JP2017080931A - ３次元造形データ生成装置およびこれを備えた３次元造形システム - Google Patents

Abstract

【課題】３次元造形物を取り出す際のリスクを軽減できると共に、３次元造形物を効率よく製造することを可能にする３次元造形データ生成装置を提供する。【解決手段】３次元造形データ生成装置１００は、３次元の対象造形物モデルのデータを記憶する記憶部５０と、記憶部５０に記憶された上記データに基づいて、上記対象造形物モデルよりも下方に配置された底部と、上記底部から上方に伸び、上記対象造形物モデルの周囲を取り囲むように設けられた側壁部と、を有する３次元のサポートモデルのデータを生成するサポートモデル生成部５２と、上記対象造形物モデルおよび上記サポートモデルのデータを上記３次元造形データとして出力する出力部５８とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、３次元造形データ生成装置およびこれを備えた３次元造形システムに関する。

従来から、立体的な造形物を作成するための３次元造形装置が知られている。３次元造形装置では、得んとする３次元造形物を所定の厚みでスライスしたデータに基づき、当該データと対応する断面形状を順次形成、積層していくことで、所望の３次元造形物を造形する。

３次元造形装置の造形方式としては、粉末積層造形、熱溶解積層造形、光造形などが知られている。例えば特許文献１には、造形槽内に収容された粉末材料を上記スライスデータと対応する断面形状に固めて高さ方向に積層する粉末積層造形方式を用いた３次元造形装置が開示されている。かかる３次元造形装置では、造形が終了した際に３次元造形物が未固化の粉末材料中に埋没した状態となっている。このためユーザーは、未固化の粉末材料中から所望の３次元造形物を掘り出す必要がある。

特開２００６−１３７１７３号公報

造形が終了した直後の３次元造形物は、バインダなどの液体成分が完全に乾燥しておらず、脆くて壊れやすい傾向にある。このため、３次元造形物は、例えば造形槽内に温風を吹き付けたり、造形槽から取り出した後に乾燥機に入れたりして、十分乾燥させる必要がある。

しかしながら、造形槽内に温風を吹き付けて造形物を乾燥する方法では、乾燥が終わるまで、次の造形作業を行うことができず、作業効率が低下する場合がある。また、造形槽から造形物を取り出して乾燥する方法では、未固化の粉末材料中から造形物を掘り出す必要があるが、ユーザーは、粉末材料のどの位置に造形物が埋まっているのかを正確に把握できない。そのため、造形物の取り出しに手間取ったり、粉末材料中を闇雲に探して造形物を誤って破損したりする虞がある。さらに、例えば３次元造形物の形状などによっては、乾燥機で乾燥させている間に自重によって変形する虞もある。

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、３次元造形装置から３次元造形物を取り出す際の破損のリスクを軽減すると共に、３次元造形物を効率よく製造することを可能にする３次元造形データ生成装置、およびこれを備えた３次元造形システムを提供することである。

本発明に係る３次元造形データ生成装置は、粉末積層造形方式の３次元造形装置に用いられる３次元造形データを生成する。この３次元造形データ生成装置は、造形対象の３次元造形物を表す３次元の対象造形物モデルのデータを記憶する記憶部と、上記記憶部に記憶された上記データに基づいて、上記対象造形物モデルよりも下方に配置された底部と、上記底部から上方に伸び、上記対象造形物モデルの周囲を取り囲むように設けられた側壁部とを有し、上記対象造形物モデルと離間した位置に配置されている３次元のサポートモデルのデータを生成するサポートモデル生成部と、上記対象造形物モデルおよび上記サポートモデルのデータを上記３次元造形データとして出力する出力部とを備える。

上記３次元造形データ生成装置によれば、所望の造形物と共にサポートを造形可能な３次元造形データを作成することができる。このデータに基づいて造形されるサポートは、造形物の下方に位置する底部と、造形物の周囲を取り囲む側壁部とを有している。サポートの底部と側壁部とで囲まれた部分には、造形されて間もない（脆性の高い状態の）造形物と、その近傍にある未固化の粉末材料とが収容される。このため、造形終了後にユーザーがサポートを持ち上げれば、これらを一体物として造形槽から取り出すことができる。また、造形槽から取り出し、造形槽とは別の場所でこれを乾燥させることができるため、乾燥が終わるのを待たずとも次の造形を開始することができる。さらに、乾燥時には造形物の近傍に未固化の粉末材料が緊密に敷き詰められているため、造形物の自重変形が抑制される。その結果、造形物の破損や変形のリスクを軽減すると共に、造形物を効率よく製造することができる。

本発明に係る３次元造形システムは、上記３次元造形データ生成装置と、３次元造形装置とを備えている。この３次元造形システムによれば、造形物の破損のリスクを軽減すると共に、造形物を効率よく製造することができる。したがって、ユーザーの作業性や利便性を向上することができる。

本発明によれば、造形した３次元造形物の破損のリスクを軽減すると共に、３次元造形物を効率よく製造することができる３次元造形データを生成するための３次元造形データ生成装置、およびこれを備えた３次元造形システムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る３次元造形システムの断面図である。 本発明の一実施形態に係る３次元造形装置の平面図である。 本発明の一実施形態に係る３次元造形データ生成装置のブロック図である。 ３次元造形データ生成装置で生成される３次元造形データの一例であり、（ａ）は平面図を、（ｂ）は断面図を、それぞれ示している。 本発明の一実施形態に係るサポートの使用方法を説明するための説明図であり、（ａ）は３次元造形装置から３次元造形物を取り出す場合、（ｂ）は３次元造形物を乾燥させる場合を、それぞれ示している。 サポートから３次元造形物を取り出す場合の一例を説明するための説明図である。

以下、適宜図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る３次元造形データ生成装置を備えた３次元造形システムについて説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略または簡略化する。

ここではまず、本発明の一実施形態に係る３次元造形システム１０について説明する。図１は、一実施形態に係る３次元造形システム１０の断面図である。３次元造形システム１０は、所望の３次元造形物１８１をサポート１８２と共に造形するための装置である。３次元造形システム１０は、３次元造形装置１０Ａと、３次元造形データ生成装置１００とを備えている。図２は、一実施形態に係る３次元造形装置１０Ａの平面図である。なお、図面中の符号Ｆ、Ｒｅ、Ｌ、Ｒ、Ｕｐ、Ｄｎは、それぞれ前、後、左、右、上、下を示している。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、３次元造形システム１０の設置態様を何ら限定するものではない。

次に、３次元造形装置１０Ａについて説明する。３次元造形装置１０Ａは、粉末材料層１８Ａを多数形成、積層することにより、フルカラーの３次元造形物を造形する装置である。ここでは、所望の３次元造形物１８１とあわせて当該３次元造形物に応じたサポート１８２を造形する。サポート１８２は、３次元造形物１８１の破損のリスクを低減すると共に、３次元造形時の作業性を高めるためのものである。さらに自重の影響を受け易い形状の３次元造形物１８１にあっては、自重変形をより良く抑制することができる。３次元造形装置１０Ａは、造形部３１と、粉末材料供給部４１と、バインダ供給ヘッド１２と、制御装置１６とを備えている。本実施形態では、さらにインクヘッド１４を備えている。

造形部３１は、造形槽３３と、造形テーブル３２と、テーブル昇降装置３４とを備えている。造形槽３３の内部には、粉末材料１９が収容されている。粉末材料１９は、粉末材料供給部４１から供給される。粉末材料１９は、スライスデータに基づいた所定の厚み幅（例えば、０．１ｍｍ）で造形槽３３内に敷き詰められている。粉末材料１９は、バインダで固められることによって粉末材料層１８Ａを構成する。粉末材料としては、例えば、石膏、セラミックス（例えばシリカやアルミナなどの金属酸化物）、金属、プラスチックなどが挙げられる。粉末材料１９の表面には、粒子間の結着を開始、促進あるいは補助するような材料が予め付されていてもよい。一例として、各種結着剤（例えば水溶性樹脂）や硬化剤、重合開始剤などが挙げられる。

造形テーブル３２は、造形槽３３内を上下方向に昇降移動可能なように構成されている。造形テーブル３２は、テーブル昇降装置３４と接続している。テーブル昇降装置３４は、造形テーブル３２を上下方向に移動させるためのものである。テーブル昇降装置３４としては特に限定されないが、ここではシリンダ機構を採用している。

粉末材料１９が固められ、造形テーブル３２上に１の粉末材料層１８Ａが形成されると、テーブル昇降装置３４は造形テーブル３２を所定の幅で下方に移動（下降）させる。造形テーブル３２の下降幅は、スライスデータの厚み幅に基づいて予め定められている。造形テーブル３２の下降によって生じた空間には、粉末材料１９が敷き詰められる。これを順次繰り返すことで、造形テーブル３２の高さ方向に粉末材料層１８Ａが積み上げられ、所望の３次元造形物１８１の形状をなすようになっている。

粉末材料供給部４１は、造形部３１に粉末材料１９を供給するためのものである。粉末材料供給部４１は、粉末材料供給槽４３と、粉末材料供給テーブル４２と、テーブル昇降装置４４と、粉末材料供給ローラ１５とを備えている。粉末材料供給槽４３には、粉末材料１９が収容されている。粉末材料供給テーブル４２は、粉末材料供給槽４３の内部を上下方向に昇降移動可能なように構成されている。粉末材料供給テーブル４２は、テーブル昇降装置４４と接続している。テーブル昇降装置４４は、粉末材料供給テーブル４２を上下方向に移動させるためのものである。テーブル昇降装置４４としては特に限定されないが、ここではシリンダ機構を採用している。

粉末材料供給ローラ１５は、粉末材料供給槽４３に収容されている粉末材料１９を、造形槽３３に供給するための部材である。粉末材料供給ローラ１５は、図示しないモータによって、粉末材料供給槽４３および造形槽３３の表面を左右方向に移動可能なように構成されている。粉末材料供給ローラ１５は、未使用時には粉末材料供給部４１の一の端部（図１，図２の左端）に設けられたローラ載置部４５に位置している。テーブル昇降装置４４によって粉末材料供給テーブル４２が上方に移動されると、粉末材料供給ローラ１５はローラ載置部４５から所定の方向（図１、図２の右方向）に移動する。これにより、粉末材料供給槽４３に収容されていた粉末材料１９のうちの所定の量が粉末材料供給ローラ１５に押されて、造形槽３３に供給される。通常、粉末材料１９は、造形層３３に収容する量よりも多めに供給される。粉末材料供給ローラ１５が造形槽３３の上を移動することで、造形槽３３の表面が均される。このようにして、造形槽３３の内部に所定の厚み幅で粉末材料１９が均質に敷き詰められる。造形槽３３内に収容しきれなかった粉末材料１９は、造形槽３３と隣接する余剰粉収容槽３５に収容される。粉末材料供給ローラ１５は、粉末材料供給部４１から離れた側の端部まで移動すると、逆方向（図１、図２の左方向）に回転してローラ載置部４５に戻される。

粉末材料供給槽４３から造形槽３３に粉末材料１９が供給されると、テーブル昇降装置４４は粉末材料供給テーブル４２を所定の幅で上方に移動（上昇）させる。粉末材料供給テーブル４２の上昇幅は、造形テーブル３２の下降幅に対応して予め定められている。本実施形態では、粉末材料供給テーブル４２の上昇幅が造形テーブル３２の下降よりも大きく設定されている。

バインダ供給ヘッド１２は、造形槽３３内の粉末材料１９に対してバインダを噴霧するためのものである。バインダ供給ヘッド１２は、図示しない駆動装置に接続され、造形槽３３に対して前後方向（Ｘ軸方向）および左右方向（Ｙ軸方向）に移動自在に構成されている。バインダ供給ヘッド１２は、バインダを吐出するノズル１２Ａを備えている。ノズル１２Ａは、図示しないバインダ収容タンクに連通されている。バインダとしては、粉末材料１９の粒子間を固着することが可能な材料であれば特に限定されない。また、粉末材料１９の表面に水溶性の結着剤が付されている場合などには、例えば水性顔料インク等の水を主成分とした液体であってもよい。バインダ供給ヘッド１２は、スライスデータに基づいてバインダを噴霧する。これにより、バインダが噴霧された領域では、例えば粉末材料１９の表面に付着している樹脂が溶け出すことなどにより、粉末材料１９が固められて粉末材料層１８Ａが形成される。

インクヘッド１４は、上記バインダで固められた粉末材料層１８Ａに、着色されたインクを噴霧するためのものである。インクヘッド１４は、スライスデータに含まれる色データに基づいて粉末材料層１８Ａにインクを噴霧する。インクヘッド１４は、図示しない駆動装置に接続され、造形槽３３に対して前後方向（Ｘ軸方向）および左右方向（Ｙ軸方向）に移動自在に構成されている。インクヘッド１４は、インクを吐出するノズル１４Ａを備えている。ノズル１４Ａは、図示しない複数のインク収容タンクに連通されている。なお、本実施形態ではバインダ供給ヘッド１２とインクヘッド１４とが同軸に配置され一体形成されているが、これらは別体であってもよい。

３次元造形装置１０Ａの全体の動作は、制御装置１６によって制御されている。制御装置１６は、バインダ供給ヘッド１２と、インクヘッド１４と、粉末材料供給ローラ１５と、テーブル昇降装置３４、４４と、３次元造形データ生成装置１００とに接続されている。制御装置１６は、テーブル昇降装置３４を駆動することによって、造形テーブル３２を上方または下方（Ｚ軸方向）に移動させる。制御装置１６は、テーブル昇降装置４４を駆動することによって、粉末材料供給テーブル４２を上方または下方（Ｚ軸方向）に移動させる。制御装置１６は、バインダ供給ヘッド１２からのバインダの吐出、およびバインダ供給ヘッド１２のＸＹ軸方向の移動を制御する。制御装置１６は、インクヘッド１４からのインクの吐出およびインクヘッド１４のＸＹ軸方向の移動を制御する。制御装置１６は、粉末材料供給ローラ１５の左右方向（Ｙ軸方向）の移動を制御する。

制御装置１６には、３次元造形データ生成装置１００から３次元造形データが入力される。３次元造形データは、造形対象である３次元造形物１８１のデータと、当該３次元造形物１８１に応じたサポート１８２のデータとを含んでいる。入力された３次元造形データからは、スライスデータが作成される。スライスデータは、３次元造形データを所定の方向に所定の間隔でスライスするように作成される。スライスする方向は、水平方向や垂直方向とすることができる。上述した３次元造形装置１０Ａによる粉末材料層１８Ａの形成は、このスライスデータに基づいてなされる。なお、制御装置１６の構成は特に限定されない。一例では、制御装置１６はコンピュータであり、制御プログラムの命令を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ：central processing unit）と、ＣＰＵが実行するプログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）と、プログラムを展開するワーキングエリアとして使用されるＲＡＭ（random access memory）と、上記プログラムや各種データを格納するメモリなどの記憶装置（記録媒体）とを備えている。

次に、３次元造形データ生成装置１００について説明する。３次元造形データ生成装置１００は、３次元造形装置１０Ａで使用する３次元造形データを作成するためのものである。図３は、一実施形態に係る３次元造形データ生成装置１００のブロック図である。３次元造形データ生成装置１００は、記憶部５０と、サポートモデル生成部５２と、出力部５８とを備えている。本実施形態では、さらに色決定部５６を備えている。図４は３次元造形データ生成装置１００で生成される３次元造形データの一例であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

なお、３次元造形データ生成装置１００の構成は特に限定されない。例えば、３次元造形データ生成装置１００はコンピュータであり、その動作をＣＰＵで制御するように構成されている。コンピュータは、ＲＯＭやＲＡＭ、記録媒体などを備えていてもよい。また、３次元造形データ生成装置１００は、３次元造形装置１０Ａと別体であってもよく、３次元造形装置１０Ａに内蔵されていてもよい。

また、３次元造形データ生成装置１００は、コンピュータのＣＰＵを３次元造形データ生成装置１００として動作させるコンピュータプログラム（ソフトウエア）であってもよい。コンピュータプログラムは、コンピュータで読み取り可能なように、３次元造形データ生成装置１００を動作させるプログラムコード（実行プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）を記録したものである。かかるプログラムコードは、記録媒体に記録されていてもよい。記録媒体としては、半導体記録媒体（例えば、ＲＯＭ、不揮発性メモリーカード）、光記録媒体（例えば、ＤＶＤ、ＭＯ、ＭＤ、ＣＤ、ＢＤ）、磁気記録媒体（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク、ＩＣカード）などが例示される。

また、上記プログラムコードは、通信ネットワークを介して供給することもできる。この場合、電子的に伝送されたプログラムコードのコンピュータデータ信号（搬送波に埋め込まれた形態）もまた、ここに開示される発明の一態様である。通信ネットワークとしては、インターネット、イントラネット、エクストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、衛星通信網、電話回線網、仮想専用網、ＣＡＴＶ通信網、移動体通信網などが例示される。通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、有線（例えば、ＵＳＢ、電力線搬送、ＩＥＥＥ１３９４、ＡＤＳＬ回線、電話線、ケーブルＴＶ回線）、無線（例えば、８０２．１１無線、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））、赤外線（例えば、ＩｒＤＡ、リモコン）などが例示される。

記憶部５０は、３次元造形システム１０で造形しようとする３次元造形物１８１の属性データ（以下、対象造形物モデルという。）６１を記憶する。対象造形物モデル６１は、例えばユーザーの操作によって、記憶媒体または他のコンピュータ（図示せず）から記憶部５０に読み込まれる。対象造形物モデル６１は、少なくとも形状や大きさに関する３次元的な空間データを含んでいる。空間データは、例えばＳＴＬ(STereo Lithography)データで表されるものである。図４（ａ）、（ｂ）に示す対象造形物モデル６１は中空な半球形状を有しており、その断面は半円弧状である。本実施形態では、対象造形物モデル６１がさらに色データを含んでいる。色データは、例えばＲＧＢ値で表されるものである。

サポートモデル生成部５２は、主演算部５３を備える。主演算部５３は、記憶部５０に記憶された対象造形物モデル６１のデータに基づいて、サポートの属性データ（以下、サポートモデルという。）６２を生成する。主演算部５３は、例えば造形に使用する３次元造形装置１０Ａ（具体的には、造形槽３３や造形テーブル３２）の形状や大きさをも考慮したサポートモデル６２を生成する。主演算部５３は、例えば対象造形物モデル６１と同数、あるいはそれ以下の数（例えば１つ）のサポートモデル６２を生成する。なお、サポートモデル６２に含まれる情報の種類や形式は、上述した対象造形物モデル６１と同様でよい。

サポートモデル６２は、対象造形物モデル６１を造形槽３３から取り出して乾燥するための取り出し補助部材である。サポートモデル６２は、対象造形物モデル６１と離間した位置に形成される。サポートモデル６２は、対象造形物モデル６１の下方に位置する底部６２ｂと、当該底部６２ｂから上方に伸びた側壁部６２ｓとを有している。この実施形態では、さらに底部６２ｂよりも上方であって対象造形物モデル６１の底面よりも下方に網目状部材６２ａを有している。側壁部６２ｓの下面と底部６２ｂの周縁、および、側壁部６２ｓの周縁と網目状部材６２ａの周縁は、それぞれ互いに連結されており、サポートモデル６２は一体形状をなしている。

サポートモデル６２はまた、無孔質に形成されている。これにより、サポートモデル６２を上方に持ち上げた際に、底部６２ｂと側壁部６２ｓとで囲まれた空間に収容されているものが抜け落ちないようになっている。つまり、サポートモデル６２は、３次元造形物１８１をその近傍に存在する未固化の粉末材料と共に取り出す「取り出し容器」として生成される。サポートモデル６２は、ここでは平面視が正方形状、断面が逆台形状の枡状（船形）に形成されている。サポートモデル６２は、例えば平面視が円形状、楕円形状、長方形状、四角形以外の多角形状などであってもよい。サポートモデル６２全体は、円筒形状、円錐形状、多角柱形状、多角錐形状などであってもよい。

サポートモデル６２の底部６２ｂは、対象造形物モデル６１を支持する部位である。底部６２ｂは、対象造形物モデル６１と離間した位置に形成される。底部の形状や大きさ、厚みは、対象造形物モデル６１の形状や大きさ、重さなどを考慮して決定される。例えば底部６２ｂの対象造形物モデル６１と対向する側の面は、対象造形物モデル６１の下面の外周よりも大きく形成されるとよい。つまり、底部の対象造形物モデル６１と対向する側の面は、対象造形物モデル６１の下面の外周面積（外周で囲まれる面積）よりも広く形成される。また、底部６２ｂは、対象造形物モデル６１を支持した状態で持ち上げ可能なように、十分な緻密性と厚みで形成される。底部の形状や大きさ、厚みなどは、従来公知のプログラムに基づいて決定することができる。

底部６２ｂは、対象造形物モデル６１を収容する容器の底面となる。ここでは底部６２ｂは、無孔質かつ平板状に形成されている。底部６２ｂは、例えば波形状、湾曲形状などであってもよい。好ましくは、底部６２ｂは、テーブルなどの載置台に載置する際に支持部材を必要とせず自立可能なように、平坦に形成されている。例えば、底部６２ｂは、前後左右対称な形状に形成されている。底部６２ｂの面積は、対象造形物モデル６１の高さ方向と直交する断面方向の最大断面積よりも広いとよい。これにより、安定した自立性が実現される。底部６２ｂは、ここでは四角形状である。底部６２ｂは、例えば円形や楕円形、四角形以外の多角形状などであってもよい。また、例えば自立性の向上などを目的として、底部６２ｂの下面には突起部などが必要に応じて形成されていてもよい。

ここに示すサポートモデル６２は、底部６２ｂと側壁部６２ｓとに加えて、網目状部材６２ａを有している。網目状部材６２ａは、対象造形物モデル６１と離間した位置に形成されている。網目状部材６２ａは多孔質である。網目状部材６２ａは、高さ方向において底部６２ｂと対象造形物モデル６１との間に形成されている。つまり、網目状部材６２ａは、底部６２ｂよりも相対的に対象造形物モデル６１に近い側に形成されている。網目状部材６２ａは、ここでは底部６２ｂと略平行に配置されている。網目状部材６２ａの外周面積は、典型的には底部６２ｂの面積と同等かそれよりも狭い。網目状部材６２ａは、ここでは四角形状である。網目状部材６２ａは、例えば円形や楕円形、四角形以外の多角形状などであってもよい。網目状部材６２ａと底部６２ｂとは同じ形状であってもよく、異なっていてもよい。

網目状部材６２ａは、粉末材料１９が通り抜け可能なように複数の貫通孔６５を有している。貫通孔６５は、高さ方向を貫いている。貫通孔６５は、予め設定された粉末材料１９の粒径（例えば体積基準の平均粒径Ｄ_５０や累積９５％粒径Ｄ_９５）よりも大きく形成されている。貫通孔６５は、好ましくは粉末材料１９の粒径よりも１０倍以上、例えば１００倍以上大きく形成されている。貫通孔６５は、対象造形物モデル６１よりも小さく形成されている。貫通孔６５の数は２個以上、例えば１０個以上、１００個以上であってもよい。貫通孔６５は、網目状部材６２ａ全体に形成されていてもよく、例えば耐荷重強度などを考慮して、網目状部材６２ａの一部分のみに形成されていてもよい。貫通孔６５は、複数の線状体６６によって仕切られている。線状体６６の横断面形状は、例えば、円形、楕円形、四角形、菱形などとすることができる。

底部６２ｂの上方には、側壁部６２ｓが形成されている。側壁部６２ｓは、対象造形物モデル６１の周囲を取り囲むように形成されている。ここでは側壁部６２ｓは、対象造形物モデル６１の前方、左方、後方、および右方を取り囲むように形成されている。ただし、側壁部６２ｓは必ずしも対象造形物モデル６１の周囲の全体を取り囲んでいなくてもよく、その一部を取り囲んでいてもよい。側壁部６２ｓは、対象造形物モデル６１と離間した位置に形成されている。側壁部６２ｓの形状や大きさ、厚みは、対象造形物モデル６１の形状や大きさなどを考慮して決定される。例えば、高さ方向と直交するいずれの断面においても、対象造形物モデル６１の外周よりも大きく形成されている。側壁部６２ｓの形状や大きさ、厚みは、従来公知のプログラムに基づいて決定することができる。また、例えばサポート１８２を取り出す際の利便性向上などを目的として、側壁部６２ｓには取っ手部などが必要に応じて形成されていてもよい。

側壁部６２ｓは、底部６２ｂおよび網目状部材６２ａとそれぞれ所定のテーパ角度で連結されている。側壁部６２ｓは、下方ほど縮径するテーパ状（すり鉢状）に形成されている。なお、側壁部６２ｓは、上方ほど縮径するテーパ状であってもよい。あるいは、側壁部６２ｓは、底部６２ｂおよび／または網目状部材６２ａと略直角に連結していてもよい。側壁部６２ｓの最大高さ６２ｈ（底部６２ｂの下面からの垂直方向の距離。以下同様。）は、対象造形物モデル６１の最大高さ６１ｈと同等かそれ以上であるとよい。ここでは、側壁部６２ｓの最大高さ６２ｈが対象造形物モデル６１の最大高さ６１ｈよりも高い。これにより、側壁部６２ｓの高さ方向の上端６２ｔが、対象造形物モデル６１の高さ方向の上端６１ｔよりも高い位置に形成されている。なお、側壁部６２ｓの高さ６２ｈは、対象造形物モデル６１の高さ６１ｈより低くてもよい。

底部６２ｂと側壁部６２ｓとの連結部分には、切り欠き部６２ｎが形成されている。切り欠き部６２ｎは、底部６２ｂや側壁部６２ｓに比べて、厚みが小さくなっている。そのため、サポート１８２が取り出し補助部材としての役目を終えた際には、切り欠き部６２ｎを起点としてサポート１８２を比較的容易に破壊して、得んとする３次元造形物１８１を簡便に取り出すことができる。

好適な一態様では、サポートモデル生成部５２が、主演算部５３に加えて構造解析部５４を備えている。構造解析部５４は、作成したサポートモデル６２の耐荷重強度を確認する。例えば、サポート１８２が３次元造形物１８１を支持するとき、上方からは、サポート１８２自身の荷重のみならず、３次元造形物１８１とその近傍にある未固化の粉末材料１９との荷重が加わる。そこで、このような状況を想定して、予めサポートモデル６２の構造解析を実施し、耐荷重強度を評価することが好ましい。そして、耐荷重強度が所定値以下である場合は、サポートモデル６２の形状や大きさ、厚みなどを再度調整する。耐荷重強度の所定値は、予め設定された任意の値とすることができる。

好適な一態様では、サポートモデル生成部５２がさらに、接触判定部５５を備えている。接触判定部５５は、対象造形物モデル６１とサポートモデル６２とが離間した位置にあるかを確認する。そして、両者が重なっている、あるいは接している場合には、対象造形物モデル６１とサポートモデル６２とを離間した位置に配置するように再度調整する。例えばサポートモデル６２を高さ方向の下方に垂直移動させる。接触判定部５５はまた、３次元造形装置１０Ａとサポートモデル６２とが離間した位置にあるかを確認する。そして、両者が重なっている、あるいは接している場合には、サポートモデル６２の形状や大きさ、厚みなどを再度調整する。また、例えば造形槽３３や造形テーブル３２の大きさなどを考慮すると上記調整が不可能であると判断される場合には、サポートモデル６２の形成を再度やり直すこともできる。

色決定部５６は、記憶部５０に記憶された対象造形物モデル６１の色データに基づいて、サポートモデル６２の色データを決定する。一例では、粉末材料１９と異なる色（例えば白色以外）を選択して、サポートモデル６２に施す。他の一例では、対象造形物モデル６１に使用されていない色を選択して、サポートモデル６２に施す。あるいは、対象造形物モデル６１に使用されている色をサポートモデル６２に使用しないように禁止してもよい。また、色決定部５６は、サポートモデル６２全体を着色するように設定してもよいし、サポートモデル６２の一部分のみを着色するように設定してもよい。ここでは、側壁部６２ｓの高さ方向の上部に着色を施し、着色部６２ｃを形成している。

以上のようにして、対象造形物モデル６１に応じたサポートモデル６２が生成される。そして、対象造形物モデル６１と、上記生成されたサポートモデル６２とをあわせて、３次元造形データが構成される。３次元造形データは、３次元造形データ生成装置１００の出力部５８から３次元造形装置１０Ａに送られる。３次元造形装置１０Ａは、上記３次元造形データに基づいて、所望の３次元造形物１８１と３次元造形物１８１の取り出しを補助するサポート１８２の造形を行う。

図１に示すように、造形が終了した際、３次元造形物１８１はサポート１８２と共に造形槽３３の未固化の粉末材料１９中に埋没している。サポート１８２は、３次元造形物１８１の下方に位置する底部と、３次元造形物１８１の周囲を取り囲む側壁部とを有している。サポート１８２は、３次元造形物１８１の「取り出し容器」として機能する。つまり、ユーザーは、所望の３次元造形物１８１の取り出しにあたり、サポート１８２の側壁部を掴んで、あるいは図５（ａ）に示すように側壁部に補助具２０で掬い上げるようにして、サポート１８２を造形槽３３の上方に移動させる。補助具２０としては、ヘラやスコップ、トングなどを考慮することができる。すると、３次元造形物１８１とその近傍にある未固化の粉末材料１９とが、サポート１８２に支持された状態で造形槽３３から引き上げられる。このためユーザーは、造形されて間もない（脆性の高い状態の）３次元造形物１８１に直接触れることなく、造形槽３３から３次元造形物１８１を取り出すことができる。したがって、ここに開示される技術によれば、３次元造形装置１０Ａから３次元造形物１８１を取り出す際の破損のリスクが軽減される。

３次元造形物１８１と未固化の粉末材料１９とを含んだサポート１８２は、熱風照射や乾燥機などによって所定の温度・時間で乾燥させられる。これにより、３次元造形物１８１に含まれるバインダなどの液体成分が好適に除去され、３次元造形物１８１の形状安定性が高められる。また図５（ｂ）に示すように、乾燥時は３次元造形物１８１の近傍に未固化の粉末材料１９が緊密に敷き詰められている。このため、自重の影響を受け易い形状の（例えばオーバーハング部分を有する）３次元造形物１８１であっても、自重による変形や破損が好適に抑制される。したがって、ここに開示される技術によれば、自重に抗して所定の形状を好適に維持することができ、重力方向の寸法精度が高い３次元造形物１８１を得ることができる。また、造形槽３３とは別の場所で３次元造形物１８１を乾燥させることにより、乾燥終了を待たずとも次の造形を開始することができる。このため、ここに開示される技術によれば、３次元造形装置１０Ａの稼動率を上げて、３次元造形物１８１を次から次へと、効率よく製造することができる。

乾燥終了後は、サポート１８２から３次元造形物１８１を取り出す。上述の通り、乾燥後の３次元造形物１８１は造形直後と比べて硬度や強度が高まり、相対的に形状安定性が向上している。そのためユーザーは、サポート１８２から３次元造形物１８１を堅実に取り出すことができる。また、サポート１８２は３次元造形装置１０Ａに比べて軽く、移動の自由度が高い。さらに、サポート１８２は本来得んとする３次元造形物１８１ではない。そのため、３次元造形物１８１の取り出しにあたっては、例えばサポート１８２をひっくり返したり、サポート１８２の一部を壊したりすることも可能となる。したがって、サポート１８２から３次元造形物１８１を取り出す際の作業性を向上することができる。

一例ではまず、図５（ｂ）に示すサポート１８２を乾燥した後、サポート１８２の底部１８２ｂの下面から軽く力を加える。すると、底部１８２ｂが外れて、網目状部材１８２ａがサポート１８２の最下面となる。図６には、底部１８２ｂが外れた状態のサポート１８２’を示している。このサポート１８２’は、いわゆる「篩（ざる）」として機能する。つまり、網目状部材６２ａの貫通孔６５から未固化の粉末材料１９が自然に抜け落ち、篩い落とされる。また、サポート１８２’上に僅かに残った粉末材料１９も、サポート１８２’を左右に揺らすことなどにより、良好に排除される。したがって、３次元造形物１８１と未固化の粉末材料１９とを容易に分離することができる。

以上、本実施形態の３次元造形データ生成装置１００によれば、所望の３次元造形物１８１と共に、３次元造形物１８１と未固化の粉末材料１９とを収容可能な容器（ケース）状のサポート１８２を造形可能な３次元造形データを生成することができる。また、本実施形態の３次元造形システム１０では、３次元造形物１８１の破損のリスクを軽減すると共に、３次元造形装置１０Ａの稼動率を上げることができる。

本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、サポートモデル６２の底部６２ｂが平坦に形成されている。これにより、図５（ｂ）に示すように、サポート１８２の載置安定性が高められ、安定的な自立状態を維持することができる。そのため、乾燥時の載置場所の自由度が高まる。また、載置の際に支持部材を必要としないことで、ユーザーの利便性を高めることができる。

本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、サポートモデル６２の側壁部６２ｓが、下方ほど縮径するテーパ状に形成されている。これにより、造形が終了した際にサポート１８２を安定した状態で持ち上げることができ、造形槽３３からサポート１８２を取り出しやすくなる。

本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、サポートモデル６２の側壁部６２ｓの高さ方向の上端６２ｔが、対象造形物モデル６１の高さ方向の上端６１ｔより高い位置に形成されている。これにより、図１に示すように、造形が終了した際に未固化の粉末材料１９の表層部分にサポート１８２の上部１８２ｔが配置されるようになる。したがって、粉末材料１９に埋没しているサポート１８２を容易に発見することができる。

本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、サポートモデル６２の高さ方向において、底部６２ｂと対象造形物モデル６１との間に、網目状部材６２ａが形成されている。これにより、図６に示すように、デパウダーの際の利便性を向上することができる。さらに、ユーザーは、デパウダーにあたり３次元造形物１８１に直接接触する必要がないため、例えばブラシやブロアーなどを用いてデパウダーを行う場合と比べて、３次元造形物１８１の破損をより良く抑制することができる。

本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、サポートモデル６２の底部６２ｂと側壁部６２ｓとが連結する部分に、切り欠き部６２ｎが形成されている。これにより、サポート１８２が役目を終えて、サポート１８２から３次元造形物１８１を取り出す際に、比較的容易にサポート１８２を壊して除去することができる。そのため、ユーザーの作業性を向上することができる。

本実施形態では、サポートモデル生成部５２が、サポートモデル６２に対象造形物モデル６１を支持した状態で構造解析を行う構造解析部５４を備えている。これにより、耐荷重性の高いサポート１８２を的確に造形することができる。

本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、サポートモデル６２の側壁部６２ｓの上部に、粉末材料１９および対象造形物モデル６１の上部とは異なる色の着色部６２ｃが形成されている。これにより、未固化の粉末材料１９中でサポート１８２を一層判別し易くなる。したがって、サポート１８２を容易に発見することができる。

以上、本実施形態に係る３次元造形システム１０および３次元造形データ生成装置１００について説明した。しかし、本発明に係る３次元造形システムおよび３次元造形データ生成装置は、これに限定されない。例えば、図１に示す３次元造形システム１０では、３次元造形装置１０Ａがインクヘッド１４を備え、３次元造形データ生成装置１００が色決定部５６を備えていた。しかし、３次元造形装置１０Ａはインクヘッド１４を備えていなくてもよい。また、３次元造形データ生成装置１００は色決定部５６を備えていなくてもよい。この場合、３次元造形物１８１およびサポート１８２は、粉末材料１９そのものの色で構成される。

１０ ３次元造形システム
１０Ａ ３次元造形装置
５０ 記憶部
５２ サポートモデル生成部
５３ 主演算部
５４ 構造解析部
５５ 接触判定部
５６ 色決定部
５８ 出力部
１００ ３次元造形データ生成装置
１８１ 対象造形物モデル
１８２ サポートモデル

Claims (10)

1. 粉末材料を所定の厚みで固めて高さの方向に積層する方式の３次元造形装置に用いられる３次元造形データを生成する３次元造形データ生成装置であって、
   造形対象の３次元造形物を表す３次元の対象造形物モデルのデータを記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された前記データに基づき、前記対象造形物モデルよりも下方に配置された底部と、前記底部から上方に伸び、前記対象造形物モデルの周囲を取り囲むように設けられた側壁部とを有し、前記対象造形物モデルと離間した位置に配置されている３次元のサポートモデルのデータを生成するサポートモデル生成部と、
   前記対象造形物モデルおよび前記サポートモデルのデータを前記３次元造形データとして出力する出力部と、
   を備える、３次元造形データ生成装置。
2. 前記底部は平坦に形成されている、請求項１に記載の３次元造形データ生成装置。
3. 前記側壁部は、下方ほど縮径するテーパ状に形成されている、請求項１または２に記載の３次元造形データ生成装置。
4. 前記側壁部の前記高さ方向の上端は、前記対象造形物モデルの前記高さ方向の上端より高い位置に形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の３次元造形データ生成装置。
5. 前記高さ方向において、前記底部と前記対象造形物モデルとの間に、網目状部材が形成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の３次元造形データ生成装置。
6. 前記底部と前記側壁部とが連結する部分に、切り欠き部が形成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の３次元造形データ生成装置。
7. 前記サポートモデル生成部は、前記対象造形物モデルを前記サポートモデルに支持した状態で構造解析を行う構造解析部を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の３次元造形データ生成装置。
8. 前記側壁部の上部に、前記粉末材料および前記対象造形物モデルの上部とは異なる色の着色部が形成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の３次元造形データ生成装置。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の３次元造形データ生成装置と、３次元造形装置とを備える、３次元造形システム。
10. コンピュータを、所定の厚みで粉末材料を固めて高さの方向に積層する方式の３次元造形装置に用いられる３次元造形データを生成する３次元造形データ生成装置として機能させるためのコンピュータプログラムであって、
    前記コンピュータを、
    造形対象の３次元造形物を表す３次元の対象造形物モデルのデータを記憶する記憶手段、
    前記記憶手段に記憶された前記データに基づき、前記対象造形物モデルよりも下方に配置された底部と、前記底部から上方に伸び、前記対象造形物モデルの周囲を取り囲むように設けられた側壁部とを有し、前記対象造形物モデルと離間した位置に配置されている３次元のサポートモデルのデータを生成するサポートモデル生成手段、および、
    前記対象造形物モデルおよび前記サポートモデルのデータを前記３次元造形データとして出力する出力手段、
    として機能させるためのコンピュータプログラム。

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