JP2005059324A - ３次元積層造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 各造形動作が連続して行われるようにして、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質で安定した造形が高速で行われ稼働率も高い３次元積層造形装置を提供する。
【解決手段】 積層して３次元造形体を形成する造形材１を所定の厚みで供給する造形材供給手段２と、上記造形材供給手段２から供給される上記造形材１を繰り返し積層して造形層３を形成する造形面３ａと平行な回転軸を中心に回転する積層手段４と、上記積層手段４に設けられた造形テーブル４ａ上の上記造形材１の新たな上記造形層３に３次元形状の断面データをもとに断面形状の上記造形材１の硬化領域３ｂを繰り返し形成する断面形状形成手段５とからなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、３次元積層造形装置に関し、詳しくは、造形材を積層して形成される造形層に３次元形状の断面データをもとに断面形状の硬化領域を形成して三次元形状を造形する３次元積層造形装置に関する。

従来の３次元積層造形装置としては、光造形方法や、粉体を積層して造形する方法や、シート材を積層してカットする方法等、いろいろな方法が提案されて公知である。
例えば、造形範囲全体の１層分の造形層を形成して、その造形層を選択的に硬化させて造形を行う３次元積層造形方法としては、上下に移動が可能な造形テーブル上に造形材を供給して造形層を形成し、その造形層に３次元形状の断面硬化パターンを形成して、そして、造形テーブルを積層ピッチ分下降させて次の造形層の形成と断面硬化パターン形成を繰り返して造形するものであった。
造形層を形成する際に、光造形方法では、スキージと往復運動するリコータと呼ばれる供給装置で光硬化樹脂を１層分コートする。
粉体造形方法では、ロールやスキージ等の供給装置を往復動作させて粉体の層を形成している。
又、シート造形方法についても、供給したシートを１層下のシートに接着する際に往復動作するロール等で接着を行っていた。
これ等の従来方法では、供給装置を往復動作させて、造形層を形成するため、加減速、動作方向の転換等が必要で高速化には限界があった。
又、造形層を形成した後に、断面パターンを形成する際に、これら等の供給装置を退避する必要があり、退避時間も必要になっていた。

そこで、光硬化性の液を上塗手段が上塗りしつつ前進する時、上塗手段の後方直後の上塗りされた液面を光で走査して光硬化性の液を硬化させることにより、光硬化性の液の上塗りと断面パターンの形成である光走査が並行して行えるため、造形時間を短縮化することも公知である（特許文献１を参照）。
この例は、液体の造形材の例であるが、造形材が液体以外の場合でも造形層形成の直後に断面パターンの形成を追いかけるように行えば、造形時間の短縮化が可能である。
然し、上塗りと光走査がほぼ同時に行われるため工程がオーバーラップした分だけの時間の短縮化は出来るが、上塗手段と光走査手段が元の位置に戻るための動作が必要であるだけでなく、往復動作をする必要があり、造形時の加減速、動作方向の転換や停止にどうしても長時間を必要としていた。
又、平板状の光透過部を有し、水平面に沿って駆動可能に支持されたステージと、ステージを水平面に沿って駆動する水平駆動機構と、ステージの光透過部の表面に、未硬化の光硬化性樹脂を供給するための樹脂供給装置と、ステージの下方位置に、ステージの裏面に向けて配置され、前記等高線データに応じた領域に光を照射する光照射装置と、ステージの上方位置に、光照射装置と対向させて配置され、昇降可能に支持されたテーブル等で構成されて、樹脂供給装置から樹脂供給をステージの回転中に行って、積層工程と別のステーションで行うことで、樹脂供給のための往復運動を無くし、テーブルの上下動のストロークを短くして造形工程の高速化を行うことも公知である（特許文献２を参照）。
然し、樹脂供給時の往復動作は無くなっているが、積層用のテーブル位置が固定で上下動しかしないため、回転ステージを停止してからしか積層動作のテーブルの上下動の動作が出来ないので、回転ステージは間欠動作となり、造形時の加減速、動作方向の転換や停止等にどうしても長時間を必要として、造形時間が長くなっていた。
従って、従来の３次元積層造形装置は、造形材の供給や造形層の断面パターンの形成等が往復動作や間欠動作で行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等に長時間を必要として、造形時間を短縮化することが困難で、造形時間が長くなると言う不具合が生じていた。
特開２０００−２２５６４７公報 特開２００１−３４７５７２公報

従来の３次元積層造形装置は、造形材の供給や造形層の断面パターンの形成等が往復動作や間欠動作で行われて、加減速、動作方向の転換、停止や退避等に長時間を必要として、造形時間を短縮化することが困難で、造形時間が長くなると言う問題が発生していた。
そこで本発明の課題は、このような問題点を解決するものである。即ち、各造形動作が連続して行われるようにして、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質で安定した造形が高速で行われ稼働率も高い３次元積層造形装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、造形材を積層して形成される造形層に３次元形状の断面データをもとに断面形状の硬化領域を形成して三次元形状を造形する３次元積層造形装置において、積層して３次元造形体を形成する造形材を所定の厚みで供給する造形材供給手段と、上記造形材供給手段から供給される上記造形材を繰り返し積層して造形層を形成する造形面と平行な回転軸を中心に回転する積層手段と、上記積層手段に設けられた造形テーブル上の上記造形材の新たな上記造形層に３次元形状の断面データをもとに断面形状の上記造形材の硬化領域を繰り返し形成する断面形状形成手段とからなる３次元積層造形装置であることを最も主要な特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の３次元積層造形装置において、断面形状形成手段が形成した造形層の硬化領域に３次元形状の断面着色データをもとに着色を行う着色手段とからなる次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載の３次元積層造形装置において、着色手段は、インクジェット式の印刷ユニットからなる３次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。
請求項４の発明は、請求項２に記載の３次元積層造形装置において、着色手段は、静電複写式のカラー印刷ユニットからなる３次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１、２、３又は４に記載の３次元積層造形装置において、造形材は、固体材である３次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１、２、３又は４に記載の３次元積層造形装置において、造形材は、粉体材である３次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１、２、３又は４に記載の３次元積層造形装置において、造形材は、シート材である３次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。
請求項８の発明は、請求項１、２、３、４、５、６又は７に記載の３次元積層造形装置において、造形材供給手段は、固定された造形材を積層手段の造形テーブル上の造形面に供給する造形材供給部材と造形材を積層手段の造形テーブル上に圧着する圧着部材からなる３次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。
請求項９の発明は、請求項８に記載の３次元積層造形装置において、造形材供給部材は、固体材を溶融して供給する固体材供給ユニットからなる３次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。
請求項１０の発明は、請求項９に記載の３次元積層造形装置において、固体材供給ユニットは、冷却ユニットからなる３次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。
請求項１１の発明は、請求項８に記載の３次元積層造形装置において、造形材供給部材は、粉体材を供給する粉体ホッパーからなる３次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。

請求項１２の発明は、請求項８に記載の３次元積層造形装置において、造形材供給部材は、シート材を供給する供給ロールからなる３次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。
請求項１３の発明は、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、固定された断面形状形成手段は、レーザ光源からなる３次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。
請求項１４の発明は、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、固定された断面形状形成手段は、液晶パネルからなる３次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。
請求項１５の発明は、請求項１乃至１４の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、積層手段に設けられた造形テーブルの表面が、造形層の造形面の回転半径と等しい円筒形状である３次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。
請求項１６の発明は、請求項１乃至１５の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、造形材供給手段と断面形状形成手段は、積層手段の回転軸を中心に囲むように配置した３次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。

請求項１７の発明は、請求項２乃至１６の何れか一に記載の３次元積層造形装置において、着色手段は、積層手段の回転軸を中心に囲むように配置した３次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。
請求項１８の発明は、請求項１乃至１７の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、断面形状形成手段は、３次元ＣＡＤデータから造形層の造形面の回転半径の円筒面で３次元形状をカットした断面データを作成する断面データ作成手段からなる３次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。
請求項１９の発明は、請求項２乃至１８の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、着色手段は、３次元ＣＡＤデータから造形層の造形面の回転半径の円筒面で３次元形状をカットした断面の着色データを作成する断面着色データ作成手段からなる３次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。
請求項２０の発明は、請求項１乃至１９の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、積層手段は、造形層の造形面の回転半径に沿って上記造形層を保持する造形層保持手段からなる３次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。
請求項２１の発明は、請求項１乃至２０の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、積層手段は、回転軸を中心に囲むように複数の造形テーブルを配置した３次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。

請求項２２の発明は、請求項１乃至２１の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、積層手段は、連続回転させながら造形テーブルを造形層の造形面から新たに供給され造形材の厚みだけ離間させる離間手段からなる３次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。
請求項２３の発明は、請求項１乃至２２の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、造形材供給手段は、積層手段の回転中に造形材を所定の厚みで造形層の造形面を形成する造形エリアに供給する３次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。
請求項２４の発明は、請求項１乃至２３の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、断面形状形成手段は、積層手段の回転中に造形材からなる新たな造形層に３次元形状の断面データをもとに断面形状の硬化領域を繰り返し形成する３次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。
請求項２５の発明は、請求項２乃至２４の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、着色手段は、積層手段の回転中に断面形状形成手段が形成した造形層の硬化領域に、３次元形状の断面着色データをもとに着色を行う３次元積層造形装置であることを主要な特徴とする。

請求項１の発明によれば、各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質な造形が高速で行われる３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。
請求項２の発明によれば、各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質な造形と着色が高速で行われる３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。
請求項３の発明によれば、各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質な造形と着色が高速で行われる安価で簡単で小型の３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。
請求項４の発明によれば、各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、更に高品質な造形と着色が更に高速で行われる３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。

請求項５の発明によれば、各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質な造形材が固体材である造形が高速で行われる３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。
請求項６の発明によれば、各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質な造形材が粉体材である造形が高速で行われる３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。
請求項７の発明によれば、各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質な造形材がシート材である造形が高速で行われる３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。
請求項８の発明によれば、造形材供給手段を固定したままで各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質な造形が高速で行われる３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。
請求項９の発明によれば、造形材供給手段の固体材供給ユニットを固定したままで各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質な造形が高速で行われる３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。

請求項１０の発明によれば、造形材供給手段の固体材供給ユニットを固定したままで各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質な造形が更に高速で行われる３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。
請求項１１の発明によれば、造形材供給手段の粉体ホッパーを固定したままで各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質な造形が高速で行われる３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。
請求項１２の発明によれば、造形材供給手段の供給ロールを固定したままで各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質な造形が高速で行われる３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。
請求項１３の発明によれば、断面形状形成手段のレーザ光源を固定したままで各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質な造形が高速で行われる３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。
各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質な造形が高速で行われる３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。

請求項１５の発明によれば、各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質で安定した造形が更に高速で行われる３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。
請求項１６の発明によれば、造形材の供給と硬化領域の形成の各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質で造形が更に高速で行われる３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。
請求項１７の発明によれば、着色と各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質で造形と着色が更に高速で行われる３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。
請求項１８の発明によれば、各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、３次元ＣＡＤデータを入力するだけで容易に高品質な積層造形が高速で行われる３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。
請求項１９の発明によれば、各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、３次元ＣＡＤデータを入力するだけで容易に高品質な積層造形と着色が高速で行われる３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。
請求項２０の発明によれば、各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質な造形が高速で行われ、造形層の各層間の剥離や欠落等を防止する３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。

請求項２１の発明によれば、各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質な造形が高速で行われ稼働率も高い３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。
請求項２２の発明によれば、積層手段を連続回転させながら次の造形層となる造形材の厚み分だけ造形面から造形テーブルを離間させて下げ各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質な造形が更に高速で行われる３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。
請求項２３の発明によれば、積層手段を連続回転させながら造形材を供給し各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質な造形が更に高速で行われる３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。
請求項２４の発明によれば、積層手段を連続回転させながら造形層に硬化領域を形成し各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質な造形が更に高速で行われる３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。
請求項２５の発明によれば、積層手段を連続回転させながら造形層に着色し各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質な造形が更に高速で行われる３次元積層造形装置を提供することが出来るようになった。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１において、造形材を積層して形成される造形層に３次元形状の断面データをもとに断面形状の硬化領域を形成して三次元形状を造形する３次元積層造形装置０は、積層して３次元造形体を形成する対象物としての造形材１（熱可塑性樹脂、又は、光硬化性樹脂からなる常温では半固体、又は、固体である固体材１ａ）を所定の厚みで供給する造形材供給手段２（固定された造形材供給部材２ａの固体材供給ユニット２ａ_１と圧着部材２ｂの圧着ロール）と、固体材供給ユニット２ａ_１と圧着部材２ｂの圧着ロールから供給される固体材１ａを繰り返し積層することにより形成した積層物としての造形層３と、造形物３の外周面である造形面３ａと平行な回転軸を中心に回転する積層手段４と、積層手段４に設けられた造形テーブル４ａ上の固体材１ａの新たな造形層３に断面データ作成手段５ｃが作成した３次元形状の断面データをもとに断面形状の固体材１ａの硬化領域３ｂを繰り返し形成する固定された断面形状形成手段５（レーザ光源５ａ、レーザ走査手段５ａ_１）からなる。これによれば、各造形動作が連続して行われて、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質の造形が高速で行われる。

即ち、上記３次元積層造形装置０は、所定の厚みの上記造形材１（熱可塑性樹脂）、又は、光硬化性樹脂からなる常温では半固体、又は、固体である上記固体材１ａを、造形テーブル４ａ上、又は、造形テーブル４ａ上に既に積層された造形層３上に供給する固体材供給ユニット２ａ_１と圧着部材２ｂと、上記造形層３に上記断面データ作成手段５ｃが作成した３次元形状の断面データをもとに断面形状の上記硬化領域３ｂを形成するレーザ光源５ａ及びレーザ走査手段５ａ_１と、次の新たな造形層３を形成する造形材１、又は、次の新たな固体材１ａの供給が出来るように、断面形状の形成の済んだ造形層３の厚み分だけ、連続回転させながら造形テーブル４ａを造形面３ａに新たに供給された固体材１ａの厚みだけ離間させる離間手段４ｃからなる積層手段４等から構成されており、造形材１、又は、固体材１ａの供給、新たな硬化領域３ｂの形成動作と、造形層３の新たな厚み分だけ造形テーブル４ａを離間させる積層動作を繰り返して３次元形状を一層ずつ造形する。
そして、上記３次元積層造形装置０における固定された着色手段６は、図示のインクジェット式の印刷ユニット６ａ、又は、図示しない静電複写式の印刷ユニット６ｂが搭載されて使用される。
上記インクジェット式の印刷ユニット６ａは、液体のインクを選択的に飛ばして着色する構成だから、安価で簡単で小型の構成である。
又、上記インクジェット式の印刷ユニット６ａでカラーの着色を行うためには、各シアン（Ｃ）のインクを印刷するシアン印刷ユニット６ａ_１、マジェンダ（Ｍ）のインクを印刷するマジェンタ印刷ユニット６ａ_２、イエロー（Ｙ）のインクを印刷するイエロー印刷ユニット６ａ_３、ブラック（Ｋ）のインクを印刷するブラック印刷ユニット６ａ_４を、上記積層手段４の図示しない回転軸を中心に囲むように並べて配置すれば良い。

上記着色手段６の上記インクジェット式の印刷ユニット６ａによって、上記断面形状形成手段５の上記レーザ光源５ａと上記レーザ走査手段５ａ_１が形成した上記造形層３の上記造形面３ａの上記硬化領域３ｂを、断面着色データ作成手段６ｃが作成した３次元形状の断面着色データをもとに容易に着色を行うことが出来るようになっている。
断面着色データ作成手段６ｃが作成した３次元形状の断面着色データをもとに造形面３ａの硬化領域３ｂに着色を行う固定されたインクジェット式の印刷ユニット６ａは、積層手段４の図示しない回転軸を中心に囲むように配置されているので、着色した３次元形状を高速に造形することが出来る。
造形材１、又は、固体材１ａを積層する上記積層手段４が上記造形面３ａと平行な図示しない回転軸を中心に回転手段で連続回転するようにすることで、固体材供給ユニット２ａ_１と圧着部材２ｂを固定したままで往復運動の動作をすることなく、造形テーブル４ａ上の造形面３ａを形成する造形エリアへの所定の厚みで固体材１ａの供給が制御部７によりスムーズに行われる。
又、造形テーブル４ａを造形層３の新たに増加した厚み分だけ離間させて下げ、そのまま上記積層手段４を連続回転させることで、次の上記造形層３となる上記造形材１の上記固体材１ａの供給もスムーズに行われる。

上記離間手段４ｃは、上記造形テーブル４ａを、送り螺旋４ｃ_１とモータ４ｃ_２でタイミングベルト４ｃ_３を介して図示の矢印（Ａ）方向に上下移動が出来るようにして、上記造形層３の上記造形面３ａから新たに供給された上記造形材１の上記固体材１ａの厚みだけ、上記造形面３ａから離間させる簡単な構成になっている。
上記積層手段４に設けられた上記造形テーブル４ａの表面４ａ_１が、上記造形層３の上記造形面３ａの回転半径と等しい円弧形状になっている。
従って、固体材１ａの供給、造形層３への断面形状の上記硬化領域３ｂの形成、硬化領域３ｂの着色の際に、上記造形材供給手段２、上記断面形状形成手段５、上記着色手段６を上記積層手段４に設けられた上記造形テーブル４ａに形成される上記造形層３の上記造形面３ａに倣わせる必要がなくなり、高品質で安定した造形が出来ると共に、上記積層手段４の回転数を上げることが出来るために、より造形時間を短縮して、更に、高速に３次元形状を造形する上記３次元積層造形装置０を提供することが出来るようになった。
所定厚みの固体材１ａを供給する上記造形材供給手段２と上記造形層３に３次元形状の断面データをもとに断面形状の上記硬化領域３ｂを形成する固定された上記断面形状形成手段５は、上記積層手段４の回転軸を中心に囲むように配置して、上記積層手段４を図示の矢印（Ｂ）方向に回転させることで、上記制御部７により一連の造形工程が連続的に行われ、造形時間を短縮化することが出来る造形が、更に、高速で行われる上記３次元積層造形装置０を提供することが出来るようになった。

上記造形材供給手段２の構成は、上記造形材１の種類の各熱可塑性樹脂、又は、固体材１ａ、図示しない熱可塑性の粉体材１ｂ、図示しないシート形状のシート材１ｃによって異なる。
図示のように、上記固体材１ａの常温で固体あるいは半固体の熱可塑性樹脂や光硬化性樹脂を使う場合の上記造形材供給手段２の固定された上記造形材供給手段２ａである上記固体材供給ユニット２ａ_１の溶融手段２ａ_１１で加熱溶融した樹脂を均一な厚みにするロールコーターやダイコーター等の塗工手段２ａ_１２と上記造形材１の上記固体材１ａを上記積層手段４の上記造形テーブル４ａ上に圧着する圧着部材２ｂで構成されている。
直接、樹脂の上記固体材１ａを上記造形テーブル４ａ上、又は、上記造形テーブル４ａ上に、既に、積層された上記造形層３上に塗工することが出来ない場合は、図示しない転写手段により転写するように構成しても良い。
更に、塗工した樹脂層の上記固体材１ａを溶融温度以下に早く冷却する場合は、冷却ユニット２ａ_１３が配置される。

上記断面形状形成手段５は、熱可塑性樹脂、又は、固体材１ａを使う場合は、上記制御部７により、上記断面データ作成手段５ｃが作成した３次元形状の断面データをもとに、上記レーザー光源５ａのレーザを上記レーザ走査手段５ａ_１で選択的に光硬化させて、上記造形層３の内部に硬化領域３ｂを形成する。
上記断面データ作成手段５ｃは、図示しない３次元ＣＡＤデータから上記造形層３の上記造形面３ａの回転半径の円筒面で３次元形状をカットした断面データを作成することで、図示しない３次元ＣＡＤデータを入力するだけで、円筒形状の上記造形層３の上記造形面３ａを持つ上記積層手段４の上記造形テーブル４ａに上記硬化領域３ｂの積層造形が容易に形成される。
上記積層手段４における造形層保持手段４ｂは、造形面３ａの回転半径に沿って積層された造形層３を保持するようになっている。
上記造形層保持手段４ｂは、上記造形層３の上記造形面３ａに一定の圧力で接した複数個のローラー４ｂ_１を配置し、又は、ベルト４ｂ_２を上記ローラー４ｂ_１の回転面に沿わす簡単な構成になっている。
従って、上記積層手段４の回転中に積層された上記造形層３にかかる負荷を低減し、上記造形層３の各層間の剥離、上記造形層３の欠落等を防止する上記３次元積層造形装置０を提供することが出来るようになった。

図２のフローチャートにおいて、上記３次元積層造形装置０は、上記制御部７により、次のように、一連の造形動作が連続して行われ、造形時の加減速、動作方向の転換、停止や退避等にかかる所要時間を省き、高品質で安定した造形が高速で行われ稼働率も高く行われるようになっている（図１を参照）。
上記造形材供給手段２によって回転中の上記積層手段４の上記造形テーブル４ａに形成される上記造形層３の一層目の上記造形面３ａを形成する造形エリアへの所定の厚みで上記造形材１を供給して（ステップ１）、上記断面形状形成手段５によって回転中の上記積層手段４の上記造形テーブル４ａに形成される上記造形層３の断面形状の上記硬化領域３ｂを形成して（ステップ２）、上記着色手段６によって上記断面形状形成手段５が形成した上記造形層３の断面形状の上記硬化領域３ｂを着色して（ステップ３）、造形が終了したかどうかを判断して（ステップ４）、造形が終了していなかったら、上記積層手段４の上記離間手段４ｃによって回転中の上記積層手段４の上記造形テーブル４ａを上記造形層３の一層分を上記造形面３ａから離間して下降し（ステップ５）、上記造形材供給手段２によって回転中の上記積層手段４の上記造形テーブル４ａに形成された上記造形層３の断面形状の上記硬化領域３ｂへ新たな上記造形面３ａを形成する造形エリアへの所定の厚みで上記造形材１を供給して（ステップ６）、（ステップ２）に戻るが、（ステップ４）で造形が終了していれば、取り出し手段８によって上記積層手段４の上記造形テーブル４ａに形成された上記造形層３を上記造形テーブル４ａから取り出して（ステップ７）、除去手段９で取り出された上記造形層３の未硬化領域３ｃの不要部分を溶融しながら除去して（ステップ８）、上記造形層３の上記未硬化領域３ｃの不要部分を除去した上記硬化領域３ｂを排出部１０に移動排出して収納されて（ステップ９）、エンドで終了する。

図３は本発明の変形例の要部構成図であり、同図において、上記粉体材１ｂの熱可塑性の粉体、又は、熱可塑性樹脂でコーティングされた粉体を使う場合の造形材供給手段２ａは、粉体材１ｂを供給する粉体ホッパー２ａ_２と粉体材１ｂを造形テーブル４ａ上に圧着する圧着部材２ｂからなる簡単な構成である。
熱可塑性の粉体、又は、熱可塑性樹脂でコーティングされた粉体の上記粉体材１ｂを使用する場合は、樹脂が一部溶融し仮固着する温度に加熱して、図示しないスキージやローラーで膜圧が一定になるように仮固着状態の、熱可塑性の一部が溶融結合した状態で振動や力を加えると分離する状態で供給される。
粉体材１ｂが常温で固体あるいは半固体の熱可塑性樹脂、熱可塑性の粉体、熱可塑性樹脂でコーティングされた粉体を使用する場合は、樹脂の溶融温度を変化させる、図示しない添加剤や接着剤を選択的に塗布して断面形状を形成することが出来る。
又、上記粉体材１ｂが熱可塑性である粉体、熱可塑性樹脂でコーティングされた粉体である場合は、レーザーを使って走査して仮固着状態の樹脂に選択的に加熱し溶融硬化させることも出来る。
図４と図５は本発明装置の他の構成例を示しており、シート材１ｃの、既に、成形されて積載されたシート状の材料を使う場合（図４を参照）、又は、ロール体２ａ_３１をカッター２ａ_３２で裁断したシート状の材料を使う場合（図５を参照）の造形材供給手段２の固定された造形材供給部材２ａは、シート材１ｃを積層手段４の回転に合わせて送り供給するだけの供給ロール２ａ_３とシート材１ｃを上記積層手段４の上記造形テーブル４ａ上に圧着する圧着部材２ｂからなり、更に、簡単な構成である。

図６は他の実施形態を示しており、同図において、断面形状形成手段５は、熱可塑性樹脂、又は、固体材１ａを使う場合は、上記制御部７により、上記断面データ作成手段５ｃが作成した３次元形状の断面データをもとに、液晶パネル５ｂをランプ５ｂ_１で照射して選択的に光硬化させて上記造形層３の断面形状の上記硬化領域３ｂが形成される。
上記着色手段６の上記静電複写式の印刷ユニット６ｂによって、上記断面形状形成手段５の、上記液晶パネル５ｂを上記ランプ５ｂ_１で照射して形成した上記造形層３の上記造形面３ａの上記硬化領域３ｂを、上記断面着色データ作成手段６ｃが作成した３次元形状の断面着色データをもとに高品質の着色を、更に、高速で行うことが出来るようになっている。
又、上記静電複写式の印刷ユニット６ｂでカラーの着色を行うためには、各シアン（Ｃ）のトナーを印刷するシアン印刷ユニット６ｂ_１、マジェンダ（Ｍ）のトナーを印刷するマジェンタ印刷ユニット６ｂ_２、イエロー（Ｙ）のトナーを印刷するイエロー印刷ユニット６ｂ_３、ブラック（Ｋ）のトナーを印刷するブラック印刷ユニット６ｂ_４を、上記積層手段４の図示しない回転軸を中心に囲むように並べて配置すれば良い。

上記静電複写式の印刷ユニット６ｂの上記シアン印刷ユニット６ｂ_１（上記マジェンタ印刷ユニット６ｂ_２、上記イエロー印刷ユニット６ｂ_３、上記ブラック印刷ユニット６ｂ_４も同様に）は、シアン除電部６ｂ_１５（同様にマジェンタ除電部６ｂ_２５、上記イエロー除電部６ｂ_３５、上記ブラック除電部６ｂ_４５）で除電してシアン帯電部６ｂ_１６（同様にマジェンタ帯電部６ｂ_２６、上記イエロー帯電部６ｂ_３６、上記ブラック帯電部６ｂ_４６）で均一に帯電されたシアン感光体６ｂ_１１（同様にマジェンタ感光体６ｂ_２１、上記イエロー感光体６ｂ_３１、上記ブラック感光体６ｂ_４１）をシアンレーザー書き込み器６ｂ_１２（同様にマジェンタレーザー書き込み器６ｂ_２２、上記イエローレーザー書き込み器６ｂ_３２、上記ブラックレーザー書き込み器６ｂ_４２）で露光して、シアントナー付着部６ｂ_１３（同様にマジェンタトナー付着部６ｂ_２２、上記イエロートナー付着部６ｂ_３３、上記ブラックトナー付着部６ｂ_４３）でシアントナー（同様にマジェンタトナー、イエロートナー、ブラックトナー）を静電気吸着させて、上記造形層３の上記造形面３ａの上記硬化領域３ｂに転写して、シアン加熱ローラー６ｂ_１４（同様にマジェンタ加熱ローラー６ｂ_２４、上記イエロー加熱ローラー６ｂ_３４、上記ブラック加熱ローラー６ｂ_４４）によって加熱して着色する。
図７は他の実施形態の構成例であり、同図において、上記積層手段４は、回転軸４Ａを中心に囲むように複数の、例えば、図示のように３個の上記造形テーブル４ａが１２０度の間隔で配置されている。
従って、上記造形材供給手段２、上記断面形状形成手段５、上記着色手段６等を図示のように並列に稼働させることが出来るため、複数の３個の３次元形状を稼働率も高く造形する上記３次元積層造形装置０を提供することが出来るようになった。

本発明の実施の形態例を示す３次元積層造形装置を説明する説明図。 本発明の実施の形態例を示す３次元積層造形装置の主要部の動作を説明するフローチャート。 本発明の他の実施の形態例を示す３次元積層造形装置の主要部を説明する説明図。 本発明の他の実施の形態例を示す３次元積層造形装置の主要部を説明する説明図。 本発明の他の実施の形態例を示す３次元積層造形装置の主要部を説明する説明図。 本発明の他の実施の形態例を示す３次元積層造形装置の主要部を説明する説明図。 本発明の他の実施の形態例を示す３次元積層造形装置の主要部を説明する説明図。

符号の説明

０ ３次元積層造形装置
１ 造形材、
１ａ 固体材、
１ｂ 粉体材、
１ｃ シート材
２ 造形材供給手段、
２ａ 造形材供給部材
２ａ_１ 固体材供給ユニット、
２ａ_１１ 溶融手段、
２ａ_１２ 塗工手段、
２ａ_１３ 冷却ユニット、
２ａ_２ 粉体ホッパー、
２ａ_３ 供給ロール、
２ａ_３１ ロール体、
２ａ_３２ カッター、
２ｂ 圧着部材
３ 造形層、
３ａ 造形面、
３ｂ 硬化領域、
３ｃ 未硬化領域
４ 積層手段、
４ａ 造形テーブル、
４ａ_１ 表面、
４ｂ 造形層保持手段、
４ｂ_１ ローラー、
４ｂ_２ ベルト、
４ｃ 離間手段、
４ｃ_１ 送り螺旋、
４ｃ_２ モータ、
４ｃ_３ タイミングベルト
５ 断面形状形成手段、
５ａ レーザ光源、
５ａ_１ レーザ走査手段、
５ｂ 液晶パネル、
５ｂ_１ ランプ、
５ｃ 断面データ作成手段
６ 着色手段、
６ａ インクジェット式の印刷ユニット、
６ａ_１ シアン印刷ユニット、
６ａ_２ マジェンタ印刷ユニット、
６ａ_３ イエロー印刷ユニット、
６ａ_４ ブラック印刷ユニット、
６ｂ 静電複写式の印刷ユニット、
６ｂ_１ シアン印刷ユニット、
６ｂ_１１ シアン感光体、
６ｂ_１２ シアンレーザー書き込み器、
６ｂ_１３ シアントナー付着部、
６ｂ_１４ シアン加熱ローラー、
６ｂ_１５ シアン除電部、
６ｂ_１６ シアン帯電部、
６ｂ_２ マジェンタ印刷ユニット、
６ｂ_２１ マジェンタ感光体、
６ｂ_２２ マジェンレーザータ書き込み器、
６ｂ_２３ マジェンタトナー付着部、
６ｂ_２４ マジェンタ加熱ローラー、
６ｂ_２５ マジェンタ除電部、
６ｂ_２６ マジェンタ帯電部、
６ｂ_３ イエロー印刷ユニット、
６ｂ_３１ イエロー感光体、
６ｂ_３２ イエローレーザー書き込み器、
６ｂ_３３ イエロートナー付着部、
６ｂ_３４ イエロー加熱ローラー、
６ｂ_３５ イエロー除電部、
６ｂ_３６ イエロー帯電部、
６ｂ_４ ブラック印刷ユニット、
６ｂ_４１ ブラック感光体、
６ｂ_４２ ブラックレーザー書き込み器、
６ｂ_４３ ブラックトナー付着部、
６ｂ_４４ ブラック加熱ローラー、
６ｂ_４５ ブラック除電部、
６ｂ_４６ ブラック帯電部、
６ｃ 断面着色データ作成手段
７ 制御部
８ 取り出し手段
９ 除去手段
１０ 排出部

Claims (25)

1. 造形材を積層して形成される造形層に３次元形状の断面データをもとに断面形状の硬化領域を形成して三次元形状を造形する３次元積層造形装置において、積層して３次元造形体を形成する造形材を所定の厚みで供給する造形材供給手段と、上記造形材供給手段から供給される上記造形材を繰り返し積層して造形層を形成する造形面と平行な回転軸を中心に回転する積層手段と、上記積層手段に設けられた造形テーブル上の上記造形材の新たな上記造形層に３次元形状の断面データをもとに上記造形材の硬化領域を繰り返し形成する断面形状形成手段とからなることを特徴とする３次元積層造形装置。
2. 請求項１に記載の３次元積層造形装置において、断面形状形成手段が形成した造形層の硬化領域に３次元形状の断面着色データをもとに着色を行う着色手段を備えたことを特徴とする３次元積層造形装置。
3. 請求項２に記載の３次元積層造形装置において、着色手段は、インクジェット式の印刷ユニットからなることを特徴とする３次元積層造形装置。
4. 請求項２に記載の３次元積層造形装置において、着色手段は、静電複写式のカラー印刷ユニットからなることを特徴とする３次元積層造形装置。
5. 請求項１、２、３又は４に記載の３次元積層造形装置において、造形材は、固体材であることを特徴とする３次元積層造形装置。
6. 請求項１、２、３又は４に記載の３次元積層造形装置において、造形材は、粉体材であることを特徴とする３次元積層造形装置。
7. 請求項１、２、３又は４に記載の３次元積層造形装置において、造形材は、シート材であることを特徴とする３次元積層造形装置。
8. 請求項１、２、３、４、５、６又は７に記載の３次元積層造形装置において、造形材供給手段は、固定された造形材を積層手段の造形テーブル上の造形面に供給する造形材供給部材と、造形材を積層手段の造形テーブル上に圧着する圧着部材からなることを特徴とする３次元積層造形装置。
9. 請求項８に記載の３次元積層造形装置において、造形材供給部材は、固体材を溶融して供給する固体材供給ユニットからなることを特徴とする３次元積層造形装置。
10. 請求項９に記載の３次元積層造形装置において、固体材供給ユニットは、冷却ユニットを備えることを特徴とする３次元積層造形装置。
11. 請求項８に記載の３次元積層造形装置において、造形材供給部材は、粉体材を供給する粉体ホッパーからなることを特徴とする３次元積層造形装置。
12. 請求項８に記載の３次元積層造形装置において、造形材供給部材は、シート材を供給する供給ロールを備えることを特徴とする３次元積層造形装置。
13. 請求項１乃至１２の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、固定された断面形状形成手段は、レーザ光源を備えることを特徴とする３次元積層造形装置。
14. 請求項１乃至１２の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、固定された断面形状形成手段は、液晶パネルを備えることを特徴とする３次元積層造形装置。
15. 請求項１乃至１４の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、積層手段に設けられた造形テーブルの表面が、造形層の造形面の回転半径と等しい円弧面形状であることを特徴とする３次元積層造形装置。
16. 請求項１乃至１５の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、造形材供給手段と断面形状形成手段を、積層手段の回転軸を中心に囲むように配置したことを特徴とする３次元積層造形装置。
17. 請求項２乃至１６の何れか一に記載の３次元積層造形装置において、着色手段を、積層手段の回転軸を中心に囲むように配置したことを特徴とする３次元積層造形装置。
18. 請求項１乃至１７の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、断面形状形成手段は、３次元ＣＡＤデータから造形層の造形面の回転半径の円弧面で３次元形状をカットした断面データを作成する断面データ作成手段からなることを特徴とする３次元積層造形装置。
19. 請求項２乃至１８の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、着色手段は、３次元ＣＡＤデータから造形層の造形面の回転半径の円弧面で３次元形状をカットした断面の着色データを作成する断面着色データ作成手段からなることを特徴とする３次元積層造形装置。
20. 請求項１乃至１９の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、積層手段は、造形層の造形面の回転半径に沿って上記造形層を保持する造形層保持手段を備えることを特徴とする３次元積層造形装置。
21. 請求項１乃至２０の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、積層手段は、回転軸を中心に囲むように複数の造形テーブルを配置したことを特徴とする３次元積層造形装置。
22. 請求項１乃至２１の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、積層手段は、連続回転させながら造形テーブルを造形層の造形面から新たに供給され造形材の厚みだけ離間させる離間手段を備えることを特徴とする３次元積層造形装置。
23. 請求項１乃至２２の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、造形材供給手段は、積層手段の回転中に造形材を所定の厚みで造形層の造形面を形成する造形エリアに供給することを特徴とする３次元積層造形装置。
24. 請求項１乃至２３の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、断面形状形成手段は、積層手段の回転中に造形材からなる新たな造形層に３次元形状の断面データをもとに断面形状の硬化領域を繰り返し形成することを特徴とする３次元積層造形装置。
25. 請求項２乃至２４の何れか一項に記載の３次元積層造形装置において、着色手段は、積層手段の回転中に断面形状形成手段が形成した造形層の硬化領域に、３次元形状の断面着色データをもとに着色を行うことを特徴とする３次元積層造形装置。
    

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