(57)【要約】【課題】３次元造形物を展示や陳列する場合に、転倒や傾きを防止し、所望の展示状態を実現することができる３次元造形物、及び、当該３次元造形物の造形方法、並びに、当該造形方法を実行するためのプログラムを提供する。【解決手段】３次元造形物は、立体物の形状を模した立体造形部１０Ａ、１０Ｂと、当該立体造形部１０Ａ、１０Ｂが上面側に設けられた基底部２０と、を有している。ここで、立体造形部１０Ａ、１０Ｂは、重量バランスの不均衡をもたらし、重心の偏りが大きい形状を有している。また、基底部２０の下面側には、当該基底部２０の周縁部２１を除く略全域に肉薄部となる凹部２２が設けられ、当該凹部２２内に、立体造形部１０Ａ、１０Ｂにおける重心の偏りを相殺又は軽減するための肉厚部からなるバランス調整部２３が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元造形物において、
一面側が平板状の基底部と、
前記基底部の前記一面側に、前記基底部と同一の材料により一体的に形成された立体造形部と、
設置面側である前記基底部の他面側に設けられたバランス調整部と、
を有し、
前記バランス調整部は、前記基底部の前記一面側から前記３次元造形物を平面視したときの前記３次元造形物の重心の位置が、前記バランス調整部が設けられていない場合に比べて前記基底部の中央部に近づくよう設定されていることを特徴とする３次元造形物。
【請求項２】
前記基底部の前記他面側には周縁部が設けられ、前記バランス調整部は、前記設置面に対して前記周縁部より突出していないことを特徴とする請求項１記載の３次元造形物。
【請求項３】
前記バランス調整部は、前記基底部の前記他面側に設けられた凹部内に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の３次元造形物。
【請求項４】
前記３次元造形物は、前記バランス調整部が設けられていない場合に、前記基底部の前記一面側から前記３次元造形物を平面視したときの前記３次元造形物の重心の位置が、前記３次元造形物を前記設置面に吊下する際の吊下点を通る垂直線上に位置せず、前記バランス調整部が設けられている場合に、前記基底部の前記一面側から前記３次元造形物を平面視したときの前記３次元造形物の重心の位置が、前記３次元造形物を前記設置面に吊下する際の吊下点を通る垂直線上に位置するよう、前記バランス調整部が設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元造形物。
【請求項５】
前記立体造形部は、内部に中空部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元造形物。
【請求項６】
３次元造形方法において、
一面側が平板状の基底部と、前記基底部の前記一面側に前記基底部と同一の材料の立体造形部と、を形成し、
設置面側である前記基底部の他面側に、前記基底部の前記一面側から前記３次元造形物を平面視したときの前記３次元造形物の重心の位置が、バランス調整部が設けられていない場合に比べて前記基底部の中央部に近づくよう前記バランス調整部を形成することを特徴とする３次元造形方法。
【請求項７】
前記バランス調整部が設けられていない場合に、前記基底部の前記一面側から前記３次元造形物を平面視したときの前記３次元造形物の重心の位置が、前記３次元造形物を前記設置面に吊下する際の吊下点を通る垂直線上に位置せず、前記バランス調整部が設けられている場合に、前記基底部の前記一面側から前記３次元造形物を平面視したときの前記３次元造形物の重心の位置が、前記３次元造形物を前記設置面に吊下する際の吊下点を通る垂直線上に位置するよう、前記バランス調整部を形成することを特徴とする請求項６記載の３次元造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元造形物及び３次元造形方法に関し、特に、展示や掲示する際に適した３次元造形物、及び、当該３次元造形物の造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元の造形物を形成（造形）する方法として、３次元積層造形法（以下、単に「積層造形法」と記す）が知られている。積層造形法は、概略、造形の対象となる３次元造形物の３次元データに基づいて、当該３次元造形物を特定方向に層状に輪切りにした場合の各階層形状を示す階層データを生成し、各階層データに応じた形状にパターニングされた材料層を順次積み重ねていくことにより、３次元造形物を形成するものである。ここで、積層造形方法としては、例えば、光硬化性樹脂を用いる光造形法や、金属や樹脂の粉末を用いる粉末積層法、溶融させた樹脂を堆積させる溶融樹脂堆積法、紙やプラスチックシート又は金属薄板を積層する薄板積層法等が知られている。このような積層造形方法のうち、粉末積層法については例えば特許文献１に詳しく記載されている。
【０００３】
これらの積層造形法は、３次元のＣＡＤ（computer aided design；コンピュータ支援設計）データから直接３次元造形物を製造することができるので、設計や製造現場における３次元ＣＡＤの普及や活用に伴って急速に普及してきた技術である。
【０００４】
上述した各種の積層造形法のうち、粉末積層法は、粉末材料をステージ上面に薄く拡げ、上述した階層データに対応する領域の粉末材料を、バインダ（結合剤）や熱、光硬化物質等により硬化（結合）させて１層分の材料層からなる結合体を形成する工程を、上方に積層しながら繰り返すことにより３次元造形物を形成するものである。この粉末積層法においては、積層された粉末材料の中に３次元造形物が積層されながら形成されていく。したがって、例えば重心の偏った３次元造形物やオーバーハング部分は周辺の未硬化（未結合）の粉末材料により支えられるので、積層造形中に３次元造形物の転倒や損傷を防止するための支持部材や特殊な手法を必要とせず、３次元造形物の形成後に未硬化の粉末材料を除去することにより、簡易かつ良好に３次元造形物を形成することができる、という特長を有している。特に、各層の結合体を形成し、当該結合体相互を各層間で接合（固着）させるための手法として、インクジェットプリンタに用いられるプリンタヘッドから上記のバインダを吐出するインクジェット方式を適用することにより、既に確立されたインクジェットプリンタ技術を用いて、簡易かつ良好に３次元造形物を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３５３７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したような積層造形法により形成される３次元造形物を、台等に配置する際には、次のような問題を有している。すなわち、上述した立体物の形状を模した造形物の場合、上述した粉末積層法等を用いることにより、当該造形物の重心が偏っていたりオーバーハング部分が存在する場合、重心の偏りにより３次元造形物の転倒や傾きが生じて、破損したり所望の展示状態を実現することができないという問題を有していた。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、３次元造形物を配置する場合に、転倒や傾きを防止できる３次元造形物、及び、当該３次元造形物の造形方法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】
【０００８】
本発明に係る３次元造形物は、
３次元造形物において、
一面側が平板状の基底部と、
前記基底部の前記一面側に、前記基底部と同一の材料により一体的に形成された立体造形部と、
設置面側である前記基底部の他面側に設けられたバランス調整部と、
を有し、
前記バランス調整部は、前記基底部の前記一面側から前記３次元造形物を平面視したときの前記３次元造形物の重心の位置が、前記バランス調整部が設けられていない場合に比べて前記基底部の中央部に近づくよう設定されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る３次元造形方法は、
３次元造形方法において、
一面側が平板状の基底部と、前記基底部の前記一面側に前記基底部と同一の材料の立体造形部と、を形成し、
設置面側である前記基底部の他面側に、前記基底部の前記一面側から前記３次元造形物を平面視したときの前記３次元造形物の重心の位置が、バランス調整部が設けられていない場合に比べて前記基底部の中央部に近づくよう前記バランス調整部を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、３次元造形物を配置する場合に、転倒や傾きを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る３次元造形物の第１の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る３次元造形物の造形方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】第１の実施形態に係る３次元造形方法における３次元データ準備工程に適用されるバランス調整方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】第１の実施形態に係る３次元データ準備工程に適用されるバランス調整方法を説明するための概念図である。
【図５】第１の実施形態に係る３次元造形方法における積層造形工程の一例を示すフローチャートである。
【図６】第１の実施形態に係る積層造形工程における基底部及び立体造形部の形成状態を示す概略工程図（その１）である。
【図７】第１の実施形態に係る積層造形工程における基底部及び立体造形部の形成状態を示す概略工程図（その２）である。
【図８】第１の実施形態に係る積層造形工程における基底部及び立体造形部の形成状態を示す概略工程図（その３）である。
【図９】第１の実施形態に係る３次元造形物及び３次元造形方法の作用効果を説明するための第１の比較対象例を示す概略構成図である。
【図１０】第１の本実施形態に係る３次元造形物の他の構成例を示す概念構成図である。
【図１１】本発明に係る３次元造形物の第２の実施形態を示す概略構成図である。
【図１２】第２の実施形態に係る３次元造形物におけるバランス調整方法を説明するための概念図である。
【図１３】第２の実施形態に係る３次元造形物の作用効果を説明するための第２の比較対象例を示す概略構成図である。
【図１４】第２の比較対象例における重心位置と展示状態を説明するための概念図である。
【図１５】本発明に係る３次元造形方法の第３の実施形態を示す概略構成図である。
【図１６】第３の実施形態に係る３次元造形物におけるバランス調整方法を説明するための概念図である。
【図１７】本発明に係る３次元造形方法を実現可能な３次元造形装置の一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る３次元造形物及び３次元造形方法並びにプログラムについて、実施形態を示して詳しく説明する。
＜第１の実施形態＞
（３次元造形物）
まず、本発明に係る３次元造形物について説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る３次元造形物の第１の実施形態を示す概略構成図である。図１（ａ）は、本実施形態に係る３次元造形物の概略構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す３次元造形物におけるＩＢ−ＩＢ線（本明細書においては図１（ａ）中に示したローマ数字の「１」に対応する記号として便宜的に「Ｉ」を用いる。）に沿った断面構造を示す概略断面図である。
【００１４】
本発明に係る３次元造形物の第１の実施形態は、例えば図１（ａ）に示すように、概略、人や動物、物品等の立体物の形状を模した立体造形部１０Ａ、１０Ｂと、当該立体造形部１０Ａ、１０Ｂが離間して図面上面側（一面側）の任意の領域に設けられた基底部２０と、を有している。ここで、立体造形部１０Ａ、１０Ｂ及び基底部２０は、上述した積層造形法を用いて同一の積層材料により一体的に形成されている。なお、図１（ａ）、（ｂ）においては、説明及び図示を簡明にするために、例えば、立体造形部１０Ａ、１０Ｂは各面が平面の多面体形状を有し、矩形状の平板構造を有する基底部２０の上面から特定の延在方向に突出するように設けられている場合を示す。
【００１５】
具体的には、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、立体造形部１０Ａは、その側面の面方向と例えば基底部２０の上面の面方向とのなす角θが鋭角となるように基底部２０の外側に向かう方向に突出し、かつ、その突出量（容積、突出寸法や形状）が立体造形部１０Ｂに比較して大きい。一方、立体造形部１０Ｂは、例えば基底部２０の上面に対して略垂直方向に突出し、かつ、その突出量が立体造形部１０Ａに比較して容積が小さい形状を有している。すなわち、これらの立体造形部１０Ａ、１０Ｂは、同じ材料で形成されているため、それぞれの容積に比した重量には差があり、重量バランスの均衡がとれてなく、また立体造形部１０Ａ、１０Ｂ全体として重心の位置が３次元造形物の中央部に対してずれた形状を有している。このように立体造形部１０Ａ、１０Ｂの重心の偏りのために、立体造形部１０Ａ、１０Ｂだけでみると、Ａ方向に転倒する恐れがある。
【００１６】
また、基底部２０は、上面側に一体的に形成された立体造形部１０Ａ、１０Ｂを、例えば水平な台や床面等の設置面ＨＬ上の所定の位置に展示や陳列のために配置させるために、所定の広がり（又は面積）を有する平板状の構造を有している。ここで、基底部２０の図面下面側（他面側）は、直接設置面ＨＬに接し、例えば図１（ａ）、（ｂ）に示すように、当該下面側には、当該基底部２０の周縁部２１を除く略全域に肉薄部となる凹部２２が設けられている。周縁部２１は、凹部２２を囲むように下面側に突出されている。すなわち、この凹部２２は、基底部２０の厚み（上面と下面間の寸法）よりも浅いザグリ状の形状を有している。また、この凹部２２内には、上述した立体造形部１０Ａ、１０Ｂにおける重心の偏りを相殺又は軽減するための肉厚部からなるバランス調整部２３が設けられている。ここで、バランス調整部２３は、基底部２０及び立体造形部１０Ａ、１０Ｂと同一の材料により同時かつ一体的に形成されているとともに、凹部２２の深さと同等、もしくは、当該深さよりも薄く形成されて、基底部２０の下面から突出しないように構成されている。つまり、バランス調整部２３は、周縁部２１が設置面ＨＬに常に接触していることを阻害しないように周縁部２１より下側に突出していない。
【００１７】
なお、バランス調整部２３の設定方法については詳しく後述する。概念的には、図４（ａ）に示すように、バランス調整部２３を除く、基底部２０並びに当該基底部２０の上面に一体的に形成された全ての立体造形部１０Ａ、１０Ｂで構成された３次元造形物の、図１（ａ）、（ｂ）の上方から基底部２０を平面視した重心の位置Ｐｃが、例えば基底部２０に対応する領域外に配置されるのに対し、図４（ｂ）に示すように、バランス調整部２３が設けられた基底部２０並びに当該基底部２０の上面に一体的に形成された全ての立体造形部１０Ａ、１０Ｂで構成された３次元造形物の、図１（ａ）、（ｂ）の上方から基底部２０を平面視した重心の位置Ｐｃが、重心位置の偏りによって３次元造形物が転倒しないよう、例えば基底部２０に対応する領域の内部（範囲内）に存在するように、バランス調整部２３の設置位置や平面的な広がり（面積や平面形状）、厚み等が設定される。
【００１８】
（３次元造形方法）
次に、上述した３次元造形物を形成する方法（３次元造形方法）について説明する。
図２は、本実施形態に係る３次元造形物の造形方法の一例を示すフローチャートである。図３は、本実施形態に係る３次元造形方法における３次元データ準備工程に適用されるバランス調整方法の一例を示すフローチャートである。図４は、本実施形態に係る３次元データ準備工程に適用されるバランス調整方法を説明するための概念図である。図４（ａ）は、本実施形態に係るバランス調整部を設定する前の３次元造形物を示す概略平面図であり、図４（ｂ）は、本実施形態に係るバランス調整部の設定方法を示す概略平面図である。図５は、本実施形態に係る３次元造形方法における積層造形工程の一例を示すフローチャートである。図６〜図８は、本実施形態に係る積層造形工程における基底部及び立体造形部の形成状態を示す概略工程図である。なお、ここでは、積層造形工程において、上述した粉末積層法を適用して、基底部及び立体造形部を形成する場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、上述した光造形法や薄板積層法等、各種の積層造形法を適用するものであってもよいことは言うまでもない。
【００１９】
本実施形態に係る３次元造形方法は、例えば図２に示すように、概略、３次元データ準備工程（Ｓ１０１）と、階層データ生成工程（Ｓ１０２）と、積層造形工程（Ｓ１０３）と、粉末除去工程（Ｓ１０４）と、を有している。本実施形態においては、３次元データ準備工程において、上述した立体造形部１０Ａ、１０Ｂ及び基底部２０からなる３次元造形物の３次元データに基づいて、３次元造形物全体の重心位置を算出し、当該３次元造形物を展示や陳列する際に自立が可能になるように、基底部２０の下面側にバランス調整部２３が設けられた凹部２２を形成する。
【００２０】
まず、３次元データ準備工程（Ｓ１０１）においては、積層造形工程（Ｓ１０３）において造形の対象となる３次元造形物の３次元ＣＡＤデータを準備する。この３次元ＣＡＤデータにより規定される基底部２０は、下面側に予め凹部２２が形成されているものであってもよいし、当該凹部が設けられておらず、上面及び下面が均一な平行な平面からなるものであってもよい。ここで、この３次元データ準備工程（Ｓ１０１）は、例えば図３に示すように、重心位置算出ステップ（Ｓ１１１）と、バランス判断ステップ（Ｓ１１２）と、バランス調整ステップ（Ｓ１１３）と、３次元データ修正ステップ（Ｓ１１４）と、を有している。
【００２１】
まず、重心位置算出ステップ（Ｓ１１１）においては、準備した３次元ＣＡＤデータに基づいて、３次元造形物の立体造形部１０Ａ、１０Ｂ及び基底部２０の重心を算出する。ここでは、基底部２０からの各立体造形部１０Ａ、１０Ｂの延在方向や突出量、基底部２０の厚みや面積等に基づいて、各部の重心を個別に算出する。さらに、算出された各重心を各部の配置位置等を考慮して合成し、３次元造形物全体の重心位置を算出する。
【００２２】
次いで、バランス判断ステップ（Ｓ１１２）においては、上記の算出された重心位置が、当該３次元造形物が自立することができる領域内にあるか否かを判断する。具体的には、図４（ａ）に示すように、３次元造形物を基底部２０の上面側（立体造形部１０Ａ、１０Ｂが形成された面側）から平面視した場合に、例えば基底部２０に対応する領域内に上記重心位置Ｐｃが存在するか否かを判断し、重心位置Ｐｃが当該領域外に存在する場合には、重心の偏りにより３次元造形物全体が転倒や傾き、あるいは、設置面ＨＬからの浮き上がり等を生じる可能性があると判断する。
【００２３】
ここで、本実施形態においては、バランス判断の基準として、３次元造形物の重心位置Ｐｃが基底部２０に対応する領域内に存在するか否かという点を一例として示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、３次元造形物が自立可能か否かは、基底部２０の厚みや面積、各立体造形部１０Ａ、１０Ｂの突出形状や配置位置、３次元造形物の重量等、種々の条件の影響を受ける。つまり、バランス調整部２３がない場合の３次元造形物の重心位置Ｐｃに対してバランス調整部２３がある場合の３次元造形物の重心位置Ｐｃが、より３次元造形物の中央部に近づくよう設定されることによって３次元造形物が実質的に自立可能であれば、重心位置Ｐｃが３次元造形物の中心に位置していなくてもよい。
【００２４】
次いで、バランス調整ステップ（Ｓ１１３）においては、図４（ａ）に示したように、上記重心位置Ｐｃが基底部２０に対応する領域外に存在し、不安定な場合、すなわち、３次元造形物が自立することができない場合には、図４（ｂ）に示すように、当該重心位置Ｐｃが基底部２０に対応する領域内に入る（移動させる）ようにバランス調整部２３を設ける。ここで、バランス調整部２３は、図４（ａ）に示すように、基底部２０の下面側に予め凹部２２が設けられている場合には、当該凹部２２内であって、かつ、重心位置Ｐｃを移動させる方向側（すなわち、図４（ｂ）の左方側）の領域に、所定の平面的な広がり（面積や平面形状）及び厚みを有する肉厚部を設定する。図１（ａ）、図４（ｂ）では、凹部２２内の図面左方側の略全域に、矩形状の平面形状を有する肉厚部からなるバランス調整部２３を設定した場合を示す。
【００２５】
一方、基底部２０の下面側に凹部２２が設けられていない場合には、図１、図４（ｂ）に示すように、当該下面側の周縁部２１を除く略全域に肉薄部となる凹部２２を設定し、さらに、当該凹部２２内であって、かつ、重心位置Ｐｃを移動させる方向側（図面左方側）の領域に、所定の平面的な広がり（面積や平面形状）及び厚みを有する肉厚部からなるバランス調整部２３を設定する。
【００２６】
このバランス調整部２３の形状を規定する平面的な広がり及び厚みは、図４（ｂ）に示したように、基底部２０に対応する領域外に存在する重心位置Ｐｃを、当該領域内に入るように移動させるために適切な数値に設定される。これにより、３次元造形物は自立不可能な状態から自立可能な状態に重量バランスが調整される。また、バランス調整部２３を基底部２０の下面側の凹部２２内に設けることにより、基底部２０の上面に立体造形部１０Ａ、１０Ｂが設けられた３次元造形物の外観に影響を与えることがない。また、バランス調整部２３の厚みを、凹部２２の深さと同等、もしくは、それ以下に設定することにより、基底部２０が設置面ＨＬから浮き上がることがなく、良好に接触する。
【００２７】
このように、重心位置Ｐｃに応じて、基底部２０の下面側の凹部２２内に設けられるバランス調整部２３の設置位置や平面的な広がり、厚みが設定された（すなわち、重心位置を考慮した）３次元造形物の全体像は、例えば３次元の立体画像として、あるいは、上下左右の各面、及び、正面、背面の６面図からなる２次元画像として、モニタ等に表示される。これにより、ユーザは上述したバランス調整ステップにより設定されたバランス調整部２３の付加状態を確認することができる。
【００２８】
次いで、３次元データ修正ステップ（Ｓ１１４）においては、上述したバランス調整ステップによりバランス調整部２３が設定された３次元造形物について、ユーザがモニタ等に表示された３次元又は２次元画像を確認して、当該３次元造形物の修正の可否を判断する。そして、ユーザが修正を承認する指示を行うことにより、元の３次元ＣＡＤデータが上記のバランス調整部が付加された３次元造形物に対応するように修正される。
【００２９】
また、この３次元データ準備工程（Ｓ１０１）においては、３次元造形物を構成する粉末材料、及び、当該粉末材料を結合して硬化させるためのバインダ（結合剤）を準備する。本実施形態に係る粉末積層法を用いた３次元造形方法においては、粉末材料として例えばα石膏等の石膏やデンプン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン等の樹脂の粉末を適用することができ、バインダは、粉末材料自体が硬化反応するための触媒が含まれていてもよく、この場合、粉末材料が石膏であると硫酸塩が好適である。またバインダは、樹脂系の接着剤を適用してもよい。ここで結合とは化学的な結合或いは物理的な接着の少なくともいずれかを含む。
【００３０】
次いで、階層データ生成工程（Ｓ１０２）においては、上述した３次元データ準備工程（Ｓ１０１）において修正された３次元ＣＡＤデータに基づいて、３次元造形物を形成する際の造形ステージの上面を基準面として、当該基準面に平行な平面で３次元造形物を複数の階層に輪切りにした（分割した）場合の、輪切りにされた各階層の断面形状データを生成する。
【００３１】
次いで、積層造形工程（Ｓ１０３）は、例えば図５に示すように、粉末材料層形成ステップ（Ｓ２１１）と、結合体形成ステップ（Ｓ２１２）と、結合体積層ステップ（Ｓ２１３）と、を有している。
【００３２】
まず、粉末材料層形成ステップ（Ｓ２１１）においては、図６（ａ）に示すように、３次元造形装置の造形ステージ１１０の上面に粉末材料を薄くかつ均一に拡げて、１層分（すなわち、第１階層）の粉末材料層１１−１を形成する。ここで、１層分の粉末材料層１１−１の厚みは、例えば０．１ｍｍ程度又はそれ以上に設定される。
【００３３】
次いで、結合体形成ステップ（Ｓ２１２）においては、上記修正された３次元ＣＡＤデータから生成された各階層の断面形状データに基づいて、粉末材料層１１−１を選択的に硬化させて、当該層に３次元造形物の断面形状に対応する結合体を形成する。具体的には、図６（ｂ）に示すように、断面形状データのうち、造形ステージ１１０の上面を基準面として、当該基準面側から１層目となる第１階層の断面形状データに基づいて、バインダ吐出部１２０を走査させつつ、当該バインダ吐出部１２０から第１階層の粉末材料層１１−１の、当該断面形状データに対応する領域にバインダ１２１を吐出して浸透させる。すなわち、粉末材料層１１−１に３次元造形物の第１階層の断面形状が、滴下されたバインダ１２１で描画される。なお、このバインダ吐出部１２０は、インクジェットプリンタに用いられるプリンタヘッドと同等の吐出機構を備えている。
【００３４】
そして、このバインダ１２１が硬化することにより、図６（ｃ）に示すように、バインダ１２１が浸透した領域の粉末材料層１１−１の粉末材料が結合して硬化し、３次元造形物の第１階層の断面形状に対応する結合体２１−１が形成される。ここで形成された３次元造形物の第１階層の結合体２１−１は、例えば図１に示した３次元造形物の基底部２０の周縁部２１の最下層（１層目）に相当する。
【００３５】
次いで、結合体積層ステップ（Ｓ２１３）においては、上記の粉末材料層形成ステップ（Ｓ２１１）及び結合体形成ステップ（Ｓ２１２）を繰り返すことにより、各階層の粉末材料層に形成された結合体を積層して３次元造形物を形成する。具体的には、図６（ｄ）に示すように、造形ステージ１１０上の第１階層の粉末材料層１１−１の上面に、粉末材料を薄くかつ均一に拡げて、第２階層の粉末材料層１１−２を形成する。
【００３６】
次いで、図６（ｅ）に示すように、断面形状データのうち、上記基準面側から２層目となる第２階層の断面形状データに基づいて、バインダ吐出部１２０を走査させつつ、第２階層の粉末材料層１１−２の、当該断面形状データに対応する領域にバインダ１２１を吐出して浸透させる。このバインダ１２１が硬化することにより、図７（ａ）に示すように、バインダ１２１が浸透した領域の粉末材料層１１−２の粉末材料が結合して硬化し、３次元造形物の第２階層の断面形状に対応する結合体２１−２、２３−２が形成される。ここで形成された３次元造形物の第２階層の結合体２１−２は、図１に示した基底部２０の周縁部２１の２層目に相当し、また、結合体２３−２は、図１に示した基底部２０のバランス調整部２３の最下層（１層目）に相当する。
【００３７】
このとき、図面上方から造形ステージ１１０を平面視して、第１階層の粉末材料層１１−１に形成された結合体２１−１に平面的に重なる領域に形成された第２階層の粉末材料層１１−２の結合体２１−２は、滴下されたバインダ１２１が第１階層の結合体２１−１にも到達することにより、当該第１階層の結合体２１−１に接合した状態で硬化する。すなわち、下層の結合体とその上層の結合体が平面的に重なるように形成された領域では、上層及び下層の結合体は結果的に一体の結合体として形成される。
【００３８】
このような結合体積層ステップ（Ｓ２１３）を繰り返すことにより、例えば図７（ｂ）、図７（ｃ）に示すように、３次元造形物の基底部２０の第１階層から最上階層（図では第４階層）までの断面形状データに基づいて、粉末材料層１１−１〜１１−４中に、周縁部２１を構成する結合体２１−１〜２１−３、バランス調整部２３を構成する結合体２３−２〜２３−３、及び、上面部を構成する結合体２１−４からなる基底部２０が一体的に積層形成される。このとき、周縁部２１を構成する結合体２１−１〜２１−３及び上面部を構成する結合体２１−４により囲まれた空間が、基底部２０の下面側に設けられる凹部２２を構成する。
【００３９】
さらに、上記と同様の結合体積層ステップ（Ｓ２１３）を繰り返すことにより、例えば図７（ｄ）〜図８（ｂ）に示すように、３次元造形物の立体造形部１０Ａ、１０Ｂの第１階層から最上階層までの断面形状データに基づいて、粉末材料層１１−５〜１１−Ｅ中に、立体造形部１０Ａを構成する結合体１０Ａ−１〜１０Ａ−Ｅ、及び、立体造形部１０Ｂを構成する結合体１０Ｂ−１〜１０Ｂ−Ｅが基底部２０の上面に一体的に積層形成される。
【００４０】
このように、積層造形工程（Ｓ１０３）の各ステップにより、図８（ｂ）に示すように、造形ステージ１１０上に積層された粉末材料１０１中に、硬化された粉末材料１０１により、立体造形部１０Ａ、１０Ｂ及び基底部２０からなる３次元造形物が形成される。このとき、形成された３次元造形物は、造形ステージ１１０上に積層された粉末材料層１１−１〜１１−Ｅからなる粉末材料１０１中に埋め込まれた状態で形成され、周囲に未硬化の粉末材料１０１が充填されて支えられているので、３次元造形物の重心が偏っている場合やオーバーハング部分が存在する場合であっても、転倒や損傷が防止される。
【００４１】
次いで、粉末除去・取出工程（Ｓ１０４）においては、造形ステージ１１０上に積層された未硬化の粉末材料１０１を除去して、露出した３次元造形物を取り出す。具体的には、図８（ｃ）に示すように、例えば造形ステージ１１０に設けられた粉末排出口（図示を省略）から、粉末材料１０１を吸引して排出し、造形ステージ１１０上から粉末材料１０１がすべて除去された後、あるいは、造形ステージ１１０上から粉末材料１０１を除去しつつ、露出した３次元造形物を造形ステージ１１０上から取り出す。
【００４２】
なお、本実施形態においては、造形ステージ１１０上の粉末材料１０１を除去する方法として、造形ステージ１１０に設けられた粉末排出口を介して排出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば粉末材料１０１を風圧で吹き飛ばしたり、音波振動により除去するものであってもよい。
【００４３】
上述した３次元造形物及び３次元造形方法によれば、次のような作用効果が得られる。
図９は、本実施形態に係る３次元造形物及び３次元造形方法の作用効果を説明するための第１の比較対象例を示す概略構成図である。図９（ａ）は、第１の比較対象例を示す斜視図であり、図９（ｂ）は、第１の比較対象例における重心位置を説明するための概念図であり、図９（ｃ）は、図９（ａ）に示す３次元造形物におけるIXＣ−IXＣ線（本明細書においては図９（ａ）中に示したローマ数字の「９」に対応する記号として便宜的に「IX」を用いる。）に沿った断面構造を示す概略断面図である。ここでは、説明を簡便にするために、本実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して説明する。
【００４４】
例えば図９（ａ）に示すように、上述した本実施形態と同等の外観を有する３次元造形物（第１の比較対象例）において、基底部２０Ｐの下面側に凹部が設けられておらず、上面及び下面が均一な平行な平面からなる場合や、図４（ａ）に示したように、基底部２０の下面側に凹部２２のみが設けられている場合について検証する。この場合、３次元造形物を基底部２０、２０Ｐの上面側から平面視した場合の重心位置Ｐｃが、図４（ａ）、図９（ｂ）に示すように、基底部２０、２０Ｐに対応する領域の外部に存在すると、図９（ｃ）に示すように、重心の偏りにより３次元造形物が転倒したり傾いたり、あるいは、基底部２０Ｐが設置面ＨＬから浮き上がる等の問題が生じる可能性がある。
【００４５】
これに対して、本実施形態においては、図１に示したように、３次元造形物の基底部２０の下面側に設けられた凹部２２内に肉厚部からなるバランス調整部２３を設けて、図４（ｂ）に示したように、３次元造形物全体の重心位置Ｐｃを当該基底部２０に対応する領域内に入るように移動させることにより、重心の偏りを相殺又は軽減することができる。したがって、３次元造形物の転倒や傾き、設置面ＨＬからの浮き上がりを抑制して、簡易に所望の展示状態を実現することができる。また、このとき、３次元造形物の外観に変更を与えることがなく、さらに、３次元造形方法において、バランス調整部２３を付加するように３次元ＣＡＤデータを修正する処理のみを行えばよく、積層造形工程の変更を必要としないという特長を有している。
【００４６】
図１０は、本実施形態に係る３次元造形物の他の構成例を示す概念構成図である。図１０（ａ）は、本構成例に係る３次元造形物の概略構成を示す斜視図であり、図１０（ｂ）は、本構成例におけるバランス調整方法を説明するための概念図であり、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）に示す３次元造形物におけるＸＣ−ＸＣ線（本明細書においては図１０（ａ）中に示したローマ数字の「１０」に対応する記号として便宜的に「Ｘ」を用いる。）に沿った断面構造を示す概略断面図である。ここで、上述した第１の実施形態（図１、図４参照）と同等の構成については、同一の符号を付して説明する。
【００４７】
上述した第１の実施形態（図１参照）においては、図４（ｂ）に示したように、３次元造形物全体の重心位置Ｐｃを基底部２０に対応する領域内に入るように移動させるために、図１、図４（ｂ）に示すように、当該基底部２０の下面側に設けられた凹部２２内に肉厚部からなるバランス調整部２３を設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、３次元造形物全体の重心位置Ｐｃを基底部２０に対応する領域内に移動させる構成であればよく、例えば図１０に示すように、基底部２０に対して重心位置Ｐｃが存在する側（図面右方側）の、当該基底部２０の下面側に、所定の平面的な広がり（平面形状）及び深さを有する凹部２２を設け、設置面ＨＬに接する周縁部２１と突出している高さが等しいバランス調整部２３が設けられているものであってもよい。ここで、この凹部２２は、基底部２０の他の領域の厚みに比較して肉薄部となる。この場合においても、３次元造形物全体の重心位置Ｐｃを当該基底部２０に対応する領域内に入るように移動させることができるので、重心の偏りを相殺又は軽減することができ、３次元造形物の転倒や傾き、設置面ＨＬからの浮き上がりを抑制して、簡易に所望の展示状態を実現することができる。また、バランス調整部２３が設置面ＨＬに接触することでより設置面ＨＬとの接触面積が大きくなり、安定している。
【００４８】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る３次元造形物の第２の実施形態について説明する。
上述した第１の実施形態においては、水平面からなる設置面ＨＬに基底部２０の下面側が接するように設置して、３次元造形物を展示や陳列する場合について説明した。第２の実施形態に係る３次元造形物は、壁面等の垂直面に展示又は掲示する構成を有している。
【００４９】
図１１は、本発明に係る３次元造形物の第２の実施形態を示す概略構成図である。図１１（ａ）は、本実施形態に係る３次元造形物の展示状態を示す斜視図であり、図１１（ｂ）は、本実施形態に係る３次元造形物の概略構成を示す斜視図であり、図１１（ｃ）は、図１１（ｂ）に示す３次元造形物におけるXIＣ−XIＣ線（本明細書においては図１１（ｂ）中に示したローマ数字の「１１」に対応する記号として便宜的に「XI」を用いる。）に沿った断面構造を示す概略断面図である。図１２は、本実施形態に係る３次元造形物におけるバランス調整方法を説明するための概念図である。図１２（ａ）は、本実施形態に係るバランス調整部を設定する前の３次元造形物を示す概略平面図であり、図１２（ｂ）は、本実施形態に係るバランス調整部の設定方法を示す概略平面図である。なお、上述した第１の実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して説明する。
【００５０】
本発明に係る３次元造形物の第２の実施形態は、図１１（ａ）に示すように、当該３次元造形物が額縁３０やフレームに組み込まれた（額装された）状態で、壁面等の垂直面に展示又は掲示される。ここで、３次元造形物は、図１１（ｂ）、（ｃ）に示すように、矩形状の平板構造を有する基底部２０の図面上面側（一面側）の任意の領域に、レリーフ（浮き彫り）状の突出形状を有する立体造形部１０Ｃ、１０Ｄが離間して設けられている。また、各立体造形部１０Ｃ、１０Ｄは、基底部２０と同一の材料により一体的に形成されている。
【００５１】
具体的には、図１１（ｂ）、（ｃ）に示すように、立体造形部１０Ｃは、例えば基底部２０の上面からの突出量（容積、突出寸法や形状）が立体造形部１０Ｄに比較して大きく、一方、立体造形部１０Ｄは、例えば基底部２０の上面からの突出量が立体造形部１０Ｃに比較して小さい。すなわち、これらの立体造形部１０Ｃ、１０Ｄは、重量バランスの均衡がとれておらず、重心の偏りが大きい形状を有している。
【００５２】
また、基底部２０は、図１１（ｂ）、（ｃ）に示すように、上述した第１の実施形態と同様に、下面側に、当該基底部２０の周縁部２１を除く略全域に肉薄部となる凹部２２が設けられ、当該凹部２２内に肉厚部からなるバランス調整部２３が設けられている。バランス調整部２３は、基底部２０及び立体造形部１０Ｃ、１０Ｄと同一の材料により同時かつ一体的に形成されているとともに、立体造形部１０Ｃ、１０Ｄの突出量の違いに起因する重心の偏りを相殺又は軽減するように、その設置位置や平面的な広がり（面積や平面形状）、厚み等が設定されている。
【００５３】
そして、このような本実施形態に係る３次元造形物は、上述した第１の実施形態と同様の３次元造形方法を用いて形成される。特に、本実施形態においては、３次元データ準備工程（Ｓ１０１）において、次のようなバランス判断ステップ（Ｓ１１２）と、バランス調整ステップ（Ｓ１１３）が実行される。
【００５４】
まず、バランス判断ステップ（Ｓ１１２）においては、造形の対象となる３次元造形物の３次元ＣＡＤデータに基づいて算出された３次元造形物全体の重心位置が、当該３次元造形物を額装して壁面等の垂直面に吊下した場合に、額縁３０（又は、矩形状を有する基底部２０）の上辺又は下辺が略水平を保持し、傾くことなく展示することができる位置又は範囲内にあるか否かを判断する。
【００５５】
具体的には、まず、図１２（ａ）に示すように、３次元造形物を基底部２０の上面側（立体造形部１０Ｃ、１０Ｄが形成された面側）から平面視した場合に、矩形状（長方形状）を有する基底部２０の上辺又は下辺に対して直交し、かつ、当該３次元造形物を組み込んだ額縁３０を壁面等の設置面ＶＬに吊下するための吊下点Ｐｆを通過する基準線ＣＬ上（又は、その極近傍）に、上記重心位置Ｐｃが存在するか否かを判断する。そして、当該重心位置Ｐｃが当該基準線ＣＬ（又は、その極近傍）から離間した位置に存在する場合には、基準線ＣＬの左側及び右側での重量が不均衡となり、重心の偏りにより額装された３次元造形物全体が傾いたり、あるいは、垂直面からなる設置面ＶＬからの浮き上がり等を生じる可能性があると判断する。ここで、３次元造形物を組み込んだ額縁３０を壁面等の設置面ＶＬに吊下した場合、矩形状を有する基底部２０（又は、額縁３０）の上辺又は下辺は水平方向（換言すると、左右の傾き；図１４参照）の基準となり、基準線ＣＬは吊下点Ｐｆを通る垂直線（換言すると、重力方向の線）に対応する。
【００５６】
なお、矩形状の基底部２０を有する３次元造形物を組み込む額縁３０を、一点の吊下点Ｐｆにより壁面等の設置面ＶＬに吊下する場合には、一般に、吊下点Ｐｆは、額縁３０又は基底部２０の水平方向（図面左右方向）の中心線上に設けられ、基準線ＣＬ＝中心線の関係となる。また、上記額縁３０を、複数点の吊下点（例えば二点）により設置面に吊下する場合には、例えば、上記と同様にして規定される、各吊下点を通過する基準線のうち、最も離間する基準線間の領域内に、上記重心位置Ｐｃが存在するか否かを判断し、重心位置Ｐｃが当該基準線間の領域外に存在する場合には、額装された３次元造形物全体が傾いたり、設置面ＶＬからの浮き上がり等を生じる可能性があると判断する。
【００５７】
ここで、本実施形態においては、バランス判断の基準として、３次元造形物の重心位置Ｐｃが額縁３０の吊下点Ｐｆを通過する基準線ＣＬ上（又は、その極近傍）、あるいは、基準線間の領域内に存在するか否かという点を一例として示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、額装された３次元造形物が傾いたり、設置面ＶＬから浮き上がることなく展示することができるか否かは、各立体造形部１０Ｃ、１０Ｄの突出形状や配置位置、３次元造形物の重量、３次元造形物が組み込まれた額縁３０の吊下点Ｐｆの位置や、設置面ＶＬに接する額縁３０背面と当該設置面ＶＬとの摩擦抵抗等、種々の条件の影響を受ける。したがって、額装された３次元造形物が実質的に傾きや浮き上がりを生じることなく展示することができれば、重心位置Ｐｃが上記基準線ＣＬ上（又は、その極近傍）や、基準線間の領域内に存在しない場合であってもよい。
【００５８】
次いで、バランス調整ステップ（Ｓ１１３）においては、図１２（ａ）に示したように、上記重心位置Ｐｃが基準線ＣＬ（又は、その極近傍）から離間した位置に存在する場合、すなわち、額装された３次元造形物が傾いたり、設置面ＶＬから浮き上がる場合には、図１２（ｂ）に示すように、当該重心位置Ｐｃが基準線ＣＬ上（又は、その極近傍）に位置する（移動する）ようにバランス調整部２３を設ける。ここで、バランス調整部２３は、上述した第１の実施形態と同様に、図１２（ａ）に示すように、基底部２０の下面側に予め凹部２２が設けられている場合には、当該凹部２２内であって、かつ、重心位置Ｐｃを移動させる方向側（すなわち、図１２（ｂ）の左方側）の領域に、所定の平面的な広がり（面積や平面形状）及び厚みを有する肉厚部を設定する。図１１（ｂ）、（ｃ）、図１２（ｂ）では、凹部２２内の図面左方側の略全域に、矩形状の平面形状を有する肉厚部からなるバランス調整部２３を設定した場合を示す。
【００５９】
一方、基底部２０の下面側に凹部２２が設けられていない場合には、図１１、図１２（ｂ）に示すように、当該下面側の周縁部２１を除く略全域に肉薄部となる凹部２２を設定し、さらに、当該凹部２２内であって、かつ、重心位置Ｐｃを移動させる方向側（図面左方側）の領域に、所定の平面的な広がり（面積や平面形状）及び厚みを有する肉厚部からなるバランス調整部２３を設定する。
【００６０】
このバランス調整部２３の形状を規定する平面的な広がり及び厚みは、図１２（ｂ）に示したように、基準線ＣＬ（又は、その極近傍）から離間する位置に存在する重心位置Ｐｃを、当該基準線ＣＬ上（又は、その極近傍）に位置するように移動させるために適切な数値に設定される。これにより、３次元造形物は吊下時に傾きや浮き上がりが生じる状態から、水平を保持し浮き上がりのない状態に重量バランスが調整される。また、バランス調整部２３を基底部２０の下面側の凹部２２内に設けることにより、基底部２０の上面に立体造形部１０Ｃ、１０Ｄが設けられた３次元造形物の外観に影響を与えることがない。また、バランス調整部２３の厚みを、凹部２２の深さと同等、もしくは、それ以下に設定することにより、基底部２０が額縁３０に良好に組み込まれる。
【００６１】
そして、本実施形態においては、次のような作用効果が得られる。
図１３は、本実施形態に係る３次元造形物の作用効果を説明するための第２の比較対象例を示す概略構成図である。図１３（ａ）は、第２の比較対象例を示す斜視図であり、図１３（ｂ）は、第２の比較対象例における重心位置を説明するための概念図であり、図１３（ｃ）は、図１３（ａ）に示す３次元造形物におけるXIIIＣ−XIIIＣ線（本明細書においては図１３（ａ）中に示したローマ数字の「１３」に対応する記号として便宜的に「XIII」を用いる。）に沿った断面構造を示す概略断面図である。図１４は、第２の比較対象例における重心位置と展示状態を説明するための概念図である。ここでは、説明を簡便にするために、本実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して説明する。
【００６２】
例えば図１３（ａ）に示すように、上述した本実施形態と同等の外観を有する３次元造形物（第２の比較対象例）において、基底部２０Ｐの下面側に凹部が設けられておらず、上面及び下面が均一な平行な平面からなる場合や、図１２（ａ）に示したように、基底部２０の下面側に凹部２２のみが設けられている場合について検証する。この場合、３次元造形物を基底部２０、２０Ｐの上面側から平面視した場合の重心位置Ｐｃが、図１２（ａ）、図１３（ｂ）に示すように、基準線ＣＬ（又は、その極近傍）から離間する位置に存在すると、図１４に示すように、重心の偏りにより額装された３次元造形物が水平を保持できず傾いたり、あるいは、壁面等の設置面ＶＬから浮き上がる等の問題が生じる可能性がある。
【００６３】
これに対して、本実施形態においては、図１１に示したように、３次元造形物の基底部２０の下面側に設けられた凹部２２内に肉厚部からなるバランス調整部２３を設けて、図１２（ｂ）に示したように、３次元造形物全体の重心位置Ｐｃを基準線ＣＬ上（又は、その極近傍）に位置するように移動させることにより、重心の偏りを相殺又は軽減することができる。したがって、額装された３次元造形物を壁面等の設置面ＶＬに、基準線ＣＬ上の吊下点Ｐｆで吊下して展示又は掲示した場合であっても、額縁３０の水平が保持されて、傾きや設置面ＶＬからの浮き上がりを抑制して、簡易に所望の展示状態を実現することができる。また、このとき、３次元造形物の外観に変更を与えることがなく、さらに、３次元造形方法において、３次元ＣＡＤデータを修正する処理のみを行えばよく、積層造形工程の変更を必要としないという特長を有している。
【００６４】
なお、本実施形態においても、上述した第１の実施形態の他の構成例に示したように、基底部の下面側に、重心位置Ｐｃを上記基準線ＣＬ上（又は、その極近傍）に移動させるための、バランス調整用の凹部２２のみを重心位置Ｐｃが存在する側（図面右方側）に設けるようにしたものであってもよい。
【００６５】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係る３次元造形方法の第３の実施形態について説明する。
上述した第１及び第２の実施形態においては、図１、図１１に示したように、３次元造形物の基底部の下面側に凹部を設け、その内部に肉厚部からなるバランス調整部を設けた構成、あるいは、当該下面側にバランス調整用の凹部のみを設けた構成について説明した。第３の実施形態においては、基底部の上面側に設けられる立体造形部の内部に、バランス調整用の中空部を設けた構成を有している。
【００６６】
図１５は、本発明に係る３次元造形方法の第３の実施形態を示す概略構成図である。図１５（ａ）は、本実施形態に係る３次元造形物の概略構成を示す斜視図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示す３次元造形物におけるXVＢ−XVＢ線（本明細書においては図１５（ａ）中に示したローマ数字の「１５」に対応する記号として便宜的に「XV」を用いる。）に沿った断面構造を示す概略断面図である。図１６は、本実施形態に係る３次元造形物におけるバランス調整方法を説明するための概念図である。なお、上述した第１の実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して説明する。
【００６７】
本発明に係る３次元造形物の第３の実施形態は、図１５（ａ）に示すように、上述した第１の実施形態と同等の外観を有し、例えば図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、矩形状の平板構造を有する基底部２０の図面上面側（一面側）に設けられる立体造形部１０Ａ、１０Ｂのうち、立体造形部１０Ａの内部に、中空部２４が設けられている。ここで、立体造形部１０Ａは、基底部２０の上面からの突出量（容積、突出寸法や形状）が立体造形部１０Ｂに比較して大きい。
【００６８】
また、基底部２０には、上面側に設けられた立体造形部１０Ａの中空部２４と、当該基底部２０の下面側とを連通する凹状の連通部２５が設けられている。すなわち、図１５（ｂ）に示すように、立体造形部１０Ａの中空部２４は、連通部２５を介して基底部２０の下面側に開放されている。ここで、中空部２４及びバランス調整部２３は、上述した各実施形態と同様に、立体造形部１０Ａ、１０Ｂの突出量の違いに起因する重心の偏りを相殺又は軽減するように、その設置位置や形状（容積や断面形状）等が設定されている。
【００６９】
そして、このような本実施形態に係る３次元造形物は、上述した第１の実施形態と同様の３次元造形方法を用いて形成される。特に、本実施形態においては、３次元データ準備工程（Ｓ１０１）において、次のようなバランス調整ステップ（Ｓ１１３）が実行される。
【００７０】
まず、バランス判断ステップ（Ｓ１１２）においては、上述した第１の実施形態と同様に、３次元ＣＡＤデータに基づいて算出された３次元造形物全体の重心位置が、基底部２０に対応する領域内に存在するか否かを判断し、重心位置が当該領域外に存在する場合には、重心の偏りにより３次元造形物全体が転倒や、設置面ＨＬからの浮き上がり等を生じる可能性があると判断する。
【００７１】
次いで、バランス調整ステップ（Ｓ１１３）においては、図１６に示すように、上記重心位置Ｐｃが基底部２０に対応する領域外に存在する場合には、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、当該重心位置Ｐｃが基底部２０に対応する領域内に入る（移動させる）ように立体造形部１０Ａの内部に中空部２４を設ける。ここで、中空部２４は、立体造形部１０Ａの内部に、当該立体造形部１０Ａの延在方向に沿って、所定の肉厚を残して所定の形状及び容積を有するように設定される。また、中空部２４は、積層造形工程において粉末積層法を用いて３次元造形物を形成する場合には、粉末除去・取出工程において当該中空部２４内の粉末材料を排出するために、基底部２０に設けられた連通部２５によりの当該中空部２４と基底部２０の下面側とが連通されている。中空部２４は、上述した積層造形工程（Ｓ１０３）において、立体造形部１０Ａ、１０Ｂと同時かつ一体的に形成され、連通部２５は、基底部２０と同時かつ一体的に形成される。
【００７２】
この中空部２４の形状を規定する延在方向や肉厚、容積は、図１６に示したように、基底部２０に対応する領域外に存在する重心位置Ｐｃを、当該領域内に入るように移動させるために適切な数値に設定される。これにより、３次元造形物は自立不可能な状態から自立可能な状態に重量バランスが調整される。
【００７３】
このように、本実施形態においては、図１５に示したように、３次元造形物に設けられる立体造形部のうち、突出量が大きく、重量バランスが不均衡となっている形状を有する立体造形部１０Ａの内部に、中空部２４を設けて、図１６に示したように、３次元造形物全体の重心位置Ｐｃを当該基底部２０に対応する領域内に入るように移動させることにより、重心の偏りを相殺又は軽減することができる。したがって、上述した第１の実施形態と同様に、３次元造形物の転倒や傾き、設置面ＨＬからの浮き上がりを抑制して、簡易に所望の展示状態を実現することができる。また、このとき、３次元造形物の外観に変更を与えることがなく、さらに、３次元造形方法において、３次元ＣＡＤデータを修正する処理のみを行えばよく、積層造形工程の変更を必要としないという特長を有している。
【００７４】
なお、本実施形態においては、上述した第１の実施形態に示した３次元造形物に、本実施形態に係る構成を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上述した第２の実施形態示した３次元造形物に適用するものであってもよい。また、本実施形態に示した中空部２４に加え、基底部２０の下面側に、上述した第１及び第２の実施形態に示した凹部２２やバランス調整部２３をさらに有するものであってもよい。
【００７５】
（３次元造形装置）
次に、上述したような３次元造形方法を実現可能な３次元造形装置について簡単に説明する。ここでは、上述した３次元造形方法に適用した粉末積層法に対応した３次元造形装置を示す。
【００７６】
図１７は、本発明に係る３次元造形方法を実現可能な３次元造形装置の一例を示す概略構成図である。ここで、上述した各実施形態と同等の構成については同一の符号を付して説明する。
【００７７】
上述した３次元造形方法（図２参照）に示した３次元データ準備工程（Ｓ１０１）と、階層データ生成工程（Ｓ１０２）と、積層造形工程（Ｓ１０３）と、粉末除去・取出工程（Ｓ１０４）は、図１７に示すような３次元造形装置１００により実行することができる。
【００７８】
３次元造形装置１００は、例えば図１７に示すように、概略、造形ステージ１１０と、バインダ吐出部１２０と、走査機構部１３０と、粉末材料供給部１４０と、制御部１５０と、データ処理部１６０と、を有している。
【００７９】
造形ステージ１１０は、上述した一連の３次元造形方法において、３次元造形物を形成する際の基準面となる上面を有し、積層造形工程（Ｓ１０３）を実行することにより、当該上面に粉末材料層が順次積層されるとともに、当該粉末材料層中に、修正された３次元ＣＡＤデータに基づく３次元造形物（立体造形部１０Ａ、１０Ｂ及び基底部２０）が形成される。また、造形ステージ１１０は、例えば、図示を省略した昇降機構を備え、造形ステージ１１０の上面に積層形成される各粉末材料層の上面の高さが常に一定になるように、造形ステージ１１０の上下方向（Ｚ方向）の位置が制御される。
【００８０】
バインダ吐出部１２０は、インクジェットプリンタに用いられるプリンタヘッドと同様に、バインダを微小な液滴として吐出する吐出機構を備えている。バインダ吐出部１２０は、積層造形工程（Ｓ１０３）の結合体形成ステップ（ＳＳ２１２）において、走査機構部１３０により、造形ステージ１１０の上面に平行な平面（Ｘ−Ｙ平面）内でガイドレール１３１に沿って移動する。これにより、造形ステージ１１０の上面に形成された各階層の粉末材料層の、３次元造形物（立体造形部１０Ａ、１０Ｂ及び基底部２０）の階層データに対応する領域に、バインダを吐出して硬化させる。
【００８１】
粉末材料供給部１４０は、粉末材料が貯留され、積層造形工程（Ｓ１０３）の粉末材料層形成ステップ（Ｓ２１１）において、造形ステージ１１０の上面に粉末材料を薄くかつ均一に拡げて、所定の厚みの１層分の粉末材料層を形成する。
【００８２】
制御部１５０は、少なくとも、上記の造形ステージ１１０、バインダ吐出部１２０、走査機構部１３０及び粉末材料供給部１４０における各動作を制御する。具体的には、積層造形工程（Ｓ１０３）において、データ処理部１６０から供給される３次元造形物の階層データに基づいて、造形ステージ１１０、バインダ吐出部１２０、走査機構部１３０及び粉末材料供給部１４０の各動作を制御することにより、造形ステージ１１０上に積層された粉末材料１０１中に、３次元ＣＡＤデータに基づく３次元造形物（立体造形部１０Ａ、１０Ｂ及び基底部２０）が形成される。また、粉末除去工程（Ｓ１０４）において、造形ステージ１１０上に積層された未硬化の粉末材料１０１を排出して除去し、形成された３次元造形物を露出させる。
【００８３】
データ処理部１６０は、例えばコンピュータ等の演算装置からなり、３次元データ準備工程（Ｓ１０１）において、造形の対象となる３次元造形物の３次元ＣＡＤデータに基づいて、上述した重心位置算出ステップ（Ｓ１１１）、バランス判断ステップ（Ｓ１１２）、バランス調整ステップ（Ｓ１１３）及び３次元データ修正ステップ（Ｓ１１４）からなる一連の処理を実行する。これらの処理は、データ処理部１６０に組み込まれたプログラムにより実行される。これにより、３次元造形物全体の重心位置が算出されて、その重心位置が３次元造形物の中央部からずれることによって生じる重量バランスの不均衡が改善されるように、バランス調整部が設定される。そして、この設定内容に応じて３次元ＣＡＤデータが修正される。
【００８４】
また、データ処理部１６０は、階層データ生成工程（Ｓ１０２）において、上記の修正された３次元ＣＡＤデータに基づいて、当該３次元造形物を複数層に輪切りにした（分割した）場合の階層データを生成する。このようにして生成された３次元造形物（立体造形部１０Ａ、１０Ｂ及び基底部２０）の階層データは、制御部１５０に送出されて、積層造形工程（Ｓ１０３）において使用される。
【００８５】
このような構成を有する３次元造形装置１００において、上述した第１〜第３の実施形態に示した３次元造形方法を実行することにより、造形ステージ１１０上に積層された粉末材料１０１中に、立体造形部１０Ａ、１０Ｂ（又は１０Ｃ、１０Ｄ）及び基底部２０からなる３次元造形物が形成される。
【００８６】
これにより、３次元造形物全体の重心位置を調整して、重心の偏りを相殺又は軽減することができるので、３次元造形物を展示や陳列する際に、転倒や傾き、設置面からの浮き上がりを抑制して、簡易に所望の展示状態を実現することができる。
【００８７】
なお、上述した各実施形態においては、粉末積層法を用いた積層造形工程（Ｓ１０３）において、３次元造形物の階層データに基づいて、各階層の粉末材料に対してバインダを吐出して硬化させる工程を繰り返すことにより、３次元造形物（立体造形部１０Ａ、１０Ｂ及び基底部２０）を積層形成する場合について説明した。本発明はこれに限定されるものではなく、例えば粉末材料として、光硬化性樹脂粉末を用いて、３次元造形物の階層データに対応する領域に、所定の波長のレーザー光を照射することにより光硬化性樹脂粉末を選択的に焼結して硬化させる工程を繰り返して、立体造形部及び基底部を積層形成するものであってもよい。
【００８８】
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲を含むものである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
【００８９】
（付記）
請求項１に記載の発明は、
３次元造形物において、
一面側が平板状の基底部と、
前記基底部の前記一面側に、前記基底部と同一の材料により一体的に形成された立体造形部と、
設置面側である前記基底部の他面側に設けられたバランス調整部と、
を有し、
前記バランス調整部は、前記基底部の前記一面側から前記３次元造形物を平面視したときの前記３次元造形物の重心の位置が、前記バランス調整部が設けられていない場合に比べて前記基底部の中央部に近づくよう設定されていることを特徴とする３次元造形物である。
【００９０】
請求項２に記載の発明は、
前記基底部の前記他面側には周縁部が設けられ、前記バランス調整部は、前記設置面に対して前記周縁部より突出していないことを特徴とする請求項１記載の３次元造形物である。
【００９１】
請求項３に記載の発明は、
前記バランス調整部は、前記基底部の前記他面側に設けられた凹部内に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の３次元造形物である。
【００９２】
請求項４に記載の発明は、
前記３次元造形物は、前記バランス調整部が設けられていない場合に、前記基底部の前記一面側から前記３次元造形物を平面視したときの前記３次元造形物の重心の位置が、前記３次元造形物を前記設置面に吊下する際の吊下点を通る垂直線上に位置せず、前記バランス調整部が設けられている場合に、前記基底部の前記一面側から前記３次元造形物を平面視したときの前記３次元造形物の重心の位置が、前記３次元造形物を前記設置面に吊下する際の吊下点を通る垂直線上に位置するよう、前記バランス調整部が設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元造形物である。
【００９３】
請求項５に記載の発明は、
前記立体造形部は、内部に中空部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元造形物である。
【００９４】
請求項６に記載の発明は、
３次元造形方法において、
一面側が平板状の基底部と、前記基底部の前記一面側に前記基底部と同一の材料の立体造形部と、を形成し、
設置面側である前記基底部の他面側に、前記基底部の前記一面側から前記３次元造形物を平面視したときの前記３次元造形物の重心の位置が、バランス調整部が設けられていない場合に比べて前記基底部の中央部に近づくよう前記バランス調整部を形成することを特徴とする３次元造形方法である。
【００９５】
請求項７に記載の発明は、
前記バランス調整部が設けられていない場合に、前記基底部の前記一面側から前記３次元造形物を平面視したときの前記３次元造形物の重心の位置が、前記３次元造形物を前記設置面に吊下する際の吊下点を通る垂直線上に位置せず、前記バランス調整部が設けられている場合に、前記基底部の前記一面側から前記３次元造形物を平面視したときの前記３次元造形物の重心の位置が、前記３次元造形物を前記設置面に吊下する際の吊下点を通る垂直線上に位置するよう、前記バランス調整部を形成することを特徴とする請求項６記載の３次元造形方法である。
【符号の説明】
【００９６】
１０Ａ〜１０Ｄ    立体造形部
１１−１〜１１−Ｅ    粉末材料層
２０      基底部
２１      周縁部
２２      凹部
２３      バランス調整部
２４      中空部
２５      連通部
３０      額縁
１００    ３次元造形装置
１０１    粉末材料
１１０    造形ステージ
１２０    バインダ吐出部
１３０    走査機構部
１４０    粉末材料供給部
１５０    制御部
１６０    データ処理部
ＨＬ、ＶＬ    設置面
Ｐｃ      重心位置
Ｐｆ      吊下点
ＣＬ      基準線
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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