JP2017196811A - 立体造形物を造形する装置、プログラム、立体造形物を造形する方法、立体造形物の造形データを作成する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粉体積層造形で造形した立体造形物の表面に余分な粉体が付着する。【解決手段】第ｋ層目の造形層３００Ａから第（ｋ＋２）層目の造形層３００Ｃを造形するときには、造形層３０の輪郭部３０ａを先に造形し、造形された輪郭部３０ａを輪郭とする内部３０ｂを後に造形し、第（ｋ＋３）層目の造形層３００Ｄの造形を行うときには、輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃとを先に造形し、輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃとの間の内部３０ｂを造形し、第（ｋ＋４）層目の造形層３００Ｅの造形を行うときには、輪郭部３０ａ、３０ｄを先に造形し、先に造形した輪郭部３０ａ、３０ｄを輪郭とする内部３０ｂを後に造形する。【選択図】図１２

Description

本発明は立体造形物を造形する装置、プログラム、立体造形物を造形する方法、立体造形物の造形データを作成する方法に関する。

立体造形物（三次元造形物）を造形する装置として、例えば粉体積層造形法で造形するものがある。これは、例えば、造形ステージに粉体を敷き詰めて平坦化し、平坦化された層状の粉体（これを「粉体層」という。）に対して粉体を結合させる造形液を付与して、粉体が結合された層状造形物（これを「造形層」という。）を形成する。そして、この造形層上に粉体層を形成し、再度、造形層を形成する動作を繰り返して、造形層を積層することで立体造形物を造形する。

従来、造形物の輪郭の外側に、造形物を造形する造形液とは別に、滲み出し防止液を塗布して造形するものが知られている（特許文献１)。

特開２００５−００７５７２号公報

ところで、粉体積層造形法では粉体中で立体造形物を造形するために、立体造形物の側面や上面などの表面は粉体で囲まれた状態になる。そのため、造形完了後に、立体造形物を粉体中から取り出し、表面に付着残存している粉体を除去する必要がある。

しかしながら、立体造形物の表面には、はみ出した造形液によって余分な粉体が付着することがある。このように造形液で付着した余剰粉体は、造形完了後に立体造形物の表面から除去することが難しくなるという課題がある。

この場合、はみ出し防止液を別途塗布するのでは構成が複雑になる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、立体造形物の表面に付着する余剰な粉体を減少することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る立体造形物を造形する装置は、
敷き詰められた粉体に対し、前記粉体を結合する造形液を付与して層状造形物を造形する造形液付与手段と、
前記粉体を敷き詰める動作と、前記造形液付与手段から前記造形液を付与させて前記層状造形物を造形する動作を繰り返して、前記層状造形物を積層した立体造形物を造形する制御をする手段と、を備え、
前記制御をする手段は、
前記層状造形物を造形するとき、前記層状造形物の輪郭部を先に造形し、造形された前記輪郭部を輪郭とする内部を後に造形する制御を行う
構成とした。

本発明によれば、立体造形物の表面に付着する余剰な粉体を減少することができる。

本発明の第１実施形態に係る装置の平面説明図である。 同じく側面説明図である。 同じく造形部の断面説明図である。 同装置の制御部の概要の説明に供するブロック図である。 造形の流れの説明に供する模式的説明図である。 本発明の第１実施形態で造形する立体造形物の斜視説明図である。 同じく層構成を説明する断面説明図である。 同立体造形物の造形工程（制御部による制御）の全体的な流れの説明に供する断面説明図である。 造形層の造形過程の説明に供する平面説明図である。 造形層の造形過程の説明に供する平面説明図である。 造形層の造形過程の説明に供する平面説明図である。 各造形層の造形過程の説明に供する外郭部と内部に分けた平面説明図である。 輪郭部に対して内部を造形するときの造形液付与位置の第１例の説明に供する平面説明図である。 同じく造形液付与位置の第２例の説明に供する平面説明図である。 第１実施形態における造形動作の制御の説明に供するフロー図である。 本発明の第２実施形態における１層の造形層の造形過程を説明する平面説明図である。 本発明の第３実施形態における１層の造形層の造形過程を説明する平面説明図である。 本発明の第４実施形態で造形する立体造形物の説明図である。 同実施形態における造形動作の制御の説明に供するフロー図である。 本発明の第５実施形態における１層の造形層の造形過程を説明する平面説明図である。 本発明の第６実施形態における１層の造形層の造形過程を説明する平面説明図である。 第５実施形態における造形動作の制御の説明に供するフロー図である。 本発明の第７実施形態における１層の造形層の造形過程を説明する平面説明図である。 本発明の第８実施形態における１層の造形層の造形過程を説明する平面説明図である。 本発明の第９実施形態の説明に供する説明図である。 同実施形態における造形動作の制御の説明に供するフロー図である。 本発明の第１０実施形態の説明に供する平面説明図である。 同実施形態における造形動作の制御の説明に供するフロー図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態に係る装置の一例の概要について図１ないし図３を参照して説明する。図１は同装置の概略平面説明図、図２は同じく概略側面説明図、図３は同じく造形部の断面説明図である。なお、図３は造形時の状態で示している。

この立体造形物を造形する装置（立体造形装置という。）は、粉体積層造形装置であり、粉体（粉末）が結合された層状造形物である造形層３０が形成される造形部１と、造形部１の層状に敷き詰められた粉体層３１に対して造形液１０を吐出付与して造形層３０を造形する造形ユニット５とを備えている。

造形部１は、粉体槽１１と、平坦化部材（リコータ）である回転体としての平坦化ローラ１２などを備えている。なお、平坦化部材は、回転体に代えて、例えば板状部材（ブレード）とすることもできる。

粉体槽１１は、造形槽２２に供給する粉体２０を保持する供給槽２１と、造形層３０が積層されて立体造形物が造形される造形槽２２と、粉体層３１を形成するときに平坦化ローラ１２によって移送供給される粉体２０のうち、粉体層３１を形成しないで落下する余剰の粉体２０を溜める余剰粉体受け槽２９を有している。

供給槽２１の底部は供給ステージ２３として鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。同様に、造形槽２２の底部は造形ステージ２４として鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。造形ステージ２４上に造形層３０が積層された立体造形物が造形される。余剰粉体受け槽２９の底面には粉体２０を吸引する機構が備えられた構成や、余剰粉体受け槽２９が簡単に取り外せるような構成となっている。

供給ステージ２３は、後述するモータ２７によって矢印Ｚ方向（高さ方向）に昇降され、造形ステージ２４は、同じく、モータ２８によって矢印Ｚ方向に昇降される。

平坦化ローラ１２は、供給槽２１の供給ステージ２３上に供給された粉体２０を造形槽２２に移送して供給し、平坦化手段である平坦化ローラ１２によって供給した粉体の層の表面を均して平坦化して、粉体層３１を形成する。

この平坦化ローラ１２は、造形ステージ２４のステージ面（粉体２０が積載される面）に沿って矢印Ｙ方向に、ステージ面に対して相対的に往復移動可能に配置され、後述する往復移動機構２５によって移動される。また、平坦化ローラ１２は、後述するモータ２６によって回転駆動される。

一方、造形ユニット５は、造形ステージ２４上の粉体層３１に造形液１０を吐出する液体吐出ユニット５０を備えている。

液体吐出ユニット５０は、キャリッジ５１と、キャリッジ５１に搭載された造形液付与手段である２つ（１又は３つ以上でもよい。）の液体吐出ヘッド（以下、単に「ヘッド」という。）５２ａ、５２ｂを備えている。

キャリッジ５１は、ガイド部材５４及び５５に移動可能に保持されている。ガイド部材５４及び５５は、両側の側板７０、７０に昇降可能に保持されている。

このキャリッジ５１は、後述するＸ方向走査機構５５０を構成するＸ方向走査モータによってプーリ及びベルトを介して主走査方向である矢印Ｘ方向（以下、単に「Ｘ方向」という。他のＹ、Ｚについても同様とする。）に往復移動される。

２つのヘッド５２ａ、５２ｂ（以下、区別しないときは「ヘッド５２」という。）は、造形液を吐出する複数のノズルを配列したノズル列がそれぞれ２列配置されている。一方のヘッド５２ａの２つのノズル列は、シアン造形液及びマゼンタ造形液を吐出する。他方のヘッド５２ｂの２つのノズル列は、イエロー造形液及びブラック造形液をそれぞれ吐出する。なお、ヘッド構成はこれに限るものではない。

これらのシアン造形液、マゼンタ造形液、イエロー造形液、ブラック造形液の各々を収容した複数のタンク６０がタンク装着部５６に装着され、供給チューブなどを介してヘッド５２ａ、５２ｂに供給される。

また、Ｘ方向の一方側には、液体吐出ユニット５０のヘッド５２の維持回復を行うメンテナンス機構６１が配置されている。

メンテナンス機構６１は、主にキャップ６２とワイパ６３で構成される。キャップ６２をヘッド５２のノズル面（ノズルが形成された面）に密着させ、ノズルから造形液を吸引する。ノズルに詰まった粉体の排出や高粘度化した造形液を排出するためである。その後、ノズルのメニスカス形成（ノズル内は負圧状態である）のため、ノズル面をワイパ６３でワイピング（払拭）する。また、メンテナンス機構６１は、造形液の吐出が行われない場合に、ヘッドのノズル面をキャップ６２で覆い、粉体２０がノズルに混入することや造形液１０が乾燥することを防止する。

造形ユニット５は、ベース部材７上に配置されたガイド部材７１に移動可能に保持されたスライダ部７２を有し、造形ユニット５全体がＸ方向と直交するＹ方向（副走査方向）に往復移動可能である。この造形ユニット５は、後述するＹ方向走査機構５５２によって全体がＹ方向に往復移動される。

液体吐出ユニット５０は、ガイド部材５４、５５とともに矢印Ｚ方向に昇降可能に配置され、後述するＺ方向昇降機構５５１によってＺ方向に昇降される。

ここで、造形部１の詳細について説明する。

粉体槽１１は、箱型形状をなし、供給槽２１と造形槽２２と、余剰粉体受け槽２９の３つの上面が開放された槽とを備えている。供給槽２１内部には供給ステージ２３が、造形槽２２内部には造形ステージ２４がそれぞれ昇降可能に配置される。

供給ステージ２３の側面は供給槽２１の内側面に接するように配置されている。造形ステージ２４の側面は造形槽２２の内側面に接するように配置されている。これらの供給ステージ２３及び造形ステージ２４の上面は水平に保たれている。

造形槽２２の隣りには、造形槽２２外に排出される余剰な粉体を受ける余剰粉体受け部２９が配置されている。

余剰粉体受け槽２９には、粉体層３１を形成するときに平坦化ローラ１２によって移送供給される粉体２０のうちの余剰の粉体２０が落下する。余剰粉体受け槽２９に落下した余剰の粉体２０は、例えば粉体回収再生装置を経由して、供給槽２１に粉体を供給する後述する粉体供給装置５５４に戻される。

粉体供給装置５５４は供給槽２１上に配置される。造形の初期動作時や供給槽２１の粉体量が減少した場合に、粉体供給装置５５４を構成するタンク内の粉体を供給槽２１に供給する。粉体供給のための粉体搬送方法としては、スクリューを利用したスクリューコンベア方式や、エアーを利用した空気輸送方式などが挙げられる。

平坦化ローラ１２は、供給槽２１から粉体２０を造形槽２２へと移送供給して、表面を均すことで平坦化して所定の厚みの層状の粉体である粉体層３１を形成する。

この平坦化ローラ１２は、造形槽２２及び供給槽２１の内寸（即ち、粉体が供される部分又は仕込まれている部分の幅）よりも長い棒状部材であり、往復移動機構によってステージ面に沿ってＹ方向（副走査方向）に往復移動される。

この平坦化ローラ１２は、往復移動機構のモータによって回転されながら、供給槽２１の外側から供給槽２１及び造形槽２２の上方を通過するようにして水平移動する。これにより、粉体２０が造形槽２２上へと移送供給され、平坦化ローラ１２が造形槽２２上を通過しながら粉体２０を平坦化することで粉体層３１が形成される。

また、図２にも示すように、平坦化ローラ１２の周面に接触して、平坦化ローラ１２に付着した粉体２０を除去するための粉体除去部材である粉体除去板１３が配置されている。

粉体除去板１３は、平坦化ローラ１２の周面に接触した状態で、平坦化ローラ１２とともに移動する。また、粉体除去板１３は、平坦化ローラ１２が平坦化を行うときの回転方向に回転するときにカウンタ方向でも、順方向での配置可能である。

次に、上記立体造形装置の制御部の概要について図４を参照して説明する。図４は同制御部のブロック図である。

制御部５００は、この装置全体の制御を司るＣＰＵ５０１と、ＣＰＵ５０１に本発明に係わる制御を含む立体造形動作の制御を実行させるための本発明に係るプログラムを含むプログラム、その他の固定データを格納するＲＯＭ５０２と、造形データ等を一時格納するＲＡＭ５０３とを含む主制御部５００Ａを備えている。

制御部５００は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）５０４を備えている。また、制御部５００は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ５０５を備えている。

制御部５００は、外部の造形データ作成装置６００から造形データを受信するときに使用するデータ及び信号の送受を行うためのＩ／Ｆ５０６を備えている。

なお、造形データ作成装置６００は、最終形態の造形物（立体造形物）を各造形層毎にスライスしたスライスデータである造形データを作成する本発明に係る立体造形物を造形するデータを作成する装置であり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置で構成されている。

制御部５００は、各種センサの検知信号を取り込むためのＩ／Ｏ５０７を備えている。

制御部５００は、液体吐出ユニット５０のヘッド５２を駆動制御するヘッド駆動制御部５０８を備えている。

制御部５００は、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＸ方向（主走査方向）に移動させるＸ方向走査機構５５０を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１０と、造形ユニット５をＹ方向（副走査方向）に移動させるＹ方向走査機構５５２を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１２を備えている。

制御部５００は、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＺ方向に移動（昇降）させるＺ方向昇降機構５５１を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１１を備えている。なお、矢印Ｚ方向への昇降は造形ユニット５全体を昇降させる構成とすることもできる。

制御部５００は、供給ステージ２３を昇降させるモータ２７を駆動するモータ駆動部５１３と、造形ステージ２４を昇降させるモータ２８を駆動するモータ駆動部５１４を備えている。

制御部５００は、平坦化ローラ１２を移動させる往復移動機構２５のモータ５５３を駆動するモータ駆動部５１５と、平坦化ローラ１２を回転駆動するモータ２６を駆動する５１６を備えている。

制御部５００は、供給槽２１に粉体２０を供給する粉体供給装置５５４を駆動する供給系駆動部５１７と、液体吐出ユニット５０のメンテナンス機構６１を駆動するメンテナンス駆動部５１８を備えている。

制御部５００は、粉体後供給部８０から粉体２０の供給を行わせる後供給駆動部５１９を備えている。

制御部５００のＩ／Ｏ５０７には、装置の環境条件としての温度及び湿度を検出する温湿度センサ５６０などの検知信号やその他のセンサ類の検知信号が入力される。

制御部５００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル５２２が接続されている。

制御部５００は、上述したように、造形データ作成装置６００から造形データを受領する。造形データは、目的とする立体造形物の形状をスライスしたスライスデータとしての各造形層３０の形状データ（造形データ）を含む。

そして、主制御部５００Ａは、造形層３０の造形データに基づいてヘッド５２からの造形液の吐出を行わせる制御をする。

なお、造形データ作成装置６００と立体造形装置（粉体積層造形装置）６０１によって造形装置が構成される。

次に、造形の流れについて図５も参照して説明する。図５は造形の流れの説明に供する模式的説明図である。

ここでは、造形槽２２の造形ステージ２４上に、１層目の造形層３０が形成されている状態から説明する。

この１層目の造形層３０上に次の造形層３０を形成するときには、図５（ａ）に示すように、供給槽２１の供給ステージ２３をＺ１方向に上昇させ、造形槽２２の造形ステージ２４をＺ２方向に下降させる。

このとき、造形槽２２の粉体層３１の表面（粉体面）の上面と平坦化ローラ１２の下部（下方接線部）との間隔（積層ピッチ）がΔｔ１となるように造形ステージ２４の下降距離を設定する。の間隔Δｔ１が次に形成する粉体層３１の厚さ（積層ピッチ）に相当する。間隔Δｔ１は、数十〜１００μｍ程度であることが好ましい。

この場合、平坦化ローラ１２は供給槽２１及び造形槽２２の上端面に対してギャップを置いて配置している。したがって、造形槽２２に粉体２０を移送供給して平坦化するとき、粉体層３１の表面（粉体面）は供給槽２１及び造形槽２２の上端面よりも高い位置になる。

これにより、平坦化ローラ１２が供給槽２１及び造形槽２２の上端面に接触することを確実に防止できて、平坦化ローラ１２の損傷が低減する。平坦化ローラ１２の表面が損傷すると粉体層３１の表面にスジが発生して平坦性が低下する。

次いで、図５（ｂ）に示すように、供給槽２１の上面レベルよりも上方に位置する粉体２０を、平坦化ローラ１２を逆方向（矢印方向）に回転しながらＹ２方向（造形槽２２側）に移動することで、粉体２０を造形槽２２へと移送供給する（粉体供給）。

さらに、図５（ｃ）に示すように、平坦化ローラ１２を造形槽２２の造形ステージ２４のステージ面と平行に移動させ、造形ステージ２４の造形層３０上で所定の厚さΔｔ１になる粉体層３１を形成する（平坦化）。このとき、粉体層３１の形成に使用されなかった余剰の粉体２０は余剰粉体受け槽２９に落下する。

粉体層３１を形成後、平坦化ローラ１２は、図５（ｄ）に示すように、Ｙ１方向に移動されて初期位置（原点位置）に戻される（復帰される）。

ここで、平坦化ローラ１２は、造形槽２２及び供給槽２１の上面レベルとの距離を一定に保って移動できるようになっている。一定に保って移動できることで、平坦化ローラ１２で粉体２０を造形槽２２の上へと搬送させつつ、造形槽２２上又は既に形成された造形層３０の上に均一厚さΔｔ１の粉体層３１を形成できる。

その後、図５（ｅ）に示すように、液体吐出ユニット５０のヘッド５２から造形液１０の液滴を吐出して、次の粉体層３１に所要形状の造形層３０を積層形成する（造形）。

なお、造形層３０は、例えば、ヘッド５２から吐出された造形液１０が粉体２０と混合されることで、粉体２０に含まれる接着剤が溶解し、溶解した接着剤同士が結合して粉体２０が結合されることで形成される。

次いで、上述した粉体供給・平坦化よる粉体層３１を形成する工程、ヘッド５２による造形液吐出工程を繰り返して新たな造形層３０を形成する。このとき、新たな造形層３０とその下層の造形層３０とは一体化して三次元形状造形物（立体造形物）の一部を構成する。

以後、粉体の供給・平坦化よる粉体層３１を形成する工程、ヘッド５２による造形液吐出工程を必要な回数繰り返すことによって、三次元形状造形物（立体造形物）を完成させる。

次に、本実施形態で使用している粉体（立体造形用粉末材料）及び造形液について説明する。

立体造形用粉末材料は、基材と、この基材を平均厚み５ｎｍ〜５００ｎｍで被覆し、造形液としての架橋剤含有水の作用により溶解し架橋可能な水溶性有機材料（バインダー）とを有してなる。

この立体造形用粉末材料においては、基材を被覆する水溶性有機材料が、架橋剤含有水の作用により溶解し架橋可能であるため、水溶性有機材料に架橋剤含有水が付与されると、水溶性有機材料は、溶解すると共に、架橋剤含有水に含まれる架橋剤の作用により架橋する。

これにより、上記立体造形用粉末材料を用いて薄層（粉体層３１）を形成し、粉体層に架橋剤含有水を造形液として吐出することで、粉体層３１においては、溶解した水溶性有機材料が架橋する結果、粉体層３１が結合硬化して造形層３０が形成される。

次に、本発明の第１実施形態について図６ないし図１２を参照して説明する。図６は同実施形態で造形する立体造形物の斜視説明図、図７は同じく層構成を説明する断面説明図である。図８は同立体造形物の造形工程（制御部による制御）の全体的な流れの説明に供する断面説明図、図９ないし図１１は各造形層の造形過程の説明に供する平面説明図である。図１２は同じく各造形層の造形過程の説明に供する輪郭部及び最終造形部（併せて「外郭部」という。）と内部に分けた平面説明図である。なお、図９ないし図１１では説明を簡単にするためのヘッド５２の幅で所要の範囲に造形液を付与できるものとする。

本実施形態では、図６及び図７に示すように、第ｋ層目から第（ｋ＋４）層目までの５層の造形層３００Ａ〜３００Ｅを順次造形して積層し、中央部に凹部３０１を有する立体造形物３００を造形する。

まず、図８（ａ）に示すように第ｋ層目の造形層３００Ａを造形する。この造形層３００Ａの造形を行うときには、図９（ａ）及び図１２（ａ）に示すように、例えば図９で矢印Ｘ１方向にヘッド５２を移動して、造形層３０の輪郭部３０ａを先に造形する。

なお、造形層３０の輪郭部３０ａは、立体造形物３００の表面を構成することになる輪郭を含む部分であり、本実施形態では造形層３０以外の領域との境界（輪郭）から面内方向で１ドットないし５ドット分の範囲内の領域としているが、これに限るものではない。

その後、図９（ｂ）及び図１２（ａ）に示すように、例えば図９で矢印Ｘ２方向にヘッド５２を移動して、造形した輪郭部３０ａの内側の領域に造形液１０を付与して、造形された輪郭部３０ａを輪郭とする内部３０ｂを後に造形する。

これにより、図９（ｃ）に示すように、輪郭部３０ａと内部３０ｂが一体となった造形層３０によって第ｋ層目の造形層３００Ａが造形される。

次いで、図８（ａ）に示すように、第ｋ層目の造形層３００Ａの上に第（ｋ＋１）層目の造形層３００Ｂを造形する。この第（ｋ＋１）層目の造形層３００Ｂの造形を行うときには、図９及び図１２（ｂ）に示すように、第ｋ層目と同様、輪郭部３０ａを先に造形し、内部３０ｂを後に造形する。

次いで、図８（ａ）に示すように、第（ｋ層＋１）目の造形層３００Ｂの上に第（ｋ＋２）層目の造形層３００Ｃを造形する。この第（ｋ＋２）層目の造形層３００Ｃの造形を行うときには、図９及び図１２（ｃ）に示すように、第ｋ層目と同様、輪郭部３０ａを先に造形し、内部３０ｂを後に造形する

次いで、図８（ｂ）に示すように、第（ｋ＋２）層目の造形層３００Ｃの上に第（ｋ＋３）層目の造形層３００Ｄを造形する。

ここで、第（ｋ＋３）層目の造形層３００Ｄのうち、立体造形物３００の凹部３０１の底部３０１ａに対応する部分は、立体造形物３００の表面を構成する。つまり、最終造形層である造形層３００Ｄ以外の造形層の上層に造形層が造形されない部分（これを「最終造形部」という。）も、立体造形物３００の表面となる。

そこで、この第（ｋ＋３）層目の造形層３００Ｄの造形を行うときには、図１０（ａ）及び図１２（ｄ）に示すように、輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃとを先に造形する。

その後、図１０（ｂ）及び図１２（ｄ）に示すように、輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃとの間の内部３０ｂを後に造形する。なお、内部３０ｂには、最終造形部３０ｃの部分は含まれない。

これにより、図１０（ｃ）に示すように、輪郭部３０ａ、内部３０ｂ及び最終造形部３０ｃが一体となった造形層３０によって第（ｋ＋３）層目の造形層３００Ｄが造形される。

次いで、図８（ｃ）に示すように、第（ｋ＋３）層目の造形層３００Ｄの上に第（ｋ＋４）層目の造形層３００Ｅを造形する。

ここで、第（ｋ＋４）層目を貫通する立体造形物３００の凹部３０１の壁面となる輪郭も立体造形物３００の表面を構成する。

そこで、この第（ｋ＋４）層目の造形層３００Ｅの造形を行うときには、図１１（ａ）及び図１２（ｅ）に示すように、外側の輪郭部３０ａと内側の輪郭部３０ｄを先に造形する。

そして、図１１（ｂ）及び図１２（ｅ）に示すように、外側の輪郭部３０ａと内側の輪郭部３０ｄとの間の内部３０ｂを後に造形する。

これにより、図１１（ｃ）に示すように、外側の輪郭部３０ａ、内側の輪郭部３０ｄ及び内部３０ｂが一体となった造形層３０によって第（ｋ＋４）層目の造形層３００Ｅが造形される。

このように、層状造形物（造形層）の輪郭部、あるいは、輪郭部及び最終造形部を先に造形し、輪郭部を輪郭とする内部を後に造形することで、輪郭部、あるいは、輪郭部及び最終造形部の造形から内部の造形（造形液付与）までの間に時間差が生じる。この時間差の間に、先に造形液が付与された輪郭部、あるいは、輪郭部及び最終造形部は造形液の乾燥が進行する。

ここで、最終造形部３０ｃの場合、乾燥が進むことで最表面から造形液が失われる。したがって、次の粉体層３１が積層されても、最終造形部３０ｃの最表面に振りかかるだけで、結着を生じない。

また、輪郭部３０ａ、３０ｄについては、造形液が付与される面積が小さいので、ＸＹ方向への拡散浸透よりも先に乾燥が進む。したがって、輪郭部３０ａを造形するとき、過度な拡散浸透が進まない。

さらに、内部３０ｂに造形液が付与された後に起こると予想されるＸＹ方向への拡散浸透は、乾燥によって固化した輪郭部３０ａ、３０ｄによって阻止される。したがって、拡散浸透が過度に進まない。

これにより、立体造形物３００の表面に対する余剰な粉体２０の付着が低減される。

次に、輪郭部に対して内部を造形するときの造形液付与位置の異なる例について図１３及び図１４を参照して説明する。図１３及び図１４は同説明に供する平面説明図である。

図１３に示す第１例は、輪郭部３０ａと内部３０ｂとが重ならないで連続するように造形液を付与した例である。

図１４に示す第２例は、輪郭部３０ａの一部に内部３０ｂを重ねて連続するように造形液を付与した例である。重なり部分は、輪郭部３０ａの幅にもよるが、１ドット（輪郭部３０ａが２ドット以上ある場合）以上５ドット以下とすることが好ましいい。

すなわち、内部３０ｂを造形するとき、輪郭部３０ａの一部に造形液１０の付与領域が重なっている。

これにより、輪郭部３０ａと内部３０ｂとの連続性を確実に確保することができる。

なお、上述した輪郭部３０ａと内部３０ｂとの造形液付与位置の関係については、最終造形部３０ｃ、内側の輪郭部３０ｄと内部３０ｂとの関係について同様に適用することができる。

次に、第１実施形態における造形動作の制御について図１５のフロー図を参照して説明する。

まず、粉体層３１を形成し、第ｎ層目のスライスデータ（造形データ）を読み込み、スライスデータから外殻部（輪郭部、あるいは、輪郭部及び最終造形部、以下同様である。）と内部を分ける。このとき、第ｎ層目のスライスデータを上層となる第（ｎ＋１）層目のスライスデータを比較して、第（ｎ＋１）層のデータがない部分のデータを最終造形部３０ｃ（外殻部）とする。

そして、造形層３０を造形するときの造形液１０の付与量（吐出量）を決定した後、外殻部データ→内部データの順でスライスデータを再構築し、第ｎ層目の造形層３０の造形を行う。

その後、第ｎ層目が最終層でなければ、ｎをインクリメント（＋１）して、上記の処理を繰り返し、第ｎ層目が最終層であれば、造形を終了する。

なお、ここでは、造形層毎に外殻部データと内部データの再構築を行う例で説明しているが、すべての造形層について外殻部データと内部データの再構築を行った後、造形を開始する構成とすることもできる（以下の実施形態でも適用できるが、再説は省略する。）。

この場合には、粉体積層造形装置６０１側で外殻部と内部のデータを再構築することに代えて、造形データ作成装置６００側で外殻部データと内部のデータとを含む造形データ（スライスデータ）を作成して、粉体積層造形装置６０１側に送る構成とすることもできる。

次に、本発明の第２実施形態について図１６を参照して説明する。図１６は同実施形態における１層の造形層の造形過程を説明する平面説明図である。なお、図１６は第１実施形態の第（ｋ＋３）目の造形層３００Ｄを造形する場合の例である。

本実施形態は、１層の造形層３０をヘッド５２の複数回の走査で造形する。

まず、図１６（ａ）に示すように、１回目の走査で、輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃの半分を造形し、図１６（ｂ）に示すように、２回目の走査で、輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃの残り半分を造形して、先に輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃを完成する。

次いで、図１６（ｃ）に示すように、３回目の走査で、内部３０ｂの半分を造形し、図１６（ｄ）に示すように、４回目の走査で、内部３０ｂの残り半分を造形して、内部３０ｂの造形を完成する。

すなわち、本実施形態では、１層の層状造形物（造形層３０）をヘッドの複数回の走査で造形するとき、層状造形物単位（造形層単位）で輪郭部、あるいは、輪郭部及び最終造形物を先に造形して、輪郭部、あるいは、輪郭部及び最終造形物を完成した後に内部を造形する。

このように構成することで、輪郭部３０ａ及び最終造形部３０ｃの乾燥が進行した後に内部３０ｂの造形を開始することができ、造形品質を向上できる。

なお、ここでは、第１実施形態の第（ｋ＋３）目の造形層３００Ｄを造形する場合で説明しているので、造形層３００Ｅを造形する場合に生じる内側の輪郭部３０ｄの説明を省略しているが、輪郭部３０ｄは輪郭部３０ａと同じ処理をする（以下の実施形態でも同様であるのが、再説は省略する。）。

次に、本発明の第３実施形態について図１７を参照して説明する。図１７は同実施形態における１層の造形層の造形過程を説明する平面説明図である。なお、図１７は第１実施形態の第（ｋ＋３）目の造形層３００Ｄを造形する場合の例である。

本実施形態は、１層の造形層３０をヘッド５２の複数回の走査で造形する。

まず、図１７（ａ）に示すように、１回目の走査で、輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃの半分を造形し、図１７（ｂ）に示すように、２回目の走査で、造形した半分の輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃの間の内部３０ｂの半分を造形する。

次いで、図１７（ｃ）に示すように、３回目の走査で、輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃの残り半分を造形し、図１７（ｄ）に示すように、４回目の走査で、造形した残り半分の輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃの間の内部３０ｂの残り半分を造形する。

すなわち、本実施形態では、１層の層状造形物（造形層３０）をヘッドの複数回の走査で造形するとき、造形液付与手段であるヘッドの走査単位で輪郭部、あるいは、輪郭部及び最終造形物を先に造形して、輪郭部、あるいは、輪郭部及び最終造形物を部分的に完成した後に内部を造形し、これを各走査で繰り返して１層の層状造形物（造形層３０）を完成する。

次に、本発明の第４実施形態について図１８及び図１９を参照して説明する。図１８は同実施形態で造形する立体造形物の説明図、図１９は同実施形態における造形動作の制御の説明に供するフロー図である。

図１８に示すように、立体造形物３００が例えば三角錐である場合、先端部の造形面積は小さくなる。造形面積が小さい場合、外殻部（輪郭部、あるいは、輪郭部及び最終造形部）と内部に分けないでも、造形液の乾燥が早く進行し、余剰な粉体の付着が多くならない。

そこで、本実施形態では、外殻部の面積が内部の面積よりも大きいような場合には、枠部と内部に分けないで造形する。

図１９を参照して、まず、粉体層３１を形成し、第ｎ層目のスライスデータ（造形データ）を読み込み、スライスデータから枠部と内部を分ける。このとき、第ｎ層目のスライスデータを上層となる第（ｎ＋１）層目のスライスデータを比較して、第（ｎ＋１）層のデータがない部分を最終造形部３０ｃ（外殻部）とする。

そして、造形層３０を造形するときの造形液の付与量（吐出量）を決定した後、外殻部と内部の造形面積が、外殻部≦内部、であるか否かを判別する。

ここで、第ｎ層目の造形層３０の造形面積が、外殻部≦内部であるときには、前記実施形態で説明したように、外殻部データ→内部データの順でスライスデータを再構築し、外殻部→内部、の順に造形する。

これに対し、第ｎ層目の造形層３０の造形面積が、外殻部≦内部でないとき、つまり、外殻部＞内部であるときには、外殻部と内部を区別しないで造形する。

その後、第ｎ層目が最終層でなければ、ｎをインクリメント（＋１）して、上記の処理を繰り返し、第ｎ層目が最終層であれば、造形を終了する。

これにより、立体造形物全体の造形速度の低下を抑えることができる。

次に、本発明の第５実施形態について図２０を参照して説明する。図２０は同実施形態における１層の造形層の造形過程を説明する平面説明図である。なお、図２０は第１実施形態の第（ｋ＋３）目の造形層３００Ｄを造形する場合の例である。

まず、図２０（ａ）に示すように、１回目の走査で、輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃの半分を造形し、図２０（ｂ）に示すように、２回目の走査で、輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃの残り半分を造形して、先に輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃを完成する。

このとき、輪郭部３０ａの造形に付与する造形液の付与量（滴量）は、内部３０ｂの造形に付与する造形液の付与量よりも少なくしている。

これにより、輪郭部３０ａの乾燥時間を短縮することができる。なお、最終造形部３０ｃは内部３０ｂの付与量と同じとしている。

次いで、図２０（ｃ）に示すように、３回目の走査で、内部３０ｂの半分を造形し、図２０（ｄ）に示すように、４回目の走査で、内部３０ｂの残り半分を造形して、内部３０ｂの造形を完成する。

次に、本発明の第６実施形態について図２１を参照して説明する。図２１は同実施形態における１層の造形層の造形過程を説明する平面説明図である。なお、図２１は第１実施形態の第（ｋ＋３）目の造形層３００Ｄを造形する場合の例である。

まず、図２１（ａ）に示すように、１回目の走査で、輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃの半分を造形する。

このとき、輪郭部３０ａの造形に付与する造形液の付与量は、内部３０ｂの造形に付与する造形液の付与量よりも少なくしている。

これにより、輪郭部３０ａの乾燥時間を短縮することができる。そして、図２１（ｂ）に示すように、２回目の走査で、造形した半分の輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃの間の内部３０ｂの半分を造形する。

次いで、図２１（ｃ）に示すように、３回目の走査で、輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃの残り半分を造形し、図２１（ｄ）に示すように、４回目の走査で、造形した残り半分の輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃの間の内部３０ｂの残り半分を造形する。

次に、上記第５実施形態における造形動作の制御について図２２のフロー図を参照して説明する。なお、第６実施形態も同様に適用できる。

まず、粉体層３１を形成し、第ｎ層目のスライスデータ（造形データ）を読み込み、スライスデータから枠部と内部を分ける。このとき、第ｎ層目のスライスデータを上層となる第（ｎ＋１）層目のスライスデータを比較して、第（ｎ＋１）層のデータがない部分を最終造形部３０ｃ（外殻部）とする。

そして、造形層３０を造形するときの造形液の付与量（吐出量）を決定し、決定した内部３０ｂの付与量に対して輪郭部３０ａの付与量を決定する。ここで、輪郭部３０ａの付与量は、内部３０ｂの付与量の０．８倍以上１．０倍未満としている。なお、外殻部のうちの最終造形部３０については内部３０ｂの付与量と同じとすることが好ましい。

その後、外殻部データ→内部データの順でスライスデータを再構築する。このとき、スキャンによって再構築される造形層パターンは異なる。再構築されたスライスデータを元に、造形を行う。

その後、第ｎ層目が最終層でなければ、ｎをインクリメント（＋１）して、上記の処理を繰り返し、第ｎ層目が最終層であれば、造形を終了する。

次に、本発明の第７実施形態について図２３を参照して説明する。図２３は同実施形態における１層の造形層の造形過程を説明する平面説明図である。なお、図２３は第１実施形態の第（ｋ＋３）目の造形層３００Ｄを造形する場合の例である。

まず、図２３（ａ）、（ｂ）に示すように、輪郭部３０ａの造形に付与する造形液の付与量（吐出量）は、内部３０ｂの造形に付与する造形液の付与量よりも少なくし、１スキャン目で輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃの半分を造形し、２スキャン目で輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃの残り半分を造形する動作をＮ回繰り返し、先に輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃを完成する。

これにより、輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃについては、造形→乾燥→造形→乾燥・・・、と繰り返されるので、乾燥が促進される。

その後、図２３（ｃ）に示すように、内部３０ｂの半分を造形し、図２０（ｄ）に示すように、４回目の走査で、内部３０ｂの残り半分を造形して、内部３０ｂの造形を完成する。

次に、本発明の第８実施形態について図２４を参照して説明する。図２４は同実施形態における１層の造形層の造形過程を説明する平面説明図である。なお、図２４は第１実施形態の第（ｋ＋３）目の造形層３００Ｄを造形する場合の例である。

まず、図２４（ａ）に示すように、輪郭部３０ａの造形に付与する造形液の付与量（滴量）は、内部３０ｂの造形に付与する造形液の付与量よりも少なくし、輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃの半分を造形する動作をＮ回繰り返し、先に輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃの半分を完成する。

そして、図２４（ｂ）に示すように、内部３０ｂを造形し、造形層３０の半分を完成する。

次いで、図２４（ｃ）に示すように、輪郭部３０ａの造形に付与する造形液の付与量（滴量）は、内部３０ｂの造形に付与する造形液の付与量よりも少なくし、輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃの残り半分を造形する動作をＮ回繰り返し、先に輪郭部３０ａと最終造形部３０ｃの残り半分を完成する。

そして、図２４（ｄ）に示すように、内部３０ｂの残り半分を造形し、造形層３０の半分を完成する。

次に、本発明の第９実施形態について図２５を参照して説明する。図２５は同実施形態の説明に供する説明図である。

図２５（ａ）、（ｂ）に示すように、輪郭部３０ａ及び最終造形部３０ｃに対して複数回（Ｎ回）所要量の造形液を付与することで、最終的に目標とする付与量の造形液１０を付与する。

ここで、図２５（ｃ１）には、Ｎ＝２とした場合の造形液の付与パターン（付与位置）を、図２５（ｃ２）には、Ｎ＝４とした場合の造形液の付与パターン（付与位置）を、図２５（ｃ３）には、Ｎ＝８とした場合の造形液の付与パターン（付与位置）の例を示している。

複数回に分けて造形液を付与する場合、隣接する箇所に連続で塗布することを極力避ける。可能なかぎり離れた場所に複数回に分けて造形液を付与することにより、造形液の乾燥を早くすることができる。この場合、最終的な造形品質を枠部と内部で一致させるため、間引きの付与パターンは行わないようにしている。

次に、上記第９実施形態における造形動作の制御について図２６のフロー図を参照して説明する。

まず、粉体層３１を形成し、第ｎ層目のスライスデータ（造形データ）を読み込み、スライスデータから枠部と内部を分ける。このとき、第ｎ層目のスライスデータを上層となる第（ｎ＋１）層目のスライスデータを比較して、第（ｎ＋１）層のデータがない部分のデータを最終造形部３０ｃ（外殻部）とする。

そして、外殻部データのスキャン数を決定する。このスキャン数は、造形液の乾燥性や造形速度によるが、少なくとも２スキャン以上とする。

次いで、造形層３０のうちの内部３０ｂを造形するときの造形液の付与量（吐出量）を決定し、決定した内部３０ｂの付与量に対して輪郭部３０ａの付与量を決定する。

その後、外殻部データ→内部データの順でスライスデータを再構築する。このとき、スキャンによって再構築される造形層パターンは異なる。再構築されたスライスデータを元に、造形を行う。

その後、第ｎ層目が最終層でなければ、ｎをインクリメント（＋１）して、上記の処理を繰り返し、第ｎ層目が最終層であれば、造形を終了する。

次に、本発明の第１０実施形態について図２７を参照して説明する。図２７は同実施形態の説明に供する説明図である。

図２７（ａ）、（ｂ）に示すように、輪郭部３０ａ及び最終造形部３０ｃに対して内部３０ｂの付与量よりも少ない付与量を複数回（Ｎ回）に分割して造形液を付与することで、最終的に目標とするエラー! リンクが正しくありません。の造形液１０を付与する。

ここで、図２７（ｃ１）には、Ｎ＝２とし、異なる箇所に付与する場合の造形液の付与パターン（付与位置）を、図２７（ｃ４）には、Ｎ＝２とし、同じ箇所に付与する場合の造形液の付与パターン（付与位置）を示している。図２７（ｃ２）には、Ｎ＝４とし、異なる箇所に付与する場合の造形液の付与パターン（付与位置）を、図２７（ｃ５）には、Ｎ＝４とし、同じ箇所に付与する場合の造形液の付与パターン（付与位置）を示している。図２７（ｃ３）には、Ｎ＝８とし、異なる箇所に付与する場合の造形液の付与パターン（付与位置）を、図２７（ｃ６）には、Ｎ＝８とし、同じ箇所に付与する場合の造形液の付与パターン（付与位置）を示している。

次に、上記第１０実施形態における造形動作の制御について図２８のフロー図を参照して説明する。

まず、粉体層３１を形成し、第ｎ層目のスライスデータ（造形データ）を読み込み、スライスデータから枠部と内部を分ける。このとき、第ｎ層目のスライスデータを上層となる第（ｎ＋１）層目のスライスデータを比較して、第（ｎ＋１）層のデータがない部分のデータを最終造形部３０ｃ（外殻部）とする。

そして、外殻部データのスキャン数を決定する。このスキャン数は、造形液の乾燥性や造形速度によるが、少なくとも２スキャン以上とする。

次いで、造形層３０のうちの内部３０ｂを造形するときの造形液の付与量（吐出量）を決定し、その後、決定した内部３０ｂの付与量に対して輪郭部３０ａの付与量を決定する。ここで、輪郭部３０ａの付与量は、内部３０ｂの付与量の０．８倍以上１．０倍未満としている。

その後、外殻部データ→内部データの順でスライスデータを再構築する。このとき、スキャンによって再構築される造形層パターンは異なる。再構築されたスライスデータを元に、造形を行う。

その後、第ｎ層目が最終層でなければ、ｎをインクリメント（＋１）して、上記の処理を繰り返し、第ｎ層目が最終層であれば、造形を終了する。

上記実施形態では、供給槽と造形槽の２層構造の立体造形装置で説明したが、造形槽の１層構造とし、造形槽に直接粉体を供給してブレードやローラなどの平坦化手段で平坦化する構成の立体造形装置にも本発明を適用することができる。

１ 造形部
５ 造形ユニット
１０ 造形液
１２ 平坦化ローラ（平坦化手段）
２０ 粉体
２１ 供給槽
２２ 造形槽
２３ 供給ステージ
２４ 造形ステージ
３０ 造形層（層状造形物）
３０ａ、３０ｄ 輪郭部（外殻部）
３０ｂ 内部
３０ｃ 最終造形部（外殻部）
３１ 粉体層（層状の粉体）
５０ 液体吐出ユニット
５１ キャリッジ
５２ 液体吐出ヘッド
５００ 制御部

Claims (12)

1. 敷き詰められた粉体に対し、前記粉体を結合する造形液を付与して層状造形物を造形する造形液付与手段と、
   前記粉体を敷き詰める動作と、前記造形液付与手段から前記造形液を付与させて前記層状造形物を造形する動作を繰り返して、前記層状造形物を積層した立体造形物を造形する制御をする手段と、を備え、
   前記制御をする手段は、
   前記層状造形物を造形するとき、前記層状造形物の輪郭部を先に造形し、造形された前記輪郭部を輪郭とする内部を後に造形する制御を行う
   ことを特徴とする立体造形物を造形する装置。
2. 最終の前記層状造形物以外の層状造形物における上層に前記層状造形物が造形されない最終造形部を前記内部よりも先に造形する制御を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の立体造形物を造形する装置。
3. 前記最終造形部の面積が前記輪郭部の面積よりも広いときには、前記最終造形部を前記輪郭部よりも先に造形する制御を行う
   ことを特徴とする請求項２に記載の立体造形物を造形する装置。
4. 前記層状造形物単位で前記輪郭部を先に造形する制御を行う
   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物を造形する装置。
5. 前記造形液付与手段の走査単位で前記輪郭部を先に造形する制御を行う
   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物を造形する装置。
6. 前記内部を造形するとき、前記造形液の付与領域が前記輪郭部の一部と重なる
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の立体造形物を造形する装置。
7. 前記輪郭部の造形で付与する前記造形液の量が、前記内部の造形で付与する前記造形液の量よりも少ない
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の立体造形物を造形する装置。
8. 前記輪郭部を造形するとき、同じ個所に複数回前記造形液を付与する
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の立体造形物を造形する装置。
9. 前記内部の面積が前記内部以外の面積よりも小さくなるときには、前記内部と前記内部以外とを区別しないで造形する
   ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の立体造形物を造形する装置。
10. 粉体を敷き詰める動作と、前記敷き詰められた粉体に対し、前記粉体を結合する造形液を付与して層状造形物を造形する動作を繰り返して、前記層状造形物を積層した立体造形物を造形する方法であって、
    前記層状造形物を造形するとき、前記層状造形物の輪郭部を先に造形し、造形された前記輪郭部を輪郭とする内部を後に造形する
    ことを特徴とする立体造形物を造形する方法。
11. 粉体を敷き詰める動作と、前記敷き詰められた粉体に対し、前記粉体を結合する造形液を付与して層状造形物を造形する動作を繰り返して、前記層状造形物を積層した立体造形物を造形する制御をコンピュータに行わせるためのプログラムであって、
    前記層状造形物を造形するとき、前記層状造形物の輪郭部を先に造形し、造形された前記輪郭部を輪郭とする内部を後に造形する制御をコンピュータに行わせることを特徴とするプログラム。
12. 粉体を敷き詰める動作と、前記敷き詰められた粉体に対し、前記粉体を結合する造形液を付与して層状造形物を造形する動作を繰り返して、前記層状造形物を積層した立体造形物を造形する造形装置に与える前記層状造形物の造形データを作成する方法であって、
    前記層状造形物の輪郭部のデータと、前記輪郭部を輪郭とする内部のデータとを含む造形データを作成する
    ことを特徴とする立体造形物の造形データを作成する方法。

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