造形方法
【課題】従来の造形方法では、造形装置の信頼性を維持することが困難である。
【解決手段】造形対象である立体を複数の断面要素に分割し、前記断面要素ごとに、石膏１７５を樹脂１７７で束ねた構成を有する石膏カプセル１７３を層状に敷くことによって、石膏カプセル１７３で層を形成する層形成工程と、前記層に液状体を塗布することによって、前記層に前記液状体で前記断面要素を断面パターンとして描画する描画工程と、を前記複数の断面要素にわたって順次に実施する造形工程を含み、樹脂１７７は、前記液状体に対して可溶性を有しており、石膏１７５は、前記液状体の塗布を受けて硬化する性質を有している、ことを特徴とする造形方法。
【解決手段】造形対象である立体を複数の断面要素に分割し、前記断面要素ごとに、石膏１７５を樹脂１７７で束ねた構成を有する石膏カプセル１７３を層状に敷くことによって、石膏カプセル１７３で層を形成する層形成工程と、前記層に液状体を塗布することによって、前記層に前記液状体で前記断面要素を断面パターンとして描画する描画工程と、を前記複数の断面要素にわたって順次に実施する造形工程を含み、樹脂１７７は、前記液状体に対して可溶性を有しており、石膏１７５は、前記液状体の塗布を受けて硬化する性質を有している、ことを特徴とする造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、立体を造形する方法（造形方法）の１つとして、積層法が知られている。積層法では、一般的に、立体の外形を規定する複数の断面要素のそれぞれを、順次に断面パターンとして形成しながら積層することによって立体が造形され得る。
このような積層法では、従来、液体バインダー法と呼ばれる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００３−５３１２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載された液体バインダー法では、層状に敷きつめた粉末材料の層に液体のバインダーで断面要素を描画することによって、断面パターンを形成する方法が採用されている。このような液体バインダー法は、粉末積層法とも呼ばれる。
また、上記特許文献１には、粉末材料の層に断面要素を描画する方法として、インクジェット法が記載されている。
【０００５】
ところで、粉末材料は、飛散しやすい。上記の液体バインダー法では、粉末材料が用いられるので、粉末材料の飛散によって、インクジェットヘッドに粉末材料が付着しやすい。インクジェットヘッドに粉末材料が付着すると、例えば、ノズルの目詰まりなどの吐出性能の低下が発生しやすくなる。
つまり、従来の造形方法では、造形装置の信頼性を維持することが困難であるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現され得る。
【０００７】
［適用例１］造形対象である立体を複数の断面要素に分割し、前記断面要素ごとに、粉末を樹脂で束ねた構成を有する粉束を層状に敷くことによって、前記粉束で粉束層を形成する層形成工程と、前記粉束層に液状体を塗布することによって、前記粉束層に前記液状体で前記断面要素を断面パターンとして描画する描画工程と、を前記複数の断面要素にわたって順次に実施する造形工程を含み、前記樹脂は、前記液状体に対して可溶性を有しており、前記粉末は、前記液状体の塗布を受けて硬化する性質を有している、ことを特徴とする造形方法。
【０００８】
この適用例の造形方法は、造形工程を含む。
造形工程では、造形対象である立体を複数の断面要素に分割し、断面要素ごとに、層形成工程と描画工程とを、複数の断面要素にわたって順次に実施する。
層形成工程では、粉末を樹脂で束ねた構成を有する粉束を層状に敷くことによって、粉束で粉束層を形成する。
描画工程では、粉束層に液状体を塗布することによって、粉束層に液状体で断面要素を断面パターンとして描画する。
【０００９】
この造形方法では、樹脂は、液状体に対して可溶性を有している。粉末は、液状体の塗布を受けて硬化する性質を有している。このため、粉束層に液状体で断面パターンを描画すると、断面パターンに重なる粉束では、液状体が樹脂を溶かしてから、粉末に塗布される。これにより、断面パターンに重なる領域において、粉末が硬化する。この結果、断面パターンが形成され得る。そして、この造形方法では、層形成工程と描画工程とを、複数の断面要素にわたって順次に実施するので、複数の断面パターンが重なった立体が造形され得る。
この造形方法によれば、粉末を樹脂で束ねた構成を有する粉束で粉束層を形成するので、粉末の飛散を発生させにくくすることができる。この結果、造形装置などへの付着を低く抑えやすくすることができるので、造形装置の信頼性を維持しやすくすることができる。
【００１０】
［適用例２］上記の造形方法であって、前記粉束は、前記粉末をフィルム状の前記樹脂で包んだ構成を有している、ことを特徴とする造形方法。
【００１１】
この適用例では、粉束は、粉末をフィルム状の樹脂で包んだ構成を有している。これにより、粉末をフィルム状の樹脂で包んだ構成を有する粉束で粉束層を形成することができる。
【００１２】
［適用例３］上記の造形方法であって、前記層形成工程において、複数の前記粉束を並べることによって、前記粉束層を形成する、ことを特徴とする造形方法。
【００１３】
この適用例では、層形成工程において、複数の粉束を並べることによって、粉束層を形成することができる。
【００１４】
［適用例４］上記の造形方法であって、前記液状体は、水を含んでおり、前記樹脂は、水溶性を示し、前記粉末は、前記水の塗布を受けて硬化する性質である水硬性を有している、ことを特徴とする造形方法。
【００１５】
この適用例では、液状体は、水を含んでいる。樹脂は、水溶性を示す。また、粉末は、水硬性を有している。水硬性は、水の塗布を受けて硬化する性質である。
上記の構成により、水を含んだ液状体で断面パターンを形成することができる。
【００１６】
［適用例５］上記の造形方法であって、前記粉末は、石膏である、ことを特徴とする造形方法。
【００１７】
この適用例では、粉末は、石膏である。これにより、石膏に水を含む液状体を塗布することによって断面パターンを形成することができる。
【００１８】
［適用例６］上記の造形方法であって、前記樹脂は、前記液状体に溶けることによって、前記粉末のバインダーとして機能する、ことを特徴とする造形方法。
【００１９】
この適用例では、樹脂が、液状体に溶けることによって、粉末のバインダーとして機能するので、粉末同士をつなぎとめやすくすることができる。この結果、断面パターンの強度を高めやすくすることができるので、造形された造形物の強度を高めやすくすることができる。
【００２０】
［適用例７］上記の造形方法であって、前記液状体は、色素を含有している、ことを特徴とする造形方法。
【００２１】
この適用例では、液状体は、色素を含有している。これにより、着色された断面パターンを形成することができる。
【００２２】
［適用例８］上記の造形方法であって、前記描画工程では、前記液状体をインクジェット法で前記粉束層に吐出することによって、前記粉束層に前記断面パターンを描画する、ことを特徴とする造形方法。
【００２３】
この適用例では、描画工程において、液状体をインクジェット法で粉束層に吐出することによって、粉束層に断面パターンを描画することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態における造形システムの概略の構成を示す斜視図。
【図２】本実施形態における造形装置の概略の構成を示す斜視図。
【図３】本実施形態におけるキャリッジを図２中のＡ視方向に見たときの正面図。
【図４】本実施形態における吐出ヘッドの底面図。
【図５】図３中のＢ−Ｂ線における断面図。
【図６】本実施形態における造形システムの概略の構成を示すブロック図。
【図７】本実施形態における描画処理の流れを示す図。
【図８】本実施形態における造形方法の流れを示す図。
【図９】本実施形態における複数の断面要素を説明する図。
【図１０】本実施形態における積層体を説明する断面図。
【図１１】本実施形態における造形方法の流れを示す図。
【図１２】図１１（ａ）中のＤ部の拡大図。
【図１３】本実施形態における石膏カプセルの製造方法の流れを示す図。
【図１４】本実施形態における造形方法の流れを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図面を参照しながら、実施形態について説明する。なお、各図面において、それぞれの構成を認識可能な程度の大きさにするために、構成や部材の縮尺が異なっていることがある。
本実施形態の造形システム１は、図１に示すように、コンピューター３と、造形装置５と、を有している。
コンピューター３は、造形対象である立体７の形状データから、複数の断面要素を抽出するための演算処理を行う。また、コンピューター３は、抽出した断面要素のデータ（以下、断面データと呼ぶ）を造形装置５に出力する。
造形装置５は、コンピューター３から出力される断面データに基づいて、断面要素を描画し、描画した断面要素を順次に積層することによって、立体７を造形する。
【００２６】
実施形態における造形装置５は、概略の構成を示す斜視図である図２に示すように、テーブル９と、テーブル搬送装置１１と、キャリッジ１２と、キャリッジ搬送装置１３と、キャリッジ昇降装置１５と、を有している。
キャリッジ１２には、ヘッドユニット１４が設けられている。
造形装置５では、ヘッドユニット１４とワークＷとの平面視での相対位置を変化させつつ、ヘッドユニット１４から液状体を液滴として吐出させることによって、ワークＷに液状体で所望のパターンを描画することができる。本実施形態では、造形装置５は、コンピューター３（図１）から出力される断面データに基づいて、ワークＷに断面要素を描画する。
なお、図中のＹ方向はワークＷの移動方向を示し、Ｘ方向は平面視でＹ方向とは直交する方向を示している。また、Ｘ方向及びＹ方向によって規定されるＸＹ平面と直交する方向は、Ｚ方向として規定される。
【００２７】
テーブル搬送装置１１は、図２に示すように、定盤２１と、ガイドレール２３ａと、ガイドレール２３ｂと、を有している。
定盤２１は、例えば石などの熱膨張係数が小さい材料で構成されており、Ｙ方向に沿って延びるように据えられている。ガイドレール２３ａ及びガイドレール２３ｂは、定盤２１の上面２１ａ上に配設されている。ガイドレール２３ａ及びガイドレール２３ｂは、それぞれ、Ｙ方向に沿って延在している。ガイドレール２３ａとガイドレール２３ｂとは、互いにＸ方向に隙間をあけた状態で並んでいる。
テーブル９は、ガイドレール２３ａ及びガイドレール２３ｂを挟んで定盤２１の上面２１ａに対向した状態で設けられている。テーブル９は、定盤２１から浮いた状態でガイドレール２３ａ及びガイドレール２３ｂ上に載置されている。テーブル９は、ワークＷが載置される面であるテーブル面９ａを有している。テーブル面９ａは、定盤２１側とは反対側（上側）に向けられている。テーブル９は、ガイドレール２３ａ及びガイドレール２３ｂによってＹ方向に沿って案内され、定盤２１上をＹ方向に沿って往復移動可能に構成されている。
【００２８】
テーブル９は、図示しない移動機構及び動力源によって、Ｙ方向に往復動可能に構成されている。移動機構としては、例えば、ボールねじとボールナットとを組み合わせた機構や、リニアガイド機構などが採用され得る。本実施形態では、テーブル９をＹ方向に沿って移動させるための動力源として、後述するテーブル搬送モーターが採用されている。テーブル搬送モーターとしては、ステッピングモーター、サーボモーター、リニアモーターなどの種々のモーターが採用され得る。
テーブル搬送モーターからの動力は、移動機構を介してテーブル９に伝達される。これにより、テーブル９は、ガイドレール２３ａ及びガイドレール２３ｂに沿って、すなわちＹ方向に沿って往復移動することができる。つまり、テーブル搬送装置１１は、テーブル９のテーブル面９ａに載置されたワークＷを、Ｙ方向に沿って往復移動させることができる。
また、テーブル搬送装置１１は、後述するテーブル位置検出装置を有している。テーブル位置検出装置は、テーブル９のＹ方向における位置を検出する。テーブル位置検出装置での検出結果に基づいて、ワークＷのＹ方向における位置が把握され得る。
【００２９】
ヘッドユニット１４は、キャリッジ１２を図２中のＡ視方向に見たときの正面図である図３に示すように、ヘッドプレート３１と、吐出ヘッド３３と、を有している。
吐出ヘッド３３は、底面図である図４に示すように、ノズル面３５を有している。ノズル面３５には、複数のノズル３７が形成されている。なお、図４では、ノズル３７をわかりやすく示すため、ノズル３７が誇張され、且つノズル３７の個数が減じられている。
吐出ヘッド３３において、複数のノズル３７は、Ｙ方向に沿って配列する１２本のノズル列３９を構成している。１２本のノズル列３９は、Ｘ方向に互いに隙間をあけた状態で並んでいる。各ノズル列３９において、複数のノズル３７は、Ｙ方向に沿って所定のノズル間隔Ｐで形成されている。
【００３０】
以下において、１２本のノズル列３９のそれぞれが識別される場合に、ノズル列３９ａ、ノズル列３９ｂ、ノズル列３９ｃ、ノズル列３９ｄ、ノズル列３９ｅ、ノズル列３９ｆ、ノズル列３９ｇ、ノズル列３９ｈ、ノズル列３９ｉ、ノズル列３９ｊ、ノズル列３９ｋ、及びノズル列３９ｍという表記が用いられる。
吐出ヘッド３３において、ノズル列３９ａとノズル列３９ｂとは、互いにＹ方向にＰ／２の距離だけずれている。ノズル列３９ｃ及びノズル列３９ｄも、互いにＹ方向にＰ／２の距離だけずれている。同様に、ノズル列３９ｅ及びノズル列３９ｆも、互いにＹ方向にＰ／２の距離だけずれており、ノズル列３９ｇ及びノズル列３９ｈも、互いにＹ方向にＰ／２の距離だけずれている。同様に、ノズル列３９ｉ及びノズル列３９ｊも、互いにＹ方向にＰ／２の距離だけずれており、ノズル列３９ｋ及びノズル列３９ｍも、互いにＹ方向にＰ／２の距離だけずれている。
【００３１】
吐出ヘッド３３は、図３中のＢ−Ｂ線における断面図である図５に示すように、ノズルプレート４６と、キャビティープレート４７と、振動板４８と、複数の圧電素子４９と、を有している。
ノズルプレート４６は、ノズル面３５を有している。複数のノズル３７は、ノズルプレート４６に設けられている。
キャビティープレート４７は、ノズルプレート４６のノズル面３５とは反対側の面に設けられている。キャビティープレート４７には、複数のキャビティー５１が形成されている。各キャビティー５１は、各ノズル３７に対応して設けられており、対応する各ノズル３７に連通している。各キャビティー５１には、図示しないタンクから機能液５３（液状体）が供給される。
【００３２】
振動板４８は、キャビティープレート４７のノズルプレート４６側とは反対側の面に設けられている。振動板４８は、Ｚ方向に振動（縦振動）することによって、キャビティー５１内の容積を拡大したり、縮小したりする。
複数の圧電素子４９は、それぞれ、振動板４８のキャビティープレート４７側とは反対側の面に設けられている。各圧電素子４９は、各キャビティー５１に対応して設けられており、振動板４８を挟んで各キャビティー５１に対向している。各圧電素子４９は、駆動信号に基づいて、伸張する。これにより、振動板４８がキャビティー５１内の容積を縮小する。このとき、キャビティー５１内の機能液５３に圧力が付与される。その結果、ノズル３７から、機能液５３が液滴５５として吐出される。吐出ヘッド３３による液滴５５の吐出法は、インクジェット法の１つである。インクジェット法は、塗布法の１つである。
【００３３】
上記の構成を有する吐出ヘッド３３は、図３に示すように、ノズル面３５がヘッドプレート３１から突出した状態で、ヘッドプレート３１に支持されている。
キャリッジ１２は、図３に示すように、ヘッドユニット１４を支持している。ここで、ヘッドユニット１４は、ノズル面３５がＺ方向の下方に向けられた状態でキャリッジ１２に支持されている。
なお、本実施形態では、縦振動型の圧電素子４９が採用されているが、機能液５３に圧力を付与するための加圧手段は、これに限定されず、例えば、下電極と圧電体層と上電極とを積層形成した撓み変形型の圧電素子も採用され得る。また、加圧手段としては、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズルから液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなども採用され得る。さらに、発熱体を用いてノズル内に泡を発生させ、その泡によって機能液に圧力を付与する構成も採用され得る。
【００３４】
本実施形態では、機能液５３として、水を含む液状体が採用されている。
また、機能液５３に、顔料や染料等の色素や、親液性や撥液性等の表面改質材料などの機能性材料を添加することによって、固有の機能を有する機能液５３を生成することができる。
顔料や染料等の色素を含有する機能液５３では、例えば、ワークＷに描画する断面要素をカラー表現することができる。以下において、顔料や染料等の色素を含有する機能液５３は、カラー塗料と呼ばれる。
また、機能液５３としては、例えば、光透過性を有する機能液５３を採用することもできる。以下において、光透過性を有する機能液５３は、透光塗料と呼ばれる。
本実施形態では、機能液５３として、相互に色が異なる５種類のカラー塗料と、光透過性を有する機能液５３とが採用されている。
５種類のカラー塗料において、相互に異なる色は、それぞれ、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）及びホワイト（Ｗ）である。
なお、以下において、５種類の機能液５３を色ごとに識別する場合に、機能液５３Ｙ、機能液５３Ｍ、機能液５３Ｃ、機能液５３Ｋ、及び機能液５３Ｗという表記が用いられる。
【００３５】
カラー塗料に適用され得る顔料としては、例えば、有機顔料の一種であるアゾ系顔料や、多環式系顔料などが挙げられる。
イエロー（Ｙ）の顔料としては、例えば、アゾ系顔料であるファストイエロー、ジスアゾイエローなどや、多環式系顔料であるイソインドリノンイエローなどが挙げられる。
マゼンタ（Ｍ）の顔料としては、例えば、多環式系顔料であるキナクリドンマゼンタや、無置換キナクリドンなどが挙げられる。
シアン（Ｃ）の顔料としては、例えば、多環式系顔料であるフタロシアニンブルーなどが挙げられる。
また、ブラック（Ｋ）の顔料としては、例えば、カーボンブラックなどが挙げられ、ホワイト（Ｗ）の顔料としては、例えば、酸化チタンなどが挙げられる。
【００３６】
本実施形態では、異なる５色のカラー塗料（機能液５３）が採用されているので、立体７におけるカラー表現が実現され得る。
吐出ヘッド３３において、前述した１２本のノズル列３９（図４）は、機能液５３の色ごとに区分されている。本実施形態では、ノズル列３９ａ及びノズル列３９ｂに属するノズル３７は、機能液５３Ｋを液滴５５として吐出する。ノズル列３９ｃ及びノズル列３９ｄに属するノズル３７は、機能液５３Ｃを液滴５５として吐出する。ノズル列３９ｅ及びノズル列３９ｆに属するノズル３７は、機能液５３Ｍを液滴５５として吐出する。ノズル列３９ｇ及びノズル列３９ｈに属するノズル３７は、機能液５３Ｙを液滴５５として吐出する。ノズル列３９ｉ及びノズル列３９ｊに属するノズル３７は、機能液５３Ｗを液滴５５として吐出する。なお、ノズル列３９ｋ及びノズル列３９ｍに属するノズル３７は、透光塗料である光透過性を有する機能液５３を液滴５５として吐出する。
【００３７】
キャリッジ搬送装置１３は、図２に示すように、架台６１と、ガイドレール６３と、を有している。また、キャリッジ搬送装置１３は、後述するキャリッジ位置検出装置（図示せず）と、後述するキャリッジ搬送モーター（図示せず）と、を有している。
架台６１は、Ｘ方向に延在しており、テーブル搬送装置１１をＸ方向にまたいでいる。架台６１は、テーブル９の定盤２１側とは反対側で、テーブル搬送装置１１に対向している。架台６１は、支柱６７ａと支柱６７ｂとによって支持されている。支柱６７ａ及び支柱６７ｂは、定盤２１を挟んでＸ方向に互いに対峙する位置に設けられている。支柱６７ａ及び支柱６７ｂは、それぞれ、テーブル９よりもＺ方向の上方に突出している。これにより、架台６１とテーブル９との間に隙間が保たれている。
【００３８】
ガイドレール６３は、架台６１の定盤２１側に設けられている。ガイドレール６３は、Ｘ方向に沿って延在しており、架台６１のＸ方向における幅にわたって設けられている。
前述したキャリッジ１２は、ガイドレール６３に支持されている。キャリッジ１２がガイドレール６３に支持された状態において、吐出ヘッド３３のノズル面３５は、Ｚ方向においてテーブル９側に向いている。キャリッジ１２は、ガイドレール６３によってＸ方向に沿って案内され、Ｘ方向に往復動可能な状態でガイドレール６３に支持されている。なお、平面視で、キャリッジ１２がテーブル９に重なっている状態において、ノズル面３５とテーブル９のテーブル面９ａとは、互いに隙間を保った状態で対向する。
なお、キャリッジ位置検出装置は、キャリッジ１２のＸ方向における位置を検出する。
【００３９】
キャリッジ１２は、図示しない移動機構及び動力源によって、Ｘ方向に往復動可能に構成されている。移動機構としては、例えば、ボールねじとボールナットとを組み合わせた機構や、リニアガイド機構などが採用され得る。また、本実施形態では、キャリッジ１２をＸ方向に沿って移動させるための動力源として、後述するキャリッジ搬送モーターが採用されている。キャリッジ搬送モーターとしては、ステッピングモーター、サーボモーター、リニアモーターなどの種々のモーターが採用され得る。
キャリッジ搬送モーターからの動力は、移動機構を介してキャリッジ１２に伝達される。これにより、キャリッジ１２は、ガイドレール６３に沿って、すなわちＸ方向に沿って往復移動することができる。つまり、キャリッジ搬送装置１３は、キャリッジ１２に支持されたヘッドユニット１４を、Ｘ方向に沿って往復移動させることができる。
【００４０】
キャリッジ昇降装置１５は、前述した支柱６７ａ及び支柱６７ｂを有している。また、キャリッジ昇降装置１５は、後述する昇降位置検出装置（図示せず）と、後述する昇降モーター（図示せず）と、を有している。
支柱６７ａは、ガイドレール６９ａを有している。支柱６７ｂは、ガイドレール６９ｂを有している。ガイドレール６９ａ及びガイドレール６９ｂは、それぞれ、Ｚ方向に沿って延在している。ガイドレール６９ａ及びガイドレール６９ｂは、架台６１をＺ方向に沿って昇降可能に案内する。つまり、支柱６７ａ及び支柱６７ｂは、ガイドレール６９ａ及びガイドレール６９ｂを介して、架台６１をＺ方向に昇降可能な状態で支持している。
【００４１】
架台６１は、図示しない昇降機構及び動力源によって、Ｚ方向に昇降可能に構成されている。昇降機構としては、例えば、ボールねじとボールナットとを組み合わせた機構や、リニアガイド機構などが採用され得る。本実施形態では、架台６１をＺ方向に沿って昇降させるための動力源として、後述する昇降モーターが採用されている。昇降モーターとしては、例えば、ステッピングモーター、サーボモーター、リニアモーターなどの種々のモーターが採用され得る。
昇降モーターからの動力は、昇降機構を介して架台６１に伝達される。これにより、架台６１は、ガイドレール６９ａ及びガイドレール６９ｂに沿って、すなわちＺ方向に沿って昇降することができる。つまり、キャリッジ昇降装置１５は、キャリッジ１２に支持されたヘッドユニット１４を、Ｚ方向に沿って昇降させることができる。
なお、昇降位置検出装置は、キャリッジ１２のＺ方向における位置を検出する。昇降位置検出装置での検出結果に基づいて、吐出ヘッド３３のＺ方向における位置が把握され得る。
【００４２】
造形装置５は、図６に示すように、上記の各構成の動作を制御する制御部１１１を有している。制御部１１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１３と、駆動制御部１１５と、メモリー部１１７と、を有している。駆動制御部１１５及びメモリー部１１７は、バス１１９を介してＣＰＵ１１３に接続されている。
また、造形装置５は、キャリッジ搬送モーター１２１と、テーブル搬送モーター１２２と、昇降モーター１２４と、キャリッジ位置検出装置１２５と、テーブル位置検出装置１２６と、昇降位置検出装置１２７と、を有している。
キャリッジ搬送モーター１２１、テーブル搬送モーター１２２、及び昇降モーター１２４は、それぞれ、入出力インターフェース１３３とバス１１９とを介して制御部１１１に接続されている。また、キャリッジ位置検出装置１２５、テーブル位置検出装置１２６及び昇降位置検出装置１２７も、それぞれ、入出力インターフェース１３３とバス１１９とを介して制御部１１１に接続されている。
【００４３】
キャリッジ搬送モーター１２１は、キャリッジ１２をＸ方向に沿って駆動するための動力を発生させる。テーブル搬送モーター１２２は、テーブル９を駆動するための動力を発生させる。昇降モーター１２４は、キャリッジ１２をＺ方向に沿って昇降させるための動力を発生させる。
キャリッジ位置検出装置１２５は、キャリッジ１２のＸ方向における位置を検出する。テーブル位置検出装置１２６は、テーブル９のＹ方向における位置を検出する。昇降位置検出装置１２７は、キャリッジ１２のＺ方向における位置を検出する。
なお、吐出ヘッド３３も、入出力インターフェース１３３とバス１１９とを介して制御部１１１に接続されている。また、コンピューター３も、入出力インターフェース１３３とバス１１９とを介して制御部１１１に接続されている。
【００４４】
ＣＰＵ１１３は、プロセッサーとして各種の演算処理を行う。駆動制御部１１５は、各構成の駆動を制御する。メモリー部１１７は、ＲＡＭ（Random Access Memory）や、ＲＯＭ（Read Only Memory）などを含んでいる。メモリー部１１７には、造形装置５における動作の制御手順が記述されたプログラムソフト１３５を記憶する領域や、各種のデータを一時的に展開する領域であるデータ展開部１３７などが設定されている。データ展開部１３７に展開されるデータとしては、例えば、描画すべき断面要素が示される断面データや、描画処理等のプログラムデータなどが挙げられる。
駆動制御部１１５は、モーター制御部１４１と、位置検出制御部１４３と、吐出制御部１４５と、を有している。
【００４５】
モーター制御部１４１は、ＣＰＵ１１３からの指令に基づいて、キャリッジ搬送モーター１２１の駆動と、テーブル搬送モーター１２２の駆動と、昇降モーター１２４の駆動とを、個別に制御する。
位置検出制御部１４３は、ＣＰＵ１１３からの指令に基づいて、キャリッジ位置検出装置１２５と、テーブル位置検出装置１２６と、昇降位置検出装置１２７とを、個別に制御する。
位置検出制御部１４３は、ＣＰＵ１１３からの指令に基づいて、キャリッジ位置検出装置１２５にキャリッジ１２のＸ方向における位置を検出させ、且つ検出結果をＣＰＵ１１３に出力する。
【００４６】
また、位置検出制御部１４３は、ＣＰＵ１１３からの指令に基づいて、テーブル位置検出装置１２６にテーブル９のＹ方向における位置を検出させ、且つ検出結果をＣＰＵ１１３に出力する。
また、位置検出制御部１４３は、ＣＰＵ１１３からの指令に基づいて、昇降位置検出装置１２７にキャリッジ１２のＺ方向における位置を検出させ、且つ検出結果をＣＰＵ１１３に出力する。
吐出制御部１４５は、ＣＰＵ１１３からの指令に基づいて、吐出ヘッド３３の駆動を制御する。
【００４７】
ここで、造形装置５における描画処理について説明する。
造形装置５では、制御部１１１（図６）がコンピューター３から入出力インターフェース１３３及びバス１１９を介して断面データを取得すると、断面データごとにＣＰＵ１１３によって図７に示す描画処理が実施される。
ここで、断面データでは、描画すべき断面要素がビットマップ状に表現されている。ワークＷへの断面要素の描画は、吐出ヘッド３３をワークＷに対向させた状態で、吐出ヘッド３３とワークＷとを相対的に往復移動させながら、吐出ヘッド３３から液滴５５を所定周期で吐出させることによって行われる。
【００４８】
描画処理では、ＣＰＵ１１３は、まず、ステップＳ１において、キャリッジ搬送指令をモーター制御部１４１（図６）に出力する。このとき、モーター制御部１４１は、キャリッジ搬送モーター１２１の駆動を制御して、キャリッジ１２を描画エリアの往路開始位置に移動させる。ここで、描画エリアは、図２に示すテーブル９によってＹ方向に沿って描かれる軌跡と、吐出ヘッド３３によってＸ方向に沿って描かれる軌跡とが重なり合う領域である。往路開始位置は、キャリッジ１２を往復移動させるときの往路が開始する位置である。本実施形態では、往路開始位置は、Ｘ方向において、定盤２１の支柱６７ａ側に位置している。往路開始位置は、平面視で、定盤２１の外側に位置している。
次いで、ステップＳ２において、ＣＰＵ１１３は、基板搬送指令をモーター制御部１４１（図６）に出力する。このとき、モーター制御部１４１は、テーブル搬送モーター１２２の駆動を制御して、ワークＷを描画エリアに移動させる。
【００４９】
次いで、ステップＳ３において、ＣＰＵ１１３は、キャリッジ走査指令をモーター制御部１４１（図６）に出力する。このとき、モーター制御部１４１は、キャリッジ搬送モーター１２１の駆動を制御して、キャリッジ１２の往復移動を開始させる。
ここで、キャリッジ１２の往復移動では、キャリッジ１２は、上述した往路開始位置と復路開始位置との間を往復移動する。つまり、往路開始位置から復路開始位置で折り返して往路開始位置に戻る経路がキャリッジ１２の１往復である。このため、本実施形態では、往路開始位置から復路開始位置に向かう経路がキャリッジ１２の往路である。他方で、復路開始位置から往路開始位置に向かう経路がキャリッジ１２の復路である。
なお、復路開始位置は、Ｘ方向に定盤２１（図２）を挟んで往路開始位置に対峙する位置である。復路開始位置は、平面視で、定盤２１の外側に位置している。このため、往路開始位置と復路開始位置とは、平面視で、定盤２１をＸ方向に挟んで互いに対峙している。
【００５０】
次いで、ステップＳ４において、ＣＰＵ１１３は、吐出指令を吐出制御部１４５（図６）に出力する。このとき、吐出制御部１４５は、吐出ヘッド３３の駆動を制御して、断面データに基づいて、各ノズル３７から液滴５５を吐出させる。これにより、往路での描画が行われる。
次いで、ステップＳ５において、ＣＰＵ１１３は、キャリッジ１２の位置が復路開始位置に到達したか否かを判定する。このとき、キャリッジ１２の位置が復路開始位置に到達した（Ｙｅｓ）と判定されると、処理がステップＳ６に移行する。他方で、キャリッジ１２の位置が復路開始位置に到達していない（Ｎｏ）と判定されると、キャリッジ１２の位置が復路開始位置に到達するまで処理が待機される。
【００５１】
ステップＳ６において、ＣＰＵ１１３は、吐出停止指令を吐出制御部１４５（図６）に出力する。このとき、吐出制御部１４５は、吐出ヘッド３３の駆動を停止して、各ノズル３７からの液滴５５の吐出を停止させる。これにより、往路での描画が終了する。
次いで、ステップＳ７において、ＣＰＵ１１３は、改行指令をモーター制御部１４１（図６）に出力する。このとき、モーター制御部１４１は、テーブル搬送モーター１２２の駆動を制御して、ワークＷをＹ方向に移動（改行）させ、ワークＷにおいてパターンを描画すべき新たな領域を描画エリアに移動させる。
次いで、ステップＳ８において、ＣＰＵ１１３は、吐出指令を吐出制御部１４５（図６）に出力する。このとき、吐出制御部１４５は、吐出ヘッド３３の駆動を制御して、断面データに基づいて、各ノズル３７から液滴５５を吐出させる。これにより、復路での描画が行われる。
【００５２】
次いで、ステップＳ９において、ＣＰＵ１１３は、キャリッジ１２の位置が往路開始位置に到達したか否かを判定する。このとき、キャリッジ１２の位置が往路開始位置に到達した（Ｙｅｓ）と判定されると、処理がステップＳ１０に移行する。他方で、キャリッジ１２の位置が往路開始位置に到達していない（Ｎｏ）と判定されると、キャリッジ１２の位置が往路開始位置に到達するまで処理が待機される。
ステップＳ１０において、ＣＰＵ１１３は、吐出停止指令を吐出制御部１４５（図６）に出力する。このとき、吐出制御部１４５は、吐出ヘッド３３の駆動を停止して、各ノズル３７からの液滴５５の吐出を停止させる。これにより、復路での描画が終了する。
【００５３】
次いで、ステップＳ１１において、ＣＰＵ１１３は、断面データに基づく断面要素の描画が終了したか否かを判定する。このとき、断面要素の描画が終了した（Ｙｅｓ）と判定されると、処理が終了する。他方で、断面要素の描画が終了していない（Ｎｏ）と判定されると、処理がステップＳ１２に移行する。
ステップＳ１２において、ＣＰＵ１１３は、改行指令をモーター制御部１４１（図６）に出力してから、処理をステップＳ４に移行させる。このとき、ステップＳ１２では、モーター制御部１４１は、テーブル搬送モーター１２２の駆動を制御して、ワークＷをＹ方向に移動（改行）させ、ワークＷにおいてパターンを描画すべき新たな領域を描画エリアに移動させる。
【００５４】
ここで、本実施形態における造形方法の流れについて説明する。
本実施形態における造形方法は、図８に示すように、断面データ生成工程Ｓ５１と、造形工程Ｓ５２と、洗浄工程Ｓ５３と、を含む。
さらに、造形工程Ｓ５２は、層形成工程Ｓ５２１と、描画工程Ｓ５２２と、を含む。
断面データ生成工程Ｓ５１では、上述したように、造形対象である立体７の形状データから複数の断面データを生成する。断面データ生成工程Ｓ５１では、コンピューター３によって、断面データの生成が行われる。
【００５５】
造形システム１では、コンピューター３によって、造形対象である立体７の形状データから複数の断面要素が抽出される。立体７は、図９に示すように、複数の断面要素１６１によって構成される。複数の断面要素１６１を順次に重ねると、造形対象である立体７が構成される。つまり、複数の断面要素１６１は、それぞれ、造形対象である立体７の形状を構成する要素である。本例では、立体７を３つの断面要素１６１に分割した例が示される。
以下において、３つの断面要素１６１のそれぞれを個別に識別する場合に、３つの断面要素１６１は、断面要素１６１j（ｊは、１〜３までの整数）と表記される。また、本例での断面要素１６１jは、それぞれ、厚みｔjを有している。
コンピューター３は、抽出した複数の断面要素１６１に基づいて、複数の断面データを生成する。このとき、１つの断面要素１６１から１つの断面データが生成される。複数の断面データは、それぞれ、造形装置５に出力される。
【００５６】
層形成工程Ｓ５２１では、図９に示す断面要素１６１ごとに、石膏で層を形成する。このとき、層は、断面要素１６１ごとに、断面要素１６１jの厚みｔjに対応した厚さで形成される。
層形成工程Ｓ５２１の後に、描画工程Ｓ５２２では、断面データに基づいて、石膏の層に機能液５３を塗布することによって、断面要素１６１を描画する。描画工程Ｓ５２２では、造形装置５における描画処理（図７）に基づいて、断面要素１６１の描画が行われる。
ここで、機能液５３には、水が含まれている。このため、石膏の層において機能液５３で描画された断面要素１６１が硬化する。硬化した断面要素１６１は、断面パターンと呼ばれる。
【００５７】
造形工程Ｓ５２では、層形成工程Ｓ５２１及び描画工程Ｓ５２２を、すべての断面要素１６１にわたって順次に実施する。つまり、層形成工程Ｓ５２１及び描画工程Ｓ５２２は、描画すべき新たな断面要素の断面データが尽きるまで反復して行われる。これにより、図１０に示す積層体１６３が形成され得る。積層体１６３では、複数の断面パターン１６５が重畳している。なお、積層体１６３では、断面パターン１６５に未硬化の石膏１６７が付着している。
複数の断面要素１６１にわたって層形成工程Ｓ５２１及び描画工程Ｓ５２２を反復して実施した後に、洗浄工程Ｓ５３では、立体７に付着している未硬化の石膏１６７を洗浄する。
上記により、立体７が形成され得る。
【００５８】
本実施形態では、描画工程Ｓ５２２が、造形装置５における描画処理によって実現される。本実施形態では、描画工程Ｓ５２２において、機能液５３の塗布工程（断面要素１６１の描画）が、造形装置５における描画処理（図７）に基づいて実施される。
ここで、図９に示す立体７を例に、造形工程Ｓ５２の流れを説明する。
まず、層形成工程Ｓ５２１において、図１１（ａ）に示すように、基板などのワークＷに石膏で層１７１1を形成する。
ここで、本実施形態では、石膏の態様として、図１１（ａ）中のＤ部の拡大図である図１２に示すように、石膏カプセル１７３が採用されている。石膏カプセル１７３では、粉状の石膏１７５が樹脂１７７で束ねられている。
樹脂１７７は、フィルム状の態様を有しており、水溶性を示す。本実施形態では、樹脂１７７としてＰＶＡ（polyvinyl alcohol）が採用されている。
石膏カプセル１７３では、粉状の石膏１７５をフィルム状の樹脂１７７で包むことによって、石膏１７５が樹脂１７７によって束ねられている。言い換えると樹脂１７７によって石膏１７５が保持されている状態となる。
【００５９】
石膏カプセル１７３の製造方法としては、例えば、次に述べる方法が採用され得る。
まず、図１３（ａ）に示すように、一対の金型１８１ａ及び金型１８１ｂの間に、ＰＶＡのシート１８３ａを敷いてから、シート１８３ａ上に石膏１７５を並べて載置する。
次に、石膏１７５と金型１８１ｂとの間にＰＶＡのシート１８３ｂを敷く。
次に、図１３（ｂ）に示すように、一対の金型１８１ａ及び金型１８１ｂを閉じる。すなわち、シート１８３ａ及びシート１８３ｂを金型１８１ａ及び金型１８１ｂで挟持させる。
次に、金型１８１ａ及び金型１８１ｂを介して、シート１８３ａ及びシート１８３ｂを、約１００〜１２０℃の温度に加熱する。これにより、シート１８３ａ及びシート１８３ｂ同士が圧着（ヒートシール）される。
上記により、石膏カプセル１７３が製造され得る。なお、石膏カプセル１７３の大きさは、任意の大きさが採用され得る。造形物に緻密さが要求される場合には、石膏カプセル１７３の大きさが細かいことが好ましい。
【００６０】
層形成工程Ｓ５２１では、複数の石膏カプセル１７３を敷くことによって、図１１（ａ）に示す層１７１1を形成する。
なお、層１７１1の厚みは、図１１（ａ）に示すように、ｔ1の厚みに設定される。前述したように、厚みｔ1は、断面要素１６１1の厚み（図９）である。
層１７１1の形成に次いで、描画工程Ｓ５２２において、図１１（ｂ）に示すように、吐出ヘッド３３から機能液５３を液滴５５として吐出させることによって、層１７１1に機能液５３で断面要素１６１1を描画する。このとき、層１７１1において、断面要素１６１1に重なる領域内の石膏カプセル１７３に機能液５３が塗布される。前述したように、機能液５３には、水が含まれている。このため、機能液５３が塗布された石膏カプセル１７３では、樹脂１７７が機能液５３に溶解してから、石膏１７５に機能液５３が付着する。この結果、層１７１1において、断面要素１６１1に重なる領域内の石膏１７５が硬化する。これにより、層１７１1に断面パターン１６５1が形成され得る。
【００６１】
次いで、図１１（ｃ）に示すように、層形成工程Ｓ５２１において、複数の石膏カプセル１７３を敷くことによって、層１７１2を形成する。このとき、層１７１2の厚みは、ｔ2の厚みに設定される。前述したように、厚みｔ2は、断面要素１６１2の厚み（図９）である。
次いで、図１１（ｄ）に示すように、描画工程Ｓ５２２において、吐出ヘッド３３から機能液５３を液滴５５として吐出させることによって、層１７１2に機能液５３で断面要素１６１2を描画する。このとき、層１７１2において、断面要素１６１2に重なる領域内の石膏カプセル１７３に機能液５３が塗布される。この結果、層１７１2において、断面要素１６１2に重なる領域内の石膏１７５が硬化する。これにより、層１７１2に断面パターン１６５2が形成され得る。
【００６２】
次いで、図１４（ａ）に示すように、層形成工程Ｓ５２１において、複数の石膏カプセル１７３を敷くことによって、層１７１3を形成する。このとき、層１７１3の厚みは、ｔ3の厚みに設定される。前述したように、厚みｔ3は、断面要素１６１3の厚み（図９）である。
次いで、図１４（ｂ）に示すように、描画工程Ｓ５２２において、吐出ヘッド３３から機能液５３を液滴５５として吐出させることによって、層１７１3に機能液５３で断面要素１６１3を描画する。このとき、層１７１3において、断面要素１６１3に重なる領域内の石膏カプセル１７３に機能液５３が塗布される。この結果、層１７１3において、断面要素１６１3に重なる領域内の石膏１７５が硬化する。これにより、層１７１3に断面パターン１６５3が形成され得る。
上記により、図１４（ｃ）に示す積層体１６３が形成され得る。
【００６３】
そして、洗浄工程Ｓ５３において、積層体１６３を洗浄することによって、未硬化の石膏カプセル１７３が洗い流される。これにより、立体７が形成され得る。
洗浄工程Ｓ５３では、例えば、アルコールやアセトンなどの液体が洗浄剤として採用され得る。石膏１７５を束ねる樹脂１７７（図１２）は、これらの洗浄剤に対して溶けにくい性質を有している。
そして、洗浄工程Ｓ５３では、積層体１６３を洗浄剤に浸漬する。積層体１６３を洗浄剤に浸漬することによって、石膏カプセル１７３同士間の結着状態が解放され得る。このため、積層体１６３を洗浄剤に浸漬することによって、石膏カプセル１７３を洗い流すことができる。このとき、洗浄剤を加温したり、洗浄剤中で積層体１６３に超音波を照射したりすることによって、洗浄を促進させることができる。
【００６４】
本実施形態において、石膏カプセル１７３が粉束に対応し、層１７１1、層１７１2及び層１７１3のそれぞれが粉束層に対応している。
本実施形態では、粉状の石膏１７５をフィルム状の樹脂１７７で包んだ石膏カプセル１７３が採用されているので、石膏１７５の粉末の飛散を発生させにくくすることができる。この結果、造形装置５などへの粉末の付着を低く抑えやすくすることができるので、造形装置５の信頼性を維持しやすくすることができる。
また、本実施形態では、層形成工程Ｓ５２１において、複数の石膏カプセル１７３を敷くことによって、層１７１1、層１７１2及び層１７１3のそれぞれを形成する。このため、例えば、層１７１1、層１７１2及び層１７１3のそれぞれを１つの石膏カプセル１７３で構成する場合に比較して、未硬化の石膏１７５を洗い流しやすい。この結果、立体７を造形しやすくすることができる。また、複数の石膏カプセル１７３を敷くことによって、層１７１1、層１７１2及び層１７１3のそれぞれを形成するので、高精細な立体７を造形することができる。
【００６５】
また、本実施形態では、描画工程Ｓ５２２において、機能液５３に溶解した樹脂１７７は、粉状の石膏１７５の粉末同士間に浸透すると、粉末同士をつなぎとめるバインダーとして機能することがある。本実施形態では、複数の石膏カプセル１７３を敷くことによって、層１７１1、層１７１2及び層１７１3のそれぞれを形成するので、機能液５３に溶解した樹脂１７７が石膏１７５の粉末同士間に浸透しやすい。このため、造形した立体７の強度を高めやすくすることができる。
さらに、この立体７に加熱処理を施すことによって、粉末同士間に浸透した樹脂１７７と粉末との密着性を高めやすくすることができる。この結果、造形した立体７の強度を、加熱処理によって一層高めやすくすることができる。加熱処理としては、立体７に赤外線を照射する方法や、立体７をクリーンオーブンなどの炉で加熱する方法などの種々の方法が採用され得る。
【００６６】
なお、本実施形態では、石膏１７５を束ねる態様として、石膏１７５をフィルム状の樹脂１７７で包んだ石膏カプセル１７３が採用されている。しかしながら、石膏１７５を束ねる態様としては、石膏カプセル１７３に限定されない。石膏１７５を束ねる態様としては、例えば、樹脂１７７に石膏１７５を練り込んだ態様も採用され得る。
また、石膏カプセル１７３では、石膏１７５がフィルム状の樹脂１７７に包まれていなくてもよい。粉末が樹脂１７７に固着していれば、石膏１７５が樹脂１７７からはみ出ていてもよい。すわなち、石膏１７５が樹脂１７７によって束ねられていればよい。言い換えると樹脂１７７によって石膏１７５が保持されていればよい。これにより、石膏１７５の粉末が飛散することを低く抑えやすくすることができる。
【００６７】
また、本実施形態では、描画工程Ｓ５２２において、機能液５３を塗布する方法として、塗布法の１つであるインクジェット法が採用されている。しかしながら、塗布法は、インクジェット法に限定されず、ディスペンス法や、印刷法なども採用され得る。しかしながら、インクジェット法を採用することは、ワークＷの任意の箇所に任意の量の機能液５３を塗布しやすい点で好ましい。
【００６８】
また、本実施形態では、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック及びホワイトの５種類のカラー塗料が採用されている。しかしながら、カラー塗料の色は、これらの５種類に限定されない。カラー塗料の色としては、例えば、これらの５種類にライトシアンやライトマゼンタなどを加えた７種類等、１種類以上の任意の種類のカラー塗料が採用され得る。
【符号の説明】
【００６９】
１…造形システム、５…造形装置、７…立体、３３…吐出ヘッド、３５…ノズル面、３７…ノズル、５３…機能液、５５…液滴、１６１…断面要素、１６３…積層体、１６５…断面パターン、１７１1，１７１2，１７１3…層、１７３…石膏カプセル、１７５…石膏、１７７…樹脂、１８１ａ，１８１ｂ…金型、１８３ａ，１８３ｂ…シート。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、立体を造形する方法（造形方法）の１つとして、積層法が知られている。積層法では、一般的に、立体の外形を規定する複数の断面要素のそれぞれを、順次に断面パターンとして形成しながら積層することによって立体が造形され得る。
このような積層法では、従来、液体バインダー法と呼ばれる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００３−５３１２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載された液体バインダー法では、層状に敷きつめた粉末材料の層に液体のバインダーで断面要素を描画することによって、断面パターンを形成する方法が採用されている。このような液体バインダー法は、粉末積層法とも呼ばれる。
また、上記特許文献１には、粉末材料の層に断面要素を描画する方法として、インクジェット法が記載されている。
【０００５】
ところで、粉末材料は、飛散しやすい。上記の液体バインダー法では、粉末材料が用いられるので、粉末材料の飛散によって、インクジェットヘッドに粉末材料が付着しやすい。インクジェットヘッドに粉末材料が付着すると、例えば、ノズルの目詰まりなどの吐出性能の低下が発生しやすくなる。
つまり、従来の造形方法では、造形装置の信頼性を維持することが困難であるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現され得る。
【０００７】
［適用例１］造形対象である立体を複数の断面要素に分割し、前記断面要素ごとに、粉末を樹脂で束ねた構成を有する粉束を層状に敷くことによって、前記粉束で粉束層を形成する層形成工程と、前記粉束層に液状体を塗布することによって、前記粉束層に前記液状体で前記断面要素を断面パターンとして描画する描画工程と、を前記複数の断面要素にわたって順次に実施する造形工程を含み、前記樹脂は、前記液状体に対して可溶性を有しており、前記粉末は、前記液状体の塗布を受けて硬化する性質を有している、ことを特徴とする造形方法。
【０００８】
この適用例の造形方法は、造形工程を含む。
造形工程では、造形対象である立体を複数の断面要素に分割し、断面要素ごとに、層形成工程と描画工程とを、複数の断面要素にわたって順次に実施する。
層形成工程では、粉末を樹脂で束ねた構成を有する粉束を層状に敷くことによって、粉束で粉束層を形成する。
描画工程では、粉束層に液状体を塗布することによって、粉束層に液状体で断面要素を断面パターンとして描画する。
【０００９】
この造形方法では、樹脂は、液状体に対して可溶性を有している。粉末は、液状体の塗布を受けて硬化する性質を有している。このため、粉束層に液状体で断面パターンを描画すると、断面パターンに重なる粉束では、液状体が樹脂を溶かしてから、粉末に塗布される。これにより、断面パターンに重なる領域において、粉末が硬化する。この結果、断面パターンが形成され得る。そして、この造形方法では、層形成工程と描画工程とを、複数の断面要素にわたって順次に実施するので、複数の断面パターンが重なった立体が造形され得る。
この造形方法によれば、粉末を樹脂で束ねた構成を有する粉束で粉束層を形成するので、粉末の飛散を発生させにくくすることができる。この結果、造形装置などへの付着を低く抑えやすくすることができるので、造形装置の信頼性を維持しやすくすることができる。
【００１０】
［適用例２］上記の造形方法であって、前記粉束は、前記粉末をフィルム状の前記樹脂で包んだ構成を有している、ことを特徴とする造形方法。
【００１１】
この適用例では、粉束は、粉末をフィルム状の樹脂で包んだ構成を有している。これにより、粉末をフィルム状の樹脂で包んだ構成を有する粉束で粉束層を形成することができる。
【００１２】
［適用例３］上記の造形方法であって、前記層形成工程において、複数の前記粉束を並べることによって、前記粉束層を形成する、ことを特徴とする造形方法。
【００１３】
この適用例では、層形成工程において、複数の粉束を並べることによって、粉束層を形成することができる。
【００１４】
［適用例４］上記の造形方法であって、前記液状体は、水を含んでおり、前記樹脂は、水溶性を示し、前記粉末は、前記水の塗布を受けて硬化する性質である水硬性を有している、ことを特徴とする造形方法。
【００１５】
この適用例では、液状体は、水を含んでいる。樹脂は、水溶性を示す。また、粉末は、水硬性を有している。水硬性は、水の塗布を受けて硬化する性質である。
上記の構成により、水を含んだ液状体で断面パターンを形成することができる。
【００１６】
［適用例５］上記の造形方法であって、前記粉末は、石膏である、ことを特徴とする造形方法。
【００１７】
この適用例では、粉末は、石膏である。これにより、石膏に水を含む液状体を塗布することによって断面パターンを形成することができる。
【００１８】
［適用例６］上記の造形方法であって、前記樹脂は、前記液状体に溶けることによって、前記粉末のバインダーとして機能する、ことを特徴とする造形方法。
【００１９】
この適用例では、樹脂が、液状体に溶けることによって、粉末のバインダーとして機能するので、粉末同士をつなぎとめやすくすることができる。この結果、断面パターンの強度を高めやすくすることができるので、造形された造形物の強度を高めやすくすることができる。
【００２０】
［適用例７］上記の造形方法であって、前記液状体は、色素を含有している、ことを特徴とする造形方法。
【００２１】
この適用例では、液状体は、色素を含有している。これにより、着色された断面パターンを形成することができる。
【００２２】
［適用例８］上記の造形方法であって、前記描画工程では、前記液状体をインクジェット法で前記粉束層に吐出することによって、前記粉束層に前記断面パターンを描画する、ことを特徴とする造形方法。
【００２３】
この適用例では、描画工程において、液状体をインクジェット法で粉束層に吐出することによって、粉束層に断面パターンを描画することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態における造形システムの概略の構成を示す斜視図。
【図２】本実施形態における造形装置の概略の構成を示す斜視図。
【図３】本実施形態におけるキャリッジを図２中のＡ視方向に見たときの正面図。
【図４】本実施形態における吐出ヘッドの底面図。
【図５】図３中のＢ−Ｂ線における断面図。
【図６】本実施形態における造形システムの概略の構成を示すブロック図。
【図７】本実施形態における描画処理の流れを示す図。
【図８】本実施形態における造形方法の流れを示す図。
【図９】本実施形態における複数の断面要素を説明する図。
【図１０】本実施形態における積層体を説明する断面図。
【図１１】本実施形態における造形方法の流れを示す図。
【図１２】図１１（ａ）中のＤ部の拡大図。
【図１３】本実施形態における石膏カプセルの製造方法の流れを示す図。
【図１４】本実施形態における造形方法の流れを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図面を参照しながら、実施形態について説明する。なお、各図面において、それぞれの構成を認識可能な程度の大きさにするために、構成や部材の縮尺が異なっていることがある。
本実施形態の造形システム１は、図１に示すように、コンピューター３と、造形装置５と、を有している。
コンピューター３は、造形対象である立体７の形状データから、複数の断面要素を抽出するための演算処理を行う。また、コンピューター３は、抽出した断面要素のデータ（以下、断面データと呼ぶ）を造形装置５に出力する。
造形装置５は、コンピューター３から出力される断面データに基づいて、断面要素を描画し、描画した断面要素を順次に積層することによって、立体７を造形する。
【００２６】
実施形態における造形装置５は、概略の構成を示す斜視図である図２に示すように、テーブル９と、テーブル搬送装置１１と、キャリッジ１２と、キャリッジ搬送装置１３と、キャリッジ昇降装置１５と、を有している。
キャリッジ１２には、ヘッドユニット１４が設けられている。
造形装置５では、ヘッドユニット１４とワークＷとの平面視での相対位置を変化させつつ、ヘッドユニット１４から液状体を液滴として吐出させることによって、ワークＷに液状体で所望のパターンを描画することができる。本実施形態では、造形装置５は、コンピューター３（図１）から出力される断面データに基づいて、ワークＷに断面要素を描画する。
なお、図中のＹ方向はワークＷの移動方向を示し、Ｘ方向は平面視でＹ方向とは直交する方向を示している。また、Ｘ方向及びＹ方向によって規定されるＸＹ平面と直交する方向は、Ｚ方向として規定される。
【００２７】
テーブル搬送装置１１は、図２に示すように、定盤２１と、ガイドレール２３ａと、ガイドレール２３ｂと、を有している。
定盤２１は、例えば石などの熱膨張係数が小さい材料で構成されており、Ｙ方向に沿って延びるように据えられている。ガイドレール２３ａ及びガイドレール２３ｂは、定盤２１の上面２１ａ上に配設されている。ガイドレール２３ａ及びガイドレール２３ｂは、それぞれ、Ｙ方向に沿って延在している。ガイドレール２３ａとガイドレール２３ｂとは、互いにＸ方向に隙間をあけた状態で並んでいる。
テーブル９は、ガイドレール２３ａ及びガイドレール２３ｂを挟んで定盤２１の上面２１ａに対向した状態で設けられている。テーブル９は、定盤２１から浮いた状態でガイドレール２３ａ及びガイドレール２３ｂ上に載置されている。テーブル９は、ワークＷが載置される面であるテーブル面９ａを有している。テーブル面９ａは、定盤２１側とは反対側（上側）に向けられている。テーブル９は、ガイドレール２３ａ及びガイドレール２３ｂによってＹ方向に沿って案内され、定盤２１上をＹ方向に沿って往復移動可能に構成されている。
【００２８】
テーブル９は、図示しない移動機構及び動力源によって、Ｙ方向に往復動可能に構成されている。移動機構としては、例えば、ボールねじとボールナットとを組み合わせた機構や、リニアガイド機構などが採用され得る。本実施形態では、テーブル９をＹ方向に沿って移動させるための動力源として、後述するテーブル搬送モーターが採用されている。テーブル搬送モーターとしては、ステッピングモーター、サーボモーター、リニアモーターなどの種々のモーターが採用され得る。
テーブル搬送モーターからの動力は、移動機構を介してテーブル９に伝達される。これにより、テーブル９は、ガイドレール２３ａ及びガイドレール２３ｂに沿って、すなわちＹ方向に沿って往復移動することができる。つまり、テーブル搬送装置１１は、テーブル９のテーブル面９ａに載置されたワークＷを、Ｙ方向に沿って往復移動させることができる。
また、テーブル搬送装置１１は、後述するテーブル位置検出装置を有している。テーブル位置検出装置は、テーブル９のＹ方向における位置を検出する。テーブル位置検出装置での検出結果に基づいて、ワークＷのＹ方向における位置が把握され得る。
【００２９】
ヘッドユニット１４は、キャリッジ１２を図２中のＡ視方向に見たときの正面図である図３に示すように、ヘッドプレート３１と、吐出ヘッド３３と、を有している。
吐出ヘッド３３は、底面図である図４に示すように、ノズル面３５を有している。ノズル面３５には、複数のノズル３７が形成されている。なお、図４では、ノズル３７をわかりやすく示すため、ノズル３７が誇張され、且つノズル３７の個数が減じられている。
吐出ヘッド３３において、複数のノズル３７は、Ｙ方向に沿って配列する１２本のノズル列３９を構成している。１２本のノズル列３９は、Ｘ方向に互いに隙間をあけた状態で並んでいる。各ノズル列３９において、複数のノズル３７は、Ｙ方向に沿って所定のノズル間隔Ｐで形成されている。
【００３０】
以下において、１２本のノズル列３９のそれぞれが識別される場合に、ノズル列３９ａ、ノズル列３９ｂ、ノズル列３９ｃ、ノズル列３９ｄ、ノズル列３９ｅ、ノズル列３９ｆ、ノズル列３９ｇ、ノズル列３９ｈ、ノズル列３９ｉ、ノズル列３９ｊ、ノズル列３９ｋ、及びノズル列３９ｍという表記が用いられる。
吐出ヘッド３３において、ノズル列３９ａとノズル列３９ｂとは、互いにＹ方向にＰ／２の距離だけずれている。ノズル列３９ｃ及びノズル列３９ｄも、互いにＹ方向にＰ／２の距離だけずれている。同様に、ノズル列３９ｅ及びノズル列３９ｆも、互いにＹ方向にＰ／２の距離だけずれており、ノズル列３９ｇ及びノズル列３９ｈも、互いにＹ方向にＰ／２の距離だけずれている。同様に、ノズル列３９ｉ及びノズル列３９ｊも、互いにＹ方向にＰ／２の距離だけずれており、ノズル列３９ｋ及びノズル列３９ｍも、互いにＹ方向にＰ／２の距離だけずれている。
【００３１】
吐出ヘッド３３は、図３中のＢ−Ｂ線における断面図である図５に示すように、ノズルプレート４６と、キャビティープレート４７と、振動板４８と、複数の圧電素子４９と、を有している。
ノズルプレート４６は、ノズル面３５を有している。複数のノズル３７は、ノズルプレート４６に設けられている。
キャビティープレート４７は、ノズルプレート４６のノズル面３５とは反対側の面に設けられている。キャビティープレート４７には、複数のキャビティー５１が形成されている。各キャビティー５１は、各ノズル３７に対応して設けられており、対応する各ノズル３７に連通している。各キャビティー５１には、図示しないタンクから機能液５３（液状体）が供給される。
【００３２】
振動板４８は、キャビティープレート４７のノズルプレート４６側とは反対側の面に設けられている。振動板４８は、Ｚ方向に振動（縦振動）することによって、キャビティー５１内の容積を拡大したり、縮小したりする。
複数の圧電素子４９は、それぞれ、振動板４８のキャビティープレート４７側とは反対側の面に設けられている。各圧電素子４９は、各キャビティー５１に対応して設けられており、振動板４８を挟んで各キャビティー５１に対向している。各圧電素子４９は、駆動信号に基づいて、伸張する。これにより、振動板４８がキャビティー５１内の容積を縮小する。このとき、キャビティー５１内の機能液５３に圧力が付与される。その結果、ノズル３７から、機能液５３が液滴５５として吐出される。吐出ヘッド３３による液滴５５の吐出法は、インクジェット法の１つである。インクジェット法は、塗布法の１つである。
【００３３】
上記の構成を有する吐出ヘッド３３は、図３に示すように、ノズル面３５がヘッドプレート３１から突出した状態で、ヘッドプレート３１に支持されている。
キャリッジ１２は、図３に示すように、ヘッドユニット１４を支持している。ここで、ヘッドユニット１４は、ノズル面３５がＺ方向の下方に向けられた状態でキャリッジ１２に支持されている。
なお、本実施形態では、縦振動型の圧電素子４９が採用されているが、機能液５３に圧力を付与するための加圧手段は、これに限定されず、例えば、下電極と圧電体層と上電極とを積層形成した撓み変形型の圧電素子も採用され得る。また、加圧手段としては、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズルから液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなども採用され得る。さらに、発熱体を用いてノズル内に泡を発生させ、その泡によって機能液に圧力を付与する構成も採用され得る。
【００３４】
本実施形態では、機能液５３として、水を含む液状体が採用されている。
また、機能液５３に、顔料や染料等の色素や、親液性や撥液性等の表面改質材料などの機能性材料を添加することによって、固有の機能を有する機能液５３を生成することができる。
顔料や染料等の色素を含有する機能液５３では、例えば、ワークＷに描画する断面要素をカラー表現することができる。以下において、顔料や染料等の色素を含有する機能液５３は、カラー塗料と呼ばれる。
また、機能液５３としては、例えば、光透過性を有する機能液５３を採用することもできる。以下において、光透過性を有する機能液５３は、透光塗料と呼ばれる。
本実施形態では、機能液５３として、相互に色が異なる５種類のカラー塗料と、光透過性を有する機能液５３とが採用されている。
５種類のカラー塗料において、相互に異なる色は、それぞれ、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）及びホワイト（Ｗ）である。
なお、以下において、５種類の機能液５３を色ごとに識別する場合に、機能液５３Ｙ、機能液５３Ｍ、機能液５３Ｃ、機能液５３Ｋ、及び機能液５３Ｗという表記が用いられる。
【００３５】
カラー塗料に適用され得る顔料としては、例えば、有機顔料の一種であるアゾ系顔料や、多環式系顔料などが挙げられる。
イエロー（Ｙ）の顔料としては、例えば、アゾ系顔料であるファストイエロー、ジスアゾイエローなどや、多環式系顔料であるイソインドリノンイエローなどが挙げられる。
マゼンタ（Ｍ）の顔料としては、例えば、多環式系顔料であるキナクリドンマゼンタや、無置換キナクリドンなどが挙げられる。
シアン（Ｃ）の顔料としては、例えば、多環式系顔料であるフタロシアニンブルーなどが挙げられる。
また、ブラック（Ｋ）の顔料としては、例えば、カーボンブラックなどが挙げられ、ホワイト（Ｗ）の顔料としては、例えば、酸化チタンなどが挙げられる。
【００３６】
本実施形態では、異なる５色のカラー塗料（機能液５３）が採用されているので、立体７におけるカラー表現が実現され得る。
吐出ヘッド３３において、前述した１２本のノズル列３９（図４）は、機能液５３の色ごとに区分されている。本実施形態では、ノズル列３９ａ及びノズル列３９ｂに属するノズル３７は、機能液５３Ｋを液滴５５として吐出する。ノズル列３９ｃ及びノズル列３９ｄに属するノズル３７は、機能液５３Ｃを液滴５５として吐出する。ノズル列３９ｅ及びノズル列３９ｆに属するノズル３７は、機能液５３Ｍを液滴５５として吐出する。ノズル列３９ｇ及びノズル列３９ｈに属するノズル３７は、機能液５３Ｙを液滴５５として吐出する。ノズル列３９ｉ及びノズル列３９ｊに属するノズル３７は、機能液５３Ｗを液滴５５として吐出する。なお、ノズル列３９ｋ及びノズル列３９ｍに属するノズル３７は、透光塗料である光透過性を有する機能液５３を液滴５５として吐出する。
【００３７】
キャリッジ搬送装置１３は、図２に示すように、架台６１と、ガイドレール６３と、を有している。また、キャリッジ搬送装置１３は、後述するキャリッジ位置検出装置（図示せず）と、後述するキャリッジ搬送モーター（図示せず）と、を有している。
架台６１は、Ｘ方向に延在しており、テーブル搬送装置１１をＸ方向にまたいでいる。架台６１は、テーブル９の定盤２１側とは反対側で、テーブル搬送装置１１に対向している。架台６１は、支柱６７ａと支柱６７ｂとによって支持されている。支柱６７ａ及び支柱６７ｂは、定盤２１を挟んでＸ方向に互いに対峙する位置に設けられている。支柱６７ａ及び支柱６７ｂは、それぞれ、テーブル９よりもＺ方向の上方に突出している。これにより、架台６１とテーブル９との間に隙間が保たれている。
【００３８】
ガイドレール６３は、架台６１の定盤２１側に設けられている。ガイドレール６３は、Ｘ方向に沿って延在しており、架台６１のＸ方向における幅にわたって設けられている。
前述したキャリッジ１２は、ガイドレール６３に支持されている。キャリッジ１２がガイドレール６３に支持された状態において、吐出ヘッド３３のノズル面３５は、Ｚ方向においてテーブル９側に向いている。キャリッジ１２は、ガイドレール６３によってＸ方向に沿って案内され、Ｘ方向に往復動可能な状態でガイドレール６３に支持されている。なお、平面視で、キャリッジ１２がテーブル９に重なっている状態において、ノズル面３５とテーブル９のテーブル面９ａとは、互いに隙間を保った状態で対向する。
なお、キャリッジ位置検出装置は、キャリッジ１２のＸ方向における位置を検出する。
【００３９】
キャリッジ１２は、図示しない移動機構及び動力源によって、Ｘ方向に往復動可能に構成されている。移動機構としては、例えば、ボールねじとボールナットとを組み合わせた機構や、リニアガイド機構などが採用され得る。また、本実施形態では、キャリッジ１２をＸ方向に沿って移動させるための動力源として、後述するキャリッジ搬送モーターが採用されている。キャリッジ搬送モーターとしては、ステッピングモーター、サーボモーター、リニアモーターなどの種々のモーターが採用され得る。
キャリッジ搬送モーターからの動力は、移動機構を介してキャリッジ１２に伝達される。これにより、キャリッジ１２は、ガイドレール６３に沿って、すなわちＸ方向に沿って往復移動することができる。つまり、キャリッジ搬送装置１３は、キャリッジ１２に支持されたヘッドユニット１４を、Ｘ方向に沿って往復移動させることができる。
【００４０】
キャリッジ昇降装置１５は、前述した支柱６７ａ及び支柱６７ｂを有している。また、キャリッジ昇降装置１５は、後述する昇降位置検出装置（図示せず）と、後述する昇降モーター（図示せず）と、を有している。
支柱６７ａは、ガイドレール６９ａを有している。支柱６７ｂは、ガイドレール６９ｂを有している。ガイドレール６９ａ及びガイドレール６９ｂは、それぞれ、Ｚ方向に沿って延在している。ガイドレール６９ａ及びガイドレール６９ｂは、架台６１をＺ方向に沿って昇降可能に案内する。つまり、支柱６７ａ及び支柱６７ｂは、ガイドレール６９ａ及びガイドレール６９ｂを介して、架台６１をＺ方向に昇降可能な状態で支持している。
【００４１】
架台６１は、図示しない昇降機構及び動力源によって、Ｚ方向に昇降可能に構成されている。昇降機構としては、例えば、ボールねじとボールナットとを組み合わせた機構や、リニアガイド機構などが採用され得る。本実施形態では、架台６１をＺ方向に沿って昇降させるための動力源として、後述する昇降モーターが採用されている。昇降モーターとしては、例えば、ステッピングモーター、サーボモーター、リニアモーターなどの種々のモーターが採用され得る。
昇降モーターからの動力は、昇降機構を介して架台６１に伝達される。これにより、架台６１は、ガイドレール６９ａ及びガイドレール６９ｂに沿って、すなわちＺ方向に沿って昇降することができる。つまり、キャリッジ昇降装置１５は、キャリッジ１２に支持されたヘッドユニット１４を、Ｚ方向に沿って昇降させることができる。
なお、昇降位置検出装置は、キャリッジ１２のＺ方向における位置を検出する。昇降位置検出装置での検出結果に基づいて、吐出ヘッド３３のＺ方向における位置が把握され得る。
【００４２】
造形装置５は、図６に示すように、上記の各構成の動作を制御する制御部１１１を有している。制御部１１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１３と、駆動制御部１１５と、メモリー部１１７と、を有している。駆動制御部１１５及びメモリー部１１７は、バス１１９を介してＣＰＵ１１３に接続されている。
また、造形装置５は、キャリッジ搬送モーター１２１と、テーブル搬送モーター１２２と、昇降モーター１２４と、キャリッジ位置検出装置１２５と、テーブル位置検出装置１２６と、昇降位置検出装置１２７と、を有している。
キャリッジ搬送モーター１２１、テーブル搬送モーター１２２、及び昇降モーター１２４は、それぞれ、入出力インターフェース１３３とバス１１９とを介して制御部１１１に接続されている。また、キャリッジ位置検出装置１２５、テーブル位置検出装置１２６及び昇降位置検出装置１２７も、それぞれ、入出力インターフェース１３３とバス１１９とを介して制御部１１１に接続されている。
【００４３】
キャリッジ搬送モーター１２１は、キャリッジ１２をＸ方向に沿って駆動するための動力を発生させる。テーブル搬送モーター１２２は、テーブル９を駆動するための動力を発生させる。昇降モーター１２４は、キャリッジ１２をＺ方向に沿って昇降させるための動力を発生させる。
キャリッジ位置検出装置１２５は、キャリッジ１２のＸ方向における位置を検出する。テーブル位置検出装置１２６は、テーブル９のＹ方向における位置を検出する。昇降位置検出装置１２７は、キャリッジ１２のＺ方向における位置を検出する。
なお、吐出ヘッド３３も、入出力インターフェース１３３とバス１１９とを介して制御部１１１に接続されている。また、コンピューター３も、入出力インターフェース１３３とバス１１９とを介して制御部１１１に接続されている。
【００４４】
ＣＰＵ１１３は、プロセッサーとして各種の演算処理を行う。駆動制御部１１５は、各構成の駆動を制御する。メモリー部１１７は、ＲＡＭ（Random Access Memory）や、ＲＯＭ（Read Only Memory）などを含んでいる。メモリー部１１７には、造形装置５における動作の制御手順が記述されたプログラムソフト１３５を記憶する領域や、各種のデータを一時的に展開する領域であるデータ展開部１３７などが設定されている。データ展開部１３７に展開されるデータとしては、例えば、描画すべき断面要素が示される断面データや、描画処理等のプログラムデータなどが挙げられる。
駆動制御部１１５は、モーター制御部１４１と、位置検出制御部１４３と、吐出制御部１４５と、を有している。
【００４５】
モーター制御部１４１は、ＣＰＵ１１３からの指令に基づいて、キャリッジ搬送モーター１２１の駆動と、テーブル搬送モーター１２２の駆動と、昇降モーター１２４の駆動とを、個別に制御する。
位置検出制御部１４３は、ＣＰＵ１１３からの指令に基づいて、キャリッジ位置検出装置１２５と、テーブル位置検出装置１２６と、昇降位置検出装置１２７とを、個別に制御する。
位置検出制御部１４３は、ＣＰＵ１１３からの指令に基づいて、キャリッジ位置検出装置１２５にキャリッジ１２のＸ方向における位置を検出させ、且つ検出結果をＣＰＵ１１３に出力する。
【００４６】
また、位置検出制御部１４３は、ＣＰＵ１１３からの指令に基づいて、テーブル位置検出装置１２６にテーブル９のＹ方向における位置を検出させ、且つ検出結果をＣＰＵ１１３に出力する。
また、位置検出制御部１４３は、ＣＰＵ１１３からの指令に基づいて、昇降位置検出装置１２７にキャリッジ１２のＺ方向における位置を検出させ、且つ検出結果をＣＰＵ１１３に出力する。
吐出制御部１４５は、ＣＰＵ１１３からの指令に基づいて、吐出ヘッド３３の駆動を制御する。
【００４７】
ここで、造形装置５における描画処理について説明する。
造形装置５では、制御部１１１（図６）がコンピューター３から入出力インターフェース１３３及びバス１１９を介して断面データを取得すると、断面データごとにＣＰＵ１１３によって図７に示す描画処理が実施される。
ここで、断面データでは、描画すべき断面要素がビットマップ状に表現されている。ワークＷへの断面要素の描画は、吐出ヘッド３３をワークＷに対向させた状態で、吐出ヘッド３３とワークＷとを相対的に往復移動させながら、吐出ヘッド３３から液滴５５を所定周期で吐出させることによって行われる。
【００４８】
描画処理では、ＣＰＵ１１３は、まず、ステップＳ１において、キャリッジ搬送指令をモーター制御部１４１（図６）に出力する。このとき、モーター制御部１４１は、キャリッジ搬送モーター１２１の駆動を制御して、キャリッジ１２を描画エリアの往路開始位置に移動させる。ここで、描画エリアは、図２に示すテーブル９によってＹ方向に沿って描かれる軌跡と、吐出ヘッド３３によってＸ方向に沿って描かれる軌跡とが重なり合う領域である。往路開始位置は、キャリッジ１２を往復移動させるときの往路が開始する位置である。本実施形態では、往路開始位置は、Ｘ方向において、定盤２１の支柱６７ａ側に位置している。往路開始位置は、平面視で、定盤２１の外側に位置している。
次いで、ステップＳ２において、ＣＰＵ１１３は、基板搬送指令をモーター制御部１４１（図６）に出力する。このとき、モーター制御部１４１は、テーブル搬送モーター１２２の駆動を制御して、ワークＷを描画エリアに移動させる。
【００４９】
次いで、ステップＳ３において、ＣＰＵ１１３は、キャリッジ走査指令をモーター制御部１４１（図６）に出力する。このとき、モーター制御部１４１は、キャリッジ搬送モーター１２１の駆動を制御して、キャリッジ１２の往復移動を開始させる。
ここで、キャリッジ１２の往復移動では、キャリッジ１２は、上述した往路開始位置と復路開始位置との間を往復移動する。つまり、往路開始位置から復路開始位置で折り返して往路開始位置に戻る経路がキャリッジ１２の１往復である。このため、本実施形態では、往路開始位置から復路開始位置に向かう経路がキャリッジ１２の往路である。他方で、復路開始位置から往路開始位置に向かう経路がキャリッジ１２の復路である。
なお、復路開始位置は、Ｘ方向に定盤２１（図２）を挟んで往路開始位置に対峙する位置である。復路開始位置は、平面視で、定盤２１の外側に位置している。このため、往路開始位置と復路開始位置とは、平面視で、定盤２１をＸ方向に挟んで互いに対峙している。
【００５０】
次いで、ステップＳ４において、ＣＰＵ１１３は、吐出指令を吐出制御部１４５（図６）に出力する。このとき、吐出制御部１４５は、吐出ヘッド３３の駆動を制御して、断面データに基づいて、各ノズル３７から液滴５５を吐出させる。これにより、往路での描画が行われる。
次いで、ステップＳ５において、ＣＰＵ１１３は、キャリッジ１２の位置が復路開始位置に到達したか否かを判定する。このとき、キャリッジ１２の位置が復路開始位置に到達した（Ｙｅｓ）と判定されると、処理がステップＳ６に移行する。他方で、キャリッジ１２の位置が復路開始位置に到達していない（Ｎｏ）と判定されると、キャリッジ１２の位置が復路開始位置に到達するまで処理が待機される。
【００５１】
ステップＳ６において、ＣＰＵ１１３は、吐出停止指令を吐出制御部１４５（図６）に出力する。このとき、吐出制御部１４５は、吐出ヘッド３３の駆動を停止して、各ノズル３７からの液滴５５の吐出を停止させる。これにより、往路での描画が終了する。
次いで、ステップＳ７において、ＣＰＵ１１３は、改行指令をモーター制御部１４１（図６）に出力する。このとき、モーター制御部１４１は、テーブル搬送モーター１２２の駆動を制御して、ワークＷをＹ方向に移動（改行）させ、ワークＷにおいてパターンを描画すべき新たな領域を描画エリアに移動させる。
次いで、ステップＳ８において、ＣＰＵ１１３は、吐出指令を吐出制御部１４５（図６）に出力する。このとき、吐出制御部１４５は、吐出ヘッド３３の駆動を制御して、断面データに基づいて、各ノズル３７から液滴５５を吐出させる。これにより、復路での描画が行われる。
【００５２】
次いで、ステップＳ９において、ＣＰＵ１１３は、キャリッジ１２の位置が往路開始位置に到達したか否かを判定する。このとき、キャリッジ１２の位置が往路開始位置に到達した（Ｙｅｓ）と判定されると、処理がステップＳ１０に移行する。他方で、キャリッジ１２の位置が往路開始位置に到達していない（Ｎｏ）と判定されると、キャリッジ１２の位置が往路開始位置に到達するまで処理が待機される。
ステップＳ１０において、ＣＰＵ１１３は、吐出停止指令を吐出制御部１４５（図６）に出力する。このとき、吐出制御部１４５は、吐出ヘッド３３の駆動を停止して、各ノズル３７からの液滴５５の吐出を停止させる。これにより、復路での描画が終了する。
【００５３】
次いで、ステップＳ１１において、ＣＰＵ１１３は、断面データに基づく断面要素の描画が終了したか否かを判定する。このとき、断面要素の描画が終了した（Ｙｅｓ）と判定されると、処理が終了する。他方で、断面要素の描画が終了していない（Ｎｏ）と判定されると、処理がステップＳ１２に移行する。
ステップＳ１２において、ＣＰＵ１１３は、改行指令をモーター制御部１４１（図６）に出力してから、処理をステップＳ４に移行させる。このとき、ステップＳ１２では、モーター制御部１４１は、テーブル搬送モーター１２２の駆動を制御して、ワークＷをＹ方向に移動（改行）させ、ワークＷにおいてパターンを描画すべき新たな領域を描画エリアに移動させる。
【００５４】
ここで、本実施形態における造形方法の流れについて説明する。
本実施形態における造形方法は、図８に示すように、断面データ生成工程Ｓ５１と、造形工程Ｓ５２と、洗浄工程Ｓ５３と、を含む。
さらに、造形工程Ｓ５２は、層形成工程Ｓ５２１と、描画工程Ｓ５２２と、を含む。
断面データ生成工程Ｓ５１では、上述したように、造形対象である立体７の形状データから複数の断面データを生成する。断面データ生成工程Ｓ５１では、コンピューター３によって、断面データの生成が行われる。
【００５５】
造形システム１では、コンピューター３によって、造形対象である立体７の形状データから複数の断面要素が抽出される。立体７は、図９に示すように、複数の断面要素１６１によって構成される。複数の断面要素１６１を順次に重ねると、造形対象である立体７が構成される。つまり、複数の断面要素１６１は、それぞれ、造形対象である立体７の形状を構成する要素である。本例では、立体７を３つの断面要素１６１に分割した例が示される。
以下において、３つの断面要素１６１のそれぞれを個別に識別する場合に、３つの断面要素１６１は、断面要素１６１j（ｊは、１〜３までの整数）と表記される。また、本例での断面要素１６１jは、それぞれ、厚みｔjを有している。
コンピューター３は、抽出した複数の断面要素１６１に基づいて、複数の断面データを生成する。このとき、１つの断面要素１６１から１つの断面データが生成される。複数の断面データは、それぞれ、造形装置５に出力される。
【００５６】
層形成工程Ｓ５２１では、図９に示す断面要素１６１ごとに、石膏で層を形成する。このとき、層は、断面要素１６１ごとに、断面要素１６１jの厚みｔjに対応した厚さで形成される。
層形成工程Ｓ５２１の後に、描画工程Ｓ５２２では、断面データに基づいて、石膏の層に機能液５３を塗布することによって、断面要素１６１を描画する。描画工程Ｓ５２２では、造形装置５における描画処理（図７）に基づいて、断面要素１６１の描画が行われる。
ここで、機能液５３には、水が含まれている。このため、石膏の層において機能液５３で描画された断面要素１６１が硬化する。硬化した断面要素１６１は、断面パターンと呼ばれる。
【００５７】
造形工程Ｓ５２では、層形成工程Ｓ５２１及び描画工程Ｓ５２２を、すべての断面要素１６１にわたって順次に実施する。つまり、層形成工程Ｓ５２１及び描画工程Ｓ５２２は、描画すべき新たな断面要素の断面データが尽きるまで反復して行われる。これにより、図１０に示す積層体１６３が形成され得る。積層体１６３では、複数の断面パターン１６５が重畳している。なお、積層体１６３では、断面パターン１６５に未硬化の石膏１６７が付着している。
複数の断面要素１６１にわたって層形成工程Ｓ５２１及び描画工程Ｓ５２２を反復して実施した後に、洗浄工程Ｓ５３では、立体７に付着している未硬化の石膏１６７を洗浄する。
上記により、立体７が形成され得る。
【００５８】
本実施形態では、描画工程Ｓ５２２が、造形装置５における描画処理によって実現される。本実施形態では、描画工程Ｓ５２２において、機能液５３の塗布工程（断面要素１６１の描画）が、造形装置５における描画処理（図７）に基づいて実施される。
ここで、図９に示す立体７を例に、造形工程Ｓ５２の流れを説明する。
まず、層形成工程Ｓ５２１において、図１１（ａ）に示すように、基板などのワークＷに石膏で層１７１1を形成する。
ここで、本実施形態では、石膏の態様として、図１１（ａ）中のＤ部の拡大図である図１２に示すように、石膏カプセル１７３が採用されている。石膏カプセル１７３では、粉状の石膏１７５が樹脂１７７で束ねられている。
樹脂１７７は、フィルム状の態様を有しており、水溶性を示す。本実施形態では、樹脂１７７としてＰＶＡ（polyvinyl alcohol）が採用されている。
石膏カプセル１７３では、粉状の石膏１７５をフィルム状の樹脂１７７で包むことによって、石膏１７５が樹脂１７７によって束ねられている。言い換えると樹脂１７７によって石膏１７５が保持されている状態となる。
【００５９】
石膏カプセル１７３の製造方法としては、例えば、次に述べる方法が採用され得る。
まず、図１３（ａ）に示すように、一対の金型１８１ａ及び金型１８１ｂの間に、ＰＶＡのシート１８３ａを敷いてから、シート１８３ａ上に石膏１７５を並べて載置する。
次に、石膏１７５と金型１８１ｂとの間にＰＶＡのシート１８３ｂを敷く。
次に、図１３（ｂ）に示すように、一対の金型１８１ａ及び金型１８１ｂを閉じる。すなわち、シート１８３ａ及びシート１８３ｂを金型１８１ａ及び金型１８１ｂで挟持させる。
次に、金型１８１ａ及び金型１８１ｂを介して、シート１８３ａ及びシート１８３ｂを、約１００〜１２０℃の温度に加熱する。これにより、シート１８３ａ及びシート１８３ｂ同士が圧着（ヒートシール）される。
上記により、石膏カプセル１７３が製造され得る。なお、石膏カプセル１７３の大きさは、任意の大きさが採用され得る。造形物に緻密さが要求される場合には、石膏カプセル１７３の大きさが細かいことが好ましい。
【００６０】
層形成工程Ｓ５２１では、複数の石膏カプセル１７３を敷くことによって、図１１（ａ）に示す層１７１1を形成する。
なお、層１７１1の厚みは、図１１（ａ）に示すように、ｔ1の厚みに設定される。前述したように、厚みｔ1は、断面要素１６１1の厚み（図９）である。
層１７１1の形成に次いで、描画工程Ｓ５２２において、図１１（ｂ）に示すように、吐出ヘッド３３から機能液５３を液滴５５として吐出させることによって、層１７１1に機能液５３で断面要素１６１1を描画する。このとき、層１７１1において、断面要素１６１1に重なる領域内の石膏カプセル１７３に機能液５３が塗布される。前述したように、機能液５３には、水が含まれている。このため、機能液５３が塗布された石膏カプセル１７３では、樹脂１７７が機能液５３に溶解してから、石膏１７５に機能液５３が付着する。この結果、層１７１1において、断面要素１６１1に重なる領域内の石膏１７５が硬化する。これにより、層１７１1に断面パターン１６５1が形成され得る。
【００６１】
次いで、図１１（ｃ）に示すように、層形成工程Ｓ５２１において、複数の石膏カプセル１７３を敷くことによって、層１７１2を形成する。このとき、層１７１2の厚みは、ｔ2の厚みに設定される。前述したように、厚みｔ2は、断面要素１６１2の厚み（図９）である。
次いで、図１１（ｄ）に示すように、描画工程Ｓ５２２において、吐出ヘッド３３から機能液５３を液滴５５として吐出させることによって、層１７１2に機能液５３で断面要素１６１2を描画する。このとき、層１７１2において、断面要素１６１2に重なる領域内の石膏カプセル１７３に機能液５３が塗布される。この結果、層１７１2において、断面要素１６１2に重なる領域内の石膏１７５が硬化する。これにより、層１７１2に断面パターン１６５2が形成され得る。
【００６２】
次いで、図１４（ａ）に示すように、層形成工程Ｓ５２１において、複数の石膏カプセル１７３を敷くことによって、層１７１3を形成する。このとき、層１７１3の厚みは、ｔ3の厚みに設定される。前述したように、厚みｔ3は、断面要素１６１3の厚み（図９）である。
次いで、図１４（ｂ）に示すように、描画工程Ｓ５２２において、吐出ヘッド３３から機能液５３を液滴５５として吐出させることによって、層１７１3に機能液５３で断面要素１６１3を描画する。このとき、層１７１3において、断面要素１６１3に重なる領域内の石膏カプセル１７３に機能液５３が塗布される。この結果、層１７１3において、断面要素１６１3に重なる領域内の石膏１７５が硬化する。これにより、層１７１3に断面パターン１６５3が形成され得る。
上記により、図１４（ｃ）に示す積層体１６３が形成され得る。
【００６３】
そして、洗浄工程Ｓ５３において、積層体１６３を洗浄することによって、未硬化の石膏カプセル１７３が洗い流される。これにより、立体７が形成され得る。
洗浄工程Ｓ５３では、例えば、アルコールやアセトンなどの液体が洗浄剤として採用され得る。石膏１７５を束ねる樹脂１７７（図１２）は、これらの洗浄剤に対して溶けにくい性質を有している。
そして、洗浄工程Ｓ５３では、積層体１６３を洗浄剤に浸漬する。積層体１６３を洗浄剤に浸漬することによって、石膏カプセル１７３同士間の結着状態が解放され得る。このため、積層体１６３を洗浄剤に浸漬することによって、石膏カプセル１７３を洗い流すことができる。このとき、洗浄剤を加温したり、洗浄剤中で積層体１６３に超音波を照射したりすることによって、洗浄を促進させることができる。
【００６４】
本実施形態において、石膏カプセル１７３が粉束に対応し、層１７１1、層１７１2及び層１７１3のそれぞれが粉束層に対応している。
本実施形態では、粉状の石膏１７５をフィルム状の樹脂１７７で包んだ石膏カプセル１７３が採用されているので、石膏１７５の粉末の飛散を発生させにくくすることができる。この結果、造形装置５などへの粉末の付着を低く抑えやすくすることができるので、造形装置５の信頼性を維持しやすくすることができる。
また、本実施形態では、層形成工程Ｓ５２１において、複数の石膏カプセル１７３を敷くことによって、層１７１1、層１７１2及び層１７１3のそれぞれを形成する。このため、例えば、層１７１1、層１７１2及び層１７１3のそれぞれを１つの石膏カプセル１７３で構成する場合に比較して、未硬化の石膏１７５を洗い流しやすい。この結果、立体７を造形しやすくすることができる。また、複数の石膏カプセル１７３を敷くことによって、層１７１1、層１７１2及び層１７１3のそれぞれを形成するので、高精細な立体７を造形することができる。
【００６５】
また、本実施形態では、描画工程Ｓ５２２において、機能液５３に溶解した樹脂１７７は、粉状の石膏１７５の粉末同士間に浸透すると、粉末同士をつなぎとめるバインダーとして機能することがある。本実施形態では、複数の石膏カプセル１７３を敷くことによって、層１７１1、層１７１2及び層１７１3のそれぞれを形成するので、機能液５３に溶解した樹脂１７７が石膏１７５の粉末同士間に浸透しやすい。このため、造形した立体７の強度を高めやすくすることができる。
さらに、この立体７に加熱処理を施すことによって、粉末同士間に浸透した樹脂１７７と粉末との密着性を高めやすくすることができる。この結果、造形した立体７の強度を、加熱処理によって一層高めやすくすることができる。加熱処理としては、立体７に赤外線を照射する方法や、立体７をクリーンオーブンなどの炉で加熱する方法などの種々の方法が採用され得る。
【００６６】
なお、本実施形態では、石膏１７５を束ねる態様として、石膏１７５をフィルム状の樹脂１７７で包んだ石膏カプセル１７３が採用されている。しかしながら、石膏１７５を束ねる態様としては、石膏カプセル１７３に限定されない。石膏１７５を束ねる態様としては、例えば、樹脂１７７に石膏１７５を練り込んだ態様も採用され得る。
また、石膏カプセル１７３では、石膏１７５がフィルム状の樹脂１７７に包まれていなくてもよい。粉末が樹脂１７７に固着していれば、石膏１７５が樹脂１７７からはみ出ていてもよい。すわなち、石膏１７５が樹脂１７７によって束ねられていればよい。言い換えると樹脂１７７によって石膏１７５が保持されていればよい。これにより、石膏１７５の粉末が飛散することを低く抑えやすくすることができる。
【００６７】
また、本実施形態では、描画工程Ｓ５２２において、機能液５３を塗布する方法として、塗布法の１つであるインクジェット法が採用されている。しかしながら、塗布法は、インクジェット法に限定されず、ディスペンス法や、印刷法なども採用され得る。しかしながら、インクジェット法を採用することは、ワークＷの任意の箇所に任意の量の機能液５３を塗布しやすい点で好ましい。
【００６８】
また、本実施形態では、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック及びホワイトの５種類のカラー塗料が採用されている。しかしながら、カラー塗料の色は、これらの５種類に限定されない。カラー塗料の色としては、例えば、これらの５種類にライトシアンやライトマゼンタなどを加えた７種類等、１種類以上の任意の種類のカラー塗料が採用され得る。
【符号の説明】
【００６９】
１…造形システム、５…造形装置、７…立体、３３…吐出ヘッド、３５…ノズル面、３７…ノズル、５３…機能液、５５…液滴、１６１…断面要素、１６３…積層体、１６５…断面パターン、１７１1，１７１2，１７１3…層、１７３…石膏カプセル、１７５…石膏、１７７…樹脂、１８１ａ，１８１ｂ…金型、１８３ａ，１８３ｂ…シート。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形対象である立体を複数の断面要素に分割し、前記断面要素ごとに、
粉末を樹脂で束ねた構成を有する粉束を層状に敷くことによって、前記粉束で粉束層を形成する層形成工程と、
前記粉束層に液状体を塗布することによって、前記粉束層に前記液状体で前記断面要素を断面パターンとして描画する描画工程と、
を前記複数の断面要素にわたって順次に実施する造形工程を含み、
前記樹脂は、前記液状体に対して可溶性を有しており、
前記粉末は、前記液状体の塗布を受けて硬化する性質を有している、
ことを特徴とする造形方法。
【請求項２】
前記粉束は、前記粉末をフィルム状の前記樹脂で包んだ構成を有している、
ことを特徴とする請求項１に記載の造形方法。
【請求項３】
前記層形成工程において、複数の前記粉束を並べることによって、前記粉束層を形成する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の造形方法。
【請求項４】
前記液状体は、水を含んでおり、
前記樹脂は、水溶性を示し、
前記粉末は、前記水の塗布を受けて硬化する性質である水硬性を有している、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の造形方法。
【請求項５】
前記粉末は、石膏である、
ことを特徴とする請求項４に記載の造形方法。
【請求項６】
前記樹脂は、前記液状体に溶けることによって、前記粉末のバインダーとして機能する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の造形方法。
【請求項７】
前記液状体は、色素を含有している、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の造形方法。
【請求項８】
前記描画工程では、前記液状体をインクジェット法で前記粉束層に吐出することによって、前記粉束層に前記断面パターンを描画する、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の造形方法。
【請求項１】
造形対象である立体を複数の断面要素に分割し、前記断面要素ごとに、
粉末を樹脂で束ねた構成を有する粉束を層状に敷くことによって、前記粉束で粉束層を形成する層形成工程と、
前記粉束層に液状体を塗布することによって、前記粉束層に前記液状体で前記断面要素を断面パターンとして描画する描画工程と、
を前記複数の断面要素にわたって順次に実施する造形工程を含み、
前記樹脂は、前記液状体に対して可溶性を有しており、
前記粉末は、前記液状体の塗布を受けて硬化する性質を有している、
ことを特徴とする造形方法。
【請求項２】
前記粉束は、前記粉末をフィルム状の前記樹脂で包んだ構成を有している、
ことを特徴とする請求項１に記載の造形方法。
【請求項３】
前記層形成工程において、複数の前記粉束を並べることによって、前記粉束層を形成する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の造形方法。
【請求項４】
前記液状体は、水を含んでおり、
前記樹脂は、水溶性を示し、
前記粉末は、前記水の塗布を受けて硬化する性質である水硬性を有している、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の造形方法。
【請求項５】
前記粉末は、石膏である、
ことを特徴とする請求項４に記載の造形方法。
【請求項６】
前記樹脂は、前記液状体に溶けることによって、前記粉末のバインダーとして機能する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の造形方法。
【請求項７】
前記液状体は、色素を含有している、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の造形方法。
【請求項８】
前記描画工程では、前記液状体をインクジェット法で前記粉束層に吐出することによって、前記粉束層に前記断面パターンを描画する、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の造形方法。
【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１４】
【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１４】
【公開番号】特開２０１１−１８９６６１（Ｐ２０１１−１８９６６１Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５８８３６（Ｐ２０１０−５８８３６）
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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