JP6524318B1

JP6524318B1 - 造形装置、及び造形物の製造方法

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Publication number: JP6524318B1
Application number: JP2018165244A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　智也; 智也鈴木
Original assignee: みんとる合同会社
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2019-06-05
Anticipated expiration: 2038-09-04
Also published as: JP2020037217A

Abstract

【課題】造形物をテーブルから剥がす工程を自動化する。【解決手段】造形装置は、その表面に三次元造形物を形成するためのテーブルと、造形材料からなる複数の材料層を積層することにより、前記テーブル上に前記三次元造形物を形成する形成部と、を備える。前記テーブルは、その表面を構成する第１のテーブル領域及び第２のテーブル領域と、前記第１のテーブル領域に対する前記第２のテーブル領域の高さを昇降する昇降機構と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、造形装置、及び造形物の製造方法に関する。

従来から、与えられたデータに基づき三次元造形物を生成する造形装置（いわゆる３Ｄプリンター）が知られている（例えば、特許文献１）。また、近年では、個人ユーザーが家庭内で使えるように３Ｄプリンターの小型化及び低価格化が進んでいる。

３Ｄプリンターの代表的な構成例は、相対的に移動可能なテーブル及びヘッドを備える。ヘッドには、フィラメント状のＡＢＳ樹脂やＰＬＡ樹脂などの造形材料が供給され、当該造形材料がヘッド内で溶融点まで加熱され、流動状態でヘッドのノズルから吐出される。当該３Ｄプリンターは、テーブル及びヘッドを相対的に移動しながら流動状態の造形材料を積層していくことで三次元造形物を造形する。

特開平０３−１５８２２８号公報

ところで、ノズルから吐出された造形材料は、その温度の低下により凝固するとともに収縮するので、テーブル上に造形された造形物も変形する。造形物の変形は、例えば造形材料の積層位置のずれを招き、これは造形物の作製の失敗につながる。

上記のような失敗を防ぐため、一般的には、テーブル上面（あるいはテーブル上に敷いたパッド上面）には、微細な凹凸が形成されており、この凹凸に造形物の底面が噛み合って固着するようにされている。それでも造形物の収縮による失敗を防げない場合には、例えば、ヒーテッドベッドを使って造形物を所定温度で保温することで収縮を低減したり、テーブル上面（あるいはパッド上面）に乾燥や熱により固化する糊（接着材と呼んでもよい）を予め塗布して造形物の底面をより強く固着させるようにしたりする対策が取られている。

ここで、テーブル上面（あるいはパッド上面）に固着した（あるいは糊を介して固着した）造形物を引き剥がすには、かなりの手の力が必要である。このような引き剥がし作業を含め、三次元造形物の造形には、人手による前準備や後処理などが存在し、手間と時間がかかる。自動的に連続で複数の造形物を造形することは実現されていない。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、少なくとも造形物をテーブルから剥がす工程を自動化し、望ましくは複数の造形物の連続造形を自動化する３Ｄプリンターを提供することを目的とする。

上記の課題の少なくとも一部を解決する本発明の一態様は、造形装置であって、その表面に三次元造形物を形成するためのテーブルと、造形材料からなる複数の材料層を積層することにより、前記テーブル上に前記三次元造形物を形成する形成部と、を備え、前記テーブルは、その表面を構成する第１のテーブル領域及び第２のテーブル領域と、前記第１のテーブル領域に対する前記第２のテーブル領域の高さを昇降する昇降機構と、を備える。

上記の造形装置は、前記テーブルを少なくとも一方向に傾ける傾斜機構を備えてもよい。

上記のいずれかの造形装置は、前記テーブルの下方に設けられ、傾斜した前記テーブルから滑落した前記三次元造形物を受け止めて前記造形装置の内部又は外部の所定の領域へ導くガイド部材を備えてもよい。

上記のいずれかの造形装置は、前記テーブル内に設けられ、その出口が前記テーブルの表面に形成されている、接着材を流すための流路と、前記流路の出口からの前記接着材の吐出を制御する吐出制御部とを備えてもよい。

上記のいずれかの造形装置は、前記テーブルの表面に接着材を吐出する接着材ヘッドと、前記接着材ヘッドからの前記接着材の吐出を制御する吐出制御部とを備えてもよい。

上記のいずれかの造形装置は、前記造形装置を制御するコントローラーを備え、前記コントローラーは、前記形成部に前記三次元造形物を形成させる工程と、前記昇降機構に前記第２のテーブル領域を昇降させる工程と、前記傾斜機構に前記テーブルを傾けさせる工程と、を実行してもよい。

上記のいずれかの造形装置は、前記造形装置を制御するコントローラーを備え、前記コントローラーは、前記吐出制御部に前記流路の出口から前記接着材を吐出させる工程と、前記形成部に前記三次元造形物を形成させる工程と、前記昇降機構に前記第２のテーブル領域を昇降させる工程と、前記傾斜機構に前記テーブルを傾けさせる工程と、を実行してもよい。

上記のいずれかの造形装置は、前記造形装置を制御するコントローラーを備え、前記コントローラーは、前記吐出制御部に前記接着材ヘッドから前記接着材を吐出させる工程と、前記形成部に前記三次元造形物を形成させる工程と、前記昇降機構に前記第２のテーブル領域を昇降させる工程と、前記傾斜機構に前記テーブルを傾けさせる工程と、を実行してもよい。

上記の課題の少なくとも一部を解決する本発明の他の態様は、造形物の製造方法であって、造形材料からなる複数の材料層を積層することにより、テーブル上に三次元造形物を形成する形成工程と、前記テーブルの表面を構成する第１のテーブル領域及び第２のテーブル領域のうち、前記第１のテーブル領域に対する前記第２のテーブル領域の高さを昇降させることにより、前記三次元造形物を前記テーブルの表面から剥離させる剥離工程とを含む。

上記の造形物の製造方法は、前記テーブルを傾けることにより、剥離された前記三次元造形物を前記テーブルから滑落させる搬出工程を含んでもよい。

上記のいずれかの造形物の製造方法は、前記形成工程の前に、前記テーブル表面に接着材を吐出して定着層を形成する工程を含んでもよい。

本発明によれば、少なくとも造形物をテーブルから剥がす工程を自動化した３Ｄプリンターを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る造形装置の構成例を示す模式図である。造形装置のテーブルの傾き動作の例を示す模式図である。テーブルの外観の一例を示す斜視図である。テーブルの昇降機構の構成例を示す模式図である。テーブルの昇降機構の動作例を示す模式図である。造形装置の動作例を示すフローチャートである。接着材の吐出機構の構成例を示す模式図である。接着材の吐出機構の他の構成例を示す模式図である。造形装置の動作の他の例を示すフローチャートである。第１のテーブル領域及び第２のテーブル領域の形状及び配列パターンの例を示す図である。第１のテーブル領域及び第２のテーブル領域の形状及び配列パターンの例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る造形装置１の構成例を示す模式図である。以下の説明では、造形装置１の左右方向をＸ軸、上下方向をＹ軸、前後方向をＺ軸とする。ＸＺ面は水平であり、ＺＹ面は垂直であるものとする。

造形装置１は、例えばパーソナルコンピューター等のデータ出力装置から入力された造形用データ（例えばＳＴＬデータをスライスして生成されたツールパスデータ）に従って、テーブル３上に造形材料からなる材料層を積層して三次元造形物Ｐを造形する（形成する）装置である。造形装置１は、３Ｄプリンターと呼ぶこともできる。

具体的には、造形装置１は、筐体２、テーブル３、テーブル移動機構４、ガイド部材５、ヘッド６、ヘッド移動機構７、カートリッジ８、造形材料９、及びコントローラー１０を備えている。ヘッド６及びヘッド移動機構７は、造形部（形成部）に相当する。

筐体２は、その内部の温度低下の防止などの目的のため、例えば箱体である。筐体２の一部の領域、例えば正面には、扉が設けられていてもよい。また、筐体２の一部の領域、例えば側面には、後述するガイド部材５が挿通して配置される開口（図示せず）が設けられている。

テーブル３は、その上で溶解した造形材料が積層されることにより造形物Ｐを造形するための基盤である。テーブル３は、その上面を加熱するヒーターを備え、ヒーテッドベッドとして機能してもよい。テーブル３は、ステージ、ベッド、プラットフォームなどと呼ぶこともできる。

本実施形態では、テーブル３は、その上面の一部の領域の高さを変更する昇降機構３４（図４）を備える。この昇降機構３４で一部の領域の高さを変更することにより、テーブル３に固着した造形物Ｐの底面を自動的に剥がすことができる。この昇降機構３４については、後に詳述する。

テーブル移動機構４は、テーブル３を下側から支持し、テーブル３を移動させる機構である。テーブル移動機構４は、テーブル３をＹ軸方向に移動させることができる。テーブル移動機構４の構成は特に限定されないが、例えば、モーター、ギア、レール、ベルト等の機械部品から構成することができる。

本実施形態では、テーブル移動機構４は、テーブル３をＸＺ面に平行な基準面に対して少なくとも一方向に傾斜させることができる（傾斜機構）。例えば、図２（テーブル３の傾き動作の例を示す模式図）に示すように、テーブル移動機構４は、Ｚ軸と平行な軸回りの回転動作により、テーブル３を左下に傾けたり右下に傾けたりすることができる。これにより、テーブル３に対する固着が解除された造形物Ｐをテーブル３の外側へ滑らせて落下させることができる。なお、傾斜角が大きいほど造形物３を滑落させ易いため、テーブル３の最大傾斜角は、９０度（基準面０度に対して）とするのが望ましい。

ガイド部材５は、テーブル３の下方に配置された板状の部材であり、テーブル３が傾くことにより滑落して来た造形物Ｐを受け、造形装置１内の所定の領域あるいは造形装置１外の所定の領域まで滑らせて導く。所定の領域は、例えば、造形物Ｐを収納するケース、造形物Ｐを搬送するコンベヤなどである。

図２の例では、左右２箇所のガイド部材５が設けられており、それぞれ筐体２に形成された開口（図示せず）を挿通して外部に延出している。各ガイド部材５は、外側へ向かって低くなる傾斜面を形成している。左に傾いたテーブル３から滑落した造形物Ｐは、左側のガイド部材５で受けられその上を滑り落ち筐体２の左側の外へ導かれる。右に傾いたテーブル３から滑落した造形物Ｐは、右側のガイド部材５で受けられその上を滑り落ち筐体２の右側の外へ導かれる。

ヘッド６は、カートリッジ８から供給される造形材料９を加熱し、溶解した流動状態の造形材料を先端のノズルから吐出する。フィラメント状の造形材料９をヘッド６に供給するための送り機構（図示せず）は、ヘッド６内部あるいはヘッド６外部に設けられる。この送り機構の構成は特に限定されないが、例えば、モーター、ギア、ローラ等の機械部品から構成することができる。

ヘッド移動機構７は、ヘッド６を保持し、ヘッド６を移動させる機構である。ヘッド移動機構７は、ヘッド６をＸ軸方向及びＺ軸方向に移動させることができる。ヘッド移動機構７は、ヘッド６をＹ軸方向に移動させることができてもよい。ヘッド移動機構７の構成は特に限定されないが、例えば、モーター、ギア、レール、ベルト等の機械部品から構成することができる。

カートリッジ８は、フィラメント状のＡＢＳ樹脂やＰＬＡ樹脂などの造形材料９が巻き回されており、造形材料９を引き出すことができるように構成されている。造形材料９の先端は、カートリッジ８から引き出され、上述の送り機構に装填されている。

コントローラー１０は、造形装置１の全体の動作を統合的に制御する。例えば、コントローラー１０は、データ出力装置（パーソナルコンピューター、スマートフォン、サーバコンピュータ、クラウド上のコンピュータ等）から送信された、あるいは、記録媒体から読み込まれた造形用データに基づいて、ヘッド移動機構７及びテーブル移動機構４を制御して、ヘッド６のテーブル３上方の造形位置（ヘッド６及びテーブル３の相対位置）を移動させる。また、コントローラー１０は、ヘッド６を制御して、当該造形位置で造形材料を溶融積層させる。このような処理の繰り返しにより、造形材料が積層され、造形物Ｐが造形される。

また、コントローラー１０は、造形物Ｐの造形が完了した後、後述する昇降機構３４を制御してテーブル３から造形物Ｐの底面を剥がす。そして、コントローラー１０は、テーブル移動機構４を制御してテーブル３を傾け、造形物Ｐを滑落させる。このような処理により、作製した造形物Ｐがテーブル３から搬出されるので、次の造形物Ｐの造形を開始することができる。

コントローラー１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、通信インターフェイス、ディスプレイ、入力装置、記録媒体の読取装置等を有するコンピュータで実現できる。コントローラー１０は、ＣＰＵ以外に専用の画像処理回路などの回路を搭載してもよい。コントローラー１０の機能及び処理は、例えばＣＰＵが所定のプログラムを実行することで実現できる。

図３は、テーブル３の外観の一例を示す斜視図である。テーブル３は、フレーム体３１、複数の第１のテーブル領域３２、及び複数の第２のテーブル領域３３から構成されている。図の例では、複数の第２のテーブル領域３３の周囲の領域は、連続した一体の領域である。しかし、この領域は、便宜上区切って、複数の第１のテーブル領域３２として理解することができる。複数の第１のテーブル領域３２及び複数の第２のテーブル領域３３は、フレーム体３１の内側に設けられ、テーブル３の上面を構成している。複数の第１のテーブル領域３２及び複数の第２のテーブル領域３３は、幾何学形状であり、２次元方向（Ｘ軸方向及びＺ軸方向）に交互に配列されている。

なお、第１のテーブル領域３２と第２のテーブル領域３３の面積の比率は、後述する昇降動作により剥離される面積が同程度となるように、同程度とするのが望ましい。

第１のテーブル領域３２と第２のテーブル領域３３の幾何学形状は、図３及び図１０（Ａ）に示すような四角形に限らず、図１０（Ｂ）に示すような三角形であってもよいし、それ以上の多角形であってもよいし、多角形の角を丸めた形状であってもよい。また、第１のテーブル領域３２と第２のテーブル領域３３のそれぞれの数は、図示した例に限られないし、それらの配置は、ランダムであってもよい。

図１０（Ｃ）に示すように、四角形である複数の第２のテーブル領域３３を、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対して斜め方向に配列してもよい。また、図１１（Ａ）に示すように、多角形（長方形の対角に切り欠き形成して成る多角形）である複数の第２のテーブル領域３３を、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対して斜め方向に配列してもよい。また、図１１（Ｂ）に示すように、線対称の２つの三角形をＺ軸方向にずらして配置したセットである第２のテーブル領域３３を、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対して斜め方向に配列してもよい。また、図１１（Ｃ）に示すように、２つの三角形を線対称に配置したセットである第２のテーブル領域３３を、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対して斜め方向に配列してもよい。これらの配列パターンでは、複数の第２のテーブル領域３３の間に、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に直線状に連続する領域が存在しない。そのため、例えば細長い造形物ＰをＸ軸方向又はＺ軸方向に沿って配置すれば、その底面は複数の第１のテーブル領域３２及び複数の第２のテーブル領域３３の両方に接する。

図４は、テーブル３の昇降機構３４の構成例を示す模式図であり、（Ａ）は第２のテーブル領域３３が基準高さに位置した状態、（Ｂ）は第２のテーブル領域３３が下降した状態、（Ｃ）は第２のテーブル領域３３が上昇した状態を示す。図４は、図３のテーブル３のＸＹ断面を示している。

複数の第１のテーブル領域３２は、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、その上面がテーブル３の上面の基準高さ位置Ｈに一致するように、フレーム体３１に対して固定されている。

一方、複数の第２のテーブル領域３３は、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、その上面の高さを昇降することができる。例えば、複数の第２のテーブル領域３３は、それらの下側に配置された昇降機構３４により保持されており、昇降機構３４の昇降動作により上下方向に移動することができる。昇降機構３４の構成は特に限定されないが、例えば、モーター、ギア、レール、シリンダなどの機械部品から構成することができる。

図４（Ａ）では、複数の第２のテーブル領域３３は、その上面がテーブル３の上面の基準高さ位置Ｈに一致するように、位置決めされている。第２のテーブル領域３３の上面と第１のテーブル領域３２の上面には段差が生じず、テーブル３上面が平坦になる。図４（Ｂ）では、複数の第２のテーブル領域３３は、その上面がテーブル３の上面の基準高さ位置Ｈよりも低くなるように、位置決めされている。第２のテーブル領域３３の上面と第１のテーブル領域３２の上面には、段差Ｇ１が生じている。図４（Ｃ）では、複数の第２のテーブル領域３３は、その上面がテーブル３の上面の基準高さ位置Ｈよりも高くなるように、位置決めされている。第２のテーブル領域３３の上面と第１のテーブル領域３２の上面には、段差Ｇ２が生じている。

図５は、テーブル３の昇降機構３４の動作例を示す模式図であり、（Ａ）は第２のテーブル領域３３が基準高さに位置した状態、（Ｂ）は第２のテーブル領域３３が下降した状態、（Ｃ）は第２のテーブル領域３３が上昇した状態を示す。

まず、図５（Ａ）に示す状態では、造形物Ｐの底面は、複数の第１のテーブル領域３２の上面及び複数の第２のテーブル領域３３の上面に、固着している。乾燥や熱により固化する糊（接着材と呼んでもよい）がテーブル３の上面に予め塗布されていた場合は、その定着層を介してさらに強く固着することになる。

次に、図５（Ｂ）に示すように、複数の第２のテーブル領域３３を基準高さ位置Ｈよりも低く下降させると、段差Ｇ１が生じるため、造形物Ｐの底面から複数の第２のテーブル領域３３の上面が引き剥がされる。この状態では、造形物Ｐの底面は、複数の第１のテーブル領域３２の上面に未だ固着している。

次に、図５（Ｃ）に示すように、複数の第２のテーブル領域３３を基準高さ位置Ｈよりも高く上昇させると、段差Ｇ２が生じるため、造形物Ｐの底面から複数の第１のテーブル領域３２の上面が引き剥がされる。このようにして、造形物Ｐの底面は、複数の第１のテーブル領域３２の上面及び複数の第２のテーブル領域３３の上面に対する固着が解除される。

図６は、造形装置１の動作の一例を示すフローチャートである。本フローチャートは、例えば、造形装置１の電源がオンされた後に開始される。

まず、コントローラー１０は、次の造形対象である造形物Ｐの造形指示を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ１）。例えば、コントローラー１０は、造形用データを含む造形指示を、通信インターフェイスを介してデータ出力装置から受信したか否かを判定する。造形指示を受け付けたと判定するまで、コントローラー１０は、ステップＳ１の処理を繰り返す（ステップＳ１でＮＯ）。

次の造形指示を受け付けたと判定した場合（ステップＳ１でＹＥＳ）、コントローラー１０は、造形処理を実行する（ステップＳ２）。例えば、コントローラー１０は、ステップＳ１で受け付けた造形用データに基づいて、ヘッド移動機構７及びテーブル移動機構４を制御して、ヘッド６のテーブル３上方の造形位置（ヘッド６及びテーブル３の相対位置）を移動させる。また、コントローラー１０は、ヘッド６を制御して、当該造形位置で造形材料を溶融積層させる。このような処理の繰り返しにより、造形材料が積層され、ステップＳ１で指示された造形物Ｐが造形される。

次に、コントローラー１０は、造形物Ｐの剥離処理を実行する（ステップＳ３）。例えば、コントローラー１０は、昇降機構３４を制御して、第２のテーブル領域３３の昇降動作（図５（Ｂ）（Ｃ））を１回以上繰り返す。これにより、造形物Ｐの底面はテーブル３の上面から剥離する。その後、コントローラー１０は、第２のテーブル領域３３を基準高さ位置Ｈに戻す（図５（Ａ））。

次に、コントローラー１０は、造形物Ｐの搬出処理を実行する（ステップＳ４）。例えば、コントローラー１０は、テーブル移動機構４を制御して、テーブル３を傾ける。これにより、造形物Ｐはテーブル３から滑ってガイド部材５上に滑落し、ガイド部材５により所定の領域まで搬送される。その後、コントローラー１０は、テーブル３の傾きを初期姿勢（水平）に戻し、処理をステップＳ１に戻す。

なお、剥離処理及び搬送処理は上述のフローチャートに示す例に限定されない。例えば、コントローラー１０は、テーブル３を傾けた後、その状態で剥離処理を行い、その後テーブル３を初期姿勢に戻してもよい。このようにしても、造形物Ｐを滑落させることができる。

また、ステップＳ４では、コントローラー１０は、造形物Ｐを複数のガイド部材５のいずれかから搬出されるように仕分けてもよい。具体例としては、コントローラー１０は、前回の造形物Ｐを滑落させたガイド部材５とは異なるガイド部材５を選択し、当該選択したガイド部材５の方にテーブル３を傾ける。他の具体例としては、造形指示にいずれかのガイド部材５の識別子を含めておき、コントローラー１０は、造形指示で指定されたガイド部材５の方にテーブル３を傾ける。

以上、本発明の一実施形態について説明した。本実施形態の造形装置１によれば、造形物Ｐをテーブル３から剥がす工程を自動化することができる。また、複数の造形物Ｐの連続造形を自動化することができる。

ところで、上述の実施形態では、接着材のテーブル３の上面への塗布は、ユーザーが行う必要がある。この作業を自動化するため、造形装置１のテーブル３は、接着材の吐出機構を備えていてもよい。以下、具体的に説明する。

図７は、接着材の吐出機構の構成例を示す模式図である。テーブル３の内部には、液状又はゲル状の接着材を流すための流路３５が設けられている。流路３５の入口３６は、テーブル３の外部に設けられた、接着材が充填された接着材カートリッジ（図示せず）に接続されている。流路３５は複数に分岐され、各分岐の出口３７は、第２のテーブル領域３３の上面に形成されている。接着材カートリッジと流路３５の間には、例えばポンプ（図示せず）が設けられており、このポンプの力によって接着材が流路３５を流れ、各出口３７から吐出される。このポンプの動作は、コントローラー１０によって制御される。

もちろん、接着材の吐出は、ポンプ機構に限られず、インクを使用するプリンターの技術を応用して、例えば出口３７近傍に設けたピエゾ素子やヒーターにより制御されてもよい。従って、これらの接着材を吐出させるための機構は、例えば吐出制御部と呼ぶことができる。なお、接着材がその形状を保つことができない液体又はゲル状である場合は、接着材カートリッジは、接着材タンクとして機能する。一方、接着材がその形体を保つことができるゲル状である場合は、接着材カートリッジは、例えば、フィラメント状の接着材が巻き回されており、接着材を引き出すことができるように構成されている。引き出された接着材は、流路３５の入口３６に供給される。

各出口３７から吐出された接着材は、テーブル３に近付けたヘッド６の熱により溶融し、その重みによってテーブル３上面に広がり、その後放熱されて固化し、これにより定着層が形成される。ここで使用される接着材は、所定温度以上の熱により溶融し、放熱により固化する性質を持つ、固形状のものとすることができる。定着層を介してテーブル３上面に造形物Ｐを形成することで、より強固に固着することができる。

複数の出口３７の配置は、図７に示す例に限られない。例えば、複数の第１のテーブル領域３２に設けられてもよいし、複数の第１のテーブル領域３２と複数の第２のテーブル領域３３の両方に設けられてもよい。

図８は、接着材の吐出機構の他の構成例を示す模式図である。造形装置１は、図１と比較して、さらに、接着材ヘッド１１、及び接着材カートリッジ１２を備える。接着材ヘッド１１は、接着材カートリッジ１２から供給される接着材を先端のノズルから吐出する。接着材カートリッジ１２と接着材ヘッド１１の間には、例えばポンプ（図示せず）が設けられており、このポンプの力によって接着材が接着材ヘッド１１に供給される。このポンプの動作及び接着材ヘッド１１の動作は、コントローラー１０によって制御される。ヘッド移動機構７は、接着材ヘッド１１を保持し、接着材ヘッド１１をＸ軸方向及びＺ軸方向に移動させることができる。

もちろん、接着材の吐出は、ポンプ機構に限られず、インクを使用するプリンターの技術を応用して、例えば接着材ヘッド１１のノズルに設けたピエゾ素子やヒーターにより制御されてもよい。従って、これらの接着材を吐出させるための機構は、例えば吐出制御部と呼ぶことができる。

接着材ヘッド１１のノズルから吐出された接着材は、近接配置されたヘッド６の熱により溶融し、テーブル３上面に塗布される。そして、その重みによってテーブル３上面に広がり、その後放熱されて固化し、これにより定着層が形成される。ここで使用される接着材は、所定温度以上の熱により溶融し、放熱により固化する性質を持つ、固形状のものとすることができる。定着層を介してテーブル３上面に造形物Ｐを形成することで、より強固に固着することができる。

図９は、造形装置１の動作の他の例を示すフローチャートである。図９のフローチャートには、図６と異なる点として、ステップＳ１とステップＳ２の間にステップＳ５が挿入されている。

造形指示を受け付けたと判定した場合（ステップＳ１でＹＥＳ）、コントローラー１０は、定着層の形成処理を実行する（ステップＳ５）。

例えば、造形装置１が図７に示す吐出機構を備える場合について説明する。コントローラー１０は、吐出制御部を制御して、接着材を流路３５に流し、各出口３７から所定量吐出させる。また、コントローラー１０は、ヘッド６のテーブル３上方の位置（ヘッド６及びテーブル３の相対位置）を移動させ、出口３７の近傍でヘッド６を加熱することで、吐出された接着材を溶融させ、ヘッド６の加熱を停止するとともに当該出口３７から離れるように移動させることで、溶融した接着材を固化させる。このような処理を各出口３７に対して実行することで、定着層が形成される。

例えば、造形装置１が図８に示す吐出機構を備える場合について説明する。コントローラー１０は、ヘッド移動機構７及びテーブル移動機構４を制御して、接着材ヘッド１１のテーブル３上方の位置（接着材ヘッド１１及びテーブル３の相対位置）を移動させる。また、コントローラー１０は、吐出制御部及び接着材ヘッド１１を制御して、当該位置で接着材を所定量吐出させる。また、コントローラー１０は、接着材ヘッド１１に近接配置されたヘッド６を加熱することで、吐出された接着材を溶融させ、ヘッド６の加熱を停止するとともに当該位置から離れるように移動することで、溶融した接着材を固化させる。このような処理を各位置に対して実行することで、定着層が形成される。接着材を吐出する複数の位置は、造形物Ｐの底面と同じか広い一定の領域内に間隔を空けて配置すればよい。

上述の吐出機構を用いることにより、定着層を生成する工程も自動化することができる。

なお、上述の吐出機構では、固形状の接着材を使用し、ヘッド６の熱により溶融させ、放熱により固化させている。吐出機構の変形例では、熱や乾燥により固化する性質を持つ接着材を用いてもよい。具体的には、例えばゲル状又は液状の接着材を使用し、テーブル３上面に吐出し、その重みで広がった接着材をヘッド６の熱で加熱することにより固化させる。

また、上述の吐出機構では、ヘッド６の熱を使って接着材を加熱している。吐出機構の変形例では、テーブル３にその上面を加熱するヒーターを設け（テーブル３がヒーテッドベッドの機能を有する）、その熱を使って接着材を加熱してもよい。

また、上述の吐出機構では、ヘッド６の熱を使って接着材を加熱している。吐出機構の変形例では、接着材ヘッド１１にヒーターを設け、その熱を使って接着材を加熱してもよい。

本発明は、上記の各実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能であり、それらの態様を含むものである。ある実施形態の一部の構成要素を、他の実施形態に加えたり、他の実施形態の一部の構成要素と置換したりしてもよい。ある実施形態の構成要素のうち、一部の構成要素を省略することもできる。

例えば、造形装置１は、１つのガイド部材５を備えてもよいし、３つ以上のガイド部材５を備えてもよい。この場合、テーブル移動機構４は、１つ又は３つ以上のガイド部材５の方へテーブル３を傾けるための機械構造を備えればよい。

また例えば、造形装置１は、単色に限らず複数色で造形を行うための機械構造を備えてもよい。

また、上述の実施形態に係る造形装置１では、テーブル移動機構４がテーブル３をＹ軸方向に移動させることができ、ヘッド移動機構７がヘッド６をＸ軸方向及びＺ軸方向に移動させることができる。しかし、三次元方向に造形位置を移動させることができれば、このような構成に限定されない。例えば、テーブル移動機構４がテーブル３をＸＹＺ軸方向に移動させることができ、ヘッド移動機構７は固定されていてもよい。また例えば、テーブル移動機構４が固定されており、ヘッド移動機構７がヘッド６をＸＹＺ方向に移動させることができてもよい。また、テーブル移動機構４は、Ｙ軸と平行な軸回りにテーブル３を回転させることができてもよい。

また、図６，９で示したフローチャートのステップ単位は、造形装置１の処理動作を理解容易にするために、主な処理内容に応じて分割したものである。ステップ単位の分割の仕方や名称によって、本発明が制限されることはない。造形装置１の処理動作は、内容に応じて、さらに多くのステップ単位に分割することもできる。また、１つのステップ単位がさらに多くの処理動作を含むように分割することもできる。

また、造形装置１の各構成要素の配置、寸法、形状等の構成は、本発明の目的を達成できれば、上記に説明あるいは図示した例に限られない。また例えば、「水平」などの構成要素の関係や形状を表す言葉は、本発明の目的及び効果を達成できるのであれば、言葉どおりの厳密な意味に限られず、その意味と実質的に同一な場合も含むことができる。

なお、本発明は、上述したような造形材料を溶融積層させる方式の造形装置に限らず適用できる。例えば光造形や粉体造形などの他の方式の造形装置にも適用できる。従って、造形材料を積層する方向、造形装置の各構成要素の配置などは、３Ｄプリンターの方式に応じて適宜決定することができ、本発明は、同様の課題が起こり得る様々な方式の造形装置も含むものと理解できる。

本発明は、造形装置、造形物の製造方法に限られず、コンピュータ読み取り可能な造形装置の制御プログラム、テーブル装置などの様々な態様で提供することができる。

１…造形装置、２…筐体、３…テーブル、４…テーブル移動機構、５…ガイド部材、６…ヘッド、７…ヘッド移動機構、８…カートリッジ、９…造形材料、１０…コントローラー、１１…接着材ヘッド、１２…接着材カートリッジ、３１…フレーム体、３２…第１のテーブル領域、３３…第２のテーブル領域、３４…昇降機構、３５…流路、３６…入口、３７…出口、Ｐ…造形物

Claims

造形装置であって、
その表面に三次元造形物を形成するためのテーブルと、
造形材料からなる複数の材料層を積層することにより、前記テーブル上に前記三次元造形物を形成する形成部と、
前記テーブルを少なくとも一方向に傾ける傾斜機構と、
前記テーブルの下方に設けられ、傾斜した前記テーブルから滑落した前記三次元造形物を受け止めて前記造形装置の内部又は外部の所定の領域へ導くガイド部材と、を備え、
前記テーブルは、その表面を構成する第１のテーブル領域及び第２のテーブル領域と、前記第１のテーブル領域に対する前記第２のテーブル領域の高さを昇降する昇降機構と、を備える
造形装置。
請求項１に記載の造形装置であって、
複数の前記ガイド部材を備え、
前記傾斜機構は、前記複数のガイド部材のうち選択されたガイド部材の方へ、前記テーブルを傾斜させる
造形装置。
請求項１又は２に記載の造形装置であって、
前記テーブルの表面に接着材を吐出する接着材ヘッドと、
前記接着材ヘッドからの前記接着材の吐出を制御する吐出制御部と、を備え、
前記接着材は、前記三次元造形物の形成が開始される前に前記テーブルの表面に吐出されて定着層を形成する
造形装置。
請求項１又は２に記載の造形装置であって、
前記造形装置を制御するコントローラーを備え、
前記コントローラーは、
前記形成部に前記三次元造形物を形成させる工程と、
前記昇降機構に前記第２のテーブル領域を昇降させる工程と、
前記傾斜機構に前記テーブルを傾けさせる工程と、を実行する
造形装置。
請求項３に記載の造形装置であって、
前記造形装置を制御するコントローラーを備え、
前記コントローラーは、
前記吐出制御部に前記接着材ヘッドから前記接着材を吐出させる工程と、
前記形成部に前記三次元造形物を形成させる工程と、
前記昇降機構に前記第２のテーブル領域を昇降させる工程と、
前記傾斜機構に前記テーブルを傾けさせる工程と、を実行する
造形装置。
造形装置であって、
その表面に三次元造形物を形成するためのテーブルと、
造形材料からなる複数の材料層を積層することにより、前記テーブル上に前記三次元造形物を形成する形成部と、
前記テーブルを少なくとも一方向に傾ける傾斜機構と、
前記テーブルの下方に設けられ、傾斜した前記テーブルから滑落した前記三次元造形物を受け止めて前記造形装置の内部又は外部の所定の領域へ導くガイド部材と、を備え、
前記テーブルは、その表面を構成する第１のテーブル領域及び第２のテーブル領域と、前記第１のテーブル領域に対する前記第２のテーブル領域の高さを昇降する昇降機構と、を備え、
前記造形装置は、
前記テーブル内に設けられ、その出口が前記テーブルの表面に形成されている、接着材を流すための流路と、
前記流路の出口からの前記接着材の吐出を制御する吐出制御部と
を備える造形装置。
請求項６に記載の造形装置であって、
前記造形装置を制御するコントローラーを備え、
前記コントローラーは、
前記吐出制御部に前記流路の出口から前記接着材を吐出させる工程と、
前記形成部に前記三次元造形物を形成させる工程と、
前記昇降機構に前記第２のテーブル領域を昇降させる工程と、
前記傾斜機構に前記テーブルを傾けさせる工程と、を実行する
造形装置。
造形装置における造形物の製造方法であって、
造形材料からなる複数の材料層を積層することにより、テーブル上に三次元造形物を形成する形成工程と、
前記テーブルの表面を構成する第１のテーブル領域及び第２のテーブル領域のうち、前記第１のテーブル領域に対する前記第２のテーブル領域の高さを昇降させることにより、前記三次元造形物を前記テーブルの表面から剥離させる剥離工程と、
前記テーブルを傾けることにより、剥離された前記三次元造形物を前記テーブルから滑落させ、傾斜した前記テーブルから滑落した前記三次元造形物を、前記テーブルの下方に設けられたガイド部材で受け止めて、前記造形装置の内部又は外部の所定の領域へ導く搬出工程と
を含む造形物の製造方法。
請求項８記載の造形物の製造方法であって、
前記形成工程の前に、前記テーブル表面に接着材を吐出して定着層を形成する工程を含む造形物の製造方法。