JP6798184B2 - 立体造形装置の制御装置、立体造形装置の制御方法、立体造形装置の制御プログラム、立体造形システム、及び立体造形物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、立体造形装置の制御装置、立体造形装置の制御方法、立体造形装置の制御プログラム、立体造形システム、及び立体造形物の製造方法に関する。

立体造形物を製造する方法として、バインダージェッティング方式の粉体積層造形法が知られている。当該造形法は、材料の粉体を容器内に所定量ずつ供給して粉体の層を形成する工程と、粉体を固化させる造形液を粉体に吐出して所定部分を固化させる工程とを繰り返すことにより、容器内で目的の立体造形物を製造する方法である。

例えば、張り出し部の形成時における下層への結着液（造形液）の浸透を抑制することを目的として、第ｋ層の結着工程において第（ｋ＋１）層目における張り出し部の下地層を形成する装置が開示されている（特許文献１）。

バインダージェッティング方式の粉体積層造形法において、造形液が粉体に浸透すると、造形液の液架橋力により粉体の密度が増加し、粉体層の厚さが縮小する。そのため、目的とする立体造形物の厚さ（積層方向の長さ）に誤差が生ずる場合がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、立体造形物の造形精度を向上させることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、粉体を貯留する貯留部と、前記粉体を前記貯留部に層状に供給する供給部と、前記粉体を固化させる造形液を前記粉体に吐出する吐出部とを備える立体造形装置を制御する制御装置であって、立体造形物の形状を示す造形データ、及び前記造形液の浸透による前記粉体の層の寸法の変化を示す粉体情報に基づいて、前記供給部から前記貯留部に供給される前記粉体の総量を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記粉体情報に基づいて、前記造形液の吐出後における前記層の厚さの縮小量を補うように前記造形データを補正する。

本発明によれば、立体造形物の造形精度を向上させることが可能となる。

図１は、実施の形態にかかる立体造形システムのハードウェア構成を例示する図である。 図２は、実施の形態の第１の例にかかる造形装置のハードウェア構成を例示する上面図である。 図３は、実施の形態の第１の例にかかる造形装置のハードウェア構成の一部を例示する側面図である。 図４は、実施の形態の第１の例にかかる造形装置のハードウェア構成の一部を例示する斜視図である。 図５は、実施の形態の第１の例にかかる造形装置が動作している状態を例示する図である。 図６は、実施の形態の第１の例にかかる造形装置の内部的なハードウェア構成を例示する図である。 図７は、実施の形態の第１の例にかかる造形装置において粉体の層上に造形液が吐出されている状態を例示する図である。 図８は、実施の形態の第１の例にかかる造形装置において造形層が形成された状態を例示する図である。 図９は、実施の形態の第１の例にかかる造形装置において造形層を含む層上に新たな粉体が供給されている状態を例示する図である。 図１０は、実施の形態の第１の例にかかる造形装置において新たな層がリコートされた状態を例示する図である。 図１１は、実施の形態の第１の例にかかる造形装置において造形液が吐出された粉体の状態を例示する図である。 図１２は、実施の形態の第２の例にかかる造形装置のハードウェア構成の一部を例示する斜視図である。 図１３は、実施の形態にかかる情報処理端末のハードウェア構成を例示する図である。 図１４は、実施の形態にかかる立体造形システムの機能的構成を例示する図である。 図１５は、実施の形態にかかる立体造形システムによる処理の流れを例示するフローチャートである。 図１６は、実施の形態にかかる貯留部に粉体が供給される状態を例示する図である。 図１７は、実施の形態にかかる立体造形システムにおいて、粉体としてステンレスを用いた場合における階層数と浸透部の厚さとの関係、及び階層数とリコート時に実際に増加させる層の厚さとの関係を例示するグラフである。 図１８は、実施の形態にかかる立体造形システムにおいて、粉体としてステンレスを用いた場合における粉体情報を例示する図である。 図１９は、実施の形態にかかる立体造形システムにおいて、粉体としてジルコニアを用いた場合における階層数と浸透部の厚さとの関係、及び階層数とリコート時に実際に増加させる層の厚さとの関係を例示するグラフである。 図２０は、実施の形態にかかる立体造形システムにおいて、粉体としてジルコニアを用いた場合における粉体情報を例示する図である。

図１は、実施の形態にかかる立体造形システム１のハードウェア構成を例示する図である。立体造形システム１は、立体造形装置（以下、造形装置と略記する）１１、情報処理端末１２、及びネットワーク１３を含む。

造形装置１１は、バインダージェッティング方式の粉体積層造形法により任意の形状の立体造形物を形成する装置である。バインダージェッティング方式の粉体積層造形法とは、材料の粉体を容器内に所定量ずつ供給して粉体の層を形成する工程と、粉体を固化させる造形液を粉体に吐出して所定部分を固化させる工程とを繰り返すことにより、容器内で目的の立体造形物を製造する方法である。

情報処理端末１２は、造形装置１１を制御するための制御信号を生成する装置である。情報処理端末１２は、汎用のコンピュータ、タブレット、スマートフォン等であり得るが、これらに限定されるものではない。

ネットワーク１３は、造形装置１１と情報処理端末１２との間で信号の送受信を可能にする、周知又は新規なコンピュータネットワークである。

なお、図１においては１つの造形装置１１と１つの情報処理端末１２とがネットワーク１３を介して接続されている例が示されているが、造形装置１１及び情報処理端末１２の数は複数であってもよい。

図２は、実施の形態の第１の例にかかる造形装置１１のハードウェア構成を例示する上面図である。図３は、実施の形態の第１の例にかかる造形装置１１のハードウェア構成の一部を例示する側面図である。図４は、実施の形態の第１の例にかかる造形装置１１のハードウェア構成の一部を例示する斜視図である。図５は、実施の形態の第１の例にかかる造形装置１１が動作している状態を例示する図である。

造形装置１１は、貯留ユニット２１、供給ユニット２２、造形液貯蔵ユニット２３、吐出ユニット２４、及びメンテナンスユニット２５を含む。

貯留ユニット２１は、立体造形物を形成する粉体２７を貯留するユニットであり、造形槽３１、造形ステージ３２、及びローラ３３を含む。

造形槽３１は、後述する供給ユニット２２から供給された粉体２７を貯留し、内部で立体造形物が形成される部材である。

造形ステージ３２は、造形槽３１の底部に配置され、Ｚ方向に変位する部材である。造形ステージ３２の昇降により造形槽３１の容積が変化する。造形ステージ３２は粉体２７の層数の増加に伴い、下降していく。

ローラ３３は、供給ユニット２２から造形槽３１内に供給された粉体２７の表面を平坦にする部材である。ローラ３３は、Ｘ方向に変位すると共に回転する。

供給ユニット２２は、貯留ユニット２１（造形槽３１）に粉体２７を供給するユニットであり、収容器４１及びシャッタ４２を含む。

収容器４１は、粉体２７を収容する容器である。収容器４１の下端部には開口４３が形成されている。収容器４１は、後述する吐出ユニット２４のキャリッジ６１に固定され、キャリッジ６１と共に変位する。

シャッタ４２は、収容器４１の開口４３を開閉する部材である。シャッタ４２の開放時間に応じて粉体２７の造形槽３１への供給量が調節される。

造形液貯蔵ユニット２３は、粉体２７を固化させる造形液５５を貯蔵するユニットであり、タンク装着部材５１及びタンク５２を含む。

タンク装着部材５１は、タンク５２を着脱可能に固定する部材である。

タンク５２は、内部に造形液５５を貯蔵する部材である。本例では、複数のタンク５２が設置されており、各タンク５２には異なる造形液５５が貯蔵されていてもよい。造形液としては、水を主成分としアルコール、エーテル、ケトン等を含有する水性媒体、脂肪族炭化水素、グリコールエーテル等のエーテル系溶剤、酢酸エチル等のエステル系溶剤、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤、高級アルコールを含有する液体等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。タンク５２の内部は図示しない通路を介して後述する吐出ユニット２４の吐出ヘッド６２に連通している。

吐出ユニット２４は、造形液５５を貯留ユニット２１（造形槽３１）内の粉体２７に吐出するユニットであり、キャリッジ６１及び吐出ヘッド６２を含む。

キャリッジ６１は、供給ユニット２２及び吐出ヘッド６２を固定する部材である。キャリッジ６１は、Ｘ方向と平行に設置された第１のレール７１に連結され、第１のレール７１に沿って（Ｘ方向に）変位する。第１のレール７１の両端部は側板７２に固定されている。側板７２はスライダ７３に固定されている。スライダ７３は、Ｙ方向と平行に設置された第２のレール７４に連結され、第２のレール７４に沿って（Ｙ方向に）変位する。第２のレール７４はＺ方向に変位する。このような構造により、キャリッジ６１は３次元的に移動することができる。キャリッジ６１の移動に伴い、これに固定された供給ユニット２２及び吐出ヘッド６２が移動する。キャリッジ６１及び供給ユニット２２の動作を制御することにより、供給ユニット２２から貯留ユニット２１に供給される粉体２７の総量を制御することができる。

吐出ヘッド６２は、タンク５２に貯蔵された造形液５５を造形槽３１内の粉体２７に向かって吐出する部材である。吐出ヘッド６２には下方を向いた複数のノズル６４が形成されている。吐出ヘッド６２とタンク５２とは図示しない通路を介して連通している。本例では、２つの吐出ヘッド６２が設置されている。各吐出ヘッド６２から夫々異なる造形液５５が吐出されてもよい。

メンテナンスユニット２５は、吐出ユニット２４のメンテナンスを行うユニットであり、キャップ８１及びワイパ８２を含む。

キャップ８１は、吐出ヘッド６２のノズル６４が形成されている面と密着し、ノズル６４から造形液５５を吸引する。これにより、ノズル６４に詰まった粉体２７、高濃度化した造形液５５を除去することができる。また、造形液５５の吐出が行われていないときにノズル６４をキャップ８１で覆うことにより、粉体２７のノズル６４への混入や造形液５５の乾燥を防ぐことができる。

ワイパ８２は、吐出ヘッド６２のノズル６４が形成されている面を払拭する部材である。

上記貯留ユニット２１、供給ユニット２２、造形液貯蔵ユニット２３、吐出ユニット２４、及びメンテナンスユニット２５は、情報処理端末１２からの制御信号に基づいて制御される。例えば、粉体２７の造形槽３１への供給、キャリッジ６１の移動、造形液５５の吐出、吐出する造形液５５の種類の選択、メンテナンスの実行等が制御信号に基づいて制御される。造形装置１１が動作することにより、図５に示すように、造形槽３１の上層部に粉体２７の層３５が形成され、この層３５上に造形液５５を吐出することにより、粉体２７が固化した造形層３６が形成される。各層３５の造形層３６が積層されることにより、目的とする立体造形物が形成される。

図６は、実施の形態の第１の例にかかる造形装置１１の内部的なハードウェア構成を例示する図である。

造形装置１１の制御部１００は、主制御部１００Ａを含む。主制御部１００Ａは、造形装置１１全体の制御を司るＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＣＰＵ１０１を制御するプログラム及びその他の固定データを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、及び制御信号等を一時的に格納するＲＡＭ（Random Access Memory）１０３を含む。

制御部１００は、不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ: Non Volatile RAM）１０４、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）１０５、外部Ｉ／Ｆ（Interface）１０６、及びＩ／Ｏ（Input/Output）１０７を含む。ＮＶＲＡＭ１０４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メモリである。ＡＳＩＣ１０５は、立体造形データに対する画像処理、その他装置全体を制御するための入出力信号の処理等を行う。外部Ｉ／Ｆ１０６は、情報処理端末１２から出力される制御信号を受信する。Ｉ／Ｏ１０７は、温湿度センサ１２２等の各種センサの検知信号を取り込む。

制御部１００は、吐出ヘッド６２の駆動を制御するヘッド駆動制御部１０８を含む。制御部１００は、キャリッジ６１をＸ方向に移動させるＸ方向走査機構１３１を駆動するモータ駆動部１１０、キャリッジ６１をＹ方向に移動させるＹ方向走査機構１３２を駆動するモータ駆動部１１１、及びキャリッジ６１をＺ方向に移動させるＺ方向昇降機構１３３を駆動するモータ駆動部１１２を含む。

制御部１００は、造形ステージ３２を昇降させるモータ１３４を駆動するモータ駆動部１１４、ローラ３３をＸ方向に沿って往復動させるモータ１３５を駆動するモータ駆動部１１５、及びローラ３３を回転させるモータ１３６を駆動するモータ駆動部１１６を含む。

制御部１００は、メンテナンスユニット２５を駆動するメンテナンス駆動部１１７を含む。

制御部１００は、供給ユニット２２（シャッタ４２）を駆動する供給駆動部１１８を含む。

Ｉ／Ｏ１０７には、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１２２からの検知信号等が入力される。制御部１００には、造形装置１１に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル１２１が接続されている。

図７〜図１０は、立体造形物を形成する手順を示している。図７は、実施の形態の第１の例にかかる造形装置１１において粉体２７の層３５上に造形液５５が吐出されている状態を例示する図である。

図８は、実施の形態の第１の例にかかる造形装置１１において造形層３６が形成された状態を例示する図である。図８において、造形液５５が吐出された部分が固化して造形層３６が形成された状態が示されている。

図９は、実施の形態の第１の例にかかる造形装置１１において造形層３６を含む層３５上に新たな粉体２７が供給されている状態を例示する図である。図９において、供給ユニット２２内の粉体２７が造形槽３１内に供給されている状態が示されている。このとき、造形ステージ３２は、造形層３６を含む層３５の上面から造形槽３１の上端部までの長さがｔとなるように、矢印Ｚ１方向へ下降する。ｔは、１つの層３５の厚さである。その後、供給ユニット２２は粉体２７を落下させながら図中右方向へ移動し、ローラ３３は粉体２７の上面を平坦にするために回転しながら造形槽３１の上面を図中右方向へ移動する。

図１０は、実施の形態の第１の例にかかる造形装置１１において新たな層３５がリコートされた状態を例示する図である。図１０において、ローラ３３が造形槽３１の上面を図中右端まで移動することにより、造形層３６を含む層上に新たな層３５がリコートされた状態が示されている。

図１１は、実施の形態の第１の例にかかる造形装置１１において造形液５５が吐出された粉体２７の状態を例示する図である。本例では、３００×３００ｄｐｉ（約８５μｍ相当）のピッチで二次元画像データを作成し、当該データに基づいて粉体２７に造形液５５の滴２９を吐出して着弾させたときの浸透状態を示している。１滴の滴２９の量は１層の層３５の厚さｔ（例えば１００μｍ）にちょうど浸透する量であることが好ましい。この滴量は実験的に求めることが可能である。例えば、ガラス基板上に１００μｍの厚さで敷き詰めた粉体２７上に滴２９を滴下する。このとき、滴下された面とは反対側の面をカメラで観察することにより、滴２９が１００μｍの厚さに浸透したか否かを判断することができる。このような実験を、滴量を変化させて繰り返すことにより、１００μｍの厚さにちょうど浸透する滴量を求めることができる。

図１２は、実施の形態の第２の例にかかる造形装置１１のハードウェア構成の一部を例示する斜視図である。図１２に示す第２の例と図２〜５に示す第１の例とでは、粉体２７を造形槽３１，９３に供給する機構が異なる。第２の例にかかる構成は、貯留・供給ユニット９１を含む。

貯留・供給ユニット９１は、供給槽９２、造形槽９３、余剰受け槽９４、供給ステージ９５、造形ステージ９６、及びローラ９７を含む。

供給槽９２は、造形槽９３に搬送する粉体２７を貯留する部材である。

造形槽９３は、供給槽９２から搬送された粉体２７を貯留し、内部で立体造形物が形成される部材である。

余剰受け槽９４は、供給槽９２及び造形槽９３からこぼれた余剰の粉体２７を受ける部材である。

供給ステージ９５は、供給槽９２の底部に設置され、Ｚ方向と平行な方向に変位する。供給ステージ９５は粉体２７の供給時に上昇し、粉体２７を供給槽９２の上端部より上に押し上げる。

造形ステージ９６は、造形槽９３の底部に設置され、Ｚ方向と平行な方向に変位する。造形ステージ９６は粉体２７の供給時に下降し、供給槽９２から搬送されてくる粉体２７を造形槽９３内に受け入れられるようにする。

ローラ９７は、Ｙ方向に沿って往復動すると共に、回転する部材である。ローラ９７は粉体２７の供給時にＹ方向に移動し、供給槽９２の上に持ち上げられた粉体２７を造形槽９３に搬送する。このとき、ローラ９７が回転することにより、造形槽９３内の粉体２７の表面が平坦化される。

粉体２７の造形槽９３への供給量は、供給ステージ９５の上昇量及び造形ステージ９６の下降量等より調節することができる。また、造形槽９３に供給される粉体２７の総量は、供給ステージ９５の上昇量、造形ステージ９６の下降量、及びローラ９７の往復動の回数等により調整することができる。

上記第２の例のような構成であっても、上記図１〜５に示す第１の例と同様に立体造形物を形成することができる。

図１３は、実施の形態にかかる情報処理端末１２のハードウェア構成を例示する図である。情報処理端末１２は、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、入力デバイス２０４、出力デバイス２０５、通信Ｉ／Ｆ２０６、及びバス２０７を含む。ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０２に記憶された制御プログラムに従ってＲＡＭ２０３をワーキングエリアとして所定の演算処理を行う。入力デバイス２０４は、外部から情報を入力するためのデバイスであり、例えばキーボード、マウス、タッチパネル等である。出力デバイス２０５は、内部で生成した情報を外部に出力するためのデバイスであり、例えばディスプレイ等である。通信Ｉ／Ｆ２０６は、ネットワーク１３を介して造形装置１１等との間で信号の送受信を可能にするデバイスである。

図１４は、実施の形態にかかる立体造形システム１の機能的構成を例示する図である。造形装置１１は、貯留部５０１、供給部５０２、及び吐出部５０３を含む。情報処理端末１２は、生成部５１１、補正部５１２、及び記憶部５１３を含む。

貯留部５０１は、供給された粉体２７を貯留し、内部で立体造形物が形成される。貯留部５０１は、図２〜５に示す第１の例にかかる造形槽３１、図１２に示す第２の例にかかる造形槽９３等により実現することができるが、これに限られるものではない。

供給部５０２は、情報処理端末１２からの制御信号に応じて粉体２７を貯留部５０１に供給する。供給部１０２は、第１の例にかかる供給ユニット２２、第２の例にかかる供給槽９２、供給ステージ９５、ローラ９７等により実現することができるが、これに限られるものではない。

吐出部５０３は、情報処理端末１２から出力される制御信号に応じて貯留部５０１内の粉体２７に造形液５５を吐出する。吐出部５０３は、第１の例にかかる造形液貯蔵ユニット２３、吐出ユニット２４等により実現することができるが、これに限られるものではない。

生成部５１１は、供給部５０２及び吐出部５０３を制御するための制御信号を生成する。制御信号は、記憶部５１３に記憶されている造形データ５１０及び粉体情報５２１に基づいて生成される。造形データ５１０は、目的とする立体造形物の形状を示す情報であり、立体造形物の設計上の厚さ（粉体２７の積層方向の長さ）を含む。造形データ５１０は、例えばＳＴＬ（Standard Triangulated Language）形式、ＶＲＭＬ（Virtual Reality Modeling Language）形式等の３Ｄ−ＣＡＤ（3-dimensional Computer Aided Design system）用データ等であり得る。造形データ５１０は、例えば立体造形物の２次元設計図、３次元スキャンデータ等から生成され得る。造形データ５１０の取得方法は特に限定されるべきものではない。造形データ５１０は、例えばユーザによる入力操作、他のデバイスからの入力、記憶媒体からの読み込み等により取得され得る。生成部５１１は、上記ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２に記憶された制御プログラム、作業領域として機能するＲＡＭ２０３、適宜なロジックＩＣ（Integrated Circuit）等の協働等により実現することができるが、これに限られるものではない。

補正部５１２は、記憶部５１３に記憶されている粉体情報５２１に基づいて、造形データ５１０を補正する。粉体情報５２１は、造形液５５の浸透による粉体２７の層３５の厚さの変化を示す情報である。粉体情報５２１は、粉体２７の種類毎に複数作成されていることが望ましい。補正部５１２は、造形データ５１０及び粉体情報５２１に基づいて、造形液５５の吐出後における層３５の厚さの縮小量を補うように、供給部５０２から貯留部５０１に供給される粉体２７の総量を補正する。補正部５１２は、粉体情報５２１に基づいて造形液５５の吐出後における層３５の厚さの縮小量を補うように造形データ５１０を補正する。補正部５１２は、例えば目的とする立体造形物の設計上の厚さを増加させるように造形データ５１０を補正する。補正部５１２は、上記ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２に記憶された制御プログラム、作業領域として機能するＲＡＭ２０３、適宜なロジックＩＣ（Integrated Circuit）等の協働等により実現することができるが、これに限られるものではない。

記憶部５１３は、造形データ５１０、粉体情報５２１、及びその他の適宜な情報を記憶する。ＲＯＭ２０２、一時的な記憶領域として機能するＲＡＭ２０３等により実現することができるが、これに限られるものではない。図１４においては、粉体情報５２１が情報処理端末１２内に保持されているように記載されているが、粉体情報５２１は情報処理端末１２外の記憶装置に保持されていてもよい。

生成部５１１及び補正部５１２の機能（造形データ５１０を取得又は生成する機能を含む）を実現する制御プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供され得る。

制御プログラムをインターネット等のネットワーク１３に接続されたコンピュータ（サーバ）上に格納し、ネットワーク１３経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。制御プログラムをネットワーク１３経由で提供又は配布するように構成してもよい。制御プログラムをＲＯＭ２０２等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

制御プログラムは上記各機能部（生成部５１１及び補正部５１２）を含むモジュール構成であってもよい。この場合、ＣＰＵ２０１がＲＯＭ２０２から制御プログラムを読み出して実行することにより、各機能部がＲＡＭ２０３上に生成される。

図１５は、実施の形態にかかる立体造形システム１による処理の流れを例示するフローチャートである。情報処理端末１２は目的とする立体造形物の造形データ５１０を読み込み（Ｓ１０１）、使用する粉体２７に適合する粉体情報５２１を抽出する（Ｓ１０２）。情報処理端末１２は粉体情報５２１に基づいて、造形液５５の吐出後における層３５の縮小量を補うように、貯留部５０１に供給する粉体２７の総量又は造形データ５１０を補正する（Ｓ１０３）。

情報処理端末１２はステップＳ１０３による補正結果に基づいて、供給部５０２及び吐出部５０３を制御するための制御信号を生成し（Ｓ１０４）、制御信号を造形装置１１に送信する（Ｓ１０５）。

造形装置１１は制御信号を受信すると（Ｓ１０６）、制御信号に基づいて粉体２７を貯留部５０１に供給し（Ｓ１０７）、貯留部５０１内の粉体２７に造形液５５を吐出する（Ｓ１０８）。その後、造形装置１１は造形液５５の吐出が完了したことを示す吐出完了信号を送信する（Ｓ１０９）。

情報処理端末１２は吐出完了信号を受信すると（Ｓ１１０）、再度造形データ５１０の読み込みを行う（Ｓ１０１）。

図１６は、実施の形態にかかる貯留部５０１に粉体２７が供給される状態を例示する図である。第１の状態６０１は第１層目の層３５Ａの厚さが１００μｍであることを示している。本例では、リコート時に増加させる層の厚さの設計値を１００μｍとしている。

第２の状態６０２は第１層目の層３５Ａ上に造形液５５を吐出した後の状態である。第１層目の層３５Ａに造形液５５が浸透した部分である第１の浸透部６５１Ａの厚さが縮小している。本例では、１００μｍの厚さが６６．７μｍに縮小している。

第３の状態６０３は第２の状態６０２の層３５Ａ上に第２層目の層３５Ｂをリコートした状態である。このリコート時において、第１の浸透部６５１Ａの厚さの縮小分３３．３μｍが補われることにより、第１層目の層３５Ａ及び第２層目の層３５Ｂの合計の厚さは２００μｍとなる。

第４の状態６０４は第２層目の層３５Ｂ上に造形液５５を吐出した後の状態である。第２層目の層３５Ｂに造形液５５が浸透した部分である第２の浸透部６５１Ｂの厚さが縮小している。本例では、１３３．３μｍの厚さが８８．９μｍに縮小している。

第５の状態６０５は第４の状態６０４の層３５Ｂ上に第３層目の層３５Ｃをリコートした状態である。このリコート時において、第１及び第２の浸透部６５１Ａ，６５１Ｂの厚さの合計の縮小分４４．５μｍが補われることにより、第１〜３層目の層３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃの合計の厚さは３００μｍとなる。

第６の状態６０６は第３層目の層３５Ｃ上に造形液５５を吐出した後の状態である。第３層目の層３５Ｃに造形液５５が浸透した部分である第３の浸透部６５１Ｃの厚さが縮小している。本例では、１４４．５μｍの厚さが９６．３μｍに縮小している。

第７の状態６０７は第ｎ層目の層３５Ｎをリコートした状態である。このリコート時において、第１〜第（ｎ−１）の浸透部６５１Ａ，６５１Ｂ，・・の合計の縮小分５０μｍが補われることにより、第１〜第ｎ層目の層３５Ａ〜３５Ｎの合計の厚さは（１００×ｎ）μｍとなる。

第８の状態６０８は第ｎ層目の層３５Ｎ上に造形液５５を吐出した後の状態である。第ｎ層目の層３５Ｎに造形液５５が浸透した部分である第ｎの浸透部６５１Ｎの厚さが縮小している。本例では、１５０μｍの厚さが１００μｍに縮小している。

上記のように、積層関係にある複数の浸透部６５１Ａ〜６５１Ｎの各厚さ（６６．７μｍ，８８．９μｍ，９６．３μｍ，・・，１００μｍ）は階層が高まるにつれて増加し、リコート時に増加させる層の厚さの設計値１００μｍに漸近する。

図１７は、粉体２７としてステンレスを用いた場合における、階層数と浸透部６５１Ａ〜６５１Ｎの厚さとの関係、及び階層数とリコート時に実際に増加する層３５Ａ〜３５Ｎの厚さとの関係を例示するグラフである。第１の漸近線７０１は階層数と浸透部６５１Ａ〜６５１Ｎの厚さとの関係を示している。第２の漸近線７０２は階層数とリコート時に実際に増加する層３５Ａ〜３５Ｎの厚さとの関係を示している。

第１の漸近線７０１が示すように、浸透部６５１Ａ〜６５１Ｎの厚さは階層数の増加に伴い、リコート時に増加する層の厚さの設計値１００μｍに漸近する。本例では、階層数が５に達したときに浸透部６５１Ａ〜６５１Ｎの厚さが略１００μｍに達し、その後ほとんど変化しない。これに伴い、第２の漸近線７０２が示すように、階層数が５に達したときに、リコート時に実際に増加させる層３５Ａ〜３５Ｎの厚さが略１５０μｍに達し、その後ほとんど変化しない。このことから、第５層目以降においては、粉体２７の縮小による影響が一定となることがわかる。

浸透部６５１Ａ〜６５１Ｎがどの程度縮小するかは、リコート時における粉体密度ρ_ｒ（空間率ε_ｒ＝１−ρ_ｒ）及び造形液吐出後における粉体密度ρ_ｉ（空間率ε_ｉ＝１−ρ_ｉ）により規定される。粉体２７としてステンレスを用いた場合、ρ_ｒ＝４０％（ε_ｒ＝６０％）、ρ_ｉ＝６０％（ε_ｉ＝４０％）である。このような造形液５５の浸透による粉体２７の密度上昇が層３５Ａ〜３５Ｎの厚さ方向の変化によって現れる場合（実際には重力の影響により厚さ方向の変化が支配的となる）、例えば第２の状態６０２に示すように、厚さ１００μｍは約６６．７μｍとなる。同様に、第４の状態６０４に示すように、厚さ１３３．３μｍは約８８．９μｍとなる。そして、所定の階層数（本例では５）に達したときに、浸透部３５Ｎの厚さはリコート時に増加させる厚さの設計値１００μｍと略同値となる。

ｔ（１００μｍ）を各層３５Ａ〜３５Ｎの設計上の厚さ（１層の設計上の厚さ）とし、ｔ_ｉを造形液吐出後の各層３５Ａ〜３５Ｎ（浸透部６５１Ａ〜６５１Ｎ）の厚さ（１層の実際の厚さ）とするとき、層３５Ａ〜３５Ｎの収縮率ｋをｋ＝ｔ_ｉ／ｔと定義することができる。ｔ_ｉ＝ｔとなるためには、ｔ／ｋ＝ｔ^２／ｔ_ｉの厚さがリコート後（造形液吐出前）にあればよい（ｋ（ｔ^２／ｔ_ｉ）＝ｔ）。

第ｎ層目の造形液吐出後の層３５Ａ〜３５Ｎ（浸透部６５１Ａ〜６５１Ｎ）の厚さ（１層の実際の厚さ）ｔ_ｎは下記式（１）で表される。

ｎは１，２，３，・・，ｍの整数であり、ｍは全積層（階層）数である。

複数の層３５Ａ〜３５Ｎにわたって造形液５５が吐出されることにより形成される全層の厚さ（立体造形物全体の実際の厚さ）ｔ_ｒは下記式（２）で表される。

従って、積層されて形成された立体造形物全体の厚さの縮小量（全縮小量）は、ｍ×ｔとｔ_ｒとの差分となる。全縮小量を立体造形物全体の設計上の厚さに加算することにより、造形液５５の浸透による粉体２７の縮小を補うことができる。全縮小量の加算の仕方は特に限定されるものではない。例えば、全縮小量を均等に分配して（全階層数で除算して）各層の立体造形物の厚さの設計値に加算してもよいし、全縮小量を、層毎に異なる縮小量を補うように、各層の立体造形物の厚さの設計値に分配して加算してもよい。

図１８は、粉体２７としてステンレスを用いた場合における粉体情報５２１Ａを例示する図である。ｍは、総積層数を示し、本例では１０層である。ｔは、リコート時に増加させる１層の厚さの設計値（１層厚）を示し、本例では１００μｍである。設計厚ｍｔは、目的とする立体造形物全体の設計上の厚さを示し、本例では１０×１００＝１０００μｍである。ｔ_ｉは、厚さｔの層に造形液５５を吐出した後の厚さ（実際の厚さ）を示し、本例では６６．６μｍである。ｋは、造形液の浸透による層の収縮率を示し、本例ではｔ_ｉ／ｔ＝０．６６６である。ｎは、階層数を示す。ｔ_ｎは、各階層における浸透部６５１Ａ〜６５１Ｎの厚さの近似値である。ｔ_ｒは、立体造形物全体の実際の厚さを示し、式（２）により算出される値である。ｔ_ｒの第二項は、各階層における式（２）の第二項の値を示す。ｔ_ｒの第一項は、式（２）の第一項の値を示し、本例では５５００である。ｔ_ｒの第二項の和は、式（２）の第二項の和の値を示し、本例では４０７４である。

図１８において、設計厚との差分は、設計厚（立体造形物全体の設計上の厚さ）ｍｔ：１０００μｍと立体造形物全体の実際の厚さｔ_ｒ：９５０μｍとの差分を示し、本例では５０μｍである。この差分５０μｍを設計厚１０００μｍに加算するように、造形データ５１０を補正することが好ましい。また、差分５０μｍを補うために、供給部５０２から貯留部５０１に供給される粉体２７の総量が制御される。粉体２７の総量の制御の仕方は特に限定されるべきものではないが、例えば、図２〜図１１に示す第１の例に係る構成においては、制御部１００は、キャリッジ６１及び供給ユニット２２の動作を制御することにより、差分５０μｍが補われるように粉体２７の供給回数を増減させてもよい。これにより、最終的に得られる立体造形物全体の厚さが設計厚ｍｔ：１０００μｍとなる。

図１９は、粉体２７としてジルコニアを用いた場合における、階層数と浸透部６５１Ａ〜６５１Ｎの厚さとの関係、及び階層数とリコート時に実際に増加する層３５Ａ〜３５Ｎの厚さとの関係を例示するグラフである。図２０は、粉体２７としてジルコニアを用いた場合における粉体情報５２１Ｂを例示する図である。本例では、差分１８０μｍを設計厚ｍｔ：１５００μｍに加算するように、造形データ５１０が補正される。

本ジルコニアの例においても、図１７に示すステンレスの例と同様に、浸透部６５１Ａ〜６５１Ｎの厚さは階層数の増加に伴い、リコート時に増加する層の厚さの設計値１００μｍに漸近する。しかし、本ジルコニアの例においては、図１９及び図２０に示すように、浸透部６５１Ａ〜６５１Ｎの厚さが略１００μｍに達するのは階層数が１２に達したときである。このとこから、ジルコニアを用いる場合には、第１２層目以降において粉体２７の縮小による影響が一定となることがわかる。

上記のように、粉体２７の種類により漸近線の特徴が変化し、粉体２７の縮小による影響が変化する。従って、粉体２７の種類毎に複数の粉体情報５２１を準備しておき、使用する粉体２７に応じて適切な粉体情報５２１を使用することにより、適切な補正処理を実行することが可能となる。

図１８及び図２０に示す粉体情報５２１Ａ，５２１Ｂは例示であって、粉体情報５２１はこれらに限られるものではない。例えば、粉体情報５２１は粉体２７と造形液５５との組み合わせ毎に作成されてもよい。１つの粉体２７に対して複数の造形液５５が使用され得る場合に有効である。また、粉体情報５２１は温度、湿度等の環境情報と関連付けて作成されてもよい。粉体２７の収縮率ｋ（密度）の変化が環境に応じて大きく変化する場合に有効である。

以上のように、本実施の形態によれば、造形液５５の浸透による層３５の縮小による弊害を防止し、立体造形物の造形精度を向上させることが可能となる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記実施の形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図するものではない。この新規な実施の形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施の形態及びその変形は発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 立体造形システム
１１ 立体造形装置（造形装置）
１２ 情報処理端末
１３ ネットワーク
２１ 貯留ユニット
２２ 供給ユニット
２３ 造形液貯蔵ユニット
２４ 吐出ユニット
２５ メンテナンスユニット
２７ 粉体
３１，９３ 造形槽
３２，９６ 造形ステージ
３３，９７ ローラ
３５，３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｎ 層
３６ 造形層
４１ 収容器
４２ シャッタ
４３ 開口
５１ タンク装着部材
５２ タンク
５５ 造形液
６１ キャリッジ
６２ 吐出ヘッド
６４ ノズル
７１ 第１のレール
７２ 側板
７３ スライダ
７４ 第２のレール
８１ キャップ
８２ ワイパ
９１ 貯留・供給ユニット
９２ 供給槽
９４ 余剰受け槽
９５ 供給ステージ
１００ 制御部
１００Ａ 主制御部
１０１，２０１ ＣＰＵ
１０２，２０２ ＲＯＭ
１０３，２０３ ＲＡＭ
１０４ ＮＶＲＡＭ
１０５ ＡＳＩＣ
１０６ 外部Ｉ／Ｆ
１０７ Ｉ／Ｏ
１０８ ヘッド駆動制御部
１１０〜１１６ モータ駆動部
１１７ メンテナンス駆動部
１１８ 供給駆動部
１３１ Ｘ方向走査機構
１３２ Ｙ方向走査機構
１３３ Ｚ方向昇降機構
１３４〜１３６ モータ
２０４ 入力デバイス
２０５ 出力デバイス
２０６ 通信Ｉ／Ｆ
２０７ バス
５０１ 貯留部
５０２ 供給部
５０３ 吐出部
５１０ 造形データ
５１１ 生成部
５１２ 補正部
５１３ 記憶部
５２１，５２１Ａ，５２１Ｂ 粉体情報
６５１Ａ，６５１Ｂ，６５１Ｃ，６５１Ｎ 浸透部
７０１ 第１の漸近線
７０２ 第２の漸近線

特許第５４７１９３９号公報

Claims (10)

1. 粉体を貯留する貯留部と、前記粉体を前記貯留部に層状に供給する供給部と、前記粉体を固化させる造形液を前記粉体に吐出する吐出部とを備える立体造形装置を制御する制御装置であって、
   立体造形物の形状を示す造形データ、及び前記造形液の浸透による前記粉体の層の寸法の変化を示す粉体情報に基づいて、前記供給部から前記貯留部に供給される前記粉体の総量を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、前記粉体情報に基づいて、前記造形液の吐出後における前記層の厚さの縮小量を補うように前記造形データを補正する、
   立体造形装置の制御装置。
2. 前記造形データは、前記立体造形物の設計上の厚さを含み、
   前記制御部は、前記粉体情報に基づいて前記造形液の浸透により縮小される前記立体造形物の実際の厚さを算出し、前記設計上の厚さと前記実際の厚さとの差分を前記設計上の厚さに加算する、
   請求項１に記載の立体造形装置の制御装置。
3. 前記粉体情報は、前記層毎に前記縮小量を示す情報を含み、
   前記制御部は、前記各層で生ずる前記縮小量が前記各層で補われるように、前記各層における前記設計上の厚さを補正する、
   請求項２に記載の立体造形装置の制御装置。
4. 前記制御部は、前記立体造形物全体の厚さの縮小量である全縮小量を前記層の階層数で除算した値を前記各層における前記設計上の厚さに加算する、
   請求項２に記載の立体造形装置の制御装置。
5. 前記制御部は、前記粉体の種類毎に作成された複数の前記粉体情報を記憶する記憶部から使用中の前記粉体に対応する前記粉体情報を抽出し、抽出された前記粉体情報に基づいて前記造形データを補正する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の立体造形装置の制御装置。
6. 前記制御部は、第ｎ層目の前記実際の厚さｔｎを式（１）により算出し、前記立体造形物全体の前記実際の厚さｔｒを式（２）により算出する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の立体造形装置の制御装置。
   

   

   

   式（１）及び式（２）に含まれる文字は下記を意味する。
   ｍ：全層数、ｔ：前記立体造形物の１層の設計上の厚さ、ｎ：１以上ｍ以下の正の整数、ｋ：｛（造形液吐出後の前記層の１層の厚さ）／ｔ｝
7. 粉体を貯留する貯留部と、前記粉体を前記貯留部に層状に供給する供給部と、前記粉体を固化させる造形液を前記粉体に吐出する吐出部とを備える立体造形装置を制御する制御方法であって、
   立体造形物の形状を示す造形データ、及び前記造形液の浸透による前記粉体の層の寸法の変化を示す粉体情報に基づいて、前記供給部から前記貯留部に供給される前記粉体の総量を制御するステップを含み、
   前記粉体情報に基づいて、前記造形液の吐出後における前記層の厚さの縮小量を補うように前記造形データを補正する、
   立体造形装置の制御方法。
8. 粉体を貯留する貯留部と、前記粉体を前記貯留部に層状に供給する供給部と、前記粉体を固化させる造形液を前記粉体に吐出する吐出部とを備える立体造形装置を制御するコンピュータに、
   立体造形物の形状を示す造形データ、及び前記造形液の浸透による前記粉体の層の寸法の変化を示す粉体情報に基づいて、前記供給部から前記貯留部に供給される前記粉体の総量を制御し、前記粉体情報に基づいて、前記造形液の吐出後における前記層の厚さの縮小量を補うように前記造形データを補正する処理、
   を実行させる立体造形装置の制御プログラム。
9. 粉体を貯留する貯留部と、
   前記粉体を前記貯留部に層状に供給する供給部と、
   前記粉体を固化させる造形液を前記粉体に吐出する吐出部と、
   立体造形物の形状を示す造形データ、及び前記造形液の浸透による前記粉体の層の寸法の変化を示す粉体情報に基づいて、前記供給部から前記貯留部に供給される前記粉体の総量を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記粉体情報に基づいて、前記造形液の吐出後における前記層の厚さの縮小量を補うように前記造形データを補正する、
   立体造形システム。
10. 粉体を貯留部に層状に供給するステップと、
    前記粉体を固化させる造形液を前記粉体に吐出するステップと、
    立体造形物の形状を示す造形データ、及び前記造形液の浸透による前記粉体の層の寸法の変化を示す粉体情報に基づいて、前記供給部から前記貯留部に供給される前記粉体の総量を制御するステップとを含み、
    前記粉体情報に基づいて、前記造形液の吐出後における前記層の厚さの縮小量を補うように前記造形データを補正する、
    立体造形物の製造方法。

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