JP2014065180A - 立体造形装置および立体造形データ作成プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】立体造形物の凹部の内側に残存する未硬化粉体の除去を容易且つ確実に行うための立体造形装置、および立体造形データ作成プログラムを提供する。
【解決手段】立体造形装置は、立体造形物２５における有底の凹部３０の内側に、除去造形物６０を造形する。除去造形物６０は、少なくとも凹部３０の開口部３３から底部３２に至る内周面３１に沿い、且つ、凹部３０の内周面３１から離間した状態で、凹部３０の内側を埋める。作業者は、立体造形装置による立体造形物２５および除去造形物６０の造形が完了した後に、凹部３０の内側から除去造形物６０を除去することで、凹部３０の内側の未硬化粉体を除去する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、立体造形粉体の層（以下、「粉体層」という。）の任意の範囲を固化することで立体造形物の層（以下、「造形層」という。）を形成し、造形層を積層させることで立体造形物を造形する立体造形装置、および、前記立体造形装置を制御するデータを作成するための立体造形データ作成プログラムに関する。

従来、粉体層を固化することで造形層を形成し、造形層を積層させて立体造形物を造形する立体造形装置が知られている。立体造形装置による全ての造形層の形成が完了すると、固化されずに造形層の周囲に残存している立体造形粉体（以下、「未硬化粉体」という。）を除去する必要がある。例えば、特許文献１に記載されている装置は、複数の位置から立体造形物に対して送風を行うことで、未硬化粉体を除去する。

特開２００２−２０５３３８号公報

立体造形装置によって、有底の凹部を有する立体造形物を形成する場合、全ての造形層の造形が完了した後に、凹部の内側の未硬化粉体を除去する必要がある。気流を用いて未硬化粉体を除去する従来の技術では、凹部の内側に残存した未硬化粉体を容易且つ確実に除去することはできなかった。

本発明は、立体造形物の凹部の内側に残存する未硬化粉体の除去を容易且つ確実に行うための立体造形装置、および立体造形データ作成プログラムを提供することを目的とする。

本発明の第一態様に係る立体造形装置は、立体造形粉体の層である粉体層を形成する粉体層形成手段と、前記粉体層形成手段によって形成された前記粉体層の少なくとも一部の範囲を固化することで、立体造形物を構成する層である造形層を形成する造形層形成手段と、前記造形層形成手段の動作を制御する制御手段と、を備え、複数の前記造形層を積層させることで立体造形物を造形する立体造形装置であって、前記制御手段は、前記立体造形物における有底の凹部を形成する部位において、少なくとも前記凹部の開口部から底部に至る内周面に沿い、且つ、前記凹部の内周面から離間した状態で、前記凹部の内側を埋めると共に、前記立体造形物の造形が完了した後に除去可能な造形物である除去造形物を、前記造形層形成手段に造形させる除去用制御手段を備える。

本発明の第二態様に係る立体造形データ作成プログラムは、立体造形粉体の層である粉体層を形成する粉体層形成手段と、前記粉体層形成手段によって形成された前記粉体層の少なくとも一部の範囲を固化することで、立体造形物を構成する層である造形層を形成する造形層形成手段と、を備えた立体造形装置を制御する立体造形データを作成するための立体造形データ作成プログラムであって、前記立体造形データを作成する立体造形データ作成装置のプロセッサによって実行されることで、前記立体造形物における有底の凹部を形成する部位において、少なくとも前記凹部の開口部から底部に至る内周面に沿い、且つ前記凹部の内周面から離間した状態で、前記凹部の内側を埋めると共に、前記立体造形物の造形が完了した後に除去可能な造形物である除去造形物を、前記造形層形成手段に造形させる前記立体造形データを作成する作成ステップを前記立体造形データ作成装置に実行させることを特徴とする。

本発明によると、立体造形装置は、凹部の内周面から離間した状態で内周面に沿うように、除去造形物を形成する。従って、作業者は、立体造形物の造形が完了した後に、立体造形物と共に形成された除去造形物を除去するだけで、凹部の内側に残存する未硬化粉体を容易且つ確実に除去することができる。

立体造形装置１およびＰＣ１００の外観斜視図である。 造形台６、粉体供給機構１４、および平坦化ローラ１８の斜視図である。 立体造形装置１の電気的構成を示すブロック図である。 ＰＣ１００の電気的構成を示すブロック図である。 ＰＣ１００が実行する立体造形データ作成処理のフローチャートである。 立体造形データが示す立体造形物２５の一例の断面図である。 凹部３０の内側が円柱状である場合の立体造形物２５および除去造形物６０の一例を示す断面図である。 ねじ山６１を有する除去造形物６０、および、立体造形物２５の一例を示す断面図である。 把持部６２を有する除去造形物６０、および、立体造形物２５の一例を示す断面図である。 後端開放孔６３を有する除去造形物６０、および、立体造形物２５の一例を示す断面図である。 後端開放孔６３と先端開放孔６４を有する除去造形物６０、および、立体造形物２５の一例を示す断面図である。 １つの凹部３０に複数の除去造形物６０Ａ，６０Ｂを造形する場合の、立体造形物２５および除去造形物６０Ａ，６０Ｂの一例を示す断面図である。 立体造形装置１が実行する立体造形処理のフローチャートである。 凹凸６７と留め金状の把持部６２を有する除去造形物６０、および、立体造形物２５の一例を示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。まず、図１および図２を参照して、立体造形装置１の構成について説明する。立体造形装置１は、立体造形データに従って、造形液を吐出するヘッド２１等を駆動することで、立体造形物を造形することができる。立体造形装置１は、ネットワーク等を介して、パーソナルコンピュータ（以下、「ＰＣ」という。）１００から立体造形データを取得することができる。ＰＣ１００は、物体の三次元形状および色を示す立体データに基づいて立体造形データを作成し、立体造形装置１に提供する。なお、立体造形装置１は、立体データを他のデバイスから取得し、取得した立体データに基づいて自ら立体造形データを作成してもよい。

図１に示すように、立体造形装置１は、土台２と、造形台６と、粉体供給機構１４と、平坦化ローラ１８と、ヘッド２１と、粉体回収部１３とを主に備える。土台２は、左右方向を長手方向とする矩形板状に形成されており、立体造形装置１の全体を支持する。造形台６はステージ９を備える。立体造形物はステージ９上で造形される。粉体供給機構１４は、造形台６の供給部１２（図２参照）上に立体造形粉体を供給する。平坦化ローラ１８は、供給部１２上に載置された立体造形粉体を、ステージ９上へ移動させて平坦化し、立体造形粉体の層（以下、「粉体層」という。）を形成する。ヘッド２１は、ステージ９上に形成された粉体層に造形液を吐出する。粉体回収部１３は、固化せずに立体造形物の周辺に残存した余分な立体造形粉体（以下、「未硬化粉体」という。）を回収する。以下、各構成について説明する。

造形台６について説明する。図１に示すように、造形台６は、造形台６を支持する基部７と、基部７の上部に支持される枠部８とを備える。基部７の左右の各々には、前後方向に貫通する貫通穴（図示せず）が形成されている。土台２の略中央には、前後方向に延びる２本のレール３が設けられている。２本のレール３は、土台２の正面側端部に設けられた支持部４と、背面側端部に設けられた支持部（図示せず）とによって、土台２の上面から所定の高さで支持されている。２本のレール３の各々は、基部７に形成された２つの貫通穴の各々を貫通する。

土台２の背面側端部には、造形台６を前後動させるための前後動モータ４１（図３参照）が設けられる。前後動モータ４１が駆動すると、キャリッジベルト（図示せず）を介して動力が造形台６に伝わり、造形台６は２本のレール３に沿って前後方向に移動する。つまり、前後動モータ４１が駆動すると、粉体供給機構１４、平坦化ローラ１８、およびヘッド２１は、造形台６のステージ９に対して前後方向（ステージ面と平行な方向）に相対移動する。なお、前後動モータ４１は、粉体供給機構１４、平坦化ローラ１８、およびヘッド２１を移動させてもよい。つまり、立体造形装置１は、粉体供給機構１４、平坦化ローラ１８、およびヘッド２１をステージ９に対して相対移動させればよい。

図２に示すように、枠部８は、略立方体の箱型形状を成す。枠部８は、上面が開放された平面視略矩形状の凹部を中央に有し、凹部においてステージ９（図１参照）を昇降可能に保持する。ステージ９の上面は水平に保たれている。枠部８の右側面には、ステージ９の下方の空間から未硬化粉体を粉体回収部１３（図１参照）に導くための回収路１０が接続されている。枠部８の後端部近傍には、上面が開放された平面視矩形の凹部である粉体落下口１１が設けられている。粉体落下口１１には、粉体層を形成する際に平坦化ローラ１８によって集積された余剰粉体が落下する。造形台６の正面側の上端部からは、板状の供給部１２が前方へ水平に延びる。供給部１２には、粉体供給機構１４によって供給される立体造形粉体が載置される。

ステージ９（図１参照）は、造形台６に設けられたステージ昇降モータ４２（図３参照）の動力によって昇降する。立体造形装置１は、昇降範囲の上部からステージ９を徐々に下降させながら立体造形物を造形する。また、ステージ９は、図示しないが、上部ステージおよび下部ステージを備える。上部ステージおよび下部ステージは、略同一形状の板状部材であり、水平に配置される。上部ステージおよび下部ステージは、厚み方向に貫通する複数の孔を共に備える。しかし、平面視において、上部ステージの孔の位置と、下部ステージの孔の位置とが重複しないように、上部ステージおよび下部ステージが形成されている。従って、ステージ９が静止している状態では、立体造形粉体はステージ９上に堆積する。造形台６に設けられた加振モータ（図示せず）が駆動され、ステージ９が振動すると、未硬化粉体は上部ステージおよび下部ステージの孔から落下し、回収路１０を通じて粉体回収部１３に吸引される。

しかし、加振モータによってステージ９を振動させても、立体造形物の周囲に残存している未硬化粉体を完全に振り落とすことができるとは限らない。特に、有底の凹部を有する立体造形物を造形する場合、凹部の内側の空間に残存した未硬化粉体は、ステージ９を振動させても振り落とされ難い。従来、作業者は、立体造形物に対する送風を行ったり、棒を凹部に挿入したりすることで、凹部の内側の未硬化粉体を除去する必要があった。しかし、従来の方法は煩雑であった。また、従来の方法では、確実に未硬化粉体を除去できない場合があった。本実施形態の立体造形データ作成プログラムおよび立体造形装置１によると、作業者は、凹部の内側に残存する未硬化粉体を容易且つ確実に除去することができる。この詳細については後述する。

粉体供給機構１４について説明する。図２に示すように、粉体供給機構１４は、貯留部１５、および粉体供給ローラ１６を備える。貯留部１５の上部は、上方へ向けて徐々に前後方向の幅が広がる箱状に形成されており、内部に立体造形粉体を貯留する。貯留部１５の下部は開口となっており、貯留部１５内の立体造形粉体は開口から落下する。粉体供給ローラ１６は、貯留部１５の下部の開口よりもやや上方に回転可能に設けられている。貯留部１５と粉体供給ローラ１６の間には隙間が無いため、立体造形粉体が隙間から下方へ落下することは無い。粉体供給ローラ１６の回転軸は左右方向に延びており、貯留部１５の右端および左端において回転可能に支持されている。粉体供給ローラ１６の外周面には、左右方向に長く、且つ回転軸に向かって凹んだ凹部１７が設けられている。凹部１７には、貯留部１５に貯留された立体造形粉体が溜まる。従って、粉体供給モータ４４（図３参照）の動力によって粉体供給ローラ１６が回転すると、凹部１７に溜まった立体造形粉体が下方へ落下する。

平坦化ローラ１８について説明する。平坦化ローラ１８は、造形台６の供給部１２に供給された立体造形粉体を、ステージ９上に移動させて平坦化し、粉体層を形成する。図２に示すように、平坦化ローラ１８の回転軸１９は、ステージ９の上面と平行な状態（つまり、水平な状態）で、造形台６の移動方向と交差する方向（左右方向）に延びる。回転軸１９は、粉体回収部１３（図１参照）に配置された平坦化ローラ回転モータ４３（図３参照）に接続されている。平坦化ローラ回転モータ４３が駆動されると、平坦化ローラ１８は、図２に示す矢印方向（右側面視反時計回りの方向）に回転する。立体造形装置１は、粉体層を形成する場合、平坦化ローラ１８を回転させながら造形台６を後方から前方へ移動させる。その結果、立体造形粉体は、ステージ９（図１参照）上で平坦化される。平坦化ローラ１８の背面側に集積された余剰粉体は、造形台６の背面側に形成された粉体落下口１１に落下する。

粉体供給機構１４の貯留部１５の正面には、板状のブレード２０が固定されている。ブレード２０は、貯留部１５の正面の壁面から前方斜め下方へ延び、平坦化ローラ１８の背面側に隙間無く接触している。平坦化ローラ１８に付着した立体造形粉体は、ブレード２０によって除去される。

ヘッド２１について説明する。ヘッド２１は、立体造形粉体を固化するための造形液を下方に吐出する。本実施形態の立体造形装置１は、無色のクリア造形液と、着色されたカラー造形液とをヘッド２１から吐出する。図１に示すように、造形台６の上方、且つ平坦化ローラ１８の前方には、ヘッド２１の左右方向の移動を案内するためのガイドレール２３が設けられている。ガイドレール２３は、立体造形装置１の左胴部３９の右側面から右方へ真っ直ぐに水平に延び、粉体回収部１３の左側面に接続される。ガイドレール２３は、ヘッド２１を左右方向に貫通しており、ヘッド２１はガイドレール２３に沿って左右方向に移動できる。立体造形装置１の左胴部３９には、ヘッド２１を移動させるためのヘッド移動モータ４５（図３参照）が設けられている。ヘッド移動モータ４５が駆動されると、キャリッジベルト（図示せず）を介して動力がヘッド２１に伝わり、ヘッド２１が左右方向に移動する。

粉体回収部１３は、図１に示すように、造形台６と右胴部４０の間に配置される。粉体回収部１３は、造形台６内の未硬化粉体を吸引するためのポンプ（図示せず）を備える。また、右胴部４０の正面には、作業者からの操作入力を受け付けるための操作パネル５３が設けられている。

立体造形装置１は、平坦化手段（本実施形態では平坦化ローラ１８）をステージ９のステージ面に平行に相対移動させることで、立体造形粉体を平坦化して粉体層を形成する。形成した粉体層の少なくとも一部に造形液を吐出し、粉体層を固化することで、立体造形物の層である造形層を形成する。次いで、造形層を含む粉体層の上面に、さらに粉体層を形成し、新たに形成した粉体層の少なくとも一部を固化して造形層を積層させる。以上の工程を繰り返すことで、立体造形データが示す立体造形物を造形する。その後、立体造形装置１は、ステージ９を振動させて、立体造形物の周囲に残存した未硬化粉体を回収する。ここで、本実施形態に係る立体造形装置１は、有底の凹部の内側に除去造形物を造形することができる。作業者は、除去造形物を造形するだけで、ステージ９の振動によって除去されなかった凹部の内側の未硬化粉体を、容易且つ確実に除去することができる。

図３を参照して、立体造形装置１の電気的構成について説明する。立体造形装置１は、立体造形装置１の制御を司るＣＰＵ５０を備える。ＣＰＵ５０には、ＲＡＭ５１、ＲＯＭ５２、操作パネル５３、外部通信Ｉ／Ｆ５４、モータ駆動部５５、およびヘッド駆動部５６が、バス５９を介して接続されている。

ＲＡＭ５１には、ＰＣ１００から受信した立体造形データ等の各種データが一時的に記憶される。ＲＯＭ５２には、立体造形装置１の動作を制御するための制御プログラム、初期値等が記憶されている。外部通信Ｉ／Ｆ５４は、立体造形装置１をＰＣ１００等の外部機器に接続する。なお、立体造形装置１は、ＵＳＢインタフェース、インターネット等を介して、他のデバイス（例えば、ＵＳＢメモリ、サーバ等）からデータを取得することも可能である。モータ駆動部５５は、前後動モータ４１、ステージ昇降モータ４２、平坦化ローラ回転モータ４３、粉体供給モータ４４、およびヘッド移動モータ４５の各々の動作を制御する。ヘッド駆動部５６はヘッド２１に接続しており、ヘッド２１の各吐出チャンネルに設けられた圧電素子を駆動する。

図４を参照して、ＰＣ１００の電気的構成について説明する。ＰＣ１００は、ＰＣ１００の制御を司るＣＰＵ８０を備える。ＣＰＵ８０には、ＲＡＭ８１、ＲＯＭ８２、ハードディスクドライブ（以下、「ＨＤＤ」という。）８３、表示制御部８４、操作処理部８５、ＣＤ−ＲＯＭドライブ８６、および外部通信Ｉ／Ｆ８７が、バス８９を介して接続されている。

ＲＡＭ８１は、各種情報を一時的に記憶する。ＲＯＭ８２には、ＣＰＵ８０が実行するＢＩＯＳ等のプログラムが記憶されている。ＨＤＤ８３は不揮発性の記憶装置であり、立体造形データ作成プログラム、立体データ、立体造形データ等を記憶している。表示制御部８４は、モニタ９１の表示を制御する。操作処理部８５は、作業者が操作入力を行うためのキーボード９２およびマウス９３に接続し、操作入力を検知する。ＣＤ−ＲＯＭドライブ８６には、記憶媒体であるＣＤ−ＲＯＭ９４が挿入される。ＣＤ−ＲＯＭ９４に記憶されているデータは、ＣＤ−ＲＯＭドライブ８６によって読み出される。ＰＣ１００は、ＣＤ−ＲＯＭ９４およびインターネット等を介して、本発明に係る立体造形データ作成プログラム等を取得し、ＨＤＤ８３に記憶させる。外部通信Ｉ／Ｆ８７は、ＰＣ１００を立体造形装置１等の外部機器に接続する。

図５から図１２を参照して、ＰＣ１００が実行する立体造形データ作成処理について説明する。前述したように、ＰＣ１００のＨＤＤ８３には立体造形データ作成プログラムが記憶されている。ＰＣ１００のＣＰＵ８０は、立体造形データの作成指示を入力すると、立体造形データ作成プログラムに従って、図５に示す立体造形データ作成処理を実行する。

まず、作業者によって指定された物体（つまり、造形しようとする立体造形物）の三次元形状と、物体の表面の色彩（例えばＲＧＢ値）とを示す立体データが取得される（Ｓ１）。取得された立体データが示す立体造形物に、有底の凹部があるか否かが判断される（Ｓ２）。図６に、立体造形物２５の断面図の一例を示す。図６に例示する立体造形物２５の形状は、有底円筒状であり、内側に有底の凹部３０を有する。凹部３０の内側の空間は、内周面３１と底部３２によって包囲される。内周面３１は、開口部３３から底部３２まで至る部分であり、図６に示す例では円筒状である。底部３２および開口部３３は、図６に示す例では同一の大きさの円形である。なお、本実施形態では、ＣＰＵ８０は、開口部３３の面積が閾値以下であり、且つ、開口部３３から底部３２までの距離が閾値以上である部位を、凹部３０と認識する。つまり、未硬化粉体の除去が困難な形状の凹部３０であるか否かを判断するための閾値が、予めＨＤＤ８３に記憶されており、閾値に基づいて凹部３０を認識する。しかし、凹部３０を認識する方法が適宜変更できることは言うまでもない。例えば、ＰＣ１００は、立体造形物２５の形状をモニタ９１（図４参照）に表示させて、凹部３０を指定する指示をマウス９３等によって受け付けることで、凹部３０を作業者に指定させてもよい。

次いで、凹部３０の内側の空間が開口部３３の形状よりも大きいか否かが判断される（Ｓ３）。詳細には、凹部３０の内側の空間に、除去造形物を造形した場合を仮定する。除去造形物とは、立体造形物２５の造形が完了した後に、作業者が除去することができる造形物である。凹部３０の内側から除去造形物を除去する際の移動方向を、除去方向という。図６に示す例では、除去方向は矢印Ｐの方向となる。そして、ＣＰＵ８０は、除去方向に垂直な方向における、凹部３０の内側の空間の断面の外形形状の少なくとも一部が、除去方向から見た場合の開口部３３の形状よりも大きい場合、凹部３０の内側の空間が開口部３３よりも大きいと判断する。

なお、内周面３１が真っ直ぐな筒状でなく湾曲している場合には、除去方向も湾曲する。しかし、除去方向が湾曲している場合でも、同様の方法で凹部３０の内側の空間の形状を開口部３３の形状と比較すればよい。ただし、Ｓ３の判断の方法を変更できることは言うまでもない。例えば、ＰＣ１００は、凹部３０の内側の空間の少なくとも一部が開口部３３よりも大きいか否かを作業者に入力させて、入力結果に基づいてＳ３の判断を行ってもよい。

凹部３０の内側の空間が開口部３３の形状と同一、または、開口部３３の形状よりも小さい場合には（Ｓ３：ＮＯ）、１つの凹部３０の内側に除去造形物６０（図７等参照）が１つ追加されるように、立体データが変更される（Ｓ５）。Ｓ５では、図７に示すように、凹部３０の内周面３１に沿い、且つ、凹部３０の内周面３１から離間した状態で凹部３０の内側を埋めるように、除去造形物６０の形状が決定される。従って、作業者が除去造形物６０を除去するだけで、凹部３０の内側の未硬化粉体が容易且つ確実に除去される。凹部３０の内周面３１と、除去造形物６０の表面とは離間している。従って、立体造形物２５の造形が終了した時点で、内周面３１と除去造形物６０との間には未硬化粉体３５が介在する。よって、除去造形物６０は、除去方向への力を加えるだけで簡単に除去される。

また、Ｓ５で立体データに追加される除去造形物６０は、輪郭部分の少なくとも一部のみが固化される形状である。従って、立体造形物２５の造形の完了後、除去造形物６０の輪郭部分の内側は未硬化粉体３５のままとなる。よって、作業者は、除去造形物６０の内側の未硬化粉体３５を再利用することができる。また、立体造形装置１は、除去造形物６０の内部も固化させる場合に比べて、除去造形物６０を造形するために使用する造形液の量を削減することができ、造形時間も短縮できる。

次いで、Ｓ５で追加した除去造形物６０の外形が円柱状であるか否かが判断される（Ｓ６）。円柱状であれば（Ｓ６：ＹＥＳ）、図８に示すように、除去造形物６０の外周面にねじ山６１を形成する立体データに変更される（Ｓ７）。ねじ山６１を有する除去造形物６０を凹部３０から除去する場合、ねじ山６１の凹凸によって、凹部３０の内側に残存する未硬化粉体が掻き出される。さらに、作業者は、除去造形物６０を回転させるだけで、より容易に除去造形物６０を凹部３０から除去することができる。

次いで、図９に示すように、除去造形物６０の開口部３３側に、作業者によって把持される把持部を形成するように、立体データが変更される（Ｓ１１）。本実施形態では、ＣＰＵ８０は、除去造形物６０の開口部３３側の端部を外方に突出させることで、容易に把持できる把持部６２を形成する。しかし、把持部６２は、作業者が把持し易い形状であればよく、把持部６２の具体的な形状を変更してもよいことは言うまでもない。作業者は、把持部６２を把持することで、より容易に除去造形物６０を開口部３３から除去することができる。

次いで、除去造形物６０の外形を構成する輪郭部分の一部が開放されるように、立体データが変更される（Ｓ１２）。輪郭部分の一部が開放された除去造形物６０の例を、図１０および図１１に示す。

図１０で例示する除去造形物６０は、開口部３３側の後端部に後端開放孔６３を有する。作業者は、把持部６２を把持して除去造形物６０を凹部３０から除去し、且つ、除去造形物６０の内部の未硬化粉体３５を後端開放孔６３から取り出すことができる。よって、作業者は、除去造形物６０を破壊する等の作業を行うことなく、未硬化粉体３５を容易に再利用することができる。また、図１０に示す例では、外形円柱状の除去造形物６０のうち、開口部３３側の後端部に後端開放孔６３が形成される。従って、除去造形物６０の内部の未硬化粉体３５は、後端開放孔６３から凹部３０の内部に移動することはない。よって、作業者は、凹部３０の内側の未硬化粉体３５を確実に除去しつつ、未硬化粉体３５を再利用することができる。

図１１で例示する除去造形物６０は、後端部に後端開放孔６３を有し、且つ、底部３２側の先端部に先端開放孔６４を有する。つまり、立体造形装置１は、除去造形物６０の輪郭部分のうち、凹部３０の開口部３３から底部３２に至る内周面３１に沿う部分のみを固化させることで、除去造形物６０を造形する。図１１に示す例では、除去造形物６０の先端部から後端部までを連通する空洞部６５が形成される。作業者は、空洞部６５から凹部３０の内部に気体を導入しながら除去造形物６０を除去することで、凹部３０の内部の未硬化粉体３５をより容易に除去することができる。当然ながら、除去造形物６０の内側の未硬化粉体３５を再利用することも可能である。

次いで、除去造形物６０の色が透明（つまり、立体造形粉体自体の色）に設定される（Ｓ１３）。その結果、除去造形物６０を形成する部分に吐出させる造形液が、無色のクリア造形液となる。クリア造形液は、着色されたカラー造形液よりもコストが低い。立体造形装置１は、クリア造形液を用いて除去造形物６０を造形するため、未硬化粉体の除去が容易な立体造形物２５を低コストで造形することができる。

また、立体造形物２５に有底の凹部３０が存在し（Ｓ２：ＹＥＳ）、且つ、凹部３０の空間が開口部３３よりも大きければ（Ｓ３：ＹＥＳ）、立体データにおいて、１つの凹部３０の内側に複数の除去造形物６０が追加される（Ｓ８）。図１２に示す例では、除去造形物６０の除去方向（図１２の左から右へ向かう方向）に垂直な方向における、凹部３０の内側の空間の断面は、底部３２に向かって徐々に大きくなる。よって、凹部３０の内周面３１に沿って１つの除去造形物６０が造形されると、作業者は、除去造形物６０を開口部３３から取り出すことができない。ＣＰＵ８０は、除去方向に垂直な断面の外形形状が、除去方向から見た場合の開口部３３の形状よりも小さくなるように、１または複数（図１２に示す例では２つ）の除去造形物６０Ａ，６０Ｂの各々のデータを追加する。

図１２に示す例では、外形が略円柱状の除去造形物６０Ａと、外形が略円錐状の除去造形物６０Ｂとが、凹部３０の内周面３１に沿って造形されるように、立体データが変更される。この場合、作業者は、除去造形物６０Ａを除去した後に、除去造形物６０Ｂを除去することで、凹部３０の内側の形状が複雑であっても、凹部３０に残存した未硬化粉体３５を容易に除去することができる。つまり、複数の除去造形物６０が１つの凹部３０に造形されることで、１つの除去造形物６０が造形される場合に比べて、作業者は容易に凹部３０に残存した未硬化粉体３５の除去作業を行うことができる。

なお、図１２に示す例でも、除去造形物６０Ａ，６０Ｂの輪郭部分のみが固化し、輪郭部分の内側は固化されない。また、「内周面３１に沿って」とは、凹部３０の内周面３１と除去造形物６０の表面との距離が一定であることを意味するものではない。つまり、「内周面３１に沿って」とは、除去造形物６０が、内周面３１に沿って凹部３０の底部３２近傍まで形成されることを意味するのみである。従って、例えば、内周面３１と除去造形物６０の表面との距離の平均値が、底部３２に近づく程徐々に大きくなる場合でも、未硬化粉体３５を容易に除去できるという本願発明の効果が得られる。よって、図１２に示す形状の立体造形物２５を造形する場合、立体造形装置１は、複数の除去造形物６０を造形せずに、開口部３３よりも小さい形状の除去造形物６０を１つ造形してもよい。

次いで、除去造形物６０（図１２に示す例では、２つの除去造形物６０Ａ，６０Ｂ）の少なくともいずれかの表面に凹凸が形成されるように、立体データが変更される（Ｓ９）。その結果、除去造形物６０が凹部３０から除去される際に、未硬化粉体が凹凸によって掻き出される。次いで、開口部３３に位置する除去造形物６０（図１２に示す例では除去造形物６０Ａ）の開口部３３側に、把持部６２（図９等参照）が造形されるように、立体データが変更される（Ｓ１１）。除去造形物６０の輪郭の一部が開放されて（Ｓ１２）、除去造形物６０の色が透明に設定される（Ｓ１３）。また、造形する立体造形物２５に有底の凹部３０が存在しなければ（Ｓ２：ＮＯ）、除去造形物６０を立体データに追加する処理（Ｓ３〜Ｓ１３）は行われずに、処理はそのままＳ１６へ移行する。

次いで、立体造形物２５を構成する各造形層の厚みが設定される（Ｓ１６）。Ｓ１〜Ｓ１３で取得、変更された立体データが示す位置および色の情報が参照され、粉体層の厚みに応じて、各造形層を立体造形装置１に形成させるための吐出データが作成される（Ｓ１７）。立体造形データ作成処理は終了する。

図１３を参照して、立体造形装置１が実行する立体造形処理について説明する。立体造形装置１のＲＯＭ５２には、立体造形装置１の動作を制御するための制御プログラムが記憶されている。立体造形装置１のＣＰＵ５０は、造形の開始指示を入力すると、制御プログラムに従って、図１３に示す立体造形処理を実行する。

まず、粉体層の順を示すＺの値が、最下層であることを示す「１」とされる（Ｓ２１）。Ｚ番目の層における立体造形データが読み出される（Ｓ２４）。次いで、粉体供給・平坦化処理が行われる（Ｓ２５）。詳細には、ステージ９の上面の高さが、粉体層の厚みＤの分だけ下降される。造形台６（図２参照）が後方に移動されて、粉体供給モータ４４が駆動され、造形台６の供給部１２に立体造形粉体が供給される。平坦化ローラ回転モータ４３によって平坦化ローラ１８が回転された状態で、造形台６が前方に移動されて、ステージ９において立体造形粉体が平坦化される。

次いで、ＣＰＵ５０は、Ｚ番目の層の立体造形データに応じて、立体造形物２５を構成する部位に、カラー造形液およびクリア造形液の少なくとも一方をヘッド２１に吐出させる（Ｓ２６）。ＣＰＵ５０は、除去造形物６０を構成する部位に、立体造形データに応じて、クリア造形液をヘッド２１に吐出させる（Ｓ２７）。Ｚ番目の造形層の造形が完了するまで（Ｓ２９：ＮＯ）、Ｓ２６，Ｓ２７の処理が行われる。

Ｚ番目の造形層の造形が完了すると（Ｓ２９：ＹＥＳ）、全ての層の造形が完了したか否かが判断される（Ｓ３０）。全ての層の造形が完了していなければ（Ｓ３０：ＮＯ）、層の順を示すＺの値に「１」が加算されて（Ｓ３１）、処理はＳ２４へ戻り、１つ上の層の造形が行われる（Ｓ２４〜Ｓ２９）。全ての層の造形が完了すると（Ｓ３０：ＹＥＳ）、ステージ９を振動させて未硬化粉体を回収する処理が行われて（Ｓ３３）、立体造形処理は終了する。以上の処理によって、図７〜図１１で例示した立体造形物２５および除去造形物６０が造形される。作業者は、除去造形物６０を除去することで、凹部３０の内側の未硬化粉体を除去し、作業を終了する。

以上説明したように、本実施形態の立体造形装置１は、凹部３０の内周面３１から離間した状態で内周面３１に沿うように、除去造形物６０を造形する。従って、作業者は、立体造形物２５の造形が完了した後に、立体造形物２５と共に造形された除去造形物６０を除去するだけで、凹部３０の内側に残存する未硬化粉体を容易且つ確実に除去することができる。

本実施形態の立体造形装置１は、除去造形物６０の外形形状が、凹部３０の開口部３３の形状よりも小さくなるように、除去造形物６０を造形する。よって、除去造形物６０は、開口部３３の縁部に引っかかることなく円滑に凹部３０から除去される。従って、作業者は、より容易且つ確実に未硬化粉体を除去することができる。

本実施形態の立体造形装置１は、１つの凹部３０の内側に複数の除去造形物６０を造形することができる。この場合、作業者は、１つの凹部３０の内側に１つの除去造形物６０が造形される場合に比べて容易に除去造形物６０を除去することができる。例えば、凹部３０の内側の形状が複雑な場合でも、作業者は、分割された各々の除去造形物６０を円滑に除去することができる。

本実施形態の立体造形装置１は、除去造形物６０の開口部３３側に、作業者によって把持される把持部６２を形成することができる。作業者は、把持部６２を把持することで、より容易に除去造形物６０を開口部３３から除去することができる。

本実施形態の立体造形装置１は、除去造形物６０の表面に凹凸を形成することができる。この場合、除去造形物６０が凹部３０から除去される際に、凹部３０の内側に残存する未硬化粉体が、凹凸によって掻き出される。従って、作業者は、凹部３０の未硬化粉体をより容易に除去することができる。また、立体造形装置１は、外周面にねじ山６１を有する除去造形物６０を造形することもできる。この場合、作業者は、ねじ山６１が形成された除去造形物６０を回転させるだけで、より容易に除去造形物６０を凹部３０から除去することができる。

本実施形態の立体造形装置１は、除去造形物６０の外形を構成する輪郭部分の少なくとも一部を固化させて、且つ輪郭部分の内側を固化させない状態で、除去造形物６０を造形することができる。この場合、立体造形装置１は、除去造形物６０を造形する時間および費用を削減できる。作業者は、輪郭部分よりも内側の立体造形粉体を再利用することもできる。立体造形装置１は、輪郭部分の一部のみを固化させて除去造形物６０を造形することもできる。この場合、作業者は、輪郭部分のうち固化されていない部分から、輪郭部分の内側の立体造形粉体を容易に取り出すことができる。よって、立体造形粉体を容易に再利用することができる。また、立体造形装置１は、凹部３０の内周面に沿う部分のみを固化させて除去造形物６０を造形することも可能である。この場合、除去造形物６０の一端部から他端部までを連通する空洞部６５が形成される。作業者は、空洞部６５から凹部３０の内部に気体を導入しながら除去造形物６０を除去することで、凹部３０の内部の未硬化粉体をより容易に除去することができる。

本実施形態の立体造形装置１は、透明のクリア造形液を用いて除去造形物６０を造形する。クリア造形液は、着色されたカラー造形液に比べてコストが低い。立体造形装置１は、クリア造形液を用いて除去造形物６０を造形することで、未硬化粉体を容易に除去できる立体造形物２５を、低コストで造形することができる。

上記実施形態において、粉体供給機構１４および平坦化ローラ１８が、本発明の「粉体層形成手段」に相当する。ヘッド２１が本発明の「造形層形成手段」および「吐出手段」に相当する。図１３のＳ２６，Ｓ２７で造形層の形成動作を制御する立体造形装置１のＣＰＵ５０が、本発明の「制御手段」として機能する。詳細には、図１３のＳ２７で除去造形物６０の造形動作を制御するＣＰＵ５０が、本発明の「除去用制御手段」として機能する。ＰＣ１００のＣＰＵ８０が、本発明の「プロセッサ」に相当する。図５に示す立体造形データ作成処理が、本発明の「作成ステップ」に相当する。

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、様々な変形が可能であることは勿論である。図１４に、立体造形装置１が造形する立体造形物２５および除去造形物６０の一変形例を示す。図１４に示す変形例では、作業者の指、ピンセット、フック等が係止される形状（所謂「留め金状」）の把持部６２が、凹部３０の開口部３３側に形成される。このように、把持部６２の形状は、開口部３３から外側に突出する形状のみに限られず、作業者が把持し易い形状であればよい。また、除去造形物６０の外周面にねじ山６１を形成する場合、立体造形装置１は、除去造形物６０の開口部３３側の端部に、ドライバ等の工具が係止される係止部を形成してもよい。また、除去造形物６０の表面に形成するのはねじ山６１に限られず、図１４に示すような凹凸６７でもよい。除去造形物６０の表面に凹凸６７を形成すれば、凹部３０の内部の未硬化粉体が掻き出され易くなる。

また、上記実施形態の立体造形装置１は、除去造形物６０の輪郭部分の少なくとも一部のみを固化させることで、造形液の使用量を削減しつつ、再利用できる未硬化粉体の量を増加させる。しかし、立体造形装置１は、図１４に示すように、除去造形物６０の輪郭部分の内側も固化させてもよい。この場合でも、作業者は、凹部３０の内側の未硬化粉体を容易に除去することができる。

上記実施形態の立体造形装置１およびＰＣ１００は、除去造形物６０の表面に凹凸を形成するための処理、把持部６２を形成するための処理、除去造形物６０の輪郭部分の一部を開放させるための処理、除去造形物６０をクリア造形液で造形するための処理等、複数の処理を組み合わせて行っている。しかし、立体造形装置１およびＰＣ１００は、上記複数の処理のうちの全てを実行する必要は無い。例えば、立体造形装置１は、輪郭部分の一部を開放させずに、図９に例示する除去造形物６０を造形してもよい。また、除去造形物６０の表面に凹凸を形成せずに、把持部６２のみを形成することも可能である。図７に示す単純な形状の除去造形物６０を造形しても、作業者の作業は容易になる。

上記実施形態では、凹部３０の内部の空間が開口部３３よりも大きい場合にのみ、１つの凹部３０の内側に複数の除去造形物６０が分割されて造形される。しかし、凹部３０の内部の空間が開口部３３より小さい場合でも、複数の除去造形物６０を分割して凹部３０の内側に形成することも可能である。除去造形物６０を分割することで、作業者は、分割された除去造形物６０を容易に除去することができる。また、除去造形物６０の形状を決定する方法は適宜設定できる。例えば、作業者にマウス９３を操作させて、１または複数の除去造形物６０の形状を入力させることで、除去造形物６０の形状を決定してもよい。

上記実施形態の立体造形装置１は、造形液と混合することで固化する立体造形粉体の層に、ヘッド２１から造形液を吐出させることで、造形層を造形する。しかし、本発明は、造形層の上に粉体層を重ねて立体造形物を造形する立体造形装置であれば適用できる。例えば、レーザーが照射されることで熱溶融し、その後、固化する立体造形粉体（熱可塑性樹脂粉末等で、例えばナイロン粉末）を使用し、粉体層にレーザーを照射して造形層を造形するレーザー焼結方式の立体造形装置においても、本発明は適用できる。

上記実施形態では、ＰＣ１００が立体造形データを作成した。しかし、立体造形データを作成できるデバイスはＰＣ１００に限られない。例えば、立体造形装置１自身が立体データを取得し、取得した立体データに基づいて立体造形データを作成してもよい。メーカーが保有するサーバが立体造形データを作成してもよい。

１ 立体造形装置
９ ステージ
１４ 粉体供給機構
１８ 平坦化ローラ
２１ ヘッド
２５ 立体造形物
３０ 凹部
３１ 内周面
３２ 底部
３３ 開口部
３５ 未硬化粉体
５０ ＣＰＵ
６０ 除去造形物
６１ ねじ山
６２ 把持部
６３ 後端開放孔
６４ 先端開放孔
６５ 空洞部
６７ 凹凸
８０ ＣＰＵ
８３ ＨＤＤ
１００ ＰＣ

Claims (11)

1. 立体造形粉体の層である粉体層を形成する粉体層形成手段と、
   前記粉体層形成手段によって形成された前記粉体層の少なくとも一部の範囲を固化することで、立体造形物を構成する層である造形層を形成する造形層形成手段と、
   前記造形層形成手段の動作を制御する制御手段と、を備え、
   複数の前記造形層を積層させることで立体造形物を造形する立体造形装置であって、
   前記制御手段は、
   前記立体造形物における有底の凹部を形成する部位において、少なくとも前記凹部の開口部から底部に至る内周面に沿い、且つ、前記凹部の内周面から離間した状態で、前記凹部の内側を埋めると共に、前記立体造形物の造形が完了した後に除去可能な造形物である除去造形物を、前記造形層形成手段に造形させる除去用制御手段を備えたことを特徴とする立体造形装置。
2. 前記除去用制御手段は、
   前記除去造形物を前記凹部の前記開口部から除去する際の除去方向に垂直な方向における、前記除去造形物の各部位の断面の外形形状を、前記除去方向から見た場合の前記開口部の形状よりも小さい形状に形成させることを特徴とする請求項１に記載の立体造形装置。
3. 前記除去用制御手段は、
   １つの前記凹部の内側に複数の前記除去造形物を造形させることを特徴とする請求項１または２に記載の立体造形装置。
4. 前記除去用制御手段は、
   前記除去造形物の前記開口部側に、作業者によって把持される把持部を造形させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の立体造形装置。
5. 前記除去用制御手段は、
   前記除去造形物の表面に凹凸を形成させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の立体造形装置。
6. 前記除去用制御手段は、
   前記凹部の内側の空間が円柱状である場合に、外周面にねじ山を有する前記除去造形物を造形させることを特徴とする請求項５に記載の立体造形装置。
7. 前記除去用制御手段は、
   前記除去造形物の外形を構成する輪郭部分の少なくとも一部を固化させて、且つ前記輪郭部分よりも内側を固化させない状態で、前記除去造形物を造形させることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の立体造形装置。
8. 前記除去用制御手段は、
   前記輪郭部分の一部のみを固化させて前記除去造形物を造形させることを特徴とする請求項７に記載の立体造形装置。
9. 前記除去用制御手段は、
   前記輪郭部分のうち、前記凹部の前記開口部から前記底部に至る内周面に沿う部分のみを固化させて前記除去造形物を造形させることを特徴とする請求項８に記載の立体造形装置。
10. 前記造形層形成手段は、前記立体造形粉体と混合することで前記立体造形粉体を固化させる造形液を吐出する吐出手段であり、
    前記除去用制御手段は、透明の前記造形液を前記吐出手段に吐出させることで、前記除去造形物を造形させることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の立体造形装置。
11. 立体造形粉体の層である粉体層を形成する粉体層形成手段と、
    前記粉体層形成手段によって形成された前記粉体層の少なくとも一部の範囲を固化することで、立体造形物を構成する層である造形層を形成する造形層形成手段と、
    を備えた立体造形装置を制御する立体造形データを作成するための立体造形データ作成プログラムであって、
    前記立体造形データを作成する立体造形データ作成装置のプロセッサによって実行されることで、
    前記立体造形物における有底の凹部を形成する部位において、少なくとも前記凹部の開口部から底部に至る内周面に沿い、且つ前記凹部の内周面から離間した状態で、前記凹部の内側を埋めると共に、前記立体造形物の造形が完了した後に除去可能な造形物である除去造形物を、前記造形層形成手段に造形させる前記立体造形データを作成する作成ステップを前記立体造形データ作成装置に実行させることを特徴とする立体造形データ作成プログラム。

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