(57)【要約】【課題】三次元造形物の強度を向上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、テーブルとノズルとの相対的な位置を変えながら、ノズルからテーブルに向かって造形材料を吐出することによって、テーブルからノズルに向かう方向に開口し、複数の特定領域を含む凹部を有する第１造形部位を造形する第１工程と、複数の特定領域のそれぞれの長手方向とノズルの走査方向とが一致するように、ノズルの走査方向を切替えながらノズルから凹部の複数の特定領域に造形材料を吐出して、第２造形部位を造形する第２工程と、を備える。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元造形物の製造方法であって、
テーブルとノズルとの相対的な位置を変えながら、前記ノズルから前記テーブルに向かって造形材料を吐出することによって、前記テーブルから前記ノズルに向かう方向に開口し、複数の特定領域を含む凹部を有する第１造形部位を造形する第１工程と、
前記複数の特定領域のそれぞれの長手方向と前記ノズルの走査方向とが一致するように、前記ノズルの走査方向を切替えながら前記ノズルから前記凹部の複数の前記特定領域に前記造形材料を吐出して、第２造形部位を造形する第２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、
前記特定領域は、対向する２辺の距離が予め定められた閾値以下で規定された領域である、三次元造形物の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の三次元造形物の製造方法であって、
前記第２工程は、前記凹部内の前記特定領域とは異なる基礎領域に対して、予め定められた基準走査方向に沿って前記造形材料を吐出する工程を含む、三次元造形物の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の三次元造形物の製造方法であって、
前記第２工程では、前記凹部の前記特定領域に前記造形材料を吐出するにあたり、前記基礎領域の一部にまで、前記長手方向に沿って前記造形材料を吐出する、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１工程及び前記第２工程を繰り返し実行し、複数回実行される前記第２工程のうちの一部の第２工程は、それぞれの前記特定領域について、前記走査方向を、前記長手方向に沿った走査方向から、前記長手方向に交差する走査方向に切り替える工程を含む、三次元造形物の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の三次元造形物の製造方法であって、
複数回実行される前記第２工程において、前記走査方向を、前記長手方向に沿った走査方向から、前記長手方向に交差する走査方向に切り替える工程を含む第２工程と、前記走査方向を、前記長手方向に沿った走査方向から、前記長手方向に交差する走査方向に切り替える工程を含まない第２工程との実行回数の比率を、前記特定領域の短手方向の寸法に応じて変更する、三次元造形物の製造方法。
【請求項７】
三次元造形装置であって、
テーブルと、
前記テーブルに向かって造形材料を吐出するノズルと、
前記テーブルと前記ノズルとの相対的な位置を調整する位置調整部と、
前記位置調整部を制御して前記テーブルと前記ノズルとの相対的な位置を変えながら、前記ノズルから前記テーブルに向かって造形材料を吐出させることによって、前記テーブルから前記ノズルに向かう方向に開口し、複数の特定領域を含む凹部を有する第１造形部位を造形する第１処理と、
前記複数の特定領域のそれぞれの長手方向と前記ノズルの走査方向とが一致するように、前記ノズルの走査方向を切替えながら前記ノズルから前記凹部の複数の前記特定領域に前記造形材料を吐出させて、第２造形部位を造形する第２処理と、
を実行する制御部と、
を備える三次元造形装置。
【請求項８】
テーブルと造形材料を吐出するノズルとの相対的な位置を変えながら、前記ノズルから前記テーブルに向かって造形材料を吐出させることによって三次元造形装置が三次元造形物を製造するために用いるデータを生成するデータ生成装置であって、
前記テーブルから前記ノズルに向かう方向に開口し、複数の特定領域を含む凹部を有する第１造形部位を表す稜線データと、
前記複数の特定領域のそれぞれの長手方向と前記ノズルの走査方向とが一致するように、前記ノズルの走査方向を切替えながら前記ノズルから前記凹部の複数の前記特定領域に前記造形材料を吐出させて、第２造形部位を造形するための造形パスデータと、を生成するデータ生成部、
を備えるデータ生成装置。
【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、三次元造形装置、および、データ生成装置に関する。
【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、三次元造形物の各断面を形成するにあたり、断面の輪郭によって囲まれたバルクラスター領域と呼ばれる内部領域に、所定のラスタパターンで材料を充填する技術が開示されている。
【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に記載された技術では、内部領域を造形する際に、一定の造形方向に沿って造形を繰り返している。そのため、例えば、内部領域において、狭い領域や細い領域があった場合、造形方向によっては、短い造形パスによってそのような領域が造形されることになり、造形パス同士の境界の数が増加して造形物の強度低下につながるおそれがあった。そのため、本開示では、造形物の強度を向上可能な技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一形態によれば、三次元造形物の製造方法が提供される。この製造方法は、テーブルとノズルとの相対的な位置を変えながら、前記ノズルから前記テーブルに向かって造形材料を吐出することによって、前記テーブルから前記ノズルに向かう方向に開口し、複数の特定領域を含む凹部を有する第１造形部位を造形する第１工程と、前記複数の特定領域のそれぞれの長手方向と前記ノズルの走査方向とが一致するように、前記ノズルの走査方向を切替えながら前記ノズルから前記凹部の複数の前記特定領域に前記造形材料を吐出して、第２造形部位を造形する第２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溝部の構成を示す斜視図である。
【図３】バレルのスクリュー対向面の構成を示す上面図である。
【図４】三次元造形物の一例を示す図である。
【図５】水平方向に沿った三次元造形物の断面の外形を示す図である。
【図６】データ生成処理のフローチャートである。
【図７】パス生成処理のフローチャートである。
【図８】三次元造形処理のフローチャートである。
【図９】三次元造形物の断面の一例を示す図である。
【図１０】第２実施形態におけるパス生成処理のフローチャートである。
【図１１】第２実施形態における特定領域内の造形パスを示す図である。
【図１２】第３実施形態におけるパス生成処理のフローチャートである。
【図１３】特定領域に短手方向に沿った造形パスを適用した図である。
【図１４】複数の特定領域のみによって構成された断面を示す図である。
【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５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】
本実施形態の三次元造形装置５は、ノズル６０を有する吐出ユニット１００と、三次元造形物が造形されるテーブル２２０と、位置調整部２１０と、制御部３００とを備えている。
【０００９】
位置調整部２１０は、テーブル２２０とノズル６０との相対的な位置を変化させる。本実施形態では、位置調整部２１０は、ノズル６０に対して、テーブル２２０を移動させることによって、相対的にノズル６０を移動させる。相対的にノズル６０を移動させることを、以下では、単に、「ノズル６０を移動させる」という。本実施形態の位置調整部２１０は、３つのモーターの駆動力によって、テーブル２２０をＸ，Ｙ，Ｚ方向の３軸方向に移動させる３軸ポジショナーとして構成される。各モーターは、制御部３００によって駆動が制御される。なお、位置調整部２１０は、テーブル２２０を移動させる構成ではなく、テーブル２２０を移動させずに、吐出ユニット１００を移動させる構成であってもよい。また、位置調整部２１０は、テーブル２２０を、Ｘ，Ｙ方向に移動させ、吐出ユニット１００をＺ方向に移動させる構成や、テーブル２２０をＺ方向に移動させ、吐出ユニット１００をＸ，Ｙ方向に移動させる構成であってもよい。
【００１０】
制御部３００は、１以上のプロセッサーとメモリーと、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。制御部３００は、データ生成装置４００によって生成された三次元造形用データを、ネットワークあるいは記録媒体を介して取得する。制御部３００は、メモリーに記憶された三次元造形用プログラムをプロセッサーが実行することによって、三次元造形用データに応じて吐出ユニット１００と位置調整部２１０との動作を制御することにより、三次元造形物を製造する。なお、制御部３００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。
【００１１】
データ生成装置４００は、三次元造形装置５が三次元造形物を製造するために用いるデータを生成する装置である。データ生成装置４００は、１以上のプロセッサーとメモリーと、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。データ生成装置４００は、データ生成部４１０を備えている。データ生成部４１０は、稜線データや造形パスデータを生成する。これらのデータの詳細については後述する。データ生成部４１０は、データ生成装置４００に備えられたプロセッサーが、メモリーに記憶された所定のプログラムを実行することによって実現される。このプログラムは、コンピューターが読み取り可能な一時的でない有形の記録媒体に記録されてもよい。
【００１２】
吐出ユニット１００は、材料を溶融させて造形材料とする材料溶融部９０と、材料溶融部９０に連通し、材料溶融部９０から供給された造形材料が吐出されるノズル６０と、材料供給部２０と、を有する。材料供給部２０と材料溶融部９０との間は、供給路２２によって接続されている。材料溶融部９０とノズル６０との間は、連通孔５６によって接続されている。
【００１３】
材料供給部２０には、ペレットや粉末等の状態の材料が収容されている。本実施形態の材料は、ペレット状のＡＢＳ樹脂である。本実施形態の材料供給部２０は、ホッパーによって構成されている。材料供給部２０に収容された材料は、材料供給部２０の下方に設けられた供給路２２を介して、材料溶融部９０に供給される。
【００１４】
材料溶融部９０は、スクリューケース１０と、スクリューケース１０内に収容されたフラットスクリュー４０と、フラットスクリュー４０を駆動させる駆動モーター３０と、スクリューケース１０内におけるフラットスクリュー４０よりも下方に固定されたバレル５０とを備えている。
【００１５】
フラットスクリュー４０は、扁平な円柱形状を有し、円柱の外周から円柱の中心軸ＡＸに向かう渦状の溝部４２が円柱の底面に形成されたスクリューである。扁平とは、直径よりも高さの方が小さいことを意味している。フラットスクリュー４０の底面のことを、溝形成面４１と呼ぶ。本実施形態では、フラットスクリュー４０は、中心軸ＡＸがＺ方向に平行になるように配置されている。フラットスクリュー４０の上面側には、制御部３００の制御下において駆動する駆動モーター３０が接続されている。駆動モーター３０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１０内において回転する。尚、フラットスクリュー４０の詳細な形状は、図２を用いて後述する。
【００１６】
バレル５０は、フラットスクリュー４０の溝形成面４１に対向するスクリュー対向面５２を有している。スクリュー対向面５２には、フラットスクリュー４０の中心軸ＡＸ上の位置に、連通孔５６が設けられている。バレル５０には、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３００によって制御される。尚、バレル５０の詳細な形状は、図３を用いて後述する。
【００１７】
回転しているフラットスクリュー４０の溝部４２と、バレル５０のスクリュー対向面５２との間に供給された材料は、フラットスクリュー４０の回転と、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。造形材料は、フラットスクリュー４０の回転によって、バレル５０に設けられた連通孔５６へと、溝部４２に沿って輸送される。
【００１８】
ノズル６０は、連通孔５６に接続されている。材料溶融部９０から連通孔５６を介してノズル６０に供給された造形材料は、ノズル６０からテーブル２２０に向かって吐出される。
【００１９】
図２は、フラットスクリュー４０の溝部４２の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２に示した上面と底面との位置関係を、鉛直方向において逆向きとした状態で示されている。本実施形態のフラットスクリュー４０は、溝形成面４１に１条の溝部４２を有している。溝形成面４１には、中心軸ＡＸの周りに中央部４６が設けられている。中央部４６は、溝部４２の一端に接続された窪みである。中央部４６は、図１に示したバレル５０に設けられた連通孔５６に対向する。溝形成面４１には、溝部４２が、２条以上設けられてもよい。
【００２０】
溝部４２は、いわゆるスクロール溝を構成する。溝部４２は、中央部４６から、フラットスクリュー４０の外周に向かって弧を描くように渦状に延びている。溝部４２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。溝部４２は、フラットスクリュー４０の側面４３に形成された材料流入口４４まで連続している。材料供給部２０から供給された材料は、材料流入口４４から溝部４２内へと導入される。
【００２１】
図３は、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。スクリュー対向面５２には、複数の案内溝５４が形成されている。この案内溝５４は、スクリュー対向面５２の中心に形成された連通孔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は、造形材料を連通孔５６に導く機能を有する。
【００２２】
図４は、本実施形態の三次元造形装置５によって製造される三次元造形物ＯＢの一例を示す図である。図５は、水平方向に沿った三次元造形物ＯＢの断面の外形を示す図である。本実施形態における三次元造形物ＯＢは、断面形状で見た場合に、複数の特定領域ＳＡを備えている。また、三次元造形物ＯＢは、特定領域ＳＡとは異なる領域である基礎領域ＢＡを備えている。特定領域ＳＡは、長手方向を有する領域である。特定領域ＳＡは、長手方向に直交する方向である短手方向において対向する２辺の距離Ｄ１，Ｄ２が、予め定められた閾値以下で規定された領域である。また、特定領域ＳＡは、前述した対向する２辺と、それら２辺の最も近い端部同士を結んだ辺とで囲まれた領域でもある。特定領域ＳＡを規定する前述の閾値は、例えば、ノズル６０の直径Ｄｎの５〜１０倍の値とすることができる。「２辺が対向する」とは、対向する２辺が互いに平行である場合に限らず、２辺が向き合っていれば、それら２辺は平行でなくてもよい。２辺が平行でない場合、特定領域ＳＡは、短手方向において対向する２辺の間の距離が最も大きい部分が、前述した閾値以下で規定された領域である。図５には、特定領域ＳＡと基礎領域ＢＡの境界を破線で示している。特定領域ＳＡと基礎領域ＢＡの境界は、特定領域ＳＡの対向する２辺と基礎領域ＢＡとが接続される２つの位置を結んだ線分によって規定される。なお、本実施形態では、長手方向とは、直線に沿った方向であるものとするが、長手方向は曲線に沿った方向であってもよい。また、図４および図５には、特定領域ＳＡを２つ備える三次元造形物ＯＢを示しているが、特定領域ＳＡの数は、３つ以上であってもよい。また、特定領域ＳＡの形状は、図５では四角形であるが、長手方向を把握可能であれば、三角形であってもよいし、五角形以上の多角形でもよい。また、特定領域ＳＡの形状は、長手方向を把握可能であれば、一部または全部が曲線によって構成されてもよい。
【００２３】
図６は、データ生成装置４００において実行されるデータ生成処理のフローチャートである。このデータ生成処理は、三次元造形装置５が三次元造形物ＯＢを製造するために用いる造形用データを生成する処理である。データ生成装置４００においてデータ生成処理が実行されると、まず、ステップＳ１００において、データ生成装置４００のデータ生成部４１０が、３Ｄデータを読み込む。３Ｄデータの読み込み先は、データ生成装置４００に備えられた記憶媒体でもよいし、データ生成装置４００にネットワークを介して接続された他の装置であってもよい。
【００２４】
続いて、ステップＳ２００において、データ生成部４１０がスライス処理を実行する。スライス処理では、予め定められた積層高さに従って、３Ｄデータから複数の断面が切り出され、断面毎に、稜線データが生成される。稜線データは、三次元造形物ＯＢの断面の輪郭を、ノズル６０の移動によって形成するための経路を表すデータである。経路のことをパスともいう。
【００２５】
三次元造形物ＯＢの断面毎に稜線データが生成された後、ステップＳ３００において、データ生成部４１０は、パス生成処理を実行する。パス生成処理では、各断面について、輪郭の内部を埋めるためのパスを表す造形パスデータが生成される。断面毎に造形パスデータが生成されると、各断面の稜線データと造形パスデータとが、造形用データとして出力される。
【００２６】
図７は、上述したパス生成処理の具体的なフローチャートである。まず、データ生成部４１０は、ステップＳ３１０において、最初の断面、すなわち、最もテーブル２２０に近い位置に形成される断面について、稜線データを取得する。続いて、データ生成部４１０は、ステップＳ３２０において、その稜線データから、複数の特定領域ＳＡを特定する。本実施形態においてデータ生成部４１０は、稜線データによって表される輪郭のうち、長手方向を有し、短手方向において対向する２辺の距離が、前述した閾値よりも小さい領域を、特定領域ＳＡとして特定する。
【００２７】
データ生成部４１０は、ステップＳ３３０において、ステップＳ３２０において特定した複数の特定領域ＳＡの中から、１つの特定領域ＳＡを選択する。こうして選択された特定領域ＳＡを、以下、対象特定領域という。データ生成部４１０は、ステップＳ３４０において、対象特定領域の長手方向を判別する。そして、ステップＳ３５０において、対象特定領域に対する造形パスデータを生成する。具体的には、データ生成部４１０は、長手方向に沿ってノズル６０が往復移動しつつ、長手方向の端部において短手方向にノズル６０が移動していくことで、対象特定領域を隙間無く造形材料が埋まる経路を、造形パスデータとして生成する。
【００２８】
データ生成部４１０は、ステップＳ３６０において、全ての特定領域について造形パスデータが生成されたか否かを判断する。全ての特定領域について造形パスデータが生成されていなければ、データ生成部４１０は、処理をステップＳ３３０に戻して、複数の特定領域ＳＡから他の特定領域ＳＡを選択して、その特定領域ＳＡについてステップＳ３４０からステップＳ３５０までの処理を繰り返す。
【００２９】
全ての特定領域ＳＡについて造形パスデータの生成が完了した後、データ生成部４１０は、ステップＳ３７０において、特定領域ＳＡ以外の領域、すなわち、基礎領域ＢＡに対して、造形パスデータを生成する。本実施形態では、データ生成部４１０は、基礎領域ＢＡについては、予め定められた基準走査方向に沿った造形パスを生成する。つまり、データ生成部４１０は、基礎領域ＢＡ内を基準走査方向に沿ってノズル６０が往復移動しつつ、基準走査方向の端部において基準走査方向に直交する方向にノズル６０が移動していくことで、基礎領域ＢＡを隙間無く造形材料で埋まる経路を、基礎領域ＢＡの造形パスデータとして生成する。
【００３０】
上述した本実施形態のパス生成処理では、データ生成部４１０は、基礎領域ＢＡの造形パスデータを生成するよりも前に、特定領域ＳＡの造形パスデータを生成している。これに対して、データ生成部４１０は、特定領域ＳＡの造形パスデータを生成するよりも前に、基礎領域ＢＡの造形パスデータを生成してもよい。
【００３１】
図８は、三次元造形装置５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。このフローチャートは、三次元造形装置５による三次元造形物ＯＢの製造方法を示している。図９は、この製造方法によって製造される三次元造形物ＯＢの断面の一例を示す図である。まず、三次元造形装置５の制御部３００は、ステップＳ５００において、上述したデータ生成処理によって生成された稜線データおよび造形パスデータを含む造形用データを取得する。
【００３２】
続いて、制御部３００は、ステップＳ５１０において、最初の断面、つまり、最もテーブル２２０に近い断面について、図９に示す第１造形部位ＭＰ１を造形するための第１処理を実行する。第１処理を実行する工程のことを第１工程ともいう。第１処理において、制御部３００は、稜線データに従って位置調整部２１０を制御してノズル６０の位置を変えながら、ノズル６０からテーブル２２０に向かって造形材料を吐出することによって、テーブル２２０からノズル６０に向かう方向に開口する凹部ＣＰを有する第１造形部位ＭＰ１を造形する。第１造形部位ＭＰ１は、断面の輪郭に相当する部位である。凹部ＣＰは、異なる長手方向を有する複数の特定領域ＳＡを含む。なお、凹部ＣＰは、テーブル２２０からノズル６０に向かう方向にのみ開口するのではなく、水平方向の任意の部分が開口していてもよい。
【００３３】
第１造形部位ＭＰ１を造形した後、制御部３００は、ステップＳ５２０において、第２造形部位ＭＰ２を造形するための第２処理を実行する。第２処理を実行する工程のことを第２工程ともいう。この第２処理において、制御部３００は、特定領域ＳＡ毎に生成された造形パスデータに従って、特定領域ＳＡの内部の部分である第２造形部位ＭＰ２を生成する。より具体的には、制御部３００は、凹部ＣＰ内において、複数の特定領域ＳＡのそれぞれの長手方向とノズル６０の走査方向とが一致するように、ノズル６０の走査方向を切替えながら、ノズル６０から凹部ＣＰの複数の特定領域ＳＡに造形材料を吐出して、第２造形部位ＭＰ２を造形する。
【００３４】
本実施形態では、第２処理において、制御部３００は、第２造形部位ＭＰ２だけではなく、凹部ＣＰ内における基礎領域ＢＡに対しても、基礎領域ＢＡに対して生成された造形パスデータに従ってノズル６０を移動させつつ造形材料を吐出する。つまり、ステップＳ５２０では、所定の基準走査方向に沿ってノズル６０が往復移動されることにより、基礎領域ＢＡ内に造形材料が吐出される。以上で説明した第１処理および第２処理により、１つの断面の造形が完了する。
【００３５】
制御部３００は、ステップＳ５３０において、全ての断面について造形が完了したかを判断する。全ての断面について造形が完了していなければ、制御部３００は、処理をステップＳ５１０に戻して、上方に隣接する次の断面について、第１造形部位ＭＰ１および第２造形部位ＭＰ２の造形を繰り返す。全ての断面について造形が完了していれば、制御部３００は、当該三次元造形処理を終了する。
【００３６】
以上で説明した第１実施形態の三次元造形物ＯＢの製造方法によれば、異なる長手方向を有する複数の特定領域ＳＡについて、それぞれの長手方向とノズル６０の走査方向とが一致するように、特定領域ＳＡ毎に走査方向を切替えながら造形材料を吐出するので、特定領域ＳＡを埋める複数の直線状の造形材料の境界部分が長くなる。そのため、三次元造形物ＯＢの強度を向上できる。
【００３７】
Ｂ．第２実施形態：
図１０は、第２実施形態におけるパス生成処理のフローチャートである。図１１は、第２実施形態における特定領域ＳＡ内の造形パスを示す図である。第２実施形態における三次元造形装置５の構成は、第１実施形態と同じである。また、第２実施形態におけるパス生成処理は、第１実施形態におけるパス生成処理と、ステップＳ３５０およびステップＳ３７０における処理内容が異なる。以下では、第１実施形態と異なる処理内容について説明する。
【００３８】
本実施形態におけるパス生成処理では、データ生成部４１０は、ステップＳ３４０において、特定領域ＳＡについて長手方向を判別した後、ステップＳ３５０ｂにおいて、対象特定領域に対する造形パスデータを生成する。本実施形態におけるステップＳ３５０ｂでは、データ生成部４１０は、特定領域ＳＡの長手方向に沿って、基礎領域ＢＡの一部にまで造形パスを延ばす。つまり、データ生成部４１０は、特定領域ＳＡ内の造形パスが、基礎領域ＢＡ内にまで入り込むように、特定領域ＳＡに対する造形パスを生成する。造形パスが基礎領域ＢＡ内に入り込む量は、例えば、５〜１０ｍｍといった絶対量であってもよいし、特定領域ＳＡの長手方向の寸法の５〜２５％といった割合によって定めてもよい。ステップＳ３７０において、データ生成部４１０は、基礎領域ＢＡ内に入り込んだ特定領域ＳＡの造形パスを避けるように基礎領域ＢＡに対する造形パスを設定する。
【００３９】
以上で説明した第２実施形態によれば、三次元造形装置５によって実行される三次元造形処理において、特定領域ＳＡを越える領域、つまり、基礎領域ＢＡの一部にまで、長手方向に沿った造形パスを延ばして造形材料が吐出されることになる。そのため、三次元造形物ＯＢの強度をより向上させることができる。
【００４０】
Ｃ．第３実施形態：
図１２は、第３実施形態におけるパス生成処理のフローチャートである。第３実施形態における三次元造形装置５の構成は、第１実施形態と同じである。また、第３実施形態におけるパス生成処理は、第１実施形態におけるパス生成処理と、ステップＳ３４０からステップＳ３６０の間における処理内容が異なる。以下では、第１実施形態と異なる処理内容について説明する。
【００４１】
本実施形態におけるパス生成処理では、データ生成部４１０は、ステップＳ３４０において、特定領域ＳＡについて長手方向を判別した後、ステップＳ３４２において、造形パスの生成を行っている現在の断面が、テーブル２２０側から数えて奇数番目の断面か否かを判断する。奇数番目の断面であれば、データ生成部４１０は、第１実施形態と同様に、特定領域ＳＡに対して、その長手方向に沿って造形パスデータを生成する。これに対して、偶数番目の断面であれば、データ生成部４１０は、図１３に示すように、特定領域ＳＡに対して、長手方向に交差する方向、本実施形態では短手方向、に沿って造形パスデータを生成する。
【００４２】
以上で説明した第３実施形態によれば、三次元造形装置５において実行される三次元造形処理において、第１造形部位ＭＰ１を造形するための第１工程と第２造形部位ＭＰ２を造形するための第２工程とが繰り返し行われることにより、複数回実行される第２工程のうちの一部の第２工程における特定領域ＳＡの造形において、長手方向に沿ったノズル６０の走査方向が、長手方向に交差する方向に切り替えられる。そのため、三次元造形物ＯＢの強度をより向上させることができる。
【００４３】
なお、複数回実行される第２工程において、特定領域ＳＡについて走査方向を切り替える第２工程と切り替えない第２工程との実行回数の比率を、特定領域ＳＡの短手方向の寸法に応じて変更してもよい。例えば、特定領域ＳＡの短手方向の寸法が小さいほど、特定領域ＳＡについて走査方向を切り替えない第２工程の実行回数の比率を高めれば、特定領域ＳＡの幅が狭いほど、長手方向に沿った造形パスによって生成される断面の数を多くできるので、三次元造形物の強度をより向上させることができる。短手方向の寸法が複数の特定領域ＳＡにおいてそれぞれ異なる場合には、例えば、複数の特定領域ＳＡの短手方向の寸法の平均値や、短手方向の寸法の最小値に応じて比率を変更してもよい。
【００４４】
Ｄ．他の実施形態：
（Ｄ−１）上記実施形態では、三次元造形物ＯＢの断面は、複数の特定領域ＳＡと基礎領域ＢＡとを有している。これに対して、三次元造形物ＯＢの断面は、図１４に示すように、基礎領域ＢＡを有さず、複数の特定領域ＳＡのみによって構成されてもよい。この場合、図７，１０，１２に示したステップＳ３７０における基礎領域ＢＡに対する造形パスデータの生成を省略することができる。
【００４５】
（Ｄ−２）上記実施形態において、データ生成部４１０は、基礎領域ＢＡに対して、奇数番目の断面と偶数番目の断面とで異なる方向に沿った造形パスを設定してもよい。例えば、データ生成部４１０は、奇数番目の断面の基礎領域ＢＡには、基準走査方向に沿った造形パスを設定し、偶数番目の断面の基礎領域ＢＡについては、基準走査方向に直交する方向に沿った造形パスを設定する。こうすることにより、三次元造形物ＯＢの基礎領域ＢＡに対応する部分が、交互に異なる方向に沿った造形パスによって造形されるので、三次元造形物ＯＢの強度をより向上させることができる。
【００４６】
（Ｄ−３）上述した実施形態の三次元造形装置５において、材料溶融部９０は、フラットスクリュー４０を備えている。これに対して、材料溶融部９０は、フラットスクリュー４０の代わりに、フラットスクリュー４０よりも長尺のインラインスクリューを備えてもよい。また、三次元造形装置５は、ＦＤＭ方式、すなわち、熱融解積層方式の装置であってもよい。ＦＤＭ方式の三次元造形装置は、熱可塑性樹脂からなるフィラメントを巻回されたボビンを有し、ボビンからノズル内に繰り出されたフィラメントを、ノズル内に設けられたヒーターによって溶融させて造形材料とし、ノズルから造形材料を送出する。
【００４７】
（Ｄ−４）上記実施形態では三次元造形装置５は、ペレット状のＡＢＳ樹脂を三次元造形物の材料として用いている。しかし、材料はこれに限られず、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採用することができる。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。
【００４８】
主材料として熱可塑性を有する材料を用いる場合には、材料溶融部９０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。
【００４９】
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。
【００５０】
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、材料溶融部９０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６０から吐出された後、温度の低下によって硬化する。
【００５１】
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６０から吐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６０からの吐出時には約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６０の周囲にはヒーターが設けられてもよい。
【００５２】
吐出ユニット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、材料溶融部９０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。
【００５３】
吐出ユニット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、テーブル２２０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。
【００５４】
材料供給部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、材料溶融部９０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。
【００５５】
材料供給部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。
【００５６】
その他に、材料供給部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。
【００５７】
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。
【００５８】
（１）本開示の第１の形態によれば、三次元造形物の製造方法が提供される。この製造方法は、テーブルとノズルとの相対的な位置を変えながら、前記ノズルから前記テーブルに向かって造形材料を吐出することによって、前記テーブルから前記ノズルに向かう方向に開口し、複数の特定領域を含む凹部を有する第１造形部位を造形する第１工程と、前記複数の特定領域のそれぞれの長手方向と前記ノズルの走査方向とが一致するように、前記ノズルの走査方向を切替えながら前記ノズルから前記凹部の複数の前記特定領域に前記造形材料を吐出して、第２造形部位を造形する第２工程と、を備える。
この形態の三次元造形物の製造方法によれば、異なる長手方向を有する複数の特定領域について、それぞれの長手方向とノズルの走査方向とが一致するように、特定領域毎に走査方向を切替えながら造形材料を吐出するので、造形物の強度を向上できる。
【００５９】
（２）上記形態の三次元造形物の製造方法において、各前記特定領域は、対向する２辺の距離が予め定められた閾値以下で規定された領域でもよい。このような形態であれば、造形物の強度を向上できる。
【００６０】
（３）上記形態の三次元造形物の製造方法において、前記第２工程は、前記凹部内の前記特定領域とは異なる基礎領域に対して、予め定められた基準走査方向に沿って前記造形材料を吐出する工程を含んでもよい。このような形態であれば、造形物の強度を向上できる。
【００６１】
（４）上記形態の三次元造形物の製造方法において、前記第２工程では、前記凹部の前記特定領域に前記造形材料を吐出するにあたり、前記基礎領域の一部にまで、前記長手方向に沿って前記造形材料を吐出してもよい。このような形態であれば、造形物の強度を向上できる。
【００６２】
（５）上記形態の三次元造形物の製造方法において、前記第１工程及び前記第２工程を繰り返し実行し、複数回実行される前記第２工程のうちの一部の第２工程は、それぞれの前記特定領域について、前記走査方向を、前記長手方向に沿った走査方向から、前記長手方向に交差する走査方向に切り替える工程を含んでもよい。このような形態であれば、造形物の強度を向上できる。
【００６３】
（６）上記形態の三次元造形物の製造方法において、複数回実行される前記第２工程において、前記走査方向を、前記長手方向に沿った走査方向から、前記長手方向に交差する走査方向に切り替える工程を含む第２工程と、前記走査方向を、前記長手方向に沿った走査方向から、前記長手方向に交差する走査方向に切り替える工程を含まない第２工程との実行回数の比率を、前記特定領域の短手方向の寸法に応じて変更してもよい。このような形態であれば、造形物の強度を向上できる。
【００６４】
（７）本開示の第２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、テーブルと、前記テーブルに向かって造形材料を吐出するノズルと、前記テーブルと前記ノズルとの相対的な位置を調整する位置調整部と、前記位置調整部を制御して前記テーブルと前記ノズルとの相対的な位置を変えながら、前記ノズルから前記テーブルに向かって造形材料を吐出させることによって、前記テーブルから前記ノズルに向かう方向に開口し、複数の特定領域を含む凹部を有する第１造形部位を造形する第１処理と、前記複数の特定領域のそれぞれの長手方向と前記ノズルの走査方向とが一致するように、前記ノズルの走査方向を切替えながら前記ノズルから前記凹部の複数の前記特定領域に前記造形材料を吐出させて、第２造形部位を造形する第２処理と、を実行する制御部と、を備える。
この形態の三次元造形装置によれば、異なる長手方向を有する複数の特定領域について、それぞれの長手方向とノズルの走査方向とが一致するように、特定領域毎に走査方向を切替えながら造形材料を吐出するので、造形物の強度を向上できる。
【００６５】
（８）本開示の第３の形態によれば、テーブルと造形材料を吐出するノズルとの相対的な位置を変えながら、前記ノズルから前記テーブルに向かって造形材料を吐出させることによって三次元造形装置が三次元造形物を製造するために用いるデータを生成するデータ生成装置が提供される。このデータ生成装置は、前記テーブルから前記ノズルに向かう方向に開口し、複数の特定領域を含む凹部を有する第１造形部位を表す稜線データと、前記複数の特定領域のそれぞれの長手方向と前記ノズルの走査方向とが一致するように、前記ノズルの走査方向を切替えながら前記ノズルから前記凹部の複数の前記特定領域に前記造形材料を吐出させて、第２造形部位を造形するための造形パスデータと、を生成するデータ生成部、を備える。
この形態のデータ生成装置によれば、異なる長手方向を有する複数の特定領域について、それぞれの長手方向とノズルの走査方向とが一致するように、特定領域毎に走査方向を切替えながら造形材料を吐出するためのデータを生成できるので、造形物の強度を向上できる。
【符号の説明】
【００６６】
５…三次元造形装置、１０…スクリューケース、２０…材料供給部、２２…供給路、３０…駆動モーター、４０…フラットスクリュー、４１…溝形成面、４２…溝部、４３…側面、４４…材料流入口、４６…中央部、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、６０…ノズル、９０…材料溶融部、１００…吐出ユニット、２１０…位置調整部、２２０…テーブル、３００…制御部、４００…データ生成装置、４１０…データ生成部、ＡＸ…中心軸、ＢＡ…基礎領域、ＣＰ…凹部、ＭＰ１…第１造形部位、ＭＰ２…第２造形部位、ＯＢ…三次元造形物、ＳＡ…特定領域
【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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