JP2017030368A - ３次元造形装置及び造形物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】造形物を形成する材料の表面を規制する規制体から、材料の硬化層をきれいに引き剥がすことができ、各層の平面度を高め、または各層の厚さを高精度に制御することができる技術を提供すること。【解決手段】３次元造形装置は、ステージと、表面を有し、前記表面の一部の領域が他の領域より前記ステージに近くなるように、前記ステージに対面して配置された規制体と、前記ステージ側と前記表面の一部の領域との間の領域であるスリット領域に、エネルギー線を照射する照射ユニットと、前記ステージと前記規制体を相対的に移動させる移動機構とを具備する。【選択図】図６

Description

本発明は、光硬化性の材料により３次元の物体を形成する３次元造形装置、この方法により形成された造形物及び造形物の製造方法に関する。

従来から、３次元の造形物を形成する造形装置は、ラピッドプロトタイピングと呼ばれる装置として知られており、業務用として広く使われている。一般的には、３次元造形装置は、造形される対象物の所定の厚さごとの形状データ、つまり各層ごとの形状データに基づき、１層ずつ造形物を形成していく。

３次元造形装置の主な方式の１つとして、例えば光造形方式は、光硬化性樹脂にレーザ光を部分選択的に照射することにより、樹脂の所望の部分を硬化させて描画し、造形物を形成する方式である。

光造形方式の中には、例えば自由液面法及び規制液面法がある。自由液面法では、光硬化性樹脂の液面が空中に露出しており、レーザ光が空気と液面の界面にフォーカスされることで描画される。自由液面法では、樹脂の積層精度（１層ごとの厚さの精度や１層ごとの樹脂の表面状態の精度）が液面の表面精度によって変わるという問題がある。

そこで、規制液面法では、光硬化性樹脂の液面が例えば平坦なガラス面により規制され、そのガラスを介して、レーザ光が液面とガラス面との界面にフォーカスされることで描画される

特許文献１に記載された光造形装置は、規制液面法を採用している。この光造形装置は、ガラスの撓みを防止して、ガラスを平面に保つための位置規制機構を備えている（例えば、特許文献１の明細書段落[００７７]等、図７〜１０）。

特開２００９−１３７０４８号公報

特許文献１のようにガラスを用いた規制液面法では、各層の造形終了後に、硬化された樹脂をガラスから引き剥がす必要がある。しかし、各層の造形面積が大きくなるほど、引き剥がしに必要な力が大きくなり、場合によっては造形物が崩れたり、造形物が台座（造形物が積層されていくステージ）から剥がれたりすることがある。

また、上記のように各層の造形面積が大きくなると、樹脂の硬化時の収縮力によってガラスが歪んだり、樹脂がある側にガラスが引っ張られ撓んだりする。これにより、造形物の各層の平面度が悪化する。この点、上記特許文献１では、ガラスの撓みしか考慮されておらず、その撓み方向の反対方向にガラスが引っ張られる現象については、何ら対策が施されていない。

さらに、光硬化性樹脂の粘性が高いほど、台座面やガラス面に樹脂が与える圧力が大きくなり、これによりガラス面が歪み、樹脂の各層の厚さを予め設定された厚さに制御できないという問題もある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、造形物を形成する材料の表面を規制する規制体から、材料の硬化層をきれいに引き剥がすことができ、各層の平面度を高め、または各層の厚さを高精度に制御することができる３次元造形装置を提供することにある。また、その目的は、その方法により形成された造形物及び造形物の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る３次元造形装置は、
ステージと、
表面を有し、前記表面の一部の領域が他の領域より前記ステージに近くなるように、前記ステージに対面して配置された規制体と、
前記ステージ側と前記表面の一部の領域との間の領域であるスリット領域に、エネルギー線を照射する照射ユニットと、
前記ステージと前記規制体とを相対的に移動させる移動機構と
を具備する。

規制体の表面の一部の領域がステージに最も近くなるように規制体が配置されるので、その表面の一部の領域またはその近傍の領域で材料にエネルギー線が照射され硬化する。つまり実質的にステージ側と当該一部の領域との間のスリット領域で材料が硬化し、規制体の下流側では、規制体の表面がステージから離れていくように両者が移動機構によって相対的に移動していく。これにより、規制体から材料の硬化層をきれいに剥がすことができる。

また、広い平面状の領域ではなく、規制体の表面の一部の領域によりスリット領域が形成されている。したがって、上述のように材料が規制体から剥がれやすい。また、材料が硬化するときの収縮力が規制体に加えられても、規制体に歪みや変形が生じることもない。これにより、各硬化層の平面度を高め、その各硬化層の厚さを高精度に制御することができる。

当該一部の領域は、１次元でもよいし、２次元でもよい。２次元の場合、当該一部の領域は平面でもよいし、曲面であってもよい。当該一部の領域が実際には曲面である場合であっても、造形物の硬化層の表面が所望の平面精度を保つことができる程度の表面を有していれば問題ない。

以上、本発明によれば、材料の表面を規制する規制体から材料の硬化層（造形物）をきれいに引き剥がすことができ、各層の平面度を高め、または各層の厚さを高精度に制御することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る３次元造形装置を示す斜視図である。 図２は、この３次元造形装置をＹ軸方向で見た正面図である。 図３は、この３次元造形装置を示す模式的な側面図及びその制御システムの構成を示すブロック図である。 図４は、３次元造形装置の動作を順に示す図である。 図５は、３次元造形装置の動作を順に示す図である。 図６は、時のスリット領域及びその周辺の状態を拡大して示す図である。 図７は、図４（Ｃ）に示した、造形ステージ上の樹脂液及び硬化層を拡大して示した図である。 図８は、Ｚ軸方向で見た、１層分の露光処理のパターンを示す図である。 図９は、本発明の第２の実施形態に係る３次元造形装置の主要部を示す側面図である。 図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る３次元造形装置の主要部をそれぞれ示す側面図及び正面図である。 図１１は、本発明の第４の実施形態に係る３次元造形装置の主要部を示す図である。 図１１に示した３次元造形装置の動作を説明するための図である。 図１３（Ａ）〜（Ｆ）は、本発明の第５の実施形態に係る３次元造形装置の主要部を示す図である。 図１４は、本発明の第６の実施形態を説明するための図である。 図１５（Ａ）〜（Ｃ）は、オーバーハング状部分を有する造形物の一例を示す図である。 図１６は、本発明の第７の実施形態に係る３次元造形装置の主要部を示す図である。 図１７は、図１６に示した３次元造形装置で用いられる光学系及び電気構成ブロックの図である。 図１８は、本発明の第７の実施形態に係る３次元造形装置の主要部を示す図である。 図１９は、本発明の第９の実施形態に係る３次元造形装置の主要部を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

［第１の実施形態］
（３次元造形装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る３次元造形装置を示す斜視図である。図２は、この３次元造形装置をＹ軸方向で見た正面図である。

３次元造形装置１００は、ベース１と、このベース１上の後方側に立設された２つの側壁２と、これら側壁２の間に配置された造形ステージ１５と、この造形ステージ１５に対面するように配置された規制体としてのドラム１０とを備える。

図３は、３次元造形装置１００を示す模式的な側面図及びその制御システムの構成を示すブロック図である。

規制体としてのドラム１０は、後述するように供給ノズルから造形ステージ１５上に供給された材料の表面の高さを規制する。ドラム１０は、実質的に円筒形状に形成され、例えばガラスで形成されている。ドラム１０はそのＸ軸方向に貫通穴が形成され、つまり管状に形成され、後述するように、照射ユニット３０を支持するための梁材４がドラム１０の貫通穴内（円筒の内部）を通るように設けられている。

ドラム１０は、ガラスに代えて、アクリル、その他の透明樹脂で形成されていてもよい。ドラム１０は、必ずしもこれらの材料に限られず、照射ユニット３０から照射されるエネルギー線を透過する材料であれば何でもよい。

ドラム１０の内径は、３０〜７０ｍｍ程度であり、その壁の厚さは２ｍｍ程度である。しかし、これらの範囲は適宜変更可能である。

造形ステージ１５は、昇降機構１４により昇降可能に支持されている。造形ステージ１５及び昇降機構１４は、移動ベース１１上に搭載され、移動ベース１１は、Ｙ軸移動機構７０（図３参照）によって移動可能とされている。Ｙ軸移動機構７０は、Ｙ軸移動モータ７２と、ベース１上に敷設され、移動ベース１１の移動をガイドするガイドレール７１とを有する。

図１及び２に示すように、側壁２の内側には、Ｘ軸方向に沿った軸の周りにドラム１０を回転可能に支持する複数のガイドローラが設けられている。例えば、１つの側壁２に３つのガイドローラ５、６及び７が設けられている。ガイドローラ７は、ドラム１０の内周面を下方に押さえ、２つのガイドローラ５及び６は、ドラム１０の外周面（表面）１０ａを下方から支持している。すなわち、３つのガイドローラ５、６及び７がドラム１０の壁を挟み込むことでドラム１０が支持されている。このように、ガイドローラ５、６及び７によりドラム１０が支持されることにより、ベアリングが不要になる。

ガイドローラ５、６及び７は、ステージ側とドラム１０の外周面１０ａとの間に、後述するスリット領域Ｓ（図６参照）を形成するように、Ｚ軸方向における所定の高さ位置でドラム１０を支持している。すなわち、造形ステージ１５の表面と、ドラム１０の外周面１０ａの最下の部分（ドラム１０のうち最もステージに近い部分）である、Ｘ軸方向（第１の方向）に沿った直線状の領域Ａ１とが対面することにより、スリット領域Ｓが形成される。この直線状の領域Ａ１は、ドラム１０の外周面１０ａの一部であって実質的に平面とみなせる領域である。

この直線状の領域Ａ１の、Ｙ軸方向（第２の方向）の幅は０．１〜１mmであるが、また、後述する照射ユニット３０から照射されるレーザ光のスポット径は、１〜１００μmである。しかし、直線状の領域Ａ１の幅及びスポット径は、ドラムの大きさ、造形物の大きさ、造形精度などによって適宜変更可能であり、それらの範囲以外の値も取り得る。

図３に示すように、３つのガイドローラ５、６及び７のうち例えば１つのガイドローラ５が、ローラモータ８により駆動されようになっている。これにより、ドラム１０がガイドローラによって回転させられる。なお、ガイドローラ５、６及び７のうち２つ以上がモータにより駆動される形態でもよい。

なお、これら３つのガイドローラ５、６及び７の配置は、図１のような形態に限られず、適宜変更可能である。

側壁２の間には、Ｘ軸に沿って長い形状を有し、光硬化性材料Ｒをドラム１０に供給する供給ノズル２６が設けられている。供給ノズル２６は、例えばドラム１０の下部であって、ドラム１０の最下部である直線状の領域Ａ１から離れた位置に配置されている。供給ノズル２６として、その長手方向に沿って、光硬化性材料Ｒを吐出するための図示を省略した複数の穴を有するタイプのノズルが用いられる。あるいは、供給ノズル２６として、その長手方向に沿って設けられたスリットを有するスリットコートタイプのノズルが用いられてもよい。これらの複数の穴またはスリットは、ドラム１０が配置される側に向けて開口している。

なお、供給ノズル２６には、例えばこの供給ノズル２６に光硬化性材料Ｒを導入するための図示しないポンプ、配管、開閉バルブ等が接続されている。

図１に示すように、３次元造形装置１００は、造形ステージ１５を支持し造形ステージ１５を移動ベース１１に対して昇降させる昇降機構（移動機構の一部）１４を有する。昇降機構１４は、昇降モータ１９により造形ステージ１５を昇降させることにより、造形ステージ１５とドラム１０の直線状の領域Ａ１との間の距離を制御する。昇降機構１４による造形ステージ１５の最上位置は、実質的にドラム１０の直線状の領域Ａ１が配置される位置となっている。造形ステージ１５は、水平面内（Ｘ−Ｙ平面内）で円形を有しているが、円形に限られず矩形またはその他の形状であってもよい。光硬化性材料Ｒとしては、典型的には紫外線硬化樹脂が用いられる。

図１に示すように、３次元造形装置１００は、供給ノズル２６から供給された光硬化性材料Ｒにエネルギー線としてレーザ光を照射する照射ユニット３０を備えている。３次元造形装置１００の後方側において、ベース１から２つの支柱３が立設され、これら２つの支柱３の間には梁材４が架け渡され、上記したように梁材４は、ドラム１０の内部を通るようにして設けられている。照射ユニット３０は、ドラム１０の内部に配置され、この梁材４に設けられたＸ軸移動機構６０によりＸ軸に移動可能となっている。Ｘ軸移動機構６０は、Ｘ軸移動モータ６３（図３参照）と、梁材４に固定されたガイドレール６２ａを有するレール板６２と、レール板６２に移動可能に取り付けられた可動板６１とを有する。Ｘ軸移動機構６０は、レーザ光をＸ軸方向にスキャンさせるスキャン機構として機能する。

照射ユニット３０は、可動板６１に固定されており、レーザ光源３１と、レーザ光源３１の直下に配置された対物レンズホルダ３２と、対物レンズホルダ３２に保持された対物レンズ３４（図２、３等参照）と、レーザ光源３１及び対物レンズホルダ３２を支持し、これらを可動板６１に固定する固定板３３とを有する。

照射ユニット３０は、レーザ光源３１から出射されたレーザビームのスポット径を対物レンズ３４を用いて絞り、ドラム１０の壁を介してスリット領域Ｓ、または、スリット領域Ｓ及びその近傍の領域にある光硬化性材料Ｒに焦点を合わせる。すなわち、典型的には、対物レンズ３４はレーザ光の焦点が少なくともスリット領域Ｓにある光硬化性材料Ｒに合致するような光軸上の位置に配置される。

図３に示した、昇降機構１４、Ｙ軸移動機構７０及びＸ軸移動機構６０は、例えばボールネジ駆動機構、ラックアンドピニオン駆動機構、ベルト駆動機構、または流体圧シリンダ駆動機構などにより実現することができる。

また、３次元造形装置１００は、昇降モータ１９の駆動を制御する昇降モータコントローラ５１、ローラモータ８の駆動を制御するローラモータコントローラ５４、Ｙ軸移動モータ７２の駆動を制御するＹ軸移動モータコントローラ５３、Ｘ軸移動モータ６３の駆動を制御するＸ軸移動モータコントローラ５５を備える。また、３次元造形装置１００は、レーザ光源３１から出射されるレーザ光のパワーを制御するレーザパワーコントローラ５２を備える。これらの各コントローラの動作は、ホストコンピュータ５０により統括的に制御される。図示されていないが、３次元造形装置１００は、供給ノズル２６に接続されたポンプや開閉バルブを駆動するためのコントローラも備えている。

上記ホストコンピュータや各コントローラは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えている。ＣＰＵの代わりに、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＰＬＤ(Programmable Logic Device)（例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array））、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等が用いられてもよい。典型的には、各コントローラは互いに有線により接続されるが、これらコントローラのうち少なくとも１つは無線により３次元造形装置１００内の制御システムに接続されてもよい。各コントローラは、すべてハードウェアで構成されていてもよい。

（３次元造形装置の動作）
次に、以上のように構成された３次元造形装置１００の動作を説明する。図４（Ａ）〜（Ｃ）はその動作を順に示す図である。

図４（Ａ）は、３次元造形装置１００の静止状態を示し、移動ベース１１が初期位置にある状態を示している。実際に造形を実行する前に、光硬化性材料Ｒである硬化層の１層分の厚さがホストコンピュータを介して設定される。そして、例えば昇降モータコントローラ５１の制御に応じた昇降機構１４の駆動により、造形ステージ１５がドラム１０の最も低い部分である直線状の領域Ａ１に接触した時の造形ステージ１５の高さ位置が、Ｚ軸方向での原点として設定される。

なお、この原点の設定時における、造形ステージ１５のＹ軸方向での位置は、適宜設定可能である。

原点が設定されると、予め設定された、光硬化性材料Ｒの１層の厚さ分、造形ステージ１５が下降する。

造形ステージ１５が下降した後、造形ステージ１５はＹ軸移動機構７０により、図４（Ｂ）に示すような所定の位置である造形開始位置に移動する。この造形開始位置とは、造形ステージ１５とドラム１０の直線状の領域Ａ１との間のスリット領域Ｓが形成することができるような造形ステージ１５のＹ軸に沿った方向での位置である。この造形開始位置は、スリット領域Ｓが形成できるような造形ステージ１５の位置であれば、形成される造形物のＹ軸方向での大きさにより適宜設定が変更され得る。

造形ステージ１５が造形開始位置に位置すると、供給ノズル２６から光硬化性材料Ｒがドラム１０の下面側に供給される。既に上で述べたように、光硬化性材料Ｒとして例えば紫外線硬化樹脂が用いられる。以下、これを便宜的に樹脂液Ｒという。

このようにしてドラム１０に樹脂液Ｒが転写されると、ローラモータコントローラ５４の制御に基づいてローラモータがガイドローラ５を駆動する。これにより、樹脂液Ｒが付着したドラム１０の部分が、ドラム１０の最下部に位置するような位置までドラム１０が回転する。そしてドラム１０の回転が停止する。この時のスリット領域Ｓ及びその周辺の状態を図６に拡大して示す。このように状態から、レーザ光の樹脂液Ｒへの照射、つまり露光が開始される。

樹脂液Ｒの種類によっては、樹脂液Ｒは自重によりドラム１０を伝っていくことで、スリット領域Ｓを含む、ドラム１０の下面と造形ステージ１５の表面との間を満たす場合もある。樹脂液Ｒが自重によりドラム１０の外周面１０ａを伝わる場合、ドラム１０の回転は不要である。

そして照射ユニット３０がレーザ光を照射する。レーザ光源３１から発生したレーザ光が対物レンズ３４を通り、ドラム１０を介してスリット領域Ｓの樹脂液Ｒに入射する。照射ユニット３０は、Ｘ軸移動モータコントローラ５５の制御によりＸ軸に沿った方向で移動しながら、造形対象物の１層分の中のＸ軸方向の１列分のデータに基づき、レーザパワーコントローラ５２の制御に応じて、樹脂液Ｒに対して選択的に露光していく。

具体的には、レーザパワーコントローラ５２は、上記１列分のデータに応じてレーザパワーの変調信号を生成し、これをレーザ光源３１に送ることで、１層分中のＸ軸方向の１列分の樹脂液Ｒが選択的に露光され、硬化される。少なくともスリット領域Ｓにある樹脂液Ｒが露光される。レーザ光の照射による露光中は、ドラム１０は停止している。

レーザ光としては、紫外線の波長領域を有するものが用いられる。造形物の１層分の厚さは、１μ〜１００μｍであるが、この範囲に限られず適宜設定可能である。

樹脂液ＲのＸ軸方向に沿った１列分の露光が終了すると、レーザ光の照射動作が停止し、Ｙ軸移動機構７０により造形ステージ１５がＹ軸に沿った方向で後方側（図４（Ｂ）における右側）へ所定のピッチ移動する。そして、１層目内における次の１列分（最初の１列に隣接する１列）の選択的な露光が上記と同様に行われる。

３次元造形装置１００は、以上のようなレーザ光のＸ軸方向に沿ったスキャン照射、及び、造形ステージ１５のＹ軸方向に沿ったステップ送りを繰り返すことにより、図４（Ｃ）に示すように、１層分の樹脂液Ｒの選択的な硬化層、つまり１層分の造形物を形成する。このように、いわゆるラスタースキャンの要領によって、１層分の露光処理が行われる。造形ステージ１５のこのようなＹ軸に沿った方向における間欠的な移動のピッチは、レーザビームのスポット径にもより、つまり、造形物を形成するときの分解能にもよるが、この移動のピッチは適宜設定可能である。

図７は、図４（Ｃ）に示した、造形ステージ１５上の樹脂液Ｒ及び硬化層を拡大して示した図である。図７では、１層分の硬化層Ｒ１を黒塗りで表している。図７に示すように、スリット領域Ｓより下流側である右側で、ドラム１０に硬化していない樹脂液Ｒが付着しており、また、形成された１層分の硬化層Ｒ１の上にも硬化していない樹脂液Ｒが付着しているが、これは問題ない。これについては後で説明する。

ここで、Ｘ軸方向に沿った１列分の露光が終了し、造形ステージ１５（及び移動ベース１１）がＹ軸移動機構７０によりＹ軸に沿った方向で移動する時、ドラム１０と造形ステージ１５側との摩擦力によりドラム１０が引きずられて図３及び７において反時計回りに回転する。あるいは、この時、ガイドローラ５のローラモータ８の駆動によりドラム１０が回転してもよい。

樹脂液Ｒの１列分の露光が終了し、造形ステージ１５が所定の１ピッチ分移動する時、スリット領域Ｓより下流側（図６において例えばスリット領域Ｓより右側）では、ドラム１０がＺ軸方向において造形ステージ１５から離れていくように、造形ステージ１５が移動する。これにより、形成された直後の硬化層Ｒ１（ドラム１０の外周面１０ａに付着した硬化層）をドラム１０からきれいに剥がすことができる。

また、従来の規制液面法では、フィルムやガラス面の歪みにより造形物の平面度が悪化していたことも問題の１つであった。これに対し本実施形態では、ドラム１０の外周面１０ａの形状は曲面（円筒面）であり、直線状の領域Ａ１で液面が規制される。したがって、樹脂液Ｒが硬化するときの収縮力がドラム１０に加えられても、ドラム１０に変形や歪みが発生しにくく、また、露光前における樹脂液Ｒの粘性によるドラム１０の変形も防止できる。これにより、硬化層Ｒ１の平面度を高め、また、その厚さを高精度に制御することができる。

本発明者の実験によれば、曲面の表面（例えばドラム１０の外周面１０ａ）と、平面の表面（例えば造形ステージ１５の表面）とを比べると、曲面の表面への硬化樹脂層の密着力の方が、平面の場合より弱く、したがって、平面の方に硬化樹脂層が残ることが確認されている。この実験では、それらの曲面と平面とが同じ材質でなる場合についてそのような結果が得られている。

その上、最初に、造形ステージ１５上に１層分の硬化層が形成されれば、次の２層目からは樹脂材料は同じ材料であるその硬化層への密着力が、ドラム１０の外周面１０ａへの密着力より強くなる。実験では、ガラスの規制体の曲率半径が１ｍの場合でも、硬化層が十分にきれいに剥がれることが確認されている。

したがって、本実施形態では硬化層をドラムから確実に剥がすことができる。

１層分の樹脂液Ｒへの露光が終了すると、造形ステージ１５が、その硬化層Ｒ１の１層の厚さ分、下降する。そして、移動ベース１１及び造形ステージ１５は、図４（Ｃ）に示す位置から図４（Ｂ）に示す造形開始位置に再び戻る。この場合、造形ステージ１５が下降している間に、移動ベース１１及び造形ステージ１５が造形開始位置に戻ってもよい。

また、１層分の樹脂液Ｒへの露光が終了し、造形ステージ１５が下降すると、ガイドローラ５が駆動されることによりドラム１０が図３、７等において反時計回りに所定の角度回転する。これにほり、樹脂液Ｒが付着していない新たなドラム１０の外周面１０ａが、造形ステージ１５側に対面する。ドラム１０の外周面１０ａに付着した余剰の樹脂液Ｒは定期的に図示しない洗浄装置により除去される。

そして、２層目の造形処理（露光処理）では、最初の１層と同様の動作によってその１層目の硬化層Ｒ１の上に残った、硬化していない樹脂液Ｒが露光されることにより、２層目の硬化層Ｒ１が形成される。このようにしてＺ軸方向に造形物が積層されていく間に、樹脂液Ｒが定期的に補充されるようにドラム１０に供給される。

しかしもちろん、１層の造形処理ごと、あるいはそれより短い周期で、あるいは常時、樹脂液Ｒが補充されてもよい。

上記の説明では、１層の露光処理が終了した後、ドラム１０を所定角度回転させていた。しかし、ユーザにより造形物の形状の精度が要求されない場合、１層分の樹脂液Ｒへの露光が終了し、ドラム１０の外周面１０ａに余剰の樹脂液Ｒが付着していても、ドラム１０を所定角度回転させずに複数層の造形を行うようにしてもよい。

以上のようにして任意の厚さ分積層された造形物が既に形成された状態において、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、その造形物の上に、図４に示した動作と同様の動作によってさらに１層分の硬化層Ｒ１が形成される。

３次元造形装置１００は、以下のようにアンカーパターンを形成してもよい。図８は、Ｚ軸方向で見た、１層分の露光処理のパターンを示す図である。この例では、照射ユニット３０のＸ軸方向に沿ったスキャンの始まり及び終わりに、造形物の一部としてアンカーパターンＲｂを形成するようにレーザ光を照射する。すなわち、この造形物（硬化層Ｒ１）は、本体Ｒａと、この本体Ｒａの周囲に形成されたアンカーパターンＲｂとを有する。

このようにアンカーパターンＲｂが形成されることによって、照射ユニット３０のスキャンの立上りや立下りにおけるスキャン速度の変化による、造形精度への悪影響を抑制することができる。これにより、これらアンカーパターンＲｂの内側に形成される本体Ｒａの、Ｘ軸方向におけるエッジ部Ｒｅの露光処理を、そのＹ軸方向で均一化することができる。これにより、本体Ｒａのエッジ部Ｒｅを高精度に形成することができる。

図８に示した例のアンカーパターンＲｂは、Ｙ軸方向に沿って例えば直線状になるように形成されている。しかし、アンカーパターンＲｂのＹ軸方向に沿った形状は、必ずしも直線状でなくてもよく、かっこ状（例えば＜＞）であったり、ジグザグ状であったり、あるいは、造形物の外形に応じた形状であってもよい。アンカーパターンＲｂのＸ軸方向の長さは適宜設定可能である。

以上のように、本実施形態では、造形物の各層ごとの厚さを、正確に一定となるように維持することができる。また、これにより、１層ごとの硬化層Ｒ１の平面の均一性を向上させることができる。

本実施形態では、上述したように、ドラム１０がＺ軸方向において造形ステージ１５から離れていくように、造形ステージ１５が移動するので、ドラム１０から樹脂の硬化層Ｒ１をきれいに引き剥がすことができる。

本実施形態では、直線状の領域Ａ１で樹脂液Ｒの液面が規制されるので、粘度の高い樹脂材料を用いても、正確な層厚で造形物を形成することができ、用いる材料の選択の幅が広がる。

従来の規制液面法では、フィルムやガラス面から造形物を引き剥がす工程に時間を要していた。しかし、本実施形態では、露光処理時において造形ステージ１５のＹ軸に沿った方向でのステップ送り時にドラム１０から造形物が引き剥がされていく。つまり１層分の露光処理と引き剥がし処理の時間帯が重複しているので、造形物の形成にかかる時間を短縮することができる。

本実施形態では、ドラム１０の直線状の領域Ａ１において、規制体であるドラム１０の、造形ステージ１５側からの引き剥がしが、微小量ずつ断続的に（Ｙ軸方向に沿ったステップ送りごとに）起こる。したがって、引き剥がし力が弱く、硬化層Ｒ１に損傷が加えられることを防止できる。つまり、硬化層Ｒ１が規制体から剥がれやすい。また、そのように引き剥がし力が弱いので、硬化層Ｒ１が造形ステージ１５から剥がれてしまうようなことも起こらない。

本実施形態では、ドラム１０の外周面１０ａの最下部が直線状の領域Ａ１となり、その領域Ａ１と造形ステージ１５側との間に露光領域となるスリット領域Ｓが形成される。すなわち、規制体であるドラム１０が円筒形状に形成されることにより、単純な形状で規制体の機能を持たせることができる。

本実施形態では、照射ユニット３０がドラム１０内に配置されている。これにより、ドラム１０が円筒形状に形成されることのメリットが高まる。また、ドラム１０の外側に照射ユニット３０が配置される場合に比べ、３次元造形装置１００の小型化を実現することができる。

［第２の実施形態］
図９は、本発明の第２の実施形態に係る３次元造形装置の主要部を示す側面図である。これ以降の説明では、図１等に示した実施形態に係る３次元造形装置１００が含む部材や機能等について同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。

図９に示した３次元造形装置２００は、規制体として上述のドラムの代わりに、その表面が曲面に形成された板材２０を備えている。板材２０は、典型的には円筒体の一部である。板材２０は、造形ステージ１５側に対面する下面２０ａが例えば複数のガイドローラ４５及び４６に支持され、上面２０ｂがガイドローラ４７により押さえ付けられている。板材２０の上面２０ｂ側に照射ユニット３０が配置されている。

これらのガイドローラ４５〜４７のうち少なくとも１つが駆動されてもよいし、すべてのガイドローラが駆動されないものであってもよい。

このように設けられた板材２０の、造形ステージ１５側に対面する下面２０ａの最下部に、実質的に平面とみなせる直線状の領域Ａ１と、造形ステージ１５側（造形ステージ１５上の硬化層Ｒ１）との間にスリット領域Ｓが形成される。

上記第１の実施形態のように、円筒体であるドラム１０が用いられる場合に、その円筒の直径を大きくすることにより、その外周面の曲率が小さくなり、平面とみなせる直線状の領域Ａ１の面積を大きくすることができる。しかし、円筒の直径を大きくすると３次元造形装置も巨大化する。そこで、本実施形態のように規制体が板状に形成されることにより、３次元造形装置２００の巨大化することを抑えつつ、平面とみなせる直線状の領域Ａ１の領域の面積を大きくすることができる。

なお、板材は、円筒体の一部である形態に限られず、図９のように側面で見た形状が、楕円、双曲線等、２次曲線の一部に沿った形状に形成されていてもよい。

［第３の実施形態］
図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る３次元造形装置の主要部をそれぞれ示す側面図及び正面図である。

本実施形態に係る３次元造形装置２１０の規制体は、円筒体の一部である半円筒体４０である。すなわち、半円筒体４０も、上記第２の実施形態に係る板材２０も、円筒体の一部であり、その外周面の曲率が異なる以外、その作用効果は同じである。

本実施形態に係る３次元造形装置２１０の照射ユニット８０は、レーザ光源３１とコンデンサレンズ１３４とを備えている。コンデンサレンズ１３４はレーザ光を集光する機能を有する。照射ユニット８０からのレーザ光は、ガルバノスキャン機構のガルバノミラー３５により、樹脂液Ｒ上をＸ軸方向に沿ってスキャンされる。ガルバノミラーは、Ｘ軸方向のスキャンのために、図示しないモータやアクチュエータにより、Ｙ軸方向に沿った回転軸の周りに所定の角度回転可能とされている。

このようなガルバノスキャン機構が用いられることにより、上記第１の実施形態に係る照射ユニット３０のスキャン機構に比べ、Ｘ軸方向のスキャン速度を高めることができる。

また、本実施形態に係る３次元造形装置２１０は、次のような作用効果を奏する。規制体が円筒形状に形成されている場合、図１に示した３次元造形装置１００のようにドラム１０の内部に照射ユニット３０が設けられ、この場合レーザ光の光路長の制約がある。しかし、本実施形態のように、円筒が欠けた形状の半円筒体４０であれば、レーザ光の光路長の制約をなくすことができる。

照射ユニット８０及びガルバノミラー３５は、図９で示した３次元造形装置２００に適用されてもよい。

ガルバノミラー３５に代えて、回転するポリゴンミラーが設けられていてもよい。

図１０（Ａ）に示す例では、半円筒体４０は、円筒体を斜めに切断したような姿勢で設けられているが、その切断面は実質的にＸ−Ｙ平面に平行（水平）でもよいし、水平に限られずどのような角度でもよい。

規制体は、半円筒状に限られず、その切り欠かれる角度は問わない。

［第４の実施形態］
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る３次元造形装置の主要部を示す図である。

本実施形態に係る３次元造形装置３００は、造形ステージ１５を移動させる移動機構として、Ｙ軸移動機構７０及びＺ軸移動機構１７を備える。Ｙ軸移動機構７０は、造形ステージ１５を鉛直方向に沿って移動させる。Ｚ軸移動機構１７は、Ｙ軸移動機構７０をドラム１０に接近させ及び離間させる。すなわち、Ｚ軸移動機構１７は、Ｙ軸移動機構７０を水平に移動させることにより、造形ステージ１５をドラム１０に接近させ及び離間させる。この実施形態の説明では、鉛直方向をＹ軸方向とし、造形ステージ１５のドラム１０に対する離接方向（水平方向）をＺ軸方向とする。

なお、Ｚ軸移動機構としては、Ｙ軸移動機構７０を介して造形ステージ１５をＺ軸方向に移動させるのではなく、Ｚ軸移動機構１７は直接造形ステージ１５をＺ軸方向に移動させるような構成であってもよい。

Ｚ軸移動機構１７は、上記実施形態で説明した昇降機構と同様の構造を有していればよい。Ｙ軸移動機構７０も同様である。本実施形態に係る３次元造形装置３００も、上記実施形態と同様な照射ユニット３０及びＸ軸移動機構６０（図１）参照を備えている。この場合、照射ユニット３０は、ステージに向かって水平方向にレーザ光を出射する。

ドラム１０の外周面１０ａ側の所定の位置には、樹脂液を供給する供給ノズル２６が設けられている。所定の位置とは、ドラム１０の近傍であって、ドラム１０の外周面１０ａの、造形ステージ１５の表面との間の距離が最も近い位置における直線状の領域Ａ１より、Ｙ軸方向で上方側に設けられる。

ドラム１０の近傍であって、直線状の領域Ａ１より下方側には、洗浄ユニット２７が配置されている。洗浄ユニット２７は、造形ステージ１５上に形成された造形物に洗浄液（洗浄材料）を供給する洗浄ノズル２８と、例えばその造形物に向けてエアを噴出するエアブローノズル２９とを有する。これら洗浄ノズル２８及びエアブローノズル２９は、Ｘ軸方向に沿って長い形状を有しており、これらはＹ軸方向に沿って並んで配置されている。洗浄ノズル２８及びエアブローノズル２９の上下位置は逆でもよい。

さらに、ドラム１０の上部にも、上記洗浄ユニット２７と同様の構造を持つ洗浄ユニット３７が配置されている。洗浄ノズル３８は、ドラム１０の外周面１０ａに洗浄液を供給し、エアブローノズル３９はドラム１０の外周面に向けてエアを噴出する。

洗浄ノズル２８及び３８から吐出される洗浄液としては、例えばエタノールやメタノールが用いられる。エアブローノズル２９及び３９からは、エアに代えて不活性気体等の他の気体が噴出されてもよい。

ドラム１０の下部には廃液タンク１８が設けられ、廃液タンク１８には余剰の材料（樹脂液）や洗浄液等が溜められるようになっている。

以上のように構成された３次元造形装置３００の動作を説明する。以下は、造形物の１層分の動作の説明である。

供給ノズル２６から樹脂液がドラム１０の外周面１０ａに供給されると、ドラム１０を支持する図示しないガイドローラが駆動し、例えば図１１においてドラム１０は時計回りに所定の角度回転する。ドラム１０が回転すると、ドラム１０に付着した樹脂液が、ドラム１０の直線状の領域Ａ１と、造形ステージ１５側との間に形成されるスリット領域に移動する。あるいは、ドラム１０に付着した樹脂液は自重により外周面１０ａを伝ってスリット領域に供給される場合もある。

樹脂液は自身の表面張力によってスリット領域に保持される。

そして、照射ユニット３０がＸ軸方向に沿ってスキャンされながら、また、造形ステージ１５がＹ軸方向に沿って、図１１に示す状態から下方にステップ送りで移動しながら、スリット領域Ｓにある樹脂液にレーザ光が照射される。これにより硬化層Ｒ１が形成される。

図１２に示すように、硬化層Ｒ１の全体がドラム１０の直線状の領域Ａ１より下方に位置するまで、造形ステージ１５が下方まで移動する。そうすると、洗浄ユニット２７から洗浄液及びエアが硬化層Ｒ１に供給され、例えば硬化層Ｒ１上の残った余剰の樹脂液が除去される。また、洗浄ユニット３７から洗浄液及びエアがドラム１０に供給され、ドラム１０の外周面に付着した余剰の樹脂液も除去される。

このような造形物の１層分の処理が、所定回数繰り返されることにより、造形物が形成される。

本実施形態では、硬化層Ｒ１から、重力により余剰の材料を下方へ流して確実に除去することができ、硬化層Ｒ１の表面をきれいにすることができるので、高精度な造形が可能となる。

洗浄ユニット２７及び３７による洗浄のタイミングは、造形物の１層ごとであってもよいし、複数層ごとでもよいし、造形処理の間常時でもよく、任意である。洗浄液は下方に流れ落ちるため、この第４の実施形態では、エアブローノズルは必須ではない。

［第５の実施形態］
図１３（Ａ）〜（Ｆ）は、本発明の第５の実施形態に係る３次元造形装置の主要部を示す図である。

この３次元造形装置３１０は、上記第４の実施形態に係る３次元造形装置３００の供給ノズル２６に代えて、カラーノズルユニット４８を備えている。それ以外は、３次元造形装置３１０は、３次元造形装置３００と実質的に同じ構成を備えている。

カラーノズルユニット４８は、赤に染色された樹脂液を供給するノズル４８Ｒ、緑に染色された樹脂液を供給するノズル４８Ｇ、青に染色された樹脂液を供給するノズル４８Ｂを有する。すなわち、この３次元造形装置３１０は、フルカラーの造形物を形成することができる。これらノズル４８Ｒ、４８Ｇ及び４８Ｂが並ぶ配置は、適宜変更可能である。

図１３（Ａ）に示すように、ノズル４８Ｒから赤樹脂液がスリット領域に供給され、照射ユニット３０（図１１参照）がＸ軸方向へ移動しながら、スリット領域に供給された赤樹脂液にレーザ光を照射する。また、ステップ送りで造形ステージ１５がＹ軸方向に移動することにより、１層分の赤の硬化層Ｒ１（Ｒ）が形成される。そして、図１３（Ｂ）に示すように、洗浄ユニット２７により余剰の赤樹脂液が除去される。

図１３（Ａ）及び（Ｂ）と同様に、図１３（Ｃ）及び（Ｄ）では、赤樹脂液による硬化層Ｒ１（Ｒ）と同じ層に、緑樹脂液による硬化層Ｒ１（Ｇ）が形成される。また、同様にして、図１３（Ｅ）及び（Ｆ）に示すように、それらと硬化層Ｒ１（Ｒ）及びＲ１（Ｇ）と同じ層に、青樹脂液による硬化層Ｒ１（Ｂ）が形成される。これにより１層分の硬化層が形成される。図１３（Ａ）〜（Ｆ）では、Ｘ軸方向にすべて同じ色の硬化層が存在しているわけではなく、Ｘ軸方向にも赤、緑及び青の硬化層が混在している。

照射ユニットによるレーザ光のスポット径は適宜設定することが可能であるため、そのレーザ光の照射の分解能に応じて、低精彩から高精彩に及ぶ、カラーに着色された造形物を形成することができる。例えばレーザ光のスポット径が１０μｍ程度であれば、高精彩なカラー着色を行うことができる。

以上のように、本実施形態では、造形ステージ１５が鉛直方向に動くことによって、余剰の材料の除去が容易になるので、１層ごとのこれらの余剰の材料の除去が容易になり、ひいては１層ごとに、異なるカラーを持つ造形物の形成が容易になる。

本実施形態によれば、造形物の内部までカラーで着色することができるので、例えばユーザが造形物を切断したときの断面もカラー着色されている。したがって、造形物の断面の構造を表現したい時にも本実施形態はメリットがある。

なお、本実施形態では、ＲＧＢの樹脂液に代えて、シアン、マゼンダ、イエロー（ＣＭＹ）の樹脂液が用いられてもよい。

ＲＧＢまたはＣＭＹの他、透明の樹脂液も追加して用いることにより、透明物体の内部や外面に着色された部分を有する造形物を形成することも可能である。

ＲＧＢまたはＣＭＹの他、白の樹脂液も追加して用いることにより、白色を造形物の下地色とすることができる。これにより、より鮮明にカラー着色された造形物を実現することができる。

ＲＧＢまたはＣＭＹに代えて、白及び黒の樹脂液を用いて、グレースケールの造形物が形成されてもよい。

あるいは、カラーが異なる複数の材料が用いられる形態の他、物性が異なる複数の材料が形態もある。物性が異なるとは、硬度、密度、光吸収度、粘度、導電性、磁性（非磁性）等が異なる形態である。もちろん、これら複数の材料を用いる方法は、１層ごとに洗浄ユニット２７により洗浄を行う形態に適用される場合に限られず、上記第１〜３の実施形態にも適用可能である。

［第６の実施形態］
図１４は、本発明の第６の実施形態を説明するための図である。

本実施形態では、樹脂材料を供給する供給ノズルとしてスリットコートノズル２６が用いられる。また、樹脂材料としてチクソ（チキソ）性材料が用いられる。規制体としては、直線状の領域Ａ１を持つものであれば、上述のドラム１０、板材２０、半円筒体４０等何でもよい。

スリットコートノズル２６によりチクソ性樹脂液Ｒ２が供給され、図示するようにオーバーハング状の薄膜が形成される。

従来、オーバーハング状の部分を有する造形物を形成する方法として、例えば光吸収剤が添加された光硬化樹脂材料を用い、照射するレーザ光の強度を調整することにより、光硬化樹脂材料が硬化する深度を限定する方法があった。しかしながら、この方法では、硬化する深度を厳密に制御することができず、かつ、オーバーハング状部分の表面粗さも全く制御できなかった。

本実施形態では、チクソ性材料Ｒ２が用いられることにより、硬化深度によらない高精度なオーバーハング状部分Ｒ３を形成することが可能となる。また、本実施形態では、スリットコートタイプのノズル２６が用いられることにより、オーバーハング状の薄膜を形成することができる。

特に、直線状の領域Ａ１を持つ規制体が用いられることにより、上述のように規制体（ドラム１０）からの造形物の引き剥がし力が非常に弱まるため、造形物に加えられる応力が非常に小さくなり、オーバーハング状で、かつ、薄い部分を形成することができるようになる。

オーバーハング状部分Ｒ３の膜厚は、ドラム１０の壁の厚さより小さく設定されてもよい。

オーバーハング状部分Ｒ３以外の硬化層（下部の硬化層Ｒ１）を形成する時のレーザ光の強度より、オーバーハング状部分Ｒ３を形成する時のそれの方が強くなるように設定されてもよい。これにより、オーバーハング状部分Ｒ３の樹脂液を確実に硬化させることができる。

オーバーハング状部分Ｒ３以外の硬化層（下部の硬化層Ｒ１）の材料と、オーバーハング状部分Ｒ３の材料とが異なっていてもよい。この場合、それらの材料をそれぞれ供給する供給ノズルが設けられていればよく、例えば上記第４の実施形態や第５の実施形態が、この第６の実施形態に適用されてもよい。

チクソ性材料Ｒ２は、上記第１〜５の実施形態に適用されてもよい。

チクソ性材料Ｒ２の代わりに、フィルム状に形成されたゲル状の材料がドラム１０の外周面１０ａに巻き付けられ、このゲル状材料が露光されることで、オーバーハング状部分Ｒ３が形成されてもよい。

図１５（Ａ）〜（Ｃ）は、オーバーハング状部分を有する造形物の一例を示す図である。この造形物は、例えばマイクロ流路に適用される。

図１５（Ａ）に示すように形成された、流路１０１を形成する硬化層１０２上に、図１５（Ｂ）に示すように、オーバーハング状部分の薄膜として蓋部材１０３が形成される。そして図１５（Ｃ）に示すように、その蓋部材１０３上に、流路１０４を形成する硬化層１０５がさらに形成される。このように、本実施形態では、立体的流路を有するマイクロ流路を造形物として形成することができる。このようなマイクロ流路では、メッキ液を流路に流し、流路をメッキすることにより、受動的な電気回路（キャパシタ、インダクタ、抵抗等）を構築することができる。また、同じくメッキにより、強度を上げることができる。

［第７の実施形態］
図１６及び１７は、本発明の第７の実施形態に係る３次元造形装置の主要部を示す図である。

本実施形態に係る３次元造形装置３２０は、ドラム位置制御機構を有する。ドラム位置制御機構は、レーザ光の光軸方向（Ｚ軸方向）において、規制体としてのドラム１０の位置を制御するものである。なお、図１６で示した３次元造形装置３２０は、例えば図１１等に示したように鉛直方向に造形ステージ１５が移動するタイプの装置である。

照射ユニット１３０からのレーザ光は、ドラム１０を介して図示しない造形ステージ上に照射される。したがって、レーザ光のフォーカス状態が維持されるためには、ドラム１０のＺ軸方向での位置が所定の位置に定められる必要がある。そこで、ドラム位置制御機構は、このドラム１０の位置を制御することにより、レーザ光のフォーカス状態を維持するとともに、ドラム１０の位置の制御によって樹脂材料の膜厚が高精度に制御される。

図１６では、４つのガイドローラ５６及び５７（図１６の紙面のＸ軸方向にもガイドローラ５６及び５７が配置されている。）によって、ドラム１０が支持されている。

上記４つのガイドローラのうち２つのガイドローラ５６には、そのガイドローラの位置をＺ軸方向に沿って動かすことが可能なピエゾ等を用いたアクチュエータ６５（図１７参照）が接続されている。

照射ユニット１３０は、レーザ光源１３１、ミラー１３３、対物レンズ３４、ビームサンプラ１３２、コンデンサレンズ１３５、光検出器１３６を有する。ビームサンプラ１３２は、レーザ光源１３１から出射されたレーザ光の一部をサンプリングする。コンデンサレンズ１３５は、ビームサンプラ１３２からの出射光を光検出器１３６に集める。

光検出器１３６は、得られた強度分布の状態を電気信号に変換し、その信号をフォーカスコントローラ６４へ出力する。フォーカスコントローラ６４は、入力された強度分布の信号に基づき、例えばレーザ光のフォーカス状態を維持するように、アクチュエータ６５の駆動を制御する。この場合、ガイドローラ５６、アクチュエータ６５及びフォーカスコントローラ６４は、制御機構として機能する。アクチュエータ６５の駆動により、ガイドローラ５６がＺ軸方向に沿って移動し、これによってドラム１０のＺ軸方向における位置が制御される。

このようなドラム位置制御機構は、上記第１〜３及び６の実施形態のような、水平移動する造形ステージを持つ３次元造形装置にも適用可能である。

なお、フォーカスコントローラ６４は、アクチュエータ６５の駆動を制御するだけでなく、造形ステージ１５をＺ軸方向に移動させるＺ軸移動機構１７（図１１等参照）の駆動を制御してもよい。

［第８の実施形態］
図１８は、本発明の第７の実施形態に係る３次元造形装置の主要部を示す図である。

本実施形態に係る３次元造形装置３３０は、斜面５９を備えている。この斜面５９に沿って、上部側に設けられた第１のセット４１及び下部側に設けられた第２のセット４２が配置されている。第１のセット４１及び第２のセット４２は、両方ともドラム１０、照射ユニット３０、照射ユニット３０をスキャンさせる図示しないＸ軸移動機構、供給ノズル２６及び洗浄ユニット２７をそれぞれ有する。洗浄ユニット２７は、上述したように、洗浄ノズル２８及びエアブローノズル２９を備える。

第１のセット４１及び第２のセット４２で異なる点は、各供給ノズル２６が供給する材料が異なる点である。その材料の違いは、上述したように、カラー及び物性のうち少なくとも一方の違いである。

３次元造形装置３３０は、造形ステージ１５及びこの造形ステージ１５を昇降させる昇降機構１４を斜面５９に沿って移動させる斜め移動機構５８を備えている。斜面５９の水平面に対する角度は、例えば３０〜７０度とされるが、この範囲に限られない。この場合、昇降機構１４は、この斜面５９に実質的に垂直な方向（造形の積層方向）に造形ステージ１５を昇降させる。

このように構成された３次元造形装置３３０の動作を説明する。

まず、造形ステージ１５は、図１８に示すように上部側で待機している初期位置から、斜面５９に沿って下降し、第１のセット４１で露光及び洗浄処理が行われる。この露光処理及び洗浄処理は、図１１及び１２で説明した通りである。露光処理や洗浄処理で流れ落ちる余剰の樹脂液及び洗浄液は、斜面５９に沿って配設された廃液路を介して図示しない廃液タンク等に廃棄される。

第１のセット４１での露光及び洗浄処理が終了すると、造形ステージ１５はさらに下降し、第２のセット４２で露光及び洗浄処理が行われる。この第２のセットでは、第１のセット４１で形成された硬化層と同じ高さ（昇降機構１４での昇降方向での高さ）の層を形成するように、つまり第１のセット４１と第２のセット４２とで造形ステージ１５の高さを変えずに、処理が行われる。

第２のセット４２での露光及び洗浄処理が終了すると、造形ステージ１５は、第１のセット４１からの処理を繰り返す。

以上のように、本実施形態では、斜面５９に沿って造形ステージ１５が移動し、２つのセット４１及び４２でそれぞれ異なる材料で造形処理が行われる。ここで、第１のセット４１での露光及び洗浄処理では、余剰の樹脂液及び洗浄液は重力により鉛直方向に流れ落ちるので、第２のセット４２にまでその樹脂液や洗浄液が飛散して付着するようなことはない。これは斜面５９を利用するメリットである。

これにより、１層ごとに洗浄ユニット２７によりきれいにされながら２種類の材料で造形処理が行われる。その結果、図１３に示した実施形態と同様に、２種類の材料を含む造形物を高精度に形成することができる。

図１３に示した第５の実施形態と本実施形態とを比べると、第５の実施形態では、１種類の樹脂液の供給ごとに造形ステージ１５が初期位置に戻る必要があったが、この本実施形態ではその必要がないことがメリットである。しかし、本実施形態に係る３次元造形装置３３０に比べ、第５の実施形態に係る３次元造形装置３１０は、装置のフットプリント等、装置の小型化を実現し、部品点数を少なくすることができるメリットを有する。

上記の説明では、２つのセット４１及び４２が設けられていたが、３つ以上のセットが設けられ、３種類以上の材料が供給されてもよい。

上記の説明では、２つのセット４１及び４２で異なる材料で同じ高さの硬化層が形成されたが、２つのセット４１及び４２で同じ材料で異なる高さの硬化層を形成してもよい。

本実施形態では、斜面５９が設けられたが、水平面に沿って複数のドラム１０等のセットが配置されてもよい。

照射ユニット３０は、第１のセット４１及び第２のセット４２ごとに設けられなくてもよい。その場合、例えば規制体としてドラム１０の代わりに、図９で示した板材２０または図１０で示した半円筒体４０を用い、照射ユニット３０をセット４１及び４２間で移動させる構成が設けられていればよい。

［第９の実施形態］
図１９は、本発明の第９の実施形態に係る３次元造形装置の主要部を示す図である。

本実施形態に係る３次元造形装置３４０は、鉛直方向であるＹ軸方向に沿って造形ステージ１５及びＺ軸移動機構１６を移動させるＹ軸移動機構３６を備えている。また、第１のセット４３及び第２のセット４４がＹ軸方向に沿って配列されている。

第１のセット４３は、ドラム１０、照射ユニット３０、供給ノズル２６及び図示しないＸ軸移動機構を有する。第２のセット４４は、第１のセット４３が有する要素に加え、洗浄ユニット２７を有する。２つのセット４３及び４４の各供給ノズル２６は異なる種類の材料を供給する。

このように構成された３次元造形装置３４０の動作を説明する。

図に示すような造形ステージ１５の所期位置から造形ステージ１５が下降し、第１のセット４３により露光処理が行われる。第１のセット４３による露光処理が終了すると、造形ステージ１５が下降する前に、あるいは下降している途中で、Ｚ軸移動機構１６によりＺ軸方向に沿って所定距離退避する。第１のセット４３で形成された硬化層Ｒ１が、第２のセット４４に干渉しないようにするために、造形ステージ１５がそのように所定距離退避する。

そして、形成された硬化層Ｒ１が洗浄ユニット２７により洗浄可能な位置まで造形ステージ１５が下降すると、洗浄ユニット２７により硬化層Ｒ１の洗浄が行われ、余剰の樹脂液及び洗浄液が廃液タンク１８に廃棄される。

洗浄ユニット２７による洗浄処理が終了すると、第２のセット４４による露光処理が可能な位置まで造形ステージ１５が上昇する。そして造形ステージ１５は、先にＺ軸方向に沿って退避した距離だけ戻る。そして、第２のセット４４では、第１のセット４３により供給された樹脂液とは異なる種類の樹脂液が供給され、第１のセット４３で処理された層と同じ層（積層方向での同じ高さの層）について露光処理が行われる。

第２のセット４４における露光処理が終了すると、形成された硬化層Ｒ１が洗浄ユニット２７により洗浄可能な位置まで造形ステージ１５が下降する。そして、洗浄ユニット２７により硬化層Ｒ１の洗浄が行われ、余剰の樹脂液及び洗浄液が廃液タンク１８に廃棄される。

以上のような動作が硬化層の１層ごとに繰り返される。

以上のように本実施形態においても、複数の異なる材料を供給することができ、また、洗浄ユニットにより硬化層Ｒ１がきれいに洗浄されるため、複数の材料を有する造形物を高精度に形成することができる。

［その他の実施形態］
本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が実現される。

上記各実施形態では、造形ステージ１５は、Ｙ及びＺ軸の２軸に移動する構造であった。この２軸に加え、硬化層の積層方向（Ｚ軸方向）の周りに、造形ステージ１５を回転させる回転機構が設けられていてもよい。例えば、Ｘ軸方向のみ（一定方向）のレーザ光のスキャンの場合、造形処理の条件によっては、造形物を造形ステージ１５から取り外した後に、造形物に変形（ヒケやソリ）が発生するおそれがある。しかし、上記回転機構により、所望の方向にレーザ光をスキャンすることができる。例えば、１層ごと、複数層ごと、またはランダムに、造形ステージが所定角度回転しながら、造形物が形成されることによって、そのような造形物の変形の発生を防止できる。所定角度とは、例えば３０°、９０°、１８０°等の角度、これらの組合せの角度、あるいはランダムな角度である。

上記各実施形態において、規制体の表面（例えばドラム１０の外周面１０ａ）に保護膜が設けられていてもよい。具体的には、規制体の表面に保護フィルムが巻き付けられる。これにより、規制体の表面を洗浄する代わりに、保護フィルムを定期的に取り外すことにより、規制体の表面をきれいにすることができる。あるいは、規制体の表面に、樹脂液等が残りにくいテフロン（登録商標）等の保護膜が予め形成されていてもよい。その場合、例えば簡単な洗浄またはガスブローにより表面をきれいにすることができる。

上記保護フィルムとしては、エネルギー線を透過する材料が用いられる。保護フィルムが光透過性の材料であれば、例えばポリカーボネート、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル等が用いられる。

上記各実施形態では、照射ユニットのレーザビームは１本であったが、複数のレーザビームが用いられてもよい。例えば、材料に対するエネルギービームの照射期間内に、複数のレーザビームのうち少なくとも２つのレーザビームが同時に照射される期間が含まれるように、その照射機構が制御ユニットにより制御される。典型的には、すべてのレーザビームが実質的に同時に照射される。これにより、材料上で一度に広い範囲の露光処理が可能となるため、造形処理に要する時間を短縮することができる。本例の場合、レーザ光源が複数設けられてもよいし、ｎ個（ｎは１以上の整数）の光源を用い、レーザビームが複数に分割されてｎ＋１以上のレーザビームが形成されてもよい。

上記の説明では、カラーで着色された造形物を形成する場合に、例えばカラーで着色された樹脂液が用いられた。この樹脂液に代えて、着色されたフィラーが樹脂液に混合された材料が用いられてもよい。例えば、造形物の最小積層厚さより小さい径を有する着色された微粒子を樹脂液中に混入した材料を用いることができる。微粒子として、ガラス、樹脂、金属粉、澱粉、石膏、塩、砂糖等が用いられる。

あるいは、フィラーとして、透明、白等のフィラーを用い、染料で着色することもできる。

造形物の積層厚さが十分薄ければ、１層につき１色でもフルカラーの造形物を形成することができる。

造形物の材料は、光硬化性材料に限られず、熱エネルギー、電子線、または超音波により硬化する材料が用いられてもよい。また、材料に応じて照射ユニットから照射されるエネルギー線も適宜変更可能である。エネルギー線としては、紫外線のほか、赤外線、可視光、電子線、熱線または超音波等が挙げられる。熱線は赤外線でもよく、その場合赤外線レーザによるスポット加熱により硬化処理が行われる。熱線や超音波等は、比較的造形精度が低い造形物を形成する場合に用いられればよい。

上記実施形態では、規制体（ドラム１０、板材２０、半円筒体４０等）を回転可能に支持する機構としてガイドローラ５等を例に挙げた。しかし、ガイドローラに代えてベアリングが用いられてもよい。その場合、回転軸を持つ支持部材により規制体が支持され、その回転軸にベアリングが接続されればよい。

上記実施形態では、造形ステージ１５がＹ軸方向に動く形態とされたが、規制体及び照射ユニットがＹ軸方向に動く形態であってもよい。

規制体としてドラム１０が用いられる場合、高い造形の精度が要求されない場合、中実（ソリッドな）の構造の規制体が用いられてもよい。

図９に示したように、規制体として曲面を有する板材２０に代えて、平面を有する板材が用いられ、その板材が自重で撓むように支持されてもよい。その支持機構としては、図９に示したようなガイドローラを用いることができる。

上記各実施形態に係る３次元造形装置において、硬化層の余剰の樹脂液を除去するために、ローラやスキージが設けられていてもよい。これは、洗浄ユニット２７の代わりとして設けられていてもよい。

第１、第２の実施形態において、第４の実施形態（図１１及び１２参照）のように、余剰の樹脂液を除去するための洗浄ユニットが設けられていてもよい。その場合、洗浄ノズルは設けられず、エアブローノズルのみが設けられてもよい。

各実施形態の特徴部分のうち少なくとも２つが組み合わされてもよい。例えば、板材２０または半円筒体４０が、上記第４〜９の実施形態、あるいは[その他の実施形態]で説明した形態にそれぞれ適用されてもよい。その他、それらの特徴部分を適宜組み合わせることは当業者にとって自明の範囲である。

Ｓ…スリット領域
Ａ１…直線状の領域
Ｒ…樹脂液（材料）
Ｒ１、１０２、１０５…硬化層
Ｒｂ…アンカーパターン
Ｒａ…造形物の本体
Ｒ２…チクソ性材料
Ｒ３…オーバーハング状部分
５〜７、４５〜４７、５６、５７…ガイドローラ
１０…ドラム
１０ａ…外周面（表面）
１４…昇降機構
１５…造形ステージ
１７、１６…Ｚ軸移動機構
２０…板材
２０ａ…下面
２０ｂ…上面
２６…供給ノズル、スリットコートノズル
２８、３８…洗浄ノズル
３０、８０、１３０…照射ユニット
３６、７０…Ｙ軸移動機構
４０…半円筒体
４１、４３…第１のセット
４２、４４…セット
４８…カラーノズルユニット
５０…ホストコンピュータ
５８…移動機構
６０…Ｘ軸移動機構
６４…フォーカスコントローラ
７０…Ｙ軸移動機構
１００、２００、２１０、３００、３１０、３２０、３３０、３４０…３次元造形装置

本技術は、以下の構成の構成もとることができる。
（１）
ステージと、
第１の方向に沿う直線状の領域を含む表面を有し、前記表面のうち前記直線状の領域が前記ステージに最も近くなるように、前記ステージに対面して配置された規制体と、
エネルギー線のエネルギーで硬化する材料を、前記ステージ側と前記直線状の領域との間の領域であるスリット領域に供給する供給ノズルと、
前記供給ノズルにより前記スリット領域に供給された前記材料に、前記規制体を介して前記エネルギー線を照射する照射ユニットと、
１層分の前記材料の硬化層を形成するために、前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って、前記規制体に相対的に前記ステージを移動させ、前記エネルギー線により前記材料の前記硬化層を積層するために、前記積層の方向に沿って前記規制体と前記ステージとを相対的に移動させる移動機構と
を具備する３次元造形装置。
（２）
（１）に記載の３次元造形装置であって、
前記規制体は円筒形状に形成され、
前記直線状の領域を含む前記表面は、前記円筒形状の前記規制体の外周面である
３次元造形装置。
（３）
（２）に記載の３次元造形装置であって、
前記照射ユニットは、前記規制体の前記円筒の内部に配置されている
３次元造形装置。
（４）
（２）または（３）に記載の３次元造形装置であって、
前記規制体を回転可能に支持する複数のガイドローラをさらに具備する３次元造形装置。
（５）
（４）に記載の３次元造形装置であって、
前記複数のガイドローラのうち少なくとも１つを駆動する駆動部をさらに具備する３次元造形装置。
（６）
（１）に記載の３次元造形装置であって、
前記規制体は、前記表面が曲面である板状に形成されている
３次元造形装置。
（７）
（１）から（６）のうちいずれか１項に記載の３次元造形装置であって、
前記移動機構は、鉛直成分を含む方向に沿って、前記規制体と前記ステージとを相対的に移動させる
３次元造形装置。
（８）
（１）から（７）のうちいずれか１項に記載の３次元造形装置であって、
前記ステージ上に形成される造形物に洗浄材料を供給する洗浄ノズルをさらに具備する３次元造形装置。
（９）
（１）から（８）のうちいずれか１項に記載の３次元造形装置であって、
前記供給ノズルは複数設けられ、前記複数の供給ノズルは、異なる材料をそれぞれ吐出する
３次元造形装置。
（１０）
（１）から（９）のうちいずれか１項に記載の３次元造形装置であって、
前記供給ノズルは、スリットコートタイプのノズルである
３次元造形装置。
（１１）
（１）から（１０）のうちいずれか１項に記載の３次元造形装置であって、
前記供給ノズルは、前記材料としてチクソ性を有する材料を供給する
３次元造形装置。
（１２）
（１）から（１１）のうちいずれか１項に記載の３次元造形装置であって、
前記規制体及び前記供給ノズルは、前記規制体及び前記供給ノズルのセットを１つの組として、それぞれ複数設けられ、
前記複数の、前記規制体及び前記供給ノズルのセットは、前記移動機構による前記第２の方向に沿って配列されている
３次元造形装置。
（１３）
（１）から（１２）のうちいずれか１項に記載の３次元造形装置であって、
前記照射ユニットは、造形物のうち造形対象となる本体と、前記本体の周囲のうちの少なくとも一部に配置されるアンカーパターンを形成するようにエネルギー線を照射する
３次元造形装置。
（１４）
（１）から（１３）のうちいずれか１項に記載の３次元造形装置であって、
前記照射ユニットは、前記エネルギー線を発生する発生源と、前記発生源から発生した前記エネルギー線の強度分布を検出する検出器とを有し、
前記３次元造形装置は、前記検出器により検出された前記エネルギー線の強度分布に基づき、前記規制体と前記照射ユニットとの相対位置を制御する制御機構をさらに具備する３次元造形装置。
（１５）
（１）から（１４）のうちいずれか１項に記載の３次元造形装置であって、
前記積層方向に沿った軸の周りに前記ステージを回転させる回転機構をさらに具備する３次元造形装置。
（１６）
（１）から（１５）のうちいずれか１項に記載の３次元造形装置であって、
前記規制体の前記表面に設けられた保護膜をさらに具備する３次元造形装置。
（１７）
（１）から（１６）のうちいずれか１項に記載の３次元造形装置であって、
前記エネルギー線として複数のエネルギービームを照射する照射機構をさらに具備し、
前記照射機構による前記材料に対するエネルギービームの照射期間内には、前記複数のエネルギービームを同時に照射する期間が含まれる
３次元造形装置。
（１８）
ステージと、第１の方向に沿う直線状の領域を含む表面を有し、前記表面のうち前記直線状の領域が前記ステージに最も近くなるように、前記ステージに対面して配置された規制体とを備える３次元造形装置による、製造方法であって、
エネルギー線のエネルギーで硬化する材料を、前記ステージ側と前記直線状の領域との間の領域であるスリット領域に供給し、
前記供給ノズルにより前記スリット領域に供給された前記材料に、前記規制体を介して前記エネルギー線を照射し、
１層分の前記材料の硬化層を形成するために、前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って、前記規制体に相対的に前記ステージを移動させ、
前記エネルギー線により前記材料の前記硬化層を積層するために、前記積層の方向に沿って前記規制体と前記ステージとを相対的に移動させる
造形物の製造方法。
（１９）
（１８）に記載の造形物の製造方法であって、
前記規制体は円筒形状に形成され、
前記直線状の領域を含む前記表面は、前記円筒形状の前記規制体の外周面である
造形物の製造方法。
（２０）
（１９）に記載の造形物の製造方法であって、
前記エネルギー線を照射する工程では、前記規制体の前記円筒の内部からエネルギー線を照射する
造形物の製造方法。
（２１）
（１９）または（２０）に記載の造形物の製造方法であって、
前記３次元造形装置は、前記規制体を回転可能に支持する複数のガイドローラを備える
造形物の製造方法。
（２２）
（２１）に記載の造形物の製造方法であって、
前記３次元造形装置は、前記複数のガイドローラのうち少なくとも１つを駆動する駆動部をさらに備える
造形物の製造方法。
（２３）
（１８）に記載の造形物の製造方法であって、
前記規制体は、前記表面が曲面である板状に形成されている
造形物の製造方法。
（２４）
（１８）から（２３）のうちいずれか１項に記載の造形物の製造方法であって、
前記移動工程では、鉛直成分を含む方向に沿って、前記規制体と前記ステージとを相対的に移動させる
造形物の製造方法。
（２５）
（１８）から（２４）のうちいずれか１項に記載の造形物の製造方法であって、
前記硬化物が１層または複数層形成されるごとに、前記硬化物に洗浄材料を供給する
造形物の製造方法。
（２６）
（１８）から（２５）のうちいずれか１項に記載の造形物の製造方法であって、
前記供給ノズルは複数設けられ、前記複数の供給ノズルは、異なる材料をそれぞれ吐出する
造形物の製造方法。
（２７）
（１８）から（２６）のうちいずれか１項に記載の造形物の製造方法であって、
前記供給ノズルは、スリットコートタイプのノズルである
造形物の製造方法。
（２８）
（１８）から（２７）のうちいずれか１項に記載の造形物の製造方法であって、
前記供給ノズルは、前記材料としてチクソ性を有する材料を供給する
造形物の製造方法。
（２９）
（１８）から（２８）のうちいずれか１項に記載の造形物の製造方法であって、
前記規制体及び前記供給ノズルは、前記規制体及び前記供給ノズルのセットを１つの組として、それぞれ複数設けられ、
前記複数の、前記規制体及び前記供給ノズルのセットは、前記第２の方向に沿って配列されている
造形物の製造方法。
（３０）
（１８）から（２９）のうちいずれか１項に記載の造形物の製造方法であって、
前記照射工程では、造形物のうち造形対象となる本体と、前記本体の周囲のうちの少なくとも一部に配置されるアンカーパターンを形成するようにエネルギー線を照射する
造形物の製造方法。
（３１）
（１８）から（３０）のうちいずれか１項に記載の造形物の製造方法であって、
前記エネルギー線の強度分布を検出し、
前記検出された前記エネルギー線の強度分布に基づき、前記規制体と前記照射ユニットとの相対位置を制御する
造形物の製造方法。
（３２）
（１８）から（３１）のうちいずれか１項に記載の造形物の製造方法であって、
前記照射工程は、前記積層方向に沿った軸の周りに前記ステージが回転している間にエネルギー線を照射する工程を含む
造形物の製造方法。
（３３）
（１８）から（３２）のうちいずれか１項に記載の造形物の製造方法であって、
前記規制体の前記表面に設けられた保護膜をさらに具備する
造形物の製造方法。
（３４）
（１８）から（３３）のうちいずれか１項に造形物の製造方法であって、
前記３次元造形装置は、前記エネルギー線として複数のエネルギービームを照射する照射機構を備え、
前記照射機構による前記材料に対するエネルギービームの照射工程内には、前記複数のエネルギービームを同時に照射する期間が含まれる
造形物の製造方法。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る３次元造形装置は、
ステージと、
表面を有し、前記表面の一部の領域が他の領域より前記ステージに近くなるように、前記ステージに対面して配置された規制体と、
前記ステージ側と前記表面の一部の領域との間の領域であるスリット領域から離れた位置に配置され、造形物の材料を供給する供給ノズルと、
前記スリット領域に、エネルギー線を照射する照射ユニットと、
前記ステージと前記規制体とを相対的に移動させる移動機構と
を具備する。

Claims (1)

1. ステージと、
   表面を有し、前記表面の一部の領域が他の領域より前記ステージに近くなるように、前記ステージに対面して配置された規制体と、
   前記ステージ側と前記表面の一部の領域との間の領域であるスリット領域に、エネルギー線を照射する照射ユニットと、
   前記ステージと前記規制体とを相対的に移動させる移動機構と
   を具備する３次元造形装置。