JP7591979B2

JP7591979B2 - ３次元造形装置、および造形方法

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Publication number: JP7591979B2
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Description

本発明は、ステージの上に粘性流体を積層させて３次元造形物を造形する３次元造形装置、および造形方法に関する。

下記特許文献には、ステージの上に３次元造形物を造形する技術が記載されている。

特許第６３６２９５４号公報

本明細書は、ステージの上に粘性流体を積層させて適切に３次元造形物を造形することを課題とする。

上記課題を解決するために、本明細書は、ステージを昇降させる昇降装置と、前記ステージの上に粘性流体を吐出して、前記昇降装置により前記ステージを昇降させることで前記粘性流体を積層させて３次元造形物を造形する造形ユニットと、前記ステージに記されたマークを撮像する撮像装置と、前記昇降装置の作動により前記ステージが第１の高さに位置している際の前記マークの撮像データと、前記昇降装置の作動により前記ステージが前記第１の高さと異なる第２の高さに位置している際の前記マークの撮像データとに基づいて、前記ステージの昇降方向の鉛直方向に対する傾斜角度と、当該傾斜角度の傾斜方向とを演算する演算装置と、前記演算装置により演算された前記傾斜角度と前記傾斜方向とに基づいて、前記造形ユニットの作動を制御する制御装置と、を備える３次元造形装置を開示する。

また、上記課題を解決するために、本明細書は、ステージを昇降させる昇降装置と、前記ステージの上に粘性流体を吐出して、前記昇降装置により前記ステージを昇降させることで前記粘性流体を積層させて３次元造形物を造形する造形ユニットと、前記ステージに記されたマークを撮像する撮像装置と、を備える３次元造形装置を用いて、３次元造形物を造形する造形方法であって、前記昇降装置の作動により前記ステージが第１の高さに位置している際の前記マークの撮像データと、前記昇降装置の作動により前記ステージが前記第１の高さと異なる第２の高さに位置している際の前記マークの撮像データとに基づいて、前記ステージの昇降方向の鉛直方向に対する傾斜角度と、当該傾斜角度の傾斜方向とを演算する演算工程と、前記演算工程において演算された前記傾斜角度と前記傾斜方向とに基づいて、前記造形ユニットの作動を制御して３次元造形物を造形する造形工程と、を含む造形方法を開示する。

本開示では、ステージにマークが記されており、ステージが第１の高さに位置している際のマークの撮像データとステージが第２の高さに位置している際のマークの撮像データとに基づいて、ステージの昇降方向の鉛直方向に対する傾斜角度と、傾斜方向とが演算される。そして、演算された傾斜角度及び傾斜方向に基づいて、３次元造形物が造形される。これにより、ステージの上に粘性流体を積層させて適切に３次元造形物を造形することができる。

回路形成装置を示す図である。制御装置を示すブロック図である。樹脂積層体が形成された状態の回路基板を示す断面図である。樹脂積層体の上に配線が形成された状態の回路基板を示す断面図である。樹脂積層体が形成される際にパレットが昇降される状態を示す図である。樹脂積層体が形成される際にパレットが昇降される状態を示す図である。鉛直方向に対して傾斜した状態で下降するパレットを示す図である。パレットを示す平面図である。カメラにより撮像されるパレットを示す図である。カメラにより撮像されたパレットを概念的に示す図である。鉛直方向に対して傾斜した状態で下降するパレットを概念的に示す図である。パレットを示す平面図である。カメラにより撮像されるパレットを示す図である。カメラにより撮像されたパレットを概念的に示す図である。カメラにより撮像されたパレットを概念的に示す図である。

図１に第１実施例の回路形成装置１０を示す。回路形成装置１０は、搬送装置２０と、第１造形ユニット２２と、第２造形ユニット２４と、撮像ユニット２６と、制御装置（図２参照）２８とを備える。それら搬送装置２０と第１造形ユニット２２と第２造形ユニット２４と撮像ユニット２６とは、回路形成装置１０のベース２９の上に配置されている。ベース２９は、概して長方形状をなしており、以下の説明では、ベース２９の長手方向をＸ軸方向、ベース２９の短手方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方に直交する方向をＺ軸方向と称して説明する。なお、Ｚ軸方向は、鉛直方向と同じ方向である。

搬送装置２０は、Ｘ軸スライド機構３０と、Ｙ軸スライド機構３２とを備えている。そのＸ軸スライド機構３０は、Ｘ軸スライドレール３４とＸ軸スライダ３６とを有している。Ｘ軸スライドレール３４は、Ｘ軸方向に延びるように、ベース２９の上に配設されている。Ｘ軸スライダ３６は、Ｘ軸スライドレール３４によって、Ｘ軸方向にスライド可能に保持されている。さらに、Ｘ軸スライド機構３０は、電磁モータ（図２参照）３８を有しており、電磁モータ３８の駆動により、Ｘ軸スライダ３６がＸ軸方向の任意の位置に移動する。また、Ｙ軸スライド機構３２は、Ｙ軸スライドレール５０とテーブル５２とを有している。Ｙ軸スライドレール５０は、Ｙ軸方向に延びるように、ベース２９の上に配設されており、Ｘ軸方向に移動可能とされている。そして、Ｙ軸スライドレール５０の一端部が、Ｘ軸スライダ３６に連結されている。そのＹ軸スライドレール５０には、テーブル５２が、Ｙ軸方向にスライド可能に保持されている。さらに、Ｙ軸スライド機構３２は、電磁モータ（図２参照）５６を有しており、電磁モータ５６の駆動により、テーブル５２がＹ軸方向の任意の位置に移動する。これにより、テーブル５２は、Ｘ軸スライド機構３０及びＹ軸スライド機構３２の駆動により、ベース２９上の任意の位置に移動する。

テーブル５２は、基台６０と、保持装置６２と、昇降装置（図２参照）６４とを有している。基台６０は、平板状に形成され、上面にパレット（図３参照）７０が載置される。保持装置６２は、基台６０のＸ軸方向の両側部に設けられている。そして、基台６０に載置されたパレット７０のＸ軸方向の両縁部が、保持装置６２によって挟まれることで、パレット７０が固定的に保持される。また、昇降装置６４は、基台６０の下方に配設されており、基台６０を昇降させる。

第１造形ユニット２２は、回路基板の配線を造形するユニットであり、第１印刷部７２と、焼成部７４とを有している。第１印刷部７２は、インクジェットヘッド（図２参照）７６を有しており、インクジェットヘッド７６が金属インクを線状に吐出する。金属インクは、ナノメートルサイズの金属、例えば銀の微粒子が溶剤中に分散されたものである。なお、金属微粒子の表面は分散剤によりコーティングされており、溶剤中での凝集が防止されている。また、インクジェットヘッド７６は、例えば、圧電素子を用いたピエゾ方式によって複数のノズルから金属インクを吐出する。

焼成部７４は、赤外線照射装置（図２参照）７８を有している。赤外線照射装置７８は、吐出された金属インクに赤外線を照射する装置であり、赤外線が照射された金属インクは焼成し、配線が形成される。なお、金属インクの焼成とは、エネルギーを付与することによって、溶媒の気化や金属微粒子の保護膜、つまり、分散剤の分解等が行われ、金属微粒子が接触または融着をすることで、導電率が高くなる現象である。そして、金属インクが焼成することで、金属製の配線が形成される。

また、第２造形ユニット２４は、回路基板の樹脂層を造形するユニットであり、第２印刷部８４と、硬化部８６とを有している。第２印刷部８４は、インクジェットヘッド（図２参照）８８を有しており、インクジェットヘッド８８は紫外線硬化樹脂を吐出する。紫外線硬化樹脂は、紫外線の照射により硬化する樹脂である。なお、インクジェットヘッド８８は、例えば、圧電素子を用いたピエゾ方式でもよく、樹脂を加熱して気泡を発生させ複数のノズルから吐出するサーマル方式でもよい。

硬化部８６は、平坦化装置（図２参照）９０と照射装置（図２参照）９２とを有している。平坦化装置９０は、インクジェットヘッド８８によって吐出された紫外線硬化樹脂の上面を平坦化するものであり、例えば、紫外線硬化樹脂の表面を均しながら余剰分の樹脂を、ローラもしくはブレードによって掻き取ることで、紫外線硬化樹脂の厚みを均一させる。また、照射装置９２は、光源として水銀ランプもしくはＬＥＤを備えており、吐出された紫外線硬化樹脂に紫外線を照射する。これにより、吐出された紫外線硬化樹脂が硬化し、樹脂層が形成される。

撮像ユニット２６は、テーブル５２の基台６０に載置されたパレット７０を撮像するユニットであり、カメラ１００を有している。カメラ１００は、下方を向いた姿勢でベース２９の上方に配設されており、テーブル５２の基台６０に載置されたパレット７０の上面を上方から撮像する。

また、制御装置２８は、図２に示すように、コントローラ１１０と、複数の駆動回路１１２と、画像処理装置１１４と、記憶装置１１６とを備えている。複数の駆動回路１１２は、上記電磁モータ３８，５６、保持装置６２、昇降装置６４、インクジェットヘッド７６、赤外線照射装置７８、インクジェットヘッド８８、平坦化装置９０、照射装置９２に接続されている。コントローラ１１０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備え、コンピュータを主体とするものであり、複数の駆動回路１１２に接続されている。これにより、搬送装置２０、第１造形ユニット２２、第２造形ユニット２４、撮像ユニット２６の作動が、コントローラ１１０によって制御される。また、コントローラ１１０は、画像処理装置１１４に接続されている。画像処理装置１１４は、カメラ１００によって得られた撮像データを処理するものであり、コントローラ１１０は、撮像データから各種情報を取得する。また、記憶装置１１６は、撮像データに基づいて演算された各種情報を記憶する。

回路形成装置１０では、上述した構成によって、テーブル５２の基台６０に載置されたパレット７０の上に樹脂積層体が形成され、その樹脂積層体の上面に配線が形成されることで、回路基板が形成される。

具体的には、テーブル５２の基台６０にパレット７０がセットされると、テーブル５２が、第２造形ユニット２４の下方に移動する。そして、第２造形ユニット２４において、図３に示すように、パレット７０の上に樹脂積層体１２２が形成される。樹脂積層体１２２は、インクジェットヘッド８８からの紫外線硬化樹脂の吐出と、吐出された紫外線硬化樹脂への照射装置９２による紫外線の照射とが繰り返されることにより形成される。

詳しくは、第２造形ユニット２４の第２印刷部８４において、インクジェットヘッド８８が、パレット７０の上面に紫外線硬化樹脂を薄膜状に吐出する。続いて、紫外線硬化樹脂が薄膜状に吐出されると、硬化部８６において、紫外線硬化樹脂の膜厚が均一となるように、紫外線硬化樹脂が平坦化装置９０によって平坦化される。そして、照射装置９２が、その薄膜状の紫外線硬化樹脂に紫外線を照射する。これにより、パレット７０の上に薄膜状の樹脂層１２４が形成される。

続いて、インクジェットヘッド８８が、その薄膜状の樹脂層１２４の上に紫外線硬化樹脂を薄膜状に吐出する。そして、平坦化装置９０によって薄膜状の紫外線硬化樹脂が平坦化され、照射装置９２が、その薄膜状に吐出された紫外線硬化樹脂に紫外線を照射することで、薄膜状の樹脂層１２４の上に薄膜状の樹脂層１２４が積層される。このように、薄膜状の樹脂層１２４の上への紫外線硬化樹脂の吐出と、紫外線の照射とが繰り返され、複数の樹脂層１２４が積層されることで、樹脂積層体１２２が形成される。

次に、樹脂積層体１２２が形成されると、テーブル５２が第１造形ユニット２２の下方に移動する。そして、第１造形ユニット２２の第１印刷部７２において、インクジェットヘッド７６が、図４に示すように、樹脂積層体１２２の上面に金属インク１３０を、回路パターンに応じて線状に吐出する。続いて、回路パターンに応じて吐出された金属インク１３０に、第１造形ユニット２２の焼成部７４において、赤外線照射装置７８が赤外線を照射する。これにより、金属インク１３０が焼成し、樹脂積層体１２２の上面に配線１３２が形成される。

このように、第２造形ユニット２４においてパレット７０の上に樹脂積層体１２２が形成されて、第１造形ユニット２２において樹脂積層体１２２の上に配線１３２が形成されることで、回路基板１３６が形成される。なお、第２造形ユニット２４において樹脂積層体１２２が形成される際に、パレット７０が昇降装置６４の作動により下降しながら、複数の樹脂層１２４が積層されることで樹脂積層体１２２が形成される。

詳しくは、第２造形ユニット２４において樹脂積層体１２２が形成される前に、テーブル５２の基台６０が昇降装置６４の作動により上昇し、基台６０にセットされているパレット７０の上面が、図５（Ａ）に示すように、Ｈ_０の高さに位置する。なお、高さＨ_０は、昇降装置６４の可動範囲のうちのテーブル５２が最も上昇した際のパレット７０の上面の高さである。そして、高さＨ_０に位置しているパレット７０の上面に、図５（Ｂ）に示すように、上述した手順で樹脂層１２４が形成される。つまり、高さＨ_０に位置しているパレット７０の上面に、紫外線硬化樹脂が吐出され、その紫外線硬化樹脂が平坦化された後に、紫外線硬化樹脂に紫外線が照射されることで、１層目の樹脂層１２４が形成される。なお、樹脂層１２４の厚さがｔとなるように、紫外線硬化樹脂の吐出量，平坦化される際の紫外線硬化樹脂の厚さなどが制御されている。

そして、パレット７０の上面に１層目の樹脂層１２４が形成されると、テーブル５２の基台６０が昇降装置６４の作動により、ｔに相当する距離、下降する。これにより、基台６０にセットされているパレット７０の上面が、図５（Ｃ）に示すように、（Ｈ_０－ｔ）の高さに位置する。そして、高さ（Ｈ_０－ｔ）に位置しているパレット７０の１層目の樹脂層１２４ａの上面に、図５（Ｄ）に示すように、２層目の樹脂層１２４ｂが形成される。なお、２層目の樹脂層１２４ｂの厚さも、１層目の樹脂層１２４ａと同様に、ｔである。そして、３層目以降の樹脂層１２４が形成される際にも、基台６０が昇降装置６４の作動により、ｔに相当する距離、下降した後に、厚さｔの樹脂層１２４の上に、厚さｔの樹脂層１２４が積層される。

なお、上述したように、昇降装置６４の可動範囲のうちのテーブル５２が最も上昇した際のパレット７０の上面の高さはＨ_０であり、昇降装置６４の可動範囲のうちのテーブル５２が最も下降した際のパレット７０の上面の高さはＨ_１である。このため、図６に示すように、パレット７０の上面に、複数の樹脂層１２４を積層させることで、最大厚さ（Ｈ_０－Ｈ_１）の樹脂積層体１２２を形成することができる。

このように、パレット７０が昇降装置６４の作動によりｔに相当する距離、下降する毎に、パレット７０の上面において樹脂層１２４が積層されることで樹脂積層体１２２が形成される。ただし、昇降装置６４において、Ｚ軸方向、つまり、鉛直方向にパレット７０を昇降させる精度は公差内の基準を満たしているが、装置毎に固有のズレが僅かに生じるため、昇降装置６４によるパレット７０の昇降方向が、鉛直方向に対して傾斜している場合がある。つまり、昇降装置によりパレット７０が下降する際に、鉛直方向でなく、図７に示すように、斜め下方に下降する場合がある。このように、パレット７０が昇降装置６４により斜め下方に下降する場合には、パレット７０の上面において樹脂層１２４が積層される際にズレが生じて、樹脂積層体１２２、つまり、３次元造形物の造形精度が低下する。

そこで、回路形成装置１０では、図８に示すように、パレット７０の角にマーク１２０が記されている。そして、そのマーク１２０の撮像データに基づいて、パレット７０の昇降方向の鉛直方向に対する傾斜角度と、その傾斜角度の傾斜方向とが演算されて、演算された傾斜角度及び傾斜方向を利用して積層される樹脂層１２４のズレが補正される。

詳しくは、パレット７０の昇降方向の傾斜角度及び傾斜方向を演算するための演算コマンドが用意されており、その演算コマンドが制御装置２８に入力されると、テーブル５２が撮像ユニット２６のカメラ１００の下方に移動する。なお、演算コマンドは、回路形成装置１０の初回起動時に入力されるが、演算コマンドが制御装置２８に入力される前に、テーブル５２の基台６０にパレット７０がセットされる。このため、樹脂層１２４等の３次元造形物が形成されていない状態のパレット７０がカメラ１００の下方に移動する。なお、パレット７０に記されているマーク１２０がカメラ１００の撮像範囲に入るように、テーブル５２はカメラ１００の下方に移動する。

そして、昇降装置６４の作動により上昇した際のパレット７０がカメラ１００により撮像され、昇降装置６４の作動により下降した際のパレット７０もカメラ１００により撮像される。この際、パレット７０を上昇させた際のパレット７０の撮像位置と、パレット７０を下降させた際のパレット７０の撮像位置とを上下方向において、できるだけ離間させることが好ましい。このため、パレット７０を上昇させた際のパレット７０の撮像位置を、昇降装置６４の作動によりパレット７０を最も上昇させた高さＨ_０とし、パレット７０を下降させた際のパレット７０の撮像位置を、昇降装置６４の作動によりパレット７０を最も下降させた高さＨ_１とすることが好ましい。ただし、カメラ１００の被写界深度は、然程広くなく、パレット７０を昇降させる昇降装置の可動範囲より狭い。つまり、カメラ１００の被写界深度は、パレット７０の昇降範囲より狭い。具体的には、カメラ１００の被写界深度の最も高い位置はＨ_０であり、最も低い位置はＨ_２（＞Ｈ_１）である。

このため、図９（Ａ）に示すように、昇降装置６４の作動によりパレット７０をＨ_０まで上昇させた際に、カメラ１００によりパレット７０のマーク１２０を撮像する。また、図９（Ｂ）に示すように、昇降装置６４の作動によりパレット７０をＨ_２まで下降させた際に、カメラ１００によりパレット７０のマーク１２０を撮像する。そして、コントローラ１１０において、パレット７０をＨ_０まで上昇させた際のマーク１２０の撮像データに基づいて、マーク１２０の座標位置（以下、「上昇時マーク位置」と記載する）が演算される。また、パレット７０をＨ_２まで下降させた際のマーク１２０の撮像データに基づいて、マーク１２０の座標位置（以下、「下降時マーク位置」と記載する）が演算される。なお、演算された上昇時マーク位置Ａ１（Ｘ_Ａ１，Ｙ_Ａ１）及び下降時マーク位置Ａ２（Ｘ_Ａ２，Ｙ_Ａ２）を、図１０のＸＹ座標において示す。

この図から、パレット７０がＨ_０からＨ_２まで下降する際に、パレット７０は、上昇時マーク位置Ａ１を始点とし、下降時マーク位置Ａ２を終点とするベクトルの向う方向に、そのベクトルの線分に相当する距離、ズレながら下降していることが解る。つまり、パレット７０がＨ_０からＨ_２まで下降する際に、パレット７０は、図１１に示すように、長辺ＫＡ１を高さとし、短辺Ａ１Ａ２を底辺とする直角三角形の斜辺ＫＡ２に沿って、下降する。このため、長辺ＫＡ１と斜辺ＫＡ２との為す角度αが、パレット７０の昇降方向の鉛直方向に対する傾斜角度となる。また、上昇時マーク位置Ａ１を始点とし、下降時マーク位置Ａ２を終点とするベクトルの向う方向が、その傾斜角度の傾斜方向となる。なお、長辺ＫＡ１の長さ寸法は（Ｈ_０－Ｈ_２）であり、短辺Ａ１Ａ２の長さ寸法は、上昇時マーク位置Ａ１（Ｘ_Ａ１，Ｙ_Ａ１）及び下降時マーク位置Ａ２（Ｘ_Ａ２，Ｙ_Ａ２）に基づいて演算される。そして、下記式に従ってパレット７０の昇降方向の傾斜角度αが演算される。
ｔａｎα＝長辺ＫＡ１の長さ寸法／短辺Ａ１Ａ２の長さ寸法
また、その傾斜角度αの傾斜方向は、上昇時マーク位置Ａ１（Ｘ_Ａ１，Ｙ_Ａ１）及び下降時マーク位置Ａ２（Ｘ_Ａ２，Ｙ_Ａ２）に基づいて演算される。

このように、パレット７０の昇降方向の傾斜角度αと、その傾斜角度αの傾斜方向が演算されると、それら傾斜角度α及び傾斜方向が記憶装置１１６に記憶される。そして、樹脂積層体１２２が形成される際に、記憶装置１１６に記憶されている傾斜角度α及び傾斜方向を利用して、積層される樹脂層１２４のズレが補正される。詳しくは、例えば、Ｎ層目の樹脂層１２４が形成される前に、そのＮ層目の樹脂層１２４が形成される際のパレット７０の上面の高さＨ_Ｎに基づいて、パレット７０のズレ量Ｌが演算される。パレット７０のズレ量Ｌの、Ｎ層目の樹脂層１２４が形成される際のパレット７０の下降量（Ｈ_０－Ｈ_Ｎ）に対する比率は、図１１に示すように、傾斜角度αの正接（ｔａｎｇｅｎｔ）と等しいため、パレット７０のズレ量Ｌは、下記式に従って演算される。
Ｌ＝ｔａｎα×（Ｈ_０－Ｈ_Ｎ）

そして、Ｎ層目の樹脂層１２４が形成される際に、演算されたパレット７０のズレ量Ｌに相当する距離、記憶装置１１６に記憶されている傾斜方向にズレた位置に、Ｎ層目の樹脂層１２４が形成される。これにより、パレット７０の昇降方向が鉛直方向に対して傾斜している場合においても、樹脂層１２４を適切に積層し、精度良く樹脂積層体１２２を形成することができる。

また、従来は、パレット７０の昇降方向の傾斜角度及び傾斜方向を作業者が手動で計測し、計測した値を制御装置２８に手動で入力していた。一方で、回路形成装置１０では、作業者が演算コマンドを入力するだけで、パレット７０の昇降方向の傾斜角度及び傾斜方向が自動で演算され、演算された値が制御装置２８に自動で入力される。これにより、作業者の負担を軽減することが可能となる。また、作業者による傾斜角度などの計測ミス，計測値の制御装置への入力ミス等の人為的なミスの発生を防止することも可能となる。

さらに言えば、回路形成装置１０だけでなく、他の回路形成装置においてもパレット７０の昇降方向は鉛直方向に対して傾斜している場合があり、パレット７０の昇降方向の傾斜角度は装置毎に異なっている。このため、種々の回路形成装置において３次元造形物が造形される際に、装置固有のズレが生じていた。そこで、種々の回路形成装置において、回路形成装置１０と同じ構成を適用することで、３次元造形物が造形される際の装置固有のズレを補正することが可能となる。これにより、種々の回路形成装置での造形品質の差を少なくすることが可能となる。

なお、パレット７０の昇降方向の傾斜角度α及び、その傾斜角度αの傾斜方向は、上述したように、パレット７０がＨ_０からＨ_２まで下降する際の上昇時マーク位置Ａ１と下降時マーク位置Ａ２とに基づいて演算されている。そして、演算された傾斜角度α及び傾斜方向は記憶装置１１６に記憶されている。このため、Ｈ_０とＨ_２との間に位置しているパレット７０にＮ層目の樹脂層１２４を形成する際に、記憶装置１１６に記憶されている傾斜角度α及び傾斜方向を上述した手法で適用することは、当然、可能である。一方で、Ｈ_０とＨ_２との間にパレットが位置していない場合、つまり、パレットがＨ_２より下降し、Ｈ_１とＨ_２との間に位置している場合であっても、パレットは、Ｈ_０とＨ_２との間と同様に、記憶装置１１６に記憶されている傾斜角度α及び傾斜方向に向って下降すると推定できる。このため、Ｈ_０とＨ_２との間以外に位置しているパレット７０にＮ層目の樹脂層１２４を形成する際にも、記憶装置１１６に記憶されている傾斜角度α及び傾斜方向が上述した手法で適用される。

また、上記説明において、演算コマンドは回路形成装置１０の起動時に入力され、その演算コマンドの入力により演算された傾斜角度α及び傾斜方向は記憶装置１１６に記憶される。そして、記憶装置１１６に記憶された傾斜角度α及び傾斜方向を利用して、第２造形ユニット２４の作動が制御されて、樹脂積層体１２２が形成される。つまり、回路形成装置１０の起動時に１回だけ、傾斜角度α及び傾斜方向が演算されて、その傾斜角度α及び傾斜方向を利用して、以降の樹脂積層体１２２の造形工程が繰り返し実行される。これにより、回路形成装置１０における３次元造形物の生産タクトへの影響を最小限に抑えることができる。ただし、故障，破損等による部品の交換時等には、再度、演算コマンドを制御装置２８に入力することで、傾斜角度α及び傾斜方向を再演算することが好ましい。

また、上述した第１実施例の回路形成装置では、パレットのマークの撮像データに基づいて、傾斜角度と傾斜方向とが演算されているが、第２実施例の回路形成装置では、傾斜角度と傾斜方向だけでなく、パレットの鉛直方向を軸心とする回転角度も演算される。詳しくは、第２実施例の回路形成装置では、図１２に示すように、パレット７０に２つのマーク１５０，１５２が記されている。２つのマーク１５０，１５２は、パレット７０の中心を挟んで対向する２つの角に記されている。また、第１実施例の回路形成装置では、パレット７０がＨ_０とＨ_２との異なる２箇所の高さに位置している際にマーク１２０が撮像されているが、第２実施例の回路形成装置では、Ｈ_０とＨ_２との間の異なる３箇所以上の高さに位置している際にマーク１５０，１５２が撮像される。以下に、第２実施例の回路形成装置において、Ｈ_０とＨ_２との間の異なる３箇所の高さに位置している際にマーク１５０，１５２が撮像される場合について説明する。

具体的には、図１３（Ａ）に示すように、昇降装置６４の作動によりパレット７０をＨ_０まで上昇させた際に、カメラ１００によりパレット７０のマーク１５０，１５２を撮像する。また、図１３（Ｂ）に示すように、昇降装置６４の作動によりパレット７０をＨ_０とＨ_２との中間のＨ_３まで下降させた際に、カメラ１００によりパレット７０のマーク１５０，１５２を撮像する。さらに、図１３（Ｃ）に示すように、昇降装置６４の作動によりパレット７０をＨ_２まで下降させた際に、カメラ１００によりパレット７０のマーク１５０，１５２を撮像する。そして、コントローラ１１０において、パレット７０をＨ_０まで上昇させた際のマーク１５０，１５２の撮像データに基づいて、マーク１５０，１５２の座標位置（以下、「第１マーク位置」と記載する）が演算される。また、パレット７０をＨ_３まで下降させた際のマーク１５０，１５２の撮像データに基づいて、マーク１５０，１５２の座標位置（以下、「第２マーク位置」と記載する）が演算される。さらに、パレット７０をＨ_２まで下降させた際のマーク１５０，１５２の撮像データに基づいて、マーク１５０，１５２の座標位置（以下、「第３マーク位置」と記載する）が演算される。なお、演算された第１マーク位置Ａ１，Ｂ１及び第２マーク位置Ａ２，Ｂ２を、図１４のＸＹ座標においてに示し、演算された第２マーク位置Ａ２，Ｂ２及び第３マーク位置Ａ３，Ｂ３を、図１５のＸＹ座標においてに示す。

まず、図１４から、パレット７０がＨ_０からＨ_３まで下降する際に、パレット７０のマーク１５０は、第１マーク位置Ａ１を始点とし、第２マーク位置Ａ２を終点とするベクトルの向う方向に、そのベクトルの線分に相当する距離、ズレながら下降していることが解る。このため、第１実施例と同様の手法に基づいて、パレット７０のマーク１５０の昇降方向の傾斜角度および、その傾斜角度の傾斜方向が演算される。また、パレット７０がＨ_０からＨ_３まで下降する際に、パレット７０のマーク１５２は、第１マーク位置Ｂ１を始点とし、第２マーク位置Ｂ２を終点とするベクトルの向う方向に、そのベクトルの線分に相当する距離、ズレながら下降していることが解る。このため、第１実施例と同様の手法に基づいて、パレット７０のマーク１５２の昇降方向の傾斜角度および、その傾斜角度の傾斜方向が演算される。そして、演算されたマーク１５０，１５２の昇降方向の傾斜角度および傾斜方向が記憶装置１１６に記憶される。また、第１マーク位置Ａ１と第１マーク位置Ｂ１とを結ぶ直線と、第２マーク位置Ａ２と第２マーク位置Ｂ２とを結ぶ直線との交差する角度β１が、パレット７０がＨ_０からＨ_３まで下降する際のパレット７０の鉛直方向を軸心とする回転角度となる。このため、パレット７０がＨ_０からＨ_３まで下降する際のパレット７０の回転角度β１が、第１マーク位置Ａ１，Ｂ１と第２マーク位置Ａ２，Ｂ２とに基づいて演算される。そして、演算されたパレット７０の回転角度β１が記憶装置１１６に記憶される。

また、図１５から、パレット７０がＨ_３からＨ_２まで下降する際に、パレット７０のマーク１５０は、第２マーク位置Ａ２を始点とし、第３マーク位置Ａ３を終点とするベクトルの向う方向に、そのベクトルの線分に相当する距離、ズレながら下降していることが解る。このため、第１実施例と同様の手法に基づいて、パレット７０のマーク１５０の昇降方向の傾斜角度および、その傾斜角度の傾斜方向が演算される。また、パレット７０がＨ_３からＨ_２まで下降する際に、パレット７０のマーク１５２は、第２マーク位置Ｂ２を始点とし、第３マーク位置Ｂ３を終点とするベクトルの向う方向に、そのベクトルの線分に相当する距離、ズレながら下降していることが解る。このため、第１実施例と同様の手法に基づいて、パレット７０のマーク１５２の昇降方向の傾斜角度および、その傾斜角度の傾斜方向が演算される。そして、演算されたマーク１５０，１５２の昇降方向の傾斜角度および傾斜方向が記憶装置１１６に記憶される。また、第２マーク位置Ａ２と第２マーク位置Ｂ２とを結ぶ直線と、第３マーク位置Ａ３と第３マーク位置Ｂ３とを結ぶ直線との交差する角度β２が、パレット７０がＨ_３からＨ_２まで下降する際のパレット７０の鉛直方向を軸心とする回転角度となる。このため、パレット７０がＨ_３からＨ_２まで下降する際のパレット７０の回転角度β２が、第２マーク位置Ａ２，Ｂ２と第３マーク位置Ａ３，Ｂ３とに基づいて演算される。そして、演算されたパレット７０の回転角度β２が記憶装置１１６に記憶される。

そして、第２実施例の回路形成装置において、樹脂積層体１２２が形成される際に、記憶装置１１６に記憶されている傾斜角度，傾斜方向，回転角度を利用して、積層される樹脂層１２４のズレが補正される。なお、第２実施例において記憶装置１１６に記憶されている傾斜角度および傾斜方向を利用して、積層される樹脂層１２４のズレを補正する方法は、第１実施例と同じであるため説明を省略する。ただし、第２実施例において傾斜角度及び傾斜方向を利用して樹脂層１２４のズレが補正される場合には、Ｎ層目の樹脂層が形成される際のパレットの高さに応じた傾斜角度及び傾斜方向が用いられる。つまり、Ｎ層目の樹脂層１２４が形成される際にパレット７０がＨ_０とＨ_３との間に位置している場合には、パレット７０がＨ_０からＨ_３まで下降する際の傾斜角度に基づいて、パレット７０のズレ量Ｌが演算される。そして、演算されたズレ量Ｌ及び、パレット７０がＨ_０からＨ_３まで下降する際の傾斜方向を補正するように、Ｎ層目の樹脂層１２４が形成される。また、Ｎ層目の樹脂層１２４が形成される際にパレット７０がＨ_３とＨ_２との間に位置している場合には、パレット７０がＨ_３からＨ_２まで下降する際の傾斜角度に基づいて、パレット７０のズレ量Ｌが演算される。そして、演算されたズレ量Ｌ及び、パレット７０がＨ_３からＨ_２まで下降する際の傾斜方向を補正するように、Ｎ層目の樹脂層１２４が形成される。

また、記憶装置１１６に記憶されているパレット７０の回転角度を利用して、積層される樹脂層１２４のズレが補正される場合には、Ｎ層目の樹脂層１２４を、その樹脂層の中心を通る鉛直方向を軸心として、記憶装置１１６に記憶されている回転角度、回転させた状態で形成する。なお、回転角度を利用して樹脂層１２４のズレが補正される場合においても、傾斜角度及び傾斜方向を利用して樹脂層１２４のズレが補正される場合と同様に、Ｎ層目の樹脂層が形成される際のパレットの高さに応じた回転角度が用いられる。つまり、Ｎ層目の樹脂層１２４が形成される際にパレット７０がＨ_０とＨ_３との間に位置している場合には、Ｎ層目の樹脂層を、パレット７０がＨ_０からＨ_３まで下降する際の回転角度β１、回転させた状態で形成する。また、Ｎ層目の樹脂層１２４が形成される際にパレット７０がＨ_３とＨ_２との間に位置している場合には、Ｎ層目の樹脂層を、パレット７０がＨ_３からＨ_２まで下降する際の回転角度β２、回転させた状態で形成する。このように、パレット７０の回転角度を利用して、樹脂積層体１２２が形成される際に積層される樹脂層１２４のズレが補正されることで、精度良く樹脂積層体１２２を形成することが可能となる。

また、制御装置２８のコントローラ１１０は、図２に示すように、演算部１７０と制御部１７２とを有している。演算部１７０は、パレット７０の昇降方向の傾斜角度，その傾斜角度の傾斜方向，パレット７０の回転角度を演算するための機能部である。制御部１７２は、演算された傾斜角度，傾斜方向，回転角度に基づいて第２造形ユニット２４の作動を制御し、樹脂積層体１２２を形成するための機能部である。

なお、上記実施例において、回路形成装置１０は、３次元造形装置の一例である。第２造形ユニット２４は、造形ユニットの一例である。昇降装置６４は、昇降装置の一例である。パレット７０は、ステージの一例である。カメラ１００は、撮像装置の一例である。マーク１２０，１５０，１５２は、マークの一例である。回路基板１３６は、３次元造形物の一例である。演算部１７０は、演算装置の一例である。制御部１７２は、制御装置の一例である。また、演算部１７０により実行される工程は、演算工程の一例である。制御部１７２により実行される工程は、制御工程の一例である。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することが可能である。例えば、上記第１実施例では、パレット７０がＨ_０とＨ_２との異なる２箇所の高さに位置している際にマークが撮像されているが、第２実施例と同じように、パレット７０がＨ_０とＨ_２との間の異なる３箇所以上の高さに位置している際にマークが撮像されてもよい。

また、上記実施例では、パレット７０にマークが記されているが、テーブル５２の基台６０にマークが記されてもよい。このような場合には、テーブル５２の基台６０がステージとして機能し、その基台６０の上面においてパレット７０を介して樹脂積層体１２２が形成される。また、基台６０の上面に直接的に樹脂積層体１２２が形成されてもよい。

また、上記実施例では、パレット７０の昇降範囲より狭い被写界深度のカメラ１００が採用されているが、パレット７０の昇降範囲より広い被写界深度のカメラが採用されてもよい。このように、パレット７０の昇降範囲より広い被写界深度のカメラが採用される場合には、第１実施例において、パレット７０がＨ_０とＨ_１との異なる２箇所の高さに位置している際にマークが撮像される。

また、上記実施形態では、３次元造形物を造形するための樹脂として、紫外線硬化樹脂が採用されているが、２液混合型硬化性樹脂，熱硬化性樹脂，熱可塑性樹脂などの種々の硬化性樹脂を採用することができる。また、３次元造形物を造形するための素材として、樹脂に限定されず、流体が硬化する素材であれば、種々の素材を採用することができる。

また、上記実施例では、３次元造形物として回路基板１３６が採用されているがフィギュアなどの種々の３次元造形物を採用することができる。

１０：回路形成装置（３次元造形装置）２４：第２造形ユニット（造形ユニット）６４：昇降装置７０：パレット（ステージ）１００：カメラ（撮像装置）１２０：マーク１３６：回路基板（３次元造形物）１５０：マーク１５２：マーク１７０：演算部（演算装置）１７２：制御部（制御装置）

Claims

ステージを昇降させる昇降装置と、
前記ステージの上に粘性流体を吐出して、前記昇降装置により前記ステージを昇降させることで前記粘性流体を積層させて３次元造形物を造形する造形ユニットと、
前記ステージに記されたマークを撮像する撮像装置と、
前記昇降装置の作動により前記ステージが第１の高さに位置している際の前記マークの撮像データと、前記昇降装置の作動により前記ステージが前記第１の高さと異なる第２の高さに位置している際の前記マークの撮像データとに基づいて、前記ステージの昇降方向の鉛直方向に対する傾斜角度と、当該傾斜角度の傾斜方向とを演算する演算装置と、
前記演算装置により演算された前記傾斜角度と前記傾斜方向とに基づいて、前記造形ユニットの作動を制御する制御装置と、
を備える３次元造形装置。
前記ステージに記された複数の前記マークを撮像する前記撮像装置と、
前記昇降装置の作動により前記ステージが前記第１の高さに位置している際の前記複数のマークの撮像データと、前記昇降装置の作動により前記ステージが前記第２の高さに位置している際の前記複数のマークの撮像データとに基づいて、前記傾斜角度と、前記傾斜方向と、鉛直方向を軸心とする前記ステージの回転角度とを演算する前記演算装置と、
を備える請求項１に記載の３次元造形装置。
ステージを昇降させる昇降装置と、
前記ステージの上に粘性流体を吐出して、前記昇降装置により前記ステージを昇降させることで前記粘性流体を積層させて３次元造形物を造形する造形ユニットと、
前記ステージに記されたマークを撮像する撮像装置と、
を備える３次元造形装置を用いて、３次元造形物を造形する造形方法であって、
前記昇降装置の作動により前記ステージが第１の高さに位置している際の前記マークの撮像データと、前記昇降装置の作動により前記ステージが前記第１の高さと異なる第２の高さに位置している際の前記マークの撮像データとに基づいて、前記ステージの昇降方向の鉛直方向に対する傾斜角度と、当該傾斜角度の傾斜方向とを演算する演算工程と、
前記演算工程において演算された前記傾斜角度と前記傾斜方向とに基づいて、前記造形ユニットの作動を制御して３次元造形物を造形する造形工程と、
を含む造形方法。