JP6510179B2 - ３次元プリンタ、及び、３次元造形物製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、３次元プリンタ、及び、３次元造形物製造方法に関する。

従来の３次元造形物製造方法として、例えば、特許文献１に記載されているようなシート積層法のほか、溶融物堆積法（ＦＤＭ：Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）、インクジェット法、インクジェットバインダ法、光造形法（ＳＬ：Ｓｔｅｒｅｏ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、粉末焼結法（ＳＬＳ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｌａｓｅｒ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）などが知られている。インクジェット法としては、例えば、３次元プリンタによって紫外線硬化性樹脂を噴射しマスクパターンを積層する方法が用いられる場合がある。この方法は、例えば、最終的な３次元造形物の外観内観のデザイン・機構等を３次元ＣＡＤ等によってデータ化した後、コンピュータ等によって当該データをスライスして薄板を重ね合わせるような多層型のマスクパターンデータを作成し、当該マスクパターンデータに基づいて紫外線硬化性樹脂をヘッドより噴射して積層することにより３次元造形物を製造する。

特開２００３−７１５３０号公報

ところで、上述のような３Ｄプリンタを用いたインクジェット法によって製造された３次元造形物は、例えば、表面の滑らかさの点で更なる改善の余地がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、表面が滑らかな造形対象物を製造することができる３次元プリンタ、及び、３次元造形物製造方法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、本発明に係る３次元プリンタは、露光することで硬化度が変化するインクを作業面に供給可能であるインク供給部と、前記インク供給部から前記作業面に供給された前記インクに対して露光可能である素子が主走査方向に沿って複数配列され、前記主走査方向と直交する副走査方向に沿って移動可能である露光部と、前記露光部に対して前記作業面を鉛直方向に沿って相対移動可能である作業面相対移動部と、前記インク供給部を制御し前記作業面に前記インクを供給するインク供給制御、前記インク供給制御の後に前記露光部を前記副走査方向に沿って移動させながら前記露光部を制御し造形対象物の層毎の形状データに基づいて前記インクに対して露光する露光制御、及び、前記露光制御の後に前記作業面相対移動部を制御し前記作業面を鉛直方向に沿って前記露光部から離間する側に相対移動させる移動制御を繰り返し実行可能である制御装置とを備えることを特徴とする。

これにより、上記３次元プリンタは、例えば、インク供給部を制御し作業面にインクを供給し所定の時間が経過した後に、主走査方向に沿って素子が配列された露光部を副走査方向に移動させながら、造形対象物の層毎の形状データに基づいて当該造形対象物に該当する部分のインクを露光、硬化させ、その後、作業面を鉛直方向に相対移動させて、これらの動作を順次繰り返すことで、造形対象物を構成する各層を形成していくことができる。この結果、３次元プリンタは、造形対象物の各層を構成するインクの液面が平滑となった後に造形対象物の各層を形成していくことが可能となるので、表面が滑らかな造形対象物を製造することができる。

また、上記３次元プリンタでは、前記インク供給部は、露光することで硬化度が変化する前記インクとして、前記造形対象物を形成する造形インクを供給可能である造形インク供給部を有し、前記作業面相対移動部は、前記作業面を囲う枠状部材を有し、前記制御装置は、前記インク供給制御では、前記造形インク供給部を制御し前記枠状部材で囲われた前記作業面に前記造形インクを供給し、前記露光制御では、前記インク供給制御によって前記枠状部材で囲われた前記作業面に供給された前記造形インクの液面が平滑化した後に前記露光部を前記副走査方向に沿って移動させながら前記露光部を制御し前記造形対象物の層毎の形状データに基づいて前記造形インクに対して露光するものとすることができる。

これにより、上記３次元プリンタは、例えば、枠状部材で囲われた作業面に造形インクを供給し、当該作業面に供給された造形インクの表面が平滑になった後に、主走査方向に沿って素子が配列された露光部を副走査方向に移動させながら、造形対象物の層毎の形状データに基づいて造形インクを露光し硬化させると共に、作業面を相対移動させて、これら動作を順次繰り返すことで、造形対象物を構成する各層を形成していくことができる。この結果、３次元プリンタは、造形対象物の各層を構成する造形インクの液面が平滑な状態で造形対象物を形成していくことができるので、表面が滑らかな造形対象物を製造することができる。

また、上記３次元プリンタでは、前記インク供給部は、露光することで硬化度が変化する前記インクとして、前記造形対象物を形成する造形インクを供給可能である造形インク供給部と、露光することで硬化度が変化する前記インクとして、前記造形対象物の輪郭に沿ったサポート体を形成するサポートインクを供給可能であると共に前記副走査方向に沿って移動可能であるサポートインク供給部とを有し、前記制御装置は、前記インク供給制御として、前記サポートインク供給部を前記副走査方向に沿って移動させながら前記サポートインク供給部を制御し前記造形対象物の輪郭の層毎の形状データに基づいて前記作業面に前記サポートインクを供給するサポートインク供給制御を実行した後、前記露光制御として、前記露光部を前記副走査方向に沿って移動させながら前記露光部を制御し前記造形対象物の輪郭の層毎の形状データに基づいて前記サポートインクに対して露光し前記サポート体を形成するサポート体露光制御を実行し、その後、前記インク供給制御として、前記造形インク供給部を制御し前記サポート体で囲われた前記作業面に前記造形インクを供給する造形インク供給制御を実行し、当該サポート体で囲われた前記作業面に供給された前記造形インクの液面が平滑化した後に、前記露光制御として、前記露光部を前記副走査方向に沿って移動させながら前記露光部を制御し前記造形対象物の層毎の形状データに基づいて前記造形インクに対して露光する造形物露光制御を実行するものとすることができる。

これにより、上記３次元プリンタは、例えば、サポートインクによって作業面上に造形対象物の輪郭に沿った型枠としてサポート体を形成した上で、このサポート体で囲われた作業面に造形インクを供給し、当該作業面に供給された造形インクの表面が平滑になった後に、主走査方向に沿って素子が配列された露光部を副走査方向に移動させながら、造形対象物の層毎の形状データに基づいて造形インクに露光し硬化させると共に、作業面を相対移動させて、これらの動作を順次繰り返すことで、造形対象物を構成する各層を形成していくことができる。この結果、３次元プリンタは、造形対象物の各層を構成する造形インクの液面が平滑な状態で造形対象物を形成していくことができるので、表面が滑らかな造形対象物を製造することができると共に、作業面上に造形対象物の輪郭に沿った型枠としてサポート体を形成しこれを利用して造形対象物を構成する各層を形成していくことができるので、作業性も向上することができる。

上記目的を達成するために、本発明に係る３次元造形物製造方法は、露光することで硬化度が変化するインクを作業面に供給するインク供給工程と、前記インク供給工程の後に前記インクに対して露光可能である素子が主走査方向に沿って複数配列された露光部を前記主走査方向と直交する副走査方向に沿って移動させながら造形対象物の層毎の形状データに基づいて前記インクに対して露光する露光工程と、前記露光工程の後に前記作業面を鉛直方向に沿って前記露光部から離間する側に相対移動させる移動工程とを含み、前記インク供給工程と前記露光工程と前記移動工程とを繰り返し実行することを特徴とする。

これにより、上記３次元造形物製造方法では、作業面にインクを供給し所定の時間が経過した後に、主走査方向に沿って素子が配列された露光部を副走査方向に移動させながら、造形対象物の層毎の形状データに基づいて当該造形対象物に該当する部分のインクを露光、硬化させ、作業面を相対移動させて、これらの工程を順次繰り返すことで、造形対象物を構成する各層を形成していくことができる。この結果、３次元プリンタは、造形対象物の各層を構成するインクの液面が平滑となった後に造形対象物の各層を形成していくことが可能となるので、表面が滑らかな造形対象物を製造することができる。

本発明に係る３次元プリンタ、及び、３次元造形物製造方法は、表面が滑らかな造形対象物を製造することができる、という効果を奏する。

図１は、実施形態１に係るインクジェットプリンタの概略構成を表す概略構成図である。 図２は、実施形態１に係るＵＶ−ＬＥＤアレイの概略構成を表す概略構成図である。 図３は、実施形態１に係る３次元造形物製造方法の一例を説明するフローチャートである。 図４は、実施形態１に係る３次元造形物製造方法の一例を説明する模式図である。 図５は、実施形態１に係る３次元造形物製造方法の一例を説明する模式図である。 図６は、実施形態１に係る３次元造形物製造方法の一例を説明する模式図である。 図７は、実施形態２に係るインクジェットプリンタの概略構成を表す概略構成図である。 図８は、実施形態２に係る３次元造形物製造方法の一例を説明するフローチャートである。 図９は、実施形態２に係る３次元造形物製造方法の一例を説明する模式図である。 図１０は、実施形態２に係る３次元造形物製造方法の一例を説明する模式図である。 図１１は、実施形態２に係る３次元造形物製造方法の一例を説明する模式図である。 図１２は、実施形態２に係る３次元造形物製造方法の一例を説明する模式図である。 図１３は、実施形態３に係るインクジェットプリンタの概略構成を表す概略構成図である。 図１４は、実施形態３に係る３次元造形物製造方法の一例を説明する模式図である。 図１５は、実施形態３に係る３次元造形物製造方法の一例を説明する模式図である。 図１６は、実施形態３に係る３次元造形物製造方法の一例を説明する模式図である。 図１７は、実施形態３に係る３次元造形物製造方法の一例を説明する模式図である。 図１８は、実施形態３に係る３次元造形物製造方法の一例を説明する模式図である。 図１９は、実施形態３に係る３次元造形物製造方法の一例を説明する模式図である。 図２０は、実施形態３に係る３次元造形物製造方法によって製造される造形対象物及びサポート体の一例を表す平面図である。 図２１は、実施形態３に係るインクジェットプリンタの造形インク供給部、サポートインク供給部及びＵＶ−ＬＥＤアレイの配置例を表す模式図である。 図２２は、実施形態３に係るインクジェットプリンタの造形インク供給部、サポートインク供給部及びＵＶ−ＬＥＤアレイの配置例を表す模式図である。 図２３は、実施形態３に係るインクジェットプリンタの造形インク供給部、サポートインク供給部及びＵＶ−ＬＥＤアレイの配置例を表す模式図である。 図２４は、実施形態３に係るインクジェットプリンタの造形インク供給部、サポートインク供給部及びＵＶ−ＬＥＤアレイの配置例を表す模式図である。

以下に、本発明に係る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、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係るインクジェットプリンタの概略構成を表す概略構成図である。図２は、実施形態１に係る所定の解像度（例えば、１５０ｄｐｉ〜２４００ｄｐｉ）を有するＵＶ−ＬＥＤアレイの概略構成を表す概略構成図である。図３は、実施形態１に係る３次元造形物製造方法の一例を説明するフローチャートである。図４、図５、図６は、実施形態１に係る３次元造形物製造方法の一例を説明する模式図である。

図１に示す本実施形態に係る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造形対象物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、造形対象物の３次元データに基づいて当該造形対象物を上下方向に複数の層に分割し、その造形対象物の層毎の形状データに基づいて造形材（造形インクを硬化させたもの）を最下層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造形対象物を形成するものである。

具体的には、インクジェットプリンタ１は、図１に示すように、作業面相対移動部としての載置部２と、ガイドレール（Ｙバー）３と、キャリッジ４と、インク供給部５と、露光部としてのＵＶ（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）−ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）アレイ６と、キャリッジ駆動部７と、制御装置８と、入力装置９とを備える。

載置部２は、載置台２１と、載置台駆動部２２とを含んで構成され、載置台駆動部２２が駆動し載置台２１が鉛直方向に沿って上下移動することで、載置台２１に形成された作業面２３が鉛直方向に沿って上下移動可能なものである。これにより、載置部２は、後述するインク供給部５、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６等に対して、作業面２３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、載置部２は、インク供給部５、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６に対して作業面２３を鉛直方向に沿って相対移動可能とする作業面相対移動部として機能する。作業面２３は、板状に形成される載置台２１の鉛直方向上面に水平面として形成される。作業面２３は、例えば、略矩形状に形成されるがこれに限らない。本実施形態の載置部２は、当該作業面２３の周囲を囲う枠状部材２４を有する。枠状部材２４は、載置台２１上に作業面２３を囲うようにして鉛直方向に沿って立設される。典型的には、枠状部材２４は、当該インクジェットプリンタ１で製造可能である造形対象物の鉛直方向に沿った高さよりも高い位置まで形成される。載置台駆動部２２は、例えば、電動機等の駆動源、歯車群等の伝達機構を含んで構成され、駆動源が発生させた動力を、伝達機構を介して載置台２１を鉛直方向に沿って上下に移動させる動力に変換し、当該載置台２１を上下に移動させる。載置台駆動部２２は、制御装置８と電気的に接続され、制御装置８によってその駆動が制御される。なお、作業面相対移動部は、上述の載置部２の構成に限らず、インク供給部５、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６側を鉛直方向に沿って上下移動させることで、インク供給部５、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６に対して作業面２３を鉛直方向に沿って相対移動可能とするものであってもよい。

ガイドレール３は、載置台２１の鉛直方向上側に所定の間隔をあけて設けられる。ガイドレール３は、主走査方向と直交する副走査方向に沿って設けられる。ガイドレール３は、主走査方向に沿って間隔をあけて複数本設けられてもよい。ガイドレール３は、キャリッジ４の副走査方向に沿った往復移動をガイドする。

ここで、主走査方向は、後述するＵＶ−ＬＥＤアレイ６の発光素子としてのＬＥＤ素子６１が配列される方向であり、鉛直方向と直交する第１の水平方向である。副走査方向は、鉛直方向及び第１の水平方向と直交する第２の水平方向である。

キャリッジ４は、ガイドレール３に保持され、当該ガイドレール３に沿って移動可能である。これにより、キャリッジ４は、副走査方向に沿って往復移動可能に構成される。キャリッジ４は、副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２１と対向する面に、ホルダ等を介してインク供給部５、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６が設けられる。

インク供給部５は、露光することで硬化度が変化するインクを作業面２３に供給可能である。本実施形態のインク供給部５は、少なくとも、露光することで硬化度が変化するインクとして、造形対象物を形成する造形インクを供給可能である造形インク供給部５１を有する。インク供給部５、ここでは、造形インク供給部５１は、キャリッジ４に設けられ、インクタンクに貯留されているインクを作業面２３に吐出可能である。造形インク供給部５１は、キャリッジ４の副走査方向に沿った移動に伴って副走査方向に沿って往復移動可能である。造形インク供給部５１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。造形インク供給部５１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。造形インク供給部５１は、インクタンク内のインクを作業面２３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造形インクとしては、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、製造する造形対象物の色彩に応じて、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。インク供給部５の造形インク供給部５１は、制御装置８と電気的に接続され、制御装置８によってその駆動が制御される。

ＵＶ−ＬＥＤアレイ６は、図２に例示するように、発光素子としての複数のＬＥＤ素子６１と、筐体６２とを有する。ＵＶ−ＬＥＤアレイ６は、インク供給部５から作業面２３に供給されたインクに対して露光可能であるＬＥＤ素子６１が主走査方向に沿って複数配列される。ＬＥＤ素子６１は、筐体６２において作業面２３と対向する面に設けられる。ＵＶ−ＬＥＤアレイ６は、例えば、主走査方向に沿って６００ｄｐｉ〜１２００ｄｐｉ相当でＬＥＤ素子６１が配列されている。典型的には、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６は、当該インクジェットプリンタ１で製造可能である造形対象物の主走査方向に沿った長さと同等、あいはそれ以上に長くなるように複数のＬＥＤ素子６１が配列されている。ここでは、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６は、ＬＥＤ素子６１によって、紫外線を照射可能である。ＵＶ−ＬＥＤアレイ６は、各ＬＥＤ素子６１と作業面２３との間にセルフォック（登録商標）レンズあるいはレンズアレイ等の光学系６ａが設けられる。ＵＶ−ＬＥＤアレイ６は、キャリッジ４に設けられ、キャリッジ４の副走査方向に沿った移動に伴って副走査方向に沿って往復移動可能である。ＵＶ−ＬＥＤアレイ６は、制御装置８と電気的に接続され、制御装置８によってその駆動が制御される。

図１に戻って、キャリッジ駆動部７は、ガイドレール３に対してキャリッジ４を副走査方向に相対移動させる駆動装置である。キャリッジ駆動部７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を副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を副走査方向に沿って移動させる。キャリッジ駆動部７は、制御装置８と電気的に接続され、制御装置８によってその駆動が制御される。

制御装置８は、インク供給部５の造形インク供給部５１、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６、キャリッジ駆動部７、載置台駆動部２２等を含むインクジェットプリンタ１の各部を制御する。制御装置８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。制御装置８は、インク供給部５を制御し、造形インク供給部５１を介したインク（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。制御装置８は、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６を制御し、ＬＥＤ素子６１から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。制御装置８は、キャリッジ駆動部７を制御し、キャリッジ４の副走査方向に沿った相対移動を制御する。制御装置８は、載置台駆動部２２を制御し、載置台２１の鉛直方向に沿った相対移動を制御する。

入力装置９は、制御装置８に接続され、造形対象物の形状に関する３次元データを入力するものである。入力装置９は、例えば、制御装置８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次元造形物製造方法の一例を説明する。図３で説明する３次元造形物製造方法は、インクジェットプリンタ１の制御装置８によって実行される。なお、図３の説明に際しては、適宜、図４〜図６の模式図も参照する。

本実施形態の３次元造形物製造方法は、形状データ生成工程（ステップＳＴ１）と、インク供給工程（ステップＳＴ２）と、露光工程（ステップＳＴ３）と、移動工程（ステップＳＴ５）とを含み、インク供給工程（ステップＳＴ２）と露光工程（ステップＳＴ３）と移動工程（ステップＳＴ５）とを繰り返し実行し所定の層毎に印刷を行うことで、造形対象物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）、インク供給工程（ステップＳＴ２）、露光工程（ステップＳＴ３）、移動工程（ステップＳＴ５）は、インクジェットプリンタ１の制御装置８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次元造形物製造方法では、まず、形状データ生成工程として、造形対象物の層毎の形状データを生成する（ステップＳＴ１）。この場合、制御装置８は、入力装置９から入力される造形対象物の形状に関する３次元データに基づいて、鉛直方向に沿った所定の層毎の造形対象物の形状データを演算、生成する。

次に、インク供給工程として、図４に例示するように、露光することで硬化度が変化するインクを作業面２３に供給する（ステップＳＴ２）。この場合、制御装置８は、インク供給部５を制御し作業面２３にインクを供給するインク供給制御を実行する。より詳細には、本実施形態の制御装置８は、当該インク供給制御では、インク供給部５の造形インク供給部５１を制御し枠状部材２４で囲われた作業面２３に造形インク１０を供給する。制御装置８は、鉛直方向に沿った所定の層の厚みに相当する量の造形インク１０を、枠状部材２４で囲われた作業面２３に供給する。また、この時点では、制御装置８は、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６による紫外線の照射は行わず、造形インク１０の流動性が十分に確保された状態としておく。つまり、本実施形態の制御装置８は、当該インク供給制御では、ＵＶ硬化型の造形インク１０で当該層の１層を未硬化印刷し、ＵＶ硬化型の造形インク１０の液体層を形成する。

次に、露光工程として、図５に例示するように、インク供給工程（ステップＳＴ２）の後に、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６を副走査方向に沿って移動させながら造形対象物の層毎の形状データに基づいて作業面２３に供給されたインクに対して露光する（ステップＳＴ３）。この場合、制御装置８は、インク供給制御の後にキャリッジ駆動部７を制御しＵＶ−ＬＥＤアレイ６を副走査方向に沿って移動させながらＵＶ−ＬＥＤアレイ６を制御し、形状データ生成工程（ステップＳＴ１）で生成した造形対象物の層毎の形状データに基づいて作業面２３に供給された造形インク１０に対して露光する露光制御を実行する。より詳細には、本実施形態の制御装置８は、露光制御では、インク供給制御によって枠状部材２４で囲われた作業面２３に供給された造形インク１０の液面が平滑化した後にキャリッジ駆動部７を制御しＵＶ−ＬＥＤアレイ６を副走査方向に沿って移動させながらＵＶ−ＬＥＤアレイ６を制御し造形対象物の層毎の形状データに基づいて造形インク１０に対して露光し当該造形インク１０を硬化させる。すなわち、制御装置８は、造形対象物の層毎の形状データにおいて、当該造形対象物を構成する部分に応じた位置のＬＥＤ素子６１から紫外線を照射し露光することで、当該造形対象物を構成する部分の造形インク１０だけを硬化させ、これにより、当該造形インク１０の硬化部分１０ａによって造形対象物１１を形成していく。

次に、造形対象物１１の形成が終了したか否かを判定する（ステップＳＴ４）。この場合、制御装置８は、入力装置９から入力される造形対象物の形状に関する３次元データや、形状データ生成工程（ステップＳＴ１）で生成した造形対象物の層毎の形状データ等に基づいて、造形対象物１１の形成が終了したか否かを判定する。

造形対象物１１の形成が終了していないと判定した場合（ステップＳＴ４：Ｎｏ）、移動工程として、露光工程（ステップＳＴ３）の後に作業面２３を鉛直方向に沿ってＵＶ−ＬＥＤアレイ６から離間する側に１層分相対移動させ（ステップＳＴ５）、ステップＳＴ２に戻って、ステップＳＴ２以降のステップを繰り返し実行する。この場合、制御装置８は、露光制御の後に載置部２の載置台駆動部２２を制御し作業面２３を鉛直方向に沿ってＵＶ−ＬＥＤアレイ６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、制御装置８は、図６に例示するように、次の層（ここでは第２層目）に対するインク供給制御によるインク供給工程（ステップＳＴ２）、露光制御による露光工程（ステップＳＴ３）、移動制御による移動工程（ステップＳＴ５）を繰り返し、順次、造形対象物１１の各層を形成していく。

制御装置８は、ステップＳＴ４にて、造形対象物１１の形成が終了したと判定した場合（ステップＳＴ４：Ｙｅｓ）、本実施形態の３次元造形物製造方法を終了する。なお、硬化せずに余っている余剰の造形インクは、造形対象物１１の完成後に除去されればよい。

以上で説明した実施形態に係るインクジェットプリンタ１によれば、露光することで硬化度が変化するインクを作業面２３に供給可能であるインク供給部５と、インク供給部５から作業面２３に供給されたインクに対して露光可能であるＬＥＤ素子６１が主走査方向に沿って複数配列され、主走査方向と直交する副走査方向に沿って移動可能であるＵＶ−ＬＥＤアレイ６と、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６に対して作業面２３を鉛直方向に沿って相対移動可能である載置部２と、制御装置８とを備える。制御装置８は、インク供給部５を制御し作業面２３にインクを供給するインク供給制御、インク供給制御の後にＵＶ−ＬＥＤアレイ６を副走査方向に沿って移動させながらＵＶ−ＬＥＤアレイ６を制御し造形対象物の層毎の形状データに基づいて作業面２３に供給されたインクに対して露光する露光制御、及び、露光制御の後に載置部２を制御し作業面２３を鉛直方向に沿ってＵＶ−ＬＥＤアレイ６から離間する側に相対移動させる移動制御を繰り返し実行可能である。

以上で説明した実施形態に係る３次元造形物製造方法によれば、露光することで硬化度が変化するインクを作業面２３に供給するインク供給工程（ステップＳＴ２）と、インク供給工程（ステップＳＴ２）の後にインクに対して露光可能であるＬＥＤ素子６１が主走査方向に沿って複数配列されたＵＶ−ＬＥＤアレイ６を主走査方向と直交する副走査方向に沿って移動させながら造形対象物の層毎の形状データに基づいてインクに対して露光する露光工程（ステップＳＴ３）と、露光工程（ステップＳＴ３）の後に作業面２３を鉛直方向に沿ってＵＶ−ＬＥＤアレイ６から離間する側に相対移動させる移動工程（ステップＳＴ５）とを含み、インク供給工程（ステップＳＴ２）と露光工程（ステップＳＴ３）と移動工程（ステップＳＴ５）とを繰り返し実行する。

より詳細には、以上で説明した実施形態に係るインクジェットプリンタ１によれば、インク供給部５は、露光することで硬化度が変化するインクとして、造形対象物を形成する造形インクを供給可能である造形インク供給部５１を有し、載置部２は、作業面２３を囲う枠状部材２４を有する。そして、制御装置８は、インク供給制御では、造形インク供給部５１を制御し枠状部材２４で囲われた作業面２３に造形インクを供給する。制御装置８は、露光制御では、インク供給制御によって枠状部材２４で囲われた作業面２３に供給された造形インクの液面が平滑化した後にＵＶ−ＬＥＤアレイ６を副走査方向に沿って移動させながらＵＶ−ＬＥＤアレイ６を制御し造形対象物の層毎の形状データに基づいて造形インクに対して露光する。

したがって、以上で説明したインクジェットプリンタ１、３次元造形物製造方法では、表面が滑らかな造形対象物を製造することができる。すなわち、本実施形態のインクジェットプリンタ１、３次元造形物製造方法によれば、枠状部材２４で囲われた作業面２３に供給された造形インクの液面が平滑になった後に、主走査方向に沿ってＬＥＤ素子６１が配列されたＵＶ−ＬＥＤアレイ６を副走査方向に移動させながら、造形対象物の層毎の形状データに基づいて、各層において造形対象物を構成する部分の造形インクを一気に露光、硬化させることができる。そして、当該インクジェットプリンタ１、３次元造形物製造方法では、載置部２を制御し、作業面２３を相対移動させてこれらの動作を順次繰り返すことで、造形対象物を構成する各層を形成していくことができる。これにより、当該インクジェットプリンタ１、３次元造形物製造方法によれば、造形インクの液面が平滑な状態で造形対象物を形成していくことができるので、当該インクジェットプリンタ１、３次元造形物製造方法によって製造された造形対象物の表面を滑らかにすることができる。

また、当該インクジェットプリンタ１、３次元造形物製造方法によれば、主走査方向に沿ってＬＥＤ素子６１が配列されたＵＶ−ＬＥＤアレイ６を副走査方向に沿って往復させることで、造形対象物の各層を硬化、形成していくことができるので、造形対象物の製造速度を向上することができる。さらに、当該インクジェットプリンタ１、３次元造形物製造方法によれば、造形インクの供給の際にフィラー等の補強材を添加することで、造形対象物を形成するインクの改質を図ることができ、例えば、製造された造形対象物の強度を向上することができる。

なお、以上の説明では、インク供給部５の造形インク供給部５１は、インクタンク内の造形インクを作業面２３に向けてインクジェット方式で吐出するインクジェットヘッドであるものとして説明したがこれに限らない。この場合、造形インク供給部５１は、例えば、枠状部材２４で囲われた作業面２３に造形インクを流し込むインクノズルであってもよい。この場合、以上で説明したインクジェットプリンタ１、３次元造形物製造方法では、インクジェット方式の印刷が難しいインク（材料）を使用して、表面が滑らかな造形対象物を製造することができる。

［実施形態２］
図７は、実施形態２に係るインクジェットプリンタの概略構成を表す概略構成図である。図８は、実施形態２に係る３次元造形物製造方法の一例を説明するフローチャートである。図９、図１０、図１１、図１２は、実施形態２に係る３次元造形物製造方法の一例を説明する模式図である。実施形態２に係る３次元プリンタ、及び、３次元造形物製造方法は、インク供給部等の構成が実施形態１とは異なる。その他、上述した実施形態と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略する。

図７に示す本実施形態に係る３次元プリンタとしてのインクジェットプリンタ２０１は、作業面相対移動部としての載置部２０２と、ガイドレール３と、キャリッジ４と、インク供給部２０５と、露光部としてのＵＶ−ＬＥＤアレイ６と、キャリッジ駆動部７と、制御装置２０８と、入力装置９とを備える。ガイドレール３、キャリッジ４、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６、キャリッジ駆動部７、入力装置９等の構成は、上述のインクジェットプリンタ１とほぼ同様の構成となっている。

載置部２０２は、載置台２１と、載置台駆動部２２とを含んで構成される点は上述の載置部２とほぼ同様の構成である。本実施形態の載置部２０２は、当該作業面２３の周囲を囲う枠状部材２２４を有する。本実施形態の枠状部材２２４は、載置台２１とは別体に構成されている。ここでは、当該載置台２１は、枠状部材２２４によって囲われた空間部分を鉛直方向に沿って上下に移動可能な構成となっている。なお、載置部２０２は、この枠状部材２２４自体を備えない構成であってもよい。

インク供給部２０５は、露光することで硬化度が変化するインクを作業面２３に供給可能である。本実施形態のインク供給部２０５は、露光することで硬化度が変化するインクとして、造形対象物を形成する造形インクを供給可能である造形インク供給部２５１と、露光することで硬化度が変化するインクとして、造形対象物の輪郭に沿ったサポート体を形成するサポートインクを供給可能であると共に副走査方向に沿って移動可能であるサポートインク供給部２５２とを有する。本実施形態の造形インク供給部２５１は、例えば、作業面２３に造形インクを流し込むインクノズル（ディスペンサ）によって構成される。造形インク供給部２５１は、ノズルに設けられた流量調節弁２５１ａが制御装置２０８と電気的に接続され、制御装置２０８によってその駆動が制御される。造形インクは、上述で説明したものとほぼ同様である。サポートインク供給部２５２は、キャリッジ４に設けられ、インクタンクに貯留されているインクを作業面２３に吐出可能である。サポートインク供給部２５２は、キャリッジ４の副走査方向に沿った移動に伴って副走査方向に沿って往復移動可能である。サポートインク供給部２５２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。サポートインク供給部２５２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。サポートインク供給部２５２は、インクタンク内のインクを作業面２３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。また、本実施形態のサポートインク供給部２５２は、主走査方向に沿って複数の吐出口を備えている。典型的には、サポートインク供給部２５２は、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６と同様に、当該インクジェットプリンタ２０１で製造可能である造形対象物の主走査方向に沿った長さと同等、あるいはそれ以上に長くなるように複数の吐出口が配列されている。ここで、露光することで硬化度が変化するサポートインクとしては、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、硬化後の造形インクから剥離しやすいインク、あるいは、硬化後に溶解し易い易溶解ＵＶ硬化インク等を用いることが好ましい。インク供給部２０５のサポートインク供給部２５２は、制御装置２０８と電気的に接続され、制御装置２０８によってその駆動が制御される。

制御装置２０８は、インク供給部２０５の造形インク供給部２５１、サポートインク供給部２５２、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６、キャリッジ駆動部７、載置台駆動部２２等を含むインクジェットプリンタ２０１の各部を制御する。制御装置２０８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。

次に、図８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２０１を用いた３次元造形物製造方法の一例を説明する。図８で説明する３次元造形物製造方法は、インクジェットプリンタ２０１の制御装置２０８によって実行される。なお、図８の説明に際しては、適宜、図９〜図１２の模式図も参照する。

本実施形態の３次元造形物製造方法は、形状データ生成工程（ステップＳＴ２０１）と、サポートインク供給・サポート体露光工程（ステップＳＴ２０２）と、造形インク供給工程（ステップＳＴ２０３）と、造形物露光工程（ステップＳＴ２０４）と、移動工程（ステップＳＴ２０６）とを含み、サポートインク供給・サポート体露光工程（ステップＳＴ２０２）と造形インク供給工程（ステップＳＴ２０３）と造形物露光工程（ステップＳＴ２０４）と移動工程（ステップＳＴ２０６）とを繰り返し実行し所定の層毎に印刷を行うことで、造形対象物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ＳＴ２０１）、サポートインク供給・サポート体露光工程（ステップＳＴ２０２）、造形インク供給工程（ステップＳＴ２０３）、造形物露光工程（ステップＳＴ２０４）、移動工程（ステップＳＴ２０６）は、インクジェットプリンタ２０１の制御装置２０８によって当該インクジェットプリンタ２０１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次元造形物製造方法では、まず、形状データ生成工程として、造形対象物の層毎の形状データを生成する（ステップＳＴ２０１）。この場合、制御装置２０８は、入力装置９から入力される造形対象物の形状に関する３次元データに基づいて、鉛直方向に沿った所定の層毎の造形対象物の形状データを生成する。ここでは、造形対象物の層毎の形状データは、造形対象物の輪郭の層毎の形状データを含んでいる。

次に、サポートインク供給・サポート体露光工程として、図９に例示するように、サポートインク供給部２５２を副走査方向に沿って移動させながら造形対象物の輪郭の層毎の形状データに基づいて作業面２３にサポートインク１２を供給するサポートインク供給工程を実行する。その後、サポートインク供給・サポート体露光工程として、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６を副走査方向に沿って移動させながら造形対象物の輪郭の層毎の形状データに基づいて作業面２３に供給されたサポートインク１２に対して露光しサポート体１３を形成するサポート体露光工程を実行する（ステップＳＴ２０２）。この場合、制御装置２０８は、インク供給制御として、キャリッジ駆動部７を制御しサポートインク供給部２５２を副走査方向に沿って移動させながらサポートインク供給部２５２を制御し形状データ生成工程（ステップＳＴ２０１）で生成した造形対象物の輪郭の層毎の形状データに基づいて作業面２３にサポートインク１２を供給するサポートインク供給制御を実行する。そして、制御装置２０８は、その後、すぐに露光制御として、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６を副走査方向に沿って移動させながらＵＶ−ＬＥＤアレイ６を制御し造形対象物の輪郭の層毎の形状データに基づいてサポートインク１２に対して露光し当該サポートインク１２を硬化させ、サポート体１３を形成するサポート体露光制御を実行する。制御装置２０８は、典型的には、キャリッジ４の副走査方向への移動の往路中、あるいは、復路中にサポートインク供給制御、及び、サポート体露光制御を実行する。すなわち、制御装置２０８は、サポートインク供給制御によって、造形対象物の輪郭の層毎の形状データにおいて、当該造形対象物の輪郭を構成する部分に沿った位置にサポートインク１２を吐出すると共に、サポート体露光制御によって、作業面２３に着弾したサポートインク１２を、着弾後すぐに露光し硬化させて造形対象物の輪郭に沿ったサポート体１３を形成する。

次に、造形インク供給工程として、図１０に例示するように、サポートインク供給・サポート体露光工程（ステップＳＴ２０２）で形成したサポート体１３で囲われた作業面２３に造形インク１０を供給する（ステップＳＴ２０３）。この場合、制御装置２０８は、インク供給制御として、造形インク供給部２５１を制御しサポート体１３で囲われた作業面２３に造形インク１０を供給する造形インク供給制御を実行する。すなわち、制御装置２０８は、サポートインク供給・サポート体露光工程（ステップＳＴ２０２）で形成したサポート体１３を型枠として、当該サポート体１３で囲われた作業面２３に、造形インク供給部２５１から造形インク１０を流し込む。制御装置２０８は、鉛直方向に沿った所定の層の厚みに相当する量の造形インク１０を、サポート体１３で囲われた作業面２３に供給する。また、この時点では、制御装置２０８は、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６による紫外線の照射は行わず、造形インク１０の流動性が十分に確保された状態としておく。つまり、本実施形態の制御装置２０８は、当該造形インク供給制御では、ＵＶ硬化型の造形インク１０で当該層の１層を未硬化印刷し、ＵＶ硬化型の造形インク１０の液体層を形成する。

次に、造形物露光工程として、図１１に例示するように、サポート体１３で囲われた作業面２３に供給された造形インク１０の液面が平滑化した後に、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６を副走査方向に沿って移動させながら造形対象物の層毎の形状データに基づいて造形インクに対して露光する（ステップＳＴ２０４）。この場合、制御装置２０８は、サポート体１３で囲われた作業面２３に供給された造形インク１０の液面が平滑化した後に、露光制御として、キャリッジ駆動部７を制御しＵＶ−ＬＥＤアレイ６を副走査方向に沿って移動させながらＵＶ−ＬＥＤアレイ６を制御し、形状データ生成工程（ステップＳＴ２０１）で生成した造形対象物の層毎の形状データに基づいて造形インク１０に対して露光する造形物露光制御を実行する。すなわち、制御装置２０８は、サポート体１３を造形対象物の輪郭に沿った型枠として利用し、当該サポート体１３で囲われた領域内に流し込まれた造形インク１０に対して当該造形対象物を構成する部分に応じた位置のＬＥＤ素子６１から紫外線を照射し露光することで、当該造形インク１０を硬化させ、これにより、当該造形インク１０の硬化部分１０ａによって造形対象物１１を形成していく。

次に、造形対象物１１の形成が終了したか否かを判定する（ステップＳＴ２０５）。この場合、制御装置２０８は、入力装置９から入力される造形対象物の形状に関する３次元データや、形状データ生成工程（ステップＳＴ２０１）で生成した造形対象物の層毎の形状データ等に基づいて、造形対象物１１の形成が終了したか否かを判定する。

造形対象物１１の形成が終了していないと判定した場合（ステップＳＴ２０５：Ｎｏ）、移動工程として、造形物露光工程（ステップＳＴ２０４）の後に作業面２３を鉛直方向に沿ってＵＶ−ＬＥＤアレイ６から離間する側に１層分相対移動させ（ステップＳＴ２０６）、ステップＳＴ２０２に戻って、ステップＳＴ２０２以降のステップを繰り返し実行する。この場合、制御装置２０８は、造形物露光制御の後に載置部２の載置台駆動部２２を制御し作業面２３を鉛直方向に沿ってＵＶ−ＬＥＤアレイ６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、制御装置２０８は、図１２に例示するように、次の層（ここでは第２層目）に対するサポートインク供給制御、及び、サポート体露光制御によるサポートインク供給・サポート体露光工程（ステップＳＴ２０２）、造形インク供給制御による造形インク供給工程（ステップＳＴ２０３）、造形物露光制御による造形物露光工程（ステップＳＴ２０４）を繰り返し、順次、造形対象物１１の各層を形成していく。

制御装置２０８は、ステップＳＴ２０５にて、造形対象物１１の形成が終了したと判定した場合（ステップＳＴ２０５：Ｙｅｓ）、本実施形態の３次元造形物製造方法を終了する。なお、サポート体１３は、造形対象物１１の完成後に当該造形対象物１１から剥離、除去、あるいは、溶解除去されればよい。

以上で説明した実施形態に係るインクジェットプリンタ２０１、３次元造形物製造方法によれば、インク供給部２０５は、露光することで硬化度が変化するインクとして、造形対象物を形成する造形インクを供給可能である造形インク供給部２５１と、露光することで硬化度が変化するインクとして、造形対象物の輪郭に沿ったサポート体を形成するサポートインクを供給可能であると共に副走査方向に沿って移動可能であるサポートインク供給部２５２とを有する。そして、制御装置２０８は、インク供給制御として、サポートインク供給部２５２を副走査方向に沿って移動させながらサポートインク供給部２５２を制御し造形対象物の輪郭の層毎の形状データに基づいて作業面２３にサポートインクを供給するサポートインク供給制御を実行した後、露光制御として、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６を副走査方向に沿って移動させながらＵＶ−ＬＥＤアレイ６を制御し造形対象物の輪郭の層毎の形状データに基づいてサポートインクに対して露光しサポート体を形成するサポート体露光制御を実行する。その後、制御装置２０８は、インク供給制御として、造形インク供給部２５１を制御しサポート体で囲われた作業面２３に造形インクを供給する造形インク供給制御を実行し、当該サポート体で囲われた作業面２３に供給された造形インクの液面が平滑化した後に、露光制御として、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６を副走査方向に沿って移動させながらＵＶ−ＬＥＤアレイ６を制御し造形対象物の層毎の形状データに基づいて造形インクに対して露光する造形物露光制御を実行する。

したがって、以上で説明したインクジェットプリンタ２０１、３次元造形物製造方法では、表面が滑らかな造形対象物を製造することができる。すなわち、本実施形態のインクジェットプリンタ２０１、３次元造形物製造方法によれば、まず、サポートインクによって作業面２３上に造形対象物の輪郭に沿った型枠としてサポート体を形成した上で、当該形成したサポート体で囲われた作業面２３に供給された造形インクの液面が平滑になった後に、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６を副走査方向に移動させながら、造形対象物の層毎の形状データに基づいて、各層において造形対象物を構成する部分の造形インクを一気に露光、硬化させることができる。そして、当該インクジェットプリンタ２０１、３次元造形物製造方法では、載置部２０２を制御し、作業面２３を相対移動させてこれらの動作を順次繰り返すことで、造形対象物を構成する各層を形成していくことができる。これにより、当該インクジェットプリンタ２０１、３次元造形物製造方法によれば、造形インクの液面が平滑な状態で造形対象物を形成していくことができるので、当該インクジェットプリンタ２０１、３次元造形物製造方法によって製造された造形対象物の表面を滑らかにすることができると共に、作業面２３上に造形対象物の輪郭に沿った型枠としてサポート体を形成しこれを利用して造形対象物を構成する各層を形成していくことができるので、作業性も向上することができる。

なお、以上の説明では、造形インク供給部２５１は、インクノズルによって構成されるものとして説明したが、例えば、以下で説明する実施形態３のようにサポートインク供給部２５２と同様に、造形インクを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によって構成されてもよい。この場合、造形インク供給部２５１とサポートインク供給部２５２とは、共にキャリッジ４に設けられる。そしてこの場合、制御装置２０８は、サポートインクと造形インクとをほぼ同時に吐出形成させてもよい。より詳細には、制御装置２０８は、キャリッジ４の副走査方向への移動の往路中、あるいは、復路中に、造形対象物の輪郭を構成する部分に沿った位置にサポートインクを吐出すると共に当該サポートインクを着弾後すぐに露光、硬化させサポート体を形成する一方、当該サポート体で囲われた作業面２３に造形インクを吐出すると共にこの時点ではこの造形インクを硬化させずに流動性が十分に確保された状態としておく。その後、制御装置２０８は、サポート体１３で囲われた作業面２３に供給された造形インクの液面が平滑化した後に、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６を副走査方向に沿って移動させながら造形対象物の層毎の形状データに基づいて造形インクに対して露光し硬化させ、造形対象物を形成していく。この場合、サポートインクと造形インクとは、例えば、硬化させるための紫外線の波長が相互に異なるインク材料（例えば、一方を３６５〜４００ｎｍ程度の通常の紫外線で硬化する樹脂材料とし他方を２５５〜３５０ｎｍ程度の深紫外線で硬化する樹脂材料とする）を用いることが好ましい。これにより、インクジェットプリンタ２０１は、例えば、サポートインクと造形インクとを同時に吐出し露光しても、サポートインクを硬化させる一方、造形インクを流動性が十分に確保された状態とし、液面が平滑化した後に硬化させることができる。また、インクジェットプリンタ２０１は、サポートインクと造形インクとの間に、造形対象物からサポート体を剥離しやすくするための離型剤を介在させてもよい。

［実施形態３］
図１３は、実施形態３に係るインクジェットプリンタの概略構成を表す概略構成図である。図１４、図１５、図１６、図１７、図１８、図１９は、実施形態３に係る３次元造形物製造方法の一例を説明する模式図である。図２０は、実施形態３に係る３次元造形物製造方法によって製造される造形対象物及びサポート体の一例を表す平面図である。図２１、図２２、図２３、図２４は、実施形態３に係るインクジェットプリンタの造形インク供給部、サポートインク供給部及びＵＶ−ＬＥＤアレイの配置例を表す模式図である。実施形態３に係る３次元プリンタ、及び、３次元造形物製造方法は、インク供給部等の構成、及び、サポートインク供給・サポート体露光工程における処理内容が実施形態２とは異なる。その他、上述した実施形態と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略する。

図１３に示す本実施形態に係る３次元プリンタとしてのインクジェットプリンタ３０１は、作業面相対移動部としての載置部２０２と、ガイドレール３と、キャリッジ４と、インク供給部としてのインク供給部３０５と、露光部としてのＵＶ−ＬＥＤアレイ６と、キャリッジ駆動部７と、制御装置３０８と、入力装置９とを備える。載置部２０２、ガイドレール３、キャリッジ４、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６、キャリッジ駆動部７、入力装置９等の構成は、上述のインクジェットプリンタ２０１とほぼ同様の構成となっている。

本実施形態のインク供給部３０５は、上述した造形インク供給部５１と、サポートインク供給部２５２とを有する。造形インク供給部５１、サポートインク供給部２５２は、上述したように、共にインクタンク内のインクを作業面２３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。造形インク供給部５１、サポートインク供給部２５２は、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６と共にキャリッジ４に設けられ、インクタンクに貯留されている造形インク、サポートインクを作業面２３に吐出可能である。インク供給部３０５の造形インク供給部５１、サポートインク供給部２５２は、制御装置３０８と電気的に接続され、制御装置８によってその駆動が制御される。

そして、本実施形態の制御装置３０８は、図８で上述したサポートインク供給・サポート体露光工程（ステップＳＴ２０２）における処理内容が上述のインクジェットプリンタ２０１とは異なる。以下、図１４〜図１９を参照してインクジェットプリンタ３０１を用いた３次元造形物製造方法の一例を説明する。なお、以下の説明では、図８のフローチャートも適宜参照すると共に、重複する説明については適宜省略する。

本実施形態の３次元造形物製造方法では、まず、形状データ生成工程として、造形対象物の層毎の形状データを生成する（ステップＳＴ２０１）。

次に、サポートインク供給・サポート体露光工程として、サポートインク供給部２５２を副走査方向に沿って移動させながら造形対象物の輪郭の層毎の形状データに基づいて作業面２３にサポートインク１２を供給するサポートインク供給工程を実行する。その後、サポートインク供給・サポート体露光工程として、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６を副走査方向に沿って移動させながら造形対象物の輪郭の層毎の形状データに基づいて作業面２３に供給されたサポートインク１２に対して露光しサポート体１３を形成するサポート体露光工程を実行する（ステップＳＴ２０２）。

この場合、制御装置３０８は、インク供給制御として、キャリッジ駆動部７を制御しサポートインク供給部２５２を副走査方向に沿って移動させながらサポートインク供給部２５２を制御し形状データ生成工程（ステップＳＴ２０１）で生成した造形対象物の輪郭の層毎の形状データに基づいて作業面２３にサポートインク１２を供給するサポートインク供給制御を実行する。より詳細には、本実施形態の制御装置３０８は、図１４に例示するように、まず、造形対象物の輪郭に応じた最終的なサポート体１３（図１７参照）のうち、エッジ部分に相当する部分のみを印刷するように、作業面２３にサポートインク１２を供給する。そして、制御装置３０８は、その後、すぐに露光制御として、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６を副走査方向に沿って移動させながらＵＶ−ＬＥＤアレイ６を制御し造形対象物の輪郭の層毎の形状データに基づいて、最終的なサポート体１３のエッジ部分に相当する部分のサポートインク１２に対して露光し当該サポートインク１２を硬化させ、サポート体１３のエッジ部分を形成するサポート体露光制御を実行する。すなわち、制御装置３０８は、サポートインク供給制御（エッジ部分供給制御）によって、造形対象物の輪郭の層毎の形状データにおいて、当該造形対象物の輪郭を構成する部分に沿った位置のエッジ部分にサポートインク１２を吐出すると共に、サポート体露光制御（エッジ部分露光制御）によって、作業面２３に着弾したサポートインク１２を、着弾後すぐに露光し硬化させて造形対象物の輪郭に沿ったサポート体１３のエッジ部分のみを形成する。

そしてさらに、制御装置３０８は、図１５に例示するように、インク供給制御として、キャリッジ駆動部７を制御しサポートインク供給部２５２を副走査方向に沿って移動させながらサポートインク供給部２５２を制御し、上記で硬化されたサポート体１３のエッジ部分の間に、サポートインク１２を供給する。この時点では、制御装置３０８は、すぐにはＵＶ−ＬＥＤアレイ６による紫外線の照射は行わず、サポートインク１２の流動性が十分に確保された状態としておく。そして、制御装置３０８は、図１６に示すように、サポート体１３のエッジ部分で囲われた部分に供給されたサポートインク１２の液面が平滑化した後に、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６を副走査方向に沿って移動させながら造形対象物の層毎の形状データに基づいて、サポート体１３のエッジ部分で囲われた部分のサポートインク１２に対して露光する。本実施形態の制御装置３０８は、このようにして最終的なサポート体１３を形成する。

次に、造形インク供給工程として、図１７に例示するように、サポートインク供給・サポート体露光工程（ステップＳＴ２０２）で形成したサポート体１３で囲われた作業面２３に造形インク１０を供給する（ステップＳＴ２０３）。この場合、制御装置３０８は、インク供給制御として、造形インク供給部５１を制御しサポート体１３で囲われた作業面２３に造形インク１０を供給する造形インク供給制御を実行する。この時点では、制御装置３０８は、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６による紫外線の照射は行わず、造形インク１０の流動性が十分に確保された状態としておく。つまり、制御装置３０８は、当該造形インク供給制御では、ＵＶ硬化型の造形インク１０で当該層の１層を未硬化印刷し、ＵＶ硬化型の造形インク１０の液体層を形成する。

次に、造形物露光工程として、図１８に例示するように、サポート体１３で囲われた作業面２３に供給された造形インク１０の液面が平滑化した後に、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６を副走査方向に沿って移動させながら造形対象物の層毎の形状データに基づいて造形インクに対して露光する（ステップＳＴ２０４）。この場合、制御装置３０８は、サポート体１３で囲われた作業面２３に供給された造形インク１０の液面が平滑化した後に、露光制御として、キャリッジ駆動部７を制御しＵＶ−ＬＥＤアレイ６を副走査方向に沿って移動させながらＵＶ−ＬＥＤアレイ６を制御し、形状データ生成工程（ステップＳＴ２０１）で生成した造形対象物の層毎の形状データに基づいて造形インク１０に対して露光する造形物露光制御を実行する。

次に、造形対象物１１の形成が終了したか否かを判定する（ステップＳＴ２０５）。この場合、制御装置３０８は、入力装置９から入力される造形対象物の形状に関する３次元データや、形状データ生成工程（ステップＳＴ２０１）で生成した造形対象物の層毎の形状データ等に基づいて、造形対象物１１の形成が終了したか否かを判定する。

造形対象物１１の形成が終了していないと判定した場合（ステップＳＴ２０５：Ｎｏ）、移動工程として、造形物露光工程（ステップＳＴ２０４）の後に作業面２３を鉛直方向に沿ってＵＶ−ＬＥＤアレイ６から離間する側に１層分相対移動させ（ステップＳＴ２０６）、ステップＳＴ２０２に戻って、ステップＳＴ２０２以降のステップを繰り返し実行する。そして、制御装置３０８は、図１９に例示するように、次の層（ここでは第２層目）に対するサポートインク供給制御、及び、サポート体露光制御によるサポートインク供給・サポート体露光工程（ステップＳＴ２０２）、造形インク供給制御による造形インク供給工程（ステップＳＴ２０３）、造形物露光制御による造形物露光工程（ステップＳＴ２０４）を繰り返し、順次、造形対象物１１の各層を形成していく。

制御装置３０８は、ステップＳＴ２０５にて、造形対象物１１の形成が終了したと判定した場合（ステップＳＴ２０５：Ｙｅｓ）、本実施形態の３次元造形物製造方法を終了する。図２０は、上記のようにして製造された造形対象物１１及びサポート体１３の一例であり、例えば、造形対象物１１は、密実の略円錐台形状をなし、サポート体１３は、筒状の略円錐台形状をなす。なお、サポート体１３は、造形対象物１１の完成後に当該造形対象物１１から剥離、除去、あるいは、溶解除去されればよい。

以上で説明した実施形態に係るインクジェットプリンタ３０１、３次元造形物製造方法では、表面が滑らかな造形対象物を製造することができる。すなわち、本実施形態のインクジェットプリンタ３０１、３次元造形物製造方法によれば、まず、サポートインクによって作業面２３上に造形対象物の輪郭に沿った型枠としてサポート体を形成した上で、当該形成したサポート体で囲われた作業面２３に供給された造形インクの液面が平滑になった後に、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６を副走査方向に移動させながら、造形対象物の層毎の形状データに基づいて、各層において造形対象物を構成する部分の造形インクを一気に露光、硬化させることができる。そして、当該インクジェットプリンタ３０１、３次元造形物製造方法では、載置部２０２を制御し、作業面２３を相対移動させてこれらの動作を順次繰り返すことで、造形対象物を構成する各層を形成していくことができる。これにより、当該インクジェットプリンタ３０１、３次元造形物製造方法によれば、造形インクの液面が平滑な状態で造形対象物を形成していくことができるので、当該インクジェットプリンタ３０１、３次元造形物製造方法によって製造された造形対象物の表面を滑らかにすることができると共に、作業面２３上に造形対象物の輪郭に沿った型枠としてサポート体を形成しこれを利用して造形対象物を構成する各層を形成していくことができるので、作業性も向上することができる。

なお、本実施形態のインクジェットプリンタ３０１は、上述したように、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６、造形インク供給部５１、及び、サポートインク供給部２５２がキャリッジ４に設けられるものと説明した。図２１、図２２、図２３、図２４は、これらＵＶ−ＬＥＤアレイ６、造形インク供給部５１、及び、サポートインク供給部２５２の具体的な配置例を例示している。

図２１の例では、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６、造形インク供給部５１、及び、サポートインク供給部２５２は、副走査方向に沿った同一のガイドレール３上に同軸で設けられており、基本的には副走査方向に対して３つが一緒に移動し、その都度、必要なものだけが動作する構成となっている。

図２２の例では、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６は、第１ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ａと、第２ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ｂとを有し、ガイドレール３は、第１ガイドレール３Ａと、第２ガイドレール３Ｂとを有する。そして、第１ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ａとサポートインク供給部２５２とは、第１ガイドレール３Ａ上に同軸で設けられ、第２ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ｂと造形インク供給部５１とは、第１ガイドレール３Ａとは異なる第２ガイドレール３Ｂ上に同軸で設けられる。第１ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ａとサポートインク供給部２５２とは、基本的には副走査方向に対して一緒に移動し、サポートインク供給部２５２が供給したサポートインクを、着弾後にすぐに第１ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ａによって硬化、あるいは仮硬化させることができる。第２ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ｂと造形インク供給部５１とは、基本的には副走査方向に対して一緒に移動し、造形インク供給部５１が供給した造形インクを、着弾後にすぐに第２ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ｂによって硬化、あるいは仮硬化させることができる。なお、第１ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ａ、第２ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ｂ、造形インク供給部５１、サポートインク供給部２５２は、必要なものだけを独立して動作させることもできる。なおこの場合、これらＵＶ−ＬＥＤアレイ６、ガイドレール３は、全体が主走査方向（副走査方向に沿ったガイドレール３と直交する方向）に沿って載置台２１に対して相対移動可能に構成され、例えば、載置台２１と相対移動しながら順次印刷を行っていくことができる。

図２３の例では、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６は、第１ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ａと、第２ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ｂとを有し、ガイドレール３は、第１ガイドレール３Ａと、第２ガイドレール３Ｂと、第３ガイドレール３Ｃとを有する。そして、第１ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ａとサポートインク供給部２５２とは、第１ガイドレール３Ａ上に同軸で設けられ、造形インク供給部５１は、第１ガイドレール３Ａとは異なる第２ガイドレール３Ｂ上に単独で設けられ、第２ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ｂは、第１ガイドレール３Ａ、第２ガイドレール３Ｂとは異なる第３ガイドレール３Ｃ上に単独で設けられる。第１ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ａとサポートインク供給部２５２とは、基本的には副走査方向に対して一緒に移動し、サポートインク供給部２５２が供給したサポートインクを、着弾後にすぐに第１ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ａによって硬化、あるいは仮硬化させることができる。一方、第２ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ｂと造形インク供給部５１とは、基本的には副走査方向に対して別個に移動可能であり、造形インク供給部５１が供給した造形インクの平坦化時間等を独立して調整できるように動作可能である。なおこの場合、これらＵＶ−ＬＥＤアレイ６、ガイドレール３は、全体が主走査方向（副走査方向に沿ったガイドレール３と直交する方向）に沿って載置台２１に対して相対移動可能に構成され、例えば、載置台２１と相対移動しながら順次印刷を行っていくことができる。

図２４の例では、ＵＶ−ＬＥＤアレイ６は、第１ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ａと、第２ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ｂと、第３ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ｃとを有し、ガイドレール３は、第１ガイドレール３Ａと、第２ガイドレール３Ｂと、第３ガイドレール３Ｃと、第４ガイドレール３Ｄとを有する。そして、第１ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ａとサポートインク供給部２５２とは、第１ガイドレール３Ａ上に同軸で設けられ、第２ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ｂは、第１ガイドレール３Ａとは異なる第２ガイドレール３Ｂ上に単独で設けられ、造形インク供給部５１は、第１ガイドレール３Ａ、第２ガイドレール３Ｂとは異なる第３ガイドレール３Ｃ上に単独で設けられ、第３ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ｃは、第１ガイドレール３Ａ、第２ガイドレール３Ｂ、第３ガイドレール３Ｃとは異なる第４ガイドレール３Ｄ上に単独で設けられる。第１ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ａとサポートインク供給部２５２とは、基本的には副走査方向に対して一緒に移動し、サポートインク供給部２５２が供給したサポートインクを、着弾後にすぐに第１ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ａによって硬化、あるいは仮硬化させることができる。また、第２ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ｂとサポートインク供給部２５２とは、基本的には副走査方向に対して別個に移動可能であり、サポートインク供給部２５２が供給した造形インクの平坦化後に第２ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ｂによって硬化、あるいは仮硬化させることもできる。さらに、第３ＵＶ−ＬＥＤアレイ６Ｃと造形インク供給部５１とは、基本的には副走査方向に対して別個に移動可能であり、造形インク供給部５１が供給した造形インクの平坦化時間等を独立して調整できるように動作可能である。なおこの場合、これらＵＶ−ＬＥＤアレイ６、ガイドレール３は、全体が主走査方向（副走査方向に沿ったガイドレール３と直交する方向）に沿って載置台２１に対して相対移動可能に構成され、例えば、載置台２１と相対移動しながら順次印刷を行っていくことができる。

なお、上述した本発明の実施形態に係る３次元プリンタ、及び、３次元造形物製造方法は、上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。本実施形態に係る３次元プリンタ、及び、３次元造形物製造方法は、以上で説明した各実施形態、変形例の構成要素を適宜組み合わせることで構成してもよい。

以上で説明した３次元プリンタ、及び、３次元造形物製造方法では、例えば、白色インク、着色インク、透明インク等を複数種類用いて複数の色彩を有する造形対象物を製造することも可能である。この場合、３次元プリンタは、例えば、異なる色のインクや透明インクごとに各層を形成していくと共に、異なる色のインク間や各層における非着色部分に透明インクを介在させるなどして、造形対象物を形成していけばよい。また、以上で説明した３次元プリンタ、及び、３次元造形物製造方法では、作業面と造形インクとの間に離型剤を介在させてもよい。

１、２０１、３０１ インクジェットプリンタ（３次元プリンタ）
２、２０２ 載置部（作業面相対移動部）
３ ガイドレール
４ キャリッジ
５、２０５、３０５ インク供給部
６ ＵＶ−ＬＥＤアレイ（露光部）
７ キャリッジ駆動部
８、２０８、３０８ 制御装置
９ 入力装置
１０ 造形インク
１０ａ 硬化部分
１１ 造形対象物
１２ サポートインク
１３ サポート体
２１ 載置台
２２ 載置台駆動部
２３ 作業面
２４、２２４ 枠状部材
５１ 造形インク供給部
６１ ＬＥＤ素子
６２ 筐体
２５１ 造形インク供給部
２５１ａ 流量調節弁
２５２ サポートインク供給部

Claims (4)

1. 露光することで硬化度が変化するインクを作業面に供給可能であるインク供給部と、
   前記インク供給部から前記作業面に供給された前記インクに対して露光可能である素子を有する露光部と、
   前記露光部に対して前記作業面を鉛直方向に沿って相対移動可能である作業面相対移動部と、
   前記インク供給部を制御し前記作業面に前記インクを供給するインク供給制御、前記インク供給制御の後に前記露光部を制御し前記インクに対して露光する露光制御、及び、前記露光制御の後に前記作業面相対移動部を制御し前記作業面を鉛直方向に沿って前記露光部から離間する側に相対移動させる移動制御を繰り返し実行可能である制御装置と、を備え、
   前記インク供給部は、露光することで硬化度が変化する前記インクとして、造形対象物を形成する造形インクを供給可能である造形インク供給部を有し、
   前記作業面相対移動部は、前記作業面を囲う枠状部材を有し、
   前記制御装置は、造形対象物の形状に関する３次元データに基づいて、鉛直方向に沿った所定の層毎の造形対象物の形状データを演算、生成し、前記インク供給制御では、前記造形インク供給部を制御し、鉛直方向に沿った所定の層の厚みに相当する量の造形インクを、前記枠状部材で囲われた作業面に供給することを特徴とする、
   ３次元プリンタ。
2. 前記制御装置は、前記露光制御では、前記インク供給制御によって前記枠状部材で囲われた前記作業面に供給された前記造形インクの液面が平滑化した後に前記露光部を制御し、前記造形対象物の層毎の形状データに基づいて前記造形インクに対して露光する、
   請求項１に記載の３次元プリンタ。
3. 露光することで硬化度が変化するインクを作業面に供給可能であるインク供給部と、
   前記インク供給部から前記作業面に供給された前記インクに対して露光可能である素子を有する露光部と、
   前記露光部に対して前記作業面を鉛直方向に沿って相対移動可能である作業面相対移動部と、
   前記インク供給部を制御し前記作業面に前記インクを供給するインク供給制御、前記インク供給制御の後に前記露光部を制御し前記インクに対して露光する露光制御、及び、前記露光制御の後に前記作業面相対移動部を制御し前記作業面を鉛直方向に沿って前記露光部から離間する側に相対移動させる移動制御を繰り返し実行可能である制御装置と、を備え、
   前記インク供給部は、露光することで硬化度が変化する前記インクとして、造形対象物を形成する造形インクを供給可能である造形インク供給部と、露光することで硬化度が変化する前記インクとして、前記造形対象物の輪郭に沿ったサポート体で型枠を形成するサポートインクを供給可能であるサポートインク供給部をさらに有し、
   前記作業面相対移動部は、前記作業面を囲う型枠が形成され、
   前記制御装置は、前記インク供給制御として、前記サポートインク供給部を制御し前記造形対象物の輪郭の層毎の形状データに基づいて前記作業面に前記サポートインクを供給するサポートインク供給制御を実行した後、前記露光制御として、前記露光部を制御し前記造形対象物の輪郭の層毎の形状データに基づいて前記サポートインクに対して露光し前記サポート体で前記型枠を形成するサポート体露光制御を実行し、その後、前記インク供給制御として、前記造形インク供給部を制御し前記サポート体で囲われた前記作業面に前記造形インクを供給する造形インク供給制御を実行し、当該サポート体で形成された型枠で囲われた作業面に、造形対象物の形状に関する３次元データに基づいて、鉛直方向に沿った所定の層毎の造形対象物の形状データを演算、生成し、前記造形インク供給部を制御し、鉛直方向に沿った所定の層の厚みに相当する量の造形インクを供給し、
   前記露光制御として、前記インク供給制御によって前記型枠で囲われた前記作業面に供給された前記造形インクの液面が平滑化した後、前記露光部を制御し前記造形対象物の層毎の形状データに基づいて前記造形インクに対して露光する造形物露光制御を実行する、ことを特徴とする
   ３次元プリンタ。
4. 露光することで硬化度が変化するインクを作業面に供給するインク供給工程と、
   前記インク供給工程の後に前記インクに対して露光可能である素子で前記インクに対して露光する露光工程と、
   前記露光工程の後に前記作業面を鉛直方向に沿って露光部から離間する側に相対移動させる移動工程とを含み、
   前記インク供給工程と前記露光工程と前記移動工程とを繰り返し実行し、
   前記インク供給工程は、露光することで硬化度が変化する前記インクとして、造形対象物を形成する造形インクを供給し、
   前記作業面には、前記作業面を囲う枠状部材が配置され、
   前記インク供給工程では、造形対象物の形状に関する３次元データに基づいて、鉛直方向に沿った所定の層毎の造形対象物の形状データを演算、生成し、鉛直方向に沿った所定の層の厚みに相当する量の造形インクを、前記枠状部材で囲われた作業面に供給することを特徴とする、
   ３次元造形物製造方法。

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