JP6296901B2 - Method for manufacturing three-dimensional object and apparatus for manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、立体物の製造方法およびその製造装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional object and an apparatus for manufacturing the same.
従来、インクジェットヘッドから吐出されたインク滴で中間転写体上に画像を形成し、記録媒体に転写させるインクジェット転写記録方法が提案されている。通常、インクジェットで用いるインクは溶媒比率が多く、記録媒体のインク吸収率によって画像品位が大きく影響を受けるという問題があった。上述した方法は、中間転写体上で非インク吸収性を形成し、非インク吸収性中の溶媒成分を低下させた状態で記録媒体に転写することで、記録媒体のインク吸収率に関わらず、高品位の画像記録をなしうる技術として注目されている。 Conventionally, an inkjet transfer recording method has been proposed in which an image is formed on an intermediate transfer member with ink droplets ejected from an inkjet head and transferred to a recording medium. Usually, ink used in inkjet has a large solvent ratio, and there is a problem that the image quality is greatly influenced by the ink absorption rate of the recording medium. The above-described method forms non-ink absorbability on the intermediate transfer member, and transfers it to the recording medium in a state where the solvent component in the non-ink absorbant is reduced, regardless of the ink absorption rate of the recording medium. It is attracting attention as a technology that enables high-quality image recording.
上述したインクジェット転写記録法で用いられる中間転写体には、インク非吸収表面を持つものが知られている。表面がインク吸収性であると、インク成分が中間転写体に残ってしまい、転写安定性に影響を及ぼしたり、残留物が次に転写するための画像を乱したりすることが懸念されるからである。 As the intermediate transfer member used in the above-described ink jet transfer recording method, one having an ink non-absorbing surface is known. If the surface is ink-absorbing, the ink component remains on the intermediate transfer member, which may affect transfer stability or disturb the image for subsequent transfer. It is.
しかし、中間転写体の画像形成面がインク非吸収面である場合、中間転写体上に形成したインク画像が乱れやすいと言う課題がある。インクジェット用インクは通常、画像を形成する色材と、色材のキャリアとして働く溶剤で形成されている。一般的なインクジェットプリンターの場合、ヘッドから吐出されたインクが滴となり、画像形成面に着弾した後、インク中の溶剤が画像形成面に吸収されることで色材が設計位置に固定されて画像が形成される。ここで、画像形成面が非インク吸収性である場合、色材からキャリアが分離されないために画像形成面に色材が固定されにくく、乱れた画像が形成されてしまうことが危惧され。特に、カラー画像を形成する場合に、異色のインク同士が混ざってしまうと画像の乱れ感が大きくなる傾向にある。 However, when the image forming surface of the intermediate transfer member is an ink non-absorbing surface, there is a problem that the ink image formed on the intermediate transfer member is easily disturbed. Ink-jet ink is usually formed of a color material that forms an image and a solvent that serves as a carrier for the color material. In the case of a general ink jet printer, ink ejected from the head becomes droplets, and after landing on the image forming surface, the color material is fixed at the design position by absorbing the solvent in the ink on the image forming surface, and the image Is formed. Here, when the image forming surface is non-ink-absorbing, since the carrier is not separated from the color material, it is difficult to fix the color material to the image forming surface, and there is a concern that a disordered image may be formed. In particular, when forming a color image, if inks of different colors are mixed, there is a tendency for the image to be disturbed.
これに対し、特許文献１には、着色インクを付与する前に、中間転写体上に反応液を付与しておく方法が提案されている。反応液の成分に、インク中の色材の流動性を止める材料を含ませて、キャリアが分離されなくても色材を固定しようとしたものである。この方法を用いると、インク中の色材を固定することで異なる色同士の混じりが抑制されて、良好な画像を得られるという効果が期待される。 On the other hand, Patent Document 1 proposes a method of applying a reaction liquid onto an intermediate transfer body before applying colored ink. The reaction liquid component contains a material that stops the fluidity of the coloring material in the ink, and attempts to fix the coloring material even if the carrier is not separated. When this method is used, it is expected that the mixture of different colors is suppressed by fixing the color material in the ink and a good image can be obtained.
しかしながら、以下のような理由により、特許文献１の方法においては得られる効果が制約される可能性がある。この制約は、反応液の付与量に関わるものである。反応液量が多い場合、インク滴は中間転写体の表面に到達する前にインク中の色材が膜化してしまう。この状態ではインク膜と画像形成面との間に反応液が存在するのでインク膜自体が動くことが可能であり、不安定な状態である。さらに、複数のインク滴は、時間差を持って順次着弾するため、インク滴の着弾衝撃が反応液中を伝わり、膜化して得られたインク膜を移動させる力として働いてしまう恐れがある。ちょうど、水溜りに浮かんだ木の葉が、水溜りに滴り落ちる雨粒が起こす波のせいで揺れるような現象がミクロ的に起こり、画像を乱してしまうのである。このような現象が生じると、所望の画像が得られない畏れがある。 However, the effect obtained in the method of Patent Document 1 may be limited due to the following reasons. This restriction relates to the amount of reaction solution applied. When the amount of the reaction liquid is large, the color material in the ink forms a film before the ink droplet reaches the surface of the intermediate transfer member. In this state, since the reaction liquid exists between the ink film and the image forming surface, the ink film itself can move and is in an unstable state. Furthermore, since the plurality of ink droplets land sequentially with a time difference, the impact of the ink droplet landing may be transmitted through the reaction liquid and may act as a force for moving the ink film obtained by film formation. Just like a microscopic phenomenon, the leaves of a tree floating in a puddle sway due to the waves caused by raindrops dripping into the puddle, which disrupts the image. When such a phenomenon occurs, a desired image may not be obtained.
ここで、反応液量を少なくして上述の問題を回避しようとして、反応液を高濃度化して薄膜化する方法を取ることにも課題がある。中間転写体は転写率を向上させるためにシリコーンやフッ素化合物などの離型性の良い素材を表面に用いることが多い。このような離型性の高い表面は表面エネルギーが低く、液体を弾きやすいため、離型性の高い中間転写体表面への液体による薄膜形成は、塗布ムラや塗布欠けが生じ易くなるため、非常に困難である。高濃度化した反応液は粘度も高くなりがちであり、コーティングロールやドクターブレード等の塗布手段への付着力が高まるため、塗布による薄膜形成はさらに困難なものとなる。 Here, in order to reduce the amount of the reaction solution to avoid the above-described problem, there is a problem in taking a method of increasing the concentration of the reaction solution to form a thin film. In order to improve the transfer rate, the intermediate transfer member often uses a material having good releasability such as silicone or a fluorine compound on the surface. Since such a surface with high releasability has low surface energy and easily repels liquid, forming a thin film with a liquid on the surface of an intermediate transfer member with high releasability tends to cause uneven coating and lack of coating. It is difficult to. A highly concentrated reaction liquid tends to have a high viscosity, and adhesion to a coating means such as a coating roll or a doctor blade is increased, which makes it difficult to form a thin film by coating.
厚膜で塗布した後に乾燥によって薄膜化する場合でも、塗布ムラや塗布欠けについては同じである。蒸発とともに反応液が不規則に流動し、膜が不均一なものとなってしまうためである。 Even when a thin film is formed by drying after coating with a thick film, the same applies to uneven coating and missing coating. This is because the reaction liquid flows irregularly with evaporation, and the film becomes non-uniform.
また、仮に、反応液によって薄膜状の層を形成できたとしても、着弾したインクを固定化してできるインク膜の高さに周囲の反応液が引き寄せられてしまうため、画像形成が進むにつれ、着弾したインク膜周囲のエリアは反応液不足になる状態が生じてしまう。 Even if a thin film layer can be formed with the reaction liquid, the surrounding reaction liquid is drawn to the height of the ink film formed by fixing the landed ink. In the area around the ink film, the reaction liquid becomes insufficient.
本発明は上記を鑑みなされたものであり、画像形成面への反応液の層形成が難しい制御を要することなく行え、所望の画像を高い精度で形成することが可能な画像形成方法を用いた立体物の製造方法およびその製造装置を提供することが可能となる。 The present invention has been made in view of the above, and uses an image forming method capable of forming a layer of a reaction liquid on an image forming surface without requiring difficult control and capable of forming a desired image with high accuracy . It is possible to provide a method for manufacturing a three-dimensional object and an apparatus for manufacturing the same.
本発明は、複数のレイヤーを積層することにより立体物を製造する立体物の製造方法であって、中間転写体の表面に設けられたインクと反応する泡状の反応液の層にインクを付与し、付与されたインクによる画像を形成する工程と、形成された前記画像に前記レイヤーを形成するための粉末を付与し、前記レイヤーを形成する工程と、前記レイヤーを前記中間転写体から前記立体物となるためのレイヤーの積層物に転写する工程と、を有し、前記レイヤーを形成する工程において、前記粉末を前記反応液の層の領域の前記インクによる画像が形成されていない非画像部にも付与し、前記非画像部の粉末を除去する工程を有することを特徴とする立体物の製造方法である。 The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional object by manufacturing a three-dimensional object by laminating a plurality of layers, and applying ink to a foam-like reaction liquid layer that reacts with ink provided on the surface of an intermediate transfer member Forming an image with the applied ink, applying a powder for forming the layer to the formed image, forming the layer, and removing the layer from the intermediate transfer member to the three-dimensional image. possess and transferring the laminate of the layer for the object, and in the step of forming the layer, the non-image portion which is not image forming the powder according to the ink area of the layer of the reaction solution And a process for removing the powder in the non-image area .
本発明によれば、泡状の反応液を画像形成面へ付与することで、簡単な方法を利用して反応液を付与でき、かつ、画像形成面上で反応液の作用によりインクを効率的に固定することができる。そのため高い精度で画像を形成することが可能な画像形成方法を用いた立体物の製造方法およびその製造装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, the reaction liquid can be applied using a simple method by applying the foam-like reaction liquid to the image forming surface, and the ink can be efficiently used by the action of the reaction liquid on the image forming surface. Can be fixed to. Therefore, it is possible to provide a method for manufacturing a three-dimensional object and an apparatus for manufacturing the same using an image forming method capable of forming an image with high accuracy.
以下、図面を参照し、発明の内容を詳細に説明する。 Hereinafter, the contents of the invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１に本発明の基本構成をとった印刷装置の一例を示す。図示した印刷装置はインクジェット転写記録方法を用いた立体物形成装置１００である。立体物形成装置１００内では、ベルト状の中間転写体１が搬送ローラー２（矢印の方向に回転）により移動する。中間転写体１の表面の画像形成面は、反応液塗布装置３、インクジェット装置４、水分除去装置５、の順にそれぞれの対向位置を通過するように、Ｘ方向に移動する。その過程で、反応液１１、インク、の順にインクに関して非吸収性を示す中間転写体１の画像形成面に付与され、さらに、運ばれてきた記録後のインク画像１２から、水分除去装置によってインクと反応液の混合物から水分が除去され、画像が形成される。
FIG. 1 shows an example of a printing apparatus having the basic configuration of the present invention. The illustrated printing apparatus is a three-dimensional
ここで、記録媒体の非インク吸収性の面に直接画像記録して記録物を得る用途に用いる場合は、この状態から、必要に応じて記録画像に加熱、光照射によりキュアをして完成となる。例えばステンドグラス、カラーフィルター等を製造する場合は、上述のような中間転写体１ではなく、ガラス等の非インク吸収性面を持つ記録媒体を使用し、その面に記録画像を形成することにより製造する。 Here, when used for the purpose of directly recording an image on the non-ink-absorbing surface of the recording medium to obtain a recorded matter, from this state, the recorded image is heated and cured by light irradiation as necessary. Become. For example, when producing a stained glass, a color filter or the like, a recording medium having a non-ink-absorbing surface such as glass is used instead of the intermediate transfer body 1 as described above, and a recorded image is formed on the surface. To manufacture.
転写記録の場合は記録媒体と中間転写体を接触させることで画像転写を行う構成をとることが出来る。例示する装置では、この後さらに、モデル材付与装置６、加熱装置７を通過させ、形成したインク画像が各装置と対向する位置で、造形材料としてのモデル材の付与、加熱を行う。そして、所定厚みをもたせたインク画像に対応するレイヤーを形成し、このレイヤーを積層装置８で積層して積層物１４を増設してゆき、立体物を形成する。
In the case of transfer recording, an image transfer can be performed by bringing a recording medium into contact with an intermediate transfer member. In the illustrated apparatus, after that, the model
なお、図１において、反応液１１、記録直後のインク画像１２及び水分除去後のインク画像１３、積層物１４は、模式的にＹ方向の高さを強調して記載している。
In FIG. 1, the
ここで、インクジェット方式により吐出されたインクにより画像を形成するための中間転写体１であるが、画像形成の精度上、平面であることが望ましい。平面であれば、シート状、ロール状、ベルト状など、様々な形状に対応することが出来る。また、非平面形状、たとえばパッド印刷のパッド面などでも要求される画像形成の精度に応じて用いることが出来る。 Here, the intermediate transfer body 1 for forming an image with ink ejected by the ink jet method is preferably a flat surface for the accuracy of image formation. If it is a plane, it can respond to various shapes such as a sheet shape, a roll shape, and a belt shape. A non-planar shape such as a pad surface for pad printing can be used according to the required image forming accuracy.
中間転写体１の表面特性は、転写性能の面で離型性を有していることが望ましい。転写率の向上は、形成する画像の安定化のみならず、転写後の中間転写体表面のクリーニング負荷を軽減することが出来る。さらに、被転写体である記録媒体への表面追従性を高める必要がある場合は、表面に弾性を有することが望ましい。中間転写体１の材料としては、例えば、フッ素やシリコーンコーティング等で離型処理を施した金属及びプラスチックフィルム、シリコーンゴムやフッ素ゴム等で表面が作られたローラーやベルト等が挙げられる。また、これらの材料の表面に、プラズマやＵＶ光などのエネルギーを照射したり、界面活性剤の付与を行ったりして反応液等の表面に付与する材料に対する濡れ性を調整した画像形成面を提供することも可能である。また、中間転写体１の素材自体に離型性が無くとも、インク画像形成前に離型剤を付与することでも離型性を向上させる事が出来る。 It is desirable that the surface characteristics of the intermediate transfer body 1 have releasability in terms of transfer performance. The improvement in the transfer rate can not only stabilize the image to be formed but also reduce the cleaning load on the surface of the intermediate transfer member after transfer. Furthermore, when it is necessary to improve surface followability to a recording medium that is a transfer target, it is desirable that the surface has elasticity. Examples of the material of the intermediate transfer body 1 include a metal and plastic film that has been subjected to a release treatment with fluorine or silicone coating, a roller or a belt whose surface is made of silicone rubber, fluorine rubber, or the like. In addition, the surface of these materials is irradiated with energy such as plasma or UV light, or a surfactant is applied to adjust the wettability with respect to the material applied to the surface of the reaction solution, etc. It is also possible to provide. Further, even if the material of the intermediate transfer member 1 does not have releasability, the releasability can be improved by applying a release agent before forming an ink image.
以下に本実施形態に係る画像形成の方法の手順について説明する。 The procedure of the image forming method according to this embodiment will be described below.
まず、反応液付与装置３によって中間転写体１の表面に反応液を付与する。詳しくは後述するが、泡状の状態の反応液を中間転写体１の表面に提供する。反応液はインクと反応し、少なくともインク中の色材の流動性を抑制しうるものが対象となるが、用いるインクの特性、求める画像品質や生産性を考慮して選択されることが望ましい。 First, the reaction liquid is applied to the surface of the intermediate transfer member 1 by the reaction liquid applying device 3. As will be described in detail later, a foamed reaction solution is provided on the surface of the intermediate transfer member 1. The reaction liquid is intended to react with the ink and at least suppress the fluidity of the coloring material in the ink, but it is desirable to select the reaction liquid in consideration of the characteristics of the ink used, the required image quality and productivity.
インクジェットインクとして好適に用いられる水系インクを例にとると、凝集反応、ゲル化反応、塩析出反応、酸塩基反応などが単独、もしくは複合的に利用可能な反応であるが、中でも凝集反応は好適である。特に、顔料インクに対して金属塩を反応液とする組み合わせはバインダーの総量を低く設計出来、画像膜が薄くなることで画像品質が良く、反応速度も速いので生産性の面でも好適である。 Taking water-based inks suitably used as inkjet inks as examples, aggregation reactions, gelation reactions, salt precipitation reactions, acid-base reactions, etc. are reactions that can be used alone or in combination. It is. In particular, a combination using a metal salt as a reaction liquid with respect to the pigment ink can be designed with a low total amount of the binder, and since the image film becomes thin, the image quality is good and the reaction speed is fast.
反応液の材料の例としては、インクと逆極性を有するイオン性物質が挙げられる。インクジェットインクがアニオン性で設計される場合には、金属塩水溶液、とりわけ２価以上の多価金属塩水溶液が好ましい。多価金属塩とは、二価以上の多価金属イオンと、これら多価金属イオンに結合する陰イオンとから構成される。多価金属イオンの具体例としては、Ｃａ２＋、Ｃｕ２＋、Ｎｉ２＋、Ｍｇ２＋、Ｚｎ２＋等の二価金属イオン、そしてＦｅ３＋、Ａｌ３＋等の三価金属イオンが挙げられる。又、これらと結合する陰イオンとしては、Ｃｌ−、ＮＯ３−、ＳＯ４２−、Ｉ−、Ｂｒ−、ＣｌＯ３−、ＲＣＯＯ−（Ｒは、アルキル基）等が挙げられる。
Examples of the material for the reaction liquid include ionic substances having a polarity opposite to that of ink. When the inkjet ink is designed to be anionic, a metal salt aqueous solution, particularly a divalent or higher polyvalent metal salt aqueous solution is preferred. The polyvalent metal salt is composed of a divalent or higher polyvalent metal ion and an anion that binds to the polyvalent metal ion. Specific examples of the polyvalent metal ions include divalent metal ions such as
これらの金属塩と酸を併用するとさらに反応性を高めることが出来る。酸は、インクに添加する塩基成分により容易に反応させることが出来るので、単独で用いる事もできる。 When these metal salts and acids are used in combination, the reactivity can be further increased. Since the acid can be easily reacted with the base component added to the ink, it can also be used alone.
酸としては、特に有機酸が好ましく、具体例としては、シュウ酸、ポリアクリル酸、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、マロン酸、リンゴ酸、マレイン酸、アスコルビン酸、コハク酸、グルタル酸、グルタミン酸が挙げられる。また、フマル酸、クエン酸、酒石酸、乳酸、ピロリドンカルボン酸、ピロンカルボン酸、ピロールカルボン酸、フランカルボン酸、ビリジンカルボン酸、クマリン酸、チオフェンカルボン酸、ニコチン酸、オキシコハク酸、ジオキシコハク酸等も挙げられる。 The acid is particularly preferably an organic acid, and specific examples include oxalic acid, polyacrylic acid, formic acid, acetic acid, propionic acid, malonic acid, malic acid, maleic acid, ascorbic acid, succinic acid, glutaric acid, and glutamic acid. It is done. Also included are fumaric acid, citric acid, tartaric acid, lactic acid, pyrrolidone carboxylic acid, pyrone carboxylic acid, pyrrole carboxylic acid, furan carboxylic acid, pyridine carboxylic acid, coumaric acid, thiophene carboxylic acid, nicotinic acid, oxysuccinic acid, dioxysuccinic acid, etc. It is done.
後述するように反応液を泡状としたことにより、ある種同士の組合せでは反応性が向上する事もあるので、使用するインク、反応液によって反応液の成分をよく調整することが好ましい。 Since the reaction liquid is foamed as will be described later, the reactivity may be improved in a combination of certain species. Therefore, it is preferable to well adjust the components of the reaction liquid depending on the ink and reaction liquid used.
本実施形態にいては、反応液を泡状にする必要があり、そのためには界面活性剤の添加は非常に効果的である。求める塗布膜厚や安定性、泡サイズや密度（気泡混入率）等により適選選択し用いることが好ましい。インクとの反応性が必要な程度に得られるように考慮しながら界面活性剤を使用することが望ましい。界面活性剤の例としては、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、水溶性のアニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、両性界面活性剤等が挙げられる。 In the present embodiment, it is necessary to make the reaction liquid foam, and for this purpose, the addition of a surfactant is very effective. It is preferable to select and use appropriately depending on the desired coating film thickness and stability, bubble size and density (bubble mixing rate), and the like. It is desirable to use a surfactant while taking into consideration that the reactivity with the ink is obtained to a necessary level. Examples of the surfactant include a fluorine-based surfactant, a silicone-based surfactant, a water-soluble anionic surfactant, a cationic surfactant, a nonionic surfactant, and an amphoteric surfactant.
反応液は、上記したようなイオン性物質に加え、水溶性有機溶剤、ｐＨ調整剤、水等を含有させ、粘度や表面張力等の物性の調整に利用することが出来る。各材料の配合比は用いるインクとの反応性に合わせて配合することが望ましいが、目安として、イオン性物質５〜２０％、水溶性有機溶剤５〜３０％、水７０〜９０％、その他材料は数％以下程度の重量パーセンテージである。
The reaction liquid contains a water-soluble organic solvent, a pH adjuster, water and the like in addition to the ionic substance as described above, and can be used for adjusting physical properties such as viscosity and surface tension. The blending ratio of each material is desirably blended in accordance with the reactivity with the ink to be used, but as a guide,
さらに、粘度等調整用にポリビニルアルコールやポリビニルピロリドンなどのノニオン性水溶性樹脂を反応液に含有させる事もできる。 Furthermore, nonionic water-soluble resins such as polyvinyl alcohol and polyvinyl pyrrolidone can be included in the reaction solution for adjusting the viscosity and the like.
反応液付与装置における反応液の付与手段には特段の限定はないが、インクジェット装置４から吐出されるインク滴と接触させる際には反応液を泡状としておく必要がある。非発泡の液体の状態で中間転写体１上に供給し、光反応や熱反応で反応液を発泡させる事も可能であるが、あらかじめ泡状体としてから付与するほうが塗布性や安定性の面で好ましい。
There is no particular limitation on the means for applying the reaction liquid in the reaction liquid applying apparatus, but it is necessary to make the reaction liquid in the form of bubbles when contacting with the ink droplets ejected from the
反応液の泡化には、高圧下で気体を十分溶解させたあと減圧により気泡化させることによって泡立てる方法や、ホモジナイザーのように反応液と気体を高速攪拌する方法を取ることができる。また、多孔質体を介して反応液中に気体を混入させる方法、超音波振動などを与えて泡化するなどの方法を取る事が出来る。本発明における泡の指標とは、たとえば気体比率がある。これは泡の体積中に占める気体の体積であるが、たとえば泡中の半分が気体、半分が反応液成分とすると、気体比率は５０％と示され、気体分が増えるほど数値は大きくなる指標である。気体比率は反応液の強さ、泡のサイズ、塗布膜厚、単位面積あたりのインク付与量、塗布から画像形成に至るまでの所要時間等で最適化されるべき値である。本実施形態においては、気体比率が１０％以上となると後述するインクの固定の効果がより向上し、この効果をさらに向上させるためには３０％以上がより望ましく、さらに好ましいのは５０％以上である。上限はインクとの反応性が保たれる範囲であれば特段の制限は無いが、泡の安定性などを考慮すると、７５％以上から９０％が目安となると思われる。泡のサイズも指標となりうる値であるが、これも、求める画像品位や泡の安定性などを考慮して調整されるべき値である。泡のサイズが微細であるほど画像品位は向上する傾向が見られ、泡の安定性も高くなる。目安としては、形成されるインクドットの直径の２倍以下の泡が個数比で５０％程度含まれていればインクの固定の効果がより向上する。そして、より好ましくはインクドット直径以下の泡が５０％以上、さらに好ましくはインクドット直径の半分以下の泡が５０％以下であることが好ましい。 For bubbling the reaction solution, a method of foaming by sufficiently dissolving the gas under high pressure and then bubbling it under reduced pressure, or a method of stirring the reaction solution and gas at high speed like a homogenizer can be used. In addition, a method of mixing a gas into the reaction solution through a porous body, a method of foaming by applying ultrasonic vibration or the like can be employed. Examples of the bubble index in the present invention include a gas ratio. This is the volume of gas in the volume of bubbles. For example, if half of the bubbles are gas and half is the reaction liquid component, the gas ratio is indicated as 50%, and the numerical value increases as the gas content increases. It is. The gas ratio is a value that should be optimized based on the strength of the reaction solution, bubble size, coating film thickness, ink application amount per unit area, time required from coating to image formation, and the like. In the present embodiment, when the gas ratio is 10% or more, the effect of fixing the ink described later is further improved. In order to further improve this effect, 30% or more is more preferable, and more preferably 50% or more. is there. The upper limit is not particularly limited as long as the reactivity with the ink can be maintained, but it is considered that 75% to 90% is a standard in consideration of the stability of the foam. The bubble size is also a value that can be used as an index, but this is also a value that should be adjusted in consideration of the required image quality, bubble stability, and the like. The finer the bubble size, the better the image quality and the higher the bubble stability. As a rule of thumb, if the number of bubbles that are twice or less the diameter of the ink dots to be formed is about 50%, the ink fixing effect is further improved. More preferably, the bubbles having a diameter equal to or less than the ink dot diameter are 50% or more, and further preferably, the bubbles having a diameter equal to or less than half of the ink dot diameter are 50% or less.
また、泡状反応液に含まれる気体は、空気でなくとも良く、たとえば窒素ガスなどを用いると反応液の酸化が抑制されるなどの効果を得る事もできる。 Further, the gas contained in the bubble-like reaction liquid may not be air. For example, when nitrogen gas or the like is used, an effect of suppressing oxidation of the reaction liquid can be obtained.
予め泡状にした反応液の付与手段としては、一般的なスプレーコートやブレードコート等の手段を用いることができ、付与範囲を画像形成部分を含んだ領域全体としても画像形成部分だけとしても良い。ロールコートを用いてもかまわない。反応液は透明であることが好ましいが、多少不透明な反応液であってもインクに比べ付与量が少なくて済む分、印刷画像の発色に対する影響は少ないため、用いることが可能である。 As the means for applying the reaction liquid in the form of foam in advance, general means such as spray coating and blade coating can be used, and the application range may be the entire region including the image forming portion or only the image forming portion. . A roll coat may be used. The reaction solution is preferably transparent, but even a slightly opaque reaction solution can be used because it has a smaller influence on the color of the printed image because the applied amount is smaller than that of the ink.
次いで、インクジェット装置４によってインクを吐出することによって、泡状の反応液１１が付与された中間転写体１の画像形成面にインクを付与する。
Next, the ink is applied to the image forming surface of the intermediate transfer body 1 to which the bubble-
画像形成に用いるインクは、用いる反応液との反応特性等を考慮して選ぶことができる。中でも、反応が俊敏なイオン反応を用いることが出来る水系インクが好適である。水系インクの中でも、色材がイオン化しない顔料インクは、先に挙げた金属塩反応液との相性が良く、非常に好ましい。顔料インクの場合、色材としての顔料の他に、分散樹脂、分散助剤、水溶性有機溶剤、ｐＨ調整剤、界面活性剤、水などを添加して物性を整えることが出来る。各材料の配合比は印刷する画像や、用いる反応液に合わせて配合することが望ましいが、目安として、顔料１〜１０％、水溶性有機溶剤５〜３０％、水７０〜９０％、その他材料は数％以下程度の重量パーセンテージである。 The ink used for image formation can be selected in consideration of the reaction characteristics with the reaction liquid used. Among these, water-based inks that can use an ion reaction that is agile are suitable. Among water-based inks, pigment inks in which the coloring material is not ionized are highly preferable because they have good compatibility with the metal salt reaction liquids mentioned above. In the case of a pigment ink, in addition to a pigment as a color material, the properties can be adjusted by adding a dispersion resin, a dispersion aid, a water-soluble organic solvent, a pH adjuster, a surfactant, water, or the like. The blending ratio of each material is preferably blended according to the image to be printed and the reaction solution to be used. As a guide, 1 to 10% pigment, 5 to 30% water-soluble organic solvent, 70 to 90% water, other materials Is a weight percentage on the order of several percent or less.
インクを付与するインクジェット装置に特段の限定は無く、サーマル方式であるかピエゾ方式であるかといった吐出原理に依存する事無く使用することができ、形態としてもシリアルスキャン式でもライン式でも限定なく使用することが出来る。 There is no particular limitation on the ink jet device that applies ink, and it can be used without depending on the ejection principle whether it is a thermal method or a piezo method, and it can be used without limitation in form, serial scan type or line type I can do it.
次いで、インクを付与することで中間転写体上に形成されたインク画像１２から、水分除去装置５によって溶媒を除去する。例えば、この装置から温風を吹き出してインク画像の乾燥を促進させる。
Next, the solvent is removed by the
次いで、水分除去装置５による水分の除去を経て適切な水分量となったインク画像１３にモデル材を付与する。粉末状態で付与されたモデル材はインク画像に付着する、次いで振動やエアブローを与えることにより非画像部のモデル材が除去されてパターニングがなされる。
Next, a model material is applied to the
モデル材のパターニングは、インク画像中のインクが粘着材となり、インクパターンを介して中間転写体上にモデル材粉末を保持することで達成される。よって、モデル材を確実にパターニングするためには、インクパターン上とインクパターン外で粘着力差を大きくすることが重要となる。ここで、従来のように反応液を泡状でない液体のまま使用すると、インクと反応液はほぼ均一に乾燥してしまうので反応液＋インクの部分と反応液のみの部分との粘着力差を大きくすることが困難である。しかし、反応液を泡状にして用いれば、インクの水分量に対して反応液の水分量は非常に少ないものとなり、反応液のみの部分の水分量を、反応液＋インクの部分の水分量に比べて非常に少なく抑えることが可能となる。そのため、インクパターンとインクパターン外との粘着力差を大きくすることが出来る。 The patterning of the model material is achieved by holding the model material powder on the intermediate transfer member via the ink pattern, with the ink in the ink image becoming an adhesive material. Therefore, in order to pattern the model material reliably, it is important to increase the difference in adhesive force on the ink pattern and outside the ink pattern. Here, if the reaction liquid is used in a non-foamed liquid as in the prior art, the ink and the reaction liquid dries almost uniformly, so the difference in adhesion between the reaction liquid + ink part and the reaction liquid only part is reduced. It is difficult to enlarge. However, if the reaction solution is used in the form of foam, the amount of water in the reaction solution is very small relative to the amount of water in the ink, and the amount of water in the reaction solution alone is the amount of water in the reaction solution + ink portion. It becomes possible to suppress very much compared with. Therefore, the difference in adhesive force between the ink pattern and the outside of the ink pattern can be increased.
次に、インクパターン状に保持されたモデル材粒子を加熱装置７により溶融、膜化させ事で、立体物を形成する樹脂層であるレイヤー１５を形成する。このレイヤー１５を溶融状態のまま、積層位置まで移動させ、積層装置８にて積層済みの複数の前レイヤーの積層物と圧接し、積層物の一部とする。この工程を所定回繰返すことで設計された立体が完成する。
Next, the model material particles held in the ink pattern are melted and formed into a film by the
図３は図１の印刷装置の制御系を示すブロック図である。装置全体を符号１００で示す印刷装置において、１０１は系全体の主制御を成すＣＰＵであり、各部を制御する。１０２はメモリであり、ＣＰＵが実行する基本プログラムを格納したＲＯＭや、１０３インターフェイスから取り込まれる１０４印刷物データの保存や、データ処理を行うためのワークに使用されるＲＡＭ等により構成される。
FIG. 3 is a block diagram showing a control system of the printing apparatus of FIG. In a printing apparatus denoted by
ＣＰＵ１０１が印刷開始の信号を受取ると、印刷装置および印刷物データに設定された条件に従い搬送ローラー２、反応液付与装置３、インクジェット装置４、水分除去装置５、モデル材粉末付与装置６、加熱装置７、積層装置８の状態確認のための通信を行う。印刷可能であることが確認できれば、搬送ローラー２により中間転写体１が搬送される。中間転写体１の位置の各装置についての設定位置になると、反応液塗布装置３、インクジェット装置４、水分除去装置５、モデル材粉末付与装置６、加熱装置７、積層装置８が所定動作を行う。レイヤーの作成→積層というプロセスを設定された回数繰返すと立体物が完成する。
When the
以下に、図２を参照し、本実施形態の反応液の付与から水分の除去までの工程と、比較の形態の工程とを対比して、本実施形態の効果について詳述する。 Hereinafter, the effects of the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. 2, comparing the steps from the application of the reaction solution to the removal of moisture according to the present embodiment with the steps of the comparative embodiment.
図２は本実施形態に係る画像形成方法の工程と比較形態の画像形成方法の工程とのそれぞれの一部を模式的に示す断面図である。図２における（ａ１）〜（ｅ１）は反応液を泡状で使用しない、すなわち従来の工程を示し、（ａ２）〜（ｅ２）は反応液を泡状にして用いる本実施形態の工程を示している。 FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a part of each of the steps of the image forming method according to the present embodiment and the steps of the comparative image forming method. In FIG. 2, (a1) to (e1) indicate that the reaction solution is not used in the form of foam, that is, a conventional process, and (a2) to (e2) indicate steps of the present embodiment in which the reaction solution is used in the form of foam. ing.
まず、（ａ１）、（ａ２）は、それぞれの形態において、中間転写体１の非吸収性の画像形成面に反応液が付与され、インクジェットヘッドから吐出されたインク滴Ａ２１が着弾する直前の状態を示している。（ａ１）では、泡状ではない反応液２２が、（ａ２）では、泡状の反応液１１がそれぞれ中間転写体１の表面に設けられている。
First, (a1) and (a2) are states immediately before the ink droplet A21 ejected from the ink jet head is landed with the reaction liquid applied to the non-absorbable image forming surface of the intermediate transfer body 1 in each embodiment. Is shown. In (a1), the
次いで（ｂ１）、（ｂ２）は、それぞれの形態にてインク滴が反応液と接触し、インク膜となった状態を示している。（ｂ１）では、インクと反応液の物性（主に密度）がほぼ同じなのでインク滴の滴下方向への移動が反応液２２に阻まれながら、インクが膜化する。よって、中間転写体１とインク膜２３との間には反応液が存在する。これに対して実施形態では、（ｂ２）に示すようにインク滴Ａ２１の着弾とともに泡状反応液の気泡が破壊され、反応液によるインク滴Ａ２１への抵抗は少なく、インク滴２１Ａは中間転写体１の表面に到達してインク膜２３を形成する。
Next, (b1) and (b2) show the state in which the ink droplets contact the reaction liquid in each form to form an ink film. In (b1), since the physical properties (mainly density) of the ink and the reaction liquid are almost the same, the ink is formed into a film while the movement of the ink droplet in the dropping direction is blocked by the
（ｃ１）、（ｃ２）では、それぞれすでに形成されたインク膜２３の近傍にインク滴Ｂ２４が着弾していく時の状態を示す。（ｃ１）に示される比較形態では、インク滴の着弾の衝撃が吸収されずに反応液の膜中に伝わり、反応液の膜にひずみが現れる。これに対して実施形態では、（ｃ２）に示すように泡中で消泡、もしくは気泡の収縮が起こることでインクの着弾衝撃を吸収することが出来る。
(C1) and (c2) show states when the ink droplet B24 is landed in the vicinity of the already formed
（ｄ１）、（ｄ２）は、上述した（ｃ１）、（ｃ２）で示した状態から一定時間経過した後の状態を示している。比較形態に関しては、インク滴Ｂの着弾時に生じた衝撃が反応液を介して先に形成されていたインク膜２３に伝わり、インク膜２３の位置が設計位置（図中の１点鎖線）からずれてしまっている様子が（ｄ１）に記載されている。これに対して、実施形態では泡状の反応液中の気泡が消滅、もしくは収縮することでインク滴Ｂ２４の着弾衝撃を吸収しているので、先に形成されたインク膜２３は移動する事無く設計位置（図中の１点鎖線）に留まることが出来る（ｄ４）。
(D1) and (d2) show a state after a predetermined time has elapsed from the state shown in (c1) and (c2) described above. As for the comparative form, the impact generated when the ink droplet B lands is transmitted to the previously formed
（ｅ１）、（ｅ２）は、それぞれの形態において形成されたインク画像に温風を当て水分除去を行っている様子を示している。比較形態に関して、（ｅ１）は、反応液の蒸発とともに反応液が流動し、反応液に浮いている状態のインク膜２３は不規則に移動し、結果として画像が歪んでしまう様子を示している。これに対して実施形態では、（ｅ２）に示すように、反応液の蒸発による対流に先立ち気泡の消滅が起こるので蒸発に伴う反応液の対流が起こりにくい。また、インク膜２３は中間転写体１の表面に接しているため多少の応力を受けても移動しにくい。よって、本実施形態では、画像形成面が非インク吸収性であっても非常に高品位な画像形成が行えるのである。
(E1) and (e2) show how water is removed by applying hot air to the ink image formed in each form. Regarding the comparative form, (e1) shows a state in which the reaction liquid flows as the reaction liquid evaporates, and the
（実施例１）
本発明の実施例として、図１を用いて説明した印刷装置を利用して立体物を製造する例を説明する。
Example 1
As an embodiment of the present invention, an example of manufacturing a three-dimensional object using the printing apparatus described with reference to FIG. 1 will be described.
まず、０．３ｍｍステンレスベルトの上にゴム硬度４０°のシリコーンゴム（信越化学製 ＫＥ４２（商品名））を０．２ｍｍの厚さでコーティングした。そしてシリコーンゴムを硬化させた後に表面を平行平板式大気圧プラズマ装置（積水化学製 ＡＴＰ２０３（商品名））にて表面親水化した物を中間転写体１として使用した。 First, a silicone rubber (KE42 (trade name) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) having a rubber hardness of 40 ° was coated on a 0.3 mm stainless belt with a thickness of 0.2 mm. Then, after the silicone rubber was cured, a material whose surface was hydrophilized with a parallel plate atmospheric pressure plasma apparatus (ATP203 (trade name) manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) was used as the intermediate transfer body 1.
この中間転写体１上にドクターブレード方式の塗布装置を用いて泡状反応液１１を全面に５μｍ厚さで塗布した。使用した反応液を下記に示す。
A
＜反応液処方＞
ＣａＣｌ２／２Ｈ２Ｏ：１０重量部
ＡＥＳ系市販界面活性剤：１重量部
ジエチレングリコ−ル：２０部
純水：６９部
＜反応液の泡化＞
反応液中に口径０．０１μｍの多孔質体を介してバブリングし、気体比率が約７０％とした。この時点での泡の平均径は１０〜２０μｍであった。
<Reaction liquid formulation>
CaCl2 / 2H2O: 10 parts by weight AES-based commercially available surfactant: 1 part by weight Diethylene glycol: 20 parts Pure water: 69 parts <Bubbling of reaction liquid>
The reaction solution was bubbled through a porous body having a pore size of 0.01 μm, so that the gas ratio was about 70%. At this time, the average diameter of the bubbles was 10 to 20 μm.
次いで、インクジェット装置（ノズル密度１２００ｄｐｉ 吐出液滴量４ｐｌ １ノズル当たりの最大駆動周波数１０ｋｈｚ）にて上述の泡状反応液が塗布された中間転写体１上にインク画像１２を形成した。インクジェットによる吐出は、作成する立体物のスライスデータに相当する設計画像（最大インク付与量：４００％＝画像データの１画素当りに４ドット）に従いインク画像を形成した。使用したインク（４色）を下記に示す。
Next, an
＜インク処方＞
顔料：４重量部
ブラック：カーボンブラック
シアン：ピグメントブルー１５
マゼンタ：ピグメントレッド７
イエロー：ピグメントイエロー７４
樹脂 スチレン−アクリル酸エチル共重合体：２重量部
（酸化２２０ 平均分子量５０００）
エチレングリコール：４重量部
エチルアルコール：４重量部
界面活性剤：界面活性剤（川研ファインケミカル製 アセチレノールＥＨ）：１重量部
純水：８５部
次いで、搬送により運ばれてきた中間転写体１上のインク画像１２に対し、水分除去装置５を利用して５０℃の温風を１０秒間放射した。放射後の時点でインクが付与されなかった非画像部の泡状反応液は消滅したことが、目視で確認できた。
<Ink prescription>
Pigment: 4 parts by weight Black: Carbon black Cyan: Pigment blue 15
Magenta:
Yellow: Pigment Yellow 74
Resin Styrene-ethyl acrylate copolymer: 2 parts by weight
(Oxidation 220 average molecular weight 5000)
Ethylene glycol: 4 parts by weight Ethyl alcohol: 4 parts by weight Surfactant: Surfactant (Acetylenol EH manufactured by Kawaken Fine Chemicals): 1 part by weight Pure water: 85 parts The
次いで、モデル材粉末付与装置６にてポリプロピレン樹脂粉末（平均粒径７０ミクロン）を温風照射後のインク画像の全面に付与した。そしてインクが付与されなかった非画像部付着の樹脂粉末を徐電エアブローにて除去した（インクが接着剤として作用するのでインク残存部のみ樹脂粉末が残った。）。
Next, a polypropylene resin powder (average particle size of 70 microns) was applied to the entire surface of the ink image after irradiation with hot air by the model material
次いで、加熱装置７にて転写体温度を約１８０℃に加熱し、このインク画像に付着した樹脂粉末を溶解させてレイヤーを形成した。
Next, the temperature of the transfer member was heated to about 180 ° C. by the
次いで、積層装置８にて溶解したレイヤーを転写し、自然冷却した後に剥離することにより、構造体となる積層物に積層した。
Next, the layer dissolved in the
このような積層を重ねることで立体物が完成した。完成した立体物は形状精度が良好であった。 A three-dimensional object was completed by stacking such layers. The completed solid object had good shape accuracy.
（比較例１）
実施例１において、実施例１に用いた反応液を泡化せず中間転写体上に１．５μｍ厚（実施例１と反応成分量が同等量）に塗布した。塗布は実施例１で使用したブレードコーターでは所望膜厚に塗布できなかったため、ロールコーターを用いて行った。
(Comparative Example 1)
In Example 1, the reaction solution used in Example 1 was applied to the intermediate transfer member in a thickness of 1.5 μm (the amount of reaction components was the same as in Example 1) without foaming. Coating was performed using a roll coater because the blade coater used in Example 1 could not be coated to a desired film thickness.
次いで、実施例１と同様のインクジェット記録装置とインクジェットインクを用いて同様の画像形成を行った。インク画像は隣接にインク滴が着弾する度に初期位置からずれてしまう現象が確認された。 Next, similar image formation was performed using the same inkjet recording apparatus and inkjet ink as in Example 1. It was confirmed that the ink image was displaced from the initial position every time an ink droplet landed on the adjacent side.
次いで、実施例１と同様に温風を当ててインク画像を乾燥させた。乾燥とともにインクパターンが密集するエリアや端部へインクパターンが寄り集まってゆくような現象が確認された。 Subsequently, the ink image was dried by applying warm air in the same manner as in Example 1. It was confirmed that the ink pattern was gathered and gathered in the areas and edges where the ink pattern was dense as it dried.
次いで、実施例１と同様にモデル材粉末供給装置にてモデル材粉末をインク画像に供給し、除電エアブローを行ったが、十分に非画像部のモデル材粉末を除去できなかった。 Subsequently, the model material powder was supplied to the ink image by the model material powder supply apparatus in the same manner as in Example 1 and the charge removal air blow was performed. However, the model material powder in the non-image area could not be sufficiently removed.
ここで、上述したインク画像の温風乾燥に代えて、乾燥時間を３倍の３０秒間として乾燥を行い、その後にモデル材粉末を供給し、除電エアブローを行なった。インクが付与されていない非画像部のモデル材粉末は除去できたが、インクパターン上のモデル材粉末も除去されてしまった。これは温風乾燥の際に反応液とともにかなりのインクが蒸発してしまったためであると考えられる。 Here, instead of the above-described warm air drying of the ink image, the drying time was tripled for 30 seconds, and then the model material powder was supplied and the static elimination air blow was performed. The model material powder in the non-image area to which ink was not applied could be removed, but the model material powder on the ink pattern was also removed. This is considered to be because a considerable amount of ink evaporated together with the reaction liquid during hot air drying.
Claims (6)
中間転写体の表面に設けられたインクと反応する泡状の反応液の層にインクを付与し、付与されたインクによる画像を形成する工程と、
形成された前記画像に前記レイヤーを形成するための粉末を付与し、前記レイヤーを形成する工程と、
前記レイヤーを前記中間転写体から前記立体物となるためのレイヤーの積層物に転写する工程と、
を有し、前記レイヤーを形成する工程において、前記粉末を前記反応液の層の領域の前記インクによる画像が形成されていない非画像部にも付与し、前記非画像部の粉末を除去する工程を有することを特徴とする立体物の製造方法。 A method of manufacturing a three-dimensional object by manufacturing a three-dimensional object by laminating a plurality of layers,
A step of applying ink to a foam-like reaction liquid layer that reacts with the ink provided on the surface of the intermediate transfer member, and forming an image with the applied ink;
Applying powder to form the layer to the formed image, and forming the layer; and
Transferring the layer from the intermediate transfer body to a laminate of layers to become the three-dimensional object;
Have a, in the step of forming the layer, the powder is also applied to the non-image portion which is not the image formation by the ink areas of the layer of the reaction solution to remove the powder of the non-image portion step The manufacturing method of the solid thing characterized by having .
中間転写体の表面に設けられたインクと反応する泡状の反応液の層にインクを付与し、付与されたインクによる画像を形成する手段と、
形成された前記画像に前記レイヤーを形成するための粉末を付与し、前記レイヤーを形成する手段と、
前記レイヤーを前記中間転写体から前記立体物となるためのレイヤーの積層物に転写する手段と、
を有し、前記レイヤーを形成する手段は、前記レイヤーの形成において、前記粉末を前記反応液の層の領域の前記インクによる画像が形成されていない非画像部にも付与し、前記非画像部の粉末を除去することを行うことを特徴とする立体物の製造装置。 A three-dimensional object manufacturing apparatus for manufacturing a three-dimensional object by laminating a plurality of layers,
Means for applying ink to a layer of a foam-like reaction liquid that reacts with ink provided on the surface of the intermediate transfer member, and forming an image with the applied ink;
Means for applying the powder for forming the layer to the formed image, and forming the layer;
Means for transferring the layer from the intermediate transfer body to a laminate of layers to become the three-dimensional object;
Have a means for forming the layer in the formation of the layer, also applying the powder to the non-image portion where no image is formed by the ink in the region of the layer of the reaction solution, the non-image portion A three-dimensional object manufacturing apparatus is characterized in that the powder is removed .
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