(57)【要約】【課題】３次元造形物の取り出しやデパウダーをスムーズに行うことができる３次元造形データを生成する３次元造形データ生成装置を提供する。【解決手段】３次元造形データ生成装置１００は、３次元の対象造形物モデルのデータを記憶する記憶部５０と、記憶部５０に記憶された上記データに基づいて、上記対象造形物モデルよりも下方に配置された基材部と上記基材部から上方に伸びる取っ手部とを有し、上記基材部に粉末材料の粒径よりも大きな貫通孔が形成された３次元のサポートモデルのデータを生成するサポートモデル生成部５２と、上記対象造形物モデルおよび上記サポートモデルのデータを上記３次元造形データとして出力する出力部５８と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末積層造形方式の３次元造形装置に用いられる３次元造形データを生成する３次元造形データ生成装置であって、
造形対象の３次元造形物を表す３次元の対象造形物モデルのデータを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記データに基づいて、前記対象造形物モデルよりも下方に配置された基材部と前記基材部から上方に伸びる取っ手部とを有し、前記基材部に粉末材料の粒径よりも大きな貫通孔が形成された３次元のサポートモデルのデータを生成するサポートモデル生成部と、
前記対象造形物モデルおよび前記サポートモデルのデータを前記３次元造形データとして出力する出力部と、
を備える、３次元造形データ生成装置。
【請求項２】
前記基材部は、前記対象造形物モデルと離間した位置に配置されている、請求項１に記載の３次元造形データ生成装置。
【請求項３】
前記取っ手部の高さは前記対象造形物モデルの高さ以上である、請求項１または２に記載の３次元造形データ生成装置。
【請求項４】
前記取っ手部は棒状に形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の３次元造形データ生成装置。
【請求項５】
前記取っ手部として、上方から見て前記対象造形物モデルの側方に配置された第１棒状体と、上方から見て前記対象造形物モデルの前記第１棒状体が配置された方と反対の方に配置された第２棒状体とを備えている、請求項４に記載の３次元造形データ生成装置。
【請求項６】
前記取っ手部の上端部分の色は、前記粉末材料の色と異なっている、請求項１から５のいずれか一項に記載の３次元造形データ生成装置。
【請求項７】
前記基材部の少なくとも一部は網目状に形成されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の３次元造形データ生成装置。
【請求項８】
前記サポートモデル生成部は、前記対象造形物モデルが前記サポートモデルに載置された状態における前記対象造形物モデルおよび前記サポートモデルの構造解析を行う構造解析部を備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の３次元造形データ生成装置。
【請求項９】
前記サポートモデルは、前記対象造形物モデルの下方に位置しかつ前記基材部から上方に伸びる支柱部を有している、請求項１から８のいずれか一項に記載の３次元造形データ生成装置。
【請求項１０】
前記サポートモデル生成部は、前記サポートモデルに前記対象造形物モデルを載置したときに前記サポートモデルと前記対象造形物モデルとの接触面積が所定値以内になるように前記サポートモデルの形状を調整する接触面積調整部を備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の３次元造形データ生成装置。
【請求項１１】
前記接触面積調整部は、前記サポートモデルにおける前記対象造形物モデルの側の面に凹部を形成することにより、前記サポートモデルの形状を調整する、請求項１０に記載の３次元造形データ生成装置。
【請求項１２】
前記接触面積調整部は、前記サポートモデルにおける前記対象造形物モデルの側の面に凸部を加えることにより、前記サポートモデルの形状を調整する、請求項１０に記載の３次元造形データ生成装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の３次元造形データ生成装置と、３次元造形装置とを備える、３次元造形システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元造形データ生成装置およびこれを備えた３次元造形システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、立体的な造形物（３次元造形物）を作成するための３次元造形装置が知られている。３次元造形装置では、得んとする３次元造形物を所定の厚みでスライスしたデータ（スライスデータ）を作成し、このスライスデータと対応する断面形状を順次形成、積層していくことで、３次元造形物を造形する。
【０００３】
３次元造形装置の造形方式としては、粉末積層造形、熱溶解積層造形、光造形などが知られている。例えば特許文献１には、粉末積層造形方式を用いた３次元造形装置が開示されている。特許文献１の３次元造形装置は、造形テーブルと、バインダ供給ヘッドとを備えている。造形テーブルには、スライスデータに対応する断面厚さで粉末材料が敷き詰められている。バインダ供給ヘッドは、造形テーブルに対して適宜に相対移動しながら、スライスデータに基づいてバインダを吐出する。バインダの吐出された箇所では、粉末材料が選択的に固化される。これによってスライスデータに対応した粉末材料層が形成される。１の粉末材料層が形成されると、造形テーブルが、スライスデータの断面厚さの分だけ高さ方向（Ｚ軸方向）に下降する。造形テーブルの下降によって生じた空間には、粉末材料が供給される。このような作業の繰り返しによって、造形テーブルの高さ方向に粉末材料層が積層され、所望の形状の３次元造形物が造形される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１３７１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
かかる３次元造形装置では、造形が終了した際に３次元造形物が未固化の粉末材料中に埋没した状態となっている。このため、ユーザーは未固化の粉末材料中から所望の３次元造形物を掘り出す必要がある。しかしながら、ユーザーは粉末材料中のどの位置に３次元造形物が埋まっているのかを正確に把握することができないため、３次元造形物を取り出すのに手間取ることがあった。また、粉末材料中を闇雲に探したり、未固化の粉末材料を急いで除去しようとしたりして、誤って３次元造形物を破損してしまうこともあった。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、未固化の粉末材料中から所望の３次元造形物を容易に取り出すことができ、上記粉末材料と所望の３次元造形物とを容易に分離（デパウダー）することを可能にする３次元造形データ生成装置、およびこれを備えた３次元造形システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る３次元造形データ生成装置は、粉末積層造形方式の３次元造形装置に用いられる３次元造形データを生成する。この３次元造形データ生成装置は、造形対象の３次元造形物を表す３次元の対象造形物モデルのデータを記憶する記憶部と、上記記憶部に記憶された上記データに基づいて、上記対象造形物モデルよりも下方に配置された基材部と上記基材部から上方に伸びる取っ手部とを有し、上記基材部に粉末材料の粒径よりも大きな貫通孔が形成された３次元のサポートモデルのデータを生成するサポートモデル生成部と、上記対象造形物モデルおよび上記サポートモデルのデータを上記３次元造形データとして出力する出力部と、を備える。
【０００８】
上記３次元造形データ生成装置によれば、所望の３次元造形物と共にサポートを形成可能な３次元造形データを生成することができる。サポートは、３次元造形物の下方に位置する基材部と基材部から上方に伸びる取っ手部とを有し、基材部には粉末材料よりも大きな貫通孔が形成されている。これにより、３次元造形の終了時に、ユーザーがサポートの取っ手部を掴んで持ち上げれば、造形後の３次元造形物は基材部に支持される一方、未固化の粉末材料は基材部の貫通孔を通じて落下する。そのため、未固化の粉末材料中から所望の３次元造形物を掬い上げて粉末材料と容易に分離する（デパウダーする）ことができる。
【０００９】
本発明に係る３次元造形システムは、上記３次元造形データ生成装置と、３次元造形装置とを備える。この３次元造形システムによれば、造形した３次元造形物の取り出しを容易に行うことができる。したがって、ユーザーの利便性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、３次元造形物の取り出しやデパウダーをスムーズに行うことができ、３次元造形物の破損リスクを低減することが可能な３次元造形データを生成する３次元造形データ生成装置、およびこれを備えた３次元造形システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る３次元造形システムの断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る３次元造形装置の平面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る３次元造形データ生成装置のブロック図である。
【図４】３次元造形データ生成装置で生成される３次元造形データの一例であり、（ａ）は対象造形物モデル、（ｂ）はサポートモデルを示している。
【図５】サポートモデルの一生成方法を示す説明図であり、（ａ）は対象造形物モデルの一例、（ｂ）は対象造形物モデルへの基材部の配置例、（ｃ）は第１回目の変位解析の結果を示している。
【図６】サポートモデルの一生成方法を示す説明図であり、（ａ）は第１回目の支柱部の配置の一例、（ｂ）は第２回目の変位解析の結果、（ｃ）は第２回目の支柱部の配置の一例を示している。
【図７】支柱部の先端の一例を示す模式図であり、（ａ）は凹部を有する態様、（ｂ）は尖頭部を有する態様を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、適宜図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る３次元造形データ生成装置を備えた３次元造形システムについて説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略または簡略化する。
【００１３】
まず、本発明の一実施形態に係る３次元造形システム１０について説明する。図１は、一実施形態に係る３次元造形システム１０の断面図である。３次元造形システム１０は、所望の３次元造形物１８１をサポート１８２と共に造形するための装置である。３次元造形システム１０は、３次元造形装置１０Ａと、３次元造形データ生成装置１００とを備えている。図２は、一実施形態に係る３次元造形装置１０Ａの平面図である。なお、図面中の符号Ｆ、Ｒｅ、Ｌ、Ｒ、Ｕｐ、Ｄｎは、それぞれ前、後、左、右、上、下を示している。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、３次元造形システム１０の設置態様を何ら限定するものではない。
【００１４】
３次元造形装置１０Ａは、粉末材料層１８Ａを多数形成、積層することにより、フルカラーの３次元造形物を造形する装置である。ここでは、所望の３次元造形物１８１とあわせて当該３次元造形物に応じたサポート１８２を造形する。サポート１８２は、所望の３次元造形物１８１の取り出しを補助するものである。３次元造形装置１０Ａは、造形部３１と、粉末材料供給部４１と、バインダ供給ヘッド１２と、制御装置１６とを備えている。本実施形態では、さらにインクヘッド１４を備えている。
【００１５】
造形部３１は、造形槽３３と、造形テーブル３２と、テーブル昇降装置３４とを備えている。造形槽３３の内部には、粉末材料１９が収容されている。粉末材料１９は、粉末材料供給部４１から供給される。粉末材料１９は、スライスデータに基づいた所定の厚み幅（例えば、０．１ｍｍ）で造形槽３３内に敷き詰められている。粉末材料１９は、バインダで固められることによって粉末材料層１８Ａを構成する。粉末材料としては、例えば、石膏、セラミックス（例えばシリカやアルミナなどの金属酸化物）、金属、プラスチックなどが挙げられる。造形テーブル３２は、造形槽３３内を上下方向に昇降移動可能なように構成されている。造形テーブル３２は、テーブル昇降装置３４と接続されている。テーブル昇降装置３４は、造形テーブル３２を上下方向に移動させるためのものである。テーブル昇降装置３４としては特に限定されないが、ここではシリンダ機構を採用している。
【００１６】
粉末材料１９が固められ、造形テーブル３２上に１の粉末材料層１８Ａが形成されると、テーブル昇降装置３４は造形テーブル３２を所定の幅で下方に移動（下降）させる。造形テーブル３２の下降幅は、スライスデータの厚み幅に基づいて予め定められている。造形テーブル３２の下降によって生じた空間には、粉末材料１９が敷き詰められる。これを順次繰り返すことで、造形テーブル３２の高さ方向に粉末材料層１８Ａが積み上げられ、所望の３次元造形物１８１の形状をなすようになっている。
【００１７】
粉末材料供給部４１は、造形部３１に粉末材料１９を供給するためのものである。粉末材料供給部４１は、粉末材料供給槽４３と、粉末材料供給テーブル４２と、テーブル昇降装置４４と、粉末材料供給ローラ１５とを備えている。粉末材料供給槽４３には、粉末材料１９が収容されている。粉末材料供給テーブル４２は、粉末材料供給槽４３の内部を上下方向に昇降移動可能なように構成されている。粉末材料供給テーブル４２は、テーブル昇降装置４４と接続されている。テーブル昇降装置４４は、粉末材料供給テーブル４２を上下方向に移動させるためのものである。テーブル昇降装置４４としては特に限定されないが、ここではシリンダ機構を採用している。
【００１８】
粉末材料供給ローラ１５は、粉末材料供給槽４３に収容されている粉末材料１９を、造形槽３３に供給するための部材である。粉末材料供給ローラ１５は、図示しないモータによって、粉末材料供給槽４３および造形槽３３の表面を左右方向に移動可能なように構成されている。粉末材料供給ローラ１５は、未使用時には粉末材料供給部４１の一の端部（図１、図２の左端）に設けられたローラ載置部４５に位置している。テーブル昇降装置４４によって粉末材料供給テーブル４２が上方に移動されると、粉末材料供給ローラ１５はローラ載置部４５から所定の方向（図１、図２の右方）に移動する。これにより、粉末材料供給槽４３に収容されていた粉末材料１９のうちの所定の量が粉末材料供給ローラ１５に押されて、造形槽３３に供給される。粉末材料供給ローラ１５が造形槽３３の上を移動することで、造形槽３３の表面が均される。このようにして、造形槽３３内に所定の厚み幅で粉末材料１９が均質に敷き詰められる。粉末材料供給ローラ１５は、粉末材料供給部４１から離れた側の端部まで移動すると、逆方向（図１、図２の左方向）に回転してローラ載置部４５に戻される。
【００１９】
粉末材料供給槽４３から造形槽３３に粉末材料１９が供給されると、テーブル昇降装置４４は粉末材料供給テーブル４２を所定の幅で上方に移動（上昇）させる。粉末材料供給テーブル４２の上昇幅は、造形テーブル３２の下降幅に対応して予め定められている。本実施形態では、粉末材料供給テーブル４２の上昇幅が造形テーブル３２の下降幅と略等しく設定されている。
【００２０】
バインダ供給ヘッド１２は、造形槽３３内の粉末材料１９に対してバインダを噴霧するためのものである。バインダ供給ヘッド１２は、図示しない駆動装置に接続され、造形槽３３に対して前後方向（Ｘ軸方向）および左右方向（Ｙ軸方向）に移動自在に構成されている。バインダ供給ヘッド１２は、バインダを吐出するノズル１２Ａを備えている。ノズル１２Ａは、図示しないバインダ収容タンクに連通されている。バインダとしては、粉末材料１９の粒子間を固着することが可能な材料であれば特に限定されない。バインダとしては、例えば水溶性の有機高分子化合物が挙げられる。バインダ供給ヘッド１２は、スライスデータに基づいてバインダを噴霧する。これにより、バインダが噴霧された領域の粉末材料１９が固まって粉末材料層１８Ａが形成される。
【００２１】
インクヘッド１４は、上記バインダで固められた粉末材料層１８Ａに、着色されたインクを噴霧するためのものである。インクヘッド１４は、スライスデータに含まれる色データに基づいて粉末材料層１８Ａにインクを噴霧する。インクヘッド１４は、図示しない駆動装置に接続され、造形槽３３に対して前後方向（Ｘ軸方向）および左右方向（Ｙ軸方向）に移動自在に構成されている。インクヘッド１４は、インクを吐出するノズル１４Ａを備えている。ノズル１４Ａは、図示しない複数のインク収容タンクに連通されている。なお、本実施形態ではバインダ供給ヘッド１２とインクヘッド１４とが同軸に配置され一体形成されているが、これらは別体であってもよい。
【００２２】
３次元造形装置１０Ａの全体の動作は、制御装置１６によって制御される。制御装置１６は、バインダ供給ヘッド１２と、インクヘッド１４と、粉末材料供給ローラ１５と、テーブル昇降装置３４、４４と、３次元造形データ生成装置１００とに接続されている。制御装置１６は、テーブル昇降装置３４を駆動することによって、造形テーブル３２を上方または下方（Ｚ軸方向）に移動させる。制御装置１６は、テーブル昇降装置４４を駆動することによって、粉末材料供給テーブル４２を上方または下方（Ｚ軸方向）に移動させる。制御装置１６は、バインダ供給ヘッド１２からのバインダの吐出、およびバインダ供給ヘッド１２のＸＹ軸方向の移動を制御する。制御装置１６は、インクヘッド１４からのインクの吐出およびインクヘッド１４のＸＹ軸方向の移動を制御する。制御装置１６は、粉末材料供給ローラ１５の移動を制御する。
【００２３】
制御装置１６には、３次元造形データ生成装置１００から３次元造形データが入力される。入力された３次元造形データからは、スライスデータが作成される。スライスデータは、造形対象である３次元造形物１８１と、当該３次元造形物に応じたサポート１８２とを、所定の方向に所定の間隔でスライスするように作成される。スライスする方向は、水平方向や垂直方向とすることができる。上記した３次元造形装置１０Ａによる粉末材料層１８Ａの形成は、このスライスデータに基づいてなされる。なお、制御装置１６の構成は特に限定されない。制御装置１６は、例えばコンピュータであり、制御プログラムの命令を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ：central processing unit）と、ＣＰＵが実行するプログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）と、プログラムを展開するワーキングエリアとして使用されるＲＡＭ（random access memory）と、上記プログラムや各種データを格納するメモリなどの記憶装置（記録媒体）とを備えている。
【００２４】
３次元造形データ生成装置１００は、３次元造形装置１０Ａで使用する３次元造形データを作成するためのものである。図３は、本発明の一実施形態に係る３次元造形データ生成装置１００のブロック図である。３次元造形データ生成装置１００は、記憶部５０と、サポートモデル生成部５２と、出力部５８とを備えている。本実施形態では、さらに色決定部５７を備えている。なお、３次元造形データ生成装置１００は３次元造形装置１０Ａと別体であってもよく、３次元造形装置１０Ａに内蔵されていてもよい。３次元造形データ生成装置１００の構成は特に限定されない。３次元造形データ生成装置１００は、例えばコンピュータであり、その動作をＣＰＵで制御するように構成されている。ＣＰＵには、ＣＰＵが実行するプログラムなどを格納したリードオンリメモリ（ＲＯＭ）や、ＣＰＵのワーキングエリア等として使用されるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などを備えていてもよい。
【００２５】
３次元造形データ生成装置１００は、コンピュータのＣＰＵを３次元造形データ生成装置１００として動作させるプログラム（コンピュータプログラム）であってもよい。かかるプログラムは、３次元造形データ生成装置１００の動作を記録した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納されていてもよい。記録媒体としては、半導体記録媒体（例えば、ＲＯＭ、不揮発性メモリーカード）、光記録媒体（例えば、ＤＶＤ、ＭＯ、ＭＤ、ＣＤ、ＢＤ）、磁気記録媒体（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク）などが例示される。３次元造形データ生成装置１００やコンピュータのＣＰＵを３次元造形データ生成装置１００として動作させるプログラムは、上記記録媒体に格納して、あるいはインターネットなどのネットワークを介して、サーバーコンピュータに送信することができる。この場合、サーバーコンピュータもまた、ここに開示される発明の一態様である。
【００２６】
記憶部５０は、３次元造形システム１０が造形しようとする（所望の）３次元造形物１８１の属性データ（以下、対象造形物モデルという。）を記憶する。図４（ａ）には、ここで記憶される対象造形物モデル６２の一例を示している。対象造形物モデル６２は、例えばユーザーの操作によって、記憶媒体または他のコンピュータ（図示せず）から記憶部５０に読み込まれる。対象造形物モデル６２は、少なくとも形状や大きさに関する３次元的な空間データを含む。空間データは、例えばＳＴＬ(STereo Lithography)データで表されるものである。本実施形態では、対象造形物モデル６２がさらに色データを含む。色データは、例えばＲＧＢ値で表されるものである。この対象造形物モデル６２は、角柱部分６２１と、当該角柱部分から水平方向（高さ方向に垂直な方向）に突出したオーバーハング部分６２２とを有している。
【００２７】
サポートモデル生成部５２は、主演算部５３を備える。主演算部５３は、記憶部５０に記憶された対象造形物モデル６２のデータに基づいて、サポートの属性データ（以下、サポートモデルという。）を生成する。図４（ｂ）には、ここで生成されるサポートモデル６４の一例を示している。主演算部５３は、例えば複数または一つのサポートモデル６４を生成する。主演算部５３は、例えば造形に使用する３次元造形装置１０Ａ（具体的には、造形槽３３や造形テーブル３２）の形状や大きさを考慮したサポートモデル６２を生成する。なお、サポートモデル６４に含まれる情報の種類や形式は、上記した対象造形物モデル６２と同様でよい。
【００２８】
サポートモデル６４は、対象造形物の取り出しを補助する部材（取り出し補助部材）を生成するためのものである。サポートモデル６４は、基材部６４ａと当該基材部から上方に伸びた取っ手部６４ｃとを有している。この実施形態では、サポートモデル６４は、さらに支柱部６４ｂを有している。基材部６４ａと取っ手部６４ｃ、および、基材部６４ａと支柱部６４ｂは、それぞれ互いに連結されており、サポートモデル６４は一体形状をなしている。重力方向において、基材部６４ａは、対象造形物モデル６２の下方側に生成されている。基材部６４ａは、対象造形物モデル６２を支持するための部位である。本実施形態では、サポートモデル６４が対象造形物モデル６２と離間した非接触の位置にある。これにより、３次元造形物１８１とサポート１８２とが互いに別個の立体物として生成される。なお、ここでいう「支持」とは、３次元造形物１８１の少なくとも一部がサポート１８２よりも上方に配置された状態をいい、３次元造形物１８１がサポート１８２の上に完全に載せ置かれた状態のみならず、例えば落下しない程度にサポート１８２に引っかかった状態なども包含するものである。
【００２９】
基材部６４ａは、対象造形物モデル６２よりも下方に位置している。基材部６４ａは、粉末材料１９の粒径よりも大きな貫通孔６５を備えている。基材部６４ａの形状や大きさ、厚みなどは、例えば対象造形物モデル６２の重心や密度のバランスなどを考慮して決定される。これらは、従来公知のプログラムによって検出し、把握することができる。本実施形態では、基材部６４ａの対象造形物モデル６２と対向する面が、対象造形物モデル６２の基材部６４ａと対向する面の面積よりも大きく生成されている。ここでは、基材部６４ａが平面視において楕円形状である。基材部６４ａは、例えば、円形や四角形、菱形などの多角形状であってもよい。
【００３０】
基材部６４ａは、対象造形物モデル６２を支持した状態で持ち上げ可能なように、十分な強度を有していることが好ましい。本実施形態では、基材部６４ａが、略一定の幅の円環状の外枠部分６４ａ１と、外枠部分６４ａ１の内側に配置された網目状部分６４ａ２とを有している。網目状部分６４ａ２は複数の貫通孔６５を有し、いわゆる「ざる状」に生成されている。ここでは、貫通孔６５が平面視において菱形形状である。貫通孔６５は、例えば楕円形状や、菱形以外の多角形状などであってもよい。
【００３１】
貫通孔６５は、サポートモデル６４の高さ方向を貫いている。貫通孔６５は、予め設定された粉末材料１９の粒径（例えば体積基準の平均粒径Ｄ５０や累積９５％粒径Ｄ９５）よりも大きく生成されている。貫通孔６５は、好ましくは粉末材料１９の粒径よりも１０倍以上、例えば１００倍以上大きく生成されている。なお、貫通孔６５は１つであってもよく、例えば２つ以上、１０つ以上であってもよい。また、貫通孔６５は、基材部６４ａの全体に生成されていてもよく、例えば図４（ｂ）のように一部分（網目状部分６４ａ２）のみに生成されていてもよい。
【００３２】
網目状部分６４ａ２は複数の線状体６６を有している。貫通孔６５は線状体６６によって仕切られている。線状体６６の横断面形状は特に限定されず、例えば、円形、楕円形、四角形、菱形などとすることができる。サポート１８２が３次元造形物１８１を支持するとき、網目状部分６４ａ２には上方から荷重が加わる。そこで、耐荷重を高めるために、線状体６６の横断面形状の上下方向の長さを左右方向の長さよりも大きく、かつ、前後方向の長さよりも大きくしてもよい。例えば、線状体６６の横断面形状を上下方向に長い菱形や楕円形にしてもよい。
【００３３】
基材部６４ａの上方であって対象造形物モデル６２の下方には、支柱部６４ｂが生成されている。支柱部６４ｂは、対象造形物モデル６２がサポートモデル６４に支持されたときの状態を安定化するための部位である。造形終了時には、３次元造形物１８１の下部に、サポート１８２の支柱部が３次元造形物１８１と離間した非接触の状態で存在することとなる。本実施形態では、角柱部分６２１の下方に支柱部６４ｂ１が、オーバーハング部分６２２の下方に複数の支柱部６４ｂ２が、それぞれ生成されている。支柱部６４ｂ１、６４ｂ２は、それぞれ基材部６４ａと連通し、基材部６４ａから対象造形物モデル６２の側に向かって伸びている。オーバーハング部分６２２を安定的に支持するために、支柱部６４ｂ２は支柱部６４ｂ１よりも高く生成されている。なお、支柱部６４ｂ１、６４ｂ２の形状は特に限定されず、例えば円柱形状、多角柱形状（例えば四角柱形状や六角柱形状）、円錐形状、多角錐形状などとすることができる。ここでは支柱部６４ｂ１、６４ｂ２が、いずれも四角柱形状である。
【００３４】
支柱部６４ｂには貫通孔６５が生成されていてもよく、生成されていなくてもよい。つまり、貫通孔６５は、サポートモデル６４の基材部６４ａのみ生成されていてもよく、基材部６４ａと支柱部６４ｂとに生成されていてもよい。本実施形態では、支柱部６４ｂに粉末材料１９の粒径よりも大きな孔径を有する貫通孔６５が生成されている。
【００３５】
基材部６４ａの上方であって対象造形物モデル６２の側方には、取っ手部６４ｃが生成されている。ユーザーは、取っ手部６４ｃを掴んでサポート１８２を造形槽３３から取り出したり、３次元造形物１８１をデパウダーしたりすることができる。取っ手部６４ｃは、基材部６４ａの外枠部分６４ａ１から上方に向かって伸びている。本実施形態では、取っ手部６４ｃが第１棒状体６４ｃ１と第２棒状体６４ｃ２とを有している。２つの取っ手部６４ｃ１、６４ｃ２は、外枠部分６４ａ１の円周上に等間隔で配置されている。つまり、第２棒状体６４ｃ２は、上方から見て対象造形物モデル６２の第１棒状体６４ｃ１が配置された方と反対の方に配置されている。なお、取っ手部６４ｃの形状は特に限定されず、ユーザーが把持容易であればよい。ここでは取っ手部６４ｃ１、６４ｃ２が長棒状の形状をなしている。
【００３６】
取っ手部６４ｃ１、６４ｃ２の高さ方向の長さ（垂直長さ）は、対象造形物モデル６２の高さ方向の長さ（垂直長さ）と同等かそれ以上であるとよい。これにより、３次元造形物１８１がサポート１８２に支持されるときに、取っ手部６４ｃ１、６４ｃ２の上端の位置が、対象造形物モデル６２の上端と同等かそれよりも高くなる。その結果、造形終了時には、未固化の粉末材料１９の表層部分にサポート１８２の上部が配置されるようになる。本実施形態では、取っ手部６４ｃ１、６４ｃ２の高さ方向の長さが、対象造形物モデル６２の高さ方向の長さよりも高い。したがって、造形終了時に、粉末材料１９に埋没しているサポート１８２を真っ先に見つけることができる。
【００３７】
ところで、３次元造形装置１０Ａで造形された３次元造形物１８１は、強度の向上などを目的として、粉体材料１９の融点よりも高い温度で焼成して、粉体材料１９同士を焼結させることがある。このとき、３次元造形物１８１が粉体材料１９を固着しているバインダの融点、あるいは粉体材料１９自体の融点に達すると、３次元造形物１８１が軟化して自重の影響を受け易くなる。このため、例えばオーバーハング部分など自重の影響が大きな部分を有する３次元造形物１８１を焼成する場合には、当該部分を支持する適当なサポートを添えた状態で焼成することが望ましい。これにより、３次元造形物１８１の変形（特には高さ方向の変形）を防止することができる。
【００３８】
そこで、好適な一態様では、サポートモデル生成部５２が、主演算部５３に加えて構造解析部５４を備えている。構造解析部５４は、上記した３次元造形物１８１の取り出しを補助する機能と、得られた３次元造形物１８１を焼成する際に変形を防止する機能と、を有するサポート１８２の生成を実現する。換言すれば、構造解析部５４は、３次元造形物１８１の焼成時に当該３次元造形物が自重に抗して所定の形状を維持可能なように、変形防止部材としてのサポートモデル６４を生成する。これにより、３次元造形物１８１の自重変形を的確に防止することができ、所望の形状をより良く維持した状態の焼結体を得ることができる。
【００３９】
図５，図６は、焼成時の自重変形を防止するために有効なサポートモデル７４の一生成方法を示す説明図である。ここでは、記憶部５０に、図５（ａ）に示すような対象造形物モデル７２が記憶されている。まず、主演算部５３によって、対象造形物モデル７２の下方に、基材部７４ａが生成される（図５（ｂ）参照）。基材部７４ａは、粉末材料１９の粒径よりも大きな貫通孔を備え、対象造形物モデル７２を支持可能なように生成される。次に、構造解析部５４によって、従来公知の変位法を用いた構造解析ソフトで、対象造形物モデル７２の変位解析が実行される。第１回目の変位解析で得られた結果を図５（ｃ）に示している。図５（ｃ）では、変位が大きい部分Ａ，Ｂに丸印を付している。変位が大きい部分は、すなわち構造的に弱い部分であり、焼成時の自重変形が大きいと予想される部分である。次に、主演算部５３によって、第１回目の変位解析の結果で変位が大きかった部分Ａ，Ｂに支柱部７４ｂ１が生成される（図６（ａ）参照）。この例では、対象造形物モデル７２の４方の角部分に、それぞれ支柱部７４ｂ１が生成される。
【００４０】
次に、構造解析部５４によって、対象造形物モデル７２と上記生成した４つの支柱部７４ｂ１とをあわせて、再び変位解析が実行される。第２回目の変位解析で得られた結果を図６（ｂ）に示している。図６（ｂ）では、変位が大きい部分Ｃに丸印を付している。次に、主演算部５３によって、第２回目の変位解析の結果で変位が大きかった部分Ｃに支柱部７４ｂ２が生成される（図６（ｃ）参照）。この例では、対象造形物モデル７２のほぼ中央部分に、２つの支柱部７４ｂ２が生成される。以上のように、構造解析部５４による変位解析と、主演算部５３による支柱部７４ｂの生成とを所定回数（例えば２〜５回）繰り返すことで、焼成時の自重変形をも高度に防止することができるサポートモデル７４を生成することができる。
【００４１】
好適な一態様では、サポートモデル７４が、対象造形モデル７２と離間した非接触の状態にあり、３次元造形物１８１とサポート１８２とを互いに別個の立体物として造形可能なように生成されている。一例では、構造解析部５４が対象造形物７２と接触する状態で支柱部７４ｂの調整を終えた後、主演算部５３がサポートモデル７４と対象造形物７２の全ての接触面に任意の距離Ｌを隔てた空間Ｌを追加する。あるいは、サポートモデル７４を高さ方向の下方に垂直移動させてもよい。これにより、対象造形モデル７２と非接触の状態のサポートモデル７４を生成することができる。
【００４２】
造形が終了してサポート１８２が３次元造形物１８１を支持する際、サポート１８２の基材部には、サポート自身（例えば、基材部、取っ手部および支柱部）の荷重に加えて、３次元造形物１８１の荷重が加わる。そこで好適な一態様では、このような状況を想定して、構造解析部５４がサポートモデル７４の構造解析を実施し、耐荷重強度を評価する。そして、耐荷重強度が所定値以下である場合は、サポートモデル７４の形状や大きさなどを再度調整する。一例では、支柱部７４ｂを補強する。具体的には、サポートモデル７４の各支柱部７４ｂを基材部７４ａに対して補強する部材、例えば梁などを追加する。また、他の一例では、基材部７４ａの厚みを大きくしたり、貫通孔６５の大きさを小さくしたりする。なお、耐荷重強度の所定値は、予め設定された任意の値とすることができる。
【００４３】
焼成時の変形防止部材としての使用を想定した場合は、サポート１８２が３次元造形物１８１を支持するときの両者の接触面積が小さいことが望ましい。これにより、３次元造形物１８１とサポート１８２とが一体的に焼結されることが抑制される。そこで、好適な一態様では、サポートモデル生成部５２が、さらに接触面積調整部５５を備えている。接触面積調整部５５は、サポートモデル７４に対象造形物モデル７２を支持したときの接触面積が所定値以内となるように調整する。所定値は予め設定された任意の値とすることができる。
【００４４】
一例ではまず、サポートモデル７４が対象造形物モデル７２を支持する際の、サポートモデル７４と対象造形物モデル７２との接触面積を算出する。当該接触面積が所定値以内であれば、サポートモデル７４の変更は不要と判断し、調整を終了する。一方、当該接触面積が所定値を超える場合には、接触面積を低減するようにサポートモデル７４の形状や大きさを調整する。この調整は、例えばサポートモデル７４の強度や、対象造形物モデル７２が支持された状態における載置安定性などを考慮しつつ行うことができる。そして、接触面積が所定値以内となったら、調整を終了する。
【００４５】
接触面積調整部５５の好適な一態様では、支柱部７４ｂの対象造形物モデル７２の側の先端形状を変更する。図７は、支柱部７４ｂの先端の一例を示す模式図である。図７（ａ）では、支柱部７４ｂの対象造形物モデル７２の側の面に、凹部７４ｃが生成されている。当該凹部７４ｃは、例えば粉末材料１９よりも融点の高い材料（高融点材料）を集積あるいは一体化してなる凝集塊（例えば、ジルコニアなどのセラミックビーズ）が設置可能となっている。３次元造形物１８１の焼成時には、凹部７４ｃに高融点材料の凝集塊を設置して、３次元造形物１８１とサポート１８２とが当該凝集塊を介して連通するように配置する。これにより、３次元造形物１８１とサポート１８２との直接接触を回避し、焼成後もこれらを別個の立体物として好適に維持することができる。
【００４６】
また図７（ｂ）では、支柱部７４ｂの対象造形物モデル７２の側の面に、尖頭部（凸部）７４ｄが生成されている。つまり、支柱部７４ｂの対象造形物モデル７２の側の先端部分が鋭角に尖っている。当該尖頭部は、対象造形物モデル７２の側に突出するように形成されている。支柱部７４ｂを先端に行くほど細くすることで、３次元造形物１８１とサポート１８２とが一体焼結されることを抑制して、焼成後もこれらを別個の立体物として好適に維持することができる。
【００４７】
色決定部５７は、記憶部５０に記憶された対象造形物モデル６２の色データに基づいて、サポートモデル６４の色データを決定する。一例では、粉末材料１９と異なる色（例えば白色以外）を選択して、サポートモデル６４に施す。他の一例では、対象造形物モデル６２に使用されていない色を選択して、サポートモデル６４に施す。あるいは、対象造形物モデル６２に使用されている色をサポートモデル６４に使用しないように禁止してもよい。また、色決定部５７は、サポートモデル６４全体を着色するように設定してもよいし、サポートモデル６４の一部分のみを着色するように設定してもよい。図４（ｂ）の例では、２つの取っ手部６４ｃ１、６４ｃ２の高さ方向の上端部分６４ｔに、着色を施すようにしている。これにより、未固化の粉末材料１９中でサポート１８２を容易に判別できるようになる。
【００４８】
好適な一態様では、サポートモデル生成部５２がさらに、対象造形物モデル６２とサポートモデル６４とが離間した位置にあるか否かを確認する。そして、両者が重なっている、あるいは接している場合には、対象造形物モデル６２とサポートモデル６４とが離間した位置に配置されるように再度調整する。例えばサポートモデル６４を高さ方向の下方に垂直移動させる。サポートモデル生成部５２はまた、３次元造形装置１０Ａとサポートモデル６４とが離間した位置にあるかを確認する。そして、両者が重なっている、あるいは接している場合には、サポートモデル６４の形状や大きさなどを再度調整する。また、サポートモデル生成部５２は、例えば造形槽３３や造形テーブル３２の形状や大きさなどを考慮すると上記調整が不可能であると判断される場合には、サポートモデル６４の生成を再度やり直すこともできる。
【００４９】
以上のようにして、所望の対象造形物モデル６２に応じたサポートモデル６４が生成される。そして、対象造形物モデル６２と、上記生成されたサポートモデル６４とをあわせて、３次元造形データが構成される。３次元造形データは、３次元造形データ生成装置１００の出力部５８から３次元造形装置１０Ａに送られる。３次元造形装置１０Ａは、上記３次元造形データに基づいて、所望の３次元造形物１８１と当該３次元造形物の取り出しを補助するサポート１８２の造形を行う。
【００５０】
図１に示すように、造形終了時、所望の３次元造形物１８１は、サポート１８２と共に造形槽３３の未固化の粉末材料１９中に埋没している。サポート１８２は取っ手部６４ｃを備え、未固化の粉末材料１９中で発見容易なように造形されている。所望の３次元造形物１８１の取り出しにあたり、ユーザーは、取っ手部６４ｃを掴んで、あるいは取っ手部６４ｃに補助具を連結させるなどして、サポート１８２を造形槽３３の上方に移動させる。すると、３次元造形物１８１はサポート１８２に支持された状態で造形槽３３から引き上げられる。
【００５１】
サポート１８２には、粉末材料１９の粒径よりも大きな貫通孔６５が形成されている。そのため、サポート１８２はいわゆる「篩」としての機能を発揮する。つまり、未固化の粉末材料１９は、サポート１８２を引き上げた際に貫通孔６５から自然に抜け落ち、篩い落とされる。また、サポート１８２上に僅かに残った粉末材料１９も、サポート１８２の取っ手部６４ｃを掴んで左右に揺らすことなどにより、良好に排除される。したがって、ここに開示される技術によれば、ユーザーは、サポート１８２を用いて未固化の粉末材料１９中から３次元造形物１８１を掬い上げ、未固化の粉末材料１９と所望の３次元造形物１８１と容易に分離する（デパウダーする）ことができる。また、ユーザーは、３次元造形物１８１の取り出しやデパウダーにあたり、３次元造形物１８１に直接接触する必要がない。このため、例えばブラシやブロアーなどを用いてデパウダーを行う場合と比べて、３次元造形物１８１の破損をより良く抑制することができる。
【００５２】
以上、本実施形態の３次元造形データ生成装置１００によれば、所望の３次元造形物１８１と共に、いわゆる「取っ手付きざる状」のサポート１８２を形成可能な３次元造形データを生成することができる。また、本実施形態の３次元造形システム１０では、造形した３次元造形物１８１の取り出しやすさやデパウダーの作業性を向上することができる。したがって、ユーザーの利便性を向上することができる。
【００５３】
本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、基材部６４ａが対象造形物モデル６２と離間した位置に配置されている。これにより、３次元造形物１８１とサポート１８２とが別個の立体物として造形される。したがって、造形終了後に両者を切り離す必要がなく、ユーザーの利便性を向上することができる。
【００５４】
本実施形態では、取っ手部６４ｃの高さが対象造形物モデル６２の高さ以上である。これにより、サポート１８２の上部が未固化の粉末材料１９の表層部分に配置されるようになる。そのため、サポートを容易に発見することができる。
【００５５】
本実施形態では、取っ手部６４ｃが棒状に形成されている。また、取っ手部６４ｃは上方から見て対象造形物モデル６２の側方に配置された第１棒状体６４ｃ１と、上方から見て対象造形物モデル６２の第１棒状体６４ｃ１が配置された方と反対の方に配置された第２棒状体６４ｃ２とを備えている。これにより、ユーザーが取っ手部を掴みやすくなり、取り出し時やデパウダー時の利便性を一層向上することができる。
【００５６】
本実施形態では、取っ手部６４ｃの上端部分６４ｔの色が粉末材料１９の色と異なっている。これにより、未固化の粉末材料１９中でサポート１８２を一層判別し易くなる。したがって、サポート１８２を容易に発見することができる。
【００５７】
本実施形態では、基材部６４ａの少なくとも一部が網目状に形成されている。これにより、「ざる状」のサポを造形することができる。したがって、未固化の粉末材料１９が網目から一層抜け落ちやすくなり、より容易にデパウダーの作業を行うことができる。
【００５８】
本実施形態では、サポートモデル６４が、対象造形物モデル６２の下方に位置しかつ基材部６４ａから上方に伸びる支柱部６４ｂを有している。これにより、３次元造形物１８１の載置安定性を向上することができる。また、３次元造形物１８１の焼成時には変形や破損を防止して、所定の形状を好適に維持することができる。したがって、特に高さ方向の造形精度を向上することができる。
【００５９】
本実施形態では、図３に示すように、サポートモデル生成部５２が、対象造形物モデル６２がサポートモデル６４に載置された状態における対象造形物モデル６２およびサポートモデル６４の構造解析を行う構造解析部５４を備える。これにより、３次元造形物１８１の焼成時には変形や破損を防止して、所定の形状を好適に維持することができる。したがって、特に高さ方向の造形精度を向上することができる。
【００６０】
本実施形態では、図３に示すように、サポートモデル生成部５２は、サポートモデル６４に対象造形物モデル６２を載置したときにサポートモデル６４と対象造形物モデル６２との接触面積が所定値以内になるように、サポートモデル６４の形状を調整する接触面積調整部５５を備える。一実施形態では、図７（ａ）に示すように、接触面積調整部５５が、サポートモデル６４における対象造形物モデル６２の側の面に凹部を形成することによりサポートモデル６４の形状を調整する。他の一実施形態では、図７（ｂ）に示すように、接触面積調整部５５が、サポートモデル６４における対象造形物モデル６２の側の面に凸部を加えることによりサポートモデル６４の形状を調整する。これにより、３次元造形物１８１をサポート１８２に載置した状態で焼成する際に、所望の３次元造形物１８１の変形を防止しつつ、３次元造形物１８１とサポート１８２とを別体として好適に維持することができる。つまり、焼成時における３次元造形物１８１とサポート１８２との接触面積を低減して、両者が一体焼結されることを防止することができる。
【００６１】
以上、本実施形態に係る３次元造形システム１０および３次元造形データ生成装置１００について説明した。しかし、本発明に係る３次元造形システムおよび３次元造形データ生成装置は、これに限定されない。例えば、図１に示す実施形態では、３次元造形装置１０Ａがインクヘッド１４を備え、３次元造形データ生成装置１００が色決定部５７を備えていた。しかし、３次元造形装置１０Ａはインクヘッド１４を備えていなくてもよい。３次元造形データ生成装置１００は色決定部５７を備えていなくてもよい。この場合、３次元造形物およびサポートは、粉末材料そのものの色で構成される。
【００６２】
また、例えば図４（ｂ）に示す態様では、対象造形物モデル６２とサポートモデル６４とが離間した位置にあり、３次元造形物１８１とサポート１８２とが別個の立体物として生成可能となっていた。しかし、３次元造形物１８１とサポート１８２とは、一体的に造形されても良い。つまり、３次元造形データにおいて、対象造形物モデル６２とサポートモデル６４とが互いに連結した状態であってもよい。この場合、造形終了後にニッパーなどの工具を使って３次元造形物１８１からサポート１８２を取り除けばよい。また、例えば図５〜図７に示す態様では、３次元造形物１８１を粉体材料１９の融点よりも高い温度で焼成することを想定していた。しかし、３次元造形物１８１は焼成してもよいし、焼成しなくてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１０    ３次元造形システム
１０Ａ  ３次元造形装置
５０    記憶部
５２    サポートモデル生成部
５３    主演残部
５４    構造解析部
５５    接触面積調整部
５７    色決定部
５８    出力部
１００    ３次元造形データ生成装置
【図１】
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【図２】
2017077707.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2017077707.tif 000007
【図６】
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【図７】
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