JP2016037008A - ３次元造形物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】３次元造形物の上面をより平坦にすることができる３次元造形物の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】３次元造形物の製造方法はインクを吐出する吐出部と吐出部を主走査方向に往復移動させるキャリッジ駆動部を備えるインクジェットプリンタにおいて実行される。３次元造形物の製造方法は囲い壁設置工程とインク吐出工程と圧接硬化工程とを含む。囲い壁設置工程は主走査方向に移動する吐出部がインクを吐出し紫外線を照射して３次元造形物を構成する層と同じ厚みに形成された囲い壁を作業面上に設置する。インク吐出工程は主走査方向に移動する吐出部が囲い壁の内面よりも内側に３次元造形物の各層毎の形状データに基づいてインクを吐出する。圧接硬化工程は囲い壁と囲い壁の内面よりも内側に離間したインクとに作業面と平行な平坦面を押し付けてインクを露光する。【選択図】図３

Description

本発明は、３次元造形物の製造方法に関する。

吐出したインクなどの造形材を積層していくことによって３次元造形物を形作る３次元プリンタ及び３次元造形物の製造方法が知られている。例えば、下記の特許文献１及び２に記載の３次元プリンタは、３次元造形物の３次元データを複数の層に区画し、その最下層から順に吐出部から造形材を吐出し硬化して積層していくことによって、その３次元データに合わせた３次元造形物を形作る。これらの３次元プリンタは、造形材としてのインクを吐出するインクジェット式のヘッドを備えている。特許文献１及び２の３次元プリンタは、造形材として紫外線硬化インクを使用しており、吐出されて着弾した紫外線硬化インクに対して硬化部から紫外線を照射することで、この紫外線硬化インクを硬化させる。

特許第４４２０６８５号公報 特開２０１３−０６７０３６号公報

ところで、前述した特許文献１及び２の３次元プリンタでは、主走査方向にヘッドを移動させながら当該ヘッドからインクを吐出させ、吐出させたインクの滴同士を重ねることなどによって、３次元造形物を造形するので、３次元造形物の上面が平坦にならないことがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、３次元造形物の上面をより平坦にすることができる３次元造形物の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る３次元造形物の製造方法は、外的刺激が付与されることで硬化度が変化するインクを作業面に吐出する吐出部と、前記吐出部を主走査方向に往復移動させる往復移動部と、を備え、前記作業面に吐出されたインクに外的刺激を付与する３次元プリンタにおいて実行される３次元造形物の製造方法であって、前記往復移動部が前記吐出部を前記主走査方向に移動させながら、前記吐出部がインクを吐出し外的刺激を付与して、３次元造形物を構成する層と同じ厚みに形成された囲い壁を作業面上に設置する囲い壁設置工程と、前記囲い壁設置工程の後に、前記往復移動部が前記吐出部を前記主走査方向に移動させながら、前記吐出部が前記囲い壁の内面よりも内側に前記３次元造形物の各層毎の形状データに基づいてインクを吐出するインク吐出工程と、前記インク吐出工程の後に、前記囲い壁と前記囲い壁の内面よりも内側に離間したインクとに前記作業面と平行な平坦面を押し付けるとともに、前記インクに外的刺激を付与して完全に硬化させる圧接硬化工程と、を含むことを特徴とする。

この発明では、３次元造形物を構成する層の厚みと同じ厚みに形成された囲い壁の内側にインクを吐出し、作業面と平行な圧接部の平坦面を囲い壁の内面よりも内側のインクに押し付ける。このために、３次元プリンタは、吐出部から吐出された先頭側のインクの滴の着弾位置が後方側の滴の着弾位置よりも互いに近接して、硬化されたインクの吐出部の移動方向の上流側の端部が下流側の端部よりも厚くなっても、３次元造形物を構成する層の上面を平坦に形成することができ、３次元造形物の上面を平坦にすることができる。

また、上記３次元造形物の製造方法において、前記圧接硬化工程において、圧接部と前記作業面との間に可撓性を有するフィルムを介在させて、前記フィルムを前記囲い壁と前記囲い壁の内面よりも内側に離間したインクとに押し付けるものとすることができる。

この発明では、圧接部と作業面との間に可撓性を有するフィルムを送り出すので、圧接部でインクを押し付ける際に、可撓性を有するフィルムがインクに押し付けられることとなる。したがって、３次元造形物を構成する層、即ち３次元造形物の上面を可撓性を有するフィルムの表面と同等に平坦にすることができる。また、可撓性を有するフィルムを層を形成するのにしたがって移動させることで、フィルムにインクが付着していない平坦な面をインクに押し付けることができ、３次元造形物を構成する層、即ち、３次元造形物の上面を平坦に形成することができる。

また、上記３次元造形物の製造方法において、前記囲い壁設置工程と前記インク吐出工程と前記圧接硬化工程とを複数回繰り返すものとすることができる。

この発明では、囲い壁設置工程とインク吐出工程と圧接硬化工程とを複数回繰り返すので、３次元造形物を構成する各層の上面を平坦にすることができるとともに、さまざまな厚みの３次元造形物を形成することができる。

また、上記３次元造形物の製造方法において、前記インク吐出工程において、前記囲い壁の内面よりも内側に離間したインクに完全に硬化する外的刺激よりも弱い外的刺激を付与する、あるいは、完全に硬化する時間よりも短い時間外的刺激を付与するものとすることができる。

この発明では、インク吐出工程において、囲い壁の内側に吐出されたインクに完全に硬化する外的刺激よりも弱い外的刺激、あるいは完全に硬化するよりも短い時間外的刺激を付与するので、圧接部が押し付けられるインクが半硬化した状態となっている。このために、圧接部を押し付けても、インクが型崩れすることを抑制でき、所望の形状の３次元造形物を形成することができる。

また、上記３次元造形物の製造方法において、前記インク吐出工程において、前記往復移動部が前記吐出部を前記主走査方向に複数回移動させながら前記吐出部がインクを吐出するとともに、前記往復移動部が前記吐出部を前記主走査方向に移動させる毎に前記囲い壁の内面よりも内側に離間したインクに前記外的刺激を付与するものとすることができる。

この発明では、インク吐出工程において、往復移動部が吐出部を主走査方向に移動させる毎に、囲い壁の内側のインクに完全に硬化する外的刺激よりも弱い外的刺激、あるいは完全に硬化するよりも短い時間外的刺激を付与する。このために、インク吐出工程において吐出され３次元造形物の各層を構成するインクをより均一に半硬化させることができ、所望の形状の３次元造形物を形成することができる。

本発明に係る３次元造形物の製造方法は、３次元造形物の上面を平坦にすることができる、という効果を奏する。

図１は、実施形態に係るインクジェットプリンタの概略の構成を示す概略構成図である。 図２は、図１に示されたインクジェットプリンタにより造形される３次元造形物の一例を示す斜視図である。 図３は、実施形態に係るインクジェットプリンタを用いた３次元造形物の製造方法のフローチャートの一例である。 図４は、図１に示されたインクジェットプリンタにより吐出されるインクの滴の軌跡などを説明する説明図である。 図５は、図１に示されたインクジェットプリンタにより吐出されるインクの滴により造形される３次元造形物の上面の形状などを説明する説明図である。 図６は、図１に示されたインクジェットプリンタが形成する囲い壁と３次元造形物などを示す斜視図である。 図７は、図１に示されたインクジェットプリンタにより造形された囲い壁などを示す主走査方向の断面図である。 図８は、図７に示された囲い壁の内側に３次元造形物の各層を形成するインクを吐出した状態を示す主走査方向の断面図である。 図９は、図８に示された３次元造形物の各層を形成するインクの上方に圧接部とフィルムを位置付けた状態を示す主走査方向の断面図である。 図１０は、図９に示された３次元造形物の各層を形成するインクに圧接部を押し付けた状態を示す主走査方向の断面図である。 図１１は、図１０に示された囲い壁の上に次の囲い壁を形成した状態を示す主走査方向の断面図である。 図１２は、本発明の実施形態の変形例に係るインクジェットプリンタの囲い壁などを示す主走査方向の断面図である。

以下に、本発明に係る３次元造形物の製造方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能、且つ、容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

〔実施形態〕
図１は、実施形態に係るインクジェットプリンタの概略の構成を示す概略構成図である。図２は、図１に示されたインクジェットプリンタにより造形される３次元造形物の一例を示す斜視図である。図３は、実施形態に係るインクジェットプリンタを用いた３次元造形物の製造方法のフローチャートの一例である。図４は、図１に示されたインクジェットプリンタにより吐出されるインクの滴の軌跡などを説明する説明図である。図５は、図１に示されたインクジェットプリンタにより吐出されるインクの滴により造形される３次元造形物の上面の形状などを説明する説明図である。図６は、図１に示されたインクジェットプリンタが形成する囲い壁と３次元造形物などを示す斜視図である。

図１に示す実施形態に係る３次元プリンタとしてのインクジェットプリンタ１は、いわゆるインクジェット法を用いて、３次元の立体造形物である３次元造形物Ｗ（一例を図２に示す）を製造する立体造形装置である。このインクジェットプリンタ１は、典型的には、３次元造形物Ｗの３次元データに基づいて当該３次元造形物Ｗを上下方向に多数の層ＬＹ（図２に示す）に区画し、その３次元造形物Ｗの層ＬＹ毎の形状データに基づいて造形材（インクを硬化させたもの）を下側の層ＬＹから順に積層していくことで、その３次元データに合わせた３次元造形物Ｗを形成するものである。図２に一例を示す３次元造形物Ｗは、直方体状に形成されている。しかしながら、本発明では、３次元造形物Ｗの形状はこれに限らない。また、インクジェットプリンタ１は、図６に示すように、一度に複数の３次元造形物Ｗを造形可能である。なお、図６に示す場合では、複数の３次元造形物Ｗを同一形状としたが、本発明では、これに限定されずに、異なる形状の３次元造形物Ｗを複数造形してもよい。

インクジェットプリンタ１は、図１に示すように、上面が作業面２ａをなす載置台２と、主走査方向に設けたＹバー３と、キャリッジ４と、キャリッジ駆動部５（往復移動部に相当）と、載置台駆動部６と、圧接部９と、フィルム送り出し部１０と、圧接駆動部１１と、制御部７と、入力装置８などを備える。

載置台２の作業面２ａは、水平方向（図１に示すＸ軸とＹ軸との双方と平行な方向）に平坦に形成され、その上に造形材としてのインクが下側の層ＬＹから順に積層される平面である。載置台２は、例えば、略矩形状に形成されるがこれに限らない。

Ｙバー３は、載置台２の鉛直方向上側に所定の間隔をあけて設けられる。Ｙバー３は、水平方向（Ｙ軸）と平行な主走査方向に沿って直線状に設けられる。Ｙバー３は、キャリッジ４の主走査方向に沿った往復移動をガイドする。

キャリッジ４は、Ｙバー３に保持され、当該Ｙバー３に沿って主走査方向に往復移動可能である。キャリッジ４は、主走査方向に移動制御される。キャリッジ４は、鉛直方向に対して載置台２と対向する面に、図示しないホルダ等を介して吐出部４１と紫外線照射器４２（露光部に相当する）が設けられる。

吐出部４１は、外的刺激が付与されることで硬化度が変化する造形材としてのインクを作業面２ａに吐出可能なものであり、キャリッジ４に設けられることで主走査方向に移動可能なものである。実施形態の吐出部４１は、外的刺激としての露光することで硬化度が変化するインクとして、３次元造形物Ｗを形成するインクを吐出する。吐出部４１は、キャリッジ４に設けられかつ図示しないインクタンクに貯留されているインクを作業面２ａに吐出可能な吐出ノズル（図示せず）を複数備えている。複数の吐出ノズルは、Ｙバー３の長手方向、即ち主走査方向に沿って並べられている。

吐出部４１は、キャリッジ４の主走査方向に沿った移動に伴って主走査方向に沿って往復移動可能である。吐出部４１の吐出ノズルは、各種インク流路、レギュレータ、ポンプ等を介してインクタンクと接続されている。吐出部４１の吐出ノズルは、インクタンクの数、言い換えれば、同時に印刷可能なインクの種類の数等に応じて単数、あるいは複数が設けられる。吐出部４１の吐出ノズルは、インクタンク内のインクを作業面２ａに向けてインクジェット方式で吐出することができるインクジェットヘッドである。ここで、露光することで硬化度が変化するインクとしては、例えば、紫外線を照射することで硬化するＵＶ（紫外線）硬化インクを用いることができ、例えば、製造する３次元造形物Ｗの色彩に応じて、白色インク、着色インク、透明インク等を適宜用いることができる。吐出部４１は、制御部７と電気的に接続され、制御部７によってその駆動が制御される。本発明では、吐出部４１が吐出する外的刺激が付与されることで硬化度が変化するインクとして、外的刺激としての加熱されることで硬化度が変化する（硬化する）インクを用いてもよい。また、吐出部４１は、３次元造形物Ｗを構成する層ＬＹと同じ厚みに形成された囲い壁Ｅを作業面２ａに設置可能な囲い壁設置部もなしている。

紫外線照射器４２は、作業面２ａに吐出されたインクＩ（図８に示す）に対して外的刺激を付与するものである。紫外線照射器４２は、作業面２ａに吐出されたインクＩに対して紫外線を照射して露光可能なものである。紫外線照射器４２は、例えば、紫外線を照射可能なＬＥＤモジュール等により構成される。紫外線照射器４２は、キャリッジ４に設けられ、キャリッジ４の主走査方向に沿った移動に伴って主走査方向に沿って往復移動可能である。紫外線照射器４２は、制御部７と電気的に接続され、制御部７によってその駆動が制御される。

キャリッジ駆動部５は、Ｙバー３に対してキャリッジ４即ち吐出部４１を主走査方向に相対的に往復移動させる駆動装置である。キャリッジ駆動部５は、例えば、キャリッジ４に連結された搬送ベルト等の伝達機構、搬送ベルトを駆動する電動機等の駆動源を含んで構成され、駆動源が発生させた動力を、伝達機構を介してキャリッジ４を主走査方向に沿って移動させる動力に変換し、当該キャリッジ４を主走査方向に沿って往復移動させる。キャリッジ駆動部５は、制御部７と電気的に接続され、制御部７によってその駆動が制御される。

載置台駆動部６は、図１に示すように、鉛直方向移動部６１と、副走査方向移動部６２と、軸心回転部６３とを備える。鉛直方向移動部６１は、載置台２をＺ軸と平行な鉛直方向に沿って上下移動することで、載置台２に形成された作業面２ａを吐出部４１に対して相対的に鉛直方向に沿って上下移動させるものである。これにより、載置台駆動部６は、吐出部４１、紫外線照射器４２等に対して、作業面２ａを鉛直方向に沿って接近離間させることができる。つまり、載置台駆動部６は、吐出部４１、紫外線照射器４２に対して作業面２ａを鉛直方向に沿って相対移動可能とする。

副走査方向移動部６２は、載置台２を主走査方向に対して直交するＸ軸と平行な副走査方向に移動させることで、載置台２に形成された作業面２ａを吐出部４１に対して相対的に副走査方向に沿って往復移動させるものである。これにより、載置台駆動部６は、吐出部４１、紫外線照射器４２等に対して、作業面２ａを副走査方向に沿って往復移動させることができる。つまり、副走査方向移動部６２は、吐出部４１、紫外線照射器４２と、作業面２ａとを副走査方向に相対的に往復移動可能とする。実施形態では、副走査方向移動部６２は、載置台２を副走査方向に移動させるが、本発明では、これに限定されることなく、Ｙバー３毎、吐出部４１及び紫外線照射器４２を副走査方向に移動させてもよい。

軸心回転部６３は、載置台２を鉛直方向と平行な軸心（Ｚ軸）回りに回転することで、載置台２に形成された作業面２ａを吐出部４１に対して相対的に軸心回りに回転させるものである。これにより、載置台駆動部６は、吐出部４１、紫外線照射器４２等に対して、作業面２ａを軸心回りに回転させることができる。つまり、軸心回転部６３は、吐出部４１、紫外線照射器４２と、作業面２ａとを鉛直方向と平行な軸心回りに回転自在とする。

圧接部９は、作業面２ａ上に吐出されたインクＩに作業面２ａと平行な平坦面９ａを押し付けることが可能なものである。圧接部９は、厚手の平板状に形成され、かつ中央に紫外線を透過する透明ガラスやプラスチックで構成された窓９ｂ（図１に示す）が設けられている。圧接部９は、下側に作業面２ａと平行でかつ窓９ｂの表面で形成された平坦面９ａが形成されている。平坦面９ａは、作業面２ａと略同等の大きさに形成されている。

フィルム送り出し部１０は、圧接部９と作業面２ａとの間に可撓性を有するフィルムＦ（図９に示す）を送り出すものである。フィルム送り出し部１０は、図９に示すように、図示しないモータにより軸心回りに回転される駆動ローラ１０１と、駆動ローラ１０１と間隔をあけて平行に設けられかつ回転自在に設けられた従動ローラ１０２と、駆動ローラ１０１と従動ローラ１０２とに架け渡された可撓性を有するフィルムＦとを備えている。

駆動ローラ１０１と従動ローラ１０２との間隔は、作業面２ａの大きさと略等しい。フィルムＦは、紫外線を透過可能な材料で構成されている。フィルムＦは、その幅が作業面２ａの幅と略等しく形成されている。フィルムＦは、従動ローラ１０２の外周に巻き付けられ、駆動ローラ１０１の外周に巻き取られる。フィルムＦは、モータなどにより駆動ローラ１０１が巻き取る方向に回転されることで、従動ローラ１０２から圧接部９と作業面２ａとの間に送り出されるとともに、駆動ローラ１０１に巻き取られる。フィルムＦを構成する材料として、インクＩとの接着性が低い材料を用いることが望ましい。フィルムＦを構成する材料として、例えば、ＰＰ（ポリプロピレン）を用いることができる。フィルム送り出し部１０は、制御部７と電気的に接続され、制御部７によってその駆動が制御される。

圧接駆動部１１は、作業面２ａの上方と上方から退避される位置とに亘って、圧接部９とフィルム送り出し部１０を水平方向に移動させる駆動装置である。圧接駆動部１１は、作業面２ａの上方において、圧接部９とフィルム送り出し部１０とをＺ軸方向に移動させて、作業面２ａに近づけたり作業面２ａから離間させる駆動装置である。圧接駆動部１１は、制御部７と電気的に接続され、制御部７によってその駆動が制御される。

制御部７は、吐出部４１、紫外線照射器４２、キャリッジ駆動部５、載置台駆動部６、フィルム送り出し部１０、圧接駆動部１１等を含むインクジェットプリンタ１の各部を制御する。制御部７は、作業面２ａ上に３次元造形物Ｗを囲むとともに、３次元造形物Ｗを構成する各層ＬＹと同じ厚みに形成された囲い壁Ｅを設置した後、囲い壁Ｅの内面よりも内側に主走査方向に移動する吐出部４１からインクを吐出し、囲い壁Ｅと同じ厚みでかつ内面よりも内側に離間したインクＩで構成された３次元造形物Ｗの未硬化の層ＬＹを形成する。その後、制御部７は、圧接部９の平坦面９ａを囲い壁Ｅと囲い壁Ｅの内側に吐出されたインクＩで構成された未硬化の層ＬＹとに押し付けた後に、紫外線照射器４２から紫外線を照射して未硬化の層ＬＹを完全に硬化させて、３次元造形物Ｗを造形するものである。

制御部７は、演算装置、メモリ等のハードウェア及びこれらの所定の機能を実現させるプログラムから構成される。制御部７は、吐出部４１を制御し、インク（造形インク）の吐出量、吐出タイミング、吐出期間等を制御する。制御部７は、紫外線照射器４２を制御し、照射する紫外線の強度、露光タイミング、露光期間等を制御する。制御部７は、キャリッジ駆動部５を制御し、キャリッジ４の主走査方向に沿った相対移動を制御する。制御部７は、載置台駆動部６を制御し、載置台２の鉛直方向、副走査方向に沿った相対移動及び軸心回りの相対移動を制御する。制御部７は、フィルム送り出し部１０を制御して、フィルムＦの送り出し量、送り出しタイミング等を制御する。制御部７は、圧接駆動部１１を制御して、圧接部９の圧接力、圧接タイミング、圧接期間などを制御する。

ここで、主走査方向に移動されながら吐出部４１から吐出されたインクの滴Ｐ（図４に示す）のうちの先頭側の滴Ｐａは、吐出部４１の移動速度と吐出部４１からの吐出速度とを合わせた速度で吐出されるが、空気抵抗を受けることとなり減速される。一方、後方側のインクの滴Ｐｂは、前方側のインクの滴Ｐａの後方に位置して空気抵抗が抑制されて、減速が抑制される。

このために、インクの滴Ｐａ，Ｐｂの落下軌跡Ｍ，Ｍａにおいて、図４及び図５の実線で示すように、先頭側に位置する滴Ｐａの作業面２ａなどにおける着弾位置が、後方側に位置する滴Ｐｂの着弾位置よりも互いに近接することとなる。なお、図４に示す例では、吐出部４１を図中右側に移動させながら吐出部４１から吐出されるインクの滴Ｐａ，Ｐｂの軌跡Ｍを実線で示し、先頭側の滴Ｐａが後方側の滴Ｐｂと同じ軌跡Ｍで落下した際の軌跡Ｍａを点線で示している。

また、先頭側に位置する滴Ｐａの作業面２ａなどにおける着弾位置が、後方側に位置する滴Ｐｂの着弾位置よりも互いに近接したまま３次元造形物Ｗを造形すると、図５に一点鎖線で示すように、インクにより造形される３次元造形物Ｗの上面Ｗａにおいて、先頭側の滴Ｐａにより造形される端部Ｗｂが他の部分よりも盛り上がり、上面Ｗａが端部Ｗｂから一方の向きＲの下流に向かうにしたがって徐々に低くなるように形成されてしまう。本実施形態に係るインクジェットプリンタ１及び３次元造形物の製造方法は、３次元造形物Ｗの端部Ｗｂが他の部分よりも盛り上がることを抑止して、３次元造形物Ｗの各層ＬＹの上面Ｗａを平坦に形成して、所望の３次元の形状の３次元造形物Ｗを造形するものである。

入力装置８は、制御部７に接続され、３次元造形物Ｗの形状に関する３次元データを入力するものである。入力装置８は、例えば、制御部７に有線／無線で接続されるＰＣ、種々の端末等によって構成される。

次に、図３のフローチャートを参照して、上記で説明したインクジェットプリンタ１を用いた３次元造形物の製造方法の一例を説明する。図３に示された３次元造形物の製造方法は、インクジェットプリンタ１の制御部７において実行される。なお、図３の説明に際しては、適宜、図７〜図１１も参照する。図７は、図１に示されたインクジェットプリンタにより造形された囲い壁などを示す主走査方向の断面図である。図８は、図７に示された囲い壁の内側に３次元造形物の各層を形成するインクを吐出した状態を示す主走査方向の断面図である。図９は、図８に示された３次元造形物の各層を形成するインクの上方に圧接部とフィルムを位置付けた状態を示す主走査方向の断面図である。図１０は、図９に示された３次元造形物の各層を形成するインクに圧接部を押し付けた状態を示す主走査方向の断面図である。図１１は、図１０に示された囲い壁の上に次の囲い壁を形成した状態を示す主走査方向の断面図である。

実施形態の３次元造形物の製造方法は、形状データ生成工程（ステップＳＴ１）と、吐出パターン生成工程（ステップＳＴ２）と、囲い壁設置工程（ステップＳＴ３）と、インク吐出工程（ステップＳＴ４）と、圧接硬化工程（ステップＳＴ５）と、移動工程（ステップＳＴ７）とを含み、囲い壁設置工程（ステップＳＴ３）と、インク吐出工程（ステップＳＴ４）と、圧接硬化工程（ステップＳＴ５）と、移動工程（ステップＳＴ７）とを１回以上即ち複数回繰り返し実行し層ＬＹ毎に印刷することで、３次元造形物Ｗを製造するものである。上記形状データ生成工程（ステップＳＴ１）、吐出パターン生成工程（ステップＳＴ２）、囲い壁設置工程（ステップＳＴ３）と、インク吐出工程（ステップＳＴ４）と、圧接硬化工程（ステップＳＴ５）と、移動工程（ステップＳＴ７）とは、インクジェットプリンタ１の制御部７によって当該インクジェットプリンタ１の各部の駆動が制御されることで行われる。

本実施形態の３次元造形物の製造方法では、まず、制御部７は、形状データ生成工程として、３次元造形物Ｗの層ＬＹ毎の形状データを生成する（ステップＳＴ１）。この場合、制御部７は、入力装置８から入力される３次元造形物Ｗの形状に関する３次元データに基づいて、鉛直方向に沿った所望の厚みの層ＬＹ毎の３次元造形物Ｗの形状データを演算、生成する。さらに、制御部７は、前記３次元造形物Ｗを囲むことが可能な囲い壁Ｅの形状に関する３次元データを生成する。制御部７は、囲い壁Ｅを格子状に形成し、３次元造形物Ｗから囲い壁Ｅの内面までの距離をあらかじめ定められた所定距離とし、囲い壁Ｅの厚みが３次元造形物Ｗを構成する各層ＬＹの厚みと等しくなるように、各囲い壁Ｅの３次元データを生成する。即ち、囲い壁Ｅは、３次元造形物Ｗを構成する層ＬＹと同じ数設けられ、３次元造形物Ｗを構成する層ＬＹと１対１で対応している。なお、囲い壁Ｅの主走査方向及び副走査方向の幅は、３次元造形物Ｗの幅よりもはるかに小さく、前述した上面Ｗａにおける端部Ｗｂの盛り上がりが寸法精度に影響を与えない（ほとんど与えない）程度の幅である。

次に、制御部７は、吐出パターン生成工程として、３次元造形物Ｗの各層ＬＹ毎の印刷パターンを生成し、当該生成した印刷パターンを実現可能な吐出制御量、露光制御量、キャリッジ駆動部５、載置台駆動部６、フィルム送り出し部１０及び圧接駆動部１１の制御量などを生成する（ステップＳＴ２）。さらに、制御部７は、吐出パターン生成工程で、各囲い壁Ｅ毎の印刷パターンを生成し、当該生成した印刷パターンを実現可能な吐出制御量、露光制御量、キャリッジ駆動部５、載置台駆動部６の制御量などを生成する。

次に、囲い壁設置工程として、図７に例示するように、３次元造形物Ｗを構成する層ＬＹと同じ厚みに形成された囲い壁Ｅを作業面２ａ又は既に設置されている囲い壁Ｅ上に設置する。この場合、制御部７は、吐出部４１及び紫外線照射器４２などを制御し、生成した吐出パターン通りに、キャリッジ駆動部５が吐出部４１、紫外線照射器４２を主走査方向に相対的に移動させ、かつ、載置台２を副走査方向、鉛直方向に相対的に移動させ、軸心回りに相対的に回転させながら、吐出部４１が作業面２ａにインクを吐出するとともに紫外線照射器４２により吐出したインクに外的刺激を付与（露光）して作業面２ａ上に囲い壁Ｅを設置する囲い壁設置制御を実行する（ステップＳＴ３）。

具体的には、制御部７は、圧接駆動部１１を制御してフィルム送り出し部１０及び圧接部９を作業面２ａ上から退避させ、キャリッジ駆動部５、鉛直方向移動部６１及び軸心回転部６３を制御して、作業面２ａに対して適切な位置にキャリッジ４を位置付ける。そして、制御部７は、キャリッジ駆動部５にキャリッジ４を主走査方向に移動させながら、吐出パターン生成工程で生成された各囲い壁Ｅを形成するのに適切なタイミングで吐出部４１の吐出ノズルからインクを吐出するとともに紫外線照射器４２から紫外線を照射させる。吐出されたインクは、作業面２ａ又は造形済みの囲い壁Ｅに着弾して硬化される。そして、制御部７は、吐出パターン生成工程で生成されたキャリッジ４の制御量分、キャリッジ４を主走査方向に１回以上移動させながら、吐出部４１からインクを吐出し、吐出したインクを露光して完全に硬化させ、囲い壁Ｅの主走査方向の１ライン分を形成する。そして、制御部７は、副走査方向移動部６２を制御して、載置台２を１ライン分副走査方向に移動させた後、先ほどの工程を繰り返して、図７に示すように、囲い壁Ｅの全体を造形する。こうして、インクジェットプリンタ１は、インクを吐出し露光することで、作業面２ａ上に設置され、かつ３次元造形物Ｗを構成する層ＬＹと同じ厚みに形成された囲い壁Ｅを備えることとなる。

制御部７は、インク吐出工程として、図８に例示するように、囲い壁設置工程（ステップＳＴ３）の後に、キャリッジ駆動部５が吐出部４１を主走査方向に移動させながら、吐出部４１が作業面２ａの囲い壁Ｅの内面よりも内側に３次元造形物Ｗの各層ＬＹ毎の形状データに基づいてインクを吐出する（ステップＳＴ４）。この場合、制御部７は、吐出部４１を制御し主走査方向に移動する吐出部４１から作業面２ａの囲い壁Ｅの内面よりも内側に３次元造形物Ｗの各層ＬＹ毎の形状データに基づいてインクを吐出するインク吐出制御を実行する。具体的には、制御部７は、キャリッジ駆動部５、鉛直方向移動部６１及び軸心回転部６３を制御して、作業面２ａに対して各層ＬＹを形成可能な適切な位置にキャリッジ４を位置付ける。

そして、制御部７は、キャリッジ駆動部５にキャリッジ４を主走査方向に移動させながら、吐出パターン生成工程で生成された３次元造形物Ｗの各層ＬＹを形成するのに適切なタイミングで吐出部４１の吐出ノズルからインクを囲い壁Ｅの内面よりも内側に吐出する。吐出されたインクＩは、作業面２ａ又は造形済みの層ＬＹに着弾する。そして、制御部７は、吐出パターン生成工程で生成されたキャリッジ４の制御量分、キャリッジ４を主走査方向に１回以上移動させながら、吐出部４１からインクを吐出して、囲い壁Ｅと同じ厚みとなる３次元造形物Ｗを構成する未硬化のインクＩで構成された各層ＬＹの主走査方向の１ライン分を形成する。なお、本発明では、インク吐出工程において、キャリッジ駆動部５が吐出部４１を主走査方向に複数回移動させながら吐出部４１がインクを吐出してもよい。そして、制御部７は、副走査方向移動部６２を制御して、載置台２を１ライン分副走査方向に移動させた後、先ほどの工程を繰り返して、図８に示すように、３次元造形物Ｗの未硬化のインクＩで構成された各層ＬＹの全体を形成する。

制御部７は、インク吐出工程において、キャリッジ駆動部５が吐出部４１を主走査方向に移動させる毎又は移動中に囲い壁Ｅの内面よりも内側に離間したインクに紫外線照射器４２が外的刺激を付与（露光）する。この際、紫外線照射器４２は、囲い壁Ｅの内面よりも内側に離間したインクに完全に硬化する外的刺激（露光）よりも弱い外的刺激（露光）を付与する、あるいは、完全に硬化する時間よりも短い時間外的刺激を付与（露光）して、インク吐出工程において吐出したインクを半硬化させる。このときの紫外線の照射時間などは、インクＩで構成された各層ＬＹの上面に圧接部９を押し付けた際に、各層ＬＹの上面を平坦に形成できる程度の時間であることが望ましい。

制御部７は、次に、図９に示すように、圧接駆動部１１を制御して、フィルム送り出し部１０と圧接部９を作業面２ａ上に配置する。なお、この際には、フィルムＦは、一度もインクＩに押し付けられていない面が囲い壁Ｅ及び３次元造形物Ｗの各層ＬＹと間隔をあけてこれらの上方に位置し、圧接部９は、フィルムＦと間隔をあけてフィルムＦの上方に位置する。そして、制御部７は、圧接硬化工程として、図１０に例示するように、インク吐出工程（ステップＳＴ４）の後に、圧接部９と作業面２ａとの間に可撓性を有するフィルムＦを介在させて、囲い壁Ｅと囲い壁Ｅの内面よりも内側に離間したインクＩとに作業面２ａと平行な平坦面９ａを押し付ける。この場合、制御部７は、インク吐出制御の後に圧接部９などを制御し囲い壁Ｅと囲い壁Ｅの内面よりも内側に離間したインクＩとに平坦面９ａを押し付ける圧接制御を実行する。具体的には、制御部７は、圧接駆動部１１を制御して、フィルム送り出し部１０と圧接部９を下降させて、図１０に示すように、圧接制御時に圧接部９と作業面２ａとの間に可撓性を有するフィルムＦを送り出し、圧接部９の平坦面９ａによりフィルムＦを囲い壁Ｅと囲い壁Ｅの内面よりも内側に離間したインクＩとに押し付ける。

さらに、制御部７は、キャリッジ駆動部５及び載置台駆動部６を制御して、主走査方向及び副走査方向に移動する紫外線照射器４２から紫外線を３次元造形物Ｗの各層ＬＹの全体に窓９ｂを通して照射して外的刺激を付与し、囲い壁Ｅの内面よりも内側に離間したインクＩを完全に硬化させて３次元造形物Ｗの各層ＬＹを造形する（ステップＳＴ５）。そして、制御部７は、圧接駆動部１１などを制御して、フィルム送り出し部１０及び圧接部９を上昇させた後、フィルム送り出し部１０を制御して、駆動ローラ１０１にフィルムＦのインクに押し付けられた部分を巻き取って、圧接駆動部１１などを制御して、フィルム送り出し部１０及び圧接部９を作業面２ａの上方から退避させる。

次に、３次元造形物Ｗの形成が終了したか否かを判定する（ステップＳＴ６）。この場合、制御部７は、入力装置８から入力される３次元造形物Ｗの形状に関する３次元データや、形状データ生成工程（ステップＳＴ１）で生成した３次元造形物Ｗの層ＬＹ毎の形状データ等に基づいて、３次元造形物Ｗの形成が終了したか否かを判定する。

３次元造形物Ｗの形成が終了していないと判定した場合（ステップＳＴ６：Ｎｏ）、移動工程として、圧接硬化工程（ステップＳＴ５）の後に作業面２ａを鉛直方向に沿ってキャリッジ４から離間する側に１層ＬＹ分相対移動させ（ステップＳＴ７）、ステップＳＴ３に戻って、ステップＳＴ３以降のステップを繰り返し実行する。この場合、制御部７は、圧接制御の後に載置台２の載置台駆動部６を制御し作業面２ａを鉛直方向に沿ってキャリッジ４から離間する側、ここでは、鉛直方向下側に相対移動させる移動制御を実行する。そして、制御部７は、図１１に例示するように、次の層（ここでは第２層目）に対する囲い壁設置制御による囲い壁設置工程（ステップＳＴ３）、インク吐出制御によるインク吐出工程（ステップＳＴ４）、圧接制御による圧接硬化工程（ステップＳＴ５）、移動制御による移動工程（ステップＳＴ７）を繰り返し、順次、３次元造形物Ｗの下側の層ＬＹから各層ＬＹを形成していく。

制御部７は、３次元造形物Ｗの形成が終了したと判定した場合（ステップＳＴ６：Ｙｅｓ）、作業員などが、作業面２ａから囲い壁Ｅを除去するなどして、実施形態の３次元造形物の製造方法を終了する。

以上の実施形態に係るインクジェットプリンタ１、及び、３次元造形物の製造方法は、これから形成する３次元造形物Ｗの層ＬＹの厚みと同じ厚みに形成された囲い壁Ｅの内面よりも内側にインクＩを吐出し、作業面２ａと平行な圧接部９の平坦面９ａを囲い壁Ｅと囲い壁Ｅの内面よりも内側に離間したインクＩに押し付ける。このために、インクジェットプリンタ１は、吐出部４１から吐出された先頭側のインクの滴Ｐａの着弾位置が後方側の滴Ｐｂの着弾位置よりも互いに近接して、インクＩの吐出部４１の移動方向の上流側の端部Ｗｂが他の部分よりも厚くなっても、インクＩで構成された各層ＬＹの上面を平坦に形成することができ、３次元造形物Ｗの上面Ｗａを平坦にすることができるとともに、所望の３次元の形状に３次元造形物Ｗを造形することができる。

また、インクジェットプリンタ１、及び、３次元造形物の製造方法は、圧接部９と作業面２ａとの間に可撓性を有するフィルムＦを送り出すので、圧接部９でインクＩを押し付ける際に、フィルムＦがインクＩに押し付けられることとなる。したがって、各層ＬＹ、即ち３次元造形物Ｗの上面ＷａをフィルムＦの表面と同等に平坦にすることができる。また、フィルムＦを下側から層ＬＹを形成するのにしたがって移動させることで、フィルムＦのインクＩが付着していない平坦な面をインクＩに押し付けることができ、各層ＬＹ、即ち、３次元造形物Ｗの上面Ｗａを平坦に形成することができる。

インクジェットプリンタ１、及び、３次元造形物の製造方法は、インク吐出工程において、囲い壁Ｅの内面よりも内側に吐出されたインクに完全に硬化する紫外線（外的刺激）よりも弱い紫外線を照射（外的刺激を付与）、あるいは完全に硬化するよりも短い時間紫外線を照射（外的刺激を付与）するので、圧接部９が押し付けられるインクＩが半硬化した状態となっている。このために、圧接部９を押し付けても、インクＩが型崩れすることを抑制でき、所望の形状の３次元造形物Ｗを形成することができる。

また、インクジェットプリンタ１、及び、３次元造形物の製造方法は、インクＩを吐出し紫外線を照射して硬化させて囲い壁Ｅを形成するので、層ＬＹの厚みと同じ厚みの囲い壁Ｅを形成することができ、各層ＬＹの厚みを所望の厚みに形成することができる。

インクジェットプリンタ１、及び、３次元造形物の製造方法は、囲い壁設置工程とインク吐出工程と圧接硬化工程とを複数回繰り返すので、３次元造形物Ｗを構成する各層ＬＹの上面を平坦にすることができるとともに、さまざまな厚みの３次元造形物Ｗを形成することができる。

インクジェットプリンタ１、及び、３次元造形物の製造方法は、インク吐出工程において、キャリッジ駆動部５が吐出部４１を主走査方向に移動させる毎に、囲い壁Ｅの内面よりも内側に離間したインクＩに完全に硬化する紫外線（外的刺激）よりも弱い紫外線を照射（外的刺激を付与）、あるいは完全に硬化するよりも短い時間紫外線を照射（外的刺激を付与）する。このために、インクジェットプリンタ１、及び、３次元造形物の製造方法は、インク吐出工程において吐出され３次元造形物Ｗの各層ＬＹを構成するインクＩをより均一に半硬化させることができ、所望の形状の３次元造形物Ｗを形成することができる。

〔変形例〕
また、前述した実施形態では、インクＩを吐出し露光して囲い壁Ｅを形成しているが、本発明では、これに限定されない。例えば、図１２に示すように、囲い壁Ｅ−１を作業面２ａ上から上方に突没自在に設けておき、３次元造形物Ｗの各層ＬＹを形成する前に、囲い壁Ｅ−１を各層ＬＹの厚み分、作業面２ａから上方に突出させてもよい。図１２は、本発明の実施形態の変形例に係るインクジェットプリンタの囲い壁などを示す主走査方向の断面図である。なお、図１２において、実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

図１２に示されたインクジェットプリンタ１、及び、３次元造形物の製造方法は、実施形態と同様に、３次元造形物Ｗの上面を平坦に形成でき、所望の３次元の形状に３次元造形物Ｗを形成することができる。

また、本発明のインクジェットプリンタ１は、３次元造形物Ｗを造形するためのインクを吐出する吐出部４１とは別に、囲い壁Ｅを形成するための吐出部を設けてもよい。この場合、囲い壁Ｅを形成する吐出部が吐出するインクとして、硬化後に易水溶性や易アルコール溶性あるいは加熱溶解性を有するサポートインクを吐出してもよい。この場合、３次元造形物Ｗの造形後に、囲い壁Ｅを速やかに除去することができる。さらに、本発明では、インク吐出工程において、インクＩを半硬化させなくてもよい。

前述したように、本発明の実施形態、変形例を説明したが、本発明は、これらに限定されない。本発明では、実施形態、変形例をその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせの変更等を行うことができる。

１ インクジェットプリンタ（３次元プリンタ）
２ａ 作業面
４１ 吐出部（囲い壁設置部）
４２ 紫外線照射器（露光部）
５ キャリッジ駆動部（往復移動部）
６１ 鉛直方向移動部
６２ 副走査方向移動部
６３ 軸心回転部
７ 制御部
９ 圧接部
９ａ 平坦面
１０ フィルム送り出し部
Ｅ 囲い壁
Ｆ フィルム
Ｉ インク
Ｗ ３次元造形物
ＬＹ 層

Claims (5)

1. 外的刺激が付与されることで硬化度が変化するインクを作業面に吐出する吐出部と、
   前記吐出部を主走査方向に往復移動させる往復移動部と、を備え、前記作業面に吐出されたインクに外的刺激を付与する３次元プリンタにおいて実行される３次元造形物の製造方法であって、
   前記往復移動部が前記吐出部を前記主走査方向に移動させながら、前記吐出部がインクを吐出し外的刺激を付与して、３次元造形物を構成する層と同じ厚みに形成された囲い壁を作業面上に設置する囲い壁設置工程と、
   前記囲い壁設置工程の後に、前記往復移動部が前記吐出部を前記主走査方向に移動させながら、前記吐出部が前記囲い壁の内面よりも内側に前記３次元造形物の各層毎の形状データに基づいてインクを吐出するインク吐出工程と、
   前記インク吐出工程の後に、前記囲い壁と前記囲い壁の内面よりも内側に離間したインクとに前記作業面と平行な平坦面を押し付けるとともに、前記インクに外的刺激を付与して完全に硬化させる圧接硬化工程と、
   を含むことを特徴とする３次元造形物の製造方法。
2. 前記圧接硬化工程において、圧接部と前記作業面との間に可撓性を有するフィルムを介在させて、前記フィルムを前記囲い壁と前記囲い壁の内面よりも内側に離間したインクとに押し付けることを特徴とする請求項１に記載の３次元造形物の製造方法。
3. 前記囲い壁設置工程と前記インク吐出工程と前記圧接硬化工程とを複数回繰り返すことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の３次元造形物の製造方法。
4. 前記インク吐出工程において、前記囲い壁の内面よりも内側に離間したインクに完全に硬化する外的刺激よりも弱い外的刺激を付与する、あるいは、完全に硬化する時間よりも短い時間外的刺激を付与することを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の３次元造形物の製造方法。
5. 前記インク吐出工程において、前記往復移動部が前記吐出部を前記主走査方向に複数回移動させながら前記吐出部がインクを吐出するとともに、前記往復移動部が前記吐出部を前記主走査方向に移動させる毎に前記囲い壁の内面よりも内側に離間したインクに前記外的刺激を付与することを特徴とする請求項４に記載の３次元造形物の製造方法。

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