(57)【要約】【課題】三次元造形物から、その造形に用いられた材料の種類を容易に識別可能にする技術を提供する。【解決手段】三次元造形装置は、造形材料を吐出する吐出部と、吐出部から吐出された造形材料が積層される造形ステージと、吐出部と造形ステージとの相対位置を変化させる移動機構と、第１造形データ、および、造形材料の種類を表す材料データを用いて、造形材料の種類を表す形状を含む三次元造形物の形状を表すための第２造形データを生成するデータ生成部と、第２造形データに従って、吐出部および移動機構を制御することによって、三次元造形物を造形する制御部と、を備える。【選択図】図５
2020100048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元造形装置であって、
造形材料を吐出する吐出部と、
前記吐出部から吐出された前記造形材料が積層される造形ステージと、
前記吐出部と前記造形ステージとの相対位置を変化させる移動機構と、
第１造形データ、および、前記造形材料の種類を表す材料データを用いて、前記造形材料の種類を表す形状を含む三次元造形物の形状を表すための第２造形データを生成するデータ生成部と、
前記第２造形データに従って、前記吐出部および前記移動機構を制御することによって、前記三次元造形物を造形する制御部と、
を備える、三次元造形装置。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元造形装置であって、
さらに、前記造形材料の種類を指定するための材料指定部を備え、
前記データ生成部は、前記材料指定部によって指定された前記造形材料の種類を表す前記材料データを用いて、前記第２造形データを生成する、三次元造形装置。
【請求項３】
請求項１に記載の三次元造形装置であって、
さらに、前記造形材料の成分を分析することによって前記造形材料の種類を識別する材料識別部を備え、
前記データ生成部は、前記材料識別部によって識別された前記造形材料の種類を表す前記材料データを用いて、前記第２造形データを生成する、三次元造形装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記データ生成部は、前記造形材料の種類を表す形状として、バーコードまたは二次元コードの形状を含む、前記三次元造形物の形状を表すための前記第２造形データを生成する、三次元造形装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記データ生成部は、前記三次元造形物の面に凹状に設けられた前記造形材料の種類を表す形状を含む前記三次元造形物の形状を表すための前記第２造形データを生成する、三次元造形装置。
【請求項６】
三次元造形装置とデータ処理装置とを備える三次元造形システムであって、
前記三次元造形装置は、
造形材料を吐出する吐出部と、
前記吐出部から吐出された前記造形材料が積層される造形ステージと、
前記吐出部と前記造形ステージとの相対位置を変化させる移動機構と、
前記吐出部および前記移動機構を制御する制御部と、
を有し、
前記データ処理装置は、
第１造形データ、および、前記造形材料の種類を表す材料データを用いて、前記造形材料の種類を表す形状を含む三次元造形物の形状を表すための第２造形データを生成するデータ生成部と、
前記第２造形データを前記三次元造形装置に送信する造形データ送信部と、
を有し、
前記三次元造形装置の前記制御部は、前記第２造形データに従って、前記吐出部および前記移動機構を制御することによって、前記三次元造形物を造形する、三次元造形システム。
【請求項７】
三次元造形物の製造方法であって、
第１造形データを取得する工程と、
造形材料の種類を表す材料データを取得する工程と、
前記第１造形データおよび前記材料データを用いて、前記造形材料の種類を表す形状を含む三次元造形物の形状を表すための第２造形データを生成する工程と、
前記第２造形データに従って、前記三次元造形物を造形する工程と、
を有する、三次元造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、三次元造形装置、三次元造形システムおよび三次元造形物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、溶融した熱可塑性の材料を、予め設定された形状データにしたがって走査する押出ノズルから基台上に押し出し、その基台上で硬化した材料の上に更に溶融した材料を積層して三次元造形物を作成する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９２７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
三次元造形物をリサイクルする場合、三次元造形物から、その造形に用いられた材料の種類を容易に識別可能であることが求められる。しかし、特許文献１に記載された方法では、三次元造形物をリサイクルする場合のことが考慮されていない。そこで、本願は、三次元造形物から、その造形に用いられた材料の種類を容易に識別可能にする技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、造形材料を吐出する吐出部と、前記吐出部から吐出された前記造形材料が積層される造形ステージと、前記吐出部と前記造形ステージとの相対位置を変化させる移動機構と、第１造形データ、および、前記造形材料の種類を表す材料データを用いて、前記造形材料の種類を表す形状を含む三次元造形物の形状を表すための第２造形データを生成するデータ生成部と、前記第２造形データに従って、前記吐出部および前記移動機構を制御することによって、前記三次元造形物を造形する制御部と、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。
【図２】第１実施形態における吐出ユニットの概略構成を示す説明図。
【図３】第１実施形態におけるフラットスクリューの溝形成面の構成を示す斜視図。
【図４】第１実施形態におけるバレルのスクリュー対向面の構成を示す上面図。
【図５】第１実施形態におけるデータ処理部の概略構成を示すブロック図。
【図６】第１実施形態における造形処理の内容を示すフローチャート。
【図７】表示部に表示される操作画面の一例を示す説明図。
【図８】第１造形データおよび第２造形データの一例を示す説明図。
【図９】第２造形データに従って造形された三次元造形物を示す説明図。
【図１０】第２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。
【図１１】他の形態としての三次元造形システムの概略構成を示す説明図。
【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方向に沿った矢印が表されている。Ｘ方向およびＹ方向は、水平方向に沿った方向であり、Ｚ方向は、鉛直方向に沿った方向である。他の図においても、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に沿った矢印が、適宜、表されている。図１におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向と、他の図におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向とは、同じ方向を表している。
【０００８】
本実施形態における三次元造形装置１００は、吐出ユニット２００と、造形ステージ３００と、移動機構４００と、制御部５００と、データ処理部６００とを備えている。吐出ユニット２００と、造形ステージ３００と、移動機構４００と、制御部５００と、データ処理部６００とは、筐体１１０に収容されている。筐体１１０には、三次元造形物の造形に用いられる造形材料の種類を、ユーザーが指定するための材料指定部１１５が設けられている。
【０００９】
本実施形態では、材料指定部１１５は、表示部１２０と、操作部１３０とによって構成されている。表示部１２０には、三次元造形装置１００に関する種々の情報が表示される。本実施形態における表示部１２０は、液晶ディスプレイによって構成されている。操作部１３０は、三次元造形装置１００を操作するためのボタンによって構成されている。尚、表示部１２０がタッチパネルによって構成されることによって、表示部１２０と操作部１３０とが一体として構成されてもよい。
【００１０】
三次元造形装置１００は、制御部５００の制御下で、吐出ユニット２００に設けられたノズル６１から、造形ステージ３００に向かって造形材料を吐出しつつ、移動機構４００を駆動して、吐出ユニット２００と造形ステージ３００との相対的な位置を変化させることによって、造形ステージ３００上に造形材料を積層して、所望の形状の三次元造形物を造形する。尚、吐出ユニット２００のことを、吐出部と呼ぶこともある。吐出ユニット２００の詳細な構成は、図２を用いて後述する。
【００１１】
造形ステージ３００は、ノズル６１に対向する造形面３１０を有する。造形面３１０上には、ノズル６１から吐出された造形材料が積層される。本実施形態では、造形ステージ３００は、移動機構４００によって支持されている。
【００１２】
移動機構４００は、吐出ユニット２００と造形ステージ３００との相対的な位置を変化させる。本実施形態では、移動機構４００は、吐出ユニット２００に対して、造形ステージ３００を移動させる。本実施形態における移動機構４００は、３つのモーターの駆動力によって、造形ステージ３００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。各モーターは、制御部５００の制御下にて駆動する。尚、移動機構４００は、造形ステージ３００を移動させる構成ではなく、造形ステージ３００を移動させずに、吐出ユニット２００を移動させる構成であってもよい。移動機構４００は、吐出ユニット２００と造形ステージ３００との両方を移動させる構成であってもよい。
【００１３】
制御部５００は、１以上のプロセッサーと、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ている。本実施形態では、制御部５００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、種々の機能を発揮する。尚、制御部５００は、コンピューターではなく、複数の回路の組み合わせによって構成されてもよい。
【００１４】
データ処理部６００は、１以上のプロセッサーと、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ている。本実施形態では、データ処理部６００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、種々の機能を発揮する。尚、データ処理部６００は、制御部５００の一部として構成されてもよい。データ処理部６００の詳細な構成は、図５を用いて後述する。
【００１５】
図２は、本実施形態における吐出ユニット２００の概略構成を示す説明図である。吐出ユニット２００は、材料貯留部２０と、溶融部３０と、ノズル６１とを備えている。材料貯留部２０には、ペレットや粉末等の状態の材料が投入される。本実施形態における材料は、ペレット状のＡＢＳ樹脂である。本実施形態における材料貯留部２０は、ホッパーによって構成されている。材料貯留部２０と溶融部３０との間は、材料貯留部２０の下方に設けられた供給路２２によって接続されている。材料貯留部２０に投入された材料は、供給路２２を介して、溶融部３０に供給される。
【００１６】
溶融部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、バレル５０とを備えている。溶融部３０は、材料貯留部２０から供給された固体状態の材料の少なくとも一部を溶融させて流動性を有するペースト状の造形材料にして、ノズル６１に供給する。尚、フラットスクリュー４０のことを、単にスクリューと呼ぶこともある。
【００１７】
スクリューケース３１は、フラットスクリュー４０を収容している。スクリューケース３１の上面には、駆動モーター３２が固定されている。駆動モーター３２の回転軸は、フラットスクリュー４０の上面４１に接続されている。
【００１８】
フラットスクリュー４０は、中心軸ＲＸに沿った方向の高さが直径よりも小さい略円柱形状を有している。フラットスクリュー４０は、中心軸ＲＸがＺ方向に平行になるように、スクリューケース３１内に配置されている。駆動モーター３２が発生させるトルクによって、フラットスクリュー４０は、スクリューケース３１内にて、中心軸ＲＸを中心に回転する。
【００１９】
フラットスクリュー４０は、中心軸ＲＸに沿った方向における上面４１とは反対側に溝形成面４２を有している。溝形成面４２には、溝部４５が形成されている。フラットスクリュー４０の溝形成面４２の詳細な形状は、図３を用いて後述する。
【００２０】
バレル５０は、フラットスクリュー４０の下方に設けられている。バレル５０は、フラットスクリュー４０の溝形成面４２に対向するスクリュー対向面５２を有している。バレル５０には、フラットスクリュー４０の溝部４５に対向する位置にヒーター５８が内蔵されている。ヒーター５８の温度は、制御部５００によって制御される。尚、ヒーター５８のことを加熱部と呼ぶこともある。
【００２１】
スクリュー対向面５２の中心には、連通孔５６が設けられている。連通孔５６は、ノズル６１に連通している。尚、バレル５０のスクリュー対向面５２の詳細な形状については、図４を用いて後述する。
【００２２】
ノズル６１には、ノズル孔６２と、ノズル孔６２に連通するノズル流路６５が設けられている。ノズル孔６２は、ノズル６１の先端部分に設けられている。ノズル孔６２は、ノズル流路６５の大気に連通する側の端部に設けられた流路断面が縮小された部分である。ノズル流路６５は、溶融部３０の連通孔５６に連通する。溶融部３０からノズル６１に供給された造形材料は、ノズル孔６２から吐出される。
【００２３】
図３は、本実施形態におけるフラットスクリュー４０の溝形成面４２の構成を示す斜視図である。図３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に、図２に示した上下の位置関係を逆向きとした状態で示されている。フラットスクリュー４０の溝形成面４２には、上述したとおり、溝部４５が形成されている。溝部４５は、中央部４６と、渦状部４７と、材料導入部４８とを有している。
【００２４】
中央部４６は、フラットスクリュー４０の中心軸ＲＸの周りに形成された円形の窪みである。中央部４６は、バレル５０に設けられた連通孔５６に対向する。
【００２５】
渦状部４７は、中央部４６を中心として、溝形成面４２の外周に向かって弧を描くように渦状に延びる溝である。渦状部４７は、インボリュート曲線状や螺旋状に延びるように構成されてもよい。渦状部４７の一端は、中央部４６に接続されている。渦状部４７の他端は、材料導入部４８に接続されている。
【００２６】
材料導入部４８は、溝形成面４２の外周縁に設けられた渦状部４７よりも幅広な溝である。材料導入部４８は、フラットスクリュー４０の側面４３まで連続している。材料導入部４８は、供給路２２を介して材料貯留部２０から供給された材料を、渦状部４７に導入する。尚、図３には、フラットスクリュー４０の中央部４６から外周に向かって、１条の渦状部４７および材料導入部４８が設けられた形態を表したが、フラットスクリュー４０の中央部４６から外周に向かって、複数条の渦状部４７および材料導入部４８が設けられてもよい。
【００２７】
図４は、本実施形態におけるバレル５０のスクリュー対向面５２の構成を示す上面図である。上述したとおり、スクリュー対向面５２の中央には、ノズル６１に連通する連通孔５６が形成されている。スクリュー対向面５２における連通孔５６の周りには、複数の案内溝５４が形成されている。それぞれの案内溝５４は、一端が連通孔５６に接続され、連通孔５６からスクリュー対向面５２の外周に向かって渦状に延びている。それぞれの案内溝５４は、造形材料を連通孔５６に導く機能を有している。
【００２８】
上述した吐出ユニット２００の構成によれば、材料貯留部２０に投入された材料は、供給路２２を通って、回転しているフラットスクリュー４０の側面４３から材料導入部４８に供給される。材料導入部４８内に供給された材料は、フラットスクリュー４０の回転によって、渦状部４７内へと搬送される。
【００２９】
渦状部４７内に搬送された材料は、フラットスクリュー４０の回転と、バレル５０に内蔵されたヒーター５８による加熱とによって、少なくとも一部が溶融されて、流動性を有するペースト状の造形材料となる。
【００３０】
フラットスクリュー４０の回転によって、渦状部４７内を中央部４６に向かって造形材料が搬送される。中央部４６に搬送された造形材料は、連通孔５６からノズル流路６５を介してノズル孔６２に送出され、ノズル孔６２から造形ステージ３００に向かって吐出される。このようにして、造形ステージ３００上に造形材料が積層されることによって、三次元造形物が造形される。
【００３１】
図５は、データ処理部６００の概略構成を示すブロック図である。データ処理部６００は、造形データ取得部６１０と、材料データ取得部６２０と、データ生成部６３０とを有している。造形データ取得部６１０は、三次元造形物の形状を表す第１造形データを取得する。材料データ取得部６２０は、三次元造形物の造形に用いられる造形材料の種類を表す材料データを取得する。材料データは、材料貯留部２０に投入される材料の種類を表すデータであるということもできる。データ生成部６３０は、第１造形データと材料データとを用いて、造形材料の種類を表す形状を含む三次元造形物の形状を表す第２造形データを生成する。
【００３２】
図６は、本実施形態における三次元造形物を製造するための造形処理の内容を示すフローチャートである。この処理は、三次元造形装置１００に設けられた操作部１３０や、三次元造形装置１００に接続されたコンピューターに対して、所定の開始操作がユーザーによって行われた場合に実行される。
【００３３】
まず、ステップＳ１１０にて、造形データ取得部６１０は、第１造形データを取得する。本実施形態では、造形データ取得部６１０は、第１造形データとして、三次元造形物を造形するための第１造形パスデータＰＤ１を取得する。第１造形パスデータＰＤ１は、例えば、造形ステージ３００に対するノズル６１の移動経路や、造形ステージ３００に対するノズル６１の移動速度や、ノズル６１からの造形材料の吐出量が表されたデータである。三次元造形物の形状を表すための、ＳＴＬ形式やＡＭＦ形式のデータが、スライサーによって、第１造形パスデータＰＤ１に変換される。造形データ取得部６１０は、入出力インターフェースを介して、三次元造形装置１００に接続されたコンピューターや記録媒体から第１造形パスデータＰＤ１を取得する。取得された第１造形データは、データ生成部６３０に送信される。
【００３４】
次に、ステップＳ１２０にて、材料データ取得部６２０は、材料データを取得する。本実施形態では、データ処理部６００のメモリーに予め記憶された造形材料の一覧が表示部１２０に表示される。ユーザーが操作部１３０を操作することによって、表示部１２０に表示された造形材料の一覧の内から、三次元造形物の造形に用いられる造形材料が指定される。材料データ取得部６２０は、ユーザーによって指定された造形材料の種類を表す材料データを取得する。取得された材料データは、データ生成部６３０に送信される。
【００３５】
図７は、表示部１２０に表示される操作画面の一例を示す説明図である。図６および図７を参照し、本実施形態では、造形材料の種類が、文字や記号によって表される。例えば、ＡＢＳ樹脂が用いられる場合には、ＪＩＳ  Ｋ  ６８９９−１（ＩＳＯ  １０４３−１）に規定された表示記号や略語を用いるとともに、ＪＩＳ  Ｋ  ６９９９（ＩＳＯ  １１４６９）に規定された表示形式を用いて、「＞ＡＢＳ＜」と表される。この文字や記号は、三次元造形物の一部が凸状に形成されることによって表される。この文字や記号を形成するために、材料データには、造形材料の種類に関する情報の他に、文字や記号のフォントおよびサイズに関する情報と、三次元造形物における文字や記号が形成される位置に関する情報が含まれる。ユーザーが表示部１２０に表示される操作画面を確認しつつ、操作部１３０を操作することによって、造形材料の種類とともに、文字や記号のフォントおよびサイズと、三次元造形物における文字や記号が形成される位置とが指定される。
【００３６】
図８は、第１造形データおよび第２造形データの一例を示す説明図である。図６および図８を参照し、ステップＳ１３０にて、データ生成部６３０は、第１造形データと材料データとを用いて、第２造形データを生成する。本実施形態では、データ生成部６３０は、まず、材料データを用いて、造形材料の種類を表す形状を造形するための、材料造形パス要素ＰＤＭを生成する。データ生成部６３０は、次に、第１造形パスデータＰＤ１に、材料造形パス要素ＰＤＭを付加することによって、第２造形データとして、第２造形パスデータＰＤ２を生成する。
【００３７】
図９は、第２造形データに従って造形された三次元造形物を示す説明図である。図６および図９を参照し、ステップＳ１４０にて、制御部５００は、第２造形パスデータＰＤ２に従って、吐出ユニット２００と移動機構４００とを制御することによって、造形材料の種類を表す形状ＭＢを有する三次元造形物ＯＢを造形する。本実施形態では、第１造形パスデータＰＤ１に材料造形パス要素ＰＤＭが付加された第２造形パスデータＰＤ２に従って三次元造形物ＯＢが造形されることによって、造形材料の種類を表す形状ＭＢが、三次元造形物ＯＢの面に凸状に形成される。凸状とは、第１造形データによって表される三次元造形物の体積よりも、第２造形データによって表される三次元造形物ＯＢの体積の方が大きくなるように、三次元造形物ＯＢにおいて、材料の種類を表す形状ＭＢが、周辺の面よりも盛り上がった状態のことを意味する。
【００３８】
以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００によれば、データ生成部６３０は、造形材料の種類を表す形状ＭＢを含む三次元造形物ＯＢの形状を表すための第２造形データを生成し、制御部５００は、第２造形データに従って三次元造形物ＯＢを造形する。そのため、造形に用いられた造形材料の種類を容易に識別可能な三次元造形物ＯＢが造形されるので、三次元造形物ＯＢを容易にリサイクル可能にできる。特に、本実施形態では、設計工程において、造形材料の種類を表す形状ＭＢを含む三次元造形物ＯＢの形状データを作成しなくても、造形に用いられた造形材料の種類を容易に識別可能な三次元造形物ＯＢが造形されるので、設計変更等によって、造形材料の種類が変更された場合であっても、設計工程まで遡って形状データを変更する手間を削減できる。
【００３９】
また、本実施形態では、材料指定部１１５を用いて造形材料の種類を指定できるため、１台の三次元造形装置１００によって、簡便に材料データを設定できる。
【００４０】
尚、本実施形態では、ペレット状のＡＢＳ樹脂の材料が用いられたが、吐出ユニット２００において用いられる材料としては、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材料を採用することもできる。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。
【００４１】
主材料として熱可塑性を有する材料を用いる場合には、溶融部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。
【００４２】
熱可塑性を有する材料としては、例えば、下記のいずれか一つまたは２以上を組み合わせた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。
【００４３】
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、溶融部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。また、そのように生成された造形材料は、ノズル孔６２から吐出された後、温度の低下によって硬化する。
【００４４】
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孔６２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、ノズル孔６２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、ノズル孔６２の周囲にはヒーターが設けられてもよい。
【００４５】
吐出ユニット２００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、溶融部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。
＜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。
【００４６】
吐出ユニット２００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、造形ステージ３００に配置された造形材料は、例えば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。
【００４７】
材料貯留部２０に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、溶融部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。
【００４８】
材料貯留部２０に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。
【００４９】
その他に、材料貯留部２０に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。
【００５０】
Ｂ．第２実施形態：
図１０は、第２実施形態における三次元造形装置１００ｂの概略構成を示す説明図である。第２実施形態の三次元造形装置１００ｂは、吐出ユニット２００ｂに造形材料の種類を識別する材料識別部７００を備え、材料データ取得部６２０は、材料識別部７００によって識別された造形材料の種類を表す材料データを取得することが第１実施形態と異なる。その他の構成は、特に説明しない限り、図１に示した第１実施形態と同じである。
【００５１】
本実施形態では、材料識別部７００は、材料貯留部２０に設けられている。本実施形態における材料識別部７００は、材料に赤外光を照射し、透過または反射した光量を測定することによって、材料の種類を識別するフーリエ変換赤外分光光度計が用いられている。材料識別部７００によって識別された造形材料の種類が、材料データ取得部６２０によって材料データとして取得される。
【００５２】
以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００ｂによれば、材料識別部７００によって識別された材料の種類が、材料データ取得部６２０によって材料データとして取得されるので、ユーザーが造形材料の種類を指定する手間を省略できる。そのため、より簡便に材料データを設定できる。
【００５３】
Ｃ．他の実施形態：
（Ｃ１）図１１は、他の形態としての三次元造形システム１０の概略構成を示す説明図である。三次元造形システム１０は、三次元造形装置１００ｃと、データ処理装置１５とを備えている。三次元造形システム１０における三次元造形装置１００ｃの構成は、第１実施形態の三次元造形装置１００からデータ処理部６００を除いた構成と同じである。データ処理装置１５は、造形データ取得部６１０ｃと、材料データ取得部６２０ｃと、データ生成部６３０ｃと、造形データ送信部６４０とを有している。造形データ取得部６１０ｃと、材料データ取得部６２０ｃと、データ生成部６３０ｃとは、第１実施形態のデータ処理部６００における、造形データ取得部６１０と、材料データ取得部６２０と、データ生成部６３０と同じ機能を有している。造形データ送信部６４０は、三次元造形装置１００ｃと、有線または無線によって通信可能に構成されており、データ生成部６３０ｃによって生成された第２造形データを三次元造形装置１００ｃに送信する。本実施形態では、データ処理装置１５は、１以上のプロセッサーと、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ている。データ処理装置１５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、種々の機能を発揮する。また、三次元造形装置１００ｃは、第２実施形態の三次元造形装置１００ｂからデータ処理部６００を除いた構成であってもよく、データ処理装置１５は、第２実施形態のデータ処理部６００と同じ機能を有し、かつ、上述した造形データ送信部６４０を有する構成であってもよい。尚、三次元造形システム１０における三次元造形装置１００ｃの構成が、第１実施形態の三次元造形装置１００からデータ処理部６００と材料指定部１１５とを除いた構成と同じで、材料指定部１１５の機能がデータ処理装置１５によって実現されてもよい。
【００５４】
（Ｃ２）上述した各実施形態の三次元造形装置１００，１００ｂでは、造形材料の種類を表す形状ＭＢは、三次元造形物ＯＢの面に凸状に形成される。これに対して、造形材料の種類を表す形状ＭＢは、三次元造形物ＯＢの面に凹状に形成されてもよい。凹状とは、第１造形データによって表される三次元造形物の体積よりも、第２造形データによって表される三次元造形物ＯＢの体積の方が小さくなるように、三次元造形物ＯＢにおいて、材料の種類を表す形状ＭＢが、周辺の面よりも窪んだ状態のことを意味する。データ生成部６３０は、第１造形パスデータＰＤ１に含まれる造形パスを分割および編集することによって、造形材料の種類を表す形状ＭＢを三次元造形物ＯＢの面に凹状に形成するための第２造形パスデータＰＤ２を生成できる。この場合、造形材料の種類を表す形状ＭＢが三次元造形物ＯＢの面に凸状に形成された形態に比べて、造形材料の種類を表す形状ＭＢを摩滅しにくくできる。
【００５５】
（Ｃ３）上述した各実施形態の三次元造形装置１００，１００ｂでは、造形材料の種類を表す形状ＭＢは、文字や記号によって表されている。これに対して、造形材料の種類を表す形状ＭＢは、バーコードや二次元コードによって構成されてもよい。バーコードや二次元コードには、材料の種類に関する情報の他に、製造日や、製造場所、製造条件等の種々の情報を記録させることができる。リサイクル時においては、このバーコードや二次元コードをリーダーでスキャンして、これらの情報を取得することによって、造形材料の種類等を識別できる。この場合、造形材料の種類を表す形状ＭＢが文字や記号によって形成された形態に比べて、より多くの情報を付加できる。
【００５６】
（Ｃ４）上述した各実施形態の三次元造形装置１００，１００ｂでは、第１造形データとして第１造形パスデータＰＤ１が用いられ、第２造形データとして第２造形パスデータＰＤ２が用いられている。これに対して、第１造形データおよび第２造形データは、三次元ＣＡＤ等によって作成された三次元造形物の形状を表す形状データであってもよい。この場合、データ生成部６３０にスライサーとしての機能が組み込まれ、データ生成部６３０は、供給された形状データと材料データとを用いて、第２造形パスデータＰＤ２を生成してもよい。
【００５７】
（Ｃ５）上述した第２実施形態の三次元造形装置１００ｂにおいて、三次元造形装置１００ｂは、造形材料が収容されたカートリッジによって材料貯留部２０が構成されてもよい。カートリッジには、収容された造形材料の種類が記憶されたチップが内蔵されており、材料識別部７００は、チップに内蔵された造形材料の種類を識別する構成であってもよい。カートリッジのコネクターと三次元造形装置１００ｂに設けられたコネクターとが電気的に接続されることによって、材料識別部７００は、チップに内蔵された造形材料の種類を識別できる。材料識別部７００が識別した造形材料の種類に関する情報は、材料データ取得部６２０に送信される。
【００５８】
（Ｃ６）上述した各実施形態では、フラットスクリュー４０の回転と、バレル５０に内蔵されたヒーター５８による加熱とによって、材料の少なくとも一部を溶融させて造形材料を生成し、生成した造形材料をノズル６１から吐出して、造形ステージ３００上に積層する三次元造形装置１００，１００ｂによって、材料の種類を表す形状ＭＢを含む三次元造形物ＯＢが造形される。これに対して、例えば、フィラメント状の材料が用いられるＦＤＭ方式（Ｆｕｓｅｄ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）や、インクジェット方式や、ＤＭＤ方式（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔａｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）や、粉末床溶融結合方式等、種々の造形方式によって、材料の種類を表す形状ＭＢを含む三次元造形物ＯＢが造形されてもよい。
【００５９】
Ｄ．他の形態：
本開示は、上述した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形態で実現することができる。例えば、本開示は、以下の形態によっても実現可能である。以下に記載した各形態中の技術的特徴に対応する上記実施形態中の技術的特徴は、本開示の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本開示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。
【００６０】
（１）本開示の第１の形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、造形材料を吐出する吐出部と、前記吐出部から吐出された前記造形材料が積層される造形ステージと、前記吐出部と前記造形ステージとの相対位置を変化させる移動機構と、第１造形データ、および、前記造形材料の種類を表す材料データを用いて、前記造形材料の種類を表す形状を含む三次元造形物の形状を表すための第２造形データを生成するデータ生成部と、前記第２造形データに従って、前記吐出部および前記移動機構を制御することによって、前記三次元造形物を造形する制御部と、を備える。
この形態の三次元造形装置によれば、造形材料の種類を表す形状を含む三次元造形物が造形される。そのため、三次元造形物から、その造形に用いられた材料の種類を容易に識別できる。
【００６１】
（２）上記形態の三次元造形装置は、さらに、前記造形材料の種類を指定するための材料指定部を備え、前記データ生成部は、前記材料指定部によって指定された前記造形材料の種類を表す前記材料データを用いて、前記第２造形データを生成してもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、材料指定部を用いて造形材料の種類を指定できるため、簡便に材料データを設定できる。
【００６２】
（３）上記形態の三次元造形装置は、さらに、前記造形材料の成分を分析することによって前記造形材料の種類を識別する材料識別部を備え、前記データ生成部は、前記材料識別部によって識別された前記造形材料の種類を表す前記材料データを用いて、前記第２造形データを生成してもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、ユーザーが造形材料の種類を指定する手間を省略できるため、より簡便に材料データを設定できる。
【００６３】
（４）上記形態の三次元造形装置において、前記データ生成部は、前記造形材料の種類を表す形状としてバーコードまたは二次元コードの形状を含む、前記三次元造形物の形状を表すための前記第２造形データを生成してもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、造形材料の種類を表す形状が文字や記号によって形成された形態に比べて、より多くの情報を付加できる。
【００６４】
（５）上記形態の三次元造形装置において、前記データ生成部は、前記三次元造形物の面に凹状に設けられた前記造形材料の種類を表す形状を含む前記三次元造形物の形状を表すための前記第２造形データを生成してもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、造形材料の種類を表す形状が三次元造形物の面に凸状に設けられた形態に比べて、造形材料の種類を表す形状を摩滅しにくくできる。
【００６５】
（６）本開示の第２の形態によれば、三次元造形システムが提供される。この三次元造形システムは、三次元造形装置とデータ処理装置とを備える。前記三次元造形装置は、造形材料を吐出する吐出部と、前記吐出部から吐出された前記造形材料が積層される造形ステージと、前記吐出部と前記造形ステージとの相対位置を変化させる移動機構と、前記吐出部および前記移動機構を制御する制御部と、を有し、前記データ処理装置は、第１造形データ、および、前記造形材料の種類を表す材料データを用いて、前記造形材料の種類を表す形状を含む三次元造形物の形状を表すための第２造形データを生成するデータ生成部と、前記第２造形データを前記三次元造形装置に送信する造形データ送信部と、を有し、前記三次元造形装置の前記制御部は、前記第２造形データに従って、前記吐出部および前記移動機構を制御することによって、前記三次元造形物を造形する。
この形態の三次元造形システムによれば、造形材料の種類を表す形状を含む三次元造形物が造形される。そのため、造形に用いられた材料の種類を、三次元造形物から容易に識別することができる。
【００６６】
（７）本開示の第３の形態によれば、三次元造形物の製造方法が提供される。この三次元造形物の製造方法は、第１造形データを取得する工程と、造形材料の種類を表す材料データを取得する工程と、前記第１造形データおよび前記材料データを用いて、前記造形材料の種類を表す形状を含む三次元造形物の形状を表すための第２造形データを生成する工程と、前記第２造形データに従って、前記三次元造形物を造形する工程と、を有する。
この形態の三次元造形物の製造方法によれば、造形材料の種類を表す形状を含む三次元造形物が造形される。そのため、造形に用いられた材料の種類を、三次元造形物から容易に識別することができる。
【００６７】
本開示は、三次元造形装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、三次元造形システム、三次元造形装置の制御方法、三次元造形物の製造方法等の形態で実現することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１０…三次元造形システム、１５…データ処理装置、２０…材料貯留部、２２…供給路、３０…溶融部、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、４１…上面、４２…溝形成面、４３…側面、４５…溝部、４６…中央部、４７…渦状部、４８…材料導入部、５０…バレル、５２…スクリュー対向面、５４…案内溝、５６…連通孔、５８…ヒーター、６１…ノズル、６２…ノズル孔、６５…ノズル流路、１００，１００ｂ，１００ｃ…三次元造形装置、１１０…筐体、１１５…材料指定部、１２０…表示部、１３０…操作部、２００，２００ｂ…吐出ユニット、３００…造形ステージ、３１０…造形面、４００…移動機構、５００…制御部、６００…データ処理部、６１０，６１０ｃ…造形データ取得部、６２０，６２０ｃ…材料データ取得部、６３０，６３０ｃ…データ生成部、６４０…造形データ送信部、７００…材料識別部。
【図１】
2020100048.tif 000003
【図２】
2020100048.tif 000004
【図３】
2020100048.tif 000005
【図４】
2020100048.tif 000006
【図５】
2020100048.tif 000007
【図６】
2020100048.tif 000008
【図７】
2020100048.tif 000009
【図８】
2020100048.tif 000010
【図９】
2020100048.tif 000011
【図１０】
2020100048.tif 000012
【図１１】
2020100048.tif 000013