JP2022086928A - 立体造形装置、および立体造形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ローラの表面状態を検出し、その検出結果に基づいてクリーニングが必要と判断した場合にクリーニング動作を行うことにより、ローラの摩耗を抑制可能な立体造形装置、および立体造形方法を提供する。【解決手段】本発明は、ローラの表面状態を検出する検出部と、前記ローラの表面を清掃するクリーニング部材と、前記検出部による前記ローラの表面状態の検出結果に基づいて、前記ローラまたは前記クリーニング部材を制御して、前記ローラの表面に付着した物質を除去する制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、立体造形装置、および立体造形方法に関する。

金型等を用いずに造形物を多品種少量生産可能な装置として、立体造形装置が普及しつつある。立体造形装置として、例えば、バインダージェッティング方式（以下、ＢＪ：Binder Jettingと略す）が知られている。

ところで、ＢＪ方式等の粉末を用いる立体造形装置においてローラで粉面を平坦に保つことは、高い精度の造形物を得るのに不可欠であり、ローラをクリーニングする技術が知られている。例えば、クリーニング部材を有する技術として、特許文献１では、抵抗値検知手段の検知結果に基づいてクリーニング部材等の接触状態を制御する方法が知られている。しかしながら、特許文献１は画像形成装置に関するものであり、立体造形装置における高品質な造形物を得るためのものではなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高品質な造形物を得ることができる立体造形装置、および立体造形方法を提供す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、ローラの表面状態を検出する検出部と、前記ローラの表面を清掃するクリーニング部材と、前記検出部による前記ローラの表面状態の検出結果に基づいて、前記ローラまたは前記クリーニング部材を制御して、前記ローラの表面に付着した物質を除去する制御部と、を備える。

本発明によれば、高品質な造形物を得ることができる立体造形装置、および立体造形方法を提供することができる、という効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態にかかる立体造形装置の構成の一例を示す図である。 図２は、第１の実施の形態にかかる立体造形装置におけるローラのクリーニング動作の流れの一例を示すフローチャートである。 図３は、第２の実施の形態にかかる立体造形装置の構成の一例を示す図である。 図４は、第２の実施の形態にかかる立体造形装置におけるローラのクリーニング動作の流れの一例を示すフローチャートである。 図５は、第３の実施の形態にかかる立体造形装置の構成の一例を示す図である。 図６は、第３の実施の形態にかかる立体造形装置におけるローラのクリーニング動作の流れの一例を示すフローチャートである。 図７は、第４の実施の形態にかかる立体造形装置の構成の一例を示す図である。 図８は、第４の実施の形態にかかる立体造形装置によるローラの制御動作の一例を説明するための図である。 図９は、第４の実施の形態にかかる立体造形装置によるローラの制御動作の流れの一例を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、立体造形装置、および立体造形方法の実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態にかかる立体造形装置の構成の一例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる立体造形装置１００は、図１に示すように、造形エリア１、造形ステージ２、ローラ３、計測カメラ６、クリーニングブレード７、および制御部１０１を有する。

造形エリア１は、造形材料４が積層されて造形物が形成される。ここで、造形材料４は、粉末である。ローラ３の表面に対する付着物の有無の判断を容易化することができる。具体的には、造形材料４は、硬化していない非硬化部の材料である。造形ステージ２は、上昇および下降が可能であり、造形材料４および硬化材料５を含む造形層が積層されるステージである。ローラ３は、造形エリア１に供給される造形材料４を平坦化するローラの一例である。

計測カメラ６は、ローラ３の表面状態を検出する検出部の一例である。本実施の形態では、計測カメラ６は、ローラ３の表面の画像（以下、表面画像と言う）を、ローラ３の表面状態の検出結果として取得（検出）する。クリーニングブレード７は、ローラ３の表面を清掃するクリーニング部材の一例である。本実施の形態では、クリーニングブレード７は、ローラ３の表面に当接して、ローラ３の表面に付着した物質（造形材料４等の付着物）を除去する。本実施の形態では、クリーニング部材の一例として、ローラ３の表面に当接してローラ３の表面を清掃するクリーニングブレード７を用いているが、ローラ３の表面に触れずに（非接触で）ローラ３の表面を清掃するクリーニング部材であっても良い。

制御部１０１は、計測カメラ６によるローラ３の表面状態の検出結果に基づいて、クリーニングブレード７を制御して、ローラ３の表面に付着した物質を除去する制御部の一例である。これにより、ローラ３の表面状態の検出結果に基づいて、ローラ３の表面のクリーニングが必要と判断した場合にのみ、ローラ３の表面のクリーニング動作（付着物の除去）を行うことができる。その結果、常時、クリーニングブレード７をローラ３の表面に当接させるクリーニング動作と比較して、ローラ３の摩耗の進行を抑えることができる。また、クリーニング動作後のローラ３の表面状態を検出することにより、ローラ３の表面がクリーニングされているか否かを確認することができ、必要に応じて、追加のクリーニング動作の実施、パーツの交換の通知等を行うことで、立体造形物の不具合の発生を未然に防止することができる。

本実施の形態では、制御部１０１は、クリーニングブレード７を制御して、ローラ３の表面に付着した物質を除去しているが、クリーニングブレード７およびローラ３の少なくとも一方を制御して、ローラ３の表面に付着した物質を除去するものであれば、これに限定するものではない。具体的には、制御部１０１は、ローラ３の表面状態の検出結果に基づいて、ローラ３の駆動条件（例えば、ローラ３の回転速度）を変更して、ローラ３の表面に付着した物質を除去することも可能である。これにより、ローラ３の摩耗によるクリーニング性の低下、および造形エリア１に対する造形材料４の充填密度の低下を抑制することができる。この場合、ローラ３は、クリーニング部材の一例として機能する。

具体的には、造形エリア１は、タンク状または箱型の容器と、その底面部の鉛直方向に昇降自在な造形ステージ２と、を有する。立体造形装置１００は、造形エリア１で造形物が層状に形成されていき、造形物が積層された三次元造形物を造形する。立体造形装置１００は、造形エリア１に造形材料４を供給する供給部材を有していても良い。ここで、供給部材は、造形エリア１に上方から材料を落として供給するホッパー方式の供給部材でも、下方から材料を押し出して供給する供給槽方式の供給部材でも良い。

ローラ３は、造形エリア１を横切るように移動することで、造形エリア１に供給された造形材料４を均し、平坦な材料面を形成する。造形エリア１は、造形物の精度と強度を得るため、形成される材料面の表面は凹凸が少なく、高い平坦性をもつことが好ましい。そのため、造形エリア１に供給された造形材料４を均す際、造形材料４を流動させることが好ましく、ローラ３は、進行方向に対して造形材料４を巻き上げる方向に回転可能であると良い。

ところで、造形エリア１に供給された造形材料４を平坦化させる動作の際、造形材料４の凝集物や硬化材料５がローラ３に付着することがある。一度、ローラ３に付着した物質は、ローラ３が造形エリア１を移動する際に材料面に転写されて、材料面に凹凸が形成されたり、下層の硬化材料５に触れて硬化材料５を動かしてしまったりする恐れがある。そのため、ローラ３への物質の付着は無いことが好ましい。立体造形装置１００は、造形エリア１に対して造形材料４を高い密度で充填するため、ローラ３は、その表面が研磨されて、粗さＲａが５．０μｍ以下が良く、粗さＲａが１．０μｍであることがさらに良い。また、ローラ３の耐摩耗を向上するため、ローラ３の表面にめっき処理やコーティング処理が施されていても良い。

計測カメラ６は、ローラ３の表面画像を撮像し、ローラ３の表面の付着物の有無を判断する。ここで、表面画像は、２Ｄ画像でも３Ｄ画像でも良い。これにより、表示画像を基に、ローラ３の表面の付着物の有無を直接判断することができるので、ローラ３の表面に対する付着物の有無の判断精度を向上させることができる。例えば、計測カメラ６には、ラインスキャンカメラ（キーエンス製ＣＡ－ＨＬ０２ＭＸ）や、レーザを用いた３次元プロファイル測定器（キーエンス製 LJ-V7020）を使用できる。計測カメラ６にラインスキャンカメラを使用する場合、ローラ３の表面の周りの明るさを確保するため、立体造形装置１００は、照明用の光源を合わせて使用するものとする。計測カメラ６に３次元プロファイル測定器を用いる場合、計測カメラ６の高さ方向の分解能は、造形材料４の種類にもよるが、固体粉末状の造形材料４の場合は、５．０μｍ以下であることが好ましく、１．０μｍ以下あると尚良い。

クリーニングブレード７は、物理的にローラ３の表面に接触して付着物を書き落とすブレードである。クリーニングブレード７がローラ３のクリーニング動作を行う位置は、清掃により掻き落とされた付着物が造形エリア１内に落下しないよう、造形エリア１の外側であることが好ましい。クリーニングブレード７の材質は、ゴム（ウレタンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムなど）、樹脂（ＰＥＴ等）のフィルム、金属フィルム、マイラー等である。

センシング機構（計測カメラ６）とクリーニング部材（クリーニングブレード７）は、立体造形装置１００内の所定の位置に固定されていても良いし、リコータ（ローラ３）とともに移動していても良い。クリーニング部材は、ブレード方式に限定されず、ブラシで掻き取る方式、空気やパージガスを吹き付けるブロー方式、付着物を吸い取る吸引方式であっても良い。また、立体造形装置１００は、ローラ３によって形成された平坦な材料面を選択的に硬化させる硬化手段を有する。硬化手段には、インクジェットやレーザ、電子ビームがある。硬化を促進するため、選択的な硬化手段の他に造形エリア１にエネルギーを与える熱源や光源があっても良い。

図２は、第１の実施の形態にかかる立体造形装置におけるローラのクリーニング動作の流れの一例を示すフローチャートである。次に、図２を用いて、本実施の形態にかかる立体造形装置１００のローラ３のクリーニング動作の流れの一例について説明する。

計測カメラ６は、制御部１０１からクリーニング動作の制御指令が与えられた際、まず、ローラ３の表面状態（例えば、ローラ３の表面の付着物の最大の高さ）を検出する表面プロファイルセンシング処理を実行する（ステップＳ２０１）。その際、立体造形装置１００は、ローラ３を回転させることにより、ローラ３の周方向を全範囲にわたって、表面状態を検出することが可能になる。本実施の形態では、立体造形装置１００は、ローラ３の表面状態の検出およびローラ３の表面のクリーニング動作を行う際、ローラ３を回転させ続けているか、ローラ３の回転と停止を繰り返している状態であっても良い。

計測カメラ６によりローラ３の表面状態として検出された付着物の最大の高さが、予め設定された閾値を上回る場合（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、制御部１０１は、クリーニングブレード７をローラ３の表面に当接させて、ローラ３の表面の付着物を除去するクリーニング動作を実行する（ステップＳ２０３）。一方、計測カメラ６によりローラ３の表面状態として検出された付着物の最大の高さが、予め設定された閾値以下である場合（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、制御部１０１は、クリーニングブレード７をローラ３の表面から離開させる（ステップＳ２０４）。

本実施の形態では、制御部１０１は、ローラ３の表面の付着物の高さを、１つの閾値と比較して、クリーニングブレード７をローラ３に当接させるか若しくは離間させるかの２つの選択肢の中から、いずれか選択しているが、ローラ３の表面の付着物の高さを、段階的に設定された複数の閾値のそれぞれと比較して、クリーニングブレード７をローラ３に当接させる強弱を段階的に制御しても良い。具体的には、制御部１０１は、クリーニングブレード７によりローラ３の表面のクリーニング動作を行うブレード方式においては、ローラ３に対するクリーニングブレードの食い込み量によって、クリーニングブレード７をローラ３に当接させる強弱を段階的に制御する。また、制御部１０１は、ブロー方式または吸引方式によってローラ３の表面のクリーニング動作を行う場合には、気体の流速によって、ローラ３の表面の付着物の除去動作の強弱を制御する。

このように、第１の実施の形態にかかる立体造形装置１００によれば、ローラ３の表面状態を検出結果に基づいて、ローラ３の表面のクリーニングが必要と判断した場合にのみ、ローラ３の表面のクリーニング動作（付着物の除去）を行うことができる。その結果、常時、クリーニングブレード７をローラ３の表面に当接させるクリーニング動作と比較して、ローラ３の摩耗の進行を抑えることができる。

（第２の実施の形態）
本実施の形態は、ローラの表面の電位または抵抗値を、ローラの表面状態として検出する例である。以下の説明では、第１の実施の形態と同様の構成については説明を省略する。

図３は、第２の実施の形態にかかる立体造形装置の構成の一例を示す図である。本実施の形態にかかる立体造形装置２００は、図３に示すように、造形エリア１、造形ステージ２、ローラ３、クリーニングブレード７、表面電位計８、イオナイザ９、および制御部２０１を有する。

表面電位計８は、ローラ３の表面の電位（以下、表面電位と言う）を、ローラ３の表面状態として検出する検出部の一例である。造形材料４が粉末の場合、立体造形装置２００による立体造形物の造形中にローラ３による平坦化を繰り返すことによって、造形材料４とローラ３との間の摩擦により静電気が発生してローラ３が帯電し、粒径の小さい粉末材料（造形材料４）、特に、粒径が１０．０μｍ以下の粉末がローラ３に付着し易くなる。そのため、表面電位計８によってローラ３の表面電位を計測することは、粉末、特に、第１の実施の形態における計測カメラ６により観察し難い粒径の小さな粉末の有無の推定において有効である。本実施の形態では、表面電位計８には、トレックジャパン製のModel1344の表面電位計等を用いることができる。

本実施の形態では、立体造形装置２００は、表面電位計８によってローラ３の表面電位を検出しているが、帯電によるローラ３に対する物質の付着の有無を検出しているが、表面抵抗計（検出部の一例）によって、ローラ３の表面抵抗を、ローラ３の表面状態として検出しても良い。その場合、表面抵抗計には、ナプソン製のNC-110の表面抵抗計等を用いることができる。

イオナイザ９は、ローラ３の表面を除電する。具体的には、イオナイザ９は、ローラ３の表面にイオンを照射して除電することにより、ローラ３の表面に、静電気力により付着した粉末等の物質をローラ３の表面から除去するクリーニング部材の一例である。例えば、イオナイザ９には、春日電機製のKD-110SIのイオナイザを用いることができる。本実施の形態では、立体造形装置２００は、イオナイザ９によってローラ３の表面を除電しているが、これに限定するものではなく、例えば、除電ブラシまたは除電用の板バネをローラ３の表面に近接または接触させて、ローラ３の表面を除電しても良い。

そして、制御部２０１は、表面電位計８により検出されるローラ３の表面電位（または表面抵抗計により検出されるローラ３の表面抵抗）に基づいて、イオナイザ９を制御して、ローラ３の表面の付着物を除去する。これにより、ローラ３の表面画像に基づいて当該ローラ３に対する付着の有無が判別し難い微粉のローラ３に対する帯電付着を推定し、ローラ３の表面に付着した物質を除去することができる。

図４は、第２の実施の形態にかかる立体造形装置におけるローラのクリーニング動作の流れの一例を示すフローチャートである。次に、図４を用いて、本実施の形態にかかる立体造形装置２００におけるローラ３のクリーニング動作の流れの一例について説明する。

表面電位計８は、制御部２０１からクリーニング動作の制御指令が与えられると、ローラ３の表面電位を検出する（ステップＳ４０１）。表面電位計８により検出されるローラ３の表面電位が、予め設定された閾値以下である場合（ステップＳ４０２：Ｎｏ）、制御部２０１は、イオナイザ９をオフする（ステップＳ４０３）。一方、表面電位計８により検出されるローラ３の表面電位が、予め設定される閾値より大きい場合（ステップＳ４０２：Ｙｅｓ）、制御部２０１は、イオナイザ９をオンして、ローラ３の表面を除電して、ローラ３の表面に付着した物質を除去する（ステップＳ４０４）。

このように、第２の実施の形態にかかる立体造形装置２００によれば、ローラ３の表面画像に基づいて当該ローラ３に対する付着の有無が判別し難い微粉のローラ３に対する帯電付着を推定し、ローラ３の表面に付着した物質を除去することができる。

（第３の実施の形態）
本実施の形態は、クリーニング前のローラの表面画像と、クリーニング後のローラの表面画像と、を用いて、ローラの表面に対する物質の付着の有無を検出する例である。以下の説明では、上述の実施の形態と同様の構成については説明を省略する。

図５は、第３の実施の形態にかかる立体造形装置の構成の一例を示す図である。本実施の形態にかかる立体造形装置３００は、図５に示すように、造形エリア１、造形ステージ２、ローラ３、クリーニングブレード７、第１計測カメラ１０、第２計測カメラ１１、および制御部３０１を有する。

第１計測カメラ１０は、クリーニング前（言い換えると、ローラ３の表面に付着した物質の除去動作前）のローラ３の表面画像を撮像する。ここで、表面画像は、２Ｄ画像でも、３Ｄ画像のいずれでも良い。本実施の形態では、第１計測カメラ１０は、ローラ３の回転方向において、クリーニングブレード７より前方に配置され、クリーニング前のローラ３の表面への物質の付着状態をモニタリングする。すなわち、第１計測カメラ１０は、クリーニング前のローラ３の表面画像を撮像し、当該表面画像に基づいて、ローラ３の表面への付着物の有無（ローラ３の表面状態の一例）を判断する。例えば、第１計測カメラ１０には、ラインスキャンカメラ（例えば、キーエンス製のCA-HL02MX）、レーザを用いた３次元プロファイル測定機（例えば、キーエンス製のLJ-V7020）を用いることができる。

第２計測カメラ１１は、クリーニング後（言い換えると、ローラ３の表面に付着した物質の除去動作後）のローラ３の表面画像を撮像する。ここで、表面画像は、２Ｄ画像でも、３Ｄ画像のいずれでも良い。本実施の形態では、第２計測カメラ１１は、ローラ３の回転方向において、クリーニングブレード７より後方に配置され、クリーニング後のローラ３の表面への物質の付着状態をモニタリングする。すなわち、第２計測カメラ１１は、クリーニング後のローラ３の表面画像を撮像し、当該表面画像に基づいて、ローラ３の表面への付着物の有無（ローラ３の表面状態の一例）を判断する。例えば、第２計測カメラ１１には、ラインスキャンカメラ（例えば、キーエンス製のCA-HL02MX）、レーザを用いた３次元プロファイル測定機（例えば、キーエンス製のLJ-V7020）を用いることができる。

ローラ３の表面のクリーニング動作およびローラ３の表面状態の検出動作は、造形エリア１の外側で行われることが好ましい。これにより、ローラ３を回転させても、クリーニングブレード７や第１，２計測カメラ１０，１１に粉末等の物質が付着することを抑制できる。その場合、ローラ３の回転方向においてクリーニングブレード７より前方にのみカメラを設け（すなわち、第１計測カメラ１０のみを設け）、ローラ３が１周してクリーニング後の表面画像を撮像して、当該表面画像を、クリーニング後のローラ３の表面画像として処理することも可能である。これにより、立体造形装置３００に設けるカメラの数を減らすことができる。

制御部３０１は、第１計測カメラ１０および第２計測カメラ１１により撮像される表面画像に基づいて、クリーニングブレード７を制御して、ローラ３の表面に付着した物質を除去する。これにより、ローラ３のクリーニングが必要か否かの判断精度を向上させることができる。その結果、常時、クリーニングブレード７をローラ３の表面に当接させるクリーニング動作と比較して、ローラ３の摩耗の進行を抑えることができる。

本実施の形態では、制御部３０１は、クリーニングブレード７を制御して、ローラ３の表面に付着した物質を除去しているが、クリーニングブレード７およびローラ３の少なくとも一方を制御して、ローラ３の表面に付着した物質を除去するものであれば、これに限定するものではない。具体的には、制御部３０１は、ローラ３の表面状態の検出結果に基づいて、ローラ３の駆動条件（例えば、ローラ３の回転速度）を変更して、ローラ３の表面に付着した物質を除去することも可能である。これにより、ローラ３の摩耗によるクリーニング性の低下、および造形エリア１に対する造形材料４の充填密度の低下を抑制することができる。この場合、ローラ３は、クリーニング部材の一例として機能する。

図６は、第３の実施の形態にかかる立体造形装置におけるローラのクリーニング動作の流れの一例を示すフローチャートである。次に、図６を用いて、本実施の形態にかかる立体造形装置３００におけるローラ３のクリーニング動作の流れの一例について説明する。

第１計測カメラ１０は、制御部３０１からクリーニング動作の制御指令が与えられた際、まず、ローラ３の表面画像を撮像する（ステップＳ６０１）。その際、制御部３０１は、ローラ３を回転させ続ける状態としても良いし、ローラ３を回転および停止を繰り返す状態としても良い。

制御部３０１は、第１計測カメラ１０により撮像される表面画像に基づいて、クリーニング前のローラ３の表面に付着した物質の最大の高さを算出し、当該算出した高さが、予め設定された閾値より大きいか否かを判断する（ステップＳ６０２）。算出した高さが、予め設定された閾値以下である場合（ステップＳ６０２：Ｎｏ）、制御部３０１は、クリーニングブレード７をローラ３の表面から離間させて、ローラ３の表面に付着した物質を除去するクリーニング動作を行わない（ステップＳ６０３）。

一方、算出した高さが、予め設定された閾値より大きい場合（ステップＳ６０２：Ｙｅｓ）、制御部３０１は、クリーニングブレード７をローラ３の表面に当接させて、ローラ３の表面に付着した物質を除去するクリーニング動作を行う（ステップＳ６０４）。次に、第２計測カメラ１１は、ローラ３の表面画像を撮像する（ステップＳ６０５）。

次いで、制御部３０１は、第２計測カメラ１１により撮像される表面画像に基づいて、クリーニング後のローラ３の表面に付着した物質の最大の高さを算出し、当該算出した高さが、予め設定された閾値より大きいか否かを判断する（ステップＳ６０６）。算出した高さが、予め設定された閾値以下である場合（ステップＳ６０６：Ｎｏ）、制御部３０１は、クリーニングブレード７をローラ３の表面から離間させて、ローラ３の表面に付着した物質を除去するクリーニング動作を行わない（ステップＳ６０３）。

一方、算出した高さが、予め設定された閾値より大きい場合（ステップＳ６０６：Ｙｅｓ）、制御部３０１は、クリーニングブレード７をローラ３の表面に当接した状態が予め設定された回転数（例えば、１０回転）以上であるか否かを判断する（ステップＳ６０７）。クリーニングブレード７をローラ３の表面に当接した状態が予め設定された回転数より少ない場合には（ステップＳ６０７：Ｎｏ）、制御部３０１は、ステップＳ６０５に戻り、ローラ３の表面のクリーニング動作を継続する。

一方、クリーニングブレード７をローラ３の表面に当接した状態が予め設定された回転数以上である場合（ステップＳ６０７：Ｙｅｓ）、制御部３０１は、ローラ３のクリーニング動作に異常があると判断して、立体造形物の造形を一時中断して、クリーニングブレード７の交換を促す通知を、立体造形装置３００が有する表示部に表示する（ステップＳ６０８）。

このように、第３の実施の形態にかかる立体造形装置３００によれば、ローラ３のクリーニングが必要か否かの判断精度を向上させることができる。その結果、常時、クリーニングブレード７をローラ３の表面に当接させるクリーニング動作と比較して、ローラ３の摩耗の進行を抑えることができる。

（第４の実施の形態）
本実施の形態は、ローラの表面の粗さを、ローラの表面状態として検出する例である。以下の説明では、上述の実施の形態と同様の構成については説明を省略する。

図７は、第４の実施の形態にかかる立体造形装置の構成の一例を示す図である。本実施の形態にかかる立体造形装置４００は、図７に示すように、造形エリア１、造形ステージ２、ローラ３、クリーニングブレード７、計測カメラ６、表面粗さ計１２、および制御部４０１を有する。

表面粗さ計１２は、ローラ３の表面の粗さを、ローラ３の表面状態の一例として計測（検出）する検出部の一例である。具体的には、表面粗さ計１２は、ローラ３の表面の粗さを計測し、その計測結果に基づいて、ローラ３の表面の摩耗の程度を検出する。表面粗さ計１２は、接触式の表面粗さ計でも良いし、非接触式の表面粗さ計でも良いが、ローラ３の表面に触れず、ローラ３の表面の摩耗を促進しない点において、非接触式の表面粗さ計（例えば、OptoSurf製のOS-500、FocalSpec製のMP900）であることが好ましい。

制御部４０１は、表面粗さ計１２によるローラ３の表面の粗さの計測結果に基づいて、ローラ３を制御して、ローラ３の回転速度を遅くする。これにより、ローラ３の表面が摩耗して表面の粗さが大きくなった場合に、ローラ３の表面に付着した物質の除去性が低下したり、ローラ３が造形材料４を巻き上げ易くなって、造形エリア１に対する造形材料４の充填密度が低下したりすることを抑制できる。

また、制御部４０１は、表面粗さ計１２によるローラ３の表面の粗さの計測結果に基づいて、立体造形装置４００による立体造形物の造形を中断する。これにより、立体造形物の造形を中断して、クリーニングブレード７やローラ３の交換を促し、クリーニング不良による材料面の荒れ、ローラ３の摩耗による造形材料４の充填密度の低下を未然に防止することができる。

図８は、第４の実施の形態にかかる立体造形装置によるローラの制御動作の一例を説明するための図である。次に、図８を用いて、本実施の形態にかかる立体造形装置４００によるローラ３の制御動作の一例について説明する。図８において、縦軸は、ローラ３の表面の粗さの計測結果を表し、横軸は、時間を表す。

制御部４０１は、図８（ａ）に示すように、表面粗さ計１２により計測される粗さに異常値が無い場合、ローラ３の回転数を維持する。一方、制御部４０１は、図８（ｂ）に示すように、表面粗さ計１２により計測される粗さが多い場合、ローラ３の回転速度を遅くして、造形エリア１に形成される造形層のリコートの条件を変更する。

また、制御部４０１は、図８（ｃ）に示すように、表面粗さ計１２により計測される粗さの大きさが、予め設定された閾値より大きい異常値である場合、クリーニングブレード７またはローラ３を制御して、ローラ３の表面に付着した物質を除去するクリーニング動作を実施する。そして、制御部４０１は、図８（ｃ）に示すように、表面粗さ計１２により計測される粗さの大きさが、予め設定された閾値より小さくなり異常値が存在しない場合、ローラ３の表面に付着した物質が除去されたと判断し、ローラ３の平坦化動作を継続する。

また、制御部４０１は、図８（ｄ）に示すように、表面粗さ計１２により計測される粗さの大きさが、予め設定された閾値より大きい異常値である場合、クリーニングブレード７またはローラ３を制御して、ローラ３の表面に付着した物質を除去するクリーニング動作を実施する。そして、制御部４０１は、図８（ｄ）に示すように、表面粗さ計１２により計測される粗さの大きさが、予め設定された閾値より大きいままで異常値である場合、ローラ３の表面に付着した物質が除去できないと判断し、立体造形装置４００による立体造形物の造形を中断（停止）し、ローラ３の表面状態の確認を促す通知を表示部に表示する。

図９は、第４の実施の形態にかかる立体造形装置によるローラの制御動作の流れの一例を示すフローチャートである。次に、図９を用いて、本実施の形態にかかる立体造形装置４００によるローラ３の制御動作の流れの一例について説明する。

ローラ３の摩耗は急速に進行する現象ではないため、表面粗さ計１２は、造形エリア１に造形層を積層する度ではなく、造形エリア１に予め設定された層数（例えば、１００×Ｎ層。ここで、Ｎは、１以上の整数。）の造形層を積層する度に、ローラ３の表面の粗さを計測しても良い。よって、表面粗さ計１２は、ローラ３の表面の粗さを最後に計測してから、造形エリア１に対して予め設定された層数の造形層を積層したか否かを判断する（ステップＳ９０１）。造形エリア１に対して予め設定された層数の造形層を積層していないと判断した場合（ステップＳ９０１：Ｎｏ）、表面粗さ計１２は、ローラ３の表面の粗さの計測を行わない。

一方、造形エリア１に対して予め設定された層数の造形層を積層したと判断した場合（ステップＳ９０１：Ｙｅｓ）、表面粗さ計１２は、ローラ３の表面の粗さを計測する（ステップＳ９０２）。制御部４０１は、表面粗さ計１２により計測された粗さが、予め設定される第１閾値を超えるか否かを判断する（ステップＳ９０３）。ここで、第１閾値は、ローラ３の表面が摩耗していると判断する当該ローラ３の表面の粗さである。表面粗さ計１２により計測される粗さが、第１閾値以下である場合（ステップＳ９０３：Ｎｏ）、制御部４０１は、ローラ３の表面が摩耗していないと判断して、ステップＳ９０１へ戻る。

一方、表面粗さ計１２により計測される粗さが、第１閾値より大きい場合（ステップＳ９０３：Ｙｅｓ）、制御部４０１は、ローラ３の表面が摩耗していると判断して、ローラ３の回転速度を低速化させる（ステップＳ９０４）。ローラ３の表面が摩耗して、ローラ３の表面の粗さが大きくなると、ローラ３の表面に対する付着物の除去性が低下したり、造形材料４を巻き上げ易くなり、造形エリア１に対する造形材料４の充填密度が低下したりする等の影響が発生することがある。この影響を軽減する手段として、ローラ３による造形エリア１の平坦化動作中にローラ３の回転速度を低下させることが有効である。

ただし、ローラ３の回転速度のみを遅くすると、ローラ３によって巻き上げられながら運ばれる造形材料４の流動性も低下し、造形エリア１の下層の硬化材料５が引きずられて破壊されてしまう可能性がある。そこで、制御部４０１は、造形材料４の流動性を保ちながら、造形エリア１の造形材料４を平坦化するために、ローラ３の回転速度だけでなく、造形エリア１を移動するリコータユニット全体の移動速度も併せて低速化することが好ましい。

次に、表面粗さ計１２は、ローラ３の表面の粗さを計測する。そして、制御部４０１は、表面粗さ計１２により計測される粗さが、予め設定される第２閾値より大きいか否かを判断する（ステップＳ９０５）。ここで、第２閾値は、ローラ３の表面が過剰に摩耗していると判断する粗さである。表面粗さ計１２により計測される粗さが、第２閾値以下である場合（ステップＳ９０５：Ｎｏ）、制御部４０１は、ローラ３の表面が過剰に摩耗していないと判断して、ステップＳ９０１に戻る。

一方、表面粗さ計１２により計測される粗さが、第２閾値より大きい場合（ステップＳ９０５：Ｙｅｓ）、制御部４０１は、ローラ３の表面が過剰に摩耗していると判断し、立体造形物の造形を一時中断し、立体造形装置４００が有する表示部に対して、ローラ３の交換を促す通知を表示する（ステップＳ９０６）。

このように、第４の実施の形態にかかる立体造形装置４００によれば、ローラ３の表面が摩耗して表面の粗さが大きくなった場合に、ローラ３の表面に付着した物質の除去性が低下したり、ローラ３が造形材料４を巻き上げ易くなって、造形エリア１に対する造形材料４の充填密度が低下したりすることを抑制できる。

本実施の形態では、制御部４０１は、２つの閾値（第１閾値および第２閾値）を用いて、ローラ３の表面が摩耗しているか否かを判断しているが、より多くの閾値を設定しておき、ローラ３の表面の摩耗の程度をより細かい段階（若しくは、無段階）に分けて判断し、その摩耗の程度に応じて、ローラ３の回転速度を制御しても良い。

第１～４の実施の形態にかかる立体造形装置１００，２００，３００，４００により立体造形物の造形に用いる造形材料４には、液状の光硬化性樹脂、固定粉末状のポリマー、金属、セラミックス、カーボン、木材等が用いられる。造形材料４として用いられる粉末材料は、その粒径が小さいものほど、凝集を起こしやすく、かつ、ローラ３へ付着し易いため、本実施の形態にかかる立体造形装置１００，２００，３００，４００は有効である。

造形を通して静電気や未乾燥インク等によってローラに粉の凝集物等の付着物が付着することがあるが、ローラの付着物は、リコートの際にローラの移動に伴って粉面に転写されてしまい、粉面に凹凸を作り平坦性を損なう原因となる。そのため、立体造形装置においてローラの付着物を除去する方法として、ローラに対してクリーニングブレード等のクリーニング部材を常時当接する。

しかしながら、ローラにクリーニング部材を常時当接させるクリーニング方法では、クリーニング部材がローラの表面に対し摺動し続けるために経時的にクリーニング部材やローラの摩耗が進み、やがて粉のすり抜けやクリーニング部材からの粉落下のようなクリーニング不良や、摩耗によるローラの表面粗さの低下を招くという課題がある。具体的には、クリーニング不良の一例である粉のすり抜けは、付着物の転写による粉面の荒れにつながり、これが硬化されて造形物の形状異常や精度低下を招く。また、クリーニング不良の一例であるクリーニング部材からの粉落下は、粉面上に凸部を形成するため、これが硬化されて造形物の形状異常や、ヘッドの衝突を引き起こす。

また、ローラの表面粗さ低下は、粉を均一に押し固める機能が損なわれるために粉の充填密度の低下を招き、これが造形物の密度や強度の低下を招くことが知られている。ローラの表面粗さを保つため、ローラの表面の研磨やめっき処理、コーティング処理が一般的に行われているが、これらの処理を実施してもクリーニング部材をローラに当接させることで、ローラの摩耗速度は大きく促進してしまう。

また、今までのクリーニング方法では、クリーニング後のローラの状態を検知しておらず、正しくクリーニングがされているのか確認する手段がなかった。例えば、粉のすり抜けなどで正しくクリーニングできていない場合でも造形を継続してしまい、粉面荒れを引き起こす、という課題がある。

本実施の形態によれば、ローラ３の表面状態を検出し、その検出結果に基づいてクリーニングが必要と判断した場合にクリーニング動作を行うことにより、ローラ３の摩耗を抑制可能な立体造形装置１００，２００，３００，４００、および立体造形方法を提供できる。

１ 造形エリア
２ 造形ステージ
３ ローラ
４ 造形材料
５ 硬化材料
６ 計測カメラ
７ クリーニングブレード
８ 表面電位計
９ イオナイザ
１０ 第１計測カメラ
１１ 第２計測カメラ
１２ 表面粗さ計
１００，２００，３００，４００ 立体造形装置
１０１，２０１，３０１，４０１ 制御部

特開２００９－２５８３７８号公報

Claims (7)

1. ローラの表面状態を検出する検出部と、
   前記ローラの表面を清掃するクリーニング部材と、
   前記検出部による前記ローラの表面状態の検出結果に基づいて、前記ローラまたは前記クリーニング部材を制御して、前記ローラの表面に付着した物質を除去する制御部と、
   を備える立体造形装置。
2. 前記立体造形装置は、造形材料が粉末である、請求項１に記載の立体造形装置。
3. 前記検出部は、前記ローラの表面の２Ｄ画像または３Ｄ画像を、前記ローラの表面状態として検出する、請求項１または２に記載の立体造形装置。
4. 前記検出部は、前記ローラの表面の電位または抵抗値を、前記ローラの表面状態として検出する、請求項１または２に記載の立体造形装置。
5. 前記制御部は、さらに、前記ローラの表面状態の検出結果に基づいて、造形材料を用いた立体造形物の造形を中断する、請求項２から４のいずれか一に記載の立体造形装置。
6. 前記制御部は、前記ローラの表面状態の検出結果に基づいて、前記ローラの駆動条件を変更して、前記ローラの表面に付着した物質を除去する、請求項１から５のいずれか一に記載の立体造形装置。
7. 立体造形装置で実行される立体造形方法であって、
   ローラの表面状態を検出する工程と、
   クリーニング部材により、前記ローラの表面を清掃する工程と、
   前記ローラの表面状態の検出結果に基づいて、前記ローラまたは前記クリーニング部材を制御して、前記ローラの表面に付着した物質を除去する工程と、
   を含む立体造形方法。

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