特開 2024-158128 三次元造形物の製造方法

(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】P2024158128

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】三次元造形物の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/40 20170101AFI20241031BHJP

   B29C 64/118 20170101ALI20241031BHJP

   B29C 64/386 20170101ALI20241031BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20241031BHJP

   B33Y 50/00 20150101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

B29C64/40

B29C64/118

B29C64/386

B33Y10/00

B33Y50/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023073070

(22)【出願日】2023-04-27

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山▲崎▼ 茂

【テーマコード（参考）】

4F213

【Ｆターム（参考）】

4F213AC01

4F213AC04

4F213WA25

4F213WB01

4F213WL02

4F213WL62

4F213WL85

4F213WL96

(57)【要約】

【課題】三次元造形物からサポート構造を除去する負担を軽減可能な技術を提供する。
【解決手段】本開示の第１の形態によれば、吐出部から材料を吐出して層を積層方向に積層することで、造形物、及び、造形物を支持するためのサポート領域の少なくとも一部にサポート構造を造形する、三次元造形物の製造方法が提供される。この製造方法は、外部に露出する表面に凹形状を有するサポート構造を、サポート領域の少なくとも一部に造形する第１工程、及び、サポート領域からはみ出す凸形状を表面に有するサポート構造を、サポート領域の少なくとも一部に造形する第２工程、のうち少なくともいずれかの工程を有する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

吐出部から材料を吐出して層を積層方向に積層することで、造形物、及び、前記造形物を支持するためのサポート領域の少なくとも一部にサポート構造を造形する、三次元造形物の製造方法であって、
外部に露出する表面に凹形状を有する前記サポート構造を、前記サポート領域の少なくとも一部に造形する第１工程、及び、
前記サポート領域からはみ出す凸形状を前記表面に有する前記サポート構造を、前記サポート領域の少なくとも一部に造形する第２工程、のうち少なくともいずれかの工程を有する、
三次元造形物の製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載の三次元造形物の製造方法であって、
前記材料を吐出しながら前記サポート構造を造形するための前記吐出部の移動経路を表すパス情報を含む第１データを取得する取得工程と、
前記第１データに基づいて、前記表面に前記凹形状又は前記凸形状を有する前記サポート構造を造形するためのサポートデータを生成する生成工程と、を有し、
前記生成工程では、前記第１データからパス情報の一部を削除もしくは変更すること、又は、前記第１データにパス情報を追加することによって、前記第１データから前記サポートデータを生成する、三次元造形物の製造方法。

【請求項3】

請求項２に記載の三次元造形物の製造方法であって、
前記パス情報は、前記サポート構造の輪郭を造形するための輪郭パス情報を含み、
前記生成工程では、前記凹形状を造形するためのサポートデータを生成する場合に、前記輪郭パス情報の一部を、前記材料を吐出させずに前記吐出部を移動させるためのトラベルパス情報に変更する、又は、前記輪郭パス情報の一部を削除する、三次元造形物の製造方法。

【請求項4】

請求項２に記載の三次元造形物の製造方法であって、
前記パス情報は、前記サポート構造の輪郭を造形するための輪郭パス情報を含み、
前記生成工程では、前記凹形状又は前記凸形状を造形するためのサポートデータを生成する場合に、前記輪郭パス情報によって表される輪郭の一部が、前記凹形状又は前記凸形状に沿った輪郭になるように、前記輪郭パス情報を変更する、三次元造形物の製造方法。

【請求項5】

請求項２に記載の三次元造形物の製造方法であって、
前記生成工程では、前記サポート領域を複数の領域に分割し、分割された領域毎に、前記サポート構造を造形するための前記サポートデータを生成し、
前記生成工程では、前記表面のうち、最も表面積の大きい表面に、前記凹形状又は前記凸形状を有する前記サポート構造を造形するための前記サポートデータを生成する、三次元造形物の製造方法。

【請求項6】

請求項１に記載の三次元造形物の製造方法であって、
前記第１工程では、前記凹形状を前記サポート構造の前記表面の中心よりも上部に造形し、
前記第２工程では、前記凸形状を前記サポート構造の前記表面の中心よりも下部に造形する、三次元造形物の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、三次元造形物の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、第１の層構造体と第１の支持構造体との上に第２の層構造体を形成するステップと、第２の層構造体から第１の支持構造体を除去するステップとを有する付加製造のための方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－５１１９９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１における第１支持構造体のように、造形物を支持するサポート構造を形成することで、造形物の形状崩れを防いで精密に造形を行うことができる。しかし、サポート構造を形成した場合、サポート構造の除去に手間が掛かり、ユーザーの負担となる場合があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の第１の形態によれば、吐出部から材料を吐出して層を積層方向に積層することで、造形物、及び、前記造形物を支持するためのサポート領域の少なくとも一部にサポート構造を造形する、三次元造形物の製造方法が提供される。この製造方法は、外部に露出する表面に凹形状を有する前記サポート構造を、前記サポート領域の少なくとも一部に造形する第１工程、及び、前記サポート領域からはみ出す凸形状を前記表面に有する前記サポート構造を、前記サポート領域の少なくとも一部に造形する第２工程、のうち少なくともいずれかの工程を有する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態における三次元造形システムの概略構成を示す説明図である。

【図2】フラットスクリューの概略構成を示す斜視図である。

【図3】バレルの概略平面図である。

【図4】三次元造形装置が造形物を造形する様子を模式的に示す説明図である。

【図5】情報処理装置の概略構成を示す説明図である。

【図6】造形データの例を示す説明図である。

【図7】三次元造形システムにおいて実行される造形処理のフローチャートである。

【図8】サポートデータの生成方法を示す説明図である。

【図9】サポートデータの他の生成方法を示す説明図である。

【図10】凹形状の形成位置の他の例を示す図である。

【図11】第２実施形態における造形データの例を示す説明図である。

【図12】第２実施形態におけるサポートデータの生成方法を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における三次元造形システム１０の概略構成を示す説明図である。図１には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印が示されている。Ｘ方向及びＹ方向は、水平面に平行な方向であり、Ｚ方向は、鉛直上向きに沿った方向である。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印は、他の図においても、図示の方向が図１と対応するように適宜、図示してある。以下の説明において、方向の向きを特定する場合には、各図において矢印が指し示す方向を「＋」、その反対の方向を「－」として、方向表記に正負の符合を併用する。以下では、＋Ｚ方向のことを「上」、－Ｚ方向のことを「下」ともいう。

【0008】

三次元造形システム１０は、三次元造形装置１００と情報処理装置４００とを備えている。本実施形態の三次元造形装置１００は、材料押出方式によって造形物を造形する装置である。三次元造形装置１００は、三次元造形装置１００の各部を制御するための制御部３００を備えている。制御部３００と情報処理装置４００とは、相互に通信可能に接続されている。

【0009】

三次元造形装置１００は、造形材料を生成して吐出する造形部１１０と、造形物の基台となる造形用のステージ２１０と、造形材料の吐出位置を制御する移動機構２３０とを備える。

【0010】

造形部１１０は、制御部３００の制御下において、固体状態の材料を可塑化させた造形材料をステージ２１０上に吐出する。造形部１１０は、造形材料に転化される前の原材料の供給源である材料供給部２０と、原材料を造形材料へと転化させる可塑化部３０と、造形材料を吐出する吐出部６０とを備える。

【0011】

材料供給部２０は、可塑化部３０に、原材料ＭＲを供給する。材料供給部２０は、例えば、原材料ＭＲを収容するホッパーによって構成される。材料供給部２０は、連通路２２を介して、可塑化部３０に接続されている。原材料ＭＲは、ペレットや粉末の形態で材料供給部２０に投入される。原材料ＭＲとしては、例えば、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）やＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰ（ポリプロピレン）などの樹脂材料が用いられる。また、原材料ＭＲは、金属と樹脂とを含む材料や、セラミックと樹脂とを含む材料であってもよい。

【0012】

可塑化部３０は、材料供給部２０から供給された原材料ＭＲを可塑化させて流動性を発現させたペースト状の造形材料を生成し、吐出部６０へと導く。本実施形態において「可塑化」とは 、溶融を含む概念であり、固体から流動性を有する状態に変化させることである。具体的には、ガラス転移が起こる材料の場合、可塑化とは、材料の温度をガラス転移点以上にすることである。ガラス転移が起こらない材料の場合、可塑化とは、材料の温度を融点以上にすることである。

【0013】

可塑化部３０は、スクリューケース３１と、駆動モーター３２と、フラットスクリュー４０と、バレル５０と、を有する。フラットスクリュー４０は、ローターあるいはスクロールとも呼ばれる。バレル５０は、スクリュー対面部とも呼ばれる。

【0014】

フラットスクリュー４０は、スクリューケース３１内に収納されている。フラットスクリュー４０の上面４７は駆動モーター３２に連結されており、フラットスクリュー４０は、駆動モーター３２が発生させる回転駆動力によって、スクリューケース３１内で回転する。駆動モーター３２は、制御部３００の制御下において駆動する。なお、フラットスクリュー４０は、減速機を介して駆動モーター３２によって駆動されてもよい。

【0015】

図２は、フラットスクリュー４０の下面４８側の概略構成を示す斜視図である。図２に示したフラットスクリュー４０は、技術の理解を容易にするため、図１に示した上面４７と下面４８との位置関係を、鉛直方向において逆向きとした状態で示されている。フラットスクリュー４０は、その中心軸に沿った方向である軸線方向における長さが、軸線方向に垂直な方向における長さよりも小さい略円柱状を有する。フラットスクリュー４０は、その回転中心となる回転軸ＲＸがＺ方向に平行になるように配置される。

【0016】

フラットスクリュー４０の、回転軸ＲＸと交差する面である下面４８には、渦状の溝部４２が形成されている。上述した材料供給部２０の連通路２２は、フラットスクリュー４０の側面から、当該溝部４２に連通する。本実施形態では、溝部４２は、凸条部４３によって隔てられて３本分形成されている。なお、溝部４２の数は、３本に限られず、１本でもよいし、２本以上であってもよい。溝部４２は、渦状に限らず、螺旋状あるいはインボリュート曲線状であってもよいし、中央部から外周に向かって弧を描くように延びる形状であってもよい。

【0017】

図１に示すように、フラットスクリュー４０の下面４８は、バレル５０の上面５２に対面しており、フラットスクリュー４０の下面４８の溝部４２と、バレル５０の上面５２との間には空間が形成される。フラットスクリュー４０とバレル５０との間のこの空間には、材料供給部２０から図２に示した材料流入口４４を通じて原材料ＭＲが供給される。

【0018】

バレル５０には、回転しているフラットスクリュー４０の溝部４２内に供給された原材料ＭＲを加熱するためのバレルヒーター５８が埋め込まれている。バレル５０の中心には連通孔５６が設けられている。

【0019】

図３は、バレル５０の上面５２側を示す概略平面図である。バレル５０の上面５２には、連通孔５６に接続され、連通孔５６から外周に向かって渦状に延びている複数の案内溝５４が形成されている。なお、案内溝５４の一端は、連通孔５６に接続されていなくてもよい。また、案内溝５４は省略することも可能である。

【0020】

フラットスクリュー４０の溝部４２内に供給された原材料ＭＲは、溝部４２内において可塑化されながら、フラットスクリュー４０の回転によって溝部４２に沿って流動し、造形材料としてフラットスクリュー４０の中央部４６へと導かれる。中央部４６に流入した流動性を発現しているペースト状の造形材料は、バレル５０の中心に設けられた連通孔５６を介して吐出部６０に供給される。なお、造形材料では、造形材料を構成する全ての種類の物質が可塑化していなくてもよい。造形材料は、造形材料を構成する物質のうちの少なくとも一部の種類の物質が可塑化することによって、全体として流動性を有する状態に転化されていればよい。

【0021】

図１の吐出部６０は、造形材料を吐出するノズル６１と、フラットスクリュー４０とノズル開口６２との間に設けられた造形材料の流路６５と、造形材料の吐出を制御する吐出制御部７７を備える。

【0022】

ノズル６１は、流路６５を通じて、バレル５０の連通孔５６に接続されている。ノズル６１は、可塑化部３０において生成された造形材料を、先端のノズル開口６２からステージ２１０に向かって吐出する。

【0023】

吐出制御部７７は、流路６５を開閉する吐出調整部７０と、造形材料を吸引して一時的に貯留する吸引部７５とを備える。

【0024】

吐出調整部７０は、流路６５内に設けられており、流路６５内で回転することにより流路６５の開度を変化させる。本実施形態において、吐出調整部７０は、バタフライバルブによって構成されている。吐出調整部７０は、制御部３００による制御下において、第１駆動部７４によって駆動される。第１駆動部７４は、例えば、ステッピングモーターによって構成される。制御部３００は、第１駆動部７４を用いて、バタフライバルブの回転角度を制御することによって、可塑化部３０からノズル６１に流れる造形材料の流量、つまり、ノズル６１から吐出される造形材料の吐出量を調整することができる。吐出調整部７０は、造形材料の吐出量を調整可能であると共に、造形材料の流出のオン／オフを制御可能である。

【0025】

吸引部７５は、流路６５において吐出調整部７０とノズル開口６２との間に接続されている。吸引部７５は、ノズル６１からの造形材料の吐出停止時に、流路６５中の造形材料を一時的に吸引することによって、造形材料がノズル開口６２から糸を引くように垂れる尾引き現象を抑制する。本実施形態において、吸引部７５は、プランジャーにより構成されている。吸引部７５は、制御部３００による制御下において、第２駆動部７６によって駆動される。第２駆動部７６は、例えば、ステッピングモーターや、ステッピングモーターの回転力をプランジャーの並進運動に変換するラックアンドピニオン機構等によって構成される。

【0026】

ステージ２１０は、ノズル６１のノズル開口６２に対向する位置に配置されている。第１実施形態では、ノズル６１のノズル開口６２に対向するステージ２１０の造形面２１１は、Ｘ，Ｙ方向、すなわち水平方向に平行となるように配置される。ステージ２１０には、ステージ２１０上に吐出された造形材料が急激に冷却することを抑制するためのステージヒーター２１２が備えられている。ステージヒーター２１２は制御部３００によって制御される。

【0027】

移動機構２３０は、制御部３００の制御下において、ステージ２１０とノズル６１との相対位置を変化させる。本実施形態では、ノズル６１の位置が固定されており、移動機構２３０は、ステージ２１０を移動させる。移動機構２３０は、３つのモーターの駆動力によって、ステージ２１０をＸ，Ｙ，Ｚ方向の３軸方向に移動させる３軸ポジショナーによって構成される。本明細書において、特に断らない限り、ノズル６１の移動とは、ノズル６１や吐出部６０をステージ２１０に対して相対的に移動させることを意味する。

【0028】

なお、他の実施形態では、移動機構２３０によってステージ２１０を移動させる構成の代わりに、ステージ２１０の位置が固定された状態で、移動機構２３０がステージ２１０に対してノズル６１を移動させる構成が採用されてもよい。また、移動機構２３０によってステージ２１０をＺ方向に移動させ、ノズル６１をＸ，Ｙ方向に移動させる構成や、移動機構２３０によってステージ２１０をＸ，Ｙ方向に移動させ、ノズル６１をＺ方向に移動させる構成が採用されてもよい。これらの構成であっても、ノズル６１とステージ２１０との相対的な位置関係が変更可能である。

【0029】

制御部３００は、三次元造形装置１００全体の動作を制御する制御装置である。制御部３００は、１つ、又は、複数のプロセッサー３１０と、主記憶装置や補助記憶装置からなる記憶装置３２０と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェイスとを備えるコンピューターによって構成される。プロセッサー３１０は、記憶装置３２０に記憶されたプログラムを実行することによって、情報処理装置４００から取得された造形データに従い、造形部１１０及び移動機構２３０を制御して、ステージ２１０上に造形物の造形を行う。なお、制御部３００は、コンピューターによって構成される代わりに、回路を組み合わせた構成により実現されてもよい。

【0030】

図４は、三次元造形装置１００が造形物を造形する様子を模式的に示す説明図である。三次元造形装置１００では、上述したように、固体状態の原材料ＭＲが可塑化されて造形材料ＭＭが生成される。制御部３００は、ステージ２１０の造形面２１１とノズル６１との距離を保持したまま、ステージ２１０の造形面２１１に沿った方向に、ステージ２１０に対するノズル６１の位置を変えながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させる。ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭは、ノズル６１の移動方向に連続して堆積されていく。

【0031】

制御部３００は、ノズル６１の移動を繰り返して層ＭＬを形成する。制御部３００は、１つの層ＭＬを形成した後、ステージ２１０に対するノズル６１の位置を、積層方向であるＺ方向に相対移動させる。そして、これまでに形成された層ＭＬの上に、更に層ＭＬを積み重ねることによって造形物を造形していく。

【0032】

制御部３００は、例えば、一層分の層ＭＬを完了した場合のノズル６１のＺ方向への移動や、各層で独立する複数の造形領域がある場合には、ノズル６１からの造形材料の吐出を一時的に中断させることがある。この場合、吐出調整部７０によって流路６５を閉塞させて、ノズル開口６２からの造形材料ＭＭの吐出を停止させ、吸引部７５によって、ノズル６１内の造形材料を一時的に吸引する。制御部３００は、ノズル６１の位置を変更した後、吸引部７５内の造形材料を排出しつつ吐出調整部７０によって流路６５を開くことによって、変更後のノズル６１の位置から造形材料ＭＭの堆積を再開させる。

【0033】

図５は、情報処理装置４００の概略構成を示す説明図である。情報処理装置４００は、ＣＰＵ４１０とメモリー４２０と記憶装置４３０と通信インターフェイス４４０と入出力インターフェイス４５０とがバス４６０によって相互に接続されたコンピューターとして構成されている。入出力インターフェイス４５０には、キーボードやマウスなどの入力装置４７０と、液晶ディスプレイなどの表示装置４８０とが接続されている。情報処理装置４００は、通信インターフェイス４４０を介して、三次元造形装置１００の制御部３００に接続される。

【0034】

ＣＰＵ４１０は、記憶装置４３０に記憶されたプログラムを実行することによって、データ生成部４１１として機能する。

【0035】

データ生成部４１１は、造形物とサポート構造とを造形するための造形データを生成する。サポート構造は、造形物を支持するためのサポート領域の少なくとも一部に造形される構造体である。

【0036】

図６は、データ生成部４１１によって生成される造形データの例を示す説明図である。造形データは、造形物ＭＤの本体を造形するための本体データと、サポート構造ＳＳを造形するためのサポートデータとを含む。図６には、造形物ＭＤの形状として、アルファベットの「Ｆ」という文字を表す造形物ＭＤの形状が示されている。造形物ＭＤは、第１オーバーハング部ＯＢ１と第２オーバーハング部ＯＢ２とを有している。オーバーハング部とは、造形物ＭＤのうちの下方に支えのない出っ張りの部分をいう。図６では、サポート構造ＳＳを破線で示している。図６に示した例では、サポート構造ＳＳは、第１サポート構造ＳＳ１と第２サポート構造ＳＳ２と第３サポート構造ＳＳ３とに分割されている。第１サポート構造ＳＳ１と第２サポート構造ＳＳ２と第３サポート構造ＳＳ３とは、それぞれ、直方体状である。第１サポート構造ＳＳ１は、造形物ＭＤの第１オーバーハング部ＯＢ１と第２オーバーハング部ＯＢ２との間の領域に配置されている。第２サポート構造ＳＳ２は、造形物ＭＤの第２オーバーハング部ＯＢ２と、ステージ２１０の造形面２１１に対応する最下面ＬＳとの間の領域に配置されている。第３サポート構造ＳＳ３は、第１オーバーハング部ＯＢ１と最下面ＬＳとの間の領域に配置されている。

【0037】

図６に示した各サポート構造ＳＳは、外部に露出する表面に、凹形状ＤＳを有している。図６には、多角形状の凹形状ＤＳを示している。図６に示すように、凹形状ＤＳの上部は、三角状に形成されていることが好ましい。このような形状であれば、凹形状ＤＳの上方に堆積された造形材料の重みによって凹形状が崩れることを抑制できる。なお、凹形状ＤＳは、角穴形状でもよいし、丸穴形状であってもよい。

【0038】

データ生成部４１１は、図６のような形状を有する凹形状ＤＳが、その上方に堆積される造形材料の重みに耐えられるか否かを、造形材料の粘度や、上部の三角形の頂点の角度、穴の深さ、穴の高さ、穴の幅などに基づいて自動的に判別してもよい。データ生成部４１１は、凹形状ＤＳが造形に耐えられないと判断した場合、表示装置４８０を通じてユーザーに警告を行ってもよい。

【0039】

情報処理装置４００は、データ生成部４１１によって生成された造形データを、三次元造形装置１００の制御部３００に送信する。制御部３００は、受信した造形データに従って、吐出部６０及び移動機構２３０を制御して、材料を吐出して層ＭＬを積層方向に積層することで、造形物ＭＤ、及び、サポート構造ＳＳをステージ２１０上に造形する。

【0040】

図７は、三次元造形システム１０において実行される造形処理のフローチャートである。この造形処理は、三次元造形物の製造方法を実現するための処理である。図７に示すステップＳ１０～Ｓ６０の処理は、情報処理装置４００において実行され、ステップＳ７０～ステップＳ８０の処理は、三次元造形装置１００において実行される。

【0041】

ステップＳ１０において、情報処理装置４００のデータ生成部４１１は、他のコンピューター、記録媒体、あるいは、記憶装置４３０から、造形物ＭＤの三次元形状を表す形状データを取得する。形状データは、三次元ＣＡＤソフトや三次元ＣＧソフト等を用いて作成された三次元造形物の形状を表すデータである。形状データとしては、例えば、ＳＴＬ形式やＡＭＦ形式等のデータを用いることができる。

【0042】

ステップＳ２０において、データ生成部４１１は、サポート領域を特定する。このステップＳ２０において、データ生成部４１１は、まず、ステップＳ１０で取得した形状データを解析して、サポート構造ＳＳを配置可能なサポート領域の範囲を決定する。具体的には、データ生成部４１１は、造形物ＭＤのオーバーハング部の下方に、サポート領域を設定する。本実施形態において、オーバーハング部の意味には、ブリッジ部も含む。ブリッジ部とは、造形物ＭＤにおいて両端が支持された橋状の部分を指す。本実施形態では、データ生成部４１１は、サポート領域を、本体データの凹凸形状に応じて、複数の直方体状の領域に分割する。図６に示した例では、第１サポート構造ＳＳ１、第２サポート構造ＳＳ２、及び、第３サポート構造ＳＳ３が生成される領域が、それぞれ、分割されたサポート領域である。これらのサポート領域は、凸形状を有する第２オーバーハング部ＯＢ２によって区切られている。サポート領域を分割するか否かは、ユーザーによって設定可能であってもよい。

【0043】

ステップＳ３０において、データ生成部４１１は、造形物ＭＤを造形するための本体データと、サポート構造ＳＳを造形するための第１データを生成する。

【0044】

本体データの生成にあたり、データ生成部４１１は、ステップＳ１０で取得した形状データを解析して、造形物ＭＤの形状をＸＹ平面に沿って複数の層にスライスする。そして、データ生成部４１１は、各層の輪郭を形成すると共にその内部領域を予め定められた充填率や造形パターンで埋めるためのノズル６１の移動経路を表すパス情報を生成する。以下では移動経路のことをパスともいう。パス情報は、直線状の複数の移動経路を表すデータを含んでいる。パス情報に含まれる各移動経路には、その移動経路において吐出される造形材料の吐出量を表す吐出量情報が含まれる。データ生成部４１１は、造形物ＭＤの全ての層についてパス情報及び吐出量情報を生成することによって本体データを生成する。本体データは、例えば、Ｇコードによって表される。

【0045】

第１データの生成にあたり、データ生成部４１１は、ステップＳ２０で特定したサポート領域をＸＹ平面に沿って複数の層にスライスする。そして、データ生成部４１１は、各層の輪郭を形成すると共にその内部領域を予め定められた充填率や造形パターンで埋めるためのノズル６１の移動経路を表すパス情報を生成する。パス情報は、直線状の複数の移動経路を表すデータを含んでいる。パス情報に含まれる各移動経路には、その移動経路において吐出される造形材料の吐出量を表す吐出量情報が含まれる。データ生成部４１１は、サポート領域内の全ての層についてパス情報を生成することによって第１データを生成する。第１データは、例えば、Ｇコードによって表される。データ生成部４１１は、サポート領域が複数の領域に分割されている場合、それぞれの領域について、個別に第１データを生成する。ステップＳ３０で生成される第１データには、凹形状ＤＳを造形するためのパス情報は含まれていない。

【0046】

データ生成部４１１は、ステップＳ３０において生成された本体データ及び第１データを記憶装置３２０に記憶させる。

【0047】

ステップＳ４０において、データ生成部４１１は、凹形状ＤＳを造形する位置を特定する。データ生成部４１１は、サポート領域が複数に分割されている場合、それぞれの領域について、それぞれ、凹形状ＤＳを造形する位置を特定する。本実施形態では、データ生成部４１１は、各サポート構造ＳＳの外部に露出する表面のうち、最も表面積の大きい表面に、凹形状ＤＳの位置を特定する。

【0048】

本実施形態では、データ生成部４１１は、各サポート構造ＳＳについて、外部に露出する表面の中心よりも上部の位置に、凹形状ＤＳの位置を特定する。より具体的には、データ生成部４１１は、外部に露出する表面のＺ方向の中心よりも、凹形状ＤＳのＺ方向における中心の位置が上方に位置するように、凹形状ＤＳの位置を特定する。ただし、データ生成部４１１は、造形物ＭＤを造形するための造形材料が凹形状ＤＳに入り込むことによって造形物ＭＤの造形精度が低下しないように、凹形状ＤＳを造形物ＭＤから一定の距離、離して配置することが好ましい。

【0049】

凹形状ＤＳの位置は、ユーザーが任意に指定或いは変更可能であってもよい。ユーザーは、例えば、マウスを用いて表示装置４８０に表示されている凹形状ＤＳを、ドラッグアンドドロップすることにより、凹形状ＤＳの位置を自由に移動させることができる。

【0050】

ステップＳ５０において、データ生成部４１１は、ステップＳ３０において生成された第１データを記憶装置３２０から取得する。そして、ステップＳ６０において、データ生成部４１１は、取得した第１データに基づいてサポートデータを生成する。サポートデータは、第１データに対して、ステップＳ４０で位置が特定された凹形状ＤＳを付与したデータである。ステップＳ５０のことを取得工程ともいい、ステップＳ６０のことを生成工程ともいう。

【0051】

図８は、サポートデータの生成方法を示す説明図である。図８の上部には、第１データの断面を示している。第１データは、輪郭領域ＢＡと内部領域ＩＡを含んでいる。図８の上部では、内部領域ＩＡが、３周分の移動経路によって構成される輪郭領域ＢＡによって囲われている。以下では、輪郭領域ＢＡを造形するためのパスのことを輪郭パスといい、輪郭パスを表す情報のことを輪郭パス情報という。また、内部領域ＩＡを造形するためのパスのことをインフィルパスといい、インフィルパスを表す情報のことをインフィルパス情報という。サポート構造ＳＳが複数に分割されている場合、分割されたそれぞれのサポート構造ＳＳが、輪郭領域ＢＡと内部領域ＩＡとを個別に有している。なお、輪郭領域ＢＡに含まれる輪郭パスの周数は、３周に限らず、１周、２周、又は、４周以上でもよい。

【0052】

図８の上部において破線で囲われた部分は、ステップＳ４０において特定された凹形状ＤＳの位置を表している。データ生成部４１１は、サポートデータの生成にあたり、図８の下部に示すように、輪郭パス情報の一部をトラベルパス情報に変更する。図８の下部では、トラベルパスを破線で示している。トラベルパスとは、材料を吐出させずに吐出部６０を移動させるためのパスである。トラベルパス情報は、吐出量がゼロである吐出量情報を含むパス情報である。データ生成部４１１は、内部領域ＩＡの角部に対応する位置に凹形状ＤＳを形成する場合、削除した輪郭パスに沿ったトラベルパスを生成し、削除した輪郭パスの両端を最短距離で結ぶトラベルパスは生成しない。こうすることで、輪郭領域ＢＡの造形時に、吐出部６０が内部領域ＩＡに接触することを防止できる。

【0053】

データ生成部４１１は、図７のステップＳ６０において生成されたサポートデータを、ステップＳ３０で生成した本体データと共に、造形データとして、記憶装置３２０に記憶させる。

【0054】

ステップＳ７０において、三次元造形装置１００の制御部３００は、情報処理装置４００から、本体データとサポートデータとを含む造形データを取得する。

【0055】

ステップＳ８０において、制御部３００は、情報処理装置４００から取得した造形データに従って、吐出部６０及び移動機構２３０を制御することによって、ステージ２１０の造形面２１１上に、造形物ＭＤ及びサポート構造ＳＳを造形する。このステップＳ８０によって、外部に露出する表面に凹形状ＤＳを有するサポート構造ＳＳが、サポート領域の少なくとも一部に造形される。ステップＳ８０のことを、第１工程ともいう。

【0056】

ステップＳ９０において、サポート構造ＳＳが造形物ＭＤから分離される。

【0057】

以上で説明した第１実施形態によれば、外部に露出する表面に凹形状ＤＳを有するサポート構造ＳＳがサポート領域の少なくとも一部に造形されるので、ユーザーは、凹形状ＤＳを利用してサポート構造ＳＳをペンチ等の工具で挟むことにより、サポート構造ＳＳを造形物ＭＤから容易に分離できる。そのため、サポート構造ＳＳを分離する際のユーザーの負担を軽減できる。

【0058】

また、本実施形態では、サポート構造ＳＳを造形するためのパス情報の一部をトラベルパス情報に変更することで、凹形状ＤＳを有するサポートデータを生成する。そのため、全てのパス情報を生成し直すよりも、サポートデータを容易に生成できる。なお、他の実施形態では、パス情報のうち、凹形状ＤＳに該当する部分のパス情報を削除することによって、サポートデータを生成してもよい。この場合、削除したパスの部分を吐出部６０が回避するように、パス情報を再生成してもよい。

【0059】

また、本実施形態では、分割されたサポート構造ＳＳの表面のうち、それぞれ、最も表面積の大きい表面に凹形状ＤＳを形成する。そのため、サポートデータ生成時に、凹形状ＤＳをサポート構造ＳＳに容易に配置できる。

【0060】

また、本実施形態では、凹形状ＤＳをサポート構造ＳＳの表面の中心よりも上部に造形する。そのため、凹形状ＤＳが造形材料の重みによって崩れることを抑制できる。この結果、造形物ＭＤを精度よく造形できる。

【0061】

図９は、サポートデータの他の生成方法を示す説明図である。データ生成部４１１は、図８に示した方法に限らず、図９に示す方法によってもサポートデータを生成可能である。図９の上部には、第１データの断面を示している。図９の上部において破線で囲われた部分は、ステップＳ４０において特定された凹形状ＤＳの位置を表している。データ生成部４１１は、サポートデータの生成にあたり、図９の下部に示すように、輪郭パス情報によって表される輪郭の一部が、凹形状ＤＳに沿った輪郭になるように、輪郭パス情報を変更する。図９に示した例では、輪郭パス情報だけではなく、インフィルパス情報も凹形状ＤＳに沿った輪郭に変更している。このようにサポートデータを生成すれば、凹形状ＤＳが輪郭領域ＢＡに囲われることになるので、凹形状ＤＳの強度を高めることができる。この結果、凹形状ＤＳを利用して、サポート構造ＳＳを容易に分離できる。

【0062】

図１０は、凹形状ＤＳの形成位置の他の例を示す図である。第１実施形態では、各サポート構造ＳＳの表面のうち、最も表面積の大きい表面に、凹形状ＤＳを形成している。これに対して、データ生成部４１１は、サポート構造ＳＳ同士が接触する面に凹形状ＤＳを形成してもよい。この場合、データ生成部４１１は、各サポート構造ＳＳが分離される順番に従って凹形状ＤＳが外部に露出するように、凹形状ＤＳを形成する面を設定する。サポート構造ＳＳを分離する順番は、ユーザーが設定してもよいし、データ生成部４１１が、各サポート構造ＳＳの配置や大きさに応じて自動的に設定してもよい。図１０に示した例では、各サポート構造ＳＳが分離される前には、第３サポート構造ＳＳ３の表面にのみ凹形状ＤＳが現れているため、ユーザーは、まず、第３サポート構造ＳＳ３に形成された凹形状ＤＳを用いて第３サポート構造ＳＳ３を分離する。そうすると、第１サポート構造ＳＳ１に形成された凹形状ＤＳと第２サポート構造ＳＳ２に形成された凹形状ＤＳとが露出するため、ユーザーは、第３サポート構造ＳＳ３を分離した後に、第１サポート構造ＳＳ１と第２サポート構造ＳＳ２とをそれぞれの凹形状ＤＳを用いて造形物ＭＤから分離する。こうすることで、ユーザーに対して、各サポート構造ＳＳを分離する順序を明示することができ、意図していない部分からサポート構造ＳＳが分離されることによって造形物ＭＤの形状が崩れることを抑制できる。

【0063】

Ｂ．第２実施形態：
第１実施形態では、凹形状ＤＳを有するサポート構造ＳＳをサポート領域に造形する。これに対して、第２実施形態では、凸形状を有するサポート構造ＳＳをサポート領域に形成する。第１実施形態における三次元造形システム１０の構成は、第１実施形態と同じである。

【0064】

図１１は、第２実施形態においてデータ生成部４１１によって生成される造形データの例を示す説明図である。図１１に示すように、第２実施形態では、各サポート構造ＳＳは、凹形状ＤＳではなく、凸形状ＣＳを備える。凸形状ＣＳは、サポート領域からはみ出すように造形される。

【0065】

第２実施形態では、図７に示した造形処理のステップＳ４０において、データ生成部４１１は、凸形状ＣＳを造形する位置を特定する。データ生成部４１１は、サポート領域が複数に分割されている場合、それぞれの領域について、それぞれ、凸形状ＣＳを造形する位置を特定する。本実施形態では、データ生成部４１１は、各サポート構造ＳＳの外部に露出する表面のうち、最も表面積の大きい表面に、凸形状ＣＳの位置を特定する。

【0066】

本実施形態では、データ生成部４１１は、各サポート構造ＳＳについて、外部に露出する表面の中心よりも下部の位置に、凸形状ＣＳの位置を特定する。より具体的には、データ生成部４１１は、外部に露出する表面のＺ方向の中心よりも、凸形状ＣＳのＺ方向における中心の位置が下方に位置するように、凸形状ＣＳの位置を特定する。

【0067】

凸形状ＣＳの位置は、ユーザーが任意に指定或いは変更可能であってもよい。ユーザーは、例えば、マウスを用いて表示装置４８０に表示されている凸形状ＣＳを、ドラッグアンドドロップすることにより、凸形状ＣＳの位置を自由に移動させることができる。

【0068】

図７のステップＳ５０において、データ生成部４１１は、ステップＳ３０において生成された第１データを記憶装置３２０から取得し、ステップＳ６０において、サポートデータを生成する。サポートデータは、第１データに対して、ステップＳ４０で位置が特定された凸形状ＣＳを付与したデータである。

【0069】

図１１に示すように、本実施形態において、凸形状ＣＳは、側方から見て、上底の長さが下底の長さよりも長い逆台形状となっており、サポート構造ＳＳの表面に接する角が９０度に形成されている。このような形状であれば、下方から上方にかけて徐々に、水平方向に突出する形状を造形できるので、凸形状ＣＳをサポートするためのサポート構造ＳＳを別途形成する必要がない。なお、凸形状ＣＳの下底は、ステージ２１０に接触してもよい。なお、凸形状ＣＳの形状は、逆台形に限らず、直方体や、逆三角形、半円でもよい。

【0070】

図１２は、第２実施形態におけるサポートデータの生成方法を示す説明図である。データ生成部４１１は、輪郭パス情報によって表される輪郭の一部を削除し、削除した部分に、パス情報を追加することで、凸形状ＣＳを造形するためのサポートデータを生成する。第２実施形態では、図１２に示すように、データ生成部４１１は、輪郭パス情報によって表される輪郭の一部が、凸形状ＣＳに沿った輪郭になるように輪郭パス情報を変更する。こうすることで、凸形状の強度を高めることができる。図１２に示した例では、輪郭パス情報のみが変更されているが、インフィルパス情報も凸形状ＣＳに沿った形状となるように変更してもよい。

【0071】

図７のステップＳ８０において、制御部３００は、情報処理装置４００から取得した造形データに従って、吐出部６０及び移動機構２３０を制御することによって、ステージ２１０の造形面２１１上に、造形物ＭＤ及びサポート構造ＳＳを造形する。このステップＳ８０によって、外部に露出する表面に凸形状ＣＳを有するサポート構造ＳＳが、サポート領域の少なくとも一部に造形される。第２実施形態におけるステップＳ８０のことを、第２工程ともいう。

【0072】

以上で説明した第２実施形態によれば、外部に露出する表面に凸形状ＣＳを有するサポート構造ＳＳがサポート領域の少なくとも一部に造形されるので、ユーザーは、凸形状ＣＳをペンチ等の工具で挟むことにより、サポート構造ＳＳを造形物ＭＤから容易に分離できる。そのため、サポート構造ＳＳを分離する際のユーザーの負担を軽減できる。

【0073】

また、本実施形態では、凸形状ＣＳをサポート構造ＳＳの表面の中心よりも下部に造形する。そのため、ステージ２１０に近い位置に凸形状ＣＳを造形できる。この結果、例えば、凸形状ＣＳの下底がステージ２１０に接触するように造形することで、凸形状ＣＳを造形するための材料の量を削減できる。

【0074】

Ｃ．他の実施形態：
（Ｃ１）上記各実施形態では、サポート構造ＳＳが複数に分割されている。これに対して、サポート構造ＳＳは１つだけでもよく、複数に分割されていなくてもよい。

【0075】

（Ｃ２）上記各実施形態では、サポート領域の全体にサポート構造ＳＳが造形される例を示している。これに対して、サポート構造ＳＳは、サポート領域の一部に造形されてもよい。

【0076】

（Ｃ３）上記第１実施形態では、サポート構造ＳＳに凹形状ＤＳが形成され、第２実施形態では凸形状ＣＳが形成される。これに対して、サポート構造ＳＳには、凹形状ＤＳと凸形状ＣＳの両方が形成されてもよい。

【0077】

（Ｃ４）上記各実施形態において、データ生成部４１１は、第１データに含まれるパス情報の一部を削除したり変更したりすることでサポートデータを生成している。これに対して、データ生成部４１１は、第１データに基づいて、サポートデータを一から作り直してもよい。一から作り直すとは、例えば、第１データが表すサポート構造ＳＳに凹形状ＤＳや凸形状ＣＳを付与した際に、パス情報によって表される吐出部６０の移動経路が最適な経路となるように、輪郭パス情報やインフィルパス情報を生成し直すことである。

【0078】

（Ｃ５）上記実施形態では、三次元造形装置１００は、造形部１１０を１つ備えている。これに対して、三次元造形装置１００は、２つ以上の造形部１１０を備えてもよい。例えば、２つの造形部１１０を備える場合、造形物ＭＤとサポート構造ＳＳとを別の種類の材料によって造形することができる。

【0079】

（Ｃ６）上記実施形態において、造形部１１０は、フラットスクリュー４０によって材料を可塑化している。これに対して造形部１１０は、例えば、インラインスクリューを回転させることによって材料を可塑化するものであってもよい。また、造形部１１０は、フィラメント状の材料をヒーターで可塑化するものであってもよい。

【0080】

（Ｃ７）上記実施形態では、可塑化した材料を積層する材料押出方式を例として説明したが、本開示は、インクジェット方式や、ＤＭＤ方式（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、バインダージェット方式等、種々の方式に適用できる。

【0081】

Ｄ．他の形態：
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、以下に記載する各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【0082】

（１）本開示の第１の形態によれば、吐出部から材料を吐出して層を積層方向に積層することで、造形物、及び、前記造形物を支持するためのサポート領域の少なくとも一部にサポート構造を造形する、三次元造形物の製造方法が提供される。この製造方法は、外部に露出する表面に凹形状を有する前記サポート構造を、前記サポート領域の少なくとも一部に造形する第１工程、及び、前記サポート領域からはみ出す凸形状を前記表面に有する前記サポート構造を、前記サポート領域の少なくとも一部に造形する第２工程、のうち少なくともいずれかの工程を有する。このような形態によれば、サポート構造の表面に造形された凹形状又は凸形状を用いることで、サポート構造を造形物から容易に分離できる。この結果、ユーザーの負担を軽減できる。

【0083】

（２）上記形態において、前記材料を吐出しながら前記サポート構造を造形するための前記吐出部の移動経路を表すパス情報を含む第１データを取得する取得工程と、前記第１データに基づいて、前記表面に前記凹形状又は前記凸形状を有する前記サポート構造を造形するためのサポートデータを生成する生成工程と、を有し、前記生成工程では、前記第１データからパス情報の一部を削除もしくは変更すること、又は、前記第１データにパス情報を追加することによって、前記第１データから前記サポートデータを生成してもよい。このような形態によれば、露出した表面に凹形状又は凸形状を有するサポート構造を造形するためのサポートデータを容易に生成できる。

【0084】

（３）上記形態において、前記パス情報は、前記サポート構造の輪郭を造形するための輪郭パス情報を含み、前記生成工程では、前記凹形状を造形するためのサポートデータを生成する場合に、前記輪郭パス情報の一部を、前記材料を吐出させずに前記吐出部を移動させるためのトラベルパス情報に変更する、又は、前記輪郭パス情報の一部を削除してもよい。このような形態によれば、露出した表面に凹形状を有するサポート構造を造形するためのサポートデータを容易に生成できる。

【0085】

（４）上記形態において、前記パス情報は、前記サポート構造の輪郭を造形するための輪郭パス情報を含み、前記生成工程では、前記凹形状又は前記凸形状を造形するためのサポートデータを生成する場合に、前記輪郭パス情報によって表される輪郭の一部が、前記凹形状又は前記凸形状に沿った輪郭になるように、前記輪郭パス情報を変更してもよい。このような形態によれば、凹形状や凸形状の強度を高めることができる。

【0086】

（５）上記形態において、前記生成工程では、前記サポート領域を複数の領域に分割し、分割された領域毎に、前記サポート構造を造形するための前記サポートデータを生成し、前記生成工程では、前記表面のうち、最も表面積の大きい表面に、前記凹形状又は前記凸形状を有する前記サポート構造を造形するための前記サポートデータを生成してもよい。このような形態であれば、分割されたそれぞれのサポート構造に凹形状や凸形状を配置しやすい。

【0087】

（６）上記形態において、前記第１工程では、前記凹形状を前記サポート構造の前記表面の中心よりも上部に造形し、前記第２工程では、前記凸形状を前記サポート構造の前記表面の中心よりも下部に造形してもよい。このような形態によれば、凹形状を造形する場合には、凹形状が材料の重みによって崩れることを抑制でき、凸形状を造形する場合には、凸形状を造形するための材料の消費を抑制できる。

【0088】

本開示は、上述した三次元造形物の製造方法に限らず、三次元造形システム、情報処理装置、コンピュータープログラム、コンピュータープログラムをコンピューターが読み取り可能に記録した一時的でない有形な記録媒体など、種々の態様によって実現することが可能である。

【符号の説明】

【0089】

１０…三次元造形システム、２０…材料供給部、２２…連通路、３０…可塑化部、３１…スクリューケース、３２…駆動モーター、４０…フラットスクリュー、４２…溝部、４３…凸条部、４４…材料流入口、４６…中央部、４７…上面、４８…下面、５０…バレル、５２…上面、５４…案内溝、５６…連通孔、５８…バレルヒーター、６０…吐出部、６１…ノズル、６２…ノズル開口、６５…流路、７０…吐出調整部、７４…第１駆動部、７５…吸引部、７６…第２駆動部、７７…吐出制御部、１００…三次元造形装置、１１０…造形部、２１０…ステージ、２１１…造形面、２１２…ステージヒーター、２３０…移動機構、３００…制御部、３１０…プロセッサー、３２０…記憶装置、４００…情報処理装置、４１０…ＣＰＵ、４１１…データ生成部、４２０…メモリー、４３０…記憶装置、４４０…通信インターフェイス、４５０…入出力インターフェイス、４６０…バス、４７０…入力装置、４８０…表示装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】