(57)【要約】【課題】従来に比べて、層厚み方向の外力に対する耐久性を向上させることができる三次元造形物６００を提供する。【解決手段】造形材料からなる造形部を複数有する造形層を複数積層した三次元造形物において、造形部たる第一造形部６０１を、互いに間隙６０５を介して複数並べた第一造形層（ｍ１、ｍ３、ｍ５）と、二つの第一造形層の間に挟まれ、それら二つにおける一方の第一造形層の間隙６０５と他方の第一造形層の間隙６０５とを跨ぎ、且つそれら二つの第一造形層の間隙６０５のうちの少なくとも一方の中に突出する形状の造形部たる第二造形部６０２を複数有する第二造形層と、を交互に積層した。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形材料からなる造形部を複数有する造形層を複数積層した三次元造形物において、
前記造形部たる第一造形部を、互いに間隙を介して複数並べた第一造形層と、
二つの前記第一造形層の間に挟まれ、それら二つにおける一方の前記第一造形層の前記間隙と他方の前記第一造形層の前記間隙とを跨ぎ、且つそれら二つの前記第一造形層の前記間隙における少なくとも一方の中に突出する形状の前記造形部たる第二造形部を複数有する第二造形層と、を交互に積層したことを特徴とする三次元造形物。
【請求項２】
請求項１の三次元造形物において、
互いに前記第一造形層を介して重なり合う二つの前記第二造形層におけるそれぞれの前記第二造形部を、前記間隙内を通じて繋げたことを特徴とする三次元造形物。
【請求項３】
請求項２の三次元造形物において、
互いに前記第二造形層を介して重なり合う二つの前記第一造形層のそれぞれにおける前記間隙の中に対し、前記二つの前記第一造形層に挟まれる前記第二造形部を突出させたことを特徴とする三次元造形物。
【請求項４】
請求項２又は３の三次元造形物において、
互いに前記第二造形層を介して重なり合う二つの前記第一造形層の前記第一造形部を互いに層厚み方向に重ねつつ、前記二つの前記第一造形層の前記間隙を互いに層厚み方向に重ねたことを特徴とする三次元造形物。
【請求項５】
請求項１、２、３又は４の三次元造形物において、
前記第二造形部の横断面積を、前記第一造形部の横断面積よりも大きくしたことを特徴とする三次元造形物。
【請求項６】
吐出手段から吐出した熱可塑性の造形材料によって造形部をその短手方向に複数並べて形成さした層を複数積層して三次元造形物を造形する三次元造形装置において、
三次元造形物として、請求項１、２、３、４又は５の三次元造形物を造形することを特徴とする三次元造形装置。
【請求項７】
請求項６の三次元造形装置であって、
前記第二造形層の前記第二造形部を形成するときに、前記第一造形層の前記第一造形部を形成するときに比べて、造形材料の単位時間あたりにおける前記吐出手段からの吐出量を多くすることを特徴とする三次元造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形物及び三次元造形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、造形材料からなる造形部を複数有する造形層を複数積層した三次元造形物が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、三次元造形装置により、細長い形状に固化させた樹脂からなる造形部をその短手方向に複数並べて層状にした造形層を、上下層において造形部の短手方向を互いに直交させる形態で複数積層した三次元造形物が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この三次元造形物では、上下層において造形部の短手方向を互いに直交させていることで、平面方向（層の表面方向）の外力に対しては耐久性があると考えられるが、造形層の厚み方向に外力が加えられると、上下層の界面で剥離破壊し易いという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するために、本発明は、造形材料からなる造形部を複数有する造形層を複数積層した三次元造形物において、前記造形部たる第一造形部を、互いに間隙を介して複数並べた第一造形層と、二つの前記第一造形層の間に挟まれ、それら二つにおける一方の前記第一造形層の前記間隙と他方の前記第一造形層の前記間隙とを跨ぎ、且つそれら二つの前記第一造形層の前記間隙における少なくとも一方の中に突出する形状の前記造形部たる第二造形部を複数有する第二造形層と、を交互に積層したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、従来に比べて、造形層の厚み方向の外力に対する三次元造形物の耐久性を向上させることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係る三次元造形装置の内部構造を示す概略正面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図を示す断面図。
【図３】同三次元造形装置の造形ヘッドの概略を示す縦断面図。
【図４】同三次元造形装置における電気回路の一部を制御パラメーターとともに示すブロック図。
【図５】同電気回路の一部を、制御パラメーター及び同三次元装置の造形モジュールとともに示すブロック図。
【図６】同造形モジュールの造形ヘッドの先端部と、造形材料たる溶融フィラメントによって形成される層と示す側面図。
【図７】従来の三次元造形物の各層の一部を拡大して示す拡大斜視図。
【図８】実施形態に係る三次元造形物の各層の一部を拡大して示す拡大斜視図。
【図９】同三次元造形物を切削加工して得られるダンベル形状の三次元造形物を示す斜視図。
【図１０】切削加工前の状態の、実施形態に係る三次元造形物を示す斜視図。
【図１１】実施形態に係る三次元造形装置によって造形された三次元造形物（切削加工前）と、これを造形するときの同三次元造形装置のノズルのツールパスとを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明を、熱溶解積層法（ＦＤＭ：：Ｆｕｓｅｄ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）によって造形される三次元造形物や、これを造形する三次元造形装置に適用した一実施形態について説明する。
まず、実施形態に係る三次元造形装置の基本的な構成について説明する。熱溶解積層法を用いた三次元造形装置は、予め造形材料たる熱可塑性樹脂をマトリックスとする樹脂組成物からなる長尺のフィラメントを作製しておく。このフィラメントを造形ヘッドに供給し、造形ヘッド内でフィラメントを加熱してマトリックスの熱可塑性樹脂を溶融あるいは半溶融状態にする。そして、その後、移動する造形ヘッドのノズル先端から溶融物あるいは半溶融物を線状に押し出しながら冷却固化させた細長い形成物を全体として扁平形状になるように配設して層を形成する。この層を積み上げていくことで立体的な三次元造形物を造形する。このような熱溶解積層法を用いると、射出成形では金型が複雑になる、あるいは、成形できないような３次元造形物を造形することができる。
【０００９】
図１は、実施形態に係る三次元造形装置１の内部構造を示す概略正面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ断面図を示す断面図である。以下、上下方向をＺ軸方向、装置の左右方向をＸ軸方向、装置の奥行き方向をＹ軸方向として説明する。
【００１０】
三次元造形装置１は、筐体１０の内部の処理空間内に載置台７が設けられ、この載置台７の上で三次元造形物Ｍが造形される。載置台７のＸ軸方向両端付近には、載置台ガイド軸４４が貫通しており、載置台７のＹ軸方向一端付近には、Ｚ軸送りネジ４２が貫通している。載置台７のＺ軸送りネジ４２が貫通する貫通穴の内周面には、雌ネジが形成されている。載置台７は、Ｚ軸送りネジ４２に螺合している。
【００１１】
Ｚ軸送りネジ４２の下端は、筐体１０の底面に設けられたＺ軸駆動モータ４１に接続されている。また、筐体１０の底面には、載置台７のＺ軸方向位置を検知するＺ軸座標検知機構４３が設けられている。
【００１２】
Ｚ軸駆動モータ４１の駆動力によってＺ軸送りネジ４２が回転駆動することで、Ｚ軸送りネジ４２に螺合された載置台７が、一対の載置台ガイド軸４４に案内されながら、Ｚ軸方向に移動する。Ｚ軸駆動モータ４１は、Ｚ軸座標検知機構４３の検知結果に基づいて制御される。
【００１３】
三次元造形装置１には、載置台７を加熱する台加熱部４００を設けて、載置台７を規定の温度に加熱するのが好ましい。載置台７を規定の温度に加熱することで、造形中に載置台７上の造形材層が冷えるのを抑制する。これにより、造形材層の冷えによる伸縮を抑制して、造形物の反りなどの発生を抑制することができる。
【００１４】
筐体１０の外側面には、細長いワイヤー形状のＡＢＳ樹脂やＰＬＡ樹脂等の熱可塑性樹脂からなる造形材料たるフィラメント３０を巻き付けたリール３１が回転自在に取り付けられている。リール３１は、フィラメント３０を送り出すエクストルーダ２５によって引っ張られて回転することで、巻き取られたフィラメント３０を繰り出す。
【００１５】
処理空間内における載置台７の上方には、造形モジュール１００が設けられている。造形モジュール１００は、吐出手段としての造形ヘッド２０、保持手段としての回転テーブル８２、支持部材２８などを有している。
【００１６】
造形ヘッド２０は、フィラメント３０を送り出す導入部としてのエクストルーダ２５、フィラメント３０を冷却する冷却部としての冷却ブロック２４、フィラメント３０を加熱して溶融させる加熱ブロック２２、溶融したフィラメント３０が押し出される押し出し部としてのノズル２１などを備えている。三次元造形装置１は、溶融状態のフィラメント３０をノズル２１から押し出すようにして吐出することにより、載置台７上に硬化した造形材料からなる層を順次積層して、三次元造形物を造形する。
【００１７】
造形モジュール１００においては、二個の造形ヘッド２０がＹ軸方向に並んで設けられており、造形ヘッドのノズル以外は、一体化されている。造形ヘッド２０は、回転テーブル８２に保持されており、回転テーブル８２は、回転自在に支持部材２８に取り付けられている。
【００１８】
二個の造形ヘッド２０のうち、一方の造形ヘッド２０のノズル２１からは、三次元造形物を構成するモデル材となる溶融フィラメントが吐出され、他方の造形ヘッド２０のノズル２１からは、サポート材となる溶融フィラメントが吐出される。サポート材は、通常、三次元造形物を構成するモデル材のフィラメントとは異なる材料で形成され、最終的には三次元造形物から除去される。他方のノズル２１から吐出されたサポート材からなる溶融フィラメントも、モデル材の溶融フィラメントと同様に、層状に順次積層される。
【００１９】
回転テーブル８２は、支持部材２８に回転自在に設けられている。この支持部材２８には、回転テーブル８２を回転させるテーブル回転モータ８３が取り付けられている。回転テーブル８２の外周面には、例えば、外歯が形成されており、テーブル回転モータ８３のモータギヤ８３ａが、回転テーブル８２の外歯と噛み合っている。これにより、テーブル回転モータ８３から駆動力が伝達され、回転テーブル８２が回転する。
【００２０】
支持部材２８には、Ｘ軸方向に延びるＸ軸ガイド軸５４と、Ｘ軸送りネジ５２とが貫通している。支持部材２８のＸ軸送りネジ５２が貫通する貫通穴の内周面には、雌ネジが形成されており、支持部材２８は、Ｘ軸送りネジ５２に螺合している。
【００２１】
筐体上部のＸ軸方向一端（図中左側）には、Ｙ軸ガイド軸６４が設けられており、筐体上部のＸ軸方向他端（図中右側）には、Ｙ軸送りネジ６２が設けられている。Ｙ軸ガイド軸６４には、被ガイド部材６６がＹ軸方向に移動可能に取り付けられており、Ｙ軸送りネジ６２には、移動部材６５が螺合している。
【００２２】
被ガイド部材６６は、Ｘ軸ガイド軸５４とＸ軸送りネジ５２の一端を保持している。Ｘ軸送りネジ５２は、被ガイド部材６６に回転可能に保持されている。移動部材６５は、Ｘ軸ガイド軸５４の他端と、Ｘ軸駆動モータ５１と、造形モジュール１００のＸ軸方向の位置を検知するＸ軸座標検知機構５３とを保持している。Ｘ軸送りネジ５２の他端は、Ｘ軸駆動モータ５１に接続されている。これにより、造形ヘッド２０等を支持する支持部材２８が、Ｘ軸ガイド軸５４とＸ軸送りネジ５２によって架け渡された状態で、Ｙ軸送りネジ６２とＹ軸ガイド軸６４とに保持される。
【００２３】
Ｙ軸送りネジ６２の一端は、送りネジ保持部６１ａに回転自在に支持されており、他端は、筐体１０の側面に取り付けられたＹ軸駆動モータ６１に接続されている。送りネジ保持部６１ａには、造形モジュール１００のＹ軸方向の位置を検知するＹ軸座標検知機構６３が取り付けられている。
【００２４】
Ｙ軸駆動モータ６１によってＹ軸送りネジ６２が回転駆動することで、Ｙ軸送りネジ６２に螺合された移動部材６５がＹ軸方向に移動する。これにより、Ｘ軸ガイド軸５４とＸ軸送りネジ５２を介して移動部材６５に保持された造形モジュール１００がＹ軸ガイド軸６４にガイドされながら、Ｙ軸方向に移動する。Ｙ軸駆動モータ６１は、Ｙ軸座標検知機構６３の検知結果に基づいて制御される。
【００２５】
Ｘ軸送りネジ５２がＸ軸駆動モータ５１の駆動力を受けて回転駆動すると、造形モジュール１００がＸ軸送りネジ５２に螺合された支持部材２８とともにＸ軸ガイド軸５４にガイドされながらＸ軸方向に移動する。Ｘ軸駆動モータ５１は、Ｘ軸座標検知機構５３の検知結果に基づいて制御される。
【００２６】
筐体１０内には、造形ヘッド２０のノズル２１を清掃するためのノズル清掃部７０が設けられている。溶融したフィラメント３０の吐出を連続で続けると、ノズル２１からの溶融フィラメントの垂れやノズル２１に付着する残留フィラメントによってノズル周辺が汚れ、適切な吐出動作を妨げるおそれがある。そのため、定期的にノズルの清掃を行う必要がある。
【００２７】
ノズル清掃部７０は、載置台７のＸ軸方向一端に設けられており、主にノズル２１の残留フィラメントなどの異物を除去するためのブラシ７１と、ブラシ７１を回転させるブラシモータ７２と、ブラシ７１によって除去された異物を回収する回収ボックス７３とを有している。
【００２８】
ノズル２１の清掃は、次のようにして行われる。まず、載置台７および造形モジュール１００を移動させて、ノズル２１をブラシ７１に接触させる。そして、ブラシモータ７２によってブラシ７１を回転させて、ノズル２１に付着している残留フィラメントなどの異物を除去する。好ましくは、ノズル２１に付着した残留フィラメントの温度が下がりきらないうちにクリーニングした方が固着の観点からは好ましい。ブラシ７１としては、耐熱性樹脂を用いることが好ましい。
【００２９】
ノズル２１から除去された異物は、回収ボックス７３に落下し、回収ボックス７３に回収される。回収ボックス７３は、載置台７に対して着脱可能に設けられており、載置台７から取り外された回収ボックス７３に収容される異物は、作業者によって定期的にボックス内から取り除かれる。この三次元造形装置１では、筐体１０内に回収ボックス７３を設けているが、筐体１０外に設け、ブラシ７１によってノズル２１から除去された異物を例えば、吸引機などにより、筐体１０外に設けた回収ボックス７３に搬送するようにしてもよい。
【００３０】
図３は、造形ヘッド２０の概略を示す縦断面図である。造形ヘッド２０は、フィラメント３０をノズル２１に向けて送り出すエクストルーダ２５、フィラメント３０を冷却する冷却ブロック２４、フィラメント３０を加熱して溶融させる加熱ブロック２２、溶融したフィラメント３０を吐出するノズル２１等を有している。冷却ブロック２４と加熱ブロック２２との間には、冷却ブロック２４を通過したフィラメント３０を、加熱ブロック２２に向けて案内するガイドブロック２３が配設されている。加熱ブロック２２、ガイドブロック２３、冷却ブロック２４のそれぞれには、エクストルーダ２５から送り出されたフィラメント３０をノズル２１まで移送するための移送路２６が形成されている。
【００３１】
加熱ブロック２２は、フィラメント３０を加熱する加熱部たる熱源２２ａと、熱源２２ａにより加熱されたフィラメント３０の温度を検知する温度検知部たる熱電対２２ｂとを有している。熱電対２２ｂは、フィラメント３０が移送される移送路２６を挟んで熱源２２ａが配置された側とは反対側に配置されている。加熱ブロック２２は、移送路２６内のフィラメント３０を加熱して溶融させる。そして、溶融した溶融フィラメント３０ａがノズル２１に移送される。
【００３２】
加熱ブロック２２からの熱は、移送路２６内のフィラメント３０だけでなく、そのフィラメント３０よりも移送方向上流側に存在するフィラメント３０にも伝搬する。このフィラメント３０が加熱されて溶融することは好ましくない。
【００３３】
具体的には、加熱ブロック２２による加熱処理を停止又は中断すると、移送路２６内の溶融したフィラメント３０が移送路２６内で固化する。その後、加熱ブロック２２による加熱処理が再開されると、移送路２６内で溶融、固化した履歴のあるフィラメント３０は、迅速に再溶融する。一方、移送路２６よりも移送方向上流側でフィラメント３０が溶融、固化したとする。このフィラメント３０が加熱再開後に再溶融するのにはある程度の時間を要することから、ノズル２１まで移送されずに途中で詰まってしまう。このため、加熱ブロック２２によるフィラメント３０への熱伝搬範囲を移送路２６よりも移送方向上流側にできる限り拡げないようにして、前述の詰まりを抑制することが重要である。
【００３４】
そこで、加熱ブロック２２の移送路２６よりも移送方向上流側には、冷却ブロック２４が設けられている。冷却ブロック２４は、アルミニウムなどの伝熱性の高い材料からなり、冷媒が流れる流路２４ａが、冷却ブロック２４の移送路２６の周囲に設けられている。冷却ブロック２４は、その内部にある移送路のフィラメント３０の熱を流路２４ａに流れる冷媒へ移動させて冷却する。これにより、加熱ブロック２２の移送路２６よりも移送方向上流側の箇所のフィラメント３０を加熱ブロック２２からの熱伝搬によって溶融させるのを防止する。
【００３５】
加熱ブロック２２と冷却ブロック２４との間に配設されたガイドブロック２３は、断熱性の材料からなり、加熱ブロック２２の熱がフィラメント移送方向上流側に伝搬するのを抑制している。これにより、加熱ブロック２２の移送路２６よりも移送方向上流側の箇所のフィラメント３０が加熱ブロック２２からの熱伝搬によって溶融させるのをより一層抑制している。加えて、加熱ブロック２２からの熱を移送路２６の箇所とは異なる箇所のフィラメント３０に伝搬することを抑制することで、移送路２６内のフィラメント３０を効率良く加熱することができる。
【００３６】
エクストルーダ２５には、一対の送りローラ２５ａが設けられており、移送路２６に向けてフィラメント３０を送り込む。加熱ブロック２２で加熱されて溶融した溶融フィラメント３０ａは、エクストルーダ２５の送り力を受けてノズル２１から吐出する。
【００３７】
一方の造形ヘッド２０のエクストルーダ２５と、他方の造形ヘッド２０のエクストルーダ２５とは、同じものであり、一つのエクストルーダ２５でそれぞれの造形ヘッド２０内のフィラメント３０を送り出す。また、一方の造形ヘッド２０の冷却ブロック２４と、他方の造形ヘッド２０の冷却ブロック２４とは、同じものであり、一つの冷却ブロック２４でそれぞれの造形ヘッド２０内のフィラメント３０を冷却する。また、一方の造形ヘッド２０のガイドブロック２３と、他方の造形ヘッド２０のガイドブロック２３とは、同じものであり、一つのガイドブロック２３でそれぞれの造形ヘッド２０内のフィラメント３０をガイドする。また、一方の造形ヘッド２０の加熱ブロック２２と、他方の造形ヘッド２０の加熱ブロック２２は、同じものであり、一つの加熱ブロック２２でそれぞれの造形ヘッド２０内のフィラメント３０を加熱する。
【００３８】
図４は、三次元造形装置１における電気回路の一部を制御パラメーターとともに示すブロック図である。また、図５は、同電気回路の一部を、制御パラメーター及び造形モジュール１００とともに示すブロック図である。これらの図において、制御手段たる制御装置２００は、演算手段たるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）４０２、データ記憶手段であるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）４０４、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）４０６、不揮発メモリー４０８等から構成される。そして、各種の演算処理や、制御プログラムの実行を行う。
【００３９】
図中の符号９０は、駆動部であり、駆動部９０は、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸駆動モータ４１，５１，６１、テーブル回転モータ８３、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸座標検知機構４３，５３，６３などで構成されている。
【００４０】
制御装置２００は、データ生成部２０１、加熱温度制御部２０２、押し出し量制御部２０３、駆動制御部２０４、表面処理制御部２０５などを有している。データ生成部２０１は、三次元造形装置１に対して有線あるいは無線でデータ通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等の外部装置から入力される造形物データに基づいて、上下方向に分解された多数の層のデータ（造形用のスライスデータ）を生成する。各層に対応するスライスデータは、三次元造形装置１の造形ヘッド２０から吐出されるフィラメント３０によって形成される各層に対応しており、それぞれの層の厚みは、三次元造形装置１の能力に応じて適宜設定される。なお、外部装置でスライスデータを生成し、三次元造形装置１にスライスデータが入力されるようにしてもよい。
【００４１】
スライスデータは、例えばG-codeという「.gcode」の拡張子を持つテキストデータであり、本体の準備動作、終了動作を除くと、「.gcode」は基本的には、１．造形物の頂点座標のデータ、２．その各々の頂点まで動く速度データ、３．フィラメントを送り出す速度データの３つから構成されている。前述した３．フィラメントを送り出す速度データには、送り出し開始タイミングや停止タイミングのデータが含まれている。また、データ生成部２０１は、上記に加えて、加熱温度データなどを生成する。
【００４２】
加熱温度データは、加熱温度制御部２０２へ送信される。加熱温度制御部２０２は、データ生成部２０１から送られた設定加熱温度となるように、熱電対２２ｂによる温度の検知結果に基づいて加熱ブロック２２の熱源２２ａをフィードバック制御する。
【００４３】
先端ノズルの温度の安定性を確保するために、加熱温度制御部２０２はフィラメント送り出し動作開始よりも先に動作を開始し、フィラメント送り出し動作開始時に、設定加熱温度に加熱しておくのが好ましい。具体的には、フィラメント３０の送り出しを開始するデータや、造形物の頂点座標のデータ等に基づいて、フィラメント送り出し動作開始タイミングを予測して、熱源２２ａを制御するフィードフォワード制御を実行することが好ましい。なお、熱電対２２ｂが設定加熱温度に達したことを検知したら、造形動作を開始するフィードバック制御でもよい。
【００４４】
G-codeの３．フィラメントを送り出す速度データは、押し出し量制御部２０３へ送られる。押し出し量制御部２０３は、データ生成部２０１から送られてきたフィラメント送り速度となるように、エクストルーダ２５を制御する。また、押し出し量制御部２０３は、ノズル２１からのフィラメント３０の吐出を停止する前（エクストルーダ２５の駆動停止前）に、エクストルーダ２５を逆回転させ、フィラメント３０を引き込む吸い込み動作を行うことが好ましい。かかる動作を行うことで、ノズル２１からのフィラメントの垂れを抑制することができ、造形物の形状精度を向上させることが出来る。
【００４５】
G-codeの上記１．造形物の頂点座標のデータ、上記２．その各々の頂点まで動く速度データは、駆動制御部２０４に送られる。駆動制御部２０４は、データ生成部２０１から送られてきた上記１．造形物の頂点座標のデータ、上記２．その各々の頂点まで動く速度データに基づいて、各モータ４１，５１，６１，８３を制御する。また、駆動制御部２０４は、動作不備が生じないように、各座標検知機構４３，５３，６３の検知結果に基づいて、目標座標点へと移動するフィードバック制御を行う。
【００４６】
押し出し量制御部２０３は、駆動制御部２０４と同期がとられており、造形ヘッド２０の動きに応じて、フィラメント３０の押し出し量（送り速度）および、フィラメント３０の送り開始／停止が制御される。また、表面処理制御部２０５も、駆動制御部２０４と同期がとられており、造形ヘッド２０の動きに応じて表面処理装置電源８５のＯＮ／ＯＦＦが制御される。
【００４７】
ユーザーの指示操作等により造形をスタートすると、まず、加熱ブロック２２の熱源２２ａへの通電をＯＮにし、造形物データに基づいてデータ生成部２０１が生成した加熱温度に加熱する。また、駆動制御部２０４によりＺ軸駆動モータ４１を制御して、載置台７を所定の待機位置（例えば最下点）から上昇させて、造形位置に移動させる。
【００４８】
載置台７について造形位置に到達したことを検知したＺ軸座標検知機構４３は、Ｚ軸駆動モータ４１を停止し造形処理に移行する。造形処理では、まず、最下層（第一層）のスライスデータに基づいて、載置台７の表面に最下層の造形材層を作成する。具体的には、最下層（第一層）のスライスデータ、Ｘ軸座標検知機構５３の検知結果、及びＹ軸座標検知機構６３の検知結果に基づいて、駆動制御部２０４によりＸ軸駆動モータ５１及びＹ軸駆動モータ６１を制御する。これにより、造形ヘッド２０のノズル２１の先端を目標位置（Ｘ−Ｙ平面上の目標位置）に順次移動させる。また、駆動制御部２０４の駆動制御に同期して、押し出し量制御部２０３によりスライスデータに基づいてエクストルーダ２５を制御してノズル２１よるフィラメント３０の送り出しを実行する。これにより、造形ヘッド２０のノズル２１の先端を目標位置に順次移動させながら、ノズル２１からフィラメントが吐出され、載置台７上に、最下層（第一層）のスライスデータに従った造形材層が形成される。なお、三次元造形物を構成しないサポート材も一緒に作成する場合もある。
【００４９】
最下層（第一層）のスライスデータに従った最下層の造形処理（単位層造形動作）が終了したら、駆動制御部２０４は、Ｚ軸座標検知機構４３の検知結果に基づいて、Ｚ軸駆動モータ４１を制御して、造形材層の一層分に相当する距離だけ載置台７を下降させる。その後、第二層のスライスデータに基づいて、駆動制御部２０４によりＸ軸駆動モータ５１及びＹ軸駆動モータ６１を制御し、造形ヘッド２０のノズル２１の先端を目標位置に順次移動させる。これと同時に、押し出し量制御部２０３によりエクストルーダ２５を制御してノズル２１よりフィラメント３０の送り出しを行う。これにより、載置台７に形成されている最下層の上に、スライスデータに従った第二層のが形成される。
【００５０】
このようにして、Ｚ軸駆動モータ４１を制御して、載置台７を順次下降させながら、下層から順に造形材料からなる層を積層する動作を繰り返して、三次元の造形データに従った三次元造形物を載置台７上に造形する。三次元造形物の造形を終えたら、Ｚ軸駆動モータ４１を制御して、待機位置まで下降させる。
【００５１】
図６は、造形ヘッド（２０）の先端部と、造形材料たる溶融フィラメント（３０ａ）によって形成される層と示す側面図である。同図においては、形成済みの最下層ｍ１の上に、第二層ｍ２を構成する造形部を形成するための溶融フィラメント（３０ａ）がノズル２１から吐出されている過程を示している。
【００５２】
ノズル２１は図中白抜き矢印の方向に移動しながら溶融フィラメント（３０ａ）を吐出する。これにより、図中白抜き矢印の方向に延在するフィラメント（３０）からなる細長い造形部が形成される。この造形部が、同図の紙面に直交する方向に複数並ぶ形態で形成されることで、複数の造形部による層構造を具備する層（ｍ１、ｍ２）が形成される。
【００５３】
同図では、ノズル２１を図中矢印Ｘ１方向に移動させながら溶融フィラメント（３０ａ）をノズル２１から吐出して造形部を形成している。この矢印Ｘ１方向は、図２におけるＸ軸に沿った一方側から他方側に向かう方向である。矢印Ｘ１方向とは正反対の方向は、図２に示されるように矢印Ｘ２方向である。また、後述するＹ１方向は、Ｙ軸に沿った一方側から他方側に向かう方向である。
【００５４】
三次元造形装置１は、複数の造形部を一筆書きの形態で形成する。この一筆書きにおける基本動作は、次の通りである。即ち、図６において、形成中の造形部を矢印Ｘ１方向の端部まで形成した三次元造形装置１は、次に、ノズル２１を矢印Ｙ１方向（図２参照）に移動させる。そして、今度はノズル２１を矢印Ｘ２方向（図２参照）に移動させながら、ノズル２１から溶融フィラメント（３０ａ）を吐出して、先に形成した造形部の矢印Ｙ１方向の隣で造形部の形成を開始する。この造形部を矢印Ｘ２方向の端部まで形成した三次元造形装置１は、ノズル２１を矢印Ｙ１方向に移動させた後、今度はノズル２１を矢印Ｘ１に移動させながら、ノズル２１から溶融フィラメント（３０ａ）を吐出して、次の造形部の形成を開始する。基本的には、このような基本動作を繰り返すが、基本動作とは異なる動作を行うこともある。この動作については後述する。
【００５５】
図７は、従来の三次元造形物の各層の一部を拡大して示す拡大斜視図である。この三次元造形物の最下層においては、Ｘ軸方向に延在する複数の造形部５０１がＹ軸方向に隙間無く並んで層構造の一部である扁平部を形成している。一本目の造形部５０１ａ、その隣にある二本目の造形部５０１ｂ、その隣にある三本目の造形部５０１ｃ・・・という順で、各造形部５０１が形成されたものである。一本目の造形部５０１ａの上面において、二本目の造形部５０１ｂの側の端部には、二本目の造形部５０１ｂから垂れ下がった庇のような部分が覆い被さっている。これは、二本目の造形部５０１ｂを構成する溶融フィラメント（３０ａ）が固化する前に、重力によって一本目の造形部５０１ａの上面に垂れ落ちたものである。
【００５６】
二本目の造形部５０１ｂの上面において、三本目の造形部５０１ｃの側の端部には、三本目の造形部５０１ｃから垂れ下がった庇のような部分が覆い被さっている。これは、三本目の造形部５０１ｃを構成する溶融フィラメント（３０ａ）が固化する前に、重力によって二本目の造形部５０１ｂの上面に垂れ落ちたものである。このように、最下層ｍ１においては、先に形成された造形部５０１の上面の端部に、後に形成された造形部５０１から垂れ下がる庇のような部分が覆い被さっている。最下層ｍ１について説明したが、他の層においても、同様に、先に形成された造形部５０１の上面の端部に、後に形成された造形部５０１から垂れ下がる庇のような部分（以下、「庇部」という）が覆い被さっている。
【００５７】
最下層ｍ１における一本目の造形部５０１ａの上には、第二層ｍ２における一本目の造形部５０１ａが形成される。両者はある程度の固着力で固着しているが、互いに異なるタイミングで固化しているため、その固着力は比較的弱い。このため、Ｘ軸−Ｙ軸の平面方向に対する外力に対してはある程度の耐久性を発揮するものの、Ｚ軸方向（層厚み方向）の外力に対しては脆弱である。
【００５８】
また、最下層ｍ１における一本目の造形部５０１ａと第二層ｍ２における一本目の造形部５０１ａとの間には、最下層ｍ１における二本目の造形部５０１ｂの「庇部」が介在している。この「庇部」の周囲には、図示のような空隙５０２が形成され易くなる。Ｚ方向の外力が付与されると、その空隙５０２が剥離基点となって、空隙５０２に近い位置から遠い位置に向けて順に、界面が剥離していく。具体的には、第二層ｍ２における一本目の造形部５０１ａと、最下層ｍ１における一本目の造形部５０１ａの上面との剥離や、第二層ｍ２における一本目の造形部５０１ａと、最下層ｍ１における二本目の造形部５０１ｂの「庇部」上面との剥離が発生していく。一本目の造形部５０１ａの剥離破壊について説明したが、二本目、三本目・・・についても同様に、Ｚ軸方向の外力によって剥離破壊を引き起こし易い。
【００５９】
このような剥離破壊の発生を抑える対策の一つとして、フィラメント（３０）の加熱温度をより高くしたり、ノズル２１の周囲温度をより高くしたりすることが考えられる。しかしながら、高温化に伴って溶融フィラメント（３０ａ）の粘性を低下させて、固化前の造形部５０１を所望の形状に維持することが困難になることから、造形精度を低下させてしまう。
【００６０】
また、高温化をせずに、造形速度をより高くして、下層の造形部５０１を形成してから、その造形部の上に上層の造形部５０１を重ねるまでにおける前者の造形部５０１の温度低下量を少なくする対策もある。しかしながら、上昇の造形部５０１を重ねるまでに要する時間は三次元造形物のサイズに左右されるので、大型の三次元造形物では、どうしても上下の造形部５０１の温度差が大きくなってしまう。また、造形速度に比例して溶融フィラメント（３０ａ）の粘弾性は、低下する。一般的には造形速度を上げると、溶融フィラメント（３０ａ）のせん断応力を高めて樹脂配向性の異方性が高めることから、樹脂の強度を弱めてしまう。
【００６１】
次に、実施形態に係る三次元造形装置１や三次元造形物の特徴的な構成について説明する。図８は、実施形態に係る三次元造形物６００の各層の一部を拡大して示す拡大斜視図である。この三次元造形物６００の各層も、短手方向（Ｙ軸方向）に並ぶ複数の造形部を有している。但し、造形部の並び方や、造形部の形状が上層と下層とで異なっている。
【００６２】
最下層ｍ１は、横断面が矩形状の細長い第一造形部６０１（６０１ａ，ｂ、ｃ・・・）を複数具備しているが、それらの第一造形部６０１は短手方向（Ｙ軸方向）に並んでいる。但し、互いに隣り合う第一造形部６０１は互いに接触しておらず、間隙６０５を介して隣り合っている。このように、最下層ｍ１は、造形部たる第一造形部６０１を、互いに間隙６０５を介して短手方向に複数並べて形成した第一造形層になっている。第三層ｍ３、第五層ｍ５も同様の第一造形層になっている。
【００６３】
最下層ｍ１に直接重なっている第二層ｍ２は、第一造形層たる最下層ｍ１と、第一造形層たる第三層ｍ３との間に挟まれている。この第三層ｍ３を構成する造形部たる細長い第二造形部６０２（６０２ａ、６０２ｂ・・・）は、最下層ｍ１の間隙６０５と、第三層ｍ３の間隙６０５とを跨いでいる。そして、自らが跨いでいる、最下層ｍ１の間隙６０５と、第三層ｍ３の間隙６０５とのそれぞれの中に自らの一部を突出（進入）させる形状になっている。
【００６４】
一本目の第二造形部６０２ａと、二本目の第二造形部６０２ｂとは、その上下にある二本目の第一造形部６０１ｂの短手方向の中央付近で互いに接触している。なお、同図では示されていないが、二本目の第二造形部６０２ｂは、その上下にある三本目の第一造形部６０１ｃの短手方向の中央付近で、三本目の第二造形部にも接触している。つまり、第二造形部６０２は、短手方向において、両隣の第二造形部６０２のそれぞれに接触している。このように、第二層ｍ２は、複数の第二造形部６０２を、互いに短手方向に並べて繋げた第二造形層になっている。第四層ｍ４も、第二層ｍ２と同様の第二造形層になっている。
【００６５】
三次元造形物６００では、奇数番目の層（ｍ１、ｍ３、ｍ５・・・）が第一造形層である一方で、偶数番目の層（ｍ２、ｍ４・・・）が第二造形層である。つまり、第一造形層と第二造形層とが交互に積層された形態になっている。互いに第一造形層（例えばｍ３）を介して重なり合う二つの第二造形層（例えばｍ２、ｍ４）におけるそれぞれの第二造形部６０２は、両者間の第一造形層（例えばｍ３）の間隙６０５を通じて互いに繋がっている（接触している）。なお、互いの間に存在する第一造形層の間隙６０５におけるそれぞれの中で上下の第二造形部６０２を互いに繋げることに代えて、第二造形部６０２の上下の突出部のうち、一方だけを間隙６０５内で繋げ、他方については、間隙６０５の外で繋げてもよい。
【００６６】
第二造形部６０２は、第一造形部６０１とは異なって間隙６０５を形成しない分だけ、第一造形部６０１に比べてＹ軸方向の長さが大きくなっている。
【００６７】
本発明者らは、実施形態に係る三次元造形物６００（図８）と、図７に示される従来の三次元造形物とを実際に作成し、それぞれについて、Ｚ軸方向の外力に対する耐久性を調べる実験を行った。以下、実施形態に係る三次元造形物６００として作成したものを実施実験例という。また、従来の三次元造形物として作成したものを比較実験例という。
【００６８】
実施実験例と、比較実験例とは、互いに大きさ、形状が同じものである。形状としては、図９に示されるようなダンベル形状を採用した。造形の過程でダンベル形状に仕上げると、ダンベル形状のくびれの部分で、積層痕が残って、その部分に応力が集中してしまうことから、まずは、図１０に示されるような角箱状の三次元造形物を造形した。そして、その三次元造形物を切削加工によってその六面の全てを表面フライスし、且つ、ダンベル形状のくびれの部分を切削した。
【００６９】
実施実験例としては、造形材料としてＡＢＳ樹脂を用いた第一実施実験例、及び第二実施実験例と、造形材料としてＰＬＡ樹脂を用いた第三実施実験例、及び第四実施実験例とを作成した。また、比較実験例としては、造形材料としてＡＢＳ樹脂を用いた第一比較実験例と、造形材料としてＰＬＡ樹脂を用いた第二比較実験例とを作成した。そして、それらの実施実験例、比較実験例のそれぞれについて、層厚み方向（Ｚ軸方向）の破断強度［ＭＰａ］を測定した。測定には、オートグラフ  ＡＧＳ―５ｋＮＸ（島津製作所製）を用いた。
【００７０】
・第一比較実験例
造形材料としてＡＢＳ樹脂からなるフィラメント（３０）を用いた第一比較実験例については、次のようにして作成した。フィラメント（３０）として、ＡＢＳ樹脂からなる直径＝１.７５［ｍｍ］の棒状のものを用いた。また、エクストルーダ２５として、直径＝１２［ｍｍ］のＳＵＳ３０４製のローラを二本並べて用いた。また、ノズル２１として、真鍮製で、先端の開口径が０．４［ｍｍ］であるものを用いた。造形ヘッド２０内のフィラメント通路については、直径２．５［ｍｍ］のものを採用した。加熱ブロック２２内の移送路２６の直径も２．５［ｍｍ］である。
【００７１】
冷却ブロック２４として、ＳＵＳ３０４製で、内部に導水管を這わせたものを用い、導水管を冷水循環装置に接続した。冷水循環装置の温度設定を１０［℃］とした。また、加熱ブロック２２として、冷却ブロック２４と同様の構成のものを用い、その導水管を流体循環装置に接続した。加熱ブロック２２の導水管の中にカードリッジヒータを配設し、このカートリッジヒータに対する電源供給を熱電対２２ｂの検知結果に基づいてオンオフ制御した。カードリッジヒータの設定温度は２４０［℃］とした。
【００７２】
造形の形状は、高さ４０［ｍｍ］、幅１７［ｍｍ］、奥行き５［ｍｍ］の直方体とし、造形時のノズル２１の走査速度を１０［ｍｍ／ｓｅｃ］とした。また、載置台７の設定温度を１３０［℃］とした。また、三次元造形物の積層方向の解像度に直接的な影響を与えるＺ軸方向の層厚みを０．２０［ｍｍ］とした。なお、層構造としては、図７に示される従来の層構造を採用した。
【００７３】
造形した角箱状の三次元造形物を切削加工によってその六面の全てを表面フライスし、且つ、ダンベル形状のくびれの部分を切削して、第一比較実験例を得た。
【００７４】
・第一実施実験例
層構造として、図８に示される実施形態の層構造を採用した点の他は、第一比較実験例と同様の手順で、第一実施実験例を作成した。第一造形層の間隙６０５については、０．１０［ｍｍ］とした。なお、第二造形層の第二造形部６０２を形成するときには、第一造形層の第一造形部６０１を形成するときに比べて、溶融フィラメント（３０ａ）の単位時間当たりの吐出量を１．５倍にした。これにより、同じ走査速度（１０ｍｍ／ｓｅｃ）でノズル２１を移動させながら、第一造形部６０１よりも単位長さの体積が大きい第二造形部６０２を造形できるようにした。
【００７５】
・第二実施実験例
次に掲げる点の他は、第一実施実験例と同様の手順で、第二実施実験例を作成した。即ち、第一造形層の間隙６０５については、０．１２［ｍｍ］とした。また、第二造形層の第二造形部６０２を形成するときには、第一造形層の第一造形部６０１を形成するときに比べて、溶融フィラメント（３０ａ）の単位時間当たりの吐出量を１．７倍にした。
【００７６】
第一比較実験例、第一実施実験例、及び第二実施実験例における実験結果を次の表１に示す。
【表１】
2019142089.tif 000003
【００７７】
表１に示されるように、実施形態に係る三次元造形物である第一実施実験例や第二実施実験例では、従来の層構造の三次元造形物である第一比較実験例に比べて、Ｚ軸方向（積層方向）の破断強度を二倍以上高めることができている。
【００７８】
・第二比較実験例
造形材料としてＰＬＡ樹脂からなるフィラメント（３０）を用いた第二比較実験例を、次のようにして作成した。フィラメント（３０）として、直径＝１．７５［ｍｍ］の棒状のものを用いた。また、エクストルーダ２５として、直径＝１２［ｍｍ］のＳＵＳ３０４製のローラを二本並べて用いた。また、ノズル２１として、真鍮製で、先端の開口径が０．４［ｍｍ］であるものを用いた。造形ヘッド２０内のフィラメント通路については、直径２．５［ｍｍ］のものを採用した。加熱ブロック２２内の移送路２６の直径も２．５［ｍｍ］である。
【００７９】
冷却ブロック２４として、ＳＵＳ３０４製で、内部に導水管を這わせたものを用い、導水管を冷水循環装置に接続した。冷水循環装置の温度設定を１０［℃］とした。また、加熱ブロック２２として、冷却ブロック２４と同様の構成のものを用い、その導水管を流体循環装置に接続した。加熱ブロック２２の導水管の中にカードリッジヒータを配設し、このカートリッジヒータに対する電源供給を熱電対２２ｂの検知結果に基づいてオンオフ制御した。カードリッジヒータの設定温度は２１０［℃］とした。
【００８０】
造形の形状は、高さ４０［ｍｍ］、幅１７［ｍｍ］、奥行き５［ｍｍ］の直方体とし、造形時のノズル２１の走査速度を１０［ｍｍ／ｓｅｃ］とした。また、載置台７の設定温度を１００［℃］とした。また、三次元造形物の積層方向の解像度に直接的な影響を与えるＺ軸方向の層厚みを０．２０［ｍｍ］とした。なお、層構造としては、図７に示される従来の層構造を採用した。
【００８１】
造形した角箱状の三次元造形物を切削加工によってその六面の全てを表面フライスし、且つ、ダンベル形状のくびれの部分を切削して、第二比較実験例を得た。
【００８２】
・第三実施実験例
層構造として、図８に示される実施形態の層構造を採用した点の他は、第二比較実験例と同様の手順で、第三実施実験例を作成した。第一造形層の間隙６０５については、０．１０［ｍｍ］とした。なお、第二造形層の第二造形部６０２を形成するときには、第一造形層の第一造形部６０１を形成するときに比べて、溶融フィラメント（３０ａ）の単位時間当たりの吐出量を１．５倍にした。
【００８３】
・第四実施実験例
次に掲げる点の他は、第三実施実験例と同様の手順で、第四実施実験例を作成した。即ち、第一造形層の間隙６０５については、０．１２［ｍｍ］とした。また、第二造形層の第二造形部６０２を形成するときには、第一造形層の第一造形部６０１を形成するときに比べて、溶融フィラメント（３０ａ）の単位時間当たりの吐出量を１．７倍にした。
【００８４】
第二比較実験例、第三実施実験例、及び第四実施実験例における実験結果を次の表２に示す。
【表２】
2019142089.tif 000004
【００８５】
表２に示されるように、実施形態に係る三次元造形物である第三実施実験例や第四実施実験例では、従来の層構造の三次元造形物である第二比較実験例に比べて、Ｚ軸方向（積層方向）の破断強度を１．４倍以上高めることができている。
【００８６】
表１に示される第一比較実験例と、表２に示される第二比較実験例とで、物理的に異なる点は、造形材料の違いだけである。また、表１に示される第一実施実験例と、表２に示される第三実施実験例とで、物理的に異なる点も、造形材料の違いだけである。また、表１に示される第二実施実験例と、表２に示される第四実施実験例とで、物理的に異なる点も、造形材料の違いだけである。これらのことから、同じ造形材料で構成され、同じサイズ且つ同じ寸法の三次元造形物であれば、従来の層構造のものに比べて、実施形態に係る三次元造形物６００の方が、Ｚ軸方向の外力に対する耐久性を大幅に向上させ得ることがわかる。
【００８７】
このように実施形態に係る三次元造形物のＺ軸方向の外力に対する耐久性を従来の三次元造形物に比べて高めることができた理由は、次のように考えられる。即ち、従来の三次元造形物においては、互いに積層方向に直接重なっている上層と下層との界面が、Ｘ−Ｙ平面だけになる。このＸ−Ｙ平面からなる界面は、Ｚ軸方向の外力が加えられると、図７に示される空隙５０２を基点にして、剥離を引き起こし易い。これに対し、実施形態に係る三次元造形物６００では、上層と下層との界面として、Ｘ−Ｙ平面に沿った界面の他に、Ｚ軸方向に沿った界面が形成される。後者の界面は、間隙６０５を形成している第一造形層の第一造形部６０１の側面と、第二造形層の第二造形部６０２における突出部の側面との界面であり、これは間隙６０５内で形成される。第二造形部６０２が形成されるときには、第一造形部６０１が形成されるときに比べて溶融フィラメント（３０ａ）の吐出速度が速くなっており、その溶融フィラメントは吐出後に速やかに固化する。このため、第二造形部６０２の間隙６０５内における突出部の圧力が、第一造形部６０１よりも高くなって、リベットのような役割を果たす。つまり、突出部が間隙内に強固に嵌合した状態になる。この嵌合により、Ｚ軸方向の耐久性（破断強度）が高まっていると考えられる。
【００８８】
図１１は、実施形態に係る三次元造形装置１によって造形された三次元造形物６００（切削加工前）と、これを造形するときの三次元造形装置１のノズル２１におけるＸ−Ｙ平面上での移動軌跡（造形軌跡ともいう、以下：その軌跡をツールパスという）とを示す模式図である。図示の直方体の三次元造形物６００のように、Ｙ軸方向の横断面がＹ軸方向の位置にかかわらず同じになるものを造形する場合には、第一造形層を形成するためのツールパスとして、第一造形層のＺ軸方向の位置にかかわらず同一のものを使用することが可能である。また、第二造形層を形成するためのツールパスも、第二造形層のＺ軸方向の位置にかかわらず同一のものを使用することが可能である。前者のツールパスと、後者のツールパスとを交互に採用することで、第一造形層と第二造形層とを交互に積層することができる。
【００８９】
第一造形層、第二造形層の何れを形成する場合でも、造形開始直後は、図示のように、層平面の外縁に沿わせる形態でノズル２１を一周させながら、第一造形部（６０１）又は第二造形部（６０２）を形成する。このときのノズル２１の動作（以下、層造形初期動作という）が上述した基本動作と異なっている。層造形初期動作を終えると、層平面の外縁よりも内側で、ノズル２１を上述した基本動作で移動させながら、複数の第一造形部（６０１）又は第二造形部（６０２）を造形していく。
【００９０】
同図において、第一造形層を形成するときのツールパスを示す図には、第二造形層を形成するときのルールパスを点線で示している。図示のように、第二造形層の第二造形部（６０２）を形成するときのノズル２１の軌跡（図中点線のうち、Ｘ軸方向に延在する箇所）は、Ｙ軸方向において、第一造形層の第一造形部（６０１）を形成するときのノズル２１の軌跡とは重ならない。具体的には、前者の軌跡は、後者の軌跡におけるＹ軸方向の間隔の中央に位置している。これは、第二造形部（６０２）を形成するときには、その下の第一造形層における間隙６０５のＹ軸方向中心位置で、ノズル２１をＹ軸方向に移動させることを意味している。
【００９１】
三次元造形装置１は、第一造形層を形成するためのツールパスのデータについては、同図中の第一造形層を形成するためのツールパスを実現するように、複数のＸ軸方向の軌跡におけるＹ軸方向のピッチを設定する。また、第二造形層を形成するためのツールパスのデータについては、前述のようなＹ軸方向中心位置でノズル２１をＹ軸方向に移動させるツールパスを実現するように、複数のＸ軸方向の軌跡におけるＹ軸方向のピッチを設定する。前者のツールパスと後者のツールパスとを交互に実施することで、第一造形層と第二造形層とを交互に積層することができる。
【００９２】
また、三次元造形装置１は、第二造形層を形成する場合に、ノズル２１をＸ軸方向に沿って移動させて第二造形部（６０２）を形成するときには、第一造形層の第一造形部（６０１）を形成する場合に比べて、ノズル２１からの単位面積あたりの吐出量を多くする。三次元造形装置１とは異なり、吐出量を同じにする装置では、上下の第一造形層の間隙６０５の中に対する溶融フィラメント（３０ａ）の充填量を不足させて、間隙６０５内のフィラメントの圧力を不足させたり、間隙６０５内に大きな空隙を形成したりする。この結果、Ｚ軸方向の耐久性を向上させることが困難になったり、造形精度を低下させたりしてしまう。
【００９３】
例えば、第一造形層における間隙６０５のＹ軸方向の長さが０．１０［ｍｍ］であり、且つ第一造形部の横断面が０．４０ｍｍ（幅）×０．２０ｍｍ（高さ）であったとする。この場合、三次元造形装置１は、第二造形部（６０２）を形成するときの溶融フィラメント（３０ａ）の単位時間あたりにおける吐出量を、第一造形部（６０１）を形成するときの吐出量の１．５倍程度にする。
【００９４】
三次元造形装置１のタッチパネル等からなる入力操作部には、操作者により、第一造形層を構成する第一造形部（６０１）のＹ軸方向の太さ、間隙６０５のＹ軸方向の長さ、層の厚さなどを入力することが可能である。三次元造形装置１は、それらの入力情報に基づいて、第二造形層を形成するときの各種制御パラメーターを設定する。第二造形層の厚さについては、入力された第一造形層の厚さと同じにする。第二造形部（６０２）を形成するときのＸ軸方向の軌跡におけるＹ軸方向のピッチについては、第一造形層の間隙６０５のＹ軸方向における中心ピッチと同じにする。また、第一造形層の厚さと、間隙６０５の長さとから、第一造形層の断面全体の面積における間隙６０５の面積の占める割合である間隙率ａ［％］を求める。そして、第二造形層の第二造形部（６０２）を形成するときの単位時間あたりの吐出量（第二造形吐出量）について、第一造形層の第一造形部（６０１）を形成するときの単位時間あたりの吐出量（第一造形吐出量）に対する倍数を、次のようにして求める。「倍数＝１＋（ａ／１００）」。その後、第二造形部（６０２）を形成するときの第二造形吐出量を、その倍数に応じた値に設定する。
【００９５】
なお、第二造形吐出量を第一造形吐出量よりも多くすることは、間隙６０５内のフィラメントの圧力を高めてＺ軸方向の破断強度を高めることには有利であるが、多くし過ぎると、造形精度を悪化させてしまう。このため、マシン特性や各層の各寸法に応じた適切な値に設定することが望ましい。
【００９６】
また、熱溶解積層法（ＦＤＭ）によって形成された三次元造形物６００について説明したが、固化前の造形材料を第一造形層の間隙に対してある程度の圧力をかけて吐出しながら固化させる方法であれば、熱溶解積層法に限られるものではない。
【００９７】
以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
［第１態様］
第１態様は、造形材料からなる造形部を複数有する造形層を複数積層した三次元造形物（例えば三次元造形物６００）において、前記造形部たる第一造形部（例えば第一造形部６０１）を、互いに間隙（例えば間隙６０５）を介して複数並べた第一造形層と、二つの前記第一造形層の間に挟まれ、それら二つにおける一方の前記第一造形層の前記間隙と他方の前記第一造形層の前記間隙とを跨ぎ、且つそれら二つの前記第一造形層の前記間隙における少なくとも一方の中に突出する形状の前記造形部たる第二造形部（例えば第二造形部６０２）を複数有する第二造形層と、を交互に積層したことを特徴とするものである。
【００９８】
第１態様においては、本発明者らが行った上述した実験の結果からわかるように、従来の三次元造形物に比べて、造形層の厚み方向の外力に対する耐久性を向上させることができる。
【００９９】
［第２態様］
第２態様は、第１態様において、互いに前記第一造形層を介して重なり合う二つの前記第二造形層におけるそれぞれの前記第二造形部を、前記間隙内を通じて繋げたことを特徴とするものである。かかる構成では、間隙を介した二つの第二造形部の接続により、層厚み方向の外力に対する耐久性を更に向上させることができる。
【０１００】
［第３態様］
第３態様は、第２態様において、互いに前記第二造形層を介して重なり合う二つの前記第一造形層のそれぞれにおける前記間隙の中に対し、前記二つの前記第一造形層に挟まれる前記第二造形部を突出させたことを特徴とするものである。かかる構成では、互いに第二造形層を介して重なり合う二つの第一造形層のそれぞれにおける間隙のうち、一方の間隙だけに第二造形部を突出させる場合に比べて、第二造形部の間隙への突出部による層厚み方向の外力に対する抗力を向上させることができる。
【０１０１】
［第４態様］
第４態様は、第２態様又は第３態様において、互いに前記第二造形層を介して重なり合う二つの前記第一造形層の前記第一造形部を互いに層厚み方向に重ねつつ、前記二つの前記第一造形層の前記間隙を互いに層厚み方向に重ねたことを特徴とするものである。かかる構成では、複数の第一造形層の第一造形部のそれぞれを層平面の同じ座標に位置させ、且つ複数の第二造形層の第二造形部のそれぞれを層平面の同じ座標に位置させる。これにより、第一造形層を形成するときの吐出手段の平面移動軌跡を全ての第一造形層で統一し、且つ第二造形層を形成するときの吐出手段の平面移動軌跡を全ての第二造形層で統一して、造形のときの制御プロセスを簡略化することができる。
【０１０２】
［第５態様］
第５態様は、第１態様、第２態様、第３態様、又は第４態様において、前記第二造形部の横断面積を、前記第一造形部の横断面積よりも大きくしたことを特徴とするものである。かかる構成では、間隙を形成しない第二造形部の数を、間隙を形成する第一造形部の数と同じにすることができる。
【０１０３】
［第６態様］
第６態様は、吐出手段（例えば造形ヘッド２０）から吐出した熱可塑性の造形材料（例えば溶融フィラメント３０ａ）によって造形部をその短手方向に複数並べて形成さした層を複数積層して三次元造形物を造形する三次元造形装置（例えば三次元造形装置１）において、三次元造形物（例えば三次元造形物６００）として、第１態様、第２態様、第３態様、第４態様、又は第５態様を造形することを特徴とするものである。
【０１０４】
［第７態様］
第７態様は、第６態様であって、前記第二造形層の前記第二造形部を形成するときに、前記第一造形層の前記第一造形部を形成するときに比べて、造形材料の単位時間あたりにおける前記吐出手段からの吐出量を多くすることを特徴とするものである。かかる構成では、第二造形部の間隙への突出部における圧不足による層厚み方向の外力に対する耐久性の低下を抑えることができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１：三次元造形装置
２０：造形ヘッド（吐出手段）
３０：フィラメント（造形材料）
３０ａ：溶融フィラメント（造形材料）
６００：三次元造形物
６０１：第一造形部
６０２：第二造形部
６０５：間隙
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０６】
【特許文献１】特開２０１６−１３５５９７号公報
【図１】
2019142089.tif 000005
【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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