JP2018058313A - 立体造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】積層位置における材料層の位置ずれ量を算出し、ステージの位置を補正することにより立体造形物の造形精度を向上することのできる立体造形装置を提供する。【解決手段】検出手段１５によって、第１の材料層のマーカ２ａと第２のマーカ２ｂを検出し、マーカ２ａと２ｂの基準位置間の距離Ｌ１を算出し、第１の材料層１ａが積層位置７にまで搬送した時点で、第２のマーカ２ｂを再び検出手段１５によって検出し、検出位置１５ｂと第２のマーカ２ｂの基準位置との距離Ｌ２を算出し、Ｌ１とＬ２とに基づいて、積層位置７内における第１の材料層１ａの位置ずれ量を算出し、ステージを搬送方向４に沿って移動させて、第１の材料層１ａの位置ずれを補正する。【選択図】図３

Description

本発明は、アディティブマニファクチャリング（ＡＭ）、三次元プリンタ、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）等で呼称される積層造形法により、立体造形物を製造する立体造形装置に関する。

積層造形法は、立体物の形状データをスライスして複数の断面データに分割し、各断面データに応じて造形材粒子からなる材料層を形成し、該材料層を順次積層して一体化することにより、立体造形物を製造する技術である。積層造形法では、複雑な立体形状を金型を用いずに製造可能であることから、試作品の成形や、単品や小ロット品の製造に利用されている。
特許文献１，２には、電子写真方式を用いた積層造形法が開示されている。係る方法では中間担持体上に造形材粒子を配置して断面データに応じた材料層を形成し、該材料層を加熱溶融させ、ステージ上に先に転写された材料層の上に転写、積層して一体化する工程を繰り返して立体造形物を製造する。このような、中間担持体を用いた積層造形法においては、各材料層を先に転写された材料層の上に転写する際の位置合わせ精度が最終的に得られる立体造形物の造形精度に大きく影響する。そのため、特許文献１に開示された方法では、エンコーダマーキングを用いて、材料層の搬送方向に沿った位置合わせを行うことにより、中間担持体である搬送中間担持体上の材料層の位置を識別している。また、特許文献２の方法では、材料層を担持したアクセプター基板の近傍に配置された検出部によって基板上のアライメントマークを検出することによって、材料層を積層するステージの位置補正を行っている。

特許第５８５５７５５号 特開２０４−１８８５１３公報

中間担持体を用いて材料層を該材料層の形成位置からステージ上に搬送する立体造形装置においては、該材料層の搬送手段の位置決め精度によって、ステージに対する材料層の位置ずれが生じ、造形精度に劣る場合があった。そのため、ステージ上にまで搬送された材料層の位置を検出して、本来の位置からのずれを算出し、該材料層に対してステージの位置を補正する必要がある。
しかしながら、電子写真方式で形成した材料層は加熱によってシート化され、先の材料層と熱融着するため、ステージ近傍は１００℃程度の高温となる。一方、材料層の位置を１０μｍ以下の精度で検出するセンサの温度仕様はせいぜい５０℃以下であり、特許文献２のように積層位置の近傍にセンサを配置することは難しい。また、特許文献１の方法では、補正できない誤差として、エンコーダマークや材料層の検出誤差に加えて、エンコーダマーク間の製造誤差が生じるため、その分造形精度は低下してしまう。
本発明は上記課題を解決するもので、積層位置における材料層の位置ずれ量を算出し、ステージの位置を補正することにより立体造形物の造形精度を向上することのできる立体造形装置を提供することを目的とする。

本発明は、中間担持体と、
造形材料からなる材料層を前記中間担持体上に形成する材料層形成手段と、
前記中間担持体上の前記材料層を、前記中間担持体から転写・積層するステージと、
前記中間担持体を駆動させて、前記材料層を搬送する駆動手段と、
を有する立体造形装置であって、
前記材料層の搬送経路上に設けられた少なくとも一つの検出手段と、
前記材料層形成手段によって前記中間担持体上に形成された第１の材料層を前記検出手段によって検出した第１の位置情報と、前記材料層の搬送方向において前記第１の材料層よりも後方側に位置する第２の材料層を前記検出手段によって検出した第２の位置情報とに基づき、前記第１の材料層の基準位置と前記第２の材料層の基準位置との距離を第１の距離として算出する第１の算出手段と、
前記第１の材料層が前記ステージが配置された積層位置に搬送され、前記中間担持体の駆動が停止した時に、前記検出手段によって検出された前記第２の材料層の画像情報に基づき、前記検出手段の検出位置と前記第２の材料層の基準位置との距離を第２の距離として算出する第２の算出手段と、
前記第１の距離と前記第２の距離とに基づいて、前記積層位置内における前記第１の材料層の位置を特定する特定手段と、
前記特定手段によって特定された前記積層位置内における前記第１の材料層の位置に基づき、前記ステージを前記中間担持体に平行な方向に移動させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする。

本発明においては、中間担持体上の二つの材料層の距離を算出し、該距離に基づいて積層位置における材料層の位置ずれ量を算出するため、高精度の検出手段を室温領域に配置して、材料層の位置ずれを補正することができる。よって、本発明によれば、立体造形物を高精度に製造することができる。

本発明の立体造形装置の第１の実施形態のシステム構成を示す概略図である。 本発明の立体造形装置による材料層の位置ずれ補正プロセスを示すフローチャートである。 図１の実施形態における材料層の位置ずれ量の算出方法を示す概略図である。 図１の実施形態における材料層の位置ずれ補正プロセスを示す概略図である。 本発明の立体造形装置の第２の実施形態のシステム構成を示す概略図である。 図５の実施形態による材料層の搬送方向の位置ずれ量の算出方法を示す概略図である。 図５の実施形態による材料層の搬送方向に直交する方向の位置ずれ量の算出方法を示す概略図である。 図５の実施形態による複数の材料層の積層プロセスを示す概略図である。 図５の実施形態による複数の材料層の積層プロセスを示す概略図である。 図５の実施形態による複数の材料層の積層プロセスを示す概略図である。 図５の実施形態による複数の材料層の積層プロセスを示す概略図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

〔実施形態１〕
（装置構成）
図１は、本発明の立体造形装置の第１の実施形態のシステム構成を示す概略図である。本例の立体造形装置は、装置部１０と、制御部２０と、算出部３０と、から構成される。
装置部１０は、造形材粒子からなる材料層１を形成し、該材料層１を加熱して造形材粒子を一体化し、シート状となった材料層１を、ステージ１３上の造形台１９上に順次積層して立体造形物を製造する装置である。
制御部２０は、装置部１０における様々な処理に対する制御を行う。具体的には、ＣＰＵやメモリ、記録デバイスを備えたコンピュータで構成されており、記憶されたプログラムをＣＰＵが実行、処理することにより装置部１０を制御する。
算出部３０は、積層位置７における材料層１の位置ずれ量の算出を行う。

装置部１０は、材料層形成手段１１と、中間担持体（以下、「担持体」と記す）１２と、ステージ１３と、造形台１９と、加圧部１４と、検出手段１５と、クリーニング部１７から構成される。
材料層形成手段１１は、目的とする立体造形物のスライス画像データに基づき電子写真プロセスによって材料層１を形成し、該材料層１を担持体１２上へ転写する。電子写真プロセスとは、感光体を帯電し、露光によって潜像を形成し、現像剤粒子を付着させて現像剤像を形成する手法であり、本発明では現像剤粒子として造形材粒子を用いる。材料層１には、目的とする立体造形物を構成する材料層以外に、該材料層１の位置合わせの基準となるマーカを含んでいる。

担持体１２は、材料層形成手段１１で形成した材料層１を積層位置７へと搬送方向４に沿って搬送する。担持体１２として本実施形態では、ポリイミドなどの樹脂材料からなる無端ベルトを用いており、複数のローラにより張架されている。また、担持体１２の表面はフィルミング防止層としてフッ素コーティングがされているのが望ましい。複数のローラのうち少なくともいずれかが担持体１２の駆動手段である駆動ローラ１８であり、担持体１２の駆動や停止を行う。また、担持体１２はステンレスなどの金属材料からなるものでもよい。

ステージ１３は、積層位置７において造形台１９の積層面の面内方向や積層方向の位置制御を行う。ステージ１３の移動手段としては、ボールねじやＵＳＭ（Ｕｌｔｒａ Ｓｏｎｉｃ Ｍｏｔｏｒ）などを用いた駆動機構が好ましく用いられる。また、ステージ１３はエンコーダなどの位置検出手段を有しており、後述するステージ制御部２４により位置制御を行う。

加圧部１４は、積層位置７において造形台１９又は該造形台１９上に積層された材料層１からなる積層体６に材料層１を積層する際に、材料層１を接着させるための加熱も行う。よって、加圧部１４は加熱手段を備えている。尚、材料層１は、加圧部１４に搬送される前に加熱されてシート状となっていてもよく、その場合には、材料層１の搬送方向において加圧部１４よりも後方に加熱手段（不図示）を配置する。

検出手段１５は、材料層１の位置検出を行う。検出方法としては、三角測距式の光学センサにより材料層１の端辺の検出を行う。また、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの撮像素子を使用したラインセンサやエリアセンサも使用することができる。その場合、取得画像を２値化処理することにより材料層１の端辺の検出を行う。

検出手段１５は、材料層１の搬送経路上に積層位置７とは異なる位置に配置されている。積層位置７では材料層１を加熱してシート化した状態で積層を行うため、積層位置７の近傍では造形材料の荷重たわみ温度以上に温調する必要がある。例えば、ＡＢＳなどの樹脂材料の荷重たわみ温度は７０℃乃至１００℃程度である。それに対して、材料層１の位置を１０μｍ以下で検出するセンサの温度仕様はせいぜい５０℃以下であるため、積層位置７にセンサを配置することは困難である。検出手段１５としては、材料層形成手段１１により担持体１２上に形成した材料層１の画像欠陥を検出するセンサと併用することができる。

また、後述する第１のマーカ及び第２のマーカは、担持体１２の搬送方向に沿って、検出手段１５の検出位置と積層位置７の距離とほぼ等しくなるように形成される必要がある。詳細については後述するが、それにより、検出手段１５の検出位置に第２のマーカが存在するときに、積層位置７に第１のマーカと同時に形成された材料層が存在するようになる。それにより、検出手段１５の検出位置と第２のマーカの基準位置との距離を算出することで積層位置７における材料層１の位置ずれ量を算出し、ステージ１３の位置を面内方向に補正することができる。

クリーニング部１７は、次の材料層１を形成する前に担持体１２上のクリーニングを行う。クリーニング方法としては、ブレード方式や非接触のバキューム方式を用いる。

制御部２０は、制御統括部２１と、材料層形成制御部２２と、担持体制御部２３と、ステージ制御部２４と、材料層検出制御部２５から構成される。制御統括部２１は、装置部１０の装置全体における各制御部を統合して制御する部分であり、各制御部の駆動タイミングなどを制御統括部２１により制御する。材料層形成制御部２２は、材料層形成手段１１の駆動のオン／オフ制御やタイミング制御を行う。担持体制御部２３は、担持体１２の駆動のオン／オフ制御や駆動速度の制御の他、担持体１２のテンション制御や蛇行調整等を行う。ステージ制御部２４は、制御統括部２１から入力された目標移動量や位置情報に基づきステージ１３の積層面の面内方向及び積層方向の位置制御を行う。また、後述する特定手段３３により特定した積層位置７内における材料層１の位置情報に基づきステージ１３の面内方向の位置制御を行う。材料層検出制御部２５は、検出手段１５の検出タイミングの制御を行う。また、検出手段１５により材料層１を検出して得られたトリガ信号などの検出結果を後述する算出部３０へ伝送する。尚、材料層形成制御部２２、担持体制御部２３、ステージ制御部２４、材料層検出制御部２５はそれぞれ、制御統括部２１により駆動タイミングが合うように制御される。

算出部３０は、第１の算出手段３１と、第２の算出手段３２と、特定手段３３から構成される。
第１の算出手段３１は、材料層検出制御部２５より伝送されたトリガ信号のタイミングと担持体１２の搬送速度から所定の二つの材料層１のマーカの基準位置間の距離（第１の距離）を算出する。また、上記二つの材料層１が隣接していない場合には、隣接する二つの材料層１の間の各マーカの基準位置間の距離を累積して、該二つの材料層１のマーカの基準位置間の距離を算出する。算出した第１の距離の情報は後述する特定手段３３へ伝送される。
第２の算出手段３２は、材料層検出制御部２５により伝送された検出結果から、検出手段１５の検出位置に対して後述する第２の距離を算出する。算出した第２の距離は後述する特定手段３３へ伝送される。
特定手段３３は、伝送された第１及び第２の距離から、積層位置における第１の材料層１の位置を特定し、位置ずれ量を算出する。材料層１の位置ずれ量の算出方法の詳細については後述する。

（補正プロセス）
図２は、本実施形態による材料層１の位置ずれ補正プロセスを示すフローチャートである。
ステップＳ１：材料層形成手段１１により、担持体１２上に立体造形物を構成する材料層と、立体造形物の構成には関与しない第１のマーカとを同時に形成する。
ステップＳ２：材料層形成手段１１により、材料層１の搬送方向において後方側に、第２のマーカを形成する。
ステップＳ３：担持体１２を駆動した状態で、検出手段１５により第１のマーカを検出する（第１の位置情報）。
ステップＳ４：ステップＳ３で担持体１２を駆動した状態のままで検出手段１５により第２のマーカを検出する（第２の位置情報）。
ステップＳ５：ステップＳ３及びＳ４で第１のマーカ及び第２のマーカを検出して得られたトリガ信号と、材料層１の搬送速度から第１及び第２のマーカのそれぞれの基準位置間の距離（第１の距離）の算出を行う。
ステップＳ６：では、ステップＳ４の後に担持体１２を停止し、検出手段１５により再度第２のマーカを検出する。
ステップＳ７：ステップＳ６で得られた第２のマーカの検出結果から、検出手段１５の検出位置に対する第２のマーカの基準位置との距離（第２の距離）の算出を行う。尚、ステップＳ５に対してステップＳ６、Ｓ７を並列処理しても構わない。
ステップＳ８：ステップＳ５で得られた第１の距離と、ステップＳ７で得られた第２の距離から、積層位置７内における材料層１の位置を特定し、該材料層１の位置ずれ量を算出する。
ステップＳ９：ステップＳ８で得られた材料層１の位置ずれ量に基づきステージ１４の面内方向における位置補正を行う。
以上が積層位置７における材料層１の位置ずれ量の補正プロセスであり、複数の材料層１を連続積層する場合は上記プロセスが繰り返される。

（位置ずれの算出方法）
図３は、本実施形態による材料層１の位置ずれ量の算出方法を示す概略図である。
図３（ａ）は、検出手段１５により第１のマーカ２ａを検出する様子を示している。材料層形成手段１１は、材料層１として、立体造形物を構成する材料層１ａと、第１のマーカ２ａとを同時に形成する。よって、材料層１ａと第１のマーカ２ａとの距離（後述する図３（ｃ）中のＬ４）は既知である。

図３（ｂ）は、検出手段１５により第２のマーカ２ｂを検出する様子を示している。第２のマーカ２ｂは、材料層形成手段１１により第１のマーカ２ａと異なるタイミングで形成される。また、第２のマーカ２ｂは、第２の材料層１ｂと同時に形成され、第２の材料層１ｂの位置ずれを補正するための第１のマーカとして用いられる。このように、形成タイミングが異なるため、第１のマーカ２ａと第２のマーカ２ｂ間において担持体１２への転写誤差が生じる。本発明では、第１のマーカ２ａと第２のマーカ２ｂとの基準位置間の距離（第１の距離Ｌ１）を算出する。第１のマーカ２ａの検出開始から第２のマーカ２ｂの検出終了までは担持体１２は等速駆動している。本実施形態では、マーカ２ａ，２ｂは、図３に示すように材料層１ａの搬送方向４に対して直行する端辺と斜行する端辺と平行な端辺とからなる直角三角形で構成されている。図３（ａ）、（ｂ）では、マーカ２ａ，２ｂの搬送方向４に対して直行する端辺を基準位置として、該基準位置が検出手段１５の検出位置１５ａを通過する時間情報を検出する。それにより得られた第１のマーカ２ａと第２のマーカ２ｂのトリガ信号のタイミングと材料層１ａの搬送速度から第１の距離Ｌ１を算出する。

図３（ｃ）では、材料層１ａを積層位置７に搬送し、担持体１２を停止した後に、再度検出手段１５により第２のマーカ２ｂを検出する様子を示している。それにより、担持体１２の停止誤差を含めた材料層１ａの位置ずれ量を算出することができる。検出手段１５は、マーカ２ｂの画像情報より、材料層１ａの搬送方向に対して斜行する端辺と平行する端辺とをそれぞれ検出する。マーカ２ｂは、図３に示されるように、搬送方向４に沿って、該搬送方向４に直交する幅が漸減する。よって、検出手段１５によって得られたマーカ２ｂの幅情報と、基準位置での幅情報に基づき、検出手段１５の検出位置１５ａとマーカ２ｂの基準位置との距離（第２の距離Ｌ２）が算出される。

上記したように、図３（ａ）、（ｂ）で第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２とが算出される。第１のマーカ２ａの基準位置と材料層１ａの基準位置（本例では搬送方向４の後方側端部）との距離Ｌ４、及び、積層位置７の基準位置（本例では搬送方向４の後方側端部）と検出手段１５の検出位置１５ａとの距離Ｌ５は、予め設定できるため既知である。よって、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ４−Ｌ５より、積層位置７の基準位置から材料層１ａの基準位置までの距離Ｌ３が算出され、積層位置内における材料層１ａの位置が特定される。よって、Ｌ３を予め設定された距離と比較することで、材料層１ａの搬送方向４における位置ずれが求められ、該位置ずれ量に応じてステージ１３を該位置ずれ量を低減する搬送方向に移動させることで、材料層１ａの位置ずれを補正することができる。

担持体１２の停止精度が０．１ｍｍ程度であった場合、位置ずれ補正をしないとその誤差が材料層１の位置ずれに影響する。しかし、本発明の位置ずれ補正を行うことにより、最終的な位置ずれ量は検出手段１５の検出誤差とステージ１３の位置決め精度のみであり、１０μｍ以下に抑えることができる。また、特許文献１に開示された方法では、担持体１２にエンコーダマーキングを設ける必要があるが、異なるマークを検出するためマーク間の造形誤差が生じてしまい造形精度が悪くなってしまう。しかし、本発明では、第１及び第２のマーカ２ａ，２ｂの基準位置間の距離Ｌ１を算出し、再度第２のマーカ２ｂを検出しているため、マーク間の造形誤差は生じない。よって本発明では、造形精度を向上することができる。

尚、図３では三角形のマーカ２ａ、２ｂを例に挙げたが、搬送方向４に沿って幅が漸増或いは漸減する形状であれば、幅情報を検出して同様に第２の距離Ｌ４を算出することができる。また、本実施形態では、マーカ２ａ，２ｂを使用せず、材料層１ａの端辺を基準位置として検出することにより、第１の距離Ｌ１や第２の距離Ｌ４を検出することもできる。この場合、各材料層１ａ間の端辺の距離情報を予め記憶しておき、その距離を考慮して材料層１ａの積層位置内の位置を特定するのが望ましい。
また、一つの材料層１ａに対して同時に形成するマーカは１つである必要はない。複数のマーカを形成することにより、状況に応じて検出するマーカを使い分けることも可能である。

図３では、第１のマーカ２ａと第２のマーカ２ｂとが隣接する場合について説明したが、第１のマーカ２ａと第２のマーカ２ｂとが、１以上の材料層１を挟んで形成されていても良い。その場合には、図４（ａ）乃至（ｄ）のように、隣接するマーカ間の距離Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３をそれぞれ算出しておき、これらの累積を行って第１の距離Ｌ１を算出することができる。

〔実施形態２〕
（装置構成）
図５は、本発明の立体造形装置の第２の実施形態のシステム構成を示す概略図である。本実施形態では、第１の検出手段１５と、第２の検出手段１６の２つの検出手段を用いる以外、装置部１０の構成は実施形態１と同様である。

本実施形態では、積層位置７と、第１の検出手段１５と、第２の検出手段１６は、材料層１の搬送方向４に沿ってほぼ等間隔に配置されている。また、第１のマーカが積層位置７に存在する時に、第２のマーカが第１の検出手段１５の検出位置に存在するように第２のマーカは形成される。

第２の検出手段１６は、第１の検出手段１５と同様に材料層検出制御部２５により検出タイミングが制御される。第１の検出手段１５により第１のマーカを検出し、第２の検出手段１６により第２のマーカを検出することにより、第１及び第２のマーカの基準位置間の距離（第１の距離）を算出する。実施形態１では、１つの検出手段１５で２つのマーカを検出するため、同時に検出することができず、材料層１の搬送時に生じる搬送方向４に直交する位置ずれ量に対して補正することができない。それに対して、本実施形態では、２つの検出手段１５，１６で２つのマーカを同時に検出するため、搬送方向４に直交する方向や、積層方向に対して回転する方向の位置ずれに対しても補正することができる。

また、図５のように検出手段１５，１６を配置することにより、材料層形成手段１１により担持体１２上に形成した材料層１の画像欠陥を検出するセンサを第１の検出手段１５のセンサと併用することができる。また、積層後に担持体上に残留する材料層１の残渣を検出するセンサを第２の検出手段１６のセンサと併用することができる。これにより、装置全体の低コスト化につながる。

（補正プロセス）
ステップＳ３とステップＳ４とを同時に行う以外、実施形態１と同様である。

（位置ずれの算出方法１）
図６は、本実施形態による材料層１の搬送方向４における位置ずれ量の算出方法を示す概略図である。本実施形態においても、実施形態１と同様に、直角三角形のマーカ２ａ，２ｂを形成している。

図６（ａ）は、第１の検出手段１５及び第２の検出手段１６により、第１のマーカ２ａ及び第２のマーカ２ｂをそれぞれ同時に検出している様子を示している。即ち、第１の検出手段１５によって、検出位置１５ａにおける第１のマーカ２ａの幅情報を取得し、第２の検出手段１６によって、検出位置１６ａにおける第２のマーカ２ｂの幅情報を取得する。次いで、該幅情報に基づき、検出位置１５ａ、１６ａから第１及び第２のマーカ２ａ，２ｂの基準位置までの距離Ｄ１，Ｄ２を算出する。第１の検出手段１５の検出位置１５ａと第２の検出手段１６の検出位置１６ａとの距離Ｄ３は既知であるから、Ｄ１＋Ｄ３−Ｄ２より、第１及び第２のマーカ２ａ，２ｂの基準位置間の距離（第１の距離Ｌ１）を算出する。尚、検出位置１５ａ，１６ａにおける、第１及び第２のマーカ２ａ，２ｂの幅情報に基づき、距離Ｄ１，Ｄ２を算出する方法は、実施形態１において第２の距離Ｌ２を求めた手順と同様である。尚、本実施形態では、担持体１２を停止した状態でも、第１のマーカ２ａ及び第２のマーカ２ｂを同時に検出することができる。

図６（ｂ）は、第１の検出手段１５により、第２のマーカ２ｂを検出している様子を示している。第２のマーカ２ｂの検出方法及び検出手段１５の検出位置１５ａと第２のマーカ２ｂの基準位置との距離（第２の距離Ｌ２）の算出方法については、実施形態１における図２のステップＳ６、Ｓ７と同様であるため説明を省略する。

上記したように、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２とが算出される。さらに、実施形態１と同様に、第１のマーカ２ａの基準位置と材料層１ａの基準位置との距離Ｌ４、及び、積層位置７の基準位置と検出手段１５の検出位置１５ａとの距離Ｌ５も既知である。よって、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ４−Ｌ５より、積層位置７の基準位置から材料層１ａの基準位置までの距離Ｌ３が算出され、積層位置内における材料層１ａの位置が特定される。ここで、算出されたＬ３を、予め設定された距離と比較することで、材料層１ａの搬送方向４における位置ずれが求められる。よって、該位置ずれ量に応じてステージ１３を搬送方向４に移動させることで、材料層１ａの位置ずれが解消され、造形精度を向上させることができる。

（位置ずれの算出方法２）
図７は、本実施形態による材料層１の搬送方向４に直交する方向における位置ずれ量の算出方法を示す概略図である。

図７（ａ）は、第１の検出手段１５及び第２の検出手段１６により、第１のマーカ２ａ及び第２のマーカ２ｂの搬送方向４に直交する方向における基準位置をそれぞれ同時に検出している様子を示している。検出は、担持体１２を駆動した状態で行う。本実施形態では、それぞれのマーカ２ａ、２ｂの搬送方向４に対して平行な端辺を基準位置として画像情報より検出し、検出手段１５の搬送方向４に直交する方向の基準位置１５ｂからの距離ｔ１，ｔ２を第３及び第４の位置情報としてそれぞれ算出する。そして、それらの距離の差分Ｔ１が材料層１ａの搬送方向４に対して直交する方向における第１及び第２のマーカ２ａ、２ｂの基準位置間の距離（第３の距離Ｔ１）になる。また、担持体１２が停止した状態でも、同様に第１のマーカ２ａ、第２のマーカ２ｂを同時に検出して第１及び第２のマーカの距離Ｔ１を算出することができる。

図７（ｂ）は、第１の検出手段１５により、第２のマーカ２ｂを検出している様子を示している。検出方法については、実施形態１や実施形態２における材料層１の搬送方向４に対して平行な位置ずれ量の補正と同様である。担持体１２を停止し、第２のマーカ２ｂの画像情報より第２のマーカ２ｂの基準位置を検出して、検出手段１５の基準位置１５ｂと第２のマーカ２ｂの基準位置との距離（第４の距離Ｔ２）を算出する。

上記したように、図７（ａ）、（ｂ）より、第３の距離Ｔ１と第４の距離Ｔ２とが算出される。さらに、実施形態１、２と同様に、第１のマーカ２ａの基準位置と材料層１ａの基準位置との距離Ｔ４、及び、積層位置７の搬送方向４に直交する方向の基準位置と検出手段１５の検出位置１５ｂとの距離Ｔ５も既知である。よって、Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ４−Ｔ５より、積層位置７の基準位置から材料層１ａの基準位置までの距離Ｔ３が算出され、積層位置内における材料層１ａの位置が特定される。ここで、Ｔ３を予め設定された距離と比較することで、材料層１ａの搬送方向４に直交する方向の位置ずれが求められ、該位置ずれ量に応じてステージ１３を搬送方向４に直交する方向に移動させることで、材料層１ａの位置ずれを補正することができる。

（積層プロセス１）
図８、図９は、本実施形態によって複数の材料層を、位置ずれを補正しながら積層するプロセスを示す概略図である。積層位置７と、第１の検出手段１５と、第２の検出手段１６は、材料層の搬送方向４に沿ってほぼ等間隔に配置されている。尚、図８，図９において、マーカは図示を省略する。
先ず、図８（ａ）において、材料層１をＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２・・・の順番で形成する。尚、Ａ１’、Ｂ１’のように、「’」を付した符号は、立体造形物を構成する材料層のみをステージ１３上に転写・積層し、マーカのみが担持体１２上に残された状態を示す。図８（ａ）では、第１の検出手段１５で材料層Ａ３のマーカを検出し、第２の検出手段１６で材料層Ａ１のマーカを検出している様子を示している。この場合、材料層Ａ３のマーカが第１のマーカ２ａに相当し、材料層Ａ１のマーカが第２のマーカ２ｂに相当する。それぞれの材料層１を検出して材料層Ａ１とＡ３のマーカの基準位置間の距離Ｌ１を算出する。

図８（ｂ）では、第１及び第２検出手段１５，１６により材料層Ｂ３及びＢ１のマーカをそれぞれ検出しており、材料層Ｂ１及びＢ３のマーカの基準位置間の距離Ｌ１を算出している。この場合、材料層Ｂ３のマーカが第１のマーカ２ａに相当し、材料層Ｂ１のマーカが第２のマーカ２ｂに相当する。

図８（ｃ）では、第１の検出手段１５により、材料層Ａ１のマーカを検出し、検出手段１５の検出位置と材料層Ａ１のマーカの基準位置との距離Ｌ２を算出している。距離Ｌ２と、図８（ａ）で算出した材料層Ａ１とＡ３のマーカの基準位置間の距離Ｌ１から、積層位置７内における材料層Ａ３の位置を特定し、位置ずれを補正する。また、これと同時に、第１及び第２の検出手段１５，１６により材料層Ａ１及びＡ２のマーカを検出して、材料層Ａ１及びＡ２のマーカの基準位置間の距離Ｌ１の算出を行う。これにより、材料層Ａ３の位置ずれ補正と同時に、別の材料層Ａ１及びＡ２のマーカの基準位置間の距離Ｌ１を算出することができ、装置全体の高速化につながる。

図８（ｄ）では、第１検出手段１５により材料層Ｂ１のマーカを検出し、図８（ｃ）と同様に、材料層Ｂ３の位置ずれ量を算出して補正している。また、材料層Ａ３’に関しては、立体造形物を構成する材料層１ａについては積層されているが、マーカについては積層されず担持体１２上に残った状態である。その理由は、材料層Ａ３’のマーカを用いて材料層Ａ２の位置ずれ補正を行うためである。そのため、材料層Ａ３’のマーカについては、図５に示したクリーニング部１７を通過しても除去せず、図９（ａ）に示すように、材料層形成手段１１を通過して第１の検出手段１５により検出が行われる。また、図９（ｃ）に示すように、材料層Ａ３’は積層位置７を通過し、その後、クリーニング部１７により除去される。そのため、クリーニング部１７はクリーニングオン／オフ制御されているのが望ましく、また、構成としては可動式で担持体１２に当接／離間する構成や、非接触のバキューム方式が考えられる。

図８（ｅ）では、第１の検出手段１５で材料層Ａ２のマーカを検出して積層位置７における材料層Ａ１の位置を特定し、位置ずれの補正を行う。また、同時に検出手段１５、１６で材料層Ａ２及びＡ３’のマーカを検出して、材料層Ａ２とＡ３’のマーカの基準位置間の距離Ｌ１の算出を行う。図８（ｆ）乃至図９（ｃ）についても同処理なので説明を省略する。

（積層プロセス２）
図１０、図１１は、本実施形態によって複数の材料層を、位置ずれを補正しながら積層するプロセスを示す概略図である。先に説明した図８，図９の積層プロセス１と同様に、図１０（ａ）乃至図１１（ｃ）はそれぞれ材料層の検出、又は積層の様子をそれぞれ示しており、図１０（ａ）から図１１（ｃ）の順番で動作を行う。また、積層位置７と、第１の検出手段１５と、第２の検出手段１６は、材料層の搬送方向４に沿ってほぼ等間隔に配置されている。尚、図１０，図１１において、マーカは図示を省略する。

本実施形態では、先の積層プロセス１とは異なり、本積層プロセスでは材料層Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３・・・の順番で形成される。積層プロセス１では、一度に材料層Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２、Ａ３、Ｂ３を形成していた。そのため、材料層Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２、Ａ３、Ｂ３の検出と積層が終わると、再度、材料層Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２、Ａ３、Ｂ３を一度に形成する必要があるため、その間に時間のロスが発生する可能性がある。それに対して、本積層プロセス２では、材料層の形成と、検出及び積層とを並列処理して行うため、時間のロスを最小限に抑えることができる。

図１０（ａ）では、材料層１をＡ１、Ａ２、Ａ３の順番に形成している。また、第１の検出手段１５で材料層Ａ３のマーカを検出し、第２の検出手段１６で材料層Ａ１のマーカをそれぞれ検出している。その検出結果より、材料層Ａ１及びＡ３のマーカの基準位置間の距離Ｌ１の算出を行う。図１０（ａ）では、材料層Ａ３のマーカが第１のマーカ２ａに相当し、材料層Ａ１のマーカが第２のマーカ２ｂに相当する。

図１０（ｂ）では、第１の検出手段１５で材料層Ａ１のマーカを検出して、積層位置７における材料層Ａ３の位置を特定し、位置ずれの補正を行っている。また、材料層形成手段１１により材料層Ｂ１を形成し、検出手段１５、１６により材料層Ａ１及びＡ２のマーカを検出し、これらのマーカの基準位置間の距離Ｌ１を算出している。

図１０（ｃ）では、第１の検出手段１５により材料層Ａ２のマーカを検出して、積層位置７における材料層Ａ１の位置を特定し、位置ずれの補正を行っている。同時に、材料層Ａ２のマーカと、積層後の材料層Ａ３’のマーカとをそれぞれ検出して、材料層Ａ２及びＡ３’のマーカの基準位置間の距離Ｌ１を算出している。積層後の材料層Ａ３’のマーカの処理方法については積層プロセス１と同様であり、説明を省略する。

図１０（ｄ）では、第１の検出手段１５により材料層Ａ３’のマーカを検出して、積層位置７における材料層Ａ２の位置を特定し、位置ずれの補正を行っている。同時に、材料層Ａ１’及びＡ３’のマーカの基準位置間の距離Ｌ１の算出も行っている。

図１０（ｅ）では、第１の検出手段１５により材料層Ｂ３のマーカを検出して、積層位置７における材料層Ｂ２の位置を特定し、位置ずれの補正を行っている。同時に、材料層Ｂ１及びＢ３のマーカの基準位置間の距離Ｌ１の算出も行っている。また、この時、材料層Ａ１’を図５に示したクリーニング部１７により除去し、その位置に材料層形成手段１１により新たな材料層Ａ４を形成している。図１０（ｆ）乃至図１１（ｃ）についても同処理なので説明を省略する。

１：材料層、２ａ，２ｂ：マーカ、７：積層位置、１１：材料層形成手段、１２：中間担持体、１３：ステージ、１５，１６：検出手段、１５ａ、１６ａ：検出位置、１５ｂ：基準位置、３１：第１の算出手段、３２：第２の算出手段、３３：特定手段、Ｌ１：第１の距離、Ｌ２：第２の距離、Ｔ１：第３の距離、Ｔ２：第４の距離

Claims (8)

1. 中間担持体と、
   造形材料からなる材料層を前記中間担持体上に形成する材料層形成手段と、
   前記中間担持体上の前記材料層を、前記中間担持体から転写・積層するステージと、
   前記中間担持体を駆動させて、前記材料層を搬送する駆動手段と、
   を有する立体造形装置であって、
   前記材料層の搬送経路上に設けられた少なくとも一つの検出手段と、
   前記材料層形成手段によって前記中間担持体上に形成された第１の材料層を前記検出手段によって検出した第１の位置情報と、前記材料層の搬送方向において前記第１の材料層よりも後方側に位置する第２の材料層を前記検出手段によって検出した第２の位置情報とに基づき、前記第１の材料層の基準位置と前記第２の材料層の基準位置との距離を第１の距離として算出する第１の算出手段と、
   前記第１の材料層が前記ステージが配置された積層位置に搬送され、前記中間担持体の駆動が停止した時に、前記検出手段によって検出された前記第２の材料層の画像情報に基づき、前記検出手段の検出位置と前記第２の材料層の基準位置との距離を第２の距離として算出する第２の算出手段と、
   前記第１の距離と前記第２の距離とに基づいて、前記積層位置内における前記第１の材料層の位置を特定する特定手段と、
   前記特定手段によって特定された前記積層位置内における前記第１の材料層の位置に基づき、前記ステージを前記中間担持体に平行な方向に移動させる制御手段と、
   を備えたことを特徴とする立体造形装置。
2. 前記検出手段が一つであって、
   前記第１の位置情報が、前記検出手段が前記第１の材料層の基準位置を検出した第１の時間情報であり、
   前記第２の位置情報が、前記検出手段が前記第２の材料層の基準位置を検出した第２の時間情報であり、
   前記第１の時間情報と前記第２の時間情報と前記材料層の搬送速度に基づいて、前記第１の距離が算出され、
   前記第１の材料層が前記積層位置に停止した時に、前記第２の算出手段が、前記検出手段によって検出された前記第２の材料層の画像情報に基づいて、前記第２の距離を算出することを特徴とする請求項１に記載の立体造形装置。
3. 前記材料層は、前記搬送方向に直交する幅が該搬送方向に沿って漸減或いは漸増する形状のマーカを有し、
   前記検出手段は、前記第２の材料層の画像情報より前記第２の材料層のマーカの幅情報を検出し、
   前記第２の算出手段は、前記検出手段が検出した前記マーカの幅情報に基づいて、前記第２の距離を算出することを特徴とする請求項２に記載の立体造形装置。
4. 前記検出手段として、第１の検出手段と第２の検出手段とを備え、
   前記第１の検出手段の検出位置と前記第２の検出手段の検出位置との距離が、前記第１の検出手段の検出位置と前記材料層の積層位置との距離とほぼ等しく、
   前記第１の位置情報が、前記第１の検出手段が検出した前記第１の材料層の画像情報であり、
   前記第２の位置情報が、前記第１の位置情報と同時に取得され、前記第２の検出手段が検出した前記第２の材料層の画像情報であり、
   前記第１の算出手段が、前記第１の材料層と第２の材料層のそれぞれの画像情報に基づいて前記第１の距離を算出し、
   前記第２の算出手段が、前記第１の材料層が前記積層位置に停止した時に、前記第１の検出手段によって検出された前記第２の材料層の画像情報に基づいて、前記第２の距離を算出することを特徴とする請求項１に記載の立体造形装置。
5. 前記材料層は、前記搬送方向に直交する幅が該搬送方向に沿って漸減或いは漸増する形状のマーカを有し、
   前記第１の検出手段及び前記第２の検出手段は、前記画像情報として、前記マーカの幅情報を検出し、
   前記第１の算出手段及び前記第２の手段はそれぞれ、前記第１の検出手段及び前記第２の検出手段が検出した前記マーカの幅情報に基づいて、前記第１の材料層の基準位置及び第２の材料層の基準位置を算出し、前記第１の距離及び第２の距離を算出することを特徴とする請求項４に記載の立体造形装置。
6. 前記第１の検出手段は、前記材料層形成手段によって前記中間担持体上に形成された前記材料層の欠陥を検出するセンサであり、
   前記第２の検出手段は、前記材料層が、前記中間担持体上から前記ステージ上に転写されなかった残渣を検出するセンサであることを特徴とする請求項４又は５に記載の立体造形装置。
7. 前記第１の検出手段は、前記搬送方向に直交する方向における所定の基準位置から前記第１の材料層の基準位置までの第３の位置情報を検出し、
   前記第２の検出手段は、前記搬送方向に直交する方向における所定の基準位置から前記第２の材料層の基準位置までの第４の位置情報を検出し、
   前記立体造形装置が、
   前記第３の位置情報と前記第４の位置情報に基づき、前記第１の材料層の基準位置と前記第２の材料層の基準位置との距離を第３の距離として算出する第３の算出手段と、
   前記第１の材料層が前記ステージが配置された積層位置に搬送され、前記中間担持体の駆動が停止した時に、前記第２の検出手段が前記所定の基準位置から前記第２の材料層の基準位置までの距離を第４の距離として算出する第４の算出手段と、
   を備え、
   前記特定手段が、前記第１の距離乃至前記第４の距離に基づいて、前記積層位置内における前記第１の材料層の位置を特定することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載の立体造形装置。
8. 前記検出手段は、ラインセンサまたはエリアセンサであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の立体造形装置。

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