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また、制御部５００は、液体吐出用のヘッドユニット３１を駆動制御するヘッド駆動制御部５０８と、ヘッドユニット３２を駆動制御するヘッド駆動制御部５０９を備えている。 |
更に、制御部５００は、液体吐出用のヘッドユニット３１及び３２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、液体吐出ヘッドユニット３１及び３２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。 |
制御部５００は、ステージ３７を昇降手段５５４とともにＹ方向に移動させるステージＹ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３７をＺ方向に昇降させる昇降手段５５４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、前述したように液体吐出ヘッドユニット３１及び３２を昇降させる構成とすることもできる。 |
制御部５００は、平坦化を行うローラー３４を回転駆動するモータ５５５を駆動するモータ駆動部５１６、液体吐出ヘッドユニットのメンテナンス機構５５６を駆動するメンテナンス駆動部５１８を備える。 |
制御部５００は、ＵＶ照射ユニット５５７による紫外線照射を制御する硬化制御部５１９を備える。 |
制御部５００のＩ／Ｏ５０７には、装置の環境条件としての温度及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。 |
制御部５００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル５２２が接続されている。 |
制御部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信する。 |
次に、製造データを作成する製造データ（造形データ）作成装置及び製造データ（造形データ）の作成方法について、説明する。 |
造形データ作成装置６００は、造形しようとする立体造形物を三次元モデルで表した三次元モデルの情報を受け付ける。この受け付けた情報をもとに、造形データ作成装置６００は、サポート部の形状や大きさ、モデル部に対するサポート部の位置（配置）等を適宜設定する。さらに、モデル部とサポート部からなる造形物の情報をもとに、造形データ作成装置６００は、サポート部防護壁の形状、大きさ（高さ、幅等）、造形位置（配置）などを適宜設定する。 |
尚、造形データ作成装置６００が、上記各種条件を設定するにあたり、基準となる条件は予め作業者又はユーザーにより入力しておくことができる。この場合、造形データ作成装置６００は、予め入力されている条件と比較することで、造形条件を自動で選択することができる。 |
また、造形データ作成装置６００には、造形データ作成装置が設定した造形条件を、必要に応じて作業者又はユーザーが修正できる調整手段を有しているとよい。 |
そして、造形データ作成装置６００は、モデル部とサポート部からなる造形物の造形処理に、サポート部防護壁の造形処理を加えて、両者の造形処理が行えるよう、モデル部、サポート部、及びサポート部防護壁の造形手順を設定する。 |
この造形手順を前述の＜＜立体造形物の製造データの作成方法＞＞の欄で説明したように、造形層を形成する１層である、Ｘ−Ｙの二次元データに変換する。こうして、最終的に生成された二次元データが立体造形物の製造データとなる。 |
作成された立体造形物の製造データは、造形装置の制御部５００に入力される。 |
以下、立体造形物の実施形態を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらの実施形態により限定されるものではない。 |
＜立体造形物の実施形態１＞ |
図４Ａは、実施形態１としての立体造形物の一例を示す側面図である。図４Ｂは、実施形態１としての立体造形物の一例を示す上面図である。 |
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、ステージ上にモデル部を積層したモデル部１０ａの周縁部に、サポート部を積層したサポート部２０ａをステージ上に形成する。これにより、ステージ上のサポート部２０ａがモデル部１０ａの周縁部と固着するため、モデル部１０ａの反りを抑制することができる。 |
また、周縁部のサポート部２０ａの高さＡは、モデル部１０ａの高さＢに対して高くても低くてもよい。サポート部２０ａの高さＡがモデル部１０ａの高さＢよりも高い場合には、モデル部１０ａの端部のエッジをより鋭くすることができる。サポート部２０ａの高さＡがモデル部１０ａの高さＢよりも低い場合には、使用するサポート部材料の量を低減することができる。 |
＜立体造形物の実施形態２＞ |
図５Ａは、実施形態２としての立体造形物の一例を示す側面図である。図５Ｂは、実施形態２としての立体造形物の一例を示す上面図である。 |
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、ステージ上にサポート部２０ｂを形成するとともに、サポート部２０ｂを貫通するアンカー部としてモデル部１０ｂをステージの表面に固着するように形成する。また、サポート部２０ｂの上部には、モデル部１０ｂの上部とモデル部１０ａの周縁部における底部とが固着するようにモデル部１０ａを形成する。これにより、モデル部１０ｂがモデル部１０ａの周縁部とステージとに固着するため、モデル部１０ａの反りを抑制することができる。なお、モデル部１０ｂは、形状が細いため反りが発生しにくい。また、モデル部１０ａの底部にサポート部２０ｂを形成していることにより、立体造形物が造形完了した後にサポート部２０ｂを除去すると、立体造形物をステージから剥離しやすくなる。 |
＜立体造形物の実施形態３＞ |
図６Ａは、実施形態３としての立体造形物の一例を示す側面図である。図６Ｂは、実施形態３としての立体造形物の一例を示す上面図である。 |
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、ステージ上にサポート部２０ｂを形成し、そのサポート部２０ｂ上に、モデル部１０ａを形成するとともに、モデル部１０ａの周縁部にサポート部２０ａを形成する。さらに、サポート部２０ａ及び２０ｂを形成する際に、アンカー部としてのモデル部１０ｃを、サポート部２０ａ及びサポート部２０ｂを貫通してステージの表面に固着するように形成する。これにより、アンカー部としてのモデル部１０ｃがサポート部２０ａ及びサポート部２０ｂをステージから剥離しにくくさせるため、サポート部２０ａに固着するモデル部１０ａの反りをより抑制することができる。また、モデル部１０ａの底部にサポート部２０ｂを形成していることにより、立体造形物が造形完了した後にサポート部２０ｂを除去すると、立体造形物をステージから剥離しやすくなる。 |
＜立体造形物の実施形態４＞ |
図７Ａは、実施形態４としての立体造形物の一例を示す側面図である。図７Ｂは、実施形態４としての立体造形物の一例を示す上面図である。 |
図７Ａ及び図７Ｂに示すように、ステージ上にサポート部２０ｂを形成するとともに、サポート部２０ｂを貫通するアンカー部としてモデル部１０ｂをステージの表面に固着するように形成する。また、サポート部２０ｂの上部には、モデル部１０ｂの上部とモデル部１０ａの周縁部における底部とが固着するようにモデル部１０ａを形成する。さらに、モデル部１０ａの周縁部、かつサポート部２０ｂの上部に、サポート部２０ａを形成する。これにより、モデル部１０ｂがモデル部１０ａの周縁部とステージとを固着させ、かつサポート部２０ａがモデル部１０ａの周縁部と固着しているため、モデル部１０ａの反りをより抑制することができる。即ち、実施形態１及び２における反りを抑制する効果が得られる。また、モデル部１０ａの底部にサポート部２０ｂを形成していることにより、立体造形物が造形完了した後にサポート部２０ｂを除去すると、立体造形物をステージから剥離しやすくなる。 |
＜立体造形物の実施形態５＞ |
図８Ａは、実施形態５としての立体造形物の一例を示す側面図である。図８Ｂは、実施形態５としての立体造形物の一例を示す上面図である。 |
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、ステージ上にサポート部２０ｂを形成するとともに、サポート部２０ｂを貫通するアンカー部としてモデル部１０ｂをステージの表面に固着するように形成する。また、サポート部２０ｂの上部には、モデル部１０ｂの上部とモデル部１０ａの周縁部における底部とが固着するようにモデル部１０ａを形成する。さらに、モデル部１０ａの周縁部、かつサポート部２０ｂの上部に、サポート部２０ａを形成する。さらにまた、アンカー部としてのモデル部１０ｃをサポート部２０ａ及びサポート部２０ｂを貫通させてステージの表面に固着するように形成する。これにより、モデル部１０ａの反りを抑制する効果が得られる。 |
＜立体造形物の実施形態６＞ |
図９Ａは、実施形態６としての立体造形物の一例を示す側面図である。図９Ｂは、実施形態６としての立体造形物の一例を示す上面図である。 |
図９Ａ及び図９Ｂに示すように、ステージ上にモデル部を積層して土台としてのモデル部１０ｃを形成し、さらに土台としてのモデル部１０ｃの上にサポート部２０ａを形成しながらサポート部２０ａを貫通するアンカー部としてのモデル部１０ｄを土台としてのモデル部１０ｃの表面に固着するように形成する。サポート部２０ａを形成しながらモデル部１０ｄを形成したことにより、サポート部２０ａとモデル部１０ｄとの界面に、モデル部とサポート部とが混合された混合部１０ｅが形成される。なお、サポート部２０ａとモデル部１０ｄは、ローラーを接触させることで平滑化させて形成した。そして、サポート部２０ａの上部には、立体造形物としてのモデル部１０ａを形成する。このとき、サポート部２０ａとモデル部１０ａは別の走査により形成することにより、サポート部２０ａとモデル部１０ａとが混合しにくくなるため、モデル部１０ａの反りを抑制することができるとともに、サポート部が混合していない立体造形物を得ることができる。また、混合部４０６を形成することにより、アンカー部としてのモデル部１０ｄとサポート部２０ａとの界面における剥がれを抑制することができ、サポート部２０ａの反りも抑制されるため、立体造形物であるモデル部１０ａの反りを抑制することができる。さらに、モデル部１０ａの底部にサポート部２０ａを形成していることから、立体造形物の造形が完了した後にサポート部２０ａを除去することにより、モデル部１０ａをステージから剥離しやすくなる。 |
図１０に示すように、モデル部とサポート部の造形において、モデル部１０とサポート部２０は、二次元データとしては間引き領域Ｃが存在していてもよい。 |
以下、実施例を示して本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例により限定されるものではない。 |
＜モデル部材料の調製＞ |
イソボルニルアクリレート（共栄化学株式会社製）６０質量部、アクリロイルモルホリン（ＡＣＭＯ、ＫＪケミカルズ株式会社製）１０質量部、及びウレタンアクリレート（商品名：ＵＶ−１７００Ｂ、日本合成化学工業株式会社製、分子量：２，０００）３０質量部をビーカーにて均一に混合した。その後、光重合開始剤（商品名：イルガキュア８１９、ＢＡＳＦ社製）２質量部を加え、さらに均一に混合し、フィルター（商品名：ＣＣＰ−ＦＸ−Ｃ１Ｂ、ＡＤＶＡＮＴＥＣ社製、平均孔径：３μｍ）を通過させてモデル部材料を得た。 |
＜サポート部材料の調製＞ |
アクリロイルモルホリン（ＡＣＭＯ、ＫＪケミカルズ株式会社製）４０質量部、ポリオキシプロピレングリコール４５質量部、１，４−ブタンジオール１５質量部、反応開始剤（商品名：イルガキュア８１９、ＢＡＳＦ社製）３質量部、及び重合禁止剤（商品名：フェノチアジン、東京化成株式会社製）０．１質量部を均一に混合し、フィルター（商品名：ＣＣＰ−ＦＸ−Ｃ１Ｂ、ＡＤＶＡＮＴＥＣ社製、平均孔径：３μｍ）を通過させてサポート部材料を得た。 |
図３に示す立体造形物の造形装置において、インクジェットヘッド（商品名：ＭＨ２４２０、リコーインダストリー株式会社製）に通じる３つのタンクに、得られたモデル部材料、及びサポート部材料を充填した。 |
試験条件として、モデル部材料及びサポート部材料の吐出における解像度を１，２００ｄｐｉ×３００ｄｐｉとし、積層ピッチ（一層あたりの膜厚）を１９μｍとした。 |
図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、ステージ上にサポート部材料の層を２０層積層してサポート部２０ｂを形成し、そのサポート部２０ｂの上部に、立体造形物としてのモデル部１０ａ（奥行き６０ｍｍ×幅５ｍｍ×高さ５ｍｍ）と、モデル部１０ａの周縁部を囲うサポート部２０ａ（幅２ｍｍ×高さ２ｍｍ）とを形成した。 |
＜造形中及び造形後の立体造形物における反りの外観評価＞ |
造形開始から積層高さが２ｍｍになった際に製造装置を停止させ、造形中の立体造形物の外観を目視で確認するとともに、造形後の立体造形物の外観を目視で確認し、下記の評価基準で評価した。結果を表１に示す。 |
〇：モデル部の反りは確認できなかった |
×：モデル部の反りが確認できた |
＜造形後の立体造形物におけるすきまゲージを用いた反りの評価＞ |
造形後にサポート部を除去した立体造形物の反りの度合いを、すきまゲージ（すきまゲージＡ型、株式会社永井ゲージ製作所製）を用いて立体造形物の短辺側に差し込んで計測し、下記の評価基準で評価した。結果を表１に示す。 |
〇：すきまが０．１ｍｍ以下 |
×：すきまが０．１ｍｍを超える |
なお、モデル部の弾性率は２，０００ＭＰａ、サポート部の弾性率は５０ＭＰａであった。それぞれの弾性率は、モデル部及びサポート部を２２ｍｍ×２２ｍｍ×５ｍｍの小片にそれぞれ加工し、万能試験機（精密万能試験機ＡＧ−Ｉ、株式会社島津製作所製）を用いて計測した。 |
実施例１において、図１１Ａ及び図１１Ｂに示した立体造形物から図１２Ａ及び図１２Ｂに示した立体造形物に代えた以外は、実施例１と同様にして、上述の外観評価を実施した。結果を表１に示す。 |
図１２Ａ及び図１２Ｂに示した立体造形物を造形した手順としては、まず、ステージ上にサポート部材料の層を２０層積層してサポート部２０ｂを形成し、そのサポート部２０ｂを貫通するアンカー部として、モデル部材料の層を２０層積層してモデル部１０ｂ（幅１ｍｍ×奥行き１ｍｍ）をステージの表面に固着するように形成した。次に、サポート部２０ｂ及びモデル部１０ｂの上部には、モデル部１０ｂの上部とモデル部１０ａの周縁部における底部とを固着するように立体造形物としてのモデル部１０ａ（奥行き６０ｍｍ×幅５ｍｍ×高さ５ｍｍ）を形成した。 |
実施例１において、図１１Ａ及び図１１Ｂに示した立体造形物から図１３Ａ及び図１３Ｂに示した立体造形物に代えた以外は、実施例１と同様にして、上述の外観評価を実施した。結果を表１に示す。 |
図１３Ａ及び図１３Ｂに示した立体造形物を造形した手順としては、まず、ステージ上にサポート部材料の層を２０層積層してサポート部２０ｂを形成した。次に、そのサポート部２０ｂ上に、モデル部１０ａ（奥行き６０ｍｍ×幅５ｍｍ×高さ５ｍｍ）を形成し、幅２ｍｍでモデル部１０ａの周縁部を囲うサポート部２０ａを形成した。また、サポート部２０ｂ及びサポート部２０ｂを形成するとともに、サポート部２０ｂ及びサポート部２０ｂを貫通するアンカー部として、モデル部材料の層を２０層積層してモデル部１０ｃ（幅１ｍｍ×奥行き１ｍｍ）をステージの表面に固着するように１０箇所形成した。 |
実施例１において、図１１Ａ及び図１１Ｂに示した立体造形物から図１４Ａ及び図１４Ｂに示した立体造形物に代えた以外は、実施例１と同様にして、上述の外観評価を実施した。結果を表１に示す。 |
図１４Ａ及び図１４Ｂに示した立体造形物を造形した手順としては、まず、ステージ上にモデル部材料の層を２０層積層して土台としてのモデル部１０ｃを形成した。次に、土台としてのモデル部１０ｃの上にサポート部２０ａを形成しながらサポート部２０ａを貫通するアンカー部としてモデル部を２０層積層してモデル部１０ｄ（幅２ｍｍ×奥行き２ｍｍ）を土台としてのモデル部１０ｃの表面に固着するように形成した。サポート部２０ａを形成しながらモデル部１０ｄを形成したことにより、サポート部２０ａとモデル部１０ｄとの界面に混合部１０ｅを得た。なお、サポート部２０ａとモデル部１０ｄは、ローラーを接触させることで平滑化させて形成した。また、サポート部２０ａの上部に、立体造形物としてのモデル部１０ａ（奥行き６０ｍｍ×幅５ｍｍ×高さ５ｍｍ）を形成した。 |
実施例１において、図１１Ａ及び図１１Ｂに示した立体造形物から図１５Ａ及び図１５Ｂに示した立体造形物に代えた以外は、実施例１と同様にして、上述の外観評価を実施した。結果を表１に示す。 |
図１５Ａ及び図１５Ｂに示した立体造形物を造形した手順としては、まず、ステージ上にサポート部を２０層積層してサポート部２０ｂを形成した。次に、そのサポート部２０ｂの上部に、立体造形物としてのモデル部１０ａ（奥行き６０ｍｍ×幅５ｍｍ×高さ５ｍｍ）を形成した。 |
表１の結果から、実施例１〜４の立体造形物の外観評価では、造形中及び造形後に反りがないことが確認された。また、実施例１〜４の立体造形物のすきまゲージ評価では、造形後に反りが少ない立体造形物が製造できていることが分かった。 |
以上説明したように、本発明の立体造形物の製造方法及び立体造形物の製造装置は、モデル部をステージ上に形成し、平面視したモデル部の周縁部の一部又は全部に、かつステージの表面にサポート部を少なくとも形成する。これにより、本発明の立体造形物の製造方法及び立体造形物の製造装置は、反りが少ない立体造形物を製造することができる立体造形物の製造方法を提供することができる。 |
なお、図１６Ａ〜図２３Ｂには、実施形態７〜１４を示す。 |
実施形態７〜１４は、上述した実施形態２〜６、実施例１〜４、及び比較例１のサポート部を含む立体造形物の下部に、モデル部材料による土台を更に形成したものである。これにより、実施形態７〜１４のいずれも、ステージ上に、土台、サポート部、立体造形物の順に積層されていることにより、立体造形物をステージから剥離するとき、立体造形物を保護することができ、かつ立体造形物ごとステージから簡易に剥離することができる。 |
＜１＞モデル部材料によるモデル部をステージ上に形成するモデル部形成工程と、 |
平面視した前記モデル部の周縁部の一部又は全部に、かつ前記ステージの表面にサポート部材料によるサポート部を少なくとも形成するサポート部形成工程と、 |
を含むことを特徴とする立体造形物の製造方法である。 |
＜２＞ 前記サポート部を貫通するように、前記モデル部材料によるアンカー部を少なくとも前記ステージの表面に形成するアンカー部形成工程を含む前記＜１＞に記載の立体造形物の製造方法である。 |
＜３＞ 前記モデル部と前記ステージの表面との間に、前記モデル部材料による土台をステージ上に形成する土台形成工程を更に含み、 |
前記サポート部形成工程において、前記モデル部と前記土台との間に、前記サポート部材料によるサポート部を更に形成する前記＜１＞に記載の立体造形物の製造方法である。 |
＜４＞ 前記サポート部形成工程において前記サポート部を形成する際に、前記サポート部及び前記サポート部を貫通するように、前記モデル部材料によるアンカー部を少なくとも前記土台の表面に形成するアンカー部形成工程を更に含む前記＜３＞に記載の立体造形物の製造方法である。 |
＜５＞ モデル部材料によるモデル部をステージ上に形成するモデル部形成工程と、 |
前記ステージ上に配された前記モデル部と前記ステージの表面との間に、サポート部材料によるサポート部を形成するサポート部形成工程と、 |
前記サポート部を貫通するように、前記モデル部材料によるアンカー部を少なくとも前記ステージの表面に形成するアンカー部形成工程と、 |
＜６＞ 前記モデル部材料と前記サポート部材料との弾性率の比が、２０：１以上６０：１以下である前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。 |
＜７＞ モデル部材料によるモデル部をステージ上に形成するモデル部形成手段と、 |
平面視した前記モデル部の周縁部の一部又は全部に、かつ前記ステージの表面にサポート部材料によるサポート部を少なくとも形成するサポート部形成手段と、 |
を有することを特徴とする立体造形物の製造装置である。 |
＜８＞ 前記サポート部を貫通するように、前記モデル部材料によるアンカー部を少なくとも前記ステージの表面に形成するアンカー部形成手段を含む前記＜７＞に記載の立体造形物の製造装置である。 |
＜９＞ モデル部材料によるモデル部をステージ上に形成するモデル部形成手段と、 |
前記ステージ上に配された前記モデル部と前記ステージの表面との間に、サポート部材料によるサポート部を形成するサポート部形成手段と、 |
前記サポート部を貫通するように、前記モデル部材料によるアンカー部を少なくとも前記ステージの表面に形成するアンカー部形成手段と、 |
＜１０＞ 前記モデル部材料と前記サポート部材料との弾性率の比が、２０：１以上６０：１以下である前記＜７＞から＜９＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。 |
＜１１＞ モデル部材料によるモデル部がステージ上に形成され、 |
平面視した前記モデル部の周縁部の一部又は全部に、かつ前記ステージの表面にサポート部材料によるサポート部が少なくとも形成されている、 |
ことを特徴とする立体造形物である。 |
＜１２＞ 前記サポート部を貫通するように、前記モデル部材料によるアンカー部を少なくとも前記ステージの表面に形成されている前記＜１１＞に記載の立体造形物である。 |
＜１３＞ モデル部材料によるモデル部がステージ上に形成され、 |
前記ステージ上に配された前記モデル部と前記ステージの表面との間に、サポート部材料によるサポート部が形成され、 |
前記サポート部を貫通するように、前記モデル部材料によるアンカー部が少なくとも前記ステージの表面に形成されている、 |
＜１４＞ 前記モデル部材料と前記サポート部材料との弾性率の比が、２０：１以上６０：１以下である前記＜１１＞から＜１３＞のいずれかに記載の立体造形物である。 |
前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法、前記＜７＞から＜１０＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置、前記＜１１＞から＜１４＞のいずれかに記載の立体造形物によると、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。 |
国際公開第２０１５／０４９８３４号 |
１モデル部材料 |
２サポート部材料 |
１０モデル部 |
２０サポート部 |
３０造形装置（立体造形物の製造装置の一例） |
３１ヘッドユニット（モデル部形成手段の一例） |