(57)【要約】【課題】造形材料が糸を引くようにノズルから垂れ下がり、三次元造形物に付着して、造形精度が低下する可能性を低減可能な技術を提供する。【解決手段】三次元造形物の製造方法は、吐出部が造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有するとともに、各部分経路における造形材料の吐出量を表す吐出量情報および各部分経路における吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する中間データを生成する第１工程と、中間データを解析して第１部分経路と第２部分経路との間に挟まれた隙間部分を特定する第２工程と、第２部分経路においてステージ又は先に形成された層に堆積される造形材料の幅が増加するように第２部分経路に対応する吐出制御データを変更して中間データから造形データを生成する第３工程と、造形データに従って吐出部を制御して三次元造形物を造形する第４工程とを備える。【選択図】図５
2020192743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出部からステージに向けて造形材料を吐出させて層を積層することで三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有するとともに、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する中間データを生成する第１工程と、
前記中間データを解析して、第１部分経路と、前記第１部分経路よりも後に前記吐出部から前記造形材料が吐出される第２部分経路との間に挟まれた隙間部分を特定する第２工程と、
前記第２部分経路において前記ステージ又は先に形成された前記層に堆積される前記造形材料の幅が増加するように、前記第２部分経路に対応する前記吐出制御データを変更して、前記中間データから造形データを生成する第３工程と、
前記造形データに従って前記吐出部を制御して前記三次元造形物を造形する第４工程と、
を備える三次元造形物の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元造形物の製造方法であって、
前記第１部分経路は、前記三次元造形物の外殻に沿った外殻領域を造形するための経路の一部であり、
前記第２部分経路は、前記三次元造形物のうちの前記外殻領域以外の領域である内部領域を造形するための経路の一部である、三次元造形物の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の三次元造形物の製造方法であって、
前記第３工程では、前記外殻領域を造形するための経路と前記内部領域を造形するための経路とが連続する経路となるように前記造形データを生成する、三次元造形物の製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法であって、
前記第３工程では、前記第２部分経路において前記ステージ又は先に形成された前記層に堆積される前記造形材料の幅が、前記隙間部分の幅の変化に従って変化するように、前記造形データを生成する、三次元造形物の製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法であって、
前記第３工程では、前記隙間部分の形状に応じて、前記経路データに含まれる前記第２部分経路を変更して、前記造形データを生成する、三次元造形物の製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法であって、
各前記部分経路において前記ステージ又は前記層に堆積させる前記造形材料の基準幅Ｓｓと、各前記部分経路において前記ステージに堆積させることが可能な前記造形材料の最大幅Ｓｍａｘと、前記隙間部分の幅Ｗと、が、
Ｗ≦Ｓｍａｘ−Ｓｓ
の関係を満たす場合、前記第３工程では、前記第２部分経路に対応する前記吐出制御データのみを変更する、三次元造形物の製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法であって、
各前記部分経路において前記ステージ又は前記層に堆積させる前記造形材料の基準幅Ｓｓと、各前記部分経路において前記ステージに堆積させることが可能な前記造形材料の最大幅Ｓｍａｘと、前記隙間部分の幅Ｗと、が、
Ｗ＞Ｓｍａｘ−Ｓｓ
の関係を満たす場合、前記第３工程では、前記第２部分経路に加えて、前記第１部分経路において前記ステージ又は先に形成された前記層に堆積される前記造形材料の幅が増加するように、前記第１部分経路に対応する前記吐出制御データを変更して、前記造形データを生成する、三次元造形物の製造方法。
【請求項８】
吐出部からステージに向けて造形材料を吐出させて層を積層することで三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
隣り合って堆積される前記造形材料同士の間隔が第１間隔となるように前記吐出部を前記ステージ上で移動させつつ、前記吐出部から前記造形材料を吐出させて前記三次元造形物のうちの第１部分を造形する第１部分造形工程と、
前記第１部分造形工程で前記ステージまたは先に形成された前記層に堆積される前記造形材料の幅よりも、前記ステージまたは先に形成された前記層に堆積される前記造形材料の幅が増加するように前記吐出部から前記造形材料を吐出させて、前記第１部分に接するように前記層のうちの前記第１部分を除く第２部分を造形する第２部分造形工程と、
を備える三次元造形物の製造方法。
【請求項９】
ステージと、
前記ステージに向けて造形材料を吐出する吐出部と、
前記ステージに対して前記吐出部を移動させる移動機構と、
造形データを生成するデータ生成部と、
前記造形データに従って前記吐出部と前記移動機構とを制御して前記ステージ上に三次元造形物を造形する制御部と、
を備え、
前記データ生成部は、
前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有するとともに、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する中間データを生成し、
前記中間データを解析して、第１部分経路と、前記第１部分経路よりも後に前記吐出部から前記造形材料が吐出される第２部分経路との間に挟まれた隙間部分を特定し、
前記第２部分経路において前記ステージ又は先に形成された層に堆積される前記造形材料の幅が増加するように、前記第２部分経路に対応する前記吐出制御データを変更して、前記中間データから前記造形データを生成する、
三次元造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、三次元造形物の製造方法および三次元造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元造形物の製造方法に関し、例えば、特許文献１には、三次元造形物の各層を構築するためのビルド経路に従って、造形材料の押し出しを行うノズルを移動させることが記載されている。ビルド経路には、周囲経路と、バルクラスター経路と、残存経路とが含まれる。周囲経路は、三次元造形物と外部との境界を形成するための経路であり、バルクラスター経路は、周囲経路によって囲まれた領域を埋める経路である。残存経路は、周囲経路およびバルクラスター経路では埋められない空隙領域を埋める経路である。特許文献１では、残存経路において、空隙領域の幅に応じて造形材料の押出量を変化させることで、空隙領域に隙間が生じることを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９−５２５２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術において、バルクラスター経路の終点と残存経路の始点とが離れた位置にある場合、バルクラスター経路の終点から残存経路の始点までノズルが移動する際に、造形材料が糸を引くようにノズルから垂れ下がり、三次元造形物に付着して、造形精度が低下する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一形態によれば、吐出部からステージに向けて造形材料を吐出させて層を積層することで三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法が提供される。この製造方法は、前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有するとともに、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する中間データを生成する第１工程と、前記中間データを解析して、第１部分経路と、前記第１部分経路よりも後に前記吐出部から前記造形材料が吐出される第２部分経路との間に挟まれた隙間部分を特定する第２工程と、前記第２部分経路において前記ステージ又は先に形成された前記層に堆積される前記造形材料の幅が増加するように、前記第２部分経路に対応する前記吐出制御データを変更して、前記中間データから造形データを生成する第３工程と、前記造形データに従って前記吐出部を制御して前記三次元造形物を造形する第４工程と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】フラットスクリューの下面側の概略構成を示す斜視図である。
【図３】スクリュー対面部の上面側を示す概略平面図である。
【図４】三次元造形物が造形されていく様子を模式的に示す概略図である。
【図５】造形データ生成処理のフローチャートである。
【図６】三次元造形物の１つの層の平面形状の例を示す図である。
【図７】三次元造形物の１つの層の平面形状の例を示す図である。
【図８】三次元造形物の１つの層の平面形状の他の例を示す図である。
【図９】三次元造形物の１つの層の平面形状の他の例を示す図である。
【図１０】三次元造形処理のフローチャートである。
【図１１】第２実施形態におけるデータ変更処理のフローチャートである。
【図１２】データ変更処理の結果を示す図である。
【図１３】データ変更処理の結果を示す図である。
【図１４】データ変更処理の結果を示す図である。
【図１５】変更対象決定処理のフローチャートである。
【図１６】第３実施形態におけるデータ変更処理を説明するための図である。
【図１７】第３実施形態におけるデータ変更処理を説明するための図である。
【図１８】第３実施形態におけるデータ変更処理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における三次元造形装置１００の概略構成を示す説明図である。図１には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印が示されている。Ｘ方向およびＹ方向は、水平面に平行な方向であり、Ｚ方向は、重力方向とは反対の方向である。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印は、他の図においても、図示の方向が図１と対応するように適宜、図示してある。以下の説明において、向きを特定する場合には、正の方向を「＋」、負の方向を「−」として、方向表記に正負の符合を併用する。
【０００８】
三次元造形装置１００は、三次元造形装置１００を制御する制御部１０１と、造形材料を生成して吐出する造形部１１０と、三次元造形物の基台となる造形用のステージ２１０と、造形材料の吐出位置を制御する移動機構２３０と、を備える。
【０００９】
造形部１１０は、制御部１０１の制御下において、固体状態の材料を溶融させてペースト状にした造形材料をステージ２１０上に吐出する。造形部１１０は、造形材料に転化される前の材料の供給源である材料供給部２０と、材料を造形材料へと転化させる造形材料生成部３０と、造形材料を吐出する吐出部６０と、を備える。
【００１０】
材料供給部２０は、造形材料生成部３０に、造形材料を生成するための原材料ＭＲを供給する。材料供給部２０は、例えば、原材料ＭＲを収容するホッパーによって構成される。材料供給部２０は、下方に排出口を有している。当該排出口は、連通路２２を介して、造形材料生成部３０に接続されている。原材料ＭＲは、ペレットや粉末等の形態で材料供給部２０に投入される。本実施形態では、ペレット状のＡＢＳ樹脂の材料が用いられる。
【００１１】
造形材料生成部３０は、材料供給部２０から供給された原材料ＭＲを溶融させて流動性を発現させたペースト状の造形材料を生成し、吐出部６０へと導く。造形材料生成部３０は、スクリューケース３１と、駆動モーター３２と、フラットスクリュー４０と、スクリュー対面部５０と、を有する。
【００１２】
図２は、フラットスクリュー４０の下面４８側の概略構成を示す斜視図である。図２に示したフラットスクリュー４０は、技術の理解を容易にするため、図１に示した上面４７と下面４８との位置関係を、鉛直方向において逆向きとした状態で示されている。図３は、スクリュー対面部５０の上面５２側を示す概略平面図である。フラットスクリュー４０は、その中心軸に沿った方向である軸線方向における高さが直径よりも小さい略円柱状を有する。フラットスクリュー４０は、その回転中心となる回転軸ＲＸがＺ方向に平行になるように配置される。
【００１３】
フラットスクリュー４０は、スクリューケース３１内に収納されている。フラットスクリュー４０の上面４７側は駆動モーター３２に連結されており、フラットスクリュー４０は、駆動モーター３２が発生させる回転駆動力によって、スクリューケース３１内で回転する。駆動モーター３２は、制御部１０１の制御下において駆動する。
【００１４】
フラットスクリュー４０の、回転軸ＲＸと交差する面である下面４８には、溝部４２が形成されている。上述した材料供給部２０の連通路２２は、フラットスクリュー４０の側面から、当該溝部４２に連通する。図２に示すように、本実施形態では、溝部４２は、凸条部４３によって隔てられて３本分形成されている。なお、溝部４２の数は、３本に限られず、１本でもよいし、２本以上であってもよい。
【００１５】
フラットスクリュー４０の下面４８は、スクリュー対面部５０の上面５２に面しており、フラットスクリュー４０の下面４８の溝部４２と、スクリュー対面部５０の上面５２との間には空間が形成される。造形部１１０では、フラットスクリュー４０とスクリュー対面部５０との間のこの空間に、材料供給部２０から図３に示した材料流入口４４へと原材料ＭＲが供給される。
【００１６】
スクリュー対面部５０には、回転しているフラットスクリュー４０の溝部４２内に供給された原材料ＭＲを加熱するためのヒーター５８が埋め込まれている。スクリュー対向面５２には、連通孔５６に接続され、連通孔５６から外周に向かって渦状に延びている複数の案内溝５４が形成されている。フラットスクリュー４０の溝部４２内に供給された原材料ＭＲは、溝部４２内において溶融されながら、フラットスクリュー４０の回転によって溝部４２に沿って流動し、造形材料としてフラットスクリュー４０の中央部４６へと導かれる。中央部４６に流入した流動性を発現しているペースト状の造形材料は、図３に示したスクリュー対面部５０の中心に設けられた連通孔５６を介して吐出部６０に供給される。なお、造形材料では、造形材料を構成する全ての種類の物質が溶融していなくてもよい。造形材料は、造形材料を構成する物質のうちの少なくとも一部の種類の物質が溶融することによって、全体として流動性を有する状態に転化されていればよい。
【００１７】
吐出部６０は、造形材料を吐出するノズル６１と、フラットスクリュー４０とノズル６１との間に設けられた造形材料の流路６５と、流路６５を開閉する開閉機構７０と、を有する。ノズル６１は、流路６５を通じて、スクリュー対面部５０の連通孔５６に接続されている。ノズル６１は、造形材料生成部３０において生成された造形材料を、先端の吐出口６２からステージ２１０に向かって吐出する。
【００１８】
開閉機構７０は、流路６５を開閉して、ノズル６１からの造形材料の流出を制御する。第１実施形態では、開閉機構７０は、バタフライバルブによって構成されている。開閉機構７０は、一方向に延びる軸状部材である駆動軸７２と、駆動軸７２の回転により回動する弁体７３と、駆動軸７２の回転駆動力を発生するバルブ駆動部７４と、を備える。
【００１９】
駆動軸７２は、造形材料の流れ方向に交差するように流路６５の途中に取り付けられている。より具体的には、駆動軸７２は、流路６５内の造形材料の流通方向に対して垂直な向きであるＹ方向に平行になるように取り付けられている。駆動軸７２は、Ｙ方向に沿った中心軸を中心に回転可能である。
【００２０】
弁体７３は、流路６５内において回転する板状部材である。第１実施形態では、弁体７３は、駆動軸７２の流路６５内に配置されている部位を板状に加工することによって形成されている。弁体７３を、その板面に垂直な方向に見たときの形状は、弁体７３が配置されている部位における流路６５の開口形状とほぼ一致する。
【００２１】
バルブ駆動部７４は、制御部１０１の制御下において、駆動軸７２を回転させる。バルブ駆動部７４は、例えば、ステッピングモーターによって構成される。駆動軸７２の回転によって弁体７３が流路６５内において回転する。
【００２２】
弁体７３の板面を、流路６５における造形材料の流通方向に対して垂直にされた状態が、流路６５が閉じられた状態である。この状態では、流路６５からノズル６１への造形材料の流入が遮断され、吐出口６２からの造形材料の流出が停止される。弁体７３の板面が、駆動軸７２の回転によって、この垂直にされた状態から回転されると、流路６５からノズル６１への造形材料の流入が許容され、弁体７３の回転角度に応じた吐出量の造形材料が吐出口６２から流出する。図１に示されているように、流路６５における造形材料の流通方向に沿った状態が、流路６５が全開となる状態である。この状態は、吐出口６２からの単位時間あたりの造形材料の吐出量が最大となる。このように、開閉機構７０は、造形材料の流出のＯＮ／ＯＦＦとともに、造形材料の吐出量の調整を実現できる。
【００２３】
ステージ２１０は、ノズル６１の吐出口６２に対向する位置に配置されている。第１実施形態では、ノズル６１の吐出口６２に対向するステージ２１０の面２１１は、Ｘ，Ｙ方向、すなわち水平方向に平行となるように配置される。後述するように、三次元造形装置１００は、造形処理において、吐出部６０からステージ２１０の面２１１に向けて造形材料を吐出させて層を積層することによって三次元造形物を造形する。
【００２４】
移動機構２３０は、ステージ２１０とノズル６１との相対位置を変化させる。第１実施形態では、ノズル６１の位置が固定されており、移動機構２３０は、ステージ２１０を移動させる。移動機構２３０は、３つのモーターＭの駆動力によって、ステージ２１０をＸ，Ｙ，Ｚ方向の３軸方向に移動させる３軸ポジショナーによって構成される。移動機構２３０は、制御部１０１の制御下において、ノズル６１とステージ２１０との相対的な位置関係を変更する。本明細書において、特に断らない限り、ノズル６１の移動とは、ノズル６１をステージ２１０に対して相対的に移動させることを意味する。
【００２５】
なお、他の実施形態では、移動機構２３０によってステージ２１０を移動させる構成の代わりに、ステージ２１０の位置が固定された状態で、移動機構２３０がステージ２１０に対してノズル６１を移動させる構成が採用されてもよい。また、移動機構２３０によってステージ２１０をＺ方向に移動させ、ノズル６１をＸ，Ｙ方向に移動させる構成や、移動機構２３０によってステージ２１０をＸ，Ｙ方向に移動させ、ノズル６１をＺ方向に移動させる構成が採用されてもよい。これらの構成であっても、ノズル６１とステージ２１０との相対的な位置関係が変更可能である。
【００２６】
制御部１０１は、三次元造形装置１００全体の動作を制御する制御装置である。制御部１０１は、１つ、または、複数のプロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェースとを備えるコンピューターによって構成される。制御部１０１は、主記憶装置上に読み込んだプログラムや命令をプロセッサーが実行することによって、データ生成部１０２としての機能のほか、種々の機能を発揮する。制御部１０１は、コンピューターによって構成される代わりに、各機能の少なくとも一部を実現するための複数の回路を組み合わせた構成により実現されてもよい。
【００２７】
データ生成部１０２は、移動機構２３０によって吐出部６０を移動させるための複数の部分経路を有する造形データを生成する。制御部１０１は、データ生成部１０２によって生成された造形データに従って、開閉機構７０および吐出部６０を含む造形部１１０と、移動機構２３０とを制御してステージ２１０上に三次元造形物を造形する。
【００２８】
データ生成部１０２は、三次元造形物の形状を表す３次元ＣＡＤデータなどの形状データを用いて、造形データの生成を行う。造形データには、造形材料の吐出経路と、吐出部６０による造形材料の吐出量を含む吐出制御データが含まれる。造形材料の吐出経路とは、ノズル６１が、造形材料を吐出しながら、ステージ２１０の面２１１に沿って相対的に移動する経路である。
【００２９】
吐出経路は、複数の部分経路から構成される。各部分経路は、直線状の経路である。吐出制御データは、各部分経路に対して個別に対応付けられる。本実施形態において、吐出制御データによって表される吐出量は、その部分経路において単位時間あたりに吐出される造形材料の量である。なお、他の実施形態では、各部分経路に対して、その部分経路全体において吐出される造形材料の総量が、吐出制御データとして対応付けられてもよい。
【００３０】
図４は、三次元造形装置１００において三次元造形物が造形されていく様子を模式的に示す概略図である。三次元造形装置１００では、上述したように、造形材料生成部３０において、回転しているフラットスクリュー４０の溝部４２に供給された固体状態の原材料ＭＲが溶融されて造形材料ＭＭが生成される。制御部１０１は、ステージ２１０の面２１１とノズル６１との距離を保持したまま、ステージ２１０の面２１１に沿った方向に、ステージ２１０に対するノズル６１の位置を変えながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させる。ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭは、ノズル６１の移動方向に連続して堆積されていく。こうしたノズル６１による走査によって、ノズル６１の走査経路に沿って線状に延びる造形部位である線状部位ＬＰが造形される。
【００３１】
制御部１０１は、上記のノズル６１による走査を繰り返して層ＭＬを形成する。制御部１０１は、１つの層ＭＬを形成した後、ステージ２１０に対するノズル６１の位置を、Ｚ方向に移動させる。そして、これまでに形成された層ＭＬの上に、さらに層ＭＬを積み重ねることによって三次元造形物を造形していく。
【００３２】
制御部１０１は、例えば、一層分の層ＭＬを完了した場合のノズル６１のＺ方向への移動や、各層で独立する複数の造形エリアがある場合には、ノズル６１からの造形材料の吐出を一時的に中断させることがある。この場合、開閉機構７０の弁体７３によって流路６５を閉塞させて、吐出口６２からの造形材料ＭＭの吐出を停止させる。制御部１０１は、ノズル６１の位置を変更した後、開閉機構７０の弁体７３によって流路６５を開くことによって、変更後のノズル６１の位置から造形材料ＭＭの堆積を再開させる。三次元造形装置１００によれば、開閉機構７０によって、ノズル６１による造形材料ＭＭの堆積位置を簡易に制御することができる。
【００３３】
図５は、制御部１０１によって実行される造形データ生成処理のフローチャートである。この処理は、三次元造形物を造形するのに先立って、三次元造形物の造形に用いられる造形データを生成するための処理である。図６および図７は、三次元造形物の１つの層の平面形状の例を示す図である。
【００３４】
図５に示すように、ステップＳ１００において、データ生成部１０２は、外部から入力された三次元造形物の造形データである３次元ＣＡＤデータを解析し、三次元造形物を、ＸＹ平面に沿って複数の層にスライスした層データを生成する。層データは、そのＸＹ平面における三次元造形物の外殻を表すデータである。図６には、層データＬＤ１によって矩形状の外殻が表されている例を太線によって示している。
【００３５】
ステップＳ１１０において、データ生成部１０２は、第１造形データを生成する。第１造形データとは、層データが表す外殻の内側に接する外殻領域を形成するためのデータである。外殻領域とは、三次元造形物の外観に影響を与える領域である。第１造形データには、三次元造形物の外殻に沿った最外周を造形するための経路が含まれる。第１造形データは、三次元造形物の最外周を造形するための吐出経路だけではなく、最外周の内側１周分を含む吐出経路を含んでもよい。外殻領域を形成するための吐出経路の周回数は、任意に設定可能であってもよい。
【００３６】
図６には、第１造形データＺＤ１が、最も外側の吐出経路とその内側１周分の吐出経路によって構成されている例を示している。これらの吐出経路は、外殻領域を造形するための複数の部分経路ＰＰ１を含む。上記のとおり、各部分経路ＰＰ１は、直線状の経路である。従って、図６では、「Ｓ１」と示した始点から、内側の吐出経路の「Ｅ１」と示した位置までの、破線で示した連続した８つの部分経路ＰＰ１によって、第１造形データＺＤ１が表されている。それぞれの部分経路ＰＰ１には、ステージ２１０に堆積される造形材料が予め定められた基準幅Ｓｓとなる量の吐出量が吐出制御データとして対応付けられる。図６では、最も外側の吐出経路とその内側の吐出経路とは、連続した経路となっているが、これらは別々の経路として構成されてもよい。つまり、最も外側の吐出経路の終点と、内側の吐出経路の始点とは異なる位置であってもよい。
【００３７】
ステップＳ１２０において、データ生成部１０２は、第２造形データを生成する。第２データとは、層データが表す外殻の内側において外殻領域以外の領域である内部領域を造形するためのデータである。内部領域は、三次元造形物の外観よりも、三次元造形物の強度に与える影響が大きい領域である。
【００３８】
図６には、第２造形データＺＤ２が、Ｓ字状に蛇行した吐出経路によって表されている例を示している。データ生成部１０２は、ＸＹ平面において、予め定められた基準方向に沿って吐出部６０を往復移動させながらその基準方向に直交する方向に徐々に吐出部６０を移動させることによって内部領域を埋める吐出経路を第２造形データＺＤ２として生成する。内部領域を埋める吐出経路は、複数の部分経路ＰＰ２を含む。上記のとおり、各部分経路ＰＰ２は、直線状の経路である。従って、図６では、「Ｓ２」と示した始点から、「Ｅ２」と示した終点までの、５つの部分経路ＰＰ２によって、第２造形データＺＤ２が表されている。それぞれの部分経路ＰＰ２には、ステージ２１０に堆積される造形材料が予め定められた基準幅Ｓｓとなる量の吐出量が吐出制御データとして対応付けられる。なお、本実施形態では、第１造形データＺＤ１において造形される経路の幅と、第２造形データＺＤ２よって造形される経路の幅とが、いずれも基準幅Ｓｓであるものとしたが、これらは、異なる幅であってもよい。
【００３９】
図６では、第１造形データＺＤ１が表す吐出経路の終点「Ｅ１」と、第２造形データＺＤ２が表す吐出経路の始点「Ｓ２」とは、異なる位置に示されているが、これは図示の都合であり、実際は、これらの位置は同じ位置である。従って、第１造形データＺＤ１が表す吐出経路と第２造形データＺＤ２が表す吐出経路とは連続して接続されている。しかし、他の実施形態では、これらの吐出経路は、不連続の経路であってもよい。つまり、第１造形データＺＤ１が表す吐出経路の終点「Ｅ１」と第２造形データＺＤ２が表す吐出経路の始点「Ｓ２」とは、異なる位置であってもよい。
【００４０】
以下では、ステップＳ１１０において生成される第１造形データと、ステップＳ１２０において生成される第２造形データとを、まとめて、「中間データ」という。中間データは、吐出部６０が造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データと、各部分経路における造形材料の吐出量を表す吐出量情報を含む吐出制御データと、を有する。
【００４１】
ステップＳ１３０において、データ生成部１０２は、中間データを解析して、第１部分経路と第２部分経路との間に挟まれた隙間部分を特定する。第２部分経路は、第１部分経路よりも後に吐出部６０から造形材料が吐出される経路である。図６には、第１造形データＺＤ１に含まれる第１部分経路Ｒ１と、第２造形データＺＤ２に含まれる第２部分経路Ｒ２との間に、これらの部分経路に沿って幅Ｗ１の隙間部分Ｇ１が特定された例を示している。隙間部分Ｇ１の幅Ｗ１は、上述した基準幅Ｓｓ未満の幅である。つまり、第１部分経路および第２部分経路とは、それらの間に、基準幅Ｓｓ未満の隙間が生じている経路である。
【００４２】
ステップＳ１４０において、データ生成部１０２は、ステップＳ１３０において隙間部分が特定されたか否かを判断する。隙間部分が特定されれば、データ生成部１０２は、ステップＳ１５０において、その隙間部分を埋めるためのデータ変更処理を実行する。隙間部分が特定されなければ、データ生成部１０２は、当該データ変更処理をスキップする。データ変更処理が実行されると、前述した中間データが変更されて造形データが生成される。これに対して、データ変更処理が実行されない場合、前述した中間データはそのまま造形データとなる。
【００４３】
ステップＳ１５０におけるデータ変更処理において、データ生成部１０２は、隙間部分を挟む第１部分経路および第２部分経路のうち、後から造形材料が吐出される第２部分経路において、ステージ２１０又は先に形成された層に堆積される造形材料の幅が増加するように、第２部分経路に対応する吐出制御データのみを変更して、中間データから造形データを生成する。本実施形態では、データ生成部１０２は、第２部分経路に対応付けられている吐出制御データが表す吐出量を増加させることにより、第２部分経路において堆積される造形材料の幅を増加させる。図６に示した例では、データ生成部１０２は、隙間部分Ｇ１を挟む部分経路Ｒ１および部分経路Ｒ２のうち、後から造形材料が吐出されることになる第２部分経路Ｒ２の造形材料の幅を、図７に示すように、基準幅Ｓｓから、基準幅Ｓｓに隙間部分の幅Ｗ１を加算した幅まで増加するように、吐出量を増加させる。また、本実施形態では、データ生成部１０２は、当該ステップＳ１５０において、外殻領域を造形するための第１造形データＺＤ１が表す吐出経路と内部領域を造形するための第２造形データＺＤ２が表す吐出経路とが連続する経路となるように造形データを生成する。
【００４４】
ステップＳ１６０において、データ生成部１０２は、以上の処理をすべての層データについて完了したか否か判断する。全ての層データについて終了していなければ、データ生成部１０２は、次の層データについて、ステップＳ１１０からステップＳ１５０までの処理を繰り返す。全ての層データについて造形データの生成を完了した場合、データ生成部１０２は、当該造形データ生成処理を終了する。なお、上述した造形データ生成処理におけるステップＳ１１０およびステップＳ１２０のことを、三次元造形物の製造方法における第１工程ともいい、ステップＳ１３０のことを、同方法における第２工程ともいい、ステップＳ１５０のことを、同方法における第３工程ともいう。
【００４５】
図８および図９は、三次元造形物の１つの層の平面形状の他の例を示す図である。図８および図９には、外側に向けて突出した部分を有する外殻が層データＬＤ２によって表されている例を示している。図８には、このような層データＬＤ２において、第１造形データＺＤ１にいずれも含まれる２つの部分経路Ｒ３，Ｒ４の間に隙間部分Ｇ２が特定された例を示している。この場合、上記ステップＳ１５０では、図９に示すように、第１造形データＺＤ１に含まれる２つの部分経路Ｒ３，Ｒ４のうち、後から造形材料が吐出される部分経路Ｒ４について、ステージ２１０に堆積される造形材料の幅が増加するよう、造形データが変更される。変更後の部分経路Ｒ４の幅は、部分経路Ｒ４の元の幅である基準幅Ｓｓに、隙間部分Ｇ２の幅Ｗ２を加算した幅である。なお、上記ステップＳ１５０では、第２造形データＺＤ２にいずれも含まれる２つの部分経路の間に隙間部分が特定された場合にも、それらのうち、後から造形材料が吐出される部分経路について、ステージ２１０に堆積される造形材料の幅が増加するよう、造形データが変更される。
【００４６】
図１０は、制御部１０１によって実行される三次元造形処理のフローチャートである。図１０に示した三次元造形処理は、図５に示した造形データ生成処理において生成された造形データを用いて制御部１０１によって実行される処理である。図５に示した造形データ生成処理と図１０に示した三次元造形処理とが実行されることによって、三次元造形装置１００による三次元造形物の製造方法が実現される。
【００４７】
ステップＳ２００において、制御部１０１は、三次元造形物を構成する複数の層のうち、１つの層について、造形データを読み込む。造形データには、上述した第１造形データと第２造形データとが含まれる。本実施形態では、制御部１０１は、まず、三次元造形物を構成する複数の層のうち、重力方向において最も下側に位置する層の造形データを読み込む。
【００４８】
ステップＳ２１０において、制御部１０１は、第１造形処理を実行する。第１造形処理では、制御部１０１は、第１造形データに含まれる部分経路および各部分経路に対応付けられた吐出制御データに従い、移動機構２３０および吐出部６０を制御して、現在の層について外殻領域を形成する。
【００４９】
ステップＳ２２０において、制御部１０１は、第２造形処理を実行する。第２造形処理では、制御部１０１は、第２造形データに含まれる部分経路および各部分経路に対応付けられた吐出制御データに従い、移動機構２３０および吐出部６０を制御して、現時の層について内部領域を形成する。
【００５０】
図６および図７に示した造形データの例では、この第２造形処理において、隣り合って堆積される造形材料同士の間隔が第１間隔となるように吐出部６０をステージ２１０上で移動させつつ、吐出部６０から造形材料を吐出させて三次元造形物のうちの第１部分Ｐ１が造形される第１部分造形工程Ｓ２２１が行われる。図６，７の例では、第１間隔は、基準幅Ｓｓと同じである。そして、第１部分造形工程Ｓ２２１においてステージ２１０または先に形成された層に堆積される造形材料の幅Ｓｓよりも、ステージ２１０または先に形成された層に堆積される造形材料の幅が、幅（Ｓｓ＋Ｗ１）まで増加するように吐出部６０から造形材料を吐出させて、図７に示す第１部分Ｐ１に接するように三次元造形物のうちの第１部分Ｐ１を除く第２部分Ｐ２を造形する第２部分造形工程Ｓ２２２が行われる。
【００５１】
ステップＳ２３０において、制御部１０１は、全ての層について造形を完了したか否かを判断する。全ての層について造形が完了していなければ、制御部１０１は、次の層、すなわち、現在の層の重力方向上側に隣接する層について、ステップＳ２１０およびステップＳ２２０の処理を繰り返す。上記ステップＳ２１０では、吐出部６０からの造形材料の吐出に先立ち、制御部１０１は、移動機構２３０を制御して、ノズル６１の位置を、ステージ２１０から１層分、上昇させる。全ての層について造形が完了した場合、制御部１０１は、当該三次元造形処理を完了する。なお、上述した三次元造形処理におけるステップＳ２１０およびステップＳ２２０のことを、三次元造形物の製造方法における第４工程ともいう。
【００５２】
以上で説明した本実施形態における三次元造形装置１００によれば、第１部分経路と第２部分経路とに挟まれた隙間部分があっても、第２部分経路において堆積される造形材料の幅が増加するように、造形データが生成されるので、三次元造形物の造形時に、隙間部分を埋めるために吐出部６０を離れた位置から隙間部分に移動させる必要がない。従って、吐出部６０からの造形材料の垂れ下がりによって三次元造形物の造形精度が低下することを抑制できる。特に、本実施形態では、第１部分経路および第２部分経路のうち、後から造形材料が吐出される第２部分経路において、ステージ２１０に堆積される造形材料の幅を増加させるため、それよりも前に形成された部分経路がある程度硬化した後に、隙間部分を造形材料によって埋めることができる。そのため、造形材料が意図せずに流れ出すことが抑制され、三次元造形物の造形精度を向上させることができる。
【００５３】
また、本実施形態では、隙間部分を埋めるために、既存の部分経路の一部を太くするため、新たな部分経路を追加する必要がない。従って、造形データが増大することを抑制できる。また、細い隙間部分を埋めるために、細い線幅で造形を行う必要がないので、容易に隙間を埋めることができる。
【００５４】
また、本実施形態で用いられる造形データには、部分経路毎に造形材料の吐出量を表す情報が含まれている。そのため、第２部分経路に対応付けられた造形材料の吐出量を増加させることによって、容易に、ステージ２１０に堆積される造形材料の幅を増加させることができる。
【００５５】
また、本実施形態では、造形データが、外殻領域を造形するための第１造形データと内部領域を造形するための第２造形データとに分かれており、内部領域よりも外殻領域が先に造形される。そのため、内部領域と外殻領域との間に図６に示すように隙間部分が特定されたとしても、外観に対する影響の大きい外殻領域を形成してから、隙間部分を埋めることができる。そのため、三次元造形物の造形精度を向上させることができる。
【００５６】
また、本実施形態では、外殻領域を造形するための造形経路と内部領域を造形するための造形経路とが連続しているので、内部領域と外殻領域とを連続して造形することができる。そのため、それらの領域間を吐出部６０が移動する際に、吐出部６０から造形材料が垂れ下がることがない。従って、三次元造形物の造形精度が低下することを抑制できる。
【００５７】
Ｂ．第２実施形態：
図１１は、第２実施形態におけるデータ変更処理のフローチャートである。このデータ変更処理は、図５に示したステップＳ１５０におけるデータ変更処理に代えて実行される処理である。第２実施形態における三次元造形装置１００の構成は第１実施形態と同じである。以下では、部分経路のことを、「パス」といい、空隙部分に隣接するパスのことを「隣接パス」という。また、以下では、ＸＹ方向に沿ってステージ２１０に堆積される造形材料の幅のことを、「線幅」という。以下、図１１に示したデータ変更処理について、図１２〜図１４に示したデータ変更処理の結果を適宜参照して説明する。
【００５８】
ステップＳ３００において、データ生成部１０２は、空隙部分の幅が予め定められた第１閾値よりも大きく、かつ、空隙部分の長さが予め定められた第２閾値よりも大きいか否かを判断する。空隙部分の長さとは、空隙部分の長手方向に沿った寸法であり、空隙部分の幅は、空隙部分の長手方向に垂直な方向に沿った寸法である。空隙部分の幅が第１閾値よりも大きく、かつ、空隙部分の長さが第２閾値よりも大きい場合、ステップＳ３０２において、データ生成部１０２は、図１２に示すように、空隙部分の両側の隣接パスの線幅を大きくする。つまり、ステップＳ３０２では、第２部分経路に加えて、第１部分経路の線幅も大きくする。
【００５９】
上述した第１閾値は、開閉機構７０の制御によって各パスにおいてステージに堆積させることが可能な造形材料の最大幅Ｓｍａｘと、各パスにおいてステージに堆積させる造形材料の基準幅Ｓｓと、の差、すなわち、Ｓｍａｘ−Ｓｓである。つまり、隙間部分の幅をＷとすると、
Ｗ＞Ｓｍａｘ−Ｓｓ
の関係を満たす場合に、空隙部分の幅が予め定められた第１閾値よりも大きいと判断される。なお、基準幅Ｓｓは、最大幅Ｓｍａｘよりも小さな線幅である。基準幅Ｓｓは任意に設定可能であるが、例えば、最大幅Ｓｍａｘの６０〜８０％とすることができる。なお、基準幅Ｓｓは、最大幅Ｓｍａｘの２分の１よりも大きい幅であることが好ましい。
【００６０】
空隙部分の幅Ｗが第１閾値よりも大きい場合には、開閉機構７０による吐出量の調整によって線幅を最大幅Ｓｍａｘまで大きくしても、隙間部分に隣接する片側のパスだけでは隙間部分を埋めることができない。そのため、上記ステップＳ３０２において、データ生成部１０２は、第２部分経路に加えて、第１部分経路においてステージ２１０又は先に形成された層に堆積される造形材料の幅が増加するように、第１部分経路および第２部分経路に対応する吐出制御データを変更し、隙間部分の両側の隣接パスの線幅を大きくすることによって隙間部分を埋め、当該データ変更処理を終了する。なお、第２閾値は、第１閾値と同じ、又は、それよりも大きな値である。
【００６１】
ステップＳ３００において、空隙部分の幅が第１閾値よりも大きく、かつ、空隙部分の長さが第２閾値よりも大きい、と判断されなかった場合、ステップＳ３０４において、データ生成部１０２は、空隙部分の幅が第１閾値以下であり、かつ、空隙部分の長さが、第２閾値よりも大きいか否かを判断する。空隙部分の幅が第１閾値以下とは、
Ｗ≦Ｓｍａｘ−Ｓｓ
の関係を満たすことをいう。空隙部分の幅が第１閾値以下であり、かつ、空隙部分の長さが、第２閾値よりも大きい場合、データ生成部１０２は、ステップＳ３０６において、変更対象決定処理を実行する。この変更対象決定処理は、線幅を変更する対象の隣接パスを決定するための処理である。変更対象決定処理の詳細については後述する。
【００６２】
ステップＳ３０８において、データ生成部１０２は、ステップＳ３０６において決定された隣接パスの線幅を大きくして隙間部分を埋め、当該データ変更処理を終了する。ステップＳ３０８では、ステップＳ３０２とは異なり、両側の隣接パスではなく、図１３に示すように、片側の隣接パスのみの線幅を変更する。空隙部分の幅が第１閾値よりも小さければ、開閉機構７０による吐出量の調整によって線幅を最大幅Ｓｍａｘまで調整することにより、空隙部分を埋めることができる。
【００６３】
上記ステップＳ３０４において、空隙部分の幅が第１閾値以下であり、かつ、空隙部分の長さが、第２閾値よりも大きい、と判断されなかった場合、つまり、空隙部分の幅の大きさにかかわらず、空隙部分の長さが第２閾値以下の場合、データ生成部１０２は、ステップＳ３１０において、隙間部分が、一筆書きのパスで囲まれているか否かを判断する。一筆書きのパスとは、連続した複数のパスによって空隙部分を囲むパスである。隙間部分が、一筆書きのパスで囲まれている場合、図１４に示すように、データ生成部１０２は、隙間部分を囲む周囲の隣接パス、すなわち、一筆書きのパスを構成する全てのパスの線幅を大きくすることによって隙間部分を埋め、当該データ変更処理を終了する。
【００６４】
上記ステップＳ３１０において、隙間部分が、一筆書きのパスで囲まれていないと判断された場合、データ生成部１０２は、隣接パスの線幅の変更は行わない。この場合、隙間部分は、極小の領域であると見なせるためである。
【００６５】
なお、本実施形態において、上述したステップＳ３１０およびステップＳ３１２の処理は省略してもよい。この場合、ステップＳ３０４において、空隙部分の幅が第１閾値以下であり、かつ、空隙部分の長さが、第２閾値よりも大きい、と判断されなかった場合、データ生成部１０２は、隣接パスの線幅を変更することなく、当該データ変更処理を終了する。
【００６６】
また、上記ステップＳ３００では、隙間部分の長さと第２閾値とを対比しているが、このステップでは、隙間部分の長さと第２閾値との対比を省略してもよい。つまり、空隙部分の幅と第１閾値との対比のみに基づいて、ステップＳ３００における条件分岐を判断してもよい。この場合、ステップＳ３０４およびステップＳ３１０およびステップＳ３１２の処理を省略し、ステップＳ３００において、空隙部分の幅が第１閾値以下と判断された場合に、ステップＳ３０６の変更対象決定処理を実行するものとしてもよい。
【００６７】
図１５は、図１１のステップＳ３０６で実行される変更対象決定処理の詳細なフローチャートである。ステップＳ４００において、データ生成部１０２は、隙間部分の両側の隣接パスの属性を取得する。属性とは、三次元造形物においてそのパスによって造形が行われる位置を表す情報であり、本実施形態では、図５に示した造形データ生成処理の第１造形データ生成処理および第２造形データ生成処理において、各パスに、「内部領域」、「最上下面」、「最上下面の内側」、「最外殻」、「最外殻の内側」、のいずれかの属性が対応付けられるものとする。データ生成部１０２は、三次元ＣＡＤデータを解析することで、各パスに、これらの属性を対応付けることが可能である。なお、「最上下面の内側」とは、Ｚ方向において、最上面の下側に隣接する位置、または、最下面の上側に隣接する位置のことをいう。「最外殻の内側」とは、Ｘ方向またはＹ方向において、最外殻の内側に隣接する位置のことをいう。
【００６８】
ステップＳ４０２において、データ生成部１０２は、ステップＳ４００で取得された２つの隣接パスの属性が、どちらも同じ属性であるか否かを判断する。どちらも同じ属性であれば、ステップＳ４０４において、データ生成部１０２は、それらの隣接パスのうち、後に造形される隣接パスを、線幅を変更する対象のパスとして決定する。線幅を変更する対象のパスのことを、以下、「線幅変更パス」という。
【００６９】
ステップＳ４０２において、ステップＳ４００で取得された２つの属性がどちらも同じ属性であると判断されなかった場合、ステップＳ４０６において、データ生成部１０２は、どちらかの属性が内部領域であるか否かを判断する。どちらかの属性が内部領域であれば、データ生成部１０２は、ステップＳ４０８において、内部領域のパスを線幅変更パスとして決定する。
【００７０】
ステップＳ４０６において、どちらかの属性が内部領域であると判断されなかった場合、ステップＳ４１０において、データ生成部１０２は、どちらかの属性が最上下面の内側であるか否かを判断する。どちらかの属性が最上下面の内側であれば、データ生成部１０２は、ステップＳ４１２において、最上下面の内側のパスを線幅変更パスとして決定する。
【００７１】
ステップＳ４１０において、どちらかの属性が最上下面の内側であると判断されなかった場合、ステップＳ４１４において、データ生成部１０２は、どちらかの属性が最上下面であるか否かを判断する。どちらかの属性が最上下面であれば、データ生成部１０２は、ステップＳ４１６において、最上下面のパスを線幅変更パスとして決定する。
【００７２】
ステップＳ４１４において、どちらかの属性が最上下面であると判断されなかった場合、ステップＳ４１８において、データ生成部１０２は、どちらかが最外殻の内側のパスであるか否かを判断する。どちらかが最外殻の内側のパスであれば、ステップＳ４２０において、データ生成部１０２は、最外殻の内側のパスを線幅変更パスとして決定する。
【００７３】
ステップＳ４１８において、どちらかが最外殻の内側のパスであると判断されなかった場合、つまり、どちらかが最外殻のパスであると判断された場合、ステップＳ４２２において、データ生成部１０２は、あとに造形する隣接パスを線幅変更パスとして決定する。
【００７４】
以上で説明した変更対象決定処理によれば、隣接パスの属性が、最外殻、最外殻の内側、最上下面、最上下面の内側、内部領域、の順に線幅が変更される優先順位が高くなっていく。つまり、より外観に影響を与えにくく、後から造形が行われるパスが優先的に線幅変更パスとして決定されやすくなる。従って、線幅の増加に伴って、外観形状が変化することを効果的に抑制できる。
【００７５】
以上で説明した第２実施形態によれば、空隙部分の幅や長さに応じて線幅を変更するパスを特定することができ、更に、片側の隣接パスの線幅を大きくする場合においては、空隙部分に隣接するパスの属性に応じて、どちらの隣接パスの線幅を変更かを決定することができる。そのため、三次元造形装置１００の造形精度を向上させることができる。なお、上述した図１１のステップＳ３０６における変更対象決定処理では、図１５に示した処理を実行することによって隣接パスの属性に応じて線幅変更パスの決定を行っているが、空隙部分に隣接する２つの隣接パスのうち、後から造形される隣接パスを一律に線幅変更パスとして決定してもよい。
【００７６】
Ｃ．第３実施形態：
図１６は、第３実施形態におけるデータ変更処理を説明するための図である。図１６の上側には、図５に示した造形データ生成処理のステップＳ１３０において、円弧状の外周形状を有し、長さ方向において幅が変化する隙間部分Ｇ３が特定された例を示している。このように、幅が変化する隙間部分が特定された場合、データ生成部１０２は、第２部分経路においてステージ２１０又は先に形成された層に堆積される造形材料の幅が、隙間部分の幅の変化に従って変化するように、造形データを生成する。具体的には、本実施形態では、隙間部分に隣接する第２部分経路を複数の部分経路に分割し、分割されたそれぞれの部分経路の線幅を、隙間部分に幅の変化に従って変化するように増加させる。このように、造形データを変更することにより、隙間部分を効率的に埋めることが可能となり、造形精度を高めることが可能になる。
【００７７】
本実施形態において、データ生成部１０２は、更に、図１７に示すように、第２部分経路を、隙間部分Ｇ３の形状に応じた形状の経路に変更して、造形データを生成することが好ましい。図１７では、分割された各部分経路が、破線によって示した直線状の経路から、隙間部分の円弧形状に沿う経路に変更されている。経路の変更は、例えば、隙間部分を挟む両側の経路の中心を通るように経路を変更することで実現される。このように、第２部分経路を、隙間部分の形状に応じた形状の経路に変更することにより、隙間部分を更に効率的に埋めることが可能となり、造形精度を高めることが可能になる。
【００７８】
なお、隙間部分の形状に応じて経路の形状を変更することには、例えば、図１８に示すように、直線状の第２部分経路Ｒ２が、線幅変更後の造形材料の中心を通るように、第２部分経路Ｒ２につながる部分経路ＰＰ３の長さを変更することや、第２部分経路Ｒ２の位置を変更することも含む。
【００７９】
Ｄ．他の実施形態：
（Ｄ−１）上記実施形態では、材料供給部２０に供給される原材料として、ペレット状のＡＢＳ樹脂の材料が用いられる。これに対して、三次元造形装置１００は、例えば、熱可塑性を有する材料や、金属材料、セラミック材料等の種々の材料を主材料として三次元造形物を造形することができる。ここで、「主材料」とは、三次元造形物の形状を形作っている中心となる材料を意味し、三次元造形物において５０重量％以上の含有率を占める材料を意味する。上述した造形材料には、それらの主材料を単体で溶融したものや、主材料とともに含有される一部の成分が溶融してペースト状にされたものが含まれる。
【００８０】
主材料として熱可塑性を有する材料を用いる場合には、造形材料生成部３０において、当該材料が可塑化することによって造形材料が生成される。「可塑化」とは、熱可塑性を有する材料に熱が加わり溶融することを意味する。
【００８１】
熱可塑性を有する材料としては、例えば、下記の熱可塑性樹脂材料を用いることができる。
＜熱可塑性樹脂材料の例＞
ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリ乳酸樹脂（ＰＬＡ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチック、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチック
【００８２】
熱可塑性を有する材料には、顔料や、金属、セラミック、その他に、ワックス、難燃剤、酸化防止剤、熱安定剤などの添加剤等が混入されていてもよい。熱可塑性を有する材料は、造形材料生成部３０において、フラットスクリュー４０の回転とヒーター５８の加熱によって可塑化されて溶融した状態に転化される。熱可塑性を有する材料の溶融によって生成された造形材料は、ノズル６１から吐出された後、温度の低下によって硬化する。
【００８３】
熱可塑性を有する材料は、そのガラス転移点以上に加熱されて完全に溶融した状態でノズル６１から射出されることが望ましい。例えば、ＡＢＳ樹脂は、ガラス転移点が約１２０℃であり、ノズル６１からの射出時には約２００℃であることが望ましい。このように高温の状態で造形材料を射出するために、ノズル６１の周囲にはヒーターが設けられてもよい。
【００８４】
三次元造形装置１００では、上述した熱可塑性を有する材料の代わりに、例えば、以下の金属材料が主材料として用いられてもよい。この場合には、下記の金属材料を粉末状にした粉末材料に、造形材料の生成の際に溶融する成分が混合されて、原材料として造形材料生成部３０に投入されることが望ましい。
＜金属材料の例＞
マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）やクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）の単一の金属、もしくはこれらの金属を１つ以上含む合金
＜前記合金の例＞
マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金
【００８５】
三次元造形装置１００においては、上記の金属材料の代わりに、セラミック材料を主材料として用いることが可能である。セラミック材料としては、例えば、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどの酸化物セラミックスや、窒化アルミニウムなどの非酸化物セラミックスなどが使用可能である。主材料として、上述したような金属材料やセラミック材料を用いる場合には、ステージ２１０に配置された造形材料はレーザーの照射や温風などによる焼結によって硬化されてもよい。
【００８６】
材料供給部２０に原材料として投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料は、単一の金属の粉末や合金の粉末、セラミック材料の粉末を、複数種類、混合した混合材料であってもよい。また、金属材料やセラミック材料の粉末材料は、例えば、上で例示したような熱可塑性樹脂、あるいは、それ以外の熱可塑性樹脂によってコーティングされていてもよい。この場合には、造形材料生成部３０において、その熱可塑性樹脂が溶融して流動性が発現されるものとしてもよい。
【００８７】
材料供給部２０に原材料として投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、以下のような溶剤を添加することもできる。溶剤は、下記の中から選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
＜溶剤の例＞
水；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の（ポリ）アルキレングリコールモノアルキルエーテル類；酢酸エチル、酢酸ｎ−プロピル、酢酸ｉｓｏ−プロピル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸ｉｓｏ−ブチル等の酢酸エステル類；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル−ｎ−ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類；エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類；テトラアルキルアンモニウムアセテート類；ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤；ピリジン、γ−ピコリン、２，６−ルチジン等のピリジン系溶剤；テトラアルキルアンモニウムアセテート（例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等）；ブチルカルビトールアセテート等のイオン液体等
【００８８】
その他に、材料供給部２０に原材料として投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、以下のようなバインダーを添加することもできる。
＜バインダーの例＞
アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）或いはその他の熱可塑性樹脂。
【００８９】
（Ｄ−２）上記実施形態において、造形部１１０は、フラットスクリュー４０によって材料を可塑化している。これに対して造形部１１０は、例えば、インラインスクリューを回転させることによって材料を可塑化するものであってもよい。また、造形部１１０として、ＦＤＭ（熱溶解積層法）に用いられるヘッドを採用してもよい。
【００９０】
（Ｄ−３）上記実施形態において、開閉機構７０は、ピストンが流路６５内に突出して流路６５を閉塞するプランジャーを用いた機構や、流路６５に交差する方向に移動して流路６５を閉塞するシャッターを用いた機構によって構成されてもよい。開閉機構７０は、上記実施形態のバタフライバルブや、上述のシャッター機構、プランジャー機構のうちの２つ以上を組み合わせて構成されてもよい。また、開閉機構７０ではなく、フラットスクリュー４０の回転数を制御することによって、造形材料の吐出量を制御してもよい。
【００９１】
（Ｄ−４）上記実施形態では、造形データに含まれる吐出制御データには、造形材料の吐出量を表す情報が含まれており、その吐出量を増加させることによって、ステージ２１０上に堆積される造形材料の幅を増加させている。これに対して、吐出制御データには、吐出部６０の移動速度を表す移動速度情報が含まれてもよい。この場合、図５のステップＳ１５０に示したデータ変更処理では、第２部分経路に対応付けられた移動速度を遅くすることによって、ステージ２１０に堆積される造形材料の幅を増加させることができる。この場合、各部分経路の造形にあたり、単位時間に吐出される造形材料の量は一定であることが好ましい。ただし、造形材料の吐出量と吐出部６０の移動速度の両方を調整することによって、ステージ２１０に堆積される造形材料の幅を調整することも可能である。
【００９２】
（Ｄ−５）上記実施形態において、データ生成部１０２は、ＸＹ平面において、予め定められた基準方向に沿って吐出部６０を往復移動させながらその基準方向に直交する方向に徐々に吐出部６０を移動させることによって内部領域を埋める吐出経路を第２造形データＺＤ２として生成している。これに対して、データ生成部１０２は、内部領域を渦巻き状の吐出経路によって埋めるように第２造形データを生成してもよい。
【００９３】
（Ｄ−６）上記実施形態では、第１造形データにより三次元造形物の外殻領域が造形され、第２造形データにより内部領域が造形されるものとしている。これに対して、造形データは、第１造形データと第２造形データとに区別されていなくてもよい。三次元造形物は、単一種類の造形データによって造形されてもよい。
【００９４】
Ｅ．他の形態：
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、以下に記載する各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【００９５】
（１）本開示の第１の形態によれば、吐出部からステージに向けて造形材料を吐出させて層を積層することで三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法が提供される。この製造方法は、吐出部からステージに向けて造形材料を吐出させて層を積層することで三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法が提供される。この製造方法は、前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有するとともに、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する中間データを生成する第１工程と、前記中間データを解析して、第１部分経路と、前記第１部分経路よりも後に前記吐出部から前記造形材料が吐出される第２部分経路との間に挟まれた隙間部分を特定する第２工程と、前記第２部分経路において前記ステージ又は先に形成された前記層に堆積される前記造形材料の幅が増加するように、前記第２部分経路に対応する前記吐出制御データを変更して、前記中間データから造形データを生成する第３工程と、前記造形データに従って前記吐出部を制御して前記三次元造形物を造形する第４工程と、を備える。
このような形態によれば、第１部分経路と、第１部分経路よりも後に造形材料が吐出される第２部分経路とに挟まれた隙間部分があっても、後から造形材料が吐出される第２部分経路において、ステージ又は先に形成された層に堆積される造形材料の幅が増加するように、造形データが生成されるので、三次元造形物の造形時に、隙間部分を埋めるために吐出部を離れた位置から隙間部分に移動させる必要がない。従って、吐出部からの造形材料の垂れ下がりによって三次元造形物の造形精度が低下することを抑制できる。
【００９６】
（２）上記形態の三次元造形物の製造方法において、前記第１部分経路は、前記三次元造形物の外殻に沿った外殻領域を造形するための経路の一部であり、前記第２部分経路は、前記三次元造形物のうちの前記外殻領域以外の領域である内部領域を造形するための経路の一部であってもよい。
このような形態によれば、三次元造形物の外殻に沿った外殻領域と、外殻領域以外の領域である内部領域との間の隙間部分を、内部領域を造形するための第２部分経路においてステージ又は先に形成された層に堆積される造形材料の幅を増加させることで埋めることができる。
【００９７】
（３）上記形態の三次元造形物の製造方法において、前記第３工程では、前記外殻領域を造形するための経路と前記内部領域を造形するための経路とが連続する経路となるように前記造形データを生成してもよい。
このような形態によれば、三次元造形物の外殻領域と内部領域とを連続して造形することができるので、吐出部からの造形材料の垂れ下がりによって三次元造形物の造形精度が低下することをより効果的に抑制できる。
【００９８】
（４）上記形態の三次元造形物の製造方法において、前記第３工程では、前記第２部分経路において前記ステージ又は先に形成された前記層に堆積される前記造形材料の幅が、前記隙間部分の幅の変化に従って変化するように、前記造形データを生成してもよい。
このような形態によれば、隙間部分を精度よく埋めることができる。
【００９９】
（５）上記形態の三次元造形物の製造方法において、前記第３工程では、前記隙間部分の形状に応じて、前記経路データに含まれる前記第２部分経路を変更して、前記造形データを生成してもよい。
このような形態によれば、隙間部分を精度よく埋めることができる。
【０１００】
（６）上記形態の三次元造形物の製造方法において、各前記部分経路において前記ステージ又は前記層に堆積させる前記造形材料の基準幅Ｓｓと、各前記部分経路において前記ステージに堆積させることが可能な前記造形材料の最大幅Ｓｍａｘと、前記隙間部分の幅Ｗと、が、Ｗ≦Ｓｍａｘ−Ｓｓの関係を満たす場合、前記第３工程では、前記第２部分経路に対応する前記吐出制御データのみを変更してもよい。
このような形態によれば、第２部分経路において堆積される造形材料の幅を増加させることによって効率的に隙間部分を埋めることができる。
【０１０１】
（７）上記形態の三次元造形物の製造方法において、各前記部分経路において前記ステージ又は前記層に堆積させる前記造形材料の基準幅Ｓｓと、各前記部分経路において前記ステージに堆積させることが可能な前記造形材料の最大幅Ｓｍａｘと、前記隙間部分の幅Ｗと、が、Ｗ＞Ｓｍａｘ−Ｓｓの関係を満たす場合、前記第３工程では、前記第２部分経路に加えて、前記第１部分経路において前記ステージ又は先に形成された前記層に堆積される前記造形材料の幅が増加するように、前記第１部分経路に対応する前記吐出制御データを変更して、前記造形データを生成してもよい。
このような形態によれば、第２部分経路において堆積される造形材料の幅を増加させるだけではなく、第１部分経路において堆積される造形材料の幅も増加させることによって、隙間部分を埋めることができる。
【０１０２】
（８）本開示の第２の形態によれば、吐出部からステージに向けて造形材料を吐出させて層を積層することで三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法が提供される。この製造方法は、隣り合って堆積される前記造形材料同士の間隔が第１間隔となるように前記吐出部を前記ステージ上で移動させつつ、前記吐出部から前記造形材料を吐出させて前記三次元造形物のうちの第１部分を造形する第１部分造形工程と、前記第１部分造形工程で前記ステージまたは先に形成された前記層に堆積される前記造形材料の幅よりも、前記ステージまたは先に形成された前記層に堆積される前記造形材料の幅が増加するように前記吐出部から前記造形材料を吐出させて、前記第１部分に接するように前記層のうちの前記第１部分を除く第２部分を造形する第２部分造形工程と、を備える。
このような形態によれば、第１部分と第２部分とに隙間が生じないように、三次元造形物を造形することができるので、隙間部分を埋めるために吐出部を離れた位置から隙間部分に移動させる必要がない。従って、吐出部からの造形材料の垂れ下がりによって三次元造形物の造形精度が低下することを抑制できる。
【０１０３】
本開示は、上述した三次元造形物の製造方法としての形態に限らず、三次元造形装置や三次元造形システム、三次元造形装置の制御方法などの種々の形態として実現可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
２０…材料供給部、２２…連通路、３０…造形材料生成部、３１…スクリューケース、３２…駆動モーター、４０…フラットスクリュー、４２…溝部、４３…凸条部、４４…材料流入口、４６…中央部、４７…上面、４８…下面、５０…スクリュー対面部、５２…スクリュー対向面、５４…案内溝、５６…連通孔、５８…ヒーター、６０…吐出部、６１…ノズル、６２…吐出口、６５…流路、７０…開閉機構、７２…駆動軸、７３…弁体、７４…バルブ駆動部、１００…三次元造形装置、１０１…制御部、１０２…データ生成部、１１０…造形部、２１０…ステージ、２１１…面、２３０…移動機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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