JP2017154486A - 三次元造形物製造方法、三次元造形物および造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 細い部分での折損や曲がりの発生を抑えることができる三次元造形物を製造することができる三次元造形物製造方法、三次元造形物および造形装置を提供する。
【解決手段】 液体の造形材を吐出した後、吐出した造形材を固体にすることによって三次元造形物を製造する三次元造形物製造方法は、三次元造形物の内部部分を造形材によって形成する内部形成工程と、内部部分の周囲の周囲部分を造形材によって複数の層を積み重ねて形成する周囲形成工程とを備え、内部形成工程によって内部部分を形成する造形材は、周囲形成工程によって周囲部分を形成する造形材と比較して、固体状態での剛性が大きく、周囲形成工程は、周囲部分の一部を構成する溝２２ｂを形成する工程であり、内部形成工程は、周囲形成工程によって三次元造形物の一部の周囲部分が形成される前において液体の造形材を溝２２ｂに入れることによって内部部分を形成する工程であることを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、液体の造形材を吐出した後、吐出した造形材を固体にすることによって三次元造形物を製造する三次元造形物製造方法、三次元造形物および造形装置に関する。

従来、三次元造形物製造方法として、液体の造形材を吐出した後、吐出した造形材を固体にすることによって三次元造形物を製造するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第４５４５７４８号公報

しかしながら、従来の三次元造形物製造方法においては、一部に細い部分を備える三次元造形物を製造した場合に、三次元造形物の細い部分が三次元造形物の一部の部分を支持するとき、三次元造形物の細い部分によって支持されている部分の重さや、三次元造形物の細い部分によって支持されている部分に例えば人の手などで加えられた外力によって三次元造形物の細い部分に応力が集中するので、三次元造形物の細い部分で折損が発生する可能性があるという問題がある。また、折損の発生を抑えるために固体状態で柔軟性が高い造形材が使用されると、三次元造形物の細い部分によって支持されている部分の重さや、三次元造形物の細い部分によって支持されている部分に例えば人の手などで加えられた外力によって三次元造形物の細い部分で曲がってしまい、三次元造形物の細い部分が三次元造形物の一部の部分を適切に支持することができないという問題がある。なお、このような細い部分の例としては、人間の足、動物の足、昆虫の足、トンボの羽、植物の葉や枝などがある。

本発明は、細い部分での折損や曲がりの発生を抑えることができる三次元造形物を製造することができる三次元造形物製造方法、三次元造形物および造形装置を提供することを目的とする。

本発明の三次元造形物製造方法は、液体の造形材を吐出した後、吐出した前記造形材を固体にすることによって三次元造形物を製造する三次元造形物製造方法であって、前記三次元造形物の内部の部分を前記造形材によって形成する内部形成工程と、前記内部の部分の周囲の部分を前記造形材によって複数の層を積み重ねて形成する周囲形成工程とを備え、前記内部形成工程によって前記内部の部分を形成する前記造形材は、前記周囲形成工程によって前記周囲の部分を形成する前記造形材と比較して、固体状態での剛性が大きく、前記周囲形成工程は、前記周囲の部分の少なくとも一部を構成する溝を形成する工程であり、前記内部形成工程は、前記周囲形成工程によって前記三次元造形物の一部の前記周囲の部分が形成される前と、前記周囲形成工程によって前記三次元造形物の全ての前記周囲の部分が形成された後との何れかにおいて液体の前記造形材を前記溝に入れることによって前記内部の部分を形成する工程であることを特徴とする。

この構成により、本発明の三次元造形物製造方法によって製造される三次元造形物は、内部の部分を形成する造形材が周囲の部分を形成する造形材と比較して固体状態での剛性が大きいので、内部の部分を形成する造形材によって細い部分での剛性を向上することができる。したがって、本発明の三次元造形物製造方法は、細い部分での折損や曲がりの発生を抑えることができる三次元造形物を製造することができる。また、本発明の三次元造形物製造方法は、溝に液体の造形材を入れることによって内部の部分を形成するので、内部の部分の製造を容易化することができる。

本発明の三次元造形物製造方法において、前記内部形成工程および前記周囲形成工程は、インクジェット方式によって液体の前記造形材を吐出する工程であっても良い。

この構成により、本発明の三次元造形物製造方法は、内部の部分および周囲の部分の両方をインクジェット方式によって形成するので、三次元造形物の製造を容易化することができる。

本発明の三次元造形物製造方法は、液体の造形材を吐出した後、吐出した前記造形材を固体にすることによって三次元造形物を製造する三次元造形物製造方法であって、前記三次元造形物の内部の部分を前記造形材以外の補強材によって形成する内部形成工程と、前記内部の部分の周囲の部分を前記造形材によって複数の層を積み重ねて形成する周囲形成工程とを備え、前記補強材は、固体状態の前記造形材と比較して、剛性が大きいことを特徴とする。

この構成により、本発明の三次元造形物製造方法によって製造される三次元造形物は、内部の部分を形成する補強材が周囲の部分を形成する固体状態の造形材と比較して剛性が大きいので、補強材によって細い部分での剛性を向上することができる。したがって、本発明の三次元造形物製造方法は、細い部分での折損や曲がりの発生を抑えることができる三次元造形物を製造することができる。

本発明の三次元造形物製造方法において、前記補強材は、他の部材と接続するための接続部を備えても良い。

この構成により、本発明の三次元造形物製造方法によって製造される三次元造形物は、補強材が補強以外に他の部材との接続にも利用されるので、利便性を向上することができる。

本発明の三次元造形物製造方法において、前記内部形成工程は、前記周囲形成工程によって前記三次元造形物の一部の前記周囲の部分が形成される前に前記周囲の部分に前記補強材が配置される工程であっても良い。

この構成により、本発明の三次元造形物製造方法は、三次元造形物の全ての周囲の部分が形成された後に周囲の部分に補強材が挿入される方法と比較して、三次元造形物の内部に補強材を容易に固定することができる。

本発明の三次元造形物製造方法において、前記周囲形成工程は、液体の前記造形材を造形データに基づいて造形装置によって吐出する工程であり、前記周囲形成工程は、前記内部形成工程によって前記周囲の部分に前記補強材が配置された後、前記周囲の部分に対する前記補強材の位置を検出し、検出した位置に基づいて前記造形データを修正する工程であっても良い。

この構成により、本発明の三次元造形物製造方法は、周囲の部分に対する補強材の位置に基づいて造形データを修正するので、周囲の部分への補強材の配置作業を容易化することができる。したがって、本発明の三次元造形物製造方法は、三次元造形物の製造を容易化することができる。

本発明の三次元造形物製造方法において、前記内部形成工程は、前記周囲形成工程によって前記三次元造形物の全ての前記周囲の部分が形成された後に前記周囲の部分に前記補強材が挿入される工程であっても良い。

この構成により、本発明の三次元造形物製造方法は、三次元造形物の一部の周囲の部分が形成される前に周囲の部分に補強材が配置される方法と比較して、周囲の部分の製造を容易化することができる。

本発明の三次元造形物製造方法において、前記周囲形成工程は、前記層の延在方向に直交する方向が鉛直方向である工程であり、前記三次元造形物は、前記周囲形成工程において鉛直方向における前記補強材の下側になる箇所の一部に空間が形成され、前記周囲の部分は、前記周囲形成工程において鉛直方向における前記補強材の下側で前記補強材を支持して前記空間の境界の一部を構成する支持部を備え、前記空間を形成している面のうち前記支持部の面は、前記周囲形成工程においてオーバーハングしない斜面であっても良い。

この構成により、本発明の三次元造形物製造方法は、周囲形成工程において鉛直方向における補強材の下側になる箇所の一部に造形材が存在しない空間が形成されることによって、必要な造形材の量が大幅に低減されるので、三次元造形物の重量と、材料費とを低減することが可能である。また、本発明の三次元造形物製造方法は、空間を形成している面のうち支持部の面が周囲形成工程においてオーバーハングしない斜面であるので、空間の部分で各層の形状が崩れることを抑えることができ、その結果、三次元造形物を精度良く形成することができる。

本発明の三次元造形物製造方法において、前記支持部は、前記層の延在方向における前記補強材の端部において前記補強材を支持する端部支持部と、前記端部以外の部分において前記補強材を支持する非端部支持部とを備えても良い。

この構成により、本発明の三次元造形物製造方法は、補強材のうち層の延在方向における長さが長い箇所に非端部支持部を造形材によって設けることによって、補強材に撓みが発生することを抑えることができるので、三次元造形物を精度良く形成することができる。

本発明の三次元造形物製造方法において、前記補強材は、前記層の延在方向に直交する方向における両側に前記空間が形成されている箇所の少なくとも一部に穴が形成されていても良い。

この構成により、本発明の三次元造形物製造方法は、補強材に穴が形成されることによって、必要な補強材の量が大幅に低減されるので、三次元造形物の重量と、材料費とを低減することが可能である。

本発明の三次元造形物は、内部の部分と、前記内部の部分の周囲の部分とを備え、前記周囲の部分は、固体状態の造形材によって形成され、前記内部の部分は、前記造形材以外の補強材によって形成され、前記補強材は、固体状態の前記造形材と比較して、剛性が大きいことを特徴とする。

この構成により、本発明の三次元造形物は、内部の部分を形成する補強材が周囲の部分を形成する固体状態の造形材と比較して剛性が大きいので、補強材によって細い部分での剛性を向上することができる。したがって、本発明の三次元造形物は、細い部分での折損や曲がりの発生を抑えることができる。

本発明の三次元造形物において、前記補強材は、他の部材と接続するための接続部を備えても良い。

この構成により、本発明の三次元造形物は、補強材が補強以外に他の部材との接続にも利用されるので、利便性を向上することができる。

本発明の三次元造形物は、それぞれ多数の孔が形成されていて積層されている複数の多孔シートと、前記孔に入り込むことによって前記多孔シート同士を接着する造形材とを備えることを特徴とする。

この構成により、本発明の三次元造形物は、多孔シート同士を造形材によって接着して機械的な強度を向上するので、例えば、細い部分での折損や曲がりの発生を抑えることができる三次元造形物として適している。

本発明の三次元造形物において、前記造形材は、紫外線が照射されることで硬化する紫外線硬化型インクであっても良い。

この構成により、本発明の三次元造形物は、造形材が高速で高精度に硬化するので、高速で高精度に製造されることができる。

本発明の造形装置は、それぞれ多数の孔が形成されている複数の多孔シートが積層される支持部材と、前記孔に入り込むことによって前記多孔シート同士を接着する造形材を、前記支持部材に積層されている複数の前記多孔シートに向けて吐出する造形材用ヘッドとを備えることを特徴とする。

この構成により、本発明の造形装置は、多孔シート同士を造形材によって接着して機械的な強度を向上するので、機械的な強度が高い三次元造形物を製造することができる。したがって、本発明の造形装置は、例えば、細い部分での折損や曲がりの発生を抑えることができる三次元造形物の製造に適している。

本発明の造形装置は、前記造形材によって前記多孔シート同士が接着された状態で積層されている複数の前記多孔シートを備える三次元造形物を、積層されている複数の前記多孔シートから切り出すレーザーカッターを備えることを特徴とする。

この構成により、本発明の造形装置は、多孔シート同士を造形材によって接着して機械的な強度を向上するとともに、積層されている複数の多孔シートから三次元造形物をレーザーカッターによって高精度に切り出すので、機械的な強度が高い高精度な三次元造形物を製造することができる。

本発明の造形装置は、前記多孔シートを前記支持部材に対して相対的に移動させる移動手段を備え、前記多孔シートから一部を前記レーザーカッターによって切り出した後、前記多孔シートを前記移動手段によって前記支持部材に対して相対的に移動させることによって、前記多孔シートのうち前記レーザーカッターによって切り出されて前記支持部材に支持されている部分に対して、前記支持部材側とは反対側に前記多孔シートを積層させても良い。

この構成により、本発明の造形装置は、支持部材への複数の多孔シートの積層を容易化するので、三次元造形物の製造を容易化することができる。

本発明の造形装置において、前記支持部材は、回転可能に支持されており、前記造形装置は、前記支持部材を回転させる回転手段を備え、前記回転手段は、前記支持部材を回転させることによって前記支持部材に前記多孔シートを巻き付けて前記多孔シートを積層させても良い。

この構成により、本発明の造形装置は、支持部材への複数の多孔シートの積層を容易化するので、三次元造形物の製造を容易化することができる。

本発明の造形装置において、前記支持部材は、前記三次元造形物が形成される面を回転方向において複数備えても良い。

この構成により、本発明の造形装置は、支持部材の複数の面のそれぞれで三次元造形物を製造することができるので、複数の三次元造形物を高速に製造することが可能である。

本発明の造形装置において、前記造形材用ヘッドは、前記回転手段による前記支持部材の回転角度が互いに異なる状態で吐出した前記造形材同士を互いに接触させても良い。

この構成により、本発明の造形装置は、例えばチューブ状の三次元造形物など、回転手段による支持部材の回転に応じた形状の三次元造形物を製造することができる。

本発明の三次元造形物製造方法、三次元造形物および造形装置は、細い部分での折損や曲がりの発生を抑えることができる三次元造形物を製造することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る三次元造形物製造方法に使用される造形装置の概略正面図である。 図１に示す造形装置のブロック図である。 （ａ）図１に示す造形装置によって製造された三次元造形物の一例の平面図である。 （ｂ）図３（ａ）に示すＩ−Ｉ矢視断面図である。 図３に示す三次元造形物が製造されている途中段階での三次元造形物の断面図である。 図１に示す造形装置によって製造された三次元造形物の一例であって、図３に示す例とは異なる例の平面図である。 図１に示す造形装置によって製造された三次元造形物が製造されている途中段階での三次元造形物の断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る三次元造形物製造方法に使用される造形装置の概略正面図である。 図７に示す造形装置のブロック図である。 （ａ）図７に示す造形装置によって製造された三次元造形物の一例の平面図である。 （ｂ）図９（ａ）に示すＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。 図９に示す三次元造形物が製造されている途中段階での三次元造形物の断面図である。 図７に示す造形装置によって製造された三次元造形物の一例であって、図９に示す例とは異なる例の平面図である。 図７に示す造形装置によって製造された三次元造形物の一例であって、図９および図１１に示す例とは異なる例の平面図である。 （ａ）図１２において三次元造形物の外部に出ている補強材の部分の変形例を示す図である。 （ｂ）図１３（ａ）に示すＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。 図７に示す造形装置によって製造された三次元造形物であって、図９、図１１および図１２に示す例とは異なる例の外観斜視図である。 （ａ）サポート材によって形成されたサポート材部分が取り除かれる前の状態での図１４に示す三次元造形物の側面図である。 （ｂ）造形装置による製造途中の図１４に示す三次元造形物の底面図である。 図７に示す造形装置による製造途中の三次元造形物であって、図９、図１１、図１２および図１４に示す例とは異なる例の側面断面図である。 補強材に穴が形成されている状態の図１６に示す三次元造形物の側面断面図である。 図７に示す造形装置による製造途中の三次元造形物であって、図９、図１１、図１２、図１４および図１６に示す例とは異なる例の側面断面図である。 （ａ）図１８に示すＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。 （ｂ）図１９（ａ）に示す三次元造形物の変形例を示す図である。 補強材に穴が形成されている状態の図１８に示す三次元造形物の側面断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る造形装置の概略正面図である。 （ａ）レーザー光が鉛直方向に照射される場合の図２１に示す造形装置の一部の概略正面図である。 （ｂ）レーザー光が鉛直方向とは異なる方向に照射される場合の図２１に示す造形装置の一部の概略正面図である。 図２１に示す造形装置のブロック図である。 １枚の多孔シートに造形材部分やサポート材部分が形成された状態の図２１に示す造形装置の一部の概略正面断面図である。 １枚の多孔シートにおける三次元造形物の一部と、三次元造形物以外の部分とが分離可能な状態にされた図２１に示す造形装置の一部の概略正面断面図である。 三次元造形物が製造された状態の図２１に示す造形装置の一部の概略正面断面図である。 図２６に示す三次元造形物の外観斜視図である。 （ａ）レーザーカッターによって切り込みが入れられた図２１に示す多孔シートの概略断面図である。 （ｂ）図２８（ａ）に示す状態において後続の工程が施された多孔シートの概略断面図である。 （ｃ）図２８（ｂ）に示す状態において後続の工程が施された多孔シートの概略断面図である。 （ｄ）図２８（ｃ）に示す状態において後続の工程が施された多孔シートの概略断面図である。 図２１に示す造形装置の一例を示す概略正面図である。 図２９に示す造形装置のブロック図である。 図２９に示す造形装置の一部の概略平面図である。 図２９に示す造形装置の一部の概略正面断面図である。 図２１に示す造形装置の一例であって、図２９に示す例とは異なる例を示す概略正面図である。 図３３に示す造形装置のブロック図である。 図３３に示す造形装置の一部の概略正面断面図である。 図２１に示す造形装置の一例であって、図２９および図３３に示す例とは異なる例を示す概略正面図である。 図２１に示す造形装置の一例であって、図２９、図３３および図３６に示す例とは異なる例を示す概略正面図である。 図３７に示す造形装置の概略側面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態に係る三次元造形物製造方法に使用される造形装置の構成について説明する。

図１は、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法に使用される造形装置１０の概略正面図である。

図１に示すように、造形装置１０は、三次元造形物が製造される場合に三次元造形物の台となる造形台１１と、造形台１１に向けて液体の造形材１２ａを吐出するインクジェット方式の造形ヘッド１２と、造形台１１に向けて液体の造形材１３ａを吐出するＦＤＭ（Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ／熱溶解積層法）方式の造形ヘッド１３とを備えている。

なお、ＦＤＭ方式は、熱可塑性樹脂を溶融させた状態で配列若しくは積層する方式である。ＦＤＭ方式における層間は、溶着して一体化する。

造形材１２ａとしては、例えば、ＵＶ（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）が照射されることによって固体にされるＵＶ硬化型のインクが使用されても良い。

造形材１３ａとしては、加熱されることによって液体になり、冷却されることによって固体になる熱可塑性樹脂が使用される。造形材１３ａとして使用される熱可塑性樹脂としては、ＰＶＣ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ＡＢＳ樹脂が使用されても良い。また、造形材１３ａとして使用される熱可塑性樹脂としては、ポリカーボネート、ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）などのエンジニアリングプラスチックが使用されても良い。

造形材１３ａは、造形材１２ａと比較して、固体状態での剛性が大きいものが使用される。また、造形材１３ａは、造形材１２ａと比較して、固体状態での曲げ強さが高いものが使用されることが好ましい。

図２は、造形装置１０のブロック図である。

図１および図２に示すように、造形装置１０は、造形ヘッド１２および造形ヘッド１３による造形材の吐出方向としてのＺ方向に直交するＹ方向に、造形台１１と、造形ヘッド１２および造形ヘッド１３との一方に対して他方を相対的に駆動する主走査方向駆動装置１４を備えている。Ｚ方向は、鉛直方向である。

造形装置１０は、Ｙ方向およびＺ方向の両方に直交するＸ方向（図示していない。）に、造形台１１と、造形ヘッド１２および造形ヘッド１３との一方に対して他方を相対的に駆動する副走査方向駆動装置１５を備えている。

造形装置１０は、造形台１１と、造形ヘッド１２および造形ヘッド１３との一方に対して他方をＺ方向に相対的に駆動する高さ方向駆動装置１６を備えている。

造形装置１０は、図示していないネットワーク経由で外部の装置と通信を行う通信デバイスである通信部１７と、造形装置１０全体を制御する制御部１８とを備えている。

制御部１８は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、プログラムおよび各種のデータを予め記憶しているＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＣＰＵの作業領域として用いられるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）とを備えている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを実行するようになっている。

次に、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法について説明する。

造形装置１０の制御部１８は、造形データが通信部１７を介して入力されると、入力された造形データに基づいて造形ヘッド１２、造形ヘッド１３、主走査方向駆動装置１４、副走査方向駆動装置１５および高さ方向駆動装置１６を制御することによって、三次元造形物を製造する。具体的には、制御部１８は、造形データに基づいて、液体の造形材１２ａを造形ヘッド１２によって吐出した後、吐出した造形材１２ａを固体にすることによって、三次元造形物の内部の部分（以下「内部部分」と言う。）の周囲の部分（以下「周囲部分」と言う。）を形成する（周囲形成工程）。また、制御部１８は、造形データに基づいて、液体の造形材１３ａを造形ヘッド１３によって吐出した後、吐出した造形材１３ａを固体にすることによって、三次元造形物の内部部分を形成する（内部形成工程）。

図３（ａ）は、造形装置１０によって製造された三次元造形物２０の一例の平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＩ−Ｉ矢視断面図である。

図３に示す三次元造形物２０は、人形である。三次元造形物２０は、例えば、図３に矢印２０ａで示す前後方向、矢印２０ｂで示す左右方向、矢印２０ｃで示す上下方向が、それぞれ、造形装置１０によって製造された時点でのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に相当する。

三次元造形物２０は、内部部分２１と、周囲部分２２とを備えている。周囲部分２２のうち少なくとも三次元造形物２０の表面側の部分は、模様や色彩によって加飾されている加飾部であっても良い。また、内部部分２１は、白色で構成されても良い。内部部分２１は、白色で構成されることによって、三次元造形物２０の表面側から入った光を良好に反射し、減法混色による着色を実現する光反射部を構成する。

内部部分２１は、ＦＤＭ方式で造形材１３ａの層がＺ方向に複数積み重ねられて形成される。同様に、周囲部分２２は、インクジェット方式で造形材１２ａの層がＺ方向に複数積み重ねられて形成される。

ここで、インクジェット方式による各層の厚みは、例えば４０μｍというように非常に薄い。これに対して、ＦＤＭ方式による各層の厚みは、インクジェット方式による各層の厚みより厚い。したがって、三次元造形物２０が製造される場合には、図４に示すように、インクジェット方式によって複数の層２２ａが積み重ねられることによって形成された溝２２ｂのＺ方向における深さ２２ｃを、ＦＤＭ方式による層２１ａによって形成された部分２１ｂのＺ方向における高さ２１ｃが上回らないように、制御部１８が制御することが好ましい。

なお、制御部１８は、複数の層２２ａの厚みをそれぞれ均一にするために、層２２ａを形成する造形材１２ａの吐出後に図示していないローラーで層２２ａの表面を平坦化しても良い。しかしながら、三次元造形物２０は、層２２ａの表面が平坦化され過ぎると層２２ａ同士の密着性が下がるので、外力が加わったり、温度の影響で膨張または収縮したりする場合に、隣接する２つの層２２ａの間で剥離が生じる可能性がある。そこで、制御部１８は、隣接する２つの層２２ａの間の密着性を上げるために、層２２ａの表面を平坦化した後、層２２ａの表面に造形ヘッド１２で造形材１２ａを吐出することによって多数の微小な突起部を形成しても良い。

制御部１８は、三次元造形物２０の形成の途中で、三次元造形物２０の形成の状況を例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などの検出装置を用いて検出しても良い。そして、制御部１８は、三次元造形物２０の形成の状況が造形データ通りに進んでいるか否かを判断する。制御部１８は、三次元造形物２０の形成の状況が造形データ通りに進んでいないと判断すると、三次元造形物２０の外形が当初の造形データ通りになるように、造形データを修正する。これによって、完成される三次元造形物２０の外形の精度が向上する。特に、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法は、内部部分２１と、周囲部分２２とが互いに異なる材質の造形材によって互いに異なる方式で形成されて互いに重ね合わされるので、状況に応じて造形データが修正される利点が大きい。

内部部分２１は、図３（ａ）に示す例では三次元造形物２０のほぼ全域に配置されているが、図５に示すように三次元造形物２０において補強されることが必要な箇所のみに配置されていても良い。

本実施の形態に係る三次元造形物製造方法は、溝２２ｂに液体の造形材１３ａを入れることによって内部部分２１を形成するので、内部部分２１の製造を容易化することができる。

本実施の形態においては、内部部分２１がＦＤＭ方式によって形成されている。しかしながら、内部部分２１は、ＦＤＭ方式以外の方式で造形材によって形成されても良い。例えば、内部部分２１は、インクジェット方式で造形材によって形成されても良い。また、周囲部分２２によって溝２２ｂが形成されるので、内部部分２１を形成する造形材は、溝２２ｂに流し込まれるだけでも良い。そのため、内部部分２１は、液体の造形材をディスペンサーなどから溝２２ｂに向けて吐出した後、吐出した造形材を固体にする方法で形成されても良い。例えば、内部部分２１を形成する造形材として例えばエポキシ樹脂を用いる場合には、一方側に樹脂が充填されるとともに、他方側に硬化剤が充填された２つのディスペンサーを用意しておき、一方側のディスペンサーから吐出された樹脂と、他方側のディスペンサーから吐出された硬化剤とを溝２２ｂ内で混合させるようにしても良い。

内部部分２１および周囲部分２２の両方をインクジェット方式によって形成する場合、造形装置の構造を単純化することができるので、三次元造形物２０の製造を容易化することができる。

内部部分２１を形成する造形材は、内部部分２１が溝２２ｂに造形材が流し込まれて形成される場合、２液硬化型の材料など、硬化可能な液体であれば良い。例えば、内部部分２１を形成する造形材は、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）系の材料であっても良く、ＣＮＴ（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ）が配合されていても良い。

なお、図６に示すように、溝２２ｂ内に突出部２２ｄが形成されても良い。突出部２２ｄの存在によって、溝２２ｂ内の容積が低減するので、内部部分２１を形成する造形材の量が低減し、その結果、内部部分２１を形成する造形材が固体になるまでの時間が短くて済む。したがって、三次元造形物２０は、早期に形成されることができる。

本実施の形態においては、周囲部分２２がインクジェット方式によって形成されている。しかしながら、周囲部分２２は、インクジェット方式以外の方式で造形材によって形成されても良い。例えば、周囲部分２２は、ＦＤＭ方式で造形材によって形成されても良い。

以上に説明したように、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法によって製造される三次元造形物２０は、内部部分２１を形成する造形材１３ａが周囲部分２２を形成する造形材１２ａと比較して固体状態での剛性が大きいので、内部部分２１を形成する造形材１３ａによって細い部分での剛性を向上することができる。したがって、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法は、細い部分での折損や曲がりの発生を抑えることができる三次元造形物２０を製造することができる。

以上においては、周囲部分２２を造形材１２ａによって形成する周囲形成工程によって三次元造形物２０の一部の周囲部分２２が形成される前に、内部部分２１を造形材１３ａによって形成する内部形成工程が実行される。しかしながら、周囲形成工程によって三次元造形物２０の全ての周囲部分２２が形成された後に内部形成工程が実行されても良い。例えば、周囲形成工程において周囲部分２２の外部から内部に連通する穴が形成されることによって、この穴を介して周囲部分２２の内部に内部部分２１用の造形材が流し込まれる工程が、周囲形成工程によって三次元造形物２０の全ての周囲部分２２が形成された後に実行されても良い。

（第２の実施の形態）
まず、本発明の第２の実施の形態に係る三次元造形物製造方法に使用される造形装置の構成について説明する。

図７は、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法に使用される造形装置１１０の概略正面図である。

図７に示すように、造形装置１１０は、三次元造形物が製造される場合に三次元造形物の台となる造形台１１１と、造形台１１１に向けて液体の造形材１１２ａを吐出するインクジェット方式の造形ヘッド１１２とを備えている。

造形材１１２ａとしては、例えば、ＵＶが照射されることによって固体にされるＵＶ硬化型のインクが使用されても良い。

図８は、造形装置１１０のブロック図である。

図７および図８に示すように、造形装置１１０は、造形ヘッド１１２による造形材の吐出方向としてのＺ方向に直交するＹ方向に、造形台１１１と、造形ヘッド１１２との一方に対して他方を相対的に駆動する主走査方向駆動装置１１３を備えている。Ｚ方向は、鉛直方向である。

造形装置１１０は、Ｙ方向およびＺ方向の両方に直交するＸ方向（図示していない。）に、造形台１１１と、造形ヘッド１１２との一方に対して他方を相対的に駆動する副走査方向駆動装置１１４を備えている。

造形装置１１０は、造形台１１１と、造形ヘッド１１２との一方に対して他方をＺ方向に相対的に駆動する高さ方向駆動装置１１５を備えている。

造形装置１１０は、図示していないネットワーク経由で外部の装置と通信を行う通信デバイスである通信部１１６と、造形装置１１０全体を制御する制御部１１７とを備えている。

制御部１１７は、例えば、ＣＰＵと、プログラムおよび各種のデータを予め記憶しているＲＯＭと、ＣＰＵの作業領域として用いられるＲＡＭとを備えている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを実行するようになっている。

次に、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法について説明する。

造形装置１１０の制御部１１７は、造形データが通信部１１６を介して入力されると、入力された造形データに基づいて造形ヘッド１１２、主走査方向駆動装置１１３、副走査方向駆動装置１１４および高さ方向駆動装置１１５を制御することによって、三次元造形物を製造する。具体的には、制御部１１７は、造形データに基づいて、液体の造形材１１２ａを造形ヘッド１１２によって吐出した後、吐出した造形材１１２ａを固体にすることによって、三次元造形物の内部の部分（すなわち、内部部分）の周囲の部分（すなわち、周囲部分）を形成する（周囲形成工程）。

図９（ａ）は、造形装置１１０によって製造された三次元造形物１２０の一例の平面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。

図９に示す三次元造形物１２０は、人形である。三次元造形物１２０は、例えば、図９に矢印１２０ａで示す前後方向、矢印１２０ｂで示す左右方向、矢印１２０ｃで示す上下方向が、それぞれ、造形装置１１０によって製造された時点でのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に相当する。

三次元造形物１２０は、内部部分１２１と、周囲部分１２２とを備えている。

内部部分１２１は、造形ヘッド１１２によって吐出される造形材１１２ａ以外の補強材１２１ａによって形成される。例えば、補強材１２１ａとしては、金属、樹脂、木材などが使用されても良い。補強材１２１ａとして金属が使用される場合、例えば、細くて強度が必要な場合にはピアノ線が好ましく、錆が問題になる場合にはステンレスが好ましい。補強材１２１ａとして樹脂が使用される場合、例えば、造形材１１２ａとの接着性が必要な場合にはエポキシ樹脂が好ましく、剛性が必要な場合にはガラス繊維入り樹脂やカーボン繊維入り樹脂などのＦＲＰが好ましい。補強材１２１ａは、固体状態の造形材１１２ａと比較して、剛性が大きい。また、補強材１２１ａは、固体状態の造形材１１２ａと比較して、曲げ強さが高いものが使用されることが好ましい。更に、補強材１２１ａは、固体状態の造形材１１２ａと比較して、曲げ強さの高さに加えて、衝撃値が高いものが使用されることが好ましい。

周囲部分１２２のうち少なくとも三次元造形物１２０の表面側の部分は、模様や色彩によって加飾されている加飾部であっても良い。周囲部分１２２は、図１０に示すように、インクジェット方式で造形材１１２ａの層１２２ａがＺ方向に複数積み重ねられて形成される。

なお、制御部１１７は、複数の層１２２ａの厚みをそれぞれ均一にするために、層１２２ａを形成する造形材１１２ａの吐出後に図示していないローラーで層１２２ａの表面を平坦化しても良い。しかしながら、三次元造形物１２０は、層１２２ａの表面が平坦化され過ぎると層１２２ａ同士の密着性が下がるので、外力が加わったり、温度の影響で膨張または収縮したりする場合に、隣接する２つの層１２２ａの間で剥離が生じる可能性がある。そこで、制御部１１７は、隣接する２つの層１２２ａの間の密着性を上げるために、層１２２ａの表面を平坦化した後、層１２２ａの表面に造形ヘッド１１２で造形材１１２ａを吐出することによって多数の微小な突起部を形成しても良い。

制御部１１７は、三次元造形物１２０の形成の途中で、三次元造形物１２０の形成の状況を例えばＣＣＤなどの検出装置を用いて検出しても良い。そして、制御部１１７は、三次元造形物１２０の形成の状況が造形データ通りに進んでいるか否かを判断する。制御部１１７は、三次元造形物１２０の形成の状況が造形データ通りに進んでいないと判断すると、三次元造形物１２０の外形が当初の造形データ通りになるように、造形データを修正する。これによって、完成される三次元造形物１２０の外形の精度が向上する。例えば、周囲形成工程によって三次元造形物１２０の一部の周囲部分１２２が形成される前に周囲部分１２２に補強材１２１ａが配置された後、周囲部分１２２に対する補強材１２１ａの位置を検出し、検出した位置に基づいて造形データを修正しても良い。本実施の形態に係る三次元造形物製造方法は、鉛直方向、すなわち、Ｚ方向における内部部分１２１の上に周囲部分１２２が重ね合わされるので、状況に応じて造形データが修正される利点が大きい。

内部部分１２１は、図９（ａ）に示す例では三次元造形物１２０のほぼ全域に配置されているが、図１１に示すように三次元造形物１２０において補強されることが必要な箇所のみに配置されていても良い。

また、内部部分１２１を構成する補強材１２１ａは、図１２に示すように一部の部分１２１ｂが三次元造形物１２０の外部に出ていても良い。補強材１２１ａの一部の部分１２１ｂが三次元造形物１２０の外部に出ている場合、部分１２１ｂが様々な用途で活用されることが可能である。

例えば、補強材１２１ａの部分１２１ｂは、他の部材と接続するための接続部として利用されても良い。部分１２１ｂは、接続部として利用される場合、他の部材に単に挿入されて固定されるだけでも良いが、ネジが形成されていれば他の部材のネジと結合することが可能である。また、部分１２１ｂは、蝶番（ヒンジ）のような部位が形成されることによって、他の部材に対して角度を変化させることができる状態で他の部材と接続されることが可能である。図１３は、部分１２１ｂに蝶番１２１ｃが形成された例を示す図である。図１３において、部分１２１ｂは、蝶番１２１ｃと、他の部材としての足１２３に接続する接続部１２１ｄとを備えている。蝶番１２１ｃは、内部部分１２１と一体に形成されていて中央に穴１２１ｅが形成されている部分１２１ｆと、穴１２１ｅに挿入される軸１２１ｇと、軸１２１ｇが挿入される図示していない穴が形成されている部分１２１ｈとを備えている。接続部１２１ｄは、部分１２１ｈと一体に形成されている。なお、図１３においては、蝶番１２１ｃによって人形の足関節を形成しているが、同様の構成によって膝関節や股関節など、他の部分の関節が形成されても良い。また、図１３において、蝶番１２１ｃは、内部部分１２１の延在方向に直交する軸１２１ｇを中心とした回転を実現することができるが、内部部分１２１の延在方向に延在する軸を中心とした回転など、図１３に示す方向の回転以外の方向の回転を実現することができても良い。

また、補強材１２１ａの部分１２１ｂは、通電のために利用されても良い。補強材１２１ａ自体に導電性がある場合、補強材１２１ａの部分１２１ｂ自体が電極として利用されても良い。補強材１２１ａ自体に導電性がない場合であっても、補強材１２１ａがパイプ状であれば、補強材１２１ａの内部に電線が挿入されることによって、三次元造形物１２０の外部から電力が供給されることが可能である。三次元造形物１２０の外部から供給された電力は、例えば、三次元造形物１２０に取り付けられた電子部品に供給される。三次元造形物１２０に取り付けられた電子部品としては、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などが使用されることが可能である。

なお、三次元造形物１２０は、内部における通電も補強材１２１ａを利用して実現されることもできるが、通電が必要な箇所の造形材１１２ａが、導電性がある物質の粒子が含まれる造形材にされることによって、内部における通電が実現されることもできる。

図１４は、造形装置１１０によって製造された三次元造形物２２０の外観斜視図である。図１５（ａ）は、サポート材１１２ｂによって形成されたサポート材部分２２３が取り除かれる前の状態での三次元造形物２２０の側面図である。図１５（ｂ）は、造形装置１１０による製造途中の三次元造形物２２０の底面図である。

図１４および図１５に示す三次元造形物２２０は、円盤状の台の上に立たせられた小鳥の模型である。三次元造形物２２０は、例えば、図１４および図１５に矢印２２０ａで示す上下方向、矢印２２０ｂで示す前後方向、矢印２２０ｃで示す左右方向が、それぞれ、造形装置１１０によって製造された時点でのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に相当する。

三次元造形物２２０は、内部部分２２１と、周囲部分２２２とを備えている。

内部部分２２１は、造形ヘッド１１２によって吐出される造形材１１２ａ以外の補強材２２１ａによって形成される。例えば、補強材２２１ａとしては、金属、樹脂、木材などが使用されても良い。補強材２２１ａは、固体状態の造形材１１２ａと比較して、剛性が大きい。また、補強材２２１ａは、固体状態の造形材１１２ａと比較して、曲げ強さが高いものが使用されることが好ましい。更に、補強材２２１ａは、固体状態の造形材１１２ａと比較して、曲げ強さの高さに加えて、衝撃値が高いものが使用されることが好ましい。

周囲部分２２２のうち少なくとも三次元造形物２２０の表面側の部分は、模様や色彩によって加飾されている加飾部であっても良い。周囲部分２２２は、造形材１１２ａおよびサポート材１１２ｂの少なくとも一方からなる層がＺ方向に複数積み重ねられて形成された場合に、複数の層の造形材１１２ａによって形成される。

サポート材部分２２３は、周囲部分２２２が形成される場合に、鉛直方向、すなわち、Ｚ方向における下側から、または、水平方向から周囲部分２２２を支えるために設けられる。サポート材部分２２３は、周囲部分２２２と同様に、造形ヘッド１１２と同様な図示していないヘッドによって液体のサポート材１１２ｂが吐出された後、吐出されたサポート材１１２ｂが固体にされることによって形成される。サポート材部分２２３は、造形材１１２ａおよびサポート材１１２ｂの少なくとも一方からなる層がＺ方向に複数積み重ねられて形成された場合に、複数の層のサポート材１１２ｂによって形成される。サポート材１１２ｂは、例えば水などによって容易に溶解し除去されることが可能である。

補強材２２１ａは、三次元造形物２２０の肉厚よりも径の小さな線材が好ましい。積層の途中で、層の延在方向に延在した補強材２２１ａを配置する。補強材２２１ａの端部に、積層面に垂直な方向、すなわち、矢印２２０ｃで示す方向に延在する曲げ部分２２１ｂが存在するので、三次元造形物２２０は、曲げ部分２２１ｂが存在しない場合と比較して、三次元方向の捻りに対する強度が増している。鉛直方向、すなわち、Ｚ方向における補強材２２１ａより下の層が形成される際に、曲げ部分２２１ｂに対応する穴が形成されることによって、この穴に曲げ部分２２１ｂが収納される。補強材２２１ａは、三次元造形物２２０の外側に突出しないように、周囲部分２２２の中に配置される。補強材２２１ａは、少なくとも三次元造形物２２０の外側から、その存在が見えないようにすることが好ましい。例えば、周囲部分２２２が外側から透明層（厚さ２０μｍ〜１００μｍ）、カラー層（２０μｍ〜３００μｍ）、白色層（５０μｍ〜５００μｍ）、造形層によって形成されている場合、補強材２２１ａは、白色層の内側に配置されることが好ましい。

三次元造形物２２０は、補強材２２１ａを備えていない場合に、薄い尾羽の部分２３１が尾羽自身の重みによって経時で曲がり易い。また、三次元造形物２２０は、補強材２２１ａを備えていない場合に、細い脚の部分２３２が脚より上の部分の重みによって折損し易い。しかしながら、三次元造形物２２０は、補強材２２１ａを備えているので、これらの折損や曲がりの発生を抑えることができる。

図１６は、造形装置１１０による製造途中の三次元造形物３２０の側面断面図である。

図１６に示す三次元造形物３２０は、円盤状の台の上に立たせられた大型の鳥の模型である。三次元造形物３２０は、例えば、図示していない左右方向、図１６に矢印３２０ｂで示す前後方向、矢印３２０ｃで示す上下方向が、それぞれ、造形装置１１０によって製造された時点でのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に相当する。

三次元造形物３２０は、内部部分３２１と、周囲部分３２２とを備えている。

内部部分３２１は、造形ヘッド１１２によって吐出される造形材１１２ａ以外の補強材３２１ａによって形成される。例えば、補強材３２１ａとしては、金属、樹脂、木材などが使用されても良い。補強材３２１ａは、固体状態の造形材１１２ａと比較して、剛性が大きい。また、補強材３２１ａは、固体状態の造形材１１２ａと比較して、曲げ強さが高いものが使用されることが好ましい。更に、補強材３２１ａは、固体状態の造形材１１２ａと比較して、曲げ強さの高さに加えて、衝撃値が高いものが使用されることが好ましい。

周囲部分３２２は、造形材１１２ａおよびサポート材１１２ｂの少なくとも一方からなる層がＺ方向に複数積み重ねられて形成された場合に、複数の層の造形材１１２ａによって形成される。

サポート材１１２ｂによって形成されたサポート材部分３２３は、周囲部分３２２が形成される場合に、鉛直方向、すなわち、Ｚ方向における下側から、または、水平方向から周囲部分３２２を支えるために設けられる。サポート材部分３２３は、周囲部分３２２と同様に、造形ヘッド１１２と同様な図示していないヘッドによって液体のサポート材１１２ｂが吐出された後、吐出されたサポート材１１２ｂが固体にされることによって形成される。サポート材部分３２３は、造形材１１２ａおよびサポート材１１２ｂの少なくとも一方からなる層がＺ方向に複数積み重ねられて形成された場合に、複数の層のサポート材１１２ｂによって形成される。サポート材１１２ｂは、例えば水などによって容易に溶解し除去されることが可能である。

補強材３２１ａは、面形状である。三次元造形物３２０は、積層の途中で、層の延在方向に延在した面形状の補強材３２１ａが配置される。補強材３２１ａは、矢印３２０ｃで示す方向に複数配置されている。三次元造形物３２０は、周囲形成工程において鉛直方向、すなわち、Ｚ方向における補強材３２１ａの下側になる箇所の一部に造形材１１２ａが存在しない空間３２０ｄが形成されるので、必要な造形材１１２ａの量が大幅に低減されることによって、重量と、材料費とが低減されることが可能である。また、三次元造形物３２０は、重量が低減されるので、脚より上の部分の重みによって細い脚の部分３３１に折損や曲がりが発生することを抑えることができる。

周囲部分３２２は、周囲形成工程において鉛直方向、すなわち、Ｚ方向における補強材３２１ａの下側で補強材３２１ａを支持して空間３２０ｄの境界の一部を構成する支持部３２２ａを備えている。空間３２０ｄを形成している面のうち支持部３２２ａの面３２２ｂは、周囲形成工程においてオーバーハングしない斜面であるので、鉛直方向、すなわち、Ｚ方向における上側の造形材１１２ａの層が下側の造形材１１２ａの層の上に確実に形成される。したがって、三次元造形物３２０は、空間３２０ｄの部分で各層の形状が崩れることを抑えることができ、その結果、精度良く形成されることができる。

補強材３２１ａは、図１７に示すように、層の延在方向に直交する方向、すなわち、矢印３２０ｃで示す方向における両側に空間３２０ｄが形成されている箇所の少なくとも一部に多数の穴３２１ｂが形成されていても良い。三次元造形物３２０は、補強材３２１ａに穴３２１ｂが形成されている場合、必要な補強材３２１ａの量が大幅に低減されることによって、重量と、材料費とが低減されることが可能である。

図１８は、造形装置１１０による製造途中の三次元造形物４２０の側面断面図である。図１９（ａ）は、図１８に示すＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。

図１８および図１９（ａ）に示す三次元造形物４２０は、上底の径が下底の径より大きい円錐台である。三次元造形物４２０は、例えば、図１９（ａ）に矢印４２０ａで示す左右方向、図１８および図１９（ａ）に矢印４２０ｂで示す前後方向、図１８に矢印４２０ｃで示す上下方向が、それぞれ、造形装置１１０によって製造された時点でのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に相当する。

三次元造形物４２０は、内部部分４２１と、周囲部分４２２とを備えている。

内部部分４２１は、造形ヘッド１１２によって吐出される造形材１１２ａ以外の補強材４２１ａによって形成される。例えば、補強材４２１ａとしては、金属、樹脂、木材などが使用されても良い。補強材４２１ａは、固体状態の造形材１１２ａと比較して、剛性が大きい。また、補強材４２１ａは、固体状態の造形材１１２ａと比較して、曲げ強さが高いものが使用されることが好ましい。更に、補強材４２１ａは、固体状態の造形材１１２ａと比較して、曲げ強さの高さに加えて、衝撃値が高いものが使用されることが好ましい。

周囲部分４２２は、造形材１１２ａおよびサポート材１１２ｂの少なくとも一方からなる層がＺ方向に複数積み重ねられて形成された場合に、複数の層の造形材１１２ａによって形成される。

サポート材１１２ｂによって形成されたサポート材部分４２３は、周囲部分４２２が形成される場合に、鉛直方向、すなわち、Ｚ方向における下側から、または、水平方向から周囲部分４２２を支えるために設けられる。サポート材部分４２３は、周囲部分４２２と同様に、造形ヘッド１１２と同様な図示していないヘッドによって液体のサポート材１１２ｂが吐出された後、吐出されたサポート材１１２ｂが固体にされることによって形成される。サポート材部分４２３は、造形材１１２ａおよびサポート材１１２ｂの少なくとも一方からなる層がＺ方向に複数積み重ねられて形成された場合に、複数の層のサポート材１１２ｂによって形成される。サポート材１１２ｂは、例えば水などによって容易に溶解し除去されることが可能である。

補強材４２１ａは、面形状である。三次元造形物４２０は、積層の途中で、層の延在方向に延在した面形状の補強材４２１ａが配置される。補強材４２１ａは、矢印４２０ｃで示す方向に複数配置されている。三次元造形物４２０は、周囲形成工程において鉛直方向、すなわち、Ｚ方向における補強材４２１ａの下側になる箇所の一部に造形材１１２ａが存在しない空間４２０ｄが形成されるので、必要な造形材１１２ａの量が大幅に低減されることによって、重量と、材料費とが低減されることが可能である。

周囲部分４２２は、周囲形成工程において鉛直方向、すなわち、Ｚ方向における補強材４２１ａの下側で補強材４２１ａを支持して空間４２０ｄの境界の一部を構成する支持部４２２ａを備えている。空間４２０ｄを形成している面のうち支持部４２２ａの面４２２ｂは、周囲形成工程においてオーバーハングしない斜面であるので、鉛直方向、すなわち、Ｚ方向における上側の造形材１１２ａの層が下側の造形材１１２ａの層の上に確実に形成される。したがって、三次元造形物４２０は、空間４２０ｄの部分で各層の形状が崩れることを抑えることができ、その結果、精度良く形成されることができる。

支持部４２２ａは、層の延在方向における補強材４２１ａの端部において補強材４２１ａを支持する端部支持部４２２ｃと、層の延在方向における補強材４２１ａの端部以外の部分において補強材４２１ａを支持する非端部支持部４２２ｄとを備えている。非端部支持部４２２ｄは、図１９（ａ）に示すように空間４２０ｄを区切る壁であっても良いし、図１９（ｂ）に示すように空間４２０ｄを区切らない柱であっても良い。三次元造形物４２０は、補強材４２１ａのうち層の延在方向における長さが長い箇所に非端部支持部４２２ｄを造形材１１２ａによって設けているので、補強材４２１ａに撓みが発生することを抑えることができ、その結果、精度良く形成されることができる。

補強材４２１ａは、図２０に示すように、層の延在方向に直交する方向、すなわち、矢印４２０ｃで示す方向における両側に空間４２０ｄが形成されている箇所の少なくとも一部に多数の穴４２１ｂが形成されていても良い。三次元造形物４２０は、補強材４２１ａに穴４２１ｂが形成されている場合、必要な補強材４２１ａの量が大幅に低減されることによって、重量と、材料費とが低減されることが可能である。

本実施の形態においては、周囲部分がインクジェット方式によって形成されている。しかしながら、周囲部分は、インクジェット方式以外の方式で造形材によって形成されても良い。例えば、周囲部分は、ＦＤＭ方式で造形材によって形成されても良い。

以上に説明したように、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法によって製造される三次元造形物は、内部部分を形成する補強材が周囲部分を形成する固体状態の造形材と比較して剛性が大きいので、補強材によって細い部分での剛性を向上することができる。したがって、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法は、細い部分での折損や曲がりの発生を抑えることができる三次元造形物を製造することができる。

三次元造形物は、内部に補強材が配置されているので、外部に補強材が配置される構成と異なり、補強材によって外観が悪化させられることを抑えることができる。また、三次元造形物は、内部に補強材が配置されているので、外部に補強材が配置される構成と異なり、補強材が固定させられるための固定構造が不要である。

三次元造形物は、補強材が補強以外に他の部材との接続にも利用される場合、利便性を向上することができる。

周囲部分に対する補強材の位置に基づいて造形データを修正する場合、周囲部分への補強材の配置作業を容易化することができる。したがって、三次元造形物の製造を容易化することができる。

以上においては、周囲部分を造形材によって形成する周囲形成工程によって三次元造形物の一部の周囲部分が形成される前に周囲部分に補強材が配置される内部形成工程が実行される。したがって、周囲形成工程によって三次元造形物の全ての周囲部分が形成された後に補強材を周囲部分に挿入する方法と比較して、三次元造形物の内部に補強材を容易に固定することができる。しかしながら、周囲形成工程によって三次元造形物の全ての周囲部分が形成された後に補強材を三次元造形物に挿入する内部形成工程が実行されても良い。例えば、周囲形成工程において周囲部分の外部から内部に連通する穴が形成されることによって、この穴を介して周囲部分の内部に補強材が挿入される工程が、周囲形成工程によって三次元造形物の全ての周囲部分が形成された後に実行されても良い。なお、周囲形成工程によって三次元造形物の全ての周囲部分が形成された後に補強材を三次元造形物に挿入する内部形成工程が実行される場合、周囲形成工程によって三次元造形物の一部の周囲部分が形成される前に周囲部分に補強材が配置される内部形成工程が実行される場合と比較して、周囲部分の製造を容易化することができる。

（第３の実施の形態）
まず、本発明の第３の実施の形態に係る三次元造形物製造方法に使用される造形装置の構成について説明する。

図２１は、本実施の形態に係る造形装置５１０の概略正面図である。

図２１に示す構造は、本実施の形態に係る造形装置の基本構造である。

図２１に示すように、造形装置５１０は、三次元造形物が製造される場合に三次元造形物を支持する支持部材５１１を備えている。

造形装置５１０は、支持部材５１１に向けて液体の造形材５１２ａを吐出するインクジェット方式の造形材用ヘッド５１２と、支持部材５１１に向けて液体のサポート材５１３ａを吐出するインクジェット方式のサポート材用ヘッド５１３と、造形材用ヘッド５１２によって吐出された造形材５１２ａや、サポート材用ヘッド５１３によって吐出されたサポート材５１３ａに紫外線５１４ａを照射するための紫外線照射装置５１４とを搭載しているキャリッジ５１５を備えている。

造形材５１２ａは、ＵＶが照射されることによって固体にされるＵＶ硬化型のインクである。造形材５１２ａは、例えば、三次元造形物の材料になる造形インクである。造形インクとしては、三次元造形物の表面部分を形成する例えばＣＭＹＫ（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）のカラーインクと、カラーインクによる発色のために三次元造形物の内部を形成する白インクとが存在しても良い。また、造形インクとしては、透明なクリアーインクが存在しても良い。

なお、図２１においては、造形材用ヘッド５１２が１つしか描かれていない。しかしながら、実際には、造形装置５１０は、例えば、造形材５１２ａの種類毎に造形材用ヘッド５１２を備えていても良い。

サポート材５１３ａは、ＵＶが照射されることによって固体にされるＵＶ硬化型のインクである。サポート材５１３ａは、例えば、造形インクによって任意の形状の三次元造形物を形成するために三次元造形物を支持するサポート材部分の材料になる。サポート材５１３ａは、例えばＣＭＹＫのカラーインクでも良い。サポート材５１３ａは、例えば、水などの特定の液体によって容易に除去されることが可能なインクである。造形装置５１０において、サポート材部分は、三次元造形物に対して鉛直方向における下側や水平方向に形成される。例えば、サポート材部分は、三次元造形物がオーバーハング部を備える場合に、オーバーハング部に対して鉛直方向における下側に形成されてオーバーハング部を支持する。

なお、図２１においては、サポート材用ヘッド５１３が１つしか描かれていない。しかしながら、実際には、造形装置５１０は、例えば、サポート材５１３ａの種類毎にサポート材用ヘッド５１３を備えていても良い。

造形装置５１０は、レーザー光５１６ａによる切断を実行するレーザーカッター５１６を搭載しているキャリッジ５１７を備えている。レーザー光５１６ａは、パルスレーザーであっても良いし、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーザーであっても良い。造形材５１２ａや後述の多孔シートにレーザー光５１６ａが照射された場合に発生する熱によって造形材５１２ａや多孔シートが周囲の気体と反応して造形材５１２ａや多孔シートに焦げや酸化が発生することを抑えるために、レーザーカッター５１６による切断加工は、不活性ガス中で実行されることが好ましい。

図２２（ａ）は、レーザー光５１６ａが鉛直方向に照射される場合の造形装置５１０の一部の概略正面図である。図２２（ｂ）は、レーザー光５１６ａが鉛直方向とは異なる方向に照射される場合の造形装置５１０の一部の概略正面図である。

図２２に示すように、レーザーカッター５１６は、向きを変更可能にキャリッジ５１７に搭載されており、向きが変更されることによって、鉛直方向の成分が下向きである任意の方向にレーザー光５１６ａを照射可能である。レーザーカッター５１６によるレーザー光５１６ａの照射方向、すなわち、レーザー光５１６ａによる切断方向が変更可能であるので、レーザー光５１６ａによって切り出される三次元造形物の表面を滑らかにすることができる。

図２１においては、多数の孔が形成されている多孔シート５３１が離型シート５３２を介して支持部材５１１上に支持されている。

多孔シート５３１は、多数の孔が形成されていることによって、この孔を介して造形材５１２ａやサポート材５１３ａが透過可能または浸透可能なシートである。多孔シート５３１としては、例えば、プラスチックファイバーや金属線で編まれた網目を有するフィルムや、布地など、網目による孔が形成されているシートが採用されることが可能である。また、多孔シート５３１としては、例えば、エッチングで多数の孔が形成されたエッチングフィルムなど、網目によらない孔が形成されているシートが採用されることも可能である。

離型シート５３２は、造形材５１２ａが付着させられた多孔シート５３１を離型シート５３２自身から容易に剥離させることが可能な部材である。また、離型シート５３２は、離型シート５３２自身も支持部材５１１から容易に剥離させることが可能な部材である。

なお、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法においては、離型シート５３２が使用されずに、多孔シート５３１が支持部材５１１に直接支持されても良い。

図２３は、造形装置５１０のブロック図である。

図２１および図２３に示すように、造形装置５１０は、造形材用ヘッド５１２による造形材５１２ａの吐出方向や、サポート材用ヘッド５１３によるサポート材５１３ａの吐出方向としてのＺ方向に直交するＹ方向に、支持部材５１１と、キャリッジ５１５との一方に対して他方を相対的に駆動する造形用主走査方向駆動装置５２１を備えている。Ｚ方向は、鉛直方向である。

造形装置５１０は、Ｙ方向およびＺ方向の両方に直交するＸ方向（図示していない。）に、支持部材５１１と、キャリッジ５１５との一方に対して他方を相対的に駆動する造形用副走査方向駆動装置５２２を備えている。

造形装置５１０は、支持部材５１１と、キャリッジ５１５との一方に対して他方をＺ方向に相対的に駆動する造形用高さ方向駆動装置５２３を備えている。

造形装置５１０は、支持部材５１１と、キャリッジ５１７との一方に対して他方をＹ方向に相対的に駆動する切断用主走査方向駆動装置５２４を備えている。

造形装置５１０は、支持部材５１１と、キャリッジ５１７との一方に対して他方をＸ方向に相対的に駆動する切断用副走査方向駆動装置５２５を備えている。

造形装置５１０は、支持部材５１１と、キャリッジ５１７との一方に対して他方をＺ方向に相対的に駆動する切断用高さ方向駆動装置５２６を備えている。

造形装置５１０は、レーザーカッター５１６によるレーザー光５１６ａの照射方向を、鉛直方向の成分が下向きである任意の方向に変更するために、キャリッジ５１７に対するレーザーカッター５１６の向きを変更する切断方向変更装置５２７を備えている。

造形装置５１０は、図示していないネットワーク経由で外部の装置と通信を行う通信デバイスである通信部５２８と、造形装置５１０全体を制御する制御部５２９とを備えている。

制御部５２９は、例えば、ＣＰＵと、プログラムおよび各種のデータを予め記憶しているＲＯＭと、ＣＰＵの作業領域として用いられるＲＡＭとを備えている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを実行するようになっている。

次に、造形装置５１０を使用した三次元造形物製造方法について説明する。

造形装置５１０の制御部５２９は、造形データが通信部５２８を介して入力されると、入力された造形データに基づいて造形材用ヘッド５１２、サポート材用ヘッド５１３、紫外線照射装置５１４、レーザーカッター５１６、造形用主走査方向駆動装置５２１、造形用副走査方向駆動装置５２２、造形用高さ方向駆動装置５２３、切断用主走査方向駆動装置５２４、切断用副走査方向駆動装置５２５、切断用高さ方向駆動装置５２６および切断方向変更装置５２７を制御することによって、三次元造形物を製造する。

以下、具体的に説明する。

制御部５２９は、造形データに基づいて、液体の造形材５１２ａを造形材用ヘッド５１２によって多孔シート５３１に向けて吐出した後、多孔シート５３１に付着した造形材５１２ａに紫外線照射装置５１４によって紫外線を照射することによって造形材５１２ａを硬化させて固体にする。同様に、制御部５２９は、造形データに基づいてサポート材部分を形成する場合、液体のサポート材５１３ａをサポート材用ヘッド５１３によって多孔シート５３１に向けて吐出した後、多孔シート５３１に付着したサポート材５１３ａに紫外線照射装置５１４によって紫外線を照射することによってサポート材５１３ａを硬化させて固体にする。制御部５２９は、造形データに基づいて造形用主走査方向駆動装置５２１および造形用副走査方向駆動装置５２２を制御しながら、上述したように多孔シート５３１に付着させた造形材５１２ａやサポート材５１３ａを固体にすることによって、造形材５１２ａで形成された造形材部分や、サポート材５１３ａで形成されたサポート材部分を１枚の多孔シート５３１に形成する。

図２４は、１枚の多孔シート５３１に造形材部分５４１やサポート材部分５４２が形成された状態の造形装置５１０の一部の概略正面断面図である。

上述したように、制御部５２９は、造形データに基づいて造形材用ヘッド５１２、サポート材用ヘッド５１３、紫外線照射装置５１４、造形用主走査方向駆動装置５２１および造形用副走査方向駆動装置５２２を制御することによって、例えば図２４に示すように、１枚の多孔シート５３１に造形材部分５４１やサポート材部分５４２を形成する。

制御部５２９は、１枚の多孔シート５３１に造形材部分５４１やサポート材部分５４２を形成した後、造形データに基づいて切断用主走査方向駆動装置５２４、切断用副走査方向駆動装置５２５および切断方向変更装置５２７を制御しながら、レーザーカッター５１６によってレーザー光５１６ａを多孔シート５３１に向けて照射することによって、多孔シート５３１を切断して多孔シート５３１における三次元造形物の一部と、三次元造形物以外の部分とを分離可能な状態にする。

図２５は、１枚の多孔シート５３１における三次元造形物の一部５４３と、三次元造形物以外の部分とが分離可能な状態にされた造形装置５１０の一部の概略正面断面図である。

上述したように、制御部５２９は、レーザーカッター５１６、切断用主走査方向駆動装置５２４、切断用副走査方向駆動装置５２５および切断方向変更装置５２７を制御することによって、例えば図２５に示すように、１枚の多孔シート５３１における三次元造形物の一部５４３と、三次元造形物以外の部分とを分離可能な状態にする。

なお、レーザーカッター５１６による切断の位置精度の方が造形材用ヘッド５１２による印刷の位置精度より良いので、三次元造形物の一部５４３の幅５４３ａを、造形材用ヘッド５１２による印刷によって規定することなく、レーザーカッター５１６による切断によって確実に規定するために、図２５に示すように、造形材部分５４１は、造形材部分５４１の幅５４１ａが、レーザーカッター５１６によって切断される、三次元造形物の一部５４３の幅５４３ａより広く、三次元造形物の一部５４３を包含するように形成されることが好ましい。ただし、幅５４１ａは、幅５４３ａと同一であっても良い。

制御部５２９は、１枚の多孔シート５３１における三次元造形物の一部５４３と、三次元造形物以外の部分とを分離可能な状態にした後、造形データに基づいて造形用高さ方向駆動装置５２３および切断用高さ方向駆動装置５２６を制御することによって、支持部材５１１と、キャリッジ５１５およびキャリッジ５１７との鉛直方向における距離を、１枚の多孔シート５３１の厚み分の距離だけ増加させる。その後、三次元造形物の一部５４３と、三次元造形物以外の部分とが分離可能な状態にされた多孔シート５３１の鉛直方向における上側に、新たな多孔シート５３１が重ねられる。

なお、支持部材５１１を鉛直方向に移動させることによって、支持部材５１１と、キャリッジ５１５およびキャリッジ５１７との鉛直方向における距離を変更する場合、造形用高さ方向駆動装置５２３および切断用高さ方向駆動装置５２６は、同一の装置であっても良い。

図２６は、三次元造形物５５０が製造された状態の造形装置５１０の一部の概略正面断面図である。図２７は、図２６に示す三次元造形物５５０の外観斜視図である。

制御部５２９は、以上の動作を繰り返すことによって、例えば図２６に示すように、三次元造形物５５０を製造する。すなわち、三次元造形物５５０は、多孔シート５３１の１枚分の厚み毎に層が形成されていて、複数の層が重ねられて構成されている。ここで、三次元造形物５５０は、各多孔シート５３１において三次元造形物の一部５４３と、三次元造形物以外の部分とが分離可能な状態にされている。したがって、作業者は、例えば図２７に示すような三次元造形物５５０を取り出すことができる。図２７に示す三次元造形物５５０は、半球状の溝５５０ａが形成された半球状の立体物である。

なお、多孔シート５３１に付着させられる造形材５１２ａの量は、この多孔シート５３１と、この多孔シート５３１の直下の多孔シート５３１とが造形材５１２ａによって接着される量であれば良く、多孔シート５３１の造形材部分５４１の全域に均一に浸み込む量でなくても良い。

また、多孔シート５３１にレーザーカッター５１６によって切り込みが入れられた場合に、この多孔シート５３１の上に他の多孔シート５３１が重ねられて、水平方向における位置のうち、下層の多孔シート５３１の切り込みの位置に対応する位置に、上層の多孔シート５３１に造形材５１２ａが付着させられるとき、上層の多孔シート５３１に付着させられた造形材５１２ａが下層の多孔シート５３１の切り込みに進入する可能性がある。この切り込みに進入した造形材５１２ａが紫外線によって硬化させられると、三次元造形物５５０が取り出せなくなる可能性がある。したがって、制御部５２９は、多孔シート５３１にレーザーカッター５１６によって切り込みを入れた場合に、この切り込みをサポート材５１３ａによって埋めた後で、この多孔シート５３１の上層の多孔シート５３１に、水平方向における位置のうち、この切り込みの位置に対応する位置に造形材５１２ａを付着させることによって、この切り込みに上層の多孔シート５３１から造形材５１２ａが侵入することを防ぎ、三次元造形物５５０が取り出せなくなる可能性を低減することができる。

図２８（ａ）は、レーザーカッター５１６によって切り込み５３１ａが入れられた多孔シート５３１の概略断面図である。図２８（ｂ）は、図２８（ａ）に示す状態において後続の工程が施された多孔シート５３１の概略断面図である。図２８（ｃ）は、図２８（ｂ）に示す状態において後続の工程が施された多孔シート５３１の概略断面図である。図２８（ｄ）は、図２８（ｃ）に示す状態において後続の工程が施された多孔シート５３１の概略断面図である。

制御部５２９は、図２８（ａ）に示すように多孔シート５３１にレーザーカッター５１６によって切り込み５３１ａを入れた場合に、この多孔シート５３１の上に他の多孔シート５３１を重ねて更に造形材５１２ａを付着させるとき、切り込み５３１ａを入れた多孔シート５３１の切り込み５３１ａを図２８（ｂ）に示すようにサポート材５１３ａによって埋めて、このサポート材５１３ａを紫外線５１４ａによって硬化させる。次いで、制御部５２９は、切り込み５３１ａをサポート材５１３ａによって埋めた多孔シート５３１の上に他の多孔シート５３１を重ねて図２８（ｃ）に示すように造形材５１２ａを付着させて造形材部分５４１とする。次いで、制御部５２９は、造形材部分５４１を形成した多孔シート５３１にレーザーカッター５１６によって図２８（ｄ）に示すように切り込み５３１ａを入れる。なお、切り込み５３１ａを埋めて硬化させられたサポート材５１３ａは、例えば、水などによって容易に除去されることが可能である。

図２９は、造形装置５１０の一例である造形装置６１０を示す概略正面図である。

図２１に示す造形装置５１０は、図２９に示す造形装置６１０として実現されることができる。

図２９に示すように、造形装置６１０は、多孔シート５３１を繰り出すために多孔シート５３１が巻き付けられた繰り出しローラー６１１と、多孔シート５３１を巻き取るために多孔シート５３１が巻き付けられる巻き取りローラー６１２と、繰り出しローラー６１１によって繰り出されて巻き取りローラー６１２によって巻き取られる多孔シート５３１をＺ方向に直交する方向に延在させるための複数のローラー６１３とを備えている。

繰り出しローラー６１１、巻き取りローラー６１２およびローラー６１３の中心軸は、Ｘ方向に延在している。そして、繰り出しローラー６１１、巻き取りローラー６１２およびローラー６１３は、それぞれの中心軸の周りを回転可能に支持されている。

図３０は、造形装置６１０のブロック図である。

図３０に示すように、造形装置６１０の制御系の構成は、繰り出しローラー６１１および巻き取りローラー６１２の回転を制御するローラー回転装置６２１を備えている点を除いて、図２３に示す構成と同様である。ローラー回転装置６２１は、多孔シート５３１を支持部材５１１に対して相対的に移動させるものであり、本発明の移動手段を構成している。

ただし、造形装置６１０において、造形用主走査方向駆動装置５２１は、支持部材５１１と、キャリッジ５１５とのうち、キャリッジ５１５のみをＹ方向に駆動する。造形用副走査方向駆動装置５２２は、支持部材５１１と、キャリッジ５１５とのうち、キャリッジ５１５のみをＸ方向に駆動する。切断用主走査方向駆動装置５２４は、支持部材５１１と、キャリッジ５１７とのうち、キャリッジ５１７のみをＹ方向に駆動する。切断用副走査方向駆動装置５２５は、支持部材５１１と、キャリッジ５１７とのうち、キャリッジ５１７のみをＸ方向に駆動する。造形用高さ方向駆動装置５２３および切断用高さ方向駆動装置５２６は、同一の装置であり、支持部材５１１と、キャリッジ５１５およびキャリッジ５１７とのうち、支持部材５１１のみをＺ方向に駆動する。

次に、造形装置６１０を使用した三次元造形物製造方法について説明する。

図３１は、造形装置６１０の一部の概略平面図である。

造形装置６１０の制御部５２９は、上述したように、多孔シート５３１に造形材部分５４１やサポート材部分５４２を形成した後、多孔シート５３１における三次元造形物の一部５４３と、三次元造形物以外の部分とを分離可能な状態にする場合、図３１に示すように、多孔シート５３１から特定の範囲の部分５３１ｂを切り出す。

次いで、制御部５２９は、造形データに基づいて造形用高さ方向駆動装置５２３（すなわち、切断用高さ方向駆動装置５２６）を制御することによって、１枚の多孔シート５３１の厚み分の距離だけ、支持部材５１１を鉛直方向における下側に移動させる。

次いで、制御部５２９は、Ｙ方向における部分５３１ｂの長さより長い距離分だけ、巻き取りローラー６１２によって多孔シート５３１を巻き取るようにローラー回転装置６２１を動作させる。なお、多孔シート５３１は、巻き取りローラー６１２によって巻き取られた分だけ、繰り出しローラー６１１から繰り出される。制御部５２９は、巻き取りローラー６１２による巻き取りが終了すると、繰り出しローラー６１１を多孔シート５３１の繰り出し時の回転方向とは反対方向にローラー回転装置６２１によって付勢させるとともに、巻き取りローラー６１２を多孔シート５３１の巻き取り時の回転方向にローラー回転装置６２１によって付勢させることによって、繰り出しローラー６１１によって繰り出されて巻き取りローラー６１２によって巻き取られる多孔シート５３１のうち、支持部材５１１に対して水平方向における位置が重なっていて鉛直方向における位置が最も上側である多孔シート５３１にＹ方向におけるテンションをかける。

図３２は、造形装置６１０の一部の概略正面断面図である。

制御部５２９は、以上の動作を繰り返すことによって、例えば図３２に示すように、三次元造形物５５０を製造する。図３２に示す三次元造形物５５０は、多孔シート５３１の１枚分の厚み毎に層が形成されていて、複数の層が重ねられて構成されている。

造形装置６１０は、以上において、多孔シート５３１がＹ方向に搬送されていたが、Ｘ方向に搬送されても良い。すなわち、造形装置６１０は、繰り出しローラー６１１、巻き取りローラー６１２およびローラー６１３の中心軸がＹ方向に延在していても良い。

造形装置６１０は、多孔シート５３１から一部、すなわち、部分５３１ｂをレーザーカッター５１６によって切り出した後、多孔シート５３１をローラー回転装置６２１によって支持部材５１１に対して相対的に移動させることによって、多孔シート５３１のうちレーザーカッター５１６によって切り出されて支持部材５１１に支持されている部分５３１ｂに対して、支持部材５１１側とは反対側に多孔シート５３１を積層させる。この構成により、造形装置６１０は、支持部材５１１への複数の多孔シート５３１の積層を容易化するので、三次元造形物５５０の製造を容易化することができる。

図３３は、造形装置５１０の一例である造形装置７１０を示す概略正面図である。

図２１に示す造形装置５１０は、図３３に示す造形装置７１０として実現されることができる。

図３３に示すように、造形装置７１０は、多孔シート５３１を繰り出すために多孔シート５３１が巻き付けられた繰り出しローラー７１１を備えている。繰り出しローラー７１１の中心軸は、Ｘ方向に延在している。そして、繰り出しローラー７１１は、中心軸の周りを回転可能に支持されている。

造形装置７１０の支持部材５１１は、多孔シート５３１が固定されるシート固定部５１１ａを備えている。造形装置７１０の支持部材５１１の中心軸５１１ｂは、Ｘ方向に延在している。そして、造形装置７１０の支持部材５１１は、中心軸５１１ｂの周りを回転可能に支持されている。

図３４は、造形装置７１０のブロック図である。

図３４に示すように、造形装置７１０の制御系の構成は、支持部材５１１の回転を制御する支持部材回転装置７２１と、繰り出しローラー７１１の回転を制御するローラー回転装置７２２とを備えている点を除いて、図２３に示す構成と同様である。ここで、支持部材回転装置７２１は、支持部材５１１を回転させるものであり、本発明の回転手段を構成している。

ただし、造形装置７１０において、造形用主走査方向駆動装置５２１は、支持部材５１１と、キャリッジ５１５とのうち、キャリッジ５１５のみをＹ方向に駆動する。造形用副走査方向駆動装置５２２は、支持部材５１１と、キャリッジ５１５とのうち、キャリッジ５１５のみをＸ方向に駆動する。造形用高さ方向駆動装置５２３は、支持部材５１１と、キャリッジ５１５とのうち、キャリッジ５１５のみをＺ方向に駆動する。切断用主走査方向駆動装置５２４は、支持部材５１１と、キャリッジ５１７とのうち、キャリッジ５１７のみをＹ方向に駆動する。切断用副走査方向駆動装置５２５は、支持部材５１１と、キャリッジ５１７とのうち、キャリッジ５１７のみをＸ方向に駆動する。切断用高さ方向駆動装置５２６は、支持部材５１１と、キャリッジ５１７とのうち、キャリッジ５１７のみをＺ方向に駆動する。

次に、造形装置７１０を使用した三次元造形物製造方法について説明する。

造形装置７１０の制御部５２９は、上述したように、多孔シート５３１に造形材部分５４１やサポート材部分５４２を形成して、多孔シート５３１における三次元造形物の一部５４３と、三次元造形物以外の部分とを分離可能な状態にした後、造形データに基づいて造形用高さ方向駆動装置５２３および切断用高さ方向駆動装置５２６を制御することによって、１枚の多孔シート５３１の厚み分の距離だけ、キャリッジ５１５およびキャリッジ５１７を鉛直方向における上側に移動させる。

次いで、制御部５２９は、支持部材５１１が中心軸５１１ｂの周りを特定の方向に１８０°回転した場合に、キャリッジ５１５およびキャリッジ５１７が支持部材５１１や支持部材５１１に巻き付けられた多孔シート５３１に接触しない位置に、造形用主走査方向駆動装置５２１および造形用副走査方向駆動装置５２２の少なくとも一方によってキャリッジ５１５を駆動するとともに、切断用主走査方向駆動装置５２４および切断用副走査方向駆動装置５２５の少なくとも一方によってキャリッジ５１７を駆動する。

次いで、制御部５２９は、支持部材５１１が中心軸５１１ｂの周りを特定の方向に１８０°回転するように支持部材回転装置７２１を動作させる。なお、多孔シート５３１は、支持部材５１１によって巻き取られた分だけ、繰り出しローラー７１１から繰り出される。制御部５２９は、支持部材５１１の回転が終了すると、繰り出しローラー７１１を多孔シート５３１の繰り出し時の回転方向とは反対方向にローラー回転装置７２２によって付勢させることによって、繰り出しローラー７１２によって繰り出された多孔シート５３１のうち、支持部材５１１に対して水平方向における位置が重なっていて鉛直方向における位置が最も上側である多孔シート５３１にＹ方向におけるテンションをかける。

図３５は、造形装置７１０の一部の概略正面断面図である。

制御部５２９は、以上の動作を繰り返すことによって、例えば図３５に示すように、三次元造形物５５０を製造する。図３５に示す三次元造形物５５０は、多孔シート５３１の１枚分の厚み毎に層が形成されていて、複数の層が重ねられて構成されている。造形装置７１０は、図３５に示すように、支持部材５１１の２面のそれぞれに三次元造形物５５０を製造することが可能である。なお、支持部材５１１の表面には、硬化させられた造形材５１２ａやサポート材５１３ａがある程度の接着力で貼り付いているので、支持部材５１１に対して鉛直方向における下側に三次元造形物５５０が存在する場合でも、ある程度の力が加えられなければ支持部材５１１から三次元造形物５５０が落下することは無い。

造形装置７１０は、以上において、多孔シート５３１がＹ方向に搬送されていたが、Ｘ方向に搬送されても良い。すなわち、造形装置７１０は、繰り出しローラー７１１の中心軸と、支持部材５１１の中心軸５１１ｂとがＹ方向に延在していても良い。

支持部材回転装置７２１は、支持部材５１１を回転させることによって支持部材５１１に多孔シート５３１を巻き付けて多孔シート５３１を積層させる。この構成により、造形装置７１０は、支持部材５１１への複数の多孔シート５３１の積層を容易化するので、三次元造形物５５０の製造を容易化することができる。

図２９に示す造形装置６１０は、繰り出しローラー６１１および巻き取りローラー６１２による多孔シート５３１の引っ張り力のバランスによってキャリッジ５１５およびキャリッジ５１７に対する多孔シート５３１の位置を維持している。一方、図３３に示す造形装置７１０は、繰り出しローラー７１２のみによる多孔シート５３１の引っ張り力によってキャリッジ５１５およびキャリッジ５１７に対する多孔シート５３１の位置を維持している。したがって、造形装置７１０は、造形装置６１０と比較して、キャリッジ５１５およびキャリッジ５１７に対する多孔シート５３１の位置を高精度に維持することができる。

また、造形装置７１０は、三次元造形物５５０が形成される面を支持部材５１１が回転方向において２つ備えており、支持部材５１１の２面のそれぞれに三次元造形物５５０を製造することが可能であるので、造形装置６１０と比較して複数の三次元造形物５５０を高速に製造することが可能である。

図３６は、造形装置５１０の一例である造形装置８１０を示す概略正面図である。

図２１に示す造形装置５１０は、図３６に示す造形装置８１０として実現されることができる。

図３６に示すように、造形装置８１０は、支持部材５１１の形状と、支持部材５１１が中心軸５１１ｂの周りを特定の方向に１８０°ずつではなく、９０°ずつ回転するように制御部５２９が支持部材回転装置７２１を動作させる点とを除いて、図３３に示す造形装置７１０と同様である。

造形装置８１０は、図３６において、多孔シート５３１がＹ方向に搬送されていたが、Ｘ方向に搬送されても良い。すなわち、造形装置８１０は、繰り出しローラー８１１の中心軸と、支持部材５１１の中心軸５１１ｂとがＹ方向に延在していても良い。

造形装置８１０は、図３５に示す造形装置７１０と同様に、支持部材５１１を回転させることによって支持部材５１１に多孔シート５３１を巻き付けて多孔シート５３１を積層させる。この構成により、造形装置８１０は、支持部材５１１への複数の多孔シート５３１の積層を容易化するので、三次元造形物５５０の製造を容易化することができる。

造形装置８１０は、三次元造形物５５０が形成される面を支持部材５１１が回転方向において４つ備えており、支持部材５１１の４面のそれぞれに三次元造形物５５０を製造することが可能であるので、造形装置７１０と比較して複数の三次元造形物５５０を高速に製造することが可能である。

図３７は、造形装置５１０の一例である造形装置９１０を示す概略正面図である。図３８は、造形装置９１０の概略側面図である。

図２１に示す造形装置５１０は、図３７および図３８に示す造形装置９１０として実現されることができる。

図３７および図３８に示すように、造形装置９１０は、多孔シート５３１を繰り出すために多孔シート５３１が巻き付けられた繰り出しローラー９１１を備えている。繰り出しローラー９１１の中心軸は、Ｙ方向に延在している。そして、繰り出しローラー９１１は、中心軸の周りを回転可能に支持されている。

造形装置９１０の支持部材５１１は、多孔シート５３１が固定されるシート固定部５１１ａを備えている。造形装置９１０の支持部材５１１は、円柱形である。造形装置９１０の支持部材５１１の中心軸は、Ｙ方向に延在している。そして、造形装置９１０の支持部材５１１は、中心軸の周りを回転可能に支持されている。

造形装置９１０の制御系の構成は、図３０に示す構成と同様である。

ただし、造形装置９１０において、造形用主走査方向駆動装置５２１は、支持部材５１１と、キャリッジ５１５とのうち、キャリッジ５１５のみをＹ方向に駆動する。造形用高さ方向駆動装置５２３は、支持部材５１１と、キャリッジ５１５とのうち、キャリッジ５１５のみをＺ方向に駆動する。切断用主走査方向駆動装置５２４は、支持部材５１１と、キャリッジ５１７とのうち、キャリッジ５１７のみをＹ方向に駆動する。切断用高さ方向駆動装置５２６は、支持部材５１１と、キャリッジ５１７とのうち、キャリッジ５１７のみをＺ方向に駆動する。造形用副走査方向駆動装置５２２および切断用副走査方向駆動装置５２５は、同一の装置であり、支持部材５１１と、キャリッジ５１５およびキャリッジ５１７とのうち、支持部材５１１のみを支持部材５１１の中心軸周りに回転させることによって、支持部材５１１と、キャリッジ５１５およびキャリッジ５１７との一方に対して他方をＸ方向に相対的に移動させる。ローラー回転装置６２１は、繰り出しローラー９１１を回転させる。ローラー回転装置６２１は、繰り出しローラー９１１の回転を制御する。

次に、造形装置９１０を使用した三次元造形物製造方法について説明する。

制御部５２９は、造形データに基づいて、液体の造形材５１２ａを造形材用ヘッド５１２によって多孔シート５３１に向けて吐出した後、多孔シート５３１に付着した造形材５１２ａに紫外線照射装置５１４によって紫外線を照射することによって造形材５１２ａを硬化させて固体にする。制御部５２９は、造形データに基づいて造形用主走査方向駆動装置５２１を制御しながら、上述したように多孔シート５３１に付着させた造形材５１２ａを固体にすることによって、造形材５１２ａで形成された造形材部分を多孔シート５３１に形成する。

制御部５２９は、多孔シート５３１に造形材部分５４１を形成した後、造形データに基づいて切断用主走査方向駆動装置５２４および切断方向変更装置５２７を制御しながら、レーザーカッター５１６によってレーザー光５１６ａを多孔シート５３１に向けて照射することによって、多孔シート５３１を切断する。

制御部５２９は、造形データに基づいて造形用副走査方向駆動装置５２２を制御しながら、上述したように多孔シート５３１に付着させた造形材５１２ａを固体にするとともに、レーザーカッター５１６によって多孔シート５３１を切断することによって、造形材５１２ａで形成された造形材部分を多孔シート５３１に形成するとともに、多孔シート５３１における三次元造形物の一部と、三次元造形物以外の部分とを分離可能な状態にする。なお、制御部５２９は、繰り出しローラー９１１を多孔シート５３１の繰り出し時の回転方向とは反対方向にローラー回転装置６２１によって付勢させることによって、繰り出しローラー９１１によって繰り出された多孔シート５３１のうち、支持部材５１１に対して水平方向における位置が重なっていて鉛直方向における位置が最も上側である多孔シート５３１にＸ方向におけるテンションをかける。

制御部５２９は、キャリッジ５１５およびキャリッジ５１７と、これらに対向する位置の多孔シート５３１との距離が特定の距離の範囲内に収まるように、造形用副走査方向駆動装置５２２による支持部材５１１の回転に合わせて造形用高さ方向駆動装置５２３および切断用高さ方向駆動装置５２６を制御する。

制御部５２９は、以上の動作を繰り返すことによって、例えば、支持部材５１１を取り囲むチューブ状の三次元造形物５５０を製造することができる。

本発明の回転手段としての造形用副走査方向駆動装置５２２および切断用副走査方向駆動装置５２５は、支持部材５１１を回転させることによって支持部材５１１に多孔シート５３１を巻き付けて多孔シート５３１を積層させる。この構成により、造形装置９１０は、支持部材５１１への複数の多孔シート５３１の積層を容易化するので、三次元造形物５５０の製造を容易化することができる。

造形装置９１０の造形材用ヘッド５１２は、造形用副走査方向駆動装置５２２および切断用副走査方向駆動装置５２５による支持部材５１１の回転角度が互いに異なる状態で吐出した造形材５１２ａ同士を互いに接触させる。この構成により、造形装置９１０は、例えばチューブ状の三次元造形物５５０など、造形用副走査方向駆動装置５２２および切断用副走査方向駆動装置５２５による支持部材５１１の回転に応じた形状の三次元造形物５５０を製造することができる。

以上に説明したように、三次元造形物５５０は、多孔シート５３１同士を造形材５１２ａによって接着して機械的な強度を向上するので、例えば、細い部分での折損や曲がりの発生を抑えることができる三次元造形物として適している。

三次元造形物５５０は、造形材５１２ａが紫外線硬化型インクであるので、造形材５１２ａが高速で高精度に硬化する。したがって、三次元造形物５５０は、高速で高精度に製造されることができる。

なお、造形材５１２ａは、紫外線硬化型インク以外のインクであっても良いし、インクジェット方式以外の方式で多孔シート５３１同士を接着しても良い。例えば、造形材５１２ａは、ディスペンサーで多孔シート５３１に付着させられても良い。

造形装置５１０、６１０、７１０、８１０および９１０は、多孔シート５３１同士を造形材５１２ａによって接着して機械的な強度を向上するとともに、三次元造形物５５０をレーザーカッター５１６によって多孔シート５３１から高精度に切り出すので、機械的な強度が高い高精度な三次元造形物５５０を製造することができる。したがって、造形装置５１０、６１０、７１０、８１０および９１０は、例えば、細い部分での折損や曲がりの発生を抑えることができる三次元造形物５５０の製造に適している。

インクジェット方式で使用される造形材５１２ａは、造形材用ヘッド５１２で吐出される必要があるため、低粘度の液体である。ここで、インクジェット方式で使用される造形材用ヘッド５１２のノズルの直径は、通常、２０μｍ〜３０μｍ程度である。そのため、造形材５１２ａは、造形材用ヘッド５１２のノズルの詰まりを防止するために、粒径の大きな補強材やフィラメント状の補強材が混入されることができない。そのため、三次元造形物５５０は、多孔シート５３１が使用されずに造形材５１２ａのみで形成される場合、強度や耐久性を必要とする用途には使用されることができない。例えば、三次元造形物５５０は、大きな造形物である場合、多孔シート５３１が使用されずに造形材５１２ａのみで形成されたときに、自重で壊れる可能性がある。しかしながら、本実施の形態における三次元造形物５５０は、多孔シート５３１によって補強されることによって強度を出すことができるので、強度や耐久性を必要とする用途に使用されることができる。

なお、三次元造形物５５０は、多孔シート５３１の厚みを薄くすることによって、Ｚ方向における精度を向上することができる。

また、三次元造形物５５０は、多孔シート５３１の性能に応じた性能を発揮することができる。例えば、多孔シート５３１が高強度の部材である場合、三次元造形物５５０は、強度が向上する。また、多孔シート５３１に耐火性が存在する場合、三次元造形物５５０は、耐火性を備えることができる。

１２ａ 造形材
１３ａ 造形材
２０ 三次元造形物
２１ 内部部分（内部の部分）
２２ 周囲部分（周囲の部分）
２２ｂ 溝
１１２ａ 造形材
１２０ 三次元造形物
１２１ 内部部分（内部の部分）
１２１ａ 補強材
１２１ｂ 部分（接続部）
１２２ 周囲部分（周囲の部分）
２２０ 三次元造形物
２２１ 内部部分（内部の部分）
２２１ａ 補強材
２２２ 周囲部分（周囲の部分）
３２０ 三次元造形物
３２０ｄ 空間
３２１ 内部部分（内部の部分）
３２１ａ 補強材
３２１ｂ 穴
３２２ 周囲部分（周囲の部分）
３２２ａ 支持部
３２２ｂ 面
４２０ 三次元造形物
４２０ｄ 空間
４２１ 内部部分（内部の部分）
４２１ａ 補強材
４２１ｂ 穴
４２２ 周囲部分（周囲の部分）
４２２ａ 支持部
４２２ｂ 面
４２２ｃ 端部支持部
４２２ｄ 非端部支持部
５１０ 造形装置
５１１ 支持部材
５１２ 造形材用ヘッド
５１２ａ 造形材
５１６ レーザーカッター
５２２ 造形用副走査方向駆動装置（回転手段）
５２５ 切断用副走査方向駆動装置（回転手段）
５３１ 多孔シート
５３１ｂ 部分
５５０ 三次元造形物
６１０ 造形装置
６２１ ローラー回転装置（移動手段）
７１０ 造形装置
７２１ 支持部材回転装置（回転手段）
８１０ 造形装置
９１０ 造形装置

Claims (20)

1. 液体の造形材を吐出した後、吐出した前記造形材を固体にすることによって三次元造形物を製造する三次元造形物製造方法であって、
   前記三次元造形物の内部の部分を前記造形材によって形成する内部形成工程と、
   前記内部の部分の周囲の部分を前記造形材によって複数の層を積み重ねて形成する周囲形成工程とを備え、
   前記内部形成工程によって前記内部の部分を形成する前記造形材は、前記周囲形成工程によって前記周囲の部分を形成する前記造形材と比較して、固体状態での剛性が大きく、
   前記周囲形成工程は、前記周囲の部分の少なくとも一部を構成する溝を形成する工程であり、
   前記内部形成工程は、前記周囲形成工程によって前記三次元造形物の一部の前記周囲の部分が形成される前と、前記周囲形成工程によって前記三次元造形物の全ての前記周囲の部分が形成された後との何れかにおいて液体の前記造形材を前記溝に入れることによって前記内部の部分を形成する工程であることを特徴とする三次元造形物製造方法。
2. 前記内部形成工程および前記周囲形成工程は、インクジェット方式によって液体の前記造形材を吐出する工程であることを特徴とする請求項１に記載の三次元造形物製造方法。
3. 液体の造形材を吐出した後、吐出した前記造形材を固体にすることによって三次元造形物を製造する三次元造形物製造方法であって、
   前記三次元造形物の内部の部分を前記造形材以外の補強材によって形成する内部形成工程と、
   前記内部の部分の周囲の部分を前記造形材によって複数の層を積み重ねて形成する周囲形成工程とを備え、
   前記補強材は、固体状態の前記造形材と比較して、剛性が大きいことを特徴とする三次元造形物製造方法。
4. 前記補強材は、他の部材と接続するための接続部を備えることを特徴とする請求項３に記載の三次元造形物製造方法。
5. 前記内部形成工程は、前記周囲形成工程によって前記三次元造形物の一部の前記周囲の部分が形成される前に前記周囲の部分に前記補強材が配置される工程であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の三次元造形物製造方法。
6. 前記周囲形成工程は、液体の前記造形材を造形データに基づいて造形装置によって吐出する工程であり、
   前記周囲形成工程は、前記内部形成工程によって前記周囲の部分に前記補強材が配置された後、前記周囲の部分に対する前記補強材の位置を検出し、検出した位置に基づいて前記造形データを修正する工程であることを特徴とする請求項５に記載の三次元造形物製造方法。
7. 前記内部形成工程は、前記周囲形成工程によって前記三次元造形物の全ての前記周囲の部分が形成された後に前記周囲の部分に前記補強材が挿入される工程であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の三次元造形物製造方法。
8. 前記周囲形成工程は、前記層の延在方向に直交する方向が鉛直方向である工程であり、
   前記三次元造形物は、前記周囲形成工程において鉛直方向における前記補強材の下側になる箇所の一部に空間が形成され、
   前記周囲の部分は、前記周囲形成工程において鉛直方向における前記補強材の下側で前記補強材を支持して前記空間の境界の一部を構成する支持部を備え、
   前記空間を形成している面のうち前記支持部の面は、前記周囲形成工程においてオーバーハングしない斜面であることを特徴とする請求項３から請求項７までの何れかに記載の三次元造形物製造方法。
9. 前記支持部は、
   前記層の延在方向における前記補強材の端部において前記補強材を支持する端部支持部と、
   前記端部以外の部分において前記補強材を支持する非端部支持部とを備えることを特徴とする請求項８に記載の三次元造形物製造方法。
10. 前記補強材は、前記層の延在方向に直交する方向における両側に前記空間が形成されている箇所の少なくとも一部に穴が形成されていることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の三次元造形物製造方法。
11. 内部の部分と、
    前記内部の部分の周囲の部分とを備え、
    前記周囲の部分は、固体状態の造形材によって形成され、
    前記内部の部分は、前記造形材以外の補強材によって形成され、
    前記補強材は、固体状態の前記造形材と比較して、剛性が大きいことを特徴とする三次元造形物。
12. 前記補強材は、他の部材と接続するための接続部を備えることを特徴とする請求項１１に記載の三次元造形物。
13. それぞれ多数の孔が形成されていて積層されている複数の多孔シートと、
    前記孔に入り込むことによって前記多孔シート同士を接着する造形材と
    を備えることを特徴とする三次元造形物。
14. 前記造形材は、紫外線が照射されることで硬化する紫外線硬化型インクであることを特徴とする請求項１３に示す三次元造形物。
15. それぞれ多数の孔が形成されている複数の多孔シートが積層される支持部材と、
    前記孔に入り込むことによって前記多孔シート同士を接着する造形材を、前記支持部材に積層されている複数の前記多孔シートに向けて吐出する造形材用ヘッドと
    を備えることを特徴とする造形装置。
16. 前記造形材によって前記多孔シート同士が接着された状態で積層されている複数の前記多孔シートを備える三次元造形物を、積層されている複数の前記多孔シートから切り出すレーザーカッターを備えることを特徴とする請求項１５に記載の造形装置。
17. 前記多孔シートを前記支持部材に対して相対的に移動させる移動手段を備え、
    前記多孔シートから一部を前記レーザーカッターによって切り出した後、前記多孔シートを前記移動手段によって前記支持部材に対して相対的に移動させることによって、前記多孔シートのうち前記レーザーカッターによって切り出されて前記支持部材に支持されている部分に対して、前記支持部材側とは反対側に前記多孔シートを積層させることを特徴とする請求項１６に記載の造形装置。
18. 前記支持部材は、回転可能に支持されており、
    前記造形装置は、前記支持部材を回転させる回転手段を備え、
    前記回転手段は、前記支持部材を回転させることによって前記支持部材に前記多孔シートを巻き付けて前記多孔シートを積層させることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の造形装置。
19. 前記支持部材は、前記三次元造形物が形成される面を回転方向において複数備えることを特徴とする請求項１８に記載の造形装置。
20. 前記造形材用ヘッドは、前記回転手段による前記支持部材の回転角度が互いに異なる状態で吐出した前記造形材同士を互いに接触させることを特徴とする請求項１８に記載の造形装置。

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