CN116890460A - 三维造型方法和三维造型装置 - Google Patents

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CN116890460A CN202310310196.3A CN202310310196A CN116890460A CN 116890460 A CN116890460 A CN 116890460A CN 202310310196 A CN202310310196 A CN 202310310196A CN 116890460 A CN116890460 A CN 116890460A
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Abstract

本发明公开一种三维造型方法和三维造型装置。在三维造型方法和三维造型装置(10)中，多个层中的每一层的造型路径(66)包括用于造型包围空间(16)，且沿着内外方向相邻的内侧壁部(42)和外侧壁部(44)的内侧造型路径(68)和外侧造型路径(70)。内侧造型路径(68)和外侧造型路径(70)的行进方向朝向同一方向。据此，能够提高立体造型物的机械强度。另外，能够抑制立体造型物的翘曲等形状的变形。

Description

三维造型方法和三维造型装置
技术领域
本发明涉及一种三维造型方法和三维造型装置。
背景技术
在日本发明专利公开公报特开2021-020417号中公开一种三维造型装置，该三维造型装置通过作为附加造型法之一的材料挤出法来造型立体造型物。
发明内容
在通过附加造型法来造型内部具有空间的立体造型物的情况下，按照以下的步骤来造型立体造型物。
首先，将立体造型物的三维数据分割为多个层(二维数据)。接着，针对分割出的多个层中的每一层，确定用于造型立体造型物的造型路径和造型路径的行进方向。接着，按照多个层中的每一层的造型路径和行进方向来造型立体造型物。
在附加造型法中，针对多个层中的每一层，造型出多个环状的壁部，该壁部包围空间，沿着内外方向相邻。在多个环状的壁部相邻的状态下，在层叠方向上层叠多个层，据此造型立体造型物。在该情况下，用于造型外侧的壁部的造型路径(壁部造型路径)通过将朝向外侧的方向分量(点分量)相连接而构成。另外，用于造型内侧的壁部的造型路径(壁部造型路径)通过将朝向内侧的点分量相连接而构成。因此，在2个壁部造型路径中，行进方向彼此相反。
在此，在连接2个壁部造型路径而不间断地造型2个壁部的情况下，需要沿着作为去路的一方的壁部造型路径进行造型，且在2个壁部造型路径的连接部分折回之后，沿着作为回路的另一方的壁部造型路径进行造型。据此，在多个层中的每一层中，沿着壁部造型路径的任意部位的热输入的间隔不恒定。其结果，被造型的立体造型物的机械强度降低。另外，立体造型物发生翘曲等形状不良。
本发明是目的在于解决上述的技术问题。
本发明的第1方式是一种三维造型方法，该三维造型方法通过附加造型法来造型内部具有空间的立体造型物，所述三维造型方法具有切片工序、路径确定工序和造型工序，其中，在所述切片工序中，将所述立体造型物的三维数据分割成多个层；在所述路径确定工序中，在分割出的多个所述层中的每一层中确定用于造型所述立体造型物的造型路径和所述造型路径的行进方向；在所述造型工序中，按照多个所述层中的每一层的所述造型路径和所述行进方向来造型所述立体造型物，多个所述层中的每一层的所述造型路径包括多个壁部造型路径，所述壁部造型路径用于造型包围所述空间且沿着内外方向相邻的多个环状的壁部，多个所述壁部造型路径中的每一壁部造型路径的行进方向朝向同一方向。
本发明的第2方式是一种三维造型装置，该三维造型装置通过附加造型法来造型内部具有空间的立体造型物，所述三维造型装置具有数据分割部、路径确定部和造型部，其中，所述数据分割部获取所述立体造型物的三维数据，且将获取到的所述三维数据分割成多个层；所述路径确定部针对由所述数据分割部分割出的多个所述层中的每一层，确定用于造型所述立体造型物的造型路径和所述造型路径的行进方向；所述造型部按照由所述路径确定部确定的多个所述层中的每一层的所述造型路径和所述行进方向来造型所述立体造型物，多个所述层中的每一层的所述造型路径包括多个壁部造型路径，所述壁部造型路径用于造型包围所述空间且沿着内外方向相邻的多个环状的壁部，多个所述壁部造型路径中的每一壁部造型路径的行进方向朝向同一方向。
在本发明中，多个壁部造型路径朝向同一方向，因此，针对多个层中的每一层，能够将沿着壁部造型路径的任意部位处的热输入的间隔保持恒定。据此，能够提高立体造型物的机械强度。另外，能够抑制立体造型物的翘曲等形状的变形。
上述的目的、特征和优点根据参照附图说明的以下的实施方式的说明应容易地理解。
附图说明
图1是本实施方式所涉及的三维造型装置的结构图。
图2是立体造型物的立体图。
图3是本实施方式所涉及的三维造型方法的流程图。
图4是表示1个层的说明图。
图5是表示1个层中的造型方向的说明图。
图6是表示1个层中的接缝部位(seam point)的说明图。
图7是表示多个层中的造型路径和造型方向的说明图。
图8A是表示折回点的部分与内侧造型路径重叠的状态的说明图，图8B是表示折回点的部分与内侧造型路径不重叠的状态的说明图。
图9是表示在层叠方向上相邻的2个层中的造型路径和造型方向的说明图。
图10是表示在层叠方向上相邻的2个层中的造型路径和造型方向的说明图。
图11是表示在层叠方向上相邻的2个层中的造型路径和造型方向的说明图。
图12是表示在层叠方向上相邻的2个层中的造型路径和造型方向的说明图。
图13是表示第1比较例的多个层中的造型路径和造型方向的说明图。
图14是第1比较例中的立体造型物的局部剖视图。
图15是表示第2比较例的1个层中的造型路径和造型方向的说明图。
图16是表示第3比较例的多个层中的造型路径和造型方向的说明图。
图17是第3比较例中的立体造型物的局部剖视图。
图18是实施例的立体造型物的局部剖视图。
具体实施方式
图1是本实施方式所涉及的三维造型装置10的结构图。三维造型装置10通过使造型材料12层叠为所期望的形状来造型立体造型物14。
如图2所示，立体造型物14是内部具有空间16的立体物。立体造型物14例如是图2所示的管道等车辆零部件。图2所示的立体造型物14是沿规定方向(层叠方向)(图2的上下方向)延伸的环状的物体。
立体造型物14具有环状壁18和多个肋20。在环状壁18的内侧形成空间16。多个肋20沿规定方向延伸。多个肋20将空间16分割成多个子空间22。多个肋20分别连接于环状壁18。另外，立体造型物14具有至少1个肋20即可。或者，立体造型物14也可以没有肋20。
造型材料12是由ABS等热塑性树脂制成的细丝或者颗粒。或者，造型材料12是由金属制成的细丝或者颗粒。在以下的说明中，对造型材料12是ABS的细丝的情况进行说明。另外，造型材料12的形状(例如，细丝或者颗粒的直径)及材质也可以根据立体造型物14的用途等适宜地设定。
如图1所示，三维造型装置10具有计算机24(数据分割部、路径确定部)和附加造型装置26(造型部)。
计算机24具有存储器28和运算部29。运算部29例如能够由CPU(CentralProcessing Unit：中央处理器)、GPU(Graphics Processing Unit：图形处理器)等处理器(processor)构成。即，运算部29能够由处理电路(processing circuitry)构成。在计算机24中，通过由运算部29读出并执行存储在存储器28中的程序来实现数据分割部和路径确定部的功能。
另外，数据分割部和路径确定部的至少一部也可以由ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit：专用集成电路)、FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)等集成电路来实现。另外，数据分割部和路径确定部的至少一部也可以由包括分立器件的电子电路构成。
存储器28能够由易失性存储器(未图示)和非易失性存储器(未图示)构成。作为易失性存储器，例如能够举出RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等。该易失性存储器被作为处理器的工作存储器来使用，暂时存储处理或者运算所需的数据等。作为非易失性存储器，例如能够举出ROM(Read Only Memory：只读存储器)、闪存存储器等。该非易失性存储器作为保存用的存储器来使用，存储程序、表格、映射等。存储器28的至少一部分也可以被设置于上述的处理器、集成电路等。
附加造型装置26是所谓的3D打印机。具体而言，附加造型装置26具有控制器30、箱体32、材料供给源34、喷嘴36和平台(stage)38。附加造型装置26例如通过作为附加造型法之一的FFF(熔融沉积成型)来造型立体造型物14。
控制器30具有存储器39。控制器30根据被保存在存储器39中的数据来控制材料供给源34、喷嘴36、喷嘴移动机构(未图示)和平台移动机构(未图示)。
箱体32是3D打印机的主体部分。在箱体32内，大致水平配置有平台38。平台38能够通过平台移动机构沿图1的上下方向移动。喷嘴36在箱体32内被配置在平台38的上方。喷嘴36以与平台38的上表面相向的方式来配置。喷嘴36能够通过喷嘴移动机构沿图1的水平方向移动。如图1和图2所示，材料供给源34是卷绕有造型材料12的卷轴。材料供给源34向喷嘴36供给造型材料12。另外，材料供给源34也可以是卷轴以外的结构。
一边参照图3～图12一边对如以上那样构成的三维造型装置10的动作(三维造型方法)进行说明。在此，根据需要，还一边参照图1和图2一边进行说明。
在图3的步骤S1中，计算机24(参照图1)获取成为立体造型物14(参照图2)的三维模型的数据(三维数据)。三维数据是三角形状的数据的集合体。
在下一步骤S2(切片工序)中，计算机24作为数据分割部来发挥作用。计算机24将获取到的三维数据分割成多个层。具体而言，计算机24的运算部29将立体造型物14的规定方向定义为造型立体造型物14时的层叠方向。接着，计算机24的运算部29按沿层叠方向的规定间隔对三维数据进行切片。由此，三维模型(三维数据)被分割成多个层。因此，被分割出的多个层分别是二维模型的数据(二维数据)。
图4示意性地图示出三维模型中的1层对应的形状(二维模型)。在1层对应的形状中，与环状壁18(参照图2)对应的部位是环状壁部40。环状壁部40具有内侧壁部42(环状的壁部)和外侧壁部44(环状的壁部)。内侧壁部42形成包围空间16的环状壁部40的内周面。外侧壁部44形成环状壁18的外周面。内侧壁部42和外侧壁部44沿着立体造型物14的内外方向相邻。通过内侧壁部42和外侧壁部44在内外方向上相邻，由此构成环状壁部40。因此，当使多个层沿层叠方向层叠时，通过沿层叠方向层叠的多个环状壁部40构成环状壁18。
另外，在1层对应的形状中，与多个肋20中的每一个肋对应的部位是肋壁部46。肋壁部46具有2个壁部48、50。一方的壁部48是用于形成夹着肋壁部46的2个子空间22中的一方的子空间22的壁部。另一方的壁部50是用于形成夹着肋壁部46的2个子空间22中的另一方的子空间22的壁部。通过2个壁部48、50相邻来构成1个肋壁部46。因此，当使多个层沿层叠方向层叠时，通过沿层叠方向层叠的多个肋壁部46来构成肋20。
计算机24的运算部29(参照图1)针对1层对应的二维数据，将与环状壁部40对应的框状的区域定义为框架区域部52。计算机24的运算部29将框架区域部52中的与内侧壁部42对应的区域定义为内侧区域部54。计算机24的运算部29将框架区域部52中的与外侧壁部44对应的区域定义为外侧区域部56。因此，内侧区域部54和外侧区域部56彼此相邻。
计算机24的运算部29针对1层对应的二维数据，将与肋壁部46对应的区域定义为肋区域部58。计算机24的运算部29将与肋壁部46的2个壁部48、50对应的区域定义为2个壁区域部60、62。因此，2个壁区域部60、62彼此相邻。
在下一步骤S3(路径确定工序)中，计算机24作为路径确定部来发挥作用。计算机24针对分割出的多个层中的每一个层确定用于造型立体造型物14的造型路径和造型路径的行进方向(造型方向)。
具体而言，在步骤S3中，计算机24的运算部29首先沿着内侧区域部54、外侧区域部56和壁区域部60、62来定义造型方向。图5是针对图4的二维模型(1层对应的二维数据)用箭头来图示造型方向的说明图。
如图5所示，计算机24的运算部29(参照图1)针对1个层，将内侧区域部54和外侧区域部56的造型方向设定为同一方向。另外，计算机24的运算部29针对1个层将构成1个肋区域部58的2个壁区域部60、62的造型方向设定为彼此相反的方向。
接着，如图6所示，计算机24的运算部29(参照图1)针对1个层设定作为造型的起始点和终点的接缝部位64。另外，在实际上进行造型的情况下，在立体造型物14(参照图2)中，与接缝部位64对应的部位在外观上为略微变形的形状。因此，优选为在立体造型物14中，将变形不引人注意的部位设定为接缝部位64。
接着，计算机24的运算部29针对1个层，以能够不间断地造型的方式来确定造型路径。在该情况下，计算机24的运算部29将1个层的内侧区域部54、外侧区域部56和壁区域部60、62视为1个组。计算机24的运算部29确定能够不间断地绘制1个组的造型路径。
图7是针对3个层中的每一层图示出造型路径66和造型方向的说明图。
在3个层中的每一层中，造型路径66包括内侧造型路径68(壁部造型路径)、外侧造型路径70(壁部造型路径)和肋造型路径72。
内侧造型路径68是用于造型内侧壁部42的造型路径。计算机24的运算部29(参照图1)通过将设定于图5和图6所示的内侧区域部54的箭头相连接，来形成图7所示的内侧造型路径68。在该情况下，内侧造型路径68的起始点74和终点76被设定于接近接缝部位64(参照图6)的部位。内侧造型路径68是从起始点74出发，沿内侧区域部54延伸且到达终点76的环状的路径。
外侧造型路径70是用于造型外侧壁部44的造型路径。计算机24的运算部29(参照图1)通过将设定于图5和图6所示的外侧区域部56的箭头相连接，来形成外侧造型路径70。因此，图7所示的外侧造型路径70以与内侧造型路径68相邻的方式设定在内侧造型路径68的外侧。在该情况下，外侧造型路径70的起始点78和终点80被设定在接近接缝部位64(参照图6)的部位。外侧造型路径70的起始点78和终点80被设定于比内侧造型路径68的起始点74和终点76靠外侧的位置。外侧造型路径70是从起始点78出发，沿外侧区域部56延伸且到达终点80的环状的路径。
这样，内侧造型路径68的造型方向和外侧造型路径70的造型方向被设定为同一方向。
另外，计算机24的运算部29(参照图1)将内侧造型路径68和外侧造型路径70中的最初用于造型壁部的造型路径确定为第1壁部造型路径82。在图7中图示出将内侧造型路径68确定为第1壁部造型路径82的情况。在该情况下，计算机24的运算部29(参照图1)通过从第1壁部造型路径82向外侧将彼此相邻的内侧造型路径68和外侧造型路径70相连接，来确定不间断的造型路径66。
具体而言，计算机24的运算部29针对彼此相邻的内侧造型路径68和外侧造型路径70，通过连接路径84将先形成壁部的内侧造型路径68的终点76(第1终点)和后形成壁部的外侧造型路径70的起始点78(第1起始点)相连接。据此，能够不间断地绘制包括内侧造型路径68、连接路径84和外侧造型路径70的造型路径66。
另外，在将外侧造型路径70确定为第1壁部造型路径82的情况下，计算机24的运算部29通过连接路径84将先形成壁部的外侧造型路径70的终点80(第1终点)和后形成壁部的内侧造型路径68的起始点74(第1起始点)相连接即可。
另外，通过使喷嘴36(参照图1和图2)沿造型路径66移动来造型立体造型物14。因此，如图8A所示，实际上，内侧造型路径68和外侧造型路径70分别具有填充框架区域部52的宽度(线宽度L)。内侧造型路径68和外侧造型路径70各自的线宽度L与造型材料12(参照图1和图2)的宽度对应。
另外，如下述那样，计算机24的运算部29(参照图1)针对1个层设定肋造型路径72(参照图7)。具体而言，计算机24的运算部29设定构成肋造型路径72的肋去路86和肋回路88。
肋去路86是与2个壁区域部60、62中的一方的壁区域部60对应的造型路径。肋去路86是从内侧造型路径68中的与肋壁部46的一端部(一方的端部)对应的起始点90(第2起始点)向空间16的内侧延伸的造型路径。肋去路86延伸到与肋壁部46的另一端部(另一方的端部)对应的折回点92。
肋回路88是与2个壁区域部60、62中的另一方的壁区域部62对应的造型路径。肋回路88是从折回点92延伸到内侧造型路径68中的与肋壁部46的一端部对应的终点94(第2终点)的造型路径。
因此，肋去路86和肋回路88是彼此相邻的造型路径。另外，肋去路86和肋回路88是彼此向相反方向延伸的造型路径。因此，优选为，肋去路86的起始点90和肋回路88的终点94被设定为彼此接近。
如图8A所示，实际上，肋造型路径72具有填充肋区域部58的宽度(线宽度L)。即，构成肋造型路径72的肋去路86和肋回路88分别具有线宽度L。肋去路86和肋回路88各自的线宽度L与造型材料12(参照图1和图2)的宽度对应。
折回点92的部分与内侧造型路径68重叠。具体而言，优选为，折回点92的部分例如与内侧造型路径68重叠L/2左右。据此，在造型立体造型物14之后，即使作为造型材料12的ABS树脂冷却而收缩，也能够良好且可靠地将环状壁18(环状壁部40)和肋20(肋壁部46)相连接。因此，如图8B所示，在折回点92的部分与内侧造型路径68不重叠的情况下，在造型立体造型物14之后，有时环状壁18(环状壁部40)和肋20(肋壁部46)不相连接。
计算机24的运算部29(参照图1)在1个层上与多个肋壁部46(参照图7)对应设定多个肋造型路径72的情况下，如下述那样，优选为设定多个肋造型路径72。即，计算机24的运算部29以在相邻的肋壁部46之间肋壁部46的一端部的位置和另一端部的位置互换的方式来设定多个肋造型路径72。
如图7所示，在针对1个层造型3个肋壁部46的情况下，设定3个肋造型路径72。在该情况下，在相邻的肋造型路径72中，肋去路86的起始点90及终点94的位置和折回点92的位置相互不同。
这样一来，针对1个层，定义包括内侧造型路径68、外侧造型路径70、肋造型路径72和连接路径84的不间断的造型路径66。
另外，肋壁部46的宽度越大，则造型时肋壁部46的温度越易于上升。另外，肋壁部46的宽度越小，则造型时肋壁部46的温度越易于下降。因此，在图3的步骤S3中，优选为，计算机24的运算部29(参照图1)以环状壁部40(参照图7)的宽度和肋壁部46的宽度为相同的大小的方式来设定造型路径66。据此，造型时能够将肋壁部46控制在所期望的温度。其结果，能够保证立体造型物14(参照图2)的机械强度和立体造型物14的形状。
另外，在绘制出内侧造型路径68和肋造型路径72之后绘制出外侧造型路径70的情况下，能够提高立体造型物14的外观质量。另外，在内侧造型路径68和肋造型路径72之前绘制出外侧造型路径70的情况下，能够提高立体造型物14的尺寸精度。
计算机24的运算部29针对多个层中的每一层，如上述那样定义不间断的造型路径66。在该情况下，计算机24的运算部29以在层叠方向上相邻的2个层之间肋壁部46的一端部的位置和另一端部的位置互换的方式来设定肋造型路径72。即，如图7所示，当观察在层叠方向上相邻的2个层时，在层叠方向上相邻的肋造型路径72中，肋去路86的起始点90及终点94的位置和折回点92的位置相互不同。
另外，在层叠方向上相邻的2个层之间，内侧造型路径68的造型方向、外侧造型路径70的造型方向和连接路径84的造型方向被分别设定为同一方向。
如以上那样，针对多个层中的每一层定义不间断的造型路径66。
图9～图12是表示图7所示的造型路径66以外的造型路径的变化的说明图。
在图9中，对框架区域部52设定有4个造型路径。4个造型路径是2个内侧造型路径68和2个外侧造型路径70。2个内侧造型路径68被配置在内侧区域部54。2个外侧造型路径70被配置在外侧区域部56。因此，2个内侧造型路径68和2个外侧造型路径70沿着内外方向相邻。2个内侧造型路径68和2个外侧造型路径70的造型方向是同一方向。另外，上述的4个造型路径以填充框架区域部52的方式被配置在该框架区域部52内。
另外，在图9中，针对3个肋壁部46中的每一个肋壁部设定有2个肋造型路径72。2个肋造型路径72中的一方的肋造型路径72是面向空间16(子空间22)的造型路径。一方的肋造型路径72连接于最内侧的内侧造型路径68。2个肋造型路径72中的另一方的肋造型路径72被配置于一方的肋造型路径72的内侧。另一方的肋造型路径72连接于在外侧与最内侧的内侧造型路径68相邻的内侧造型路径68。针对3个肋壁部46中的每一肋壁部46，2个肋造型路径72以填充肋区域部58的方式被配置在该肋区域部58的内部。另外，针对3个肋壁部46中的每一肋壁部46，一方的肋造型路径72的折回点92的部分与最内侧的内侧造型路径68重叠。
并且，在图9中，计算机24的运算部29(参照图1)将最内侧的内侧造型路径68确定为第1壁部造型路径82。在该情况下，计算机24的运算部29通过从最内侧的内侧造型路径68向外侧将彼此相邻的造型路径相连接，来确定不间断的造型路径66。因此，通过经由连接路径84将彼此相邻的2个造型路径中的先形成壁部的壁部造型路径的终点和后形成壁部的造型路径的起始点相连接，来形成不间断的造型路径66。
另外，在图9中，计算机24的运算部29(参照图1)也可以将最外侧的外侧造型路径70确定为第1壁部造型路径82。在该情况下，计算机24的运算部29可以通过从最外侧的外侧造型路径70向内侧将彼此相邻的造型路径相连接，来确定不间断的造型路径66。
在图9中，计算机24的运算部29(参照图1)也针对1个层，将相邻的肋造型路径72中的肋去路86的起始点90及终点94的位置和折回点92的位置设定为相互不同。另外，计算机24的运算部29以在层叠方向上相邻的2个层之间肋壁部46的一端部的位置和另一端部的位置互换的方式来设定肋造型路径72。据此，当观察在层叠方向上相邻的2个层时，在层叠方向上相邻的肋造型路径72中，肋去路86的起始点90及终点94的位置和折回点92的位置相互不同。
图10在将2个内侧造型路径68中的外侧的内侧造型路径68确定为第1壁部造型路径82的点与图9不同。在图10中，外侧的内侧造型路径68的起始点74为第1壁部造型路径82的起始点。在图10中，按外侧的内侧造型路径68(第1壁部造型路径82)、与第1壁部造型路径82相邻的外侧造型路径70、最内侧的内侧造型路径68、和最外侧的外侧造型路径70的顺序相连接。在该情况下也能够形成不间断的造型路径66。
在图11中图示出在造型3个肋壁部46的情况下相邻的一方的肋壁部46的一端部和另一方的肋壁部46的另一端部连接于内侧壁部42的同一部位时的造型路径66。在图11中，也能够与图7同样地形成不间断的造型路径66。在图11中，针对1个层，可以以相邻的一方的肋造型路径72的折回点92和另一方的肋造型路径72的起始点90及终点94不重合的方式来形成造型路径66。
图12图示出接缝部位64(参照图6)与肋壁部46及内侧壁部42的连接部位重叠的情况下的造型路径66。在图12中，也能够与图7同样地形成不间断的造型路径66。在图12中，针对1个层，可以以肋造型路径72的起始点90、折回点92及终点94和接缝部位64不重合的方式来设定造型路径66。
如以上那样，在图3的步骤S3中，计算机24的运算部29(参照图1)能够针对分割出的多个层中的每一层设定用于造型立体造型物14的造型路径66和造型方向。
在下一步骤S4中，计算机24的运算部29针对分割出的多个层中的每一层，生成表示造型路径66(参照图7和图9～图12)和行进方向的控制代码。计算机24将运算部29所生成的控制代码输出给附加造型装置26。附加造型装置26的控制器30将被输入的控制代码存储于存储器39。
在下一步骤S5中，附加造型装置26根据存储于存储器39的控制代码，通过附加造型法来造型立体造型物14(参照图2)。
控制器30按照存储于存储器39的控制代码来驱动平台移动机构。据此，平台38(参照图1)移动到规定位置。
接着，控制器30按照控制代码来驱动材料供给源34。据此，开始从材料供给源34向喷嘴36供给造型材料12。
接着，控制器30按照控制代码来驱动喷嘴移动机构，并且控制喷嘴36。喷嘴移动机构使喷嘴36沿水平方向移动。喷嘴36使从材料供给源34供给的造型材料12熔融，且将熔融的造型材料12向平台38的上表面挤出。据此，喷嘴36一边沿水平方向移动一边挤出造型材料12。被挤出的造型材料12层叠于平台38的上表面。据此，形成1层对应的环状壁部40和肋壁部46(参照图4～图7和图9～图12)。
在此之后，控制器30控制平台移动机构，使平台38向下方向下降1层对应的高度。接着，控制器30控制喷嘴36和喷嘴移动机构。据此，一边使喷嘴36沿水平方向移动一边从该喷嘴36挤出造型材料12。其结果，在第1层的环状壁部40和肋壁部46上层叠造型材料12。据此，形成第2层的环状壁部40和肋壁部46。
通过反复进行这样的平台38下降、喷嘴36向水平方向移动和从喷嘴36挤出造型材料12，在平台38的上表面，依次向上方层叠环状壁部40和肋壁部46。据此，造型立体造型物14。
图13是第1比较例中的造型路径66和造型方向的说明图。在第1比较例中，内侧造型路径68的造型方向和外侧造型路径70的造型方向为彼此相反的方向。在第1比较例中，由于形成不间断的造型路径66，因此在内侧造型路径68的终点76与外侧造型路径70的起始点78之间形成有折回部100。
图14是按照第1比较例的造型路径66造型的立体造型物14的局部剖视图。如上所述，在第1比较例中，内侧造型路径68(参照图13)的造型方向和外侧造型路径70的造型方向为相反的方向。因此，使框架区域部52的任意部位处的热输入间隔(热输入周期)不均匀。据此，难以高精度地进行造型时的温度控制。其结果，难以保证立体造型物14的机械强度和立体造型物14的形状。另外，通过设计折回部100，在立体造型物14中，在与折回部100对应的部位发生翘起。其结果，立体造型物14的外观质量下降。
与此相对，在本实施方式中，内侧造型路径68(参照图7和图9～图12)的造型方向和外侧造型路径70的造型方向为同一方向。据此，使框架区域部52的任意部位处的热输入周期均匀，能够高精度地进行造型时的温度控制。其结果，能够保证立体造型物14(参照图2)的机械强度和立体造型物14的形状。另外，由于无需折回部100(参照图13)，因此避免翘起的发生。其结果，能够提高立体造型物14的外观质量。
图15是表示第2比较例中的1个层中的造型路径66和造型方向的说明图。在第2比较例中，在沿着1个肋造型路径72造型1个肋壁部46之后，如虚线所示，使喷嘴36(参照图1)沿水平方向移动，进行沿着下一肋造型路径72的造型。在喷嘴36移动过程中不进行造型。据此，立体造型物14的造型所花费的时间变长。
与此相对，在本实施方式中，造型路径66(参照图7和图9～图12)不间断，因此，能够缩短立体造型物14(参照图2)的造型所花费的时间。
图16是表示第3比较例中的多个层中的造型路径66和造型方向的说明图。在第3比较例中，在层叠方向上相邻的层中，以肋壁部46的一端部和另一端部为相同的位置的方式来设定肋造型路径72的起始点90及终点94的位置和折回点92的位置。即，当沿层叠方向观察时，相邻的层的肋造型路径72的起始点90及终点94的位置相同，并且折回点92的位置也相同。据此，如图17所示，在立体造型物14中，肋壁部46(参照图16)与内侧壁部42的连接部分成为翘起的形状。其结果，无法得到所希望的形状的立体造型物14。
与此相对，在本实施方式中，针对在层叠方向上相邻的肋造型路径72(参照图7和图9～图12)，肋造型路径72的起始点90及终点94的位置和折回点92的位置相互不同。据此，如图18所示，能够防止在立体造型物14中肋壁部46与内侧壁部42的连接部分的翘起。
在本实施方式中，如上所述，按照预先制成的造型路径66(参照图7和图9～图12)，通过附加造型法来进行立体造型物14(参照图2)的造型。因此，本实施方式能够通过造型时伴随着造型材料12的溶解的各种造型法来造型立体造型物14。具体而言，本实施方式也可以通过材料挤出法(Material Jetting)、直接能量沉积法(Directed EnergyDeposition)、立体光刻法、粉末床熔合(Powder Bed Fusion)等来造型立体造型物14。在立体光刻法和粉末床熔合中，通过预先制成的激光或者电子束的扫描数据来造型立体造型物14。
下面记载根据上述的实施方式能够掌握的发明。
本发明的第1方式是一种三维造型方法，该三维造型方法通过附加造型法来造型内部具有空间(16)的立体造型物(14)，所述三维造型方法具有切片工序(S2)、路径确定工序(S3)和造型工序(S5)，其中，在所述切片工序(S2)中，将所述立体造型物的三维数据分割成多个层；在所述路径确定工序(S3)中，在分割出的多个所述层中的每一层中确定用于造型所述立体造型物的造型路径(66)和所述造型路径的行进方向；在所述造型工序(S5)中，按照多个所述层中的每一层的所述造型路径和所述行进方向来造型所述立体造型物，多个所述层中的每一层的所述造型路径包括多个壁部造型路径(68、70)，多个所述壁部造型路径(68、70)用于造型包围所述空间，且沿着内外方向相邻的多个环状的壁部(42、44)，多个所述壁部造型路径中的每一壁部造型路径的行进方向朝向同一方向。
在本发明中，用于造型包围空间的多个环状的壁部的多个壁部造型路径朝向同一方向。据此，针对多个层中的每一层，能够将热输入的间隔保持恒定。其结果，能够提高立体造型物的机械强度。另外，能够抑制立体造型物的翘曲等形状的变形。
在本发明的第1方式中，在所述路径确定工序中，通过在多个所述层中的每一层中将彼此相邻的2个所述壁部造型路径相连接，由此确定不间断地绘制的所述造型路径。
据此，由于造型路径不交叉，因此能够更进一步抑制立体造型物的形状的变形。
在本发明的第1方式中，在所述路径确定工序中，将最内侧或者最外侧的所述壁部造型路径确定为用于最初造型所述壁部的第1壁部造型路径(82)，通过从所述第1壁部造型路径朝向外侧或者内侧将彼此相邻的多个所述壁部造型路径相连接，由此确定所述不间断地绘制的所述造型路径。
据此，能够可靠地防止造型路径交叉。其结果，能够更进一步抑制立体造型物的形状的变形。
在本发明的第1方式中，多个所述层中的每一层的所述造型路径包括连接路径(84)，所述连接路径(84)将彼此相邻的2个所述壁部造型路径中的先形成壁部的壁部造型路径的第1终点(76、80)和后形成壁部的壁部造型路径的第1起始点(74、78)相连接。
据此，能够简单且可靠地防止造型路径交叉。
在本发明的第1方式中，所述立体造型物具有至少1个肋(20)，至少1个所述肋(20)沿多个所述层的层叠方向延伸，将所述空间分割成多个子空间(22)，由所述路径确定工序确定的多个所述层中的每一层的所述造型路径包括用于造型肋壁部(46)的肋造型路径(72)，多个所述层中的每一层的所述肋造型路径具有肋去路(86)和肋回路(88)，其中，所述肋去路(86)从最内侧的所述壁部造型路径中的预先确定的第2起始点(90)向所述空间的内侧延伸到折回点(92)；所述肋回路(88)从所述折回点延伸到最内侧的所述壁部造型路径中的预先确定的第2终点(94)，通过由所述肋去路形成的壁部(60)和由所述肋回路形成的壁部(62)彼此相邻来形成所述肋壁部，通过所述第2起始点和所述第2终点来形成所述肋壁部的一方的端部，通过所述折回点来形成所述肋壁部的另一方的端部，在所述层叠方向上相邻的2个层之间，所述肋壁部的一方的端部的位置和另一方的端部的位置互换。
据此，在层叠方向上相邻的2个层之间，第2起始点及第2终点和折回点互换。其结果，能够在立体造型物中抑制与折回点对应的部位发生的翘曲。
在本发明的第1方式中，所述立体造型物具有至少2个所述肋，至少2个所述肋沿所述层叠方向延伸，将所述空间分割成多个所述子空间，在多个所述层中的每一层中，在相邻的所述肋壁部之间一方的端部的位置和另一方的端部的位置互换。
在多个层中的每一层中，当多个肋造型路径中的每一肋造型路径的第2起始点及第2终点集中配置在壁部造型路径中的一方时，使壁部造型路径中的另一方的热输入间隔变长。因此，在多个层中的每一层中，通过在相邻的肋造型路径之间互换第2起始点及第2终点和折回点，由此能够使热输入间隔均匀地分散。
在本发明的第1方式中，所述肋造型路径中的所述折回点的部分与最内侧的所述壁部造型路径重叠。
据此，即使在立体造型物造型后造型材料冷却而收缩，也能够良好且可靠地将环状的壁部和肋相连接。
在本发明的第1方式中，在所述附加造型法中，通过使从喷嘴(36)排出的造型材料(12)层叠来造型所述立体造型物，在所述造型工序中，在多个所述层中的每一层中，使所述喷嘴沿所述造型路径向所述行进方向移动。
据此，能够抑制造型材料的温度下降导致的立体造型物的机械强度的下降。另外，能够抑制造型材料的温度上升导致的立体造型物的外观质量的下降。
本发明的第2方式是一种三维造型装置(10)，该三维造型装置(10)通过附加造型法来造型内部具有空间的立体造型物，所述三维造型装置(10)具有数据分割部(24)、路径确定部(24)和造型部(26)，其中，所述数据分割部(24)获取所述立体造型物的三维数据，且将获取到的所述三维数据分割成多个层；所述路径确定部(24)针对由所述数据分割部分割出的多个所述层中的每一层，确定用于造型所述立体造型物的造型路径和所述造型路径的行进方向；所述造型部(26)按照由所述路径确定部确定的多个所述层中的每一层的所述造型路径和所述行进方向来造型所述立体造型物，多个所述层中的每一层的所述造型路径包括多个壁部造型路径，多个所述壁部造型路径用于造型包围所述空间，且沿着内外方向相邻的多个环状的壁部，多个所述壁部造型路径中的每一壁部造型路径的行进方向朝向同一方向。
在本发明中，用于造型包围空间的多个环状的壁部的多个壁部造型路径朝向同一方向。据此，针对多个层中的每一层，能够将热输入的间隔保持恒定。其结果，能够提高立体造型物的机械强度。另外，能够抑制立体造型物的翘曲等形状的变形。
另外，本发明并不限定于上述的公开内容，在没有脱离本发明的主旨的范围内能够采用各种结构。

Claims (9)

1.一种三维造型方法，该三维造型方法通过附加造型法来造型内部具有空间(16)的立体造型物(14)，其特征在于，
具有切片工序(S2)、路径确定工序(S3)和造型工序(S5)，其中，
在所述切片工序(S2)中，将所述立体造型物的三维数据分割成多个层；
在所述路径确定工序(S3)中，在分割出的多个所述层中的每一层中确定用于造型所述立体造型物的造型路径(66)和所述造型路径的行进方向；
在所述造型工序(S5)中，按照多个所述层中的每一层的所述造型路径和所述行进方向来造型所述立体造型物，
多个所述层中的每一层的所述造型路径包括多个壁部造型路径(68、70)，所述壁部造型路径(68、70)用于造型包围所述空间且沿着内外方向相邻的多个环状的壁部(42、44)，
多个所述壁部造型路径中的每一壁部造型路径的行进方向朝向同一方向。
2.根据权利要求1所述的三维造型方法，其特征在于，
在所述路径确定工序中，通过在多个所述层中的每一层中将彼此相邻的2个所述壁部造型路径相连接，由此确定不间断地绘制的所述造型路径。
3.根据权利要求2所述的三维造型方法，其特征在于，
在所述路径确定工序中，将最内侧或者最外侧的所述壁部造型路径确定为用于最初造型所述壁部的第1壁部造型路径(82)，通过从所述第1壁部造型路径朝向外侧或者内侧将彼此相邻的多个所述壁部造型路径相连接，由此确定所述不间断地绘制的所述造型路径。
4.根据权利要求2或3所述的三维造型方法，其特征在于，
多个所述层中的每一层的所述造型路径包括连接路径(84)，所述连接路径(84)将彼此相邻的2个所述壁部造型路径中的先形成壁部的壁部造型路径的第1终点(76、80)和后形成壁部的壁部造型路径的第1起始点(74、78)相连接。
5.根据权利要求2或3所述的三维造型方法，其特征在于，
所述立体造型物具有至少1个肋(20)，所述肋(20)沿多个所述层的层叠方向延伸，将所述空间分割成多个子空间(22)，
由所述路径确定工序确定的多个所述层中的每一层的所述造型路径包括用于造型肋壁部(46)的肋造型路径(72)，
多个所述层中的每一层的所述肋造型路径具有肋去路(86)和肋回路(88)，其中，所述肋去路(86)从最内侧的所述壁部造型路径中的预先确定的第2起始点(90)向所述空间的内侧延伸到折回点(92)；所述肋回路(88)从所述折回点延伸到最内侧的所述壁部造型路径中的预先确定的第2终点(94)，
通过由所述肋去路形成的壁部(60)和由所述肋回路形成的壁部(62)彼此相邻来形成所述肋壁部，
通过所述第2起始点和所述第2终点来形成所述肋壁部的一方的端部，
通过所述折回点来形成所述肋壁部的另一方的端部，
在所述层叠方向上相邻的2个层之间，所述肋壁部的一方的端部的位置和另一方的端部的位置互换。
6.根据权利要求5所述的三维造型方法，其特征在于，
所述立体造型物具有至少2个所述肋，所述肋沿所述层叠方向延伸，将所述空间分割成多个所述子空间，
在多个所述层中的每一层中，在相邻的所述肋壁部之间一方的端部的位置和另一方的端部的位置互换。
7.根据权利要求5所述的三维造型方法，其特征在于，
所述肋造型路径中的所述折回点的部分与最内侧的所述壁部造型路径重叠。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的三维造型方法，其特征在于，
在所述附加造型法中，通过使从喷嘴(36)排出的造型材料(12)层叠来造型所述立体造型物，
在所述造型工序中，在多个所述层中的每一层中，使所述喷嘴沿所述造型路径向所述行进方向移动。
9.一种三维造型装置(10)，该三维造型装置(10)通过附加造型法来造型内部具有空间的立体造型物，其特征在于，
具有数据分割部(24)、路径确定部(24)和造型部(26)，其中，
所述数据分割部(24)获取所述立体造型物的三维数据，且将获取到的所述三维数据分割成多个层；
所述路径确定部(24)针对由所述数据分割部分割出的多个所述层中的每一层，确定用于造型所述立体造型物的造型路径和所述造型路径的行进方向；
所述造型部(26)按照由所述路径确定部确定的多个所述层中的每一层的所述造型路径和所述行进方向来造型所述立体造型物，
多个所述层中的每一层的所述造型路径包括多个壁部造型路径，所述壁部造型路径用于造型包围所述空间且沿着内外方向相邻的多个环状的壁部，
多个所述壁部造型路径中的每一壁部造型路径的行进方向朝向同一方向。
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