特開 2024-132738 三次元造形装置、造形方法及び造形プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024132738

(43)【公開日】2024-10-01

(54)【発明の名称】三次元造形装置、造形方法及び造形プログラム

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/393 20170101AFI20240920BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20240920BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240920BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240920BHJP

   B29C 64/118 20170101ALI20240920BHJP

   B33Y 40/20 20200101ALI20240920BHJP

   B29C 64/379 20170101ALI20240920BHJP

   B22F 10/31 20210101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

B29C64/393

B33Y50/02

B33Y30/00

B33Y10/00

B29C64/118

B33Y40/20

B29C64/379

B22F10/31

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023043641

(22)【出願日】2023-03-17

(71)【出願人】

【識別番号】307015301

【氏名又は名称】武藤工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001612

【氏名又は名称】弁理士法人きさらぎ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】當間 隆司

【テーマコード（参考）】

4F213

4K018

【Ｆターム（参考）】

4F213AP11

4F213AQ01

4F213AQ02

4F213AQ04

4F213AR12

4F213WA25

4F213WA54

4F213WA55

4F213WA63

4F213WB01

4F213WL02

4F213WL85

4F213WL92

4F213WW21

4K018CA44

4K018EA51

(57)【要約】

【課題】造形物の完成品を計測した計測データと造形データとの正確な差分データを取得して、造形データに対する完成品のズレを的確に把握する。
【解決手段】三次元造形装置は、造形データに基づいて造形ステージ上に造形物を造形する造形手段と、造形ステージ上の造形物の外形形状を計測する計測手段と、造形手段及び計測手段を制御する制御手段と、を備える。造形手段の造形座標系及び造形原点と、計測手段の計測座標系及び計測原点と、は同一となるように構成されている。制御手段は、造形手段によって造形物を造形ステージ上に造形した後、得られた造形物の完成品を造形ステージ上から移動させることなく、計測手段によって造形ステージ上の造形物の完成品の外形形状を計測し、得られた計測データと造形データとの差分データを取得する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

造形データに基づいて造形ステージ上に造形物を造形する造形手段と、
前記造形ステージ上の前記造形物の外形形状を計測する計測手段と、
前記造形手段及び前記計測手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記造形手段の造形座標系及び造形原点と、前記計測手段の計測座標系及び計測原点と、は同一となるように構成されており、
前記制御手段は、
前記造形手段によって前記造形物を前記造形ステージ上に造形した後、得られた造形物の完成品を前記造形ステージ上から移動させることなく、前記計測手段によって前記造形ステージ上の前記造形物の完成品の外形形状を計測し、得られた計測データと前記造形データとの差分データを取得する
三次元造形装置。

【請求項2】

前記造形手段は、樹脂造形又は金属造形により前記造形物を造形し、
前記造形手段及び前記計測手段は、同一の座標系及び原点を有する駆動手段に搭載されている
請求項１記載の三次元造形装置。

【請求項3】

前記差分データに関する情報を表示画面上に表示する表示手段を更に備える
請求項１又は２記載の三次元造形装置。

【請求項4】

前記造形物の前記完成品に対して追加工を施す加工手段を更に備え、
前記制御手段は、前記差分データに基づいて、前記加工手段を制御して前記完成品に対する追加工を行う
請求項３記載の三次元造形装置。

【請求項5】

造形データに基づいて造形ステージ上に造形物を造形する造形手段によって、前記造形データに基づき前記造形ステージ上に前記造形物を造形する工程と、
前記造形ステージ上の前記造形物の外形形状を計測する計測手段によって、前記造形ステージ上の前記造形物の完成品の外形形状を計測する工程と、
前記造形手段及び前記計測手段を制御する制御手段によって、前記計測する工程で得られた計測データと、前記造形する工程で用いられた前記造形データと、の差分データを取得する工程と、
を含む
造形方法。

【請求項6】

前記取得する工程で取得された前記差分データに基づいて、前記造形物の前記完成品に対して追加工を施す加工手段によって、前記完成品を追加工する工程を更に含む
請求項５記載の造形方法。

【請求項7】

造形データに基づいて造形ステージ上に造形物を造形する造形手段によって、前記造形データに基づき前記造形ステージ上に前記造形物を造形させる工程と、
前記造形ステージ上の前記造形物の外形形状を計測する計測手段によって、前記造形ステージ上の前記造形物の完成品の外形形状を計測させる工程と、
前記造形手段及び前記計測手段を制御する制御手段によって、前記計測させる工程で得られた計測データと、前記造形させる工程で用いられた前記造形データと、の差分データを取得させる工程と、
をコンピュータに実行させる
造形プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元造形装置、造形方法及び造形プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、三次元設計データ（造形データ）に基づいて造形物を造形する三次元造形装置が知られている。このような三次元造形装置の方式としては、例えば、光造形法、粉末焼結法、インクジェット法、溶融樹脂押出造形法等の様々な方式が提案され、製品化されている。

【0003】

一例として、溶融樹脂押出造形法では、溶融したフィラメント樹脂を造形ヘッドから造形ステージ（テーブル）上に吐出し、これを冷却固化して硬化層を形成し、これを積み重ねて三次元の造形物を作製することが行われる。ただし、溶融樹脂押出造形法では、溶融した樹脂を冷却固化して硬化層を形成するプロセスが、造形の過程において必須である。このため、造形物が変形して所望通りの硬化層とならない場合には、補正処理を行う必要があった。

【0004】

特許文献１に記載の三次元造形装置では、造形処理に先立って試験的に造形したライン状の造形物の幅と、この幅の予測値とを比較して、比較結果が所定の範囲内にある場合に、試験条件の吐出パラメータを造形時の吐出パラメータとして設定し、事前に補正処理を行っている。また、特許文献２に記載の三次元造形装置では、造形層の高さを測定し、これに基づき造形層の上部の造形層の造形動作を補正する補正処理を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６－１０７４６２号公報

【特許文献2】特開２０２０－１１４６３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記特許文献１及び２に開示された従来技術の三次元造形装置では、事前に造形の補正を行って造形するか、造形時に補正を行いながら造形するか、を想定したものである。このため、造形物が完成したときの完成品全体における歪み及び変形等に対応した補正を行うことは想定されておらず、実際の完成品が造形データからどの程度ズレて造形されているのかも把握することはできないため、改善の余地があった。

【0007】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、造形物の完成品を計測した計測データと造形データとの正確な差分データを取得して、造形データに対する完成品のズレを的確に把握することができる三次元造形装置、造形方法及び造形プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る三次元造形装置は、造形データに基づいて造形ステージ上に造形物を造形する造形手段と、前記造形ステージ上の前記造形物の外形形状を計測する計測手段と、前記造形手段及び前記計測手段を制御する制御手段と、を備え、前記造形手段の造形座標系及び造形原点と、前記計測手段の計測座標系及び計測原点と、は同一となるように構成されており、前記制御手段は、前記造形手段によって前記造形物を前記造形ステージ上に造形した後、得られた造形物の完成品を前記造形ステージ上から移動させることなく、前記計測手段によって前記造形ステージ上の前記造形物の完成品の外形形状を計測し、得られた計測データと前記造形データとの差分データを取得する。

【0009】

本発明の一実施形態において、前記造形手段は、樹脂造形又は金属造形により前記造形物を造形し、前記造形手段及び前記計測手段は、同一の座標系及び原点を有する駆動手段に搭載されている。

【0010】

本発明の他の実施形態において、前記差分データに関する情報を表示画面上に表示する表示手段を更に備える。

【0011】

本発明の更に他の実施形態において、前記造形物の前記完成品に対して追加工を施す加工手段を更に備え、前記制御手段は、前記差分データに基づいて、前記加工手段を制御して前記完成品に対する追加工を行う。

【0012】

本発明に係る造形方法は、造形データに基づいて造形ステージ上に造形物を造形する造形手段によって、前記造形データに基づき前記造形ステージ上に前記造形物を造形する工程と、前記造形ステージ上の前記造形物の外形形状を計測する計測手段によって、前記造形ステージ上の前記造形物の完成品の外形形状を計測する工程と、前記造形手段及び前記計測手段を制御する制御手段によって、前記計測する工程で得られた計測データと、前記造形する工程で用いられた前記造形データと、の差分データを取得する工程と、を含む。

【0013】

本発明の一実施形態において、前記取得する工程で取得された前記差分データに基づいて、前記造形物の前記完成品に対して追加工を施す加工手段によって、前記完成品を追加工する工程を更に含む。

【0014】

本発明に係る造形プログラムは、造形データに基づいて造形ステージ上に造形物を造形する造形手段によって、前記造形データに基づき前記造形ステージ上に前記造形物を造形させる工程と、前記造形ステージ上の前記造形物の外形形状を計測する計測手段によって、前記造形ステージ上の前記造形物の完成品の外形形状を計測させる工程と、前記造形手段及び前記計測手段を制御する制御手段によって、前記計測させる工程で得られた計測データと、前記造形させる工程で用いられた前記造形データと、の差分データを取得させる工程と、をコンピュータに実行させる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、造形物の完成品を計測した計測データと造形データとの正確な差分データを取得して、造形データに対する完成品のズレを的確に把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に係る三次元造形装置の概略構成を示す斜視図である。

【図2】同三次元造形装置の概略構成を示す側面図である。

【図3】同三次元造形装置のＸＹステージの構成を示す斜視図である。

【図4】同三次元造形装置のＸＹステージの駆動系を説明するための図である。

【図5】同三次元造形装置のドライバの構造の詳細を説明するためのブロック図である。

【図6】同三次元造形装置とコンピュータ（制御装置）の機能的構成を説明するための機能ブロック図である。

【図7】同三次元造形装置の用途例１を説明するための造形方法を説明するためのフローチャートである。

【図8】造形物の三次元測定における問題を説明するための図である。

【図9】同三次元造形装置の用途例２における、三次元造形装置を用いた第１の教材の座標系及び原点と比較例の座標系及び原点を説明するための図である。

【図10】同三次元造形装置で造形する第２の教材に係る造形物を示す斜視図である。

【図11】同三次元造形装置の用途例３を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態に係る三次元造形装置、造形方法及び造形プログラムを詳細に説明する。ただし、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。また、以下の実施形態において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、実施形態においては、各構成要素の配置、縮尺及び寸法等が誇張或いは矮小化されて、実際のものとは一致しない状態で示されている場合、並びに一部の構成要素につき記載が省略されて示されている場合がある。

【0018】

［三次元造形装置について］
（全体構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る三次元造形装置の概略構成を示す斜視図である。図２は、三次元造形装置の概略構成を示す側面図である。なお、以下の三次元造形装置は、いわゆる熱溶解フィラメント製造法（ＦＦＦ）及び熱溶解積層法（ＦＤＭ）等の樹脂造形方式を用いる３Ｄプリンタ１００を例に挙げて説明するが、金属造形等にも利用可能であり、これに限定されるものではない。

【0019】

図１及び図２に示すように、３Ｄプリンタ１００は、例えば金属製のフレーム１１と、ＸＹステージ１２と、造形ステージ１３と、昇降テーブル１４と、ガイドシャフト１５と、を備えている。また、３Ｄプリンタ１００には、この３Ｄプリンタ１００を制御する制御装置としてのコンピュータ（制御手段）２００が、３Ｄプリンタ１００内の各種機構を駆動するためのドライバ３００を介して接続されている。

【0020】

なお、以下の説明及び図面においては、「Ｘ方向」とは、３Ｄプリンタ１００の左右方向を意味し、「Ｙ方向」とは、３Ｄプリンタ１００の前後方向を意味するものとする。また、「Ｚ方向」とは、３Ｄプリンタ１００の上下方向を意味し、「ＸＹ」とは、Ｘ方向及びＹ方向で構成される平面の意味を含むものとする。また、「Ｘ軸」、「Ｙ軸」、「Ｚ軸」は、それぞれＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の軸を意味するものとする。

【0021】

（フレーム）
フレーム１１は、例えば、直方体の外形を有している。フレーム１１は、アルミニウム等の金属材料からなる枠組を備えている。このフレーム１１は、４つの角部にそれぞれ形成されたガイドシャフト１５を備えている。ガイドシャフト１５は、例えば図中矢印Ｚで示す上下方向（Ｚ方向、以下同じ。）、すなわち造形ステージ１３の平面に対して垂直な方向に延びるように４本設けられている。

【0022】

ガイドシャフト１５は、後述するように昇降テーブル１４を上下方向に移動させるための方向を規定する直線状の棒状部材である。なお、ガイドシャフト１５の本数は図示のように４本に限定されず、昇降テーブル１４を安定的に維持し移動させることができる本数であれば、様々な数に設定され得る。

【0023】

（造形ステージ）
造形ステージ１３は、例えば立体構造の造形物（三次元造形物）Ｓが載置される台座である。造形ステージ１３は、後述する造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂから吐出される材料としての熱可塑性樹脂が堆積される台（テーブル）として機能するものである。従って、造形物Ｓは、造形ステージ１３上に造形されて、完成品となる。なお、ここでいう「完成品」とは、造形処理が終了したときの造形の完成体のことをいい、追加工等の最終処理が終了した製品としての完成品とはその意味が異なっているものとする。

【0024】

（昇降テーブル）
昇降テーブル１４は、矩形板状のテーブル自身の４つの角部においてガイドシャフト１５を貫通させる構造を備えている。これにより、昇降テーブル１４は、ガイドシャフト１５の長手方向（Ｚ方向）に沿って上下に移動（昇降）可能に構成されている。昇降テーブル１４は、所定のガイドシャフト１５と接触するローラ３４，３５を備えている。

【0025】

ローラ３４，３５は、例えば昇降テーブル１４の対角線上の２つの角部にそれぞれ形成されたアーム部３３において回動可能に設置されている。ローラ３４は、昇降テーブル１４のＸＹの中心部を基準として、この中心部から離れたガイドシャフト１５の外周面（外側外周面）に接触する。また、ローラ３５は、この中心部に近いガイドシャフト１５の外周面（内側外周面）に接触する。

【0026】

昇降テーブル１４は、各ローラ３５，３５がガイドシャフト１５の外周面上を接触しつつ回動することで、Ｚ方向にスムーズに移動可能となっている。また、昇降テーブル１４は、モータＭｚの駆動力をタイミングベルト、ワイヤ、プーリ等からなる動力伝達機構（図示せず）によって伝達することにより、Ｚ方向に所定間隔（例えば、０．１ｍｍピッチ）で移動する。

【0027】

ここで、モータＭｚとしては、例えばサーボモータ、ステッピングモータ等の各種モータを採用することができる。なお、３Ｄプリンタ１００は、実際の昇降テーブル１４の高さ方向（Ｚ方向）の位置を連続的又は間欠的にリアルタイムで、図示しない位置センサを用いて計測し、適宜補正をかけることによって、昇降テーブル１４の位置精度を高めるように構成しても良い。このことは、後述する造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂ及びセンサ２８についても同様である。

【0028】

（ＸＹステージ）
図３は、３Ｄプリンタ１００のＸＹステージの構成を示す斜視図である。図４は、３Ｄプリンタ１００のＸＹステージの駆動系を説明するための図である。

【0029】

図３に示すように、ＸＹステージ１２は、例えば昇降テーブル１４の上面に載置されている。ＸＹステージ１２は、枠体２１と、Ｘガイドレール２２と、Ｙガイドレール２３と、を備えている。また、ＸＹステージ１２は、リール２４Ａ，２４Ｂと、造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂと、センサ２８と、造形ヘッドホルダＨ１と、センサホルダＨ２と、を備えている。

【0030】

図４に示すように、Ｘガイドレール２２は、１本又は複数本の棒状部材からなり、そのＸ方向の両端がＹガイドレール２３にそれぞれ嵌め込まれて、Ｙ方向に摺動自在に保持されている。Ｙガイドレール２３は、Ｘガイドレール２２に対してそれぞれ直交する一対の平行な棒状部材からなる。

【0031】

造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂは、造形ヘッドホルダＨ１を介してＸガイドレール２２にＸ方向に摺動自在に配置されている。また、センサ２８は、センサホルダＨ２を介してＸガイドレール２２にＸ方向に摺動自在に配置されている。これにより、造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂ及びセンサ２８は、ＸＹステージ１２においてＸ方向及びＹ方向に移動（ＸＹ移動）自在となっている。なお、枠体２１、各ガイドレール２２，２３、各ホルダＨ１，Ｈ２及び図示しない駆動モータは、造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂ及びセンサ２８を、Ｘ軸及びＹ軸において同一の座標系で駆動する駆動手段を構成する。

【0032】

また、造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂの造形原点と、センサ２８の計測原点と、は、予め同一の原点となるように調節されている。従って、ＸＹステージ１２においては、造形ヘッド２５Ａ，２５ＢのＸＹ座標系及び造形原点と、センサ２８のＸＹ座標系及び計測原点と、が同一となるように構成されている。

【0033】

そして、ＸＹステージ１２が載置された昇降テーブル１４は、造形物Ｓが造形される造形ステージ１３に対して、Ｚ方向に移動可能に構成されている。従って、３Ｄプリンタ１００においては、Ｘ方向のＸ軸及びＹ方向のＹ軸のみならず、Ｚ方向のＺ軸をも含めた三次元空間において、造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂによる造形空間の造形座標系及び造形原点と、センサ２８による計測空間の計測座標系及び計測原点と、が同一となり得るように構成されている。

【0034】

すなわち、３Ｄプリンタ１００は、ＸＹステージ１２、昇降テーブル１４及び造形ステージ１３を介して機械的な駆動系を共通とした上で、キャリブレーション等の調節を経ることで、ソフトウェア的な制御も含めて、造形空間の造形座標系及び造形原点と、計測空間の計測座標系及び計測原点と、が同一となり得るように構成されている。従って、例えば造形原点と計測原点とが機械的要因によりその位置が一致しないようなケースであっても、その後の補正処理等により原点を一致させる場合も、上記の「造形座標系及び造形原点と、計測座標系及び計測原点と、が同一となるように構成される」という概念に含まれるものとする。なお、ＸＹステージ１２が昇降テーブル１４によってＺ方向に移動する構成ではなく、造形ステージ１３がＺ方向に移動する構成としても良い。ＸＹステージ１２と造形ステージ１３は、相対移動可能な構造を備えていれば良い。また、センサ２８は、造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂと同一の原点を有するように、これらと一体となるように設けられていても良い。この場合、センサホルダＨ２が不要となるため、これに関連する駆動系等も含めた部品点数を削減することができる。

【0035】

リール２４Ａ，２４Ｂは、例えば造形ヘッドホルダＨ１に固定されている。従って、リール２４Ａ，２４Ｂは、造形ヘッドホルダＨ１によって保持された造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂの動きに追従してＸＹ移動する。リール２４Ａ，２４Ｂには、造形物Ｓの材料となる熱可塑性樹脂が、通常は巻かれた状態で保持されている。熱可塑性樹脂は、例えば径が１．７５ｍｍ～３．０ｍｍ程度の紐状の樹脂（フィラメント３８Ａ，３８Ｂ）である。

【0036】

フィラメント３８Ａ，３８Ｂは、造形時には後述する造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂに設けられたモータ（エクストルーダ）によって造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂ内に送り込まれる。なお、リール２４Ａ，２４Ｂは、造形ヘッドホルダＨ１に固定せずに、例えば枠体２１に固定して、造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂの動きに追従させない構成とすることもできる。

【0037】

また、フィラメント３８Ａ，３８Ｂは、露出された状態で造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂ内に送り込まれる構成としたが、図示しないガイド（例えば、チューブ、リングガイド等）を介在させて、露出しない状態で造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂ内に送り込むように構成しても良い。

【0038】

なお、例えば単一材料のみで造形物Ｓを造形する場合には、フィラメント３８Ａ，３８Ｂのいずれか一方のみを使用して造形を行ったり、両フィラメント３８Ａ，３８Ｂを同一の材料で構成して造形速度を速めつつ、造形効率を上げたりすることも可能である。また、一方で、後述するように、異なる材料のフィラメント３８Ａ，３８Ｂの両方を、一つの造形物Ｓにおいて組み合わせて使用するように造形を行うことも可能である。

【0039】

すなわち、異なる材料を使用する場合、フィラメント３８Ａ，３８Ｂは、例えば、一方がＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、及びポリカーボネイト（ＰＣ）樹脂のうちのいずれか一つである場合、他方はその一方の樹脂以外の樹脂で構成することができる。

【0040】

また、例えば同じ材料の樹脂であっても、その内部に含まれるフィラーの材料の種類及び割合が異なるようにして、フィラメント３８Ａ，３８Ｂを異なる材料とすることもできる。このように、フィラメント３８Ａ，３８Ｂは、それぞれ異なる性状を有し、その組み合わせにより造形される造形物Ｓの特性（強度等）を向上させることができるように、異なる材料で構成され得る。

【0041】

なお、図１～図３に示すものでは、造形ヘッド２５Ａは、フィラメント３８Ａを溶融して押し出しつつ吐出するように構成されている。また、造形ヘッド２５Ｂは、フィラメント３８Ｂを溶融して押し出しつつ吐出するように構成されている。このように、異なるフィラメントのためにそれぞれ独立した造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂが用意されている。

【0042】

しかし、本実施形態に係る３Ｄプリンタ１００はこれに限定されるものではなく、例えば単一の造形ヘッドのみを用意して、この単一の造形ヘッドにより複数種類のフィラメント（樹脂材料）を選択的に溶融して押し出しつつ吐出させるような構成も採用することができる。

【0043】

このように構成されたフィラメント３８Ａ，３８Ｂは、例えばリール２４Ａ，２４ＢからチューブＴｂを介して造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂ内に送り込まれる。造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂは、上述したように造形ヘッドホルダＨ１により保持されているので、リール２４Ａ，２４Ｂと共にＸＹの各ガイドレール２２，２３に沿って移動可能に構成されている。

【0044】

また、図示は省略するが、造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂ内には、フィラメント３８Ａ，３８ＢをＺ方向の下方へ送り込むためのエクストルーダモータがそれぞれ配置される。なお、造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂは、ＸＹの平面内においては、互いに一定の位置関係を保つ状態で造形ヘッドホルダＨ１と共に移動可能とされていれば良いが、これに限定されるものではない。造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂは、ＸＹの平面内において、互いの位置関係が変更可能なように構成されていても良い。

【0045】

また、造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂを、ＸＹステージ１２に対しＸ方向及びＹ方向に移動させるためのモータＭｘ，Ｍｙ（図５参照、以下同じ。）も、このＸＹステージ１２上に設けられている。なお、モータＭｘ，Ｍｙは、上述したモータＭｚと同様に、サーボモータ及びステッピングモータ等の各種モータで構成することができる。

【0046】

一方、三次元計測器としてのセンサ２８は、上記のようにセンサホルダＨ２に固定されており、造形ヘッドホルダＨ１によって保持された造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂの造形座標系及び造形原点に基づく動きとは別に、造形座標系及び造形原点と同じ計測座標系及び計測原点に基づいて、ＸＹステージ１２上において単独でＸＹ移動可能に構成されている。

【0047】

センサ２８は、造形ステージ１３上に造形された造形物Ｓの完成品の外形までの距離を高さ情報として計測し、得られた高さ情報をコンピュータ２００に出力する。コンピュータ２００は、この高さ情報とセンサ２８のＸＹ座標に基づいて、各測定点の計測データを得る。コンピュータ２００は、このようにして造形物Ｓの完成品の外形形状を三次元測定して認識し得る。センサ２８は、造形物Ｓの完成品の外形までの距離を高さ情報として計測可能なものであれば、レーザセンサ、超音波センサ、タッチプローブセンサ等、種々のセンサ方式のものを採用可能である。以下、造形物Ｓの完成品の外形における複数の測定点の三次元位置が分かるデータを「計測データ」と呼び、この「計測データ」を取得することを、「造形物Ｓの外形形状を計測する」と表現する。「計測データ」には、造形物Ｓの完成品の外形形状を推定し得るデータも含まれる。

【0048】

（ドライバ）
次に、ドライバ３００の詳細について説明する。
図５は、３Ｄプリンタ１００のドライバ３００の構成の詳細を説明するためのブロック図である。

【0049】

図５に示すように、ドライバ３００は、例えば、ＣＰＵ３０１と、フィラメント送り装置３０２と、電流スイッチ（ＳＷ）３０４と、を含んでいる。また、ドライバ３００は、例えば、モータドライバ３０６と、計測制御装置３０８と、を含んでいる。コンピュータ２００と、ドライバ３００と、は、入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ）３０７を介して電気的に通信可能に接続されている。

【0050】

ＣＰＵ３０１は、コンピュータ２００からの各種信号を、入出力インタフェース３０７を介して受信して、ドライバ３００の全体の制御を行う。フィラメント送り装置３０２は、ＣＰＵ３０１からの制御信号に従って、造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂ内のエクストルーダモータに対して、フィラメント３８Ａ，３８Ｂの造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂに対する送り量（押込量又は退避量）を指令して制御する。

【0051】

電流スイッチ３０４は、造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂ内のヒータ２６に流れる電流量を切り換えるためのスイッチ回路を構成する。造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂの温度は、電流スイッチ３０４のスイッチング状態が切り替わることによって、ヒータ２６に流れる電流が増加又は減少することにより制御される。

【0052】

モータドライバ３０６は、ＣＰＵ３０１からの制御信号に従って、各モータＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚを制御するための駆動信号を発生させる。計測制御装置３０８は、ＣＰＵ３０１からの制御信号に従って、センサ２８に対して、造形物Ｓの完成品の外形形状の三次元測定に関する各種情報（多点測定の測定メッシュのピッチ、繰り返し回数、計測動作範囲等の情報）を指令してセンサ２８の動作を制御し、計測された計測データをコンピュータ２００に出力させる。なお、例えば、ＣＰＵ３０１の高負荷演算に対する演算処理能力が高い場合は、計測制御装置３０８を省略してＣＰＵ３０１がセンサ２８を直接制御するように構成しても良い。

【0053】

［三次元造形装置の機能的構成］
図６は、３Ｄプリンタ１００とコンピュータ（制御装置）２００の機能的構成を説明するための機能ブロック図である。なお、図６においては、３Ｄプリンタ１００とコンピュータ２００との間に設けられるドライバ３００の図示及び主要な説明は省略する。

【0054】

図６に示すように、コンピュータ２００は、インタフェース部２０１と、造形処理部２０２と、計測設定部２０３と、計測制御部２０４と、表示部（表示手段）２０５と、を有する。造形処理部２０２、計測設定部２０３，及び計測制御部２０４は、例えばコンピュータ２００の内部において実行されるコンピュータプログラム（造形プログラム）により実現することができる。

【0055】

インタフェース部２０１は、各種データの入出力が可能な各種の通信モジュールにより構成され得る。インタフェース部２０１には、３Ｄプリンタ１００で造形しようとする造形物Ｓの三次元形状を示すマスタ３Ｄデータ（３ＤＣＡＤデータ等の造形データ）が外部のＣＡＤシステム等から入力される。なお、造形の内容に関する指示データは、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力デバイスからインタフェース部２０１を介して受け付けられる。この指示データは、造形内容を記憶した外部の記憶装置等からインタフェース部２０１を介して受け付けられても良い。また、インタフェース部２０１には、センサ２８で計測された計測データも入力される。

【0056】

造形処理部２０２は、３Ｄデータの処理及び造形制御を実行可能に構成され、空間フィルタ処理、スライス処理、造形スケジュール処理、造形ベクトル生成処理等を行い得る。造形処理部２０２は、空間フィルタ処理によって、インタフェース部２０１に入力されたマスタ３Ｄデータに基づいて、造形物Ｓが造形される仮想空間上の造形空間に対し各種データ処理を施す。また、造形処理部２０２は、後述するように、例えば造形空間を必要に応じて複数の造形ユニット（ｘ，ｙ，ｚ）に分割すると共に、マスタ３Ｄデータに基づいて、これら複数の造形ユニットの各々に、各造形ユニットに与えるべき特性を示すプロパティデータを付与する機能を有する。なお、造形ユニットへの分割の要否、及び個々の造形ユニットのサイズは、形成される造形物Ｓのサイズ、形状によって決定され得る。

【0057】

また、造形処理部２０２は、スライス処理によって、造形ユニットの各々を、複数のスライスデータに変換し、これらスライスデータを、ドライバ３００の制御データに変換する機能を有する。造形処理部２０２は、造形スケジュール処理によって、上述したプロパティデータに従って、スライスデータにおける造形手順及び造形方向等を決定する。そして、造形処理部２０２は、造形ベクトル生成処理によって、決定された造形手順及び造形方向等に応じて造形ベクトルを生成し、生成した造形ベクトルと共に制御データをドライバ３００に送信する。ドライバ３００は、受信された造形ベクトルのデータ及び制御データに応じて３Ｄプリンタ１００の造形部（造形手段）１０１を制御する。造形部１０１は、造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂ及びモータＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚを含んで構成され得る。

【0058】

計測設定部２０３は、造形ステージ１３上に形成された造形物Ｓの完成品の三次元測定に関する各種の設定処理を行い得る。計測設定部２０３は、造形ステージ１３上において、例えばインタフェース部２０１に入力されたマスタ３Ｄデータに基づいて、造形空間の造形座標系及び造形原点に合致する計測空間の計測座標系及び計測原点における、多点測定の測定範囲、測定メッシュのピッチ、Ｚ方向の測定ピッチ、測定分解能等を設定する。そして、計測設定部２０３は、設定した各種情報を計測制御部２０４に出力する。

【0059】

計測制御部２０４は、計測設定部２０３からの設定された各種情報に基づいて、三次元測定におけるセンサ２８の制御データを生成し、生成した制御データをドライバ３００に送信する。ドライバ３００は、受信された制御データに基づいて、３Ｄプリンタ１００の計測部（計測手段）１０２を制御する。計測部１０２は、センサ２８及びモータＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚを含んで構成され得る。

【0060】

なお、計測制御部２０４には、例えば、計測部１０２で計測された造形物Ｓの完成品の外形形状の計測データが入力され得る。従って、計測制御部２０４では、計測設定部２０３に入力された造形データと、得られた計測データと、に基づいて、これらの差分データ（造形データに対する計測データのズレ量）が算出され取得される。

【0061】

この差分データは、造形座標系及び造形原点と同一の計測座標系及び計測原点において取得されたデータである。従って、この差分データによれば、造形データの真値に対する計測データの正確なズレ量（造形物Ｓの完成品の造形データに対する外形形状の歪み等）を表すことができる。計測制御部２０４は、差分データに基づき、例えば造形物Ｓの完成品の各測定点における外形の造形データに対するズレ量等を詳細に表示し得る各種情報を表示部２０５に出力する。

【0062】

表示部２０５は、各種情報を視認可能に表示する表示画面を有するディスプレイ装置等により構成され得る。表示部２０５は、表示画面上に計測制御部２０４から出力された各種情報を表示し、例えばユーザによる上記ズレ量等の把握を容易にするための、差分データ等の情報提示等を行う。

【0063】

［３Ｄプリンタの用途例１］
次に、本実施形態に係る３Ｄプリンタ１００の用途例１について説明する。図７は、用途例１を説明するための造形方法を説明するためのフローチャートである。

【0064】

用途例１では、本実施形態の３Ｄプリンタ１００を用いて造形物Ｓを作成する（Ｓ１）。次に、得られた造形物Ｓの完成品を造形ステージ１３から移動させることなく、造形物Ｓの完成品の外形形状を、計測部１０２を用いて三次元測定する（Ｓ２）。そして、得られた造形物Ｓの完成品の計測データが、造形データに対してどの程度ズレているかを正確に表し得る差分データを得る（Ｓ３）。この差分データを用いて造形物Ｓの完成品に追加工を行う（Ｓ４）。

【0065】

すなわち、３Ｄプリンタ１００のコンピュータ２００で取得された差分データに基づいて、例えば造形ステージ１３から取り外されて送られてきた造形物Ｓの完成品に対する追加工を行う。ここで、追加工とは、既に加工が完成している造形物Ｓに対して追加で加工を行うことを指す。追加工には、例えば、肉盛り、磨き、穴加工、切削加工、ねじ加工等、種々の加工が含まれる。

【0066】

造形物Ｓは、３Ｄプリンタ１００により造形されるので、吐出されたフィラメント３８Ａ，３８Ｂの冷却による収縮等によって、必ずしも完成品は造形データ通りとはならない事情がある。このため、追加工によって完成品を限りなく造形データに近づけた造形物Ｓを得る必要がある。しかし、造形後の完成品を、一旦、造形ステージ１３上から取り外して三次元測定した場合には、以下に述べるような問題がある。

【0067】

図８は、造形物Ｓの三次元測定における問題を説明するための図である。
例えば、図８に示すような造形物Ｓを造形する場合について検討する。この造形物Ｓは、図８（ａ）に示すように、一つの角部が上方に位置する状態で水平方向に延びる両端開口の三角筒体からなり、底部の上面側の中央に開口両端に延びる穴部ｈを有する半円筒体が内部構造物Ｓ´として造形されている。造形物Ｓの造形データＦＤは、図中破線で示す。この造形データＦＤを実際に造形した結果の造形物Ｓの外形は、図中実線で示す。この外形形状を三次元測定すると、図中実線の外形に沿った計測データＭＤを得ることができる。

【0068】

そして、図８（ｂ）に示すように、実際に造形された造形物Ｓを、三次元測定で多点測定（ＸＹを所定ピッチの測定メッシュＭｍで分解した各測定点Ｍｐの測定）した結果に基づいて、実際の構造体（造形物Ｓを構成する構造体）の推定を、いわゆる公知のベストフィット処理に基づき行う。ベストフィット処理による推定は、例えば計測データＭＤから得られる三次元の構造体に対し、造形データＦＤによる構造体を重ね合わせ、その偏差量の二乗和が最小になる最適解が得られるように、計測データＭＤの重ね合わせを行って行くもので、計測データＭＤと造形データＦＤの差分が最小となるようにしたものに基づき行われる。

【0069】

図８（ｂ）に示すように、図中二点鎖線で示す推定データＥＤは、ベストフィット処理により次のようにして得られるデータである。すなわち、例えば計測データＭＤの構造体と造形データＦＤの構造体のそれぞれの重心位置を重ね合わせた上で、ここを原点としてそれぞれのデータＭＤ，ＦＤに対し、所定のＺ位置におけるＸＹ平面での測定メッシュＭｍを設定する。そして、この測定メッシュＭｍの各測定点Ｍｐにおける計測データＭＤと造形データＦＤの差分が最小となるように計算（最も近い点の距離の最小二乗等の計算）を行い、これを繰り返して造形データＦＤに最も近い配置となるようにして得たものが推定データＥＤで表される。

【0070】

しかし、この推定データＥＤで表されるものは、造形空間の造形座標系及び造形原点と、計測空間の計測座標系及び計測原点と、が同一ではないため、例えば内部構造物Ｓ´に着目すると、造形データＦＤからは大きくズレてしまうことが把握され得る。従って、造形データＦＤに対する造形物Ｓの計測データＭＤの実際のズレ量を、例えば差分データとして得ることはできないという問題が生じてしまう。そして、この推定データＥＤに基づいて、例えば外形形状を整える等の追加工を行うと、特に内部構造物Ｓ´の穴部ｈは、所望のものとはズレてかけ離れた位置に形成されしまうこととなる。

【0071】

一方、本実施形態の３Ｄプリンタ１００では、造形物Ｓを造形する造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂの造形座標系及び造形原点と、造形ステージ１３上の造形物Ｓの外形形状を三次元測定するセンサ２８の計測座標系及び計測原点と、が同一であるため、上記のような問題は生じ得ないこととなる。

【0072】

すなわち、３Ｄプリンタ１００のセンサ２８により得られた計測データＭＤと造形データＦＤとの差分データは、測定メッシュＭｍの各測定点Ｍｐにおける正確な差分を表すデータである。このため、この差分データに基づいて、上記のような追加工を行った場合、図８（ｂ）に示すような内部構造物Ｓ´の穴部ｈもズレることなく、所望の造形物Ｓを造形することが可能となる。従って、本実施形態の３Ｄプリンタ１００によれば、造形物Ｓの完成品を計測した計測データＭＤと造形データＦＤとの正確な差分データを取得して、造形データＦＤに対する造形物Ｓの完成品のズレを的確に把握することが可能となる。

【0073】

［３Ｄプリンタの用途例２］
本実施形態に係る３Ｄプリンタ１００は、上記のように造形座標系及び造形原点と、計測座標系及び計測原点と、が同一となるように構成されているため、例えば三次元造形及び三次元測定を一台で学べる教材用装置として使用することができる。ここでは、文部科学省による学習指導要領に則った、三次元測定のサンプリング定理を理解し、計測対象をどの程度分解するかを検討する必要性の学習用途について説明する。

【0074】

なお、３Ｄプリンタ１００は、センサ２８がダイヤルゲージにより構成されているものとし、ＸＹステージ１２に対して造形ステージ１３が昇降するタイプのものとする。また、図６に示す造形部１０１は、ＸＹ可動領域が３００ｍｍ×３００ｍｍで、Ｚ可動領域が３００ｍｍに設定されている。また、造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂは、Φ０．４ｍｍの熱溶融ヘッド（最大加熱温度２４０℃）により構成されている。

【0075】

一方、図６に示す計測部１０２は、ＸＹ可動領域が３００ｍｍ×３００ｍｍで繰り返し精度が０．１±０．０５ｍｍに設定され、Ｚ可動領域が３００ｍｍで繰り返し精度が０．１±０．０５ｍｍに設定されている。また、ダイヤルゲージの測定ヘッドは、分解能±０．０１ｍｍのピックゲージにより構成されている。

【0076】

（第１の教材）
図９は、用途例２における、３Ｄプリンタ１００を用いた第１の教材の座標系及び原点と比較例の座標系及び原点を説明するための図である。図９（ａ）に示すように、本実施形態の３Ｄプリンタ１００を用いて、蒲鉾状の造形物Ｓを造形する。

【0077】

本実施形態の３Ｄプリンタ１００では、上述したＸＹステージ１２及び造形ステージ１３によって、造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂによる造形空間の造形座標系（図示せず）及び造形原点Ｆｏと、センサ２８による計測空間の計測座標系（図示せず）及び計測原点Ｍｏと、が同一となるように構成されている。

【0078】

このため、造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂによって、造形データに基づいて、例えば三次元曲面を有する造形物Ｓを造形ステージ１３上に造形した後、造形物Ｓを取り外さずに造形ステージ１３上において造形物Ｓの外形形状を、例えば図中矢印実線で示す測定メッシュＭｍで多点測定により計測（トレース）する。このとき、造形物Ｓの三次元曲面の外形を、造形データに基づく座標位置を参照した測定メッシュＭｍによりトレースする。

【0079】

これにより、例えば造形物Ｓの外形における測定点Ｍｐの高さはいくつであるか等の正確な計測データを測定メッシュＭｍの測定点Ｍｐ毎に点群データとして得ることができる。このように、座標系及び原点が造形と計測において同一であれば、得られた計測データと大元の造形データとの差分が、造形データに対して造形物Ｓの外形がどの程度変形しているかを表すデータそのものとして利用することができる。

【0080】

次に、図９（ｂ）に示すように、造形物Ｓを造形ステージ１３上から取り外し、適当な位置に置き直して、計測部１０２にて三次元測定する。
この場合、図示は省略するが、造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂによる造形空間の造形座標系及び造形原点Ｆｏと、センサ２８による計測空間の計測座標系及び計測原点Ｍｏと、がそもそも同一となっていない。このため、造形物Ｓを造形した後にその外形形状を測定メッシュＭｍで計測しても、計測そのものは可能であるが、造形物Ｓの外形における測定点Ｍｐとは、造形データにおけるどの位置を指しているのかが分からなくなる。

【0081】

このため、造形物Ｓの三次元曲面の外形を、造形座標系とは異なる計測座標系における座標位置を参照した、図中矢印実線で示す造形物Ｓの外形からズレた測定メッシュＭｍによりトレースしてしまう。このように、座標系及び原点が異なれば、造形物Ｓの外形における測定点Ｍｐの座標位置がそもそも分からなくなるので、その高さ等の正確な計測データを測定メッシュＭｍの測定点Ｍｐ毎に点群データとして得ることができなくなる。
よって、このような２つの測定実験を通じて、造形データを正確に計測するために何か重要かを学生に習得させることができる。

【0082】

（第２の教材）
図１０は、３Ｄプリンタ１００で造形する第２の教材に係る造形物Ｓを示す斜視図である。図１１は、３Ｄプリンタ１００の用途例３を説明するための図である。
まず、３Ｄプリンタ１００のＺ軸の原点（造形原点及び計測原点）確認を、造形ステージ１３の高さを基準値とするために繰り返し測定することにより行う。次に、図１０に示すように、図示しない造形ステージ１３上に、例えばＹ方向に延びる山部４１及び谷部４２が、１０ｍｍのピッチｐ１の周期性をもってＸ方向に交互に形成されたＺ方向に凹凸を有する板状部材からなる造形物Ｓを造形する。すなわち、この造形物Ｓは、周期的な構造体であるといえる。

【0083】

造形物Ｓを造形ステージ１３上に造形したら、例えば所定の冷却期間を経た後に、図１１（ａ）に示すように、造形物Ｓを造形ステージ１３上から取り外さずに、山部４１及び谷部４２のＸ方向の中点を測定の起点として、例えば５ｍｍピッチの測定メッシュＭｍで多点測定を行う。このとき、造形データＦＤの造形座標系Ｃ１は、計測座標系と同一であるため、各測定点Ｍｐは、造形座標系Ｃ１の座標位置から特定可能であるが、ＸＹ平面をトレースした状態となる。

【0084】

また、上記の中点を起点とした測定の後、図１１（ｂ）に示すように、造形物Ｓを造形ステージ１３上から取り外さずに、谷部４２の谷底点を測定の起点として、同じく５ｍｍピッチの測定メッシュＭｍで多点測定を行う。このときも、造形座標系Ｃ１は計測座標系と同一であるので、各測定点Ｍｐを造形座標系Ｃ１の座標位置から特定することができ、造形物Ｓの外形の凹凸をトレースした状態となる。

【0085】

次に、図１１（ｃ）に示すように、造形物Ｓを造形ステージ１３上から取り外し、ＸＹ方向に対して斜めになるように配置して、５ｍｍピッチの測定メッシュＭｍで多点測定を行う。この場合、造形座標系Ｃ１と計測座標系が同一ではなくなってしまうため、各測定点Ｍｐは造形座標系Ｃ１の座標位置からは特定できない状態となってしまうが、造形物Ｓの外形の凹凸はトレースすることができる。

【0086】

以上の造形及び計測を３Ｄプリンタ１００で行うことで、（ａ）Ｚ軸の原点確認において繰り返し測定を行うことで、測定のバラつきが何の要素に起因するのかを考察（造形ステージ１３とダイヤルゲージの接触プローブの分解能差による測定のバラつきを考察）することができる。

【0087】

また、（ｂ）３Ｄプリンタ１００がどのように造形物Ｓを造形するのかを把握（３Ｄプリンタ１００は厚みのある（二次元の）スライスシートを積層して造形することを理解）することができる。また、（ｃ）造形物Ｓが周期的な構造体（山部４１及び谷部４２が周期的に造形された構造体）である場合、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、構造体の周期の半分の周期で測定を行うと、起点の取り方の違いにより大元の構造体である造形物Ｓの外形が正しくトレースできたりできなかったりすることを理解することができる。

【0088】

更に、図１１（ａ）及び図１１（ｃ）に示すように、（ｄ）同じピッチの測定メッシュＭｍであっても、造形物Ｓに対してＸＹ平面で角度が付くと、造形物Ｓの外形の凹凸をトレース可能であることを理解することができる。このような事象により、サンプリング定理の基礎概念を体感により学習することが可能となる。なお、例えば測定メッシュＭｍのメッシュサイズを５ｍｍピッチから１０ｍｍピッチ及び２．５ｍｍピッチ等にサイズ変更すれば、（ｅ）造形物Ｓにおいてトレースできる外形形状が変化することを把握することも可能となる。このように、３Ｄプリンタ１００を用いれば、上記（ａ）～（ｅ）の学習理解を一台で賄うことが可能となる。

【0089】

なお、学習用途における他の使用例としては、図示は省略するが、次のようなものも想定され得る。まず、３Ｄプリンタ１００のＺ軸の原点（造形原点及び計測原点）の確認を、上記のように繰り返し測定することにより行う。そして、例えばΦ５０ｍｍの平凸型シリンドリカルレンズ形状（蒲鉾状）のマスタ３Ｄデータを造形データＦＤとして用い、造形ステージ１３上に図９に示すような造形物Ｓを造形する。

【0090】

次に、造形物Ｓを造形ステージ１３上から取り外さずに、例えば５ｍｍピッチの測定メッシュＭｍで造形物Ｓの高さを多点測定し、造形原点に規定された計測原点でのデジタイズを行う。また、造形物Ｓを造形ステージ１３上から取り外し、任意の位置に置き直して、同じく５ｍｍピッチの測定メッシュＭｍで造形物Ｓの高さを多点測定し、任意に設定された計測原点でのデジタイズを行う。こうしてそれぞれ得られたデジタイズの結果データを、任意のソフトウェアを用いて三次元グラフ上で測定面を描画再現し、大元のマスタ３Ｄデータとの比較を行う。

【0091】

以上の造形及び計測を３Ｄプリンタ１００で行うことで、同様に上記（ａ）及び（ｂ）の学習理解を行うことができると共に、（ｆ）造形原点を基準にメッシュ化した測定点Ｍｐを測定し、元の造形データＦＤと測定結果を表す計測データＭＤとの比較を行うことで、マスタ３Ｄデータ（ＣＡＤデータ）と測定結果の差が何に起因するのかを考察することができる。

【0092】

また、造形原点と計測原点とが異なる場合の計測データＭＤから、大元のマスタ３Ｄデータ（ＣＡＤデータ）を再現することができるかを考察（造形物Ｓと測定対象の原点を併せることの重要性を把握）することができる。また、この場合においても、例えば測定メッシュＭｍのメッシュサイズを５ｍｍピッチから１０ｍｍピッチ及び２．５ｍｍピッチ等にサイズ変更すれば、（ｇ）造形物Ｓにおいてトレースできる曲面の粗さが変化することを把握することも可能となる。

【0093】

また、学習用途における更に他の使用例としては、図示は省略するが、次のようなものも想定され得る。まず、（Ａ）３Ｄプリンタ１００のＺ軸の原点（造形原点及び計測原点）の確認を、センサ２８により任意のポイントＡ（例えば、造形ステージ１３の中央点）で行い、造形ステージ１３の高さを測定する。

【0094】

次に、（Ｂ）Ｚ軸を例えば１０ｍｍ動かして、任意のポイントＢ（例えば、造形ステージ１３の角点）にセンサ２８を移動させ、造形ステージ１３の高さを測定する。そして、（Ｃ）Ｚ軸を例えば２０ｍｍ動かして、センサ２８をポイントＡに戻し、造形ステージ１３の高さを測定する。更に、（Ｄ）Ｚ軸を再度１０ｍｍ動かして、センサ２８をポイントＢに移動させ、造形ステージ１３の高さを測定する。

【0095】

その後、上記（Ｃ）及び（Ｄ）の測定を任意の回数（例えば、１００回程度）繰り返して行い、ポイントＡ及びポイントＢにおける高さのそれぞれの度数分布表を作成する。以上の計測を３Ｄプリンタ１００で行うことで、繰り返し測定によるポイントＡ，Ｂの高さのバラつきを把握し、正規分布になることを確認しつつ、誤差要因はどこにあるのかを考察することができる。このように、本実施形態に係る３Ｄプリンタ１００は、三次元造形及び三次元測定の学習教材用に利用すれば、三次元造形の様々な機能と三次元測定の基礎的内容を一台で十分学習することが可能となる。

【0096】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0097】

１１ フレーム
１２ ＸＹステージ
１３ 造形ステージ
１４ 昇降テーブル
１５ ガイドシャフト
２１ 枠体
２２ Ｘガイドレール
２３ Ｙガイドレール
２４Ａ，２４Ｂ リール
２５Ａ，２５Ｂ 造形ヘッド
２６ ヒータ
２７ 温度センサ
２８ センサ
３３ アーム部
３４，３５ ローラ
３８Ａ，３８Ｂ フィラメント
４１ 山部
４２ 谷部
１００ ３Ｄプリンタ
１０１ 造形部
１０２ 計測部
２００ コンピュータ（制御装置）
２０１ インタフェース部
２０２ 造形処理部
２０３ 計測設定部
２０４ 計測制御部
２０５ 表示部
３００ ドライバ
４００ 加工機
Ｓ 造形物
Ｓ´ 内部構造物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】