JP6503249B2 - 三次元造形物の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は三次元造形物の製造装置に関する。

特許文献１には、境界材料を噴射する少なくとも１列のインクジェットノズルを有するプリントヘッドを使用して３−Ｄモデルを構成する３−Ｄ印刷装置が記載されている。

特開２０１２−７１６１１号公報（２０１２年４月１２日公開）

ところで、インクジェットヘッドは多数のノズルを有している。ノズルの吐出精度はノズルによってわずかに異なっており、或るノズルには他のノズルと比べて極めて小さな差がある場合がある。例えば、吐出不良とまでは言えなくとも、厳密には少しずれた方向に吐出したり、吐出量が所定の量より極めて少量増減したりすることがある。このような差はノズルの癖ということもできる。

三次元造形物のように、多くの層を積層して印刷物を製造する場合、ノズルの癖が印刷物に影響を与えることがある。例えば、或るノズルのインクを吐出する量が他のノズルと比べて極めて小さな差がある場合、多くの層を積層すると、そのノズルから吐出されるインクで形成される位置だけ、周りと比べて出っ張ったり凹んだりすることとなる。

本発明は、このような問題に鑑みて成された発明であり、その目的は、ノズル毎の吐出精度の差が製造される三次元造形物に与える影響を抑えることができる、三次元造形の製造装置を提供する。

上記の課題を解決するために、本発明者が鋭意検討した結果、以下の本発明に達した。

本発明に係る三次元造形物の製造装置は、単位層を積層する三次元造形物の製造装置であって、上記単位層は、ヘッドの備える複数のノズルから吐出されるインクで形成され、上記ヘッドからのインクの吐出を制御する吐出制御部を備え、上記吐出制御部は、一つの上記単位層を製造するときに、当該単位層を形成するインクのドット径が、少なくとも一部のドット間で互いに異なるように制御することを特徴とする。

また、本発明に係る三次元造形物の製造方法は、単位層を積層する三次元造形物の製造方法であって、上記単位層は、ヘッドの備える複数のノズルから吐出されるインクで形成され、上記ヘッドからのインクの吐出を制御する吐出制御工程を含み、上記吐出制御工程では、一つの上記単位層を製造するときに、当該単位層を形成するインクのドット径が、少なくとも一部のドット間で互いに異なるように制御することを特徴とする。

上記構成により、互いに異なる複数の径のドットで単位層を形成することになる。つまり、ノズル毎の吐出精度の差に、ノズル毎のドット径の差を外乱として加えることになる。これにより、製造される三次元造形物の形状に与える要因に占めるノズル毎の吐出精度の差が小さくなる。その結果、ノズル毎の吐出精度の差による、製造される三次元造形物に対する影響が目立ち難くなり、三次元造形物の形状の精度を向上させることができる。

本発明に係る三次元造形物の製造装置では、上記吐出制御部は、予め定められた複数のドット径から、吐出するインクのドット径を２以上選択し、一つの上記単位層を形成する全てのドットに対する、吐出して形成する、選択したドット径毎のドットの数の割合を、当該単位層と積層方向に隣接する単位層とで異なるように制御することがより好ましい。

上記構成により、着弾するドットのサイズの割合が各単位層で異なることになる。これにより、単位層の表面の凹凸の程度が、各単位層で異なることになり、多数の単位層を積層したときの最上面の凹凸を減らすことができる。つまり、例えば、単位層の平面方向における同じ位置に同じドット径のドットが重なっていくと、小さいドット径のドットで形成する位置が、周りに対して凹んだり、当該位置に溝が形成されたりすることがあるが、これを抑制することができる。その結果、各単位層の平坦化及び三次元造形物の形状の精度を向上させることができる。

本発明に係る三次元造形物の製造装置では、上記吐出制御部は、上記単位層のうち少なくとも一つの単位層中の少なくとも一つのドットを、当該単位層と積層方向に隣接する単位層中の当該ドットと同じ位置にあるドットとは異なるドット径となるように制御することがより好ましい。

上記構成により、或る単位層と積層方向に隣接する単位層とを積層したときに、各単位層の同じ位置に、同じドット径のドットが積み重らない。その結果、周囲との高低差が生じることを抑制することができる。

本発明に係る三次元造形物の製造装置では、上記吐出制御部は、異なる単位層間における、単位面積当たりのインクの量の差が、予め定められた範囲内となるように、制御することがより好ましい。

上記構成により、単位層間の単位面積当たりの体積の差を所定の範囲に収めることができる。これにより、ドット径をランダムに変えながら、効率良く単位層を積層させていくことができる。また、単位層を積層した後に、平坦化処理などの加工処理を行うときに、層の厚さが均一になりやすくなり、取扱いが容易になる。

本発明に係る三次元造形物の製造装置では、ノズルを検査するノズル検査部を備え、上記吐出制御部は、上記ノズル検査部による検査によって検出された異常ノズルから形成されるドットから、予め定められた範囲内にある別のドットのうちの少なくとも一部のドットを形成するためのノズルから吐出するインクの量を、上記異常ノズルが、異常と判断されなかった場合の量とは変化させるように制御することがより好ましい。

上記構成により、別のドットの径を、異常ノズルが、異常と判断されなかった場合のドット径とは異ならせる。これにより、別のドットを形成するインクの一部が異常ノズルから形成されるドットに重なるように広がる。その結果、異常ノズルが異常ノズルでない場合に形成するドットの高さに近づけることができる。

本発明は、ノズル毎の吐出精度の差が、製造される三次元造形物に与える影響を抑えることができるという効果を奏する。

本発明に係る三次元造形物の製造装置の一実施形態における、三次元造形物Ｍの製造手順について模式的に示す図である。 本発明に係る三次元造形物の製造装置の一実施形態における、ヘッド１の概略構成を模式的に示す図である。 本発明に係る三次元造形物の製造装置の一実施形態で製造される、単位層の構成を模式的に示す図である。 本発明に係る三次元造形物の製造装置の一実施形態で製造される、単位層の構成を模式的に示す図である。

＜三次元造形物の製造装置＞
〔本発明に係る三次元造形物の製造装置の一実施形態〕
図１、図２及び図３を用いて本発明に係る三次元造形物の製造装置の一実施形態について説明する。図１は、本発明に係る三次元造形物の製造装置の一実施形態である印刷装置１００の構造と、印刷装置１００を用いて三次元造形物Ｍを製造する手順について模式的に示す図である。図２は本発明に係る三次元造形物の製造装置の一実施形態における、ヘッド１の概略構成を模式的に示す図である。図３及び図４は、本発明に係る三次元造形物の製造装置の一実施形態で製造される、単位層Ｌ１、Ｌ２及びＬ３の構成を模式的に示す図である。なお、図１は、載置台１０の表面に垂直な面で切った、三次元造形物Ｍの断面図でもある。

本実施形態では、紫外線硬化型インクを用いて、インクジェット法により三次元造形物を製造する場合について説明する。

インクの具体的な種類としては、例えば、光硬化型インク及び熱可塑性インクが挙げられる。光硬化型インクが好ましく、中でも、紫外線硬化型インクがより好ましい。紫外線硬化型インクは短時間で簡単に硬化させることができるため、短時間に単位層を形成することができる。また、積層させることが容易であるため、三次元造形物をより短時間で製造することができる。

紫外線硬化型インクは紫外線硬化型化合物を含む。紫外線硬化型化合物としては、紫外線を照射した際に硬化する化合物であれば限定されない。紫外線硬化型化合物としては、例えば、紫外線の照射により重合する硬化型モノマー及び硬化型オリゴマー等が挙げられる。硬化型モノマーとしては、例えば、低粘度アクリルモノマー、ビニルエーテル類、オキセタン系モノマー及び環状脂肪族エポキシモノマー等が挙げられる。硬化型オリゴマーとしては、例えば、アクリル系オリゴマー等が挙げられる。

なお、本実施形態では、紫外線硬化型インクを使用しているが、本発明に係る三次元造形物の製造装置で用いるインクはこのような形態に限定されない。本発明に係る三次元造形物の製造装置では、製造する三次元造形物の目的等に応じて任意のインクを選択できる。例えば、従来公知のモデル材を適宜採用できる。また、その構造によっては、適宜、従来公知のサポート材を用いてもよい。

図１に示すように、印刷装置１００は、ヘッド１、ＵＶランプ２、吐出制御部３、メンテナンス機構２０、ノズル検査制御部５及び載置台１０を備えている。メンテナンス機構２０は、ノズル検査部４及びクリーニング部６を備えている。

また、図１に示すように、三次元造形物Ｍは、複数の単位層を、単位層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・と積層することで形成されている。

（ヘッド１）
ヘッド１は、インクを吐出するためのインクジェットヘッドである。ヘッド１がＸ方向に往復移動しながら、載置台１０等の上を走査する。走査しながらインクを吐出することで、載置台１０又は前回製造した単位層の上にインクを吐出して単位層を形成する。

なお、本発明に係る三次元造形物の製造装置が備えるヘッドは、従来公知のものでよい。例えば、圧電素子の振動を利用して液滴を吐出させるインクジェットヘッド（電歪素子の機械的変形によりインク滴を形成するインクジェットヘッド）及び熱エネルギーを利用するインクジェットヘッド等が挙げられる。

また、本実施形態では、Ｘ方向に載置台１０上をヘッド１が走査するとき、吐出対象部は移動せず、ヘッド１が移動する形態について説明する。しかし、本発明に係る三次元造形物の製造装置はこのような形態に限定されず、ヘッドと吐出対象部とが相対的に移動するものであればよい。

（ノズル７）
ノズル７は、インクを吐出するものである。図２に示すように、ヘッド１は、副走査方向（Ｙ方向）に沿って整列した複数のノズル７からなるノズル列を有している。なお、副走査方向は、主走査方向（Ｘ方向）に直交する方向である。

（吐出制御部３）
吐出制御部３は、ヘッド１からのインクの吐出を制御するためのものである。具体的には、吐出制御部３は、一つの上記単位層を製造するときに、当該単位層を形成するインクのドット径が、少なくとも一部のドット間で互いに異なるように制御する。

（ＵＶランプ２）
ＵＶランプ２は、ヘッド１から吐出された紫外線硬化型インクに紫外線を照射する器具である。

なお、本発明に係る三次元造形物の製造装置で紫外線硬化型インクを用いる場合、光を照射するための器具はこのような形態に限定されず、紫外線を照射することのできる従来公知の様々な器具を採用し得る。

（載置台１０）
載置台１０は、形成される三次元造形物が載置される台である。

本実施形態では、載置台１０を固定し、ヘッド１を副走査方向（Ｙ方向）に移動させる場合について説明するが、本発明に係る三次元造形物の製造装置では、ヘッドと吐出対象部とが相対的に移動すればよい。例えば、吐出対象部が副走査方向（Ｙ方向）に移動するものであってもよい。

（メンテナンス機構２０）
メンテナンス機構２０は、ノズル検査部４及びクリーニング部６を備えている。メンテナンス機構２０はヘッド１を格納できるようになっている。また、格納しているヘッド１をノズル検査部４で検査したり、クリーニング部６でクリーニングしたりする。メンテナンス機構２０は、ヘッド１の走査する範囲から離れた、ヘッド１の移動方向の端に設けられている。

（ノズル検査部４）
ノズル検査部４は、ノズル７を検査するためのものである。

本実施形態において、「異常ノズル」とは、例えば、インク詰まり等の原因により適正なインク吐出が不可能になったものを指す。異常ノズルは、不吐出のもの、吐出量が少ないものだけでなく、吐出量が多いものも含む。

なお、本発明に係る三次元造形物の製造装置で使用するノズル検査部は従来公知のものでよく、例えば、フォトセンサ等を用いればよい。

また、ノズル検査部４による検査は、ノズル検査制御部５により制御されている。ノズル検査制御部５から、いつ、どのノズル７を検査するかに基づく指示を示す信号を受信して、当該指示に基づいて検査を行う。

（ノズル検査制御部５）
ノズル検査制御部５は、ノズル検査部４による検査を制御するためのものである。具体的には、検査対象のノズル７から吐出されるインクを最初に使用して単位層を形成する前であり、当該単位層の直下にある単位層を形成した後に、当該ノズル７の検査を行うように制御する。

（クリーニング部６）
クリーニング部６は、ノズル７をクリーニングするためのものである。ヘッド１のノズル７が形成された面をワイピングするワイパー、ノズル７のインクを吸引する吸引装置及びパージ機構等で構成されている。

〔印刷装置１００を用いた三次元造形物Ｍの製造方法〕
次に、印刷装置１００を用いた三次元造形物Ｍを製造方法について説明する。

まず、図１に示す単位層Ｌ１の製造方法について説明する。

ヘッド１をＸ方向に走査させながら、インクを吐出する。このとき、ヘッド１にはＵＶランプ２が隣接しているので、ＵＶランプ２もヘッド１と同様に移動する。ＵＶランプ２としては、メタルハライドランプ及びＬＥＤランプなど種々のものを用いることができる。

ヘッド１から吐出されたインクに対して、ＵＶランプ２から発せられた紫外線が照射される。これにより、吐出されたインクが硬化されていく。

次に、ヘッド１の一走査毎にヘッド１をＹ方向に移動させる。

ヘッド１の移動距離はヘッド１のインクの吐出領域（ノズル列）の副走査方向（Ｙ方向）の長さと同じ距離である。つまり、本実施形態では、シングルパスの場合について説明する。シングルパスでは、単位画像領域（単位長さ四方の印刷領域）を１回の主走査で形成する。なお、本発明はシングルパスに限定されるものではなく、マルチパスでも適用され得る。つまり、一度の副走査方向（Ｙ方向）のヘッドの移動距離が、ヘッドのインクの吐出領域（ノズル列）の副走査方向（Ｙ方向）の長さよりも短い。そのため、単位画像領域を印刷するために複数回の主走査が行われる。

ここで、吐出制御部３は、単位層Ｌ１を形成するインクのドット径が予め定められた３つの大きさの中からいずれかになるように選択して、インクを吐出するようにヘッド１を制御する。この３つの大きさを小さい順にＳ、Ｍ、Ｌと表記する。また、すべてが同じ大きさとならないように、Ｓ、Ｍ、Ｌのいずれもが少なくとも一つ、一つの単位層中に含まれるように制御する。

このように制御することで、仮にノズル７のうちの一つに、他とは吐出量及び吐出方向等に癖があるとしても、その癖が三次元造形物Ｍの形状等に与える影響を抑えることができる。なぜなら、各ノズル７の吐出精度の差に、ドット径の差を外乱として加えることで、その結果、製造される三次元造形物Ｍに対する、ノズル７毎の吐出精度の差の影響が目立ち難くなり、三次元造形物の形状の精度を向上させることができる。

このようにすることで、ノズル７毎の癖の影響を抑えるだけでなく、仮に、吐出量が悪かったり、着弾性が悪かったりするなどの、吐出不良が生じていた場合にも、その影響を抑えることができる。

より具体的には、吐出制御部３は、記録部（図示せず）に格納されている、Ｓ、Ｍ、Ｌのドット径を示す情報を読み取り、それぞれのドット径によるインクの吐出を、どのノズルからどのタイミングで行うかを計算して、ヘッド１を制御する。

この計算は、一つの単位層を製造するためのインクの総量に基づいて、Ｓ、Ｍ、Ｌのドットのそれぞれの数とそれぞれのドットの全体に対する数割合を計算し、それぞれのドットがランダムに配置されるように行われる。このとき、単位面積毎のインクの総量が常に一定となるようにＳ、Ｍ、Ｌのドットの数を設定した関数を用意し、それぞれの層でＳ、Ｍ、Ｌのうち１つまたは２つのドットの数を変化させていくことでＳ、Ｍ、Ｌのドットの数を単位層毎にランダムに設定することができる。なお、一つの単位層を製造するためのインクの総量は、例えば、別途搭載された、三次元造形物Ｍの画像情報（例えば、体積）から印刷に必要なインク量を計算し、このインク量から単位層当たりのインクの総量を算出すればよい。

本実施形態では、ドットの大きさとして３段階（Ｓ、Ｍ、Ｌ）を用いる場合について説明するが、本発明はこのような形態に限定されない。一つの単位層を製造するときに、当該単位層を形成するインクのドット径が、少なくとも一部のドット間で互いに異なるようにすればよい。

なお、吐出制御部３は、単位層Ｌ１を形成する全てのドットのうち、最大のドット径Ｌのドットの割合が、８０％以上となるように制御する。単位層の大部分を大きいドット径のドットで形成していくため、単位層Ｌ１をより効率的に形成できるからである。また、本実施形態では、インクのドットとして３種類設定したが、このような形態に限定されない。例えば、本発明において、インクのドット径は、２種類以上１５種類以下になるように制御することが好ましく、３種類以上７種類以下になるように制御することがより好ましい。ドット径を３種類以上とすることで、１つのドット径の数割合を変化させた場合であっても、残りの２つのドット径の数割合を調整することで、単位層の単位面積当たりのインクの総量を一定にしつつ、各ドットの数割合を変化させることができる。なお、ドット径の種類は多ければ多いほどよいが、ドット径のサイズを指定する信号に用いる情報量が大きくなるため、７種類以下とすることが好ましい。なお、このようなドット径のサイズを指定する、いわゆる諧調数は、用いるヘッド１によって固有に決まるため、諧調数が３以上のヘッドを用いることが好ましい。

このように、ヘッド１をＸ方向に走査し、Ｙ方向に移動させていくことで単位層Ｌ１が形成される。

次に、単位層Ｌ２、単位層Ｌ３を順次形成していく。

このとき、吐出制御部３は、単位層Ｌ２を形成する全てのドットに対するドット径Ｓ、Ｍ、Ｌ毎のドットの数の割合を、単位層Ｌ１と異なるように制御する。同様に、単位層Ｌ３を形成する全てのドットに対するドット径Ｓ、Ｍ、Ｌ毎のドットの数の割合を、単位層Ｌ２と異なるように制御する。このとき、単位層Ｌ１とも異なる割合とすることで、単位層Ｌ２の上記割合が、積層方向に隣接するいずれの単位層とも異ならせることができる。

各単位層を形成するときのドット径Ｓ、Ｍ、Ｌ毎のドットの数の割合は、各単位層でランダムに異なるように計算される。これにより、各単位層の上下で、ドット径の大きさの構成比率がランダムになり、隣接する単位層間でドット同士の接触位置及び液滴量の分布などが変わるため、積層したときに、極端に大きな凹凸及び溝が生じることを抑制できる。その結果、各単位層の平坦化及び三次元造形物Ｍの形状の精度を向上させることができる。この割合は、三次元造形物Ｍの画像情報から印刷に必要な情報を計算するためのソフトウェア等で計算するようにすればよい。

本発明では、吐出制御部は、一つの単位層を形成する全てのドットに対する、吐出して形成する、選択した径毎のドットの数の割合が、或る単位層と積層方向に隣接する単位層とで同じであるように制御してもよく、異なるようにしてもよいが、上述のように、形状の精度を向上させる観点からは異なるようにすることがより好ましい。

本実施形態では、このように、全ての単位層において、一つの単位層を形成する全てのドットに対する、吐出して形成する、選択したドット径毎のドットの数の割合が、或る単位層と積層方向に隣接する単位層とで異なるように制御するが、本発明は、このような形態に限定されない。本発明では、異なるようにする場合でも、少なくとも一つの単位層において異なるようにすればよい。

また、図３に示すように、積層方向に隣接するドット径が可能な限り異なるようにすることが好ましい。同じドット径のドットが積み重ならないことによって、周囲との高低差が生じることを抑制することができる。

本実施形態では、このように、全ての単位層において、層方向に隣接するドット径が可能な限り異なるようにするが、本発明は、このような形態に限定されない。本発明では、全ての単位層において、積層方向に隣接するドット径が全て同じであってもよいが、上述のように、周囲との高低差が生じることを抑制する観点からは、積層方向に隣接するドット径が異なるようにすることが好ましい。また、異なるようにする場合でも、少なくとも一つの単位層中の少なくとも一つのドット径を、積層方向に隣接するドット径と異なる径にすればよい。

また、吐出制御部３は、単位層Ｌ１、単位層Ｌ２及び単位層Ｌ３における、単位面積当たりのインクの量が、同じになるように制御する。例えば、Ｓが１０ｐｌ、Ｍが２０ｐｌ、Ｌが３０ｐｌとして、説明の簡単のためａ１×ａ１、ａ２×ａ２、ａ３×ａ３を単位面積とするとき、当該単位面積内の体積がすべて同じとなる。これにより、ドット径Ｓ、Ｍ、Ｌをランダムに変えながら、効率良く単位層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３等を積層させていくことができる。また、単位層を積層した後に、平坦化処理などの加工処理を行うときに、層の厚さが均一になりやすくなり、取扱いが容易になる。

本実施形態のように、単位面積当たりの体積を同一にすることが好ましいが、多少の差が生じてもよい。その差を予め定めた範囲に制御することで、効率よく単位層を積層させることができ、平坦化処理などの加工処理を行なうことができる。

このようにして単位層Ｌ１、単位層Ｌ２、単位層Ｌ３を形成させ、図のようにＺ方向に積層していくことで三次元造形物Ｍが得られる。

なお、本明細書において「単位面積」とは、所定の距離×所定の距離で求められる面積であり、例えば、１ｍｍ×１ｍｍ、１ｃｍ×１ｃｍ、複数のドットが並ぶ長さ×当該長さと同じ長さなどで設定してもよい。

〔異常ノズルの影響の抑制方法〕
次に、ノズル７の中に異常ノズルが検出されたとき、当該異常ノズルの影響を抑えながら、三次元造形物Ｍを製造する方法について説明する。

印刷を開始する前、ヘッド１はメンテナンス機構２０に格納されている。

ノズル検査制御部５は、印刷の開始を認識すると、次に、単位層Ｌ１を形成するために使用するノズル７を認識する。例えば、どのノズル７をいつ使用してインクを吐出するかを示すデータを、ノズル検査制御部５自身が三次元造形物Ｍの画像データから作成するか、又は、別の印刷ソフトがインストールされたハードウェアによって作成したデータを取得して、単位層Ｌ１を形成するために使用するノズル７を認識する。

なお、ノズル検査制御部５は、印刷の開始を次のように認識する。つまり、ユーザーが製造を開始する指示を入力部（図示せず）に入力し、当該指示を受信することで印刷の開始を認識する。また、一度の開始の指示が、複数の種類の三次元造形物の製造を指示するものである場合、製造する三次元造形物の種類が変わるタイミングを、印刷の開始として認識するようにしてもよい。

ノズル検査制御部５は、単位層Ｌ１を形成するために使用するノズル７を検査するようにノズル検査部４に指示を送る。

ノズル検査部４はノズル検査制御部５からの指示に基づいてノズル７を検査する。具体的には、光センサによって遮光されるか否かでインクの吐出を判定する。ノズル検査部４は、測定結果をノズル検査制御部５に送信する。ノズル検査制御部５は、予め定められた時間内で、当該吐出量が予め定められた量から予め定められた範囲を超えたノズル７を異常ノズルとして認定する。なお、予め定められた時間、予め定められた量、予め定められた範囲は、記録部（図示せず）に格納されており、ノズル検査制御部５は、当該記録部から当該時間及び当該量の情報を読み取り、異常ノズルであるか否かの判断に使用する。

本実施形態では、或る単位層を製造するときに初めて使用することになるノズルについてのみ検査を行なう。ノズルの検査方法はこのような形態に限定されるものではない。しかし、本実施形態のようなノズルの検査方法は、三次元造形物の製造に適している。

つまり、ノズルは使用されない時間が長いことで吐出不具合が生じやすくなることがある。三次元造形物の製造においては、モデル材、サポート材、白色インク、カラーインク、クリアインクなどの使用頻度は大きく異なる。仮に最初に全てのノズルの検査を行っていた場合、実際に使用されるまでに長い時間が経過することで、その間に不具合が発生することがあるが、本実施形態によれば、そのような不具合も効率的に検出することができる。

異常ノズルとして認定されたノズル７が存在する場合、どのノズル７が異常ノズルであるかを示す情報が吐出制御部３に送信される。吐出制御部３は、当該ノズル７による影響を抑えながら、単位層Ｌ１の形成を開始する。本実施形態では以下のようにして、異常ノズルの影響を抑制する。

（異常ノズルの影響の抑制方法例１）
まず、異常ノズルから吐出されるインクの量が少ない場合について説明する。つまり、本例では、図４の（ａ）に示すように、ドットｄ１のドット径がＭになるべきところで、ドット径が小さいＳのドットｄ１’が形成される。

この場合、図４の（ａ）に示すようにドットｄ１’の副走査の負方向（−Ｙ方向）に隣接するドットｄ２及び主走査方向（Ｘ方向）に隣接するドットｄ３のドット径を大きくする。

つまり、仮に、ドットｄ１’のインクを吐出したノズル７が異常ノズルでなかった場合には、ドットｄ２のドット径はＭであったところ、ドット径がＬになるようにインクを吐出してドットｄ２’を形成する。

同様に、仮に、ドットｄ１’のインクを吐出したノズル７が異常ノズルでなかった場合には、ドットｄ３のドット径はＭであったところ、ドット径がＬになるようにインクを吐出してドットｄ３’を形成する。

これにより、ドットｄ２’及びドットｄ３’を形成するインクの一部がドットｄ１’に重なるように広がる。その結果、ａ１×ａ１の高さを、本例を採用しなかった場合に比べて高くすることができる。つまり、ドットｄ１’を形成するインクを吐出したノズルが異常ノズルでない場合のａ１×ａ１の高さに近づけることができる。

本例では、異常ノズルの吐出量が所定の量より少なくなる不具合について、隣接するドットを形成するノズルから吐出するインクの量を多くすることで、当該不具合の影響を抑える場合について説明した。

しかし、本発明はこのような例に限定されない。本発明では、異常ノズルの不具合が、吐出量が少なくなる場合に限定されない。また、異常ノズルから形成されるドットから、予め定められた範囲内にある別のドットのうちの少なくとも一部のドットを形成するためのノズルから吐出するインク量を変化させればよい。

本例のように隣接するドット径を変化させてもよいし、隣接するドットのみならず、近接する範囲内のドット径を変化させてもよい。また、当該範囲は、単位層の平面方向でもよいし、積層方向でもよい。

（異常ノズルの影響の抑制方法例２）
本例においても、図４の（ｂ）に示すように、ドットｄ１のドット径がＭになるべきところで、ドット径が小さいＳのドットｄ１’が形成される。

ドットｄ２及びドットｄ３の径は、ドットｄ１’を形成するインクを吐出するノズルが異常ノズルでなかった場合から変更せずに、単位層Ｌ１を形成する。

単位層Ｌ２を形成するときに、ドットｄ１’に積層方向に隣接するドットｄ４のドット径を、本来Ｓであるところを、より大きいドット径のＭとなるように形成する。

これにより、単位層Ｌ２まで形成したときの、ドットｄ１’及びドットｄ４’の位置の高さを、ドットｄ１’を形成するインクを吐出するノズルが異常ノズルでなかった場合と同じにすることができる。

（異常ノズルの影響の抑制方法３）
本例においては、図４の（ｃ）に示すように、ドットｄ１のドット径がＭになるべきところで、ドット径が大きいＬのドットｄ１’’が形成される。

この場合、図４の（ｃ）に示すようにドットｄ１’’の副走査の負方向（−Ｙ方向）に隣接するドットｄ２及び主走査方向（Ｘ方向）に隣接するドットｄ３のドット径を小さくする。

つまり、仮に、ドットｄ１’’のインクを吐出したノズル７が異常ノズルでなかった場合には、ドットｄ２のドット径はＭであったところ、ドット径がＳになるようにインクを吐出してドットｄ２’’を形成する。

同様に、仮に、ドットｄ１’のインクを吐出したノズル７が異常ノズルでなかった場合には、ドットｄ３のドット径はＭであったところ、ドット径がＳになるようにインクを吐出してドットｄ３’’を形成する。

これにより、ドットｄ１’’を形成するインクの一部がドットｄ２’’及びドットｄ３’’に重なるように広がる。その結果、ａ１×ａ１の高さを、本例を採用しなかった場合に比べて高くすることができる。つまり、ドットｄ１’を形成するインクを吐出したノズルが異常ノズルでない場合のａ１×ａ１の高さに近づけることができる。

以上に述べた例１〜３の制御は、吐出制御部３によって行われている。各例のプロセスを行うためのプログラムが記録部（図示せず）に格納されており、吐出制御部３は当該プログラムに基づいて処理を行なう。いずれの例を採用するかはユーザーが選択してもよいし、異常ノズルの不具合の状態、図示した範囲以外の周囲のドット径等から吐出制御部３が適切なものを選択して行ってもよい。

（異常ノズルの影響を抑制するその他の方法）
また、異常ノズルの影響を抑制するその他の方法を併用してもよい。

例えば、単位領域の画像を形成するために必要な走査の回数を増やして、マルチパスで印刷することで異常ノズルによる影響を抑えることができる。

また、クリーニング部６によってノズル７のクリーニングを行ってもよい。ただし、単位層Ｌ１の形成以降に行う検査において異常ノズルが認められた場合には、製造時間を短くする観点から、上述の異常ノズルの影響を抑える方法による印刷を採用することが好ましい。次回以降の検査で都度クリーニングを行うと、製造時間が長くなるからである。

（単位層Ｌ２以降の製造）
以上のようにして異常ノズルの影響を抑えながら単位層Ｌ１を形成する。単位層Ｌ１が形成された後、ノズル検査制御部５は、単位層Ｌ１の形成には用いなかったが、単位層Ｌ２の形成に用いるノズル７を検査する。換言すれば、検査対象のノズル７は、三次元造形物Ｍの製造が開始された後、単位層Ｌ１を形成するときに使用されておらず、単位層Ｌ２を形成するときに初めて使用されるノズル７である。当該ノズル７が、どのノズル７に相当するかは、上述したどのノズル７をいつ使用してインクを吐出するかを示すデータから認識できる。

次に、単位層Ｌ２を形成する。単位層Ｌ２以降の製造については、特に断りのない限り、上述の〔印刷装置１００を用いた三次元造形物Ｍの製造方法〕と同様である。

次に、ノズル検査制御部５は、単位層Ｌ１及び単位層Ｌ２の形成するときに使用されておらず、単位層Ｌ３を形成するときに初めて使用されるノズル７を検査する。

次に、単位層Ｌ３を形成する。

同様に、単位層を次々とＺ方向に積層していく。このとき、三次元造形物Ｍの製造が開始された後、これまでに積層した単位層を形成するときにインクを吐出しておらず、次に積層する単位層を形成するときに、初めてインクを吐出することになるノズル７を検査対象として、検査が行われる。

〔ソフトウェアによる実現例〕
吐出制御部３及びノズル検査制御部５の制御ブロックは、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、吐出制御部３及びノズル検査制御部５は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ（またはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

＜付記事項＞
以上のように、本発明に係る三次元造形物の製造装置の一実施形態は、単位層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３等を積層する三次元造形物Ｍの印刷装置１００であって、各単位層は、ヘッド１の備える複数のノズル７から吐出されるインクで形成され、ヘッド１からのインクの吐出を制御する吐出制御部３を備え、吐出制御部３は、一つの単位層を製造するときに、当該単位層を形成するインクのドット径Ｓ、Ｍ、Ｌが、少なくとも一部のドット間で互いに異なるように制御する。

また、本発明に係る三次元造形物の製造方法の一実施形態は、単位層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３等を積層する三次元造形物Ｍの製造方法であって、単位層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３等は、ヘッド１の備えるノズル７から吐出されるインクで形成され、ヘッド１からのインクの吐出を制御する吐出制御工程を含み、吐出制御工程では、一つの単位層を製造するときに、当該単位層を形成するインクのドット径が、Ｓ、Ｍ、Ｌと互いに異なるように制御する。

上記構成により、互いに異なる複数のドット径Ｓ、Ｍ、Ｌのドットで単位層を形成することになる。つまり、ノズル７毎の吐出精度の差に、ノズル７毎のドット径Ｓ、Ｍ、Ｌの差を外乱として加えることになる。これにより、製造される三次元造形物Ｍの性状に与える要因に占めるノズル７毎の吐出精度の差が小さくなる。その結果、ノズル７毎の吐出精度の差による、製造される三次元造形物Ｍに対する影響が目立ち難くなり、三次元造形物Ｍの形状の精度を向上させることができる。

本発明に係る三次元造形物の製造装置の一実施形態では、吐出制御部３は、複数のドット径Ｓ、Ｍ、Ｌから、吐出するインクのドット径を２以上選択し、一つの単位層を形成する全てのドットに対する、吐出して形成する、選択したドット径Ｓ、Ｍ、Ｌ毎のドットの数の割合を、当該単位層と積層方向に隣接する単位層とで異なるように制御する。

上記構成により、着弾するドットのサイズの割合が各単位層で異なることになる。これにより、単位層の表面の凹凸の程度が、各単位層で異なることになり、多数の単位層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・を積層したときの最上面の凹凸を減らすことができる。つまり、例えば、単位層の平面方向における同じ位置に同じドット径のドットが重なっていくと、小さいドット径Ｓのドットで形成する位置が、周りに対して凹んだり、当該位置に溝が形成されたりすることがあるが、これを抑制することができる。その結果、各単位層の平坦化及び三次元造形物Ｍの形状の精度を向上させることができる。

本発明に係る三次元造形物の製造装置の一実施形態では、吐出制御部３は、各単位層中の或るドットを、当該単位層と積層方向に隣接する単位層中の当該ドットと同じ位置にあるドットとは異なるドット径となるように制御する。

上記構成により、各単位層と積層方向に隣接する単位層とを積層したときに、各単位層の同じ位置に、同じドット径のドットが積み重らない。その結果、周囲との高低差が生じることを抑制することができる。

本発明に係る三次元造形物の製造装置の一実施形態では、吐出制御部３は、異なる単位層間における、単位面積ａ１×ａ１、ａ２×ａ２、ａ３×ａ３当たりのインクの量が、同じとなるように、制御する。

上記構成により、ドット径Ｓ、Ｍ、Ｌをランダムに変えながら、効率良く単位層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３等を積層させていくことができる。また、単位層を積層した後に、平坦化処理などの加工処理を行うときに、層の厚さが均一になりやすくなり、取扱いが容易になる。

本発明に係る三次元造形物の製造装置の一実施形態では、ノズルを検査するノズル検査部４を備え、吐出制御部３は、ノズル検査部４による検査によって検出された異常ノズルから形成されるドットｄ１’、ｄ１’’等に隣接するドットｄ２、ｄ３、ｄ４等のうちの少なくとも一部のドットを形成するためのノズル７から吐出するインクの量を、異常ノズルが、異常と判断されなかった場合の量とは変化させるように制御する。

上記構成により、隣接するドットｄ２、ｄ３、ｄ４等のドット径を、異常ノズルが、異常と判断されなかった場合のドット径とは異ならせる。これにより、隣接するドットｄ２’、ｄ２’’、ｄ３’、ｄ３’’、ｄ４’等を形成するインクの一部が異常ノズルから形成されるドットｄ１’、ｄ１’’等に重なるように広がる。その結果、異常ノズルが異常ノズルでない場合に形成するドットｄ１等の高さに近づけることができる。

本発明は、三次元造形物の製造に利用することができる。

１ ヘッド
２ ＵＶランプ
３ 吐出制御部
４ ノズル検査部
５ ノズル検査制御部
６ クリーニング部
７ ノズル
１０ 載置台
２０ メンテナンス機構
１００ 印刷装置
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ 単位層
Ｍ 三次元造形物
Ｓ、Ｍ、Ｌ ドット径
ａ１×ａ１、ａ２×ａ２、ａ３×ａ３ 単位面積
ｄ１、ｄ１’、ｄ１’’、ｄ２、ｄ２’、ｄ２’’、ｄ３、ｄ３’、ｄ３’’、ｄ４、ｄ４’ ドット

Claims (4)

1. 単位層を積層する三次元造形物の製造装置であって、
   上記単位層は、ヘッドの備える複数のノズルから吐出されるインクで形成され、
   上記ヘッドからのインクの吐出を制御する吐出制御部を備え、
   上記吐出制御部は、一つの上記単位層を製造するときに、当該単位層を形成するインクのドット径が、少なくとも一部のドット間で互いに異なるように制御し、
   上記吐出制御部は、予め定められた複数のドット径から、吐出するインクのドット径を２以上選択し、
   一つの上記単位層を形成する全てのドットに対する、吐出して形成する、選択したドット径毎のドットの数の割合を、当該単位層と積層方向に隣接する単位層とで異なるように制御し、
   ノズルを検査するノズル検査部を備え、
   上記吐出制御部は、上記ノズル検査部による検査によって検出された異常ノズルから形成されるドットから、予め定められた範囲内にある別のドットのうちの少なくとも一部のドットを形成するためのノズルから吐出するインクの量を、上記異常ノズルが、異常と判断されなかった場合の量とは変化させるように制御する
   ことを特徴とする三次元造形物の製造装置。
2. 上記吐出制御部は、上記単位層のうち少なくとも一つの単位層中の少なくとも一つのドットを、当該単位層と積層方向に隣接する単位層中の当該ドットと同じ位置にあるドットとは異なるドット径となるように制御することを特徴とする請求項１に記載の三次元造形物の製造装置。
3. 上記吐出制御部は、異なる単位層間における、単位面積当たりのインクの量の差が、予め定められた範囲内となるように、制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元造形物の製造装置。
4. 単位層を積層する三次元造形物の製造方法であって、
   上記単位層は、ヘッドの備える複数のノズルから吐出されるインクで形成され、
   上記ヘッドからのインクの吐出を制御する吐出制御工程を含み、
   上記吐出制御工程では、一つの上記単位層を製造するときに、当該単位層を形成するインクのドット径が、少なくとも一部のドット間で互いに異なるように制御し、
   上記吐出制御工程では、予め定められた複数のドット径から、吐出するインクのドット径を２以上選択し、
   一つの上記単位層を形成する全てのドットに対する、吐出して形成する、選択したドット径毎のドットの数の割合を、当該単位層と積層方向に隣接する単位層とで異なるように制御し、
   ノズルを検査するノズル検査工程を含み、
   上記吐出制御工程では、上記ノズル検査工程における検査によって検出された異常ノズルから形成されるドットから、予め定められた範囲内にある別のドットのうちの少なくとも一部のドットを形成するためのノズルから吐出するインクの量を、上記異常ノズルが、異常と判断されなかった場合の量とは変化させるように制御する
   ことを特徴とする三次元造形物の製造方法。

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