立体造形装置
【課題】粉末材料をローラで平坦化する場合に、粉末材料がステージ上の平坦化領域などに飛散するのを防止して、寸法精度の高い立体造形物を形成できる立体造形装置を提供する。
【解決手段】粉末材料をステージに供給する粉末供給部と、粉末供給部より供給された粉末材料を平坦化するために回転するローラと、ローラに対向して設けられて、ローラに付着した粉末材料を除去する粉末除去板とを備えた平坦化部と、平坦化部をステージに対して相対的に移動させて粉末材料を平坦化する移動機構を備え、移動機構により平坦化部が粉末材料を平坦化するときに、ステージに供給された粉末材料は、平坦化部により平坦化された平坦化領域と、平坦化部により平坦化されていない未平坦化領域を有し、粉末除去板は、移動機構により平坦化部が粉末材料を平坦化するときの未平坦化領域側であって、かつ、ローラの回転中心以下の位置でローラに接することを特徴とする。
【解決手段】粉末材料をステージに供給する粉末供給部と、粉末供給部より供給された粉末材料を平坦化するために回転するローラと、ローラに対向して設けられて、ローラに付着した粉末材料を除去する粉末除去板とを備えた平坦化部と、平坦化部をステージに対して相対的に移動させて粉末材料を平坦化する移動機構を備え、移動機構により平坦化部が粉末材料を平坦化するときに、ステージに供給された粉末材料は、平坦化部により平坦化された平坦化領域と、平坦化部により平坦化されていない未平坦化領域を有し、粉末除去板は、移動機構により平坦化部が粉末材料を平坦化するときの未平坦化領域側であって、かつ、ローラの回転中心以下の位置でローラに接することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末材料に対して造形液を吐出することにより立体造形物を形成する立体造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、粉末材料に造形液を供給することで立体造形物を形成する種々の立体造形装置が提案されている。例えば、特許文献１の立体造形装置は、ステージ上に供給された粉末材料を伸展ローラによりステージ上に拡散させて、粉末材料の堆積面を平坦化する。
【０００３】
そして、平坦化された粉末材料に対してプリントヘッドから結合剤溶液が吐出されて、粉末材料の所定の領域に吐出される。結合剤溶液が粉末材料に吐出されることで、粉末材料の粒子同士が結合される。この層の上にさらに粉末材料が供給されて、堆積された粉末材料の平坦化、結合剤溶液の吐出が繰り返されることで、立体造形物が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３３４５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術では、ステージ上に供給された粉末材料を伸展ローラにより平坦化する場合に、伸展ローラに集積した粉末材料が、平坦化された粉末材料の平坦化領域に飛散することがあった。平坦化領域の表面に余計な粉末が付着すると、立体造形物の寸法精度が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は、ステージに供給された粉末材料をローラで平坦化する場合に、ローラに付着した粉末材料がステージ上の平坦化領域などに飛散するのを防止して、寸法精度の高い立体造形物を形成できる立体造形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、第１発明の立体造形装置は粉末材料に対して造型液を滴下することで、立体造形物を形成する立体造形装置であって、前記粉末材料をステージに供給する粉末供給部と、前記粉末供給部より供給された粉末材料を平坦化するために回転するローラと、前記ローラに対向して設けられて、前記ローラに付着した粉末材料を除去する粉末除去板とを備えた平坦化部と、前記平坦化部を前記ステージに対して相対的に移動させて前記粉末材料を平坦化する移動機構を備え、前記移動機構により前記平坦化部が前記粉末材料を平坦化するときに、前記ステージに供給された粉末材料は、前記平坦化部により平坦化された平坦化領域と、前記平坦化部により平坦化されていない未平坦化領域を有し、前記粉末除去板は、前記移動機構により前記平坦化部が前記粉末材料を平坦化するときの前記未平坦化領域側であって、かつ、前記ローラの回転中心以下の位置で前記ローラに接することを特徴とする。
【０００８】
第２発明の立体造形装置は、上記第１発明の構成に加えて、前記移動機構により前記平坦化部が前記粉末材料を平坦化するときに、前記粉末供給部は前記平坦化部と共に前記ステージに対して相対移動し、前記粉末供給部は前記ローラよりも前記平坦化領域から遠い側に配置されることを特徴とする。
【０００９】
第３発明の立体造形装置は、上記第２発明に加えて、前記粉末除去板は前記ローラに対向する側とは反対側において、前記粉末供給部に固定されることを特徴とする。
【００１０】
第４発明の立体造形装置は、上記第１ないし第３発明のいずれかにおいて、前記移動機構は、前記ステージを移動させることで、前記平坦化部を前記ステージに対して相対移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１発明の立体造形装置によれば、粉末除去板は、移動機構により平坦化部が粉末材料を平坦化するときの未平坦化領域側であって、かつ、ローラの回転中心以下の位置でローラに接する。そのため、ステージに供給された粉末材料をローラで平坦化する場合に、ローラに付着した粉末材料がステージ上の平坦化領域などに飛散するのを防止して、寸法精度の高い立体造形物を形成できる。
【００１２】
第２発明の立体造形装置によれば、第１発明の効果に加え、平坦化部が粉末材料を平坦化するときに、粉末供給部は平坦化部と共にステージに対して相対移動し、粉末供給部はローラよりも平坦化領域から遠い側に配置される。そのため、平坦化領域に粉末材料が飛散するのをより効果的に防止することができ、寸法精度の高い立体造形物を形成できる。
【００１３】
第３発明の立体造形装置によれば、第２発明に加え、粉末除去板はローラに対向する側とは反対側において、粉末供給部に固定されるため、ローラと粉末供給部との間に粉末除去板を隙間無く配置することができる。そのため、平坦化領域に粉末材料が飛散するのをさらに確実に防止することができ、寸法精度の高い立体造形物を形成できる。
【００１４】
第４発明の立体造形装置によれば、第１発明ないし第３発明のいずれかに加え、移動機構はステージを移動させることで、平坦化部をステージに対して相対移動させるため、平坦化部に付着した粉末材料が平坦化部を移動することによる振動などで飛散して、平坦化領域の表面を荒らすことを防止できる。これにより、寸法精度の高い立体造形物を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態の立体造形装置を示す外観図である。
【図２】図１の立体造形装置の正面視における概略構成を示す図である。
【図３】図１の立体造形装置の側面視における内部の概略構成を示す図である。
【図４】ステージを拡大して示す概略斜視図である。
【図５】ヘッドを拡大して示す概略斜視図である。
【図６】ローラと粉末供給部を拡大して示す概略斜視図である。
【図７】（Ａ）本実施形態のローラとブレードを拡大して示す概略構成図、（Ｂ）従来例のローラとブレードを拡大して示す概略構成図である。
【図８】立体造形装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図９】立体造形装置の動作制御を示すフローチャートである。
【図１０】図９の構造形成処理を示すフローチャートである。
【図１１】図９の吐出処理を示すフローチャートである。
【図１２】立体造形装置の動作を模式的に示す図である。
【図１３】立体造形装置の動作を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、図１〜図７を用いて、本発明の好ましい実施形態を示す。図１に示すように、本実施形態の立体造形装置１は、例えば、ネットワーク３００を介してパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣとする）２００で作成された立体造形印刷用の座標データ、色データ等を受信する。立体造形装置１は、受信した座標データ、色データに基づいて、ステージ５上の粉末材料にインクジェットヘッド２１から造型液を吐出して立体造形物を作成する。以下、各構成について説明する。
【００１７】
立体造形装置１は、Ｘ軸方向を長手方向とする略直方体形状の筐体２を有し、その底面の略中央に、Ｙ軸方向（筐体２の前後方向）に伸びる２本のレール３が列設されている（図３参照）。２本のレ−ル３は、図１の筐体２のＹ軸負側（筐体２の前側）に設けられた支持部３１と図示しないＹ軸正側の支持部にそれぞれ支持されている。レール３はステージ支持台１２の貫通孔１４（図４参照）に挿通されており、ステージ支持台１２はこのレール３に沿ってＹ軸方向に移動可能である。
【００１８】
図３において、レール３のＹ軸正方向（図１の筐体２後方）の端部には図８のステージ駆動モータ５７が設けられる。図４のステージ支持台１２は、ステージ駆動モータ５７の駆動によってキャリッジベルトを介してレール３に沿ってＹ軸方向に往復移動されるようになっている。これによりステージ支持台１２の上部に固定されたステージ５がＹ軸方向へ移動する。
【００１９】
図１及び図４のステージ５は箱型形状であり、その中央部は直方体形状の空洞部５６を有している。また、ステージ支持台１２の中央には、空洞部５６に連通する円柱状の空洞部１３が形成されている。ステージ５のＹ軸正方向（筐体２の後方）にはローラ８によって移動された余剰分の粉末を回収するための図３及び図４の粉末回収口８７が設けられる。粉末回収口８７に投入された粉末材料は、回収路８９を通って粉末回収部８５へ回収される（図２参照）。
【００２０】
粉末回収部８５に回収された粉末材料はユーザによって、粉末供給部７へ投入される。また、図示しない吸引機構などにより、粉末供給部７へ自動的に再投入されるようにしてもよい。
【００２１】
昇降板５１はステージ５の空洞部５６内をＺ軸方向へ移動可能に設けられる。昇降板５１はステージ５上面と同じ位置から成形する立体造形物のＺ座標の範囲を移動する。昇降板５１の下面の中央には昇降板５１を支持するためのボールねじ５４が設けられる。昇降板５１は図８の昇降板モータ５３の駆動によりボールねじ５４が回転することで、空洞部５６の内部をＺ軸方向に移動する。なお、ボールねじ５４は図８の昇降板モータ５３を介して、ステージ５の空洞部５６に図示しない支持部材によりベアリングを介して設けられる。
【００２２】
また、図２に示すように、筐体２のＹ軸方向の略中央で、かつ、ステージ５の上方には、インクジェットヘッド２１のＸ軸方向への移動を案内するためのガイドレール９が架設されている。このガイドレール９のＸ軸負側（筐体２の左側）の端部付近に設けられたヘッドモータ２４（図８参照）と、Ｘ軸正側（筐体２の右側）の端部付近に設けられた図示しないプーリーとの間にキャリッジベルトが筐体２のＸ軸方向にわたって架設されている。
【００２３】
キャリッジベルトは図８のヘッドモータ２４を介して駆動し、これによりインクジェットヘッド２１が筐体２のＸ軸方向に往復移動されるようになっている。
【００２４】
また、立体造形装置１は、カラーの立体造形物を作成可能であり、立体造形用のシアンインク，マゼンタインク，イエローインク，ブラックインク、クリアインクが用いられている。図２のように、立体造形装置１のフレーム２２内のＸ軸負側には、各インクを収容したインク収容部３０がそれぞれ設けられている。
【００２５】
図２において、インク収容部３０は、インク供給用チューブ１０を介して、各色のインクジェットヘッド２１に接続されている。尚、このインク供給用チューブ１０は、ポリエチレン等からなる可撓性のチューブであり、立体造形装置１において、インクジェットヘッド２１の移動等に対応して屈曲や捩れが生じるような柔軟性を有する。
【００２６】
インクジェットヘッド２１は、図５において各インクを噴射するための、噴射チャンネル（図示外）をそれぞれ備えている。各噴射チャンネルには、各々個別に駆動される圧電アクチュエータが設けられ、各噴射チャンネルに対応してインクジェットヘッド２１の底面に孔設された微細な噴射ノズルから下向きに、インクの液滴が噴射されるように制御されている。
【００２７】
また、インクジェットヘッド２１がガイドレール９の左端（Ｘ軸負側）の退避位置に移動した位置には、各インクジェットヘッド２１のノズル面に対して密着・離脱が可能な吸引キャップを有するヘッド吸引機構２３が設けられている。
【００２８】
ヘッド吸引機構２３は、図示外の吸引ポンプとキャップを有する。ヘッド吸引機構２３は、図示外の昇降機構によってＺ軸方向に昇降可能に構成される。インクジェットヘッド２１が、ヘッド吸引機構２３の上側に移動されると、ヘッド吸引機構２３はＺ軸正方向に上昇する。
【００２９】
上昇したヘッド吸引機構２３は、インクジェットヘッド２１面に密着し、インクジェットヘッド２１の吐出口に各色の造形液が達するまで吸引を行う。各吸引キャップがインクジェットヘッド２１に密着しているときに、ポンプに接続された吸引キャップを介してインクの吸引を行うことが可能となっている。また、印刷が行われないときには、吸引キャップでインクジェットヘッド２１のノズル面が覆われ、インクの乾燥が防止される。
【００３０】
図１〜３、図６の粉末供給部７は立体造形に用いる粉末材料を収容するための箱形状の容器であって、ステージ５の上方であって筐体２のＸ軸正側（筐体２の右側）に設けられる粉末回収部８５の壁面に図示しない固定部材によって支持されている。粉末供給部７の上方の開放された投入口により、ユーザによって粉末材料が投入される。
【００３１】
粉末供給部７は、ステージ５上のＸ軸方向に線上に伸びる全領域に粉末材料を供給可能なように、粉末供給部７の下部に開口部７１を備えている（図６参照）。そのため、この開口部７１は、ステージ５のＸ軸方向に延びてステージのＸ軸方向の長さとほぼ同じ長さを有する。
【００３２】
図６において、粉末供給部７の開口部７１は図示しないシャッタ部材を有している。ステージ５上へ粉末供給を開始するときには、図８のシャッタモータ７２を介してシャッタ部材が移動して開口部７１が開放される。これにより、ステージ５上へ所定量の粉末材料が投下される。そして、ステージ５上への粉末供給が終わると、シャッタモータ７２によりシャッタ部材が開口部７１を閉鎖する。
【００３３】
ローラ８は、ステージ５上に供給された粉末材料を平坦化するために設けられる。図３及び図６に示すように、ローラ８は回転軸８１に接続されたローラモータ８３（図８参照）により図６の矢印Ｂ方向（反時計回り）へ回転する。ローラは回転軸８１が回転可能なように、図示しないベアリングなどを介して固定部材によりＸ軸正側に設けられた粉末回収部８５の壁部に固定されている（図１、図２参照）。
【００３４】
図６に示すように、ブレード８２はローラ８に付着した粉末材料を除去するために設けられ、平板状である。ローラ８に対向するブレード８２の先端部はローラ８の表面に押圧するように接している。
【００３５】
ブレード８２がローラ８に接する位置は回転中心Ｃ以下の位置Ｌ２である。なお、図中の直線Ｌ１は回転中心ＣのＺ軸方向の位置、直線Ｌ２はブレードがローラに接する接線である。
【００３６】
仮に、図７（Ｂ）の従来例に示すように、ブレード２８２の先端部がローラ２０８の回転中心よりもＺ軸正方向へ高い位置Ｌ３に配置されていた場合、ローラ２０８に付着した粉末材料はブレード２８２により掻き集められて再びローラ２０８の表面上へ堆積してしまう。ローラ２０８上へ集積した粉末材料はブレード２８２とローラ２０８との間に次々に集積してゆく。
【００３７】
そのため、ローラ２０８の端部やブレード２８２を乗り越えて、ステージ２５１の粉末材料が平坦化された平坦化領域Ｍ１に落下するおそれがある。つまり、ローラ２０８で平坦化しても平坦化領域Ｍ１が不均一になるおそれがある。
【００３８】
それに対して、図７（Ａ）に示す本実施例では、ブレード８２がローラ８に接する位置は回転中心以下の位置Ｌ２となっている。これにより、ブレード８２で除去された粉末材料はステージ５１上の未平坦化領域Ｍ２へ落下するので、ローラ８の表面で粉末材料が堆積することを防止することができる。すなわち、平坦化領域Ｍ１に余分な粉末材料が飛散するのを防止できるので、立体造形物の成形性を向上させることができる。なお、図７（Ａ）のローラ８及び図７（Ｂ）のローラ２０８は、ともに矢印Ｂ方向（反時計回り）に回転する。
【００３９】
また、図６に示すように、ブレード８２はローラ８に対向する側の反対側が粉末供給部７に固定部８４により固定される。このとき、ブレード８２が粉末供給部７に固定される位置は、開口部７１よりも平坦化領域に近い側に配置される。
【００４０】
すなわち、ブレード８２はローラ８と粉末供給部７との間に隙間無く連結されている。そのため、ローラ８で粉末材料を平坦化するときに、粉末材料が飛散しても、ブレード８２によって平坦化領域Ｍ１に粉末材料が飛散するのを遮ることができる。
【００４１】
また、図１２（Ｃ）のように、インクジェットヘッド２１側へ粉末材料が飛散して、インクジェットヘッド２１に粉末材料が付着して吐出口を詰まらせたりすることを防止することができる。なお、ブレード８２は導電性材料からなることが望ましい。静電気によりブレード８２に粉末材料が付着することを低減するためである。なお、ブレード８２は本発明の粉末除去板に相当する。また、ブレード８２とローラ８が本発明の平坦化部に相当する。
【００４２】
そして、図１に示すように、筐体２のＸ軸正側のフレーム部２２の正面には、立体造形装置１の操作を行うための操作パネル２８が設けられている。操作パネル２８には、各種のランプ、ディスプレイが設けられている。また、操作パネル２８には、操作指示のための各種のボタンが設けられている。
【００４３】
次に、図８を用いて、本実施形態の立体造形装置１の電気的構成を説明する。立体造形装置１には、立体造形装置１の主制御を司るＣＰＵ１１０が設けられており、ＣＰＵ１１０には、バス１９０を介し、ＲＯＭ１２０、フラッシュＲＡＭ１３０が接続されている。制御部４０はＣＰＵ１１０、ＲＯＭ１２０、フラッシュＲＡＭ１３０を有している。
【００４４】
ＣＰＵ１１０は、フラッシュＲＡＭ１３０及びＲＯＭ１２０と協動して、各種演算、処理を行う。ＲＯＭ１２０は、立体造形装置１の動作を制御するための制御プログラム、印刷処理を実行するための印刷実行プログラム等を記憶している。フラッシュＲＡＭ１３０には、ＰＣ２００から通信制御部１６０を介して受信した座標データが記憶される。座標データには座標データに関連付けられた色データも含まれる。
【００４５】
またＣＰＵ１１０には、バス１９０を介して、ヘッド駆動部１４０と、モータ駆動部１５０と、通信制御部１６０とが接続されている。
【００４６】
ヘッド駆動部１４０は、インク噴射を行うインクジェットヘッド２１の各噴射チャンネルに設けられた圧電アクチュエータ（図示外）を駆動させる。ヘッド駆動部１４０は、ＣＰＵ１１０からの吐出信号と色データとに従って、造形液の吐出タイミングと吐出すべき造形液の色を決定する。
【００４７】
決定された造形液の色は、色選択信号としてインクジェットヘッド２１に供給される。インクジェットヘッド２１は、色選択信号に従って、各色のヘッドのうち、吐出すべき色のヘッドから造形液を吐出する。
【００４８】
モータ駆動部１５０は、ヘッドモータ２４、ステージ駆動モータ５７、昇降板モータ５３、ローラモータ８３、シャッタモータ７２をそれぞれ制御して駆動させる。
【００４９】
ヘッドモータ２４は、インクジェットヘッド２１を搭載したキャリッジ（図示外）を駆動する。これによりインクジェットヘッド２１がＸ軸方向へ移動する（図１及び図２参照）。
【００５０】
ステージ駆動モータ５７は、粉末材料が載置されたステージ５を送り出すタイミングや速度を調整するステージローラ（図示外）を駆動する。これによりステージ５がＹ軸方向へ移動する（図３参照）。なお、ステージ駆動モータ５７及びモータ駆動部１５０が本発明の移動機構に相当する。
【００５１】
昇降板モータ５３は、昇降板５１を支持するボールねじ５４を回転させることで、昇降板５１をＺ軸方向に移動させる（図１参照）。
【００５２】
ローラモータ８３は、ローラ８の回転軸８１を回転させることで、ローラ８を所定の方向に回転させる。ここでは、ローラモータ８３の駆動により、ローラ８が図６の矢印Ｂ方向（反時計回り）へ回転する。
【００５３】
シャッタモータ７２は粉末供給部７の図６の開口部７１を塞ぐシャッタ（図示外）を移動させる。シャッタが移動することにより、粉末供給部７の開口部７１が開放されたり塞がれたりする。開口部７１が開放されると粉末供給部７内の粉末材料がステージ５へ投下される。
【００５４】
これらのモータは、エンコーダを内蔵するステッピングモータ等であり、移動量、原点位置、回転速度等を検出可能である。検出されたこれらの移動量、原点位置、回転速度等のデータはバス１９０を介してＣＰＵ１１０に送信される。ＣＰＵ１１０は送信されたこれらのデータに基づいてモータ駆動部１５０に駆動のための信号を送信する。
【００５５】
さらに、ＣＰＵ１１０には、バス１９０を介して、通信制御部１６０、操作パネル２８、ヘッド吸引機構２３が接続されている。
【００５６】
通信制御部１６０は、立体造形装置１と外部との通信を行う。外部装置であるＰＣ２００から、この通信制御部１６０を介して必要な印刷データを受信してフラッシュＲＡＭ１３０に記憶する。
【００５７】
操作パネル２８は立体造形装置１の起動、停止、印刷開始等の操作をユーザから受け付けるための様々な入力ボタンを有する。操作パネル２８に対して入力されたユーザからの操作は、操作信号としてＣＰＵ１１０に送信される（図１参照）。
【００５８】
ヘッド吸引機構２３は、ＣＰＵ１１０からの信号に従い、Ｚ軸方向への昇降、図５のインクジェットヘッド２１へのキャップの装着、及びインクジェットヘッド２１の吸引を行う。
【００５９】
次に、図９〜図１１を用いて、立体造形装置１の動作制御について説明する。
【００６０】
図９に示す処理では、まず、制御部４０に電源ＯＮの指令が供給され、立体造形装置１の駆動が開始される。立体造形装置１の駆動が開始されると、ステップＳ０（以下、Ｓ０とする）で初期化処理が行われる。具体的には、ヘッド吸引機構２３により、インクジェットヘッド２１の下面の複数の吐出口に造形液が達するまで吸引が行われる（図１参照）。この吸引により、インクジェットヘッド２１が吐出可能な状態となる。
【００６１】
また、図１に示す昇降板５１をステージ５表面と同じ位置から初期設定として予め定められるＺ座標分だけ、図８のモータ駆動部１５０、昇降板モータ５３を介して昇降板５１をＺ軸負方向に移動させる。このときＺ負方向へ移動するＺ座標は、立体造形物の１層目の厚さに対応する。一例として、約１００μｍ程度である。
【００６２】
初期化処理が行われると、Ｓ１では、ＰＣ２００からの座標データの受信があったか否かが判断される。座標データを受信すると、フラッシュＲＡＭ１３０に座標データを記憶する（Ｓ２）。座標データを受信していないと判定されると（Ｓ１：Ｎｏ）、ユーザにより立体造形物に関するデータがＰＣ２００、及びバス１９０を介して制御部４０に供給されていないため、ループ待機する。
【００６３】
一方、フラッシュＲＡＭ１３０に座標データを記憶すると、処理が次のＳ３に移る。最初にＳ２からＳ３に処理が移るとき、フラッシュＲＡＭ１３０により記憶されている座標データのＺ座標のうち、最小のＺ座標を有する座標データが現在の座標位置Ｚとして指定される。
【００６４】
次に、Ｓ３で構造形成処理が行われる。この構造形成処理により、ステージ５上にある座標位置Ｚにおける少なくとも１層分の粉末材料が供給される。また、ステージ５に供給された粉末材料が平坦化される。
【００６５】
Ｓ４では、吐出処理が行われる。この吐出処理により、ステージ５に供給された粉末材料に造形液が吐出される。造形液の吐出により、粉末材料が造型液に溶解して互いに結合される。粉末材料が結合されることで、造形される立体造形物のうちの１層の造形がなされる。また、２層以上積層させる場合には、下層との結合造形もなされる。なお、着色された造形液の場合は、Ｓ４において、造形と同時に立体造形物の着色がなされる。
【００６６】
Ｓ５は、造形が終了したか否かが判定される。造形終了でないと判定されると（Ｓ５：Ｎｏ）、処理がＳ６に移る。処理がＳ６に移ると、現在の座標位置Ｚを、フラッシュＲＡＭ１３０に記憶されている座標位置Ｚのうち、現在の座標位置Ｚの次の座標位置Ｚに変更する。そして、その座標位置に対応させてモータ駆動部１５０、昇降板モータ５３を介して昇降板５１をＺ軸負方向に移動させる。そして、Ｓ５の構造形成処理に移る。
【００６７】
一方、Ｓ５において、造形終了と判定されると（Ｓ５：Ｙｅｓ）、このフローが終了する。具体的には、制御部４０に電源ＯＦＦの指令が供給されたか、またはフラッシュＲＡＭ４２に記憶されている全ての座標位置Ｚに対する処理が完了したときに、造形終了と判定される。
【００６８】
次に、図１０を用いて、図９に示す動作制御におけるＳ３の構造形成処理について具体的に説明する。図１０に示す構造形成処理では、まず、Ｓ３１で現在の座標位置ＺにおけるデータがフラッシュＲＡＭ１３０から読み出される。読み出されるデータは、座標位置Ｚにおける座標（Ｘ、Ｙ）の座標データである。
【００６９】
Ｓ３２では、粉末供給処理が行われる。図６のように、粉末供給部７の開口部７１はシャッタが移動することにより開放されて、ステージ５の一端部にＸ軸方向に線状に供給される。ここで、供給される粉末材料の量は、現在の座標位置Ｚにおけるステージ５上の成形領域の全ての座標（Ｘ、Ｙ）に対し、粉末材料が供給される量に調整される。
【００７０】
そして、ローラモータ８３を駆動させることにより、ローラ８を回転させる（図１、８参照）。ローラ８の回転数は、一例として５ｒｐｍ／ｓ程度である。
【００７１】
Ｓ３３では、粉末材料を平坦化するために、ステージ５をＹ軸方向へ移動制御を行う。具体的には、図８のモータ駆動部１５０、ステージ駆動モータ５７の駆動により、ステージ５がＹ軸負方向へ移動する。これにより、ローラ８はステージ５の一端部から他端部へＹ軸方向へ相対的に水平移動することになる。一例として、ステージ５の移動速度は概ね５０〜３００ｍｍ／ｓ程度である。
【００７２】
Ｓ３３の処理が行われると、図１０に示す構造形成処理が完了し、図９に示すＳ４の吐出処理に移る。
【００７３】
続いて、図１１を用いて、図９に示す動作制御におけるＳ４の吐出処理について具体的に説明する。図１１に示す吐出処理では、まずＳ４１で、現在の座標位置ＺにおけるデータがフラッシュＲＡＭ１３０から読み出される。読み出されるデータは、座標位置Ｚにおける座標（Ｘ、Ｙ）の座標データである。
【００７４】
データが読み出されると、Ｓ４２では、図１のインクジェットヘッド２１を図８のモータ駆動部１５０、ヘッドモータ２４を介して、Ｘ軸方向に所定の距離だけ移動して、初期位置へ移動させる。
【００７５】
Ｓ４３では、所定の座標に対して、制御部４０からの吐出信号に基づいてインクジェットヘッド２１による造形液の吐出を行う。それと共に、インクジェットヘッド２１をヘッドモータ２４を介してＸ軸方向に移動させる。これらは、フラッシュＲＡＭ１３０に記憶された立体造形物の位置座標データに応じて、移動及び吐出が行われる。
【００７６】
また、ステージ駆動モータ５７を駆動させて、ステージ５をＹ軸正方向へ移動させる（図１、８参照）。すなわち、インクジェットヘッド２１のＸ軸方向の往復移動が１ラインずつ行われ、インクジェットヘッド２１のＸ軸方向往復移動が１ライン完了すると、Ｙ軸正方向のあらかじめ定められた次のラインまでステージ５が移動される。このようにして、インクジェットヘッド２１は、初期位置からＹ軸正方向に向けて、Ｘ軸方向に１ラインずつ相対的に移動される。
【００７７】
Ｓ４３の処理により、現在の座標位置Ｚに対応した立体造形物の１層の全ラインに対する吐出が為される。現在の座標位置Ｚにおける吐出処理が終了すると、処理が、図９に示すＳ５に移る。
【００７８】
次に、立体造形装置１のローラ８と粉末供給部７に対するステージ５の移動について、模式的に示す図１２及び図１３を用いて説明する。
【００７９】
図１２（Ａ）において、まず図８の昇降板モータ５３が駆動されることにより、昇降板５１がステージ５表面と同じ位置からＺ軸負方向（矢印Ａ方向）へ所定のＺ座標の位置まで降下する。図１２（Ａ）の位置がステージ５の初期位置である。
【００８０】
次に、図１２（Ｂ）において、シャッタモータ７２が駆動されて開口部７１が開放されることにより（図６、８参照）、粉末供給部７から粉末材料がステージ５上へ供給される。粉末材料をステージ５上へ供給した後、ローラ８の矢印Ｂ方向への回転が開始される。また、ステージ５のＹ軸負方向（矢印Ｃ方向）への移動が開始される。
【００８１】
図１２（Ｃ）において、ステージ５がさらにＹ軸負方向（矢印Ｃ方向）へ移動すると、ローラ８によりステージ５上の粉末材料が平坦化される。ステージ５上の粉末材料のうち、ローラ８によって平坦化された領域である平坦化領域Ｍ１が形成される。平坦化領域Ｍ１は、ローラ８に対してステージ５が移動する側であるＹ軸負側に形成される。ローラ８に対してＹ軸正側のステージ５上には、まだ平坦化されていない粉末材料が堆積しており、この領域が未平坦化領域Ｍ２である。
【００８２】
また、ローラ８と粉末供給部７はその配置が固定されており、ステージ５が移動することで、ローラ８と粉末供給部７が共にステージ５に対して相対移動する。仮に、粉末供給部７がステージ５と共に移動すると、粉末供給部７が平坦化領域Ｍ１の上方に配置される場合がある。
【００８３】
このような場合には、粉末供給部７の開口部７１等（図６参照）に付着した飛散粉末が平坦化領域Ｍ１に落下して、平坦化領域Ｍ１の表面を不均一にして荒らす可能性がある。
【００８４】
本実施形態のように、ローラ８と粉末供給部７が共にステージ５に対して相対移動することで、粉末供給部７は常に未平坦化領域Ｍ２上に配置される。これにより、平坦化領域Ｍ１の表面へ粉末供給部に付着した余分な粉末等が飛散することを低減することができる。そのため、立体造形物の成形性や寸法精度が向上する。
【００８５】
そして、図１３（Ｄ）において、ステージ５がさらにＹ軸負方向（矢印Ｃ方向）へ移動するにつれて、ステージ５上の粉末材料が平坦化され、平坦化領域Ｍ１がさらに形成されていく。図１３（Ｅ）のように、さらにステージ５がＹ軸負方向へ移動すると、余剰分の粉末材料は図示外の粉末回収口へ落下する。
【００８６】
このように、座標データにより定められる昇降板５１上の所定の領域全てにインクジェットヘッド２１から造型液が吐出されると、１層目の形成が終了する。ステージ５はＹ軸正方向へ移動して原点位置まで移動すると、一連の動作が繰り返されて積層されて立体造形物が形成される。
【００８７】
以上説明した実施形態では、ステージ５がＹ軸方向へ移動することで、ローラ８と粉末供給部７がステージ５に対して相対移動したがこれに限定されない。ステージ５の配置が固定されて、ローラ８と粉末供給部７が共に移動するようにしてもよい。
【００８８】
加えて、ブレード８２が粉末供給部７に固定されて、ローラ８と粉末供給部７との間に隙間が無いように設けられてされていたが、ブレード８２と粉末供給部７は固定されていなくてもよい。ブレード８２を支持固定する支持部材が別に設けられていてもよい。
【００８９】
また、余分な粉末材料がローラ８に付着するのを低減するため、ローラ８を加熱する加熱部を設けてもよい。造型液が付着した下層の粉末が仮にローラ８に付着した場合に、加熱により造型液を蒸発させてローラとブレードの間に粉末材料が集積していくのを防止することができる。これにより、ローラとブレードの間に粉末材料が集積して、平坦化領域に粉末が落下して立体造形物の寸法精度が悪くなるのを防止することができる。
【００９０】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えてもよい。
【符号の説明】
【００９１】
１ 立体造形装置
５ ステージ
７ 粉末供給部
８ ローラ
８２ ブレード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末材料に対して造形液を吐出することにより立体造形物を形成する立体造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、粉末材料に造形液を供給することで立体造形物を形成する種々の立体造形装置が提案されている。例えば、特許文献１の立体造形装置は、ステージ上に供給された粉末材料を伸展ローラによりステージ上に拡散させて、粉末材料の堆積面を平坦化する。
【０００３】
そして、平坦化された粉末材料に対してプリントヘッドから結合剤溶液が吐出されて、粉末材料の所定の領域に吐出される。結合剤溶液が粉末材料に吐出されることで、粉末材料の粒子同士が結合される。この層の上にさらに粉末材料が供給されて、堆積された粉末材料の平坦化、結合剤溶液の吐出が繰り返されることで、立体造形物が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３３４５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術では、ステージ上に供給された粉末材料を伸展ローラにより平坦化する場合に、伸展ローラに集積した粉末材料が、平坦化された粉末材料の平坦化領域に飛散することがあった。平坦化領域の表面に余計な粉末が付着すると、立体造形物の寸法精度が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は、ステージに供給された粉末材料をローラで平坦化する場合に、ローラに付着した粉末材料がステージ上の平坦化領域などに飛散するのを防止して、寸法精度の高い立体造形物を形成できる立体造形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、第１発明の立体造形装置は粉末材料に対して造型液を滴下することで、立体造形物を形成する立体造形装置であって、前記粉末材料をステージに供給する粉末供給部と、前記粉末供給部より供給された粉末材料を平坦化するために回転するローラと、前記ローラに対向して設けられて、前記ローラに付着した粉末材料を除去する粉末除去板とを備えた平坦化部と、前記平坦化部を前記ステージに対して相対的に移動させて前記粉末材料を平坦化する移動機構を備え、前記移動機構により前記平坦化部が前記粉末材料を平坦化するときに、前記ステージに供給された粉末材料は、前記平坦化部により平坦化された平坦化領域と、前記平坦化部により平坦化されていない未平坦化領域を有し、前記粉末除去板は、前記移動機構により前記平坦化部が前記粉末材料を平坦化するときの前記未平坦化領域側であって、かつ、前記ローラの回転中心以下の位置で前記ローラに接することを特徴とする。
【０００８】
第２発明の立体造形装置は、上記第１発明の構成に加えて、前記移動機構により前記平坦化部が前記粉末材料を平坦化するときに、前記粉末供給部は前記平坦化部と共に前記ステージに対して相対移動し、前記粉末供給部は前記ローラよりも前記平坦化領域から遠い側に配置されることを特徴とする。
【０００９】
第３発明の立体造形装置は、上記第２発明に加えて、前記粉末除去板は前記ローラに対向する側とは反対側において、前記粉末供給部に固定されることを特徴とする。
【００１０】
第４発明の立体造形装置は、上記第１ないし第３発明のいずれかにおいて、前記移動機構は、前記ステージを移動させることで、前記平坦化部を前記ステージに対して相対移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１発明の立体造形装置によれば、粉末除去板は、移動機構により平坦化部が粉末材料を平坦化するときの未平坦化領域側であって、かつ、ローラの回転中心以下の位置でローラに接する。そのため、ステージに供給された粉末材料をローラで平坦化する場合に、ローラに付着した粉末材料がステージ上の平坦化領域などに飛散するのを防止して、寸法精度の高い立体造形物を形成できる。
【００１２】
第２発明の立体造形装置によれば、第１発明の効果に加え、平坦化部が粉末材料を平坦化するときに、粉末供給部は平坦化部と共にステージに対して相対移動し、粉末供給部はローラよりも平坦化領域から遠い側に配置される。そのため、平坦化領域に粉末材料が飛散するのをより効果的に防止することができ、寸法精度の高い立体造形物を形成できる。
【００１３】
第３発明の立体造形装置によれば、第２発明に加え、粉末除去板はローラに対向する側とは反対側において、粉末供給部に固定されるため、ローラと粉末供給部との間に粉末除去板を隙間無く配置することができる。そのため、平坦化領域に粉末材料が飛散するのをさらに確実に防止することができ、寸法精度の高い立体造形物を形成できる。
【００１４】
第４発明の立体造形装置によれば、第１発明ないし第３発明のいずれかに加え、移動機構はステージを移動させることで、平坦化部をステージに対して相対移動させるため、平坦化部に付着した粉末材料が平坦化部を移動することによる振動などで飛散して、平坦化領域の表面を荒らすことを防止できる。これにより、寸法精度の高い立体造形物を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態の立体造形装置を示す外観図である。
【図２】図１の立体造形装置の正面視における概略構成を示す図である。
【図３】図１の立体造形装置の側面視における内部の概略構成を示す図である。
【図４】ステージを拡大して示す概略斜視図である。
【図５】ヘッドを拡大して示す概略斜視図である。
【図６】ローラと粉末供給部を拡大して示す概略斜視図である。
【図７】（Ａ）本実施形態のローラとブレードを拡大して示す概略構成図、（Ｂ）従来例のローラとブレードを拡大して示す概略構成図である。
【図８】立体造形装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図９】立体造形装置の動作制御を示すフローチャートである。
【図１０】図９の構造形成処理を示すフローチャートである。
【図１１】図９の吐出処理を示すフローチャートである。
【図１２】立体造形装置の動作を模式的に示す図である。
【図１３】立体造形装置の動作を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、図１〜図７を用いて、本発明の好ましい実施形態を示す。図１に示すように、本実施形態の立体造形装置１は、例えば、ネットワーク３００を介してパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣとする）２００で作成された立体造形印刷用の座標データ、色データ等を受信する。立体造形装置１は、受信した座標データ、色データに基づいて、ステージ５上の粉末材料にインクジェットヘッド２１から造型液を吐出して立体造形物を作成する。以下、各構成について説明する。
【００１７】
立体造形装置１は、Ｘ軸方向を長手方向とする略直方体形状の筐体２を有し、その底面の略中央に、Ｙ軸方向（筐体２の前後方向）に伸びる２本のレール３が列設されている（図３参照）。２本のレ−ル３は、図１の筐体２のＹ軸負側（筐体２の前側）に設けられた支持部３１と図示しないＹ軸正側の支持部にそれぞれ支持されている。レール３はステージ支持台１２の貫通孔１４（図４参照）に挿通されており、ステージ支持台１２はこのレール３に沿ってＹ軸方向に移動可能である。
【００１８】
図３において、レール３のＹ軸正方向（図１の筐体２後方）の端部には図８のステージ駆動モータ５７が設けられる。図４のステージ支持台１２は、ステージ駆動モータ５７の駆動によってキャリッジベルトを介してレール３に沿ってＹ軸方向に往復移動されるようになっている。これによりステージ支持台１２の上部に固定されたステージ５がＹ軸方向へ移動する。
【００１９】
図１及び図４のステージ５は箱型形状であり、その中央部は直方体形状の空洞部５６を有している。また、ステージ支持台１２の中央には、空洞部５６に連通する円柱状の空洞部１３が形成されている。ステージ５のＹ軸正方向（筐体２の後方）にはローラ８によって移動された余剰分の粉末を回収するための図３及び図４の粉末回収口８７が設けられる。粉末回収口８７に投入された粉末材料は、回収路８９を通って粉末回収部８５へ回収される（図２参照）。
【００２０】
粉末回収部８５に回収された粉末材料はユーザによって、粉末供給部７へ投入される。また、図示しない吸引機構などにより、粉末供給部７へ自動的に再投入されるようにしてもよい。
【００２１】
昇降板５１はステージ５の空洞部５６内をＺ軸方向へ移動可能に設けられる。昇降板５１はステージ５上面と同じ位置から成形する立体造形物のＺ座標の範囲を移動する。昇降板５１の下面の中央には昇降板５１を支持するためのボールねじ５４が設けられる。昇降板５１は図８の昇降板モータ５３の駆動によりボールねじ５４が回転することで、空洞部５６の内部をＺ軸方向に移動する。なお、ボールねじ５４は図８の昇降板モータ５３を介して、ステージ５の空洞部５６に図示しない支持部材によりベアリングを介して設けられる。
【００２２】
また、図２に示すように、筐体２のＹ軸方向の略中央で、かつ、ステージ５の上方には、インクジェットヘッド２１のＸ軸方向への移動を案内するためのガイドレール９が架設されている。このガイドレール９のＸ軸負側（筐体２の左側）の端部付近に設けられたヘッドモータ２４（図８参照）と、Ｘ軸正側（筐体２の右側）の端部付近に設けられた図示しないプーリーとの間にキャリッジベルトが筐体２のＸ軸方向にわたって架設されている。
【００２３】
キャリッジベルトは図８のヘッドモータ２４を介して駆動し、これによりインクジェットヘッド２１が筐体２のＸ軸方向に往復移動されるようになっている。
【００２４】
また、立体造形装置１は、カラーの立体造形物を作成可能であり、立体造形用のシアンインク，マゼンタインク，イエローインク，ブラックインク、クリアインクが用いられている。図２のように、立体造形装置１のフレーム２２内のＸ軸負側には、各インクを収容したインク収容部３０がそれぞれ設けられている。
【００２５】
図２において、インク収容部３０は、インク供給用チューブ１０を介して、各色のインクジェットヘッド２１に接続されている。尚、このインク供給用チューブ１０は、ポリエチレン等からなる可撓性のチューブであり、立体造形装置１において、インクジェットヘッド２１の移動等に対応して屈曲や捩れが生じるような柔軟性を有する。
【００２６】
インクジェットヘッド２１は、図５において各インクを噴射するための、噴射チャンネル（図示外）をそれぞれ備えている。各噴射チャンネルには、各々個別に駆動される圧電アクチュエータが設けられ、各噴射チャンネルに対応してインクジェットヘッド２１の底面に孔設された微細な噴射ノズルから下向きに、インクの液滴が噴射されるように制御されている。
【００２７】
また、インクジェットヘッド２１がガイドレール９の左端（Ｘ軸負側）の退避位置に移動した位置には、各インクジェットヘッド２１のノズル面に対して密着・離脱が可能な吸引キャップを有するヘッド吸引機構２３が設けられている。
【００２８】
ヘッド吸引機構２３は、図示外の吸引ポンプとキャップを有する。ヘッド吸引機構２３は、図示外の昇降機構によってＺ軸方向に昇降可能に構成される。インクジェットヘッド２１が、ヘッド吸引機構２３の上側に移動されると、ヘッド吸引機構２３はＺ軸正方向に上昇する。
【００２９】
上昇したヘッド吸引機構２３は、インクジェットヘッド２１面に密着し、インクジェットヘッド２１の吐出口に各色の造形液が達するまで吸引を行う。各吸引キャップがインクジェットヘッド２１に密着しているときに、ポンプに接続された吸引キャップを介してインクの吸引を行うことが可能となっている。また、印刷が行われないときには、吸引キャップでインクジェットヘッド２１のノズル面が覆われ、インクの乾燥が防止される。
【００３０】
図１〜３、図６の粉末供給部７は立体造形に用いる粉末材料を収容するための箱形状の容器であって、ステージ５の上方であって筐体２のＸ軸正側（筐体２の右側）に設けられる粉末回収部８５の壁面に図示しない固定部材によって支持されている。粉末供給部７の上方の開放された投入口により、ユーザによって粉末材料が投入される。
【００３１】
粉末供給部７は、ステージ５上のＸ軸方向に線上に伸びる全領域に粉末材料を供給可能なように、粉末供給部７の下部に開口部７１を備えている（図６参照）。そのため、この開口部７１は、ステージ５のＸ軸方向に延びてステージのＸ軸方向の長さとほぼ同じ長さを有する。
【００３２】
図６において、粉末供給部７の開口部７１は図示しないシャッタ部材を有している。ステージ５上へ粉末供給を開始するときには、図８のシャッタモータ７２を介してシャッタ部材が移動して開口部７１が開放される。これにより、ステージ５上へ所定量の粉末材料が投下される。そして、ステージ５上への粉末供給が終わると、シャッタモータ７２によりシャッタ部材が開口部７１を閉鎖する。
【００３３】
ローラ８は、ステージ５上に供給された粉末材料を平坦化するために設けられる。図３及び図６に示すように、ローラ８は回転軸８１に接続されたローラモータ８３（図８参照）により図６の矢印Ｂ方向（反時計回り）へ回転する。ローラは回転軸８１が回転可能なように、図示しないベアリングなどを介して固定部材によりＸ軸正側に設けられた粉末回収部８５の壁部に固定されている（図１、図２参照）。
【００３４】
図６に示すように、ブレード８２はローラ８に付着した粉末材料を除去するために設けられ、平板状である。ローラ８に対向するブレード８２の先端部はローラ８の表面に押圧するように接している。
【００３５】
ブレード８２がローラ８に接する位置は回転中心Ｃ以下の位置Ｌ２である。なお、図中の直線Ｌ１は回転中心ＣのＺ軸方向の位置、直線Ｌ２はブレードがローラに接する接線である。
【００３６】
仮に、図７（Ｂ）の従来例に示すように、ブレード２８２の先端部がローラ２０８の回転中心よりもＺ軸正方向へ高い位置Ｌ３に配置されていた場合、ローラ２０８に付着した粉末材料はブレード２８２により掻き集められて再びローラ２０８の表面上へ堆積してしまう。ローラ２０８上へ集積した粉末材料はブレード２８２とローラ２０８との間に次々に集積してゆく。
【００３７】
そのため、ローラ２０８の端部やブレード２８２を乗り越えて、ステージ２５１の粉末材料が平坦化された平坦化領域Ｍ１に落下するおそれがある。つまり、ローラ２０８で平坦化しても平坦化領域Ｍ１が不均一になるおそれがある。
【００３８】
それに対して、図７（Ａ）に示す本実施例では、ブレード８２がローラ８に接する位置は回転中心以下の位置Ｌ２となっている。これにより、ブレード８２で除去された粉末材料はステージ５１上の未平坦化領域Ｍ２へ落下するので、ローラ８の表面で粉末材料が堆積することを防止することができる。すなわち、平坦化領域Ｍ１に余分な粉末材料が飛散するのを防止できるので、立体造形物の成形性を向上させることができる。なお、図７（Ａ）のローラ８及び図７（Ｂ）のローラ２０８は、ともに矢印Ｂ方向（反時計回り）に回転する。
【００３９】
また、図６に示すように、ブレード８２はローラ８に対向する側の反対側が粉末供給部７に固定部８４により固定される。このとき、ブレード８２が粉末供給部７に固定される位置は、開口部７１よりも平坦化領域に近い側に配置される。
【００４０】
すなわち、ブレード８２はローラ８と粉末供給部７との間に隙間無く連結されている。そのため、ローラ８で粉末材料を平坦化するときに、粉末材料が飛散しても、ブレード８２によって平坦化領域Ｍ１に粉末材料が飛散するのを遮ることができる。
【００４１】
また、図１２（Ｃ）のように、インクジェットヘッド２１側へ粉末材料が飛散して、インクジェットヘッド２１に粉末材料が付着して吐出口を詰まらせたりすることを防止することができる。なお、ブレード８２は導電性材料からなることが望ましい。静電気によりブレード８２に粉末材料が付着することを低減するためである。なお、ブレード８２は本発明の粉末除去板に相当する。また、ブレード８２とローラ８が本発明の平坦化部に相当する。
【００４２】
そして、図１に示すように、筐体２のＸ軸正側のフレーム部２２の正面には、立体造形装置１の操作を行うための操作パネル２８が設けられている。操作パネル２８には、各種のランプ、ディスプレイが設けられている。また、操作パネル２８には、操作指示のための各種のボタンが設けられている。
【００４３】
次に、図８を用いて、本実施形態の立体造形装置１の電気的構成を説明する。立体造形装置１には、立体造形装置１の主制御を司るＣＰＵ１１０が設けられており、ＣＰＵ１１０には、バス１９０を介し、ＲＯＭ１２０、フラッシュＲＡＭ１３０が接続されている。制御部４０はＣＰＵ１１０、ＲＯＭ１２０、フラッシュＲＡＭ１３０を有している。
【００４４】
ＣＰＵ１１０は、フラッシュＲＡＭ１３０及びＲＯＭ１２０と協動して、各種演算、処理を行う。ＲＯＭ１２０は、立体造形装置１の動作を制御するための制御プログラム、印刷処理を実行するための印刷実行プログラム等を記憶している。フラッシュＲＡＭ１３０には、ＰＣ２００から通信制御部１６０を介して受信した座標データが記憶される。座標データには座標データに関連付けられた色データも含まれる。
【００４５】
またＣＰＵ１１０には、バス１９０を介して、ヘッド駆動部１４０と、モータ駆動部１５０と、通信制御部１６０とが接続されている。
【００４６】
ヘッド駆動部１４０は、インク噴射を行うインクジェットヘッド２１の各噴射チャンネルに設けられた圧電アクチュエータ（図示外）を駆動させる。ヘッド駆動部１４０は、ＣＰＵ１１０からの吐出信号と色データとに従って、造形液の吐出タイミングと吐出すべき造形液の色を決定する。
【００４７】
決定された造形液の色は、色選択信号としてインクジェットヘッド２１に供給される。インクジェットヘッド２１は、色選択信号に従って、各色のヘッドのうち、吐出すべき色のヘッドから造形液を吐出する。
【００４８】
モータ駆動部１５０は、ヘッドモータ２４、ステージ駆動モータ５７、昇降板モータ５３、ローラモータ８３、シャッタモータ７２をそれぞれ制御して駆動させる。
【００４９】
ヘッドモータ２４は、インクジェットヘッド２１を搭載したキャリッジ（図示外）を駆動する。これによりインクジェットヘッド２１がＸ軸方向へ移動する（図１及び図２参照）。
【００５０】
ステージ駆動モータ５７は、粉末材料が載置されたステージ５を送り出すタイミングや速度を調整するステージローラ（図示外）を駆動する。これによりステージ５がＹ軸方向へ移動する（図３参照）。なお、ステージ駆動モータ５７及びモータ駆動部１５０が本発明の移動機構に相当する。
【００５１】
昇降板モータ５３は、昇降板５１を支持するボールねじ５４を回転させることで、昇降板５１をＺ軸方向に移動させる（図１参照）。
【００５２】
ローラモータ８３は、ローラ８の回転軸８１を回転させることで、ローラ８を所定の方向に回転させる。ここでは、ローラモータ８３の駆動により、ローラ８が図６の矢印Ｂ方向（反時計回り）へ回転する。
【００５３】
シャッタモータ７２は粉末供給部７の図６の開口部７１を塞ぐシャッタ（図示外）を移動させる。シャッタが移動することにより、粉末供給部７の開口部７１が開放されたり塞がれたりする。開口部７１が開放されると粉末供給部７内の粉末材料がステージ５へ投下される。
【００５４】
これらのモータは、エンコーダを内蔵するステッピングモータ等であり、移動量、原点位置、回転速度等を検出可能である。検出されたこれらの移動量、原点位置、回転速度等のデータはバス１９０を介してＣＰＵ１１０に送信される。ＣＰＵ１１０は送信されたこれらのデータに基づいてモータ駆動部１５０に駆動のための信号を送信する。
【００５５】
さらに、ＣＰＵ１１０には、バス１９０を介して、通信制御部１６０、操作パネル２８、ヘッド吸引機構２３が接続されている。
【００５６】
通信制御部１６０は、立体造形装置１と外部との通信を行う。外部装置であるＰＣ２００から、この通信制御部１６０を介して必要な印刷データを受信してフラッシュＲＡＭ１３０に記憶する。
【００５７】
操作パネル２８は立体造形装置１の起動、停止、印刷開始等の操作をユーザから受け付けるための様々な入力ボタンを有する。操作パネル２８に対して入力されたユーザからの操作は、操作信号としてＣＰＵ１１０に送信される（図１参照）。
【００５８】
ヘッド吸引機構２３は、ＣＰＵ１１０からの信号に従い、Ｚ軸方向への昇降、図５のインクジェットヘッド２１へのキャップの装着、及びインクジェットヘッド２１の吸引を行う。
【００５９】
次に、図９〜図１１を用いて、立体造形装置１の動作制御について説明する。
【００６０】
図９に示す処理では、まず、制御部４０に電源ＯＮの指令が供給され、立体造形装置１の駆動が開始される。立体造形装置１の駆動が開始されると、ステップＳ０（以下、Ｓ０とする）で初期化処理が行われる。具体的には、ヘッド吸引機構２３により、インクジェットヘッド２１の下面の複数の吐出口に造形液が達するまで吸引が行われる（図１参照）。この吸引により、インクジェットヘッド２１が吐出可能な状態となる。
【００６１】
また、図１に示す昇降板５１をステージ５表面と同じ位置から初期設定として予め定められるＺ座標分だけ、図８のモータ駆動部１５０、昇降板モータ５３を介して昇降板５１をＺ軸負方向に移動させる。このときＺ負方向へ移動するＺ座標は、立体造形物の１層目の厚さに対応する。一例として、約１００μｍ程度である。
【００６２】
初期化処理が行われると、Ｓ１では、ＰＣ２００からの座標データの受信があったか否かが判断される。座標データを受信すると、フラッシュＲＡＭ１３０に座標データを記憶する（Ｓ２）。座標データを受信していないと判定されると（Ｓ１：Ｎｏ）、ユーザにより立体造形物に関するデータがＰＣ２００、及びバス１９０を介して制御部４０に供給されていないため、ループ待機する。
【００６３】
一方、フラッシュＲＡＭ１３０に座標データを記憶すると、処理が次のＳ３に移る。最初にＳ２からＳ３に処理が移るとき、フラッシュＲＡＭ１３０により記憶されている座標データのＺ座標のうち、最小のＺ座標を有する座標データが現在の座標位置Ｚとして指定される。
【００６４】
次に、Ｓ３で構造形成処理が行われる。この構造形成処理により、ステージ５上にある座標位置Ｚにおける少なくとも１層分の粉末材料が供給される。また、ステージ５に供給された粉末材料が平坦化される。
【００６５】
Ｓ４では、吐出処理が行われる。この吐出処理により、ステージ５に供給された粉末材料に造形液が吐出される。造形液の吐出により、粉末材料が造型液に溶解して互いに結合される。粉末材料が結合されることで、造形される立体造形物のうちの１層の造形がなされる。また、２層以上積層させる場合には、下層との結合造形もなされる。なお、着色された造形液の場合は、Ｓ４において、造形と同時に立体造形物の着色がなされる。
【００６６】
Ｓ５は、造形が終了したか否かが判定される。造形終了でないと判定されると（Ｓ５：Ｎｏ）、処理がＳ６に移る。処理がＳ６に移ると、現在の座標位置Ｚを、フラッシュＲＡＭ１３０に記憶されている座標位置Ｚのうち、現在の座標位置Ｚの次の座標位置Ｚに変更する。そして、その座標位置に対応させてモータ駆動部１５０、昇降板モータ５３を介して昇降板５１をＺ軸負方向に移動させる。そして、Ｓ５の構造形成処理に移る。
【００６７】
一方、Ｓ５において、造形終了と判定されると（Ｓ５：Ｙｅｓ）、このフローが終了する。具体的には、制御部４０に電源ＯＦＦの指令が供給されたか、またはフラッシュＲＡＭ４２に記憶されている全ての座標位置Ｚに対する処理が完了したときに、造形終了と判定される。
【００６８】
次に、図１０を用いて、図９に示す動作制御におけるＳ３の構造形成処理について具体的に説明する。図１０に示す構造形成処理では、まず、Ｓ３１で現在の座標位置ＺにおけるデータがフラッシュＲＡＭ１３０から読み出される。読み出されるデータは、座標位置Ｚにおける座標（Ｘ、Ｙ）の座標データである。
【００６９】
Ｓ３２では、粉末供給処理が行われる。図６のように、粉末供給部７の開口部７１はシャッタが移動することにより開放されて、ステージ５の一端部にＸ軸方向に線状に供給される。ここで、供給される粉末材料の量は、現在の座標位置Ｚにおけるステージ５上の成形領域の全ての座標（Ｘ、Ｙ）に対し、粉末材料が供給される量に調整される。
【００７０】
そして、ローラモータ８３を駆動させることにより、ローラ８を回転させる（図１、８参照）。ローラ８の回転数は、一例として５ｒｐｍ／ｓ程度である。
【００７１】
Ｓ３３では、粉末材料を平坦化するために、ステージ５をＹ軸方向へ移動制御を行う。具体的には、図８のモータ駆動部１５０、ステージ駆動モータ５７の駆動により、ステージ５がＹ軸負方向へ移動する。これにより、ローラ８はステージ５の一端部から他端部へＹ軸方向へ相対的に水平移動することになる。一例として、ステージ５の移動速度は概ね５０〜３００ｍｍ／ｓ程度である。
【００７２】
Ｓ３３の処理が行われると、図１０に示す構造形成処理が完了し、図９に示すＳ４の吐出処理に移る。
【００７３】
続いて、図１１を用いて、図９に示す動作制御におけるＳ４の吐出処理について具体的に説明する。図１１に示す吐出処理では、まずＳ４１で、現在の座標位置ＺにおけるデータがフラッシュＲＡＭ１３０から読み出される。読み出されるデータは、座標位置Ｚにおける座標（Ｘ、Ｙ）の座標データである。
【００７４】
データが読み出されると、Ｓ４２では、図１のインクジェットヘッド２１を図８のモータ駆動部１５０、ヘッドモータ２４を介して、Ｘ軸方向に所定の距離だけ移動して、初期位置へ移動させる。
【００７５】
Ｓ４３では、所定の座標に対して、制御部４０からの吐出信号に基づいてインクジェットヘッド２１による造形液の吐出を行う。それと共に、インクジェットヘッド２１をヘッドモータ２４を介してＸ軸方向に移動させる。これらは、フラッシュＲＡＭ１３０に記憶された立体造形物の位置座標データに応じて、移動及び吐出が行われる。
【００７６】
また、ステージ駆動モータ５７を駆動させて、ステージ５をＹ軸正方向へ移動させる（図１、８参照）。すなわち、インクジェットヘッド２１のＸ軸方向の往復移動が１ラインずつ行われ、インクジェットヘッド２１のＸ軸方向往復移動が１ライン完了すると、Ｙ軸正方向のあらかじめ定められた次のラインまでステージ５が移動される。このようにして、インクジェットヘッド２１は、初期位置からＹ軸正方向に向けて、Ｘ軸方向に１ラインずつ相対的に移動される。
【００７７】
Ｓ４３の処理により、現在の座標位置Ｚに対応した立体造形物の１層の全ラインに対する吐出が為される。現在の座標位置Ｚにおける吐出処理が終了すると、処理が、図９に示すＳ５に移る。
【００７８】
次に、立体造形装置１のローラ８と粉末供給部７に対するステージ５の移動について、模式的に示す図１２及び図１３を用いて説明する。
【００７９】
図１２（Ａ）において、まず図８の昇降板モータ５３が駆動されることにより、昇降板５１がステージ５表面と同じ位置からＺ軸負方向（矢印Ａ方向）へ所定のＺ座標の位置まで降下する。図１２（Ａ）の位置がステージ５の初期位置である。
【００８０】
次に、図１２（Ｂ）において、シャッタモータ７２が駆動されて開口部７１が開放されることにより（図６、８参照）、粉末供給部７から粉末材料がステージ５上へ供給される。粉末材料をステージ５上へ供給した後、ローラ８の矢印Ｂ方向への回転が開始される。また、ステージ５のＹ軸負方向（矢印Ｃ方向）への移動が開始される。
【００８１】
図１２（Ｃ）において、ステージ５がさらにＹ軸負方向（矢印Ｃ方向）へ移動すると、ローラ８によりステージ５上の粉末材料が平坦化される。ステージ５上の粉末材料のうち、ローラ８によって平坦化された領域である平坦化領域Ｍ１が形成される。平坦化領域Ｍ１は、ローラ８に対してステージ５が移動する側であるＹ軸負側に形成される。ローラ８に対してＹ軸正側のステージ５上には、まだ平坦化されていない粉末材料が堆積しており、この領域が未平坦化領域Ｍ２である。
【００８２】
また、ローラ８と粉末供給部７はその配置が固定されており、ステージ５が移動することで、ローラ８と粉末供給部７が共にステージ５に対して相対移動する。仮に、粉末供給部７がステージ５と共に移動すると、粉末供給部７が平坦化領域Ｍ１の上方に配置される場合がある。
【００８３】
このような場合には、粉末供給部７の開口部７１等（図６参照）に付着した飛散粉末が平坦化領域Ｍ１に落下して、平坦化領域Ｍ１の表面を不均一にして荒らす可能性がある。
【００８４】
本実施形態のように、ローラ８と粉末供給部７が共にステージ５に対して相対移動することで、粉末供給部７は常に未平坦化領域Ｍ２上に配置される。これにより、平坦化領域Ｍ１の表面へ粉末供給部に付着した余分な粉末等が飛散することを低減することができる。そのため、立体造形物の成形性や寸法精度が向上する。
【００８５】
そして、図１３（Ｄ）において、ステージ５がさらにＹ軸負方向（矢印Ｃ方向）へ移動するにつれて、ステージ５上の粉末材料が平坦化され、平坦化領域Ｍ１がさらに形成されていく。図１３（Ｅ）のように、さらにステージ５がＹ軸負方向へ移動すると、余剰分の粉末材料は図示外の粉末回収口へ落下する。
【００８６】
このように、座標データにより定められる昇降板５１上の所定の領域全てにインクジェットヘッド２１から造型液が吐出されると、１層目の形成が終了する。ステージ５はＹ軸正方向へ移動して原点位置まで移動すると、一連の動作が繰り返されて積層されて立体造形物が形成される。
【００８７】
以上説明した実施形態では、ステージ５がＹ軸方向へ移動することで、ローラ８と粉末供給部７がステージ５に対して相対移動したがこれに限定されない。ステージ５の配置が固定されて、ローラ８と粉末供給部７が共に移動するようにしてもよい。
【００８８】
加えて、ブレード８２が粉末供給部７に固定されて、ローラ８と粉末供給部７との間に隙間が無いように設けられてされていたが、ブレード８２と粉末供給部７は固定されていなくてもよい。ブレード８２を支持固定する支持部材が別に設けられていてもよい。
【００８９】
また、余分な粉末材料がローラ８に付着するのを低減するため、ローラ８を加熱する加熱部を設けてもよい。造型液が付着した下層の粉末が仮にローラ８に付着した場合に、加熱により造型液を蒸発させてローラとブレードの間に粉末材料が集積していくのを防止することができる。これにより、ローラとブレードの間に粉末材料が集積して、平坦化領域に粉末が落下して立体造形物の寸法精度が悪くなるのを防止することができる。
【００９０】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えてもよい。
【符号の説明】
【００９１】
１ 立体造形装置
５ ステージ
７ 粉末供給部
８ ローラ
８２ ブレード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末材料に対して造型液を滴下することで、立体造形物を形成する立体造形装置であって、
前記粉末材料をステージに供給する粉末供給部と、
前記粉末供給部より供給された粉末材料を平坦化するために回転するローラと、前記ローラに対向して設けられて、前記ローラに付着した粉末材料を除去する粉末除去板とを備えた平坦化部と、
前記平坦化部を前記ステージに対して相対的に移動させて前記粉末材料を平坦化する移動機構を備え、
前記移動機構により前記平坦化部が前記粉末材料を平坦化するときに、前記ステージに供給された粉末材料は、前記平坦化部により平坦化された平坦化領域と、前記平坦化部により平坦化されていない未平坦化領域を有し、
前記粉末除去板は、前記移動機構により前記平坦化部が前記粉末材料を平坦化するときの前記未平坦化領域側であって、かつ、前記ローラの回転中心以下の位置で前記ローラに接することを特徴とする立体造形装置。
【請求項２】
前記移動機構により前記平坦化部が前記粉末材料を平坦化するときに、前記粉末供給部は前記平坦化部と共に前記ステージに対して相対移動し、
前記粉末供給部は前記ローラよりも前記平坦化領域から遠い側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の立体造形装置。
【請求項３】
前記粉末除去板は前記ローラに対向する側とは反対側において、前記粉末供給部に固定されることを特徴とする請求項２に記載の立体造形装置。
【請求項４】
前記移動機構は、前記ステージを移動させることで、前記平坦化部を前記ステージに対して相対移動させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の立体造形装置。
【請求項１】
粉末材料に対して造型液を滴下することで、立体造形物を形成する立体造形装置であって、
前記粉末材料をステージに供給する粉末供給部と、
前記粉末供給部より供給された粉末材料を平坦化するために回転するローラと、前記ローラに対向して設けられて、前記ローラに付着した粉末材料を除去する粉末除去板とを備えた平坦化部と、
前記平坦化部を前記ステージに対して相対的に移動させて前記粉末材料を平坦化する移動機構を備え、
前記移動機構により前記平坦化部が前記粉末材料を平坦化するときに、前記ステージに供給された粉末材料は、前記平坦化部により平坦化された平坦化領域と、前記平坦化部により平坦化されていない未平坦化領域を有し、
前記粉末除去板は、前記移動機構により前記平坦化部が前記粉末材料を平坦化するときの前記未平坦化領域側であって、かつ、前記ローラの回転中心以下の位置で前記ローラに接することを特徴とする立体造形装置。
【請求項２】
前記移動機構により前記平坦化部が前記粉末材料を平坦化するときに、前記粉末供給部は前記平坦化部と共に前記ステージに対して相対移動し、
前記粉末供給部は前記ローラよりも前記平坦化領域から遠い側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の立体造形装置。
【請求項３】
前記粉末除去板は前記ローラに対向する側とは反対側において、前記粉末供給部に固定されることを特徴とする請求項２に記載の立体造形装置。
【請求項４】
前記移動機構は、前記ステージを移動させることで、前記平坦化部を前記ステージに対して相対移動させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の立体造形装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１６６４８７（Ｐ２０１２−１６６４８７Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３０４７４（Ｐ２０１１−３０４７４）
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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