(57)【要約】  本発明に係る三次元造形装置は、造形物が載置される造形ステージと、造形ステージに対し相対的に移動可能に構成され造形ステージに対し材料を供給する造形ヘッドと、造形ヘッドを制御する制御部とを備える。制御部は、第１の層と第２の層とを繰り返し生成して造形物を造形する。制御部は、前記第１の層において、前記材料の少なくとも一部を直線状に延びるよう配列する一方、前記第２の層において、前記材料の少なくとも一部を、前記第１の層における前記材料の長手方向とは交差する方向で且つ前記第２の層の輪郭に対応した曲率を有するように配列させるよう、造形ヘッドを制御する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形物が載置される造形ステージと、
前記造形ステージに対し相対的に移動可能に構成され前記造形ステージに対し材料を供給する造形ヘッドと、
前記造形ヘッドを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記造形ヘッドから供給される材料により第１の層と第２の層とを繰り返し生成して造形物を造形するように構成され、
前記制御部は、前記第１の層において、前記材料の少なくとも一部を直線状に延びるよう配列する一方、前記第２の層において、前記材料の少なくとも一部を、前記第１の層における前記材料の長手方向とは交差する方向で且つ前記第２の層の輪郭に対応した曲率を有するように配列し、これにより、前記第１の層に形成された前記材料と、前記第２の層に形成された前記材料とが上下方向で接合するよう、前記造形ヘッドを制御する
ことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１の層において、前記材料を、前記第１の層の中心付近から前記第１の層の外側に向けて放射状に延びるように配列させる、請求項１記載の三次元造形装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１の層における前記材料の前記長手方向と直交する方向の幅が、前記第１の層の中心付近から前記第１の層の外側に向かうにつれて大きくなるよう、前記材料を形成する、請求項２記載の三次元造形装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記造形物に含まれる複数の前記第１の層の１つに含まれる前記材料の配列は、他の前記第１の層に含まれる前記材料を所定位置を中心として所定角度回転させたものである、請求項２記載の三次元造形装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１の層を複数の扇形に分割し、前記材料の少なくとも一部を、前記扇形の２つの辺のいずれかと略平行に延びるように配列させる、請求項１記載の三次元造形装置。
【請求項６】
第１の層と、第２の層とを繰り返し積層して形成され、
前記第１の層では、材料が直線状に延びるよう配列される一方、
前記第２の層では、前記材料が、前記第１の層における前記材料とは交差する方向で且つ前記第２の層の輪郭に対応した曲率を有するように配列され、これにより、前記第１の層に形成された前記材料と、前記第２の層に形成された前記材料とが上下方向で接合するよう構成された
ことを特徴とする造形物。
【請求項７】
前記第１の層において、前記材料は、前記第１の層の中心付近から前記第１の層の外側に向けて放射状に延びるように配列されている、請求項６記載の造形物。
【請求項８】
前記第１の層においては、前記材料の長手方向と直交する方向の幅が、前記第１の層の中心付近から前記第１の層の外側に向かうにつれて大きくなる、請求項７記載の造形物。
【請求項９】
複数の前記第１の層の１つに含まれる前記材料の配列は、他の前記第１の層に含まれる前記材料を所定位置を中心として所定角度回転させたものである、請求項７記載の造形物。
【請求項１０】
造形物を生成するため材料を供給する造形ヘッドを備える三次元造形装置の制御方法において、
第１の層において、前記材料の少なくとも一部を直線状に延びるよう配列するよう前記造形ヘッドを制御するステップと、
第２の層において、前記材料の少なくとも一部を、前記第１の層における前記材料の長手方向とは交差する方向で且つ前記第２の層の輪郭に対応した曲率を有するように配列し、これにより、前記第１の層に形成された前記材料と、前記第２の層に形成された前記材料とが上下方向で接合するよう、前記造形ヘッドを制御するステップと
を備えたことを特徴とする、三次元造形装置の制御方法。
【請求項１１】
前記第１の層において、前記材料を、前記第１の層の中心付近から前記第１の層の外側に向けて放射状に延びるように配列させる、請求項１０記載の三次元造形装置の制御方法。
【請求項１２】
前記第１の層における前記材料の前記長手方向と直交する方向の幅が、前記第１の層の中心付近から前記第１の層の外側に向かうにつれて大きくなるよう、前記材料を形成する、請求項１１記載の三次元造形装置の制御方法。
【請求項１３】
前記造形物に含まれる複数の前記第１の層の１つに含まれる前記材料の配列は、他の前記第１の層に含まれる前記材料を所定位置を中心として所定角度回転させたものである、請求項１１記載の三次元造形装置の制御方法。
【請求項１４】
前記第１の層を複数の扇形に分割し、前記材料の少なくとも一部を、前記扇形の２つの辺のいずれかと略平行に延びるように配列させる、請求項１０記載の三次元造形装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形装置、及びその制御方法、並びにその造形物に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元設計データに基づいて造形物を製造する三次元造形装置が、例えば特許文献１により知られている。このような三次元造形装置の方式としては、光造形法、粉末焼結法、インクジェット法、溶融樹脂積層法など、様々な方式が提案され、製品化されている。【０００３】
一例として、溶融樹脂積層法を採用した三次元造形装置では、造形物の材料となる溶融樹脂を吐出するための造形ヘッドを三次元移動機構上に搭載し、造形ヘッドを三次元方向に移動させて溶融樹脂を吐出しつつ溶融樹脂を積層させて造形物を得る。その他、インクジェット法を採用した三次元造形装置も、加熱した熱可塑性材料を滴下するための造形ヘッドを三次元移動機構上に搭載した構造を有している。【０００４】
また、本出願人は、特許文献２において、第１の層では第１方向を長手方向とする材料を所定の間隔で積層させる一方で、その上の第２の層では、第１方向とは交差する第２方向を長手方向とする材料を所定所定間隔で積層させていわゆる井桁構造の造形物を生成することを可能とした三次元造形装置、三次元造形方法及びその造形物を提案した。この造形物では、複数層間で互いに交差する材料がその交点において接合するので、強固な造形物を生成することができる。また、複数種類の材料を井桁構造内に組み込むことにより、新規の特性を有する造形物を提供することができる。
しかし、この造形方法の場合、造形物がその輪郭において所定の曲率を持つ場合（例えば円柱）、造形物に異方性が生じ、造形物に求められる物理的強度を担保できない虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３０７５６２号公報
【特許文献２】特許第５９０９３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、造形物の輪郭にかかわらず、その物理的強度を担保することができる三次元造形装置、その制御方法、及び造形物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る三次元造形装置は、造形物が載置される造形ステージと、前記造形ステージに対し相対的に移動可能に構成され前記造形ステージに対し材料を供給する造形ヘッドと、前記造形ヘッドを制御する制御部とを備える。前記制御部は、前記造形ヘッドから供給される材料により第１の層と第２の層とを繰り返し生成して造形物を造形するように構成される。前記制御部は、前記第１の層において、前記材料の少なくとも一部を直線状に延びるよう配列する一方、前記第２の層において、前記材料の少なくとも一部を、前記第１の層における前記材料の長手方向とは交差する方向で且つ前記第２の層の輪郭に対応した曲率を有するように配列し、これにより、前記第１の層に形成された前記材料と、前記第２の層に形成された前記材料とが上下方向で接合するよう、前記造形ヘッドを制御する。【０００８】
また、本発明に係る造形物は、第１の層と、第２の層とを繰り返し積層して形成される。前記第１の層では、材料が直線状に延びるよう配列される一方、前記第２の層では、前記材料が、前記第１の層における前記材料とは交差する方向で且つ前記第２の層の輪郭に対応した曲率を有するように配列され、これにより、前記第１の層に形成された前記材料と、前記第２の層に形成された前記材料とが上下方向で接合するよう構成される。【０００９】
また、本発明に係る三次元造形装置の制御方法は、造形物を生成するため材料を供給する造形ヘッドを備える三次元造形装置の制御方法である。この制御方法は、第１の層において、前記材料の少なくとも一部を直線状に延びるよう配列するよう前記造形ヘッドを制御するステップと、第２の層において、前記材料の少なくとも一部を、前記第１の層における前記材料の長手方向とは交差する方向で且つ前記第２の層の輪郭に対応した曲率を有するように配列し、これにより、前記第１の層に形成された前記材料と、前記第２の層に形成された前記材料とが上下方向で接合するよう、前記造形ヘッドを制御するステップとを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施の形態に係る三次元造形装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態に係る三次元造形装置の概略構成を示す正面図である。
【図３】ＸＹステージ１２の構成を示す斜視図である。
【図４Ａ】ドライバ３００の構造の詳細について説明するブロック図である。
【図４Ｂ】コンピュータ２００（制御装置）の構成を示す機能ブロック図である。
【図５】第１の実施の形態の三次元造形装置により形成される造形物Ｓの構造の概略図を示す。
【図６】特許文献２に記載された三次元造形方法により生成される造形物について説明する。
【図７】特許文献２に記載された三次元造形方法により生成される造形物について説明する。
【図８】図６及び図７の構造を有する造形物の問題点を説明する。
【図９】第１の実施の形態の三次元造形装置により形成される造形物Ｓの構造の概略図を示す。
【図１０】第１の実施の形態の三次元造形装置により形成される造形物Ｓの効果を示す。
【図１１Ａ】第１の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１１Ｂ】第１の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１１Ｃ】第１の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１１Ｄ】第１の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１１Ｅ】第１の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１１Ｆ】第１の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１１Ｇ】第１の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１１Ｈ】第１の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１１Ｉ】第１の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１２】第１の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１３】第２の実施の形態の三次元造形装置により形成される造形物Ｓの構造の概略図を示す。
【図１４Ａ】第２の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１４Ｂ】第２の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１４Ｃ】第２の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１４Ｄ】第２の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１４Ｅ】第２の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１４Ｆ】第２の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１４Ｇ】第２の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１４Ｈ】第２の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１４Ｉ】第２の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１４Ｊ】第２の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１４Ｋ】第２の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１４Ｌ】第２の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１４Ｍ】第２の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１４Ｎ】第２の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１５Ａ】第２の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１５Ｂ】第２の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。
【図１６】第３の実施の形態の三次元造形装置により形成される造形物Ｓの構造の概略図を示す。
【図１７】第４の実施の形態の三次元造形装置により形成される造形物Ｓの構造の概略図を示す。
【図１８】第５の実施の形態の三次元造形装置により形成される造形物Ｓの構造の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
［第１の実施の形態］
（全体構成）
図１は、第１の実施の形態で用いる、いわゆる熱溶解積層型(ＦＤＭ、Fused Deposition Molding)の３Ｄプリンタ１００の概略構成を示す斜視図である。このＦＤＭ方式の３Ｄプリンタ１００は、以下に説明する造形物を造形可能な３Ｄプリンタ１００の一態様であり、以下の説明から明らかなように、同様の造形物を製造可能な他の方式の３Ｄプリンタを採用することは可能である。
図１のＦＤＭ型の３Ｄプリンタ１００は、フレーム１１と、ＸＹステージ１２と、造形ステージ１３と、昇降テーブル１４と、ガイドシャフト１５とを備えている。
【００１３】
この３Ｄプリンタ１００を制御する制御装置としてコンピュータ２００が、この３Ｄプリンタ１００に接続されている。また、３Ｄプリンタ１００中の各種機構を駆動するためのドライバ３００も、この３Ｄプリンタ１００に接続されている。
【００１４】
（フレーム１１）
フレーム１１は、図１に示すように、例えば直方体の外形を有し、アルミニウム等の金属材料の枠組を備えている。このフレーム１１の４つの角部に、例えば４本のガイドシャフト１５が、図１のＺ方向、すなわち造形ステージ１３の平面に対し垂直な方向に延びるように形成されている。ガイドシャフト１５は、後述するように昇降テーブル１４を上下方向に移動させる方向を規定する直線状の部材である。ガイドシャフト１５の本数は４本には限られず、昇降テーブル１４を安定的に維持・移動させることができる本数に設定される。
【００１５】
（造形ステージ１３）
造形ステージ１３は、造形物Ｓが載置される台であり、後述する造形ヘッドから吐出される熱可塑性樹脂が堆積される台である。
【００１６】
（昇降テーブル１４）
昇降テーブル１４は、図１及び図２に示すように、その４つの角部においてガイドシャフト１５を貫通させており、ガイドシャフト１５の長手方向（Ｚ方向）に沿って移動可能に構成されている。昇降テーブル１４は、ガイドシャフト１５と接触するローラ３４、３５を備えている。ローラ３４、３５は昇降テーブル１４の２つの角部に形成されたアーム部３３において回動可能に設置されている。このローラ３４、３５がガイドシャフト１５上と接触しつつ回動することで、昇降テーブル１４はＺ方向にスムーズに移動することが可能とされている。また、昇降テーブル１４は、図２に示すように、モータＭｚの駆動力をタイミングベルト、ワイヤ、プーリ等からなる動力伝達機構により伝達することにより、上下方向に所定間隔（例えば０．１ｍｍピッチ）で移動する。モータＭｚは、例えば、サーボモータ、ステッピングモータなどが好適である。なお、実際の昇降テーブル１４の高さ方向の位置を連続的又は間欠的にリアルタイムで、図示しない位置センサを用いて測定し、適宜補正をかけることによって、昇降テーブル１４の位置精度を高めるようにしてもよい。後述する造形ヘッド２５Ａ、２５Ｂについても同様である。
【００１７】
（ＸＹステージ１２）
ＸＹステージ１２は、この昇降テーブル１４の上面に載置されている。図３は、このＸＹステージ１２の概略構成を示す斜視図である。ＸＹステージ１２は、枠体２１と、Ｘガイドレール２２と、Ｙガイドレール２３と、リール２４Ａ、２４Ｂと、造形ヘッド２５Ａ、２５Ｂと、造形ヘッドホルダＨを備えている。Ｘガイドレール２２は、その両端がＹガイドレール２３に嵌め込まれ、Ｙ方向に摺動自在に保持されている。リール２４Ａ、２４Ｂは、造形ヘッドホルダＨに固定されており、造形ヘッドホルダＨによって保持された造形ヘッド２５Ａ、２５Ｂの動きに追従してＸＹ方向を移動する。造形物Ｓの材料となる熱可塑性樹脂は、径が３〜１．７５ｍｍ程度の紐状の樹脂（フィラメント３８Ａ、３８Ｂ）であり、通常リール２４Ａ、２４Ｂに捲かれた状態で保持されているが、造形時には後述する造形ヘッド２５Ａ、２５Ｂに設けられたモータ（エクストルーダ）によって造形ヘッド２５Ａ、２５Ｂ内に送り込まれる。
【００１８】
なお、リール２４Ａ、２４Ｂを造形ヘッドホルダＨに固定せずに枠体２１等に固定し、造形ヘッド２５の動きに追従させない構成とすることもできる。また、フィラメント３８Ａ、３８Ｂを露出した状態で造形ヘッド２５内に送り込まれる構成としたが、ガイド（例えば、チューブ、リングガイド等）を介在させて造形ヘッド２５Ａ、２５Ｂ内に送り込むようにしても良い。
単一材料のみで造形物を造形する場合には、フィラメント３８Ａ、３８Ｂのいずれか一方のみを使用して造形を行うことができる。一方で、後述するように、フィラメント３８Ａ及び３８Ｂの両方を１つの造形物において組み合わせて使用することもできる。
フィラメント３８Ａ、３８Ｂはそれぞれ異なる材料からなる。一例として、一方がＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン樹脂、ナイロン樹脂、ポリカーボネイト樹脂のうちのいずれかである場合、他方は、その一方の樹脂以外の樹脂とすることができる。あるいは、同じ材料の樹脂であっても、その内部に含まれるフィラーの材料の種類や割合が異なるようにすることもできる。すなわち、フィラメント３８Ａ、３８Ｂは、それぞれ異なる性状を有し、その組み合わせにより造形物の特性（強度など）を向上させることができることが好ましい。
なお、図１〜図３では、造形ヘッド２５Ａは、フィラメント３８Ａを溶融・吐出するよう構成され、造形ヘッド２５Ｂは、フィラメント３８Ｂを溶融し吐出するよう構成され、異なるフィラメントのためにそれぞれ独立の造形ヘッドが用意されている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、単一の造形ヘッドのみを用意し、単一の造形ヘッドにより複数種類のフィラメント（樹脂材料）を選択的に溶融・吐出させるような構成も採用することができる。
【００１９】
フィラメント３８Ａ、３８Ｂは、リール２４Ａ、２４ＢからチューブＴｂを介して造形ヘッド２５Ａ、２５Ｂ内に送り込まれる。造形ヘッド２５Ａ、２５Ｂは、造形ヘッドホルダＨにより保持され、リール２４Ａ、２４Ｂと共にＸ、Ｙのガイドレール２２、２３に沿って移動可能に構成されている。また、図２及び図３では図示を省略するが、造形ヘッド２５Ａ、２５Ｂ内には、フィラメント３８Ａ、３８ＢをＺ方向下方へ送り込むためのエクストルーダモータが配置される。造形ヘッド２５Ａ、２５Ｂは、ＸＹ平面内においては互いに一定の位置関係を保って造形ヘッドホルダＨと共に移動可能とされていればよいが、ＸＹ平面においても、互いの位置関係が変更可能なように構成されていてもよい。
【００２０】
なお、図２及び図３では図示を省略するが、造形ヘッド２５Ａ、２５ＢをＸＹステージ１２に対し移動させるためのモータＭｘ、Ｍｙも、このＸＹステージ１２上に設けられている。モータＭｘ、Ｍｙは、例えば、サーボモータ、ステッピングモータなどが好適である。
【００２１】
（ドライバ３００）
次に、図４Ａのブロック図を参照してドライバ３００の構造の詳細について説明する。ドライバ３００は、ＣＰＵ３０１、フィラメント送り装置３０２、ヘッド制御装置３０３、電流スイッチ３０４、及びモータドライバ３０６を含んでいる。ＣＰＵ３０１は、コンピュータ２００から入出力インタフェース３０７を介して各種信号を受信して、ドライバ３００の全体の制御を行う。フィラメント送り装置３０２は、ＣＰＵ３０１からの制御信号に従い、造形ヘッド２５Ａ、２５Ｂ内のエクストルーダモータに対して、フィラメント３８Ａ、３８Ｂの造形ヘッド２５Ａ、２５Ｂに対する送り量（押し込み量又は退避量）を指令し制御する。
【００２２】
電流スイッチ３０４は、ヒータ２６に流れる電流量を切換えるためのスイッチ回路である。電流スイッチ３０４のスイッチング状態が切り替わることにより、ヒータ２６に流れる電流が増加又は減少し、これにより造形ヘッド２５Ａ、２５Ｂの温度が制御される。また、モータドライバ３０６は、ＣＰＵ３０１からの制御信号に従い、モータＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを制御するための駆動信号を発生させる。
【００２３】
図４Ｂは、コンピュータ２００（制御装置）の構成を示す機能ブロック図である。コンピュータ２００は、空間フィルタ処理部２０１、スライサ２０２、造形スケジューラ２０３、造形指示部２０４及び造形ベクトル生成部２０５を備えている。これらの構成は、コンピュータ２００の内部において、コンピュータプログラムにより実現することができる。
【００２４】
空間フィルタ処理部２０１は、造形しようとする造形物の三次元形状を示すマスタ３Ｄデータを外部から受領し、このマスタ３Ｄデータに基づいて造形物が形成される造形空間に対し各種データ処理を施す。具体的に空間フィルタ処理部２０１は、後述するように、造形空間を必要に応じて複数の造形ユニットＵｐ（ｘ、ｙ、ｚ）に分割すると共に、マスタ３Ｄデータに基づいて前記複数の造形ユニットＵｐの各々に、各造形ユニットに与えるべき特性を示すプロパティデータを付与する機能を有する。造形ユニットへの分割の要否、及び個々の造形ユニットのサイズは、形成される造形物Ｓのサイズ、形状によって決定される。例えば、以下に説明するような造形物Ｓをを形成するような場合には、造形ユニットへの分割は不要である。
【００２５】
造形指示部２０４は、造形の内容に関する指示データを、空間フィルタ処理部２０１及びスライサ２０２に提供する。なお、造形指示部２０４は、キーボードやマウス等の入力デバイスから指示データの入力を受けるものであってもよいし、造形内容を記憶した記憶装置から指示データを提供されるものであってもよい。
【００２６】
また、スライサ２０２は、造形ユニットＵｐの各々を、複数のスライスデータに変換する機能を有する。スライスデータは、後段の造形スケジューラ２０３に送られる。造形スケジューラ２０３は、前述したプロパティデータに従って、スライスデータにおける造形手順や造形方向などを決定する役割を有する。また、造形ベクトル生成部２０５は、造形スケジューラ２０３において決定された造形手順及び造形方向に応じて造形ベクトルを生成する。この造形ベクトルのデータはドライバ３００に送信される。ドライバ３００は、受信された造形ベクトルのデータに応じて３Ｄプリンタ１００を制御する。
【００２７】
図５に、第１の実施の形態の三次元造形装置により形成される造形物Ｓの構造の概略図を示す。図５に示すように、本実施の形態により形成される造形物Ｓは、第１の層Ｌ１、及び第２の層Ｌ２を交互に、複数層に亘り積層して構成される。第１の層Ｌ１、及び第２の層Ｌ２は、それぞれ前述したスライスデータに基づいて形成される。
【００２８】
ここで、特許文献２に記載された三次元造形方法により生成される造形物について図６及び図７を参照して説明する。この特許文献２では、第１の層Ｌ１においては、例えばＸ方向を長手方向とする直線状の材料Ｒ１を、Ｙ方向に所定ピッチで（図７に示す空隙Ｖ１を残しつつ）配列する。一方、第２の層Ｌ２においては、例えばＹ方向を長手方向とする直線状の材料Ｒ１を、Ｘ方向に所定ピッチで配列する。なお、図５では図示を省略しているが、材料Ｒ１の隙間に、別の材料Ｒ２を配列することもできる。このように、ある材料が、第１の層では一の方向に延び、その上の第２の層ではこれとは異なる方向に延びて交差し上下で接合する構造が繰り返される構造を本明細書では「井桁構造」と称する。
【００２９】
このような井桁構造の造形物は、第１の層Ｌ１の材料Ｒ１と、第２の層Ｌ２の材料Ｒ１とが交互に積層されその上下面で接合するため非常に強固な造形物とすることができる。また、材料Ｒ１の隙間に別の材料Ｒ２を埋め込む場合には、その別の材料Ｒ２により別途井桁構造が作られる。材料Ｒ１とＲ２とが接合しなくても、井桁構造になっているため、造形物Ｓは強固に構成され得るとともに、材料Ｒ１とＲ２の中間的な性質を有する造形物を構成することが可能になる。
【００３０】
しかし、図５に示すように、造形物Ｓがその輪郭において所定の曲率を有する場合（例えば、円柱形状である場合）、その造形物の物理的強度に問題が生じることがある。例えば、図８に示すように、材料Ｒ１がＸ方向又はＹ方向を長手方向として互いに直交するような配列である場合、この造形物Ｓは、Ｘ方向又はＹ方向に平行な加圧に対しては十分な強度を持つ一方で、Ｘ方向又はＹ方向と交差する方向（例えば４５°）からの加圧に対しては、十分な物理的強度を有することができない。すなわち、方向によって加圧に対する物理的強度に差が生じてしまう。
【００３１】
そこで、この第１の実施の形態では、図９に示すように、第１の層Ｌ１、第２の層Ｌ２において、次のように材料Ｒ１を配列することで、図８で説明した課題を解決している。
図９に示すように、この第１の実施の形態で生成される造形物Ｓにおいては、第１の層Ｌ１に配列される材料Ｒ１ｓは、直線状に配列される。この図９の例では、直線状材料Ｒ１ｓは、第１の層Ｌ１の中心付近から、第１の層Ｌ１の輪郭の方向（外側）に向かって放射状に延びるようにされている。これは一例であり、後述するように、材料Ｒ１ｓは直線状であればよく、放射状の配置に限定されるものではない。また、全ての材料が直線状である必要はなく、主たる材料が直線状に形成されていればよい。
【００３２】
そして、第２の層Ｌ２に配列される材料Ｒ１ｒは、第２の層Ｌ２の輪郭に対応した所定の曲率を与えられる（以下、そのような材料Ｒ１ｒを「曲率材料Ｒ１ｒ」のように称する）。一例として、造形物Ｓが図５に示すような円柱形状の構造物である場合、曲率材料Ｒ１ｒは、例えば、当該円柱の中心軸を中心とした、円柱の半径を有する円又は円弧形状とすることができる。ここで、「第２の層Ｌ２の輪郭に対応する所定の曲率」とは、同一の曲率という意味ではなく、その輪郭に応じて決まる曲率、という意味である。例えば、造形物Ｓが円柱形状である場合、同心円状に配置される複数の曲率材料Ｒ１ｒの曲率に関しては、最外周の曲率材料Ｒ１ｒの曲率は、当該円柱の輪郭と略同一である一方、内側にある曲率材料Ｒ１ｒほど、その曲率は大きくなる。
なお、造形物Ｓが円柱形状である場合にも、材料Ｒ１ｒは全てが同心円状とされている必要はなく、いくつかの材料、例えば最外周の数本の材料Ｒ１ｒが第１の層Ｌ１の輪郭に対応した形状を有し、その他は例えば直線状とされていてもよい。また、造形物Ｓが円柱形状以外の曲率を有する形状である場合にも、その曲率に沿った曲率材料を第２の層Ｌ２に形成すればよい。
【００３３】
このように、本実施の形態の造形物Ｓは、直線状材料Ｒ１ｓを第１の層Ｌ１に形成するとともに、造形物Ｓの輪郭に対応した曲率を有する曲率材料Ｒ１ｒを第２の層Ｌ２に形成する。このような、曲率材料Ｒ１ｒが直線状材料Ｒ１ｓと上下面で交差し接合することにより、造形物Ｓは特許文献２と同様の井桁構造とすることができる。更に、造形物Ｓの輪郭に沿った曲率を有する曲率材料Ｒ１ｒにより、材料の配置関係は造形物Ｓ中の場所によらず略均一とすることができ、造形物Ｓの物理的強度を強化することができる。
【００３４】
図１１Ａ〜図１１Ｉは、第１の層Ｌ１において放射状に配列される直線形状の材料Ｒ１ｓの具体的な配置例を示している。なお、図１１Ａ〜図１１Ｉは、便宜上、その外周が円周状であるように図示されているが、実際には図９に示すように、材料と材料の間は空洞である。
図１１Ａは、第１の層Ｌ１の中心（円柱形状の造形物Ｓの中心軸）付近から伸びる第１直線状材料Ｒ１ｓＬと、第２直線状材料Ｒ１ｓＳとを放射状に配置した配置例を示している。第１直線状材料Ｒ１ｓＬは、周方向に９０°間隔で、その先端が当該中心付近で互いに略接するように配置されている。そして、第２直線状材料Ｒ１ｓＳは、第１直線状材料Ｒ１ｓＬの隙間に配置されている。このため、第２直線状材料Ｒ１ｓＳは、第１直線状材料Ｒ１ｓＬよりもその長手方向の長さが短い。この配置例の第１直線状材料Ｒ１ｓＬと第２直線状材料Ｒ１ｓＳは、いずれもその周方向の幅が位置によらず略同一である。
【００３５】
図１１Ｂは、図１１Ａと同様に、第１の層Ｌ１の中心（円柱形状の造形物Ｓの中心軸）付近から伸びる第１直線状材料Ｒ１ｓＬと、第２直線状材料Ｒ１ｓＳとを放射状に配置した配置例を示している。ただし、この図１１Ｂの例では、８本の第１直線状材料Ｒ１ｓＬが、周方向に４５°間隔で、その先端が接するように配置されている。そして、第２直線状材料Ｒ１ｓＳは、第１直線状材料Ｒ１ｓＬの隙間に配置されている。第２直線状材料Ｒ１ｓＳは、第１直線状材料Ｒ１ｓＬよりもその長手方向の長さが短いのは、図１１Ａの例の場合と同様である。
【００３６】
図１１Ｃの配置例では、第１の層Ｌ１において直線状材料Ｒ１ｓＴは放射状に配置されており、この点は図１１Ａ及び図１１Ｂの配置例と同様である。ただし、この図１１Ｃの配置例では、直線状材料Ｒ１ｓＴの幅（周方向）が、第１の層Ｌ１の中心側から外側に向かうにしたがって大きくなるようにされている。図１１Ａや図１１Ｂの配置例では、１本の直線状材料Ｒ１ｓＬ、Ｒ１ｓＳの幅が均一であるため、第１の層Ｌ１の外側では、複数の直線状材料の間の隙間が広くなり、これが造形物Ｓの物理的強度等に影響を与える虞がある。しかし、この図１１Ｃの配置例のように、１本の直線状材料Ｒ１ｓＴの幅が外側に向かうにつれ太くなることにより、第１の層Ｌ１の外側においても隙間を狭くすることができ、造形物Ｓの物理的強度を担保することができる。
この明細書で「直線状材料」の用語は、全体として直線である材料だけでなく、直線状の部分を含む材料の意味で用いられる。
【００３７】
また、図１１Ｄの配置例では、直線状材料Ｒ１ｓｐ１、Ｒ１ｓｐ２は放射状に配置されており、この点は上述の配置例と同様である。ただし、直線状材料Ｒ１ｓｐ１、Ｒ１ｓｐ２のどちらも、第１の層Ｌ１の中心側においては１本の材料であるが、外側において２本に分岐する形状を有している。この配置例によっても、図１１Ｃの配置例と同様の効果を得ることができる。なお、分岐する本数は２本に限られず、３本以上であってもよい。
【００３８】
図１１Ｅの配置例は、図１１Ａ〜図１１Ｄの配置例とは異なり、第１の層Ｌ１が、更に複数（例えば６個）の扇形領域ＳＣに分割されている。そして、扇形領域ＳＣ毎に複数の直線状材料Ｒ１ｓＬ１、Ｒ１ｓＳ１が配置されている。図１１Ｅの例では、１つの扇形領域ＳＣの１つの辺と平行に延びる複数の直線状材料Ｒ１ｓＬ１が配置され、もう１つの辺と平行に複数の直線状材料Ｒ１ｓＳ１が配置される。この例では、直線状材料Ｒ１ｓＬ１が第１の辺に平行に延びるとともに第２の辺まで延びるように配置されている。一方、直線状材料Ｒ１ｓＳ１は、第２の辺と平行に延びるとともに、直線状材料Ｒ１ｓＬ１に到達するまで延びるよう配置される。このため、直線状材料Ｒ１ｓＬ１の長さが、全体として直線状材料Ｒ１ｓＳ１の長さよりも長くされている。
【００３９】
この図１１Ｅの配置例では、第１の層Ｌ１が複数の扇形領域ＳＣに分割され、その扇形の２つの辺に沿って直線状材料Ｒ１ｓＬ１、Ｌ１ｓＳ１が延びており、略放射状に直線状材料Ｒ１ｓＬ１、Ｒ１ｓＳ１が配置されている。このため、これらの直線状材料Ｒ１ｓＬ１、Ｒ１ｓＳ１は、第２の層Ｌ２に配置された曲率材料と共に井桁構造を構成することができる。
【００４０】
図１１Ｆは、図１１Ｅと同様に、第１の層Ｌ１を複数の扇形領域ＳＣに分割した配置例である。ただし、この配置例では、複数の扇形領域ＳＣの中心角（θ１、θ２）が互いに異なっている。なお、図１１Ｆの配置例では、１つの扇形領域ＳＣにおいて、略Ｖ字型となるように直線状材料Ｒ１ｓＶが配置されているが、これに限定されるものではなく、例えば図１１Ｅと同様の配置をすることも可能である。
【００４１】
図１１Ｇは、図１１Ｆと同様に、第１の層Ｌ１を複数の中心角θが異なる扇形領域ＳＣに分割した配置例である。この配置例では、扇形領域ＳＣの各々において、Ｖ字型の直線状材料Ｒ１ｓＶが複数配置されている。Ｖ字型の直線状材料Ｒ１ｓＶを構成する２つの直線状部分が、扇形領域ＳＣの２本の辺に略平行に延びる形で配置される。また、複数の直線状材料Ｒ１ｓＶが、その辺が互いに平行となるように重なるよう配置される。
なお、図１１Ｇの例では、中心角θが大きい扇形領域ＳＣでは、直線状材料Ｒ１ｓＶの数が多く、中心角θが小さい扇形領域ＳＣでは、直線状材料Ｒ１ｓＶの数が少なくされている。ただし、図示の例はあくまで一例であり、中心角θの大きさにかかわらず、１つの扇形領域ＳＣに含まれる直線状材料Ｒ１ｓＶの数を同一としてもよい。
【００４２】
また、図１１Ｇの例では、各直線状材料Ｒ１ｓＶは、仮想の楕円形ＥＰｉ（ｉ＝１、２・・・）に沿って描画されている。楕円形ＥＰｉは、第１の層Ｌ１の中心に近いほど曲率が大きく、外周に近づくにしたがって曲率が小さくなる。これも一例であり、直線状材料Ｒ１ｓＶは、その辺が全体として放射状に描画されていればよい。
【００４３】
図１１Ｈ、及び図１１Ｉを用いて、第１の層Ｌ１における更に別の材料の配置例を説明する。図１１Ｈは、第１の層Ｌ１、第２の層Ｌ２における材料の配置を示す平面図であり、図１１Ｉは、第１の層Ｌ１、第２の層Ｌ２の積層の手法を示す斜視図である。この図１１Ｈ及び図１１Ｉに示す配置例は、第１の層Ｌ１、第２の層Ｌ２の積層を繰り返すものである点で、上述の配置例と同一である。ただし、以下の点において上述の配置例と異なっている。
【００４４】
図１１Ａ〜図１１Ｇの配置例は、第１の層Ｌ１には直線状材料のみを配置し、第２の層Ｌ２に曲率材料のみを配置する。これに対し、図１１Ｈ及び図１１Ｉの配置例では、第１の層Ｌ１、第２の層Ｌ２のいずれにおいても、複数の扇形領域ＳＣの一部には直線状材料Ｒ１ｓＬ１、Ｒ１ｓＳ１を配置する一方、他の扇形領域ＳＣには曲率材料Ｒ１ｒを配置する。
【００４５】
そして、図１１Ｉに示すように、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２は、直線状材料Ｒ１ｓＬ１、Ｒ１ｓＳ１と曲率材料Ｒ１ｒとが上下方向で重なるように積層される。これにより、上述の配置例と同様に、直線状材料と曲率材料とにより井桁構造が構成され得る。この図１１Ｈ及び図１１Ｉの配置例の場合、第１の層Ｌ１、第２の層Ｌ２の構造（材料の配置密度等を含む）が略同一であるので、上述の配置例に比べ、造形物Ｓ中の材料の特性を上下方向において均一化させることができ、造形物Ｓの物理的強度を更に向上させることができる。
【００４６】
図１２は、更に別の配置例を説明する。図１２の配置例は、第１の層Ｌ１には直線状材料のみを配置し、第２の層Ｌ２に曲率材料のみを配置する。この点では、図１１Ａ〜図１１Ｇの配置例と同様である。ただし、この図１２の配置例では、第１の層Ｌ１の１つに配置される直線状材料Ｒ１ｓＬ１、Ｒ１ｓＳ１は、その上層にある別の第１の層Ｌ１に配置される直線状材料Ｒ１ｓＬ１、Ｒ１ｓＳ１に比べ、所定の回転中心を中心として微小角度Δαだけ回転した位置関係となっている。
【００４７】
ここでの微小角度Δαは任意の数値とすることができるが、下方にある第１の層Ｌ１における直線状材料Ｒ１ｓＬ１、Ｒ１ｓＳ１の隙間が、上方にある第１の層Ｌ１における直線状材料Ｒ１ｓＬ１、Ｒ１ｓＳ１により重畳されるようにするのが好ましい。他の第１の層Ｌ１についても同様に、上下方向で第２の層Ｌ２を挟んで隣接する２つの第１の層Ｌ１では、直線状材料Ｒ１ｓＬ１、Ｒ１ｓＳ１が微小角度Δαだけ回転した位置関係を有している。この微小角度Δαが適切に設定されることにより、直線状材料Ｒ１ｓＬ１、Ｒ１ｓＳ１の隙間が実質的に埋められ、これにより造形物Ｓの物理的強度を向上させることができる。
【００４８】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。この第２の実施の形態は、三次元造形装置（３Ｄプリンタ１００）の構成自体は、第１の実施の形態と略同一でよい。したがって、３Ｄプリンタ１００についての重複する説明は以下では省略する。ただし、この第２の実施の形態では、造形される造形物Ｓが第１の実施の形態とは異なっている。
【００４９】
この第２の実施の形態の造形物Ｓは、第１の層Ｌ１と第２の層Ｌ２とを交互に積層し、直線状材料と曲率材料とが上下方向で接合するようにされており、この点は第１の実施の形態と同一である。ただし、この実施の形態では、第１の層Ｌ１において形成される材料Ｒ１ｓ、Ｒ２ｓは、互いに異なる材料からなる。例えば、一方がＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン樹脂、ナイロン樹脂、ポリカーボネイト樹脂のうちのいずれかである場合、他方は、その一方の樹脂以外の樹脂とすることができる。また、第２の層Ｌ２において形成される材料Ｒ１ｒ、Ｒ２ｒは、同様に互いに異なる材料からなる。
【００５０】
第１の層Ｌ１において、材料Ｒ１ｓ、Ｒ２ｓは、例えば図１３に示すように、いずれも第１の層Ｌ１の中心付近から外側に向けて放射状に延びるように配置される。材料Ｒ１ｓ及びＲ２ｓは、図１３に示すように、周方向において１本ずつ交互に配置されてもよいし、数本ずつ配置されるのでもよい。
【００５１】
このような造形物Ｓにおいて、第１の層Ｌ１において材料Ｒ１ｓ、Ｒ２ｓが放射状に延びる一方で、それよりも１つ上の第２の層Ｌ２においては、第１の層Ｌ１の輪郭の方向に沿って材料Ｒ１ｒ、Ｒ２ｒが延びる。これにより、造形物Ｓは、第１の層Ｌ１と第２の層Ｌ２とにおける材料Ｒ１ｓとＲ１ｒの交差位置において同一の材料同士が上下方向で接合する構造（いわゆる井桁構造）を有している。材料Ｒ２ｓ、Ｒ２ｒも、同様に材料Ｒ１に挟まれた位置において、同様な井桁構造を有し、上下方向で接合する。このような構造により、たとえ異種材料である材料Ｒ１ｓ、Ｒ１ｒと材料Ｒ２ｓ、Ｒ２ｒの間の（横方向の）接合力が弱くても、上述のような井桁構造における同一材料間の（積層方向の）接合力が強ければ、造形物Ｓの強度を十分に高いものとすることができる。
【００５２】
図１４Ａ〜図１４Ｆは、第２の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１における直線状材料の具体的な配置例を示している。
図１４Ａは、第１の層Ｌ１の中心（円柱形状の造形物Ｓの中心軸）付近から外側へ放射状に延び第１の材料（例えば、ＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン樹脂、ナイロン樹脂、ポリカーボネイト樹脂）からなる第１直線状材料Ｒ１ｓＬ、Ｒ１ｓＳと、同じく第１の層Ｌ１の中心付近から外側へ放射状に延び第２の材料（第１の材料とは異なる材料）からなる第２直線状材料Ｒ２ｓとを配置した配置例を示している。この例では、第１直線状材料Ｒ１ｓＬは、周方向に９０°間隔で、その先端が当該中心付近で互いに略接するように配置されている。また、第１直線状材料Ｒ１ｓＳは、第１直線状材料Ｒ１ｓＬの間の位置に、同様に９０°間隔で配置されている。そして、第２直線状材料Ｒ２ｓは、このように４５°間隔で配置された第１直線状材料Ｒ１ｓＬ、Ｒ１ｓＳの間の位置に配置されている。なお、図１４Ａ中の第１の層Ｌ１のうち、材料Ｒ１ｓＬ、Ｒ１ｓＳ、Ｒ２ｓ以外の領域白色の領域は、空隙である。
【００５３】
図１４Ｂは、第１の層Ｌ１の中心（円柱形状の造形物Ｓの中心軸）付近から外側に延びて４５°間隔で周方向に配置される第１直線状材料Ｒ１ｓＬ（第１の材料）と、その間の位置において同じく４５°間隔で周方向に配置される第２直線状材料Ｒ２ｓ（第１の材料とは異なる第２の材料）と有する配置例を示している。なお、図１４Ｂ中の第１の層Ｌ１のうち、材料Ｒ１ｓＬ、Ｒ２ｓ以外の領域白色の領域は、空隙である。
【００５４】
図１４Ｃの配置例では、第１の層Ｌ１において第１の材料からなる直線状材料Ｒ１ｓＴと、第２の材料からなる直線状材料Ｒ２ｓＴとが交互に放射状に配置されており、この点は図１４Ａ、図１４Ｂの配置例と同様である。ただし、直線状材料Ｒ１ｓＴ、Ｒ２ｓＴの幅（周方向）が、第１の層Ｌ１の中心側から外側に向かうにしたがって大きくなるようにされている。なお、図１４Ｃ中の第１の層Ｌ１のうち、材料Ｒ１ｓＴ、Ｒ２ｓＴ以外の領域白色の領域は、空隙である。
【００５５】
また、図１４Ｄの配置例では、第１の材料からなる直線状材料Ｒ１ｓｐ１、第２の材料からなる直線状材料Ｒ２ｓｐ２は放射状に配置されており、この点は上述の例と同様である。ただし、直線状材料Ｒ１ｓｐ１、直線状材料Ｒ２ｓｐ１はどちらも、第１の層Ｌ１の中心側においては１本の材料であるが、外側において２本に分岐する形状を有している。この配置例によっても、図１４Ｃの配置例と同様の効果を得ることができる。なお、分岐する本数は２本に限られず、３本以上であってもよい。なお、図１４Ｄ中の第１の層Ｌ１のうち、材料Ｒ１ｓｐ１、Ｒ２ｓｐ１以外の領域白色の領域は、空隙である。
【００５６】
図１４Ｅの配置例は、図１１Ｅと同様に、第１の層Ｌ１が、更に複数（例えば６個）の扇形領域ＳＣに分割されている。そして、扇形領域ＳＣ毎に複数の第１直線状材料Ｒ１ｓＬ１（第１の材料）、第２直線状材料Ｒ２ｓＳ１（第２の材料）が配置されている。図１４Ｅの例では、１つの扇形領域ＳＣの１つの辺と平行に延びる複数の第１直線状材料Ｒ１ｓＬ１１が配置され、もう１つの辺と平行に複数の第２直線状材料Ｒ２ｓＳ１が配置される。
【００５７】
この図１４Ｅの配置例では、第１の層Ｌ１が複数の扇形領域ＳＣに分割され、その扇形の２つの辺に沿って直線状材料Ｒ１ｓＬ１、Ｌ２ｓＳ１が延びており、略放射状に直線状材料Ｒ１ｓＬ１、Ｌ２ｓＳ１が配置されている。このため、第２の層Ｌ２に配置された円弧状材料と井桁構造を構成することができる。なお、図１４Ｅの配置例では、第１の層Ｌ１中で直線状材料Ｒ１ｓＬ１、Ｒ２ｓＳ１以外の領域は空隙である。ただし、図１４Ｆに示すように、第１の層Ｌ１を第１の材料からなる直線状材料Ｒ１ｓ、第２の材料からなる直線状材料Ｒ２ｓにより埋め込んで空隙を残さないような配置とすることもできる。
【００５８】
図１４Ｇの配置例は、第１の層Ｌ１を複数の扇形領域ＳＣに分割している点で図１４Ｅ、図１４Ｆの配置例と同一である。ただし、この実施の形態では、複数の扇形領域ＳＣの各々において、全体として菱形を有する直線状材料Ｒ１ｓＤ（第１の材料）、Ｒ２ｓＤ（第２の材料）を配置してなる。菱形形状の直線状材料Ｒ１ｓＤ及びＲ２ｓＤの２辺が、扇形領域ＳＣの２辺と略平行となるように、直線状材料Ｒ１ｓＤ及びＲ２ｓＤが描画されている。扇形領域ＳＣの各々において、菱形形状の直線状材料Ｒ１ｓＤ、Ｒ２ｓＤ以外で埋め切らない部分は、直線状の材料を形成することができる。なお、図１４Ｇの配置例では、直線状材料Ｒ１ｓＤとＲ２ｓＤとの間に空隙を設けていないが、これらの間に空隙を設けることも可能である。
【００５９】
図１４Ｈの配置例は、同様に、第１の層Ｌ１が、複数の扇形領域ＳＣに分割され、扇形領域ＳＣ毎に複数の第１直線状材料Ｒ１ｓＶ（第１の材料）、第２直線状材料Ｒ２ｓＶ（第２の材料）が配置されている。第２直線状材料Ｒ２ｓＶは、扇形領域ＳＣの２辺に沿ってＶ字型に配置され、更にその内側に、第１直線状材料Ｒ１ｓＶが、この扇形領域ＳＣの２辺に沿って配置される。このようにしてＶ字型の第１直線状材料Ｒ１ｓＶ、第２直線状材料Ｒ２ｓＶが交互に配置されて、扇形領域が埋められている。図１４Ｉの配置例は、図１４Ｈと同様にＶ字型の第１直線状材料Ｒ１ｓＶ’（第１の材料）、第２直線状材料Ｒ２ｓＶ’（第２の材料）を配置しているが、材料の輪郭が円弧状とされている点で図１４Ｈと異なっている。
【００６０】
図１４Ｊの配置例は、図１４Ｉの配置例と同様に、第１の層Ｌ１が複数の扇形領域ＳＣ（図示の例では中心角９０°）に分割されるとともに、その扇形領域ＳＣの辺に沿って延び第２の材料からなる直線状材料Ｒ２ｓＶ３が形成されている。この直線状材料Ｒ２ｓＶ３は、図１４Ｉの配置例における直線状材料Ｒ２ｓＶ’と同様に、扇形領域ＳＣの２辺に沿って延びる部分を備える。これに加え、図１４Ｊの直線状材料Ｒ２ｓＶ３は、扇形領域ＳＣの中心付近から扇形領域ＳＣの円弧の中点付近に向けて延びる部分も有しており、３本の放射状に延びる直線状部分を備え、全体としてＷ字形を有している。３つの直線状部分の間には、第１の材料からなる直線状材料Ｒ１ｓＶ４が形成されている。この直線状材料Ｒ１ｓＶ４も、直線状材料Ｒ２ｓＶ４と同様に、略Ｗ字型を有しており、その隙間には更に別の第２の材料からなる直線状材料Ｒ２ｓＶ４が形成されている。この図１４の配置例では、１つの材料が３本の放射状に延びる直線状部分を有しているが、これに限らず、１つの材料が４本以上の放射状に延びる直線部分を有していても良い。
図１４Ｋの配置例は、図１４Ｊの配置例と同様に、第１の層Ｌ１が複数の扇形領域ＳＣに分割されるとともに、その扇形領域ＳＣの辺に沿って延び第２の材料からなる直線状材料Ｒ２ｓＣＲが形成されている。この直線状材料Ｒ２ｓＣＲは、図１４Ｊの配置例における直線状材料Ｒ２ｓＶ３と同様に、扇形領域ＳＣの径方向に沿って放射状に延びる複数（図示の例では３本）の直線状部分を備える。これに加え、図１４Ｋの直線状材料Ｒ２ｓＣＲ３は、扇形領域ＳＣの周方向に延びる複数の円弧状部分も有している。直線状材料Ｒ１ｓＣＲも、直線状材料Ｒ２ｓＣＲと同様に、径方向に延びる複数の直線状部分と、周方向の延びる円弧状部分とを備えている。
【００６１】
図１４Ｌの配置例は、第１の層Ｌ１における更に別の材料の配置例を示している。この配置例は、第１の材料からなる第１直線状材料Ｒ１ｓＬを第１の層Ｌ１の中心付近から外側に向かって放射状に配置する。そして、第２の材料からなる第２直線状材料Ｒ２ｓを、この第１直線状材料Ｒ１ｓＬに沿って配置する。図１４Ｌの配置例では、第２直線状材料Ｒ２ｓの隙間に残った空隙を、更に第２の材料からなる材料Ｒ２ｓｓにより埋めているが、図１４Ｍに示すように、これを第１の材料Ｒ１ｓＳに変更することもできるし、空隙のままとすることもできる。
【００６２】
図１４Ｎの配置例は、図１４Ｍの配置例と近似した配置例である。この図１４Ｎの配置例では、第２の材料からなる第２直線状材料Ｒ２ｓを第１の層Ｌ１の中心付近から外側に向かって放射状に配置する。そして、第１の材料からなるＶ字状の直線状材料Ｒ１ｓを、この第２直線状材料Ｒ２ｓに沿って配置する。図１４Ｍとの相違点は、第１直線状材料Ｒ１ｓがＶ字型の直線状材料として形成されている点である。なお、図１４Ｎの配置例では、第１直線状材料Ｒ１ｓの隙間に残った空隙を、更に第２の材料からなる材料Ｒ２ｓ’により埋めているが、これを第１の材料に変更することもできるし、空隙のままとすることもできる。
【００６３】
図１５Ａ、及び図１５Ｂを用いて、更に別の配置例を説明する。図１５Ａは、第１の層Ｌ１、第２の層Ｌ２における材料の配置を示す平面図であり、図１５Ｂは、第１の層Ｌ１、第２の層Ｌ２の積層の手法を示す斜視図である。この図１５Ａ及び図１５Ｂに示す配置例は、図１１Ｈ及び図１１Ｉの配置例（材料が単一の場合）と同様に、第１の層Ｌ１、第２の層Ｌ２のいずれにおいても、複数の扇形領域ＳＣの一部には第１の材料からなる直線状材料Ｒ１ｓＬ、Ｒ１ｓＳ、及び第２の材料からなる直線状材料Ｒ２ｓＬ、Ｒ２ｓＳを配置する。一方、他の扇形領域ＳＣには第１の材料からなる曲率材料Ｒ１ｒ、及び第２の材料からなる曲率材料Ｒ２ｒを配置する。
【００６４】
そして、図１５Ｂに示すように、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２は、直線状材料Ｒ１ｓＬ、Ｒ１ｓＳ、Ｒ２ｓＬ、ＲｒｓＳと曲率材料Ｒ１ｒ、Ｒ２ｒとが上下方向で重なるように積層される。これにより、上述の配置例と同様に、直線状材料と曲率材料とにより井桁構造が構成され得る。この図１５Ａ及び図１５Ｂの配置例の場合、第１の層Ｌ１、第２の層Ｌ２の構造（材料の配置密度等を含む）が略同一であるので、上述の図１４Ａ〜１４Ｍの配置例に比べ、造形物Ｓ中の材料の特性を上下方向において均一化させることができ、造形物Ｓの物理的強度を更に向上させることができる。
【００６５】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態を、図１６を参照して詳細に説明する。この第３の実施の形態は、三次元造形装置（３Ｄプリンタ１００）の構成自体は、第１の実施の形態と略同一でよい。したがって、３Ｄプリンタ１００についての重複する説明は以下では省略する。ただし、この第３の実施の形態では、造形される造形物Ｓが前述の実施の形態とは異なっている。
【００６６】
この第３の実施の形態で造形される造形物Ｓは、図１６に示すように、第１の層Ｌ１、第２の層Ｌ２を繰り返し積層するものであり、この点は前述の実施の形態と同一である。ただし、この第３の実施の形態の造形物Ｓの第１の層Ｌ１は、互いに平行に延びる複数の直線状材料Ｒ１ｓを配列したものである。この点、複数の直線状材料が放射状に配列されている前述の実施の形態と異なっている。
第１の層Ｌ１において直線状材料Ｒ１ｓが延びる方向は、図１６に示すように異なる第１の層Ｌ１ごとに異なる方向とされるのが好ましい。
【００６７】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態を、図１７を参照して詳細に説明する。この第４の実施の形態は、三次元造形装置（３Ｄプリンタ１００）の構成自体は、第１の実施の形態と略同一でよい。したがって、３Ｄプリンタ１００についての重複する説明は以下では省略する。ただし、この第３の実施の形態では、造形される造形物Ｓが前述の実施の形態とは異なっている。
【００６８】
この実施の形態で造形される造形物Ｓは、図１７に示すように、第１の層Ｌ１、第２の層Ｌ２を繰り返し積層するものであり、この点は前述の実施の形態と同一である。ただし、この第４の実施の形態の造形物Ｓは、第１の層Ｌ１、第２の層Ｌ２とも、例えば周方向の所定の角度（例えば１８０°）のみ曲率材料Ｒ１ｒ、Ｒ２ｒを形成し、残りの角度については、第１の層Ｌ１又は第２の層Ｌ２の中心付近から外周に向かう放射状に、第１の材料からなる第１直線状材料Ｒ１ｓ、第２の材料からなる第２直線状材料Ｒ２ｓを形成する。
【００６９】
そして、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２において、曲率材料Ｒ１ｒ、Ｒ２ｒが形成される角度範囲は、上層に向かうほど所定角度ずつ時計回りに回転する関係とされている。これにより、曲率材料Ｒ１ｒ、Ｒ２ｒの部分は、螺旋構造を有するように積層されている。そして、直線状材料Ｒ１ｓ、Ｒ２ｓは、その螺旋構造の隙間において、曲率材料Ｒ１ｒ，Ｒ２ｒと交差し、井桁構造を形成している。
【００７０】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態を、図１８を参照して詳細に説明する。この第５の実施の形態は、三次元造形装置（３Ｄプリンタ１００）の構成自体は、第１の実施の形態と略同一でよい。したがって、３Ｄプリンタ１００についての重複する説明は以下では省略する。ただし、この第５の実施の形態では、造形される造形物Ｓが前述の実施の形態とは異なっている。
【００７１】
この実施の形態ので造形される造形物Ｓは、図１８に示すように、第１の層Ｌ１、第２の層Ｌ２を繰り返し積層するものであり、この点は前述の実施の形態と同一である。ただし、この第５の実施の形態の造形物Ｓは、第１の層Ｌ１、第２の層Ｌ２とも、例えば周方向の所定の角度（例えば１８０°）のみ曲率材料Ｒ１ｒ、Ｒ２ｒを形成し、残りの角度については、互いに平行に延びる、第１の材料からなる第１直線状材料Ｒ１ｓ、第２の材料からなる第２直線状材料Ｒ２ｓを形成する。
【００７２】
そして、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２において、曲率材料Ｒ１ｒ、Ｒ２ｒが形成される角度範囲は、上層に向かうほど所定角度ずつ時計回りに回転する関係とされている。これにより、曲率材料Ｒ１ｒ、Ｒ２ｒの部分は、螺旋構造を有するように積層されている。そして、直線状材料Ｒ１ｓ、Ｒ２ｓは、その螺旋構造の隙間において、曲率材料Ｒ１ｒ，Ｒ２ｒと交差し、井桁構造を形成している。
【００７３】
［その他］
以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７４】
１００・・・３Ｄプリンタ、  ２００・・・コンピュータ、  ３００・・・ドライバ、  １１・・・フレーム、  １２・・・ＸＹステージ、  １３・・・造形ステージ、  １４・・・昇降テーブル、  １５・・・ガイドシャフト、２１・・・枠体、  ２２・・・Ｘガイドレール、  ２３・・・Ｙガイドレール、  ２４Ａ、２４Ｂ・・・フィラメントホルダ、  ２５Ａ、２５Ｂ・・・造形ヘッド、  ３１・・・枠体、  ３４、３５・・・ローラ、  ３８Ａ、３８Ｂ・・・フィラメント、  ２０１・・空間フィルタ処理部、  ２０２・・スライサ、  ２０３・・・造形スケジューラ、  ２０４・・・造形指示部、  ２０５・・・造形ベクトル生成部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１１Ｆ】
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【図１１Ｇ】
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【図１１Ｈ】
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【図１１Ｉ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１４Ｆ】
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【図１４Ｇ】
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【図１４Ｈ】
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【図１４Ｉ】
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【図１４Ｊ】
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【図１４Ｋ】
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【図１４Ｌ】
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【図１４Ｍ】
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【図１４Ｎ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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