(57)【要約】【課題】積層造形により製造された製造物内への情報記録を可能とし、かつ記録した情報の書き換えも可能とする技術を提供する。【解決手段】積層造形により製造される製造物を、その一部が記録材料が配合された材料で形成された構造とする。この構造を形成するため複数のノズルを備えた積層造形用装置を用いて、そのうちの１つのノズルから第２の材料に記録材料を配合した混合材料を出して所定の領域を積層形成し、他のノズルから記録材料を含まない第１の材料を出してその他の領域を積層造形し、両材料による形成を一連の工程として実施する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層造形により製造される製造物であって、その一部が、記録材料が配合された材料によって形成された領域であることを特徴とする製造物。
【請求項２】
前記記録材料として磁性材料が配合されていることを特徴とする請求項１の製造物。
【請求項３】
前記請求項１または請求項２に記載の製造物であって、前記記録材料が配合された材料で形成された領域が、この製造物外部からの書き込み処理に応答して情報が書き込まれ、かつ、この製造物外部からの消去処理に応答して情報が消去される製造物。
【請求項４】
積層造形により製造される製造物の製造方法であって、第１の材料を用いて前記製造物本体を積層造形するステップと、第２の材料に記録材料を配合した混合材料を用いて、前記製造物内部に所定の領域を積層形成するステップと、を含むことを特徴とする製造方法。
【請求項５】
前記請求項４に記載の造形方法であって、第１の材料と第２の材料が同一の材料であることを特徴とする製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は３Ｄプリンタなどによる積層造形で製造される製造物および積層造形による製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３Ｄプリンティングをはじめとする積層造形は、製品の設計データである３Ｄモデルデータを３Ｄプリンタなどの３次元造形装置に入力するだけで、製品を製造でき、組み立て工程も不要で１回の工程で最終製品ができるので、簡単なモノづくりツールとして様々な分野で利用が広がっている。しかし、１回の工程で物が製造できるという利点があるものの、積層造形では一つの製品の製造に利用できる材料が１種類あるいは高々２，３種類程度と少なく、２種類以上の場合でも同一工程で使用するため融点などの物理的特性が近い材料しか使用できないという制限があった。このため積層造形による製造物は、置き物、モックアップ、各種容器など、その形状のみに価値を有し、特段の機能などは有しない単純な物体に限られていた。
【０００３】
上述のような制限があるものの、最近、製造時に内部に情報を埋め込み付加価値を有する製造物を製造する方法が文献で報告されている。文献１では、製造物を積層造形で製造する際に同時にその内部にパタンを形成し、そのパタンがある情報を表現するようなパタンとすることにより情報を埋め込む方法が記載されている。また、文献２では、積層造形で物を製造中にいったん製造を中止して、製造途中の物体上にＲＦＩＤを搭載し、その後、製造を再開して、ＲＦＩＤ上に材料を積層することによって最終的に製造物内部にＲＦＩＤを埋め込む方法が記載されている。この方法ではＲＦＩＤに書き込まれた情報は、製造物の外部から無線通信により読み出しが可能で、かつ書き換えも可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−０７７７７５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】藤吉 賢、「ＲＦＩＤタグを用いたものと情報をつなぐパーソナル・ファブリケーション」、［online］、平成27年1月21日、慶應義塾大学、［平成30年11月27日検索］、インターネット〈URL：http://fab.sfc.keio.ac.jp/paper/files/2014_graduate_Ken_Fujiyoshi.pdf〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来の積層造形による製造物内に情報を埋め込む方法では、埋め込んだ情報の書き換えができないといった問題や、書き換えを可能であるが工程が増えて簡単に物が製造できるという積層造形の特長が失われるといった問題がある。すなわち、文献１に記載の方法では、製造物内部に空洞によるパタンを形成したり、本体とは異なる他の材料でパタンを形成したりするが、製造時に物体の内部に形成されたパタンは固定であり製造後に変形することはできない。すなわち、製造時に埋め込んだ情報はその後書き換えることができず読み出し専用の情報である。そのため、情報の蓄積媒体としては用途が限定されるという問題がある。
【０００７】
一方、文献２に記載の方法では、製造途中の物体上にＲＦＩＤを置き、その後、ＲＦＩＤ上に材料の積層を続け、最終的にはＲＦＩＤが製造物の内部に埋め込まれた状態となる。この方法では、情報記録のための部品が別途必要となり、さらにこの部品を製造途中に配置しなければならず、３Ｄモデルデータを入力するだけで完成品が簡単に製作できるという積層造形の特徴が失われる。これは、積層造形にとっては致命的な欠点となる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、積層造形による物品製造において、３Ｄモデルデータを製造装置に入力するだけで簡単に設計通りの物品が製造できるという積層造形の特長を保ったまま、その一部に情報記録機能を有する部分を形成し、物品製造後に該情報記録機能への情報の書き込みや書き換えを可能にする製造物とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る積層造形により製造される製造物はその一部に記録材料を含む領域が形成される。また、本発明に係る積層造形による製造物の製造法は、複数のノズルを備えた積層造形用装置を用いて、そのうちの１つのノズルから第２の材料に記録材料を配合した混合材料を出して所定の領域を積層形成するステップと、他のノズルから記録材料を含まない第１の材料を出して前記の記録材料を含む材料で形成された領域以外の領域を積層造形するステップを含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の製造物およびその製造方法によれば、積層造形で製造される製造物の一部を記録材料が配合された材料で形成するので、情報を書き換え可能に該製造物に埋め込むことができる。さらに、積層造形でよく用いられる樹脂系の材料で製造物が製造される場合、記録材料が例えば金属材料等の融点が高い材料であっても、樹脂と配合すれば配合材の融点は樹脂の融点とほぼ同じとなるため、製造物本体の形成に使用する樹脂と記録材料を配合する樹脂を同一あるいは同種類とすれば、たとえ融点が樹脂と大きく異なる金属材料を記録材料として用いても、情報記録領域とそれ以外の領域を同じ条件で形成することができる。このため、同一装置で同一工程内で形成可能となり、３Ｄモデルデータを入力するだけで最終製造物が簡単に製作できるという積層造形の利点を保ったまま、書き換え可能な情報記録機能を備えた製造物の製造法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る製造物を例示する図である。
【図２】図２は、第２の実施形態に係る製造物を例示する図である。
【図３】図３は、実施形態に係る製造物の製造法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。各図面において、同一又は対応する要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明を省略する。
【００１３】
《第１実施形態》
図１は、実施形態に係る製造物を例示する図である。同図（ａ）は、製造物の平面図であり、同図（ｂ）は、前記平面図におけるＡ−Ａ断面図である。本実施形態では製造物本体１をＰＬＡ（ポリ乳酸）樹脂で製造し、記録材料として磁性材料を用いる。そして、磁性材料として鉄粒子が用いられる。製造物本体１の内部にｎ個の情報記録領域２が形成されている（図１には、１つの情報記録領域２にのみ番号を付している）。該情報記録領域２は、本体の形成に用いられるＰＬＡ樹脂と同じＰＬＡ樹脂に鉄粒子が配合された材料で形成される。鉄粒子が配合されたＰＬＡ樹脂の融点はＰＬＡ樹脂単体の場合とほとんど変わらないため、本実施例の製造物を例えば３Ｄプリンタで製造する場合は、情報記録領域と本体をプレート温度などの形成条件を同じにできる。したがって、１台の３Ｄプリンタで一連の工程の中で形成可能となる。
【００１４】
鉄粒子が配合されているので情報記録領域２は該領域に近接した製造物表面から所定の強度を超える磁界を印加することにより磁化が可能である。磁化の向きは、ｎ個の各領域について独立に設定でき、磁化の向きにより２進情報（１または０）を表現することとすればｎビットの情報を記録することができる。
【００１５】
記録した情報の読み出しは、各々の領域に近接した製造物表面での磁界の向きを測定することによって行うことが可能である。ｎ個の情報記録領域２の間隔は、各情報記録領域２をそれぞれ独立に磁化することを可能とし、また各々の情報記録領域２に記録された２進情報をそれぞれ独立に読み出すことを可能にするための距離以上とし、また各情報記録領域２の製造物表面からの深さも同様の条件を満たす深さ以下とする。
【００１６】
本実施形態では、図１に示すように情報記録領域２を製造物１の内部に形成する。製造物本体１を形成する樹脂が不透明な樹脂を使用すれば情報記録領域は製造物の外部からは不可視となり、製造物表面のデザインなどに影響を与えることはない。
【００１７】
製造物本体１は形成する樹脂と鉄粒子が配合された樹脂は同一の樹脂であることが望ましいが、同一の３Ｄプリンタで一連の工程の中で同一の基盤温度で積層造形できる樹脂であれば異なる樹脂であっても使用可能である。
【００１８】
《第２実施形態》
次に第２の実施形態の製造物について説明する。前記第一実施形態では複数の情報記録領域２を製造物内部に離散的に配置したのに対し、本実施形態では図２に断面図を示すように情報記録領域２は連続した一つのストライプ状の領域として形成される。本実施形態でも、製造物本体１をＰＬＡ樹脂で製造し、製造物内部の情報記録領域２は本体の形成に用いられるＰＬＡ樹脂と同じＰＬＡ樹脂に鉄粒子が配合された材料で形成される。
【００１９】
本実施形態では各ビット情報の記録位置を特定する必要があるが、磁気カードなどで用いられている同期信号用のトラックを情報記録領域に生成し、この信号により１ビットごとの情報書き込み位置を特定する。なお、製造物内部に図２に示したストライプ状の領域を複数設けてもよい。
【００２０】
《第３実施形態》
第３の実施形態として本発明の製造物の製造法について説明する。本実施形態では前記第１実施形態の製造物を２ノズルタイプの３Ｄプリンタを用いて製造する方法を説明する。製造物本体１を製造するＰＬＡ樹脂と、製造物の内部に情報記録領域を形成するための鉄粒子が配合されたＰＬＡ樹脂は、別々のノズルから出射されるようにそれぞれ３Ｄプリンタにセットされる。コンピュータで生成された製造物の３Ｄモデルデータには、製造物本体と情報記録領域がそれぞれどちらのノズルで形成するかの情報も含まれている。ここでは、製造物本体を製造するＰＬＡ樹脂５１が出射されるノズルを第１のノズル３１、鉄粒子が配合されたＰＬＡ樹脂５２が出射されるノズルを第２のノズル３２と称する。ノズルの温度は両ノズルともＰＬＡ樹脂に推奨される温度に設定する。ＰＬＡ樹脂に鉄粒子が配合されている場合でも、配合材の融点はほぼＰＬＡ単体の融点と変わらないので両ノズルを同温度に設定することができる。
【００２１】
図３に３Ｄプリンタで製造物が製造される模様を模式的に示した。ただし、図３では３Ｄプリンタのノズルと製造中の製造物を載せるプレートおよび製造材料であるＰＬＡ樹脂のみ記載し他の３Ｄプリンタ構成要素は省略した。製造物の３Ｄモデルデータが３Ｄプリンタに入力され、プレート６と二つのノズル温度が設定温度まで上昇すると、第１のノズル３１の出口から熱で溶解したＰＬＡ樹脂５１の出射が始まり、設計図である３Ｄモデルデータに従ってノズルが高熱で溶解したＰＬＡ樹脂を出射しながらプレート上で２次元的に動き、設計図どおりに本体の製造が始まる（図３（ａ））。１層ごとに積み上げながら本体の造形を行い、所定の高さの情報記録領域２の位置に達すると、１層ごとに情報記録領域２には、第２のノズル３２から鉄粒子が配合されたＰＬＡ樹脂５２を出射し、その他の領域（本体１）には、第１のノズルから本体用のＰＬＡ樹脂５１が出射されるよう、第１のノズル３１と第２のノズル３２を切り替えながら積層形成される（図３（ｂ）〜（ｄ））。情報記録領域２の形成が終わると、その上部も含め残りの本体部分が形成される（図３（ｅ））。
【００２２】
以上のように、情報記録領域２の形成にＰＬＡ樹脂に鉄粒子が配合された配合材を用い、このＰＬＡ樹脂は本体１を形成するＰＬＡと同じであるため同一温度条件で形成可能となり、したがって記録材料として金属材料を使用するにもかかわらず１台の３Ｄプリンタで一連の連続した工程で製造物の製造が完成させることができる。このため、書き換え可能な情報記録機能を有するという高機能で付加価値の高い製造物にもかかわらず特別な製造技術を有しない者でも簡単に製造ができるという３Ｄプリンタの特徴を保った方法となっている。
【符号の説明】
【００２３】
１：製造物、２：情報記録領域、３１、３２：ノズル、４１：ＰＬＡ樹脂、４２：鉄粒子が配合されたＰＬＡ樹脂、５１：ノズルで溶解されて出射されたＰＬＡ樹脂、５２：ノズルで溶解されて出射された鉄粒子が配合されたＰＬＡ樹脂、６：プレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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