(57)【要約】【課題】層間密着性を高めることによって機械強度の低下を抑えた立体造形物を成形することができる三次元造形装置を提供する。【解決手段】三次元造形装置１は、材料吐出手段２１から吐出された成形材料を硬化手段２２で硬化させて成形材料層を形成することを繰り返すことによって、複数の成形材料層を積層して立体造形物を成形ステージ３０上に造形する。三次元造形装置１は、成形ステージ３０上でワイヤＷを立体造形物Ｓの複数の成形材料層の積層方向に貫入させるワイヤ貫入機構３１を備える。ワイヤ貫入機構３１は、ワイヤＷを相対する方向から挟持するように配置された第１ローラ部材３１２及び第２ローラ部材３１３と、少なくとも第１ローラ部材３１２を回転駆動するモータ３１１とを備え、モータ３１１が第１ローラ部材３１２を回転駆動することにより、ワイヤＷが成形ステージ３０に設けられた貫入孔３０１から送り出されるように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料吐出手段から吐出された成形材料を硬化手段で硬化させて成形材料層を形成することを繰り返すことによって、複数の成形材料層を積層して立体造形物を成形ステージ上に造形する三次元造形装置であって、
前記成形ステージ上でワイヤを前記立体造形物の前記複数の成形材料層の積層方向に貫入させるワイヤ貫入機構を備えることを特徴とする、三次元造形装置。
【請求項２】
前記ワイヤ貫入機構が、前記ワイヤを相対する方向から挟持するように配置された第１ローラ部材及び第２ローラ部材と、少なくとも第１ローラ部材を回転駆動するモータとを備え、
前記モータが前記第１ローラ部材を回転駆動することにより、前記ワイヤが前記成形ステージに設けられた貫入孔から送り出されるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の三次元造形装置。
【請求項３】
前記ワイヤ貫入機構が、前記モータによる前記第１ローラ部材の回転駆動量を制御する制御手段を更に備え、
前記制御手段が、前記三次元造形装置によって成形材料層が一層積層される毎に当該一層の厚みに相当する長さだけ前記ワイヤが送り出されるように前記回転駆動量を制御することを特徴とする、請求項２に記載の三次元造形装置。
【請求項４】
材料吐出手段から吐出された成形材料を硬化手段で硬化させて成形材料層を形成することを繰り返すことによって、複数の成形材料層を積層して立体造形物を造形する三次元造形装置に取り付けられるワイヤ貫入機構ユニットであって、
前記立体造形物を載置する成形ステージと、該成形ステージ上でワイヤを前記立体造形物の前記複数の成形材料層の積層方向に貫入させるワイヤ貫入機構とを備えることを特徴とする、ワイヤ貫入機構ユニット。
【請求項５】
前記ワイヤ貫入機構が、前記ワイヤを相対する方向から挟持するように配置された第１ローラ部材及び第２ローラ部材と、少なくとも第１ローラ部材を回転駆動するモータとを備え、
前記モータが前記第１ローラ部材を回転駆動することにより、前記ワイヤが前記成形ステージに設けられた貫入孔から送り出されるように構成されていることを特徴とする、請求項４に記載のワイヤ貫入機構ユニット。
【請求項６】
前記ワイヤ貫入機構が、前記モータによる前記第１ローラ部材の回転駆動量を制御する制御手段を更に備え、
前記制御手段が、前記三次元造形装置によって成形材料層が一層積層される毎に当該一層の厚みに相当する長さだけ前記ワイヤが送り出されるように前記回転駆動量を制御することを特徴とする、請求項５に記載のワイヤ貫入機構ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形材料を積層して立体造形物を造形する三次元造形装置及び三次元造形装置に取り付けるワイヤ貫入機構ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
三次元造形装置は、三次元ＣＡＤデータから直接樹脂成形品や金属成形品を造形する装置である。この装置は、三次元ＣＡＤデータに基づいて樹脂や金属を順次積層することによって立体造形を行うものであり、複雑な形状や可動部を有する成形品を一度に造形できる。そのため、金型による射出成形等の従来の造形方法よりも設計から製作までの時間を大幅に短くすることができるので、近年、製品開発時の試作品等の少量生産に利用されることが増えてきている。
【０００３】
このように容易に立体造形物を造形可能な積層造形法の代表的な方法としては、光造形方式、熱溶解積層方式、粉末焼結方式、粉末積層方式等が知られている。例えば、光造形方式の一つであるインクジェット方式は、液化した樹脂材料を噴射した後、紫外線を照射して樹脂層を硬化させるものであり、高い形状寸法精度が得られることが特徴である。
【０００４】
インクジェット光造形方式の三次元造形装置は、一般に、紫外線硬化樹脂用インクジェットヘッド、サポート材用インクジェットヘッド、紫外線を照射する紫外線（ＵＶ）ランプ及び樹脂層表面を平坦にするローラを備えた、ｘ方向（平面視横方向）に駆動可能なプリンタヘッドと、ｚ方向（樹脂層の積層方向）に駆動可能な成形ステージとから構成されている。通常は紫外線硬化樹脂用インクジェットヘッドとサポート材用インクジェットヘッドとがｙ方向（ｘ方向と直交する平面視縦方向）にアレー状に配置されており、プリンタヘッドをｙ方向に駆動する必要がないようになっている。
【０００５】
実際に三次元造形装置によって立体造形物を造形するときは、まず三次元ＣＡＤデータに従ってプリンタヘッドが＋ｘ方向に駆動され、成形ステージに紫外線硬化樹脂又はサポート材を吐出して一層ずつ樹脂層を塗布する。プリンタヘッドが−ｘ方向に駆動されるときにＵＶランプが樹脂層に対して紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂及びサポート材を硬化させる。平坦度が必要な成形においては、このときにローラが樹脂層の表面に押し当てられて表面を均していく。その後、成形ステージが成形された樹脂層の厚さの分だけｚ方向に降下する。この一連の動作が必要な回数繰り返されることによって樹脂層が積層されていき、最後にサポート材を取り除いて三次元ＣＡＤデータに基づいて立体造形された樹脂成形品を得ることができる。このようなインクジェット方式の三次元造形装置は、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００３−５３５７１２号公報
【特許文献２】特開２０１２−０９６４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
インクジェット方式を用いた三次元造形装置は、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であるという利点があるが、その一方で、紫外線硬化樹脂を硬化させた樹脂層を積層していくものであるため、層間の密着性がどうしても低くなってしまい、最終的な樹脂成形品の機械強度が低くなってしまうという問題がある。
【０００８】
また、現在のところ使用できる樹脂材料が紫外線硬化性樹脂に限定されているため、材料を改良して樹脂成形品の機械強度を高めようとしても限界がある。さらに、樹脂成形品の形状寸法が温度や湿度等の環境条件によって経時的に変化してしまうという問題もある。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、層間密着性を高めることによって機械強度の低下を抑えた立体造形物を造形することができる三次元造形装置を提供することを目的とする。また、本発明は、三次元造形装置において、層間密着性を高めることによって機械強度の低下を抑えた立体造形物を造形することができるように、三次元造形装置に取り付け可能なワイヤ貫入機構ユニット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】
【００１０】
上記目的のため、第一に本発明は、材料吐出手段から吐出された成形材料を硬化手段で硬化させて成形材料層を形成することを繰り返すことによって、複数の成形材料層を積層して立体造形物を成形ステージ上に造形する三次元造形装置であって、前記成形ステージ上でワイヤを前記立体造形物の前記複数の成形材料層の積層方向に貫入させるワイヤ貫入機構を備えることを特徴とする、三次元造形装置を提供する（発明１）。
【００１１】
上記発明（発明１）によれば、積層された成形材料層を貫くように立体造形物内にワイヤを埋入することにより、立体造形物を構成する成形材料層の層間密着性を高めることができるため、機械強度の低下を抑えた立体造形物を造形することができる。また、立体造形物中にワイヤを埋入することができるということは、ワイヤを基材として成形材料層を積層していくことができるということになり、従来成形が困難であった断面積の小さい細かい形状や、箱の側壁のような厚みの薄い形状も容易に造形することができる。
【００１２】
上記発明（発明１）においては、前記ワイヤ貫入機構が、前記ワイヤを相対する方向から挟持するように配置された第１ローラ部材及び第２ローラ部材と、少なくとも第１ローラ部材を回転駆動するモータとを備え、前記モータが前記第１ローラ部材を回転駆動することにより、前記ワイヤが前記成形ステージに設けられた貫入孔から送り出されるように構成されていることが好ましい（発明２）。
【００１３】
上記発明（発明２）においては、前記ワイヤ貫入機構が、前記モータによる前記第１ローラ部材の回転駆動量を制御する制御手段を更に備え、前記制御手段が、前記三次元造形装置によって成形材料層が一層積層される毎に当該一層の厚みに相当する長さだけ前記ワイヤが送り出されるように前記回転駆動量を制御することが好ましい（発明３）。
【００１４】
成形材料層の積層数が増していくにつれて、立体造形物の下側寄りの成形材料層にかかる荷重が増していく。成形材料層への荷重が増せば、ワイヤを貫入させるために成形材料層に形成された小孔が潰れ、ワイヤと小孔との間に生じる摩擦も大きくなる。上記発明（発明３）によれば、成形材料層の積層過程において、一層積層される毎にその層厚相当分だけワイヤを送り出していくことにより、成形材料層に形成された小孔が荷重により潰れる前に立体造形物に対してワイヤを貫入させていくことができ、途中でワイヤを立体造形物に貫入させることができなくなるおそれがなくなる。
【００１５】
第二に本発明は、材料吐出手段から吐出された成形材料を硬化手段で硬化させて成形材料層を形成することを繰り返すことによって、複数の成形材料層を積層して立体造形物を造形する三次元造形装置に取り付けられるワイヤ貫入機構ユニットであって、前記立体造形物を載置する成形ステージと、該成形ステージ上でワイヤを前記立体造形物の前記複数の成形材料層の積層方向に貫入させるワイヤ貫入機構とを備えることを特徴とする、ワイヤ貫入機構ユニットを提供する（発明４）。
【００１６】
上記発明（発明４）によれば、積層された成形材料層を貫くように立体造形物内にワイヤを埋入することにより、立体造形物を構成する成形材料層の層間密着性を高めることができるため、機械強度の低下を抑えた立体造形物を造形することができる。また、立体造形物中にワイヤを埋入することができるということは、ワイヤを基材として成形材料層を積層していくことができるということになり、従来成形が困難であった断面積の小さい細かい形状や、箱の側壁のような厚みの薄い形状も容易に造形することができる。
【００１７】
上記発明（発明４）においては、前記ワイヤ貫入機構が、前記ワイヤを相対する方向から挟持するように配置された第１ローラ部材及び第２ローラ部材と、少なくとも第１ローラ部材を回転駆動するモータとを備え、前記モータが前記第１ローラ部材を回転駆動することにより、前記ワイヤが前記成形ステージに設けられた貫入孔から送り出されるように構成されていることが好ましい（発明５）。
【００１８】
上記発明（発明５）においては、前記ワイヤ貫入機構が、前記モータによる前記第１ローラ部材の回転駆動量を制御する制御手段を更に備え、前記制御手段が、前記三次元造形装置によって成形材料層が一層積層される毎に当該一層の厚みに相当する長さだけ前記ワイヤが送り出されるように前記回転駆動量を制御することが好ましい（発明６）。
【００１９】
成形材料層の積層数が増していくにつれて、立体造形物の下側寄りの成形材料層にかかる荷重が増していく。成形材料層への荷重が増せば、ワイヤを貫入させるために成形材料層に形成された小孔が潰れ、ワイヤと小孔との間に生じる摩擦も大きくなる。上記発明（発明６）によれば、成形材料層の積層過程において、一層積層される毎にその層厚相当分だけワイヤを送り出していくことにより、成形材料層に形成された小孔が荷重により潰れる前に立体造形物に対してワイヤを貫入させていくことができ、途中でワイヤを立体造形物に貫入させることができなくなるおそれがなくなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る三次元造形装置によれば、層間密着性を高めることによって機械強度の低下を抑えた立体造形物を成形することができる。また、本発明に係るワイヤ貫入機構ユニットによれば、当該ワイヤ貫入機構ユニットを三次元造形装置に取り付けることによって、当該三次元造形装置において層間密着性を高めることによって機械強度の低下を抑えた立体造形物を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る一実施形態に三次元造形システムを概略的に示す説明図である。
【図２】同実施形態においてワイヤを貫入する動作を示す説明図である。
【図３】本発明の実施例におけるワイヤ入り試験片を示す説明図である。
【図４】同実施例における曲げ強さ試験によって得られた応力−ひずみ特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態に係る三次元造形システム９は、ヘッド部２と、ステージ部３と、制御部４と、データ作成端末５とからなる。ヘッド部２、ステージ部３及び制御部４は一つの三次元造形装置１を構成しており（図１において点線で囲まれた部分）、三次元造形装置１はデータ作成端末５にて作成された三次元ＣＡＤデータに基づいて立体造形物Ｓを造形する。本実施形態における三次元造形装置１は、いわゆるインクジェット光造形方式を採用した装置である。
【００２３】
ヘッド部２は、プリンタヘッド２０とヘッド駆動機構２４とからなり、プリンタヘッド２０は、紫外線硬化性樹脂（成形材料）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する樹脂吐出ノズル２１と、吐出された紫外線硬化性樹脂を硬化させるために紫外線を照射する紫外線ランプ２２と、吐出された成形材料層の表面を平滑化するためのならしローラ２３とを備えている。プリンタヘッド２０は、樹脂吐出ノズル２１から成形材料を適切な位置に吐出させるために、ヘッド駆動機構２４によって図１における左右方向であるＸ方向、Ｘ方向に直交する水平方向であるＹ方向、ステージ部３に対するプリンタヘッド２０の相対位置を変化させる鉛直方向であるＺ方向に移動させることができる。
【００２４】
ステージ部３は、立体造形物Ｓを造形するために成形材料層が積層される成形ステージ３０と、立体造形物ＳにワイヤＷを貫入させていくためのワイヤ貫入機構３１と、成形ステージ３０及びワイヤ貫入機構３１が上面に設けられる基台３３と、基台３３を鉛直方向（Ｚ方向）に昇降させるステージ駆動機構３４とを備えている。
【００２５】
成形ステージ３０には、下側から立体造形物Ｓへ貫入させていくワイヤＷを送り出すための貫入孔３０１が穿設されている。なお、本実施形態においては、図１に示すように、成形ステージ３０に貫入孔３０１が一つのみ設けられているが、これに限られるものではなく、ワイヤＷを立体造形物Ｓに貫入させていく位置を柔軟に変更できるよう、複数の貫入孔を成形ステージ３０に穿設しておいてもよい。
【００２６】
ワイヤ貫入機構３１は成形ステージ３０の下側に設けられており、モータ３１１、第１ローラ部材３１２、第２ローラ部材３１３及びモータ制御回路３１４を備えている。第１ローラ部材３１２と第２ローラ部材３１３とは鉛直方向に並べて配置され、間にワイヤＷを挟み込めるように構成されており、第１ローラ部材３１２がモータ３１１によって回転駆動されることにより、成形ステージ３０に穿設された貫入孔３０１を通して立体造形物Ｓへと貫入させるために、ワイヤＷが送り出される。また、モータ制御回路３１４は、モータ３１１による第１ローラ部材３１２の回転駆動量を制御する。
【００２７】
なお、本実施形態においては、ワイヤＷとしてナイロンやポリエチレン、フロロカーボンといった合成繊維ワイヤを採用しているが、これに限られるものではなく、硬質樹脂、軟質樹脂、鉄、非鉄金属、カーボン素材、あるいはこれらの複合材料など、立体造形物に貫入させることができるワイヤであればその素材は限定されない。また、強度が必要な立体造形物Ｓであれば金属ワイヤを用いる、軽さが求められる立体造形物Ｓであれば樹脂ワイヤを用いるなど、立体造形物Ｓの用途や形状などによって適切な素材のワイヤを選択することが可能である。さらに、ワイヤＷを複数本同時に貫入することや、複数本を撚線として貫入することも許容される。
【００２８】
制御部４は、プリンタヘッド２０、ヘッド駆動機構２４及びステージ駆動機構３４に接続され、三次元ＣＡＤデータに基づいて、プリンタヘッド２０による立体造形物Ｓを造形するための動作や、ヘッド駆動機構２４及びステージ駆動機構３４による駆動動作を制御する。また、制御部４は、三次元造形装置１の外部に設けられたデータ作成端末５と通信可能に接続されており、データ作成端末５にて作成された三次元ＣＡＤデータを受け取ることができる。さらに、制御部４は、モータ制御回路３１４に接続されており、モータ制御回路３１４がモータ３１１の回転動作を制御するために必要な制御信号を取得することができるようになっている。
【００２９】
本実施形態の三次元造形装置１では、三次元ＣＡＤデータに基づいて、プリントヘッド２０がヘッド駆動機構２４によって移動されながら、樹脂吐出ノズル２１から吐出された液状の紫外線硬化性樹脂が成形ステージ３０上に塗布される。続いて、塗布された紫外線硬化性樹脂の樹脂層の表面をならしローラ２３で平坦に均しつつ、紫外線ランプ２２から紫外線を照射することによって樹脂層を硬化し、成形材料層が成形ステージ３０上に形成される。成形材料層が一層形成されると、その一層の厚みに相当する距離だけ成形ステージ３０がステージ駆動機構３４によって降下させられる。この一連の動作を繰り返すことによって複数の成形材料層が成形ステージ上に順に積層されていき、立体造形物Ｓが造形される。
【００３０】
本実施形態におけるワイヤ貫入機構３１による、立体造形物中にワイヤを埋入していく動作は次のように行われる。まず、図２（ａ）に示すように、第１ローラ部材３１２及び第２ローラ部材３１３の間に挟み込まれたワイヤＷの端部を貫入孔３０１に挿し込み、成形ステージ３０上に形成されていく立体造形物Ｓへの貫入していく準備を行う。
【００３１】
続いて、図２（ｂ）に示すように、制御部４によってプリンタヘッド２０が駆動され、上記の積層動作を行って第１層目の成形材料層を形成する。成形材料層が形成されると、形成された層の厚みに相当する距離だけ成形ステージ３０がステージ駆動機構３４によって降下させられるが、このとき、図２（ｃ）に示すように、モータ３１１が第１ローラ部材３１２を回転駆動することにより、ワイヤＷを１層分の厚みに相当する距離だけ立体造形物Ｓの内部へと送り込む。
【００３２】
ワイヤＷを１層分送り込む動作は、成形ステージ３０の１層分下降する動作に同期して行われる。すなわち、制御部４は、成形ステージ３０を形成された層の厚みに相当する距離だけ降下させるために、ステージ駆動機構３４に対して駆動信号ＤＳを送っている。この駆動信号ＤＳをモータ制御回路３１４が取得し、モータ制御回路３１４がモータ３１１に対して同期信号ＳＳを送る。駆動信号ＤＳの取得は、例えばクランプ電流型センサなどを用いて非接触で読み取ることができる。モータ３１１は同期信号ＳＳを受け取ると、ワイヤＷを１層分の厚みに相当する距離だけ立体造形物Ｓの内部へと送り込む。ここで、同期とは、全く同時であるということを意味しているのではなく、プリンタヘッド２０によって次の成形材料層が形成される前に、成形ステージ３０の降下動作及びワイヤＷの貫入動作が同じようなタイミングで行われるということに過ぎない。
【００３３】
なお、成形材料層には、ワイヤＷが挿入されるだけの穴が形成されているが、この穴の径はワイヤＷの径よりも少し大きくなっている。これにより、ワイヤＷが摩擦によって成形材料層へと送り込むことができなくなることを防止している。成形材料層が積層されていく過程においては、ならしローラ２３で上から荷重がかけられるとともに、積層された上側の層の重みによる下側の層に対する荷重もあるため、穴とワイヤＷとの間の隙間は徐々に潰されていき、成形材料層とワイヤＷとが一体化された立体造形物Ｓが形成されていくことにつながる。なお、成形材料層に形成する穴の径を０．５ｍｍから１．０ｍｍまで０．１ｍｍ刻みで変化させた６種類のサンプル（積層方向の厚み：５ｍｍ）を作成し、レーザー顕微鏡で穴径の変化を測定したところ、樹脂成形品の上面側では穴径は設計値から平均２７μｍの成形誤差を有するのみであったが、樹脂成形品の下面側では穴径は設計値から３００μｍほど小さくなることが確認された。また、厚みを１ｍｍから１０ｍｍまで１ｍｍ刻みで変化させたサンプル（穴径：１．０ｍｍ）を作成し、同様に穴径の変化を測定したが、厚みの変化による穴径への影響は見られなかった。したがって、積層方向の厚みにかかわらず、穴の径をワイヤＷの径よりも３００μｍほど大きく形成することが好ましい。
【００３４】
成形ステージ３０が１層分の厚みに相当する距離だけ降下し、ワイヤＷが１層分の厚みに相当する距離だけ立体造形物Ｓの内部へと送り込まれると、図２（ｄ）に示すように、制御部４によってプリンタヘッド２０が駆動され、再び上記の積層動作を行って第２層目の成形材料層を形成する。その後は、図２（ｅ）に示すように、下降動作、貫入動作、積層動作を繰り返すことにより、ワイヤＷを埋入した立体造形物Ｓを完成させる。
【００３５】
立体造形物Ｓが完成したら、成形ステージ３０の上面と立体造形物Ｓの下面との間でワイヤＷをカットする。ワイヤＷのカットは三次元造形装置１の操作者がハサミやカッターを用いて行ってもよいし、三次元造形装置１にワイヤ切断機構を設けておいてもよい。
【００３６】
＜変形例＞
なお、本実施形態では、三次元造形装置１にあらかじめワイヤ貫入機構３１が組み込まれたものとして説明しているが、ワイヤ貫入機構を別ユニットとして製造・販売することも可能である。例えば、ワイヤ貫入機能を有さない既存の三次元造形装置に後付けすることを前提にして、ステージ部３のうち基台３３よりも上の部分をワイヤ貫入機構ユニットとすることができる。この場合、既存の三次元造形装置の成形ステージ上に当該ワイヤ張設機構ユニットを取り付けることにより、本実施形態に係る三次元造形装置１と同様の機能を有する三次元造形装置を得ることができる。
【００３７】
以上、本実施形態に係る三次元造形システム９について説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変更実施が可能である。例えば、本実施形態では、インクジェット光造形方式を採用した三次元造形装置についてワイヤ貫入機構を導入しているが、成形材料層を積層して立体造形物を造形するのであれば、他の三次元造形方式を採用した三次元造形装置についても実施可能である。
【００３８】
また、本実施形態では、三次元造形装置１はワイヤ貫入機構３１を１セットのみ備えていたが、これに限られるものではなく、例えば、複数セットのワイヤ貫入機構を備えることによって、複数本のワイヤを同時に、かつ異なる場所において、成形材料層の積層方向に貫入させることもできる。
【実施例】
【００３９】
本実施形態に係る三次元造形装置１を用いて製造したワイヤ入りプラスチック試験片について、ＪＩＳ  Ｋ７１７１に則って曲げ強さ試験を行った。
【００４０】
＜試験片の作成＞
市販の３Ｄプリンタ（Ｏｂｊｅｔ２４、ストラタシス社製）にワイヤ貫入機構ユニットを取り付けた装置を用いて、ワイヤ入り試験片を５個試作した。試験片の成形材料は紫外線硬化性樹脂であり、ワイヤはポリエステル製（直径：０．４７０ｍｍ、サンライン社製エステルパワータイプ）である。図３に示すように、試験片の形状寸法は長さ２５ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚さ２．５ｍｍであり、厚み方向に成形材料層を積層されたものである。また、そのほぼ中央にワイヤＷが埋入されている。
【００４１】
一方、比較対象として、ワイヤの入っていない標準試験片も５個試作した。ワイヤＷが埋入されていないこと以外は、ワイヤ入り試験片と同じスペックである。得られたワイヤ入り試験片及び標準試験片の形状寸法（５個の平均）を表１に示す。
【００４２】
【表１】
2016016540.tif 000003
【００４３】
＜試験方法＞
精密万能試験機（オートグラフＡＧ−Ｘｐｌｕｓ、島津製作所製）を用い、試験片の両端を支えて中央に荷重を加え、ＪＩＳ  Ｋ７１７１に則った曲げ強さ試験（三点曲げ試験、圧子先端半径：５ｍｍ、支持台コーナーの半径：２ｍｍ、下部支点間距離：４０ｍｍ、試験速度：２ｍｍ／分）を行った。
【００４４】
上記試験に基づき、曲げ応力σｆを式１に基づいて算出した。
（式１）σｆ＝３ＦＬ／２ｂｈ２
ここで、Ｆは試験力［Ｎ］、Ｌは支点間距離［ｍｍ］、ｂは試験片の幅［ｍｍ］、ｈは試験片の厚さ［ｍｍ］である。
【００４５】
このとき、たわみｓ［ｍｍ］における曲げひずみεｆは式２で求められる。
（式２）εｆ＝６ｓｈ／Ｌ２
【００４６】
曲げ弾性率を求めるために、曲げひずみεｆ１＝０．０５％及びεｆ２＝０．２５％に相当するたわみｓ１［ｍｍ］及びｓ２［ｍｍ］を式３に基づいて算出した。
（式３）ｓｉ＝εｆｉＬ２／６ｈ  （ｉ＝１，２）
【００４７】
得られた曲げひずみεｆ１及びεｆ２に基づいて、曲げ弾性率Ｅｆ［ＭＰａ］を式４によって算出した。
（式４）Ｅｆ＝σｆ２−σｆ１／εｆ２−εｆ１
ここで、σｆ１はたわみｓ１で測定した曲げ応力、σｆ２はたわみｓ２で測定した曲げ応力である。
【００４８】
ワイヤ入り試験片５個及び標準試験片５個から得られた試験結果（５個の平均）を表２に示す。また、ワイヤ入り試験片と標準試験片との応力−ひずみ特性（５個の平均）を比較したものを図４に示す。
【００４９】
【表２】
2016016540.tif 000004
【００５０】
以上の結果から、ワイヤ入り試験片では標準試験片に比べて最大応力と曲げ弾性率が約２０％、破断時ひずみが約７％増加していることがわかる。これにより、ワイヤを樹脂成形品の内部に埋入した際に、ワイヤと樹脂との間で十分な密着力を生じ、ワイヤが引張応力に耐える構造になっていると考えられ、本発明に係る三次元造形装置が立体造形物の機械強度を向上させることができることがわかる。
【符号の説明】
【００５１】
Ｗ  ワイヤ
Ｓ  立体造形物
１  三次元造形装置
２  ヘッド部
２０  プリンタヘッド
２１  樹脂吐出ノズル
２２  紫外線ランプ
２３  ならしローラ
２４  ヘッド駆動機構
３  ステージ部
３０  成形ステージ
３０１  貫入孔
３１  ワイヤ貫入機構
３１１  モータ
３１２  第１ローラ部材
３１３  第２ローラ部材
３１４  モータ制御回路
３３  基台
３４  ステージ駆動機構
４  制御部
５  データ作成端末
【図１】
2016016540.tif 000005
【図２】
2016016540.tif 000006
【図３】
2016016540.tif 000007
【図４】
2016016540.tif 000008