(57)【要約】【課題】三次元造形装置用の造形データを簡易に生成できる技術を提供する。【解決手段】三次元造形システムは、三次元造形装置と、制御装置と、を有する。前記三次元造形装置は、造形材料を吐出するノズルと；前記ノズルに接続されている流路を開閉する開閉機構と；前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と；造形データに基づく制御を実行する制御部と；を備える。前記制御装置は、前記ノズルの移動方向および移動距離を示すパスと、前記造形材料の吐出を示す吐出パラメーターと、を含むパスデータを解析して、前記開閉機構を駆動させる開閉コマンドを、前記パスデータに追加することによって、前記造形データを生成し、前記三次元造形装置に送信する造形データ生成部を備える。【選択図】図１
2019155833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元造形装置と、制御装置と、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、
造形材料を造形テーブルに向かって吐出するノズルと、
前記ノズルに接続されている前記造形材料の流路を開閉する開閉機構と、
前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と、
造形データに従って、前記開閉機構と前記移動機構とを制御する制御部と、
を備え、
前記制御装置は、前記造形テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動方向および移動距離を示すパスと、前記造形材料の吐出を示す吐出パラメーターと、を含むパスデータを解析して、前記開閉機構を駆動させる開閉コマンドを前記パスデータに追加することによって前記造形データを生成し、前記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生成部を備える、三次元造形システム。
【請求項２】
請求項１記載の三次元造形システムであって、
前記制御装置は、さらに、三次元造形物の形状を表す原データから、前記パスデータを生成し、前記パスデータを前記造形データ生成部に出力するパスデータ生成部を備える、三次元造形システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の三次元造形システムであって、
前記造形データ生成部は、前記パスデータを解析して、前記造形材料を吐出しながら前記ノズルを移動させるときの前記ノズルの移動速度を取得し、前記移動速度を用いて前記開閉コマンドを追加するか否かを決定する、三次元造形システム。
【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システムであって、
前記造形データ生成部は、前記パスデータを解析して、前記パスが表す移動経路における前記ノズルの移動距離を取得し、前記移動距離を用いて前記開閉コマンドを追加するか否かを決定する、三次元造形システム。
【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システムであって、
前記造形データ生成部は、前記パスデータを解析して、連続する２つの前記パスの間において前記ノズルの移動方向が変わる角度を取得し、前記角度を用いて、２つの前記パスの間に前記開閉コマンドを追加するか否かを決定する、三次元造形システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の三次元造形システムであって、
前記三次元造形装置は、さらに、フラットスクリューを有し、回転している前記フラットスクリューに供給された材料の少なくとも一部を溶融させることによって前記造形材料を生成して、前記ノズルに導く造形材料生成部を備える、三次元造形システム。
【請求項７】
造形材料を造形テーブルに向かって吐出するノズルと、前記ノズルに接続されている前記造形材料の流路を開閉する開閉機構と、前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と、造形データに従って、前記開閉機構と前記移動機構とを制御する制御部と、を備える三次元造形装置に接続可能なデータ生成装置であって、
前記造形テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動方向および移動距離を示すパスと、前記造形材料の吐出を示す吐出パラメーターと、を含むパスデータの入力を受け付ける受付部と、
前記パスデータを解析して前記開閉機構を駆動させる開閉コマンドを前記パスデータに追加することによって、前記造形データを生成する造形データ生成部と、
を備える、データ生成装置。
【請求項８】
造形材料を造形テーブルに向かって吐出するノズルと、前記ノズルに接続されている前記造形材料の流路を開閉する開閉機構と、前記造形テーブルに対する前記ノズルの位置を変更する移動機構と、造形データに従って、前記開閉機構と前記移動機構とを制御する制御部と、を備える三次元造形装置に入力される前記造形データを生成する方法であって、
前記造形テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動方向および移動距離を示すパスと、前記造形材料の吐出を示す吐出パラメーターと、を含むパスデータの入力を受け付ける工程と、
前記パスデータを解析して、前記開閉機構を駆動させる開閉コマンドを前記パスデータに追加する工程と、
を備える、方法。
【請求項９】
造形材料を造形テーブルに向かって吐出するノズルと、前記ノズルに接続されている前記造形材料の流路を開閉する開閉機構と、前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と、造形データに従って前記開閉機構と前記移動機構とを制御する制御部と、を備える三次元造形装置に入力される前記造形データを生成する機能をコンピューターに実現させるためのプログラムであって、
前記造形テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動方向および移動距離を示すパスと、前記造形材料の吐出を示す吐出パラメーターと、を含むパスデータの入力を受け付ける機能と、
前記パスデータを解析して、前記開閉機構を駆動させる開閉コマンドを前記パスデータに追加する機能と、
を備える、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形物の造形技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、下記の特許文献１には、光硬化性樹脂をビームで照射して硬化させることによって三次元造形物を造形する三次元造形システムが開示されている。特許文献１の三次元造形システムでは、三次元ＣＡＤデータを適切なフォーマットに変換したデータに基づいて、三次元造形装置に三次元造形物を造形させる。このように、一般に、三次元造形システムでは、三次元ＣＡＤデータから、三次元造形装置の構成に適合する造形データを生成し、当該造形データに従って、三次元造形装置に三次元造形物を造形させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−９１９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
三次元造形システムには、ノズルから造形テーブルに造形材料を吐出して三次元造形物を造形する三次元造形装置を備えるものがある。そうした三次元造形装置に対しては、例えば、ノズルからの造形材料の吐出を制御するための構成として、ノズルに接続されている造形材料の流路を開閉する開閉機構を新たに追加する改変がおこなわれる場合がある。三次元造形システムでは、三次元造形装置にそうした改変がおこなわれた場合でも、改変後の三次元造形装置に適合し、追加された開閉機構を効率良く動作させることができる造形データが、簡易に生成できることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一形態は、制御装置と三次元造形装置とを有する三次元造形システムであって；前記三次元造形装置は；造形材料を造形テーブルに向かって吐出するノズルと；前記ノズルに接続されている流路を開閉する開閉機構と；前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と；造形データに従って前記開閉機構と前記移動機構と、を制御する制御部と；を備え；前記制御装置は；前記造形テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動方向および移動距離を示すパスと、前記造形材料の吐出を示す吐出パラメーターと、を含むパスデータを解析して、前記開閉機構を駆動させる開閉コマンドを前記パスデータに追加することによって、前記造形データを生成し、前記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生成部を備える、三次元造形システムとして提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】三次元造形システムの構成を示す概略ブロック図。
【図２】三次元造形装置の構成を示す概略図。
【図３】フラットスクリューの構成を示す概略斜視図。
【図４】スクリュー対面部の構成を示す概略平面図。
【図５】三次元造形装置における造形中の様子を模式的に示す概略図。
【図６】パスデータの一例を示す模式図。
【図７】データ生成処理のフローを示す説明図。
【図８】造形データの一例を示す模式図。
【図９】コマンド追加判定処理のフローの一例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
１．実施形態：
１−１．三次元造形システムの概略構成：
図１は、本実施形態における三次元造形システム１０の構成を示す概略ブロック図である。三次元造形システム１０は、三次元造形装置１００を備える。三次元造形システム１０は、三次元造形物の形状を表す原データＯＤに基づいて、三次元造形装置１００に三次元造形物を造形させる。本実施形態では、原データＯＤは、三次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ）ソフトウェアで作成された三次元ＣＡＤデータである。以下では、「三次元造形システム」、「三次元造形装置」、「三次元造形物」、および「三次元ＣＡＤデータ」をそれぞれ、単に、「造形システム」、「造形装置」、「造形物」、および、「ＣＡＤデータ」とも呼ぶ。三次元造形装置１００の構成については後述する。
【０００８】
三次元造形システム１０は、さらに、制御装置１１を備える。制御装置１１は、１つ、または、複数のプロセッサーと、主記憶装置と、を備えるコンピューターによって構成される。制御装置１１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。なお、他の実施形態では、制御装置１１は、コンピューターによって構成される代わりに、各機能を実現するための複数の回路を組み合わせた構成により実現されてもよい。
【０００９】
制御装置１１は、原データＯＤから生成した造形データＭＤを造形装置１００に送信する。制御装置１１は、パスデータ生成部１２と、造形データ生成部１３と、を備える。本実施形態では、パスデータ生成部１２と造形データ生成部１３とは、制御装置１１を構成するコンピューターにおいて実行されるプログラムによって実現される機能部である。
【００１０】
パスデータ生成部１２は、制御装置１１の外部からの原データＯＤの入力を受け付け、原データＯＤからパスデータＰＤを生成する機能を有する。パスデータ生成部１２は、生成したパスデータＰＤを造形データ生成部１３に出力する。パスデータＰＤについては、造形装置１００の構成を説明した後に説明する。
【００１１】
造形データ生成部１３は、パスデータＰＤから造形データＭＤを生成するデータ生成処理を実行する。造形データ生成部１３は、受付部１４と、コマンド追加部１５と、送信部１６と、を有する。受付部１４は、パスデータ生成部１２からのパスデータＰＤの入力を受け付ける。受付部１４は、パスデータＰＤをコマンド追加部１５に出力する。
【００１２】
コマンド追加部１５は、パスデータＰＤの内容を解析する。コマンド追加部１５は、その解析結果に基づいて、開閉コマンドをパスデータＰＤに追加して、造形データＭＤを生成する。送信部１６は、生成された造形データＭＤを造形装置１００に送信する。データ生成処理、コマンド追加部１５によるパスデータＰＤの解析、コマンド追加部１５が追加する開閉コマンド、および、造形データＭＤについては後述する。
【００１３】
１−２．三次元造形装置の概略構成：
１−２−１．三次元造形装置の全体構成：
図２は、造形装置１００の構成を示す概略図である。図２には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印が示されている。本実施形態では、Ｘ方向およびＹ方向は、水平面に平行な方向であり、Ｚ方向は、重力方向（鉛直方向）とは反対の方向である。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印は、他の参照図においても、図示の方向が図２と対応するように適宜、図示してある。
【００１４】
造形装置１００は、造形材料を用いて三次元造形物を造形する。「造形材料」については後述する。造形装置１００は、制御部１０１と、造形部１１０と、造形テーブル２１０と、移動機構２３０と、を備える。
【００１５】
制御部１０１は、制御装置１１から受け取った造形データＭＤに従って、造形装置１００全体の動作を制御して、造形物を造形する造形処理を実行する。本実施形態では、制御部１０１は、１つ、または、複数のプロセッサーと、主記憶装置と、を備えるコンピューターによって構成される。制御部１０１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。なお、制御部１０１は、そうしたコンピューターによって構成される代わりに、各機能を実現するための複数の回路を組み合わせた構成により実現されてもよい。
【００１６】
造形部１１０は、固体状態の材料の少なくとも一部を溶融させてペースト状にした造形材料を造形テーブル２１０上に配置する。造形部１１０は、材料供給部２０と、造形材料生成部３０と、吐出部６０と、を備える。
【００１７】
材料供給部２０は、造形材料生成部３０に材料を供給する。材料供給部２０は、例えば、材料を収容するホッパーによって構成される。材料供給部２０は、下方に排出口を有している。当該排出口は、連通路２２を介して、造形材料生成部３０に接続されている。材料は、ペレットや粉末等の形態で材料供給部２０に投入される。材料供給部２０に投入される材料については後述する。
【００１８】
造形材料生成部３０は、材料供給部２０から供給された材料の少なくとも一部を溶融させた流動性を有するペースト状の造形材料を生成し、吐出部６０へと導く。造形材料生成部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、スクリュー対面部５０と、を有する。
【００１９】
フラットスクリュー４０は、その中心軸に沿った方向である軸線方向における高さが直径よりも小さい略円柱状を有する。フラットスクリュー４０は、その軸線方向がＺ方向に平行になるように配置され、円周方向に沿って回転する。本実施形態では、フラットスクリュー４０の中心軸は、その回転軸ＲＸと一致する。図２には、フラットスクリュー４０の回転軸ＲＸを一点鎖線で図示してある。
【００２０】
フラットスクリュー４０は、スクリューケース３１内に収納されている。フラットスクリュー４０の上面４７側は駆動モーター３２に連結されており、フラットスクリュー４０は、駆動モーター３２が発生させる回転駆動力によって、スクリューケース３１内において回転する。駆動モーター３２は、制御部１０１の制御下において駆動する。
【００２１】
フラットスクリュー４０は、回転軸ＲＸと交差する面である下面４８に、溝部４２が形成されている。上述した材料供給部２０の連通路２２は、フラットスクリュー４０の側面から、当該溝部４２に接続されている。
【００２２】
フラットスクリュー４０の下面４８は、スクリュー対面部５０の上面５２に面しており、フラットスクリュー４０の下面４８の溝部４２と、スクリュー対面部５０の上面５２との間には空間が形成される。造形部１１０では、フラットスクリュー４０とスクリュー対面部５０との間のこの空間に、材料供給部２０から材料が供給される。フラットスクリュー４０およびその溝部４２の具体的な構成については後述する。
【００２３】
スクリュー対面部５０には、材料を加熱するためのヒーター５８が埋め込まれている。回転しているフラットスクリュー４０の溝部４２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、少なくとも一部が溶融されつつ、溝部４２に沿って流動し、フラットスクリュー４０の中央部４６へと導かれる。中央部４６に流入したペースト状の材料は、スクリュー対面部５０の中心に設けられた連通孔５６を介して、造形材料として吐出部６０に供給される。
【００２４】
吐出部６０は、ノズル６１と、流路６５と、開閉機構７０と、を有する。ノズル６１は、流路６５を通じて、スクリュー対面部５０の連通孔５６に接続されている。流路６５は、フラットスクリュー４０とノズル６１との間の造形材料の流路である。ノズル６１は、造形材料生成部３０において生成された造形材料を、先端の吐出口６２から造形テーブル２１０に向かって吐出する。
【００２５】
ノズル６１の吐出口６２は、孔径Ｄｎを有する。ノズル６１の孔径Ｄｎは、ノズル６１の走査方向における吐出口６２の開口幅の最大値である。なお、「ノズル６１の走査方向」とは、ノズル６１が造形材料を吐出しながら造形テーブル２１０に対してノズル６１の位置が相対的に移動する方向である。本実施形態では、吐出口６２は正円状の形状を有しており、孔径Ｄｎは吐出口６２の直径に相当する。なお、吐出口６２は正円状以外の形状を有していてもよい。その場合には、孔径Ｄｎは走査方向において最も離れた位置にある吐出口６２の端部同士の間の距離に相当する。吐出口６２が複数の微小な開口が配列された構成を有している場合には、孔径Ｄｎは走査方向において最も外側に配列されている２つの微小開口における外側の端部同士の間の距離に相当する。
【００２６】
開閉機構７０は、流路６５を開閉して、ノズル６１からの造形材料の流出を制御する。本実施形態では、開閉機構７０は、バタフライバルブによって構成されている。開閉機構７０は、駆動軸７２と、弁体７３と、バルブ駆動部７４と、を備える。
【００２７】
駆動軸７２は、一方向に延びる軸状部材である。駆動軸７２は、流路６５の出口において、造形材料の流れ方向に交差するように取り付けられている。本実施形態では、駆動軸７２は流路６５に対して垂直に取り付けられている。図２では、駆動軸７２は、Ｙ方向に平行に配置されている構成が図示されている。駆動軸７２は、その中心軸を中心に回転可能に取り付けられている。
【００２８】
弁体７３は、流路６５内において回転する板状部材である。本実施形態では、弁体７３は、駆動軸７２の流路６５内に配置されている部位を板状に加工することによって形成されている。弁体７３を、その板面に垂直な方向に見たときの形状は、弁体７３が配置されている部位における流路６５の開口形状とほぼ一致する。
【００２９】
バルブ駆動部７４は、制御部１０１の制御下において、駆動軸７２を回転させる回転駆動力を発生する。バルブ駆動部７４は、例えば、ステッピングモーターによって構成される。駆動軸７２の回転によって弁体７３が流路６５内において回転する。
【００３０】
弁体７３の板面が、図２に示されているように、流路６５における造形材料の流れ方向に沿っている状態が、流路６５が開かれている状態である。この状態では、流路６５からノズル６１への造形材料の流入が許容され、吐出口６２から造形材料が流出する。弁体７３の板面が、流路６５における造形材料の流れ方向に対して垂直にされた状態が、流路６５が閉じられた状態である。この状態では、流路６５からノズル６１への造形材料の流入が遮断され、吐出口６２からの造形材料の流出が停止される。
【００３１】
造形テーブル２１０は、ノズル６１の吐出口６２に対向する位置に配置されている。造形テーブル２１０は、Ｘ，Ｙ方向に平行に配置される上面２１１を有している。後述するように、造形装置１００では、造形テーブル２１０の上面２１１に造形材料を堆積させることによって造形物が造形される。
【００３２】
移動機構２３０は、制御部１０１の制御下において、ノズル６１と造形テーブル２１０との相対的な位置関係を変更する。移動機構２３０は、３軸ポジショナーによって構成され、３つのモーターＭの駆動力によって、ノズル６１と造形テーブル２１０との相対位置をＸ，Ｙ，Ｚ方向の３軸方向に変化させる。本実施形態では、移動機構２３０は、位置が固定されているノズル６１に対して、造形テーブル２１０を移動させる。
【００３３】
なお、造形装置１００では、移動機構２３０によって造形テーブル２１０を移動させる構成の代わりに、造形テーブル２１０の位置が固定された状態で、移動機構２３０が造形テーブル２１０に対してノズル６１を相対的に移動させる構成が採用されてもよい。こうした構成であっても、ノズル６１と造形テーブル２１０との相対的な位置関係が変更可能である。
【００３４】
本明細書においては、特に断らない限り、「ノズル６１の移動」は、造形テーブル２１０に対するノズル６１の相対的な位置の変化を意味する。また、「ノズル６１の移動速度」というときは、造形テーブル２１０に対するノズル６１の相対的な速度を意味し、「ノズル６１の移動距離」というときは、造形テーブル２１０とノズル６１との相対的な位置の変化量を意味する。
【００３５】
１−２−２．フラットスクリューについての詳細：
図３は、フラットスクリュー４０の下面４８側の構成を示す概略斜視図である。図３には、造形材料生成部３０において回転するときのフラットスクリュー４０の回転軸ＲＸの位置が一点鎖線で図示されている。図２を参照して説明したように、スクリュー対面部５０に対向するフラットスクリュー４０の下面４８には、溝部４２が設けられている。以下、下面４８を、「溝形成面４８」とも呼ぶ。
【００３６】
フラットスクリュー４０の溝形成面４８の中央部４６は、溝部４２の一端が接続されている凹部として構成されている。中央部４６は、図２に図示されているスクリュー対面部５０の連通孔５６に対向する。中央部４６は、回転軸ＲＸと交差する。
【００３７】
フラットスクリュー４０の溝部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、螺旋状に延びるように構成されているとしてもよい。溝形成面４８には、溝部４２の側壁部を構成し、各溝部４２に沿って延びている凸条部４３が設けられている。
【００３８】
溝部４２は、フラットスクリュー４０の側面に形成された材料流入口４４まで連続している。この材料流入口４４は、材料供給部２０の連通路２２を介して供給された材料を受け入れる部分である。
【００３９】
フラットスクリュー４０が回転すると、材料流入口４４から供給された材料の少なくとも一部が、溝部４２内において加熱されながら溶融し、流動性が高まっていく。そして、その材料は、溝部４２を通じて中央部４６へと流動し、中央部４６に集まり、そこで生じる内圧により、ノズル６１へと導かれ、吐出口６２から吐出される。
【００４０】
図３には、３つの溝部４２と、３つの凸条部４３を有するフラットスクリュー４０の例が図示されている。フラットスクリュー４０に設けられる溝部４２や凸条部４３の数は、３つには限定されない。フラットスクリュー４０には、１つの溝部４２のみが設けられていてもよいし、２以上の複数の溝部４２が設けられていてもよい。また、溝部４２の数に合わせて任意の数の凸条部４３が設けられてもよい。
【００４１】
図３には、材料流入口４４が３箇所に形成されているフラットスクリュー４０の例が図示されている。フラットスクリュー４０に設けられる材料流入口４４の数は、３箇所に限定されない。フラットスクリュー４０には、材料流入口４４が１箇所にのみ設けられていてもよいし、２箇所以上の複数の箇所に設けられていてもよい。
【００４２】
図４は、スクリュー対面部５０の上面５２側を示す概略平面図である。スクリュー対面部５０の上面５２は、上述したように、フラットスクリュー４０の溝形成面４８に対向する。以下、この上面５２を、「スクリュー対向面５２」とも呼ぶ。スクリュー対向面５２の中心には、造形材料をノズル６１に供給するための上述した連通孔５６が形成されている。
【００４３】
スクリュー対向面５２には、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が形成されている。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。図２を参照して説明したように、スクリュー対面部５０には、材料を加熱するためのヒーター５８が埋め込まれている。造形材料生成部３０における材料の溶融は、ヒーター５８による加熱と、フラットスクリュー４０の回転と、によって実現される。
【００４４】
図２を参照する。造形部１１０では、Ｚ方向に小型なサイズを有するフラットスクリュー４０を利用していることによって、材料の少なくとも一部を溶融してノズル６１まで導くための経路がＺ方向において占める範囲が小さくなっている。このように、造形装置１００では、フラットスクリュー４０を利用していることによって、造形材料の生成機構が小型化されている。
【００４５】
造形装置１００では、フラットスクリュー４０を利用していることによって、流動性を有する状態にされた造形材料をノズル６１へと圧送する構成が簡易に実現されている。この構成により、ノズル６１からの造形材料の吐出量の制御がフラットスクリュー４０の回転数の制御によって可能であり、ノズル６１からの造形材料の吐出制御が容易化されている。「ノズル６１からの造形材料の吐出量」とは、ノズル６１の吐出口６２から流出する造形材料の流量を意味する。
【００４６】
造形装置１００では、フラットスクリュー４０を利用した造形材料の生成機構を有していることによって、流動性が発現された造形材料が、流路６５を通じてノズル６１へと導かれる。そのため、流路６５の下流に設けられた簡易な構成の開閉機構７０による造形材料の吐出制御が可能になっており、造形材料ＭＭの吐出制御の精度が高められている。
【００４７】
１−２−３．三次元造形装置での造形：
図５は、造形装置１００が吐出処理によって造形物を造形していく様子を模式的に示す概略図である。造形装置１００では、造形物を造形する際には、制御部１０１の制御下において、以下の吐出処理が実行される。
【００４８】
吐出処理では、上述したように、造形材料生成部３０において、回転しているフラットスクリュー４０に供給された固体状態の材料の少なくとも一部が溶融されて造形材料ＭＭが生成される。そして、移動機構２３０によって、造形テーブル２１０の上面２１１に沿った走査方向にノズル６１を移動させながら、造形テーブル２１０の上面２１１に向かって、ノズル６１から造形材料ＭＭが吐出される。吐出処理では、ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭは、ノズル６１の走査方向に連続して堆積されていく。
【００４９】
制御部１０１は、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出を停止した状態で、造形テーブル２１０に対するノズル６１の位置を変更する場合には、開閉機構７０の弁体７３によって流路６５を閉塞させて、ノズル６１を移動させる。制御部１０１は、吐出処理を再開する場合には、開閉機構７０の弁体７３によって流路６５を開く。このように、造形装置１００によれば、開閉機構７０による開閉動作によって、ノズル６１による造形材料ＭＭの堆積位置を簡易に制御することができる。なお、開閉機構７０による開閉動作は、後述する造形データ内に含まれる開閉コマンドによって制御される。
【００５０】
ここで、造形テーブル２１０の上面２１１に対してノズル６１が同一の高さ位置にあるときの吐出処理によって堆積された造形材料ＭＭによって構成される層を「造形層ＭＬ」と呼ぶ。制御部１０１は、ノズル６１の位置をＺ方向に移動させ、これまでの吐出処理で形成された造形層ＭＬの上に、次の吐出処理によって、さらに造形材料ＭＭを積み重ねることによって、造形物を造形していく。つまり、造形装置１００では、造形物は、造形層ＭＬの積層によって造形される。制御部１０１は、後述する造形データＭＤが表すノズル６１の制御内容に従って、ノズル６１の移動と、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出と、を制御することによって、造形テーブル２１０上に造形物を造形する。
【００５１】
ところで、造形層ＭＬを形成する際には、ノズル６１の先端の吐出口６２と、ノズル６１の直下の位置近傍においてノズル６１から吐出された造形材料ＭＭが堆積される予定部位ＭＬｔとの間に、下記のギャップＧが保持されていることが望ましい。造形材料ＭＭが造形層ＭＬの上に堆積される場合には、造形材料ＭＭが堆積される予定部位ＭＬｔは、ノズル６１の下に位置する造形層ＭＬの上面である。
【００５２】
ギャップＧの大きさは、ノズル６１の吐出口６２における孔径Ｄｎ（図２に図示）以上とすることが望ましく、孔径Ｄｎの１．１倍以上とすることがより好ましい。こうすれば、ノズル６１の吐出口６２から吐出される造形材料ＭＭが、予定部位ＭＬｔに押しつけられない自由な状態で堆積される。この結果、ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭの横断面形状が潰れてしまうことを抑制でき、造形物の面粗さを低減することが可能である。また、ノズル６１の周囲にヒーターが設けられた構成においては、ギャップＧを形成することにより、当該ヒーターによる造形材料ＭＭの過熱を防止でき、堆積後の造形材料ＭＭの過熱による変色や劣化が抑制される。一方、ギャップＧの大きさは、孔径Ｄｎの１．５倍以下とすることが好ましく、１．３倍以下とすることが特に好ましい。これによって、予定部位ＭＬｔに対する造形材料ＭＭの堆積位置の位置ずれや、造形層ＭＬ同士の密着性の低下が抑制される。
【００５３】
１−２−４．三次元造形装置で用いられる材料：
造形装置１００において用いられる材料について説明する。造形装置１００では、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造形物を造形することができる。ここで、「主材料」とは、造形物の形状を形作っている中心となる材料を意味し、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ＭＭ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。
【００５４】
主材料として熱可塑性を有する材料を用いる場合には、造形材料生成部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ＭＭ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。
【００５５】
熱可塑性を有する材料としては、例えば、下記の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
【００５６】
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、造形材料生成部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ＭＭは、ノズル６１から吐出された後、温度の低下によって硬化する。
【００５７】
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６１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６１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ＭＭを射出するために、ノズル６１の周囲にはヒーターが設けられてもよい。
【００５８】
造形装置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ＭＭの生成の際に溶融する成分が混合されて、造形材料生成部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
＜前記合金の例＞
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
【００５９】
造形装置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、造形テーブル２１０に配置された造形材料ＭＭは焼結によって硬化されてもよい。
【００６０】
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、造形材料生成部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。
【００６１】
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
【００６２】
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。
【００６３】
１−３．パスデータ生成部およびパスデータ：
図６は、造形システム１０における制御装置１１のパスデータ生成部１２が生成するパスデータＰＤの一例を示す模式図である。パスデータＰＤに記述されている情報は、図６で図示されている上方から下方に順に読み込まれて解釈される。パスデータＰＤは、造形装置１００が、原データＯＤが表す造形物を造形するためのノズル６１の制御内容を指定するパラメーターを含む。ここでの「ノズル６１の制御内容」には、造形テーブル２１０に対するノズル６１の移動の制御と、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出の制御と、が含まれる。本実施形態のパスデータＰＤでは、ノズル６１の移動の制御は、パスパラメーターＰＰによって示される。また、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出の制御は、吐出パラメーターＰＭによって示される。
【００６４】
パスパラメーターＰＰは、ノズル６１が次に位置すべき造形テーブル２１０の上面２１１上におけるＸ，Ｙ方向を座標軸とする座標系の座標（Ｘ，Ｙ）を指定する。パスデータＰＤでは、前後に並ぶ２つのパスパラメーターＰＰｎ，ＰＰｎ＋１の組によって、１つのパスが特定される。添え字「ｎ」は任意の自然数である。「パス」とは、ノズル６１の移動経路の単位であり、造形層ＭＬを造形する際のノズル６１の移動を、任意のある座標から次の座標への一方向の直線的な移動で区切ったときの一区間の経路を意味する。
【００６５】
図６の例では、２つのパスパラメーターＰＰｎ，ＰＰｎ＋１の組によって、座標（１０，１０）から座標（１０，２０）へと＋１０の既定の単位距離だけＹ方向にノズル６１が移動するパスが特定されている。このように、パスデータＰＤは、ノズル６１の移動方向と移動距離とを示すパスを含んでいると解釈される。
【００６６】
吐出パラメーターＰＭは、パスパラメーターＰＰの後に付される。吐出パラメーターＰＭは、そのパスパラメーターＰＰで示されている座標にノズル６１が移動する間に吐出される造形材料ＭＭの量を指定する。つまり、吐出パラメーターＰＭは、パスデータＰＤに含まれるパスが表すノズル６１の移動に伴って造形テーブル２１０上に配置される造形材料ＭＭの合計量を表している。
【００６７】
図６の例では、吐出パラメーターＰＭであることを示すアルファベット「Ｅ」の後に、既定の単位量で表された造形材料ＭＭの量を示す整数値が付されている。この例では、ノズル６１を座標（１０，１０）から座標（１０，２０）へと移動させる間に、１０単位量の造形材料ＭＭを吐出することが指定されている。
【００６８】
パスデータＰＤは、本実施形態の造形装置１００にように、開閉機構７０のようなバルブによって造形材料ＭＭの吐出を制御する構成を有していないタイプの造形装置に、造形物を造形させる際にも使用可能なデータである。本実施形態では、パスデータＰＤは、いわゆる熱溶解積層方式（ＦＤＭ方式）の３Ｄプリンターに入力されるデータと同じデータ型を有する。パスデータ生成部１２は、ＦＤＭ方式の３Ｄプリンター用に開発された、いわゆるスライサーと呼ばれる公知のソフトウェアを利用して、パスデータＰＤを生成するものとしてもよい。本実施形態の造形システム１０では、以下に説明するデータ生成処理によって、そうしたパスデータＰＤに基づいて、開閉機構７０が追加されている造形装置１００に適合する造形データＭＤを生成する。
【００６９】
１−４．データ生成処理：
図７は、造形データ生成部１３において実行されるデータ生成処理のフローを示す説明図である。データ生成処理とは、パスデータＰＤにおけるパスパラメーターＰＰによって示されているパスと吐出パラメーターＰＭとに応じて、開閉機構７０を駆動させる開閉コマンドをパスデータＰＤに追加して、造形データＭＤを生成する処理である。データ生成処理において、造形データ生成部１３は、パスデータＰＤに記述されているノズル６１の制御内容を解析し、開閉機構７０の駆動により、ノズル６１から造形材料ＭＭが適切に吐出されるように、パスデータＰＤに開閉コマンドを追加する。
【００７０】
ステップＳ１０の工程では、造形データ生成部１３の受付部１４は、パスデータ生成部１２が生成したパスデータＰＤの入力を受け付ける。受付部１４は、パスデータＰＤをコマンド追加部１５に出力する。
【００７１】
ステップＳ２０の工程では、コマンド追加部１５は、パスデータＰＤの内容を解析する。コマンド追加部１５は、パスデータＰＤを解析して、パスデータＰＤに記述されている以下のノズル６１の制御内容を特定する。
【００７２】
図６を参照する。コマンド追加部１５は、パスデータＰＤのパスパラメーターＰＰと吐出パラメーターＰＭとから、ノズル６１が造形材料ＭＭを吐出しながら移動するパスを特定する。以下、「ノズル６１が造形材料ＭＭを吐出しながら移動するパス」のことを単に「材料吐出パス」とも呼ぶ。
【００７３】
コマンド追加部１５は、各材料吐出パスでのノズル６１の移動距離と移動速度とを取得する。各材料吐出パスのノズル６１の移動距離は、材料吐出パスの始端位置と終端位置を示すパスパラメーターＰＰｎ，ＰＰｎ＋１の座標値から算出される。ノズル６１の移動速度は、各パスでのノズル６１の平均速度であり、造形システム１０のユーザーによって予め指定されている造形スピードのレベルに応じて、造形装置１００において各パスに予め割り当てられる速度である。コマンド追加部１５は、さらに、連続する２つの材料吐出パスの間においてノズル６１の移動方向が変わる角度を取得する。
【００７４】
図８を参照する。図８は、ステップＳ３０の工程において生成される造形データＭＤの一例を示す模式図である。図８の造形データＭＤは、図６で例示されているパスデータＰＤに基づき生成され、パスデータＰＤの一部に開閉コマンドＶＣが追加されたものに相当する。
【００７５】
ステップＳ３０の工程では、コマンド追加部１５は、ステップＳ２０での解析結果を用いて、後述するコマンド追加判定処理を実行する。そして、その判定結果に応じて、パスデータＰＤに開閉機構７０の駆動する開閉コマンドＶＣを追加して、造形データＭＤを生成する。開閉コマンドＶＣは、開コマンドＶＣｏと、閉コマンドＶＣｃと、を含む。開コマンドＶＣｏは、開閉機構７０に流路６５を開かせて、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出を許容する指令を表す。閉コマンドＶＣｃは、開閉機構７０に流路６５を閉じさせて、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出を停止させる指令を表す。
【００７６】
コマンド追加部１５は、コマンド追加判定処理において、開閉コマンドＶＣの追加禁止が決定されない限り、材料吐出パスの始端において開閉機構７０が開き、終端において開閉機構７０が閉じられるように、開閉コマンドＶＣを追加する。具体的には、コマンド追加部１５は、材料吐出パスの始端に開コマンドＶＣｏを追加し、終端に閉コマンドＶＣｃを追加する。図８の例では、材料吐出パスの始端の座標を示すパスパラメーターＰＰｎの後に、開コマンドＶＣｏが追加され、終端の座標を示すパスパラメーターＰＰｎ＋１の後に、閉コマンドＶＣｃが追加されている。
【００７７】
図９は、コマンド追加部１５が実行するコマンド追加判定処理のフローの一例を示す説明図である。本実施形態では、コマンド追加部１５は、コマンド追加判定処理によって、２つの連続する材料吐出パスの間に開閉コマンドＶＣを追加するか否かを判定する。「２つの連続する材料吐出パスの間」とは、先の材料吐出パスでのノズル６１の走査の後、次の材料吐出吐出パスでのノズル６１の走査を開始するまでの期間を意味する。以下での各判定工程における閾値は、開閉機構７０の開閉速度や応答速度などの開閉機構７０の駆動特性や、ノズル６１の吐出性能、移動機構２３０の駆動特性、造形材料ＭＭの特性などの種々の条件に応じて予め定められる値である。
【００７８】
ステップＳ１００では、コマンド追加部１５は、各材料吐出パスにおけるノズル６１の移動速度が予め決められた閾値以上であるか否かを判定する。ノズル６１の移動速度が高い場合には、開閉機構７０の開閉速度や応答速度が、ノズル６１の移動速度に追いつかず、造形材料ＭＭの吐出を開始するタイミングや、停止するタイミングが遅れてしまう可能性がある。そこで、本実施形態では、ノズル６１の移動速度の高低を、開閉コマンドＶＣの追加の要否を判定する条件のひとつとしている。ステップＳ１００において、ノズル６１の移動速度が閾値以上であると判定された場合には、コマンド追加部１５は、ステップＳ１１０の判定処理に進む。
【００７９】
ステップＳ１１０では、コマンド追加部１５は、ノズル６１の移動距離についての判定を実行する。ステップＳ１１０では、コマンド追加部１５は、２つの連続する材料吐出パスのうちの後の材料吐出パスでのノズル６１の移動距離が予め決められた閾値以上であるか否かを判定する。コマンド追加部１５は、ノズル６１の移動距離が閾値より小さい場合、つまり、先の材料吐出パスに続く後の材料吐出パスが短い場合には、２つの材料吐出パスの間への開閉コマンドＶＣの追加の禁止を決定する。これによって、先の材料吐出パスの後に、開閉機構７０が一旦閉じられて、後の材料吐出パスでの造形材料ＭＭの吐出の開始が遅れ、後の短い材料吐出パスで形成される長さの短い造形部位において、造形材料ＭＭの堆積量が不足することを抑制できる。また、短い材料吐出パスの前で開閉機構７０が駆動することによる造形スピードの低下を抑制できる。ステップＳ１１０において、ノズル６１の移動速度が閾値以上と判定された場合には、コマンド追加部１５は、ステップＳ１２０の判定処理に進む。
【００８０】
ステップＳ１２０では、コマンド追加部１５は、２つの材料吐出パスの間の角度についての判定を実行する。ここでの「角度」は、２つのパスの間に形成される２つの角度のうち１８０度以下の方の角度を意味する。コマンド追加部１５は、２つの材料吐出パスの間の角度が、予め決められた閾値以上の緩やかな角度である場合には、２つの材料吐出パスの間への開閉コマンドＶＣの追加の禁止を決定する。これによって、２つの材料吐出パスの間の角部において、開閉機構７０が開閉動作することによって造形材料ＭＭが吐出される量が予定された量から変動してしまうことが抑制される。よって、造形材料ＭＭの量の誤差があるときに形状の変化が顕著となる緩やかな角度の角部での造形精度の低下が抑制される。また、２つの材料吐出パスの間でノズル６１が連続して走査されるため、造形時間の短縮が可能である。ステップＳ１２０において、コマンド追加部１５は、２つの材料吐出パスの間の角度が、予め決められた閾値より小さい急角度である場合には、２つの材料吐出パスの間への開閉コマンドＶＣの追加を決定する。これによって、２つの材料吐出パスの間の角部でノズル６１による連続した走査がおこなわれ、急角度であるべき角部が丸められてしまうことが抑制され、当該角部の造形精度の低下が抑制される。
【００８１】
最初のステップＳ１００において、ノズル６１の移動速度が閾値より大きいと判定された場合には、コマンド追加部１５は、ステップＳ１３０の判定処理に進む。ステップＳ１３０では、上記のステップＳ１２０と同様に、２つの材料吐出パスの間の角度についての判定をおこなう。本実施形態では、ステップＳ１３０で判定に用いられる閾値は、ノズル６１の移動速度が遅いため、ステップＳ１２０での閾値より小さい。なお、他の実施形態では、ステップＳ１３０で判定に用いられる閾値は、ステップＳ１２０での閾値と同じ値であってもよいし、大きい値であってもよい。コマンド追加部１５は、２つの材料吐出パスの間の角度が閾値以上の緩やかな角度である場合には、２つの材料吐出パスの間への開閉コマンドＶＣの追加の禁止を決定する。これによって、開閉機構７０の開閉動作に起因する２つの材料吐出パスによって造形される角部での造形材料ＭＭの量の変動が抑制され、当該角部の造形精度が低下してしまうことを抑制できる。また、造形時間の短縮が可能である。一方、ステップＳ１３０において、コマンド追加部１５は、２つの材料吐出パスの間の角度が、予め決められた閾値より小さい場合には、２つの材料吐出パスの間への開閉コマンドＶＣの追加を決定する。これによって、２つの材料吐出パスの間の角部が丸められてしまうことが抑制され、当該角部の造形精度の低下が抑制される。
【００８２】
このように、コマンド追加判定処理の判定により、造形物の造形の際に、開閉機構７０の駆動が適切に実行されるように、パスデータＰＤに記述されているノズル６１の制御内容に応じて、開閉コマンドＶＣがパスデータＰＤの適切な位置に追加される。なお、コマンド追加部１５は、開閉コマンドＶＣを追加する際に、パスデータＰＤから吐出パラメーターＰＭを削除することが望ましい。これによって、造形データＭＤをよりコンパクトにすることができるため、効率的である。
【００８３】
図７を参照する。データ生成処理のステップＳ４０では、コマンド追加部１５によって生成された造形データＭＤが造形装置１００の制御部１０１に送信される。造形装置１００は、造形データＭＤに従って、開閉機構７０を駆動させつつノズル６１を走査して、造形物を造形する。
【００８４】
１−５．まとめ：
本実施形態の造形システム１０によれば、ノズル６１の移動とノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出とが記述されているパスデータＰＤから、開閉機構７０を効率良く駆動させることができる造形装置１００に適合した造形データＭＤが、自動的に簡易に生成される。そのため、例えば、造形装置１００が、開閉機構７０を有していない構成から開閉機構７０を有している構成に改変された場合であっても、その対応が容易化され、効率的である。特に、本実施形態の造形システム１０によれば、パスデータＰＤを、従来公知のＦＤＭ方式の３Ｄプリンター用のソフトウェアを用いて作成できるため、より効率的である。
【００８５】
本実施形態の造形システム１０によれば、制御装置１１がパスデータ生成部１２を有している。そのため、制御装置１１に、ＣＡＤデータなどの原データＯＤを入力すれば、制御装置１１において造形データＭＤが生成され、そのまま造形装置１００に造形物を造形させることができる。よって、ＣＡＤデータの生成された後、造形物の造形までの工程が簡易化されるため、効率的である。
【００８６】
本実施形態の造形システム１０によれば、造形データ生成部１３は、材料吐出パスでのノズル６１の移動速度についての判定結果に応じて、連続する２つの材料吐出パスの間に開閉コマンドＶＣを追加するか否かを決定している。これによって、先の材料吐出パスの終端において開閉機構７０の閉動作が遅れて造形材料ＭＭが過剰に吐出されることや、後の材料吐出パスの始端において開閉機構７０の開動作が遅れて、後の材料吐出パスで造形材料ＭＭが不足することが抑制される。
【００８７】
本実施形態の造形システム１０によれば、造形データ生成部１３は、材料吐出パスでのノズル６１の移動距離についての判定結果に応じて、連続する２つの材料吐出パスの間に開閉コマンドＶＣを追加するか否かを決定している。これによって、材料吐出パスの長さに起因してノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出タイミングの遅延が生じ、造形精度が低下することが抑制される。また、短い材料吐出パスの前に開閉機構７０が駆動することによって造形スピードが低下してしまうことが抑制される。
【００８８】
本実施形態の造形システム１０によれば、造形データ生成部１３は、連続する２つの材料吐出パスの間の角度についての判定結果に応じて、その２つの材料吐出パスの間に開閉コマンドＶＣを追加するか否かを決定している。これによって、２つの材料吐出パスの間の角部において造形精度が低下してしまうことを抑制することができる。
【００８９】
以上、本実施形態の造形システム１０や、造形データＭＤを生成する方法、制御装置１１を構成しているコンピューターに造形データＭＤを生成させる機能を実現させているプログラムによれば、本実施形態中で説明した種々の作用効果を奏することができる。
【００９０】
２．他の実施形態：
上記の実施形態中で説明した種々の構成は、例えば、以下のように改変することが可能である。以下に説明する他の実施形態はいずれも、上記の実施形態と同様に、発明を実施するための形態の一例として位置づけられる。
【００９１】
２−１．他の実施形態１：
上記の実施形態では、造形データ生成部１３は、制御装置１１においてプログラムが実行されることによって実現される一機能部として構成されている。これに対して、造形データ生成部１３は、造形装置１００と接続可能であり、上記実施形態で説明したデータ生成処理と同等の処理を実行する単体の造形データ生成装置として構成されてもよい。
【００９２】
２−２．他の実施形態２：
造形システム１０において、パスデータ生成部１２は、制御装置１１とは別のコンピューターによって構成されていてもよく、制御装置１１とは別の単体の装置として構成されていてもよい。また、造形システム１０は、制御装置１１のパスデータ生成部１２が省略され、システム外部で生成されたパスデータＰＤに基づいて、制御装置１１の造形データ生成部１３において造形データＭＤを生成する構成が採用されてもよい。
【００９３】
２−３．他の実施形態３：
造形データ生成部１３のコマンド追加部１５が実行するコマンド追加判定処理のフローは、上記の実施形態で説明したものに限定されることはない。例えば、造形材料の種類や性状、ノズル６１の構成、ノズル６１の移動制御の内容などに応じて、造形材料ＭＭの吐出が適切におこなわれるように、コマンド追加判定処理の判定内容や判定条件は任意に変更されてよい。
【００９４】
例えば、コマンド追加部１５は、材料吐出パスでのノズル６１の移動速度についての判定のみを実行し、その判定結果に応じて、開閉コマンドＶＣを追加してもよい。より具体的には、材料吐出パスでのノズル６１の移動速度が閾値以上のときに、開閉機構７０の駆動タイミングが遅れないように、開閉コマンドＶＣの追加を禁止してもよい。逆に、２つの連続する材料吐出パスのそれぞれのノズル６１の移動速度が閾値未満のときに、造形精度よりも造形スピードを優先させるために、２つの連続する材料吐出パスの間への開閉コマンドＶＣの追加を禁止してもよい。
【００９５】
コマンド追加部１５は、材料吐出パスでのノズル６１の移動距離についての判定のみを実行し、その判定結果に応じて、開閉コマンドＶＣを追加してもよい。コマンド追加部１５は、ノズル６１の移動速度についての判定をおこなうことなく、上記実施形態のように、連続する２つの材料吐出パスの後の材料吐出パスにおいて、ノズル６１の移動距離が閾値以上のときに、開閉コマンドＶＣの追加を禁止してもよい。また、コマンド追加部１５は、例えば、連続する２つの材料吐出パスのそれぞれのノズル６１の移動距離が閾値以上のときに、例えば、造形精度よりも造形スピードを優先させるなどの理由のために、２つの連続する材料吐出パスの間への開閉コマンドＶＣの追加を禁止してもよい。
【００９６】
コマンド追加部１５は、連続する２つの材料吐出パスの間でノズル６１が方向転換する角度についての判定のみを実行し、その判定結果に応じて、開閉コマンドＶＣを追加してもよい。コマンド追加部１５は、ノズル６１の移動速度や移動距離についての判定をおこなうことなく、上記実施形態のように、連続する２つの材料吐出パスの間の角度が閾値以上のときに、開閉コマンドの追加を禁止してもよい。あるいは、コマンド追加部１５は、例えば、２つの材料吐出パスの間の角度が閾値未満であっても、例えば、角部の造形精度よりも造形スピードが優先されるような場合には、２つの材料吐出パスの間への開閉コマンドＶＣの追加を禁止してもよい。
【００９７】
ここで、連続する２つの材料吐出パスでの造形精度は、先の材料吐出パスの長短に影響される場合がある。そこで、コマンド追加部１５は、例えば、連続する２つの材料吐出パスのうちの先の材料吐出パスでのノズル６１の移動距離に応じて、開閉コマンドＶＣの追加判定の内容を変更してもよい。例えば、コマンド追加部１５は、先の材料吐出パスでのノズル６１に応じて、２つの材料吐出パスの間の角度についての判定内容を次のように変えてもよい。
【００９８】
コマンド追加部１５は、先の材料吐出パスでのノズル６１の移動距離が閾値未満である場合には、後の材料吐出パスでのノズル６１の移動距離や２つの材料吐出パスの間の角度にかかわらず、２つの材料吐出パスの間への開閉コマンドＶＣの追加を禁止する。先の材料吐出パスでのノズル６１の移動距離が短い場合にその終端で開閉機構７０を動作させると、その前後で吐出される造形材料ＭＭの量の誤差が大きくなってしまう可能性や、造形時間が増大する可能性が高いためである。なお、コマンド追加部１５は、先の材料吐出パスでのノズル６１の移動距離が閾値未満である場合において、後の材料吐出パスでのノズル６１の移動距離が閾値以上の場合にのみ、２つの材料吐出パスの間の角度が閾値未満のときに、２つの材料吐出パスの間への開閉コマンドＶＣの追加を決定してもよい。後の材料吐出パスでのノズル６１の移動距離が長いときに、開閉機構７０の開閉動作が省略されると、２つの材料吐出パスの間での角部の形状の造形誤差が顕著になる可能性があるためである。
【００９９】
コマンド追加部１５は、先の材料吐出パスでのノズル６１の移動距離が閾値以上であり、後の材料吐出パスでのノズル６１の移動距離が閾値未満の場合には、２つの材料吐出パスの間の角度が第１の閾値以上のときに開閉コマンドＶＣの追加を禁止する。そして、当該角度が第１の閾値未満のときに開閉コマンドＶＣの追加を決定する。一方、コマンド追加部１５は、２つの材料吐出パスでのノズル６１の移動距離がともに閾値以上である場合には、２つの材料吐出パスの間の角度が第１の閾値とは異なる第２の閾値以上のときに開閉コマンドＶＣの追加を禁止し、当該角度が第２の閾値未満のときに開閉コマンドＶＣの追加を決定する。角度についての判定での閾値を変える理由は、後の材料吐出パスでのノズル６１の移動距離に応じて、角部で開閉機構７０を動作させないことによる角部の造形精度の低下が顕著になる角度が変わる場合があるためである。
【０１００】
コマンド追加部１５は、ノズル６１の移動速度についての判定、ノズル６１の移動距離についての判定、ノズル６１が方向転換する角度についての判定、のうちの２つ以上を任意に組み合わせて、開閉コマンドＶＣを追加してもよい。また、コマンド追加部１５は、上記の３つの判定以外の判定基準に基づいて、開閉コマンドＶＣを追加するか否かを判定してもよい。コマンド追加部１５は、例えば、吐出パラメーターＰＭの値に基づく判定を実行しても良い。コマンド追加部１５は、例えば、２つの材料吐出パスに挟まれた中間の材料吐出パスについて、吐出される造形材料ＭＭの量が閾値よりも小さく、その長さが閾値より短いときに、その材料吐出パスでは開閉機構７０を閉じたままにする判定をしてもよい。
【０１０１】
２−４．他の実施形態４：
パスデータＰＤは、ＦＤＭ方式の３Ｄプリンターで使用されるデータと同じ型のデータでなくてもよく、公知のソフトウェアであるスライサーで作成可能なデータでなくてもよい。パスデータＰＤには、パスデータＰＤや吐出パラメーターＰＭ以外のパラメーターやコマンドが含まれていてもよい。
【０１０２】
２−５．他の実施形態５：
造形装置１００は、フラットスクリュー４０によって造形材料ＭＭを生成してノズル６１から吐出する構成を有するものには限定されない。造形装置１００には、例えば、予め準備された造形材料ＭＭを、プランジャーや圧電素子が発生させる圧力によって、ノズル６１から吐出する構成を有するものが採用されてもよい。
【０１０３】
２−６．他の実施形態６：
造形装置１００の開閉機構７０は、流路６５内において造形材料が流れる方向に交差するように移動するシャッターによって構成されてもよい。また、開閉機構７０は、ピストンが流路６５内に突出して流路６５を閉塞するプランジャーによって構成されてもよい。開閉機構７０は、上記実施形態で説明したバタフライバルブや、シャッターを用いたシャッター機構、プランジャーのうちの２つ以上の機構を組み合わせて構成されてもよい。
【０１０４】
２−７．他の実施形態７：
上記実施形態において、材料供給部２０は、複数のホッパーを備える構成を有していてもよい。この場合には、各ホッパーからフラットスクリュー４０へと異なる材料が供給され、フラットスクリュー４０の溝部４２内において混合されて、造形材料が生成されてもよい。例えば、上記実施形態で説明した主材料となる粉末材料と、それに添加される溶媒やバインダーなどが別々のホッパーから並行してフラットスクリュー４０に供給されてもよい。
【０１０５】
２−８．他の実施形態８：
上記実施形態において、ソフトウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ハードウェアによって実現されてもよい。また、ハードウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ソフトウェアによって実現されてもよい。ハードウェアとしては、例えば、集積回路、ディスクリート回路、または、それらの回路を組み合わせた回路モジュールなど、各種回路を用いることができる。
【０１０６】
３．他の形態：
本発明は、上述の各実施形態や実施例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（aspect）によって実現することができる。例えば、本発明は以下の形態として実現可能である。以下に記載する各形態中の技術的特徴に対応する上記の各実施形態中の技術的特徴は、本発明の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本発明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おいて必須であると説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【０１０７】
（１）第１の形態は、三次元造形装置と制御装置とを有する三次元造形システムとして提供される。この形態の三次元造形システムの前記三次元造形装置は、造形材料を前記造形テーブルに向かって吐出するノズルと；前記ノズルに接続されている前記造形材料の流路を開閉する開閉機構と；前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と；造形データに従って前記開閉機構と前記移動機構とを制御する制御部と；を備える。前記制御装置は、前記造形テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動方向および移動距離を示すパスと、前記造形材料の吐出を示す吐出パラメーターと、を含むパスデータを解析して、前記開閉機構を駆動させる開閉コマンドを前記パスデータに追加することによって、前記造形データを生成して、前記三次元造形装置に送信する造形データ生成部を備える。
この形態の造形システムによれば、開閉機構の駆動制御は想定されていないパスデータに、開閉機構を駆動させるための開閉コマンドが追加された造形データを簡易に生成することができる。こうした造形システムであれば、開閉機構を有していない造形装置で使用できるパスデータを、開閉機構を有している造形装置に適合する造形データへと変換することができ、効率的である。
【０１０８】
（２）上記形態の三次元造形システムにおいて、前記制御装置は、さらに、三次元造形物の形状を表す原データから前記パスデータを生成し、前記パスデータを前記造形データ生成部に出力するパスデータ生成部を備えてよい。
この形態の造形システムによれば、三次元ＣＡＤデータなどの原データから造形データが生成され、造形装置に造形物を造形させることができるため、効率的である。
【０１０９】
（３）上記形態の三次元造形システムにおいて、前記造形データ生成部は、前記パスデータを解析して、前記造形材料を吐出しながら前記ノズルを移動させるときの前記ノズルの移動速度を取得し、前記移動速度を用いて前記開閉コマンドを追加するか否かを決定してよい。
この形態の造形システムによれば、開閉機構の駆動が、パスにおけるノズルの移動速度に応じて適切に実行されるように開閉コマンドが追加された造形データを得ることができる。
【０１１０】
（４）上記形態の三次元造形システムにおいて、前記造形データ生成部は、前記パスデータを解析して、前記パスが表す移動経路における前記ノズルの移動距離を取得し、前記移動距離を用いて前記開閉コマンドを追加するか否かを決定してよい。
この形態の造形システムによれば、開閉機構の駆動が、パスにおけるノズルの移動距離に応じて適切に実行されるように開閉コマンドが追加された造形データを得ることができる。
【０１１１】
（５）上記形態の造形システムにおいて、前記パスデータを解析して、連続する２つの前記パスの間において前記ノズルの移動方向が変わる角度を取得し、前記角度を用いて、２つの前記パスの間に前記開閉コマンドを追加するか否かを決定してよい。
この形態の造形システムによれば、２つのパスの間での開閉機構の駆動が、２つのパスの間の角度に応じて適切に実行されるように開閉コマンドが追加された造形データを得ることができる。
【０１１２】
（６）上記形態の三次元造形システムにおいて、前記三次元造形装置は、さらに、フラットスクリューを有し、回転している前記フラットスクリューに供給された材料の少なくとも一部を溶融させることによって前記造形材料を生成して、前記ノズルに導く造形材料生成部を備えてよい。
この形態の製造方法によれば、フラットスクリューの利用によって、造形材料を生成する機構を小型化できる。また、フラットスクリューの利用によって、開閉機構によるノズルからの造形材料の吐出の制御の精度が高められる。
【０１１３】
（７）第２の形態は、造形材料を造形テーブルに向かって吐出するノズルと、前記ノズルに接続されている前記造形材料の流路を開閉する開閉機構と、前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と、造形データに従って前記開閉機構と前記移動機構とを制御する制御部と、を備える三次元造形装置に接続可能なデータ生成装置として提供される。この形態のデータ生成装置は、前記造形テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動方向および移動距離を示すパスと、前記造形材料の吐出を示す吐出パラメーターと、を含むパスデータの入力を受け付ける受付部と；前記パスデータを解析して、前記開閉機構を駆動させる開閉コマンドを前記パスデータに追加することによって、前記造形データを生成する造形データ生成部と；を備える。
この形態のデータ生成装置によれば、パスデータに開閉機構を駆動させるための開閉コマンドを追加した造形データを簡易に生成することができる。このデータ生成装置を用いれば、開閉機構を有していない造形装置で使用できるパスデータを、開閉機構を有している造形装置に適合する造形データへと変換することができ、効率的である。
【０１１４】
（８）第３の形態は、造形材料を造形テーブルに向かって吐出するノズルと、前記ノズルに接続されている前記造形材料の流路を開閉する開閉機構と、前記造形テーブルに対する前記ノズルの位置を変更する移動機構と、造形データに従って前記開閉機構と前記移動機構とを制御する制御部と、を備える三次元造形装置に入力される前記造形データを生成する方法として提供される。この形態の方法は、前記造形テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動方向および移動距離を示すパスと、前記造形材料の吐出を示す吐出パラメーターと、を含むパスデータの入力を受け付ける工程と；前記パスデータを解析して、前記開閉機構を駆動させる開閉コマンドを前記パスデータに追加する工程と；を備える。
この形態の方法によれば、パスデータに開閉機構を駆動させるための開閉コマンドを追加した造形データを簡易に生成することができる。この方法によれば、開閉機構を有していない造形装置のために生成されたパスデータを、開閉機構を有している造形装置のための造形データへと変換することができ、効率的である。
【０１１５】
（９）第４の形態は、造形材料を造形テーブルに向かって吐出するノズルと、前記ノズルに接続されている前記造形材料の流路を開閉する開閉機構と、前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と、造形データに従って前記開閉機構と前記移動機構とを制御する制御部と、を備える三次元造形装置に入力される前記造形データを生成する機能をコンピューターに実現させるためのプログラムとして提供される。この形態のプログラムは、前記造形テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動方向および移動距離を示すパスと、前記造形材料の吐出を示す吐出パラメーターと、を含むパスデータの入力を受け付ける機能と；前記パスデータを解析して、前記開閉機構を駆動させる開閉コマンドを前記パスデータに追加する機能と；を備える。
この形態のプログラムによれば、コンピューターによって、パスデータに開閉機構を駆動させるための開閉コマンドを追加した造形データを簡易に生成することができる。このプログラムを用いれば、コンピューターによって、開閉機構を有していない造形装置のために生成されたパスデータを、開閉機構を有している造形装置のための造形データへと変換することができ、効率的である。
【０１１６】
本発明は、造形システム、データ生成装置、造形データを生成する方法、造形データを生成するコンピュータープログラム以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、前記に造形システムにおいて生成された造形データや、前記のデータ生成装置や方法、コンピュータープログラムによって生成された造形データ、前記のコンピュータープログラムや造形データを記録した一時的でない記録媒体（non-transitory storage medium）等の形態で実現することができる。
【符号の説明】
【０１１７】
１０…三次元造形システム、１１…制御装置、１２…パスデータ生成部、１３…造形データ生成部、１４…受付部、１５…コマンド追加部、１６…送信部、２０…材料供給部、２２…連通路、３０…造形材料生成部、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、４２…溝部、４３…凸条部、４４…材料流入口、４６…中央部、４８…溝形成面、５０…スクリュー対面部、５２…スクリュー対向面、５４…案内溝、５６…連通孔、５８…ヒーター、６０…吐出部、６１…ノズル、６２…吐出口、６５…流路、７０…開閉機構、７２…駆動軸、７３…弁体、７４…バルブ駆動部、１００…三次元造形装置、１０１…制御部、１１０…造形部、２１０…造形テーブル、２１１…上面、２３０…移動機構、Ｄｎ…孔径、Ｇ…ギャップ、Ｍ…モーター、ＭＤ…造形データ、ＭＬ…造形層、ＭＬｔ…予定部位、ＭＭ…造形材料、ＯＤ…原データ、ＰＤ…パスデータ、ＰＭ…吐出パラメーター、ＰＰ，ＰＰｎ，ＰＰｎ＋１…パスパラメーター、ＲＸ…回転軸、ＶＣ…開閉コマンド、ＶＣｃ…閉コマンド、ＶＣｏ…開コマンド
【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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