三维成形装置和三维成形方法

专利名称：三维成形装置和三维成形方法
技术领域：
本发明涉及一种以喷墨方式来生产立体成形物体的三维成形装置和三维成形方法。
背景技术：
在现有技术中已知以下一种装置:通过沿着多个平行平面切断成形物体的方式获得多个横截面，在各个横截面上依次层压树脂层，然后进行立体成形，从而形成用作成形物体三维模型的成形物体。在快速原型(RP)(其在产品开发中用于原型设计等)领域中，已经采用能够实现三维成形的层压成形方法。对于层压成形方法，将通过把产品的三维CAD数据切成薄片并层压薄板形成的实体制备成用于制造的原始数据，然后在上面层压诸如粉末、树脂、钢板和纸张等材料来制备原型。作为这样的层压成形方法，已知有喷墨法、粉末法、光成形法、片材层压法、挤出法等。在这些方法中，喷墨法是喷射液化材料，然后通过照射紫外线(UV)、冷却等进行固化以形成层。根据该方法，可应用喷墨打印机的原理，从而能够获得促进高清晰度的优点。树脂层层压式的三维成形装置在XY方向上进行扫描的同时将模型材料和支撑材料喷射到成形板上，并且在高度方向上层压材料来进行成形，其中，该模型材料形成最终的成形物体，该支撑材料支撑模型材料的悬垂部分并最终被去除。模型材料和支撑材料都由具有通过照射紫外线可固化特性的树脂制成，并且能够发射紫外线的紫外线灯与用来喷射模型材料和支撑材料的喷嘴一起在XY方向上扫描，以便用紫外线照射从喷嘴喷出的模型材料和支撑材料来使其固化。现有技术文件专利文件专利文件1:未经审查的日本专利公开N0.2003-53571
发明内容
本发明将解决的问题然而，在现有技术中存在这样的问题:由于在一次扫描中(X方向)同时喷射模型材料MA和支撑材料SA并且模型材料MA和支撑材料SA在未固化的状态下彼此接触(如图9Ca)的平面图所示)，因此，在模型材料MA与支撑材料SA之间的边界处，这两种材料在未固化的液体状态下混合(如图9 (b)的垂直剖视图所示)。当在该状态下进行固化时，混合部分膨胀并褪色，从而引起成形质量的劣化。此外，这还使支撑材料的去除变得困难。此外，由于紫外线灯通常做成与喷嘴一起扫描的结构，因此在从喷嘴喷出模型材料和支撑材料之后，难以立即使模型材料和支撑材料固化。出于这个原因，在未固化状态下混合这些材料的状态持续得越长，上述问题变得越发显著。考虑到上述现有技术的问题提出本发明，并且本发明的主要目的是提供一种能够避免模型材料和支撑材料在边界表面处混合的三维成形装置和三维成形方法。 用于解决问题的手段和本发明的效果为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种三维成形装置，所述三维成形装置重复以下操作:在沿着至少一个方向扫描的同时在成形板上喷射作为成形材料的模型材料MA和支撑材料SA，所述模型材料MA形成最终的成形物体，所述支撑材料SA支撑所述模型材料MA的悬垂部分并最终被去除；以及使所述成形材料固化，以在高度方向上形成具有预定厚度的切片并且在高度方向上层压所述切片，从而进行成形，所述装置包括:成形板40，其用于将成形物体放置在其上；成形材料喷射装置，其中，在一个方向上布置多个用于喷射模型材料MA的模型材料喷射喷嘴21和多个用于喷射支撑材料SA的支撑材料喷射喷嘴22 ;固化装置24，其用于固化模型材料MA和支撑材料SA ;头部部分20，其设置有成形材料喷射装置和固化装置24 ;水平驱动装置，其用于使头部部分20在水平方向上进行往复扫描；垂直驱动装置，其用于使头部部分20与成形板40在高度方向上相对移动；控制装置，其控制水平驱动装置和垂直驱动装置的驱动以及控制由成形材料喷射装置进行的成形材料的喷射和由固化装置24进行的固化，其中，控制装置能够进行控制，使得由水平驱动装置使头部部分20在一个方向上进行往复扫描，由成形材料喷射装置将模型材料MA和支撑材料SA喷射在成形板40上，以及由固化装置24沿着往复扫描的至少一个前进和后退路径使模型材料MA和/或支撑材料SA固化以形成切片，并且在高度方向上使成形板40和头部部分20相对移动以重复切片的层压，从而进行成形，以及在模型材料MA和支撑材料SA在成形物体的扫描方向上所位于的行上，在相同的往复扫描期间，不同时喷射模型材料MA和支撑材料SA，而只喷射和固化一种成形材料。因此，在相同的往复扫描期间,不同时喷射模型材料和支撑材料，而只喷射和固化一种成形材料，从而能够避免在相同的行上彼此相邻的模型材料和支撑材料之间的边界表面变得未固化且混合的情况，因而获得能够清楚形成它们之间的边界表面的优点。此外，根据第二方面的三维成形装置，在头部部分20的一次往复扫描中喷射和固化模型材料MA和支撑材料SA中的一种成形材料，以及在随后的往复扫描中喷射和固化形成在相同行上的另一种成形材料。从而可以通过两次扫描施加与一次扫描相对应的量的成形材料。此外，根据第三方面的三维成形装置，头部部分20在连续的往复扫描中喷射和固化模型材料MA和支撑材料SA中的一种成形材料，之后,能够在接下来的往复扫描中喷射和固化另一种成形材料。因此，不交替喷射和固化模型材料MA和支撑材料SA，而只连续成形一种成形材料，从而能够在喷射另一种成形材料之前把握时间。因此，能够期待更可靠的固化，以及能够获得更可靠地避免在边界表面处的混合的优点。此外，根据第四方面的三维成形装置，成形材料喷射装置能够在一次往复扫描的前进路径中进行喷射，以及固化装置24能够在一次往复扫描的后退路径中进行固化。从而能够在一次往复扫描中进行成形材料的喷射和固化。此外，根据第五方面的三维成形装置，能够提供一种用于挤压已喷射在成形板40上且处于未固化状态的成形材料的辊子部分25。从而能够在固化成形材料之前使成形材料的表面更均匀，以提高质量。还能够去除该成形材料的多余部分。此外，根据第六方面的三维成形装置，辊子部分25构造成扫描包括固化的模型材料MA和未固化的支撑材料SA的切片，以及能够从成形材料喷射装置喷射未固化的支撑材料SA,并且支撑材料SA的高度比固化的模型材料MA高出与预定偏移量相对应的量。如上所述，由于未固化的支撑材料高于固化的模型材料而使固化的模型材料向上顶起辊子部分，因此，能够避免固化的模型材料与辊子部分接触的情况，从而避免刮削固化的模型材料而引起辊子部分出现故障的情况。此外，根据第七方面的三维成形装置，可以根据辊子部分25在高度方向上的位置偏移量的分布设置预定偏移量。如上所述，在考虑了诸如圆度、偏心率和固定位置变化等辊子部分误差的情况下设置偏移量，从而辊子部分能够适当地设置未与固化的模型材料接触的支撑材料的高度。此外，根据第八方面的三维成形装置，可以向支撑材料SA添加与所述偏移量相对应的量并且从所述成形材料喷射装置喷出，支撑材料SA位于底部水平面上并且位于依次形成在成形板40上的多个切片所在的多个XY平面上各个位置。因此，使位于底部水平面上的支撑材料的高度变得更高，从而使随后层压在其上的所有支撑材料等变得高出与偏移量相对应的量，从而能够避免如上所述的辊子部分与固化的模型材料接触的情况。此外，根据第九方面的三维成形装置，模型材料MA可以是光固化树脂，以及固化装置24可以是用于进行光照射的光照射装置。从而能够促进光对模型材料的固化。可优选地使用紫外光等作为这种光。此外，根据第十方面的三维成形装置，成形材料喷射装置可以以材料彼此隔开的方式喷射模型材料MA和支撑材料SA。从而能够可靠地避免模型材料和支撑材料在它们之间的边界表面处的混合。此外，根据本发明的第十一方面，本发明提供了一种三维成形方法，所述三维成形方法重复以下操作:在沿着至少一个方向扫描的同时在成形板40上喷射作为成形材料的模型材料MA和支撑材料SA，所述成形板40用于在上面放置成形物体，所述模型材料(MA)形成最终的成形物体，所述支撑材料SA支撑所述模型材料MA的悬垂部分并最终被去除；以及使所述成形材料固化，以在高度方向上形成具有预定厚度的切片并且在高度方向上层压所述切片，从而进行成形，该方法可包括如下步骤:由用于喷射成形材料的成形材料喷射装置将模型材料MA和支撑材料SA中的一种成形材料喷射在成形板40上；由用于固化成形材料的固化装置24使已喷射的一种成形材料固化；由成形材料喷射装置将模型材料MA和支撑材料SA中的还未喷射的另一种成形材料喷射在成形板40上；由固化装置24使另一种成形材料固化；以及由固化的模型材料MA或固化的支撑材料SA形成切片，然后在高度方向上使成形板40与头部部分20相对移动以重复切片的层压。因此，在模型材料和支撑材料中的任一种材料固化之后喷射另一种材料，以允许单独的固化，从而能够获得有效地避免模型材料和支撑材料在它们之间的边界表面处混合的优点。此外，根据本发明的第十二方面，本发明提供了一种三维成形程序，所述三维成形程序重复以下操作:在沿着至少一个方向扫描的同时在成形板40上喷射作为成形材料的模型材料MA和支撑材料SA，所述成形板40用于在上面放置成形物体，所述模型材料MA形成最终的成形物体，所述支撑材料SA支撑所述模型材料MA的悬垂部分并最终被去除；以及使所述成形材料固化，以在高度方向上形成具有预定厚度的切片并且在高度方向上层压所述切片，从而进行成形，该程序可以使计算机实现如下功能:由用于喷射成形材料的成形材料喷射装置将模型材料MA和支撑材料SA中的一种成形材料喷射在成形板40上；由用于固化成形材料的固化装置24使已喷射的一种成形材料固化；由成形材料喷射装置将模型材料MA和支撑材料SA中的还未喷射的另一种成形材料喷射在成形板40上；由固化装置24使另一种成形材料固化；以及由固化的模型材料MA或固化的支撑材料SA形成切片，然后在高度方向上使成形板40与头部部分20相对移动以重复切片的层压。因此，在使模型材料和支撑材料中的任一种材料固化之后喷射另一种材料，以允许单独的固化，从而能够获得有效地避免模型材料和支撑材料在它们之间的边界表面处混合的优点。此外，根据本发明的第十三方面，本发明提供了一种存储上述程序的计算机可读记录介质。记录介质的示例包括:磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器、以及诸如CD-ROM、CD-R、CD-RW、软盘、磁带、MO、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、Blu-ray 和HD DVD(AOD)等能够存储程序的其他介质。此外，除了存储在记录介质中并分配的程序以夕卜，该程序还包括经由诸如互联网(Internet)等网络下载而分配的程序形式。此外，记录介质包括能够记录处于可执行状态下的程序的设备，例如，安装有以软件、固件等形式的程序的通用或专用设备。此外，程序中包括的每个处理和每个功能可由软件程序执行，该软件程序可由计算机执行，或每个部分的处理可以以诸如预定门阵列(FPGA、ASIC)等硬件形式实现，或通过以软件程序和部分硬件模块(实现一部分硬件原理)组合的形式实现。


图1是示出了根据第一实施例的三维成形装置的结构图。图2是示出了根据修改示例的三维成形装置的结构图。图3是示出了头部部分在XY方向上移动的状态的平面图。图4是示出了通过使模型材料和支撑材料成形来形成成形物体的透视图。图5是图4的剖视图。图6是示出了头部部分的外观的透视图。图7是示出了通过图6头部部分喷射成形材料的状态的平面图。图8是示出了通过辊子部分去除成形材料的多余部分的状态的透视图。图9 (a)是示出了由现有三维成形装置喷射模型材料和支撑材料的喷射图案的平面图，图9 (b)是示出了由现有三维成形装置喷射模型材料和支撑材料的喷射图案的垂直剖面图。图10 (a)是示出了根据第一实施例的喷射图案的平面图，图10 (b)是示出了根据第一实施例的喷射图案的垂直剖面图。图11 (a)是示出了根据第二实施例的喷射图案的平面图，图11 (b)是示出了根据第二实施例的喷射图案的垂直剖面图。图12 (a)是示出了根据第三实施例的喷射图案的平面图，图12 (b)是示出了根据第三实施例的喷射图案的垂直剖面图。图13 (a)是示出了根据第四实施例的喷射图案的平面图，图13 (b)是示出了根据第四实施例的喷射图案的垂直剖面图。图14 (a)是示出了根据第五实施例的喷射图案的平面图，图14 (b)是示出了根据第五实施例的喷射图案的垂直剖面图。
图15 (a)是不出了根据第六实施例的喷射图案的平面图，图15 (b)是不出了根据第六实施例的喷射图案的垂直剖面图。
具体实施例方式在下文中，将描述本发明的实施例。然而，下文所示实施例仅示出了用于使本发明技术概念具体化的三维成形装置和三维成形方法，并且本发明不限于下文所述的三维成形装置和三维成形方法。此外，本说明书不会将权利要求书所述的构件指定成实施例的构件。特别的是，实施例所述的组件的尺寸、材料、形状、相对沉积等并不旨在限制本发明的范围，而仅仅是解释性的示例。应注意的是，为使描述变得清楚，可能夸大了附图所示构件的尺寸、位置关系等。此外，在下面的描述中，相同的名称和符号表示相同的构件或相同特性的构件，并将适当地省略其详细描述。此外，构成本发明的每个元件可以处于这样的模式:由相同的构件构造多个元件并且一个构件可充当多个元件，或相反地，一个构件的功能可以被多个元件共用或实现。在本发明实施例中所使用的三维成形装置通过诸如IEEE1394、RS_232x、RS-422、RS-423、RS-485、UBS 等串联或并联方式或通过诸如 10BASE-T、100BASE-TX 和 1000BASE-T等网络方式电气地、磁性地或光学地连接至计算机、打印机、外部存储装置以及用于进行操作、控制、显示和其他处理的其他外围设备。该连接不限于物理有线连接，而可以是通过使用无线电波、红外射线、光通信等的无线连接，例如，无线局域网(诸如IEEE802.1x)和蓝牙(注册商标)。此外，至于用来进行数据交换、设置存储等的记录介质，可以使用存储卡、磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等。在本说明书中，所使用的三维成形装置的含义不仅包括三维成形装置的主体，而且还包括通过与其诸如计算机和外围存储装置等外围设备相结合而形成的三维成形系统。此外，在本说明书中，三维成形装置、三维成形方法和三维成形程序不限于用于执行三维成形的系统本身，以及不限于以硬件方式执行输入/输出、显示、计算、通信和涉及图像形成的其他处理的设备和方法。以软件方式实现处理的装置和方法也包括在本发明的范围内。例如，其中程序、插件、对象、库、小应用程序、编译器、模块、在特定程序上运行的宏等并入通用电路或计算机以能够实现图像形成及其相关处理的装置和系统同样符合本发明的三维成形装置、三维成形方法和三维成形程序以及计算机可读的记录介质。此外，在本说明书中，除了通用或专用电子计算器之外，计算机还包括工作站、终端、移动电子设备、移动电话(诸如roc、CDMA、W-CDMA、FOMA (注册商标)、GSM、IMT2000和第四代移动电话等)、PHS、PDA、寻呼机、智能电话和一些其他电子设备。此外，在本说明书中，程序不限于单独使用的这些程序，而是可以以下模式使用:作为专用计算机程序、软件、服务等的一部分运行、在需要时通过呼叫而运行、设置成OS等环境中的服务、在运行的同时常驻环境或在后台运行，或者可以作为其他支持程序使用。(第一实施例)图1示出了根据本发明第一实施例的三维成形系统100的结构图。三维成形系统100以喷墨的方式喷射液态或流体状态的成形材料，固化所喷射的材料，然后层压成形材料以形成具有任意形状的物体。使用模型材料MA和支撑材料SA作为成形材料，模型材料MA形成最终的成形物体，支撑材料SA的形状至少用来在Z方向上从下面支撑模型材料MA的悬垂部分并最终被去除。由设置数据生成装置I (图1中的计算机PC)和三维成形装置2构成图1所示的三维成形系统100，设置数据生成装置I将设置数据传输至三维成形装置2。三维成形装置2设置有控制装置10、头部部分20和成形板40。头部部分20 (作为成形材料喷射装置)设置有喷射模型材料MA的模型材料喷射喷嘴21和喷射支撑材料SA的支撑材料喷射喷嘴22。此外，头部部分20还设置有辊子部分25和固化装置24，辊子部分25用来从这些喷射的成形材料上刮掉多余的部分以使成形材料的表面平滑，固化装置24用来使成形材料固化。此夕卜，还提供了作为水平驱动装置的XY方向驱动部分31和作为竖直驱动装置的Z方向驱动部分32，水平驱动装置用来使头部部分20水平地在X方向上进行往复扫描和O在垂直于X方向的Y方向上进行扫描，使得液态或流体状态的成形材料从模型材料喷射喷嘴21和支撑材料喷射喷嘴22以喷墨方式喷射到成形板40上的适当位置，竖直驱动装置用来使头部部分20与成形板40在高度方向上相对移动。在收到三维形状的成形物体的输入(诸如由三维CAD等设计的模型数据)之后，计算机PC起设置数据生成装置I的作用，设置数据生成装置I首先将该CAD数据转换为例如STL数据，再生成通过将该STL数据切成多个薄横截面体而获得的横截面数据，然后批量地或以每个切片层为单位地将该切片数据传输至三维成形装置2。此时，与由三维CAD等设计的模型数据(实际上是转换之后的STL数据)在成形板40上的姿态的决定相关的是，相对于用来将模型材料形成的模型支撑在该姿势所需的空间和位置来设置将要提供支撑材料SA的位置，并且基于该数据，形成对应于每个层的切片数据。控制装置10从计算机PC那获取横截面的数据，并且根据该数据控制头部部分20、XY方向驱动部分31和Z方向驱动部分32。通过控制装置10的这种控制，XY方向驱动部分31运行，另外，作为成形材料的模型材料MA和支撑材料SA以小液滴的形式从模型材料喷射喷嘴21和支撑材料喷射喷嘴22喷射在成形板40上的适当位置，从而基于计算机PC提供的横截面数据进行具有横截面形状的成形。至少使作为喷射在成形板40上的成形材料之一的模型材料MA固化，使得模型材料MA从液态或流体状态变为固体，并因此被固化。通过这样的操作，形成了对应于一个层(即，切片)的横截面体。(切片)本文中，“切片”指的是在成形物体的Z方向上的层压片单元，并且切片的数量为高度除以层压片厚度所获得的值。实际上，与确定每一个切片的厚度的条件一样，切片的最小可设置厚度由以下条件确定:各个喷射喷嘴可以喷射出来的最小单位喷射量、由于辊子在垂直方向上的偏心而引起的辊子部分25的变动等。基于这种观点设置的值是切片的最小值，并且用户可以根据例如需要的成形精度和成形速度来最终确定每个切片量。也就是说，当选择成形精度优先时，用户可以基于上述切片最小值或其近似值确定每个切片量，而在另一方面，当成形速度优先时，用户可以确定每个切片量，并且以该切片量保持最低成形精度。此外，作为其他方法，存在让用户凭感觉选择成形精度和成形速度之间的比率的方法，或存在让用户输入可允许的最大成形时间的方法，从而显示成形时间和成形精度之间的几种组合来作为候选，然后让用户从这些候选中选择优选的条件。此外，按照以下方式进行一个切片数据的成形动作:沿着前进路径或后退路径中的至少一个路径以喷墨的方式从模型材料喷射喷嘴21和支撑材料喷射喷嘴22喷射液态或流体状态的成形材料，与此同时至少进行头部部分20在X方向上的往复操作；以及辊子部分25所起的作用是使沿着前进路径或后退路径中的至少一个路径并以未固化状态喷射在成形板40上的未固化成形物体平滑，同时用来自固化装置24的具有特定波长的光来照射平滑成形物体的表面，从而至少进行一次用于固化该成形物体的一系列步骤，但不言而喻的是，进行这些步骤的次数可根据切片数据的厚度或所需的成形精度而自动改变。同时，基于单位喷射量确定通过模型材料喷射喷嘴21和支撑材料喷射喷嘴22沿着至少前进路径或后退路径的一次喷射可以在成形板上形成的最大厚度，并且在单位喷射量下，喷射的小液滴在到达板之后的横截面形状可以保持大致圆形。(成形板40)成形板40可由Z方向驱动部分32自由地上下移动。当形成一个切片时，由控制装置10控制Z方向驱动部分32，并且成形板40仅向下移动对应于一个切片厚度的距离。然后，通过重复类似于上面的这种操作，将新的切片层压在第一切片的顶侧(顶部表面)上。层压如上所述顺序制成的多层薄切片以使成形物体成形。此外，在成形物体突出的所谓悬垂形状的情况下，在计算机PC将成形物体转换成数据时，计算机PC根据要求将悬垂支撑部分的形状添加至成形物体。然后，在使构成最终成形物体的模型材料MA成形的同时，控制装置10基于悬垂支撑部分的形状使悬垂支撑部分SB成形。具体而言，不同于模型材料MA的支撑材料SA以小液滴的形式从支撑材料喷射喷嘴22喷射出来，从而形成悬垂支撑部分SB。在成形之后，去除构成悬垂支撑部分SB的支撑材料SA，从而获得目标三维成形物体。如图3的平面图所示，头部移动装置30使头部部分20在水平方向上(B卩，在XY方向上)移动。此外，如图1所示，板升/降装置(Z方向驱动部分32)使成形板40在高度方向(即，在Z方向)上移动。这允许改变头部部分20和成形板40的相对高度，以便能够进行立体成形。更具体地，首先，头部移动装置30在X方向上往复操作头部部分20，以基于切片数据将作为成形材料的从模型材料喷射喷嘴21和支撑材料喷射喷嘴22喷射出来的模型材料MA和支撑材料SA喷射至适当部分，模型材料MA和支撑材料SA分别从设置在各自喷射喷嘴21、22中并沿着Y方向延伸的多个孔喷射出来。此外，如图3所示，在喷射喷嘴21、22在Y方向上的相应宽度小于可以在成形板40上沿着Y方向成形的宽度的情况下，以及在沿着Y方向成形的模型数据的宽度大于在Y方向上延伸的孔的总长度的情况下，在使相应喷射喷嘴21、22沿着X方向往复操作到预定位置之后，使相应喷射喷嘴21、22在Y方向上移动预定量，并且在沿着X方向在这些位置进行往复扫描时，基于切片数据将模型材料MA和支撑材料SA反复喷射在适当位置，从而形成符合所有设置成形数据的成形物体。虽然在图1的示例中将用于提升和降低成形板40的板升/降装置用作Z方向的驱动部分32，但本发明不限于该示例，如在图2所示的三维成形装置2'中，成形板40侧可以固定在高度方向上，以采用Z方向驱动部分32'来在Z方向上移动头部部分侧。此外，至于在XY方向上的运动，可以固定头部部分侧并且移动成形板。此外，当各喷嘴的宽度被制成与成形板40在Y方向上可以进行成形的宽度大致相同时，不需要头部部分20如上所述在Y方向上的移动。然而，即使在这样的情况下，为提高成形物体在Y方向的分辨率(其基于在喷嘴中设置的孔之间的间隔来确定)，可以移动各个孔，以使其位于在通过沿着Y方向移动头部部分20进行前一次成形时的各个孔之间的位置。
(控制装置10)控制装置10控制喷射成形材料的图案。也就是说，当模型材料MA和支撑材料SA沿着前进路径和后退路径中的至少一个路径(出于X方向上的往复扫描)被成形材料喷射装置喷射在成形板40上时，头部部分20在一个方向上进行往复扫描，并且成形材料喷射装置将成形材料嗔射在成形板上，之后，I旲型材料MA和支撑材料SA沿着如进路径和后退路径中的至少任一路径被固化装置24固化，从而形成切片，然后使成形板40与头部部分20在高度方向上相对移动以重复切片的层压，由此进行成形。虽然在后面详细描述，但是在成形材料喷射装置将成形材料喷射在成形板40上之后并且在成形材料表面被固化装置24固化之前，辊子部分25沿着前进路径和后退路径中的至少任一路径使成形材料表面的平滑。借助这种控制装置10，在一次往复扫描中喷射模型材料MA和支撑材料SA中的任一材料，以及由辊子部分25使成形材料表面平滑并进一步由固化装置24进行固化。然后，在随后的往复扫描中喷射还未被喷射的其他成形材料，并使成形材料表面平滑和固化。至少进行一次这一系列处理以形成一个切片。不必说，根据例如用户所要求的最终模型的表面精度和成形时间多次重复与一层切片数据对应的上述一系列处理。因此，使处于未固化状态的模型材料MA和支撑材料SA中的任一材料的表面平滑和固化，之后，喷射材料中的另一种材料，以允许单独固化。因此，可以获得这样的优点:能够有效避免模型材料MA和支撑材料SA在它们之间的边界表面处混合。(成形材料)如上所述，形成最终成形物体的模型材料MA和支撑模型材料MA悬垂部分并最终被去除的支撑材料SA被用于成形物体。图4示出了成形物体的透视图，该成形物体被成形为由矩形立方体形状的支撑材料SA覆盖球体形状的模型材料MA的外周，以及图5示出了相同成形物体的剖视图。(固化装置24)诸如紫外线固化树脂等光固化树脂可用于模型材料MA。在这种情况下，固化装置24是使用光进行照射的光照射装置，该光具有与至少用于模型材料MA的材料发生反应以引起固化的特定波长，并且该光照射装置是例如诸如紫外线灯等紫外光照射装置。可使用卤素灯、汞灯、LED等作为紫外线灯。此外，在该示例中，紫外线固化树脂还用作支撑材料。在使用紫外线固化树脂(其由具有相同波长的紫外光进行固化)的情况下，可使用相同的紫外线照射装置，以便获得能够共享光源的优点。(模型材料MA)此外，还可以使用热塑性树脂作为模型材料。在这种情况下，固化装置24充当冷却装置。在采用热塑性树脂作为模型材料和支撑材料的情况下，通过采用熔点高于支撑材料熔点的热塑性树脂作为模型材料，能够通过熔化来去除支撑材料，即，通过在层层压完成之后将成形物体加热至高于支撑材料熔点且低于模型材料熔点的温度，然后保持其温度。此外，模型材料和支撑材料中的一种材料可以是光固化树脂，而另一种材料可以是热塑性树脂。可选地，还可以使用可通过与固化材料发生化学反应固化的材料作为模型材料。此外，模型材料可以根据需要与液体改良剂进行混合，以调整诸如粘度和表面张力等喷射特性。此外，可以通过温度调整改变该喷射特性。模型材料的其他示例包括紫外线光聚合物、环氧树脂、丙烯酸树脂和尿烷。(支撑材料SA)至于支撑材料SA，水溶胀性凝胶、蜡、热塑性树脂、水溶性材料、可熔性材料等可以用作可去除材料。对于支撑材料的去除，可根据支撑材料的性能酌情使用诸如使用水溶解、加热、化学反应和水力清除等动态清除的方法、利用电磁波照射而熔化的热膨胀差异分离方法。由于支撑材料最终被去除，因此其需要具有易于被去除的特性。例如，水溶性支撑材料在成形物体成形之后被投入水槽中,这样可以溶解并去除支撑材料。同时，当支撑材料具有较高的溶解度时，支撑材料具有较低的强度。因此，当湿度较高时，支撑材料易于潮解而失去其形状、掉落等。如果支撑材料不具有充足的刚性，那么会降低其支撑模型材料的能力，这可能使得模型材料难以在支撑材料上表面上成形，从而降低模型材料的精度。另一方面，如果增加支撑材料的刚性，那么在从最终成形物体上去除支撑材料时会增加支撑材料溶于水的难度，并且去除也比较花费时间。由于支撑材料需要表现出如上所述的不一致性能，因此在现有技术中难以提供一种能够表现出最佳特性的支撑材料。在例如本实施例的使用水溶性材料作为支撑材料的情况下，能够形成作为支撑材料SA外壳的支撑壳体SS，支撑壳体SS能够在成形装置进行模型成形期间尽可能阻止支撑材料与空气直接接触，从而阻止支撑材料吸收空气中的水分。这避免了支撑材料的变形，并且还避免了在成形期间由于支撑材料的变形而引起的模型材料的变形。此外，通过形成支撑壳体SS，能够阻止其内部的支撑材料吸收空气中的水分，这可以改善支撑材料的水溶性性能。其结果是，当支撑材料浸入用于去除支撑材料的诸如水等溶液中时，能够增加支撑材料的溶解速度。借助这种构造，支撑材料能够具有足够的刚度，同时由于在去除支撑材料期间破坏了作为最外层壳体的支撑壳体SS，因此增加了支撑材料的溶解速度，从而提供了减少去除支撑材料所需时间周期的优点。在图4和图5的示例中，破坏形成在矩形平行六面体形状表面上的支撑壳体SS，以去除其内部的支撑材料SA。(支撑材料SA的细节)支撑材料SA包含非固化的成分。特别是，通过提高溶解度，在支撑材料投入水槽中之后，可以在较短的时间周期内溶解和去除支撑材料。支撑材料的可溶性不限于水溶性，而可以是对特定溶剂的可溶性。同时，由于这样的支撑材料处于液体状态或凝胶状态，因此，当用手触摸时它是粘性的或泥状的，并且很容易弄脏手。基于这个原因，如上所述，在支撑材料表面上提供了用于保护的支撑壳体SS。(支撑壳体SS)在支撑材料SA外表面上提供的支撑壳体SS由具有比支撑材料SA更高刚度的模型材料MA形成。以此方式，能够提高支撑材料SA表面的刚度并且避免支撑材料SA的外流。在本实施例中，由于支撑壳体SS由模型材料喷射喷嘴21喷出的模型材料MA形成，因此头部部分20的模型材料喷射喷嘴21可以共享作为支撑壳体SS的喷射喷嘴，并且支撑材料SA的支撑壳体SS也可以在成形模型材料MA的时候成形，这也在成本和速度等方面是有利的。具体而言，在生成用于至少模型材料MA和支撑材料SA的三维成形数据时，成形数据以这样的方式生成:相对于将由支撑材料以该成形数据形成的外表面的位置，位于外表面处的成形材料自动改变成模型材料，或由模型材料形成的薄膜层被形成用来覆盖支撑材料的外表面。然后控制装置10控制成形材料喷射装置，使得模型材料MA喷射在以下位置并固化，即:在形成与生成的数据相对应的各个切片时在支撑材料SA外表面上形成支撑壳体SS的位置，因此由薄模型材料MA覆盖支撑材料SA的外表面。因此，在支撑材料SA表面上形成薄模型材料MA可以得到能够促进支撑壳体SS形成的优点。此外，从易于去除和确保强度之间的平衡的观点考虑，由该模型材料形成的薄膜的厚度被认为优选地大约0.1mm到5mm。此外，虽然在本实施例中支撑壳体SS由模型材料喷射喷嘴21喷出的模型材料MA形成，但还能够使用喷射不同于模型材料MA的材料的额外设置的喷嘴来形成支撑壳体，假定该材料表现出像支撑壳体一样的适当特性。此时，关于支撑壳体的材料特性，鉴于在更高层面上取得易于去除和确保强度之间的平衡，支撑壳体材料优选地为硬度高于模型材料MA而韧性低于模型材料MA的材料。(支撑壳体SS的剥离结构)另一方面，在支撑壳体SS设置在支撑材料SA内的构造中，支撑壳体SS的刚度越高，支撑壳体SS越难与成形材料剥离。因此，优选地添加一种结构以便于支撑壳体SS的剥离。具体而言，虽然支撑材料SA的整个表面未被支撑壳体SS覆盖，但提供了部分暴露出支撑材料SA的暴露部分。这使得在成形物体成形之后易于在暴露部分破坏支撑壳体SS。此夕卜，当可溶性材料用于支撑材料SA时，在成形物体成形之后，可将支撑材料SA浸入液体中并且从暴露部分溶解。因此，能够在不破坏的情况下从成形物体剥离支撑壳体SS，以便获得能够在去除支撑材料SA的操作中节省劳力的优点。此外，与形成支撑材料SA的其他外表面相比，只有应当形成支撑壳体SS的连续外表面的外围部分呈厚状，因而可以使形成支撑壳体SS的连续外表面易于整体剥离。(头部部分20)图6示出了喷墨型三维成形装置的头部部分20的示例。在该附图中示出的头部部分20 (作为成形材料喷射装置)包括单独喷射模型材料MA和支撑材料SA的专用喷射喷嘴。具体而言，用于喷射模型材料MA的模型材料喷射喷嘴21和用于喷射支撑材料SA的支撑材料喷射喷嘴22彼此平行隔开设置。每个喷射喷嘴设置有两个喷嘴列23，如图7的平面图所示，这些喷嘴列23布置成彼此错开与半个喷嘴相对应的距离，从而提高分辨率。此外，以错开状态设置的每个喷嘴列23布置成模型材料喷射喷嘴21和支撑材料喷射喷嘴22中的相应行分别与相同的行对应，从而使模型材料和支撑材料之间的分辨率一致。在头部部分20中，从左边一体地设置支撑材料喷射喷嘴22、模型材料喷射喷嘴21、辊子部分25和固化装置24。每个喷射喷嘴以压电型喷墨打印头的方式喷射墨水型的成形材料。此外，成形材料调整成具有可从喷射喷嘴喷出的粘度。在图6的示例中，头部部分20首先喷射模型材料MA，然后喷射支撑材料SA。此外，头部部分20沿着前进路径(图中从左到右)喷射成形材料，而固化装置24沿着后退路径(图中从右到左)使已喷射的成形材料固化。(辊子部分25)头部部分20还设置有辊子部分25，该辊子部分用于挤压已喷射的且处于未固化状态的模型材料MA和支撑材料SA,从而去除成形材料的多余部分以便使成形材料的表面平滑。基于图8的示意图描述辊子部分25的操作状态。该示例示出了由辊子本体26使已喷射的且处于未固化状态的模型材料MA的表面变平坦的状态。辊子部分25设置有作为旋转本体的辊子本体26、布置成从辊子本体26表面突出的刮片27、存储由刮片27刮掉的成形材料的槽28和喷射存储在槽28中的成形材料的吸管29。辊子本体26在与头部部分20行进方向相反的方向(图8中的顺时针方向)上旋转，以刮掉未固化的成形材料。刮掉的成形材料附着在辊子本体26上并且被运送至刮片27，然后被刮片27刮掉并导引至槽28。出于这个原因，刮片27被固定在朝着槽28向下倾斜的姿势。此外，吸管29连接至泵，抽吸并喷射存储在槽28中的成形材料。在该示例中，辊子部分26的外部形状的直径Φ大约为Φ 20mm并且旋转速度大约为lOrps。辊子部分25在头部部分20从图中的右向左行进时进行刮削。换言之，当基于切片数据将模型材料MA和支撑材料SA从模型材料喷射喷嘴21和支撑材料喷射喷嘴22分别喷射在适当位置的同时头部部分20从左向右行进时，辊子部分25既不会与成形材料接触，也没有从固化装置24的光源进行的光照。在例如沿着前进路径(附图中头部部分20从左到右的主扫描方向)使至少相应的喷嘴21和喷嘴22喷射成形材料之后，辊子部分25进行前述的刮削操作，并且固化装置24作为光源运行，该光源沿着在从右到左的主扫描方向的后退路径发射用于使至少模型材料MA固化的光线。如图1和图6所示，辊子部分25相对于头部部分20的行进方向布置在固化装置24的前面，并且位于附图的左侧。其结果是，未固化的成形材料被辊子部分25预先刮掉，然后固化装置24使成形材料固化。借助这种布置，能够使用相同的路径刮除并固化成形材料，从而获得能够有效进行处理的优点。(边界表面的单独固化)该三维成形装置单独固化模型材料MA和支撑材料SA以避免模型材料MA和支撑材料SA在其边界部分上的混合。出于这个原因，控制装置10设置了模型材料MA和支撑材料SA的喷射图案。在下文中，将基于图9至图15所示的喷射图案的平面图和垂直剖视图描述其过程。在这些图的每张图中，为便于描述，将描述在一次往复扫描中喷射的一行模型材料MA和一行支撑材料SA的示例。此外,用斜线表示模型材料MA,用单色表示支撑材料SA。此外，用数字表示往复扫描的顺序。如图9 (a)所示，以往在相同的往复扫描期间喷射模型材料MA和支撑材料。出于这个原因，两次往复扫描可以形成两行。另一方面，如图9 (b)所示，由于模型材料MA和支撑材料SA的边界部分在材料还未固化的状态(这会使材料在边界表面处的混合)下在它们之间的边界部分处彼此接触，从而导致边界表面处质量降低的问题。与此相反的是，如图10所示，根据第一实施例的三维成形装置仅喷射和固化其中一种成形材料，也就是说，在图10 (a)所示示例中只喷射模型材料MA，而不喷射支撑材料SA。此外，在另一往复扫描期间，三维成形装置仅喷射和固化支撑材料SA。如上所述，在相同的往复扫描期间都不同时喷射和固化模型材料MA和支撑材料SA，而在各自不同的扫描期间喷射和固化模型材料MA和支撑材料SA，这能够避免还未固化的模型材料MA和支撑材料SA之间的接触。更具体地，在本实施例中，喷射模型材料MA并使其具有预定的第一厚度，之后，在模型材料MA还未固化的状态下使设置在头部部分20中的辊子部分25刮掉材料多余的部分，以沿着至少一个前进或后退路径(不同于喷射模型材料MA的至少一个前进或后退路径)使模型材料MA平滑，从而确保模型材料MA具有比如上所述第一厚度更小的第二厚度。此外，固化装置24沿着至少一个前进或后退路径使已喷射在成形板40上的模型材料MA固化，该路径是与辊子部分25的平滑化操作相同的路径或辊子部分25的平滑化操作之后的路径。然后，在用于使已预先喷射的模型材料MA固化的处理之后，喷射支撑材料SA并使其预定的第三厚度，该第三厚度大于模型材料的预定的第二厚度，之后，在支撑材料SA还未固化的状态下使设置在头部部分20中的辊子部分25刮掉材料多余的部分，以沿着至少一个前进或后退路径(不同于喷射支撑材料SA的至少一个前进或后退路径)中使支撑材料SA平滑，从而确保支撑材料SA具有大致等于或大于模型材料第二厚度而小于支撑材料SA第三厚度的第四厚度。此外，固化装置24沿着至少一个前进或后退路径使已喷射在成形板40上的支撑材料SA固化，该路径是与辊子部分25的平滑化操作相同的路径或辊子部分25的平滑化操作之后的路径。也就是说，首先喷射第一材料，然后进一步由辊子部分25成形并使其固化至具有第二厚度。稍后喷射第二材料并使其具有大于第二厚度的第三厚度。此外，由辊子部分25成形第二材料并使其固化至具有大致等于或大于第二厚度而小于第三厚度的第四厚度。这可以避免第一材料和第二材料(即，模型材料MA和支撑材料SA)在它们彼此接触的边界表面处的混合，并且还可以使这两种材料的表面平滑。此外，在相同往复扫描期间未喷射的模型材料MA和支撑材料SA可以在每次往复扫描中交替喷射，或可以连续喷射一种成形材料。此时，最低限度的必要规则是，在先前喷出的材料被辊子部分25平滑化并且被固化装置固化之后，应用随后喷射的材料。在图10(a)和图10 (b)的示例中，在第一往复扫描中喷射和固化模型材料MA之后，在随后的第二往复扫描中同样喷射和固化模型材料MA。然后，在第三往复扫描中，接着在第一往复扫描中形成的模型材料MA行上喷射支撑材料SA并使其固化。此外，同样在第四往复扫描中，接着在第二往复扫描中形成的模型材料MA行喷射支撑材料SA并使其成形。如上所述，连续喷射一种成形材料可以产生时间间隔直到另一种成形材料的喷射，因此，可充分固化成形材料以可靠地避免在材料彼此接触的边界表面混合。这在使用树脂(其固化反应比较缓慢)作为模型材料MA和支撑材料SA的情况下特别有效。此外，不必说，上述用于使模型材料MA和支撑材料SA成形的一系列处理可以是基于一个切片数据的整体处理或是构成一部分处理。在后者(一系列成形处理是一部分处理)的情况下，必要时应当重复上述系列的成形处理。(第二实施例)在上述图10的方法中，通过固化一种成形材料，可以可靠地避免与另一种成形材料的混合，但需要两次往复扫描来成形一行，从而导致循环时间变为图9方法循环时间两倍的缺陷。本文中，将基于图11描述避免该问题的示例(作为第二实施例)。该示例与图10在下述方面相同:在第一和第二往复扫描中形成两行模型材料MA。随后，在第三往复扫描中，在第一次形成的模型材料MA行和第二次形成的模型材料MA行之间喷射模型材料MA并使其固化。此外，在第四往复扫描中，在第二次形成的模型材料MA行的下方形成一行模型材料MA。在以此方法形成四行模型材料MA之后，接着在第五和第六往复扫描中喷射支撑材料SA并使其固化。本文中，每次以图10量的两倍喷射支撑材料SA并使其固化。例如，当喷射和固化模型材料MA至具有图10示例中的15μπι的高度时，在图11的示例中，喷射和固化支撑材料SA至具有上述高度两倍的30 μ m的高度。因此，在两次往复扫描中就可以形成与四次模型材料的往复扫描相对应的量的支撑材料SA。因此，在总共六次往复扫描中(即，四次用于模型材料和两次用于支撑材料)，可以进行与图9中使用四行成形(即，四次往复扫描)等效的成形，并需要图9循环时间1.5倍的循环时间。如上所述，能够获得将循环时间从图10的两倍压缩至1.5倍的优点，从而减少处理时间。另一方面，支撑材料SA的分辨率降低至图10分辨率的1/2。然而，由于支撑材料SA最终被去除，因此，不会引起所获得的成形物体质量的劣化。更具体地，在本实施例中，在首先喷射模型材料MA并使其具有第一预定厚度之后，设置在头部部分20的辊子部分25刮掉材料多余的部分，以沿着至少一个前进或后退路径(不同于喷射模型材料MA的至少一个前进或后退路径)使处于未固化状态的模型材料MA平滑，从而确保模型材料MA具有比第一厚度更小的第二厚度，以及固化装置24沿着至少一个前进或后退路径使已喷射在成形板40上的模型材料MA固化，该路径是与辊子部分25的平滑化操作相同的路径或辊子部分25的平滑化操作之后的路径。接着，在将模型材料MA喷射到具有第二厚度的模型材料MA的至少一部分表面(实际上是基于切片数据的适当位置)上并使其具有第三预定厚度之后，设置在头部部分20的辊子部分25刮掉材料多余的部分，以沿着至少一个前进或后退路径(不同于喷射模型材料MA的至少一个前进或后退路径)使处于未固化状态的模型材料MA平滑，从而确保模型材料MA具有比第三厚度更小的第四厚度，以及固化装置24沿着至少一个前进或后退路径使已喷射在成形板40上的模型材料MA固化，该路径是与辊子部分25的平滑化操作相同的路径或辊子部分25的平滑化操作之后的路径。因此，在这个时候，模型材料具有通过将第四厚度添加至第二厚度而获得的总的第五厚度。然后，在先前喷射的模型材料MA的固化处理之后，随后喷射支撑材料SA并使其具有第六预定厚度，该第六预定厚度大于模型材料的上述第五预定厚度，之后，设置在头部部分20的辊子部分25刮掉材料多余的部分，以沿着至少一个前进或后退路径(不同于喷射支撑材料SA的至少一个前进或后退路径)使处于未固化状态的支撑材料SA平滑，从而确保支撑材料SA具有大于或大致等于上述模型材料第五厚度并且小于支撑材料SA第六厚度的第七厚度，以及固化装置24沿着至少一个前进或后退路径使已喷射在成形板40上的支撑材料SA固化，该路径是与辊子部分25的平滑化操作相同的路径或辊子部分25的平滑化操作之后的路径。也就是说，喷射第一材料，然后，通过重复先前的两次成形，由辊子部分25成形并使其固化至具有第五厚度。之后，喷射第二材料并使其具有大于第五厚度的第六厚度。此夕卜，由辊子部分25成形第二材料并使其固化至具有大致等于或大于第五厚度而小于第六厚度的第七厚度。这可以避免第一材料和第二材料(即，模型材料MA和支撑材料SA)在它们彼此接触的边界表面处的混合，并且还可以使这两种材料的表面平滑。在图11的示例中，第三次形成的模型材料MA行和第四次形成的模型材料MA行位于图11 (a)示例中的第一次形成行和第二次形成行之间，而在图11 (b)的示例中，它们位于第一次形成行和第二次形成行之上。这是因为，虽然行之间的间隔在图11 (a)平面上显得较大，但实际上成形材料以更大的液滴喷射，其结果是，层压至具有如图11 (b)所示的较大高度。(第三实施例)此外，在图12中将描述改善第二实施例循环时间的示例(作为第三实施例)。本文中，往复扫描步骤与图11中的往复扫描步骤相同，但改变了成形材料的喷射量。具体而言，模型材料MA的相应喷射量为图11 (图10)中喷射量的1.5倍。例如，当形成的模型材料MA的高度为图11 (b)的15μπι时，在图12中则为22.5μπι(1.5倍)。此外，支撑材料SA的喷射量为图11中喷射量的1.5倍(喷射量为图10中喷射量的3倍)。因此，在总共六次往复扫描中，可层压具有达到45 μ m的总高度的成形材料。与图9相比，由于成形材料在两次往复扫描中已经成形并达到15 μ m的高度，所以以三倍的时长进行三倍量的成形，因而循环时间是相等的。另一方面，支撑材料SA的分辨率减少至1/3，但如上所述由于支撑材料SA最终被去除，因此在质量方面不会有问题。此外，模型材料MA的分辨率也减少至2/3。然而，以几十微米为单位出现这种减少，因此，在实践中被认为几乎没有问题。本实施例的细节与第三实施例中所描述的细节相同，因此不在本文中进行描述。(第四实施例)同时，作为在同一时间在同一行中不喷射和固化模型材料MA和支撑材料SA的代替形式，可以在相同的往复扫描期间在不同行上喷射模型材料MA和支撑材料SA。也就是说，使各行不同以在水平平面上以对角的形式使模型材料和支撑材料彼此隔开。将基于图13描述该示例(作为第四实施例)。本文中，模型材料MA在第一至第四往复扫描中的喷射和固化与图11中的示例相同。另一方面，至于支撑材料SA，在沿着第三往复扫描的前进路径完成了模型材料MA的喷射之后，随后支撑材料SA并未喷射在相同行上而是喷射在偏移行(该行与图14 (a)示例中的模型材料MA的第一形成行相同)上，并沿着后退路径使其固化。类似地，同样在第四往复扫描中，在完成了模型材料MA的喷射之后，支撑材料SA随后喷射在偏移位置(为与图14 (a)示例中的模型材料MA的第二形成行相同的行)上，并沿着后退路径使其固化。此外，同样在随后的第五和第六往复扫描中，将支撑材料SA喷射在与模型材料MA的第三和第四形成行相同的行上并使其固化。在该方法中，虽然未固化的模型材料MA和未固化的支撑材料SA都在第三和第四往复扫描的后退路径中被固化，即，由于两种材料都处于未固化的状态，因此这两种材料可以彼此混合，但是模型材料MA和支撑材料SA通过以偏移的形式布置而在如图13 (a)所示的水平平面上以对角的形式彼此隔开，并且由于在如图13 (b)所示的垂直方向上具有不同的高度而在高度方向上以对角的形式彼此隔开，因而使模型材料MA和支撑材料SA在水平平面内和在垂直平面内以对角的形式彼此隔开，从而避免在它们彼此相邻的边界表面处混合。在该方法中，模型材料MA的分辨率支撑材料SA的分辨率都不会劣化。另一方面，在速度方面与图9相比，当所喷射的成形材料的使用量为图9和图13的15 μ m时，能够在图9的两次往复扫描中完成15 μ m的材料成形，而能够在图13的六次往复扫描中完成30 μ m的材料成形，从而占用图13的循环时间的1.5倍。更具体地，在本实施例中，在首先喷射模型材料MA并使其具有第一预定厚度之后，设置在头部部分20的辊子部分25刮掉材料多余的部分，以沿着至少一个前进或后退路径(不同于喷射模型材料MA的至少一个前进或后退路径)使处于未固化状态的模型材料MA平滑，从而确保模型材料MA具有比第一厚度更小的第二厚度，以及固化装置24沿着至少一个前进或后退路径使已喷射在成形板40上的模型材料MA固化，该路径是与辊子部分25的平滑化操作相同的路径或辊子部分25的平滑化操作之后的路径。接着，在将模型材料MA喷射到具有第二厚度的模型材料MA的至少一部分表面(实际上是基于切片数据的适当位置)上并使其具有第三预定厚度之后，设置在头部部分20的辊子部分25刮掉材料多余的部分，以沿着至少一个前进或后退路径(不同于喷射模型材料MA的至少一个前进或后退路径)使处于未固化状态的模型材料MA平滑，从而确保模型材料MA具有比第三厚度更小的第四厚度，以及固化装置24沿着至少一个前进或后退路径使已喷射在成形板40上的模型材料MA固化，该路径是与辊子部分25的平滑化操作相同的路径或辊子部分25的平滑化操作之后的路径。因此，在这个时候，作为两次成形的结果，模型材料具有等于第二厚度和第四后厚度之和的总的第五厚度。此外，在与用来形成模型材料MA的第三厚度相同的施加处理的至少一个前进或后退路径中，将支撑材料SA喷射在适当的位置并使其具有小于模型材料第五厚度的第六厚度。然而，在本阶段中，如上所述，支撑材料的第六厚度小于模型材料的第五厚度，因此，难以通过辊子部分25使支撑材料SA平滑，并且只有通过辊子部分25使具有第三厚度的模型材料MA的表面平滑，之后，由固化装置24使模型材料MA和支撑材料SA的表面固化。随后，将用于形成第七厚度的支撑材料SA进一步喷射在具有第六厚度的支撑材料SA的表面上，并且设置在头部部分20的辊子部分25刮掉材料多余的部分，以沿着至少一个前进或后退路径(不同于喷射支撑材料SA的至少一个前进或后退路径)使处于未固化状态的支撑材料SA平滑，从而确保支撑材料SA具有大于或大致等于模型材料第五厚度并且小于支撑材料SA第七厚度的第八厚度，以及固化装置24沿着至少一个前进或后退路径使已喷射在成形板40上的支撑材料SA固化，该路径是与辊子部分25的平滑化操作相同的路径或辊子部分25的平滑化操作之后的路径。(第五实施例)此外，将基于图14描述改善第四实施例循环时间的示例(作为第五实施例)。本文中，下述方面是相同的:在第一至第四往复扫描中喷射和固化模型材料MA;以及至于支撑材料SA，在沿着第三往复扫描的前进路径完成了模型材料MA的喷射之后，将支撑材料SA喷射在支撑材料SA已经偏移的行(该行与图14(a)示例中的模型材料MA的第一形成行相同)上，或在沿着第四往复扫描的前进路径完成了模型材料MA的喷射之后，将支撑材料SA喷射在与模型材料MA的第二形成行相同的行上，并沿着后退路径使其固化。本文中，支撑材料SA的喷射量为图11喷射量的两倍。因此，仅通过第三和第四往复扫描可成形总计30μπι的厚度，可以与图9的成形等效。在该方法中，如图14 (b)所示，由于处于未固化状态的模型材料MA和支撑材料SA彼此相邻，因此不能完全避免它们的混合。此外,类似于图11,支撑材料SA的分辨率下降至1/2。更具体地，在本实施例中，在首先喷射模型材料MA并使其具有第一预定厚度之后，设置在头部部分20的辊子部分25刮掉材料多余的部分，以沿着至少一个前进或后退路径(不同于喷射模型材料MA的至少一个前进或后退路径)使处于未固化状态的模型材料MA平滑，从而确保模型材料MA具有比第一厚度更小的第二厚度，以及固化装置24沿着至少一个前进或后退路径使已喷射在成形板40上的模型材料MA固化，该路径是与辊子部分25的平滑化操作相同的路径或辊子部分25的平滑化操作之后的路径。接着，在将模型材料MA喷射到具有第二厚度的模型材料MA的至少一部分表面(实际上是基于切片数据的适当位置)上并使其具有第三预定厚度之后，设置在头部部分20的辊子部分25刮掉材料多余的部分，以沿着至少一个前进或后退路径(不同于喷射模型材料MA的至少一个前进或后退路径)使处于未固化状态的模型材料MA平滑，从而确保模型材料MA具有比第三厚度更小的第四厚度，以及固化装置24沿着至少一个前进或后退路径使已喷射在成形板40上的模型材料MA固化，该路径是与辊子部分25的平滑化操作相同的路径或辊子部分25的平滑化操作之后的路径。因此，在这个时候，作为两次成形的结果，模型材料具有等于第二厚度和第四后厚度之和的总的第五厚度。同时，在具有第二厚度的模型材料MA (先前已喷射)的表面的固化处理之后，通过与施加具有第三厚度的模型材料MA的处理相同的处理，喷射支撑材料SA并使其具有第六厚度，第六厚度大致等于模型材料MA第三厚度和第二厚度之和。之后，在具有第三厚度的模型材料MA的表面和具有第六厚度的支撑材料SA的表面未固化的状态下，在辊子部分25进行的将模型材料MA的第三厚度改变至第四厚度平滑化处理中刮掉材料多余的部分，使得支撑材料SA具有第七厚度，第七厚度大致等于第五厚度(模型材料MA的总厚度并且等于第二厚度和第四厚度之和)，。此外，使用与由上述固化装置在具有第五厚度的模型材料MA的表面上进行固化处理相同的处理，在具有第七厚度的支撑材料SA的表面上进行固化处理。(第六实施例)在上述第五实施例中，如图14 (b)所示，模型材料MA和支撑材料SA在高度方向上彼此相邻，从而产生了难以避免在该部分中的混合的问题。因此，将基于图15描述模型材料MA和支撑材料SA在高度方向上彼此隔开以减轻它们混合的示例(作为第六实施例)。在本示例中，与图11的示例相同，在第一至第四往复扫描中连续成形模型材料MA。在图15中，在第五往复扫描中将模型材料MA进一步喷射在与第一形成行相同的行上，并且在随后的第六往复扫描中还将模型材料MA进一步喷射在与第二形成行相同的行上。这使得模型材料MA具有与三个切片相对应的45 μ m的高度，如图15 (b)所示。此外，沿着第七往复扫描的前进路径将模型材料MA喷射在与第三形成行相同的行上，随后，将支撑材料SA以两倍的量喷射在与模型材料MA的第五形成行相同的行上。本文中，已喷射的且未固化的模型材料MA具有与四个切片相对应的60 μ m的高度，即使以两倍的量喷射支撑材料SA，其高度也有30 μ m。这导致在未固化的模型材料MA和未固化的支撑材料SA之间存在较大的水平差异，从而减轻这两种材料在它们彼此相邻的边界表面处的混合。类似的是，在第八往复扫描中还将支撑材料SA以两倍大的量喷射在与模型材料MA的第六形成行相同的行上。在这些第七和第八往复扫描中，虽然支撑材料SA和模型材料MA都沿着后退路径固化，但支撑材料SA的多余部分不能被辊子部分25刮掉。如图15 (b)所示，这是因为模型材料MA和支撑材料SA的成形高度不同。因此，在这种情况下，与模型材料MA —致，仅由辊子部分25进行模型材料MA的刮削处理。也就是说，控制装置10控制辊子部分25的旋转，并且在辊子部分25越过支撑材料SA时停止辊子部分25的旋转。由于支撑材料SA最终被去除，所以即使其表面略微粗糙，也不会导致成形材料质量的问题。此外，在随后的第九和第十往复扫描中，仅喷射和固化支撑材料SA，因此，同样由辊子部分25进行刮削以使平面均匀。根据该方法，至于成形时间，在图9中通过两次往复扫描来成形15μπι，而在图15中通过十次往复扫描来成形60 μ m,从而占用1.25倍的循环时间并将支撑材料SA的分辨率降低至1/2。在本实施例中，基本上使用与第四实施例相同的方式，多次(在本实施例中为4次)重复用于喷射、平滑化和固化相同材料的一系列操作，并且通过与最后重复的一系列操作(即，第四操作，本文中，由于将要形成的层的高度小于前一次喷射材料形成的层的高度，因此可以不引入平滑化处理)相同的处理进行用于喷射和固化另一种材料的一系列操作。随后，喷射另一种材料，以确保高度大于前一次喷射材料所形成的高度，然后在由固化装置24进行的固化处理的同时使另一种材料平滑，以最终确保高度与前一次喷射材料所形成的高度大致相同。工业适用性本发明的三维成形装置和三维成形方法优选地应用于以喷墨方式层压紫外线固化树脂的三维成形。附图标记的描述100...three-dimensional shaping system:三维成形系统I…set data creating device:设置数据生成装置2，2，...three-dimensional shaping device:三维成形装置10...control means:控制装置20...head section:头部部分21...model material ejection nozzle:模型材料喷射喷嘴22...supporting material ejecti`on nozzle:支撑材料喷射喷嘴23...nozzle row:喷嘴列24...curing means:固化装置25...roller section:棍子部分26...roller body:棍子本体27...blade:刮片28...bath:槽29...absorption pipe:吸管30...head moving means:头部移动装置31...XY-direction driving section:XY 方向驱动部分32，32’...Z-direction driving section:Z 方向驱动部分40...shaping plate:成形板MA...model material:模型材料SA...supporting material:支撑材料SS...supporting shell:支撑壳体PC...computer:计算机SB...0verhang supporting section:悬垂支撑部分
权利要求
1.一种三维成形装置，所述三维成形装置重复以下操作:在沿着至少一个方向扫描的同时在成形板(40)上喷射作为成形材料的模型材料(MA)和支撑材料(SA)，所述模型材料(MA)形成最终的成形物体，所述支撑材料(SA)支撑所述模型材料(MA)的悬垂部分并最终被去除；以及使所述成形材料固化，以在高度方向上形成具有预定厚度的切片并且在高度方向上层压所述切片，从而进行成形，所述装置包括: 成形板(40)，其用于将所述成形物体放置在其上； 成形材料喷射装置，其中，在一个方向上布置多个用于喷射所述模型材料(MA)的模型材料喷射喷嘴(21)和多个用于喷射所述支撑材料(SA)的支撑材料喷射喷嘴(22)； 固化装置(24)，其用于固化所述模型材料(MA)和所述支撑材料(SA)； 头部部分(20)，其设置有所述成形材料喷射装置和所述固化装置(24)； 水平驱动装置，其用于使所述头部部分(20)在水平方向上进行往复扫描； 垂直驱动装置，其用于使所述头部部分(20 )与所述成形板(40 )在高度方向上相对移动；控制装置(10)，其控制所述水平驱动装置和所述垂直驱动装置的驱动以及控制由所述成形材料喷射装置进行的成形材料的喷射和由所述固化装置(24)进行的固化，其中 控制装置(10)进行控制，使得由所述水平驱动装置使所述头部部分(20)在一个方向上进行往复扫描，由所述成形材料喷射装置将所述模型材料(MA)和所述支撑材料(SA)喷射在所述成形板(40)上，以及由所述固化装置(24)沿着往复扫描的至少一个前进和后退路径使所述模型材料(MA)和/或所述支撑材料(SA)固化以形成所述切片，并且在高度方向上使所述成形板(40)与所述头部部分(20)相对移动以重复所述切片的层压，从而进行成形，以及 在所述模型材料(MA)和 所述支撑材料(SA)在所述成形物体的扫描方向上所位于的行上，在相同的往复扫描期间，不同时喷射所述模型材料(MA)和所述支撑材料(SA)，而只喷射和固化一种成形材料。
2.根据权利要求1所述的三维成形装置，其中，在所述头部部分(20)的一次往复扫描中喷射和固化所述模型材料(MA)和所述支撑材料(SA)中的一种成形材料，以及在随后的往复扫描中喷射和固化形成在相同行上的另一种成形材料。
3.根据权利要求1所述的三维成形装置，其中，所述头部部分(20)在连续的往复扫描中喷射和固化所述模型材料(MA)和所述支撑材料(SA)中的一种成形材料，之后，在接下来的往复扫描中喷射和固化另一种成形材料。
4.根据权利要求1所述的三维成形装置，其中 所述成形材料喷射装置在一次往复扫描的前进路径中进行喷射，以及 所述固化装置(24)在一次往复扫描的后退路径中进行固化。
5.根据权利要求1所述的三维成形装置，还包括辊子部分(25)，其用于挤压已喷射在所述成形板(40)上且处于未固化状态的所述成形材料。
6.根据权利要求5所述的三维成形装置，其中 所述辊子部分(25)构造成扫描包括固化的所述模型材料(MA)和未固化的所述支撑材料(SA)的切片，以及 从所述成形材料喷射装置喷射未固化的所述支撑材料(SA)，并且所述支撑材料(SA)的高度比固化的所述模型材料(MA)高出与预定偏移量相对应的量。
7.根据权利要求6所述的三维成形装置，其中，根据所述辊子部分(25)在高度方向上的位置偏移的分布设置所述预定偏移量。
8.根据权利要求6所述的三维成形装置，其中，向支撑材料(SA)添加与所述偏移量相对应的量并且从所述成形材料喷射装置喷出，所述支撑材料(SA)位于底部水平面上并且位于依次形成在所述成形板(40)上的多个切片所在的多个XY平面上各个位置。
9.根据权利要求1所述的三维成形装置，其中 所述模型材料(MA)是光固化树脂，以及 所述固化装置(24)是用于进行光照射的光照射装置。
10.根据权利要求1所述的三维成形装置，其中，所述成形材料喷射装置以材料彼此隔开的方式喷射所述模型材料(MA)和所述支撑材料(SA)。
11.一种三维成形方法，所述三维成形方法重复以下操作:在沿着至少一个方向扫描的同时在成形板(40)上喷射作为成形材料的模型材料(MA)和支撑材料(SA)，所述成形板(40)用于在上面放置成形物体，所述模型材料(MA)形成最终的成形物体，所述支撑材料(SA)支撑所述模型材料(MA)的悬垂部分并最终被去除；以及使所述成形材料固化，以在高度方向上形成具有预定厚度的切片并且在高度方向上层压所述切片，从而进行成形，所述方法包括如下步骤: 由用于喷射所述成形材料的成形材料喷射装置将所述模型材料(MA)和所述支撑材料(SA)中的一种成形材料喷射在所述成形板(40)上； 由用于固化所述成形材料的所述固化装置(24)使已喷射的一种成形材料固化；由所述成形材料喷射装置将所述模型材料(MA)和所述支撑材料(SA)中的还未喷射的另一种成形材料喷射在所述成形板(40)上； 由所述固化装置(24)使所述另一种`成形材料固化；以及 由固化的所述模型材料(MA)或固化的所述支撑材料(SA)形成所述切片，然后在高度方向上使所述成形板(40)与所述头部部分(20)相对移动以重复所述切片的层压。
12.—种三维成形程序，所述三维成形程序重复以下操作:在沿着至少一个方向扫描的同时在成形板(40)上喷射作为成形材料的模型材料(MA)和支撑材料(SA)，所述成形板(40)用于在上面放置成形物体，所述模型材料(MA)形成最终的成形物体，所述支撑材料(SA)支撑所述模型材料(MA)的悬垂部分并最终被去除；以及使所述成形材料固化，以在高度方向上形成具有预定厚度的切片并且在高度方向上层压所述切片，从而进行成形，所述程序使计算机实现如下功能: 由用于喷射所述成形材料的成形材料喷射装置将所述模型材料(MA)和所述支撑材料(SA)中的一种成形材料喷射在所述成形板(40)上； 由用于固化所述成形材料的所述固化装置(24)使已喷射的一种成形材料固化；由所述成形材料喷射装置将所述模型材料(MA)和所述支撑材料(SA)中的还未喷射的另一种成形材料喷射在所述成形板(40)上； 由所述固化装置(24)使所述另一种成形材料固化；以及 由固化的所述模型材料(MA)或固化的所述支撑材料(SA)形成所述切片，然后在高度方向上使所述成形板(40)与所述头部部分(20)相对移动以重复所述切片的层压。
13.一种计算机可读记录介质，其存储根据权利要求12所述的程序。
全文摘要
控制装置进行控制，使得头部部分20在一个方向上进行往复扫描，使模型材料MA和支撑材料SA喷射在成形板40上，以及沿着往复扫描的前进路径和后退路径中的至少任一路径使模型材料MA和/或支撑材料SA固化以形成切片，以及在高度方向上使成形板40与头部部分20相对移动以重复切片的层压，从而进行成形，以及在模型材料MA和支撑材料SA在成形物体的扫描方向上所位于的行上，在相同的往复扫描期间，不同时喷射模型材料MA和支撑材料SA，而只喷射和固化一种成形材料。
文档编号B29C67/00GK103189186SQ20118005245
公开日2013年7月3日 申请日期2011年10月17日 优先权日2010年11月1日
发明者池田茂树, 须崎亮平 申请人:株式会社其恩斯