CN112238614A - 三维造型物的制造方法及三维造型装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及三维造型物的制造方法及三维造型装置。该制造方法具备：(A)生成第一造型数据的工序，该第一造型数据包括形成三维造型物的外壳形状的第一喷出路径的信息以及确定第一喷出路径的线宽的信息；(B)生成第二造型数据的工序，该第二造型数据包括对作为外壳形状的内侧部分的填充区域进行填埋的第二喷出路径的信息以及用于确定第二喷出路径的线宽的信息；以及(C)按照第一造型数据及第二造型数据对三维造型物进行造型的工序。在工序(B)中，生成表示多个多边形的路径作为第二喷出路径，从沿着填充区域的最外周的形状到填充区域的中央区域的形状为止，该多个多边形的路径的大小呈阶段性变化。

Description

三维造型物的制造方法及三维造型装置
技术领域
本发明涉及三维造型物的制造方法及三维造型装置。
背景技术
关于三维造型物的制造方法，例如在专利文献1中记载了按照用于构建三维造型物的各层的构建路径使进行造型材料的挤出的喷嘴移动的内容。在构建路径中包括周边路径以及配置于周边路径的内部的大块栅格(bulk raster)路径。
专利文献1：日本特表2009-525207号公报
发明内容
在专利文献1中，将无法利用大块栅格路径来填埋的区域确定为空隙区域，并在该空隙区域中生成追加的残留路径，从而抑制间隙的发生。但期待的是生成整体路径，使得根本上不发生成为生成残留路径的对象的空隙区域。
根据本发明的一个方式，提供一种使造型材料从喷出部喷出而制造三维造型物的三维造型物的制造方法。该制造方法的特征在于，包括：(A)生成第一造型数据的工序，所述第一造型数据包括形成所述三维造型物的外壳形状的第一喷出路径的信息以及确定所述第一喷出路径的线宽的信息；(B)生成第二造型数据的工序，所述第二造型数据包括对作为所述外壳形状的内侧部分的填充区域进行填埋的第二喷出路径的信息以及用于确定所述第二喷出路径的线宽的信息；以及(C)按照所述第一造型数据及所述第二造型数据对所述三维造型物进行造型的工序，在所述工序(B)中，生成表示多个多边形的路径作为所述第二喷出路径，从沿着所述填充区域的最外周的形状到所述填充区域的中央区域的形状为止，所述多个多边形的路径的大小呈阶段性变化。
附图说明
图1是示出第一实施方式中的三维造型装置的示意性结构的说明图。
图2是示出平头螺钉的下表面侧的示意性结构的立体图。
图3是示出螺钉对置部的上表面侧的示意性俯视图。
图4是示意性地示出对三维造型物进行造型的样子的概要图。
图5是示出三维造型物的制造方法的工序图。
图6是第二造型数据生成处理的流程图。
图7是示出外切形状的例子的图。
图8是示出使外切形状阶段性缩小的样子和中央区域的图。
图9是示出中间形状的生成方法的说明图。
图10是示出第二喷出路径的图。
图11是示出三维造型物的其它形状的图。
图12是示出三维造型物的其它形状的图。
图13是示出在第二实施方式中所生成的第一喷出路径及第二喷出路径的图。
附图标记说明
20…材料供给部、22…连通路、30…造型材料生成部、31…螺钉套、32…驱动电机、40…平头螺钉、42…槽部、43…凸条部、44…材料流入口、46…中央部、47…上表面、48…下表面、50…螺钉对置部、52…螺钉相对面、54…导向槽、56…连通孔、58…加热器、60…喷出部、61…喷嘴、62…喷出口、65…流路、70…开闭机构、72…驱动轴、73…阀体、74…阀驱动部、100…三维造型装置、101…控制部、102…数据生成部、110…造型部、210…工作台、211…面、230…移动机构、CA…中央区域、IA…填充区域、LP…线状部位、M…电机、ML…层、MM…造型材料、MR…原材料、RS0…外切形状、RS1～RS3…矩形形状、RT1…第一喷出路径、RT2…第二喷出路径、AR1…第一连接路径、AR2…第二连接路径、OS…外壳形状。
具体实施方式
A.第一实施方式：
图1是示出第一实施方式中的三维造型装置100的示意性结构的说明图。在图1中示出了表示相互正交的X、Y、Z方向的箭头。X方向及Y方向是与水平面平行的方向，Z方向是与重力方向相反的方向。在其它图中，表示X、Y、Z方向的箭头也以图示的方向与图1对应的方式适当示出。在下面的说明中，在确定方向时，正的方向为“+”，负的方向为“－”，在方向标记中合并使用正负的符号。
三维造型装置100具备：控制部101，对三维造型装置100进行控制；造型部110，生成并喷出造型材料；造型用的工作台210，成为三维造型物的基台；以及移动机构230，对造型材料的喷出位置进行控制。
造型部110在控制部101的控制下将使固体状态的材料熔融成糊状的造型材料喷出至工作台210上。造型部110具备：转化成造型材料前的材料的供给源即材料供给部20；造型材料生成部30，使材料向造型材料转化；以及喷出部60，喷出造型材料。
材料供给部20向造型材料生成部30供给用于生成造型材料的原材料MR。材料供给部20例如由容纳原材料MR的料斗(hopper)构成。材料供给部20在下方具有排出口。该排出口经由连通路22与造型材料生成部30连接。原材料MR以颗粒、粉末等方式被投入材料供给部20。在本实施方式中，使用颗粒状的ABS树脂的材料。
造型材料生成部30使材料供给部20所供给的原材料MR熔融而生成表现出流动性的糊状的造型材料，并导入喷出部60。造型材料生成部30具有螺钉套31、驱动电机32、平头螺钉40以及螺钉对置部50。
图2是示出平头螺钉40的下表面48侧的示意性结构的立体图。为易于技术上的理解，以将图1所示的上表面47和下表面48的位置关系在铅垂方向上成为反向的状态来示出图2所示的平头螺钉40。图3是示出螺钉对置部50的上表面52侧的示意性俯视图。平头螺钉40具有沿着其中心轴的方向即轴线方向上的高度小于直径的大致圆柱状。平头螺钉40配置成作为其旋转中心的旋转轴RX与Z方向平行。
平头螺钉40收纳于螺钉套31内。平头螺钉40的上表面47侧连结于驱动电机32，平头螺钉40基于驱动电机32所产生的旋转驱动力而在螺钉套31内旋转。驱动电机32在控制部101的控制下被驱动。
在平头螺钉40的与旋转轴RX相交的面即下表面48形成有槽部42。上述材料供给部20的连通路22从平头螺钉40的侧面与该槽部42连通。如图2所示，在本实施方式中，槽部42被凸条部43隔开而形成了3个槽部。需要指出，槽部42的数量不限于3个，也可以是1个，也可以是2个以上。
平头螺钉40的下表面48面对螺钉对置部50的上表面52，在平头螺钉40的下表面48的槽部42与螺钉对置部50的上表面52之间形成空间。在造型部110中，在平头螺钉40与螺钉对置部50之间的该空间中，从材料供给部20向图2所示的材料流入口44供给原材料MR。
在螺钉对置部50埋入有加热器58，该加热器58用于对供给至正在旋转的平头螺钉40的槽部42内的原材料MR进行加热。在螺钉相对面52形成有多个导向槽54，多个导向槽54与连通孔56连接并从连通孔56朝向外周呈漩涡状延伸。供给至平头螺钉40的槽部42内的原材料MR在槽部42内熔融，同时通过平头螺钉40的旋转而沿着槽部42流动，并被作为造型材料导入至平头螺钉40的中央部46。流入中央部46且表现出流动性的糊状的造型材料经由设置于图3所示的螺钉对置部50的中心的连通孔56供给至喷出部60。需要指出，在造型材料中也可以为并非构成造型材料的所有种类的物质熔融。造型材料只要是构成造型材料的物质中的至少一部分种类的物质熔融从而转化为整体上具有流动性的状态即可。
喷出部60具有：喷嘴61，喷出造型材料；造型材料的流路65，设置于平头螺钉40和喷嘴61之间；以及开闭机构70，对流路65进行开闭。喷嘴61通过流路65与螺钉对置部50的连通孔56连接。喷嘴61使在造型材料生成部30中生成的造型材料从前端的喷出口62朝向工作台210喷出。
开闭机构70对流路65进行开闭，以控制造型材料从喷嘴61的流出。在第一实施方式中，开闭机构70由蝶形阀构成。开闭机构70具备：向一个方向延伸的轴状部件即驱动轴72；阀体73，通过驱动轴72的旋转而旋动；以及阀驱动部74，产生驱动轴72的旋转驱动力。
驱动轴72以与造型材料的流动方向相交的方式安装于流路65的中途部分。更具体而言，驱动轴72以与垂直于流路65内的造型材料的流通方向的方向即Y方向平行的方式安装。驱动轴72能够以沿着Y方向的中心轴为中心旋转。
阀体73是在流路65内旋转的板状部件。在第一实施方式中，阀体73是通过将配置于驱动轴72的流路65内的部位加工成板状而形成的。在与阀体73的板面垂直的方向观察阀体73时的形状与阀体73所配置的部位中的流路65的开口形状大致一致。
阀驱动部74在控制部101的控制下使驱动轴72旋转。阀驱动部74例如由步进电机构成。阀体73通过驱动轴72的旋转在流路65内旋转。
使阀体73的板面垂直于流路65中的造型材料的流通方向的状态是流路65关闭的状态。在该状态下，切断造型材料从流路65向喷嘴61的流入，并停止从喷出口62流出造型材料。若阀体73的板面通过驱动轴72的旋转而自上述垂直的状态起进行旋转，则允许造型材料从流路65向喷嘴61的流入，并从喷出口62流出与阀体73的旋转角度相应的喷出量的造型材料。如图1所示，沿着流路65中的造型材料的流通方向的状态是流路65完全打开的状态。在该状态下，来自喷出口62的每单位时间内的造型材料的喷出量最大。这样，开闭机构70能够实现造型材料的流出的ON/OFF(开/关)，并且能够实现造型材料的喷出量的调节。
工作台210配置在与喷嘴61的喷出口62相对的位置。在第一实施方式中，与喷嘴61的喷出口62相对的工作台210的面211配置成与X、Y方向即水平方向平行。如后面所述，三维造型装置100在造型处理中，通过从喷出部60朝向工作台210的面211喷出造型材料而对层进行层叠，从而对三维造型物进行造型。
移动机构230使工作台210和喷嘴61的相对位置发生变化。在第一实施方式中，喷嘴61的位置固定，移动机构230使工作台210移动。移动机构230由三轴定位器构成，该三轴定位器通过三个电机M的驱动力而使工作台210在X、Y、Z方向的三个轴方向上移动。移动机构230在控制部101的控制下使喷嘴61和工作台210的相对的位置关系变更。在本说明书中，除非另有限定，喷嘴61的移动是指使喷嘴61相对于工作台210相对移动。
需要指出，在其它实施方式中，也可以采用在工作台210的位置被固定的状态下移动机构230使喷嘴61相对于工作台210移动的结构来代替通过移动机构230使工作台210移动的结构。另外，也可以采用通过移动机构230使工作台210向Z方向移动并使喷嘴61向X、Y方向移动的结构；或通过移动机构230使工作台210向X、Y方向移动并使喷嘴61向Z方向移动的结构。在这些结构中，也能够使喷嘴61和工作台210相对的位置关系变更。
控制部101是对三维造型装置100整体的动作进行控制的控制装置。控制部101由计算机构成，该计算机具备一个或多个处理器、主存储装置以及与外部进行信号的输入输出的输入输出接口。控制部101通过处理器执行读入主存储装置的程序或指令，除了发挥作为数据生成部102的功能，还发挥各种功能。控制部101也可以由组合有用于实现各功能的至少一部分的多个电路的结构来实现，以代替由计算机构成。
数据生成部102生成用于通过移动机构230使喷出部60移动的造型数据。控制部101按照由数据生成部102生成的造型数据，对移动机构230以及包括开闭机构70及喷出部60的造型部110进行控制，而在工作台210上对三维造型物进行造型。
数据生成部102使用表示三维造型物的形状的三维CAD数据等形状数据来进行造型数据的生成。造型数据包括第一造型数据和第二造型数据。第一造型数据包括：第一喷出路径的信息，第一喷出路径形成三维造型物的外壳形状；以及确定第一喷出路径的线宽的信息。第二造型数据包括：第二喷出路径的信息，第二喷出路径对作为三维造型物的外壳形状的内侧部分的填充区域进行填埋；以及用于确定第二喷出路径的线宽的信息。线宽是指喷出至工作台210上的造型材料的粗度。
在本实施方式中，用于确定各喷出路径的线宽的信息是表示喷出部60的移动速度及造型材料的喷出量中至少一种信息。将造型材料的喷出量设为固定，若减缓喷出部60的移动速度，则线宽变粗；若加快移动速度，则线宽变细。另外，将喷出部60的移动速度设为固定，若增大造型材料每单位面积的喷出量，则线宽变粗；若减少喷出量，则线宽变细。造型材料的喷出量也可以以每单位面积的喷出量来表示，对于构成各喷出路径的多边形的一所对应的每个通道(パス)，也可以以绝对量来表示喷出量。
图4是示意性地示出在三维造型装置100中对三维造型物造型的样子的概要图。如上所述，在三维造型装置100中，在造型材料生成部30中使供给至正在旋转的平头螺钉40的槽部42的固体状态的原材料MR熔融，而生成造型材料MM。控制部101在保持工作台210的面211和喷嘴61的距离的状态下，在沿着工作台210的面211的方向上改变喷嘴61相对于工作台210的位置，同时使造型材料MM从喷嘴61喷出。从喷嘴61喷出的造型材料MM在喷嘴61的移动方向上连续堆积下去。通过这样的喷嘴61的扫描，对作为沿着喷嘴61的扫描路径呈线状延伸的造型部位即线状部位LP进行造型。
控制部101重复上述喷嘴61的扫描而形成层ML。控制部101形成一个层ML后，使喷嘴61相对于工作台210的位置向Z方向移动。然后，通过在目前为止所形成的层ML上进一步堆叠层ML而对三维造型物进行造型。
控制部101例如当完成了一层份的层ML的堆积时使喷嘴61向Z方向移动时或者对不连续的通道进行造型时等，有时会暂时中断从喷嘴61喷出造型材料。在该情况下，通过开闭机构70的阀体73来阻塞流路65，从而停止从喷出口62喷出造型材料MM。控制部101使喷嘴61的位置变更后由开闭机构70的阀体73打开流路65，从而从变更后的喷嘴61的位置再次开始堆积造型材料MM。根据三维造型装置100，通过开闭机构70能够容易控制基于喷嘴61的造型材料MM的堆积位置。
图5是示出三维造型物的制造方法的工序图。首先，在步骤S10中，数据生成部102对从外部输入的三维造型物的造型数据亦即三维CAD数据进行分析，生成将三维造型物沿着XY平面切分成多个层的层数据。层数据是表示各XY平面上的三维造型物的外壳的数据。
在步骤S20中，数据生成部102执行用于生成第一造型数据的第一造型数据生成处理。如同前述，第一造型数据是指包括形成三维造型物的外壳形状的第一喷出路径的信息和确定第一喷出路径的线宽的信息的数据。第一喷出路径是与层数据所表示的三维造型物的外壳的内侧相接的多边形的路径。在本实施方式中，在第一喷出路径的线宽中，对于第一喷出路径所表示的多边形的所有边设定为相同线宽。在本实施方式中，设定基本线宽作为第一喷出路径的线宽。基本线宽是指预先规定的线宽，例如等于喷出口62的直径。数据生成部102不仅可以由三维造型物的外壳的内侧一圈份来构成第一喷出路径，还可以由内侧两圈份以上的路径来构成第一喷出路径。第一喷出路径的圈数能够任意地设定。
在步骤S30中，数据生成部102执行用于生成第二造型数据的第二造型数据生成处理。如同前述，第二造型数据是指包括对填充区域进行填埋的第二喷出路径的信息以及用于确定第二喷出路径的线宽的信息的数据。填充区域是指由上述第一喷出路径表示的外壳形状的内侧部分的区域。对于第二造型数据的具体的生成方法，在后面进行描述。
在步骤S40中，数据生成部102判断是否对所有的层数据完成了以上的处理。若尚未对所有的层数据结束处理，则数据生成部102对后续的层数据重复步骤S20及步骤S30的处理。
当对所有的层数据完成了第一造型数据及第二造型数据的生成时，控制部101在步骤S50中按照基于目前为止的处理所生成的各层的第一造型数据及第二造型数据，对造型部110及移动机构230进行控制而对三维造型物进行造型。具体而言，控制部101在对位于最下层的第一个层使用该层的第一造型数据而对外壳形状进行造型后，使用该层的第二造型数据进行填充区域的造型。然后，使喷嘴61相对于工作台210相对地向+Z方向移动一层份的量，并对第二个层使用该层的第一造型数据而对外壳形状进行造型后，使用该层的第二造型数据进行填充区域的造型。控制部101通过这样对所有的层的外壳形状及填充区域依次进行造型。通过上面所说明的一系列的处理，制造出三维造型物。
图6是第二造型数据生成处理的流程图。首先，在步骤S32中，数据生成部102确定与填充区域外切的矩形形状。下面，将与填充区域外切的矩形形状称为“外切形状”。
图7是示出外切形状RS0的例子的图。在图7中，示出四个边中的一个边朝向外侧呈扇状突出的大致矩形状的外壳形状OS和其内侧部分的填充区域IA。填充区域IA的外周的形状是多边形。在图7中，以虚线示出与填充区域IA外切的外切形状RS0。
在图6所示的步骤S34中，数据生成部102通过对步骤S32中确定的外切形状RS0进行阶段性缩小，求出最内周的矩形形状，将其最内周的矩形形状即长方形的形状确定为形成填充区域IA的中央区域的形状。
图8是示出将外切形状RS0阶段性地缩小的样子和中央区域CA的图。在图8所示的例子中，通过将外切形状RS0进行三个阶段的缩小，来确定两个中间的矩形形状RS1、RS2和形成中央区域CA的矩形形状RS3。进行阶段性缩小的间隔例如可以设为在由喷出部60能够造型的线宽的范围内且将外切形状RS0的短边的长度除以短边的长度的偶数分之一的大小后的值。中央区域CA是填充区域IA的一部分，且是在对中央区域CA进行造型时在其中心未产生间隙的大小的区域。
在图6所示的步骤S36中，数据生成部102进行中间形状的生成。中间形状是指从填充区域IA的最外周到中央区域CA为止的喷出路径的形状。
图9是示出中间形状的生成方法的说明图。首先，数据生成部102求出从表示填充区域IA的最外周的多边形的各顶点到形成中央区域CA的矩形形状RS3的直线L1～L9。更详细地，数据生成部102在形成中央区域CA的矩形形状RS3的各边中，确定与表示填充区域IA的最外周的多边形的各顶点对应的对应点，分别求出通过这些对应点和多边形的各顶点的直线，从而求出从表示填充区域IA的最外周的多边形的各顶点到形成中央区域CA的矩形形状RS3的直线L1～L9。在这样求出直线L1～L9后，数据生成部102在各直线L1～L9上等间隔地确定与上述步骤S34中使外切形状RS0缩小的阶段数相当的数量的坐标。然后，连接各直线L1～L9上的与缩小的各阶段对应的坐标，从而生成中间形状MF。该中间形状MF包括多个多边形，该多个多边形的大小从沿着填充区域IA的最外周的形状到填充区域IA的中央区域CA的形状为止呈阶段性变化。
在图6所示的步骤S38中，数据生成部102基于通过上述步骤S36生成的中间形状MF，来生成第二造型数据。具体而言，数据生成部102将沿着多个多边形的路径作为第二喷出路径记录于第二造型数据，其中，多个多边形的大小从沿着填充区域IA的最外周的形状到填充区域IA的中央区域CA的形状为止呈阶段性变化。
图10是示出第二喷出路径的图。图10所示的各箭头示意性表示构成第二喷出路径的通道。在本实施方式中，数据生成部102根据在中间形状所包括的多个多边形之中相邻的多边形之间相对的边之间的间隔，来设定用于形成多边形的各边的线宽，从而将确定第二喷出路径的线宽的信息记录于第二造型数据。具体而言，在相邻的多边形之间，若到相对的边的距离大于标准线宽，则数据生成部102使线宽大于标准线宽，若该距离小于标准线宽，则数据生成部102使线宽小于标准线宽。线宽的大小的阶段数优选为包括标准线宽在内的两个阶段以上，更优选为三个阶段以上。数据生成部102也可以根据在相邻的多边形之间相对的边之间的间隔，使标准线宽无阶段地变更。
根据上面所说明的本实施方式的三维造型物的制造方法，生成表示多个多边形的路径作为用于填埋三维造型物的外壳形状的内侧部分即填充区域IA的路径，该多个多边形的路径的大小从沿着填充区域的最外周的形状到填充区域IA的中央区域CA的形状为止呈阶段性变化。因此，能够以不产生空隙的方式生成整体的路径。其结果为能够提高三维造型物的强度。
另外，在本实施方式中，将填充区域IA所包含的中央区域CA的形状设为长方形。因此，能够生成更不易产生间隙的路径。
另外，在本实施方式中，根据在构成第二喷出路径的多个多边形中相邻的多边形之间相对的边之间的间隔，来设定用于形成各多边形的各边的线宽。因此，能够生成更不易产生间隙的路径。
另外，在本实施方式中，通过对与填充区域IA外切的矩形形状进行阶段性缩小来设定中央区域CA，生成从表示填充区域IA的最外周的多边形到中央区域CA为止的第二造型数据。因此，能够通过简易的处理而有效地生成第二造型数据。
需要指出，在本实施方式中，生成了对如图7所示的四个边中的一个边朝向外侧呈扇状突出的大致矩形状的填充区域进行填埋的路径数据。但是，作为路径数据的生成对象的形状不限于这种形状。即使形状复杂，只要能够生成表示从与其形状外切的矩形形状到中央区域的形状为止大小呈阶段性变化的多个多边形的路径，且能够将线宽设定为在各多边形之间不产生间隙，则能够针对如图11或图12所示的各种形状生成用于填埋填充区域的路径数据。
B.第二实施方式：
图13是示出在第二实施方式中生成的第一喷出路径RT1及第二喷出路径RT2的图。第二实施方式中的三维造型装置100的装置结构与第一实施方式相同。因此，省略对于三维造型装置100的说明。
在上述第一实施方式中，形成三维造型物的外壳形状的第一喷出路径与填埋填充区域的第二喷出路径是分别独立的路径。因此，这些路径分别单独进行造型。与之相对，在第二实施方式中，通过如图13所示将第一喷出路径RT1和第二喷出路径RT2设为连续的路径，以连续形成的方式对它们进行造型。具体而言，数据生成部102在图6所示的第二造型数据生成处理的步骤S36中，将第二喷出路径RT2的起点设定在第一喷出路径RT1的终点附近的位置，如图13所示，追加使它们连接的第一连接路径AR1。这样一来，能够不停止从喷嘴61喷出造型材料，而连续形成第一喷出路径RT1和第二喷出路径RT2。其结果为能够有效地制造三维造型物。
另外，在第一实施方式中，用于形成填充区域的第二喷出路径由多个独立的多边形表示，对这些多边形分别单独进行造型。但是，在第二实施方式中，将第二喷出路径所包括的多个多边形由连续的路径来表示。具体而言，数据生成部102在图6的步骤S36中生成用于填埋填充区域的中间形状后，如图13所示，对中间形状所包括的多个多边形分别将起点和终点设定于附近，并追加使它们连接的第二连接路径AR2。这样一来，能够通过连续的路径表示多个多边形。若通过连续的路径表示多个多边形，则能够不停止从喷嘴61喷出造型材料，而以一笔下来的要领对填充区域造型，因此能够有效地制造三维造型物。
需要指出，在第二实施方式中，使第一喷出路径RT1和第二喷出路径RT2连续，进而也使第二喷出路径所包括的多个多边形连续。与之相对，也可以设为使第一喷出路径RT1和第二喷出路径RT2连续，而使第二喷出路径所包括的多个多边形不连续。另外，也可以设为使第一喷出路径RT1和第二喷出路径RT2不连续，而使第二喷出路径所包括的多个多边形连续。
C.其它实施方式：
(C－1)在上述实施方式中，造型部110通过平头螺钉40使材料塑化。与之相对，造型部110例如也可以通过使螺旋状的直列螺钉(インラインスクリュー)旋转而使材料塑化。另外，作为造型部110，也可以采用在FDM(熔融沉积成型)中使用的头部。
(C－2)在上述实施方式中，开闭机构70也可以由使用了使活塞向流路65内突出而阻塞流路65的柱塞的机构或使用了在与流路65相交的方向上移动而阻塞流路65的挡板的机构构成。开闭机构70也可以由组合上述实施方式的蝶形阀、上述的挡板机构、柱塞机构之中的两个以上而构成。另外，也可以不通过开闭机构70，而通过控制平头螺钉40的转速(回転数)而对造型材料的喷出量进行控制。
(C－3)在上述实施方式中，填充区域IA所包括的中央区域CA的形状是长方形。与之相对，中央区域CA的形状不限于长方形，也可以设为其它形状。例如，中央区域CA的形状也可以是平行四边形、正方形、梯形等形状。优选中央区域CA的形状是至少一组对边相互平行的形状。
(C－4)在上述实施方式中，将构成第二喷出路径的多个多边形各自的线宽根据相对的边之间的间隔来进行设定。与之相对，构成第二喷出路径的多个多边形的线宽也可以都是固定的。根据这种方式，会在相对的边之间产生较小的间隙，但不会使较大的间隙集中产生在一处。另外，由于较小的间隙分散在整个填充区域上，所以各间隙被其周围的造型材料填埋的可能性较高。因此，即使不分别对各边设定线宽，实质上也能够抑制在三维造型物中产生间隙，能够确保三维造型物的强度。
(C－5)上述实施方式中的中间形状的生成方法不限于上述说明，能够应用任意的方法。例如，也可以不必确定与填充区域的外形形状外切的外切形状，通过应用公知的变形(morphing)技术来生成从填充区域的外形形状到中央区域的形状为止使形状及大小阶段性变化的多个多边形，从而生成中间形状。
(C－6)在上述实施方式中，作为材料供给部20所供给的原材料，使用颗粒状的ABS树脂的材料。与之相对，在三维造型装置100中，例如能够以具有热塑性的材料、金属材料、陶瓷材料等各种材料作为主材料而对三维造型物进行造型。其中，“主材料”是指作为使三维造型物的形状成型的中心的材料，且是指在三维造型物中占有50重量％以上的含有率的材料。上述造型材料包括将这些主材料以单体熔融的材料、或使与主材料一起含有的一部分的成分熔融而成为糊状的材料。
作为主材料，在使用具有热塑性的材料时，在造型材料生成部30中通过使该材料塑化而生成造型材料。“塑化”是指对具有热塑性的材料加热而进行熔融。
作为具有热塑性的材料，例如能够使用下述的热塑性树脂材料。
热塑性树脂材料的例子
聚丙烯树脂(PP)、聚乙烯树脂(PE)、聚缩醛树脂(POM)、聚氯乙烯树脂(PVC)、聚酰胺树脂(PA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)、聚乳酸树脂(PLA)、聚苯硫醚树脂(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚碳酸脂(PC)、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸乙二酯等通用工程塑料，聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚芳酯、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮等工程塑料。
在具有热塑性的材料中，也可以混入颜料、金属、陶瓷、还有石蜡、阻燃剂、抗氧化剂、热稳定剂等添加剂等。具有热塑性的材料在造型材料生成部30中通过平头螺钉40的旋转和加热器58的加热而塑化，并转化成熔融的状态。通过具有热塑性的材料的熔融而生成的造型材料从喷嘴61喷出后，因温度降低而固化。
优选将具有热塑性的材料加热至其玻璃化转变温度以上，以完全熔融的状态从喷嘴61射出。例如，对于ABS树脂，玻璃化转变温度为约120℃，在从喷嘴61射出时优选为约200℃。为了在如此高温的状态下射出造型材料，也可以在喷嘴61的周围设置加热器。
在三维造型装置100中，除了上述具有热塑性的材料以外，例如也可以使用下面的金属材料作为主材料。此时，优选将下述的金属材料制成粉末状的粉末材料与生成造型材料时熔融的成分混合，并作为原材料投入造型材料生成部30。
金属材料的例子
镁(Mg)、铁(Fe)、钴(Co)、铬(Cr)、铝(Al)、钛(Ti)、铜(Cu)、镍(Ni)中的单一金属，或者包含两种以上这些金属的合金
所述合金的例子
马氏体时效钢、不锈钢、钴铬钼、钛合金、镍合金、铝合金、钴合金、钴铬合金
在三维造型装置100中，可以代替上述的金属材料以外，使用陶瓷材料作为主材料。作为陶瓷材料，例如能够使用二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化锆等氧化物陶瓷，或氮化铝等非氧化物陶瓷等。作为主材料，在使用上述这些金属材料、陶瓷材料时，配置于工作台210的造型材料也可以通过激光的照射、热风等产生的烧结而被固化。
作为原材料投入材料供给部20的金属材料、陶瓷材料的粉末材料也可以是将单一金属的粉末、合金的粉末、陶瓷材料的粉末的多个种类混合而成的混合材料。另外，金属材料、陶瓷材料的粉末材料例如也可以在涂层有如上面所示的热塑性树脂或者除此之外的热塑性树脂。此时，也可以在造型材料生成部30中使该热塑性树脂熔融而表现出流动性。
在作为原材料投入材料供给部20的金属材料、陶瓷材料的粉末材料中，例如能够添加以下这些溶剂。溶剂能够组合使用选自下述的中的1种或2种以上。
溶剂的例子
水；乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚等的(聚)亚烷基二醇单烷基醚类；乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯等乙酸酯类；苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃类；甲基乙基酮、丙酮、甲基异丁基酮、乙基正丁基酮、二异丙基酮、乙酰丙酮等酮类；乙醇、丙醇、丁醇等的醇类；乙酸四烷基铵类；二甲基亚砜、二乙基亚砜等亚砜系溶剂；吡啶、γ－甲基吡啶、2,6－二甲基吡啶等的吡啶系溶剂；乙酸四烷基铵(例如、乙酸四丁基铵等)；丁基卡必醇乙酸酯等离子液体等
除此之外，在作为原材料投入材料供给部20的金属材料、陶瓷材料的粉末材料中，例如能够添加以下这些粘合剂。
粘合剂的例子
丙烯酸树脂、环氧树脂、有机硅树脂、纤维素系树脂或其它合成树脂、PLA(聚乳酸)、PA(聚酰胺)、PPS(聚苯硫醚)、PEEK(聚醚醚酮)，或者其它热塑性树脂。
D.其它方式：
本发明不限于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内通过各种结构来实现。例如，为了解决上述技术问题的一部分或全部，或者实现上述效果的一部分或全部，以下记载的各方式中的技术特征所对应的实施方式的技术特征能够适当地替换、组合。另外，若该技术特征在本说明书中未作为必要特征进行说明，则能够适当地删除。
(1)根据本发明的第一方式，提供一种使造型材料从喷出部喷出来制造三维造型物的三维造型物的制造方法。该制造方法的特征在于，包括：(A)生成第一造型数据的工序，所述第一造型数据包括形成所述三维造型物的外壳形状的第一喷出路径的信息以及确定所述第一喷出路径的线宽的信息；(B)生成第二造型数据的工序，所述第二造型数据包括对作为所述外壳形状的内侧部分的填充区域进行填埋的第二喷出路径的信息以及用于确定所述第二喷出路径的线宽的信息；(C)按照所述第一造型数据及所述第二造型数据对所述三维造型物进行造型工序，在所述工序(B)中，生成表示多个多边形的路径作为所述第二喷出路径，从沿着所述填充区域的最外周的形状到所述填充区域的中央区域的形状为止，所述多个多边形的路径的大小呈阶段性变化。
根据这种方式，作为用于填埋作为三维造型物的外壳形状的内侧部分的填充区域的第二喷出路径，生成表示多个多边形的路径，从沿着填充区域的最外周的形状到填充区域的中央区域的形状为止，所述多个多边形的路径的大小呈阶段性变化，因此能够以不产生空隙的方式生成整体的路径。
(2)在上述方式的三维造型物的制造方法中，也可以是，所述中央区域的形状是长方形。若采用这种方式，则能够生成更不易产生间隙的路径。
(3)在上述方式的三维造型物的制造方法中，也可以是，在所述工序(B)中，根据在所述多个多边形中相邻的多边形之间相对的边之间的间隔，对用于形成所述各多边形的各边的线宽进行设定。若采用这种方式，则能够生成更不易产生间隙的路径。
(4)在上述方式的三维造型物的制造方法中，也可以是，确定所述线宽的信息是表示所述喷出部的移动速度及所述造型材料的喷出量中的至少一种信息。若采用这种方式，则能够通过调节喷出部的移动速度或造型材料的喷出量，使线宽发生变化。
(5)在上述方式的三维造型物的制造方法中，也可以是，在所述工序(B)中，通过连续的路径表示所述多个多边形，生成所述第二喷出路径。若采用这种方式，能够有效地制造三维造型物。
(6)在上述方式的三维造型物的制造方法中，也可以是，在所述工序(B)中，使所述第二喷出路径与所述第一喷出路径连续形成。若采用这种方式，则能够有效地制造三维造型物。
(7)在上述方式的三维造型物的制造方法中，也可以是，在所述工序(B)中，通过对与所述填充区域外切的矩形形状进行阶段性缩小，求出最内周的矩形形状，并将所述最内周的矩形形状确定为形成所述中央区域的形状，求出从表示所述填充区域的最外周的多边形的各顶点至形成所述中央区域的形状的直线，在各所述直线上，确定与所述缩小的阶段数相当的数的坐标，通过连接各所述直线上的与所述缩小的各阶段对应的坐标，生成表示所述多个多边形的路径。若采用这种方式，则能够有效地生成第二造型数据。
本发明不限于上述的作为三维造型物的制造方法的方式，能够作为三维造型装置、三维造型系统、三维造型装置的控制方法等各种方式来实现。

Claims (8)

1.一种三维造型物的制造方法，其特征在于，
所述三维造型物的制造方法是使造型材料从喷出部喷出而制造三维造型物的方法，所述三维造型物的制造方法包括：
(A)生成第一造型数据的工序，所述第一造型数据包括形成所述三维造型物的外壳形状的第一喷出路径的信息以及确定所述第一喷出路径的线宽的信息；
(B)生成第二造型数据的工序，所述第二造型数据包括对作为所述外壳形状的内侧部分的填充区域进行填埋的第二喷出路径的信息以及用于确定所述第二喷出路径的线宽的信息；以及
(C)按照所述第一造型数据及所述第二造型数据对所述三维造型物进行造型的工序，
在所述工序(B)中，生成表示多个多边形的路径作为所述第二喷出路径，从沿着所述填充区域的最外周的形状到所述填充区域的中央区域的形状为止，所述多个多边形的路径的大小呈阶段性变化。
2.根据权利要求1所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，
所述中央区域的形状是长方形。
3.根据权利要求1或2所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，
在所述工序(B)中，根据在所述多个多边形中相邻的多边形之间相对的边之间的间隔，对用于形成所述多个多边形各自的各边的线宽进行设定。
4.根据权利要求1或2所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，
确定所述线宽的信息是表示所述喷出部的移动速度及所述造型材料的喷出量中的至少一种信息。
5.根据权利要求1或2所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，
在所述工序(B)中，通过连续的路径表示所述多个多边形，生成所述第二喷出路径。
6.根据权利要求1或2所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，
在所述工序(B)中，使所述第二喷出路径与所述第一喷出路径连续形成。
7.根据权利要求1或2所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，
在所述工序(B)中，
通过对与所述填充区域外切的矩形形状进行阶段性缩小，求出最内周的矩形形状，并将所述最内周的矩形形状确定为形成所述中央区域的形状，
求出从表示所述填充区域的最外周的多边形的各顶点至形成所述中央区域的形状的直线，在各所述直线上确定与所述缩小的阶段数相当的数量的坐标，通过连接各所述直线上的与所述缩小的各阶段对应的坐标，生成表示所述多个多边形的路径。
8.一种三维造型装置，其特征在于，具备：
工作台；
喷出部，朝向所述工作台喷出造型材料；
移动机构，使所述工作台相对于所述喷出部相对移动；
数据生成部，生成第一造型数据及第二造型数据；以及
控制部，按照所述第一造型数据及所述第二造型数据对所述喷出部和所述移动机构进行控制，从而在所述工作台上对三维造型物进行造型，
所述数据生成部生成所述第一造型数据，
所述第一造型数据包括：
第一喷出路径的信息，所述第一喷出路径表示所述三维造型物的外壳形状；以及确定所述第一喷出路径的线宽的信息，所述数据生成部生成所述第二造型数据，
所述第二造型数据包括：
第二喷出路径的信息，所述第二喷出路径对作为所述外壳形状的内侧部分的填充区域进行填埋；以及用于确定所述第二喷出路径的线宽的信息，
所述数据生成部生成表示多个多边形的路径作为所述第二喷出路径，从沿着所述填充区域的最外周的形状到形成所述填充区域的中央区域的形状为止，所述多个多边形的路径的大小呈阶段性变化。
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