、図１に示した製造装置１０と比較すると、ＵＶヘッド２１に代えて仮硬化用ＵＶヘッド２２及び本硬化用ＵＶヘッド２３を備えた点が異なる。

仮硬化用ＵＶヘッド２２は、第１実施形態で説明したＵＶヘッド２１と同様の構成である。

本硬化用ＵＶヘッド２３は、図１０に示すように、仮硬化用ＵＶヘッド２２よりもＸ方向の長さが長い。すなわち、本硬化用ＵＶヘッド２３から照射されるＵＶ光２３ＡのＸ方向の照射範囲は、仮硬化用ＵＶヘッド２２から照射されるＵＶ光２２ＡのＸ方向の照射範囲よりも広くなっている。

また、コントローラ１２のＣＰＵ１２Ａは、仮硬化用ＵＶヘッド２２から照射される仮硬化用のＵＶ光の強度が、本硬化用ＵＶヘッド２３から照射される本硬化用のＵＶ光の強度よりも弱くなるように、仮硬化用ＵＶヘッド２２及び本硬化用ＵＶヘッド２３を制御する。

従って、仮硬化用ＵＶヘッド２２によって仮硬化用のＵＶ光２２Ａが照射された後、本硬化用ＵＶヘッド２３によって本硬化用のＵＶ光２３Ａが照射される前は、図１１に示すように、造形剤層１６−１、１６−２に吐出された硬化剤２０Ａは全て硬化されるわけではなく、中心部は未硬化領域２０Ａ−１となり、その周囲は硬化領域２０Ａ−２となる。

そして、本硬化用ＵＶヘッド２３によって本硬化用のＵＶ光２３Ａが照射された後は、図１２に示すように、未硬化領域２０Ａ−１は存在せず、全て中心部まで本硬化した硬化領域２０Ａ−２のみとなる。

また、造形剤吐出ヘッド１６及び硬化剤吐出ヘッド２０に近い方の仮硬化用ＵＶヘッド２２のＵＶ光の強度を弱くすることにより、造形剤吐出ヘッド１６に付着した造形剤及び硬化剤吐出ヘッド２０に付着した硬化剤がＵＶ光の反射光によって硬化し、造形剤吐出ヘッド１６及び硬化剤吐出ヘッド２０が詰まってしまうのが抑制される。

ＣＰＵ１２Ａは、図５のフローチャートのステップＳ１０６において、仮硬化用ＵＶヘッド２２から仮硬化用のＵＶ光２２Ａが照射されるように仮硬化用ＵＶヘッド２２を制御すると共に、本硬化用ＵＶヘッド２３から本硬化用のＵＶ光２３Ａが照射されるように本硬化用ＵＶヘッド２３を制御する。このとき、仮硬化用ＵＶヘッド２２から照射されるＵＶ光２３Ａの強度を本硬化用ＵＶヘッド２３から照射されるＵＶ光２３Ａの強度よりも弱くする。

これにより、図１３（Ａ）に示すように、造形剤層を１層形成する毎に、硬化剤２０Ａが吐出され、仮硬化用ＵＶヘッド２２により仮硬化用のＵＶ光２２Ａが照射され、本硬化用ＵＶヘッド２３によって本硬化用のＵＶ光２３Ａが照射される。

そして、図５のステップＳ１１０において、仮硬化用のＵＶ光２２Ａの照射が停止されるように仮硬化用ＵＶヘッド２２を制御すると共に、本硬化用のＵＶ光２３Ａの照射が停止されるように本硬化用ＵＶヘッド２３を制御する。その他の処理は第１実施形態と同様である。

なお、上記のように造形剤層を１層形成する毎に仮硬化及び本硬化の両方を実行してもよいが、造形剤層を１層形成する毎に仮硬化を実行し、複数層毎に本硬化を実行するようにしてもよい。例えば図１３（Ｂ）に示すように、造形剤層を４層形成する毎に、本硬化用ＵＶヘッド２３を硬化剤２０Ａが吐出された領域２０Ｂ−１〜２０Ｂ−４上に停止させてＵＶ光２３Ａを予め定めた時間照射し、領域２０Ｂ−１〜２０Ｂ−４をまとめて本硬化するようにしてもよい。この場合、図５のステップＳ１０６、Ｓ１１０については、仮硬化用ＵＶヘッド２２についてのみ実行し、本硬化用ＵＶヘッド２３については、造形剤層を複数層形成する毎に、硬化剤２０Ａが吐出された領域に対してＵＶ光２３Ａを照射すればよい。これにより、本硬化に要するエネルギーの消費を抑えられると共に、製造時間が短縮される。

なお、上記各実施形態では、造形剤吐出ヘッド１６により造形剤を造形台３４上に吐出して造形剤層を形成する構成の場合について説明したが、例えば造形剤を満たした容器内に造形台３４を設け、これに限られない。例えば図１４に示すように、容器５０内に造形剤１６Ａを投入し、造形台３４の上面から造形剤１６Ａの液面までの高さｈを制御することで造形剤層を形成してもよい。

また、上記各実施形態では、硬化剤を吐出した後にＵＶ光を照射する構成の場合について説明したが、ＵＶ光を照射しない構成としてもよい。

また、上記各実施形態では、造形剤吐出ヘッド１６等がＸ方向に走査しながら造形台３４がＺ軸方向に徐々に下降する場合について説明したが、造形台３４を固定とし、造形剤吐出ヘッド１６等がＸ方向に走査しながらＺ軸方向に徐々に上昇するようにしてもよい。また、両者がＺ軸方向に離間するように移動してもよい。

なお、本実施形態で説明した製造装置１０の構成（図１参照）は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要な部分を削除したり、新たな部分を追加したりしてもよいことは言うまでもない。

１０、１０Ａ 製造装置
１２ コントローラ
１６Ａ 造形剤
１６ 造形剤吐出ヘッド
２０Ａ 硬化剤
２０ 硬化剤吐出ヘッド
２１ ＵＶヘッド
２２ 仮硬化用ＵＶヘッド
２３ 本硬化用ＵＶヘッド
２４ 走査部
２６ 造形台昇降部
２８ クリーニング部
３０ 記憶部
３０Ａ 製造プログラム
３０Ｂ 硬化剤吐出データ
３２ 通信部
３４ 造形台
４０ 三次元造形物

Claims (10)

1. 三次元造形物を造形するための造形剤と相溶性を有する相溶性材料及び前記造形剤を硬化させる硬化材料を含む三次元造形物用の硬化剤。
2. 前記相溶性材料は、前記造形剤である
   請求項１記載の三次元造形物用の硬化剤。
3. 三次元造形物を造形するための造形剤を造形台に吐出する造形剤吐出手段と、
   前記造形剤と相溶性を有する相溶性材料及び前記造形剤を硬化させる硬化材料を含む硬化剤を吐出する硬化剤吐出手段と、
   前記造形剤を吐出し、吐出された前記造形剤上に前記硬化剤を吐出することを繰り返して前記造形剤を積層させることで前記三次元造形物が造形されるように、前記造形剤吐出手段及び前記硬化剤吐出手段を制御する制御手段と、
   を備えた三次元造形物の製造装置。
4. 前記硬化剤吐出手段と同期して走査されると共に、前記硬化剤が吐出された後に前記造形剤の硬化を促進する硬化促進手段を備え、
   前記硬化促進手段と前記硬化剤吐出手段とが、前記硬化剤吐出手段により吐出された前記硬化剤が前記造形剤に浸透するまでの浸透時間に応じた間隔で配置された
   請求項３記載の三次元造形物の製造装置。
5. 前記間隔を調整可能である
   を備えた請求項４記載の三次元造形物の製造装置。
6. 前記硬化剤吐出手段及び前記硬化促進手段が、予め定めた方向を長手方向とする形状であり、前記硬化剤吐出手段及び前記硬化促進手段が、前記長手方向と交差する方向に走査される
   請求項４又は請求項５記載の三次元造形物の製造装置。
7. 前記硬化剤吐出手段により前記硬化剤が吐出された後に前記造形剤を仮硬化する仮硬化手段と、前記仮硬化手段による仮硬化の後に前記造形剤を本硬化する本硬化手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記仮硬化の強度が前記本硬化の強度よりも弱くなるように前記仮硬化手段及び前記本硬化手段を制御する
   請求項３記載の三次元造形物の製造装置。
8. 前記制御手段は、前記造形剤の１層毎に前記仮硬化及び前記本硬化が実行されるように、前記仮硬化手段及び前記本硬化手段を制御する
   請求項７記載の三次元造形物の製造装置。
9. 前記制御手段は、前記造形剤の１層毎に前記仮硬化が実行されると共に、前記造形剤の複数層毎に前記本硬化が実行されるように、前記仮硬化手段及び前記本硬化手段を制御する
   請求項７記載の三次元造形物の製造装置。
10. コンピュータを、請求項３〜９の何れか１項に記載の三次元造形物の製造装置の制御手段として機能させるための三次元造形物の製造プログラム。

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