JP2016193559A - ３次元造形装置、３次元造形方法および３次元造形物 - Google Patents

Abstract

【課題】底部材、および当該底部材と上部材とに連結された側方部材の反りを抑制することができる３次元造形装置、３次元造形方法および３次元造形物を提供する。
【解決手段】３次元造形装置により造形される３次元造形物１は、上面部１ａ、底面部１ｂおよび側面部１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆを備えた本体部２と、上面部１ａ、底面部１ｂおよび側面部１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆにより形成された内部空間２ａに設けられ、側面部１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆに非接触である１または複数のサポート部３とを備えている。サポート部３は、柱状に形成され、上面部１ａに連結された上端３ａと底面部１ｂに連結された下端３ｂとを有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、３次元造形装置、３次元造形方法および３次元造形物に関する。

従来から、所定の断面形状の樹脂材料を硬化させた樹脂層を順次積層することによって３次元造形物を造形する３次元造形装置が知られている。

３次元造形装置による造形方式には、熱溶解積層方式、インクジェット方式、光造形、粉末石膏造形および粉末焼結造形などがある。家庭用プリンタなどで主流となっている熱溶解積層方式は、熱可塑性樹脂を溶かし、溶解した樹脂材料をノズルの先端から押し出して層を形成する。形成された第１層の上に、同じ方法で第２層を形成する。このような層形成を繰り返して、所望の立体形状を有する３次元造形物を製造する（例えば、特許文献１参照）。

上記のような３次元造形装置を用いて、内部空間を有する３次元造形物を造形することがある。この３次元造形物が例えば内部空間を有する立方体形状である場合、当該３次元造形物は、上面部、底面部および４つの側面部により構成される。上面部を支えるために、サポート部が併せて形成される。図１０に示すように、上記４つの側面部が側面部２０、側面部２０に対向する側面部２１、側面部２０に垂直な側面部２２、および側面部２２に対向する側面部２３により構成される場合、サポート部２４は、側面部２０から側面部２１に架け渡されて板状に形成される。サポート部２４は、上記側面部と共に樹脂材料で形成される。

特許第５０６５２９９号公報

しかしながら、上記従来の３次元造形物においては、サポート部が側面部に連結されているため、側面部およびサポート部の硬化時に当該サポート部の収縮によって側面部が引っ張られる。その結果、３次元造形物の側面部に反りが生じていた。また、側面部に連結された底面部にも反りが生じていた。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、底部材、および当該底部材と上部材とに連結された側方部材の反りを抑制することができる３次元造形装置、３次元造形方法および３次元造形物を提供することである。

本発明に係る３次元造形装置は、樹脂材料を硬化させた樹脂層が順次積層されてなる３次元造形物を製造する３次元造形装置であって、テーブルと、テーブルに樹脂材料を吐出するノズルと、ノズルをテーブルに対して３次元移動させる移動機構と、底部材、底部材の上方に位置する上部材、および底部材と上部材とに連結され、底部材および上部材と共に内部空間を形成する側方部材を備えた本体部と、内部空間に柱状に形成され、上部材に連結された上端と底部材に連結された下端とを有し、かつ側方部材に非接触である１または複数のサポート部と、を備えた３次元造形物を造形するためのテーブルに対するノズルの移動経路を示すパスデータを作成するパスデータ作成部と、パスデータ作成部により作成されたパスデータを用いて、ノズルによる樹脂材料の吐出およびノズルの移動を制御する制御部と、を備えている。

本発明に係る３次元造形装置においては、側方部材に非接触であるサポート部を形成することができる。このようなサポート部によれば、当該サポート部の硬化時にサポート部の収縮により側方部材がサポート部に引っ張られることがないので、前記側方部材の引っ張りに伴って底部材も側方部材に引っ張られることがない。したがって、底部材および側方部材の反りを抑制することができる。また、上部材がサポート部に支えられているので、上部材を安定して形成することができる。なお、上記内部空間は、上部材、底部材および側方部材により閉じられていてもよいし、一部が開放されていてもよい。

本発明に係る３次元造形方法は、テーブルと、テーブルに樹脂材料を吐出するノズルと、ノズルをテーブルに対して３次元移動させる移動機構とを備えた３次元造形装置により、樹脂材料を硬化させた樹脂層が順次積層されてなる３次元造形物を製造する３次元造形方法であって、底部材、底部材の上方に位置する上部材、および底部材と上部材とに連結され、底部材および上部材と共に内部空間を形成する側方部材を備えた本体部と、内部空間に柱状に形成され、上部材に連結された上端と底部材に連結された下端とを有し、かつ側方部材に非接触である１または複数のサポート部と、を備えた３次元造形物を造形するためのテーブルに対するノズルの移動経路を示すパスデータを作成し、作成されたパスデータを用いて、ノズルによる樹脂材料の吐出およびノズルの移動を制御する。

本発明に係る３次元造形方法においては、側方部材に非接触であるサポート部を形成することができる。このようなサポート部によれば、当該サポート部の硬化時にサポート部の収縮により側方部材がサポート部に引っ張られることがないので、前記側方部材の引っ張りに伴って底部材も側方部材に引っ張られることがない。したがって、底部材および側方部材の反りを抑制することができる。また、上部材がサポート部に支えられているので、上部材を安定して形成することができる。

本発明に係る３次元造形物は、樹脂材料を硬化させた樹脂層が順次積層されてなる３次元造形物であって、底部材、底部材の上方に位置する上部材、および底部材と上部材とに連結され、底部材および上部材と共に内部空間を形成する側方部材を備えた本体部と、内部空間に柱状に形成され、上部材に連結された上端と底部材に連結された下端とを有し、かつ側方部材に非接触である１または複数のサポート部と、を備えている。

本発明に係る３次元造形物においては、サポート部は側方部材に接触していない。これによって、サポート部の硬化時に当該サポート部の収縮によって、側方部材がサポート部に引っ張られることがないので、前記側方部材の引っ張りに伴って底部材も側方部材に引っ張られることがない。したがって、底部材および側方部材の反りを抑制することができる。また、上部材がサポート部に支えられているので、上部材の撓みも抑制される。

本発明の好ましい一態様によれば、底部材は平板状に形成された底面部からなり、上部材は平板状に形成された上面部からなり、側方部材は平板状に形成された側面部からなる。

上記態様によれば、平板状に形成された底面部、上面部および側面部により構成された３次元造形物において前述の効果が得られる。

本発明の好ましい他の一態様によれば、サポート部は、円柱形状に形成されている。

上記態様によれば、角柱形状のサポート部のように角部がないため、応力集中が起き難い。このため、サポート部が破断し難くなる。

本発明の好ましい他の一態様によれば、サポート部は、角柱形状に形成されている。

上記態様によれば、同じ断面積の円柱形状のサポート部に比べて、断面２次モーメントが大きくなるので曲げ強度が増す。

本発明の好ましい他の一態様によれば、複数のサポート部は、一定ピッチで設けられている。

上記態様によれば、上面部における単位面積当たりのサポート部の数が同じになるので、上面部の反りを均等に抑制することができる。

本発明の好ましい他の一態様によれば、側面部は、第１側面部、第１側面部に垂直な第２側面部、第１側面部に対向する第３側面部、および第２側面部に対向する第４側面部を含み、本体部は、底面部、上面部および第１〜第４側面部により立方体形状または直方体形状に形成され、第１側面部と第３側面部とに亘って形成され、上面部に少なくとも一部が接触した線状の第１橋渡しと、第２側面部と第４側面部とに亘って形成され、第１橋渡しに接触するとともに上面部に少なくとも一部が接触した線状の第２橋渡しと、をさらに備えている。

上記態様によれば、上面部の造形の際に第１橋渡しおよび第２橋渡しによって、硬化前の上面部の樹脂が垂れるのを防止することができる。

本発明によれば、底部材および側方部材の反りを抑制することができる３次元造形装置、３次元造形方法および３次元造形物を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る３次元造形装置を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る３次元造形物の一例を示す斜視図である。 （ａ）は図２の３次元造形物を水平面で切断した場合の断面図であり、（ｂ）は図２の３次元造形物を垂直面で切断した場合の断面図である。 （ａ）および（ｂ）は本発明の一実施形態に係る３次元造形物の底面部の造形方法を説明するための図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る３次元造形物の側面部の造形方法を説明するための図であり、（ｂ）は本発明の一実施形態に係る３次元造形物のサポート部の造形方法を説明するための図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る前後方向の橋渡しの形成方法を説明するための図であり、（ｂ）は本発明の一実施形態に係る前後方向の橋渡しを示す平面図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る左右方向の橋渡しの形成方法を説明するための図であり、（ｂ）は本発明の一実施形態に係る左右方向の橋渡しおよび前後方向の橋渡しを示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るサポート部の他の例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るサポート部のさらに他の例を示す斜視図である。 従来のサポート部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ながら説明する。最初に、本実施形態の３次元造形物１を製造する３次元造形装置５０について説明する。図１に示すように、相互に直交する軸を、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、３次元造形装置５０はＸ軸とＹ軸とで構成される平面に置かれるものとする。以下、左方および右方とは、図１の３次元造形装置５０を見た場合の左方および右方である。また、図１の３次元造形装置５０を見た場合に、３次元造形装置５０に近付く方を後方、遠ざかる方を前方とする。同図中の左方をＬとし、右方をＲとし、前方をＦとし、後方をＲｅとし、上方をＵとし、下方をＤとする。但し、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、本実施形態に係る３次元造形装置５０の設置態様を何ら限定するものではない。

図１に示すように、３次元造形装置５０は筐体５１を備えている。この筐体５１は、左壁５１ａ、右壁５１ｂ、底面部材５１ｃ、後方部材５１ｄおよび天面部材５１ｅにより構成されている。左壁５１ａは、底面部材５１ｃの左端において上方に延びている。右壁５１ｂは、底面部材５１ｃの右端において上方に延びている。後方部材５１ｄは、底面部材５１ｃの後端において上方に延びている。後方部材５１ｄは、左壁５１ａおよび右壁５１ｂに接触している。天面部材５１ｅは、左壁５１ａの上端部、右壁５１ｂの上端部および後方部材５１ｄの上端部に接触している。

筐体５１の内方には、吐出ヘッド５２およびテーブル５３が配設されている。吐出ヘッド５２は、熱溶解された樹脂材料Ｍを吐出する。テーブル５３の上面５３ａにおいて吐出された樹脂材料Ｍにより３次元造形物１が造形される。なお、樹脂材料Ｍは吐出されたのち冷えて硬化する。

吐出ヘッド５２は、ノズル５４、移動部材５５、移動部材５７および保持部材５８を備えている。移動部材５５および移動部材５７を含む移動機構６２によって、ノズル５４を左右方向および上下方向に移動させることができる。ノズル５４は、円形断面を有する先端部５４ａを備えている。ノズル５４の先端部５４ａから樹脂材料Ｍがテーブル５３の上面５３ａに向けて吐出される。移動部材５５は、右方から見た側面視においてコの字形状に形成されている。移動部材５５は、上部材５５ｂおよび下部材５５ｃを備えている。これらの上部材５５ｂと下部材５５ｃとの間に溝部５５ａが形成されている。

移動部材５５の上部材５５ｂと下部材５５ｃとに一対のガイドレール５６が接続されている。ガイドレール５６の上端は上部材５５ｂの下面に接続され、ガイドレール５６の下端は下部材５５ｃの上面に接続されている。移動部材５７は、ガイドレール５６に上下方向に移動自在に設けられている。移動部材５７の前面に保持部材５８が固定されている。この保持部材５８によりノズル５４が保持されている。移動部材５７がガイドレール５６に沿って上下方向に移動すると、保持部材５８を介してノズル５４も上下方向に移動する。

保持部材５８には、回転可能な一対のローラー５８ａが左右に並んで設けられている。左方のローラー５８ａと右方のローラー５８ａとに、フィラメント状の樹脂材料Ｍが挟持されている。この樹脂材料Ｍの一端は、ノズル５４の内方に収容されている。ローラー５８ａの回転により樹脂材料Ｍがノズル５４の内方に送られる。樹脂材料Ｍの他端は、カートリッジ６０に収容されている。カートリッジ６０は交換可能である。ノズル５４では、樹脂材料Ｍが熱溶解されて、熱溶解された樹脂材料Ｍが当該ノズル５４の先端部５４ａから吐出される。

筐体５１の内方において、軸状の一対のガイドレール５９が設けられている。この一対のガイドレール５９の左端は左壁５１ａに接続されており、ガイドレール５９の右端は右壁５１ｂに接続されている。移動部材５５の上部材５５ｂは上方のガイドレール５９に移動自在に支持されている。移動部材５５の下部材５５ｃは下方のガイドレール５９に移動自在に支持されている。これによって、移動部材５５は左右方向に移動自在に構成されている。これにより、ノズル５４も左右方向に移動可能となっている。

筐体５１の底面部材５１ｃには、テーブル５３を前後方向にスライドさせるスライド機構６１が設けられている。スライド機構６１は、テーブル５３がスライド自在に設けられた図示しないガイドレールとテーブル５３を移動させる図示しないモータを備えている。このようなスライド機構６１により、テーブル５３が前後方向に移動するので、ノズル５４はテーブル５３に対して相対的に前後方向に移動できるようになっている。以上説明した構成によって、ノズル５４は、テーブル５３に対して上下方向、左右方向および前後方向に絶対的または相対的に移動可能となっている。なお、移動部材５５および移動部材５７はモータなどにより移動させる。

３次元造形装置５０は、パスデータ作成部６３、制御部６４および記憶装置６５を備えている。パスデータ作成部６３は、制御部６４が記憶装置６５に記憶されているパスデータ作成プログラムを実行することにより機能的に実現されるものである。パスデータ作成部６３は、３次元造形物を造形するためのテーブル５３に対するノズル５４の移動経路、換言すれば樹脂材料Ｍの搬送経路を示すパスデータを作成する。

制御部６４は、公知のパーソナルコンピュータや汎用コンピュータなどに設けられるＣＰＵ（中央演算処理装置）により実現可能である。制御部６４は、パスデータ作成部６３により作成されたパスデータを用いて、３次元造形物の造形の際にノズル５４の移動および樹脂材料Ｍの吐出を制御する。

記憶装置６５は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）やランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などから構成されている。記憶装置６５は、３次元造形物のパスデータの作成を実行するためのプログラム並びにこれらの処理に用いる各種データを予め記憶している。

次に、本実施形態の３次元造形物１について説明する。図２に示すように、本実施形態の３次元造形物１の外観は、例えば立方体形状または直方体形状などである。３次元造形物１の寸法は、例えば縦３０ｍｍ、横３０ｍｍ、高さ３０ｍｍである。３次元造形物１は、上面部１ａ、底面部１ｂ、第１側面部１ｃ、第２側面部１ｄ、第３側面部１ｅ、および第４側面部１ｆよりなる立方体形状の本体部２を備えている。第２側面部１ｄは、第１側面部に垂直である。第３側面部１ｅは、第１側面部１ｃに対向している。第４側面部１ｆは、第２側面部１ｄに対向している。上面部１ａは、底面部１ｂの上方に当該底面部１ｂに対向して配置されている。側面部１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆは、上面部１ａと底面部１ｂとに連結され、上面部１ａおよび底面部１ｂと共に内部空間２ａ（図３（ａ）参照）を形成している。内部空間２ａは、上面部１ａ、底面部１ｂおよび側面部１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆにより閉じられていてもよいし、一部が開放されていてもよい。

図３（ａ）に図２の３次元造形物１を水平面ＨＳで切断した場合の断面図を示し、図３（ｂ）に図２の３次元造形物１を垂直面ＶＳで切断した場合の断面図を示す。図３（ａ）に示すように、本体部２の内部空間２ａには複数のサポート部３が設けられている。複数のサポート部３は、例えば５行×５列のようにマトリクス状に配置されている。各々のサポート部３は、それぞれ一定ピッチＰで設けられている。言い換えれば、互いに隣り合うサポート部３とサポート部３との間隔はほぼ等しい。各サポート部３は例えば５ｍｍピッチで形成することができる。本実施形態において、サポート部３は側面部１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆに非接触である。

サポート部３は、例えば角柱形状に形成されている。サポート部３の横断面形状は、例えば菱形である。図３（ｂ）に示すように、サポート部３は、上端３ａと下端３ｂとを備えている。サポート部３の上端３ａは、上面部１ａに連結されている。上面部１ａが複数のサポート部３に支持されていることにより、上面部１ａの撓みが抑制されている。一方、サポート部３の下端３ｂは、底面部３ｂに連結されている。サポート部３の造形は、後述の側面部１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆの造形の際に行うことができる。以上のような構成を有する３次元造形物１のパスデータが上述のパスデータ作成部６３により作成される。

次に、３次元造形物１の造形方法について説明する。造形を行う際には上述の３次元造形装置５０を用いる。造形条件としては、例えば樹脂材料Ｍのフィラメント径を１．７５ｍｍ、ノズル５４の先端部５４ａの径を０．４ｍｍ、フィラメント搬送速度を１２０ｍｍ／ｍｉｎ、積層ピッチを０．４ｍｍとする。また、樹脂材料Ｍとして、例えばＰＬＡ（polylactic acid）樹脂またはＡＢＳ（acrylonitrile butadiene styrene copolymer）樹脂を採用することができる。

３次元造形物１の底面部１ｂは例えば２層で形成される。底面部１ｂの１層目を造形するには、樹脂材料Ｍを吐出させた状態のノズル５４を、図４（ａ）に示すように、渦巻き状のルート１０を辿らせて一周させる。続いて、ノズル５４から樹脂を吐出させながら、当該ノズル５４を一周目のルート１０の内方において渦巻き状のルート１１を辿らせて一周させる。次に、ノズル５４から樹脂を吐出させながら、当該ノズル５４を二周目のルート１１の内方において、後方向、右方向、前方向および右方向の順にルート１２を辿らせる。このようなルート１２に沿ったノズル５４の移動を、二周目のルート１１の内方において左側から右側まで繰り返す。そして、ノズル５４を後方向に移動させて二周目のルート１１の内方の右後ろの終点Ｐ１に位置させる。このような方法によって、底面部１ｂの１層目を形成することができる。なお、上記のようにノズル５４の後方向の移動によって形成されたパスと前方向の移動によって形成されたパスとは、例えば０．５ｍｍピッチで配置されている。

次に、底面部１ｂの２層目を造形するには、１層目の終点Ｐ１に位置するノズル５４を、樹脂材料Ｍの吐出を止めた状態で、例えば０．４ｍｍ上昇させて２層目の始点Ｐ２に位置させる。そして、樹脂材料Ｍを吐出させた状態でノズル５４を左方向へ移動させる。その後、樹脂材料Ｍを吐出させた状態でノズル５４を、後の造形時のルートである１周目のルート１４の内方において、図４（ｂ）に示すように、前方向、右方向、前方向および左方向の順にルート１３を辿らせる。このようなルート１３に沿ったノズル５４の移動を、前記ルート１４の内方において後ろ側から前側まで繰り返す。次に、樹脂材料Ｍを吐出させた状態でノズル５４を、１周目の渦巻き状のルート１４を辿らせる。続いて、樹脂材料Ｍを吐出させた状態でノズル５４を、２周目の渦巻き状のルート１５を辿らせて一周させる。このような方法によって、底面部１ｂの２層目を形成することができる。なお、上記のようにノズル５４の右方向の移動によって形成されたパスと左方向の移動によって形成されたパスとは、例えば０．５ｍｍピッチで配置されている。なお、上面部１ａについては、底面部１ｂの上記造形方法と同様にして形成するため、説明を省略する。

次に、３次元造形物１の側面部１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆの造形方法について説明する。図５（ａ）に示すように、樹脂材料Ｍを吐出させた状態でノズル５４を、始点Ｐ３から渦巻き状のルート１６を辿らせて一周させる。続いて、樹脂材料Ｍを吐出させた状態でノズル５４を、一周目のルート１６の内方において渦巻き状のルート１７を辿らせ一周させて終点Ｐ４に位置させる。これによって、側面部１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆの層を形成することができる。なお、側面部１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆの層を形成した後、ノズル５４による吐出は一旦止められる。

次に、図５（ｂ）に示すように、終点Ｐ４に位置付けられたノズル５４を、ルート１７の内方において後方向に向かう道筋１８ａ、右方向に向かう道筋１８ｂ、前方向に向かう道筋１８ｃ、および右方向に向かう道筋１８ｄの順で構成されるルート１８を辿らせる。このようなルート１８に沿ったノズル５４の移動を再度行った後、ノズル５４を後方向に向かうルート１９に沿って移動させる。ここで、道筋１８ａには、サポート部３の層を一定ピッチで形成するポイントである形成点ＰＳが設定されている。形成点ＰＳでは、ノズル５４により樹脂材料Ｍを吐出させてサポート部３の層が形成される。例えば断面菱形のサポート部３の層を形成する場合には、形成点ＰＳでは樹脂材料Ｍを吐出させた状態でノズル５４を菱形を描くように移動させる。また、断面円形のサポート部３の層を形成する場合には、形成点ＰＳでは例えばノズル５４を停止させた状態で樹脂材料Ｍを吐出させることができる。形成後は、樹脂材料Ｍの吐出を停止し道筋１８ａに沿って次の形成点ＰＳまでノズル５４を移動させて同様にサポート部３の層を形成する。なお、ルート１８の道筋１８ｃおよびルート１９においても上記と同様にサポート部３の層が形成される。以上のように、側面部１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆの層を形成した後、続けてサポート部３の層を形成し、同様な方法により層を積み重ねることによって、側面部１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆおよびサポート部３を形成することができる。

上面部１ａの造形を行う直前に、上面部１ａに接触し当該上面部１ａの樹脂が垂れるのを防止するための橋渡しを形成する。橋渡しはサポート部３（図３参照）の上端と接触させて形成する。橋渡しとしては、以下のように前後方向の橋渡しおよび左右方向の橋渡しを形成する。なお、橋渡しを形成する際のフィラメント搬送速度は例えば６０ｍｍ／ｍｉｎとする。このように、通常吐出時と比べ、ノズル５４の移動速度は変えずに、樹脂材料Ｍのフィラメント搬送速度を変更する。

図６（ａ），（ｂ）は側面部１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆの上端を示している。図６（ｂ）に示すように、側面部１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆの上端において前後方向の橋渡し２６を形成する。詳細には、図６（ａ）に示すように、樹脂材料Ｍを吐出させた状態のノズル５４を側面部１ｅの左部から側面部１ｃに向けて直線移動させる。次に、吐出を停止させたノズル５４を側面部１ｃに沿って右方に移動させる。続いて、樹脂材料Ｍを吐出させた状態のノズル５４を側面部１ｃから側面部１ｅに向けて直線移動させる。次に、吐出を停止させたノズル５４を側面部１ｅに沿って右方に移動させる。図６（ａ）には、以上のようなノズル５４のルートを２５で示している。このように、ルート２５に沿ったノズル５４の移動を所定回数繰り返すことにより、側面部１ｃと側面部１ｅとを連結する複数の橋渡し２６が形成される。隣り合う橋渡し２６の間隔は、例えば５ｍｍである。

次に、図７（ｂ）に示すように、側面部１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆの上端において左右方向の橋渡し２８を橋渡し２６の上に当該橋渡し２６に接触させて形成する。詳細には、図７（ａ）に示すように、樹脂材料Ｍを吐出させた状態のノズル５４を側面部１ｆの前部から側面部１ｄに向けて直線移動させる。次に、吐出を停止させたノズル５４を側面部１ｄに沿って後方に移動させる。続いて、樹脂材料Ｍを吐出させた状態のノズル５４を側面部１ｄから側面部１ｆに向けて直線移動させる。次に、吐出を停止させたノズル５４を側面部１ｆに沿って後方に移動させる。図７（ａ）には、以上のようなノズル５４のルートを２７で示している。このように、ルート２７に沿ったノズル５４の移動を所定回数繰り返すことにより、側面部１ｄと側面部１ｆとを連結する複数の橋渡し２８が形成される。隣り合う橋渡し２８の間隔は、例えば１ｍｍである。

本実施形態によれば、側面部１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆに非接触であるサポート部３を形成することができる。このようなサポート部３によれば、当該サポート部３の硬化時にサポート部３の収縮により側面部１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆがサポート部３に引っ張られることがないので、前記側面部の引っ張りに伴って底面部１ｂも前記側面部に引っ張られることがない。したがって、底面部１ｂおよび側面部１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆの反りを抑制することができる。また、上面部１ａがサポート部３に支えられているので、上面部１ａを安定して形成することができる。

本実施形態によれば、サポート部３を円柱形状に形成することにより、角柱形状のサポート部のように角部がないため、応力集中が起き難い。このため、サポート部３が破断し難くなる。

本実施形態によれば、サポート部３を角柱形状に形成することにより、同じ断面積の円柱形状のサポート部に比べて、断面２次モーメントが大きくなるので曲げ強度が増す。

本実施形態によれば、複数のサポート部３は、一定ピッチで設けられている。それにより、上面部１ａにおける単位面積当たりのサポート部３の数が同じになるので、上面部１ａの反りを均等に抑制することができる。

本実施形態によれば、上面部１ａの造形の際に橋渡し２６，２８によって、硬化前の上面部１ａの樹脂が垂れるのを防止することができる。

なお、上記実施形態では、３次元造形物１の形状を中空の立方体として説明を行ったが、これに限定されるものではない。内部空間を有するものであれば、３次元造形物１の形状を例えば直方体や円柱などとしてもよい。また、上部材、底部材、および当該上部材と底部材とに連結された側方部材を有し、３次元造形物の内部空間においてサポート部により上部材を支持し得る３次元造形物であれば、当該３次元造形物の立体形状は特に限定されるものではない。

上記実施形態では、本体部２の内部空間２ａに２５本のサポート部３をマトリクス状に配置したが、これに限定されるものではない。図８に示すように、例えば４本のサポート部３をマトリクス状に配置してもよい。また、複数でなくても、単数のサポート部３を配置してもよい。さらに、マトリクス状に限らず、３次元造形物１の立体形状に応じて、サポート部３を不規則に配置してもよい。

上記実施形態では、角柱形状のサポート部３を採用することとしたが、これに限定されるものではない。柱形状に形成されているものであれば、図９に示すような円柱形状のサポート部３０を配置してもよい。

上記実施形態では、ノズル５４をＸＹＺ座標系を用いて３次元的に移動させることとしたが、これに限定されるものではない。ノズル５４を３次元的に移動させることができれば、例えば極座標系などを用いてもよい。

ここに用いられた用語及び表現は、説明のために用いられたものであって限定的に解釈するために用いられたものではない。ここに示されかつ述べられた特徴事項の如何なる均等物をも排除するものではなく、本発明のクレームされた範囲内における各種変形をも許容するものであると認識されなければならない。本発明は、多くの異なった形態で具現化され得るものである。この開示は本発明の原理の実施形態を提供するものと見なされるべきである。それらの実施形態は、本発明をここに記載しかつ／又は図示した好ましい実施形態に限定することを意図するものではないという了解のもとで、実施形態がここに記載されている。ここに記載した実施形態に限定されるものではない。本発明は、この開示に基づいて当業者によって認識され得る、均等な要素、修正、削除、組み合わせ、改良及び／又は変更を含むあらゆる実施形態をも包含する。クレームの限定事項はそのクレームで用いられた用語に基づいて広く解釈されるべきであり、本明細書あるいは本願のプロセキューション中に記載された実施形態に限定されるべきではない。

１ ３次元造形物
１ａ 上面部
１ｂ 底面部
１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ 側面部（第１〜第４側面部）
２ 本体部
２ａ 内部空間
３，３０ サポート部
３ａ サポート部の上端
３ｂ サポート部の下端
２６ 前後方向の橋渡し（第１橋渡し）
２８ 左右方向の橋渡し（第２橋渡し）
Ｐ ピッチ

Claims (8)

1. 樹脂材料を硬化させた樹脂層が順次積層されてなる３次元造形物を製造する３次元造形装置であって、
   テーブルと、
   前記テーブルに樹脂材料を吐出するノズルと、
   前記ノズルを前記テーブルに対して３次元移動させる移動機構と、
   底部材、前記底部材の上方に位置する上部材、および前記底部材と前記上部材とに連結され、前記底部材および前記上部材と共に内部空間を形成する側方部材を備えた本体部と、前記内部空間に柱状に形成され、前記上部材に連結された上端と前記底部材に連結された下端とを有し、かつ前記側方部材に非接触である１または複数のサポート部と、を備えた３次元造形物を造形するための前記テーブルに対する前記ノズルの移動経路を示すパスデータを作成するパスデータ作成部と、
   前記パスデータ作成部により作成された前記パスデータを用いて、前記ノズルによる前記樹脂材料の吐出および前記ノズルの移動を制御する制御部と、を備えた、３次元造形装置。
2. テーブルと、前記テーブルに樹脂材料を吐出するノズルと、前記ノズルを前記テーブルに対して３次元移動させる移動機構とを備えた３次元造形装置により、樹脂材料を硬化させた樹脂層が順次積層されてなる３次元造形物を製造する３次元造形方法であって、
   底部材、前記底部材の上方に位置する上部材、および前記底部材と前記上部材とに連結され、前記底部材および前記上部材と共に内部空間を形成する側方部材を備えた本体部と、前記内部空間に柱状に形成され、前記上部材に連結された上端と前記底部材に連結された下端とを有し、かつ前記側方部材に非接触である１または複数のサポート部と、を備えた３次元造形物を造形するための前記テーブルに対する前記ノズルの移動経路を示すパスデータを作成し、
   前記作成された前記パスデータを用いて、前記ノズルによる前記樹脂材料の吐出および前記ノズルの移動を制御する、３次元造形方法。
3. 樹脂材料を硬化させた樹脂層が順次積層されてなる３次元造形物であって、
   底部材、前記底部材の上方に位置する上部材、および前記底部材と前記上部材とに連結され、前記底部材および前記上部材と共に内部空間を形成する側方部材を備えた本体部と、
   前記内部空間に柱状に形成され、前記上部材に連結された上端と前記底部材に連結された下端とを有し、かつ前記側方部材に非接触である１または複数のサポート部と、を備えた、３次元造形物。
4. 前記底部材は平板状に形成された底面部からなり、前記上部材は平板状に形成された上面部からなり、前記側方部材は平板状に形成された側面部からなる、請求項３に記載の３次元造形物。
5. 前記サポート部は、円柱形状に形成されている、請求項３または４に記載の３次元造形物。
6. 前記サポート部は、角柱形状に形成されている、請求項３または４に記載の３次元造形物。
7. 前記複数のサポート部は、一定ピッチで設けられた、請求項３〜６のいずれか１項に記載の３次元造形物。
8. 前記側面部は、第１側面部、前記第１側面部に垂直な第２側面部、前記第１側面部に対向する第３側面部、および前記第２側面部に対向する第４側面部を含み、
   前記本体部は、前記底面部、前記上面部および前記第１〜第４側面部により立方体形状または直方体形状に形成され、
   前記第１側面部と前記第３側面部とに亘って形成され、前記上面部に少なくとも一部が接触した線状の第１橋渡しと、
   前記第２側面部と前記第４側面部とに亘って形成され、前記第１橋渡しに接触するとともに前記上面部に少なくとも一部が接触した線状の第２橋渡しと、をさらに備えた、請求項４〜７のいずれか１項に記載の３次元造形物。

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