(57)【要約】【課題】  接合が困難な領域を含む積層造形を可能にする。【解決手段】  造形システムであって、前記三次元モデルの三次元形状データからスライスデータを生成するスライスデータ生成部と、前記スライスデータに基づいて造形材料を積層する積層部と、を備え、前記スライスデータ生成部は、前記スライスデータに含まれる第ｉ層（ｉは正の整数）のデータと第（ｉ＋１）層のデータを解析して、第１の造形材料に前第１の造形材料とは異なる第２の造形材料を積層され、かつ、積層が困難な領域を抽出すると、前記第ｉ層および前記第（ｉ＋１）層の少なくとも一方の前記領域のデータを、前第１の造形材料と前記第２の造形材料とが混在するデータに変更する。【選択図】  図３
2017114118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元モデルに応じた立体物を作製する造形システムであって、
前記三次元モデルの三次元形状データからスライスデータを生成するスライスデータ生成部と、前記スライスデータに基づいて造形材料を積層する積層部と、を備えており、
前記スライスデータ生成部は、
前記スライスデータに含まれる第ｉ層（ｉは正の整数）のデータと第（ｉ＋１）層のデータを解析して、第１の造形材料に前第１の造形材料とは異なる第２の造形材料を積層され、かつ、積層が困難な領域を抽出すると、
前記第ｉ層および前記第（ｉ＋１）層の少なくとも一方の前記領域のデータを、前第１の造形材料と前記第２の造形材料とが混在するデータに変更することを特徴とする造形システム。
【請求項２】
前記スライスデータ生成部は、前記第ｉ層および前記第（ｉ＋１）層の少なくとも一方の前記領域のデータを、前記第１の造形材料が配置される部分と前記第２の造形材料が配置される部分とをパターン状に設けるデータに変更することを特徴とする請求項１に記載の造形装置。
【請求項３】
前記領域において、前記第１の造形材料が配置される部分と前記第２の造形材料が配置される部分との間隔が少なくとも一方向において２ｍｍ未満であることを特徴とする請求項２に記載の造形装置。
【請求項４】
前記領域において、前記第１の造形材料が占める部分の合計面積をＳ１、第２の造形材料が占める部分の合計面積をＳ２としたとき、
０．２≦Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）≦０．８
を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の造形装置。
【請求項５】
前記Ｓ１とＳ２が、
０．４２≦Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）≦０．６５
を満たすことを特徴とする請求項４に記載の造形装置。
【請求項６】
前記Ｓ１とＳ２が、
Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）＝０．５
を満たすことを特徴とする請求項４に記載の造形装置。
【請求項７】
前記スライスデータ生成部は、前記第ｉ層および前記第（ｉ＋１）層の少なくとも一方の前記領域のデータを、前記第１の造形材料と前記第２の造形材料との混合材料を配置するデータに変更することを特徴とする請求項１に記載の造形装置。
【請求項８】
前記領域において、前記第１の造形材料が占める体積の合計をＶ１、前記第２の造形材料が占める体積の合計をＶ２としたとき、
前記第１の造形材料と前記第２の造形材料との混合材料が
０．２≦Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）≦０．８
を満たすことを特徴とする請求項７に記載の造形装置。
【請求項９】
前記Ｖ１とＶ２が、
０．３＜Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）＜０．７
を満たすことを特徴とする請求項８に記載の造形装置。
【請求項１０】
前記Ｖ１とＶ２が、
Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）＝０．５
を満たすことを特徴とする請求項８に記載の造形装置。
【請求項１１】
三次元モデルに応じた立体物を作製するための造形用データを生成するためのデータ処理装置であって、
前記三次元モデルの三次元形状データを取得する取得部と、
前記三次元形状データからスライスデータを生成するスライスデータ生成部と、
を備えており、
前記スライスデータ生成部は、
前記スライスデータに含まれる第ｉ層（ｉは正の整数）のデータと第（ｉ＋１）層のデータを解析して、第１の造形材料に前第１の造形材料とは異なる第２の造形材料を積層され、かつ、積層が困難な領域を抽出すると、
前記第ｉ層および前記第（ｉ＋１）層の少なくとも一方の前記領域のデータを、前第１の造形材料と前記第２の造形材料とが混在するデータに変更することを特徴とするデータ処理装置。
【請求項１２】
前記スライスデータ生成部は、前記第ｉ層および前記第（ｉ＋１）層の少なくとも一方の前記領域のデータを、前記第１の造形材料が配置される部分と前記第２の造形材料が配置される部分とをパターン状に設けるデータに変更することを特徴とする請求項１１に記載のデータ処理装置。
【請求項１３】
前記領域において、前記第１の造形材料が配置される部分と前記第２の造形材料が配置される部分との間隔が少なくとも一方向において２ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１２に記載のデータ処理装置。
【請求項１４】
前記領域において、前記第１の造形材料が占める部分の合計面積をＳ１、第２の造形材料が占める部分の合計面積をＳ２としたとき、
０．２≦Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）≦０．８
を満たすことを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載のデータ処理装置。
【請求項１５】
前記スライスデータ生成部は、前記第ｉ層および前記第（ｉ＋１）層の少なくとも一方の前記領域のデータを、前記第１の造形材料と前記第２の造形材料との混合材料を配置するデータに変更することを特徴とする請求項１１に記載のデータ処理装置。
【請求項１６】
前記領域において、前記第１の造形材料が占める体積の合計をＶ１、前記第２の造形材料が占める体積の合計をＶ２としたとき、
前記第１の造形材料と前記第２の造形材料との混合材料が
０．２≦Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）≦０．８
を満たすことを特徴とする請求項１５に記載のデータ処理装置。
【請求項１７】
三次元モデルの三次元形状データに応じて造形材料を層状に積層する立体物の製造方法であって、
異種の造形材料を積層困難な大きさで積層する領域が含まれる場合には、
同種の造形材料が積層される部分を設けて、前記異種の造形材料が積層なされる部分と前記同種の造形材料が積層される部分との間隔が、少なくとも一方向において所定の値を超えないように積層を行うことを特徴とする立体物の製造方法。
【請求項１８】
前記所定の値が２ｍｍであることを特徴とする請求項１７に記載の立体物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体物の造形技術に関し、特にシート積層タイプの造形技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アディティブマニファクチャリング（ＡＭ）技術と呼ばれる立体造形技術が注目を集めている。ＡＭ技術は、三次元モデルの三次元形状データをスライスして複数の断面データからなるスライスデータを生成し、スライスデータに基づいて造形材料からなる複数の層を順次形成し、造形材料からなる層を積層し接合することで、立体物を造形する技術である。主な造形方式として、液槽光重合方式、粉末焼結法、材料押出し方式などが知られている。
【０００３】
特許文献１や２には、一度に層単位で積層するタイプの立体造形装置が提案されている。具体的には、電子写真方式を用いて１層分の断面データに対応する造形材料からなる薄層を順次形成し、薄層単位で積層することで立体物を作製する装置が記載されている。
【０００４】
ところで、これらのＡＭ技術にて付加価値の高い物品を提供するために、要求に応じて部分的に物理的あるいは化学的性質を変えた造形物を作製することが求められている。特許文献３には、粉末焼結法において、異なる２種の金属粉末の混合比を変えながら積層することで、部位によって物性が異なる物品を作製する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５０８８０４７号明細書
【特許文献２】特表平８−５１１２１７号公報
【特許文献３】特開２０１４−２２７５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
部分的に物理的あるいは化学的性質を変えた造形物を作製するためには、異なる種類の材料を積層する必要があるが、材料の組み合わせによっては、材料同士の接合が難しい場合がある。特許文献１及び２には、そのような場合について何ら開示はない。また、特許文献３の技術では、１層が混合比が一定の材料で形成されることになるため、層内に材料が異なる領域を有する造形物を作製することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明にかかる造形システムは、三次元モデルに応じた立体物を作製する造形システムであって、前記三次元モデルの三次元形状データからスライスデータを生成するスライスデータ生成部と、前記スライスデータに基づいて造形材料を積層する積層部と、を備えており、前記スライスデータ生成部は、前記スライスデータに含まれる第ｉ層（ｉは正の整数）のデータと第（ｉ＋１）層のデータを解析して、第１の造形材料に前第１の造形材料とは異なる第２の造形材料を積層され、かつ、積層が困難な領域を抽出すると、前記第ｉ層および前記第（ｉ＋１）層の少なくとも一方の前記領域のデータを、前第１の造形材料と前記第２の造形材料とが混在するデータに変更することを特徴とすることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかるデータ処理装置は、三次元モデルに応じた立体物を作製するための造形用データを作成するためのデータ処理装置であって、前記三次元モデルの三次元形状データを取得する取得部と、前記三次元形状データからスライスデータを生成するスライスデータ生成部と、を備えており、前記スライスデータ生成部は、前記スライスデータに含まれる第ｉ層（ｉは正の整数）のデータと第（ｉ＋１）層のデータを解析して、第１の造形材料に前第１の造形材料とは異なる第２の造形材料を積層され、かつ、積層が困難な領域を抽出すると、前記第ｉ層および前記第（ｉ＋１）層の少なくとも一方の前記領域のデータを、前第１の造形材料と前記第２の造形材料とが混在するデータに変更することを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明にかかる立体物の造形方法は、三次元モデルの三次元形状データに応じて造形材料を層状に積層する立体物の製造方法であって、異種の造形材料を積層困難な大きさで積層する領域が含まれる場合には、同種の造形材料が積層される部分を設けて、前記異種の造形材料が積層なされる部分と前記同種の造形材料が積層される部分との間隔が、少なくとも一方向において所定の値を超えないように積層を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
三次元モデルから生成したままのスライスデータに従って造形すると接合が困難な材料同士を積層する領域が含まれる造形であっても、本発明を適用することにより積層が可能となり、強度の高い造形物を作製することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ＡＭ技術を用いて立体物を作製する方法を説明する図。
【図２】互いに溶着される材料層のスライスデータを画像化して示す図。
【図３】本発明にかかる変更を行ったスライスデータを画像化して示す図。
【図４】異なる種類の造形材料が積層された部分を示す図。
【図５】本発明に係る造形システムの全体構成を示す模式図。
【図６】本発明に係る造形システムの材料像形成部の構成を示す図。
【図７】本発明に係る造形システムの動作シーケンスを示すフローチャート。
【図８】２種類の造形材料をパターン状に配置して混在させる場合のパターン例を示す図。
【図９】２種類の造形材料を異なるパターンで配置して積層する例を示す図。
【図１０】２実施形態に係る造形装置の材料層形成部の一例を示す模式図。
【図１１】２種類の造形材料のピッチの大きさと接着層の接着力の関係表すグラフ。
【図１２】図１１の測定に用いたサンプルの断面構造を表す図。
【図１３】図１１の測定に用いたサンプルの２種類の造形材料の配置パターンを表す図。
【図１４】引張せん断試験の測定例を示すグラフ。
【図１５】２種類の造形材料の混在比と接着層の接着力の関係を表すグラフ。
【図１６】２種類の造形材料の混合比と接着層の接着力の関係を表すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明を実施するための形態を、図面を参照して例示的に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている各部材の寸法、材質、形状、その相対配置など、各種制御の手順、制御パラメータ、目標値などは、特に限定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１３】
まず、図１（ａ）の三次元モデル１を造形する例について簡単に説明する。
【００１４】
三次元モデル１は、第１の造形材料Ｍａからなる部分Ｐ１と、第１の造形材料Ｍａとは異なる種類の第２の造形材料Ｍｂからなる部分Ｐ２とで構成されるものとする。ここで、「種類」とは化学構造によって決まるものとし、化学構造が異なっている場合に種類が異なっていると表現する。
【００１５】
造形材料をＺ方向に積層して三次元モデル１を造形する場合、図１（ｂ）に示すように三次元モデル１の３次元データをＺ方向に一定のピッチでスライスしてスライスデータを生成し、スライスデータに従って造形材料を層状に積層していく。ここで、最初のスライス（第１層）をＬ１、最後に積層されるスライス（第ｎ層）をＬｎとする。
【００１６】
図１（ｂ）から分かるように、三次元モデル１は、スライスＬｋ（第ｋ層）からスライスＬｍ−１（第（ｍ−１）層）までは、他のスライスよりも小さな断面を有している。このような構造の場合、スライスＬｍ（第ｍ層）を、スライスＬｍ−１（第（ｍ−１）層）の断面データのない領域、即ち、造形材料のない領域に造形材料を積層しなければならないという問題が生じる。
【００１７】
このような問題を解決するため、三次元モデル１の断面データがない領域の上に造形物を積層する必要のある部分には、サポート部が追加される。サポート部は、造形対象物にとっては不要な部分であるので、造形が完了した後に除去する必要がある。そのため、例えば、三次元モデル１を構成する材料が溶解しない溶媒に溶解する材料でサポート部を構成し、造形完了後にサポート部のみを選択的に除去する方法が好適に用いられる。
【００１８】
以下、造形対象物である三次元モデル１を構成する材料を構造材料、サポート部を構成する材料をサポート材料と称する。また、構造材料とサポート材料を区別する必要のない場合には、これらをまとめて造形材料と呼ぶことにする。
【００１９】
ここでは簡単のため、図１（ｃ）に示したように、第１層から第ｎ層までが同じ断面積となるように、サポート材料である第３の造形材料Ｍｃからなるサポート部Ｐ３を設けて造形する例を考える。ただし、サポート部の構造はこれに限定されるものではなく、梁や柱を組み合わせた構造を採用することもできる。
【００２０】
図１（ｃ）の造形物を得るため、三次元モデル１の断面データにサポート部の情報を付加してスライスデータが生成される。スライスデータに従って造形材料を配置して材料層を形成し、これらの材料層に熱や光エネルギーを与えて造形材料を溶融させながら加圧しすることで、造形材料を互いに溶着させて積層し、造形が行われる。
【００２１】
図２（ａ）に、図１（ｃ）の積層面Ｚ１で互いに接合される第（ｋ−１）層と第ｋ層それぞれのデータＤ（ｋ−１）、Ｄ（ｋ）で表される造形材料の配置を表す。第（ｋ−１）層と第ｋ層とを積層する際には、積層面Ｚ１の領域Ａ１では第１の造形材料Ｍａと第３の造形材料Ｍｃとの溶着、領域Ａ２では第１の造形材料Ｍａと第２の造形材料Ｍｂとの溶着が行われる。さらに、積層面Ｚ１の領域Ａ３では第２の造形材料Ｍｂ同士の溶着、領域Ａ４では第２の造形材料Ｍｂと第３の造形材料Ｍｃとの溶着が行われる。
【００２２】
同様に、図２（ｂ）に、図１（ｃ）の積層面Ｚ２で互いに接合される、第（ｍ−１）層と第ｍ層それぞれのデータＤ（ｍ−１）、データＤ（ｍ）で表される造形材料の配置を表す。第（ｍ−１）層と第ｍ層とを積層する際には、積層面Ｚ２の領域Ａ５では第３の造形材料Ｍｃと第２の造形材料Ｍｂとの溶着、領域Ａ６では第２の造形材料Ｍｂ同士の溶着が行われる。さらに、積層面Ｚ２の領域Ａ７では第２の造形材料Ｍｂと第１の造形材料Ｍａとの溶着、領域Ａ８では第３の造形材料Ｍｃと第１の造形材料Ｍａとの溶着が行われる。
【００２３】
一般に、同じ種類の材料（同種材料）同士は溶着に適合するが、異なる種類の材料（異種材料）同士は溶着に適合しない場合が多い。第１の造形材料Ｍａ、第２の造形材料Ｍｂ、第３の造形材料Ｍｃは互いに異なる種類の材料であるから、これらの材料はごく限られた組み合わせを除いてほとんど溶着に適合せず、溶着したとしても接合力が弱い。
【００２４】
例として、第１の造形材料ＭａとしてＡＢＳ樹脂、第２の造形材料Ｍｂとしてポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、第３の造形材料Ｍｃとして水溶性の糖質であるマルトテトラオースを用いる場合を考える。ＰＯＭは、耐摩耗性および摺動性がよく、機械的強度に優れており、構造材料として好適な材料の１つであるが、他の材料との溶着性が極めて悪い。従って、同じＰＯＭ同士を溶着する領域Ａ３およびＡ６では良好な積層を行えるが、ＰＯＭとマルトテトラオースとの溶着が行われる領域Ａ４およびＡ５、ＰＯＭとＡＢＳとの溶着が行われる領域Ａ２およびＡ７では、積層ができなくなってしまう。ＡＢＳとマルトテトラオースとの溶着が行われる領域Ａ１およびＡ８においても、同様に積層することが困難になる。
【００２５】
そこで、本発明では、三次元モデルの三次元形状データから生成されるスライスデータに、異種材料を積層する積層困難な領域が含まれる場合に、積層困難な領域のデータを一部変更して積層を可能とするものである。具体的には、積層面Ｚ１に異種材料が積層される、積層困難な領域に、同種材料同士を溶着する部分と異種材料同士を溶着する部分とが混在するように、第（ｋ−１）層と第ｋ層の少なくとも一方のデータを変更する。
【００２６】
図３に、スライスデータそのままのデータＤ（ｋ−１）と、本発明を適用して変更したデータＤ’（ｋ）の造形材料の配置例を示す。本発明を適用しないデータＤ（ｋ）に基づけば、領域Ａ１には図２（ａ）のように第３の造形材料Ｍｃだけが配置される。しかし本発明を適用することにより、領域Ａ１は、データＤ（ｋ）で領域Ａ１に配置される第３の造形材料Ｍｃと、データＤ（ｋ−１）で領域Ａ１に配置される第１の造形材料Ｍａとが混在する領域に変更される。同様に、データＤ（ｋ）の領域Ａ２は、第２の造形材料Ｍｂと第１の造形材料Ｍａとが混在する領域に、データＤ（ｋ）の領域Ａ４は、第３の造形材料Ｍｃと第２の造形材料Ｍｂとが混在する領域に変更される。このような積層困難な領域のデータの変更により、従来は困難であった、異種材料同士を積層する領域を含む層の積層を行うことが可能となる。
【００２７】
本発明の効果は、次の現象によって発現するものと考えられる。
【００２８】
図４は、第（ｋ−１）層Ｌ１、第ｋ層Ｌ２、第（ｋ＋１）層Ｌ３がこの順に溶着された造形物の、領域Ａ２の第１の造形材料Ｍａと第２の造形材料Ｍｂとが溶着積層される領域の拡大図である。図では各層の境界が分かるように示しているが、実際にはこのような境界が見えることは少ない。
【００２９】
第（ｋ−１）層Ｌ１の第１の造形材料Ｍａで形成されている層の上に、第ｋ層Ｌ２の第１の造形材料Ｍａと第２の造形材料Ｍｂとが混在する層が積層されると、同種の第１の造形材料Ｍａ同士が溶着される領域は強固に接合する。一方、第１の造形材料Ｍａとは異なる第２の造形材料Ｍｂが溶着される領域は溶着されないか、溶着されても接合力は弱い。
【００３０】
しかし、これらの領域が同じ層内に設けられ同時に溶融され、その後固化されることにより、互いに異なる種類の第１の造形材料Ｍａと第２の造形材料Ｍｂとの境界は、図４（ａ）〜（ｄ）のいずれかの状態となっていると考えられる。従って、図３の領域Ａ２における第１の造形材料Ｍａと第２の造形材料Ｍｂとの境界には図４（ａ）〜（ｄ）のいずれかの状態がランダムに発生し、第１の造形材料Ｍａと第２の造形材料Ｍｂとの凹凸が嵌り合って機械的に連結され、第ｋ層Ｌ２が形成される。その結果、第（ｋ−１）層Ｌ１と第ｋ層Ｌ２とを全面で積層することが可能となる。
【００３１】
第ｋ層Ｌ２の上に積層される、第（ｋ＋１）層Ｌ３の第２の造形材料Ｍｂからなる層は、同種の第２の造形材料Ｍｂが溶着される部分で強固に接合することができる。一方、第１の造形材料Ｍｂとは異なる第１の造形材料Ｍａが積層される部分は溶着されないか、溶着されても接合力は弱い。
【００３２】
しかし、本発明では、積層面に接合力の強い部分と接合力の弱い部分とが混在し、かつ、溶着力の強い部分と溶着力の弱い部分との境界に、機械的な連結状態による結合が導入される。その結果、第ｋ層Ｌ２と第（ｋ＋１）層Ｌ３とを強い接合力で積層することができる。さらに、第（ｋ−１）層Ｌ１と第（ｋ＋１）層Ｌ３も、第ｋ層Ｌ２を介することにより強い接合力で積層することができる。以下、第ｋ層Ｌ２のように、第１の造形材料Ｍａと第２の造形材料Ｍｂとを混在させる層を、接着層と呼ぶ。
【００３３】
同種材料と異種材料とを混在させる方法は、図３のパターン状に配置する例に限定されるものではないが、層間の接合力を確保するためには、同種材料と異種材料が小さな間隔で混在しているのが好ましい。図１１は、ピッチの大きさを変えて接着層の接合力を測定した結果を表すグラフである。接着層の接合力の評価に用いた試料片を図１２に示す。試料片は、ＡＢＳ樹脂（Ｍａ）からなる層を１００層積層した後、ＡＢＳ樹脂とＰＯＭ樹脂（Ｍｂ）とが混在する接着層を１層積層した。更に、ＰＯＭ樹脂からなる層を１層、接着層を１層積層し、再びＡＢＳ樹脂からなる層を１００層積層させて作製した。ＡＢＳ樹脂からなる層の大きさは幅２０ｍｍ、長さ６０ｍｍとした。接着層およびＰＯＭ樹脂からなる層は、幅・長さともに２０ｍｍとした。なお、オーバーハング部にはサポート材料（Ｍｃ）からなるサポート体を設け、積層終了後に除去した。サポート材料には、ＡＢＳ樹脂と弱く溶着するマルトテトラオースを用いたため、接合力は弱いものの接着層を設けなくても積層することができた。
【００３４】
接着層は、図１３に示すように、ＡＢＳ樹脂が配置される領域とＰＯＭ樹脂が配置される領域とを、一辺の長さ（ピッチ）ａ［ｍｍ］の正方形を交互に設けるパターン（市松模様）に形成した。ピッチａを、０．５ｍｍ、１ｍｍ、１．５ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍと変更して５種類の試験片を作成し、テンシロンＲＴＣ−１２５（株式会社エー・アンド・デイ社製）を用いて引張せん断力を測定し、接着層を設けたことによる接合力を評価した。
【００３５】
図１４のグラフはテンシロンＲＴＣ−１２５による引張せん断試験の一例である。グラフの条件Ａは１辺の長さ（ピッチ）が０．５ｍｍであり、条件Ｂは２ｍｍである。グラフの応力が最大となる点が破断点応力を表しており、破断点応力を接合力として図１１のグラフにプロットした。図１１のグラフから分かるように、ピッチの小さい方が、接合力が大きくなり、特に１辺の長さが２ｍｍ未満の領域で接合力が高くなる。以上のことから、層間の接合力を確保するためには同種材料と異種材料が小さな間隔で混在している方が好ましく、２ｍｍ未満の間隔で混在しているのが特に好ましいと言える。
【００３６】
また、図３では、第ｋ層のデータを変更する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、第（ｋ−１）層の領域Ａ１、Ａ２、Ａ４のデータを、次に積層される第ｋ層の領域Ａ１、Ａ２、Ａ４に配置される造形材料が混在するように変更しても良い。あるいは、第（ｋ−１）層、第ｋ層の両方において、パターンを変えて、同種材料と異種材料とが混在するようデータを変更しても良い。ただし、図２（ｂ）の領域Ａ５やＡ８のように、サポート材料と構造材料とが積層される領域に接着層を設ける場合は、サポート材料側の（第（ｍ−１）層の領域Ａ５、Ａ８）を接着層とするようにデータを変更するのが好ましい。かかる方法により、スライスデータの変更によって造形対象物の表面に生じた凹凸を後加工により除去することが可能となる。
【００３７】
以下、本発明にかかる実施形態を詳細に説明する。
【００３８】
＜第１実施形態＞
［造形システムの全体構成］
まず、本発明の実施形態に係る造形システムの全体構成について説明する。図５は、造形システムの一例である造形装置の全体構成を模式的に示す図である。
【００３９】
本実施形態の造形装置は、材料を２次元に配置した材料層を積層することによって立体物を作製する方式のＡＭシステムである。
【００４０】
図５に示すように、造形装置は、制御部Ｕ１、像形成部Ｕ２、積層部Ｕ３を有している。制御部Ｕ１は、造形対象物の３次元形状データからのスライスデータを生成する処理、造形装置の各部の制御などを担っている。材料層形成部Ｕ２は、例えば電子写真プロセスを利用して造形材料からなる材料層を形成する。そして、積層部Ｕ３は、材料層形成部Ｕ２で形成された複数層の材料層を順に積層し固着することによって、立体物を形成する。
【００４１】
各部Ｕ１〜Ｕ３は、互いに異なる筐体に収めら得ていてもよいし、１つの筐体の中に収められていてもよいなお、図５のユニット構成はあくまでも一例であり、他の構成を採用しても構わない。
【００４２】
［制御部］
制御部Ｕ１の構成を説明する。図５に示すように、制御部Ｕ１は、三次元形状データ取得部Ｕ１０、スライスデータ生成部Ｕ１１を有しており、造形用データを生成するためのデータ処理装置として機能する。さらに、材料層形成制御部Ｕ１２、積層制御部Ｕ１３などを有し、制御装置としても機能する。スライスデータ生成部Ｕ１１は、さらにスライスデータ変更部Ｕ１１０を有する。
【００４３】
三次元形状データ取得部Ｕ１０は、外部から三次元モデル（造形対象物）の三次元形状データを受け付ける機能を有する。三次元形状データとして、三次元ＣＡＤ、三次元モデラー、三次元スキャナなどで作成・出力されたデータを用いることができる。そのファイル形式は問わないが、例えば、ＳＴＬ（ＳｔｅｒｅｏＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）ファイル形式を好ましく用いることができる。
【００４４】
スライスデータ生成部Ｕ１１は、三次元形状データで表現された三次元モデルを所定の方向に所定のピッチでスライスして各層の断面形状を計算し、得られた断面形状を基に材料層形成部Ｕ２で材料層を形成する際に必要となるスライス情報を生成する。スライス情報には、各スライスにおける造形材料の種類、色、配置などの情報が含まれる。さらに、スライスデータ生成部Ｕ１１は、三次元形状データ又はスライス情報を解析して、オーバーハング部（積層面に材料がない部分）の有無を判断し、必要に応じてサポート材料を配置する情報を追加してスライスデータを生成する。ここで、スライスデータとは、各層の構造材料およびサポート材料の種類、色、配置などの情報を含むデータ群を指す。
【００４５】
そして、スライスデータ生成部Ｕ１１は、互いに接して積層される層のデータを解析して、異種材料が積層される領域を抽出する。そしてこの領域における積層が困難と判定される場合には、スライスデータ変更部Ｕ１１０が、互いに接して積層される層の少なくとも１方の層のデータを接着用データに変更する。ここでいう接着用データとは、三次元モデルの三次元形状データから生成したままのスライスデータによれば、異種材料が積層される領域のデータを、同種材料と異種材料とが混在する領域に変更したデータである。
【００４６】
詳しくは後述するが、本実施形態の材料層形成部Ｕ２は複数種類の造形材料を用いて材料層を形成することが可能である。そのため、スライスデータには造形材料ごとの像（配置）に対応するデータが含まれる。スライスデータのファイル形式としては、例えば、多値の画像データ（各値が材料の種類を表す）やマルチプレーンの画像データ（各プレーンが材料の種類に対応する）を用いることができる。
【００４７】
材料層形成制御部Ｕ１２は、スライスデータ生成部Ｕ１１で生成されたスライスデータあるいは接着用データを含むよう変更されたデータに基づいて、材料層形成部Ｕ２における材料層形成プロセスを制御する機能を有する。また、積層制御部Ｕ１３は、積層部Ｕ３における積層プロセスを制御する機能を有する。各部での具体的な制御内容については後述する。
【００４８】
また、図示しないが、制御部Ｕ１は、操作部、表示部、記憶部も備える。操作部は、ユーザからの指示を受け付ける機能である。例えば、電源のオン／オフ、装置の各種設定、動作指示などの入力が可能である。表示部は、ユーザへの情報提示を行う機能を有する。例えば、各種設定画面、エラーメッセージ、動作状況などの提示が可能である。記憶部は、三次元形状データ、スライスデータ、各種設定値などを記憶する機能を有する。
【００４９】
制御部Ｕ１は、ハードウエア的には、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ、補助記憶装置（ハードディスク、フラッシュメモリなど）、入力デバイス、表示デバイス、各種Ｉ／Ｆを具備したコンピュータにより構成することができる。上述した各機能Ｕ１０〜Ｕ１３及びＵ１１０は、補助記憶装置などに格納されたプログラムをＣＰＵが読み込んで実行し、必要なデバイスを制御することで実現されるものである。ただし、上述した機能のうちの一部又は全部をＡＳＩＣやＦＰＧＡなどの回路で構成したり、あるいは、クラウドコンピューティングやグリッドコンピューティングなどの技術を利用して他のコンピュータに実行させてもよい。
【００５０】
［材料層形成部］
次に、材料層形成部Ｕ２の構成を説明する。材料層形成部Ｕ２は、電子写真プロセスを利用して造形材料の粒子からなる材料層を形成するユニットである。電子写真プロセスとは、感光体を帯電し、露光によって潜像を形成し、現像剤粒子を付着させて現像剤像を形成するという一連のプロセスによって、所望の像を形成する手法である。電子写真プロセスの原理は複写機等の２Ｄプリンタで用いられているものと共通するが、立体造形装置では現像剤として材料の特性がトナー材料とは異なるものを用いるため、２Ｄプリンタにおけるプロセス制御や部材構造をそのまま利用できない場合も多い。
【００５１】
図５に示すように、材料層形成部Ｕ２は、第１の材料像形成部１０ａ、第２の材料像形成部１０ｂ、第３の材料像形成部１０ｃ、第１の搬送体１１、搬送体クリーニング装置１２、画像検知センサー１３を備えている。第１の材料像形成部１０ａは、第１の材料Ｍａを用いて材料像を形成するための像形成手段であり、像担持体１００ａ、帯電装置１０１ａ、露光装置１０２ａ、現像装置１０３ａ、転写装置１０４ａ、クリーニング装置１０５ａを有する。第２の材料像形成部１０ｂ、第３の材料像形成部１０ｃも、それぞれ第１の材料像形成部１０ａと同様の構成を有している。
【００５２】
本実施形態では、第１の造形材料Ｍａとして一般の熱可塑性の樹脂、第２の造形材料Ｍｂとして難接合性を示す熱可塑性の樹脂を用い、第３の造形材料Ｍｃとして熱可塑性かつ水溶性の材料を用いる。ここで、第１の造形材料Ｍａ、第２の造形材料Ｍｂは構造材料であり、第３の造形材料Ｍｃはサポート材料である。
【００５３】
一般の熱可塑性の樹脂としては、ＡＢＳ、ＰＳ（ポリスチレン）などが挙げられ、難接合性を示す熱可塑性樹脂としては、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）などが挙げられる。第１、第２の造形材料は、それぞれこれらの中から選択して用いることができる。サポート材料としては、糖質、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）などが挙げられ、更に糖質の具体例としてはスクロース、ラクトース、マルトース、マルトテトラオースなどが挙げられる。各造形材料は平均粒径が５μｍ以上５０μｍ以下の粒子からなる粉末が好適に用いられるが、造形精度や造形速度の観点から、平均粒径が１５μｍ以上３０μｍ以下の粒子からなる粉末がより好適である。
【００５４】
これらの材料像形成部１０ａ、１０ｂ、１０ｃは第１の搬送体１１の表面に沿って配置されている。なお、図５では、第１の造形材料の材料像形成部１０ａを搬送方向の最も上流側に配置しているが、材料像形成部の配置順は任意である。また、材料像形成部の数は３つより多くてもよく、用いる造形材料の種類に応じて適宜増やすことができる。材質、色、固さ、物性などの異なる複数種類の材料を組み合わせることで、作製する立体物のバリエーションが豊富になる。このような拡張性に優れる点も、電子写真プロセスを利用した造形装置の利点の一つといえる。
【００５５】
以下、材料層形成部Ｕ２の各部の構成について詳しく説明する。ただし、材料像形成部１０ａ〜１０ｃに共通する説明の中では、構成部材の参照符号の添え字ａ〜ｃを省略し、材料像形成部１０、像担持体１００などと記載する。
【００５６】
（像担持体）
図６（ａ）は、材料像形成部１０の構成を示す図であり、図６（ｂ）は、現像装置１０３の詳細構成を示す図である。
【００５７】
像担持体１００は、静電潜像を担持するための部材である。ここでは、アルミニウムなどの金属製シリンダーの外周面に光導電性を有する感光体層が形成された感光体ドラムが用いられる。感光体としては、有機感光体（ＯＰＣ）、アモルファスシリコン感光体、セレン感光体などを用いることができ、立体造形装置の用途や要求性能に応じて感光体の種類を適宜選択すればよい。像担持体１００は、不図示の枠体に回転自在に支持されており、像形成時には不図示のモーターによって図中の時計周りに一定速度で回転する。
【００５８】
（帯電装置）
帯電装置１０１は、像担持体１００の表面を一様に帯電させるための帯電手段である。本実施形態ではコロナ放電による非接触帯電方式を用いるが、帯電ローラを像担持体１００の表面に接触させるローラ帯電方式など他の帯電方式を用いても構わない。
【００５９】
（露光装置）
露光装置１０２は、画像情報（スライスデータ）に従って像担持体１００を露光し、像担持体１００の表面上に静電潜像を形成する露光手段である。露光装置１０２は、例えば、半導体レーザーや発光ダイオードなどの光源と、高速回転するポリゴンミラーからなる走査機構と、結像レンズなどの光学部材とを有して構成される。
【００６０】
（現像装置）
現像装置１０３は、現像剤（ここでは、第１、第２、第３の造形材料の粉末）を像担持体１００に供給することで、静電潜像を可視化する現像手段である（本明細書では、現像剤によって可視化された像を材料像と称す。）。図６（ｂ）に現像装置１０３の詳細構成を示す。現像装置１０３は、現像剤を収容する容器１０３０と、容器１０３０の内部に設けられる供給ローラ１０３１と、現像剤を担持し像担持体１００へ供給する現像ローラ１０３２と、現像剤の厚みを規制する規制部材１０３３とを有する。供給ローラ１０３１及び現像ローラ１０３２は容器１０３０に回転自在に支持されており、像形成時には不図示のモーターによって図中の反時計周りに一定速度で回転する。供給ローラ１０３１によって撹拌し帯電された現像剤の粉末が現像ローラ１０３２に供給され、規制部材１０３３によって略１粒子分の厚みとなるように層厚が規制された後、現像ローラ１０３２と像担持体１００の対向部において静電潜像の現像が行われる。現像方式としては、露光により電荷を除去した部分に現像剤を付着させる反転現像方式と、露光されなかった部分に現像剤を付着させる正規現像方式とがあるが、いずれの方式を用いてもよい。
【００６１】
現像装置１０３は、いわゆる現像カートリッジの構造をとり、材料層形成部Ｕ２に対し着脱自在に設けられているとよい。カートリッジの交換により造形材料（第１、第２、第３の造形材料）の補充・変更が容易にできるからである。あるいは、像担持体１００、現像装置１０３、クリーニング装置１０５などを一体のカートリッジとし（いわゆるプロセスカートリッジ）、像担持体自体の交換を可能にしてもよい。構造材料やサポート材料の種類、固さ、粒径により像担持体１００の摩耗や寿命が特に問題となる場合には、プロセスカートリッジ構成の方が実用性・利便性に優れる。
【００６２】
（転写装置）
転写装置１０４は、像担持体１００上の材料像を第１の搬送ベルト１１の表面上へと転写させる転写手段である。転写装置１０４は、第１の搬送ベルト１１を挟んで像担持体１００の反対側に配置されており、像担持体１００上の材料像と逆極性の電圧を印加することで、静電的に材料像を第１の搬送ベルト１１側へと転写させる。像担持体１００から第１の搬送ベルト１１への転写を１次転写とも称す。なお、本実施形態ではコロナ放電を利用した転写方式を用いるが、ローラ転写方式や、静電転写方式以外の転写方式を用いても構わない。
【００６３】
（クリーニング装置）
クリーニング装置１０５は、転写されずに像担持体１００上に残った現像剤を回収し、像担持体１００の表面を清浄する手段である。本実施形態では、像担持体１００に対しカウンター方向に当接させたクリーニングブレードによって現像剤を掻き落とすブレード方式のクリーニング装置１０５を採用するが、ブラシ方式や静電吸着方式のクリーニング装置を用いてもよい。
【００６４】
（第１の搬送ベルト）
第１の搬送ベルト１１は、各材料像形成部１０で形成された材料像が転写される担持搬送体である。第１の搬送ベルトの搬送方向に対して上流側の材料像形成部１０ａから第１の造形材料の材料像が転写される。続いて、それより下流側の材料像形成部１０ｂから第２の造形材料の材料像が、材料像形成部１０ｃから第３の造形材料（サポート材料）の材料像が、第１の造形材料の材料像と位置を合わせて転写される。これにより、第１の搬送ベルト１１の表面上に、第１から第３の造形材料からなる１枚の材料層が形成される。このとき、材料像同士が互いに重ならないようにスライスデータを生成する際に各材料像の位置及び大きさが調整しておくと、材料像の重なりによる材料層の厚さのばらつきを可及的に抑えることができる。
【００６５】
第１の搬送ベルト１１は、ポリイミドなどの樹脂材料からなる無端ベルトであり、図５に示すように、複数のローラ１１０、１１１に張架されている。なお、ローラ１１０、１１１の他にテンションローラを設け、第１の搬送ベルト１１のテンションを調整できるようにしてもよい。ローラ１１０、１１１のうち少なくとも一方は駆動ローラであり、像形成時には不図示のモーターの駆動力によって第１の搬送ベルト１１を図中反時計周りに回転させる。また、ローラ１１０は、積層部Ｕ３の２次転写ローラ３１との間で２次転写部を形成するローラである。
【００６６】
なお、ここでは第１の搬送体として無端ベルトを採用しているがこの形態に限定されるものではなく、板状の搬送体を採用することもできる。
【００６７】
（ベルトクリーニング装置）
ベルトクリーニング装置１２は、第１の搬送ベルト１１の表面に残った材料をクリーニングする手段である。本実施形態では、第１の搬送ベルト１１に対しカウンター方向に当接させたクリーニングブレードによって、第１の担持搬送ベルト１１上の材料を掻き落とすブレード方式を採用するが、ブラシ方式や静電吸着方式のクリーニング装置を用いてもよい。
【００６８】
（画像検知センサー）
画像検知センサー１３は、第１の搬送ベルト１１の表面に担持された材料層に関する情報を取得する検知手段である。画像検知センサー１３の検知結果は、材料層の位置合わせや、後段の積層部Ｕ３とのタイミング制御や、材料層の形状、厚み、位置などに関する異常検知などに利用される。
【００６９】
以上、電子写真プロセスを利用した材料層形成部について説明してきたが、複数の材料を所定位置に配置できるものであれば、インクジェットプロセスなど他の方式を用いて材料層形成部を構成してもよい。
【００７０】
［積層部］
次に、積層部Ｕ３の構成を説明する。積層部Ｕ３は、材料層形成部Ｕ２で形成された材料層を第１の搬送ベルト１１から受け取り、これを順に積層し固着することによって、立体物を形成する部分である。
【００７１】
図５に示すように、積層部Ｕ３は、第２の搬送体（ベルト）３０、２次転写ローラ３１、画像検知センサー３２、ヒーター３３、ステージ３４を備えている。以下、積層部Ｕ３の各部の構成について詳しく説明する。
【００７２】
（第２の搬送ベルト）
第２の搬送ベルト３０は、材料層形成部Ｕ２で形成された材料層を第１の搬送ベルト１１から受け取り、その材料層を積層位置まで搬送する第２の担持搬送体である。積層位置とは、材料層をステージの上あるいは作製中の造形物の積層面へ積み上げるため、材料層と積層面との接触が行われる位置である。図５の構成では、第２の搬送ベルト３０がヒーター３３とステージ３４とで挟まれる部分が積層位置に該当する。
【００７３】
第２の搬送ベルト３０は、金属やポリイミドなどの耐熱性を有する材料からなる無端ベルトであり、図５に示すように、２次転写ローラ３１、及び、複数のローラ３０１、３０２、３０３、３０４に張架されている。ローラ３１、３０１、３０２のうち少なくともいずれかが駆動ローラであり、不図示のモーターの駆動力によって第２の搬送ベルト３０を図中時計周りに回転させる。ローラ３０３、３０４は、第２の搬送ベルト３０のテンションの調整と、積層位置を通過する第２の搬送ベルト３０（つまり積層時の材料層）を平らに保つ役割を担うローラ対である。
第２の搬送体３０も無端ベルトに限定されるものではなく、板状の形態を採用することもできる。また、図５に示す装置例は複数の搬送体（第１及び第２の搬送体）を有しているが、第２の搬送体または第１の搬送体を省いた構成を採用してもかまわない。
【００７４】
（２次転写ローラ）
２次転写ローラ３１は、材料層形成部Ｕ２の第１の搬送ベルト１１から、積層部Ｕ３の第２の搬送ベルト３０へと、材料層を転写させるための転写手段である。２次転写ローラ３１は、材料層形成部Ｕ２の対向ローラ１１０との間で第１の搬送ベルト１１及び第２の搬送ベルト３０を挟み込むことで、両者のベルト間に２次転写ニップを形成する。そして、不図示の電源により２次転写ローラ３１に材料層とは逆極性のバイアスを印加することで、材料層を第２の搬送ベルト３０側へと転写させる。
【００７５】
（画像検知センサー）
画像検知センサー３２は、第２の搬送ベルト３０の表面に担持された材料層に関する情報を読み取る検知手段である。画像検知センサー３２の検知結果は、材料層の位置合わせ、積層位置への搬送タイミング制御などに利用される。
【００７６】
（ヒーター）
ヒーター３３は、積層位置に搬送された材料層の温度を制御する温度制御手段である。ヒーター３３としては、例えば、セラミックヒーター、ハロゲンヒーターなどを用いることができる。また、加熱だけでなく、放熱ないし冷却により材料層の温度を積極的に低下させる構成を設けてもよい。なお、ヒーター３３の下面（ベルト側の面）は平面となっており、積層位置を通過する第２の搬送ベルト３０のガイドと、材料層に均等な圧力を加える押圧部材の役割も兼ねている。
【００７７】
（ステージ）
ステージ３４は、造形物が形成される平面台である。ステージ３４は、不図示のアクチュエータによって上下方向（積層位置のベルト面に垂直な方向）に移動可能である。積層位置まで搬送された材料層をヒーター３３との間で挟み込み、加熱、加圧（必要に応じて放熱ないし冷却）を行うことで、第２の搬送ベルト３０側からステージ３４側へと材料層を転写させる。１層目の材料層はステージ３４の上に転写され、２層目以降の材料層はステージ３４上の作製中の造形物の上に積み上げられていく。このように本実施形態では、ヒーター３３とステージ３４によって、材料層を積層する積層手段が構成される。
【００７８】
［造形装置の動作］
次に、上記構成を有する造形装置の動作について説明する。ここでは既にスライスデータ生成部Ｕ１１による第１のスライスデータの生成処理は完了しているものとして、各層の材料層を形成するプロセスと、材料層を積層するプロセスを順に説明する。図７は、本実施形態の造形装置の動作シーケンス例を示すフローチャートである。
【００７９】
（材料層形成プロセス）
まず、制御部Ｕ１は、各粒子像形成部１０の像担持体１００、第１の搬送ベルト１１、及び、第２の搬送ベルト３０が同じ外周速度（プロセス速度）で同期して回転するよう、モーター等の駆動源を制御する。
【００８０】
回転速度が安定した後、最上流の材料像形成部１０ａの像形成を開始する（Ｓ５０１）。すなわち、制御部Ｕ１は、帯電装置１０１ａを制御し、像担持体１００ａの表面全域を所定の極性でかつ所定の帯電電位でほぼ均一に帯電させる。続いて制御部Ｕ１は、帯電した像担持体１００ａの表面を露光装置１０２ａによって露光する。ここでは、露光によって電荷を除去することにより、露光部と非露光部との間に電位差を形成する。この電位差による像が静電潜像である。一方、制御部Ｕ１は、現像装置１０３ａを駆動して、像担持体１００ａ上の潜像に構造材料の粉末を付着させ、構造材料の像を形成する。この材料像は、転写装置１０４ａによって第１の搬送ベルト１１上へと１次転写される。
【００８１】
また、制御部Ｕ１は、材料像形成部１０ａでの像形成開始から所定の時間差で下流側の材料像形成部１０ｂ、１０ｃの像形成を開始する（Ｓ５０２、Ｓ５０３）。材料像形成部１０ｂ、１０ｃにおける像形成も材料像形成部１０ａにおける像形成と同様の手順で行われる。ここで、像形成開始の時間差は、上流側の像形成部１０ａにおける１次転写ニップから下流側の材料像形成部１０ｂ、１０ｃにおける１次転写ニップまでの距離をプロセス速度で割った値に設定される。これにより、それぞれの材料像形成部１０ａ、１０ｂ、１０ｃで形成された２つの材料像が第１の搬送ベルト１１上で位置合わせして転写され、２種類の構造材料とサポート材料からなる１層分の材料層が形成される（Ｓ５０４）。ここで、形成される材料層を、第ｉ層の材料層（ｉは正の整数）とする。なお、オーバーハング部がなくサポート部分が必要無い断面の場合には、材料像形成部１０ｃの像形成は行われない。その場合、第１および第２の構造材料の材料像のみで材料層が形成される。
【００８２】
このようにして形成された材料層は、第１の搬送ベルト１１によって積層部Ｕ３へと搬送される。
【００８３】
（第ｉ層の積層プロセス）
上記のように材料層の形成動作が行われている間、積層部Ｕ３の第２の搬送ベルト３０は第１の搬送ベルト１１に接触した状態で、同じ外周速度（プロセス速度）で同期回転している。そして、第１の搬送ベルト１１上の材料層の前端が２次転写ニップに到達するタイミングに合わせて、制御部Ｕ１が２次転写ローラ３１に所定の転写バイアスを印加し、第ｉ層の材料層を第２の搬送ベルト３０へ転写させる（Ｓ５０５）。
【００８４】
第２の搬送ベルト３０は同じプロセス速度のまま回転を続け、第ｉ層の材料層を図５の矢印方向に搬送すると、画像検知センサー３２によって第２の搬送ベルト上の材料層の位置が検知される。制御部Ｕ１はその検知結果に基づいて材料層を搬送し（Ｓ５０６）、第ｉ層の材料層が積層位置に到達するタイミングで第２の担持搬送ベルト３０を停止させる（Ｓ５０７）。その後、制御部Ｕ１はステージ３４を上昇させて第２の搬送ベルト３０に近づけ、積層面を第２の搬送ベルト３０上の第ｉ層の材料層と接触させる（Ｓ５０８）。
【００８５】
この状態のまま、制御部Ｕ１は、所定の温度制御シーケンスにしたがって、ヒーター３３の温度を制御する。具体的には、最初に、第１の目標温度までヒーター３３を加熱する第１のモードを所定時間行って、材料層の各造形材料を熱溶融させる（Ｓ５０９）。これにより材料層が軟化し、軟化した材料層と積層面とが密着する。その後、第１の目標温度よりも低い第２の目標温度にヒーター３３を制御する第２のモードを所定時間行い、軟化した材料層を積層面に固化させて第２の担持搬送ベルト３０表面から剥がし（Ｓ５１０）、ステージを下降させる（Ｓ５１１）。
【００８６】
ここで、温度制御シーケンス、目標温度、加熱時間などは、材料層の形成に用いられる第１から第３の造形材料の特性に応じて設定される。例えば、第１のモードにおける第１の目標温度は、材料層の形成に用いられる各材料の融点もしくはガラス転移点のうち最も高い温度よりも高い値に設定される。一方、第２のモードにおける第２の目標温度は、材料層の形成に用いられる各材料の結晶化温度もしくは非晶質材料のガラス転移点のうち最も低い温度よりも低い値に設定される。このような温度制御を行うことにより、異なる熱溶融特性をもつ複数種類の粒子材料が混在した材料層全体を共通の溶融温度領域で軟化させた後、共通の固化温度領域で全体を固化させることができる。したがって、複数種類の造形材料が混在した材料層の溶融および固着を安定して行うことが可能になる。
【００８７】
（第（ｉ＋１）層の形成プロセス）
続いて次に積層する第（ｉ＋１）層の材料層の形成プロセスが開始されるが、このときスライスデータ生成部Ｕ１１にて先に積層した第ｉ層と次に積層する第（ｉ＋１）層の材料層のデータを解析する（Ｓ５１２）。第ｉ層の材料層と第（ｉ＋１）層の材料層との積層面に、異種材料を積層する領域が含まれるかどうか、含まれる場合にはその領域の積層が困難かどうか判定し、積層が困難な領域と判定されればデータの変更が必要と判断する。積層が困難かどうかは、積層する異種材料についてあらかじめ取得した積層相性と積層が困難となる大きさに基づいて判定するとよい。データの変更が必要と判断されると、スライスデータ変更部Ｕ１１０にて積層が困難な領域は接着用データに変更される。
【００８８】
例えば、第ｉ層の第１の造形材料の上に、第１の造形材料とは異なる第２の造形材料を積層する領域を抽出し、その中に積層が困難となる大きさ以上の領域が含まれていれば、データの変更が必要と判断される。そして、データの変更が必要と判断された領域において、第（ｉ＋１）層のデータを、第２の造形材料と第ｉ層と同じ種類の第１の造形材料とが混在する接着用データに変更する（Ｓ５１３）。
【００８９】
ここでは、データの変更を、第ｉ層と第（ｉ＋１）層のデータを解析して、第（ｉ＋１）層の材料層について行う例を示しているが、この例に限定されるものではない。第（ｉ＋１）層に加えて、第（ｉ＋１）層の次に積層される第（ｉ＋２）層目以降の材料層のデータを接着用データに変更しても良い。また、積層（接着）面の前後複数層のデータを解析し、それらの層の必要な領域についてデータを変更して接着用データを形成しても良い。
【００９０】
互いに異なる種類の造形材料が積層される領域は、第（ｉ＋１）層と第ｉ層それぞれのデータの位置情報と材料情報をそれぞれ数値化し、差分をとることによって抽出することができる。例えば第１の構造材料をシアン、第２の構造材料をマゼンタ、サポート材料をイエローというように色情報をスライスデータに与えておき、各位置における色情報の数値の差分をとると良い。あるいは、第１の造形材料を“０”、第２の造形材料を“１”、第３の造形材料を“２”、と数字に置き換えて差分をとっても良い。
【００９１】
本実施例では、互いに接して積層される層のデータを解析して異種材料が積層される領域を抽出し、接着用データに変更しているが、これに限定されるものではない。例えば、三次元モデルのスライス情報からスライスデータを生成する際に、異なる種類の造形材料が積層される積層困難な領域を抽出してデータを変更し、あらかじめ接着用データを含むスライスデータに変更しておいても良い。接着用データへの変更は、互いに接して積層される第ｉ層および第（ｉ＋１）層の少なくとも一方について行ってもよいし、積層面の前の複数層または後に積層する複数層に対して行ってもよい。
【００９２】
接着層となる第（ｉ＋１）層の材料層は、変更後のデータ（接着用データ）に基づいて、第ｉ層の材料層と同様にして形成される。形成された第（ｉ＋１）層の材料層は、第１の搬送ベルト１１によって積層部Ｕ３へと搬送され、上述の積層プロセス同様に積層面の上に積層される。
【００９３】
第ｉ層の第１の造形材料に対し、接着層である第（ｉ＋１）層に混在する第１の造形材料の割合が少なすぎると、第１と第２の造形材料が混在する領域を第１の造形材料の上に積層することができない。また、混在させる第１の造形材料の割合が多すぎると、第２の造形材料を接着することができず、第ｉ層に第（ｉ＋１）層を積層することができない。
【００９４】
そこで、第１と第２の造形材料が混在する領域において、第１の造形材料が占める部分の合計面積をＳ１、第２の造形材料が占める部分の合計面積をＳ２とし、Ｓ１とＳ２の比率と接着力の関係を測定した。具体的には、図８（ａ）のパターンにて、２種類の造形材料のうち一方を１ｍｍ×１ｍｍの正方形パターンに配置した。そしてパターンのピッチ（密度）を変えることによってＳ１とＳ２の関係を変化させて図１２の試験片を作成し、上述と同様に引張せん断強度を測定した。なお、図８（ａ）のＭａはＡＢＳ樹脂、ＭｂはＰＯＭ樹脂である。結果を図１５に示す。
【００９５】
第１と第２の造形材料が混在する領域において、Ｓ１、Ｓ２は（１）式を満たすのが好ましい。（１）式を満たさない割合で混在する場合（グラフの白抜きの点）は積層不良が生じ、２種類の材料を混在させない場合は積層することができなかった。
０．２≦Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）≦０．８・・・（１）
【００９６】
Ｓ１、Ｓ２が（２）式を満たせば、より好ましい。
０．４２≦Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）≦０．６５・・・（２）
【００９７】
そして、最も接合力が強くなるのは、Ｓ１、Ｓ２が（３）式を満たすときである。
Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）＝０．５・・・（３）
【００９８】
図８（ａ）〜（ｃ）に、２種類の造形材料を混在させる場合の配置パターン例を示す。パターンは、特に限定されないが、均一に接着させるためには２種類の造形材料が細かく分散していることが好ましく、少なくとも一方向において２ｍｍ未満の間隔で２種類の材料が交互に配置されているのが特に好ましい。
【００９９】
接着層が積層された後、次に積層される第（ｉ＋２）層の材料層の形成プロセスが開始される（Ｓ５０１〜）。第（ｉ＋２）層のデータと、変更された第（ｉ＋１）層のデータとを解析し、第（ｉ＋１）層の材料層および第（ｉ＋２）層の材料層の積層面に異種材料が融着される領域があるかどうかを判断する。そして、異種材料が融着される領域がある場合にデータの変更が必要かどうかを判定し、前述の第（ｉ＋１）層の積層の場合と同様の処理を行う。
【０１００】
接着層を設けるためにデータ変更した第（ｉ＋１）層と、第（ｉ＋２）層との間に異種材料が融着され、かつ、接合が困難となる領域がない場合は、第（ｉ＋２）層のデータを変更する必要はない。ただし、第ｉ層と第（ｉ＋１）層との接合力をより強固にするため、図９のように、接着層を複数層にわたって形成する場合は、第（ｉ＋２）層のデータも接着用データに変更必要がある。
【０１０１】
接着層を複数層形成する場合、第（ｉ＋２）層の接着層にデータ変更する領域に、第（ｉ＋１）層の材料層とは異なるパターンで材料を混在させるのも好ましい。ただし、図９の（ａ）や（ｂ）に示すように、必ず同じ種類の材料同士が複数層にわたって連続して積層される領域を設けておく。
【０１０２】
接着層を複数層形成する際には、特に、図９（ｂ）のように接着層の積層方向の断面において、異種材料が蟻継ぎ状に設けられているとより強い接合力を得ることができるため好ましい。この場合、あらかじめ接着層の層数を設定しておけば、第（ｉ＋１）層の材料層と第（ｉ＋２）層の材料層との積層面に異種材料同士が融着される領域がない場合でも、設定した層数分のデータを参照して、データを変更することができる。
【０１０３】
以上述べた材料層形成プロセスと積層プロセスを必要回数繰り返すことで、ステージ３４上に所望の造形物が形成される。最後に、ステージ３４から造形物を取り外し、温水など水を含む溶媒で水溶性のサポート部を除去することにより、造形対象物である立体物を製造することができる。なお、サポート部を除去した後、更に、例えば、クリーニング、研磨、組立等の所定の処理を立体物に施してもよい。
【０１０４】
本発明にかかる立体物の造形方法および造形装置によれば、互いに接して積層される第ｉ層と第（ｉ＋１）層との間に異種材料が積層される領域が含まれている場合に、各領域が所定の面積を超えているかどうかを解析する。そして、所定の面積を超えた領域が含まれていると、スライスデータ変更部Ｕ１１にてその領域に接着層を形成するようにデータを変更する。具体的には、接着が困難な領域の第ｉ層または第（ｉ＋１）層のデータを、同種材料が積層される領域と異種材料が積層される領域が混在するパターンを有する接着用データに変更する。これにより、接着が困難な領域を含む材料層の積層を可能にすることができる。その結果、要望に応じて部分的に物理的性質の異なる造形物を作製することが可能となる。
【０１０５】
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る造形装置について説明する。第１実施形態では接着層に２種類の造形材料をパターン状に配置して混在させたが、本実施形態では２種類の材料が予め混合された接着用造形材料を用いる。以下、第１実施形態と共通する部分の説明は割愛し、第２実施形態に特有のプロセスについてのみ説明を行う。
【０１０６】
本実施形態の造形装置も、図７のフローチャートに従って材料層形成プロセスと積層プロセスを行うことができる。
【０１０７】
第（ｉ＋１）層の材料層形成プロセスを開始する際、先に積層した第ｉ層と第（ｉ＋１）層のデータから、異種材料が積層される領域が含まれるかどうかを解析する。異種材料が積層される領域が含まれると判断され、その領域における積層が困難と判定されると、第（ｉ＋１）層のデータの変更が必要と判断される。そして、第ｉ層の第１の造形材料からなる領域に、第１の造形材料と第２の造形材料の混合材料からなる領域を積層するように、第（ｉ＋１）層のデータを変更する。なお、本実施形態においても、第ｉ層と第（ｉ＋１）層の少なくとも一方が接着層となるようにデータを変更すればよい。また、接着層は１層でも複数層でも良い。
【０１０８】
図１０は第２実施形態に係る立体造形装置の材料層形成部の一例を示す模式図である。図１０におけるＭａは第１の造形材料、Ｍｂは第２の造形材料であり、Ｍａ＋Ｍｂは第１の造形材料と第２の造形材料の混合材料（接着用造形材料）である。
【０１０９】
Ｍａ＋Ｍｂは、第１の造形材料と第２の造形材料の両方が混在する領域を形成する際に用いることができる。例えば、第ｉ層の第１の造形材料で形成される領域の上に、第（ｉ＋１）層の第２の造形材料で形成される領域が積層される場合の接着層の形成に用いることができる。また、第ｉ層の第２の造形材料で形成される領域の上に、第（ｉ＋１）層の第１の造形材料で形成される領域が積層される場合の接着層の形成に用いることができる。
【０１１０】
ここで、ＭａとしてＡＢＳ樹脂の粉末とＭｂとしてＰＯＭ樹脂の粉末の混合比を変えた接着用造形材料を用いて接着層を形成し、実施例１と同様の試験片を造形して、同様に引張せん断試験により接合力を評価した。結果を図１６に示す。図１５の結果と同様、ＰＯＭの割合が５０％であるときに最も高い接合力が得られ、その一方でＰＯＭの混合比が１０％以下もしくは９０％以上であると積層不良を生じた。つまり、接着用造形材料に混合する第１の造形材料が少なすぎると、接着用造形材料と第１の造形材料とを固着できず、積層することができない。一方、第１の造形材料が多すぎると接着用造形材料と第２の造形材料とを固着できず、積層することができない。
【０１１１】
そこで、接着用造形材料に含まれる第１の造形材料の体積の合計をＶ１、第２の造形材料の体積の合計をＶ２としたとき、（４）式を満たすのが好ましい。
０．２≦Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）≦０．８・・・（４）
【０１１２】
より好ましくは下記の（５）式を満たす場合であり、
０．３＜Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）＜０．７・・・（５）
最も接着力が良好となるのは（６）式を満たす場合である。
Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）＝０．５・・・（６）
【０１１３】
以上述べたように、本実施形態においても、互いに接して積層される層のデータを解析し、異なる種類の造形材料同士が積層される領域が存在する場合には、少なくとも１層以上の接着層を形成する。具体的には、積層が困難な領域のデータを、先に積層される層と同じ種類の造形材料と異なる種類の造形材料とが混在するよう、これらの材料が混合された接着用造形材料を配置する接着用データに変更する。これにより、異なる種類の造形材料同士の積層を実現することができる。その結果、要望に応じて部分的に物理的性質の異なる造形物を作製することが可能となる。
【０１１４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１５】
Ｕ１  制御部
Ｕ２  材料層形成部
Ｕ３  積層部
Ｕ１１  スライスデータ生成部
Ｕ１１０  スライスデータ変更部Ｕ１１０
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ  材料像形成部
１１  第１の搬送ベルト（第１の搬送体）
３０  第２の搬送ベルト（第２の搬送体）
３３  ヒーター
３４  ステージ
【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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