特開 2024-8192 三次元造形物の製造方法、およびプログラム

(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】P2024008192

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】三次元造形物の製造方法、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/386 20170101AFI20240112BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20240112BHJP

   B33Y 50/00 20150101ALI20240112BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240112BHJP

【ＦＩ】

B29C64/386

B29C64/153

B33Y50/00

B33Y10/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022109846

(22)【出願日】2022-07-07

(71)【出願人】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】有田 与希

【テーマコード（参考）】

4F213

【Ｆターム（参考）】

4F213AC04

4F213AR12

4F213WA25

4F213WB01

4F213WL02

4F213WL12

4F213WL85

4F213WL96

(57)【要約】

【課題】粉末を造形材料として形成した三次元造形物の表面の不規則なザラザラした感じを緩和し、肌触りの良い表面を有する三次元造形物を形成する製造方法、および当該製造方法で形成された三次元造形物を提供する。
【解決手段】三次元造形物１０を形成する製造方法は、三次元造形物１０の三次元データを受け付ける工程と、受け付けた三次元データにおいて三次元造形物１０の表面となる面を特定する工程と、特定した面に立体形状を繰り返し並べた所定のパターンを形成する形状データを三次元データに追加する工程と、形状データを追加した三次元データに基づき、造形材料を用いて三次元造形物１０を形成する工程と、を含む。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

粉末を造形材料として三次元造形物を形成する製造方法であって、
前記三次元造形物の三次元データを受け付ける工程と、
受け付けた前記三次元データにおいて前記三次元造形物の表面のうち、立体形状を繰り返し並べた所定のパターンを形成する面を特定する工程と、
特定した面に前記所定のパターンを形成する形状データを前記三次元データに追加する工程と、
前記形状データを追加した前記三次元データに基づき、前記造形材料を用いて前記三次元造形物を形成する工程と、を含む、三次元造形物を形成する製造方法。

【請求項2】

粉末を造形材料として三次元造形物を形成する製造方法であって、
前記三次元造形物の三次元データを受け付ける工程と、
受け付けた前記三次元データに基づき、前記造形材料を用いて前記三次元造形物を形成する工程と、
受け付けた前記三次元データにおいて前記三次元造形物の表面のうち、立体形状を繰り返し並べた所定のパターンを形成する面を特定する工程と、
特定した面に前記所定のパターンを形成する工程と、を含む、三次元造形物を形成する製造方法。

【請求項3】

前記立体形状の一辺の長さは、前記造形材料の粒子径以上で、指の直径の１／３以下である、請求項１または請求項２に記載の三次元造形物を形成する製造方法。

【請求項4】

前記造形材料の粒子径の情報、およびユーザが選択した立体形状の情報のうち少なくとも一方の情報に基づいて前記所定のパターンを決定する工程をさらに含む、請求項１または請求項２に記載の三次元造形物を形成する製造方法。

【請求項5】

前記所定のパターンは、同じ形状の前記立体形状を繰り返し並べたパターンである、請求項１または請求項２に記載の三次元造形物を形成する製造方法。

【請求項6】

前記立体形状は、形状の異なる第１の立体形状と第２の立体形状とを有し、
前記所定のパターンは、前記第１の立体形状および前記第２の立体形状を繰り返し並べたパターンである、請求項１または請求項２に記載の三次元造形物を形成する製造方法。

【請求項7】

前記所定のパターンは、前記三次元造形物の表面のすべての面で同じである、請求項１または請求項２に記載の三次元造形物を形成する製造方法。

【請求項8】

前記所定のパターンは、前記三次元造形物の表面のうち少なくとも１つの面でパターンが異なる、請求項１または請求項２に記載の三次元造形物を形成する製造方法。

【請求項9】

前記立体形状の大きさは、前記造形材料の粒子径の５倍以上～１５０倍以下である、請求項１または請求項２に記載の三次元造形物を形成する製造方法。

【請求項10】

前記三次元造形物を形成する方法は、粉末焼結積層造形法、または前記造形材料に溶融促進剤を加えて加熱する造形法を用いる、請求項１または請求項２に記載の三次元造形物を形成する製造方法。

【請求項11】

粉末の造形材料を用いて三次元造形物を形成する製造装置で受け付ける三次元データを変換するプロセッサで実行されるプログラムであって、
前記三次元造形物の三次元データを受け付けるステップと、
受け付けた前記三次元データにおいて前記三次元造形物の表面のうち、立体形状を繰り返し並べた所定のパターンを形成する面を特定するステップと、
特定した面に前記所定のパターンを形成する形状データを前記三次元データに追加するステップと、を含む、プログラム。

【請求項12】

粉末の造形材料を用いて三次元造形物を形成する製造装置を制御するプロセッサで実行されるプログラムであって、
前記三次元造形物の三次元データを受け付けるステップと、
受け付けた前記三次元データに基づき、前記造形材料を用いて前記三次元造形物を形成するステップと、を含み、
前記三次元造形物を形成するステップは、
前記三次元データにおいて前記三次元造形物の表面のうち、立体形状を繰り返し並べた所定のパターンを形成する面を特定するステップと、
特定した面に前記所定のパターンを形成するステップと、を含む、プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、粉末を造形材料として三次元造形物を形成する製造方法、およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、様々な方式で三次元造形物（以下、単に造形物ともいう）を形成する３Ｄプリンタが開発されている。具体的に、三次元造形法として、例えば、材料押出堆積法（FDM: Fused Deposition Modeling／FFF: Fused Filament Fabrication）、粉末焼結積層造形法（SLS: Selective Laser Sintering／SLM: Selective Laser Melting）、光造形法（レーザ方式／SLA: Stereo Lithography Apparatus）などがある。

【0003】

様々な三次元造形法の中で、粉末焼結積層造形法は、例えば、金属の粉末にレーザを照射して焼結層を形成する処理を繰り返すことで、複数の焼結層が一体化した造形物を形成する方式であり、特開２０１３－１６３８２９号公報（特許文献１）などに開示がある。粉末焼結積層造形法で形成した造形物は、異方性が少なく、強度が優れている。しかし、粉末焼結積層造形法は造形速度が遅いため、造形物を形成するコストに問題があった。当該問題を解消するため、造形材料の粉末を焼結するのでなく、粉末に溶融促進剤を加え熱で融合することにより造形速度を速めた造形方式（例えば、ヒューレット・パッカード社のHP Multi Jet Fusion（登録商標））が開発されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３－１６３８２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

粉末焼結積層造形法や、粉末に溶融促進剤を加え熱で融合する造形方式など、粉末を造形材料とする造形法で三次元造形物を形成する製造方法は、形成した造形物の異方性が少なく、強度も優れている利点を有している。しかし、造形材料が粉末であるため、形成した造形物の表面に不規則なザラザラした肌触りが残ってしまう欠点があった。当該欠点を改善する方法として、例えば、形成した造形物の表面を研磨する方法や、形成した造形物の表面を塗装する方法が考えられるが、何れの方法であっても製造コストが増加することになる。さらに、３Ｄプリンタは、その特徴から自由に、複雑な形状の造形物を形成することができるため、その造形物の表面を研磨や塗装することが困難な場合があった。

【0006】

本開示は、かかる問題を解決するためになされたものであり、粉末を造形材料として形成した三次元造形物の表面の不規則なザラザラした感じを緩和し、肌触りの良い表面を有する三次元造形物を形成する製造方法、およびプログラムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の三次元造形物を形成する製造方法は、粉末を造形材料として三次元造形物を形成する製造方法である。当該製造方法は、三次元造形物の三次元データを受け付ける工程と、受け付けた三次元データにおいて三次元造形物の表面のうち、立体形状を繰り返し並べた所定のパターンを形成する面を特定する工程と、特定した面に所定のパターンを形成する形状データを三次元データに追加する工程と、形状データを追加した三次元データに基づき、造形材料を用いて三次元造形物を形成する工程と、を含む。

【0008】

本開示の三次元造形物を形成する別の製造方法は、粉末を造形材料として三次元造形物を形成する製造方法である。当該製造方法は、三次元造形物の三次元データを受け付ける工程と、受け付けた三次元データに基づき、造形材料を用いて三次元造形物を形成する工程と、受け付けた三次元データにおいて三次元造形物の表面のうち、立体形状を繰り返し並べた所定のパターンを形成する面を特定する工程と、特定した面に所定のパターンを形成する工程と、を含む。

【0009】

本開示のプログラムは、粉末の造形材料を用いて三次元造形物を形成する製造装置で受け付ける三次元データを変換するプロセッサで実行されるプログラムである。当該プログラムは、三次元造形物の三次元データを受け付けるステップと、受け付けた三次元データにおいて三次元造形物の表面のうち、立体形状を繰り返し並べた所定のパターンを形成する面を特定するステップと、特定した面に所定のパターンを形成する形状データを三次元データに追加するステップと、を含む。

【0010】

本開示の別のプログラムは、粉末の造形材料を用いて三次元造形物を形成する製造装置を制御するプロセッサで実行されるプログラムである。当該プログラムは、三次元造形物の三次元データを受け付けるステップと、受け付けた三次元データに基づき、造形材料を用いて三次元造形物を形成するステップと、を含む。三次元造形物を形成するステップは、三次元データにおいて三次元造形物の表面のうち、立体形状を繰り返し並べた所定のパターンを形成する面を特定するステップと、特定した面に所定のパターンを形成するステップと、を含む。

【発明の効果】

【0011】

上記の製造方法で形成された三次元造形物は、表面の不規則なザラザラした感じが緩和され、肌触りの良い表面を有している。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態に従う三次元造形物の概略図である。

【図2】実施の形態に従う三次元造形物を形成する製造装置の概略図である。

【図3】実施の形態に従う三次元造形物を形成する製造装置の制御部のブロック図である。

【図4】実施の形態に従う三次元造形物を形成する製造装置に入力する三次元データを変換する方法を説明するフローチャートである。

【図5】実施の形態に従う三次元造形物を形成する製造方法を説明するための図である。

【図6】三次元造形物の表面に形成される異なる立体形状を示す図である。

【図7】三次元造形物の表面に形成されるさらに異なる立体形状を示す図である。

【図8】変形例に従う三次元造形物の概略図である。

【図9】三次元造形物を形成する製造方法の変形例を説明するための図である。

【図10】変形例に係る三次元造形物を形成する製造方法を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0014】

［三次元造形物］
図１は、実施の形態に従う三次元造形物１０の概略図である。図１に示す三次元造形物１０は、粉末を造形材料として３Ｄプリンタで形成した造形物である。三次元造形物１０は、説明を簡単にするため形状を直方体としている。しかし、本来３Ｄプリンタは、その特徴から自由に、複雑な形状の造形物を形成することができるため、三次元造形物１０の形状は直方体に限定されない。造形材料には、ポリプロピレン、ポリアミドなどの樹脂粉末、アルミニウム、鉄などの金属粉末などを用いる。

【0015】

三次元造形物１０は、造形材料に粉末を用いて、例えば、粉末焼結積層造形法で形成する。そのため、設計上、三次元造形物１０の表面２を平面とした場合でも、造形材料の粉末に起因する不規則なザラザラした肌触りが残ってしまう。そこで、実施の形態では、三次元造形物１０の表面２となる面に、立体形状２ａを繰り返し並べた所定のパターンを形成してある。図１に示す三次元造形物１０では、６面すべての表面２に立体形状２ａを繰り返し並べた所定のパターンが形成してある。所定のパターンは、例えば、図１に示すように立体形状２ａをマトリクス状に規則的に繰り返し並べたパターンである。

【0016】

三次元造形物１０の表面２に、立体形状２ａを繰り返し並べた所定のパターンを形成しておくことで、造形材料の粉末に起因する不規則な凹凸よりも、繰り返し並べた立体形状２ａの形状の方が、人の手で表面２を触ったときの感触として支配的になる。そのため、人が三次元造形物１０の表面２に形成された所定のパターンを触った場合、三次元造形物１０の表面２の不規則なザラザラした感じが緩和され、肌触りの良い表面であると感じられる。ここで、人の手で表面２を触ったときに所定のパターンが人の手の感触として支配的になるには、たとえば、指先で立体形状２ａを同時に２つ以上触れる必要がある。

【0017】

具体的に、指の直径は、指輪のサイズなどから一般的な人で約１３ｍｍ～約２２ｍｍであることが知られている。例えば、指の直径が１８ｍｍであれば、この間に繰り返し並べた２つの立体形状２ａを含めるには、立体形状２ａの一辺の長さを６ｍｍ以下にする必要がある。つまり、立体形状２ａの一辺の長さは、指の直径の１／３以下であればよい。

【0018】

一方、粉末を造形材料とする３Ｄプリンタでは、造形材料の粒子径より小さい単位で立体形状２ａを形成できないので、立体形状２ａの一辺の長さは、造形材料の粒子径以上であればよい。ここで、造形材料の粒子径は、体積分布または個数分布における平均粒子径であっても、モード径、メジアン径、任意％粒子径などであってもよい。

【0019】

具体的に、図１に示す立体形状２ａは、例えば、表面２に形成された円柱状の溝である。粉末の平均粒子径（以下、単に粒子径ともいう）が約５０μｍの場合、立体形状２ａの大きさは、直径が約２５０μｍ、深さが約２５０μｍである。ここでは、立体形状２ａの大きさを、造形材料の粒子径の５倍としたが、指の直径の１／３以下であれば、人の手で表面２を触ったときの感触は、立体形状２ａに基づく形状の方がより支配的になると考えられる。例えば、指の直径２２ｍｍとした場合、指の直径の１／３は約７．３ｍｍとなり、造形材料の粒子径の約１５０倍である。粉末を造形材料として３Ｄプリンタにおける立体形状２ａの作りやすさを考慮すると、立体形状の大きさは、造形材料の粒子径の５倍以上～１５０倍以下であることが好ましい。

【0020】

立体形状２ａを繰り返し並べた所定のパターンを三次元造形物１０の表面２に形成する工程は、ユーザが形成しようとしている三次元造形物１０の本体を形成する工程と同じ造形法（例えば、粉末焼結積層造形法）で行われる。そのため、三次元造形物１０の表面２に所定のパターンを形成するために、当該表面２を研磨したり、塗装したりする必要がなく、製造コストを増加させることがない。また、同じ造形法で形成するため、三次元造形物１０の完成後に表面を研磨や塗装するような困難な作業は生じない。

【0021】

立体形状２ａは、表面２が彫られたような円柱状の溝に限定されず、逆に表面２から突き出た円柱状の突起であってもよい。また、表面２に形成されるパターンは、全て円柱状の溝である立体形状２ａが複数並べられたパターンでも、全て円柱状の突起である立体形状２ａが複数並べられたパターンでも、円柱状の溝である立体形状２ａと円柱状の突起である立体形状２ａとが混在して複数並べられたパターンでもよい。

【0022】

［三次元造形物の製造装置］
次に、三次元造形物１０を形成するための製造装置について、図を用いて説明する。図２は、実施の形態に従う三次元造形物を形成する製造装置の概略図である。図２に示す製造装置は、粉末焼結積層造形装置の一例である。

【0023】

粉末焼結積層造形装置５０は、造形材料の粉末２０を造形領域７に供給するローラ３（またはブレード）、造形領域７に設置した粉末２０を焼結または溶融させ積層を接合するレーザ光源４、造形領域７においてレーザ光６を高速で動かすためのガルバノミラー５を含む。また、粉末焼結積層造形装置５０は、受け付けた三次元造形物の三次元データを変換したり、ローラ３やレーザ光源４などを制御したりする制御部３０を含む。

【0024】

また、粉末焼結積層造形装置５０は、三次元造形物１０を造形する造形領域７、当該造形領域７の両側に配置される粉末２０を保管する保管領域を有する容器８、造形領域７の粉末２０を上下方向に動作させるためのピストン１１、保管領域の粉末２０を上下方向に動作させるためのピストン１２を含む。図示していないが、粉末焼結積層造形装置５０は、ヒータを含み、当該ヒータにより、造形領域７および保管領域を高温に保持する。なお、粉末２０を保管する保管領域の温度は、造形領域７の温度以下としておくことが好ましい。

【0025】

粉末焼結積層造形装置５０では、まず、ローラ３で保管領域の粉末２０を造形領域７に押し広げて、粉末２０をレーザ光６で焼結または溶融させ、それらを繰り返し行うことで三次元造形物１０を形成する。ローラ３で押し広げた粉末２０の積層厚は、熱分解が起こさない程度の数百μｍ以下とする。

【0026】

粉末焼結積層造形装置５０では、上記の処理を繰り返し行った結果、三次元造形物１０が粉末２０の中に埋もれた状態となる。その粉末２０の中から三次元造形物１０を取り出した後に、ブラスト処理などで三次元造形物１０から粉末２０を剥離することで三次元造形物１０が完成する。

【0027】

粉末焼結積層造形装置５０では、装置内の制御部３０またはネットワークなどで接続されたコンピュータにおいて三次元造形物１０を３ＤＣＡＤでモデル化し、当該モデルに基づいて、各層ごとにレーザ照射の照射条件（例えばレーザパワー、レーザ走査速度、レーザピッチ、照射方向および照射回数）などの処理手順を設定する。

【0028】

この処理手順には、三次元造形物１０の表面に立体形状２ａを繰り返し並べた所定のパターンを形成することも含まれている。三次元造形物１０の設計者は、三次元造形物１０の表面の処理手順に意識することなく、粉末焼結積層造形装置５０が受け付けた三次元造形物１０の三次元データに対して、自動で三次元造形物１０の表面に立体形状２ａを繰り返し並べた所定のパターンを付加した三次元造形物１０の三次元データに変換する。もちろん、設計者が、三次元造形物１０の表面に立体形状２ａを繰り返し並べた所定のパターンを形成する必要がないと判断すれば、粉末焼結積層造形装置５０において三次元造形物１０の三次元データを変換しないように設定することはできる。

【0029】

図３は、実施の形態に従う三次元造形物を形成する製造装置の制御部のブロック図である。制御部３０で実行されるプログラムにより、受け付けた三次元造形物１０の三次元データが、三次元造形物１０の表面に立体形状２ａを繰り返し並べた所定のパターンを形成した三次元造形物１０の三次元データに変換される。制御部３０、プロセッサ３０２と、メインメモリ３０４と、入力部３０６と、出力部３０８と、ストレージ３１０と、外部ドライブ３１２、通信コントローラ３２０とを含む。これらのコンポーネントは、プロセッサバス３１８を介して接続されている。

【0030】

プロセッサ３０２は、ＣＰＵやＧＰＵなどで構成され、ストレージ３１０に記憶されたプログラム（一例として、ＯＳ３１０２およびプログラム３１０４）を読出して、メインメモリ３０４に展開して実行することができる。プロセッサ３０２では、入力部３０６で受け付けた三次元造形物１０の三次元データに対して、データ変換を行うプログラム３１０４が実行される。

【0031】

メインメモリ３０４は、ＤＲＡＭやＳＲＡＭなどの揮発性記憶装置などで構成される。ストレージ３１０は、例えば、ＨＤＤやＳＳＤなどの不揮発性記憶装置などで構成される。

【0032】

ストレージ３１０には、基本的な機能を実現するためのＯＳ３１０２に加えて、データ変換を行うプログラム３１０４などが記憶される。すなわち、プログラム３１０４は、受け付けた三次元造形物１０の三次元データを、三次元造形物１０の表面に立体形状２ａを繰り返し並べた所定のパターンを形成した三次元造形物１０の三次元データに変換する。

【0033】

入力部３０６は、キーボードやマウスなどで構成され、ユーザからの操作をさらに受け付けることができる。入力部３０６は、例えば、使用する粉末の平均粒子径の情報、複数のパターンにおいて立体形状２ａのサイズを変えながら何度か試作した結果に基づきユーザが選択した情報などを入力することができる。出力部３０８は、変換した三次元データに基づいて、ローラ３やレーザ光源４などを制御する制御信号を出力する。また、出力部３０８は、変換した三次元データ、立体形状２ａの形状、パターンなどを、粉末焼結積層造形装置５０に接続されたディスプレイなどを出力する。

【0034】

ユーザは、三次元造形物１０の表面に形成するパターンの立体形状２ａのサイズや形状などを変更して何度か試作を行い、手触りなどを評価して、最適なパターンを粉末焼結積層造形装置５０で選択することができる。また、ユーザは、使用する粉末の粒子そのものによるランダムな凹凸よりも形成したパターンによる凹凸の方が触感として支配的となるパターンが粉末焼結積層造形装置５０にあらかじめ設定されており、ユーザは設定されたパターンの中から、種々の立体形状２ａのサイズや形状を設定することができる。

【0035】

制御部３０は、外部ドライブ３１２を有しており、コンピュータが読取可能なプログラムを記憶した記録媒体（例えば、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光学記録媒体、ＵＳＢメモリ）から、その中に記憶されたプログラムが読取られてストレージ３１０などにインストールしてもよい。通信コントローラ３２０は、有線通信または無線通信を用いて、他の装置などとの間で信号を遣り取りする。粉末焼結積層造形装置５０は、データサーバなどとの間で通信コントローラ３２０を介してデータの遣り取りを行ったりしてもよい。

【0036】

制御部３０で実行されるプログラム３１０４などは、コンピュータ読取可能な記録媒体を介してインストールされてもよいが、ネットワーク上のサーバ装置などからダウンロードする形でインストールするようにしてもよい。また、制御部３０が提供する機能は、ＯＳが提供するモジュールの一部を利用する形で実現される場合もある。

【0037】

次に、粉末焼結積層造形装置５０が受け付けた三次元造形物１０の三次元データに対して、自動で三次元造形物１０の表面に立体形状２ａを繰り返し並べた所定のパターンを付加した三次元造形物１０の三次元データに変換する処理について詳しく説明する。図４は、実施の形態に従う三次元造形物を形成する製造装置に入力する三次元データを変換する方法を説明するフローチャートである。まず、制御部３０は、三次元造形物１０の三次元データを受け付ける（ステップＳ１０１）。

【0038】

次に、制御部３０は、使用する粉末の平均粒子径の情報、複数のパターンにおいて立体形状２ａのサイズを変えながら何度か試作した結果に基づきユーザが選択した情報などの入力を受け付けたか否かを判断する（ステップＳ１０２）。なお、制御部３０は、ユーザが選択した情報を入力することで、ユーザの好みの立体形状２ａのサイズを選択でき、造形材料の粒子そのものによるランダムな凹凸よりも、立体形状２ａを繰り返し並べた所定のパターンが人の手の感触として支配的になる種々のパターンや立体形状２ａのサイズを設定することができる。また、制御部３０は、造形材料の粒子径の情報、およびユーザが選択した立体形状２ａの情報のうち少なくとも一方の情報に基づいてパターンを決定することができればよい。

【0039】

粒子径の情報、ユーザが選択した情報などを受け付けた場合（ステップＳ１０２でＹＥＳ）、制御部３０は、受け付けた情報に基づき、三次元造形物１０の表面に形成するパターンを決定する（ステップＳ１０３）。粒子径の情報、ユーザが選択した情報などを受け付けていない場合（ステップＳ１０２でＮＯ）、制御部３０は、処理をステップＳ１０２に戻し、情報の入力を待つ。もちろん、制御部３０は、粒子径の情報、ユーザが選択した情報などが所定時間入力されない場合、三次元造形物１０の表面に形成するパターンをデフォルトのパターンとしてもよい。

【0040】

次に、制御部３０は、受け付けた三次元データにおいて三次元造形物１０の表面２のうち、立体形状２ａを繰り返し並べたパターンを形成する面を特定する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４で特定する面は、制御部３０が受け付けた三次元データから自動で特定してもよいし、受け付けた三次元データをディスプレイなどに表示させてユーザが手動で特定してもよい。また、ステップＳ１０４で特定する面は、三次元造形物１０の表面２のすべての面でもよいし、他の三次元造形物と接する面以外の面（最終製品で表面になる面）でもよい。もちろん、最終製品で表面になる面であっても、意匠性を優先して立体形状２ａを繰り返し並べたパターンを形成しないのであれば、ステップＳ１０４で当該面を特定しなくてもよい。なお、意匠性を優先して立体形状２ａを繰り返し並べたパターンを形成しない面は、ユーザが手動で特定することになる。

【0041】

制御部３０は、特定した面に決定したパターンで立体形状２ａを繰り返し並べた形状データを追加した三次元データに変換する（ステップＳ１０５）。制御部３０は、変換して三次元データを粉末焼結積層造形装置５０側に出力する（ステップＳ１０４）。粉末焼結積層造形装置５０は、変換して三次元データに基づき、表面２となる面に、立体形状２ａを繰り返し並べた所定のパターンを形成した三次元造形物１０を形成する。

【0042】

［三次元造形物の製造方法］
次に、三次元造形物１０を形成するための製造方法について、図を用いて説明する。図５は、実施の形態に従う三次元造形物１０を形成する製造方法を説明するための図である。図５では、粉末焼結積層造形法を用いて三次元造形物１０を形成する製造方法について説明する。

【0043】

まず、図５（ａ）に示すように、ローラ３で粉末２０を造形領域に設置する。次に、図５（ｂ）に示すように、三次元造形物１０の表面となる部分を形成するため、円柱状の突起である立体形状２ａを規則的に繰り返し並べたパターン形成する。具体的に、立体形状２ａを形成する部分の粉末２０に対してレーザ光６を照射するようにガルバノミラー５を駆動し、レーザ光６を照射した部分の粉末２０を焼結させる。

【0044】

さらに、図５（ｃ）に示すように、立体形状２ａの一部を形成した造形領域に、ローラ３で粉末２０を設置する。ローラ３で粉末２０を造形領域に設置し、レーザ光６を照射して粉末２０を焼結させる処理を来る返すことで、立体形状２ａが形成され、さらに、図５（ｄ）に示すように三次元造形物１０の一部が形成される。

【0045】

また、図５（ｅ）に示すように、三次元造形物１０の一部を形成した造形領域に、ローラ３で粉末２０を設置する。ローラ３で粉末２０を造形領域に設置し、レーザ光６を照射して粉末２０を焼結させる処理を来る返すことで、図５（ｆ）に示すように三次元造形物１０が完成する。

【0046】

［表面のパターン］
図１に示す三次元造形物１０では、円柱状の溝である立体形状２ａを繰り返し並べた所定のパターンが表面２に形成されると説明した。しかし、三次元造形物１０の表面に形成される立体形状は、円柱状の溝に限定されない。図６は、三次元造形物１０の表面に形成される異なる立体形状を示す図である。

【0047】

図６（ａ）に示すパターンは、三角柱状の溝である立体形状２ｂをマトリクス状に規則的に繰り返し並べたパターンである。具体的に、図６（ａ）に示す立体形状２ｂの大きさは、例えば、粉末の粒子が約５０μｍの場合、一辺の長さが約２５０μｍ、深さが約２５０μｍである。

【0048】

立体形状２ｂは、表面２が彫られたような三角柱状の溝に限定されず、逆に表面２から突き出た三角柱状の突起であってもよい。また、表面２に形成されるパターンは、全て三角柱状の溝である立体形状２ｂが複数並べられたパターンでも、全て三角柱状の突起である立体形状２ｂが複数並べられたパターンでも、三角柱状の溝である立体形状２ｂと三角柱状の突起である立体形状２ｂとが混在して複数並べられたパターンでもよい。

【0049】

図６（ｂ）に示すパターンは、立方体の一部が埋め込まれたような溝である立体形状２ｃをマトリクス状に規則的に繰り返し並べたパターンである。具体的に、図６（ｂ）に示す立体形状２ｃの大きさは、例えば、粉末の粒子が約５０μｍの場合、一辺の長さが約２５０μｍである。

【0050】

立体形状２ｃは、表面２が彫られたような溝に限定されず、逆に表面２から立方体の一部が突き出たような突起であってもよい。また、表面２に形成されるパターンは、全て溝である立体形状２ｃが複数並べられたパターンでも、全て突起である立体形状２ｃが複数並べられたパターンでも、溝である立体形状２ｃと突起である立体形状２ｃとが混在して複数並べられたパターンでもよい。

【0051】

上記の立体形状２ａ～立体形状２ｃの形状は一例であって、当該形状に限定されない。また、三次元造形物１０の表面２に形成される所定のパターンは、立体形状をマトリクス状に規則的に繰り返し並べたパターンに限定されず、例えば、一の方向には規則的に立体形状が複数並んでいるが、他の方向に不規則に立体形状が複数並んでいてもよい。また、三次元造形物１０の表面２に形成される所定のパターンは、複数の立体形状をある模様に並べ、その模様を繰り返すようなパターンなどでもよい。造形材料の粉末に起因する不規則な凹凸よりも、立体形状を繰り返し並べた形状の方が、人の手で三次元造形物１０の表面２を触ったときの感触として支配的になるパターンであれば、所定のパターンは、何れのパターンでもよい。

【0052】

三次元造形物の表面に形成する立体形状は１種類に限定されず、異なる複数種類の立体形状であってもよい。例えば、図６（ｃ）に示すパターンのように、立体形状が、円柱形状の溝である立体形状２ａ（第１の立体形状）と三角柱状の溝である立体形状２ｂ（第２の立体形状）と異なる２種類の形状を有していてもよい。三次元造形物の表面に形成する所定のパターンは、円柱形状の溝である立体形状２ａ（第１の立体形状）および三角柱状の溝である立体形状２ｂ（第２の立体形状）を規則的に繰り返し並べたパターンでもよい。

【0053】

図７は、三次元造形物の表面に形成されるさらに異なる立体形状を示す図である。図７（ａ）に示すパターンは、図中斜め方向に連なる嶺２ｄを規則的に繰り返し並べたパターンである。具体的に、図７（ａ）に示す嶺２ｄ（立体形状）の大きさは、例えば、粉末の粒子が約５０μｍの場合、深さが約２５０μｍである。

【0054】

嶺２ｄは、表面２から突き出た形状で、次の嶺２ｄまでになだらか傾斜した形状に限定されず、逆に表面２を削った崖であってもよい。また、嶺２ｄが連なる方向は、図７（ａ）に示す方向に限定されず、他の方向でもよい。

【0055】

図７（ｂ）に示すパターンは、六角柱状の溝である立体形状２ｅをハニカム状に規則的に繰り返し並べたパターンである。具体的に、図７（ｂ）に示す立体形状２ｅの大きさは、例えば、粉末の粒子が約５０μｍの場合、一辺の長さが約２５０μｍ、深さが約２５０μｍである。

【0056】

立体形状２ｅは、表面２が彫られたような六角柱状の溝に限定されず、逆に表面２から突き出た六角柱状の突起であってもよい。また、表面２に形成されるパターンは、全て六角柱状の溝である立体形状２ｅが複数並べられたパターンでも、全て六角柱状の突起である立体形状２ｅが複数並べられたパターンでも、六角柱状の溝である立体形状２ｅと六角柱状の突起である立体形状２ｅとが混在して複数並べられたパターンでもよい。

【0057】

図７（ｃ）に示すパターンは、三方向に広がる柱状の溝である立体形状２ｆを規則的に繰り返し並べたパターンである。具体的に、図７（ｃ）に示す立体形状２ｆの大きさは、例えば、粉末の粒子が約５０μｍの場合、一辺の長さが約２５０μｍ、深さが約２５０μｍである。

【0058】

立体形状２ｆは、表面２が彫られたような三方向に広がる柱状の溝に限定されず、逆に表面２から突き出た柱状の突起であってもよい。また、表面２に形成されるパターンは、全て三方向に広がる柱状の溝である立体形状２ｆが複数並べられたパターンでも、全て柱状の突起である立体形状２ｆが複数並べられたパターンでも、三方向に広がる柱状の溝である立体形状２ｆと突起である立体形状２ｆとが混在して複数並べられたパターンでもよい。

【0059】

［変形例］
図１に示す三次元造形物１０では、６面すべての表面２に立体形状２ａを繰り返し並べた所定のパターンが形成してある。しかし、６面すべての表面２に所定のパターンを形成しなくてもよい。図８は、変形例に従う三次元造形物１０ａの概略図である。図８に示す三次元造形物１０ａでは、図中上側の天面と図中下側の底面（図示せず）とに溝である立体形状２ｇを繰り返し並べた所定のパターンが形成し、他の面に立体形状２ａを繰り返し並べた所定のパターンが形成してある。立体形状２ｇは、一方向に延びる溝であり、当該溝の大きさは、粉末の粒子が約５０μｍの場合、幅が約２５０μｍ、深さが約２５０μｍで、隣の溝までの距離が約２５０μｍである。

【0060】

なお、立体形状２ｇは、表面２が彫られたような溝に限定されず、逆に表面２から突き出ており、一方向に延びる突起であってもよい。また、表面２に形成されるパターンは、全て溝である立体形状２ｇが複数並べられたパターンでも、全て突起である立体形状２ｇが複数並べられたパターンでも、溝である立体形状２ｇと突起である立体形状２ｇとが混在して複数並べられたパターンでもよい。

【0061】

図８では、６面のうち天面および底面の２面が他の面のパターンと異なるパターンを形成した三次元造形物１０ａを示した。そのため、天面および底面の２面が他の面と異なる肌触りとなる。また、天面および底面の２面が他の面より一つの方向に対して滑りやすくするなどの機能を付加することができる。なお、６面すべて異なるパターンを形成した三次元造形物であっても、６面のうち１面が異なるパターンを形成した三次元造形物であってもよい。もちろん、三次元造形物は、６面のうち、立体形状が複数並べられた所定のパターンが形成されない面があってもよい。

【0062】

次に、図５で説明した粉末焼結積層造形法を用いて三次元造形物１０を形成する製造方法とは異なる製造方法について説明する。図９は、三次元造形物を形成する製造方法の変形例を説明するための図である。図９では、造形材料の粉末を焼結するのでなく、粉末に溶融促進剤を加え熱で融合する造形方式で、表面２に所定のパターンを形成した三次元造形物を形成する製造方法について説明する。

【0063】

図９（ａ）では、既に三次元造形物１０を上面まで当該製造方法で形成した後、次に、三次元造形物１０の表面となる面に、立体形状２ａを繰り返し並べた所定のパターンを形成する工程を示している。まず、図示していないローラで粉末２０を、三次元造形物１０の表面を含む造形領域に設置する。次に、図９（ｂ）に示すように、溶解促進剤９ａと表面装飾剤９ｂとを高速噴射するヘッド９を走査させて、立体形状２ａを形成する部分の粉末２０に対して溶解促進剤９ａを噴射し、それ以外の部分の粉末２０に対して表面装飾剤９ｂを噴射する。

【0064】

図９（ｃ）において、ハッチングを付した粉末２０の部分が、溶解促進剤９ａが噴射された粉末２０の部分を示している。さらに溶解促進剤９ａを噴射した粉末２０の部分に、ヒータ１５（例えば、ハロゲンランプ）で熱を加えて粉末２０を溶融させる。ここで、粉末２０は、熱可塑性樹脂を用いている。なお、ヒータ１５は、造形物の表面の温度を測定する温度センサーからの測定結果に基づいて、加熱する温度を制御している。当該制御により、三次元造形物の微細な形状を造形することができる。

【0065】

図９（ｄ）に示すように、複数の立体形状２ａが三次元造形物１０の表面に形成され、三次元造形物１０の表面に立体形状２ａを繰り返し並べた所定のパターンを形成される。その後、ブラスト処理などで三次元造形物から粉末２０を剥離することで三次元造形物が完成する。なお、三次元造形物を形成する造形法について、粉末焼結積層造形法、造形材料に溶融促進剤を加えて加熱する造形方式について説明したが、粉末を造形材料として三次元造形物を形成する造形法であれば何れの造形法でもよい。

【0066】

上述の実施の形態では、粉末焼結積層造形装置５０が受け付けた三次元造形物１０の三次元データに対して、自動で三次元造形物１０の表面に立体形状２ａを繰り返し並べた所定のパターンを付加した三次元造形物１０の三次元データに変換すると説明した。しかし、粉末焼結積層造形装置５０は、三次元データを変換せず、受け付けた三次元データに基づいて三次元造形物１０を形成する際に、三次元造形物１０の表面のうち、立体形状２ａを繰り返し並べた所定のパターンを形成する面を特定し、特定した面に対して所定のパターンを追加して形成してもよい。具体的に、三次元造形物１０を形成する際、三次元造形物１０の表面に所定のパターンを追加して形成する製造方法について説明する。図１０は、変形例に係る三次元造形物を形成する製造方法を説明するフローチャートである。まず、制御部３０は、三次元造形物１０の三次元データを受け付ける（ステップＳ２０１）。

【0067】

次に、制御部３０は、使用する粉末の平均粒子径の情報、複数のパターンにおいて立体形状２ａのサイズを変えながら何度か試作した結果に基づきユーザが選択した情報などの入力を受け付けたか否かを判断する（ステップＳ２０２）。なお、制御部３０は、ユーザが選択した情報を入力することで、ユーザの好みの立体形状２ａのサイズを選択でき、造形材料の粒子そのものによるランダムな凹凸よりも、立体形状２ａを繰り返し並べた所定のパターンが人の手の感触として支配的になる種々のパターンや立体形状２ａのサイズを設定することができる。

【0068】

粒子径の情報、ユーザが選択した情報などを受け付けた場合（ステップＳ２０２でＹＥＳ）、制御部３０は、受け付けた情報に基づき、三次元造形物１０の表面に形成するパターンを決定する（ステップＳ２０３）。粒子径の情報、ユーザが選択した情報などを受け付けていない場合（ステップＳ２０２でＮＯ）、制御部３０は、処理をステップＳ１０２に戻し、情報の入力を待つ。もちろん、制御部３０は、粒子径の情報、ユーザが選択した情報などが所定時間入力されない場合、三次元造形物１０の表面に形成するパターンをデフォルトのパターンとしてもよい。

【0069】

次に、制御部３０は、受け付けた三次元データに基づき三次元造形物１０を形成する場合に、形成する部分が三次元造形物１０の表面か否かを判断する（ステップＳ２０４）。形成する部分が三次元造形物１０の表面でない場合（ステップＳ２０４でＮＯ）、制御部３０は、三次元データに基づき三次元造形物１０を形成する（ステップＳ２０５）。

【0070】

形成する部分が三次元造形物１０の表面である場合（ステップＳ２０４でＹＥＳ）、制御部３０は、決定したパターンで立体形状２ａを繰り返し並べた形状を三次元造形物１０の表面に形成する（ステップＳ２０６）。制御部３０は、受け付けた三次元データに基づく三次元造形物１０をすべて形成し、形成処理を終了してもよいか否かを判断する（ステップＳ２０７）。形成処理を終了してもよいと判断しない場合（ステップＳ２０７でＮＯ）、制御部３０は、処理をステップＳ２０４に戻し、三次元造形物１０の形成処理を継続する。一方、形成処理を終了してもよいと判断した場合（ステップＳ２０７でＹＥＳ）、制御部３０は、三次元造形物１０の形成処理を終了する。

【0071】

［態様］
上述した実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

【0072】

（第１項）
一態様に係る三次元造形物を形成する製造方法は、粉末を造形材料として三次元造形物を形成する製造方法であって、三次元造形物の三次元データを受け付ける工程と、受け付けた三次元データにおいて三次元造形物の表面のうち、立体形状を繰り返し並べた所定のパターンを形成する面を特定する工程と、特定した面に所定のパターンを形成する形状データを三次元データに追加する工程と、形状データを追加した三次元データに基づき、造形材料を用いて三次元造形物を形成する工程と、を含む。

【0073】

第１項に記載の三次元造形物を形成する製造方法によれば、表面に立体形状を繰り返し並べた所定のパターンを形成するので、表面の不規則なザラザラした感じが緩和され、肌触りの良い表面を有する三次元造形物を形成することができる。また、当該製造方法によれば、表面に立体形状を繰り返し並べた所定のパターンを形成した三次元造形物として一体として形成されるので、製造コストを増加させず、困難な作業を生じさせない。

【0074】

（第２項）
別の一態様に係る三次元造形物を形成する製造方法は、粉末を造形材料として三次元造形物を形成する製造方法であって、三次元造形物の三次元データを受け付ける工程と、受け付けた三次元データに基づき、造形材料を用いて三次元造形物を形成する工程と、受け付けた三次元データにおいて三次元造形物の表面のうち、立体形状を繰り返し並べた所定のパターンを形成する面を特定する工程と、特定した面に所定のパターンを形成する工程と、を含む。

【0075】

第１項に記載の三次元造形物を形成する製造方法によれば、表面に立体形状を繰り返し並べた所定のパターンを形成するので、表面の不規則なザラザラした感じが緩和され、肌触りの良い表面を有する三次元造形物を形成することができる。また、当該製造方法によれば、三次元造形物を形成する工程と、立体形状を繰り返し並べた所定のパターンを形成する工程とは、同じ造形法で行われるので、製造コストを増加させず、困難な作業を生じさせない。

【0076】

（第３項）
第１項または第２項に記載の三次元造形物を形成する製造方法であって、立体形状の一辺の長さは、造形材料の粒子径以上で、指の直径の１／３以下である。

【0077】

第３項に記載の三次元造形物を形成する製造方法によれば、立体形状の一辺の長さは、造形材料の粒子径以上で、指の直径の１／３以下であるので、表面の不規則なザラザラした感じが緩和され、肌触りの良い三次元造形物の表面を形成できる。

【0078】

（第４項）
第１項～第３項のいずれか１項に記載の三次元造形物を形成する製造方法であって、造形材料の粒子径の情報、およびユーザが選択した立体形状の情報のうち少なくとも一方の情報に基づいて所定のパターンを決定する工程をさらに含む。

【0079】

第４項に記載の三次元造形物を形成する製造方法によれば、造形材料の粒子径の情報、およびユーザが選択した立体形状の情報のうち少なくとも一方の情報に基づいて、三次元造形物の表面に形成する立体形状のパターンを決定することができる。

【0080】

（第５項）
第１項～第４項のいずれか１項に記載の三次元造形物を形成する製造方法であって、所定のパターンは、同じ形状の立体形状を繰り返し並べたパターンである。

【0081】

第５項に記載の三次元造形物を形成する製造方法によれば、所定のパターンが、同じ形状の立体形状を繰り返し並べたパターンので、表面の不規則なザラザラした感じが緩和され、肌触りの良い三次元造形物の表面を形成できる。

【0082】

（第６項）
第１項～第４項のいずれか１項に記載の三次元造形物を形成する製造方法であって、立体形状は、形状の異なる第１の立体形状と第２の立体形状とを有し、所定のパターンは、第１の立体形状および第２の立体形状を規則的に繰り返し並べたパターンである。

【0083】

第６項に記載の三次元造形物を形成する製造方法によれば、多様なパターンを三次元造形物の表面を形成できる。

【0084】

（第７項）
第１項～第６項のいずれか１項に記載の三次元造形物を形成する製造方法であって、所定のパターンは、三次元造形物の表面のすべての面で同じである。

【0085】

第７項に記載の三次元造形物を形成する製造方法によれば、三次元造形物の表面のすべての面で同じ肌触りにすることができる。

【0086】

（第８項）
第１項～第６項のいずれか１項に記載の三次元造形物を形成する製造方法であって、所定のパターンは、三次元造形物の表面のうち少なくとも１つの面でパターンが異なる。

【0087】

第８項に記載の三次元造形物を形成する製造方法によれば、三次元造形物の表面のうち少なくとも１つの面で異なる肌触りにすることができる。

【0088】

（第９項）
第１項～第８項のいずれか１項に記載の三次元造形物を形成する製造方法であって、立体形状の大きさは、造形材料の粒子径の５倍以上～１５０倍以下である。

【0089】

第９項に記載の三次元造形物を形成する製造方法によれば、人の手で表面を触ったときの感触が、立体形状に基づく形状の方がより支配的になる。

【0090】

（第１０項）
第１項～第９項のいずれか１項に記載の三次元造形物を形成する製造方法であって、造形法は、粉末焼結積層造形法、または造形材料に溶融促進剤を加えて加熱する造形方式を用いる。

【0091】

第１０項に記載の三次元造形物を形成する製造方法によれば、異方性が少なく、強度が優れている三次元造形物を形成することができる。

【0092】

（第１１項）
一態様に係るプログラムは、粉末の造形材料を用いて三次元造形物を形成する製造装置で受け付ける三次元データを変換するプロセッサで実行されるプログラムであって、三次元造形物の三次元データを受け付けるステップと、受け付けた三次元データにおいて三次元造形物の表面のうち、立体形状を繰り返し並べた所定のパターンを形成する面を特定するステップと、特定した面に所定のパターンを形成する形状データを三次元データに追加するステップと、を含む。

【0093】

第１１項に記載のプログラムによれば、表面に立体形状を繰り返し並べた所定のパターンを形成する三次元データに変換するので、表面の不規則なザラザラした感じが緩和され、肌触りの良い表面を有する三次元造形物を形成することができる。

【0094】

（第１２項）
別の一態様に係るプログラムは、粉末の造形材料を用いて三次元造形物を形成する製造装置を制御するプロセッサで実行されるプログラムであって、三次元造形物の三次元データを受け付けるステップと、受け付けた三次元データに基づき、造形材料を用いて三次元造形物を形成するステップと、を含み、三次元造形物を形成するステップは、三次元データにおいて三次元造形物の表面のうち、立体形状を繰り返し並べた所定のパターンを形成する面を特定するステップと、特定した面に所定のパターンを形成するステップと、を含む。

【0095】

第１２項に記載のプログラムによれば、三次元造形物の表面に立体形状を繰り返し並べた所定のパターンを形成するので、表面の不規則なザラザラした感じが緩和され、肌触りの良い表面を有する三次元造形物を形成することができる。

【0096】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0097】

２ 表面、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 立体形状、３ ローラ、４ レーザ光源、５ ガルバノミラー、６ レーザ光、７ 造形領域、８ 容器、９ ヘッド、９ａ 溶解促進剤、９ｂ 表面装飾剤、１０，１０ａ 三次元造形物、１１，１２ ピストン、１５ ヒータ、２０ 粉末、５０ 粉末焼結積層造形装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】