JP2018065359A - 三次元造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サポート材の造形を抑制しつつ、立体造形物を造形することができる三次元造形装置を提供する。【解決手段】作業面１１ａに向かって吐出された紫外線硬化型インクを硬化させて作業面１１ａ上に立体造形物を造形する三次元造形装置１において、作業面１１ａを有する載置台１１と、作業面１１ａに向かって紫外線硬化型インクを吐出するインクジェットヘッド１４と、インクジェットヘッド１４を主走査方向に移動させるキャリッジ駆動部１６と、載置台１１の作業面１１ａに対して垂直な方向に延在するＣ軸と主走査方向とに直交する方向に延在するＢ軸を中心にして、載置台１１を傾斜させるＢ軸傾斜駆動部１７ｄと、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、三次元造形装置に関する。

作業面上に、層状の造形材を積層方向に複数積層することにより立体造形物を造形する三次元造形装置が知られている。このような三次元造形装置では、機能性インクとして、例えば紫外線を照射することで硬化する紫外線硬化型インクが用いられ、この紫外線光硬化型インクを硬化させることで造形材となる。このような三次元造形装置では、立体造形物と共に、立体造形物を支持するサポート材を造形する場合がある。サポート材を用いた造形としては、例えば特許文献１に、人工臓器の撮影データに基づいて三次元プリンタによって光硬化性の造形樹脂（造形材）およびサポート樹脂（サポート材）を順次積層して外形体を形成し、外形体からサポート樹脂を除去することで内部に空洞部を有する臓器モデルの型（殻体型）を形成することが記載されている。

特開２０１４−２１１７４号公報

しかしながら、立体造形物を支持するために、サポート材を造形すると、サポート材は、立体造形物の造形後において、不要な部分となることから、サポート材の造形に用いられるインクを浪費することとなり、また、サポート材を造形する造形作業の作業時間もかかってしまう。

そこで、本発明は、サポート材の造形を抑制しつつ、立体造形物を造形することができる三次元造形装置を提供することを課題とする。

本発明の三次元造形装置は、作業面に向かって吐出された機能性インクを硬化させて前記作業面上に立体造形物を造形する三次元造形装置において、前記作業面を有する載置台と、前記作業面に向かって前記機能性インクを吐出する液滴吐出ヘッドと、前記液滴吐出ヘッドを主走査方向に移動させるヘッド駆動部と、前記載置台の前記作業面に対して垂直な方向に延在するＣ軸と前記主走査方向とに直交する方向に延在するＢ軸を中心にして、前記載置台を傾斜させるＢ軸傾斜駆動部と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、立体造形物が主走査方向に張り出した部位を有する場合、Ｂ軸を中心にして載置台を傾斜させることにより、張り出した部位が主走査方向からＣ軸の軸方向となるように傾けることができる。そして、Ｃ軸の軸方向に沿って、張り出した部位を液滴吐出ヘッドにより造形することができる。このため、主走査方向に張り出した部位を造形する場合には、サポート材が必要であったが、Ｃ軸の軸方向に沿って造形される張り出した部位は、サポート材による支持が不要となることから、サポート材の造形を抑制しつつ、立体造形物を造形することができる。

また、前記Ｂ軸は、前記作業面の前記主走査方向における中央に設けられることが好ましい。

この構成によれば、作業面の主走査方向における中央を軸として、載置台をバランスさせて傾斜させることができる。つまり、作業面の主走査方向の一方が液滴吐出ヘッドから離れると、作業面の主走査方向の他方が液滴吐出ヘッドに近づくことから、作業面の主走査方向の両側をバランスさせた状態で、載置台を傾斜させることができる。

また、前記Ｂ軸は、前記作業面の前記主走査方向における一方側に設けられることが好ましい。

この構成によれば、作業面の主走査方向における一方側を軸として、載置台を傾斜させることができる。このため、載置台の作業面の全面を液滴吐出ヘッドから離れるように、載置台を傾斜させることができることから、載置台の一部が液滴吐出ヘッドに近づくことを抑制でき、載置台と液滴吐出ヘッドとの物理的な干渉を抑制することができる。

また、前記Ｃ軸を中心にして、前記載置台を回転させるＣ軸回転駆動部を、さらに備えることが好ましい。

この構成によれば、Ｃ軸を中心に載置台を回転させることができ、載置台を、いわゆるターンテーブルとして機能させることができる。このため、立体造形物の張り出し部位の張り出し方向がいずれの方向であっても、載置台を回転させて立体造形物の位置を変化させることにより、張り出し部位の張り出し方向を主走査方向に向けることができ、この後、Ｂ軸を中心に載置台を傾斜させることで、張り出し方向をＣ軸の軸方向に沿った方向とすることができる。よって、立体造形物の張り出し部位の張り出し方向がいずれの方向であっても、張り出し部位をＣ軸の軸方向に沿って造形することができ、サポート材の造形をさらに抑制しつつ、立体造形物を造形することができる。

また、前記Ｂ軸及び前記Ｃ軸に直交する方向に延在するＡ軸を中心にして、前記載置台を傾斜させるＡ軸傾斜駆動部を、さらに備えることが好ましい。

この構成によれば、立体造形物がＢ軸の軸方向に張り出した部位を有する場合、Ａ軸を中心にして載置台を傾斜させることにより、張り出した部位がＢ軸の軸方向からＣ軸の軸方向となるように傾けることができる。そして、Ｃ軸の軸方向に沿って、張り出した部位を液滴吐出ヘッドにより造形することができる。よって、張り出し部位をＣ軸の軸方向に沿って造形することができ、サポート材の造形をさらに抑制しつつ、立体造形物を造形することができる。

また、前記液滴吐出ヘッド、前記ヘッド駆動部及び前記Ｂ軸傾斜駆動部を制御する制御部を、さらに備え、前記制御部は、前記Ｂ軸傾斜駆動部により前記載置台を傾斜させながら、前記液滴吐出ヘッドから前記機能性インクを吐出する場合、前記主走査方向において、前記液滴吐出ヘッドから遠い側の前記機能性インクの吐出量に比して、前記液滴吐出ヘッドに近い側の前記機能性インクの吐出量を減らすことが好ましい。

この構成によれば、載置台を傾斜させると、載置台の一部は、液滴吐出ヘッドから遠ざかり、載置台の他部は、載置台の一部に比して相対的に液滴吐出ヘッドに近づく。このため、液滴吐出ヘッドから遠い側の機能性インクの吐出量を多くし、液滴吐出ヘッドに近い側の機能性インクの吐出量を減らすことで、移動量が大きい遠い側の造形材の厚みを厚くでき、移動量が小さい近い側の造形材の厚みを薄くすることができる。

また、前記液滴吐出ヘッド、前記ヘッド駆動部及び前記Ｂ軸傾斜駆動部を制御する制御部を、さらに備え、前記立体造形物は、前記機能性インクを硬化させた層状の造形材である単位層が前記作業面上に積層されることで造形されており、前記制御部は、前記Ｂ軸傾斜駆動部により前記載置台を傾斜させながら、前記液滴吐出ヘッドから前記機能性インクを吐出する場合、前記主走査方向において、前記液滴吐出ヘッドから遠い側の前記造形材の積層数に比して、前記液滴吐出ヘッドに近い側の前記造形材の積層数を減らすことが好ましい。

この構成によれば、載置台を傾斜させると、載置台の一部は、液滴吐出ヘッドから遠ざかり、載置台の他部は、載置台の一部に比して相対的に液滴吐出ヘッドに近づく。このため、液滴吐出ヘッドから遠い側の造形材の積層数を多くし、液滴吐出ヘッドに近い側の造形材の積層数を減らすことで、移動量が大きいＢ軸の遠い側の造形材の厚みを厚くでき、移動量が小さいＢ軸の近い側の造形材の厚みを薄くすることができる。

また、前記立体造形物は、前記機能性インクを硬化させた層状の造形材である単位層が前記作業面上に積層されることで造形されており、硬化前の前記単位層の余剰部分を除去して、硬化後の前記単位層を平坦化させる平坦化ローラと、前記液滴吐出ヘッド、前記ヘッド駆動部、前記Ｂ軸傾斜駆動部及び前記平坦化ローラを制御する制御部を、さらに備え、前記制御部は、前記Ｂ軸傾斜駆動部により前記載置台を傾斜させながら、前記液滴吐出ヘッドから前記機能性インクを吐出する場合、前記単位層ごとに前記平坦化ローラにより硬化前の前記単位層の余剰部分を除去することが好ましい。

この構成によれば、載置台を傾斜させて造形された単位層を、平坦化ローラにより平坦にすることができるため、単位層の厚さを適切な厚さとなるように造形することができ、立体造形物を好適に造形することができる。

図１は、実施形態１に係る三次元造形装置によって造形される立体造形物を示す斜視図である。 図２は、実施形態１に係る三次元造形装置の概略構成を表す概略構成図である。 図３は、実施形態１に係る三次元造形装置の載置台上に造形される立体造形物を示す模式図である。 図４は、実施形態２に係る三次元造形装置の一部を表す模式図である。 図５は、実施形態３に係る三次元造形装置の概略構成を表す概略構成図である。 図６は、実施形態４に係る三次元造形装置の一部を表す模式図である。 図７は、実施形態５に係る三次元造形装置の一部を表す模式図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る三次元造形装置によって造形される立体造形物を示す斜視図である。図２は、実施形態１に係る三次元造形装置の概略構成を表す概略構成図である。図３は、実施形態１に係る三次元造形装置の載置台上に造形される立体造形物を示す模式図である。

実施形態１に係る三次元造形装置１は、インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）１４を用いた、いわゆるインクジェット方式の３Ｄプリンタである。この三次元造形装置１は、層状の造形材となる単位層を鉛直方向の下方側から上方側に向かって複数積層することで、立体造形物５を造形している。三次元造形装置１の説明に先立ち、図１を参照して、立体造形物５について説明する。

図１に示すように、三次元造形装置１により造形される立体造形物５は、所定の方向に張り出した部位を有するものとなっており、図１には、一例として円筒形状の立体造形物５を図示している。図１に示す円筒の立体造形物５は、その軸心Ｉの軸方向が、軸方向の両側の端面（上面及び下面）に対して傾斜している。つまり、上面及び下面が水平面である場合、立体造形物５の軸心Ｉは、水平面に対して傾斜する軸方向となっており、立体造形物５は、鉛直方向（Ｚ方向）の下方側から上方側に向かって、水平方向に張り出している。ここで、上記したように、立体造形物５は、単位層がＺ方向に複数積層されることで造形されることから、立体造形物５の張り出した部位は支持する必要がある。

次に、図２を参照して、三次元造形装置１について説明する。図２に示すように、三次元造形装置１は、載置台１１と、Ｙバー１２と、キャリッジ１３と、インクジェットヘッド１４と、紫外線照射器１５と、キャリッジ駆動部（ヘッド駆動部）１６と、載置台駆動部１７と、制御部１８と、入力部１９とを備える。

載置台１１は、水平面内において延在する板状に形成されており、鉛直方向の上面が作業面１１ａとなっている。作業面１１ａは、初期位置において、水平面（図２のＸＹ面）と平行な面となっており、平坦に形成されている。この作業面１１ａは、単位層が複数積層されることで、立体造形物５が造形される平面となっている。そして、図３に示すように、載置台１１は、作業面１１ａを傾斜可能に移動させられ、傾斜した作業面１１ａ上に立体造形物５を造形することが可能となっている。載置台１１の作業面１１ａは、例えば、略矩形状に形成されるがこれに限らない。

Ｙバー１２は、載置台１１の鉛直方向の上側に所定の間隔をあけて設けられる。Ｙバー１２は、水平方向（Ｙ軸）と平行な主走査方向に沿って直線状に設けられる。Ｙバー１２は、主走査方向に沿って往復移動するキャリッジ１３をガイドする。

キャリッジ１３は、Ｙバー１２に保持され、当該Ｙバー１２に沿って主走査方向（Ｙ方向）に往復移動可能である。キャリッジ１３は、主走査方向に移動制御される。また、キャリッジ１３は、鉛直方向において載置台１１の作業面１１ａと対向する面に、インクジェットヘッド１４と紫外線照射器１５とを保持している。

インクジェットヘッド１４は、機能性インクとしての紫外線硬化型インクを作業面１１ａに向かって吐出するものである。インクジェットヘッド１４は、キャリッジ１３に搭載され、キャリッジ１３の主走査方向に沿う移動に伴って、主走査方向に往復移動可能となっている。インクジェットヘッド１４は、例えば、各種インク流路、レギュレータ、ポンプ等を介して、キャリッジ１３に搭載される不図示のインクタンクに接続されている。インクジェットヘッド１４は、立体造形物５の造形に用いられる紫外線硬化型インクの種類に応じて、複数設けられている。このインクジェットヘッド１４は、インクタンク内の紫外線硬化型インクを、載置台１１の作業面１１ａに向けてインクジェット方式で吐出する。

ここで、紫外線硬化型インクの種類としては、例えば、造形する立体造形物５の色彩に応じて、白色インク、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）及び黒色（Ｋ）等の着色インク、透明インク等を適宜用いることができる。インクジェットヘッド１４は、制御部１８と電気的に接続され、制御部１８によってその駆動が制御される。

紫外線照射器１５は、作業面１１ａに吐出された紫外線硬化型インクに対して紫外線を照射するものである。紫外線照射器１５は、例えば、紫外線を照射可能なＬＥＤモジュール等により構成される。紫外線照射器１５は、キャリッジ１３に搭載され、キャリッジ１３の主走査方向に沿う移動に伴って、主走査方向に往復移動可能となっている。紫外線照射器１５は、制御部１８と電気的に接続され、制御部１８によってその駆動が制御される。

キャリッジ駆動部（ヘッド駆動部）１６は、Ｙバー１２に対してキャリッジ１３を、すなわちインクジェットヘッド１４及び紫外線照射器１５を、主走査方向に相対的に往復移動させる（走査する）駆動装置である。キャリッジ駆動部１６は、例えば、キャリッジ１３に連結された搬送ベルト等の伝達機構、搬送ベルトを駆動する電動機等の駆動源を含んで構成され、駆動源が発生させた動力を、伝達機構を介してキャリッジ１３を主走査方向に沿って移動させる動力に変換し、当該キャリッジ１３を主走査方向に沿って往復移動させる。キャリッジ駆動部１６は、制御部１８と電気的に接続され、制御部１８によってその駆動が制御される。

載置台駆動部１７は、インクジェットヘッド１４に対して載置台１１を相対移動させるものであり、図２に示すように、鉛直方向移動部１７ａと、副走査方向移動部１７ｂと、軸心回転部１７ｃと、Ｂ軸傾斜駆動部１７ｄと、を備える。

鉛直方向移動部１７ａは、載置台１１を鉛直方向（Ｚ方向）に沿って上下移動することで、載置台１１に形成された作業面１１ａを、インクジェットヘッド１４に対して相対的に鉛直方向に沿って上下移動させるものである。これにより、載置台駆動部１７は、インクジェットヘッド１４、紫外線照射器１５等に対して、作業面１１ａを鉛直方向に沿って近づけたり離したりすることができる。つまり、載置台駆動部１７は、インクジェットヘッド１４、紫外線照射器１５に対して作業面１１ａを鉛直方向に沿って相対移動可能とする。

副走査方向移動部１７ｂは、載置台１１を主走査方向に対して直交するＸ方向と平行な副走査方向に移動させることで、載置台１１に形成された作業面１１ａをインクジェットヘッド１４に対して相対的に副走査方向に沿って往復移動させるものである。これにより、載置台駆動部１７は、インクジェットヘッド１４、紫外線照射器１５等に対して、作業面１１ａを副走査方向に沿って往復移動させることができる。つまり、副走査方向移動部１７ｂは、インクジェットヘッド１４及び紫外線照射器１５と、作業面１１ａとを副走査方向に相対的に往復移動可能とする。実施形態１では、副走査方向移動部１７ｂは、載置台１１を副走査方向に移動させるが、本発明では、これに限定されることなく、Ｙバー１２毎、インクジェットヘッド１４及び紫外線照射器１５を副走査方向に移動させてもよい。

軸心回転部（Ｃ軸回転駆動部）１７ｃは、載置台１１をＣ軸回りに回転させることで、載置台１１に形成された作業面１１ａをインクジェットヘッド１４に対して相対的に回転させるものであり、いわゆるターンテーブルとして機能している。ここで、Ｃ軸は、載置台１１の平坦な作業面１１ａに対して、垂直な方向に延在する軸となっており、Ｃ軸の軸方向は、後述するＢ軸傾斜駆動部１７ｄの傾斜に追従して変化する。このため、Ｃ軸は、作業面１１ａが水平面である場合、鉛直方向と平行な方向となっている。これにより、載置台駆動部１７は、インクジェットヘッド１４及び紫外線照射器１５等に対して、作業面１１ａをＣ軸回りに回転させることができる。

Ｂ軸傾斜駆動部１７ｄは、載置台１１の作業面１１ａに対して垂直な方向に延在するＣ軸と主走査方向であるＹ方向に延在するＡ軸とに直交するＸ方向に延在するＢ軸を中心にして、載置台１１を傾斜させるものである。Ｂ軸は、作業面１１ａの主走査方向における中央に設けられている。このため、図３に示すように、Ｂ軸傾斜駆動部１７ｄは、Ｂ軸を中心に載置台１１を傾斜させると、Ｂ軸を挟んで、載置台１１の主走査方向における一方側が下がり、載置台１１の主走査方向における他方側が上がる。

制御部１８は、インクジェットヘッド１４、紫外線照射器１５、キャリッジ駆動部１６、載置台駆動部１７等を含む三次元造形装置１の各部を制御する。制御部１８は、演算装置、メモリ等のハードウェア及びこれらの所定の機能を実現させるプログラムから構成される。制御部１８は、インクジェットヘッド１４を制御し、紫外線硬化型インクの吐出量、吐出タイミング、吐出期間等を制御する。制御部１８は、紫外線照射器１５を制御し、照射する紫外線の強度、露光タイミング、露光期間等を制御する。制御部１８は、キャリッジ駆動部１６を制御し、キャリッジ１３の主走査方向に沿った相対移動を制御する。制御部１８は、載置台駆動部１７を制御し、載置台１１の鉛直方向及び副走査方向に沿った相対移動を制御したり、載置台１１のＣ軸回り及びＢ軸回りの相対移動（回転及び傾斜）を制御したりする。

入力部１９は、制御部１８に接続され、立体造形物５の造形に関する造形データを入力したり、立体造形物５の造形条件を設定したりするためのものである。入力部１９は、例えば、制御部１８に有線／無線で接続されるＰＣ、種々の端末等のデバイスによって構成される。

次に、上記の三次元造形装置１による立体造形物５の造形に関する制御（以下、造形制御という。）について説明する。三次元造形装置１の制御部１８は、立体造形物５の造形データに基づいて、立体造形物５の造形に関する造形制御を実行している。

ここで、制御部１８は、造形データに基づき、積層される複数の単位層に対応するスライスデータをそれぞれ作成する。このスライスデータは、立体造形物５を構成する単位層を造形するためのデータである。例えば、造形する立体造形物５が図１に示すものである場合、後述する造形制御において、Ｂ軸傾斜駆動部１７ｄにより載置台１１を単位層ごとにＢ軸回りに傾斜させることから、各単位層のスライスデータは、載置台１１の傾斜を考慮して生成される。つまり、制御部１８は、Ｂ軸回りに傾斜させた所定の傾斜角度を考慮して、各単位層のスライスデータを生成する。そして、制御部１８は、スライスデータに基づいて、単位層を造形すると共に、単位層を積層するように、各部を造形制御することで、立体造形物５を造形する。

具体的に、制御部１８は、図１に示すような立体造形物５を造形する場合、Ｂ軸傾斜駆動部１７ｄにより載置台１１を傾斜させながら、インクジェットヘッド１４から紫外線硬化型インクを吐出している。以下、図３を参照して、図１に示す立体造形物５の造形制御について説明する。図３では、図１の立体造形物５の軸心Ｉの軸方向が、鉛直方向（Ｚ方向）となるように、載置台１１を傾斜させている。

図３に示すように、造形開始時における載置台１１の初期位置は、作業面１１ａが水平面と平行な面となる位置となっている（ステップＳ１０１）。この状態において、造形される立体造形物５の軸心Ｉの軸方向は、鉛直方向に対して傾斜しており、制御部１８は、立体造形物５の軸心Ｉが鉛直方向となるまで、単位層を繰り返し造形する。つまり、制御部１８は、単位層のスライスデータに基づいて単位層を造形し、この後、所定の傾斜角度分だけ載置台１１を傾斜させると共に、載置台１１を下方側に移動させる。そして、制御部１８は、単位層の造形と載置台１１の傾斜及び下方への移動とを繰り返し行うことで、立体造形物５の軸心Ｉが鉛直方向となるまで、単位層を積層して造形する（ステップＳ１０２）。

ここで、制御部１８は、単位層の造形時において、インクジェットヘッド１４から吐出する紫外線硬化型インクの吐出量を、主走査方向において変えている。これは、載置台１１をＢ軸回りに傾斜させると、載置台１１の主走査方向における一方側が下降する一方で、載置台１１の主走査方向における他方側が上昇することで、載置台１１の一方側がインクジェットヘッド１４から離れ、載置台１１の他方側がインクジェットヘッド１４に近づくからである。このため、制御部１８は、インクジェットヘッド１４から離れた遠い側（すなわち、下降した載置台１１の一方側）の紫外線硬化型インクの吐出量に比して、インクジェットヘッド１４に近い側（すなわち、上昇した載置台１１の他方側）の紫外線硬化型インクの吐出量を、主走査方向に沿って連続的にまたは段階的に減らしている。

制御部１８は、立体造形物５の軸心Ｉが鉛直方向となると、Ｂ軸傾斜駆動部１７ｄによる載置台１１の傾斜を停止し、立体造形物５の軸心Ｉが鉛直方向となった状態を維持する（ステップＳ１０３）。そして、制御部１８は、鉛直方向移動部１７ａにより載置台１１を下方側に移動させながら、単位層のスライスデータに基づいて残りの単位層を積層することで、立体造形物５を造形する。

以上のように、実施形態１によれば、立体造形物５が主走査方向に張り出した部位を有する場合、Ｂ軸を中心にして載置台１１を傾斜させることにより、張り出した部位が主走査方向から鉛直方向（Ｚ方向）となるように傾けることができる。そして、鉛直方向に沿って、張り出した部位をインクジェットヘッド１４により造形することができる。このため、主走査方向に張り出した部位を造形する場合には、サポート材が必要であったが、鉛直方向に沿って造形される張り出した部位は、サポート材による支持が不要となる。つまり、造形される単位層は、載置台１１を傾斜させることによって、下方側の単位層において支持することが可能となることから、サポート材の造形を抑制しつつ、立体造形物５を造形することができる。

また、実施形態１によれば、Ｂ軸を作業面１１ａの主走査方向における中央に設けることで、載置台１１をＢ軸を中心にバランスさせて傾斜させることができる。つまり、作業面１１ａの主走査方向の一方がインクジェットヘッド１４から離れると、作業面１１ａの主走査方向の他方がインクジェットヘッド１４に近づくことから、作業面１１ａの主走査方向の両側をバランスさせた状態で、載置台１１を傾斜させることができる。

また、実施形態１によれば、傾斜させた載置台１１の主走査方向において、インクジェットヘッド１４から遠い側の紫外線硬化型インクの吐出量を多くし、インクジェットヘッド１４に近い側の紫外線硬化型インクの吐出量を減らすことで、移動量が大きい遠い側の造形材（単位層）の厚みを厚くでき、移動量が小さい近い側の造形材（単位層）の厚みを薄くすることができる。

なお、実施形態１では、図１に示す立体造形物５の造形制御において、Ｂ軸傾斜駆動部１７ｄにより載置台１１をＢ軸回りに傾斜させたが、この構成に限定されず、例えば、立体造形物５に応じて、Ｂ軸傾斜駆動部１７ｄにより載置台１１をＢ軸回りに傾斜させると共に、軸心回転部１７ｃにより載置台１１を軸心回り（Ｃ軸回り）に回転させてもよい。この構成によれば、立体造形物５の張り出し部位の張り出し方向がいずれの方向であっても、載置台１１を回転させて立体造形物５の位置を変化させることにより、張り出し部位の張り出し方向を主走査方向に向けることができ、この後、Ｂ軸を中心に載置台１１を傾斜させることで、張り出し方向をＣ軸の軸方向に沿った方向とすることができる。よって、立体造形物５の張り出し部位の張り出し方向がいずれの方向であっても、張り出し部位をＣ軸の軸方向に沿って造形することができ、サポート材の造形をさらに抑制しつつ、立体造形物５を造形することができる。

また、実施形態１において、載置台駆動部１７は軸心回転部１７ｃを有する構成であったが、軸心回転部１７ｃを省いた構成であってもよい。

［実施形態２］
次に、図４を参照して、実施形態２に係る三次元造形装置１について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図４は、実施形態２に係る三次元造形装置の一部を表す模式図である。

実施形態２の三次元造形装置１において、Ｂ軸傾斜駆動部１７ｄは、Ｘ方向に延在するＢ軸を中心にして、載置台１１を傾斜させており、Ｂ軸は、作業面１１ａの主走査方向における他方側（図４の右側）の端部に寄せて設けられている。

このため、図４に示すように、造形開始時における載置台１１の初期位置は、作業面１１ａが水平面と平行な面となる位置となっている（ステップＳ２０１）。この状態において、制御部１８は、Ｂ軸傾斜駆動部１７ｄによりＢ軸を中心に載置台１１を傾斜させると、Ｂ軸が設けられる載置台１１の主走査方向における他方側の高さが変わらずに、載置台１１の主走査方向における一方側が下がる（ステップＳ２０２）。このとき、鉛直方向移動部１７ａによる載置台１１の下方側への移動は、実施形態１のように載置台１１の他方側が上昇しない分、少ない移動量となる。そして、制御部１８は、立体造形物５の軸心Ｉが鉛直方向となると、Ｂ軸傾斜駆動部１７ｄによる載置台１１の傾斜を停止し、立体造形物５の軸心Ｉが鉛直方向となった状態を維持する（ステップＳ２０３）。

以上のように、実施形態２によれば、作業面１１ａの主走査方向における一方側を軸として、載置台１１を傾斜させることができる。このため、載置台１１の作業面１１ａの全面をインクジェットヘッド１４から離れるように、載置台１１を傾斜させることができることから、載置台１１の一部がインクジェットヘッド１４に近づくことを抑制でき、載置台１１とインクジェットヘッド１４との物理的な干渉を抑制することができる。

［実施形態３］
次に、図５を参照して、実施形態３に係る三次元造形装置３０について説明する。なお、実施形態３でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１及び２と異なる部分について説明し、実施形態１及び２と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図５は、実施形態３に係る三次元造形装置の概略構成を表す概略構成図である。

実施形態３の三次元造形装置３０において、載置台駆動部１７は、Ａ軸傾斜駆動部３１をさらに備えたものとなっている。

Ａ軸傾斜駆動部３１は、主走査方向に平行な方向を軸方向であるＡ軸を中心にして、載置台１１を傾斜させるものである。Ａ軸は、作業面１１ａの副走査方向における中央に設けられてもよいし、作業面１１ａの副走査方向における一方側の端部に寄せて設けられてもよく、特に限定されない。Ａ軸傾斜駆動部３１は、Ａ軸が作業面１１ａの副走査方向の中央に設けられる場合、Ａ軸を中心に載置台１１を傾斜させると、Ａ軸を挟んで、載置台１１の副走査方向における一方側が下がり、載置台１１の副走査方向における他方側が上がる。また、Ａ軸傾斜駆動部３１は、Ａ軸が作業面１１ａの副走査方向の一方側の端部に寄せて設けられ場合、Ａ軸を中心に載置台１１を傾斜させると、Ａ軸が設けられる載置台１１の副走査方向における他方側の高さが変わらずに、載置台１１の副走査方向における一方側が下がる。

以上のように、実施形態３によれば、Ａ軸を中心にして載置台１１を傾斜させることができるため、立体造形物５が副走査方向に張り出した部位を有する場合、Ａ軸を中心にして載置台１１を傾斜させることにより、張り出した部位が副走査方向から鉛直方向となるように傾けることができる。そして、鉛直方向に沿って、張り出した部位をインクジェットヘッド１４により造形することができる。よって、張り出し部位を鉛直方向に沿って造形することができ、サポート材の造形をさらに抑制しつつ、立体造形物５を造形することができる。

［実施形態４］
次に、図６を参照して、実施形態４に係る三次元造形装置３５について説明する。なお、実施形態４でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１から３と異なる部分について説明し、実施形態１から３と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図６は、実施形態４に係る三次元造形装置の一部を表す模式図である。

実施形態４の三次元造形装置３５において、制御部１８は、単位層の積層数を、主走査方向において変えている。制御部１８は、載置台１１を傾斜させて、単位層を造形する場合、インクジェットヘッド１４から離れた遠い側（すなわち、下降した載置台１１の一方側）の単位層の積層数に比して、インクジェットヘッド１４に近い側（すなわち、上昇した載置台１１の他方側）の単位層の積層数を減らしている。つまり、制御部１８は、造形データに基づくスライスデータの生成時において、インクジェットヘッド１４から遠い側の単位層の積層数が多くなるように、また、インクジェットヘッド１４に近い側の単位層の積層数が少なくるように、スライスデータを生成している。

以上のように、実施形態４によれば、傾斜させた載置台１１の主走査方向において、インクジェットヘッド１４から遠い側の単位層の積層数を多くし、インクジェットヘッド１４に近い側の単位層の積層数を減らすことで、移動量が大きい遠い側の造形材の厚みを厚くでき、移動量が小さい近い側の造形材の厚みを薄くすることができる。

［実施形態５］
次に、図７を参照して、実施形態５に係る三次元造形装置４０について説明する。なお、実施形態５でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１から４と異なる部分について説明し、実施形態１から４と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図７は、実施形態５に係る三次元造形装置の一部を表す模式図である。

実施形態５の三次元造形装置４０は、単位層の硬化前の状態となる紫外線硬化型インクの層の表面を平坦化するための平坦化ローラ４１をさらに備えている。平坦化ローラ４１は、キャリッジ１３に搭載され、キャリッジ１３の主走査方向に沿う移動に伴って、紫外線硬化型インクの層の表面を平坦化している。平坦化ローラ４１は、その軸方向における幅が、立体造形物５よりも広い幅となっている。平坦化ローラ４１は、主走査方向に沿って移動することで、紫外線硬化型インクの層の表面が水平面と平行な面となるように平坦化する。

制御部１８は、載置台１１を傾斜させながら単位層を造形する場合、先ず、所定の傾斜角度分だけ載置台１１を傾斜させた後に、傾斜後の載置台１１へ向かってインクジェットヘッド１４から紫外線硬化型インクを吐出して、硬化前の単位層である紫外線硬化型インクの層を形成する。この後、制御部１８は、紫外線硬化型インクの層に対して、平坦化ローラ４１により余剰部分となる不要な紫外線硬化型インクを掻き取ることで、紫外線硬化型インクの層の表面を平坦化する。この後、平坦化された紫外線硬化型インクの層は、紫外線照射器１５により紫外線が照射されて硬化することで、単位層となる。

以上のように、実施形態５によれば、載置台１１を傾斜させながら造形される単位層を、平坦化ローラ４１により平坦にすることができるため、単位層の厚さを適切な厚さとなるように造形することができ、立体造形物５を好適に造形することができる。

１，３０，３５，４０ 三次元造形装置
５ 立体造形物
１１ 載置台
１１ａ 作業面
１２ Ｙバー
１３ キャリッジ
１４ インクジェットヘッド
１５ 紫外線照射器
１６ キャリッジ駆動部
１７ 載置台駆動部
１７ａ 鉛直方向移動部
１７ｂ 副走査方向移動部
１７ｃ 軸心回転部
１７ｄ Ｂ軸傾斜駆動部
１８ 制御部
１９ 入力部
２０ 表示部
３１ Ａ軸傾斜駆動部
４１ 平坦化ローラ

Claims (8)

1. 作業面に向かって吐出された機能性インクを硬化させて前記作業面上に立体造形物を造形する三次元造形装置において、
   前記作業面を有する載置台と、
   前記作業面に向かって前記機能性インクを吐出する液滴吐出ヘッドと、
   前記液滴吐出ヘッドを主走査方向に移動させるヘッド駆動部と、
   前記載置台の前記作業面に対して垂直な方向に延在するＣ軸と前記主走査方向とに直交する方向に延在するＢ軸を中心にして、前記載置台を傾斜させるＢ軸傾斜駆動部と、を備えることを特徴とする三次元造形装置。
2. 前記Ｂ軸は、前記作業面の前記主走査方向における中央に設けられることを特徴とする請求項１に記載の三次元造形装置。
3. 前記Ｂ軸は、前記作業面の前記主走査方向における一方側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の三次元造形装置。
4. 前記Ｃ軸を中心にして、前記載置台を回転させるＣ軸回転駆動部を、さらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の三次元造形装置。
5. 前記Ｂ軸及び前記Ｃ軸に直交する方向に延在するＡ軸を中心にして、前記載置台を傾斜させるＡ軸傾斜駆動部を、さらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の三次元造形装置。
6. 前記液滴吐出ヘッド、前記ヘッド駆動部及び前記Ｂ軸傾斜駆動部を制御する制御部を、さらに備え、
   前記制御部は、前記Ｂ軸傾斜駆動部により前記載置台を傾斜させながら、前記液滴吐出ヘッドから前記機能性インクを吐出する場合、前記主走査方向において、前記液滴吐出ヘッドから遠い側の前記機能性インクの吐出量に比して、前記液滴吐出ヘッドに近い側の前記機能性インクの吐出量を減らすことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の三次元造形装置。
7. 前記液滴吐出ヘッド、前記ヘッド駆動部及び前記Ｂ軸傾斜駆動部を制御する制御部を、さらに備え、
   前記立体造形物は、前記機能性インクを硬化させた層状の造形材である単位層が前記作業面上に積層されることで造形されており、
   前記制御部は、前記Ｂ軸傾斜駆動部により前記載置台を傾斜させながら、前記液滴吐出ヘッドから前記機能性インクを吐出する場合、前記主走査方向において、前記液滴吐出ヘッドから遠い側の前記造形材の積層数に比して、前記液滴吐出ヘッドに近い側の前記造形材の積層数を減らすことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の三次元造形装置。
8. 前記立体造形物は、前記機能性インクを硬化させた層状の造形材である単位層が前記作業面上に積層されることで造形されており、
   硬化前の前記単位層の余剰部分を除去して、硬化後の前記単位層を平坦化させる平坦化ローラと、
   前記液滴吐出ヘッド、前記ヘッド駆動部、前記Ｂ軸傾斜駆動部及び前記平坦化ローラを制御する制御部を、さらに備え、
   前記制御部は、前記Ｂ軸傾斜駆動部により前記載置台を傾斜させながら、前記液滴吐出ヘッドから前記機能性インクを吐出する場合、前記単位層ごとに前記平坦化ローラにより硬化前の前記単位層の余剰部分を除去することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の三次元造形装置。

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