(57)【要約】      （修正有）【課題】造形物の熱変形を抑制する。【解決手段】一以上の三次元状の造形物を、造形材を用いて造形プレート上に造形する三次元造形装置用の設定データ作成装置であって、一以上の造形物の三次元データを取得するための入力手段６１と、造形プレート上における冷却性能の分布に基づき、冷却性能の高い順に一以上の造形物の三次元データをオブジェクトとして配置する候補位置を決定する候補位置決定手段６４ａと、候補位置決定手段６４ａで決定された候補位置に、入力手段で取得されたオブジェクトを配置する配置手段６４ｂとを備える。【選択図】図１９
2013067117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一以上の三次元状の造形物を、造形材を用いて造形プレート(40)上に造形する三次元造形装置用の設定データ作成装置であって、
一以上の造形物の三次元データを取得するための入力手段(61)と、
造形プレート(40)上における冷却性能の分布に基づき、冷却性能の高い順に前記一以上の造形物の三次元データをオブジェクトとして配置する候補位置を決定する候補位置決定手段(64a)と、
前記候補位置決定手段(64a)で決定された候補位置に、前記入力手段で取得されたオブジェクトを配置する配置手段(64b)と、
を備えることを特徴とする三次元造形装置用の設定データ作成装置。
【請求項２】
請求項１に記載される三次元造形装置用の設定データ作成装置であって、さらに、
前記入力手段で取得されたオブジェクトの内、該造形物の硬化時の発熱によって熱変形する変形量の最も大きい造形物を選択する選択手段を備えており、
前記配置手段(64b)は、前記選択手段により選択された造形物を、前記候補位置決定手段(64a)で決定された候補位置に配置するよう構成してなることを特徴とする三次元造形装置用の設定データ作成装置。
【請求項３】
請求項２に記載される三次元造形装置用の設定データ作成装置であって、
前記選択手段が、前記一以上の造形物の形状に応じて、熱変形量の最も大きい造形物を演算して選択してなることを特徴とする三次元造形装置用の設定データ作成装置。
【請求項４】
請求項２に記載される三次元造形装置用の設定データ作成装置であって、
前記選択手段が、熱変形をさせたくない造形物をユーザに選択させるよう促す手段であることを特徴とする三次元造形装置用の設定データ作成装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一に記載される三次元造形装置用の設定データ作成装置であって、
前記候補位置決定手段(64a)が、造形プレート(40)上の冷却性能の分布を、三次元造形装置中の該造形プレート(40)を配置した造形領域(MR)に冷却気体を採り入れる吸気口(IT)又は冷却気体を造形領域(MR)から排出するための排気口(EX)の位置によって決定してなることを特徴とする三次元造形装置用の設定データ作成装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一に記載される三次元造形装置用の設定データ作成装置であって、
前記選択手段が、前記一以上のオブジェクトに相当する造形物の硬化時の発熱によって熱変形する変形量に加え、前記一以上のオブジェクトに相当する三次元造形に要する造形時間と、造形物の造形に要する造形材の使用量とを含む複数の造形パラメータの、いずれを優先するかを設定するためのパラメータ設定手段(63)を兼ねることを特徴とする三次元造形装置用の設定データ作成装置。
【請求項７】
請求項６に記載される三次元造形装置用の設定データ作成装置であって、さらに、
前記パラメータ設定手段(63)で設定された造形パラメータの優先度に基づいて、オブジェクトの姿勢が最適となるよう演算するための演算手段(64)を備えており、
前記演算手段(64)が、複数のオブジェクトの各々に対して、個別に最適姿勢を演算可能に構成してなることを特徴とする三次元造形装置用の設定データ作成装置。
【請求項８】
請求項７に記載される三次元造形装置用の設定データ作成装置であって、
前記演算手段(64)が、造形パラメータの内、造形材の使用量を最小とする、又は造形時間を最小とするオブジェクトの最適姿勢を演算可能に構成してなることを特徴とする三次元造形装置用の設定データ作成装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一に記載される三次元造形装置用の設定データ作成装置であって、
三次元造形装置が、造形プレート(40)上に、造形材として、
最終的な造形物となるモデル材(MA)と、
前記モデル材(MA)が張り出した張り出し部分を支え、最終的に除去されるサポート材(SA)と、
を少なくとも一方向に走査しながら吐出させ、かつこれを硬化させる動作を繰り返すことで、高さ方向に所定の厚みを有するスライスを層状に生成し、該スライスを高さ方向に積層していくことにより造形を行うことを特徴とする三次元造形装置用の設定データ作成装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一に記載される三次元造形装置用の設定データ作成装置であって、さらに、
入力された三次元データで規定される造形物を示す複数のオブジェクトを表示させるための表示手段(62)を備えており、
前記表示手段(62)において、各オブジェクトの姿勢を、前記モデル材(MA)に前記サポート材(SA)を付加した状態で表示可能に構成してなることを特徴とする三次元造形装置用の設定データ作成装置。
【請求項１１】
造形プレート(40)上に、造形材を少なくとも一方向に走査しながら吐出させ、かつこれを硬化させる動作を繰り返すことで、高さ方向に所定の厚みを有するスライスを層状に生成し、該スライスを高さ方向に積層していくことにより造形を行う三次元造形装置であって、
一以上の造形物を載置するための前記造形プレート(40)と、
前記造形材を吐出するための造形材吐出手段と、
前記造形材吐出手段を支承するヘッド部(20)と、
前記ヘッド部を移動させながら、前記造形材吐出手段による前記造形材の吐出及び硬化を制御する制御手段(10)と、
を備え、
前記造形プレート(40)上における冷却性能の分布に基づき、冷却性能の高い順に前記一以上の造形物を前記造形プレート(40)上に配置して造形するよう構成してなることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載される三次元造形装置であって、さらに、
前記一以上の造形物の内、該造形物の硬化時の発熱によって熱変形する変形量の最も大きい造形物を選択する選択手段を備えており、
前記選択手段により選択された造形物を、前記造形プレート(40)上で冷却性能の最も高い位置に配置して造形するよう構成してなることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載される三次元造形装置であって、
前記選択手段が、前記一以上の造形物の形状に応じて、熱変形量の最も大きい造形物を演算して選択してなることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載される三次元造形装置であって、
前記選択手段が、熱変形をさせたくない造形物をユーザに選択させるよう促す手段であることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項１５】
請求項１１から１４のいずれか一に記載される三次元造形装置であって、
前記造形プレート(40)上の冷却性能の分布が、三次元造形装置中の該造形プレート(40)を配置した造形領域(MR)に冷却気体を採り入れる吸気口(IT)又は冷却気体を造形領域(MR)から排出するための排気口(EX)の位置によって決定されてなることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載される三次元造形装置であって、
前記造形プレート(40)が、一方向に延長された矩形状であり、
該矩形状の略中央に近接して、前記吸気口(IT)を設けてなることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項１７】
請求項１５又は１６のいずれか一に記載される三次元造形装置であって、さらに、
前記ヘッド部(20)を水平方向に往復走査させるための水平駆動手段と、
前記ヘッド部(20)と造形プレート(40)との高さ方向の相対位置を移動させるための垂直駆動手段と、
前記造形材を硬化させるための硬化手段(24)と、
を備え、
前記制御手段(10)が、前記水平駆動手段で前記ヘッド部(20)を一方向に往復走査させて、前記造形材吐出手段により前記造形物を前記造形プレート(40)上に吐出させ、さらに前記硬化手段(24)により前記造形物を硬化させてなることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項１８】
請求項１５から１７のいずれか一に記載される三次元造形装置であって、
造形材が、
最終的な造形物となるモデル材(MA)と、
前記モデル材(MA)が張り出した張り出し部分を支え、最終的に除去されるサポート材(SA)と、
を含み、
前記造形材吐出手段が、
前記モデル材(MA)を吐出するためのモデル材吐出ノズル(21)、及び前記サポート材(SA)を吐出するためのサポート材吐出ノズル(22)を、それぞれ一方向に複数個配列させてなることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載される三次元造形装置であって、
前記吸気口(IT)が、前記造形プレート(40)に対して、前記水平駆動手段で、前記ヘッド部を水平方向においてＸＹ平面で移動させる際のＸＹ原点(OD)の存在する側と反対側に設けられてなることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項２０】
一以上の三次元状の造形物を、造形材を用いて造形プレート(40)上に造形する三次元造形装置用の設定データ作成プログラムであって、コンピュータに、
一以上の造形物の三次元データを取得するための入力機能(61)と、
造形プレート(40)上における冷却性能の分布に基づき、冷却性能の高い順に前記一以上の造形物の三次元データをオブジェクトとして配置する候補位置を決定する候補位置決定機能と、
前記候補位置決定機能で決定された候補位置に、前記入力機能で取得されたオブジェクトを配置する配置機能と、
前記入力機能で取得されたオブジェクトの内、該造形物の硬化時の発熱によって熱変形する変形量の最も大きい造形物を選択する選択機能と、
を実現させ、
前記配置機能は、前記選択機能により選択された造形物を、前記候補位置決定機能で決定された候補位置に配置するよう構成してなることを特徴とする三次元造形装置用の設定データ作成プログラム。
【請求項２１】
請求項２０に記載されるプログラムを格納したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体造形物を作製する三次元造形装置用の設定データ作成装置、三次元造形装置及び三次元造形装置用の設定データ作成プログラム並びにコンピュータで読み取り可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、造形物の基礎データである３次元データを、コンピュータの画面上で任意の姿勢に設定し、設定された姿勢に基づいて高さ方向に平行な複数の面で切断した各断面毎のデータを生成し、この各層に関する二次元データに基づいて、樹脂を順次積層することよって立体造形を行い、造形物の三次元モデルとなる造形物を生成する装置が知られている。特に製品開発において試作等に用いられるラピッド・プロトタイピング（Rapid Prototyping：ＲＰ）の分野では、三次元造型が可能な積層造形法が利用されている。積層造形法は、製品の三次元ＣＡＤデータをスライスし、薄板を重ね合わせたようなものを製造の元データとして作成し、それに粉体、樹脂、鋼板、紙等の材料を積層して試作品を作成する。このような積層造形法としては、インクジェット法、粉末法、光造形法、シート積層法、押し出し法等が知られている。
【０００３】
このような三次元造形装置では、一般に三次元造形プログラムを用いて、造形対象の造形物を造形するための設定データを作成する。例えば別の三次元ＣＡＤプログラムで予め作成された造形物の三次元データを、三次元造形プログラムで読み込み、この三次元データをオブジェクトとして造形プレート上に配置して、配置や姿勢を決定し、三次元造形装置が解読できるフォーマットに変換して、変換した造形データを三次元造形装置本体に送信する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５３５７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような樹脂などで造形物を造型する三次元造形装置では、熱による造形物の変形が問題となることがある。例えば、造形材である樹脂をＵＶランプにより硬化させる際に、反応熱が生じる。この様子を図２６（ａ）〜（ｄ）に基づいて説明する。まず図２６（ａ）に示すように、造形プレート４０に吐出され、既に硬化された樹脂上に更に未硬化の樹脂を液体状にて塗布した状態で、図２６（ｂ）に示すように上面からＵＶランプ等により紫外光を照射して、未硬化樹脂の硬化反応を生じさせる。これにより図２６（ｃ）に示すように樹脂が硬化して造形物が完成するが、この際に樹脂の反応熱が発生し、樹脂の内部で８０℃程度に温度が上昇する。この結果、樹脂内部が高温となって、時間の経過と共に徐々に冷却されるものの熱収縮が生じ、図２６（ｄ）に示すように通常の樹脂成形と同様の、歪みや反りなどの変形が発生する。
【０００６】
しかしながら従来、このような配置位置に依存した冷却能力の相違は考慮されていなかった。逆に造形プレート上に配置される造形物（オブジェクト）の配置を決定する手順としては、造形時間や消費樹脂量を低減することが考慮されてきた。すなわち、樹脂で造形物を造形する三次元造形装置では、造形に要する時間や樹脂量は、造形プレート上に配置される造形対象物のオブジェクトの配置位置や姿勢によって、大きく変化する。したがって、従来は造形プレート上でオブジェクトの配置位置や姿勢を調整することで、可能な限り短時間で造形でき、また必要な樹脂量を少なくするような設定値を見つけ出そうとしていた。
【０００７】
例えば、図２７の造形プレート４０を示す平面図に示すように、ヘッド部を駆動するＸＹ平面のＸＹ原点ＯDに近い位置にオブジェクトを配置すれば、造形時間を低減できる。この図においてＸＹ原点ＯDは、左上であり、またＸ方向は横方向、Ｙ方向は縦方向である。オブジェクトがヘッド部のＸＹ原点ＯDに近付けて配置されることで、ヘッド部の移動距離が少なくなるため、その分、ヘッドの移動に要する時間が節約されて、トータルの造形時間を短くできる。
【０００８】
その一方で、図２７の平面図の例では、冷却風として外気を吸収する吸気口ＩＴが図において下方に設けられており、また排気口ＥＸが上方に設けられている。この結果、冷却能力の観点からいえば、図において下方の吸気側が優れており、逆に上方の排気側が劣ることとなって、この結果上方に配置されたオブジェクトの冷却効率が悪くなって、熱変形が大きくなるという問題があった。
【０００９】
本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、造形物の熱変形を抑制可能な三次元造形装置用の設定データ作成装置、三次元造形装置及び三次元造形装置用の設定データ作成プログラム並びにコンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る三次元造形装置用の設定データ作成装置によれば、一以上の三次元状の造形物を、造形材を用いて造形プレート４０上に造形する三次元造形装置用の設定データ作成装置であって、一以上の造形物の三次元データを取得するための入力手段６１と、造形プレート４０上における冷却性能の分布に基づき、冷却性能の高い順に前記一以上の造形物の三次元データをオブジェクトとして配置する候補位置を決定する候補位置決定手段６４ａと、前記候補位置決定手段６４ａで決定された候補位置に、前記入力手段で取得されたオブジェクトを配置する配置手段６４ｂとを備えることができる。これにより、造形プレート上の冷却性能の分布に応じて、放熱に適した位置に造形物を配置することができ、造形物の放熱性を高めて熱収縮を抑制し、硬化後の変形を低減できる利点が得られる。
【００１１】
また第２の側面に係る三次元造形装置用の設定データ作成装置によれば、さらに前記入力手段で取得されたオブジェクトの内、該造形物の硬化時の発熱によって熱変形する変形量の最も大きい造形物を選択する選択手段を備えており、前記配置手段６４ｂは、前記選択手段により選択された造形物を、前記候補位置決定手段６４ａで決定された候補位置に配置するよう構成できる。これにより、硬化時の熱変形量の最も大きい造形物を、冷却性能の最も高い位置に配置することで、変形量を抑制することができる。
【００１２】
さらに第３の側面に係る三次元造形装置用の設定データ作成装置によれば、前記選択手段が、前記一以上の造形物の形状に応じて、熱変形量の最も大きい造形物を演算して選択することができる。これにより、装置側で熱変形量の大きい造形物を自動的に演算して選択することができ、さらに選択された造形物の配置まで自動化することができる。
【００１３】
さらにまた、第４の側面に係る三次元造形装置用の設定データ作成装置によれば、前記選択手段を、熱変形をさせたくない造形物をユーザに選択させるよう促す手段とできる。これにより、所望の造形物をユーザに直接選択させることで、選択された造形物の熱変形を抑えるように造形プレート上に配置することができる。
【００１４】
さらにまた、第５の側面に係る三次元造形装置用の設定データ作成装置によれば、前記候補位置決定手段６４ａが、造形プレート４０上の冷却性能の分布を、三次元造形装置中の該造形プレート４０を配置した造形領域ＭＲに冷却気体を採り入れる吸気口ＩＴ又は冷却気体を造形領域ＭＲから排出するための排気口ＥＸの位置によって決定できる。これにより、造形領域に新鮮な冷却気体を取り入れる吸気口に近い位置を冷却能力すなわち冷却性能が高い、又は逆に熱交換が進んで温度が高くなった冷却気体を排出する排出口に近い位置を、冷却性能が低いとして、冷却性能の分布を決定できる。
【００１５】
さらにまた、第６の側面に係る三次元造形装置用の設定データ作成装置によれば、前記選択手段が、前記一以上のオブジェクトに相当する造形物の硬化時の発熱によって熱変形する変形量に加え、前記一以上のオブジェクトに相当する三次元造形に要する造形時間と、造形物の造形に要する造形材の使用量とを含む複数の造形パラメータの、いずれを優先するかを設定するためのパラメータ設定手段６３を兼ねることができる。これにより、複数のオブジェクトに対して個々に最適な姿勢となるよう設定でき、従来複数のオブジェクトがあっても一括でしか設定できずに、小さなオブジェクトの姿勢を最適姿勢とできなかった問題を解消できる。
【００１６】
さらにまた、第７の側面に係る三次元造形装置用の設定データ作成装置によれば、さらに前記パラメータ設定手段６３で設定された造形パラメータの優先度に基づいて、オブジェクトの姿勢が最適となるよう演算するための演算手段６４を備えており、前記演算手段６４が、複数のオブジェクトの各々に対して、個別に最適姿勢を演算可能に構成できる。
【００１７】
さらにまた、第８の側面に係る三次元造形装置用の設定データ作成装置によれば、前記演算手段６４が、造形パラメータの内、造形材の使用量を最小とする、又は造形時間を最小とするオブジェクトの最適姿勢を演算可能に構成できる。
【００１８】
さらにまた、第９の側面に係る三次元造形装置用の設定データ作成装置によれば、三次元造形装置が、造形プレート４０上に、造形材として、最終的な造形物となるモデル材ＭＡと、前記モデル材ＭＡが張り出した張り出し部分を支え、最終的に除去されるサポート材ＳＡと、を少なくとも一方向に走査しながら吐出させ、かつこれを硬化させる動作を繰り返すことで、高さ方向に所定の厚みを有するスライスを層状に生成し、該スライスを高さ方向に積層していくことにより造形を行うことができる。
【００１９】
さらにまた、第１０の側面に係る三次元造形装置用の設定データ作成装置によれば、さらに入力された三次元データで規定される造形物を示す複数のオブジェクトを表示させるための表示手段６２を備えており、前記表示手段６２において、各オブジェクトの姿勢を、前記モデル材ＭＡに前記サポート材ＳＡを付加した状態で表示可能に構成できる。
【００２０】
さらにまた、第１１の側面に係る三次元造形装置によれば、造形プレート４０上に、造形材を少なくとも一方向に走査しながら吐出させ、かつこれを硬化させる動作を繰り返すことで、高さ方向に所定の厚みを有するスライスを層状に生成し、該スライスを高さ方向に積層していくことにより造形を行う三次元造形装置であって、一以上の造形物を載置するための前記造形プレート４０と、前記造形材を吐出するための造形材吐出手段と、前記造形材吐出手段を支承するヘッド部２０と、前記ヘッド部を移動させながら、前記造形材吐出手段による前記造形材の吐出及び硬化を制御する制御手段１０と、を備え、前記造形プレート４０上における冷却性能の分布に基づき、冷却性能の高い順に前記一以上の造形物を前記造形プレート４０上に配置して造形するよう構成できる。これにより、造形プレート上の冷却性能の分布に応じて、放熱に適した位置に造形物を配置することができ、造形物の放熱性を高めて熱収縮を抑制し、硬化後の変形を低減できる利点が得られる。
【００２１】
さらにまた、第１２の側面に係る三次元造形装置によれば、さらに前記一以上の造形物の内、該造形物の硬化時の発熱によって熱変形する変形量の最も大きい造形物を選択する選択手段を備えており、前記選択手段により選択された造形物を、前記造形プレート４０上で冷却性能の最も高い位置に配置して造形するよう構成できる。これにより、硬化時の熱変形量の最も大きい造形物を可能な限り冷却して、このような変形を抑制することができる。
【００２２】
さらにまた、第１３の側面に係る三次元造形装置によれば、前記選択手段が、前記一以上の造形物の形状に応じて、熱変形量の最も大きい造形物を演算して選択できる。これにより、装置側で熱変形量の大きい造形物を自動的に演算して選択することができ、さらに選択された造形物の配置まで自動化することができる。
【００２３】
さらにまた、第１４の側面に係る三次元造形装置によれば、前記選択手段を、熱変形をさせたくない造形物をユーザに選択させるよう促す手段とできる。これにより、所望の造形物をユーザに直接選択させることで、選択された造形物の熱変形を抑えるように造形プレート上に配置することができる。
【００２４】
さらにまた、第１５の側面に係る三次元造形装置によれば、前記造形プレート４０上の冷却性能の分布が、三次元造形装置中の該造形プレート４０を配置した造形領域ＭＲに冷却気体を採り入れる吸気口ＩＴ又は冷却気体を造形領域ＭＲから排出するための排気口ＥＸの位置によって決定できる。これにより、造形領域に新鮮な冷却気体を取り入れる吸気口に近い位置を冷却能力すなわち冷却性能が高い、又は逆に熱交換が進んで温度が高くなった冷却気体を排出する排出口に近い位置を、冷却性能が低いとして、冷却性能の分布を決定できる。
【００２５】
さらにまた、第１６の側面に係る三次元造形装置によれば、前記造形プレート４０が、一方向に延長された矩形状であり、該矩形状の略中央に近接して、前記吸気口ＩＴを設けることができる。これにより、吸気口を造形プレートの中央に配置して、造形プレート上の冷却能力を可能な限り均一に近付けることができる。
【００２６】
さらにまた、第１７の側面に係る三次元造形装置によれば、さらに前記ヘッド部２０を水平方向に往復走査させるための水平駆動手段と、前記ヘッド部２０と造形プレート４０との高さ方向の相対位置を移動させるための垂直駆動手段と、前記造形材を硬化させるための硬化手段２４と、を備え、前記制御手段１０が、前記水平駆動手段で前記ヘッド部２０を一方向に往復走査させて、前記造形材吐出手段により前記造形物を前記造形プレート４０上に吐出させ、さらに前記硬化手段２４により前記造形物を硬化させることができる。
【００２７】
さらにまた、第１８の側面に係る三次元造形装置によれば、造形材が、最終的な造形物となるモデル材ＭＡと、前記モデル材ＭＡが張り出した張り出し部分を支え、最終的に除去されるサポート材ＳＡと、を含み、前記造形材吐出手段が、前記モデル材ＭＡを吐出するためのモデル材吐出ノズル２１、及び前記サポート材ＳＡを吐出するためのサポート材吐出ノズル２２を、それぞれ一方向に複数個配列させることができる。
【００２８】
さらにまた、第１９の側面に係る三次元造形装置によれば、前記吸気口ＩＴを、前記造形プレート４０に対して、前記水平駆動手段で、前記ヘッド部を水平方向においてＸＹ平面で移動させる際のＸＹ原点ＯＤの存在する側と反対側に設けることができる。
【００２９】
さらにまた、第２０の側面に係る三次元造形装置用の設定データ作成プログラムによれば、一以上の三次元状の造形物を、造形材を用いて造形プレート４０上に造形する三次元造形装置用の設定データ作成プログラムであって、コンピュータに、一以上の造形物の三次元データを取得するための入力機能６１と、造形プレート４０上における冷却性能の分布に基づき、冷却性能の高い順に前記一以上の造形物の三次元データをオブジェクトとして配置する候補位置を決定する候補位置決定機能と、前記候補位置決定機能で決定された候補位置に、前記入力機能で取得されたオブジェクトを配置する配置機能と、前記入力機能で取得されたオブジェクトの内、該造形物の硬化時の発熱によって熱変形する変形量の最も大きい造形物を選択する選択機能と、を実現させ、前記配置機能は、前記選択機能により選択された造形物を、前記候補位置決定機能で決定された候補位置に配置するよう構成できる。
【００３０】
さらにまた第２１の側面に係るコンピュータで読み取り可能な記録媒体は、上記プログラムを格納したものである。記録媒体には、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷやフレキシブルディスク、磁気テープ、ＭＯ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、Ｂｌｕ−ｒａｙ、ＨＤ  ＤＶＤ（ＡＯＤ）等の磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリその他のプログラムを格納可能な媒体が含まれる。またプログラムには、上記記録媒体に格納されて配布されるものの他、インターネット等のネットワーク回線を通じてダウンロードによって配布される形態のものも含まれる。さらに記録媒体にはプログラムを記録可能な機器、例えば上記プログラムがソフトウエアやファームウエア等の形態で実行可能な状態に実装された汎用もしくは専用機器を含む。さらにまたプログラムに含まれる各処理や機能は、コンピュータで実行可能なプログラムソフトウエアにより実行してもよいし、各部の処理を所定のゲートアレイ（ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ）等のハードウエア、又はプログラムソフトウエアとハードウエアの一部の要素を実現する部分的ハードウエアモジュールとが混在する形式で実現してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例１に係る三次元造形装置を示すブロック図である。
【図２】変形例に係る三次元造形装置を示すブロック図である。
【図３】ヘッド部がＸＹ方向に移動される様子を示す平面図である。
【図４】ヘッド部の外観を示す斜視図である。
【図５】図４のヘッド部で造形材を吐出する様子を示す平面図である。
【図６】ローラ部で造形材の余剰分を除去する状態を示す斜視図である。
【図７】実施例１に係る造形プレート上に複数のオブジェクトを配置する際の優先順を示す模式平面図である。
【図８】造形時間を優先して、造形領域上に複数のオブジェクトを配置する例を示すイメージ図である。
【図９】図８のオブジェクトに対して、熱変形量を優先して配置した例を示すイメージ図である。
【図１０】実施例２に係る造形プレート上に複数のオブジェクトを配置する際の優先順を示す模式平面図である。
【図１１】実施例１に係る三次元造形装置の吸気口を示す正面図である。
【図１２】実施例１に係る三次元造形装置の垂直断面図である。
【図１３】実施例３に係る造形プレート上に複数のオブジェクトを配置する際の優先順を示す模式平面図である。
【図１４】実施例４に係る造形プレート上に複数のオブジェクトを配置する際の優先順を示す模式平面図である。
【図１５】実施例５に係る造形プレート上に複数のオブジェクトを配置する際の優先順を示す模式平面図である。
【図１６】実施例６に係る造形プレート上に複数のオブジェクトを配置する際の優先順を示す模式平面図である。
【図１７】実施例７に係る造形プレート上に複数のオブジェクトを配置する際の優先順を示す模式平面図である。
【図１８】熱変形量を優先して造形プレート上に複数のオブジェクトを配置した状態を示す側面図である。
【図１９】三次元造形装置用の設定データ作成装置を示すブロック図である。
【図２０】設定データ作成プログラムの画面を示すイメージ図である。
【図２１】「ファイルを開く」ダイヤログ画面を示すイメージ図である。
【図２２】図２０の表示欄にオブジェクトを表示された例を示すイメージ図である。
【図２３】図２２のオブジェクトを移動させる例を示すイメージ図である。
【図２４】プリントデータ作成ダイヤログを示すイメージ図である。
【図２５】パラメータ設定手段の他の例を示すイメージ図である。
【図２６】図２６（ａ）は硬化された樹脂上に未硬化の樹脂を塗布する様子、図２６（ｂ）は図２６（ａ）の上面に紫外光を照射して未硬化樹脂を硬化させる様子、図２６（ｃ）は図２６（ｂ）は造形物が完成した状態、図２６（ｄ）は図２６（ｃ）の樹脂が冷却と共に熱収縮する様子、をそれぞれ示す模式断面図である。
【図２７】造形プレート上で造形物を配置する優先順位を示す模式平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための三次元造形装置、三次元造形方法、三次元造形装置用の設定データ作成装置、三次元造形装置用の設定データ作成プログラム並びにコンピュータで読み取り可能な記録媒体を例示するものであって、本発明は三次元造形装置、三次元造形方法、三次元造形装置用の設定データ作成装置、三次元造形装置用の設定データ作成プログラム並びにコンピュータで読み取り可能な記録媒体を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
（実施例１）
【００３３】
図１に、本発明の実施例１に係る三次元造形システム１００のブロック図を示す。ここでは、三次元造形装置の一例として、インクジェット方式の三次元造形装置に適用する例を説明する。ただ、本発明は三次元造形装置をインクジェット方式に特定するものでなく、他の方式、例えば粉末法、光造形法、シート積層法、押し出し法等の積層造形法を用いた三次元造形装置に対しても利用できる。この三次元造形システム１００は、造形材を流動状態でインクジェット方式によって吐出、硬化させ、これを積層することによって任意の造形物を製造するものである。造形材には、最終的な造形物を構成するモデル材ＭＡと、このモデル材ＭＡが張り出した張り出し部分を支えるために造形され、最終的に除去されるサポート材ＳＡとが利用される。
【００３４】
図１に示す三次元造形システム１００は、三次元造形装置２に造形データならびに造形条件である設定データを送出する設定データ作成装置１（図１ではコンピュータＰＣ）と、三次元造形装置２で構成される。三次元造形装置２は、制御手段１０と、ヘッド部２０と、造形プレート４０とを備える。ヘッド部２０は、造形材吐出手段として、モデル材ＭＡを吐出するモデル材吐出ノズル２１と、サポート材ＳＡを吐出するサポート材吐出ノズル２２を備えている。またこれらの吐出された造形材から余剰分を掻き取ることによりその時点での造形物の最上層の厚みの適正化を図ると共に、造形材の表面を平滑化するためのローラ部２５と、造形材を硬化させる硬化手段２４も、ヘッド部２０に備えられる。さらにヘッド部２０を水平方向において、モデル材吐出ノズル２１とサポート材吐出ノズル２２から造形材を液体又は流体状態でインクジェット方式によって、造形プレート４０上の適切な位置に吐出させるために、往復走査するＸ方向と、このＸ方向に直交するＹ方向に走査させるための水平駆動手段、及びヘッド部２０と造形プレート４０との高さ方向の相対位置を移動させるための垂直駆動手段として、ＸＹ方向駆動部３１及びＺ方向駆動部３２を備えている。ここで、Ｙ方向とはモデル材吐出ノズル２１及びサポート材吐出ノズルが有する複数のオリフィスが配列した並び方向であり、Ｘ方向は水平面内においてこのＹ方向と直交する方向である。
【００３５】
コンピュータＰＣは、三次元形状の造形物の基礎データ、例えば三次元ＣＡＤ等で設計されたモデルデータの入力を外部から受けると、まずこのＣＡＤデータを、例えばＳＴＬ（Stereo Lithography Data）データに変換し、更にこのＳＴＬデータを複数の薄い断面体にスライスして得られる断面データを生成し、そしてこのスライスデータを、一括又は各スライス層単位にて三次元造形装置２に対して送信を行う設定データ作成装置１として機能する。この際、三次元ＣＡＤ等で設計されたモデルデータ（実際は、変換後のＳＴＬデータ）の造形プレート４０上における姿勢の決定に対応し、この姿勢におけるモデル材ＭＡにて形成されるモデルを支持することが必要な空間又は箇所に対して、サポート材ＳＡを設ける位置の設定が行われ、これらのデータを元に各層に対応するスライスデータが形成される。制御手段１０は、ローラ回転速度制御手段１２と、吐出制御手段１３を備える。ローラ回転速度制御手段１２は、ローラ本体２６がモデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡを個別に回収する際に、各吐出ノズルから吐出されるモデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡの物理的特性に応じて、ローラ本体２６の回転速度を変化させることができる。制御手段１０は、コンピュータＰＣからの断面データを取り込み、そのデータに従ってヘッド部２０、ＸＹ方向駆動部３１及びＺ方向駆動部３２を制御する。この制御手段１０の制御により、ＸＹ方向駆動部３１が作動すると共に、ヘッド部２０のモデル材吐出ノズル２１及びサポート材吐出ノズル２２より造形材としてのモデル材ＭＡならびにサポート材ＳＡを、小滴として造形プレート４０上の適切な位置に吐出することにより、コンピュータＰＣから与えられた断面データに基づく断面形状が造形される。そして造形プレート４０上に吐出された造形材の一であるモデル材ＭＡは少なくとも硬化されて液体又は流体状態から固体に変化して硬化する。このような動作によって一層分の断面体すなわちスライスが作り出される。なお、スライスデータは、三次元造形装置２側で生成してもよいが、その際においても、各スライス層の厚み等のオペレータが決定しなくてはならない造形パラメータはコンピュータＰＣ側から三次元造形装置２へ送信しなければならない。
（スライス）
【００３６】
ここで「スライス」とは、造形物のｚ方向の積層単位であり、スライス数は高さを積層厚で除算した値となる。実際には、各スライスの厚みを決定する要件としては、各吐出ノズルからの吐出可能な最小限の単位吐出量やローラ部２５のローラの上下方向における偏心によるばらつき等によって、設定可能な最小の厚みが決定される。このような観点に基づいて設定された値をスライスの最小値として、後は、ユーザが造形物に対して、求める、例えば、造形精度や造形速度の観点から各スライス量を最終的に決定できる。つまり、ユーザが造形精度を優先することを選択すれば、上述したスライス最小値又はその近傍の値にて各スライス量を決定し、一方造形速度を優先すれば、最低限の造形精度を維持した各スライス量を決定することができる。または、別の方法としては、造形精度と造形速度の比率をユーザに感覚的に選択させる方法や、ユーザに許容可能な最大造形時間を入力させることにより、いくつかの造形時間と造形精度の組み合わせを候補として表示し、その中からユーザが好む条件を選択させることも可能である。
【００３７】
また、一つのスライスデータに対する造形行為は、少なくともヘッド部２０をＸ方向（ヘッド部２０の主走査方向）に往復動作する際の少なくとも往路又は復路にてモデル材吐出ノズル２１とサポート材吐出ノズル２２から造形材を液体又は流体状態でインクジェット方式によって吐出させ、造形プレート４０上に吐出された造形物が未硬化の状態にて、少なくとも往路又は復路にてその未硬化の造形物の表面を平滑化するためにローラ部２５を作用させると共に、平滑化された造形物の表面に対して、硬化手段２４から特定波長の光を照射することにより、造形物を硬化させる一連のステップを少なくとも一回行うことで行われるが、この回数は、スライスデータの厚みや要求される造形精度によって自動的に変更されることはいうまでもない。なお、造形に用いる造形材料が、所定の温度によって硬化するものであれば、本発明においては硬化手段２４を冷却または加熱手段とすることもでき、また自然硬化できる場合には硬化手段を省略することもできる。
【００３８】
一方、また少なくとも往路又は復路にてモデル材吐出ノズル２１とサポート材吐出ノズル２２から吐出され、造形プレート４０上に形成される一回の最大の厚みは、吐出された液滴の着弾後の断面形状が略円形を留めることが可能な単位吐出量によって決まる。
（造形プレート４０）
【００３９】
造形プレート４０は、Ｚ方向駆動部３２によって昇降自在としている。一スライスが形成されると、制御手段１０によってＺ方向駆動部３２が制御され、造形プレート４０は一スライス分の厚さに相当する距離だけ降下する。そして上記と同様な動作を繰り返し行うことにより一スライス目の上側（上表面）に新たなスライスが積層される。このように連続的に作り出された幾層もの薄いスライスが積層されて造形物が造形される。
【００４０】
また、造形物がＺ方向（つまり高さ方向）において、下方に位置する造形部分よりＸ−Ｙ平面で張り出した、いわゆるオーバーハング形状を有する場合には、コンピュータＰＣにおいて造形物をデータ化する際に必要に応じてオーバーハング支持部形状が付加される。言い換えれば、オーバーハング形状を有する造形物とは、既に成形されたモデル材のスライスが存在しない部分の上表面に新たなモデル材のスライスが成形される部分（オーバーハング部）を有する造形物である。そして制御手段１０は、最終造形物を構成するモデル材ＭＡの造形と同時に、そのオーバーハング支持部形状に基づいて、オーバーハング支持部ＳＢを造形する。具体的には、モデル材ＭＡとは別のサポート材ＳＡを、サポート材吐出ノズル２２から小滴として吐出させることにより、オーバーハング支持部ＳＢを形成する。造形後に、オーバーハング支持部ＳＢを構成するサポート材ＳＡを除去することで、目的の三次元造形物を得ることができる。
【００４１】
ヘッド部２０は、図３の平面図に示すように、ヘッド移動手段３０により水平方向、すなわちＸＹ方向に移動される。ヘッド部２０は、図において上下にそれぞれ配置された一対のＸ方向（主走査方向）ガイド機構であるＸ方向移動レール４３に支持される。ヘッド部２０を支持する基台側には、Ｘ方向への駆動部（図示せず）が、一方のＸ方向移動レール４３に沿って設けられている。また、ヘッド部２０をＸ方向移動レール４３上に載置する門型のフレームに、ヘッド部２０をＹ方向（副走査方向）に移動させるためのＹ方向移動レール４４が設けられる。またヘッド部２０をＹ方向移動レール４４に沿って駆動するための駆動部（図示せず）が載置される。これらの駆動部によってヘッド部２０は、ＸならびにＹ方向に移動することが可能となっている。
【００４２】
さらに造形プレート４０が、図１に示すようにプレート昇降手段（Ｚ方向駆動部３２）によって高さ方向、すなわちＺ方向に移動される。これによって、ヘッド部２０と造形プレート４０の相対高さを変更でき、立体的な造形が可能となる。より詳細には、まずヘッド部２０は、ヘッド移動手段３０によりモデル材吐出ノズル２１及びサポート材吐出ノズル２２より造形材としてのモデル材ＭＡならびにサポート材ＳＡをスライスデータに基づいた適切な箇所に吐出するために、Ｘ方向に往復動作され、各吐出ノズル２１、２２に各々設けられる複数のＹ方向に伸びるオリフィスから、モデル材ＭＡ及びサポート材ＳＡが吐出される。さらに、図３に示すように、各吐出ノズル２１、２２のＹ方向の幅が、造形プレート４０上の造形可能なＹ方向の幅より小さい場合で、且つ造形用のモデルデータのＹ方向の幅が、Ｙ方向に伸びるオリフィスの全長より大きい場合は、各吐出ノズル２１、２２の所定の位置におけるＸ方向の往復動作の後、Ｙ方向に各吐出ノズル２１、２２を所定量シフトさせ、その位置でのＸ方向の往復走査と共に、モデル材ＭＡ及びサポート材ＳＡをスライスデータに基づいた適切な箇所に吐出させることを繰り返すことにより、設定された全ての造形データに対応した造形物の生成を行う。
【００４３】
なお図１の例では、Ｚ方向駆動部３２として造形プレート４０を昇降させるプレート昇降手段を用いているが、この例に限られず、図２に示す三次元造形装置２’のように、造形プレート４０側を高さ方向に固定し、ヘッド部側をＺ方向に移動させるＺ方向駆動部３２’を採用することもできる。また、ＸＹ方向への移動も、ヘッド部側を固定して、造形プレート側を移動させてもよい。また、上述したような、ヘッド部２０のＹ方向へのシフトは、各ノズルの幅を、実質的に造形プレート４０の造形可能なＹ方向の幅と同じにすれば、その必要はないが、その際においても、例えばノズルに設けられるオリフィスの間隔で決定される造形物のＹ方向の解像度を高める目的として、ヘッド部２０のＹ方向へのシフトにより、各オリフィスが、先の造形時におけるオリフィスとオリフィスの間に位置するようにシフトさせてもよい。
（制御手段１０）
【００４４】
制御手段１０は、造形材の吐出パターンを制御する。すなわちモデル材ＭＡ及びサポート材ＳＡを、Ｘ方向における往復走査の内、少なくとも往路又は復路の一方にて造形材吐出手段により造形プレート４０上に吐出させながら、ヘッド部２０をＸ方向に往復走査させて、造形材吐出手段により造形材が造形プレート４０上に吐出された後で、且つ往路又は復路の少なくともいずれか一方で、モデル材ＭＡ及びサポート材ＳＡに対して硬化手段２４で硬化させることにより、スライスを生成し、高さ方向に造形プレート４０とヘッド部２０の相対位置を移動させて、スライスの積層を繰り返すことにより造形を実行する。なお、詳細は後述するが、ローラ部２５による造形材表面の平滑化は、造形材吐出手段により造形材が造形プレート４０上に吐出された後で、且つ硬化手段２４にて造形材の表面が硬化させる前に、往路又は復路の少なくともいずれか一方で、行われる。
【００４５】
この制御手段１０は、一回のＸ方向への往復走査でモデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡのいずれか一方の造形材を吐出して、ローラ部２５による造形材表面の平滑化と余剰分の除去を行い、更に硬化手段２４により硬化させてから、次回以降の往復走査で、吐出されなかった他方の造形材を吐出して、造形材表面の平滑化を行い、硬化させる。これら一連の工程を少なくとも一回行うことにより、一枚のスライスの生成を行う。いうまでもなく、一層のスライスデータに対応した上記一連の工程は、例えばユーザの求める最終的なモデルの表面精度や造形時間に応じて、複数回繰り返すことが含まれる。これにより、モデル材ＭＡ又はサポート材ＳＡのいずれか一方を未硬化の状態でその表面を平滑化し、そして硬化させた後、他方を吐出することで個別に硬化でき、これらモデル材ＭＡとサポート材ＳＡの界面における混合を効果的に回避できる利点が得られる。
【００４６】
なお、この例では先にモデル材ＭＡを吐出し、次いでサポート材ＳＡを吐出させる例を説明したが、逆にサポート材を先に吐出させ、次いでモデル材を吐出させてもよい。また、この例ではいずれか一方の造形材をまず吐出して、これを硬化させた後に、他方の造形材を吐出して硬化させるという、モデル材とサポート材を個別に吐出、硬化させて造形する方法を説明した。ただ、この方法に限られず、モデル材とサポート材を同時に吐出させることも可能である。
（造形材）
【００４７】
上述の通り、造形材には、最終的な造形物となるモデル材ＭＡと、このモデル材ＭＡが張り出した張り出し部分を支え、最終的に除去されるサポート材ＳＡが用いられる。
（硬化手段２４）
【００４８】
モデル材ＭＡには、光硬化樹脂、例えば紫外線硬化樹脂が使用できる。この場合、硬化手段２４は少なくともモデル材ＭＡの材料が反応して硬化する特定波長を含む光を照射する光照射手段であり、例えば紫外線ランプ等の紫外線照射手段である。紫外光ランプには、ハロゲンランプや水銀灯、ＬＥＤ等が利用できる。またこの例では、サポート材ＳＡも紫外線硬化樹脂としている。同じ波長の紫外線で硬化する紫外線硬化樹脂を使用する場合は、同じ紫外線照射手段を利用でき、光源を共通化できる利点が得られる。
（モデル材ＭＡ）
【００４９】
またモデル材ＭＡとして、熱可塑性樹脂を使用することもできる。この場合、硬化手段２４は、冷却手段となる。なおモデル材とサポート材にいずれも熱可塑性樹脂を使用する場合は、モデル材の融点をサポート材の融点よりも高いものを採用することにより、積層完了後に造形物をサポート材の融点より高く、モデル材の融点より低い温度に加熱、保温することにより、サポート材を溶融除去することができる。さらに、モデル材とサポート材の一方を光硬化樹脂、他方を熱可塑性樹脂とすることもできる。
【００５０】
あるいは、硬化材との化学反応により硬化可能な材料をモデル材に用いることもできる。さらにモデル材は、粘度や表面張力等の噴射特性を調整するために、必要に応じて液体改質剤を混合してもよい。また温度調整によって噴射特性を変更することもできる。モデル材の他の例としては、紫外線フォトポリマー、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン等が挙げられる。
（サポート材ＳＡ）
【００５１】
サポート材ＳＡは、基本的には、上述したモデル材と同様な材料を用いることができる。ただ、サポート材は最終的に容易に除去できる材料としたいとの観点から、モデル材と類似した材料に更に除去可能な材料を添加することが望ましい。このため、具体的には水膨潤ゲル、ワックス、熱可塑性樹脂、水溶性材料、溶解性材料等が使用できる。サポート材ＳＡの除去には、サポート材の性質に応じて水溶、加熱、化学反応、水圧洗浄等の動力洗浄や電磁波の照射により溶解させる、熱膨張差を利用した分離等の方法が適宜利用できる。
（ヘッド部２０）
【００５２】
図４に、インクジェット方式の三次元造形装置のヘッド部２０の一例を示す。この図に示すヘッド部２０は、造形材吐出手段として、モデル材ＭＡとサポート材ＳＡの吐出を個別に行う専用の吐出ノズルを設けている。具体的には、モデル材ＭＡを吐出するためのモデル材吐出ノズル２１と、サポート材ＳＡを吐出するためのサポート材吐出ノズル２２を、平行に離間させて備えている。各吐出ノズルは、２つのノズル列２３を設けており、これらのノズル列２３は、図５の平面図に示すように半ノズル分ずらして配置することで、分解能を向上させている。またオフセット状態に配置された各ノズル列２３は、モデル材吐出ノズル２１とサポート材吐出ノズル２２とで、それぞれ同一ライン上に一致するように配置することで、モデル材とサポート材の分解能を一致させている。
【００５３】
ヘッド部２０では、左からサポート材吐出ノズル２２、モデル材吐出ノズル２１、ローラ部２５、硬化手段２４が一体的に設けられている。各吐出ノズルは、圧電素子方式のインクジェットプリントヘッドの要領で、インク状の造形材を吐出する。また造形材は、吐出ノズルから吐出可能な粘度に調整される。
【００５４】
図４の例では、ヘッド部２０が先にモデル材ＭＡを吐出した後、サポート材ＳＡを吐出している。またヘッド部２０は往路（図において左から右）で造形材を吐出し、復路（図において右から左）では造形材の最表面からローラ部２５にて余剰樹脂を掻き取り、平滑化を図った後、平滑化された樹脂を硬化手段２４で硬化させている。
【００５５】
さらに図４の例に示すヘッド部２０は、吐出ノズルを設けた吐出ヘッドユニット２０Ａと、ローラ部及び硬化手段を設けた回収硬化ヘッドユニット２０Ｂとに分割されている。吐出ヘッドユニット２０Ａと回収硬化ヘッドユニット２０Ｂとの間には、ヘッド部２０を移動させるためのＹ方向移動レール４４を通すレールガイド４５が設けられている。ヘッド部２０は、図３の平面図に示すように、Ｙ方向移動レール４４に沿ってＹ方向に往復移動する。さらにＹ方向移動レール４４の両端は、ヘッド移動手段３０で支承されている。ヘッド移動手段３０は、造形プレート４０を上下方向に跨ぐように、造形プレートの上下に沿って平行に設けた一対のＸ方向移動レール４３に沿ってＸ方向に往復移動する。これによってヘッド部２０は、造形プレート上でＸＹ平面上の任意の位置に移動できる。
（余剰樹脂回収機構）
【００５６】
ヘッド部２０はさらに、余剰に吐出された樹脂を回収するための余剰樹脂回収機構を備えている。すなわち、インクジェット方式の三次元造型機においては、精度の良い造形を行うために、余分にモデル材やサポート材等の造形材を吐出し、造形プレート４０上に吐出された樹脂の余剰分を、余剰樹脂回収機構で回収しながら造形を行っている。このような余剰樹脂回収機構を図６の模式図に示す。この図に示す余剰樹脂回収機構は、吐出されたモデル材ＭＡ及びサポート材ＳＡの表面を未硬化の状態で押圧し、造形材の余剰分を除去し、かつ造形材表面を平滑化するためのローラ部２５で構成される。図６の例では、吐出されたモデル材ＭＡの表面を、未硬化の状態でローラ本体２６で均す状態を示している。
（ローラ部２５）
【００５７】
ローラ部２５は、回転体であるローラ本体２６と、ローラ本体２６の表面に対して突出するように配置されたブレード２７と、ブレード２７で掻き取られた造形材を溜めるバス２８と、バス２８に溜まった造形材を排出する吸引パイプ２９とを備えている。ローラ本体２６は回転自在に支承されており、未硬化の樹脂を回転しながら押圧することにより、樹脂の表面を均しつつ、余剰分を掻き取って回収する。このローラ本体２６はヘッド部２０の進行方向に対して逆回転（図６において時計回り）に回転され、未硬化の造形材を掻き上げる。掻き上げられた造形材は、ローラ本体２６に付着してブレード２７まで運ばれた後、ブレード２７で掻き取られてバス２８に案内される。このためブレード２７は、ローラ本体２６が樹脂表面に当接する際の進行方向に対して、ローラ本体２６の後方の位置に配置され、バス２８に向かって下り勾配の姿勢で固定される。同様に、バス（槽）２８もローラ本体２６に対してブレート２７と同様な側に配置され、且つブレード２７の下方に配置されている。また吸引パイプ２９はポンプに接続されており、バス２８に溜まった造形材を吸引して排出する。この例では、ローラ本体２６の外形をφ２０ｍｍ程度、回転速度を１０回転／ｓ程度としている。
【００５８】
このローラ部２５は、図においてヘッド部２０が右から左に進行する際に、掻き取りを行う。換言すると、左から右にヘッド部２０が進行しつつ、スライスデータに基づいて、適切な位置にモデル材吐出ノズル２１とサポート材吐出ノズル２２から各々モデル材ＭＡとサポート材ＳＡを吐出する際は、ローラ部２５は造形材に接触せず、同様に硬化手段２４の光源からの照明も行われない。図においてヘッド部２０の左から右への主走査方向の例えでは、往路にて少なくとも造形材の吐出が各ノズル２１、２２から実行された後の右から左方向への復路としての主走査方向において、上述したローラ部２５の掻き取り動作が実行されると共に、少なくともモデル材ＭＡを硬化するための光を照射する光源としての硬化手段２４も動作することになる。
【００５９】
なお硬化手段２４の光源は、モデル材吐出ノズル２１とサポート材吐出ノズル２２より進行方向に対して前方に配置されるため、光源を点灯していても、吐出され、ローラ部２５によって平滑化される前の流動可能な樹脂に照射を行うことはない。その一方で、硬化手段２４の光源を積極的に必要なタイミング以外は消灯することはもちろん可能である。また一方で、硬化手段を複数設ける構成としてもよい。例えば、硬化手段として第一硬化手段と第二硬化手段とを設け、吐出後の樹脂に対して第一硬化手段で予備的に硬化を行い、次いで第二硬化手段で樹脂をより一層硬化させる。このように硬化手段を多段構成とすることで、樹脂の硬化能力を十分に発揮させることができる。またこのような場合において、第一硬化手段が予備的な硬化に留まり、第一硬化手段を経ても樹脂に未だ十分な流動性が残っている場合は、第一硬化手段による予備硬化後に、ローラ部で樹脂余剰分の掻き取りを行い、その後に第二硬化手段で硬化を行うように構成してもよい。すなわち、すべての硬化手段がローラ部の次段側に配置されることを必ずしも要しない。
【００６０】
図１、図４に示すように、ヘッド部２０の進行方向に対してローラ部２５は硬化手段２４の前方、図において左側に配置されている。この結果、先に未硬化の造形材をローラ部２５で掻き取った後、硬化手段２４が造形材を硬化させる。このような配置によって、同一のパスで造形材の掻き取りと硬化を行うことができ、効率よく処理できる利点が得られる。
【００６１】
なお、Ｘ軸方向に沿うサポート材吐出用ノズル２２、モデル材吐出ノズル２１、ローラ部２５及び硬化手段２４の配列の基本的な考え方は、以下の通りである。ヘッド部２０の主走査方向の往路方向をベースに考えると、サポート材吐出用ノズル２２、モデル材吐出用ノズル２１は、いずれか一方が他方の前方に位置すればよい。このようなノズルのレイアウトに対して、ローラ部２５ならびに硬化手段２４は、ローラの作用を往路で行いたい場合は、往路進行方向において、サポート材吐出用ノズル２２、モデル材吐出用ノズル２１の後方にローラ部２５、硬化手段２４の順で配置し、ローラの作用を復路で行いたい場合は、サポート材吐出用ノズル２２、モデル材吐出用ノズル２１の復路の進行方向において後方にローラ部２５、硬化手段２４の順で配置すればよい。
【００６２】
また、上記実施例においては、ヘッド部２０から新たな最上層となるための樹脂を吐出させた後、造形途中の未硬化状態の最上層の樹脂層に対して、ローラ部２５による余剰樹脂の掻き取りを行った後、硬化手段２４によって少なくとも最上層の樹脂層に対する硬化のためのＵＶ光を照射する方法を採用した。
【００６３】
ただ、この構成以外にも、上述の通り硬化手段を多段で構成することもできる。例えばヘッド部２０から新たな最上層となるための樹脂を吐出させた後、余剰樹脂層を含む最上層に対して、硬化手段２４によって一旦光を照射した後、造形途中の未硬化状態の最上層の樹脂層に対して、ローラ部２５による余剰樹脂の掻き取りを行い、その後再度硬化手段２４によって少なくとも最上層の樹脂層に対する硬化のためＵＶ光を照射する方法もある。この場合、硬化手段２４は、ヘッド部２０において、Ｘ方向、つまりヘッド部２０の主走査方向で、サポート材吐出用ノズル２２、モデル材吐出用ノズル２１を挟む前後方向に一対の硬化手段を設けることにより、上述のような二度の照射を行うことができる。また、この場合、一度目の照射と二度目の照射を合わせて、最終的に所望する樹脂の硬化の程度を達成するようになるため、一度目の照射後の樹脂は硬化状態ではなく、まだその後のローラ部２５による掻き取り動作のために、流動可能な、半硬化状態である。このため、この場合においても、ローラ部２５による樹脂の掻き取り前の最上層の状態は、未硬化または流動可能な状態と表現することとする。
（造形材の放熱）
【００６４】
一方で、造形プレート４０上に吐出された造形材は、硬化時に発熱する。例えば、図２６（ａ）〜（ｄ）に示すように、造形材である樹脂をＵＶランプにより硬化させる際に、反応熱が生じる。反応熱は、使用する樹脂の種類にもよるが、例えば造形物の内部で８０℃程度となる。このため樹脂内部が高温となって、通常の樹脂成形と場合と同様に、熱収縮が生じて、最終的に得られる造形物に歪みや反りなどの変形が生じる。このような熱による樹脂の変形を抑制するには、造形された樹脂を効率よく冷却することが好ましい。また、他の種類の樹脂としては、熱可塑性樹脂が挙げられる。この樹脂は、吐出するまで流動性を確保するために所定温度以上に保持され、造形プレート４０上に吐出された後は、速やかに吐出された状態での位置に保持させる必要があるため、早急な冷却を行うことが好ましい。
【００６５】
本実施例では、このような樹脂にて成形された造形物の冷却を考慮して、造形プレート４０上で冷却に有利な位置に造形物を配置するように、樹脂の吐出位置を決定する。言い換えれば、造形プレート４０上における造形物の配置を決定する。造形プレート４０を含む造形空間に対しては、三次元造形装置２の前面部に形成され、外気を造形プレート４０を含む造形空間に供給する外気取込口の位置や、造形空間の空気を外部に放出するための空気排出口の位置ならびに造形空間に配置されるヘッド２０などに設けられる熱発生部材の影響などによって、造形プレート４０上では、冷却性能の分布や造形中の冷却分布が存在するため、造形プレート４０上に配置される造形物（オブジェクト）の配置位置によって、冷却能力が変化する。しかしながら従来、このような配置位置に依存した冷却能力の相違は考慮されておらず、造形プレート４０上における造形物の配置については、造形時間や消費樹脂量を低減を重視するものしかなかった。つまり、造形物の熱変形量は造形プレート４０上の位置に依存するものの、ユーザは通常、そのような位置を知ることができず、さらに従来の造形プレート４０への自動配置では造型時間と消費樹脂量を抑えることを重視した手法しか存在しなかったため、造形物の変形を抑えたい造型を実現する配置手法は存在しなかった。
【００６６】
例えば、図２７の造形プレート４０を示す平面図では、ヘッド部を駆動するＸＹ平面のＸＹ原点ＯD（駆動原点）に近い位置にオブジェクトを配置することで、ヘッド部の移動時間を少なくしてトータルの造形時間を低減している。図において、［１］、［２］、［３］は、造形物の配置された位置を示すものである。一方、この例では、三次元造形装置の内部で造形プレート４０を配置している造形領域ＭＲに対して、冷却風を外部から取り入れる吸気口ＩＴが図において下方（三次元造形装置の前面部で、装置幅方向において中央部の位置を示す）に、その排気口ＥＸが上方（三次元造形装置の背面部で、装置幅方向において中央部の位置を示す）に設けられているため、図において下方の吸気側程、冷却能力が優れており、上方の排気側ほど劣ることとなる。この結果、図２７の配置例では、熱変形が大きくなる。
（熱変形抑制機能）
【００６７】
そこで、図７に示すように、オブジェクトの配置位置をＸＹ原点ＯD側でなく、造形プレート４０上において、吸気口ＩＴ側を優先した配置順に変更する熱変形抑制機能を備えることで、造形後の造形物の熱変形量を抑制する効果が得られる。図７の例では、吸気口ＩＴの中心位置を、最も冷却能力が高い位置として最優先におき、次いで、その左右の内、ＸＹ原点ＯDに近い側（図７において左側）、さらにその反対側（図７において右側）の順に、優先順位を規定している。このように配置の優先順位を設定することで、熱変形量の低減のみならず、造形時間の短縮化も考慮した造形が可能となる。なお、図７での三次元造形装置における吸気口ＩＮと排気口ＥＸの位置は、上述した図２７と同様の位置である。
【００６８】
このような熱変形量の抑制を考慮したオブジェクトの配置は、後述する図１９に示す三次元造形装置用の設定データ作成装置のブロック図において、配置手段６４ｂが自動的に演算している（詳細は後述）。例えば、図８は造形領域ＭＲ上に複数のオブジェクトを配置するにあたり、造形時間を重視した従来の配置例を示している。この例においても、図において手前側に吸気口ＩＴ、奥側に排気口ＥＸが設けられているとすると、図８の配置では放熱性が悪くなり、熱変形量が大きいと予想される。これらのオブジェクトに対して、熱変形量を考慮した配置例に変更すると、図９に示すように、手前側（吸気口ＩＴ側）に移動した配置となる。
【００６９】
この際、いずれのオブジェクトを最も冷却能力の高い位置に配置するかは、オブジェクトの形状が熱変形量が顕著となりやすい形状かどうかで決定できる。一般に、平板状のように、面積が広く、厚さが薄い形状ほど、熱変形の影響が顕在化しやすい。そこで、複数のオブジェクトの内で、熱変形量が顕著となりやすい形状のオブジェクトを、形状に関するパラメータ（例えば面積、厚さ）を選択手段で演算して、優先順位を自動的に付与することで、この優先順位に従って配置位置を決定する。また、一度に複数の造形物を造形する際に、その中で最もＸ−Ｙ平面に平行な面積が広く、Ｚ方向の厚みが薄い造形物を吸気口ＩＮの近傍の造形プレート４０上に配置することは、吸気口と対向する装置背面部近傍に配置される排気口ＥＸに向けて風の流れが良くなり、その他の位置に配置された造形物に対する冷却効果を高める可能性が高くなるという効果がある。
【００７０】
またはユーザが、熱変形を抑制したい所望のオブジェクトを個別に指定することで、指定されたオブジェクトを冷却能力の高い位置（例えば吸気口ＩＴ側）に配置することができる。特にユーザが、熱変形させたくないオブジェクトを個別に指定することで、所望のオブジェクトに対して熱変形量を抑制できるため、ユーザの意図に適った造形が得られる。このような指定を行う場合は、選択手段をパラメータ設定手段６３等と同様の入力手段として利用する（後述）。
【００７１】
さらに、オブジェクトの配置に際して、後述する造形パラメータとして熱変形量のみならず、必要な樹脂量や造形時間など、既知の造形パラメータを組み合わせることもできる。例えば、熱変形量と造形時間の二つのパラメータを優先的に考慮した造形物配置が考えられる。この場合、一つの方法として、実際の造形空間、つまり造形プレート上４０エリアを複数に分割し、各エリアに対する冷却効率の重み付けを、実機の実験により求め、一方で、造形時間の効率化を考えた造形物の配置とを組み合わせることにより、熱変形量と造形時間の二つのパラメータを優先的に考慮した造形物配置を求めることができる。
【００７２】
より精度の高いレイアウトを決定する場合は、造形プレートのＹ方向（副走査方向）、言い換えれば、吸気口ＩＮから排気口ＥＸに向かう方向においての造形物の高さの順番、ならびに造形物と造形物との間隔を考慮することが好ましい。
【００７３】
また例えば、熱変形量と使用樹脂量の二つのパラメータを優先的に考慮した造形物配置が考えられる。この場合、一つの方法として、実際の造形空間、つまり造形プレート上４０エリアを複数に分割し、各エリアに対する冷却効率の重み付けを、実機の実験により求め、一方で、使用樹脂量の抑制を考えた造形物の配置とを組み合わせることにより、熱変形量と使用樹脂量の二つのパラメータを優先的に考慮した造形物配置を求めることができる。
【００７４】
また上記のような観点で熱変形量と別の観点でのパラメータを組み合わせることができるが、具体的な手法は、三次元造形装置に設けられる吸気口の位置やその大きさならびに排気口の位置やその大きさ、更には追加仕様として用いられることのある吸気ファンの位置、性能ならびにその制御方法まで考慮して、各々の実機に最適な手法を求めることが必要である。
【００７５】
また、個々の造形物については、ユーザによって造形プレート４０に対する姿勢を決定させた上で、Ｘ−Ｙ平面上での配置のみを装置側にて演算するモードと、各造形物の回転を含む姿勢も含めて、Ｘ−Ｙ平面での各パラメータに対する最適配置を求める全自動モードを設定しても良い。
（吸気口ＩＴ）
【００７６】
図７の例では、造形プレート４０を一方向に延長された矩形状としており、吸気口ＩＴは、この矩形状のほぼ中央に近接して開口させている。このようにすることで、造形プレート４０上の冷却能力の分布が不均一となることを可能な限り低減して、冷却能力に位置毎のむらが発生することを抑制する。
（実施例２）
【００７７】
また、吸気口ＩＴの位置は、図７の例に限られず、異なる位置に設けることもできる。特に、ＸＹ原点ＯDに近接する側に配置すれば、熱変形量の低減と造形時間の短縮化とを両立させることができる。このような例を図１０に示す。図１０の例では、吸気口ＩＴの配置を図７とは逆に、背面側（図において上側）に配置し、これに応じて排気口ＥＸを前面側（図において下側）に配置している。この場合は、図において最も放熱性の高い、上側の中央を優先位置とし、次いでその左右の内、造形時間の面で有利なＸＹ原点ＯD側（図において左上）、さらにその反対側（図において右上）の順に、配置位置を決定する。この配置であれば、熱変形と造形時間とを両方満足させた造形が可能となる。
実際の実機を考えた場合、図１０に基づくレイアウトは、三次元造形装置の前面に吸気口ＩＮを配置し、ヘッド部２０の操作開始原点位置（ＸＹ原点ＯD）を、同様に三次元装置の前面側に変更し、そして排気口ＥＸを装置の背面側に設定することが好ましい。
【００７８】
さらに、以上の例では吸気口ＩＴは、図１１の正面図に示すように、その開口幅を造形プレート４０の幅方向のほぼ中心と中心軸を一致させて、図１１の例において破線で示す造形プレート４０の長さ方向（Ｘ方向）にほぼ等しいか、あるいはこれよりも若干狭いスリット状に開口している。また吸気口ＩＴの開口高さは、造形プレート４０上に積層される造形物に、吸気口ＩＴから吸気された外気が晒されるように設計される。この例では、造形すなわち積層が進行するに連れて造形プレート４０は降下するが、造形物も高くなるため、常に造形中の高さ位置に外気が晒されることとなる。また、吸気側又は排気側あるいはその両方に、送風ファンを設けることで強制的に冷却風を流す。図１２の垂直断面図に示す例では、排気口ＥＸの近傍に送風ファンを設けている。冷却風は、樹脂の硬化時に生じる硬化熱に加えて、各駆動部材の発熱も熱交換して放熱する。
【００７９】
さらに冷却風の経路上には、消臭用の消臭フィルタＦＴを配置している。図１２の例では、前面に設けた吸気口ＩＴから取り入れた冷却風を背面側で一旦ダクトを介して集めると共に、下方に案内して、消臭フィルタＦＴを通している。消臭フィルタＦＴは活性炭などの作用で消臭機能を実現し、これによって造形用の樹脂が硬化時に発する特有の臭いを消臭する。消臭後の冷却風は、背面の下方に設けられた排気口ＥＸから排出される。
【００８０】
さらに、以上の例では三次元造形装置の前面側と背面側に吸気口ＩＴと排気口ＥＸを、横長のスリット状に開口している。これによって、冷却空気を造形プレート４０の上面に沿って帯状に流すことができ、造形プレート４０の長さ方向すなわちＸ方向（図７において水平方向）における温度差のばらつきを抑制して、Ｘ方向に造形されるスライス単位で均一な冷却が期待できる。
（実施例３）
【００８１】
ただ、吸気口ＩＴと排気口ＥＸは、このような構成に限られず、例えば実施例３として図１３に示すように、造形プレート４０の長さ方向のいずれかの端部に配置してもよい。図１３の例では、ＸＹ原点ＯDと対向する側（図において左下）から吸気して、造形プレート４０の対角線状の反対側に排気口ＥＸを設けている。この構成では、吸気口ＩＴを狭くして冷却風の流速を相対的に増す一方、造形プレート４０上で冷却風を均一に分散させることが容易でなく、冷却能力の分布が均一とならないおそれがある。このため、例えば冷却風を分散させるためのダクトや邪魔板を設けたり、吸気口ＩＴを複数設ける等の構成を必要に応じて追加する。また、図１３とは左右対称な配置、すなわち図において造形プレート４０の右下側に吸気口ＩＴ、左上側に排気口ＥＸを設けることもできる。
（実施例４）
【００８２】
あるいは、実施例４として図１４に示すように、ＸＹ原点ＯD側である図において左上側に吸気口ＩＴを設け、右下側に排気口ＥＸを設ける配置としてもよい。この場合は、ＸＹ原点ＯDが吸気側、すなわち冷却能力の最も高い位置となるため、この位置に造形対象のオブジェクトを配置することで、熱変形量の抑制と造形時間の短縮化とを両立させることができる。
（実施例５、６）
【００８３】
反面、このような配置例では吸気口ＩＴ側にヘッド部が配置されることとなるため、吸気口ＩＴから吸気された冷却風が、ヘッド部で乱されることで乱流を生じて、造形領域ＭＲ内に冷却風を均一に流すことが困難となるおそれもある。特に、造形プレート４０のＸ方向に沿って、造形プレート４０上下面に平行に設けた一対のＸ方向移動レール４３で、ヘッド部を支承する門構え状の両持ち式においては、Ｘ方向移動レール４３で冷却風が阻害されて乱流を生じる虞がある。そこで、図１５（実施例５）又は図１６（実施例６）に示すように、吸気口ＩＴと排気口ＥＸを三次元造形装置の側面側に設けて、乱流の発生を抑制し、スムーズで均一な冷却効果が期待できる。このような配置であれば、ＸＹ原点ＯDの近傍に吸気口ＩＴを設けつつも、乱流の発生を抑制できる。特に図１５の例では、吸気口ＩＴをＸＹ原点ＯDに近接して配置することで、熱変形量の低減と造形時間の短縮化とを両立できる。
（実施例７）
【００８４】
あるいは、ヘッド部を造形プレート４０の両側に設けたＸ方向移動レール４３で支承する両持ち型でなく、図１７に示すように造形プレート４０のＸ方向に沿って一方のみにＸ方向移動レール４３を設けて、このＸ方向移動レール４３から片持ち梁式に延長されたアームでもってヘッド部をＹ方向に移動させる片持ち梁式としてもよい。この構成であれば、Ｘ方向移動レール４３が１本で済む分、吸気口ＩＴから流入される冷却風を妨げたり、乱流を生じさせる事態を多少抑制できる。特に、吸気側のＸ方向移動レール４３を省略することで、Ｘ方向移動レール４３に冷却風が衝突して乱流が発生する事態を抑制できる。また図１５、図１６に示すように、Ｘ方向移動レール４３に沿って冷却風を流すことでも、Ｘ方向移動レール４３による乱流の発生の抑制が期待できる。
【００８５】
以上のように、熱変形抑制機能によって吸気口ＩＴ側に熱変形の影響を受けやすいオブジェクトが配置され、また図９等に示すように、スライスが複数列に及ぶ場合は、その背後すなわち排気口ＥＸ側に、熱変形の影響が比較的少ないオブジェクトが配置されることとなる。この場合、一般に熱変形の影響を受けやすいオブジェクトとは、面積が広くて厚さの薄い、例えば板状のオブジェクトとなる。逆に、面積が小さく厚いオブジェクトは、熱変形の影響が相対的に少ない。この結果、熱変形抑制機能によって造形プレート４０上に配列されたオブジェクトは、吸気側から排気側にかけて、図１８の側面図に示すように、平均的な高さが徐々に高くなるように並ぶこととなる。この場合は、冷却風が造形プレート４０表面から進行に従って徐々に高くなるように流れる。このような配置は、複数列に配置されたオブジェクトの内、背面側に配置されたオブジェクトであっても、冷却風に直接晒すことが可能となり、冷却風とオブジェクトとの熱交換によって冷却効果を発揮させるという点において有利となる。逆に、冷却風の風上側に背の高いオブジェクトが配置され、風下側に背の低いオブジェクトが配置されると、背面のオブジェクトは背の高いオブジェクト影となるため、冷却風を直接受けることができず、冷却効果が著しく低減することとなる。このように、熱変形抑制機能によれば、冷却風とオブジェクトの熱交換に適した配置が実現される。なお、この場合において、例えば図１２に示すように、吸気側よりも排気側の高さを高くすることで、冷却風が徐々に高くなる方向に流れやすくなって、よりスムーズな冷却効果が期待できる。
【００８６】
なお以上の例では、造形プレート４０上の冷却性能の分布を規定する要因として、吸気口ＩＴと排気口ＥＸの位置のみを考慮しているが、他の要因を考慮して冷却性能の分布を規定してもよい。例えば、ヘッド部の駆動回路に使用されるパワー半導体のような発熱源が造形プレート４０に隣接している場合は、発熱源の近傍は温度が高いため、ここから離れるほど温度が低いということができる。このため、温度が低く冷却能力の高い位置を決定するに際して、このような発熱源の存在を考慮した上で決定することができる。
（三次元造形装置用の設定データ作成装置）
【００８７】
次に、このような三次元造形装置に造形物のデータを指示する設定データ作成装置について、図１９のブロック図に基づいて説明する。この図に示す三次元造形装置用の設定データ作成装置１は、ＣＡＤデータ等の三次元データを取得するための入力手段６１と、取得された三次元データを、例えばＳＴＬ（Stereo Lithography Data）データに変換した三次元データにて規定される造形物を示すオブジェクトを三次元的に表示するための表示手段６２と、造形パラメータを設定するためのパラメータ設定手段６３と、設定された造形パラメータに従ってオブジェクトの最適な姿勢と配置位置を演算する演算手段６４と、演算手段６４で演算された最適姿勢及び最適位置をユーザが微調整したり、あるいは所望の位置、姿勢を手動で調整するための調整手段６５と、決定された姿勢及び位置に従って三次元造形装置を駆動する設定データを、三次元造形装置が読み込めるデータ形式に変換して、三次元造形装置側に出力するための出力手段６６とを備える。
【００８８】
また上述の通り、三次元造形装置の一例として、インクジェット方式の三次元造形装置に対して、三次元状の造形物の設定データを送出する設定データ作成装置を説明するが、この設定データ作成装置は、利用する三次元造形装置をインクジェット方式に特定するものでなく、他の方式でもＵＶ硬化型樹脂や熱可塑性樹脂を用いる三次元造形装置であれば有効な手法である。
【００８９】
インクジェット法は、上述の通り、液化した材料を噴射した後、少なくともモデル材ＭＡの材料が反応して硬化する特定波長を含む光、例えば紫外光（ＵＶ）を照射したり、冷却する等によって層を硬化させて形成する。この方法によれば、インクジェットプリンタの原理を応用できることから、高精細化が容易となる利点が得られる。
【００９０】
樹脂積層方式の三次元造形装置は、上述の通り最終的な造形物となるモデル材ＭＡと、モデル材ＭＡの張り出し（オーバーハング）部分を支え、最終的に除去されるサポート材ＳＡの２種類の造形材を、ＸＹ方向に走査しながら造形プレート４０上に吐出し、高さ方向に積層していくことにより、造形を行う。造形材であるモデル材ＭＡとサポート材ＳＡは、紫外光を照射することにより硬化する特性を有する樹脂で構成されている。造形材を硬化させる硬化手段２４として、紫外光を照射する紫外光ランプを、モデル材ＭＡとサポート材ＳＡを吐出するノズルと共に、ＸＹ方向に走査し、ノズルから吐出されたモデル材ＭＡ及びサポート材ＳＡに紫外光を照射して硬化させる。
【００９１】
この設定データ作成装置は、専用のハードウエアで構成する他、汎用又は専用のコンピュータで実行される設定データ作成プログラムによっても実現される。ここでは市販のパーソナルコンピュータに設定データ作成プログラムをインストールして設定データ作成装置とする例を、図２０〜図２４のユーザインターフェース画面に基づいて説明する。図２０は、設定データ作成プログラムの起動後の画面イメージである。この図においては、左側に表示手段６２を構成するためのオブジェクトの表示欄６８を設け、一方右側には調整手段６５やパラメータ設定手段６３を構成する、各種操作を行うための操作欄７０を、それぞれ配置している。
（表示欄６８）
【００９２】
表示欄６８においては、仮想的に造形プレート４０上にオブジェクトを配置した状態を表示させることができる。造形プレート４０上には、三次元造形を行う造形領域ＭＲが箱状に表示されている。造形領域ＭＲは造形プレート４０上において造形可能な領域であり、この範囲内にオブジェクトを配置して、実際の三次元造形を行うための設定データを作成する。オブジェクトは三次元的に表示されており、視点を任意の位置に変更できる。また表示欄６８の右上には、簡便に視点を切り替えるための視点変更アイコン６９が設けられている。視点変更アイコン６９は造形プレート４０を情報から見た平面図を示しており、周囲には８個のカメラ状アイコンが設けられている。つまり、ＸＹ平面における任意の中心、実施例では造形プレートの仮想の中心点を指向した３６０度の視野の中で４５度間隔に設けられた、これらのカメラ状アイコンの中の一つをクリックすると、選択されたカメラ位置から造形プレートの仮想の中心点に指向した、平面図に対する該当する方向からの視点に変更できる。また二次元表示に切り替えることも可能である。もちろん、特定のカメラ位置を選択した後、又は直接カメラの選択を行わずに、画面上に表示されるカーソルをドラッグして視野方向の微調整又は調整をユーザが行うこともできる。
（操作欄７０）
【００９３】
操作欄７０には、コンピュータに接続されたマウスやキーボードの入力デバイスで各種操作を行うためのボタン類が配置される。なおオブジェクトの移動等を行う調整手段６５の一形態として、操作欄７０による操作の他、上述した表示欄６８においてマウス操作等によりオブジェクトの移動等を行う操作も、調整手段に含まれる。
（オブジェクト一覧７１）
【００９４】
操作欄７０の上段には、オブジェクトの一覧を表示するオブジェクト一覧７１が設けられる。この欄には、現在表示欄６８で表示されているオブジェクトがすべて表示され、オブジェクトの名称や表面仕上げの有無等の情報が表示される。また複数のオブジェクトを選択する等の操作もここで行える。
（オブジェクト生成欄７２）
【００９５】
また中段には、オブジェクトを生成するためのオブジェクト生成欄７２が設けられ、オブジェクトの入力や削除等の操作を行うためのボタン類が配置される。このボタン類は入力手段６１を構成し、具体的には、左から、オブジェクトのデータ入力を行う「読み込み」ボタン７３、オブジェクトのコピーを行う「コピー」ボタン７４、選択したオブジェクトの削除を行う「削除」ボタン７５が設けられる。
（手動操作欄７６）
【００９６】
さらにオブジェクト生成欄７２の下には、選択されたオブジェクトに関する情報の表示や詳細設定を行う手動操作欄７６が設けられる。ここでは、オブジェクトの位置や回転角度、サイズや拡大／縮小倍率等を調整できる。調整は、数値を直接入力したり、増減ボタンで増減させたり、あるいはマウス等で連続的に変化させる等の操作によって行える。また拡大／縮小時に縦横等のサイズの比率を保持したり、あるいは表面仕上げを選択する等の操作も行える。
（自動操作欄７８）
【００９７】
さらに手動操作欄７６の下段には、自動設定を行うための自動操作欄７８が設けられる。ここでは、オブジェクトの最適姿勢を自動演算する最適姿勢決定機能を実行するための「最適姿勢」ボタン８０、オブジェクトの最適位置を自動演算する最適位置決定機能を実行するための「最適配置」ボタン８１、及び造形時間を演算するための「見積」ボタン８２が設けられている。「見積」ボタン８３を押下すると、現在の設定に従って予測される造形時間が演算され、予測造形時間表示欄に表示される。また「最適姿勢」ボタン８０の下部には、造形パラメータを指定するためのパラメータ設定手段６３として、造形時間最小か、造形材の使用量最小のいずれかを選択するためのラジオボタン６３Ａが設けられている。なお、上述したように、パラメータ設定手段６３として、造形時間最小か、造形材の使用量最小のいずれかを選択する機能に加えて、またはこれに代えて、造形精度と造形速度の比率をユーザに感覚的に選択させる方法や、ユーザに許容可能な最大造形時間を入力させることにより、いくつかの造形時間と造形精度の組み合わせを候補として表示し、その中からユーザが好む条件を選択させることも可能である。また、言うまでもなく、ユーザがパラメータ設定手段６３として、造形時間最小か、造形材の使用量最小のいずれかを選択し、「見積」ボタン８３を押下すると、現在の設定に従って予測される造形時間が演算される。
（出力手段６６）
【００９８】
さらに操作欄７０の右下には、出力手段６６として、三次元造形を実行するための「プリント」ボタン８４が配置される。「プリント」ボタン８４を押下すると、出力手段６６から三次元造形装置に例えば、変換されたＳＴＬデータの各スライスデータである設定データが一括又は各スライスデータ単位で出力され、三次元造形装置に対してプリント命令が指示されて、三次元造形が開始される。
（入力手段６１）
【００９９】
入力手段６１は、造形物の形状を予め３次元ＣＡＤ等で作成した三次元データを取り込むための手段である。三次元データとしては、規格化された汎用又は専用のデータフォーマットに従って作成されたものが利用でき、例えばＳＴＬ、ＳＴＥＰ、ＩＧＥＳ、Ｐａｒａｓｏｌｉｄ、ＡＣＩＳ、ＨＳＦ、ＮＧＲＡＩＮ、ＯＢＪ、ＤＸＦ、ＶＲＭＬ、ＸＶＬ、ＨＴＭＬ等が利用できる。図２０の例では、入力手段６１の例としてオブジェクト生成欄７２の「読み込み」ボタン７３を押下すると、図２１に示す「ファイルを開く」ダイヤログ画面８５が開く。この画面から、ユーザは三次元データとして所望のＳＴＬファイルを選択する。また画面右には、現在選択中の三次元データの内容がプレビュー表示され、ユーザによるデータファイルの選択作業を容易にしている。
【０１００】
入力手段６１で三次元データが選択されると、選択された三次元データで規定されるオブジェクトが、例えば、ＳＴＬデータに変換後、図２０の表示欄６８に表示される。この様子を図２２に示す。図２２の画面から、ユーザは調整手段６５を用いてオブジェクトＯＢ１を選択し、任意の位置に移動させたり、あるいは傾斜や回転等、任意の姿勢に変更できる。図２３に、オブジェクトＯＢ１を回転、傾斜させて移動させた例を示す。なお、本明細書においてオブジェクトの移動には回転、傾斜を含む意味で使用する。
【０１０１】
図２２、図２３の例ではオブジェクトＯＢ１を１個のみ表示させているが、複数の三次元データを入力手段６１から取り込み、任意の位置に配置することができる。また、入力された一のオブジェクトをコピーすることで、複数のオブジェクトを造形プレート４０上に配置することもできる。さらに、任意のオブジェクトを削除することも可能である。これらの操作は、上述したオブジェクト生成欄７２にて、「コピー」ボタン７４、「削除」ボタン７５を操作して行う。
【０１０２】
ユーザは任意、又は上述した造形パラメータを指定するためのパラメータ設定手段６３として、造形時間最小か、造形材の使用量最小のいずれかを選択し、「最適姿勢」ボタン８０を押下することで、調整手段６５でオブジェクトＯＢ１の位置と姿勢を決定した後、操作欄７０の「プリント」ボタン８４を押下すると、出力手段６６から三次元造形装置に設定データが出力される。具体的には、図２４に示すようなプリントデータ作成ダイヤログ８６が表示され、三次元プリンタである三次元造形装置が読み込める形式の設定データが生成されて、三次元造形装置に転送される。以上のようにして、ユーザは設定データ作成装置を用いて設定データを作成し、三次元造形装置に対して造形を命令できる。
（パラメータ設定手段６３）
【０１０３】
一方で、図１９に示す設定データ作成装置はパラメータ設定手段６３と演算手段６４を備えている。パラメータ設定手段６３で設定された一般最適化条件に従って、演算手段６４がオブジェクトの最適姿勢と最適位置を演算する。このパラメータ設定手段６３は、入力手段で取得されたオブジェクトの内、造形物の硬化時の発熱によって熱変形する変形量の最も大きい造形物を選択する選択手段としても機能する。
（造形パラメータ）
【０１０４】
三次元造形に際しては、必要なモデル材ＭＡの量は、オブジェクトの姿勢や位置によらず不変であるものの、これを支持するサポート材ＳＡの量は、モデル材ＭＡの姿勢や配置状態に応じて変化する。よって使用するサポート材の量が少ない程、高価なサポート材の消費量を抑えて効率よく造形できるといえる。
【０１０５】
一方で、三次元造形装置においては一般に造形時間が比較的長いという問題がある。例えばインクジェット方式の三次元造形装置においては、造形材としてモデル材ＭＡとサポート材ＳＡを使用し、造形プレート４０上にヘッド部２０を往復させながらこれらの造形材を吐出して一層分のスライスを成形する。このスライスを下層から順次積層して所望の高さの造形物を得る構成のため、造形物の高さが高くなる程スライス数が多くなり、その分だけ造形時間がかかる。このため、造形プレート４０上に配置される造形物の高さを低くすることが重要となる。
（パラメータ設定手段６３）
【０１０６】
以上のように、造形時間の最小と造形材の使用量の最小の、いずれを優先するかで、オブジェクトの最適な姿勢や位置は変化する。いいかえると、これらは三次元造形の条件を規定する造形パラメータということができる。よってユーザは、造形パラメータのいずれを優先して三次元造形を行うか、その優先度をパラメータ設定手段６３で指定する。このためパラメータ設定手段６３は、複数の造形パラメータの内、いずれを優先して最小化するような三次元造形を行うかを設定するために用いる。
（サポート材接触面積）
【０１０７】
また造形パラメータは、上述した造形時間と造形材（インクジェット方式ではサポート材ＳＡ）の使用量に限られず、他の指標を含めることができる。例えばサポート材とモデル材とが接触する面積も造形パラメータとして規定できる。特にインクジェット方式の場合、モデル材の表面の内、サポート材が接触している面は、表面が粗くなると共に、造形時未硬化の状態でモデル材とサポート材が接する境界面において、モデル材とサポート材が混じり合う結果、硬化後のモデル材の表面が白濁し、サポート材が接合しない面に比べ透明感、質感が悪くなり、艶消しのマット面となる。一方、モデル材の表面の内でサポート材の接触していない面は、艶や光沢のあるグロッシーな面となる。表面仕上げとしては、光沢のある方が見栄えがよいため、可能な限り光沢面すなわちグロッシー面を多くした、いいかえるとマット面を少なくすることが求められる場合がある。よって、このようなサポート材のモデル材表面に対する接触面積、すなわちマット面を最小とすることも、三次元造形の条件設定に際しては考慮されるべき、造形パラメータとして利用できる。
【０１０８】
パラメータ設定手段６３の一例は、上述した図２０の操作欄７０において設けられたラジオボタン６３Ａである。図２０の例では、造形パラメータとして、造形時間最小、樹脂量最小のいずれかを指定できる。
【０１０９】
またパラメータ設定手段６３の他の例を、図２５に示す。この図に示す造形パラメータ設定ダイヤログ６３Ｂでは、造形パラメータとして、造形時間、造形材の使用量、サポート材接触面積の優先順位を規定できる。この例では、全ての造形パラメータである時間最小、樹脂量最小、マット面最小の全てに対して、造形の最適姿勢及び位置を決定する際の優先順位を数値等でユーザに指定させる。その際、優先順位付けに不要と判断するパラメータには、数値を入力しないことで、造形の最適姿勢及び位置を決定する演算から外すことができる。
【０１１０】
さらに造形パラメータとして、これら造形時間や樹脂量に加えて、又はこれらに代わって、上述の通り造形物の熱変形を追加することもできる。上述の通り、候補位置決定手段６４ａは、造形プレート４０上の熱分布に応じて、造形プレート４０上のオブジェクトの配置位置を、放熱に適した位置とするように演算する。
（演算手段６４）
【０１１１】
また演算手段６４は、このパラメータ設定手段６３で設定された造形パラメータの優先度に基づいて、オブジェクトの姿勢と位置が最適となるよう演算する。ここで演算手段６４は、複数のオブジェクトが存在する場合は、各オブジェクトに対して最適姿勢及び最適位置を演算できる。また演算手段６４は、図１９に示すように候補位置決定手段６４ａの機能を含んでおり、造形物の冷却に有利な位置に造形物を配置するように演算する。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明の三次元造形装置用の設定データ作成装置、三次元造形装置及び三次元造形装置用の設定データ作成プログラム並びにコンピュータで読み取り可能な記録媒体は、インクジェット方式で紫外線硬化樹脂を積層した三次元造形に好適に利用できる。
【符号の説明】
【０１１３】
１００…三次元造形システム
１…設定データ作成装置
２、２’…三次元造形装置
１０…制御手段
１２…ローラ回転速度制御手段
１３…吐出制御手段
２０…ヘッド部；２０Ａ…吐出ヘッドユニット；２０Ｂ…回収硬化ヘッドユニット
２１…モデル材吐出ノズル
２２…サポート材吐出ノズル
２３…ノズル列
２４…硬化手段
２５…ローラ部
２６…ローラ本体
２７…ブレード
２８…バス
２９…吸引パイプ
３０…ヘッド移動手段
３１…ＸＹ方向駆動部
３２、３２’…Ｚ方向駆動部
４０…造形プレート
４３…Ｘ方向移動レール
４４…Ｙ方向移動レール
４５…レールガイド
６１…入力手段
６２…表示手段
６３…パラメータ設定手段
６３Ａ…ラジオボタン；６３Ｂ…造形パラメータ設定ダイヤログ
６４…演算手段；６４ａ…候補位置決定手段；６４ｂ…配置手段
６５…調整手段
６６…出力手段
６８…表示欄
６９…視点変更アイコン
７０…操作欄
７１…オブジェクト一覧
７２…オブジェクト生成欄
７３…「読み込み」ボタン
７４…「コピー」ボタン
７５…「削除」ボタン
７６…手動操作欄
７７…「表面仕上げ」欄
７８…自動操作欄
８０…「最適姿勢」ボタン
８１…「最適配置」ボタン
８２…「見積」ボタン
８４…「プリント」ボタン
８５…「ファイルを開く」ダイヤログ画面
８６…プリントデータ作成ダイヤログ
ＭＡ…モデル材
ＳＡ…サポート材
ＰＣ…コンピュータ
ＳＢ…オーバーハング支持部
ＭＲ…造形領域
ＯＢ１…オブジェクト
ＯD…ＸＹ原点
ＩＴ…吸気口
ＥＸ…排気口
ＦＴ…消臭フィルタ
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２６】
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【図２７】
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【図８】
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【図９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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