JP2015134411A

JP2015134411A - 三次元造形物の製造方法

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Publication number: JP2015134411A
Application number: JP2014005592A
Authority: JP
Inventors: 一郎安住; Ichiro Azumi
Original assignee: IHI Corp
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Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2015-07-27
Anticipated expiration: 2034-01-16
Also published as: JP6308421B2

Abstract

【課題】高強度の材料で三次元造形物を製作しない場合でも、三次元造形物の表面形状精度を低下させることなく、三次元造形物の内部強度を高めることができる方法を提供する。【解決手段】三次元造形物１の外表面の開口３ａから内部に延びている補強穴３に補強材を設けた三次元造形物１を製造する。製作対象物体の三次元形状に補強穴３の形状を加えた三次元形状のデータに基づいて積層造形法により補強穴３を含む三次元造形物１を製作し、または、製作対象物体の三次元形状のデータに基づいて積層造形法により三次元造形物１を製作し三次元造形物１に補強穴３を形成する。製作した三次元造形物１の材料と異なる流動性物質を補強穴３に充填する。補強穴３に充填した流動性物質６を硬化させることにより、流動性物質６を三次元造形物１の補強材にする。【選択図】図２

Description

本発明は、製作対象物体の三次元造形物を積層造形法により製造する方法に関する。

積層造形法では、製作対象物体が、多数の層を積み重ねて形成されているとして、多数の層を順に形成して積み重ねていくことにより製作対象物体の三次元造形物を製作する。各層の形成は、製作対象物体の三次元形状を表わす三次元形状データに基づいて行われる。なお、以下において、三次元造形物の各層を、単に層と呼ぶ。

このような積層造形法により、例えば、三次元造形物を製品の模型として製作し、この模型に基づいて、製品の外観や性能を評価する。

積層造形法には、例えば、粉末法、光造形法、シート積層法、および、溶融堆積法がある。

粉末法では、粉末材料を広げて一層分の粉末材料を配置する。この粉末材料にバインダをヘッドから噴射して粉末材料を固め、もしくは、この粉末材料にレーザビームを照射して粉末材料を焼結させる。これにより、１つの層を形成する。次いで、この層の上に次の層分の粉末材料を導入し、この粉末材料に、上記と同様に、バインダを噴射し、または、レーザビームを照射して、次の層を形成する。これを繰り返すことにより、多数の層を積み重ねて三次元造形物を製作する。

光造形法では、紫外線が照射されることにより硬化する紫外線硬化樹脂を用意する。一層分の紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して、１つの層を硬化して形成する。次いで、この層の上に次の一層分の紫外線硬化樹脂を導入して、この紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して、次の層を硬化して形成する。これを繰り返すことにより、多数の層を積み重ねて三次元造形物を製作する。

シート積層法では、シートを造形テーブルに導入して、このシートにおいて、１つの層に相当する部分の輪郭に切り込みを入れる。その後、次のシートを、造形テーブルに導入して前回導入したシートの上面に接着するとともに、この次のシートにおいて、次の層に相当する部分の輪郭に切り込みを入れる。これを繰り返して多数の層を形成したら、切り込みに沿ってシートの不要部分を除去することにより、多数の層を積み重ねた三次元造形物が得られる。

溶融堆積法では、材料（例えば樹脂）を熱で溶かし、溶けた材料を、１つの層に相当する形状と寸法に延ばして固める。次いで、この層の上に、溶けた材料を新たに導入し、次の層に相当する形状と寸法に延ばして固める。これを繰り返すことにより、多数の層を積み重ねて三次元造形物を製作する。

特開２０１３−１８２２２号公報

三次元造形物の材料の強度が低い場合には、三次元造形物が破損しやすい。例えば、三次元造形物において細長く延びる部分が存在する場合には、この部分は、強度（曲げ強さ）が低く破断しやすい。

ところで、上記の特許文献１では、製作された三次元造形物の上面にシートを密着させて、三次元構造物を完成させている。これにより、三次元造形物の上面がシートで保護されるため、三次元造形物の上面を人が触って三次元造形物が損傷することが防止される。すなわち、三次元造形物の外面強度が向上する。

また、従来では、製作された三次元造形物の表面に保護用の表面処理剤を塗布することにより、三次元造形物の外面強度を向上させて、三次元造形物の表面を保護することも行われていた。

しかし、このように、三次元造形物の表面に保護用のシートや表面処理剤を付加すると、三次元造形物の表面形状精度が低下する可能性がある。
また、三次元造形物の表面に対する、保護用のシートや表面処理剤の付加によっては、三次元構造物の内部強度を向上させることができない。

一方、三次元造形物を高強度の物質で形成することも考えられる。しかし、この場合には、高強度の物質が積層造形法に適さず、三次元造形物の形成が困難となる可能性がある。

そこで、本発明の目的は、高強度の材料で三次元造形物を製作しない場合でも、三次元造形物の表面形状精度を低下させることなく、三次元造形物の内部強度を高めることができる方法を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明によると、三次元造形物の外表面の開口から内部に延びている補強穴に補強材を設けた該三次元造形物の製造方法であって、
（Ａ）製作対象物体の三次元形状に前記補強穴の形状を加えた三次元形状のデータに基づいて積層造形法により前記補強穴を含む三次元造形物を製作し、または、製作対象物体の三次元形状のデータに基づいて積層造形法により三次元造形物を製作し該三次元造形物に前記補強穴を形成し、
（Ｂ）前記（Ａ）で製作した前記三次元造形物の材料と異なる流動性物質を、前記補強穴に充填し、
（Ｃ）前記補強穴に充填した前記流動性物質を硬化させることにより、該流動性物質を前記三次元造形物の補強材にする、ことを特徴とする三次元造形物の製造方法が提供される。

本発明の具体例は、以下の通りである。

前記三次元造形物は、線状に延びる線状部分を含み、
前記補強穴は、前記線状部分の内部において、該線状部分に沿って延びている。

線状に細長く延びる線状部分は破断しやすい。そこで、このような線状部分の内部において当該線状部分に沿って延びる補強穴を形成し、この補強穴に補強材を設ける。これにより、線状部分の強度を高めることができる。

前記（Ａ）の前に、製作対象物体の三次元形状に補強穴を加えた形状を表わす修正後の三次元形状のデータを作成し、
前記（Ａ）では、修正後の三次元形状のデータに基づいて、三次元造形物を積層造形法により製作する。

このように、積層造形法で用いる三次元形状データに補強穴を含ませることにより、強度を高めたい部分を自由に設定し、設定した部分の強度を高めることができる。

前記補強穴は、前記三次元造形物の外表面から、前記三次元造形物の内部へ延びて当該内部において分岐している。

このように補強穴が分岐しているので、三次元造形物の外表面における補強穴の１つの開口から流動性物質を導入するだけで、補強穴の全体に流動性物質を充填できる。したがって、互いに独立した複数の補強穴を、上述のように分岐した補強穴に置き換えることにより、補強穴全体に流動性物質を充填する作業の効率が高まる。

前記（Ｂ）において、
（Ｂ１）三次元造形物の前記外表面において、補強穴が開口している開口面に対する側面である外周面に取付具を取り付け、該取付具に結合された蓋部で前記開口面を覆い、該蓋部と前記開口面により内部空間を形成し、
（Ｂ２）前記蓋部を貫通する貫通穴と前記内部空間を通して、前記補強穴に流動性物質を導入することにより、前記補強穴に流動性物質を充填する。

本発明によると、三次元造形物に形成された補強穴に流動性物質を充填し、この流動性物質を硬化させることにより該流動性物質を三次元造形物の補強材にする。したがって、三次元造形物の外表面に保護用のシートや表面処理剤を付加する場合と違って、三次元造形物の表面形状精度が低下しない。また、補強穴に補強材を設けるので、高強度の材料で三次元造形物を製作しなくても、三次元造形物の内部強度を高めることができる。
このように、高強度の材料で三次元造形物を製作しない場合でも、三次元造形物の表面形状精度を低下させることなく、三次元造形物の内部強度を高めることが可能となる。

本発明の実施形態による三次元造形物の製造方法を示すフローチャートである。補強穴を含む三次元造形物の例を示す斜視図である。粉末法を行う三次元造形装置の一例を示す。光造形法を行う三次元造形装置の一例を示す。シート積層法を行う三次元造形装置の一例を示す。溶融堆積法を行う三次元造形装置の一例を示す。補強穴へ流動性物質を充填する方法の説明図である。補強穴へ流動性物質を充填する別の方法の説明図である。補強穴へ流動性物質を充填する別の方法の説明図である。

本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態による三次元造形物の製造方法を示すフローチャートである。この方法により、三次元造形物１の外表面の開口３ａから内部に延びている補強穴３に補強材を設けた三次元造形物１（後述の図２を参照）を製造する。この方法は、ステップＳ１〜ステップＳ４を有する。

ステップＳ１において、製作対象物体の三次元形状に補強穴３の形状を加えた三次元形状のデータ（以下、修正後三次元形状データという）を作成する。すなわち、ステップＳ１において、製作対象物体の三次元形状を表現する修正前の三次元形状のデータ（以下、修正前三次元形状データという）に基づいて、製作対象物体の三次元形状に補強穴３の形状を加えた三次元形状を表わす修正後三次元形状データを作成する。したがって、この修正後三次元形状データは、製作対象物体の三次元形状における補強穴３の位置と形状を含んでいる。修正後三次元形状データの作成は、例えば、人がコンピュータの入力装置（キーボードやマウスなど）を操作することによりなされてよい。修正前三次元形状データと修正後三次元形状データは、コンピュータの記憶装置に記憶される。なお、修正後三次元形状データは、適宜の手段により、後述する三次元造形装置の記憶装置へ伝えられて記憶装置に記憶される。なお、修正前三次元形状データは、例えばＣＡＤデータである。

ステップＳ２において、補強穴３を有する三次元造形物１を製作する。このステップＳ２では、ステップＳ１で作成した修正後三次元形状データに基づく積層造形法により、補強穴３を有する三次元造形物１を製作する。すなわち、ステップＳ１では、後述する三次元造形装置が、修正後三次元形状データに基づいて、多数の層を順に形成して積み重ねていくことにより、これらの多数の層で三次元造形物１を形成する。ステップＳ２における三次元造形物１の製作を、後でより詳しく説明する。

図２は、ステップＳ２で製作された三次元造形物１の例を示す斜視図である。
図２（Ａ）の例では、三次元造形物１を貫通する補強穴３が形成されている。各補強穴３は、その一端と他端において開口３ａを有する。
図２（Ｂ）の例では、三次元造形物１は、線状に延びる線状部分１ａを含む。また、補強穴３は、線状部分１ａの内部において、線状部分１ａに沿って延びる部分を有する。これについて、修正後三次元形状データに基づく積層造形法により、比較的容易に、線状部分１ａの内部に補強穴３を形成できる。図２（Ｂ）の例では、補強穴３は、三次元造形物１を貫通している。ただし、線状部分１ａの内部において線状部分１ａに沿って延びる部分を有する補強穴３は、三次元造形物１を貫通していなくてもよい。なお、三次元造形物１は、例えば、工場の各設備の配置を示す模型であり、設備１ｂと、設備１ｃと、設備１ｂから設備１ｃまで延びている配管１ａを各模型部分として有する。ここで、配管１ａは、上述の線状部分である。
図２（Ｃ）の例では、補強穴３は、三次元造形物１の外表面から、三次元造形物１の内部へ延びてこの内部において分岐している。

ステップＳ３において、ステップＳ２で製作された三次元造形物１の材料と異なる材質の流動性物質を、三次元造形物１の補強穴３に充填する。流動性物質は、例えば、樹脂や他の物質である。より具体的には、流動性物質として、例えば、エポキシ、シアノアクリレート、ウレタン、または、モルタルを用いることができる。ただし、流動性物質は、これらに限定されない。ステップＳ３における流動性物質の充填の具体的方法は後述する。

図２（Ｃ）のように分岐している補強穴３が開口３ａを１つのみ有し、かつ、流動性が高い流動性物質を用いる場合には、補強穴３の開口３ａが上方を向いている状態で、この開口３ａに流動性物質を流し込むだけで、補強穴３に流動性物質を充填できる。

ステップＳ４において、補強穴３に充填した流動性物質を硬化させることにより、流動性物質を三次元造形物１の補強材にする。この硬化は、例えば、補強穴３に充填した流動性物質を自然乾燥させることにより行われる。補強穴３が三次元造形物１を貫通しており流動性物質の流動性が高いときには、補強穴３の開口３ａのうち、下方側を向く補強穴３に適宜の手段で蓋をした状態で、補強穴３に充填した流動性物質を硬化させるのがよい。

一例では、流動性物質が硬化した上述の補強材は、ステップＳ３で製作された三次元造形物１よりも高い弾性を有する。例えば、ステップＳ３で、石膏粉末（後述の粉末２）を用いて三次元造形物１を粉末法で製作した場合に、補強材は、ステップＳ３で製作された三次元造形物１の材質である石膏よりも高い弾性を有する。これにより、三次元造形物１に生じたクラックが三次元造形物１全体に進展することを防止できる。すなわち、クラックが進展するように応力が三次元造形物１に作用した場合、この応力が補強材に作用すると補強材は弾性変形するので、クラックの進展を補強材において食い止めることができ、三次元造形物１が完全に破断することを防止できる。

他の例では、補強材は、ステップＳ３で製作された三次元造形物１よりも高い強度を有する。ここで、強度とは、引張強さ、圧縮強さ、せん断強さ、または曲げ強さを意味する。

ステップＳ２における三次元造形物１の製作をより詳しく説明する。ステップＳ２では、上述した粉末法、光造形法、シート積層法、または、溶融堆積法により、三次元造形物１を製作する。

（粉末法の場合）
図３は、ステップＳ２を行うのに用いられる三次元造形装置１０の構成例を示す。図３の三次元造形装置１０は、粉末法で三次元造形物１を製作する。三次元造形装置１０は、上下に移動する昇降底面部１１ａを有し粉末２が導入される造形容器１１と、粉末２を造形容器１１に導入する粉末導入装置１２と、造形容器１１に導入された粉末２を部分的に固める固着装置１３と、上述のステップＳ１で作成された修正後三次元形状データを記憶する記憶装置１４と、粉末導入装置１２と固着装置１３と昇降底面部１１ａを制御する制御装置１５とを備える。なお、修正後三次元形状データは、三次元造形物１の多数の層にそれぞれ対応する多数のスライスデータから構成されている（以下、同様）。

図３の場合、ステップＳ２において、制御装置１５は、次の（１）〜（３）の制御を、この順で繰り返すことにより、三次元造形物１を製作する。
（１）制御装置１５が粉末導入装置１２を制御することにより、粉末導入装置１２は、一層分の粉末２を造形容器１１に導入する。この時、造形容器１１に導入された粉末２の上面が水平になるように、粉末導入装置１２は粉末２を造形容器１１に導入する。図３の例では、粉末導入装置１２は、昇降底面部１２ａ１を有し粉末２が蓄えられた粉末容器１２ａと、ローラ１２ｂとを有する。粉末容器１２ａの上面は開口している。制御装置１５は、一層分に対応する距離だけ昇降底面部１２ａ１を上昇させる。次いで、制御装置１５は、図３（Ａ）のように、ローラ１２ｂを、粉末容器１２ａの開口に関して造形容器１１と反対側から、水平に、この開口と造形容器１１の開口を横切るように移動させる。これにより、粉末容器１２ａの開口から上昇した一層分の粉末２が造形容器１１に導入される。この方法で、一層分の粉末２が、造形容器１１に導入され、導入された粉末２の上面が水平にされる。
（２）制御装置１５が一層分のスライスデータに従って固着装置１３を制御することにより、固着装置１３は、図３（Ｂ）のように造形容器１１に導入された粉末２を固める。固着装置１３が、バインダ（例えば水溶性接着剤）を導入するノズルである場合には、この制御により、ノズル１３は、上記（１）で導入された一層分の粉末２のうち、対応する一層分のスライスデータが示す部分にバインダを噴射して、この部分を固める。固着装置１３が、レーザビームを照射するレーザ照射装置である場合には、この制御により、レーザ照射装置１３は、上記（１）で導入された一層分の粉末２のうち、対応する一層分のスライスデータが示す部分にレーザビームを照射して、この部分を焼結して固める。
（３）制御装置１５は、一層分の厚みだけ昇降底面部１１ａを下降させる。

（光造形法の場合）
図４は、ステップＳ２を行うのに用いられる三次元造形装置２０の構成例を示す。図４の三次元造形装置２０は、光造形法で三次元造形物１を製作する。三次元造形装置２０は、光（一般的には紫外線）のエネルギーにより硬化する液状の光硬化性樹脂４が蓄えられた樹脂容器２１と、樹脂容器２１内に配置され昇降する造形テーブル２２と、樹脂容器２１内の光硬化性樹脂４の上面の一部に光を照射することによりこの一部を硬化させる光照射装置２３と、液体の光硬化性樹脂４の上面を水平にするために水平に往復動するリコータ２４と、上述のステップＳ１で作成された修正後三次元形状データを記憶する記憶装置２５と、造形テーブル２２と光照射装置２３とリコータ２４を制御する制御装置２６とを備える。なお、光照射装置２３は、例えば、光を射出する光源２３ａと、光源２３ａからの光を樹脂容器２１内の光硬化性樹脂４の上面へ反射させるミラー２３ｂとを有する。

図４の場合、ステップＳ２において、制御装置２６は、次の（１）〜（３）の制御を、この順で繰り返すことにより、三次元造形物１を製作する。
（１）制御装置２６が、一層分のスライスデータに従って、光照射装置２３（例えば、光硬化性樹脂４の上面に対するミラー２３ｂの向き）を制御することにより、図４（Ａ）のように、光照射装置２３は、樹脂容器２１内の光硬化性樹脂４の上面の一部に光を照射する。この制御により、光照射装置２３は、光硬化性樹脂４の上面のうち、一層分のスライスデータが示す部分に光を照射して、この部分を一層分の厚みだけ硬化させる。
（２）制御装置２６は、造形テーブル２２を、一層分の厚みだけ下降させる。
（３）制御装置２６は、図４（Ｂ）のように、下面が光硬化性樹脂４に接するリコータ２４を水平方向に往復動させる。これによって、液体である光硬化性樹脂４の上面を正確に水平にする。その結果、上記（１）で硬化した光硬化性樹脂４の上に、正確に、一層分の厚みだけ液体の光硬化性樹脂４が位置するようになる。

（シート積層法の場合）
図５は、ステップＳ２を行うのに用いられる三次元造形装置３０の構成例を示す。図５の三次元造形装置３０は、シート積層法で三次元造形物１を製作する。三次元造形装置３０は、昇降する造形テーブル３１と、造形テーブル３１上にシート３２を供給するシート供給装置３３と、造形テーブル３１へ供給されたシート３２を造形テーブル３１上の最上位のシート３２に圧着する圧着装置３４と、造形テーブル３１へ供給されたシート３２を切り取るカット装置３５と、上述のステップＳ１で作成された修正後三次元形状データを記憶する記憶装置３６と、造形テーブル３１とシート供給装置３３と圧着装置３４とカット装置３５を制御する制御装置３７とを備える。なお、この例では、シート３２の表面には接着剤が塗られている。

図５の場合、ステップＳ２において、制御装置３７は、次の（１）〜（４）の制御を、この順で繰り返すことにより、三次元造形物１を製作する。
（１）制御装置３７がシート供給装置３３を制御することにより、図５（Ａ）に示すように、シート供給装置３３は、造形テーブル３１上にシート３２を供給する。図５の例では、シート供給装置３３は、シート３２が巻き付けられたシート供給ドラム３３ａを備える。制御装置３７は、シート供給ドラム３３ａを回転させることにより、シート３２がシート供給ドラム３３ａから巻き出されて造形テーブル３１上へシート３２が送られる。
（２）制御装置３７は、図５（Ｂ）のように、圧着装置３４を駆動する（この例では、圧着装置３４としての圧着ローラを水平に移動させる）ことにより、上記（１）で造形テーブル３１上へ供給されたシート３２を、造形テーブル３１における最上位のシート３２（製作途中の三次元造形物１の最上位シート３２）に圧着させる。
（３）制御装置３７がカット装置３５を制御することにより、図５（Ｃ）のように、カット装置３５は、上記（２）で圧着された新たなシート３２を設定範囲Ｘに切り取るとともに、この設定範囲Ｘ内において、一層分のスライスデータが示す輪郭に沿って、造形テーブル３１上の新たな最上位シート３２のみをカット装置３５が切り取る。ここで、上記輪郭は、補強穴３の内周面を区画する輪郭を含む。カット装置３５は、例えば、カッタによりシート３２を切り取る装置であってもよいし、レーザ光によりシート３２を切り取る装置であってもよい。
（４）制御装置３７は、一層分の厚みだけ、造形テーブル３１を下降させる。

（溶融堆積法の場合）
図６は、ステップＳ２を行うのに用いられる三次元造形装置４０の構成例を示す。図３の三次元造形装置４０は、溶融堆積法で三次元造形物１を製作する。三次元造形装置４０は、造形テーブル４１と、造形テーブル４１に対して（加熱により）溶融状態となっている材料（例えば、樹脂）を供給する材料供給装置４２と、上述のステップＳ１で作成された修正後三次元形状データを記憶する記憶装置４３と、修正後三次元形状データの一層分のスライスデータに従って材料供給装置４２を制御する制御装置４４とを備える。

図６の場合、ステップＳ２において、制御装置４４は、次の制御を、繰り返すことにより、三次元造形物１を製作する。
制御装置４４が材料供給装置４２を制御することにより、材料供給装置４２は、一層分の溶融状態の材料を、造形テーブル４１上に（製作途中の三次元造形物１の最上面に）材料供給装置４２が供給する。この時、材料供給装置４２は、一層分のスライスデータが示す部分に溶融状態の材料を供給するように制御される。
なお、ステップＳ２では、このように製作された三次元造形物１に対して脱脂処理や焼結処理を必要に応じて行う。

ステップＳ３を詳しく説明する。ステップＳ３において、三次元造形物１の補強穴３に流動性物質を充填する方法として、以下の充填方法１〜５がある。ただし、充填方法１〜４以外の方法でステップＳ３を行ってもよい。

（充填方法１）
三次元造形物１を貫通している補強穴３に、流動性物質６を加圧注入装置５１により注入する。図７（Ａ）の例では、加圧注入装置５１は、流動性物質６が充填されたシリンダ室５１ａと、シリンダ室５１ａに連通する注入口５１ｂと、シリンダ室５１ａ内を移動可能なピストン５１ｃと、ピストン５１ｃに結合されたピストンロッド５１ｄとを有する。図７（Ａ）のように、注入口５１ｂを補強穴３の開口３ａに接続した状態で、ピストンロッド５１ｄをシリンダ室５１ａ内に押し込む。これにより、シリンダ室５１ａ内の流動性物質６が加圧されて注入口５１ｂを通って、補強穴３の内部へ導入される。このようにして、流動性物質６を補強穴３に充填する。複数の補強穴３が存在する場合には、補強穴３毎に上記のように流動性物質６を注入する。

（充填方法２）
補強穴３が三次元造形物１を貫通していない場合には、図７（Ｂ）のように、一端５３ａが加圧注入装置５１の注入口５１ｂに接続されたチューブ５３を補強穴３の内部に挿入する。この状態で、加圧注入装置５１の注入口５１ｂからチューブ５３へ流動性物質６を導入し、この流動性物質６をチューブ５３の他端５３ｂの開口から補強穴３の内部に注入する。このように注入を行いながら、チューブ５３の他端５３ｂを補強穴３の開口３ａ側へ徐々に移動させることにより、流動性物質６を補強穴３に充填できる。

（充填方法３）
図８（Ａ）のように、三次元造形物１において、補強穴３が開口している開口面１ｄに対する側面である外周面に取付具５５を取り付ける。この状態では、取付具５５の内周面とこの外周面との間は適宜の手段で密閉されている。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図である。

次に、図８（Ｃ）のように、取付具５５に蓋部５７を取り付けることにより取付具５５に蓋部５７を結合して、取付具５５の開口を蓋部５７で閉じる。この状態で、蓋部５７が開口面１ｄを覆っており、少なくとも蓋部５７と開口面１ｄ（図の例では、蓋部５７と開口面１ｄと取付具５５）により内部空間５９を形成する。なお、取付具５５への蓋部５７の取り付けは、蓋部５７の内周面５７ｂを取付具５５の外周面５５ａに嵌合または螺合させることにより行われる。図８（Ｃ）のように内周面５７ｂと外周面５５ａとが互いに嵌合または螺合している状態で、内周面５７ｂと外周面５５ａとの間は密閉されている。図８（Ｄ）は、図８（Ｃ）のＤ−Ｄ線断面図である。

その後、加圧注入装置５１は、蓋部５７を貫通する貫通穴５７ａを通して、内部空間５９へ流動性物質６を導入する。加圧注入装置５１の構成は、上述したものと同じである。したがって、ピストンロッド５１ｄをシリンダ室５１ａ内に押し込むことにより、シリンダ室５１ａ内の流動性物質６が加圧されて注入口５１ｂおよび内部空間５９を通って、補強穴３の内部へ導入される。このようにして、流動性物質６を補強穴３に充填する。図８（Ｃ）の例では、蓋部５７は、加圧注入装置５１のシリンダ５１ｅに結合されている。これにより、蓋部５７の取り扱いが便利になる。

この充填方法３では、内部空間５９を通して補強穴３に流動性物質６を充填するので、補強穴３の開口３ａと注入口５１ｂを合わせる必要がない。したがって、例えば、補強穴３の開口３ａが小さいことにより、補強穴３の開口３ａと注入口５１ｂとを合わせにくい場合に、この充填方法３が便利である。また、図８の例のように、開口面１ｄに複数の補強穴３が開口しているので、これらの補強穴３に流動性物質６を同時に充填できる。

外周面５５ａと内周面５７ｂとの間は適宜の手段で密閉される。例えば、内周面５７ｂの寸法が外周面５５ａの寸法よりわずかに小さいことにより、内周面５７ｂが外周面５５ａに密着して嵌合していることで、外周面５５ａと内周面５７ｂとの間が密閉される。内周面５７ｂの寸法とは、内周面５７ｂをその軸方向から見た内周面５７ｂの輪郭の内部面積であり、外周面５５ａの寸法とは、外周面５５ａをその軸方向から見た外周面５５ａの輪郭の内部面積である。なお、内周面５７ｂをその軸方向から見た形状（例えば円形）は、外周面５５ａをその軸方向から見た形状と同じである。また、外周面５５ａをその軸方向から見た形状が、円形である場合、外周面５５ａと内周面５７ｂとの間にＯリングを設けることにより、外周面５５ａと内周面５７ｂとの間が密閉されてもよい。三次元造形物１の外周面と、取付具５５の内周面との間も、上記と同様に適宜の手段で密閉される。

（充填方法４）
三次元造形物１を貫通している補強穴３に、流動性物質６を吸引により充填する。図９の例では、容器６１に蓄えられた流動性物質６の内部に、三次元造形物１を入れる。これにより、補強穴３の一方の開口３ａを流動性物質６の流動面（液面）より下方に位置させ、補強穴３の他方の開口３ａを流動性物質６の流動面より上方に位置させる。この状態で、補強穴３の他方の開口３ａから補強穴３の内部を吸引する。例えば、図９のように、補強穴３の他方の開口３ａに接続した吸引チューブ６２を通して、適宜の吸引装置６３により補強穴３の内部を吸引する。このような吸引により、容器６１内の流動性物質６を、一方の開口３ａから補強穴３に流入させて、流動性物質６を補強穴３に充填する。三次元造形物１を貫通する補強穴３が複数存在する場合には、補強穴３毎に上記のように流動性物質６を充填する。

（充填方法５）
流動性物質６の流動性が高い場合には、適宜の容器に蓄えられた流動性物質６の内部に、三次元造形物１を浸してもよい。これにより、流動性物質６が補強穴３の内部に自然に流入して、流動性物質６が補強穴３に充填される。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例１〜３のいずれかを単独で採用してもよいし、変更例１〜３を適宜に組み合わせて採用してもよい。この場合、以下で述べない点は、上述と同じであってよい。

（変更例１）
上述では、ステップＳ２において、修正後三次元形状データに基づく積層造形法により、三次元造形物１を製作したが、修正前三次元形状データに基づいて三次元造形物１を製作してもよい。この場合、ステップＳ１において修正後三次元形状データを作成せず、ステップＳ２の後であって、ステップＳ３を開始する前に、三次元造形物１に補強穴３を形成する加工（例えば切削加工）を行う。

（変更例２）
上述の充填方法３について、上述では、取付具５５と蓋部５７との結合は、蓋部５７の内周面５７ｂを取付具５５の外周面５５ａに嵌合または螺合させることにより行われた。これに代えて、取付具５５と蓋部５７との結合は、取付具５５の内周面５５ｂ（図８（Ａ）（Ｃ）を参照）に蓋部５７の外周面を嵌合または螺合させることにより行われてもよい。

（変更例３）
上述の充填方法３について、取付具５５と蓋部５７は、互いに分離不可能に一体で形成されていてもよい。この場合、補強穴３が開口している開口面１ｄに対する側面である外周面５５ａに取付具５５を取り付けることにより、内部空間５９が形成される。また、この場合、蓋部５７は、加圧注入装置５１（例えば上述のシリンダ５１ｅ）に結合されていてもよいし、加圧注入装置５１（例えば上述のシリンダ５１ｅ）から分離していてもよい。後者の場合、蓋部５７の貫通穴５７ａと注入口５１ｂとはチューブで接続されていてもよい。

１三次元造形物、１ａ線状部分（配管）、１ｄ開口面、２粉末、３補強穴、３ａ開口、４光硬化性樹脂、６流動性物質、１０三次元造形装置、１１造形容器、１１ａ昇降底面部、１２粉末導入装置、１２ａ粉末容器、１２ａ１昇降底面部、１２ｂローラ、１３固着装置（ノズル，レーザ照射装置）、１４記憶装置、１５制御装置、２０三次元造形装置、２１樹脂容器、２２造形テーブル、２３光照射装置、２３ａ光源、２３ｂミラー、２４リコータ、２５記憶装置、２６制御装置、３０三次元造形装置、３１造形テーブル、３２シート、３３シート供給装置、３３ａシート供給ドラム、３４圧着装置、３５カット装置、３６記憶装置、３７制御装置、４０三次元造形装置、４１造形テーブル、４２材料供給装置、４３記憶装置、４４制御装置、５１加圧注入装置、５１ａシリンダ室、５１ｂ注入口、５１ｃピストン、５１ｄピストンロッド、５１ｅシリンダ、５３チューブ、５５取付具、５５ａ外周面、５５ｂ内周面、５７蓋部、５７ａ貫通穴、５７ｂ内周面、５９内部空間、６１容器、６２吸引チューブ、６３吸引装置

Claims

三次元造形物の外表面の開口から内部に延びている補強穴に補強材を設けた該三次元造形物の製造方法であって、
（Ａ）製作対象物体の三次元形状に前記補強穴の形状を加えた三次元形状のデータに基づいて積層造形法により前記補強穴を含む三次元造形物を製作し、または、製作対象物体の三次元形状のデータに基づいて積層造形法により三次元造形物を製作し該三次元造形物に前記補強穴を形成し、
（Ｂ）前記（Ａ）で製作した前記三次元造形物の材料と異なる流動性物質を、前記補強穴に充填し、
（Ｃ）前記補強穴に充填した前記流動性物質を硬化させることにより、該流動性物質を前記三次元造形物の補強材にする、ことを特徴とする三次元造形物の製造方法。
前記三次元造形物は、線状に延びる線状部分を含み、
前記補強穴は、前記線状部分の内部において、該線状部分に沿って延びている、ことを特徴とする請求項１に記載の三次元造形物の製造方法。
前記補強穴は、前記三次元造形物の外表面から、前記三次元造形物の内部へ延びて当該内部において分岐している、ことを特徴とする請求項１または２に記載の三次元造形物の製造方法。
前記（Ｂ）において、
（Ｂ１）三次元造形物の前記外表面において、補強穴が開口している開口面に対する側面である外周面に取付具を取り付け、該取付具に結合された蓋部で前記開口面を覆い、該蓋部と前記開口面により内部空間を形成し、
（Ｂ２）前記蓋部を貫通する貫通穴と前記内部空間を通して、前記補強穴に流動性物質を導入することにより、前記補強穴に流動性物質を充填する、ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の三次元造形物の製造方法。