JP6766381B2 - 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 - Google Patents

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、造形ステージに平坦化された金属又は非金属の粉体を層状に形成し、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に形成し、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、積層造形方法において、下層に隣接する上層を形成する際に吹き付けられるバインダーまたは構成材料の濃度を、吐出されるバインダーまたは構成材料の単位面積当りの滴の数を減らすことにより、下層の端に向かって減少させることを含み、上層は、下層に接続する二つより多い部分であって、バインダーまたは構成材料の濃度が互いに異なる二つより多い部分からなり、濃度が、物体のバルク領域に使用されるバルク濃度より低い方法が知られている（特許文献１）。

特許第４２５００９６号公報

ところで、特許文献１に開示の方法を粉体積層造形に適用すると、造形物を高密度に形成するために粉体に付与しなければならない単位体積に対する造形液量が不足して、造形物が低密度になる。あるいは、造形液量が過多になって、層状造形物の周囲の粉体に造形液が浸透して造形物の精度を低下させるという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、造形物の密度低下、精度低下を抑制しつつ、滑らかな輪郭を有する立体造形物を造形できるように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とを繰り返して、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、
第ｎ層（ｎは１以上の整数）目の前記層状造形物の表面上の第（ｎ＋１）層目の前記層状造形物と段差が形成される予定の領域に前記造形液を付与させた後、前記段差が形成される予定の領域上を含む前記第（ｎ＋１）層目に前記粉体を敷き詰め、前記第（ｎ＋１）層目の層状造形物を造形する制御をする
構成とした。

本発明によれば、造形物の密度低下、精度低下を抑制しつつ、滑らかな輪郭を有する立体造形物を造形できるようになる。

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。 同実施形態における造形プロセスの一例の説明に供する造形モデルの斜視説明図及び正面説明図である。 同じく造形後の立体造形物の断面説明図及び造形データに対応する断面説明図である。 同じく造形プロセスの説明に供する断面説明図である。 同じく平面説明図である。 本発明の第２実施形態の説明に供するフロー図である。 同じく閾値の説明に供する説明図である。 本発明の第３実施形態の説明に供する造形データ作成装置側の処理のフロー図である。 同じく粉体積層造形装置側の処理のフロー図である。

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は、ロート形状をなし、底部に粉体２０を排出可能な排出口２９ａを有している。

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，第１実施形態における造形プロセスについて図６ないし図９を参照して説明する。図６は同造形プロセスの説明に供する具体的な立体造形物（造形モデル）の斜視説明図及び正面説明図、図７は造形後の立体造形物の断面説明図及び造形データに対応する断面説明図である。図８は同造形プロセスの説明に供する断面説明図、図９は同じく平面説明図である。

ここでは、図６に示す立体造形物３００を造形する例で説明する。立体造形物３００は、輪郭において垂直面３０１ａを形成している円柱状部３０１と、垂直面３０１ａから立ち上がる傾斜面３０２ａを形成している円錐台形状部３０２を含む立体物である。

この立体造形物３００を所定の積層ピッチΔｔ１でスライスすることで得られるスライスデータ（造形データ）を再現すると、例えば図７（ｂ）に示すようになる。つまり、第１層目３００Ａ〜第３層目３００Ｃで円柱状部３０１を、第４層目３００Ｄ以降で円錐台形状部３０２を構成する。ここで、第３層目３００Ｃと第４層目３００Ｄとの間には、積層ピッチΔｔ１分の段差が生じ、傾斜面３０２ａを形成する第５層目以降も同様に下層との間に段差が発生する。

したがって、図７（ｂ）に示す造形データそのままで造形を行った場合、造形された立体造形物３００の傾斜面３０２ａの輪郭には積層ピッチ分の段差が生じたものとなり、滑らかな輪郭が得られなくなる。

そこで、本実施形態では、まず、図８（ａ）及び図９（ａ）に示すように、所定数、例えば造形層３００Ａ〜３００Ｃの３層を積層して円柱状部３０１を造形する。

次いで、第３層目の造形層３００Ｃ上に、第４層目の粉体層３１を形成して造形層３００Ｄを造形することになる。このとき、第４層目の造形層３００Ｄは、円錐台形状部３０２の一部となる造形層であり、外周は傾斜面３０２ａの輪郭の一部となる。

そこで、図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示すように、第３層目の造形層３００Ｃの表面上の第４層目の造形層３００Ｄと段差をなす領域に造形液１０を付与する。この例では、第３層目の造形層３００Ｃの表面上、で第４層目の造形層３００Ｄを造形したときに造形層３００Ｄの外周面に接する位置（領域）に造形液１０を付与している。

その後、図８（ｃ）及び図９（ｃ）に示すように、第（ｎ＋１）層目である第４層目に粉体２０を敷き詰めて粉体層３１を形成する。

このとき、第３層目の造形層３００Ｃの表面上に付与された造形液１０が液溜りとなって留まっているので、第４層目の粉体２０が付与されることで、第３層目の造形層３００Ｃの表面上の粉体２０が結合される。これにより、第４層目の造形層３００Ｄの外周面に沿って積層ピッチより厚みの薄い（低い）造形物（これを「段差移行部」という。）３０３が造形される。

その後、図８（ｄ）及び図９（ｄ）に示すように、第（ｎ＋１）層目である第４層目の粉体層３１に造形液１０を付与することで、第４層目の造形層３００Ｄを造形する。これにより、段差移行部３０３と第４層目の造形層３００Ｄが一体となって第３層目の造形層３００Ｃ上に造形される。

上記の動作を第５層目以降も繰り返すことで、図７（ａ）に示すように、各造形層３００Ｃ、３００Ｄ，３００Ｅ、３００Ｆ・・・の段差となる部分に段差移行部３０３が造形され、傾斜面の段差が軽減し、滑らかな輪郭を有する最終立体造形物が得られる。

つまり、Ｚ方向の傾斜面（部）３０２ａに対応する造形層３０を造形するときには、その下層の造形層３０を第ｎ層（ｎは１以上の整数）目とするとき、第ｎ層目の造形層３０を造形後、第（ｎ＋１）層目の粉体層３１を形成する（リコートを行う）前に、第ｎ層目の造形層３０の表面上の段差をなす領域に、再度、造形液１０を付与する。

第ｎ層目の造形層３０の表面上に造形液１０を付与した場合、粉体層３１に付与した場合とは着弾後の挙動が異なり、造形層３０上に着弾した造形液１０が直ちに浸透せず、第ｎ層目の造形層３０の表面上に液溜りとして形成される。

この状態で、第（ｎ＋１）層目のリコート（粉体供給による粉体層３１の形成）を行うことにより、段差となる箇所に段差移行部３０３が造形される。その後、目的とする第（ｎ＋１）層目の造形層３０を造形し、段差移行部３０３と一体化させる。

傾斜面（傾斜部）に対応する造形層３０の造形では上記の動作を繰り返すことで、各造形層３０の段差となる部分に段差移行部３０３が造形され、傾斜面の段差が軽減し、滑らかな輪郭を有する最終立体造形物が得られる。

また、第ｎ層目の造形層３０の表面上に付与する段差移行部３０３を造形するための造形液１０の量を、造形層３０を造形するときに付与する量以下にする。

これにより、第ｎ層目の造形層３０表面に形成された造形液１０の液溜りは、第（ｎ＋１）層目の粉体２０が供給されるまでの時間で雰囲気中に蒸発する。したがって、段差となり得る箇所に形成される段差移行部３０３は、確実に積層ピッチ以下の高さとなるので、滑らかな輪郭となる。

また、粉体層３１に対する造形液１０の吐出量（付与量）を、粉体層３１内に存在する空間体積と同一とすることで、段差移行部３０３となる造形物を高密度に造形することができ、第ｎ層目の造形層３０の表面上へ付与する造形液１０を既に形成されている第ｎ層目の造形層３０側へ浸透させずに液溜りを形成することができる。

これにより、段差をなす領域に造形される段差移行部３０３の造形に使用される造形液１０の量をより高精度に制御することができ、積層ピッチより細かい解像度で輪郭部を形成することができる。

また、第ｎ層目の造形層３０の表面への造形液１０の付与位置を、第（ｎ＋１）層目と第ｎ層目の造形データが重ならない領域で、第ｎ層目の造形層３０の外周縁とは重ならない領域とすることが好ましい。

これにより、第ｎ層目の造形層３０の表面に付与した造形液１０が、第ｎ層目の造形層３０の周囲に浸透し、更には第ｎ層目の粉体層３１に浸透して、既存の第ｎ層目の造形層３０の精度を低下させることがなくなる。

このように、第ｎ層目の造形層３０の表面の段差となる領域に造形液１０を付与した後に第（ｎ＋１）層目の粉体層を形成することで、第（ｎ＋１）層目との段差移行部を造形する。

これにより、粉体層の形成した後に造形液を付与して造形層を造形する動作を繰り返す積層造形でも、造形物の密度低下や精度低下を抑制しつつ、滑らかな輪郭を有する立体造形物を造形できるようになる。

上記のような傾斜面を有する立体造形物を造形する場合には、面積の広い側を下層側して造形を行う。つまり、積層方向において、第（ｎ＋１）層目の層状造形物が第ｎ層目の層状造形物の外周縁よりも内側に位置するように配置して造形を行う。

これにより、第ｎ層目の層状造形物の表面上に段差移行部３０３を造形するための造形液１０の付与を容易に行うことができる。つまり、面積の狭い側を下層側して造形を行うと、第ｎ層目の第ｎ層目の層状造形物の表面上に造形液を付与しても、段差移行部が造形されない。

次に、本発明の第２実施形態について図１０のフロー図及び図１１の説明図を参照して説明する。

本実施形態では、第ｎ層目の造形層３０を造形する。

その後、第ｎ層目の造形層３０と第（ｎ＋１）層目の造形層３０の各造形データ（断面パターン）から、図１１に示す第ｎ層目の造形層３０と第（ｎ＋１）層目の造形層３０の各断面パターンの差異量ａが、予め定めた閾値ｅ以上（ａ≧ｅ）か否かを判別する。ここで、閾値ｅは、積層ピッチ（Δｔ）、あるいは、ヘッド５２で形成可能な最小解像度に設定している。

なお、ここでは、第ｎ層目の造形層３０と第（ｎ＋１）層目の造形層３０との間に段差が生じることの情報（例えば、傾斜面の一部であることの情報）が予め与えられているものとする。

このとき、ａ≧ｅでなければ、そのまま第（ｎ＋１）層目の粉体層３１を形成する（リコートする。）。その後、第（ｎ＋１）層目の造形層３０の造形を行うことになる。

これに対し、ａ≧ｅであれば、段差となる領域に付与する造形液１０の付与パターン（段差移行部３０３の造形パターン）を生成した後、第ｎ層目の造形層３０の表面上に、生成した付与パターンに対応して造形液１０を付与する。

その後、第（ｎ＋１）層目の粉体層３１を形成する。このときの粉体２０の供給によって第ｎ層目の造形層３０の表面に液溜りとなっている造形液１０によって粉体２０が付与パターンの形状に結合されて段差移行部３０３が造形される。

その後、第（ｎ＋１）層目の造形を行うことで、第ｎ層目の造形層３０と第（ｎ＋１）層目の造形層３０の段差の一部が段差移行部３０３で埋められた滑らかな輪郭形状が得られる。

そして、図示を省略しているが、すべての造形層３０の造形が終了する（第ｎ層が最終層）まで上記の処理を繰り返し、第ｎ層が最終層であれば、造形を終了する。

このように、本実施形態では、第ｎ層目の造形層３０上に対する造形液１０の付与、及び付与する造形液１０の付与パターンは、第ｎ層目の造形層３０と第（ｎ＋１）層目の造形層３０の各造形データ（各断面パターン）の差異から自動生成している。

したがって、造形データ作成装置６００側では、最終立体造形物のスライスデータを造形データとして粉体積層造形装置６０１側に転送すればよい。

次に、本発明の第３実施形態について図１２及び図１３のフロー図を参照して説明する。

図１２を参照して、造形データ作成装置６００側では、最終立体造形物３００を所定の積層ピッチの１／２でスライスし、全体でｍ層になるとした場合、スライスデータ１〜ｍまでナンバリングする。

その後、ｉ＝２にセットし、ｉ＝ｅｖｅｎ（偶数）か否かを判別する。

ここで、ｉ＝ｅｖｅｎであれば、ｉ番目のスライスデータを「ｉ／２」層目の造形用断面データとする。つまり、２層毎に、すなわち、積層ピッチごとに造形用断面データとする。

これに対して、ｉ＝ｅｖｅｎでなければ、ｉ−１番目、ｉ番目、ｉ＋１番目のパターンがいずれも異なるか否かを判別する。例えば、３番目であれば、２層目、３層目、４層目がいずれもことなるパターンであるときに、

ここで、ｉ−１番目、ｉ番目、ｉ＋１番目のパターンがいずれも異なるときには、造形データ：（ｉ−１）／２層目と（ｉ＋１）／２層目間は傾斜面とする。例えば、ｉ＝３であるとき、２層目、３層目、４層目がいずれもことなるパターンであるときに、積層ピッチで第１層目（２層目）と第２層目（４層目）とは傾斜面であるとする。

その後、ｉ＝ｉ＋１にインクリメントし、ｉ＝ｍとなるまで、上記の処理を繰り返す。

このようにして、ｍ層分の造形データ（スライスデータ）について、第ｎ層目の造形層と第（ｎ＋１）層目の造形層が傾斜面を構成するか否かを判別する。そして、第ｎ層目の造形層と第（ｎ＋１）層目の造形層が傾斜面を構成する場合には、第ｎ層目の造形層の表面上の第（ｎ＋１）層目の造形層と段差をなす領域に造形液を付与させるデータ（これを「傾斜面データ」という。）を付加する。

一方、図１３を参照して、粉体積層造形装置６０１側では、第ｎ層目の造形層３０を造形する。

その後、第ｎ層目の造形層３０の造形データに傾斜面データが付加されているか否かを判別する。

このとき、傾斜面データが付加されていなければ、そのまま第（ｎ＋１）層目の粉体層３１を形成する（リコートする。）。その後、第（ｎ＋１）層目の造形を行う。

これに対し、傾斜面データが付加されていなければ、ａ≧ｅであれば、段差となる領域に付与する造形液１０の付与パターン（前記段差移行部３０３の造形パターン）を生成した後、第ｎ層目の造形層３０の表面に生成した付与パターンに対応して造形液１０を付与する。

その後、第（ｎ＋１）層目の粉体層３１を形成する。このときの粉体２０の供給によって第ｎ層目の造形層３０の表面に液溜りとなっている造形液１０によって粉体２０が結合されて段差移行部３０３が造形される。

その後、第（ｎ＋１）層目の造形を行うことで、第ｎ層目の造形層３０と第（ｎ＋１）層目の造形層３０の段差の一部が段差移行部３０３で埋められた滑らかな輪郭になる。

このように、造形データ作成装置側で傾斜面の判別を行っておくことで、積層造形装置６０１での処理の負担が軽減する。

なお、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）
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

Claims (7)

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とを繰り返して、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、
   第ｎ層（ｎは１以上の整数）目の前記層状造形物の表面上の第（ｎ＋１）層目の前記層状造形物と段差が形成される予定の領域に前記造形液を付与させた後、前記段差が形成される予定の領域上を含む前記第（ｎ＋１）層目に前記粉体を敷き詰め、前記第（ｎ＋１）層目の層状造形物を造形する制御をする
   ことを特徴とする立体造形物を造形する装置。
2. 前記段差が形成される予定の領域に付与する前記造形液の量は、前記層状造形物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に記載の立体造形物を造形する装置。
3. 前記段差が形成される予定の領域に前記造形液を付与する制御は、積層方向において、前記第（ｎ＋１）層目の前記層状造形物が前記第ｎ層目の前記層状造形物の外周縁よりも内側に位置するときに行う
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の立体造形物を造形する装置。
4. 前記層状造形物の断面パターンにおいて、前記第ｎ層目の前記層状造形物の外周縁と前記第（ｎ＋１）層目の前記層状造形物の外周縁と距離が、前記層状造形物の積層ピッチを超えるときに、前記段差が形成される予定の領域に前記造形液を付与する
   ことを特徴とする請求項３に記載の立体造形物を造形する装置。
5. 前記層状造形物の断面パターンにおいて、前記第ｎ層目の前記層状造形物の外周縁と前記第（ｎ＋１）層目の前記層状造形物の外周縁と距離が、前記造形液付与手段で形成可能な最小解像度を超えるときに、前記段差が形成される予定の領域に前記造形液を付与する
   ことを特徴とする請求項３に記載の立体造形物を造形する装置。
6. 粉体を敷き詰め、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、
   第ｎ層（ｎは１以上の整数）目の前記層状造形物の表面上の第（ｎ＋１）層目の前記層状造形物と段差が形成される予定の領域に前記造形液を付与させた後、前記段差が形成される予定の領域上を含む前記第（ｎ＋１）層目に前記粉体を敷き詰め、前記第（ｎ＋１）層目の層状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。
7. 粉体を敷き詰め、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、
   第ｎ層（ｎは１以上の整数）目の前記層状造形物の表面上の第（ｎ＋１）層目の前記層状造形物と段差が形成される予定の領域に前記造形液を付与させた後、前記段差が形成される予定の領域上を含む前記第（ｎ＋１）層目に前記粉体を敷き詰め、前記第（ｎ＋１）層目の層状造形物を造形する
   ことを特徴とする立体造形物を造形する方法。

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