(57)【要約】【課題】積層造形法により、複数の材質を用いて造形された三次元形状造形物において、異なる材質同士の境界面部分の強度を向上した三次元形状造形物を提供すること【解決手段】積層造形法を用いて造形される、少なくとも二種類の材質で形成される三次元形状造形物において、第一の材質と、第二の材質の少なくとも一方の一部は、他方の中に埋没した凸部であり、前記凸部は、前記第一の材質と前記第二の材質を離間する方向に加わる力に抗う方向に、オーバーハング形状を有することを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層造形法を用いて造形される、少なくとも二種類の材質で形成される三次元形状造形物において、
第一の材質と、第二の材質の少なくとも一方の一部は、他方の中に埋没した凸部であり、前記凸部は、前記第一の材質と前記第二の材質を離間する方向に加わる力に抗う方向に、オーバーハング形状を有することを特徴とする三次元形状造形物。
【請求項２】
前記凸部は、前記凸部の根元の法線方向からの投影面より外側に、その形状の一部を有することを特徴とする請求項１に記載の三次元形状造形物。
【請求項３】
前記凸部は、前記凸部の中心軸方向とは異なる方向へ、少なくとも一つの爪部を有することを特徴とする請求項１に記載の三次元形状造形物。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の三次元形状造形物を用いた機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材質を繰り返し積層することで造形された三次元形状造形物に関し、特に二種類以上の材質を積層して造形される三次元形状造形物とそれを用いた機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、射出した材質に対し、光ビームの照射等の手段により熱を加えることで溶融・凝固させた層を繰り返し積層することにより三次元形状を造形する方法が知られている。また、この造形方法では射出する材質を切り替えながら造形を行うことにより、複数の材質から構成される三次元形状を造形できる。
【０００３】
しかし、このような複数の材質から構成される積層造形物は、１種類の材質で成形されている造形物と比べ、異なる種類の材質同士の境界面部分の強度が低下し、境界面からの剥がれや破損が発生する恐れがあるという課題がある。このような課題に対し、特許文献１では、造形時に積層面に凹凸を設けることで、積層面の表面積を増やし、強度の向上を図っている。特許文献２では、複数の材質を含む造形物において、第一の材質による積層部分と第二の材質による積層部分の間の境界部に、第一の材質と第二の材質の混合領域を設け、一体の造形物として成形している。境界部となる混合領域では、複数の成形材質の滴を交互に並べて結合を行い、複数の材質を含む造形物の一体化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２０１５／１４１０２７号公報
【特許文献２】特表２０１４−５２１５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の方法では、積層面間の面同士の結合力による結合の増加のみであり、面同士の結合力が弱い異種材質間では、強度の向上ができない。特許文献２の方法では、混合領域の積層時に、射出する滴ごとに細かく制御を行う必要があり、成形や積層条件の設定が困難になる恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明に係る三次元形状造形物は、
積層造形法を用いて造形される、少なくとも二種類の材質で形成される三次元形状造形物において、第一の材質と、第二の材質の少なくとも一方の一部は、他方の中に埋没した凸部であり、前記凸部は、前記第一の材質と前記第二の材質を離間する方向に加わる力に抗う方向に、オーバーハング形状を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、積層造形法により、複数の材質を用いて造形された三次元形状造形物において、異なる材質同士の境界面部分の強度を向上した三次元形状造形物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１の三次元形状造形物の第一の成形材料１のみを積層する層の積層過程を示した図である。
【図２】実施例１の三次元形状造形物の第一の成形材料１と第二の成形材料２の両者を領域Ａ、Ｂ、Ｃに積層する層の積層過程を示した図である。
【図３】実施例１の三次元形状造形物の第一の成形材料１と第二の成形材料２の両者を領域Ａ’、Ｂ’、Ｃ’に積層する層の積層過程を示した図である。
【図４】実施例１の三次元形状造形物の第二の成形材料２のみを積層する層の積層過程を示した図である。
【図５】実施例１の三次元形状造形物の断面図である。
【図６】実施例１の埋没した凸部が複数の爪部を有する形状の三次元形状造形物の断面図である。
【図７】実施例１の埋没した凸部が斜め方向にせり出した形状の三次元形状造形物の断面図である。
【図８】実施例１の埋没した凸部が螺旋形状の三次元形状造形物の斜視図である。
【図９】実施例２の爪部先端が埋没した凸部の中心軸方向を向いた形状の三次元形状造形物の断面図である。
【図１０】実施例２の埋没した凸部の幅が減少する形状の三次元形状造形物の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、図１〜図１０に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１０】
以下、図１から図８を参照して、本発明の第１の実施例による、三次元形状造形物について説明する。
【００１１】
図１は本発明の第１の実施形態に関わる三次元形状造形物の造形過程を示す。造形ステージ９９上の造形領域に、第一の成形材料１を所定量射出し、光ビームＬを照射することで、第一の成形材料１は熱により溶融後に凝固し、凝固層１０になる。図２に示すように、凝固層１０を所定の高さまで順次積み上げた後、射出する成形材料を第二の成形材料２へと切り替える。この時、図２の領域Ａでは第二の成形材料２を、領域Ｂでは第一の成形材料１を、領域Ｃでは再び第二の成形材料２を射出、凝固させ、凝固層を成形する。領域Ａ、Ｂ、Ｃを所定の高さまで積層した後、図３に示すように、凝固層１０と一体の成形材料１が凝固層２０の上に積層されるよう、領域Ａ、Ｂ、Ｃの幅を、領域Ａ’、Ｂ’、Ｃ’へと変化させ積層を続ける。
【００１２】
領域Ａ、Ｂ’、Ｃ’の積層を所定の高さまで行った後、図４のように第二の成形材料２のみを射出、凝固し凝固層を形成する。上記の積層により成形が完成した状態の三次元形状造形物４を図５に示す。三次元形状造形物４は第一の成形材料１で形成される凸部１１が、第二の成形材料２の内部に埋没した形状を有する。凸部１１は、凸部１１の根元の法線方向からの投影面より外側に突出した（オーバーハングした）爪部１１ａを有する。爪部１１ａは第一の成形材料１の凝固層１０と一体で成形されながら、第二の成形材料２の凝固層２０の内部に埋没し、凝固層２０に対して、オーバーハングした形状であり、凝固層１０と凝固層２０を離間させる方向に加わる力Ｐ、Ｑに対して抗う形状となる。
【００１３】
上記構造により、異種材料で形成される凝固層１０と凝固層２０の間に、面同士の結合に加え、物理的な掛かりを設けることで凝固層間の結合力を向上し、三次元形状成形物４の第一の成形材料１と第二の成形材料２の間の境界面５からの剥がれや破損を抑制できる。
【００１４】
また、本実施例では図５に示す凸部１１の形状を、オーバーハング形状としたが、この限りではない。他の成形材料の内部に、第一の成形材料１と一体の凸部がその凸部の根元より外側へ突出した一部を有すれば、本件の効果は得られる。例えば、図６に示す埋没した凸部１２が複数の爪部１２ａを有する形状や、図７に示す埋没した凸部１３自身が斜め方向にせり出した形状、図８に示す埋没した凸部１４自身が螺旋のような３次元的な掛かりを有する形状でも本件の効果は享受できる。また、図７に示すように、複数の凸部１３１を有する形状とすると結合力をより向上することができる。
【００１５】
本実施例では光ビームによる成形材料の積層成形について記載したが、成形方法はこの限りではなく、複数の成形材料を用いて積層成形される三次元形状造形物であれば、本件同様の構造に成形を行うことで同様の効果が得られる。
【実施例２】
【００１６】
以下、図９から図１０を参照して、本発明の第２の実施例による、三次元形状造形物について説明する。
【００１７】
本実施例では、三次元形状造形物は実施例１と同様の方法で複数の成形材料を用いて積層方式により成形されるが、第二の成形材料２の内部に埋没する凸部の形状が実施例１と異なる。本実施例では、オーバーハング形状として第一の成形材料１と一体で成形され、第二の成形材料２の内部に埋没した凸部が、その凸部の中心軸とは異なる方向を向いた爪部を有する。
【００１８】
例えば図９に示す凸部１５は、その中心軸１５０の軸方向とは異なる方向を向く爪部１５ａを有する。爪部１５ａは先端が凸部１５の中心軸の法線方向を向いて成形されており、凸部１５はその根元より外側へ一部を突出することなく、オーバーハング形状を有している。爪部１５ａは、凸部１５の中心軸方向と異なる方向を向いた形状であることで、凸部の中心軸方向に凝固層１０と凝固層２０を離間させる方向に加わる力Ｒ、Ｓに対して抗う形状となる。
【００１９】
また、本実施例では図９に示す凸部１５の形状を、オーバーハング形状としたが、本件の指し示すところはこの限りではない。例えば、図１０に示すように徐々に凸部１６の幅が減少した後に、再度凸部の幅が増加するような爪部１６ａの形状としてもよい。この時、爪部１６ａは、凸部の１６の中心軸１６０方向とは異なる方向を向いており、爪部１６ａの幅は、凸部の根元の幅よりも狭い形状をしている。
【００２０】
図９、図１０に示すように本実施例では、凸部がその根元より外側へ突出した一部を有することなく、爪部によりオーバーハング形状を形成し、第一の成形材料１と第二の成形材料２の間に物理的な掛かりを設けて、結合力を向上している。このような形状とすることで、第一の成形材料１で造形可能な領域が限られる三次元形状造形物においても、凸部を第二の成形材料２の内部のより狭い領域に埋没させ、本件の効果を享受できる。
【００２１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００２２】
１  第一の成形材料、２  第二の成形材料、４  三次元形状造形物、
１１，１２，１３，１４，１５，１６  埋没した凸部、
Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ  離間する方向に加わる力
【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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