專利名稱：立體造形方法及立體造形裝置以及片材的加工方法及片材加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及層疊片材而生成三維形狀的立體模型的立體造形方法及 立體造形裝置，以及用于將片材加工為立體模型等各種形狀的片材的加工 方法及片材加工裝置。
背景技術(shù)：
作為三維形狀的立體模型的立體造形方法，提出過如下方法，g卩，利
用激光使uv (紫外線)硬化樹脂按立體模型的截面形狀硬化并形成層疊
模型的各層的光造形法、利用激光使粉末材料熔融固化并形成層疊模型的 各層的粉末燒結(jié)法、加熱熱塑性材料將其從噴嘴擠出并堆積而形成層疊模 型的各層的熔融物堆積法、通過將紙等片材切割為模型的截面形狀并層疊 來形成層疊模型的片層疊法等。
在上述方法中，光造形法、粉末燒結(jié)法、熔融物堆積法需要具備激光 照射裝置和樹脂槽、清洗成形件的表面的設(shè)備或熔融樹脂供給設(shè)備等大型 且昂貴的裝置。另外，由于使用特殊的材料還需要進(jìn)行施設(shè)內(nèi)的換氣。并 且，為了應(yīng)對裝置負(fù)荷和動作時的振動等，有需要加強(qiáng)地面等情況。從而， 難以在通常的辦公區(qū)設(shè)置上述方法中使用的裝置和設(shè)備。另外，這些方法 中為使樹脂材料等硬化需要較長時間，使得造形也需要較長時間。對此， 由于片層疊法以普通的材料即紙等作為材料來使用，所以能夠利用比上述 各方法簡便且小型的裝置生成立體模型。
在專利文獻(xiàn)1中記載有作為利用片層疊法進(jìn)行立體造形的裝置的例 子。專利文獻(xiàn)1的片層疊造形裝置將從輥抽出的涂敷了粘接劑的連續(xù)片材 輸送到工作臺上的規(guī)定位置并截斷，利用加壓加熱板將截斷后的片材擠壓
在工作臺側(cè)并加熱使其與下層粘接。然后，利用XY繪圖機(jī)使刀具沿期望 的輪廓形狀動作，將粘接完成的片切下為立體模型的截面形狀，并且，將 位于截面形狀輪廓外側(cè)的片材的不需要部分以格子狀切斷。專利文獻(xiàn)1的
6片層疊造形裝置將上述動作重復(fù)片層疊數(shù)次，最后，通過去除以塊狀切下 的片材的不要部分，將片層疊體形成為所需的立體形狀。
專利文獻(xiàn)1日本特開2001-301060號公報。
但是，基于專利文獻(xiàn)1所述的片層疊法的立體造形裝置使用用于將片 層疊體的各層沿立體模型的截面形狀的輪廓切下的切割刃，在操作裝置時 需要加以注意。另外，需要一邊改變切割刃的方向一邊進(jìn)行掃描，在進(jìn)行 精密的裁割時耗費(fèi)時間。另外，為了粘接各層的片材，需要預(yù)先準(zhǔn)備涂敷 了粘接劑的片材。進(jìn)而，片材的不要部分也粘接有粘接劑，因此使得浪費(fèi) 的粘接劑的消耗量變多。
另外，在專利文獻(xiàn)l的立體造形裝置中，為了進(jìn)行彩色的立體造形預(yù) 先在片材上著色或在造形后進(jìn)行著色工序。由此，另行需要用于著色的設(shè) 備等，增加了在其他設(shè)備進(jìn)行的工序，從而使得至彩色立體模型完成為止 耗費(fèi)時間。另外，造形后進(jìn)行著色的方法不易向彩色立體模型的內(nèi)部進(jìn)行 著色。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供能夠利用安全且簡單結(jié)構(gòu)的裝置，在短時 間生成精密形狀的立體模型的立體造形方法及立體造形裝置。
另外，本發(fā)明的目的在于提供能夠在短時間完成迸行了對立體模型的 內(nèi)部著色和精密著色的彩色立體模型的立體造形方法及立體造形裝置。
.為了實(shí)現(xiàn)上述目的及其他目的，本發(fā)明的立體造形方法，其層疊片材 而形成立體模型，其中，包括
在本發(fā)明中，通過層疊片材，使從液滴噴出頭噴出的片材溶解液沿立 體模型的截面形狀的輪廓線浸透于片材，從而能夠沿立體模型的輪廓線切 斷或分離所述片材。由此，能夠在不使用切割刃等刃物的情況下，安全且 迅速地進(jìn)行裁割作業(yè)。由此，能夠在短時間生成精密的立體模型。
在此，在本發(fā)明的立體造形方法中，優(yōu)選包括層疊片材，使用液滴噴 出頭向片材的所述立體模型的截面區(qū)域的至少一部分噴出所述片材溶解 液或粘接劑，使其能夠與在該噴出位置層疊的下一層的片材粘接的工序； 或者加熱所述片材的所述立體模型的截面區(qū)域的至少一部分，使其與下層的片材粘接的工序。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，不需要預(yù)先向片材涂敷粘接劑等。另外， 能夠削減立體造形中使用的設(shè)備，能夠利用小型且簡單結(jié)構(gòu)的裝置進(jìn)行立 體造形。進(jìn)而，由于可以不使各層的片材與其上下層的片材的整個面粘接, 僅粘接必要的部分，所以能夠節(jié)省粘接劑。
另外，在本發(fā)明的立體造形方法中，優(yōu)選包括層疊作為著色對象的片 材之后，使用在所述片材溶解液的噴出中使用的液滴噴出頭或者獨(dú)立的液 滴噴出頭噴出著色用溶液的工序。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于能夠一邊層疊片材， 一邊進(jìn)行著色，因此不需要另行進(jìn)行著色工序。由此，能夠在短時間生成 完成著色的立體模型。另外，根據(jù)該方法，使得層疊后不易著色的立體模 型的外部表面以外的部分(內(nèi)部側(cè)的部分)的著色變得容易。另外，通過 使用液滴噴出頭，能夠進(jìn)行純色的著色及細(xì)微圖案的著色。進(jìn)而，能夠?qū)?裁割、著色、粘接僅利用任一個或多個液滴噴出頭來進(jìn)行，因此，能夠削 減必要的設(shè)備，能夠使裝置簡化及小型化。
進(jìn)而，在本發(fā)明的立體造形方法中，優(yōu)選將沿所述輪廓線噴出的所述 片材溶解液或所述著色用溶液的噴出量設(shè)定為浸透直至大致穿過所述片 材的深度的量。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，使溶液沿輪廓線浸透片材的端面部分整體即 可，因此，不會浪費(fèi)溶液。
在本發(fā)明的立體造形方法中，也可以在噴出所述片材溶解液的工序之 前，包括使用液滴噴出頭沿所述輪廓線噴出前處理液的工序，在噴出所述 片材溶解液的工序中，向所述片材中的所述前處理液浸透了的區(qū)域和沒有 浸透的區(qū)域的邊界附近噴出所述片材溶解液。如上所述，通過沿輪廓線預(yù) 先使具有不使片材溶解液浸透的性質(zhì)和不會混入片材溶解液的性質(zhì)的前 處理液浸透，能夠使片材溶解液不會向該浸透部分?jǐn)U散地溶解片材。由此， 能夠沿輪廓線進(jìn)行鋒利的切斷加工，能夠進(jìn)行更加精密的立體造形。
在本發(fā)明的立體造形方法中，也可以包括層疊全部的層之后，去除所 述片材的不要部分的工序。如此，沿著片材的輪廓線的部分被片材溶解液 溶解，變得能夠分離，因此，若最后一起去除不要部分，則能夠縮短立體 造形所需的時間。另外，本發(fā)明中僅粘接片材必要部分沒有粘接不要部分， 因此，最后一起將片材的不要部分?jǐn)嚅_并剝下的操作變得容易。
在本發(fā)明的立體造形方法中，作為所述片材可以使用含有水溶性粘合劑及造紙用纖維件的材料，作為所述片材溶解液可以使用水或水溶性溶 液。.根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在不使用化學(xué)藥品的情況下，可以通過操作容易且安全 的水來溶解片材。另外，如果使用噴出著色的水溶性溶液的印刷用的液滴 噴出頭，則可以兼用作片材溶解液的水的噴出和著色的水溶性溶液的噴 出?？梢詫⒒谒苄匀芤旱闹突谒那袛嗉庸び猛灰旱螄姵鲱^ 進(jìn)行。
還有，本發(fā)明的立體造形裝置的特征在于，具有 液滴噴出頭；
向與該液滴噴出頭對置的噴出位置輸送并層疊片材的片材輸送機(jī)構(gòu)； 根據(jù)立體模型的形狀數(shù)據(jù)進(jìn)行控制的控制部，
所述控制部根據(jù)所述形狀數(shù)據(jù)控制所述液滴噴出頭及所述片材輸送 機(jī)構(gòu)，從而通過上述立體造形方法形成所述立體模型。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠利用控制部根據(jù)立體模型的形狀數(shù)據(jù)通過自動控制 使液滴噴出頭動作，對層疊的片材，按立體模型的輪廓線的形狀噴出片材 溶解液體，從而能夠沿輪廓線切斷片材。由此，能夠在短時間安全地生成 精密的立體模型。
在此，在本發(fā)明的立體造形裝置中，優(yōu)選具有
噴出著色用溶液的液滴噴出頭，
該液滴噴出頭為與噴出所述片材溶解液的液滴噴出頭同一個或者獨(dú) 立的液滴噴出頭，
所述控制部根據(jù)所述立體模型的著色數(shù)據(jù)對所述液滴噴出頭進(jìn)行控 制，從而向作為著色對象的層的片材的著色部位噴出所述著色用溶液。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠利用控制部根據(jù)著色數(shù)據(jù)通過自動控制使液滴噴出 頭動作，從而能夠一邊層疊片材一邊進(jìn)行著色。由此，能夠在短時間生成 被著色的立體模型。另外，生成后的不易著色的立體模型的外部表面以外 的部分(內(nèi)部層的部分)著色也變得容易。另外，通過使用液滴噴出頭能 夠進(jìn)行純色的著色及細(xì)微圖案的著色。進(jìn)而，由于可以將裁割、著色、粘 接利用任一個或多個液滴噴出頭進(jìn)行，因此，能夠削減必要的設(shè)備，使裝 置的簡化及小型化成為可能。
接著，為了實(shí)現(xiàn)上述目的及其他目的，本發(fā)明的立體造形方法，其層疊片材而形成立體模型，其中，包括
層疊所述片材，使用液滴噴出頭向所述片材中的所述立體模型的截面 區(qū)域噴出片材不溶化液的工序；
在層疊了所有層的所述片材之后，利用片材溶解液溶解所述片材中沒 有被所述片材不溶化液不溶化的部分的工序。
在本發(fā)明中，通過從液滴噴出頭噴出片材不溶化液，使各層的片材中 的立體模型的截面區(qū)域的部分相對于片材溶融液不溶化。并且，在層疊體 完成后，溶解并除去沒有被不溶化的片材的不要部分。在上述方法中，不 需要將各層裁割為立體模型的截面形狀，因此，能夠在短時間生成立體模 型。另外，不需要基于切割刃等刃物的裁割機(jī)構(gòu)，因此，能夠用安全且簡 單構(gòu)成的裝置進(jìn)行立體造形。另外，通過使用液滴噴出頭，能夠在短時間 向精密的圖案噴出片材不溶化液，因此，能夠在短時間生成精密的立體模 型。另外，能夠通過片材不溶化液生成具有耐水性的立體模型。
在此，在本發(fā)明的立體造形方法中，利用被著色的所述片材不溶化液， 能夠?qū)ψ鳛橹珜ο蟮膶拥钠闹械乃隽Ⅲw模型的截面部分進(jìn)行著色。 從而，通過使用著色為期望的顏色的溶液作為片材不溶化液，能夠在同一 工序進(jìn)行不溶化工序和著色工序。由此，能夠在短時間生成彩色立體模型。 另外，通過使用液滴噴出頭，能夠進(jìn)行細(xì)微的圖案的著色，也能夠進(jìn)行純 色的著色。另外，由于一邊進(jìn)行層疊一邊著色，因此也能夠?qū)盈B體完成 后不易著色的內(nèi)部層著色。
另外，在本發(fā)明的立體造形方法中，作為所述片材使用含有水溶性粘 合劑及造紙用纖維件的材料，作為所述片材溶解液可以使用水。另外，作 為所述片材不溶化液，可以使用利用熱或紫外線等固化的固化型溶液。根 據(jù)該結(jié)構(gòu)，在對使片材的不要部分溶解的處理中不使用化學(xué)藥品等情況 下，能夠利用基于水的清洗或向水的浸漬等進(jìn)行，因此，能夠容易且安全 的進(jìn)行不要部分的除去作業(yè)。
在本發(fā)明的立體造形方法中，將所述立體模型形成為具有與外部連通 的中空部的形狀，能夠使該中空部以殘留在內(nèi)部的不要部分在保持其形狀 的情況下不能抽出的形狀形成。在本發(fā)明中，不能夠抽出的不要部分的片 材也通過溶解而除去，因此，具有這種形狀的中空部的立體模型也能夠最后整理而除去片材的不要部分。由此，能夠在短時間容易地生成復(fù)雜形狀 的立體模型。
在本發(fā)明的立體造形方法中，優(yōu)選包括層疊片材，使用液滴噴出頭 向各層的片材中的所述立體模型的截面區(qū)域的至少一部分噴出所述片材 溶解液或粘接劑，使其能夠與層疊在該噴出位置上的上層的片材粘接的工 序；或者從上部加熱并擠壓各層的片材中的所述立體模型的截面區(qū)域的至 少一部分，使其與下層的片材粘接的工序。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，不需要預(yù)先向片 材涂敷粘接劑等。另外，不需要熱敏頭等熱壓接機(jī)構(gòu)，因此，能夠削減立 體造形中使用的設(shè)備，從而能夠用小型且簡單結(jié)構(gòu)的裝置進(jìn)行立體造形。
還有，本發(fā)明的立體造形裝置的特征在于，具有
液滴噴出頭；
向與該液滴噴出頭對置的噴出位置輸送并層疊片材的片材輸送機(jī)構(gòu)；
供給或貯留片材溶解液的片材溶解機(jī)構(gòu)；
根據(jù)立體模型的形狀數(shù)據(jù)進(jìn)行控制的控制部，
該控制部根據(jù)所述形狀數(shù)據(jù)控制所述液滴噴出頭及所述片材輸送機(jī) 構(gòu)，從而利用上述的立體造形方法形成所述立體模型。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠利用控制部根據(jù)立體模型的形狀數(shù)據(jù)通過自動控制 使液滴噴出頭動作，從而能夠相對于層疊的片材，按立體模型的截面形狀 噴出片材不溶化液。并且，能夠在層疊體完成后，通過片材溶解液將沒有 噴出片材不溶化液而沒有被不溶化的片材的不要部分溶解而除去。由此， 能夠在短時間安全地生成精密的立體模型。
還有，為了實(shí)現(xiàn)上述目的及其他目的，本發(fā)明的片材的加工方法使用 液滴噴出頭，沿所述片材的切斷線或折彎線噴出使作為加工對象的片材溶 解或脆化的片材溶解液，利用所述噴出的片材溶解液的浸透，能夠沿所述 切斷線或所述折彎線切斷或折彎所述片材。
在本發(fā)明中，通過利用液滴噴出頭噴出片材溶解液，使噴出部分溶解 或脆化，而能夠切斷或折彎片材。從而，能夠在不使用刀具等刃物的情況 下，安全且迅速地迸行片材的切斷加工。另外，通過以局部地溶解片材的 方式噴出片材溶解液，能夠進(jìn)行現(xiàn)有的裁割裝置中不能實(shí)現(xiàn)的折痕加工。 另外，不需要設(shè)置使刀具等刃物相對于片材在XY方向上掃掠的機(jī)構(gòu)，能夠使用印刷裝置等中使用的液滴噴出頭進(jìn)行切斷或折痕加工，因此能夠比 現(xiàn)有簡單地構(gòu)成加工裝置。
在此，在本發(fā)明的片材的加工方法中，優(yōu)選使用所述液滴噴出頭，以 規(guī)定的時間間隔將所述片材溶解液向所述片材的大致同一位置的部分按 每次規(guī)定的噴出量噴出規(guī)定次數(shù)，將所述時間間隔、所述噴出量及噴出次 數(shù)設(shè)定為使所述片材溶解液向所述片材的面方向及/或厚度方向的浸透范 圍成為預(yù)先設(shè)定的范圍。當(dāng)一次向同一位置噴出大量片材溶解液時，其浸 透范圍容易向片材的面方向擴(kuò)寬，從而不能向厚度方向浸透而形成鋒利的 切斷線和折痕。但是，通過以規(guī)定的間隔將片材溶解液分為微量噴出多次， 能夠抑制片材溶解液向面方向擴(kuò)散，而使其向厚度方向浸透。并且，通過 適當(dāng)?shù)乜刂破娜芙庖旱膰姵隽?、時間間隔、噴出次數(shù)等，能夠?qū)⑵娜?解液浸透至期望的狀態(tài)。由此，能夠做出鋒利的切斷線和折痕，從而能夠 進(jìn)行精密的切斷加工和折痕加工。
另外，在本發(fā)明的片材的加工方法中，也可以在噴出所述片材溶解液 的工序之前，包括使用液滴噴出頭沿所述切斷線或所述折彎線噴出前處理 液的工序，在噴出所述片材溶解液的工序中，可以在所述片材中的所述前 處理液浸透了的區(qū)域和沒有浸透的區(qū)域的邊界附件噴出所述片材溶解液。 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過使具有不會使片材溶解液浸透的性質(zhì)和不會混有片材溶 解液的性質(zhì)的前處理液預(yù)先沿切斷線或折彎線浸透，能夠使片材溶解液不 會向該浸透部分?jǐn)U散，而溶解片材。由此，通過沿前處理液浸透了的部分 和沒有浸透的部分的邊界噴出片材溶解液，能夠?qū)崿F(xiàn)更鋒利的切斷線和折 痕，能夠進(jìn)行更精密的切斷加工和折痕加工。另外，如果可以使噴出前處 理液用的液滴噴出頭與片材溶解液用的液滴噴出頭兼用，則能夠以簡單結(jié) 構(gòu)的裝置實(shí)現(xiàn)如上所述的片材的加工方法。
或者，在本發(fā)明的片材的加工方法中，可以向所述切斷線或所述折彎 線的兩側(cè)噴出所述前處理液，形成僅離開所述切斷線或所述折彎線的線寬 的間隔的平行的兩根線狀的前處理液浸透區(qū)域，向該兩根線狀的前處理液 浸透區(qū)域所夾著的所述前處理液沒有浸透的區(qū)域噴出所述片材溶解液。根 據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以將片材溶解液向面方向的擴(kuò)散范圍限定在將預(yù)先浸透了前 處理液的兩根線狀浸透區(qū)域之間的寬度窄的區(qū)域，因此能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)鋒利的切斷線和折痕線，從而能夠進(jìn)行更加精密的切斷加工和折痕加工。
在此，在本發(fā)明的片材的加工方法中，可以使用固化性墨液作為所述 前處理液，在噴出所述片材溶解液的工序之前，包括對所述片材中的所述 固化性墨液浸透的部分進(jìn)行固化處理而使所述固化性墨液固接的工序。根 據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于能夠通過固化性溶液使與片材溶解液浸透的部分的邊界部 分固化，所以使切斷后的片材的邊緣部分保持為鋒利的形狀，使該邊緣部 分不易變散。特別是，當(dāng)將固化性溶液浸透至兩根線狀區(qū)域而使這些浸透 部分硬化并固化時，可以將沒有被片材溶解液溶解的片材中紙漿纖維等在 切斷時較短地切碎，因此，不會有紙漿纖維等從切斷后的片材的端面較長 地鼓出，不會成為起毛的狀態(tài)。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)更加鋒利的切斷部，進(jìn)而 能夠進(jìn)行精密的加工。
或者，在本發(fā)明的片材的加工方法中，作為所述片材可以使用含有水 溶性粘合劑及纖維材料的堿性的材料，作為所述片材溶解液可以使用水， 作為所述前處理液可以使用用于使所述堿性水溶紙不溶化的酸性水溶液。 如果可以使用水作為片材溶解液，則噴出水溶性墨液的印刷用的液滴噴出 頭可以兼用于水的噴出，因此，可以將基于水溶性墨液的印刷和基于水的 噴出的切斷加工或折痕加工用一個液滴噴出頭進(jìn)行。另外，如果可以利用 酸性水溶液使前處理部分不溶化，則能夠可靠地防止前處理部分的溶解。 由此，能夠進(jìn)行精密的加工。
另外，在本發(fā)明的片材的加工方法中，通過使所述片材反轉(zhuǎn)，能夠沿 所述切斷線分別從所述片材的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)葒姵鏊銎娜芙庖骸８鶕?jù) 該結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒑竦钠木艿厍袛唷?br> , 在本發(fā)明的片材的加工方法中，可以沿所述切斷線使所述片材溶解液 浸透至沒有穿過所述片材的深度而形成連續(xù)的線狀的浸透區(qū)域之后，從該 線狀的浸透區(qū)域上進(jìn)一步噴出所述片材溶解液，以規(guī)定的間距沿所述切斷 線形成浸透至大致穿過該噴出位置的片材的深度的浸透區(qū)域。根據(jù)該結(jié) 構(gòu)，可以將切斷線形成為孔眼狀。
在本發(fā)明的片材的加工方法中，包括使用噴出所述片材溶解液的所述 液滴噴出頭或者獨(dú)立的液滴噴出頭進(jìn)行向所述片材的印刷的工序，使該印 刷工序在噴出所述片材溶解液的工序之前、或者與噴出所述片材溶解液的工序同時進(jìn)行。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠連續(xù)或同時進(jìn)行印刷和切斷加工或折痕 加工，因此，能夠省略片材的再安置和再定位等工序以及用于其的作物標(biāo) 志讀取等工序。由此，能夠在短時間完成印刷和切斷加工或者折痕加工。 還有，本發(fā)明的片材加工裝置的特征在于，具有
液滴噴出頭；
能夠?qū)⑺銎南蚺c該液滴噴出頭對置的噴出位置輸送的片材輸送 機(jī)構(gòu)；
輸入有包括所述片材的切斷線或折彎線的加工數(shù)據(jù)的控制部，
該控制部根據(jù)所述加工數(shù)據(jù)控制所述液滴噴出頭及所述片材輸送機(jī) 構(gòu)，從而利用上述的片材的加工方法能夠切斷或折彎所述片材。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠利用控制部根據(jù)包括切斷線或折彎線的加工數(shù)據(jù)通 過自動控制使液滴噴出頭動作，按加工數(shù)據(jù)的形狀噴出片材溶解液體，從 而能夠按加工數(shù)據(jù)的形狀切斷或折彎片材。由此，能夠在短時間進(jìn)行安全 且精密的加工。
在此，在本發(fā)明的片材加工裝置中，優(yōu)選具有
噴出印刷用墨液的液滴噴出頭，
該液滴噴出頭為與噴出所述片材溶解液的液滴噴出頭同一個或獨(dú)立 的液滴噴出頭，
所述控制部根據(jù)印刷數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，
所述控制部通過根據(jù)該印刷數(shù)據(jù)對噴出所述印刷用墨液的液滴噴出 頭進(jìn)行控制，從而根據(jù)該印刷數(shù)據(jù)在噴出所述片材溶解液之前或同時進(jìn)行 向所述片材的印刷。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠在同一裝置進(jìn)行印刷和切斷或折痕加工，能夠使使 用的機(jī)構(gòu)共用。由此，能夠用少量設(shè)備進(jìn)行印刷及切斷加工或折痕加工。 另外，能夠省略片材的再置位和再定位等工序以及用于其的作物標(biāo)志讀取 等工序。從而，能夠在短時間完成印刷及切斷加工或折痕加工。


圖1是適用本發(fā)明的第一實(shí)施方式的立體造形裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。 圖2A是片材的層疊體中的各層的俯視圖。圖2B是圖2A的層疊體的剖視圖。
圖3A至圖3F是片材的層疊工序的說明圖。
圖4A至圖4D是基于水的噴出控制的精密加工方法的說明圖。
圖5A至圖5C是基于前處理的精密加工方法的說明圖。
圖6A是噴出了前處理液之后噴出水的層疊體的各層的俯視圖。
圖6B是圖6A的層疊體的剖視圖。
圖7A至圖7C是基于前處理的精密加工方法的說明圖。
圖8A至圖8D是基于熱固化型溶液的精密加工方法的說明圖。
圖9A至圖9D是基于熱固化型溶液的精密加工方法的說明圖。
圖IOA至圖10D是包括著色工序的片材的層疊工序的說明圖。
圖IIA是著色至內(nèi)部的層疊體的各層的俯視圖。
圖IIB是圖UA的層疊體的剖視圖。
圖12是適用本發(fā)明的第二實(shí)施方式的立體造形裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。 圖13A是片材的層疊體中的各層的俯視圖。 圖13B是圖13A的層疊體的剖視圖。
圖14A至圖14E是第二實(shí)施方式的立體造形方法的說明圖。
圖15是用于生成具有中空部的立體模型的層疊體的剖視圖。
圖16是適用本發(fā)明的第三實(shí)施方式的片材加工裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖17A是片材的俯視圖。
圖17B是圖17A的片材的剖視圖(圖17A的X—X剖視圖)。 圖18A至圖18D是形成孔眼狀的切斷部的工序的說明圖。 圖19A是進(jìn)行折痕加工的片材的俯視圖。 圖19B是圖19A的片材的剖視圖(圖19B的Y—Y剖視圖)。 圖20A至圖20D是較厚的片材的切斷方法的說明圖。
具體實(shí)施例方式
(第一實(shí)施方式)
以下，參照圖1 圖11，說明本發(fā)明適用的第一實(shí)施方式的立體造形 裝置及立體造形方法。 (片材)第一實(shí)施方式的立體造形裝置是用于利用片層疊法成形立體模型的
裝置。構(gòu)成層疊材料的片材s是在木材紙漿纖維等造紙用纖維件添加水溶 性粘合劑利用抄紙等造紙方法成形為片狀的特殊紙。該片材s是利用成形
后通過堿性處理等方法賦予了容易被水溶解的性質(zhì)的水溶紙，具有由片層 疊法進(jìn)行的立體成形所適合的厚度及強(qiáng)度。
若更詳細(xì)說明，則片材s通過使浸透了水的部分的水溶性粘合劑溶解
而解除紙漿纖維間的氫鍵，水浸透的部分僅剩有成為分散的紙漿纖維，成
為脆化的狀態(tài)。從而，通過從片材s上以線狀滴下(噴出)水從而形成線 狀的水浸透部分，使該浸透部分穿過片材s的背側(cè)，從而能夠?qū)⒃摻覆?br> 分作為切斷線來切斷片材。
此夕卜，作為片材S，可以使用將水溶性的淀粉、凝膠、PVA (polyvinyl alcohol聚乙烯醇)等將水溶性樹脂成形為薄膜狀物品。另外，可以使用 能夠適當(dāng)?shù)卦O(shè)定溶解溫度的水溶性樹脂。在該情況下，能夠通過使控制為 溶解溫度的水滴下，從而使片材上被水滴下的部分成為能夠切斷的狀態(tài)。 (立體造形裝置)
圖1是第一實(shí)施方式的立體造形裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。立體造形裝置1 具備設(shè)置在裝置框架la內(nèi)的可升降的層疊臺2;保持以輥紙狀巻繞的一 定寬度的帶狀的片材S并使之能夠轉(zhuǎn)動的供紙部3;將從供紙部3抽出的 片材S沿片材輸送路徑4送出，并輸送到層疊臺2上的層疊位置的輸送機(jī) 構(gòu)5;通過輸送機(jī)構(gòu)5將定位在層疊臺2上的片材S切斷為規(guī)定長度的切
斷機(jī)構(gòu)6;在層疊臺2上朝向噴嘴面配置的液滴噴出頭7;搭載液滴噴出 頭7的頭部滑架8;頭部滑架8的驅(qū)動機(jī)構(gòu)9;控制上述各機(jī)構(gòu)的控制部 10等。
另外，立體造形裝置1具備用于安裝盒11的盒安裝部12，所述盒11
收容將各種溶液和水或粘接劑等封入的多個液體包。當(dāng)盒11安裝于盒安
裝部12時，在盒安裝部12側(cè)設(shè)置的供給針與盒11內(nèi)的液體包的供給口 插入連接。供給針與從液滴噴出頭7延伸的供給流路連接，從而，液體包 內(nèi)的各液體供給于液滴噴出頭7的噴嘴。
層疊臺2具備水平的層疊面2a，通過未圖示的升降機(jī)構(gòu)使層疊面2a 上下運(yùn)動，從而能夠調(diào)整層疊面2a的高度。升降機(jī)構(gòu)優(yōu)選由利用電動機(jī)驅(qū)動的齒輪齒條副構(gòu)成，利用回轉(zhuǎn)式編碼器和位置檢測傳感器等調(diào)整層疊
臺2的高度使其升降。層疊面2a形成為以符合生成的立體模型的平面形 狀而切斷的矩形等片材S重疊并能夠?qū)盈B的大小，在該層疊面2a上設(shè)定 片材S的層疊位置。
輸送機(jī)構(gòu)5具備在片材輸送路徑4上的規(guī)定位置把持從供給部3送出 的片材S，通過送紙電動機(jī)將該送紙輥對5a同步地向正反方向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動， 從而沿片材輸送路徑4向前進(jìn)方向或后退方向輸送片材S。
切斷機(jī)構(gòu)6是具備可動刃及固定刃的剪刀式機(jī)構(gòu)。切斷機(jī)構(gòu)6使可動 刃朝向利用輸送機(jī)構(gòu)5定位在層疊面2a上的層疊位置的片材S動作，將 該片材S從其前端以規(guī)定長度的位置沿寬度方向切斷。此外，切斷機(jī)構(gòu)6 并不限定于剪刀式，也可以使用其他的機(jī)構(gòu)。例如，能夠利用后述的切斷 機(jī)構(gòu)9將液滴噴出頭7移動至由切斷機(jī)構(gòu)6進(jìn)行的切斷位置，可以在切斷 位置滴下水而切斷片材S。
驅(qū)動機(jī)構(gòu)9具備能夠使搭載液滴噴出頭7的頭部滑架8在水平面內(nèi)自 由移動的XY繪圖機(jī)構(gòu)。由此，能夠沿任意的路徑使液滴噴出頭7在層疊 臺2上動作，從液滴噴出頭7的噴嘴向?qū)盈B臺2上的任意位置滴下墨液、 水溶液、水等各種液體。
從主計算機(jī)等外部裝置13向立體造形裝置1的控制部IO輸入生成的 立體模型M的形狀數(shù)據(jù)和表示其著色部位及著色圖案的著色數(shù)據(jù)。另外， 輸入片材S的厚度、尺寸和材質(zhì)等數(shù)據(jù)。此外，片材S的厚度和尺寸可以 通過由立體造形裝置1內(nèi)的傳感器檢測而獲取?？刂撇?0根據(jù)這些形狀 數(shù)據(jù)和著色數(shù)據(jù)等經(jīng)由頭驅(qū)動器來驅(qū)動控制液滴噴出頭7,從而可以從液 滴噴出頭7的噴嘴滴下在形狀數(shù)據(jù)和著色數(shù)據(jù)中指示的種類的液體。
控制部10通過電動機(jī)驅(qū)動器來驅(qū)動控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)9的X軸電動機(jī)及 Y軸電動機(jī)、輸送機(jī)構(gòu)5的送紙電動機(jī)或切斷機(jī)構(gòu)6的切割電動機(jī)等。另 外，控制部10沿片材輸送路徑4或利用在層疊臺2設(shè)置的傳感器等的輸 出，能夠把握輸送中的片材S的前端位置等。由此，能夠?qū)⑵腟正確地 定位并層疊在層疊面2a上的層疊位置。另外，利用切斷機(jī)構(gòu)6將片材S 切斷為由形狀數(shù)據(jù)指示的尺寸并層疊。另外，能夠在各層的片材S上指定 的位置定位液滴噴出頭7的噴嘴。另外，控制部10通過電動機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動控制作為層疊臺2的升降機(jī) 構(gòu)的驅(qū)動源的電動機(jī)，從而每次在層疊臺2層疊片材S，根據(jù)層疊的片材 S的厚度使層疊面2a下降。或者，也可以利用傳感器等檢測片材S的層疊 體的最上表面的位置，以將最上表面的位置定位在規(guī)定的高度的方式使層 疊面2a下降。由此，能夠使最上層的片材S和液滴噴出頭7的噴嘴的距 離保持在一定，從而能夠?qū)盈B在最上層的片材S正確地進(jìn)行由液滴噴出 頭7進(jìn)行的墨液等的滴下。
如上所述，立體造形裝置1的控制部10在層疊臺2上進(jìn)行加工工序 時，能夠使層疊臺2上下運(yùn)動，將片材S的層疊體各層定位在與加工內(nèi)容 對應(yīng)的高度。此外，如上所述，也可以構(gòu)成為利用熱壓接進(jìn)行片之間的粘 接，向片材S的期望部分追加能夠加熱的熱敏頭14 (參照圖8B、圖9B、 圖10B)。
(立體造形方法)
接著，說明基于上述結(jié)構(gòu)的立體造形裝置1的立體造形方法。圖2A 是片材的層疊體中的各層的俯視圖，圖2B是片材的層疊體的剖視圖，圖 3A 圖3F是片材的層疊工序的說明圖。此外，在圖2B中，簡化片材S 的層疊體SO的層疊數(shù)并設(shè)為三層。另外，圖2B所示的輪廓線L1 L3是 層疊體S0的各層的高度中的立體模型M的輪廓線。
首先，在外部裝置13中，使用CAD程序等生成立體模型M的三維 形狀數(shù)據(jù)，向立體造形裝置1輸出。另外，從外部裝置13將作為造形材 料的片材S的厚度t和紙寬等各種信息輸出給立體造形裝置1。立體造形 裝置1的控制部10根據(jù)從外部裝置13輸入的三維形狀數(shù)據(jù)解析立體模型 M的三維形狀之后，對該三維形狀以將片材S的厚度t作為一層的高度在 高度方向上切片并分割為各截面。并且，對切開的各層，將該三維形狀的 輪廓線即立體模型M的輪廓線L的形狀展開成圖像數(shù)據(jù)并存儲于緩沖器。 此外，可以在外部裝置13側(cè)生成將立體模型M以厚度t切片的各層的輪 廓線L的形狀數(shù)據(jù)，向立體造形裝置l輸出。
接著，控制部10將第一層(最下層)的片材層疊在層疊臺2的層疊 面2a上。如圖3A所示，控制部10控制輸送機(jī)構(gòu)5，將從供紙部3抽出 的片材S輸送到層疊面2a上并定位在層疊位置之后，利用切斷機(jī)構(gòu)6切斷為規(guī)定的尺寸，并形成矩形的切割片，成為載置于層疊面2a上的狀態(tài)。 此外，在將預(yù)先切割成一定規(guī)格的切割片狀的片材S安置于供紙部3時， 能夠省略切斷工序及切斷機(jī)構(gòu)6。
如圖3B所示，根據(jù)第一層的片材S1中的立體模型的輪廓線L1的形 狀使液滴噴出頭7在層疊臺2上沿水平方向動作，從液滴噴出頭7的水滴 下用噴嘴沿輪廓線L1向第一層的片材S1上滴下作為片材溶解液的水。由 此，沿輪廓線L1形成水浸透部分B1。此時，以使水的浸透部分B1大致 穿過片材S的方式控制各位置的水的滴下量。
接著，如圖3C所示，控制部10從液滴噴出頭的粘接劑滴下用的噴嘴 向由輪廓線Ll圍成的立體模型M的截面區(qū)域Ml上的規(guī)定位置滴下片材 粘接用的粘接劑?；蛘?，代替粘接劑，滴下極其微量的水，使滴下位置的 片材S的表面稍微溶解。
在第一層的層疊作業(yè)完成之后，控制部IO控制層疊臺2的升降機(jī)構(gòu)， 使層疊面2a下降片材S的厚度t。接著，控制部10向第一層的片材Sl上 層疊第二層的片材S2。即，如圖3D所示，與第一層時相同地，控制輸送 機(jī)構(gòu)5將片材S定位在第一層的片材Sl上之后，通過切斷機(jī)構(gòu)6在與第 一層同一位置切斷片材S。由此，成為將與第一層同一形狀的切割片層疊 在第一層上的狀態(tài)。第二層片材S2利用在第一層片材Sl的規(guī)定位置滴下 的粘接劑與第一層局部地粘接?；蛘?，通過與片材Sl的被水溶解的溶解 部分的溶接，而與第一層局部地粘接。
接著，如圖3E所示，根據(jù)第二層的片材S2中的立體模型M的輪廓 線L2的形狀移動液滴噴出頭7，使水沿輪廓線L2滴下，沿輪廓線L2在 第二層的片材S2形成水的浸透部分B2。浸透部分B2與浸透部分Bl相同 地形成為大致穿過片材S2。然后，如圖3F所示，向輪廓線L2所圍成的 第二層的立體模型M的截面區(qū)域M2上的規(guī)定位置滴下粘接劑或微量的 水。
第三層片材S3與第二層的情況完全相同地層疊并粘接于第二層上之 后，使水沿第三層的片材S3的立體模型M的輪廓線L3滴下到片材S3上 形成水的浸透部分B3。當(dāng)?shù)谌龑訛槠腟3的層疊體的最上層時，至此層 疊體的形成結(jié)束，但是，進(jìn)而層疊多層時，按層疊數(shù)重復(fù)以下三個工序即
19可，即，使滴下粘接劑或水的工序、進(jìn)行片材s的層疊和切斷的工序、使
水沿輪廓線L滴下的工序。
根據(jù)以上工序，各層的片材S可以在各自輪廓線L的位置切斷，并且， 各層的片材S與上下的層的片材粘接形成被一體化的片材S的層疊體S0。 因此，從立體造形裝置1取出該層疊體S0之后，匯總不要部分的片材S 通過剝下等除去，從層疊體SO僅取出立體模型M的部分，從而能夠完成 立體模型M。此時，各層的片材S的不要部分彼此沒有粘接，因此能夠容 易地除去。由此，能夠容易地完成具有凹凸的輪廓形狀的立體模型。此外， 因不要部分零亂使得在除去作業(yè)時耗費(fèi)時間的情況下，也可以將不要部分 之間粘接而成某一程度的塊來除去。另外，若在滴下水時，向片材S的不 要部分適宜地滴下水，則能夠分割不要部分的片材S，使除去作業(yè)變得容 易。
在輪廓線L的位置切斷的片材S的端部并不是鋒利的切斷面，在水中 沒有溶解的紙漿纖維等較長的鼓出的部分成為起毛的狀態(tài)。因此，也可以 對除去不要部分的片材S之后的立體模型M的表面通過砂紙等實(shí)施研磨 處理使之平滑，并在其上涂敷涂覆劑進(jìn)行表面加強(qiáng)等的表面精加工。如此 進(jìn)行后，能夠抑制立體模型M的劣化，能夠生成具有耐水性的立體模型 M。
如上所述，在第一實(shí)施方式中，通過從液滴噴出頭7滴下水，能夠沿 各層的高度的立體模型M的輪廓線L切斷片材S。從而，能夠安全且迅速 地進(jìn)行各層的片材S的裁割作業(yè)，能夠在短時間生成精密的立體模型M。 另外，不需要將各層的片材S與其上下層的片材S的整個面粘接，僅粘接 必要部分，因此，能夠節(jié)約粘接劑。另外，不需要熱敏頭等熱壓接機(jī)構(gòu)， 因此，能夠削減立體造形中使用的設(shè)備，能夠簡化裝置的結(jié)構(gòu)使之小型化。 (精密加工方法)
在上述的立體造形方法中，作為沿各層的高度的輪廓線L裁割立體模 型M的各層的片材S的方法，使用通過水的滴下而能夠切斷的裁割方法。 在該裁割方法中，若水沿從輪廓線L的線寬擴(kuò)展的形狀擴(kuò)散并浸透，則切 斷后的片材S的邊緣部分成為欠缺水浸透的部分的形狀。從而，為了在輪 廓線L的位置精密地切斷各層的片材S，需要使水的浸透部分不會外伸到被輪廓線L所圍成的立體模型M的截面部分的內(nèi)側(cè)。以下，參照圖4 圖 9,說明用于沿輪廓線L等切斷線精密地裁割各層的片材S的精密加工方 法。.
(1)基于水的滴下控制的精密加工方法 浸透部分B的形狀可以通過由控制部10進(jìn)行的水的滴下位置和滴下 時刻以及滴下量的控制來調(diào)整。具體而言，將在輪廓線L上的各位置一次 滴下水的量設(shè)為極少量，以在規(guī)定時間以上的時間間隔進(jìn)行多次微量的滴 下的方式控制立體造形裝置1的各部分。圖4A 圖4D是基于水的滴下控 制的片材的精密加工方法的說明圖。首先，如圖4A所示，若滴下微量的 水，則如圖4B所示，最初滴下的水在片材S的面方向沒有很擴(kuò)展。并且， 從最初的水滴下經(jīng)過規(guī)定時間使最初的水浸透之后，如圖4C所示，使下 面的微量的水滴下。如圖4D所示，該水并沒有向片材S的面方向而是向 厚度方向浸透。
如上所述，若以規(guī)定時間間隔每次微量分為多次地滴下水，則最初滴 下的水浸透了的部分與沒有被滴下水的其他部分相比，成為水容易浸透的 狀態(tài)。從而，在該部分滴下的水沒有向面方向擴(kuò)寬，而是朝向底部并向片 材S的厚度方向浸透。由此，若將這種滴下方法對輪廓線L的整個部分來 進(jìn)行，則能夠形成輪廓線L的線寬沒有伸出的細(xì)的浸透部分B。由此，能 夠?qū)⑶袛嗪蟮钠腟的邊緣部分生成鋒利的形狀，能夠進(jìn)行精密的切斷加 工。此外，在圖4A 圖4D中，將滴下次數(shù)分為兩次，但是，在片材厚的 情況下進(jìn)一步增加滴下次數(shù)即可，若將一次滴下的液滴量設(shè)為更少量，則 能夠使浸透部分B更細(xì)。如此，能夠通過根據(jù)片材S的材質(zhì)、厚度等適當(dāng) 地設(shè)定一次滴下的液滴量和滴下次數(shù)以及時間間隔，從而能夠適當(dāng)調(diào)整浸 透部分B的形狀而進(jìn)行精密地裁割。 (2)基于前處理的精密加工方法
接著，說明限定水的浸透區(qū)域的精密加工方法。若在水的滴下位置附 近已經(jīng)有墨液等其他液體浸透，則滴下的水不易向其他液體浸透的部分?jǐn)U 散。利用該情況，進(jìn)行沿輪廓線L預(yù)先滴下其他液體(前處理液)并浸透 的前處理，然后，將水滴下到輪廓線L上，則能夠限定水的浸透范圍。
圖5A 圖5C是基于前處理的精密加工方法的說明圖。在該方法中，可以預(yù)先向一個液滴噴出頭7的噴嘴供給作為前處理液使用的著色用墨 液。并且，如圖5A所示，首先，沿輪廓線L將著色用墨液以線狀滴下， 將著色用墨液浸透至片材S的背側(cè)。此時，將著色用墨液的滴下位置設(shè)定 在比輪廓線L的正上方稍靠立體模型M的截面區(qū)域Ml偵lj，以使著色用 墨液的浸透部分C的側(cè)端大致位于輪廓線L的正上方的方式調(diào)整著色用墨 液的滴下位置及滴下量。
接著，如圖5B所示，從液滴噴出頭7的其他噴嘴沿成為輪廓線L的 大致正上方的區(qū)域即浸透了著色用墨液的區(qū)域(浸透部分C)和沒有浸透 的區(qū)域的邊界部分滴下水。由此，如圖5C所示，水沒有向著色用墨液的 浸透部分C擴(kuò)散，水僅向立體模型M的截面區(qū)域Ml的外側(cè)擴(kuò)寬的窄的 區(qū)域浸透。如上所述，通過預(yù)先使其他的溶液滴下，能夠使與沒有滴下的 情況相比，水的浸透部分B的寬度變細(xì)。另外，同時能夠進(jìn)行由著色用墨 液進(jìn)行的截面區(qū)域M1的輪廓部分的著色。
圖6A是滴下前處理液后滴下水的片材的層疊體的各層的俯視圖，圖 6B是層疊體的剖視圖。使用基于上述的前處理的精密加工方法，切斷立 體模型M的各層的片材S的情況下，層疊各層的片材S時，在沿輪廓線L 滴下水之前，沿輪廓線L向片材S滴下著色用墨液，并使著色用墨液浸透 至片材S的背側(cè)。并且，在浸透著色用墨液后，沿著色用墨液浸透了的區(qū) 域(浸透部分C)和沒有浸透的區(qū)域的邊界部分滴下水。由此，水僅浸透 在輪廓線L的外側(cè)擴(kuò)寬的窄的區(qū)域，從而能夠進(jìn)行精密的裁割。另外，能 夠同時通過著色用墨液對立體模型M的表面進(jìn)行著色。
作為用于限定水的浸透部分的前處理用的溶液使用無色透明溶液或 防水性溶液等情況下，可以預(yù)先將立體模型M的顏色保持為片材S的底 色。或者，可以以對由其他的墨液進(jìn)行著色不會帶來影響的方式來進(jìn)行。 另外，如果使用防水性溶液，則防水性溶液能夠更可靠防止水向浸透部分 的擴(kuò)散。
在此，根據(jù)圖7A 圖7C，說明通過前處理進(jìn)而形成鋒利的切斷部的 方法。首先，如圖7A所示，僅剩余以輪廓線L等切斷線為中心的窄的區(qū) 域，在其兩側(cè)分別滴下著色用墨液等前處理液，形成僅離開輪廓線L的線 寬的間隔的兩根接近的線狀的浸透部分C1、 C2。此時，作為滴下的溶液，如上所述，可以使用無色透明溶液或防水性溶液等。浸透部分C1、 C2可 以不穿透片材S的背側(cè)，溶液的浸透可以僅在表面部分。
接著，如圖7B所示，若使水滴下到浸透部分C1、 C2之間，則由于 形成浸透部分C1、 C2，因此水不會向面方向擴(kuò)散，向片材S的厚度方向 浸透。由此，如圖7C所示，水浸透輪廓線L的線寬的粗度的浸透部分B 穿過片材S。如此，通過向輪廓線L的兩側(cè)滴下溶液，能夠?qū)⑺慕覆?分B的寬度進(jìn)一步限定為較窄。
(3)基于熱固化型溶液的精密加工方法 接著，說明為了使切斷后的片材S的邊緣部分不起毛，進(jìn)行更加鋒利 的切斷加工的精密加工方法。該方法與上述(2)說明的基于前處理的精 密加工方法的不同點(diǎn)在于，在本方法中，作為前處理用的溶液使用熱固化 型溶液，并且，在滴下該熱固化型溶液后，利用熱敏頭等對該浸透區(qū)域進(jìn) 行加熱，并插入將熱固化型溶液固接于片材S的工序。
圖8A 圖8D及圖9A 圖9D是使用了熱固化型溶液的精密加工方 法的說明圖。圖8A及圖9A是熱固化型溶液的滴下工序，圖8B及圖9B 是由熱敏頭14進(jìn)行的熱固化型溶液的浸透部分D、 Dl、 D2的固化工序。 另外，圖8C及圖9C是水的滴下工序。此外，在向圖9A 圖9D所示的 切斷線Lc的兩側(cè)滴下熱固化型溶液的方法中，以使熱固化型溶液穿透片 材地進(jìn)行浸透。
如上所述，若使熱固化型溶液浸透而使與水浸透片材S的浸透部分B 的邊界部分固化，則切斷后的立體模型M的截面區(qū)域Ml的邊緣部分被熱 固化型溶液涂覆而保持鋒利的形狀，不易散開。特別是，若將熱固化型溶 液浸透為兩根線狀，加熱并固化這些浸透部分Dl、 D2，則可以在將水中 沒有被溶解的片材S中的紙漿纖維沿輪廓線L等切斷線分割片材S時較短 地切碎。由此，紙漿纖維等不會從截面區(qū)域M1的端面較長地伸出，不會 成為立體模型M的截面區(qū)域M1的端面起毛的狀態(tài)。由此，能夠進(jìn)一步實(shí) 現(xiàn)鋒利的切斷部，進(jìn)而能夠進(jìn)一步進(jìn)行精密的切斷加工。
此外，可以代替熱固化型溶液，適用常溫固化型(速干性)溶液、紫 外線(UV)固化型溶液、電子射線(EB)固化型溶液等。使用這些溶液 的情況下，在噴出各溶液之后，實(shí)施符合特性的固化處理進(jìn)行固接即可。(包括著色工序的立體造形方法) 在此，對利用一個裝置同時進(jìn)行由第一實(shí)施方式的立體造形方法生成
的立體模型M的著色工序和層疊粘接片材S并裁割的造形工序進(jìn)行說明。 在該情況下，除向立體造形裝置1的盒11封入作為裁割用的片材溶解液 的水的墨液包外，預(yù)先安置封入了著色用墨液的墨液包。由此，向液滴噴 出頭7的一部分的噴嘴供給著色用墨液，通過液滴噴出頭7能夠?qū)Ω鲗拥?片材S的期望部分進(jìn)行著色。
另外，在第一實(shí)施方式中，利用由液滴噴出頭7進(jìn)行的粘接劑或水的 滴下而將各層的片材S與其上下層的片材粘接，但在片材S的單面涂敷通 過預(yù)先加熱而溶化的粘接劑，在層疊各層的片材S時，能夠使用在沿輪廓 線L使水滴下之前沿?zé)崦纛^14加熱各層的片材S的期望部分，僅粘接期 望部分的方法。以下，對包括著色工序及由熱壓接進(jìn)行的片材S的粘接工 序的立體造形方法進(jìn)行說明。
.首先，在外部裝置13生成包括立體模型M的三維形狀信息(形狀數(shù) 據(jù))及三維形狀的各位置中的著色信息(著色數(shù)據(jù))的彩色三維形狀數(shù)據(jù)， 向立體造形裝置1輸出?？刂撇縄O對從外部裝置13輸入的彩色三維形狀 數(shù)據(jù)以片材S的厚度t作為一層的高度在高度方向上設(shè)置截面并切薄，按 每個層，將立體模型M的輪廓線L的形狀及著色圖案以圖像數(shù)據(jù)展開， 并存儲于緩沖器。并且，根據(jù)著色圖案將向各層的片材S的著色工序在各 層的水的滴下工序中持續(xù)進(jìn)行。
圖10A 圖10D是包括著色工序的各層的片材的層疊工序的說明圖。 首先，如圖10A所示,使片材S的粘接劑涂敷的面向下并定位在層疊位置， 并通過在切斷位置進(jìn)行切割而層疊第n層的片材Sn。接著，如圖10B所 示，通過熱敏頭14僅局部加熱粘接部分(例如，沿輪廓線Ln的部分)， 使片材Sn與其下層的片材局部地粘接。接著，如圖10C所示，通過使從 液滴噴出頭7的水噴出用的噴嘴沿輪廓線Ln滴下水并浸透。然后，如圖 IOD所示，從液滴噴出頭7的著色用墨液噴出用的噴嘴滴下著色用墨液， 在片材Sn的任意部分形成著色用墨液浸透的浸透部分C。
在片層疊法中，通過各層的片材S的端面構(gòu)成完成件的立體模型M 的側(cè)面。由此，如圖IOD所示，在對立體模型M的側(cè)面部的表面部分進(jìn)
24行著色時，沿各層的片材s的輪廓線滴下著色用墨液，以使滴下的墨液浸 透至片材s的背側(cè)的方式控制滴下量為好。由此，能夠使在片材s的端面
不會成為未著色的部位。
圖10D的著色工序可以與圖10C的水的滴下工序同時進(jìn)行、或者先 于水的滴下工序來進(jìn)行。如圖10A 圖IOD所示，通過在層疊各層時對片 材S進(jìn)行著色，則不僅立體模型M的表面，也能夠著色至內(nèi)部。圖11A 是著色到內(nèi)部的層疊體的各層的俯視圖，圖11B是著色到內(nèi)部的層疊體的 剖視圖。在著色到內(nèi)部時，在著色用墨液干了之后層疊下一層為好。
根據(jù)以上方法，使用液滴噴出頭7，能夠在各層的片材S的層疊的同 時進(jìn)行片材S的精密的裁割和精密的著色。從而，能夠用一臺裝置在短時 間生成著色完成的精密的立體模型M。特別是，通過使用液滴噴出頭7作 為著色機(jī)構(gòu)，能夠進(jìn)行純色的著色及細(xì)微圖案的著色。另外，根據(jù)該方法， 也能夠?qū)盈B后不易著色的立體模型M的外部表面以外的部分(內(nèi)部層 的部分)進(jìn)行著色。進(jìn)而，由于能夠?qū)⒉酶?、著色、粘接任一個由液滴噴 出頭進(jìn)行，所以能夠削減必要的設(shè)備，能夠使裝置簡化及小型化。
此外，在以上說明的第一實(shí)施方式的各方法中，將液滴噴出頭7兼用 于水的滴下用和粘接劑的滴下用、或兼用于水的滴下用和著色用墨液的滴 下用，但是，可以根據(jù)使用的片材S的材質(zhì)，選擇合適的著色用墨液、粘 接劑或前處理液等，也可以根據(jù)滴下的液體另行設(shè)置液滴噴出頭。
(應(yīng)用)
如上所述，第一實(shí)施方式的立體造形裝置及立體造形方法能夠用一臺 裝置在一次進(jìn)行層疊造形加工和其著色，因此，使得彩色立體產(chǎn)品的試作 品和剪紙工藝品等的生成便利。另外，在成為材料的水溶紙具有光催化劑 功能和有害物質(zhì)吸附功能等、通過添加除臭劑、芳香劑等，能夠生成具有 空氣凈化功能和除臭、芳香功能的剪紙工藝品和立體紙產(chǎn)品。
另外，根據(jù)第一實(shí)施方式的立體造形裝置及立體造形方法，通過使用 以淀粉和凝膠等用水溶化的可食材料作為片材來使用，使用可食溶液對該 片材進(jìn)行著色，并用水切斷，從而能夠?qū)⒁酝荒苌傻木艿牧Ⅲw食品 裝飾由對人體無害且容易廢棄的材料生成。另外，通過使用水溶紙，能夠 將溶于播種用的水的袋和溶于水中的食器等用對人體無害且容易廢棄的材料生成。
(第二實(shí)施方式)
以下，參照圖12 圖15說明適用本發(fā)明的第二實(shí)施方式的立體造形 裝置及立體造形方法的實(shí)施方式。 (片材)
第二實(shí)施方式的立體造形裝置是與第一實(shí)施方式相同地用于利用片 層疊法成形立體模型的裝置。構(gòu)成層疊材料的片材S是在木材紙漿纖維等 造紙用纖維件添加水溶性粘合劑利用抄紙等造紙方法成形為片狀的特殊 紙。該片材S是與第一實(shí)施方式使用的片材相同的利用水溶解的水溶紙， 具有由片層疊法進(jìn)行的立體形成適合的厚度及強(qiáng)度。另外，可以通過水的 滴下切斷片材S、或通過水的滴下溶解片材S的不要部分并除去。
片材S是能夠使樹脂溶液等固化型溶液浸滲的材質(zhì)，通過相對于浸滲 部分實(shí)施規(guī)定的固化處理，能夠向浸滲部分固接固化型溶液使之不溶化。 作為固化型溶液，例如可以使用常溫固化型(速干性)溶液、熱固化型溶 液、此外線(UV)固化型溶液、電子射線(EB)固化型溶液。在使用上 述各溶液的情況下，實(shí)施符合各溶液的特性的固化處理為好?；蛘撸?S若浸滲pH2 3左右的酸性水溶液(片材不溶化液)，則浸滲部分的水 溶性消失，具有在水中不易溶解的性質(zhì)。由此，代替固化型溶液使用酸性 水溶液使之不溶化。
因此， 一邊使這種固化型溶液和酸性水溶液浸滲一邊層疊片材S，能 夠形成僅使立體模型部分不溶化的片材S的層疊體。并且，通過進(jìn)行向該 層疊體浸入水或向?qū)盈B體注入水并進(jìn)行清洗等處理，使沒有被不溶化的片 材S的部分溶解并除去，從而能夠僅剩余立體模型部分。
(立體造形裝置)
圖12是第二實(shí)施方式的立體造形裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。以下，對第二 實(shí)施方式的立體造形裝置21中與第一實(shí)施方式的立體造形裝置1相同結(jié) 構(gòu)的部分標(biāo)以同一標(biāo)號并省略詳細(xì)說明。
立體造形裝置21具備設(shè)置在裝置框架21a內(nèi)的可升降的層疊臺2; 保持以輥紙狀巻繞的片材S并使之能夠轉(zhuǎn)動的供紙部3;將從供紙部3抽 出的一定寬度的連續(xù)紙狀的片材S沿片材輸送路徑4送出，并輸送到層疊臺2上的層疊位置的輸送機(jī)構(gòu)5;通過輸送機(jī)構(gòu)5將定位在層疊臺2上的 片材S切斷為規(guī)定長度的切斷機(jī)構(gòu)6;在層疊臺2上朝向噴嘴面配置的液
滴噴出頭7;搭載液滴噴出頭7的頭部滑架8及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)9;用于加熱 層疊臺2上層疊的片材S的規(guī)定部位并熱壓接的熱敏頭14;控制上述各機(jī) 構(gòu)的控制部10等。另外，立體造形裝置21具備用于安裝盒11的盒安裝 部12，所述盒l(wèi)l收容封入各種水溶液和墨液、水或粘接劑等液體的多個 液體包。通過將盒11安裝于盒安裝部12，能夠向液滴噴出頭7的噴嘴供 給液體包內(nèi)的各液體。
層疊臺2具備水平的層疊面2a，在該層疊面2a上設(shè)定有片材S的層 疊位置。從主機(jī)等外部裝置13向控制部10輸入生成的立體模型M的形 狀數(shù)據(jù)和表示其著色部位及著色圖案的著色數(shù)據(jù)。控制部10根據(jù)這些數(shù) 據(jù)和從在立體造形裝置21的各部位設(shè)置的傳感器的輸出，控制立體造形 裝置21的各部。由輸送機(jī)構(gòu)5、切斷機(jī)構(gòu)6等進(jìn)行的向?qū)盈B面2a上層疊 片材S的層疊動作、以及由驅(qū)動機(jī)構(gòu)9、液滴噴出頭7等進(jìn)行的墨液、水 溶液、水等滴下動作與第一實(shí)施方式的立體造形裝置1相同地進(jìn)行。
'在立體造形裝置21設(shè)置有用于將在層疊臺2上形成的片材S的層疊 體S0向裝置外排出的未圖示的排出機(jī)構(gòu)。通過排出機(jī)構(gòu)排出到裝置外的 層疊體SO轉(zhuǎn)移到用于去除后述的不要部分的片材S的除去工序的水槽15 (片材溶解機(jī)構(gòu))內(nèi)，浸漬于水中。此外，也可以設(shè)置用于將層疊臺2上 的層疊體S0向水槽15輸送的輸送機(jī)構(gòu)。另外，也可以構(gòu)成為在水槽15 內(nèi)設(shè)置噴淋噴嘴，從噴淋噴嘴向?qū)盈B體S0淋水使片材S的不要部分迅速 溶化。
(立體造形方法)
接著，說明基于立體造形裝置21的第二實(shí)施方式的立體造形方法。 圖13A是片材的層疊體中的各層的俯視圖，圖13B是片材的層疊體的剖 視圖。圖13A、圖13B所示的符號Ml是層疊體SO的具有各層的片材S 的高度的立體模型M的截面區(qū)域，為被不溶化而成為立體模型M的一部 分的部分。另外，各層的截面區(qū)域Ml的外側(cè)的部分是層疊體SO的完成 后除去的不要部分。另外，圖14A 圖14E是立體造形方法的各工序的說 明圖。首先，外部裝置13使用CAD程序等生成立體模型M的三維形狀數(shù) 據(jù)向立體造形裝置21輸出。另外，從外部裝置13將作為造形材料的片材 S的厚度t和紙寬等各種信息向立體造形裝置21輸出。立體造形裝置21 的控制部IO根據(jù)從外部裝置13輸入的三維形狀數(shù)據(jù)解析出立體模型M的 三維形狀之后，將該三維形狀以片材S的厚度t作為一層的高度在高度方 向上切薄分割。并且，對每個切薄的各層，將該三維形狀的截面形狀即立 體模型M的截面形狀以圖像數(shù)據(jù)展開收容于緩沖器。此外，也可以在外 部裝置13側(cè)生成將立體模型M以厚度t切薄的各層的截面形狀數(shù)據(jù)，并 向立體造形裝置21輸出。接著，控制部10層疊各層的片材S，并且，使各層的片材S中的立 體模型M的截面區(qū)域Ml不溶化形成層疊體S0。以下，根據(jù)圖14A 圖 14E，說明形成層疊體SO的各層的工序。首先，如圖14A所示，控制部10控制輸送機(jī)構(gòu)5并將從供紙部3抽 出的片材S輸送到層疊面2a上并定位在層疊位置之后，通過切斷機(jī)構(gòu)6 切斷規(guī)定的寸法，在最下層的情況下，在層疊面2a上載置矩形的切割片， 在其上面的層的情況下，在已經(jīng)層疊的片材S上載置矩形的切割片。此外， 在供紙部3預(yù)先安置被切割的切割片狀的片材S時，可以省略切斷工序及 切斷機(jī)構(gòu)6。接著，如圖14B所示，在熱敏頭14加熱截面區(qū)域M1內(nèi)的規(guī)定部分 (例如，沿截面區(qū)域M1的外周的部分)，將片材S與下層局部地粘接。 這時，可以將截面區(qū)域M1整體與下層粘接，可以將該層的片材S整體與 下層粘接。向片材S預(yù)先涂敷因為熱而溶化的粘接劑。接著，如圖14C所示，控制部10使液滴噴出頭7在片材S上沿截面 區(qū)域M1的輪廓線外側(cè)向水平方向動作，從液滴噴出頭7的水滴下用的噴 嘴沿截面區(qū)域M1的輪廓線形狀滴下水。由此，沿截面區(qū)域M1的外周的 外側(cè)形成窄的水的浸透部分B。此時，控制部10以水的浸透部分B不向 截面區(qū)域M1的內(nèi)側(cè)擴(kuò)寬的方式控制各位置的水的滴下量和滴下時刻。在水滴下后，如圖14D所示，控制部10在截面區(qū)域M1上轉(zhuǎn)動液滴 噴出頭7，使固化型溶液從液滴噴出頭7的固化型溶液滴下用的噴嘴滴下 至截面區(qū)域M1的部分。由此，由與截面區(qū)域M1相同形狀的方式形成固28化型溶液的浸透部分。此時，以使固化型溶液浸透至片材s的背側(cè)的方式控制各位置的固化型溶液的滴下量。并且，實(shí)施規(guī)定的固化處理使浸透部 分固化。控制部10將圖14A 圖14D的4個工序僅重復(fù)片材S的層疊數(shù)，形 成比立體模型M的形狀大一圈的層疊體SO。然后，如圖14E所示，從層 疊臺2上向裝置外排出層疊體S0，在水槽15內(nèi)浸入水，使沒有被不溶化 的外周側(cè)的片材S溶解，僅剩余立體模型M的部分除去不要的片材S的 部分。除去后，通過使剩余的部分干燥，完成立體模型M的造形。被不溶 化而剩余的片材S的端部不是鋒利的端面，在水中沒有溶解的紙槳纖維等 較長的鼓出的部分成為起毛的狀態(tài)。因此，也可以通過砂紙等對干燥的立 體模型M的表面實(shí)施研磨處理使之平滑，并在其上涂敷涂覆劑進(jìn)行表面 增強(qiáng)等的表面精加工。如此進(jìn)行后，能夠抑制立體模型M的劣化，能夠 生成平滑的表面的立體模型M。如上所述，在第二實(shí)施方式中，通過將固化型溶液從液滴噴出頭7滴 下，使各層的片材S中的立體模型M的截面區(qū)域M1不溶化。并且，使完 成的層疊體SO浸入水中，使沒有被不溶化的片材S的部分溶解并除去。 根據(jù)這種方法，不需要將各層裁割為立體模型M的截面形狀，因此，能 夠在短時間生成立體模型M。另外，不需要基于切割刃等刃物的裁割機(jī)構(gòu)， 因此能夠利用安全且簡單構(gòu)成的裝置進(jìn)行立體造形。另外，通過使用液滴 噴出頭7能夠在短時間使固化型溶液滴下為精密的圖案，因此，能夠在短 時間生成精密的立體模型M。另外，得到通過不溶化的片材S形成的具有 耐水性的立體模型M。在此，為了將水的浸透部分形成為正確的形狀，可以使用在第一實(shí)施 方式的立體造形方法中說明的基于水的滴下控制的精密加工方法。根據(jù)該 方法，可以沿截面區(qū)域M1的輪廓線形成鋒利形狀的水的浸透部分。由此， 能夠按正確的截面區(qū)域M1的形狀浸透固化型溶液。另外，通過對固化型 溶液的滴下進(jìn)行控制將固化型溶液的浸透區(qū)域正確地形成為截面區(qū)域Ml 的形狀的情況下，也可以省略水的滴下工序。另外，代替利用熱敏頭14將片材S與上下層粘接的粘接方法，與第，由于不需要熱敏 頭14，因此，能夠使立體造形裝置21進(jìn)一步小型化并簡化。另外，不需 要向片材S涂敷預(yù)先因為熱而溶化的粘接劑。根據(jù)第二實(shí)施方式的立體造形方法，能夠容易地生成將不要部分在以 后不易從層疊體拆下的形狀的立體模型M。圖15是用于生成具有中空部 的立體模型的層疊體的剖視圖。該立體模型的中空部Ma與立體模型M的 外部通過開口Mb連通，比開口 Mb靠中空部Ma的內(nèi)部空間變寬。在上 述形狀中，不易將位于中空部Ma的內(nèi)部的片材S塊在層疊體S0完成后 保持形狀地取出。但是，在第二實(shí)施方式的立體造形方法中，通過將中空 部Ma內(nèi)的片材S溶解而能夠除去片材S的塊。根據(jù)該方法，如使中空部 Ma成為屈曲或彎曲的管狀、或者在中空部Ma的內(nèi)表面形成凹凸的情況 等，向中空部Ma內(nèi)填充的片材S的塊即使不能保持其形狀抽出，也能夠 在不分割立體模型M的情況下除去片材S。另外，即使由于具有復(fù)雜的凹 凸，而不易從層疊體剝下不要部分的形狀的立體模型M，也能夠容易地除 去不要部分。(包括著色工序的立體造形方法) 在此，對利用同一裝置同時進(jìn)行第二實(shí)施方式的立體造形方法的造形 工序和立體模型M的各部分的著色工序進(jìn)行說明。在該情況下，作為向 立體造形裝置21的盒11內(nèi)的墨液包封入的硬化型溶液，使用包括著色用 溶液的溶液。著色用溶液的顏色根據(jù)立體模型M的著色圖案適當(dāng)準(zhǔn)備。在該情況下，在外部裝置13中，生成包括立體模型M的三維形狀信 息(形狀數(shù)據(jù))及三維形狀的各位置中的著色信息(著色數(shù)據(jù))的彩色三 維形狀數(shù)據(jù)，向立體造形裝置21輸出。控制部10將從外部裝置13輸入 的彩色三維形狀數(shù)據(jù)以片材S的厚度t作為一層的高度在高度方向上切薄， 對每個層，將立體模型M的截面區(qū)域Ml的形狀及截面區(qū)域Ml上的著色 圖案以圖像數(shù)據(jù)展開，存儲于緩沖器。并且，當(dāng)層疊作為著色對象的層的片材S時，在圖14D的工序中，根 據(jù)截面區(qū)域Ml上的著色圖案控制液滴噴出頭7，使著色用溶液向著色部位滴下。由此，能夠利用液滴噴出頭7向期望的層的片材S的部分著色。 此外，對沒有呈現(xiàn)在立體模型M的表面的內(nèi)部層的部分也可以為使無色 的固化型溶液滴下不進(jìn)行著色的方式，也可以為著色至內(nèi)部的方式。如上所述，通過作為用于使片材不溶化的固化型溶液使用包括期望的 顏色的著色用溶液，能夠使不溶化工序與著色工序在同一工序進(jìn)行。由此， 能夠在短時間生成彩色立體模型。另外，通過使用液滴噴出頭7，能夠進(jìn) 行細(xì)微的圖案的著色，也能夠迸行純色的著色。另外，由于在層疊各層時 進(jìn)行著色，因此能夠也能夠?qū)盈B后難以著色的中空部和內(nèi)部層的部分進(jìn) 行著色。(應(yīng)用)如上所述，第二實(shí)施方式的立體造形裝置及立體造形方法可以利用一 臺裝置在一次進(jìn)行層疊造形加工和其著色，因此，使得彩色立體產(chǎn)品的制 造變得便利。另外，能夠使片材S不溶化并對該期望的部位進(jìn)行著色，因 此，能夠制造賦予了耐水性的紙制食器等。另外，層疊含有紙漿纖維的水 溶紙，粘接的材料是比天然的木材高強(qiáng)度且具有耐水性的坯料。因此，能 夠制造木制外裝件等木材部件的代替部件。在該情況下，利用使用了液滴 噴出頭7的著色，能夠進(jìn)行與任意的木材相似的木紋圖案的著色。 (第三實(shí)施方式).在上述各實(shí)施方式中，使用液滴噴出頭7將水和固化型溶液等滴下到 片材S而加工片材S，但是，該片材S的加工方法可以在基于片層疊方法 的立體造形以外的片材的加工中使用。以下，參照圖16 圖20，作為第 三實(shí)施方式，對用于進(jìn)行片材的切斷或片材S的折痕的形成的片材加工裝 置及片材的加工方法進(jìn)行說明。 (片材)首先，對作為本實(shí)施方式的片材加工裝置的加工對象的片材S進(jìn)行說 明。該片材S是與第一實(shí)施方式或第二實(shí)施方式中使用的片材相同利用水 溶解的水溶紙，能夠通過水的滴下將片材S切斷、或通過水的滴下將片材 S的不要部分溶解并除去。另外，如果能夠使水的滴下量變少并使水不浸 透到紙的背側(cè)，則沿水滴下的線觀察，片材變薄，在該部分簡單地將片材 S折彎。由此，能夠在片材S形成折痕。在該情況下，若除去脆化的部分，則能夠使滴下的部分的片材s變薄，而更優(yōu)選。另外，如第二實(shí)施方式說明的那樣，向片材s浸滲樹脂溶液等固化型 溶液，相對于浸滲部分實(shí)施規(guī)定的固化處理，能夠在浸滲部分固接固化型 溶液使其不溶化?；蛘?，可以在成形后通過堿性處理向賦予了水溶性的片材S浸滲pH2 3左右的酸性水溶液(片材不溶化液)并使浸滲部分不溶 化。.(片材加工裝置) 接著，說明片材加工裝置。圖16是片材加工裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。以 下，對片材加工裝置31中與立體造形裝置1或立體造形裝置21相同的結(jié) 構(gòu)部分標(biāo)以同一符號并省略其詳細(xì)說明。片材加工裝置31具備沿裝置框架內(nèi)的片材輸送路徑32輸送片材S 的輸送機(jī)構(gòu)33;在由該輸送機(jī)構(gòu)33進(jìn)行的片材輸送路徑32上的滴下位置 A朝向噴嘴面配置的液滴噴出頭7;搭載液滴噴出頭7，并在滴下位置A 沿橫切片材輸送路徑32的方向往復(fù)移動的頭部滑架8及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)9;控 制上述各機(jī)構(gòu)的控制部10等。輸送機(jī)構(gòu)33具備在片材輸送路徑32上的滴下位置A與液滴噴出頭 7的噴嘴面隔開規(guī)定的間隙對置配置的臺板34;配置在臺板34的輸送方 向上游側(cè)及輸送方向下游側(cè)的各位置配置的送紙輥對35、 36;驅(qū)動送紙輥 對35、 36的送紙電動機(jī)37等。送紙輥對35、 36被該送紙電動機(jī)37同步 地旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，將從裝置外供給的片材S通過臺板34上的滴下位置A沿片 材輸送路徑32上向單方向輸送，再向裝置外排出。另外，片材加工裝置31具備用于安裝盒11的盒安裝部12，該盒11 收容封入了各種溶液和水等的多個溶液袋和水袋。通過將盒11安裝于盒 安裝部12，向液滴噴出頭7的噴嘴供給溶液袋和水袋內(nèi)的各液體。從主計算機(jī)等外部裝置13向片材加工裝置31的控制部10輸入印刷 數(shù)據(jù)和加工數(shù)據(jù)?？刂撇?0根據(jù)上述印刷數(shù)據(jù)和加工數(shù)據(jù)經(jīng)由頭驅(qū)動器 驅(qū)動控制液滴噴出頭7，由此能夠在印刷數(shù)據(jù)和加工數(shù)據(jù)指示的時刻，從 液滴噴出頭7的噴嘴噴出指示的量的溶液和水。另外，控制部10通過電動機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動控制具備驅(qū)動機(jī)構(gòu)9的滑架 電動機(jī)和輸送機(jī)構(gòu)33的送紙電動機(jī)37。控制部10根據(jù)由在片材輸送路徑3232的規(guī)定位置設(shè)置的光電傳感器等檢測機(jī)構(gòu)檢測的輸出檢測向外部供給 的片材S的位置，根據(jù)該檢測的位置，控制送紙電動機(jī)37，從而，能夠?qū)?在印刷數(shù)據(jù)和加工數(shù)據(jù)指示的片材S上的印刷位置和加工位置定位在由液 滴噴出頭7滴下的溶液和水的滴下位置A。另外，將搭載于頭部滑架8的 液滴噴出頭7按印刷數(shù)據(jù)和加工數(shù)據(jù)與片材S的輸送動作連動移動，由此 能夠使溶液和水在片材S上的印刷位置和加工位置在指示的時刻滴下指示 的量。此外，為了進(jìn)行使用后述的熱固化型溶液的加工，可以將樹脂溶液等 熱固化型溶液填充在片材加工裝置31的盒11內(nèi)的溶液袋，在液滴噴出頭 7設(shè)置噴出熱固化型溶液的噴嘴，并且，可以追加對噴出的熱固化型溶液 浸透了的片材S的部分進(jìn)行加熱并固接的熱敏頭。另外，為了進(jìn)行使后述 的片材S反轉(zhuǎn)并切斷的加工，可以在輸送機(jī)構(gòu)33追加與雙面印刷用打印 機(jī)相同的反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使片材S能夠反轉(zhuǎn)。另外，為了防止滴下水并脆化的 片材S在輸送中破損的情況，可以構(gòu)成在輸送盤上載置片材S并與輸送盤 一起在片材輸送路徑32上輸送的輸送機(jī)構(gòu)33。此外，除熱固化型溶液以外，常溫固化型(速干性)溶液、紫外線(UV) 固化型溶液、電子射線(EB)固化型溶液也同樣能夠適用。分別噴出之后， 實(shí)施符合特性的固化處理使之固接即可。 (片材的加工方法) 接著，說明基于上述結(jié)構(gòu)的片材加工裝置31的片材S的加工方法。 首先，對從片材S切下規(guī)定形狀的模型Sm的切斷加工的情況進(jìn)行說明。 圖17A是片材S的俯視圖，圖17B是片材S的剖視圖(圖17A的X—X 剖視圖)。圖17A所示切斷線Lc是模型Sm的輪廓線。首先，在外部裝 置13生成包括與模型Sm對應(yīng)的切斷線Lc的形狀及配置的加工數(shù)據(jù)，向 片材加工裝置31輸出?？刂撇?0解析從外部裝置13輸入的加工數(shù)據(jù)， 并將切斷線Lc的形狀及配置以圖像數(shù)據(jù)展開，存儲于緩沖器。接著，控制部10將與片材S上的切斷線Lc對應(yīng)的部分定位在滴下位 置A。并且，驅(qū)動控制液滴噴出頭7的驅(qū)動機(jī)構(gòu)9及輸送機(jī)構(gòu)33，使液滴 噴出頭7的水噴出用的噴嘴沿切斷線Lc移動，同時從該噴嘴滴下微量的 水(片材溶解液)液滴。由此，向切斷線Lc的位置以線狀滴下水，如圖17B所示，在切斷線Lc的位置形成水的浸透部分B。在此，進(jìn)行切斷加 工的情況下，以使浸透部分B穿過片材S的程度的量來調(diào)整水的滴下量。如果水向切斷線Lc的滴下結(jié)束，則利用輸送機(jī)構(gòu)33將片材S從片材 加工裝置31排出。排出后的片材S中僅水溶性的粘合劑溶解切斷線Lc的 部分(浸透部分B)，成為僅變得分散的紙槳纖維相連的狀態(tài)，脆化至僅 用手拉伸即能夠沿切斷線Lc在界限處將片材S分?jǐn)嗟某潭?。從而，僅通 過拉伸力等使紙槳纖維分離，從而能夠沿切斷線Lc將模型Sm切下。如上所述，在本實(shí)施方式中，利用液滴噴出頭7將作為片材溶解液的 水滴下，從而使滴下部分溶解并脆化，能夠切斷片材S。從而，能夠在使 用刀具等刃物的情況下，安全且迅速地進(jìn)行片材S的切斷加工。另外，在 加工時，不需要一邊轉(zhuǎn)換刀具的刃的方向一邊掃掠，因此以短時間加工即 可。另外，本實(shí)施方式的片材加工裝置31的液滴噴出頭7及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)9 可以比以往的裁割機(jī)構(gòu)簡單且小型地構(gòu)成，因此能夠使裝置簡化及小型 化。(精密加工方法)在該片材的加工方法中，能夠適用在第一實(shí)施方式說明的三個精密加 工方法，目卩，(1)基于水的滴下控制的精密加工方法；(2)基于前處理 的精密加工方法；(3)基于熱固化型溶液的精密加工方法。上述方法在 后述的穿孔形成加工和折痕形成加工中，也能夠適用在形成精密的折痕 時。另外，在進(jìn)行切下片材S的加工時，如以下的(4)的說明，也能夠 適用滴下使片材S不溶化的液體的方法。 (4)基于不溶化液的精密加工方法在該方法中，作為基于上述(2)的前處理的精密加工方法的前處理 液，作為水溶紙使用使片材S不溶化的不溶化液。例如，作為片材S，使 用進(jìn)行了在成形后以堿性處理而容易溶于水的加工的堿性紙的情況下，作 為不溶化液，使用pH2 3左右的酸性水溶液。由此，使酸性水溶液的浸 透部分不溶化，能夠可靠防止由水進(jìn)行的溶解。由此，通過對不想溶解的 部分預(yù)先使其不溶化，而能夠?qū)⑵腟加工為精密的形狀。(穿孔形成加工)'接著，對在片材S形成孔眼狀的切斷部的情況進(jìn)行說明。圖18A 圖18D表示孔眼狀的切斷部的形成工序。在形成孔眼狀的切斷部的情況下， 將水的滴下分為如圖18A及圖18B和圖18C及圖18D的兩個工序進(jìn)行。 首先，在圖18A及圖18B所示的第一工序中，使水沿應(yīng)該形成穿孔的切 斷線以連續(xù)的線狀滴下。這時，將切斷線上的各位置的水的滴下量控制在 向片材S的浸透部分B的深度為片材S的厚度的一半左右。并且，在圖 18C及圖18D所示的第二工序中，沿穿孔的形狀以規(guī)定的間隔按每規(guī)定長 度滴下水，使穿過片材S的浸透部分B以規(guī)定的間隔形成為點(diǎn)線狀。由此， 在片材S形成孔眼狀的切斷部。 (折痕形成加工)接著，對在片材S形成折痕的方法進(jìn)行說明。利用與在穿孔加工中的 上述第一工序相同的工序，能夠在片材S生成折痕。圖19A是進(jìn)行折痕形 成加工的片材的俯視圖，圖19B是其剖視圖(圖19A的Y—Y剖視圖)。 該片材S除切斷線Lc之外，設(shè)定折痕線Lf。在該方法中，沿折彎線Lf 形成與圖18A及圖18B所示的第一工序相同的規(guī)定深度的浸透部分B，由 此，使折痕線Lf的局部厚度比其他部分薄。由此，在折彎線線Lf的部分 容易折彎片材S。(厚的片材的切斷方法)圖20是厚的片材的切斷方法的說明圖。片材S厚的情況下，水不會 輕易浸透至背面?zhèn)?，向面方向擴(kuò)寬使精密的加工變難。另外，將水浸透至 背面?zhèn)群馁M(fèi)時間。在此，如圖20A及圖20B所示，在切斷厚的片材S的 情況下，首先將水從片材S的表面?zhèn)认蚯袛嗑€Lc上滴下，浸透至規(guī)定的 深度。接著，使片材S反轉(zhuǎn)，將切斷線Lc再次定位在滴下位置A，如圖 20C及圖20D所示，使水從背面?zhèn)鹊蜗碌角袛嗑€Lc的位置。由此，水從 表面?zhèn)冉傅慕覆糠諦和水從背面?zhèn)冉傅慕覆糠諦相連，能夠切斷 片材S。(包括印刷工序的片材的加工方法) 上述說明的各加工方法可以利用與向片材S的印刷工序連動以一個裝 置進(jìn)行。通過在該情況下，向片材加工裝置31的盒11安置封入印刷用墨 液的墨液袋，從而，向液滴噴出頭7的噴嘴供給印刷用墨液。由此，能夠 通過液滴噴出頭7對片材S進(jìn)行印刷。起生成印刷數(shù)據(jù)，向片材加工裝置31 輸出?？刂撇縄O對從外部裝置13輸入的加工數(shù)據(jù)及印刷數(shù)據(jù)進(jìn)行解析， 將切斷線Lc的形狀及配置以及印刷內(nèi)容以圖像數(shù)據(jù)展開，存儲于緩沖器。 并且，使根據(jù)印刷數(shù)據(jù)向片材S進(jìn)行的印刷工序先于作為片材溶解液的水 的滴下工序或前處理液的滴下工序進(jìn)行。在印刷完成后，將片材S的切斷 線Lc定位在滴下位置A,滴下前處理液和水等進(jìn)行切斷加工或折痕形成 加工。由此，能夠在同一裝置進(jìn)行印刷和切斷或折痕形成加工，能夠使使用 的機(jī)構(gòu)共用。由此，能夠用少的設(shè)備進(jìn)行印刷和切斷加工或折痕形成加工。 另外，能夠省略片材S的再安置和再定位等工序和用于其的作物標(biāo)志讀取 工序等工序。由此，能夠在短時間完成印刷和切斷加工或折痕形成加工。 此外，通過同時進(jìn)行向片材S滴下印刷用墨液和水或滴下前處理液， 進(jìn)而能夠進(jìn)一步縮短加工時間。另外，在上述各方法中，使用共用的液滴 噴出頭7進(jìn)行印刷和加工，但是，也可以單獨(dú)設(shè)置印刷用的液滴噴出頭和 加工用的液滴噴出頭。另外，也可以另行設(shè)置滴下水用和滴下前處理液用 的液滴噴出頭。(應(yīng)用)如上所述，第三實(shí)施方式的片材加工裝置31及片材的加工方法能夠 在一臺裝置一次進(jìn)行印刷和切斷或折痕形成加工，因此，使得剪紙工藝品 生成、標(biāo)簽、張貼物等的生成便利。另外，在構(gòu)成材料的水溶紙具有光催 化劑功能和有害物質(zhì)吸附功能等，通過添加除臭劑、芳香劑等，能夠生成 具有空氣凈化功能、除臭、芳香功能的剪紙工藝品等紙制品。在用于生成剪紙工藝品的加工中，有時片材S的切斷部的端面用于在 完成件的剪紙工藝品的外部觀察的部位。在此，在沿這種切斷部進(jìn)行印刷 的情況下，以將印刷用的墨液浸透至片材S的背側(cè)的方式控制向該切斷部 滴下的印刷用墨液的滴下量。由此，成為利用墨液向切斷部的端面整個面 著色的狀態(tài)，因此，能夠提高剪紙工藝品的完成件的外觀。另外，在控制 為使滴下量浸透至背側(cè)所必須的量的情況下，可以無需消耗必要以上的印 刷用墨液。淀粉和凝膠等用水溶化的可食材料作為片材使用，將該片材使用可食溶液 等進(jìn)行著色并用水切斷，從而能夠?qū)⒁酝荒苌傻木艿氖称费b飾用對 人體無害且容易廢棄的材料生成。
在上述各實(shí)施方式中，將水溶紙和水(片材溶解液)、酸性水溶液(片 材不溶化液)著色用溶液和固化型溶液等前處理液等的組合為前提進(jìn)行例 示，但是，溶解片的溶解液、限制溶解液的浸透或使片不溶化/強(qiáng)化的前處 理液也可以為其他，并沒有限定。另外，片的切斷可以通過組合多個本實(shí) 施方式的切斷和加工技術(shù)而實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種立體造形方法，其層疊片材而形成立體模型，其中，包括層疊所述片材，使用液滴噴出頭沿所述立體模型的輪廓線噴出片材溶解液，從而能夠沿所述輪廓線切斷或分離所述片材的工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體造形方法，其中，包括 層疊所述片材，使用液滴噴出頭向所述片材的所述立體模型的截面區(qū) 域的至少一部分噴出所述片材溶解液或粘接劑，使其能夠與在該噴出位置 層疊的下一層的片材粘接的工序；或者加熱所述片材的所述立體模型的截 面區(qū)域的至少一部分，使其與下層的片材粘接的工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體造形方法，其中，包括層疊作為著色對象的片材之后，使用在所述片材溶解液的噴出中使用 的液滴噴出頭或者獨(dú)立的液滴噴出頭噴出著色用溶液的工序。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的立體造形方法，其中， 將沿所述輪廓線噴出的所述著色用溶液的噴出量設(shè)定為浸透直至穿過所述片材的深度的量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體造形方法，其中， 在噴出所述片材溶解液的工序之前，包括使用液滴噴出頭沿所述輪廓線噴出前處理液的工序，在噴出所述片材溶解液的工序中，向所述片材中的所述前處理液浸透 了的區(qū)域和沒有浸透的區(qū)域的邊界附近噴出所述片材溶解液。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體造形方法，其中， 所述片材為含有水溶性粘合劑的材料， 所述片材溶解液為水或水溶性溶液。
7. —種立體造形裝置，其特征在于，具有-液滴噴出頭；輸送并層疊片材的片材輸送機(jī)構(gòu)； 根據(jù)立體模型的形狀數(shù)據(jù)進(jìn)行控制的控制部，所述控制部根據(jù)所述形狀數(shù)據(jù)控制所述液滴噴出頭及所述片材輸送 機(jī)構(gòu)，從而通過權(quán)利要求1所述的立體造形方法形成所述立體模型。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的立體造形裝置，其中，具有 噴出著色用溶液的液滴噴出頭，所述噴出著色用溶液的液滴噴出頭為與噴出片材溶解液的液滴噴出 頭同一個或者獨(dú)立的液滴噴出頭，所述控制部根據(jù)所述立體模型的著色數(shù)據(jù)對噴出所述著色用溶液的 液滴噴出頭進(jìn)行控制，從而向作為著色對象的片材的著色部位噴出所述著 色用溶液。
9. 一種立體造形方法，其層疊片材而形成立體模型，其中，包括 層疊所述片材，使用液滴噴出頭向所述片材中的所述立體模型的截面區(qū)域噴出片材不溶化液的工序；利用片材溶解液溶解所述片材中沒有被不溶化的部分的工序。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的立體造形方法，其中，所述片材不溶化液為固化型溶液。
11. 一種立體造形裝置，其特征在于，具有 液滴噴出頭；向與該液滴噴出頭對置的噴出位置輸送并層疊片材的片材輸送機(jī)構(gòu)； 供給或貯留片材溶解液的片材溶解部； 輸入有立體模型的形狀數(shù)據(jù)的控制部，該控制部根據(jù)所述形狀數(shù)據(jù)控制所述液滴噴出頭及所述片材輸送機(jī) 構(gòu)，從而利用權(quán)利要求9所述的立體造形方法形成所述立體模型。
12. —種片材的加工方法，其中，使用液滴噴出頭，沿所述片材的切斷線或折彎線噴出使作為加工對象 的片材溶解或脆化的片材溶解液，利用所述噴出的片材溶解液的浸透，能 夠沿所述切斷線或所述折彎線切斷或折彎所述片材。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的片材的加工方法，其中， 使用所述液滴噴出頭，以規(guī)定的時間間隔將所述片材溶解液向所述片材的規(guī)定位置的部分按每次規(guī)定的噴出量噴出規(guī)定次數(shù)，將所述時間間隔、所述噴出量及噴出次數(shù)設(shè)定為使所述片材溶解液向 所述片材的面方向和厚度方向中任一方或兩方的浸透范圍成為預(yù)先設(shè)定 的范圍。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的片材的加工方法，其中， 向所述切斷線或所述折彎線的兩側(cè)噴出前處理液，形成僅離開所述切斷線或所述折彎線的線寬的間隔的平行的兩根線狀的前處理液浸透區(qū)域，向該兩根線狀的前處理液浸透區(qū)域所夾著的所述前處理液沒有浸透 的區(qū)域噴出所述片材溶解液。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的片材的加工方法，其中， 所述前處理液為固化性墨液，在噴出所述片材溶解液的工序之前，包括對所述片材中的所述固化性 墨液浸透的部分進(jìn)行固化處理而使所述固化性墨液固接的工序。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的片材的加工方法，其中， 所述片材為含有水溶性粘合劑的堿性材料， 所述片材溶解液為水或水溶性溶液， 所述前處理液為使所述堿性的片材不溶化的酸性水溶液。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的片材的加工方法，其中， 通過使所述片材翻轉(zhuǎn)，向所述片材的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)确謩e沿所述切斷線噴出所述片材溶解液。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的片材的加工方法，其中，沿所述切斷線使所述片材溶解液浸透至沒有穿過所述片材的深度而 形成線狀的浸透區(qū)域之后，向該線狀的浸透區(qū)域上進(jìn)一步噴出所述片材溶 解液，沿所述切斷線以規(guī)定的間距形成浸透至穿過該噴出位置的片材的深 度的浸透區(qū)域。
19. 一種片材加工裝置，其特征在于，具有 液滴噴出頭；能夠?qū)⑵南蚺c該液滴噴出頭對置的噴出位置輸送的片材輸送機(jī)構(gòu)；輸入有表示所述片材的切斷線或折彎線的加工數(shù)據(jù)的控制部，該控制部根據(jù)所述加工數(shù)據(jù)控制所述液滴噴出頭及所述片材輸送機(jī)構(gòu)，從而利用權(quán)利要求12所述的片材的加工方法能夠切斷或折彎所述片材。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的片材加工裝置，其中，具有 噴出印刷用墨液的液滴噴出頭，所述噴出印刷用墨液的液滴噴出頭為與噴出所述片材溶解液的液滴 噴出頭同一個或獨(dú)立的液滴噴出頭， 向所述控制部輸入印刷數(shù)據(jù)，所述控制部通過根據(jù)該印刷數(shù)據(jù)對噴出所述印刷用墨液的液滴噴出 頭進(jìn)行控制，從而根據(jù)該印刷數(shù)據(jù)進(jìn)行向所述片材的印刷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種立體造形方法及立體造形裝置以及片材的加工方法及片材加工裝置。本發(fā)明將由水溶紙構(gòu)成的片材作為層疊材料使用，利用片層疊法生成立體模型。使用液滴噴出頭的噴嘴向各層的片材噴出水，從而能夠沿立體模型的輪廓線切斷各層的片材。另外，在層疊各層時，利用液滴噴出頭噴出著色用溶液對片材進(jìn)行著色。在完成層疊體后，剝下片材的不要部分完成立體模型?；蛘撸褂靡旱螄姵鲱^的噴嘴向各層的片材噴出固化型水溶液，從而使各層的片材中的立體模型的截面區(qū)域不溶化，并且，向著色部位噴出固化型的著色用溶液對其進(jìn)行著色并使之固化。在完成層疊體后，將層疊體浸入水中，除去沒有被不溶化的片材，完成立體模型。
文檔編號B29C67/00GK101618604SQ200910139628
公開日2010年1月6日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者平出紀(jì)明 申請人:精工愛普生株式會社