JP7472572B2 - Apparatus for manufacturing three-dimensional object, method for manufacturing three-dimensional object, and program for manufacturing three-dimensional object - Google Patents
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Description
本発明は、立体造形物製造装置、立体造形物の製造方法、および立体造形物製造用プログラムに関する。 The present invention relates to a three-dimensional object manufacturing device, a three-dimensional object manufacturing method, and a three-dimensional object manufacturing program.
三次元の立体物を造形する技術としては、付加製造（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ：ＡＭ）と呼ばれる技術が知られている。これらの中でも、インクジェット方式による造形技術として、マテリアルジェッティング（Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｊｅｔｔｉｎｇ：ＭＪ）方式が知られている。このマテリアルジェッティング方式によると、立体造形物の本体であるモデル部を造形する場合に前記モデル部を支持するサポート部を造形することにより、原理的に造形が困難な形状（例えば、オーバーハング部を有する形状等）を造形することができる。 A technology known as additive manufacturing (AM) is known as a technique for forming three-dimensional objects. Among these, the material jetting (MJ) method is known as a modeling technique using an inkjet method. With this material jetting method, when forming a model part, which is the main body of the three-dimensional object, a support part that supports the model part is formed, making it possible to form shapes that are theoretically difficult to form (for example, shapes with overhanging parts, etc.).
このようなマテリアルジェッティング方式において、例えば、スライスの形成において造形材料を吐出しない、または吐出量を減少させた中空部を形成することにより、本来の位置よりも下方に造形されることでローラが造形面に当接するのを防ぐことができる三次元造形装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 In this type of material jetting method, for example, a three-dimensional modeling device has been proposed that forms a hollow portion by not discharging modeling material or by reducing the amount of material discharged when forming a slice, thereby forming the slice lower than its original position and preventing the roller from coming into contact with the modeling surface (see, for example, Patent Document 1).
本発明は、造形材料を層状に付与し、それを積層して立体造形物を造形する方式、好ましくはマテリアルジェッティング方式による造形方法において、凸スジの形成を低減することにより、立体造形物への平坦化手段であるローラの衝突を低減することができる立体造形物製造装置を提供することを目的とする。
ここで、「凸スジ」とは、平坦化手段としての平坦化ローラの長手方向の長さが吐出手段としてのヘッドのノズル列方向の長さよりも短い構成において、平坦化ローラで平坦化されない領域の補修用造形層またはモデル層が、狙いの平坦化高さよりも高くなる部分を意味する。
The present invention aims to provide an apparatus for manufacturing three-dimensional objects, which is capable of reducing the formation of convex streaks in a modeling method in which modeling material is applied in layers and stacked to form a three-dimensional object, preferably a material jetting method, and thereby reducing collision of rollers, which serve as a flattening means, with the three-dimensional object.
Here, "convex streak" means a portion of the repair modeling layer or model layer in an area not flattened by the flattening roller that is higher than the targeted flattening height in a configuration in which the longitudinal length of the flattening roller as flattening means is shorter than the length of the nozzle row direction of the head as ejection means.
前記課題を達成するための手段としての本発明の立体造形物製造装置は、造形材料を吐出する吐出手段と、前記吐出手段により吐出された前記造形材料を硬化させるための硬化手段と、前記吐出手段および前記硬化手段により所定の厚みに造形された造形層に対して、前記吐出手段がさらに補修用造形材料を吐出し、平坦化手段により前記所定の厚みに平坦化する制御を行う制御手段と、を有する立体造形物製造装置であって、少なくとも補修用造形層を形成するための、一部領域の補修用造形材料の吐出量を、その他の領域の補修用造形材料の吐出量未満とする。 The three-dimensional object manufacturing device of the present invention, as a means for achieving the above object, is a three-dimensional object manufacturing device having a discharge means for discharging a modeling material, a hardening means for hardening the modeling material discharged by the discharge means, and a control means for controlling the discharge means to further discharge a repair modeling material onto a modeling layer modeled to a predetermined thickness by the discharge means and the hardening means, and for flattening the layer to the predetermined thickness by a flattening means, and the amount of repair modeling material discharged into at least one region to form a repair modeling layer is less than the amount of repair modeling material discharged into other regions.
本発明によると、造形材料を層状に付与し、それを積層して立体造形物を造形する方式、好ましくはマテリアルジェッティング方式による造形方法において、凸スジの形成を低減することにより、立体造形物への平坦化手段であるローラの衝突を低減することができる立体造形物製造装置を提供することができる。 According to the present invention, in a method of applying modeling material in layers and laminating them to form a three-dimensional object, preferably in a material jetting modeling method, it is possible to provide a three-dimensional object manufacturing device that can reduce the formation of convex streaks and thereby reduce collisions of rollers, which are a means for flattening the three-dimensional object, with the three-dimensional object.
（立体造形物の製造方法および立体造形物製造装置）
本発明の立体造形物製造装置は、造形材料を吐出する吐出手段と、前記吐出手段により吐出された前記造形材料を硬化させるための硬化手段と、前記吐出手段および前記硬化手段により所定の厚みに造形された造形層に対して、前記吐出手段がさらに補修用造形材料を吐出し、平坦化手段により前記所定の厚みに平坦化する制御を行う制御手段と、を有する立体造形物製造装置であって、少なくとも補修用造形層を形成するための、一部領域の補修用造形材料の吐出量を、その他の領域の補修用造形材料の吐出量未満とし、さらに必要に応じてその他の手段を有する。
(Method and device for manufacturing three-dimensional object)
The three-dimensional object manufacturing apparatus of the present invention has a discharge means for discharging a modeling material, a hardening means for hardening the modeling material discharged by the discharge means, and a control means for controlling the discharge means to further discharge a repair modeling material onto a modeling layer modeled to a predetermined thickness by the discharge means and the hardening means, and to flatten the modeling layer to the predetermined thickness by a flattening means, and the amount of repair modeling material discharged in a certain area is less than the amount of repair modeling material discharged in other areas to form at least the repair modeling layer, and further has other means as necessary.
本発明の立体造形物の製造方法は、造形材料を吐出する吐出工程と、前記吐出工程において吐出された前記造形材料を硬化させる硬化工程と、少なくとも１回の前記硬化工程の後、前記吐出工程および前記硬化工程において所定の厚みに造形された造形層に対して、補修用造形材料を吐出し、平坦化手段により前記所定の厚みに平坦化する補修工程と、を含み、少なくとも補修用造形層を形成するための、一部領域の補修用造形材料の吐出量を、その他の領域の補修用造形材料の吐出量未満とし、さらに必要に応じてその他の工程を含む。 The method for manufacturing a three-dimensional object of the present invention includes a discharge step of discharging a modeling material, a hardening step of hardening the modeling material discharged in the discharge step, and a repair step of discharging a repair modeling material onto the modeling layer that has been modeled to a predetermined thickness in the discharge step and hardening step after at least one hardening step, and flattening the layer to the predetermined thickness by a flattening means, in which the amount of repair modeling material discharged in at least a portion of the region to form the repair modeling layer is less than the amount of repair modeling material discharged in the other regions, and further includes other steps as necessary.
本発明の立体造形物の製造方法は、本発明の立体造形物製造装置により好適に実施することができ、吐出工程は吐出手段により行うことができ、硬化工程は硬化手段により行うことができる。補修工程は制御手段により吐出手段および平坦化手段を制御することで行うことができ、その他の工程は、その他の手段によりおよび／または制御手段によって前記吐出手段、前記硬化手段および前記平坦化手段を制御することにより行うことができる。 The method for manufacturing a three-dimensional object of the present invention can be suitably carried out by the three-dimensional object manufacturing apparatus of the present invention, and the discharging step can be carried out by the discharging means, and the hardening step can be carried out by the hardening means. The repair step can be carried out by controlling the discharging means and the flattening means by the control means, and the other steps can be carried out by other means and/or by controlling the discharging means, the hardening means, and the flattening means by the control means.
従来技術では、平坦化手段としてのローラで平坦化される吐出領域か否かに拘らず、補修用造形材料または造形材料の吐出量は、造形材料の吐出領域上で一様である。しかし、ローラの長手方向の長さがノズル列長よりも短い場合には、平坦化されない領域の補修用造形材料または造形材料が、平坦化される領域の補修用造形層または造形層の高さよりも高く形成されるため、後続する造形層の形成において、平坦化手段である平坦化ローラが造形物に衝突してしまうという問題がある。 In the prior art, the amount of repair modeling material or modeling material dispensed is uniform over the area of modeling material dispensed, regardless of whether the area is flattened by the roller as flattening means. However, if the longitudinal length of the roller is shorter than the length of the nozzle row, the repair modeling material or modeling material in the area that is not flattened is formed higher than the height of the repair modeling layer or modeling layer in the area that is flattened, which creates a problem that the flattening roller, which is the flattening means, collides with the modeled object when forming the subsequent modeling layer.
吐出手段としてのヘッドのノズルから吐出された造形材料の平坦化に平坦化手段を用いる場合、通常、平坦化手段としての平坦化ローラの長手方向の長さが吐出手段としてのヘッドのノズル列方向の長さよりも短い平坦化手段を用いることが行われている。
吐出手段（ヘッド）と平坦化手段（ローラ）を丁度同じ長さのものを用いることが理想的であるが、製造誤差によりそうもいかないため、丁度同じ長さで設計すると、長くする場合に生じる問題と、短くする場合に生じる問題との両方に対処する必要がある。
そこで、通常はどちらかに意図的に寄せてしまうことで対処すべき問題を片方に絞り込んでいる。
ローラの長さをヘッドの長さよりも長くする場合は、吐出された造形物をすべて平坦化できるが、「改行」して吐出する場合などにすでに造形された「行」に干渉してしまい、ローラの破損が生じやすくなる。一方、ローラの長さをヘッドの長さより短くする場合は、吐出されたすべての造形材料を平坦化することはできず、平坦化されなかった部分が凸スジとして残ってしまう。この凸スジの高さは、通常次の層の厚み（往路および復路で吐出し、復路で平坦化する場合は往路および復路の両方で形成される厚みの合計）よりも低くなる（造形材料を残す量より削る量の方が多くなることは通常ない）ため、積層を繰り返していく場合には通常問題とならない。
しかしながら、平坦化手段としての平坦化ローラの長手方向の長さが吐出手段としてのヘッドのノズル列方向の長さよりも短い場合において、補修用造形層を形成すると、補修用造形層では、吐出した全ての補修用造形材料をローラで回収するため、補修用造形層を形成後の凸スジは、従来の凸スジより、補修用造形層分高くなり、その結果、造形物の凸スジとローラが衝突してしまうという問題が生じる。
When a flattening means is used to flatten the modeling material ejected from the nozzles of the head as the ejection means, a flattening means is typically used in which the longitudinal length of the flattening roller as the flattening means is shorter than the length of the nozzle row direction of the head as the ejection means.
Ideally, the discharge means (head) and the flattening means (roller) would be exactly the same length, but this is not possible due to manufacturing errors, so if they are designed to be exactly the same length, it is necessary to deal with both the problems that arise when making them longer and the problems that arise when making them shorter.
Therefore, what we usually do is intentionally lean to one side, narrowing down the issues that need to be addressed to one side.
If the length of the roller is made longer than the length of the head, all of the ejected model can be flattened, but when ejecting with a "line break", it interferes with the "line" that has already been modeled, making the roller more likely to be damaged. On the other hand, if the length of the roller is made shorter than the length of the head, it is not possible to flatten all of the ejected modeling material, and the unflattened part remains as a convex streak. The height of this convex streak is usually lower than the thickness of the next layer (the total thickness formed in both the forward and return passes when ejecting on the forward and return passes and flattening on the return pass) (the amount of modeling material removed is usually not greater than the amount remaining), so it does not usually cause a problem when stacking layers repeatedly.
However, when the longitudinal length of the flattening roller as a flattening means is shorter than the length of the nozzle row direction of the head as an ejection means, when a repair modeling layer is formed, the roller recovers all of the ejected repair modeling material in the repair modeling layer, so the convex streaks after the repair modeling layer is formed are higher by the length of the repair modeling layer than conventional convex streaks, resulting in a problem that the convex streaks of the modeled object collide with the roller.
そこで、本発明においては、造形材料を吐出する吐出手段と、前記吐出手段により吐出された前記造形材料を硬化させるための硬化手段と、前記吐出手段および前記硬化手段により所定の厚みに造形された造形層に対して、前記吐出手段がさらに補修用造形材料を吐出し、平坦化手段により前記所定の厚みに平坦化する制御を行う制御手段と、を有する立体造形物製造装置であって、少なくとも補修用造形層を形成するための、一部領域の補修用造形材料の吐出量を、その他の領域の補修用造形材料の吐出量未満とする。具体的には、凸スジ形成箇所の補修用造形材料の吐出量を減らす、またはなくす（補修用造形層もその下の造形層も含む）ことにより、補修用造形層を形成時に許容できない高さの凸スジが形成されないようにでき、平坦化ローラの立体造形物の凸スジへの衝突を回避することができる。 In this invention, a three-dimensional object manufacturing device has a discharge means for discharging a modeling material, a hardening means for hardening the modeling material discharged by the discharge means, and a control means for controlling the discharge means to further discharge a repair modeling material onto a modeling layer formed to a predetermined thickness by the discharge means and the hardening means, and flattening the layer to the predetermined thickness by a flattening means, and the amount of repair modeling material discharged into at least a portion of the region for forming the repair modeling layer is set to be less than the amount of repair modeling material discharged into other regions. Specifically, by reducing or eliminating the amount of repair modeling material discharged into the portion where the convex streak is to be formed (including both the repair modeling layer and the modeling layer below it), it is possible to prevent the formation of convex streaks of an unacceptable height when forming the repair modeling layer, and to avoid the collision of the flattening roller with the convex streak of the three-dimensional object.
本発明において「造形層」とは、造形材料を層状に付与し、それを平坦化および硬化して形成される層を意味する。例えば、吐出手段が往復のスキャン時に造形材料を吐出して層状に付与する態様において、往路で造形材料の吐出、平坦化および硬化を一度行う場合は、かかる往路で形成される層が造形層であり、往路で造形材料を吐出するが、平坦化はせず、任意に硬化を行い、復路でさらに造形材料を吐出、平坦化および硬化を行う場合、かかる往復により形成される層が造形層となる。「造形材料」は、造形物の製造において吐出手段から吐出される材料を意味し、典型的には立体造形物そのものを形成するためのモデル材や、オーバーハング部やディテール部などを造形する際に用いられるサポート材などが挙げられる。本発明においては、モデル材により形成された造形層を特に「モデル層」、サポート材により形成された造形層を特に「サポート層」という場合がある。
「所定の厚みに造形する」とは、所定の厚みとなるように平坦化および硬化を実施することを意味する。
補修用造形材料を、「所定の厚みに造形された造形層」に対して、吐出し、前記所定の厚みになるように平坦化し、硬化させることにより、補修用造形層が形成される。ここで吐出される「補修用造形材料」は、該補修用造形材料が吐出される造形層を形成する造形材料と同一のものが用いられる。
補修用造形層とは、平坦化手段を上昇させない状態（平坦化手段の高さを変えない状態）で、補修用造形材料を吐出し、平坦化、硬化させて形成した造形層を意味し、主として造形層端部の差分を埋める役割を果たす。これにより立体造形物のエッジ品質を向上することができる。したがって補修用造形層は、好ましくはモデル層に対して形成される。
In the present invention, the term "modeling layer" refers to a layer formed by applying a modeling material in a layered form, flattening and hardening the layer. For example, in a mode in which the discharging means discharges the modeling material during a reciprocating scan and applies it in a layered form, if the modeling material is discharged, flattened and hardened once on the outward path, the layer formed on the outward path is the modeling layer, and if the modeling material is discharged on the outward path but not flattened, optionally hardened, and further discharged, flattened and hardened on the return path, the layer formed by such round trips is the modeling layer. The term "modeling material" refers to a material discharged from the discharging means in the manufacture of a modeled object, and typically includes a model material for forming the three-dimensional object itself, and a support material used when forming an overhang portion, a detail portion, etc. In the present invention, the modeling layer formed by the model material may be particularly referred to as a "model layer", and the modeling layer formed by the support material may be particularly referred to as a "support layer".
"Shaping to a predetermined thickness" means carrying out planarization and curing to achieve a predetermined thickness.
The repair modeling material is dispensed onto the "modeling layer that has been modeled to a predetermined thickness," flattened to the predetermined thickness, and cured to form the repair modeling layer. The "repair modeling material" dispensed here is the same as the modeling material that forms the modeling layer into which the repair modeling material is dispensed.
The repair modeling layer refers to a modeling layer formed by discharging the repair modeling material, flattening, and hardening it without raising the flattening means (without changing the height of the flattening means), and serves mainly to fill in the gap at the end of the modeling layer. This can improve the edge quality of the three-dimensional object. Therefore, the repair modeling layer is preferably formed on the model layer.
補修用造形材料は、往路で吐出してもよいし、復路で吐出してもよいし、往路および復路の両方で吐出してもよい。なお、補修用造形材料を往路で吐出する場合には、後続する復路で、平坦化手段が硬化した補修用造形層に衝突して造形品質に悪影響を与えないように、往路では補修用造形層を硬化させないことが好ましい。上述のとおり補修用造形層は、好ましくはモデル層に対して形成されるため、補修用造形材料としては、好ましくは補修用モデル材が用いられる。 The repair modeling material may be dispensed on the outbound path, on the return path, or on both the outbound and return paths. When the repair modeling material is dispensed on the outbound path, it is preferable not to harden the repair modeling layer on the outbound path so that the flattening means does not collide with the hardened repair modeling layer on the subsequent return path, thereby adversely affecting the modeling quality. As described above, the repair modeling layer is preferably formed on the model layer, and therefore a repair model material is preferably used as the repair modeling material.
本発明において、吐出手段は造形物（造形台）に対して、水平に所定の方向（以下、「主走査方向」または「Ｘ方向」という）に相対的に往復運動（以下、吐出手段と造形台との相対的な運動を「走査」という）し、その往路および／または復路において造形材料を吐出する。生産性の向上のため、吐出手段は複数の吐出孔を有してよく、典型的には、かかる複数の吐出孔は主走査方向に直行する方向（以下、「副走査方向」または「Ｙ方向」という）に一定間隔で並んで列を形成している。本発明において「印字」とは、前記主走査方向の往復走査時に吐出手段により造形材料を吐出し、それを硬化手段により硬化させることをいう。この１回の主走査方向の走査により印字できる範囲を「行」といい、副走査方向に吐出手段を走査して異なる行に吐出手段を移動させることを「改行」という。原則として吐出孔間の前記一定間隔は、改行されても変わらず、改行を繰り返し全ての造形範囲で印字が行われる場合、造形開始時の吐出孔位置を基準として、副走査方向に一定間隔に、ある層を形成する際の吐出孔の位置が決定され、この決定された位置を規定位置とする。本発明において「通常印字」とは、例えば、前記規定位置など、所定の吐出孔位置で行われる印字を意味する。 In the present invention, the discharge means reciprocates (hereinafter, the relative movement between the discharge means and the modeling table is referred to as "scanning") horizontally relative to the model (modeling table) in a predetermined direction (hereinafter, referred to as "main scanning direction" or "X direction") and discharges modeling material on the outward and/or return paths. To improve productivity, the discharge means may have multiple discharge holes, and typically, such multiple discharge holes are arranged at regular intervals in a direction perpendicular to the main scanning direction (hereinafter, referred to as "sub-scanning direction" or "Y direction") to form a row. In the present invention, "printing" refers to discharging modeling material by the discharge means during reciprocating scanning in the main scanning direction and hardening it by the hardening means. The range that can be printed by this single scan in the main scanning direction is referred to as a "row", and scanning the discharge means in the sub-scanning direction to move the discharge means to a different row is referred to as a "line break". In principle, the fixed interval between the ejection holes does not change even when the line is changed, and when printing is performed over the entire modeling range by repeatedly changing the line, the positions of the ejection holes when forming a layer are determined at fixed intervals in the sub-scanning direction based on the ejection hole positions at the start of modeling, and these determined positions are designated as the specified positions. In the present invention, "normal printing" refers to printing performed at a specified ejection hole position, such as the specified position.
本発明の一態様において、平坦化されない領域だけの補修用造形材料の吐出量を、平坦化される領域の補修用造形層の厚み未満となるように、またはゼロとなるように制御する。即ち、凸スジが成長しないようにすることによって、補修用造形層形成時に凸スジの上に積まれる補修用造形材料の量を減らす、またはなくすように制御することで実現できる。
平坦化されない領域だけの補修用造形材料の吐出量を、平坦化される領域の補修用造形層の厚み未満となるように、またはゼロとなるように制御することにより、平坦化ローラの造形物の凸スジへの衝突を解消することができると共に、補修用造形材料の吐出量は平坦化される領域では下げないことによって、エッジ角のＲ低減の効果を最大限に活用することができる。
In one aspect of the present invention, the amount of repair modeling material dispensed only in the non-flattened area is controlled to be less than the thickness of the repair modeling layer in the flattened area or to be zero. In other words, this can be achieved by controlling so that the amount of repair modeling material piled up on the convex streaks when the repair modeling layer is formed is reduced or eliminated by preventing the convex streaks from growing.
By controlling the amount of repair modeling material dispensed only in the non-flattened areas so that it is less than the thickness of the repair modeling layer in the flattened areas or so that it is zero, it is possible to eliminate collision of the flattening roller with the convex streaks of the model, and by not reducing the amount of repair modeling material dispensed in the flattened areas, it is possible to maximize the effect of reducing the edge angle R.
本発明の一態様において、平坦化されない領域の造形材料の吐出量を、平坦化される領域の造形層の厚み未満となるように制御する。平坦化されない領域の造形材料の吐出量を、平坦化される領域の造形層の厚み未満となるように制御することにより、平坦化ローラの造形物の凸スジへの衝突を解消することができると共に、造形物の最表面において、補修用造形層の有無による模様が現れること防止することができる。 In one aspect of the present invention, the amount of modeling material dispensed in the non-flattened area is controlled to be less than the thickness of the modeling layer in the flattened area. By controlling the amount of modeling material dispensed in the non-flattened area to be less than the thickness of the modeling layer in the flattened area, it is possible to eliminate collision of the flattening roller with the convex streaks of the modeled object, and to prevent the appearance of patterns on the outermost surface of the modeled object due to the presence or absence of a repair modeling layer.
＜吐出工程および吐出手段＞
吐出工程は、造形材料を吐出する工程であり、吐出手段により実施される。
吐出手段としては、造形材料を吐出することができるものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、吐出ヘッドなどが挙げられる。
吐出ヘッドとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、圧電素子（ピエゾ素子）型ヘッド、熱膨張（サーマル）型ヘッドなどが挙げられる。これらの中でも、圧電素子（ピエゾ素子）型ヘッドが好ましい。
<Discharge step and discharge means>
The discharging step is a step of discharging the modeling material, and is performed by a discharging device.
The ejection means is not particularly limited as long as it can eject the modeling material, and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, an ejection head can be used.
The ejection head is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and examples thereof include a piezoelectric element type head, a thermal expansion type head, etc. Among these, a piezoelectric element type head is preferable.
＜＜造形材料＞＞
造形層を造形する造形材料としては、特に制限はなく、立体造形物（モデル部）を造形する本体を構成する上で求められる性能に基づいて、適宜選択することができ、例えば、モデル材、補修用モデル材などが挙げられる。なお、立体造形物を造形する際に、必要に応じて形状支持用にサポート部を使用する場合には、前記サポート部を造形するためのサポート材も造形材料に含まれる。
モデル材は、モデル部を構成する部分を造形する造形材料である。
補修用モデル材は、所定の厚みに造形された造形層を補修する目的で吐出する造形材料である。好ましい一態様において、補修用モデル材はモデル材と同じ材質（組成、濃度等）である。
本発明において、モデル部とは、立体造形物を造形する本体を構成する部を意味し、モデル層の積層により造形される。
<<Modeling materials>>
The modeling material for forming the modeling layer is not particularly limited and can be appropriately selected based on the performance required for constituting the main body for forming the three-dimensional object (model part), and examples include model materials, repair model materials, etc. Note that, when a support part is used for supporting the shape as necessary when forming the three-dimensional object, the support material for forming the support part is also included in the modeling material.
The model material is a molding material that is used to mold the parts that constitute the model part.
The repair model material is a modeling material that is discharged for the purpose of repairing a modeling layer that has been modeled to a predetermined thickness. In a preferred embodiment, the repair model material has the same material (composition, concentration, etc.) as the model material.
In the present invention, the model part means a part constituting a main body that forms a three-dimensional object, and is formed by laminating model layers.
本発明において、サポート部とは、モデル部が固化するまで、立体造形物を所定の位置に保持する部分を意味し、サポート層の積層により造形される。サポート部は、例えば、モデル部の重力方向に対し支持する部分に配置され、モデル部と接し、モデル部を下方向から支持する部を意味する。立体造形物の製造においては、通常サポート部はモデル部から最終的に剥離され、モデル部のみで立体造形物となる。
好ましい一態様において、サポート材は、モデル材とは異なる材質（組成、濃度等）であり、サポート材の硬化物は、より好ましくは、水溶性、潮解性、崩壊性などモデル部から剥離しやすい性質を有している。
In the present invention, the support part means a part that holds the three-dimensional object in a predetermined position until the model part solidifies, and is formed by laminating support layers. The support part means, for example, a part that is disposed in a part that supports the model part in the direction of gravity, that contacts the model part, and that supports the model part from below. In the manufacture of a three-dimensional object, the support part is usually finally peeled off from the model part, and only the model part becomes the three-dimensional object.
In a preferred embodiment, the support material is a material (composition, concentration, etc.) different from the model material, and the hardened support material more preferably has properties that make it easy to peel off from the model part, such as water solubility, deliquescence, and disintegration.
造形材料としては、光や熱等のエネルギーを付与することにより硬化する液体材料であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、重合性モノマー、および重合性オリゴマーを含み、さらに必要に応じてその他の成分を含む。これらの中でも、造形材料ジェット用プリンター等に用いられる造形材料吐出ヘッドで吐出できる粘度や表面張力等の液物性を有する材料が好ましい。 The modeling material is not particularly limited as long as it is a liquid material that hardens when exposed to energy such as light or heat, and can be selected appropriately depending on the purpose, but includes polymerizable monomers and polymerizable oligomers, and further includes other components as necessary. Among these, materials that have liquid properties such as viscosity and surface tension that can be discharged from a modeling material discharge head used in a modeling material jet printer or the like are preferred.
－重合性モノマー－
重合性モノマーとしては、例えば、単官能モノマー、多官能モノマーなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
-Polymerizable monomer-
Examples of the polymerizable monomer include monofunctional monomers, polyfunctional monomers, etc. These may be used alone or in combination of two or more kinds.
－－単官能モノマー－－
単官能モノマーとしては、例えば、アクリルアミド、Ｎ－置換アクリルアミド誘導体、Ｎ，Ｎ－ジ置換アクリルアミド誘導体、Ｎ－置換メタクリルアミド誘導体、Ｎ，Ｎ－ジ置換メタクリルアミド誘導体、アクリル酸などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド、Ｎ－イソプロピルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、ヒドロキシエチルアクリルアミド、イソボルニル（メタ）アクリレートが好ましい。
--Monofunctional monomer--
Examples of monofunctional monomers include acrylamide, N-substituted acrylamide derivatives, N,N-disubstituted acrylamide derivatives, N-substituted methacrylamide derivatives, N,N-disubstituted methacrylamide derivatives, and acrylic acid. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, acrylamide, N,N-dimethylacrylamide, N-isopropylacrylamide, acryloylmorpholine, hydroxyethylacrylamide, and isobornyl (meth)acrylate are preferred.
単官能モノマーの含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、造形材料の全量に対して、０．５質量％以上９０質量％以下が好ましい。 The amount of monofunctional monomer is not particularly limited and can be selected appropriately depending on the purpose, but is preferably 0.5% by mass or more and 90% by mass or less based on the total amount of the molding material.
上記以外の単官能モノマーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、２－エチルヘキシル（メタ）アクリレート、２－ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２－ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、３－メトキシブチル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、２－フェノキシエチル（メタ）アクリレート、イソデシル（メタ）アクリレート、イソオクチル（メタ）アクリレート、トリデシル（メタ）アクリレート、カプロラクトン（メタ）アクリレート、エトキシ化ノニルフェノール（メタ）アクリレートなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。 The monofunctional monomers other than those mentioned above are not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and examples thereof include 2-ethylhexyl (meth)acrylate, 2-hydroxyethyl (meth)acrylate, 2-hydroxypropyl (meth)acrylate, caprolactone-modified tetrahydrofurfuryl (meth)acrylate, 3-methoxybutyl (meth)acrylate, tetrahydrofurfuryl (meth)acrylate, lauryl (meth)acrylate, 2-phenoxyethyl (meth)acrylate, isodecyl (meth)acrylate, isooctyl (meth)acrylate, tridecyl (meth)acrylate, caprolactone (meth)acrylate, and ethoxylated nonylphenol (meth)acrylate. These may be used alone or in combination of two or more.
－－多官能モノマー－－
多官能モノマーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、二官能モノマー、三官能以上のモノマーなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
--Polyfunctional monomer--
The polyfunctional monomer is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and examples thereof include bifunctional monomers, trifunctional or higher functional monomers, etc. These may be used alone or in combination of two or more kinds.
二官能モノマーとしては、例えば、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールヒドロキシピバリン酸エステルジ（メタ）アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジ（メタ）アクリレート、１，３－ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，４－ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６－ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、１，９－ノナンジオールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジ（メタ）アクリレート、プロポキシ化オペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、エトキシ変性ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール２００ジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール４００ジ（メタ）アクリレートなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
Examples of bifunctional monomers include tripropylene glycol di(meth)acrylate, triethylene glycol di(meth)acrylate, tetraethylene glycol di(meth)acrylate, polypropylene glycol di(meth)acrylate, neopentyl glycol hydroxypivalic acid ester di(meth)acrylate, hydroxypivalic acid neopentyl glycol ester di(meth)acrylate, 1,3-butanediol di(meth)acrylate, 1,4-butanediol di(meth)acrylate, and 1,6-hexanediol di(meth)acrylate. Examples of such acrylates include 1,9-nonanediol di(meth)acrylate, diethylene glycol di(meth)acrylate, neopentyl glycol di(meth)acrylate, tripropylene glycol di(meth)acrylate, caprolactone-modified hydroxypivalic acid neopentyl glycol ester di(meth)acrylate, propoxylated dipentyl glycol di(meth)acrylate, ethoxy-modified bisphenol A di(meth)acrylate,
三官能以上のモノマーとしては、例えば、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、トリアリルイソシアヌレート、ε－カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ε－カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ε－カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ε－カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、トリス（２－ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリ（メタ）アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート，プロポキシ化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート，プロポキシ化グリセリルトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヒドロキシペンタ（メタ）アクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ペンタ（メタ）アクリレートエステルなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。 Examples of trifunctional or higher monomers include trimethylolpropane tri(meth)acrylate, pentaerythritol tri(meth)acrylate, dipentaerythritol hexa(meth)acrylate, triallyl isocyanurate, ε-caprolactone modified dipentaerythritol tri(meth)acrylate, ε-caprolactone modified dipentaerythritol tetra(meth)acrylate, ε-caprolactone modified dipentaerythritol penta(meth)acrylate, ε-caprolactone modified dipentaerythritol hexa(meth)acrylate, tris Examples of such compounds include (2-hydroxyethyl)isocyanurate tri(meth)acrylate, ethoxylated trimethylolpropane tri(meth)acrylate, propoxylated trimethylolpropane tri(meth)acrylate, propoxylated glyceryl tri(meth)acrylate, pentaerythritol tetra(meth)acrylate, ditrimethylolpropane tetra(meth)acrylate, dipentaerythritol hydroxypenta(meth)acrylate, ethoxylated pentaerythritol tetra(meth)acrylate, and penta(meth)acrylate ester. These compounds may be used alone or in combination of two or more.
－重合性オリゴマー－
重合性オリゴマーとしては、上記単官能モノマーの低重合体や末端に反応性不飽和結合基を有するものを１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
-Polymerizable oligomer-
As the polymerizable oligomer, a low polymer of the above-mentioned monofunctional monomer or one having a reactive unsaturated bond group at the end may be used alone or in combination of two or more kinds.
－その他の成分－
その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、界面活性剤、重合禁止剤、重合開始剤、着色剤、粘度調整剤、接着性付与剤、酸化防止剤、老化防止剤、架橋促進剤、紫外線吸収剤、可塑剤、防腐剤、分散剤などが挙げられる。
-Other ingredients-
The other components are not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Examples of the other components include surfactants, polymerization inhibitors, polymerization initiators, colorants, viscosity modifiers, adhesion promoters, antioxidants, age resistors, crosslinking accelerators, ultraviolet absorbers, plasticizers, preservatives, and dispersants.
－－界面活性剤－－
界面活性剤としては、例えば、分子量２００以上かつ５，０００以下、具体的には、ＰＥＧ型非イオン界面活性剤［ノニルフェノールのエチレンオキサイド（以下、「ＥＯ」と略記）１～４０モル付加物、ステアリン酸ＥＯ１～４０モル付加物等］、多価アルコール型非イオン界面活性剤（例えば、ソルビタンパルミチン酸モノエステル、ソルビタンステアリン酸モノエステル、ソルビタンステアリン酸トリエステル等）、フッ素含有界面活性剤（例えば、パーフルオロアルキルＥＯ１～５０モル付加物、パーフルオロアルキルカルボン酸塩、パーフルオロアルキルベタイン等）、変性シリコーンオイル［例えば、ポリエーテル変性シリコーンオイル、（メタ）アクリレート変性シリコーンオイル等］などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
界面活性剤の含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、造形材料の全量に対して、３質量％以下が好ましく、０．１質量％以上５質量％以下がより好ましい。
--Surfactants--
Examples of the surfactant include those having a molecular weight of 200 or more and 5,000 or less, specifically, PEG-type nonionic surfactants [nonylphenol with 1 to 40 moles of ethylene oxide (hereinafter, abbreviated as "EO"), stearic acid with 1 to 40 moles of EO, etc.], polyhydric alcohol-type nonionic surfactants (for example, sorbitan palmitic acid monoester, sorbitan stearic acid monoester, sorbitan stearic acid triester, etc.), fluorine-containing surfactants (for example, perfluoroalkyl EO with 1 to 50 moles, perfluoroalkyl carboxylate, perfluoroalkyl betaine, etc.), modified silicone oils [for example, polyether-modified silicone oil, (meth)acrylate-modified silicone oil, etc.], etc. These may be used alone or in combination of two or more kinds.
The content of the surfactant is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but is preferably 3% by mass or less, and more preferably 0.1% by mass or more and 5% by mass or less, based on the total amount of the molding material.
－－重合禁止剤－－
重合禁止剤としては、例えば、フェノール化合物［ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル、２，６－ジ－ｔ－ブチル－ｐ－クレゾール、２，２－メチレン－ビス－（４－メチル－６－ｔ－ブチルフェノール）、１，１，３－トリス－（２－メチル－４－ヒドロキシ－５－ｔ－ブチルフェニル）ブタン等］、硫黄化合物［ジラウリルチオジプロピオネート等］、リン化合物［トリフェニルフォスファイト等］、アミン化合物［フェノチアジン等］などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
重合禁止剤の含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、造形材料の全量に対して、５質量％以下が好ましく、０．１質量％以上５質量％以下がより好ましい。
--Polymerization inhibitor--
Examples of the polymerization inhibitor include phenol compounds [hydroquinone, hydroquinone monomethyl ether, 2,6-di-t-butyl-p-cresol, 2,2-methylene-bis-(4-methyl-6-t-butylphenol), 1,1,3-tris-(2-methyl-4-hydroxy-5-t-butylphenyl)butane, etc.], sulfur compounds [dilauryl thiodipropionate, etc.], phosphorus compounds [triphenyl phosphite, etc.], amine compounds [phenothiazine, etc.], etc. These may be used alone or in combination of two or more.
The content of the polymerization inhibitor is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but is preferably 5% by mass or less, and more preferably 0.1% by mass or more and 5% by mass or less, based on the total amount of the molding material.
－－重合開始剤－－
重合開始剤としては、例えば、熱重合開始剤、光重合開始剤などが挙げられる。これらの中でも、保存安定性の点から、光重合開始剤が好ましい。
光重合開始剤としては、光（特に波長２２０ｎｍ～４００ｎｍの紫外線）の照射によりラジカルを生成する任意の物質を用いることができる。
光重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン、２、２－ジエトキシアセトフェノン、ｐ－ジメチルアミノアセトフェノン、ベンゾフェノン、２－クロロベンゾフェノン、ｐ，ｐ’－ジクロロベンゾフェノン、ｐ，ｐ－ビスジエチルアミノベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾイン－ｎ－プロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾイン－ｎ－ブチルエーテル、ベンジルメチルケタール、チオキサントン、２－クロロチオキサントン、２－ヒドロキシ－２－メチル－１－フェニル－１－オン、１－（４－イソプロピルフェニル）２－ヒドロキシ－２－メチルプロパン－１－オン、メチルベンゾイルフォーメート、１－ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルペルオキシド、ジ－ｔｅｒｔ－ブチルペルオキシドなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
--Polymerization initiator--
Examples of the polymerization initiator include a thermal polymerization initiator, a photopolymerization initiator, etc. Among these, a photopolymerization initiator is preferred from the viewpoint of storage stability.
As the photopolymerization initiator, any substance that generates radicals upon irradiation with light (particularly ultraviolet light having a wavelength of 220 nm to 400 nm) can be used.
Examples of the photopolymerization initiator include acetophenone, 2,2-diethoxyacetophenone, p-dimethylaminoacetophenone, benzophenone, 2-chlorobenzophenone, p,p'-dichlorobenzophenone, p,p-bisdiethylaminobenzophenone, Michler's ketone, benzil, benzoin, benzoin methyl ether, benzoin ethyl ether, benzoin isopropyl ether, benzoin-n-propyl ether, benzoin isobutyl ether, benzoin-n-butyl ether, benzyl methyl ketal, thioxanthone, 2-chlorothioxanthone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-one, 1-(4-isopropylphenyl)2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, methylbenzoyl formate, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, azobisisobutyronitrile, benzoyl peroxide, and di-tert-butyl peroxide. These may be used alone or in combination of two or more.
熱重合開始剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アゾ系開始剤、過酸化物開始剤、過硫酸塩開始剤、レドックス（酸化還元）開始剤などが挙げられる。 There are no particular limitations on the thermal polymerization initiator, and it can be appropriately selected depending on the purpose. Examples include azo initiators, peroxide initiators, persulfate initiators, and redox (oxidation-reduction) initiators.
アゾ系開始剤としては、例えば、ＶＡ－０４４、ＶＡ－４６Ｂ、Ｖ－５０、ＶＡ－０５７、ＶＡ－０６１、ＶＡ－０６７、ＶＡ－０８６、２，２’－アゾビス（４－メトキシ－２，４－ジメチルバレロニトリル）（ＶＡＺＯ ３３）、２，２’－アゾビス（２－アミジノプロパン）二塩酸塩（ＶＡＺＯ ５０）、２，２’－アゾビス（２，４－ジメチルバレロニトリル）（ＶＡＺＯ ５２）、２，２’－アゾビス（イソブチロニトリル）（ＶＡＺＯ ６４）、２，２’－アゾビス－２－メチルブチロニトリル（ＶＡＺＯ ６７）、１，１－アゾビス（１－シクロヘキサンカルボニトリル）（ＶＡＺＯ ８８）（以上、ＤｕＰｏｎｔ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製）、２，２’－アゾビス（２－シクロプロピルプロピオニトリル）、２，２’－アゾビス（メチルイソブチレ－ト）（Ｖ－６０１）（以上、和光純薬工業株式会社製）などが挙げられる。 Examples of azo initiators include VA-044, VA-46B, V-50, VA-057, VA-061, VA-067, VA-086, 2,2'-azobis(4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile) (VAZO 33), 2,2'-azobis(2-amidinopropane) dihydrochloride (VAZO 50), 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile) (VAZO 52), 2,2'-azobis(isobutyronitrile) (VAZO 64), 2,2'-azobis-2-methylbutyronitrile (VAZO 67), 1,1-azobis(1-cyclohexanecarbonitrile) (VAZO 88) (all manufactured by DuPont). Chemical Co.), 2,2'-azobis(2-cyclopropylpropionitrile), 2,2'-azobis(methyl isobutyrate) (V-601) (all manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.).
過酸化物開始剤としては、例えば、過酸化ベンゾイル、過酸化アセチル、過酸化ラウロイル、過酸化デカノイル、ジセチルパーオキシジカーボネート、ジ（４－ｔ－ブチルシクロヘキシル）パーオキシジカーボネート（商品名：Ｐｅｒｋａｄｏｘ １６Ｓ、Ａｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ社製）、ジ（２－エチルヘキシル）パーオキシジカーボネート、ｔ－ブチルパーオキシピバレート（商品名：Ｌｕｐｅｒｓｏｌ １１、Ｅｌｆ Ａｔｏｃｈｅｍ社製）、ｔ－ブチルパーオキシ－２－エチルヘキサノエート（商品名：Ｔｒｉｇｏｎｏｘ ２１－Ｃ５０、Ａｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ社製）、過酸化ジクミルなどが挙げられる。 Examples of peroxide initiators include benzoyl peroxide, acetyl peroxide, lauroyl peroxide, decanoyl peroxide, dicetyl peroxydicarbonate, di(4-t-butylcyclohexyl)peroxydicarbonate (trade name: Perkadox 16S, manufactured by Akzo Nobel), di(2-ethylhexyl)peroxydicarbonate, t-butyl peroxypivalate (trade name: Lupersol 11, manufactured by Elf Atochem), t-butylperoxy-2-ethylhexanoate (trade name: Trigonox 21-C50, manufactured by Akzo Nobel), and dicumyl peroxide.
過硫酸塩開始剤としては、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウムなどが挙げられる。 Examples of persulfate initiators include potassium persulfate, sodium persulfate, and ammonium persulfate.
レドックス（酸化還元）開始剤としては、例えば、過硫酸塩開始剤とメタ亜硫酸水素ナトリウムおよび亜硫酸水素ナトリウムのような還元剤との組合せ、有機過酸化物と第３級アミンとに基づく系（例えば、過酸化ベンゾイルとジメチルアニリンとに基づく系）、有機ヒドロパーオキシドと遷移金属とに基づく系（例えば、クメンヒドロパーオキシドとコバルトナフテートとに基づく系）などが挙げられる。 Redox (oxidation-reduction) initiators include, for example, combinations of persulfate initiators with reducing agents such as sodium metabisulfite and sodium bisulfite, systems based on organic peroxides and tertiary amines (e.g., systems based on benzoyl peroxide and dimethylaniline), and systems based on organic hydroperoxides and transition metals (e.g., systems based on cumene hydroperoxide and cobalt naphthate).
重合開始剤の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、造形材料の全量に対して、１０質量％以下が好ましく、５質量％以下がより好ましい。 The content of the polymerization initiator is not particularly limited and can be selected appropriately depending on the purpose, but is preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less, based on the total amount of the molding material.
－－着色剤－－
着色剤としては、造形材料中に溶解または安定に分散し、さらに熱安定性に優れた染料および顔料が好適である。これらの中でも、溶解性染料（Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｄｙｅ）が好ましい。また色の調整等で２種以上の着色剤を適時混合することが可能である。
--Coloring agent--
As the colorant, dyes and pigments that dissolve or disperse stably in the molding material and have excellent thermal stability are suitable. Among these, soluble dyes (solvent dyes) are preferred. In addition, it is possible to mix two or more types of colorants as appropriate for color adjustment, etc.
＜硬化工程および硬化手段＞
硬化工程は、前記吐出工程において吐出された前記造形材料を硬化させるための活性エネルギー線を照射する工程であり、硬化手段により実施される。
活性エネルギー線としては、例えば、紫外線、電子線、α線、β線、γ線、Ｘ線などが挙げられる。これらの中でも、紫外線が好ましい。
硬化手段としては、吐出された造形材料を硬化することができれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、紫外線照射装置などが挙げられる。
<Curing step and curing means>
The curing step is a step of irradiating the modeling material discharged in the discharging step with active energy rays in order to cure the modeling material, and is carried out by a curing device.
Examples of the active energy ray include ultraviolet rays, electron beams, α rays, β rays, γ rays, X-rays, etc. Among these, ultraviolet rays are preferred.
The curing means is not particularly limited as long as it can cure the discharged modeling material, and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, an ultraviolet ray irradiation device can be used.
紫外線照射装置としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドなどが挙げられる。これらの中でも、ＬＥＤが照射強度を変更可能である点で特に好ましい。
高圧水銀灯は点光源であるが、光学系と組み合わせて光利用効率を高くしたＤｅｅｐＵＶタイプは、短波長領域の照射が可能である。
メタルハライドは、波長領域が広いため着色物に有効であり、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｆｅ等の金属のハロゲン化物が用いられ、重合開始剤の吸収スペクトルに合わせて選択できる。硬化に用いられるランプとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Ｆｕｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ社製のＨランプ、Ｄランプ、またはＶランプ等のような市販されているものも使用することができる。
Examples of ultraviolet irradiating devices include light emitting diodes (LEDs), high pressure mercury lamps, extra-high pressure mercury lamps, metal halides, etc. Among these, LEDs are particularly preferred because they are capable of changing the irradiation intensity.
A high-pressure mercury lamp is a point light source, but a deep UV type that is combined with an optical system to increase light utilization efficiency is capable of irradiating light in the short wavelength range.
Metal halides are effective for coloring materials because of their wide wavelength range, and metal halides such as Pb, Sn, Fe, etc. are used, and can be selected according to the absorption spectrum of the polymerization initiator. The lamp used for curing is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and commercially available lamps such as H lamp, D lamp, and V lamp manufactured by Fusion System can also be used.
＜補修工程および制御手段＞
本発明において「制御手段」は、吐出手段および硬化手段、並びに他の手段（例えば平坦化手段など）の動作を制御するための手段を意味する。制御手段の機能ブロック図を図２に示し、制御手段の詳細については、特定態様の例に基づいて後述する。制御手段にはＲＯＭやＲＡＭなどの記憶手段およびＣＰＵ、ＦＰＧＡなどの計算手段を含んでよい。記憶手段には、吐出手段や硬化手段等の各手段に特定の動作を行わせるためのプログラムが記憶されていてよく、かかるプログラムに基づいて各手段の動作を制御する。本発明において、制御手段により吐出手段や硬化手段などの各手段を動作させる際に、前記各手段が所定の方向に運動する場合、かかる運動は、造形台（または立体造形物）に対する相対的な移動を意味する。したがって、例えば「吐出手段が主走査方向に運動する」という場合、吐出手段自体が主走査方向に移動してもよいし、造形台（または立体造形物）が主走査方向に移動することにより、吐出手段が相対的に主走査方向に運動するように制御してもよい。
補修工程は、前記吐出工程において所定の厚みに造形された造形層に対して、さらに補修用造形材料を吐出し、平坦化手段により前記所定の厚みに平坦化を行う工程であり、制御手段が各手段の動作を制御することにより実施される。
制御手段の働きによって、造形層を造形した後、平坦化手段のＺ方向位置（高さ）を変えないで、再度同じ高さで補修用造形材料を吐出し、平坦化、硬化を行うことにより、理想的な平坦化面と造形層端部の丸みとの差分を確実に埋めることができ、立体造形物のエッジ品質を向上させることができる。
Repair Process and Control Means
In the present invention, the "control means" refers to a means for controlling the operation of the discharge means and the hardening means, as well as other means (such as a flattening means). A functional block diagram of the control means is shown in FIG. 2, and the details of the control means will be described later based on an example of a specific embodiment. The control means may include a storage means such as a ROM or a RAM, and a calculation means such as a CPU or an FPGA. The storage means may store a program for causing each means, such as the discharge means and the hardening means, to perform a specific operation, and the operation of each means is controlled based on such a program. In the present invention, when each means, such as the discharge means and the hardening means, is operated by the control means, if the said means moves in a predetermined direction, such movement means a relative movement with respect to the modeling table (or the three-dimensional object). Therefore, for example, when it is said that "the discharge means moves in the main scanning direction", the discharge means itself may move in the main scanning direction, or the modeling table (or the three-dimensional object) may move in the main scanning direction, so that the discharge means moves relatively in the main scanning direction.
The repair process is a process in which repair modeling material is further ejected onto the modeling layer that has been modeled to a predetermined thickness in the ejection process, and the modeling layer is flattened to the predetermined thickness by a flattening means, and is carried out by a control means controlling the operation of each means.
By using the control means to form the modeling layer, the repair modeling material is ejected again at the same height without changing the Z-direction position (height) of the flattening means, and then flattened and hardened, it is possible to reliably fill in the difference between the ideal flattened surface and the roundness of the end of the modeling layer, thereby improving the edge quality of the three-dimensional object.
制御手段に含まれ得る記憶手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの主記憶装置の他、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＤＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）などの補助記憶装置なども挙げられる。
制御手段に含まれ得る計算手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などが挙げられる。
The storage means that may be included in the control means is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. Examples of the storage means include main storage devices such as RAM (Random Access Memory) and ROM (Read Only Memory), as well as auxiliary storage devices such as HDD (Hard Disk Drive) and SDD (Solid State Drive).
The calculation means that can be included in the control means is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, a CPU (Central Processing Unit) or an FPGA (Field Programmable Gate Array) can be mentioned.
＜その他の工程およびその他の手段＞
その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、平坦化工程、乾燥工程などが挙げられる。
その他の手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、平坦化手段、乾燥手段、ステージなどが挙げられる。
<Other steps and other means>
The other steps are not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, a flattening step, a drying step, etc. can be included.
The other means are not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Examples of the other means include a flattening means, a drying means, a stage, and the like.
－平坦化工程および平坦化手段－
平坦化工程は、前記吐出工程により形成された造形層を平坦化する工程であり、平坦化手段により実施される。
平坦化手段としては、例えば、ローラ、ブラシ、ブレードなどが挙げられる。
平坦化手段が吐出された造形材料からなる造形層を平坦化することにより、造形層の平均厚みの精度や平坦性を確保することができる。
--Planarization process and planarization means--
The planarization step is a step of planarizing the modeling layer formed in the ejection step, and is performed by a planarization device.
The flattening means may be, for example, a roller, a brush, or a blade.
The flattening means flattens the modeling layer made of the ejected modeling material, thereby ensuring the accuracy of the average thickness and flatness of the modeling layer.
－ステージ－
ステージとは、造形層が積層されて立体造形物が造形される基台を意味する。
ステージは、モータなどにより移動可能であってもよく、上下動可能であってもよい。なお、「ステージ」を「造形ステージ」または「造形台」と称することがある。
ステージの形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、平面状であることが好ましい。
-stage-
The stage refers to a base on which modeling layers are stacked to form a three-dimensional object.
The stage may be movable by a motor or the like, and may be movable up and down. Note that the "stage" may also be referred to as a "modeling stage" or a "modeling table".
The shape of the stage is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but a planar shape is preferable.
ここで、本発明の立体造形物製造装置について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。また、下記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好ましい数、位置、形状等にすることができる。
Here, the three-dimensional object manufacturing apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, in each drawing, the same components are denoted by the same reference numerals, and duplicated explanations may be omitted. Furthermore, the number, position, shape, etc. of the following components are not limited to the present embodiment, and may be any number, position, shape, etc. that is preferable for implementing the present invention.
立体造形物製造装置（以下、「立体造形装置」と称することがある）１０は、材料噴射造形装置であり、層状造形物である造形層３０が積層されて立体造形物が造形される造形ステージであるステージ１４と、ステージ１４上に造形層３０を順次積層しながら造形する造形ユニット２０とを備えている。 The three-dimensional object manufacturing device (hereinafter sometimes referred to as the "three-dimensional object modeling device") 10 is a material injection modeling device, and includes a stage 14, which is a modeling stage where a three-dimensional object is modeled by stacking modeling layers 30, which are layered objects, and a modeling unit 20 that models the object by sequentially stacking the modeling layers 30 on the stage 14.
造形ユニット２０は、ユニットホルダ２１に、造形材料を吐出する吐出手段である第１ヘッド１１と、活性エネルギー線としての紫外線を照射するＵＶ照射ユニット１３と、造形層３０を平坦化する平坦化手段である平坦化ローラ１６を備えている。なお、立体造形物を造形するモデル材としての造形材料だけでなく、立体造形物の造形を支持するサポート材を吐出させるための第２ヘッド１２を備えることができる。 The modeling unit 20 includes a unit holder 21, a first head 11 which is an ejection means for ejecting modeling material, a UV irradiation unit 13 which irradiates ultraviolet light as active energy rays, and a flattening roller 16 which is a flattening means for flattening the modeling layer 30. Note that the modeling unit 20 can also include a second head 12 for ejecting not only the modeling material as a model material for forming a three-dimensional object, but also a support material for supporting the formation of the three-dimensional object.
ここでは、Ｘ方向において、第１ヘッド１１を挟んで２つの第２ヘッド１２を配置し、２つの第２ヘッド１２の外側にそれぞれＵＶ照射ユニット１３を配置し、さらに、ＵＶ照射ユニット１３の外側にそれぞれ平坦化部材として、平坦化ローラ１６を配置している。 Here, two second heads 12 are arranged in the X direction, sandwiching a first head 11, and a UV irradiation unit 13 is arranged on the outside of each of the two second heads 12. Furthermore, a flattening roller 16 is arranged on the outside of each of the UV irradiation units 13 as a flattening member.
第１ヘッド１１には、カートリッジ装着部に交換可能に装着されるカートリッジによって造形材料が供給チューブなどを介して供給される。なお、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローなどのカラーの造形材料を使用する場合には、第１ヘッド１１に各色の液滴を吐出する複数のノズル列を配置することができる。 The first head 11 is supplied with modeling material via a supply tube or the like using a cartridge that is replaceably mounted in the cartridge mounting section. When using colored modeling materials such as black, cyan, magenta, and yellow, the first head 11 can be provided with multiple nozzle rows that eject droplets of each color.
ＵＶ照射ユニット１３は、第１ヘッド１１から吐出された造形材料を硬化する。また、ＵＶ照射ユニット１３は、サポート材を含む場合は、第２ヘッド１２から吐出されたサポート材からなる造形層３０を硬化する。
ＵＶ照射ユニット１３としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、紫外線照射ランプなどが挙げられる。紫外線照射ランプを使用する場合、紫外線照射により発生するオゾンを除去する機構を備えることが好ましい。
紫外線照射ランプの種類としては、例えば、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドなどが挙げられる。超高圧水銀灯は点光源であるが、光学系と組み合わせて光利用効率を高くした紫外線照射ランプは、短波長領域の照射が可能である。メタルハライドは、波長領域が広いため着色物の硬化に効果的である。Ｐｂ、Ｓｎ、Ｆｅなどの金属のハロゲン化物が用いられ、光重合開始剤の吸収スペクトルに合わせて選択できる。
The UV irradiation unit 13 hardens the modeling material ejected from the first head 11. Furthermore, the UV irradiation unit 13 hardens the modeling layer 30 made of the supporting material ejected from the second head 12 when the modeling layer 30 includes a supporting material.
Examples of the UV irradiation unit 13 include a light emitting diode (LED), an ultraviolet irradiation lamp, etc. When an ultraviolet irradiation lamp is used, it is preferable to provide a mechanism for removing ozone generated by ultraviolet irradiation.
Examples of types of ultraviolet irradiation lamps include high pressure mercury lamps, ultra-high pressure mercury lamps, and metal halides. Ultra-high pressure mercury lamps are point light sources, but ultraviolet irradiation lamps that are combined with an optical system to increase light utilization efficiency can irradiate in the short wavelength range. Metal halides have a wide wavelength range and are effective for curing colored materials. Metal halides such as Pb, Sn, and Fe are used, and can be selected according to the absorption spectrum of the photopolymerization initiator.
平坦化ローラ１６は、回転されながら、ステージ１４との相対移動により、ステージ１４上で硬化された造形層３０の表面を平坦化する。
なお、「ステージ１４上」とは、特に限定しない限り、ステージ１４およびステージ１４上で積層させる造形層３０上を含むことを意味する。
As the flattening roller 16 rotates, it moves relative to the stage 14 to flatten the surface of the modeling layer 30 that has been hardened on the stage 14 .
Unless otherwise specified, "on the stage 14" refers to the stage 14 and the modeling layer 30 that is stacked on the stage 14.
造形ユニット２０のユニットホルダ２１は、Ｘ方向に配置されたガイド部材に移動可能に保持されている。
また、造形ユニット２０のＸ方向の一方側には、第１ヘッド１１の維持回復を行うメンテナンス機構が配置されている。
The unit holder 21 of the modeling unit 20 is movably held by a guide member arranged in the X direction.
In addition, a maintenance mechanism that performs maintenance and recovery of the first head 11 is disposed on one side of the modeling unit 20 in the X direction.
また、造形ユニット２０のユニットホルダ２１を保持しているガイド部材は、両側の側板に保持されている。側板はベース部材上に配置されたガイド部材に移動可能に保持されたスライダ部を有し、造形ユニット２０はＸ方向と直交するＹ方向に往復移動可能である。
ステージ１４は、昇降手段１５によってＺ方向に昇降される。昇降手段１５は、ベース部材上にＸ方向に配置されたガイド部材上に移動可能に配置される。
Further, the guide member that holds the unit holder 21 of the modeling unit 20 is held by side plates on both sides. The side plates have a slider portion that is movably held by the guide member that is arranged on the base member, and the modeling unit 20 can move back and forth in the Y direction perpendicular to the X direction.
The stage 14 is raised and lowered in the Z direction by an elevator means 15. The elevator means 15 is disposed movably on a guide member disposed in the X direction on a base member.
次に、この立体造形物製造装置１０による造形動作の概要について、図１を参照して説明する。
まず、造形ユニット２０をＹ方向に移動させてステージ１４上に位置させる。次に、ステージ１４を停止している造形ユニット２０に対して移動させながら、第１ヘッド１１からモデル材３０１を造形領域（立体造形物を構成する領域）に吐出させる。サポート材を用いる場合は、第２ヘッド１２からサポート材３０２を造形領域以外のサポート領域（造形後除去する領域）に吐出させる。
Next, an outline of the modeling operation by the three-dimensional object manufacturing apparatus 10 will be described with reference to FIG.
First, the modeling unit 20 is moved in the Y direction to position it above the stage 14. Next, while moving the stage 14 relative to the stopped modeling unit 20, the first head 11 ejects a model material 301 into a modeling region (a region that constitutes a three-dimensional object). When a supporting material is used, the second head 12 ejects a supporting material 302 into a supporting region (a region that is to be removed after modeling) other than the modeling region.
次に、ＵＶ照射ユニット１３によって、モデル材３０１およびサポート材３０２上に紫外線を照射して硬化させ、造形材料による造形物１７とサポート材による造形物１８を含む１層分の造形層３０を形成する。
造形層３０を形成した後、平坦化ローラ１６のＺ方向位置（高さ）を変えないで、もう一度同じ高さで補修用造形材料を吐出し、平坦化、硬化を行い、補修用造形層を形成する。これにより、理想的な平坦化面と造形層端部の丸みとの差分を確実に埋めることができ、立体造形物のエッジ品質を向上させることができる。
Next, the UV irradiation unit 13 irradiates the model material 301 and the supporting material 302 with ultraviolet light to harden them, thereby forming one modeling layer 30 including a model 17 made of the modeling material and a model 18 made of the supporting material.
After forming the modeling layer 30, the repair modeling material is discharged again at the same height without changing the Z-direction position (height) of the flattening roller 16, and flattening and hardening are performed to form a repair modeling layer. This makes it possible to reliably fill in the gap between the ideal flattened surface and the roundness of the end of the modeling layer, thereby improving the edge quality of the three-dimensional object.
この造形層３０および補修用造形層を繰り返し造形して順次積層し、モデル材３０１をサポート材３０２で支持しながらモデル材３０１からなる目的とする立体造形物を造形する。例えば、図１の例では、造形層３０Ａ～３０Ｅの５層を積層した状態を示している。 The modeling layer 30 and the repair modeling layer are repeatedly modeled and stacked in order to form the desired three-dimensional object made of the model material 301 while supporting the model material 301 with the support material 302. For example, the example in Figure 1 shows five modeling layers 30A to 30E stacked together.
ここで、造形層３０を複数層（固定値である必要はない。）積層する毎に、例えば、１０層積層する毎に、平坦化ローラ１６を最表面の造形層３０に押し付けて平坦化することにより、造形層３０の厚み精度や平坦性を確保する。
平坦化手段として、平坦化ローラ１６のようなローラ形状の部材を使用する場合、Ｘ方向における移動方向に対して、平坦化ローラ１６を逆転させる方向で回転させることにより、平坦化効果を向上させることができる。
Here, each time multiple layers (which does not have to be a fixed value) of the modeling layer 30 are stacked, for example, every time 10 layers are stacked, the flattening roller 16 is pressed against the outermost modeling layer 30 to flatten it, thereby ensuring the thickness accuracy and flatness of the modeling layer 30.
When a roller-shaped member such as the flattening roller 16 is used as the flattening means, the flattening effect can be improved by rotating the flattening roller 16 in a direction opposite to the direction of movement in the X direction.
また、造形ユニット２０と最表面の造形層３０とのギャップを一定に保つために、ここでは、１層の造形層３０を形成する毎にステージ１４を昇降手段１５によって下降させている。なお、造形ユニット２０を昇降させる構成でもよい。 In addition, in order to keep the gap between the modeling unit 20 and the top modeling layer 30 constant, the stage 14 is lowered by the lifting means 15 each time one modeling layer 30 is formed. Note that the modeling unit 20 may also be configured to be raised and lowered.
立体造形装置は、モデル材３０１やサポート材３０２の回収部材、リサイクル機構などを備えてもよい。また、第１ヘッド１１、第２ヘッド１２の不吐出ノズルを検知する吐出状態検出手段を備えてもよい。さらに、造形時の装置内の環境温度を制御してもよい。 The three-dimensional modeling device may be equipped with recovery members and a recycling mechanism for the model material 301 and the support material 302. It may also be equipped with a discharge status detection means for detecting non-discharge nozzles in the first head 11 and the second head 12. Furthermore, the environmental temperature within the device during modeling may be controlled.
（立体造形物製造用プログラム）
本発明の立体造形物製造用プログラムは、所定の厚みに造形された、造形材料による造形層に対して、さらに補修用造形材料を吐出する処理をコンピュータに行わせる。
(Program for manufacturing three-dimensional objects)
The program for manufacturing a three-dimensional object of the present invention causes a computer to perform a process of further discharging a repair modeling material onto a modeling layer made of the modeling material that has been modeled to a predetermined thickness.
立体造形物製造用プログラムは、所定の厚みに造形された、造形材料による造形層に対して、さらに補修用造形材料を吐出する処理以外にも、その他の処理をコンピュータに行わせることができる。
その他の処理としては、例えば、吐出された造形材料の層を平坦化する処理、吐出された造形材料を硬化させるために活性エネルギー線照射する処理などが挙げられる。
The program for manufacturing a three-dimensional object can cause the computer to perform other processes in addition to the process of discharging a repair modeling material onto a modeling layer made of the modeling material that has been modeled to a predetermined thickness.
Other examples of the treatment include a treatment for flattening the layer of the discharged modeling material, and a treatment for irradiating the discharged modeling material with active energy rays in order to harden the material.
本発明の立体造形物製造用プログラムは、ハードウェア資源としてのコンピュータ等を用いることにより、本発明の立体造形物製造装置として実現させることから、本発明の立体造形物製造用プログラムにおける好適な態様は、例えば、本発明の立体造形物製造装置における好適な態様と同様とすることができる。 The program for producing a three-dimensional object of the present invention is realized as the device for producing a three-dimensional object of the present invention by using a computer or the like as a hardware resource, so that the preferred aspects of the program for producing a three-dimensional object of the present invention can be, for example, the same as the preferred aspects of the device for producing a three-dimensional object of the present invention.
本発明の立体造形物製造用プログラムは、使用するコンピュータシステムの構成およびオペレーティングシステムの種類・バージョンなどに応じて、公知の各種のプログラム言語を用いて作成することができる。 The program for manufacturing a three-dimensional object of the present invention can be created using various known programming languages depending on the configuration of the computer system used and the type and version of the operating system.
本発明の立体造形物製造用プログラムは、内蔵ハードディスク、外付けハードディスクなどの記録媒体に記録しておいてもよいし、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＭＯディスク、ＵＳＢメモリなどの記録媒体に記録しておいてもよい。これらの記録媒体は、制御手段に含まれる記憶手段であってよい。
さらに、本発明の立体造形物製造用プログラムを、上記の記録媒体に記録する場合には、必要に応じて、コンピュータシステムが有する記録媒体読取装置を通じて、これを直接またはハードディスクにインストールして使用することができる。また、コンピュータシステムから情報通信ネットワークを通じてアクセス可能な外部記憶領域（他のコンピュータなど）に本発明の立体造形物製造用プログラムを記録しておいてもよい。この場合、外部記憶領域に記録された本発明の立体造形物製造用プログラムは、必要に応じて、外部記憶領域から情報通信ネットワークを通じてこれを直接、またはハードディスクにインストールして使用することができる。
なお、本発明の立体造形物製造用プログラムは、複数の記録媒体に、任意の処理毎に分割されて記録されていてもよい。
The program for manufacturing a three-dimensional object of the present invention may be recorded on a recording medium such as an internal hard disk or an external hard disk, or may be recorded on a recording medium such as a CD-ROM, a DVD-ROM, an MO disk, a USB memory, etc. These recording media may be storage means included in the control means.
Furthermore, when the program for producing a three-dimensional object of the present invention is recorded on the above-mentioned recording medium, it can be used directly or by installing it on a hard disk via a recording medium reading device of the computer system as necessary. The program for producing a three-dimensional object of the present invention may also be recorded in an external storage area (such as another computer) accessible from the computer system via an information and communication network. In this case, the program for producing a three-dimensional object of the present invention recorded in the external storage area can be used directly or by installing it on a hard disk via an information and communication network from the external storage area as necessary.
The program for manufacturing a three-dimensional object of the present invention may be divided for each process and recorded on a plurality of recording media.
＜立体造形物製造装置＞
本発明の立体造形物製造装置は、本発明の立体造形物製造用プログラムを搭載する。
本発明の立体造形物製造装置は、本発明の立体造形物製造用プログラムを搭載している以外は特に制限はなく、その他のプログラムなどを搭載することができる。
<3D object manufacturing device>
The three-dimensional object manufacturing device of the present invention is equipped with the three-dimensional object manufacturing program of the present invention.
The three-dimensional object manufacturing apparatus of the present invention is not particularly limited except that it is equipped with the three-dimensional object manufacturing program of the present invention, and may be equipped with other programs, etc.
＜コンピュータが読み取り可能な記録媒体＞
本発明におけるコンピュータが読み取り可能な記録媒体は、本発明の立体造形物製造用プログラムを記録してなる。
本発明におけるコンピュータが読み取り可能な記録媒体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、内蔵ハードディスク、外付けハードディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＭＯディスク、ＵＳＢメモリなどが挙げられる。
また、本発明におけるコンピュータが読み取り可能な記録媒体は、本発明の立体造形物製造用プログラムが任意の処理毎に分割されて記録された複数の記録媒体であってもよい。
<Computer-readable recording medium>
The computer-readable recording medium of the present invention records the program for producing a three-dimensional object of the present invention.
The computer-readable recording medium in the present invention is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Examples of the computer-readable recording medium include an internal hard disk, an external hard disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, an MO disk, and a USB memory.
Furthermore, the computer-readable recording medium of the present invention may be a plurality of recording media on which the three-dimensional object manufacturing program of the present invention is recorded in a divided form for each arbitrary process.
本発明の立体造形物製造用プログラムによる処理は、本発明の立体造形物製造装置を構成する制御手段を有するコンピュータを用いて実行することができる。
コンピュータとしては、記憶、演算、制御などの装置を備えた機器であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、パーソナルコンピュータなどが挙げられる。
The processing according to the program for producing a three-dimensional object of the present invention can be executed by a computer having a control means constituting the apparatus for producing a three-dimensional object of the present invention.
There are no particular limitations on the computer as long as it is a device equipped with devices for storage, calculation, control, etc., and it can be appropriately selected depending on the purpose. For example, a personal computer can be mentioned.
ここで、立体造形物製造装置の制御手段の概要について、図２を参照して説明する。図２は立体造形物製造装置の制御手段のブロック図である。 Here, an overview of the control means of the three-dimensional object manufacturing device will be described with reference to FIG. 2. FIG. 2 is a block diagram of the control means of the three-dimensional object manufacturing device.
制御手段５００は、立体造形物製造装置全体の制御を司るＣＰＵ５０１と、ＣＰＵ５０１に本発明の立体造形物製造用プログラム、その他の固定データを格納するＲＯＭ５０２と、造形データ等を一時格納するＲＡＭ５０３とを含む主制御部５００Ａを備えている。
また、制御手段５００は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）５０４を備えている。また、制御手段５００は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他の装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ５０５を備えている。
さらに、制御手段５００は、外部の造形データ作成装置６００から造形データを受信するときに使用するデータおよび信号の送受を行うためのＩ／Ｆ５０６を備えている。
なお、造形データ作成装置６００は、最終形態の造形物（立体造形物）を造形層ごとにスライスしたスライスデータである造形データ（断面データ）を作成する装置であり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置で構成されている。
The control means 500 is equipped with a main control unit 500A including a CPU 501 that is responsible for controlling the entire three-dimensional object manufacturing apparatus, a ROM 502 that stores the three-dimensional object manufacturing program of the present invention and other fixed data in the CPU 501, and a RAM 503 that temporarily stores modeling data, etc.
The control means 500 also includes a non-volatile memory (NVRAM) 504 for holding data even when the power supply to the device is cut off, and an ASIC 505 for image processing that performs various signal processing on image data and for processing input/output signals for controlling the entire device.
Furthermore, the control means 500 includes an I/F 506 for transmitting and receiving data and signals used when receiving shaping data from an external shaping data creating device 600 .
The modeling data creation device 600 is a device that creates modeling data (cross-sectional data), which is slice data obtained by slicing a final model (three-dimensional model) for each modeling layer, and is configured with an information processing device such as a personal computer.
制御手段５００は、各種センサの検知信号を取り込むためのＩ／Ｏ５０７を備える。
また、制御手段５００は、造形ユニット２０の第１ヘッド１１を駆動制御するヘッド駆動制御部５０８と、第２ヘッド１２を駆動制御するヘッド駆動制御部５０９を備えている。
さらに、制御手段５００は、造形ユニット２０をＸ方向に移動させるユニットＸ方向移動機構５５０を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１０と、造形ユニット２０をＹ方向（副走査方向）に移動させるＹ方向走査機構５５２を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１１を備える。
The control means 500 includes an I/O 507 for receiving detection signals from various sensors.
The control unit 500 also includes a head drive control unit 508 that controls the drive of the first head 11 of the modeling unit 20 , and a head drive control unit 509 that controls the drive of the second head 12 .
Furthermore, the control means 500 includes a motor driving unit 510 that drives a motor that constitutes a unit X-direction moving mechanism 550 that moves the modeling unit 20 in the X-direction, and a motor driving unit 511 that drives a motor that constitutes a Y-direction scanning mechanism 552 that moves the modeling unit 20 in the Y-direction (sub-scanning direction).
制御手段５００は、ステージ１４を昇降手段１５とともにＸ方向に移動させるステージＸ方向走査機構５５３を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１３と、ステージ１４をＺ方向に昇降させる昇降手段１５を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１４を備える。なお、Ｚ方向への昇降は、前述したように造形ユニット２０を昇降させる構成とすることもできる。 The control means 500 includes a motor drive unit 513 that drives a motor constituting a stage X-direction scanning mechanism 553 that moves the stage 14 in the X-direction together with the lifting means 15, and a motor drive unit 514 that drives a motor constituting the lifting means 15 that raises and lowers the stage 14 in the Z-direction. Note that the lifting in the Z-direction can also be configured to raise and lower the modeling unit 20 as described above.
制御手段５００は、平坦化ローラ１６を回転駆動するモータ２６を駆動するモータ駆動部５１６、第１ヘッド１１、第２ヘッド１２のメンテナンス機構６１を駆動するメンテナンス駆動部５１８を備える。 The control means 500 includes a motor drive unit 516 that drives the motor 26 that rotates the flattening roller 16, and a maintenance drive unit 518 that drives the maintenance mechanisms 61 of the first head 11 and the second head 12.
制御手段５００は、ＵＶ照射ユニット１３による紫外線照射を制御する硬化制御部５１９を備える。
制御手段５００のＩ／Ｏ５０７には、装置の環境条件としての温度および湿度を検出する温湿度センサ５６０などの検知信号やその他のセンサ類の検知信号が入力される。
制御手段５００には、この装置に必要な情報の入力および表示を行うための操作パネル５２２が接続されている。
制御手段５００は、上述したように、造形データ作成装置６００から造形データを受領する。造形データは、目的とする立体造形物の形状をスライスしたスライスデータとしての各造形層３０の内の造形物１７を形成するデータ（造形領域のデータ）である。
制御手段５００は、造形層３０を形成した後、平坦化ローラ１６のＺ方向位置（高さ）を変えないで、もう一度同じ高さで補修用造形材料を吐出および平坦化する制御を行う。これにより、理想的な平坦化面と造形層端部の丸みとの差分を確実に埋めることができ、立体造形物のエッジ品質を向上させることができる。
The control means 500 includes a curing control unit 519 that controls the ultraviolet radiation emitted by the UV radiation unit 13 .
Detection signals from a temperature and humidity sensor 560 that detects temperature and humidity as environmental conditions of the apparatus, and other sensors are input to the I/O 507 of the control means 500 .
An operation panel 522 is connected to the control means 500 for inputting and displaying information required for this device.
As described above, the control unit 500 receives the modeling data from the modeling data creation device 600. The modeling data is data for forming the model 17 in each modeling layer 30 as slice data obtained by slicing the shape of a target three-dimensional model (data on the modeling region).
After forming the modeling layer 30, the control means 500 controls the ejection and flattening of the repair modeling material again at the same height without changing the Z-direction position (height) of the flattening roller 16. This makes it possible to reliably fill in the difference between the ideal flattened surface and the roundness of the end of the modeling layer, thereby improving the edge quality of the three-dimensional object.
主制御部５００Ａは、造形データ（造形領域データ）にサポート材を付与するサポート領域のデータを付加したデータを作成し、ヘッド駆動制御部５０８、５０９に与える。ヘッド駆動制御部５０８、５０９は、それぞれ、第１ヘッド１１からモデル材３０１の液滴を造形領域に吐出させ、第２ヘッド１２から液状のサポート材３０２の液滴をサポート領域に吐出させる。
なお、造形データ作成装置６００と立体造形物製造装置１０によって造形装置が構成される。
The main control unit 500A creates data by adding data on a support region where a supporting material is to be applied to the modeling data (modeling region data), and provides the data to the head drive control units 508 and 509. The head drive control units 508 and 509 each cause the first head 11 to eject droplets of the model material 301 onto the modeling region, and cause the second head 12 to eject droplets of the liquid supporting material 302 onto the support region.
The modeling data creating device 600 and the three-dimensional object manufacturing device 10 constitute a modeling device.
ここで、図３は、本発明における、吐出手段であるヘッドと平坦化手段であるローラとの位置関係を真上から見た様子を示す図であり、図３の（Ａ）はモデル１層目、図３の（Ｂ）はモデル２層目、図３の（Ｃ）は補修用モデル層を示す。 Here, FIG. 3 shows the positional relationship between the head, which is the ejection means, and the roller, which is the flattening means, as viewed from directly above in this invention. FIG. 3(A) shows the first model layer, FIG. 3(B) shows the second model layer, and FIG. 3(C) shows the repair model layer.
＜主走査および副走査方向の動き＞
副走査方向（＝Ｙ方向）に大きい造形物を造形する場合には、モデル層および補修用モデル層は、主走査方向（＝Ｘ方向）の往復動作と、副走査方向の移動の組み合わせにより造形が行われる。
図３の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、１つのモデル層は、４つの主走査方向からなり、各種走査方向の往復動作を「第１改行」、「第２改行」、「第３改行」、「第４改行」とする。
<Movement in main and sub-scanning directions>
When forming a large object in the sub-scanning direction (=Y direction), the model layer and the repair model layer are formed by a combination of reciprocating motion in the main scanning direction (=X direction) and movement in the sub-scanning direction.
As shown in Figures 3A and 3B, one model layer consists of four main scanning directions, and the reciprocating movements in the various scanning directions are called the "first line break,""second line break,""third line break," and "fourth line break."
＜ヘッド送り＞
図３の（Ｂ）に示すように、モデル２層目を形成するときのヘッドのＹ方向位置は、モデル１層目を形成するときのヘッドのＹ方向位置に対して、位置をずらしている。この目的は、不吐出のノズルが発生したときに、各モデル層で、同じ位置を不吐出のノズルで印字することを防ぐためである。また、このように、先行するモデル層に対して後続するモデル層を形成する時のヘッド位置を副走査方向（＝Ｙ方向）にずらす動作を、「ヘッド送り」と呼ぶ（図３の（Ａ）および図３の（Ｂ）参照）。
ただし、図３の（Ｃ）に示すように、補修用モデル層の形成においては、ヘッド送りを行わない（図３の（Ｂ）および図３の（Ｃ）参照）。この理由は、補修用モデル材は、先行するモデル材に対して高さ方向（Ｚ方向）にローラを上げずに、補修用モデル材を吐出し、平坦化ローラで平坦化を行う動作であるため、平坦化ローラに傾きがある場合、平坦化ローラが先行するモデル層に衝突するためである。
<Head feed>
As shown in Fig. 3B, the Y-direction position of the head when forming the second model layer is shifted from the Y-direction position of the head when forming the first model layer. The purpose of this is to prevent printing at the same position in each model layer with a non-ejecting nozzle when a non-ejecting nozzle occurs. In addition, the operation of shifting the head position in the sub-scanning direction (=Y direction) when forming a subsequent model layer relative to the preceding model layer in this way is called "head feed" (see Fig. 3A and Fig. 3B).
However, as shown in Fig. 3C, in forming the repair model layer, the head is not fed (see Fig. 3B and Fig. 3C). The reason for this is that the repair model material is discharged without raising the roller in the height direction (Z direction) relative to the preceding model material, and flattened by the flattening roller, so if the flattening roller is inclined, the flattening roller will collide with the preceding model layer.
＜凸スジ形成＞
図３の（Ａ）に示すように、モデル１層目では、「領域１ａ」は「第２改行」形成時に吐出されるが、「領域１ａ」は平坦化ローラで平坦化がされないままで硬化されるため、平坦化ローラで平坦化される領域に対して高く造形される。即ち、立体造形物に凸スジが形成される。
図３の（Ｂ）に示すように、モデル２層目では、「領域１ｂ」は「第２改行」形成時に吐出されるが、「領域１ｂ」は平坦化ローラで平坦化がされないままで硬化されるため、平坦化ローラで平坦化される領域に対して高く形成される。即ち、立体造形物に凸スジが形成される。
図３の（Ｃ）に示すように、補修用モデル層では、「領域１ｃ」は「第２改行」形成時に吐出されるが、「領域１ｃ」は平坦化ローラで平坦化がされないままで硬化されるため、平坦化ローラで平坦化される領域に対して高く形成される。即ち、立体造形物に凸スジが形成される。
<Convex streak formation>
3A, in the first layer of the model, "area 1a" is discharged when forming the "second line break", but since "area 1a" is cured without being flattened by the flattening roller, it is shaped higher than the area flattened by the flattening roller. In other words, a convex streak is formed in the three-dimensional object.
As shown in Fig. 3B, in the second layer of the model, "area 1b" is discharged when the "second line break" is formed, but since "area 1b" is cured without being flattened by the flattening roller, it is formed higher than the area flattened by the flattening roller. In other words, a convex streak is formed on the three-dimensional object.
3C, in the repair model layer, "area 1c" is discharged when the "second line break" is formed, but since "area 1c" is hardened without being flattened by the flattening roller, it is formed higher than the area flattened by the flattening roller. In other words, a convex streak is formed on the three-dimensional object.
＜吐出量の制御手段＞
次に、非ローラ平坦化領域において、補修用モデル材またはモデル材の吐出量を下げる、あるいはゼロとする制御手段について説明する。
図４に示すように、平坦化ローラ長さがヘッドのノズル列長よりも短い構成においては、ヘッド端部に、吐出した補修用モデル材またはモデル材がローラで平坦化されないノズル５ｃが存在する。
前記ノズル５ｃは、「スライスデータ」の生成処理において、補修用モデル材またはモデル材を吐出しないよう制御することができ、前記処理により生成したスライスデータにより造形することで、補修用モデル層またはモデル層のある層においては、図４中５ａに示すような画像として造形できる。
また、補修用モデル材またはモデル材の吐出量を下げる場合は、非ローラ平坦化領域において補修用モデル材またはモデル材が吐出されるドットを間引くことによって、単位面積当たりの吐出量を下げる方法が挙げられる（図４中５ｂ）。もちろん、前記ノズル５ｃの吐出量そのものを下げてもよい。
<Discharge amount control means>
Next, a control means for reducing the amount of repair model material or model material dispensed in the non-roller flattening region or for setting it to zero will be described.
As shown in FIG. 4, in a configuration in which the flattening roller length is shorter than the length of the nozzle row of the head, there are nozzles 5c at the end of the head where the ejected repair model material or model material is not flattened by the roller.
The nozzle 5c can be controlled not to eject repair model material or model material during the "slice data" generation process, and by modeling using the slice data generated by the process, in a certain layer of the repair model layer or model layer, an image such as that shown in 5a in Figure 4 can be formed.
In addition, when reducing the amount of the repair model material or the model material discharged, the dots onto which the repair model material or the model material is discharged in the non-roller flattened region are thinned out to reduce the amount of discharged per unit area (5b in FIG. 4). Of course, the amount of discharge of the nozzle 5c itself may also be reduced.
補修用モデル層の形成はモデル層の複数層ごと、例えば、モデル層の２層ごとや３層ごとである。本発明のさらに別の一態様において、補修用モデル層の形成は１つのスライスレイヤが形成されるごとに行われることが好ましい。
本発明において、「スライスレイヤ」とは、複数のモデル層および任意に１以上のサポート層との組み合わせからなる積層ユニットを意味する。「積層ユニット」は、所定の吐出、平坦化および硬化パターンにより形成され、かかる積層ユニットを繰り返すことにより、即ちかかる形成パターンの繰り返しにより、立体造形物が形成される。
「スライスレイヤ」を造形するデータが「スライスデータ」である。
The repair model layer is formed for each of a plurality of model layers, for example, for each two or three model layers. In yet another aspect of the present invention, the repair model layer is preferably formed for each slice layer.
In the present invention, the term "slice layer" refers to a laminate unit consisting of a combination of multiple model layers and, optionally, one or more support layers. The "lamination unit" is formed by a predetermined pattern of discharging, flattening, and curing, and a three-dimensional object is formed by repeating such a laminate unit, i.e., by repeating such a formation pattern.
The data that forms the "slice layer" is the "slice data."
ここで、図５は、補修用モデル材またはモデル材の吐出量を制御した「スライスデータ」を生成する処理の流れの一例を示すフローチャートである。 Here, FIG. 5 is a flowchart showing an example of the process flow for generating "slice data" that controls the amount of repair model material or model material dispensed.
ステップＳ１では、立体造形物製造装置の制御手段が、造形データを取得すると、処理をＳ２に移行する。ここで、造形データは、例えば、ＳＴＬファイルなどで入力される。 In step S1, the control means of the three-dimensional object manufacturing device acquires modeling data, and the process proceeds to S2. Here, the modeling data is input, for example, in an STL file.
ステップＳ２では、立体造形物製造装置の制御手段が、立体造形物を造形するために必要なサポート材の領域情報を計算すると、処理をＳ３に移行する。 In step S2, the control means of the three-dimensional object manufacturing device calculates the area information of the support material required to manufacture the three-dimensional object, and then the process proceeds to S3.
ステップＳ３では、立体造形物製造装置の制御手段が、下地層や、枠部、界面間引き処理などの必要な補正処理を行うと、処理をＳ４に移行する。 In step S3, the control means of the three-dimensional object manufacturing device performs necessary correction processing such as thinning processing of the base layer, frame, and interface, and then proceeds to S4.
ステップＳ４では、立体造形物製造装置の制御手段が、造形物の凸スジの発生を低減するため、非ローラ平坦化領域の吐出量制御処理を行うと、処理をＳ５に移行する。なお、吐出量制御処理については、上述した吐出量制御手段に記載した通りである。 In step S4, the control means of the three-dimensional object manufacturing device performs a discharge amount control process for the non-roller flattened area in order to reduce the occurrence of convex streaks in the object, and then the process proceeds to S5. The discharge amount control process is as described above for the discharge amount control means.
ステップＳ５では、立体造形物製造装置の制御手段が、最終的な吐出データを出力すると、本処理を終了する。 In step S5, the control means of the three-dimensional object manufacturing device outputs the final ejection data, and then this process ends.
図５に示す処理を行うことによって、非ローラ平坦化領域において、補修用モデル材またはモデル材の吐出量を下げる、あるいはゼロとすることができる。 By performing the process shown in Figure 5, the amount of repair model material or model material dispensed in the non-roller flattened area can be reduced or set to zero.
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。以下に示す実施例および比較例においては、簡略化のため、Ｙ方向（副走査方向、ノズル列に対して平行方向）に対する造形ユニットの動きを省略した。なお、造形エリアが造形ユニットの第１および第２のヘッドの移動幅より大きい場合には、適宜Ｙ方向への移動を行う。なお、以下の実施例および比較例においては、「造形材料」を「モデル材」、「造形層」を「モデル層」、「補修用造形材料」を「補修用モデル材」、「補修用造形層」を「補修用モデル層」として説明する。
Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples. In the following examples and comparative examples, for simplification, the movement of the modeling unit in the Y direction (sub-scanning direction, parallel to the nozzle row) is omitted. If the modeling area is larger than the movement width of the first and second heads of the modeling unit, the movement in the Y direction is performed appropriately. In the following examples and comparative examples, the "modeling material" will be described as the "model material," the "modeling layer" as the "model layer," the "repair modeling material" as the "repair model material," and the "repair modeling layer" as the "repair model layer."
（比較例１）
図６に示す立体造形物製造装置２００は、立体造形物１１０が載置される造形ステージ１１１と、造形ステージ１１１上に造形物１１０を順次積層しながら造形する造形ユニット１２０とを備えている。
(Comparative Example 1)
The three-dimensional
造形ステージ１１１は、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向に移動可能に構成されている。なお、造形ユニット１２０をＸ方向に移動させる構成とすることもできる。これによって、往路および復路の造形動作を実現できる。
造形ユニット１２０は、吐出手段として、モデル材２０１を吐出する吐出手段である第１ヘッド１２１と、サポート材２０２を吐出する吐出手段である第２ヘッド１２２とを備えている。
造形ユニット１２０は、吐出されたモデル材２０１およびサポート材２０２をそれぞれ平坦化する平坦化手段である平坦化ローラ１２３と、活性エネルギー線としての紫外線を照射してモデル材２０１およびサポート材２０２をそれぞれ硬化させる２つのＵＶ照射ユニット１２４Ａ、１２４Ｂとを備えている。
The
The
The
ここでは、Ｘ方向において、造形ステージ１１１が往路方向に移動するとき、第１ヘッド１２１の上流側に平坦化ローラ１２３を、平坦化ローラ１２３の上流側にＵＶ照射ユニット１２４Ａをそれぞれ配置している。また、同じく、第１ヘッド１２１の下流側に第２ヘッド１２２を、第２ヘッド１２２の下流側にＵＶ照射ユニット１２４Ｂを並べて配置している。
Here, when the
比較例１では、図６に示す立体造形物製造装置２００を用いて、以下に示すように、立体造形物を製造する。
In Comparative Example 1, a three-dimensional object is manufactured using the three-dimensional
まず、図７Ａに示すように、モデル１層目往路において、ステージ１１１上に、第１ヘッド１２１からモデル材を吐出し、ＵＶ照射ユニット１２４Ａから紫外線を照射し、硬化させて、モデル層１を形成する。
First, as shown in FIG. 7A, on the way to the first model layer, model material is ejected from the
次に、図７Ｂに示すように、モデル１層目復路において、モデル層１上に、第１ヘッド１２１からモデル材を吐出し、平坦化ローラ１２３により平坦化を行い、ＵＶ照射ユニット１２４Ｂから紫外線を照射し、硬化させて、モデル層２を形成する。この際、平坦化ローラ１２３の長さが第１ヘッド１２１の長さよりも短いため、第２改行後にモデル層２に凸スジ２ａが形成される。
Next, as shown in FIG. 7B, in the return pass of the first model layer, model material is discharged from the
次に、図７Ｃに示すように、モデル２層目往路において、造形ユニット１２０がＺ方向に所定量上昇し、モデル層２上に、第１ヘッド１２１からモデル材を吐出し、ＵＶ照射ユニット１２４Ａから紫外線を照射し、硬化させて、モデル層３を形成する。この際、往路では、平坦化ローラによる平坦化はされないので、凸スジ２ｂは維持される。
Next, as shown in FIG. 7C, on the outward path of the second model layer, the
次に、図７Ｄに示すように、モデル２層目復路において、モデル層３上に、第１ヘッド１２１からモデル材を吐出し、平坦化ローラ１２３により平坦化を行い、ＵＶ照射ユニット１２４Ｂから紫外線を照射し、硬化させて、モデル層４を形成する。この際、第２改行後に凸スジ２ｃａが形成される。凸スジ２ｃａの高さが、モデル層４より高いので、モデル層３まであった凸スジ２ｂは埋まり、新たな凸スジ２ｃａが形成される。
Next, as shown in FIG. 7D, on the return pass of the second model layer, the model material is discharged from the
次に、補修用モデル層往路では、補修用造形材料を吐出しない（図示を省略）。 Next, on the outward journey of the repair model layer, no repair modeling material is ejected (not shown).
次に、図７Ｅに示すように、補修用モデル層復路において、モデル層４上に、第１ヘッド１２１から補修用モデル材を吐出し、平坦化ローラ１２３により平坦化を行い、ＵＶ照射ユニット１２４Ｂから紫外線を照射し、硬化させて、補修用モデル層６を形成する。ここで、凸スジ２ｃａと同じ位置に、再び凸スジ２ｄａが形成される。補修用モデル層６分の高さがそのまま凸スジに積まれ、高さはそのまま維持されて硬化する。
なお、補修用モデル層６では、吐出した全ての補修用モデル材を平坦化ローラで回収するため、補修用モデル層６を形成後の凸スジは従来の凸スジよりも補修用モデル層分高くなる。その結果、次の層形成時にローラに干渉してしまう。
7E, on the return path of the repair model layer, the repair model material is discharged from the
In addition, in the repair model layer 6, since all of the discharged repair model material is collected by the flattening roller, the convex streaks after forming the repair model layer 6 are higher by the repair model layer than conventional convex streaks. As a result, they interfere with the roller when forming the next layer.
次に、ヘッドＭｄ上昇し、ヘッド送りを行う。 Next, the head Md rises and head feed is performed.
次に、図７Ｆに示すように、モデル３層目往路において、補修用モデル層６上に、第１ヘッド１２１からモデル材を吐出し、ＵＶ照射ユニット１２４Ａから紫外線を照射し、硬化させて、モデル層７を形成する。ここで、前記凸スジ２ｄａと同じ位置に、再び凸スジ２ｅａが形成される。これは、往路では平坦化ローラ１２３によって平坦化されずそのまま高さが維持された結果、次のモデル３層目復路において、モデル層８の厚みよりも厚い凸スジとなってしまう。
Next, as shown in FIG. 7F, on the outward path of the third model layer, model material is discharged from the
次に、図７Ｇに示すように、モデル３層目復路において、モデル層８上に、第１ヘッド１２１からモデル材を吐出し、平坦化ローラ１２３により平坦化し、ＵＶ照射ユニット１２４Ｂから紫外線を照射し、硬化させて、モデル層８を形成する。ここで、平坦化ローラ１２３による平坦化時に、平坦化ローラ１２３が凸スジ２ｅａに衝突してしまう。即ち、モデル３層目復路での平坦化時に、凸スジ２ｅａが平坦化ローラ１２３に衝突する。これは、補修用モデル層６を形成した時に凸スジが成長して、次の復路層（モデル層８）の厚みよりも高くなってしまうことが原因である。
Next, as shown in FIG. 7G, in the return pass of the third model layer, the model material is discharged from the
＜比較例１の評価＞
比較例１では、モデル３層目復路形成時に、モデル３層目往路以前に形成された凸スジの高さが、モデル３層目復路形成時に平坦化ローラが通過する高さよりも高くなる。このため、モデル３層目復路において、平坦化ローラ１２３が造形物の凸スジに衝突してしまうという課題がある。
<Evaluation of Comparative Example 1>
In Comparative Example 1, when forming the third model layer on the return path, the height of the convex streaks formed before the third model layer on the return path is higher than the height at which the flattening roller passes when forming the third model layer on the return path. This causes a problem that the flattening
（実施例１）
比較例１の課題である、平坦化ローラの造形物の凸スジへの衝突を解消するため、モデル３層目往路以前に形成される凸スジ高さが、モデル３層目復路形成時において、平坦化ローラが追加される凸スジ高さよりも低ければ衝突を回避できることを知見した。したがって、実施例１においては、平坦化ローラで平坦化されない領域の補修用モデル材の吐出量を下げる、または吐出しない（ゼロ）ようにする。
Example 1
In order to resolve the issue of the first comparative example, that is, the collision of the flattening roller with the convex streaks of the molded object, it was found that the collision can be avoided if the height of the convex streaks formed before the outward pass of the third model layer is lower than the height of the convex streaks at which the flattening roller is added when the third model layer is formed in the return pass. Therefore, in the first embodiment, the amount of repair model material dispensed in the area not flattened by the flattening roller is reduced or not dispensed (zero).
＜シーケンス＞
図８Ａ～図８Ｃは、図７Ａ～図７Ｃと同じなので、これらの説明を省略する。
<Sequence>
8A to 8C are the same as FIGS. 7A to 7C, and therefore their description will be omitted.
次に、図８Ｄに示すように、モデル２層目復路において、モデル層３上に、第１ヘッド１２１からモデル材を吐出し、平坦化ローラ１２３により平坦化、ＵＶ照射ユニット１２４Ｂから紫外線を照射し、硬化させてモデル層４を形成する。ここで、凸スジ３ｃａが形成される。
Next, as shown in FIG. 8D, on the return path of the second model layer, the model material is discharged from the
次に、補修用モデル層往路においては、補修用モデル材を吐出しない（図示を省略）。 Next, on the outward journey of the repair model layer, no repair model material is ejected (not shown).
次に、図８Ｅに示すように、補修用モデル層復路において、モデル層４上に、第１ヘッド１２１から補修用モデル材を吐出し、平坦化ローラ１２３により平坦化し、ＵＶ照射ユニット１２４Ｂから紫外線を照射し、硬化させて、補修用モデル層６を形成する。ここで、前記凸スジ３ｃａの領域では、補修用モデル材を吐出しない。
Next, as shown in FIG. 8E, on the return path of the repair model layer, the repair model material is discharged from the
次に、ヘッドＭｄ上昇し、ヘッド送りを行う。 Next, the head Md rises and head feed is performed.
次に、図８Ｆに示すように、モデル３層目往路において、補修用モデル層６上に、第１ヘッド１２１からモデル材を吐出し、ＵＶ照射ユニット１２４Ａから紫外線を照射し、硬化させて、モデル層７を形成する。
Next, as shown in FIG. 8F, on the way to the third model layer, model material is ejected from the
次に、図８Ｇに示すように、モデル３層目復路において、モデル層７上に、第１ヘッド１２１からモデル材を吐出し、平坦化ローラ１２３により平坦化し、ＵＶ照射ユニット１２４Ｂから紫外線を照射し、硬化させて、モデル層８を形成する。ここで、前記凸スジ３ｃａ上の凸スジ高さは、平坦化ローラ１２３が通過する高さ以下であるため、平坦化ローラ１２３は造形物の凸スジに衝突しない。
Next, as shown in FIG. 8G, on the return pass of the third model layer, model material is discharged from the
＜実施例１の評価＞
実施例１によると、比較例１の課題である、平坦化ローラの造形物の凸スジへの衝突を解消することができる。
しかし、実施例１では、平坦化ローラ１２３で平坦化されない領域の補修用モデル材の吐出量をゼロにした場合、補修用モデル材が吐出される領域と、補修用モデル材が吐出されない領域とが造形物表面に存在してしまう。このため、最終的な造形物表面には見る角度によっては、模様を有するように視認されるという課題がある。
<Evaluation of Example 1>
According to Example 1, it is possible to solve the problem in Comparative Example 1, that is, the collision of the flattening roller with the convex streaks of the shaped object.
However, in the first embodiment, when the amount of repair model material dispensed in the area not flattened by the flattening
（実施例２）
実施例１の課題である、造形物表面の模様を生じさせないため、ローラで平坦化されない領域の補修用モデル材の吐出量はゼロにすることなく下げるにとどめ、さらに、モデル２層目復路において、凸スジ３ｃａに相当する領域の吐出量を下げる方法を採用する。
Example 2
In order to avoid the problem of creating a pattern on the surface of the molded object, which is the issue in Example 1, a method is adopted in which the amount of repair model material dispensed in the areas that are not flattened by the roller is reduced without being set to zero, and further, the amount dispensed in the area corresponding to the convex streak 3ca is reduced on the return pass of the second layer of the model.
＜シーケンス＞
図９Ａ～図Ｃは、図７Ａ～図７Ｃと同じなので、これらの説明を省略する。
<Sequence>
9A to 9C are the same as FIGS. 7A to 7C, and therefore their description will be omitted.
次に、図９Ｄに示すように、モデル２層目復路において、モデル層３上に、第１ヘッド１２１からモデル材を吐出し、平坦化ローラ１２３により平坦化し、ＵＶ照射ユニット１２４Ｂから紫外線を照射し、硬化させてモデル層４を形成する。ここで、平坦化ローラ１２３で平坦化されない領域４ｃａでは、モデル材の吐出量を下げる。
Next, as shown in FIG. 9D, on the return path of the second model layer, model material is discharged from the
次に、補修用モデル層往路においては、補修用モデル材を吐出しない（図示を省略）。 Next, on the outward journey of the repair model layer, no repair model material is ejected (not shown).
次に、図９Ｅに示すように、補修用モデル層復路において、モデル層４上に、第１ヘッド１２１から補修用モデル材を吐出し、平坦化ローラ１２３により平坦化し、ＵＶ照射ユニット１２４Ａから紫外線を照射し、硬化させて補修用モデル層６を形成する。ここで、平坦化ローラ１２３で平坦化されない領域４ｄａでは、補修用モデル材の吐出量を下げる。
Next, as shown in FIG. 9E, on the return path of the repair model layer, the
次に、ヘッドＭｄ上昇し、ヘッド送りを行う。 Next, the head Md rises and head feed is performed.
次に、図９Ｆに示すように、モデル３層目往路において、補修用モデル層６上に、第１ヘッド１２１からモデル材を吐出し、ＵＶ照射ユニット１２４Ａから紫外線を照射し、硬化させて、モデル層７を形成する。
Next, as shown in FIG. 9F, on the way to the third model layer, model material is ejected from the
次に、図９Ｇに示すように、モデル３層目復路において、モデル層７上に、第１ヘッド１２１からモデル材を吐出し、平坦化ローラ１２３により平坦化し、ＵＶ照射ユニット１２４Ｂから紫外線を照射し、硬化させて、モデル層８を形成する。ここで、前記凸スジ４ｄａ上の凸スジ高さは、平坦化ローラが通過する高さ以下であるため、平坦化ローラ１２３は造形物に衝突しない。
Next, as shown in FIG. 9G, on the return pass of the third model layer, model material is discharged from the
＜実施例２の評価＞
実施例２によると、比較例１の課題である、平坦化ローラの造形物の凸スジへの衝突を解消することができる。
また、実施例１の課題である、最終的な造形物表面には見る角度によっては、模様を有するように視認されることも解消できる。
<Evaluation of Example 2>
According to Example 2, the problem of the flattening roller hitting the convex streaks of the shaped object, which is an issue in Comparative Example 1, can be resolved.
In addition, the problem in the first embodiment that the surface of the final model appears to have a pattern depending on the viewing angle can be solved.
本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
＜１＞ 造形材料を吐出する吐出手段と、
前記吐出手段により吐出された前記造形材料を硬化させるための硬化手段と、
前記吐出手段および前記硬化手段により所定の厚みに造形された造形層に対して、前記吐出手段がさらに補修用造形材料を吐出し、平坦化手段により前記所定の厚みに平坦化する制御を行う制御手段と、
を有する立体造形物製造装置であって、
少なくとも補修用造形層を形成するための、一部領域の補修用造形材料の吐出量を、その他の領域の補修用造形材料の吐出量未満とすることを特徴とする立体造形物製造装置である。
＜２＞ 平坦化されない領域だけの補修用造形材料の吐出量を、平坦化される領域の補修用造形層の厚み未満となるように、またはゼロとなるように制御する、前記＜１＞に記載の立体造形物製造装置である。
＜３＞ 平坦化されない領域の造形材料の吐出量を、平坦化される領域の造形層の厚み未満となるように制御する、前記＜１＞または＜２＞に記載の立体造形物製造装置である。
＜４＞ 少なくとも補修用造形層を形成するための、一部領域の補修用造形材料の吐出量を、その他の領域の補修用造形材料の吐出量未満とする処理をコンピュータに行わせることを特徴とする立体造形物製造用プログラムである。
＜５＞ 前記＜４＞に記載の立体造形物製造用プログラムを搭載したことを特徴とする立体造形物製造装置である。
＜６＞ 造形材料を吐出する吐出工程と、
前記吐出工程において吐出された前記造形材料を硬化させる硬化工程と、
少なくとも１回の前記硬化工程の後、前記吐出工程および前記硬化工程において所定の厚みに造形された造形層に対して、補修用造形材料を吐出し、平坦化手段により前記所定の厚みに平坦化する補修工程と、を含み、
少なくとも補修用造形層を形成するための、一部領域の補修用造形材料の吐出量を、その他の領域の補修用造形材料の吐出量未満とすることを特徴とする立体造形物の製造方法である。
For example, aspects of the present invention are as follows.
<1> A discharge means for discharging a modeling material;
a hardening means for hardening the modeling material discharged by the discharging means;
a control means for controlling the discharging means to further discharge a repair modeling material onto the modeling layer that has been modeled to a predetermined thickness by the discharging means and the hardening means, and for controlling the planarization to the predetermined thickness by the planarization means;
A three-dimensional object manufacturing apparatus having
The apparatus for manufacturing a three-dimensional object is characterized in that the amount of repair-modeling material dispensed for forming at least a repair-modeling layer in a certain region is less than the amount of repair-modeling material dispensed for other regions.
<2> The apparatus for manufacturing a three-dimensional object described in <1>, in which the amount of repair modeling material dispensed only in the non-planarized area is controlled so that it is less than the thickness of the repair modeling layer in the planarized area or is zero.
<3> The apparatus for manufacturing a three-dimensional object according to <1> or <2>, wherein an amount of the modeling material discharged in the non-planarized area is controlled to be less than a thickness of the modeling layer in the planarized area.
<4> A program for manufacturing a three-dimensional object, characterized in that it causes a computer to perform a process for forming at least a repair modeling layer by making the amount of repair modeling material dispensed in a certain area less than the amount of repair modeling material dispensed in other areas.
<5> A three-dimensional object manufacturing device, comprising the three-dimensional object manufacturing program according to <4>.
<6> A discharging step of discharging a modeling material;
a hardening step of hardening the modeling material discharged in the discharging step;
a repair process in which, after at least one hardening process, a repair modeling material is discharged onto the modeling layer that has been modeled to a predetermined thickness in the discharging process and the hardening process, and the repair modeling material is flattened to the predetermined thickness by a flattening means;
This is a method for manufacturing a three-dimensional object, characterized in that the amount of repair-modeling material dispensed in a portion of the region to form at least a repair-modeling layer is less than the amount of repair-modeling material dispensed in the other regions.
前記＜１＞から＜３＞および＜５＞のいずれかに記載の立体造形物製造装置、前記＜４＞に記載の立体造形物製造用プログラム、および前記＜６＞に記載の立体造形物の製造方法によると、従来における諸問題を解決し、本発明の目的を達成することができる。 The three-dimensional object manufacturing device described in any one of <1> to <3> and <5>, the three-dimensional object manufacturing program described in <4>, and the three-dimensional object manufacturing method described in <6> can solve the various problems in the past and achieve the object of the present invention.
１０ 立体造形物製造装置
１１ 第１ヘッド
１２ 第２ヘッド
１３ ＵＶ照射ユニット
１４ ステージ
１６ 平坦化ローラ
２０ 造形ユニット
３０ 造形層
REFERENCE SIGNS LIST 10 Three-dimensional object manufacturing device 11 First head 12 Second head 13 UV irradiation unit 14 Stage 16 Flattening roller 20 Modeling unit 30 Modeling layer
Claims (5)
前記吐出手段により吐出された前記造形材料を硬化させるための硬化手段と、
前記吐出手段および前記硬化手段により所定の厚みに造形された造形層に対して、前記吐出手段がさらに補修用造形材料を吐出し、平坦化手段により前記所定の厚みに平坦化する制御を行う制御手段と、
を有する立体造形物製造装置であって、
前記平坦化手段としての平坦化ローラの長手方向の長さが、前記吐出手段としてのヘッドのノズル列方向の長さよりも短く、
少なくとも補修用造形層を形成するための、凸スジとなる、狙いの平坦化高さよりも高くなる部分だけの補修用造形材料の吐出量を、平坦化される領域の補修用造形層の厚み未満となるように、またはゼロとなるように制御することを特徴とする立体造形物製造装置。 A discharge means for discharging a modeling material;
a hardening means for hardening the modeling material discharged by the discharging means;
a control means for controlling the discharging means to further discharge a repair modeling material onto the modeling layer that has been modeled to a predetermined thickness by the discharging means and the hardening means, and for controlling the planarization to the predetermined thickness by the planarization means;
A three-dimensional object manufacturing apparatus having
a length in a longitudinal direction of the flattening roller as the flattening means is shorter than a length in a nozzle row direction of the head as the ejection means,
A three-dimensional object manufacturing device characterized by controlling the amount of repair modeling material dispensed only for the portion that will become a convex streak and is higher than the target flattening height to form at least the repair modeling layer, so that it is less than the thickness of the repair modeling layer in the area to be flattened, or is zero.
前記吐出工程において吐出された前記造形材料を硬化させる硬化工程と、a hardening step of hardening the modeling material discharged in the discharging step;
少なくとも１回の前記硬化工程の後、前記吐出工程および前記硬化工程において所定の厚みに造形された造形層に対して、吐出手段により補修用造形材料を吐出し、平坦化手段により前記所定の厚みに平坦化する補修工程と、を含み、a repair process in which, after at least one hardening process, a repair modeling material is discharged by a discharge means onto the modeling layer that has been modeled to a predetermined thickness in the discharging process and the hardening process, and the repair modeling material is flattened to the predetermined thickness by a flattening means;
前記平坦化手段としての平坦化ローラの長手方向の長さが、前記吐出手段としてのヘッドのノズル列方向の長さよりも短く、a length in a longitudinal direction of the flattening roller as the flattening means is shorter than a length in a nozzle row direction of the head as the ejection means,
少なくとも補修用造形層を形成するための、凸スジとなる、狙いの平坦化高さよりも高くなる部分だけの補修用造形材料の吐出量を、平坦化される領域の補修用造形層の厚み未満となるように、またはゼロとなるように制御することを特徴とする立体造形物の製造方法。A method for manufacturing a three-dimensional object, characterized in that the amount of repair modeling material dispensed for only the portion that will become a convex streak and is higher than the target flattened height to form at least the repair modeling layer is controlled so that it is less than the thickness of the repair modeling layer in the flattened area or is zero.
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