JP2018001494A - 三次元造形装置および造形データ作成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元造形物を造形する際に使用される樹脂材料の量を軽減させる。
【解決手段】三次元造形装置２０は、中心軸５１を有する芯棒５０と、中心軸５１を中心に芯棒５０を回転させる回転機構５３と、芯棒５０よりも上方において、芯棒５０の軸方向に延びたガイドレール６１と、ガイドレール６１に摺動自在に設けられ、芯棒５０に向かって熱可塑性樹脂３８を吐出する造形ヘッド３０と、造形ヘッド３０をガイドレール６１に沿って移動させる移動機構３０Ａを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、三次元造形装置および造形データ作成装置に関する。詳しくは、三次元造形装置、および、三次元造形装置において使用される造形データを作成する造形データ作成装置に関する。

従来から、樹脂材料によって所定の断面形状に形成された樹脂層を順次積層し、樹脂材料が硬化することによって所望の三次元造形物を造形する三次元造形装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この種の三次元造形装置は、樹脂層が積層されるホルダを備えており、ホルダ上に樹脂層が上方に向かって連続的に形成されることによって三次元造形物が造形される。

特開２０００−２８０３５４号公報

図１３Ａ〜図１３Ｃは、従来技術において、ホルダ２５０に三次元造形物２１０が造形された状態を示す図である。図１３Ａは三次元造形物２１０の斜視図であり、図１３Ｂは三次元造形物２１０の平面図であり、図１３Ｃは三次元造形物２１０の正面図である。ところで、図１３Ｃに示すように、ホルダ２５０から上方に向かって延びた第１本体部２０１と、第１本体部２０１の上端に配置された第２本体部２０２を有する三次元造形物２１０を造形することがあり得る。図１３Ｂに示すように、平面視において、第２本体部２０２の直径は、第１本体部２０１の直径よりも長い。このような三次元造形物２１０では、造形中、第２本体部２０２の外周部分の荷重を支えることができないおそれがある。その結果、三次元造形物２１０が破損するおそれがある。そのような破損を防止するため、従来では、このような三次元造形物２１０を造形する際、図１３Ａに示すように、ホルダ２５０と第２本体部２０２の外周部分との間に、第２本体部２０２の外周部分の荷重を支持するための複数のサポート造形物２２０を造形する。しかしながら、三次元造形物２１０を造形した後、サポート造形物２２０は、三次元造形物２１０から取り除かれるものである。よって、サポート造形物２２０に使用される樹脂材料は、無駄な樹脂材料であるため、サポート造形物２２０の数は０または少ない方が好ましい。

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、三次元造形物を造形する際に使用される樹脂材料の量を軽減させることが可能な三次元造形装置、および、三次元造形装置において使用される造形データを作成する造形データ作成装置を提供することである。

本発明に係る三次元造形装置は、芯棒と、回転機構と、ガイドレールと、造形ヘッドと、移動機構とを備えている。前記芯棒は、中心軸を有している。前記回転機構は、前記中心軸を中心に前記芯棒を回転させる。前記ガイドレールは、前記芯棒よりも上方において、前記芯棒の軸方向に延びている。前記造形ヘッドは、前記ガイドレールに摺動自在に係合し、前記芯棒に向かって熱可塑性樹脂を吐出する。前記移動機構は、前記造形ヘッドを前記ガイドレールに沿って移動させる。

前記三次元造形装置によれば、芯棒を回転させながら、芯棒の周りに熱可塑性樹脂を積層することで三次元造形物を造形することができる。例えば、図１３に示すような三次元造形物２１０であっても、三次元造形物２１０の内部であって、図１３の上下方向に延びた位置に芯棒が位置するようにして、三次元造形物２１０を造形することができる。この場合、図１３における上下方向が中心軸の軸方向となるように、三次元造形物２１０が造形される。よって、図１３に示すようなサポート造形物２２０を造形しなくてもよいため、三次元造形物を造形する際に使用される樹脂材料の量を軽減することができる。

本発明によれば、三次元造形物を造形する際に使用される樹脂材料の量を軽減させることが可能な三次元造形装置、および、三次元造形装置において使用される造形データを作成する造形データ作成装置を提供することができる。

実施形態に係る三次元造形システムの概念図である。 三次元造形装置を示す斜視図である。 三次元造形装置のブロック図である。 三次元造形物の一例を示す斜視図である。 図４の方向Ａから見たときの三次元造形物を示す図である。 図４の方向Ｂから見たときの三次元造形物を示す図である。 図５の三次元造形物を、軸を中心に回転させた状態を示す図である。 第１層に関する造形データを示す図である。 第２層に関する造形データを示す図である。 第３層に関する造形データを示す図である。 造形データ作成装置のブロック図である。 造形データを作成する手順を示したフローチャートである。 回転角度が０度（３６０度）のときの造形領域における断面形状データを示す図である。 回転角度が４５度のときの造形領域における断面形状データを示す図である。 回転角度が９０度のときの造形領域における断面形状データを示す図である。 回転角度が０度（３６０度）のときの造形領域における領域データを示す図である。 回転角度が４５度のときの造形領域における領域データを示す図である。 回転角度が９０度のときの造形領域における領域データを示す図である。 従来技術において、ホルダに三次元造形物が造形された状態を示す斜視図である。 従来技術において、ホルダに三次元造形物が造形された状態を示す平面図である。 従来技術において、ホルダに三次元造形物が造形された状態を示す正面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る三次元造形装置と造形データ作成装置を備えた三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。

図１は、本実施形態に係る三次元造形システム１００の概念図である。図１に示すように、三次元造形システム１００は、三次元造形物を造形するシステムである。三次元造形システム１００は、三次元造形装置２０と、造形データ作成装置７０とを備えている。三次元造形装置２０と造形データ作成装置７０は、電気的に接続されている。

図２は、三次元造形装置２０の斜視図である。三次元造形装置２０は、樹脂材料によって形成された樹脂層を上方に向かって順次積層することによって所望の三次元造形物を造形する装置である。本実施形態では、樹脂材料として熱可塑性樹脂を用いている。ここで、「熱可塑性樹脂」とは、加熱することによって軟化し、かつ、冷却することによって固化する特性を有する樹脂のことである。

以下の説明において、左、右、上、下とは、三次元造形装置２０の正面にいる作業者から見た左、右、上、下をそれぞれ意味することとする。また、三次元造形装置２０から上記作業者に近づく方を前方、遠ざかる方を後方とする。図面中の符号Ｆ、Ｒｒ、Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｄは、それぞれ前、後、左、右、上、下を表している。ただし、これらは説明の便宜上に定めた方向に過ぎず、三次元造形装置２０の設置態様を何ら限定するものではない。

図２に示すように、三次元造形装置２０は、ハウジング２２と、造形ヘッド３０と、切削ヘッド４０と、芯棒５０と、制御装置５５と、キャリッジ６０と、第１ガイドレール６１を備えている。ハウジング２２は、左側壁２２Ａと、右側壁２２Ｂと、底壁２２Ｃと、後壁２２Ｄと、上壁２２Ｅとを備えている。左側壁２２Ａの下端は、底壁２２Ｃの左端と連続している。右側壁２２Ｂの下端は、底壁２２Ｃの右端と連続している。後壁２２Ｄにおいて、下端は底壁２２Ｃの後端と連続し、左端は左側壁２２Ａの後端と連続し、右端は右側壁２２Ｂの後端と連続している。上壁２２Ｅは、底壁２２Ｃの後部の上方に配置され、左側壁２２Ａの後部の上端、右側壁２２Ｂの後部の上端、および、後壁２２Ｄの上端とそれぞれ連続している。

本実施形態では、ハウジング２２には、その上側から前側に亘って開口２３が形成されている。開口２３は、左側壁２２Ａ、右側壁２２Ｂ、底壁２２Ｃおよび上壁２２Ｅによって囲まれている。なお、図示は省略するが、ハウジング２２には、開口２３を覆うカバーが設けられていてもよい。

第１ガイドレール６１は、ハウジング２２内に２つ配置されている。第１ガイドレール６１は、左右方向の延びた部材であり、左端が左側壁２２Ａに接続され、右端が右側壁２２Ｂに接続されている。なお、本実施形態では、第１ガイドレール６１の数は特に限定されない。例えば、第１ガイドレール６１の数は１つであってもよい。本実施形態において、第１ガイドレール６１は、本発明の「ガイドレール」に対応している。

キャリッジ６０は、ハウジング２２内に配置されている。キャリッジ６０は、一対の第１ガイドレール６１に摺動自在に設けられている。キャリッジ６０は、一対の第１ガイドレール６１に沿って左右方向に移動可能である。本実施形態では、キャリッジ６０には、第１モータ６０Ａ（図３参照）が接続されている。第１モータ６０Ａの駆動力を受けて、キャリッジ６０は左右方向に移動する。

本実施形態では、キャリッジ６０は、一対の第２ガイドレール６２と、一対の第３ガイドレール６３を備えている。一対の第２ガイドレール６２、および、一対の第３ガイドレール６３は、上下方向に延びた部材である。ここでは、一対の第２ガイドレール６２は、一対の第３ガイドレール６３の右方に配置されている。

次に、造形ヘッド３０について説明する。造形ヘッド３０は、熱可塑性樹脂３８を吐出するものである。図２に示すように、造形ヘッド３０は、ハウジング２２内に配置されている。本実施形態では、造形ヘッド３０は、キャリッジ６０に設けられている。上述した第１モータ６０Ａが駆動することによって、造形ヘッド３０は、キャリッジ６０が左右方向に移動することに伴い、左右方向に移動する。第１モータ６０Ａは、造形ヘッド３０を第１ガイドレール６１に沿って移動させるものである。ここでは、第１モータ６０Ａは、本発明の「移動機構」に対応する。

また、造形ヘッド３０は、キャリッジ６０の一対の第２ガイドレール６２に摺動自在に設けられている。造形ヘッド３０は、第２ガイドレール６２に沿って上下方向に移動可能である。

本実施形態では、造形ヘッド３０は、造形ヘッド本体部３２と、熱可塑性樹脂３８を吐出するノズル３４と、ヒータ３５と、一対の押出機構３６とを備えている。造形ヘッド本体部３２は、一対の第２ガイドレール６２に摺動自在に設けられている。造形ヘッド本体部３２には、第２モータ３０Ａ（図３参照）が接続されている。第２モータ３０Ａの駆動力を受けて、造形ヘッド本体部３２は、一対の第２ガイドレール６２に沿って上下方向に移動する。このことによって、造形ヘッド３０は、上下方向に移動する。

本実施形態では、キャリッジ６０の上方に、カートリッジ３７が配置されている。カートリッジ３７には、熱可塑性樹脂３８が収容されている。ノズル３４は、カートリッジ３７から搬送された熱可塑性樹脂３８を芯棒５０に向かって吐出する。ノズル３４は、熱可塑性樹脂３８を下方に向かって吐出する。ここでは、ノズル３４のノズル径は変更可能に構成されている。ノズル径を大きくすることで、三次元造形物の造形を早く行うことができる。また、ノズル径を小さくすることで、三次元造形物をより精度よく造形することができる。

ヒータ３５は、カートリッジ３７から搬送された熱可塑性樹脂３８に熱を加えるものである。ここでは、ヒータ３５は、造形ヘッド本体部３２の前部に取り付けられているが、取り付け位置は特に限定されない。ヒータ３５は、ノズル３４よりも上方に配置されている。一対の押出機構３６は、カートリッジ３７に収容された熱可塑性樹脂３８をノズル３４に向かって搬送するものである。一対の押出機構３６は、造形ヘッド本体部３２に設けられている。一対の押出機構３６は、相互に離間するように配置されている。ここでは、押出機構３６には、第３モータ３６Ａ（図３参照）が接続されており、第３モータ３６Ａの駆動力を受けて、押出機構３６は回転する。カートリッジ３７内の熱可塑性樹脂３８は、一対の押出機構３６の間を通過する。このとき、押出機構３６が回転することによって、熱可塑性樹脂３８は、ノズル３４に向かって搬送され、ノズル３４から芯棒５０に吐出される。熱可塑性樹脂３８は、ヒータ３５の熱によって柔らかくなり、柔らかい状態でノズル３４から芯棒５０に吐出される。芯棒５０に吐出された熱可塑性樹脂３８は、その後硬化する。

次に、切削ヘッド４０について説明する。切削ヘッド４０は、硬化した熱可塑性樹脂３８によって形成された三次元造形物の表面を加工するものである。図２に示すように、切削ヘッド４０は、ハウジング２２内に配置されている。切削ヘッド４０は、キャリッジ６０に設けられている。キャリッジ６０が左右方向に移動することに伴い、切削ヘッド４０は左右方向に移動する。本実施形態では、切削ヘッド４０は、キャリッジ６０の一対の第３ガイドレール６３に摺動自在に設けられている。切削ヘッド４０は、造形ヘッド３０よりも左方に配置されている。

本実施形態では、切削ヘッド４０は、切削ヘッド本体部４２と、スピンドル４４と、スピンドル４４に着脱自在に取り付けられた加工ツール４５と、スピンドル４４を回転させる第４モータ４４Ａを備えている。切削ヘッド本体部４２は、一対の第３ガイドレール６３に摺動自在に設けられている。ここでは、切削ヘッド本体部４２には、第５モータ４０Ａ（図３参照）が接続されている。第５モータ４０Ａの駆動力を受けて、切削ヘッド本体部４２は上下方向に移動する。このことによって、切削ヘッド４０は、上下方向に移動する。

スピンドル４４は、加工ツール４５を回転させるものである。スピンドル４４は、切削ヘッド本体部４２に取り付けられている。第４モータ４４Ａは、切削ヘッド本体部４２の上部に取り付けられている。第４モータ４４Ａは、スピンドル４４よりも上方に配置されている。

次に、芯棒５０について説明する。芯棒５０は、造形ヘッド３０のノズル３４から吐出された熱可塑性樹脂３８を保持するものである。芯棒５０の周りに、硬化した熱可塑性樹脂３８が順次積層されることによって、三次元造形物が造形される。本実施形態では、芯棒５０は、中心軸５１と、芯棒本体部５２を有している。中心軸５１は、左右方向に延びている。ここでは、左右方向が中心軸５１の軸方向である。しかしながら、中心軸５１は、前後方向に延びていてもよい。芯棒本体部５２は、中心軸５１の周りに設けられている。ここでは、芯棒本体部５２の表面に熱可塑性樹脂３８が順次積層される。

本実施形態では、芯棒５０は、ハウジング２２内に配置されている。芯棒５０は、造形ヘッド３０、切削ヘッド４０および第１ガイドレール６１よりも下方に配置されている。芯棒５０は、造形ヘッド３０のノズル３４の下方に配置されている。芯棒５０が延びた方向と、一対の第１ガイドレール６１が延びた方向は同じである。

芯棒５０は、ハウジング２２に対して取り外し可能に設けられている。本実施形態では、三次元造形装置２０は、第１支持部材５４と、第２支持部材５６を備えている。第１支持部材５４および第２支持部材５６は、芯棒５０を支持するものである。ハウジング２２は、第１支持部材５４および第２支持部材５６を介して芯棒５０を支持している。第１支持部材５４は、造形ヘッド３０および切削ヘッド４０よりも下方であって、ハウジング２２の左側壁２２Ａに設けられている。第２支持部材５６は、造形ヘッド３０および切削ヘッド４０よりも下方であって、ハウジング２２の右側壁２２Ｂに設けられている。芯棒５０の左端は第１支持部材５４に支持され、芯棒５０の右端は第２支持部材５６に支持されている。本実施形態では、芯棒５０は、樹脂製である。すなわち、中心軸５１および芯棒本体部５２は、樹脂製である。しかしながら、芯棒５０を形成する材質は特に限定されない。

芯棒５０は、中心軸５１を中心に回転可能である。ここでは、中心軸５１の左端は、第１支持部材５４に対して回転可能に設けられている。中心軸５１の右端は、第２支持部材５６に対して回転可能に設けられている。本実施形態では、三次元造形装置２０は、芯棒用回転モータ５３（図３参照）を備えている。芯棒用回転モータ５３は、中心軸５１を中心に芯棒５０を回転させるものである。芯棒用回転モータ５３は、芯棒５０の中心軸５１に接続されている。芯棒用回転モータ５３が駆動することで、芯棒５０は、中心軸５１を中心にハウジング２２に対して回転する。本実施形態では、芯棒用回転モータ５３は、本発明の「回転機構」の一例である。

次に、制御装置５５について説明する。制御装置５５は、コンピュータであり、中央演算処理装置（以下、ＣＰＵという。）と、ＣＰＵが実行するプログラムなどが格納されたＲＯＭと、ＲＡＭなどを備えている。しかしながら、制御装置５５の構成は特に限定されない。

図３は、三次元造形システム１００のブロック図である。図３に示すように、制御装置５５は、キャリッジ６０に接続された第１モータ６０Ａと、造形ヘッド３０（詳しくは、造形ヘッド本体部３２）に接続された第２モータ３０Ａと、造形ヘッド３０の押出機構３６に接続された第３モータ３６Ａと、切削ヘッド４０のスピンドル４４を回転させる第４モータ４４Ａと、切削ヘッド４０（詳しくは、切削ヘッド本体部４２）に接続された第５モータ４０Ａと、造形ヘッド３０のヒータ３５と、芯棒用回転モータ５３に、それぞれ電気的に接続されている。制御装置５５は、第１モータ６０Ａの駆動を制御することで、キャリッジ６０の左右方向への移動を制御する。制御装置５５は、キャリッジ６０の移動に伴い、造形ヘッド３０および切削ヘッド４０の左右方向への移動を制御している。制御装置５５は、第２モータ３０Ａの駆動を制御することで、造形ヘッド３０の上下方向への移動を制御する。制御装置５５は、第３モータ３６Ａを制御することで、押出機構３６の回転を制御する。押出機構３６の回転に伴い、熱可塑性樹脂３８がノズル３４に向かって搬送されるため、制御装置５５は、熱可塑性樹脂３８のノズル３４への搬送を制御している。制御装置５５は、第４モータ４４Ａの駆動を制御することで、切削ヘッド４０のスピンドル４４の回転を制御する。制御装置５５は、第５モータ４０Ａを制御することで、切削ヘッド４０の上下方向への移動を制御する。制御装置５５は、ヒータ３５の熱を制御することで、熱可塑性樹脂３８の柔らかさを調整している。また、制御装置５５は、芯棒用回転モータ５３の駆動を制御することで、芯棒５０の回転を制御する。

以上、三次元造形装置２０について説明した。ところで、三次元造形装置２０では、所望の三次元造形物のデータに基づいて作成された造形データを使用して造形が行われる。この三次元造形物のデータは、三次元データである。ただし、三次元造形物のデータは、二次元データであってもよい。例えば、特許文献１に開示された三次元造形装置では、三次元造形物を所定の厚みごとにスライスしたときの断面形状をデータ化したスライスデータが使用される。このスライスデータに対応した断面形状の樹脂層を順次積層することによって、三次元造形物が造形される。特許文献１に開示された三次元造形装置では、上記スライスデータが造形データとなる。

しかしながら、本実施形態に係る三次元造形装置２０では、芯棒５０を回転させながら、芯棒５０の周りに熱可塑性樹脂３８によって形成された樹脂層が積層され、熱可塑性樹脂３８が硬化することで、所望の三次元造形物が造形される。このように、本実施形態に係る三次元造形装置２０と従来の三次元造形装置では、三次元造形物を造形する手順が異なる。そのため、本実施形態では、三次元造形物を所定の厚みごとにスライスしたスライスデータを造形データとして使用することができない。本実施形態に係る三次元造形装置２０を使用して三次元造形物を造形する際には、以下のような造形データを使用するとよい。

図４は、三次元造形物１１０の一例であり、三次元造形物１１０の斜視図である。図５は、図４の方向Ａから見たときの三次元造形物１１０を示す図である。図６は、図４の方向Ｂから見たときの三次元造形物１１０を示す図である。図４に示すように、三次元造形物１１０は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸が互いに直交するＸＹＺ空間に配置されているものとする。ここでは、三次元造形物１１０は、軸１１１と、第１層１１２Ａと、第２層１１２Ｂと、第３層１１２Ｃを備えている。軸１１１はＸ軸方向に延びたものである。三次元造形装置２０によって造形される際、軸１１１に対応する位置に芯棒５０（図２参照）が配置された状態となる。図５に示すように、複数の層１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃは、第１層１１２Ａ、第２層１１２Ｂ、第３層１１２Ｃの順に軸１１１の周りに積層されている。図４の三次元造形物１１０では、層の数は３つであるが、層の数は特に限定されず、実際には、例えば、（０．０５）ｍｍ〜（０．１５）ｍｍの厚みの層が複数積層される。

三次元造形物１１０には、基準位置ＰＮ１が設定されている。例えば、図５の三次元造形物１１０の向きに配置されている位置を基準位置ＰＮ１とする。軸１１１の軸方向（図４の方向Ａ）から見たとき、軸１１１の上方の領域ＡＲ１が、造形ヘッド３０から熱可塑性樹脂３８が吐出される領域である。ここでは、軸１１１の上方の領域ＡＲ１のことを「造形領域」と称する。また、基準位置ＰＮ１において、軸１１１の軸方向から見たとき、軸１１１の中心Ｃ１から上方に延びた線ＬＮ１を基準線とする。三次元造形物１１０は、基準位置ＰＮ１に配置された状態において、軸１１１を中心に所定の方向Ｄ１（ここでは、反時計回りの方向）に所定の角度ずつ回転させる。ここでは、所定の角度のことを「回転分解能」とも称する。図７は、図５の三次元造形物１１０を、軸１１１を中心に回転させた状態を示す図である。図７に示すように、三次元造形物１１０を所定の角度ずつ回転させたときにおいて、軸１１１の中心Ｃ１から上方に延びた線Ｌ１を角度線とする。本実施形態では、基準線ＬＮ１と、角度線Ｌ１とが成す角度を回転角度Ｒ１とする。

図４の三次元造形物１１０では、軸１１１を中心に回転させながら、第１層１１２Ａに対応した樹脂層が造形される。次に、軸１１１を中心に回転させながら、第２層１１２Ｂに対応した樹脂層が造形された後、第３層１１２Ｃに対応した樹脂層が造形される。このように、本実施形態では、軸１１１から近い方の層から順に造形される。そこで、図８Ａ〜図８Ｃに示すように、各層１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃに関する造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを作成する。図８Ａの造形データ１２０Ａは、第１層１１２Ａに関する造形データである。図８Ｂの造形データ１２０Ｂは、第２層１１２Ｂに関する造形データである。図８Ｃの造形データ１２０Ｃは、第３層１１２Ｃに関する造形データである。各造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃは、図４の三次元造形物１１０のデータに基づいて作成されたデータであり、それぞれ各層１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃを平面上に展開したデータである。ここでは、三次元造形物１１０を構成する層の数の造形データが作成される。

次に、造形データについて詳述する。各造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃの形式は同じため、ここでは図８Ａの造形データ１２０Ａについて説明する。図８Ａに示すように、造形データ１２０Ａの縦軸は回転角度Ｒ１を示し、横軸はＸ軸方向の位置を示している。なお、造形データ１２０Ａの縦軸は、第１層１１２Ａの表面の周方向の長さも示している。造形線１２１Ａ〜１２８Ａは、各回転角度Ｒ１において、軸１１１の軸方向における造形する領域を示している。なお、図８Ａにおいて、回転角度Ｒ１が０度のときの造形線１２１Ａは、回転角度Ｒ１が３６０度のときの造形線と同じである。そのため、造形線１２１Ａは、回転角度Ｒ１が３６０度の位置に示されており、０度の位置には示されていない。造形線１２１Ａ〜１２８Ａが示された領域は、熱可塑性樹脂３８が吐出される吐出領域である。造形線１２１Ａ〜１２８Ａが示されていない領域は、熱可塑性樹脂３８が吐出されない非吐出領域である。複数の造形線１２１Ａ〜１２８Ａが隣り合う互いの間隔は、上記所定の角度、すなわち、上記回転分解能の値であり、回転分解能が小さい程、より精度が高い三次元造形物１１０を造形することができる。なお、図８Ａの造形データ１２０Ａにおいて、回転分解能を限りなく小さくすると、複数の造形線の間隔が限りなく小さくなる。この場合、２点破線で示した領域ＡＲ１０が吐出領域となり、吐出領域ＡＲ１０以外の領域が非吐出領域となる。なお、第２層１１２Ｂ（図４参照）に関する図８Ｂの造形データ１２０Ｂにおいて、回転角度Ｒ１が４５度のときの造形領域ＡＲ１では、第２層１１２Ｂは造形されない。そのため、回転角度Ｒ１が４５度における第２層１１２Ｂの造形線は存在せずに、造形データ１２０Ｂは、造形線１２１Ｂ、１２３Ｂ〜１２８Ｂによって構成されている。同様に、第３層１１２Ｃ（図４参照）に関する図８Ｃの造形データ１２０Ｃにおいて、回転角度Ｒ１が４５度のときの造形領域ＡＲ１では、第３層１１２Ｃは造形されないため、回転角度Ｒ１が４５度における第３層１１２Ｃの造形線は存在しない。造形データ１２０Ｃは、造形線１２１Ｃ、１２３Ｃ〜１２８Ｃによって構成されている。

本実施形態では、図５に示すように、三次元造形物１１０において、第１層１１２Ａ、第２層１１２Ｂおよび第３層１１２Ｃのそれぞれの厚みはｔである。各層１１２Ａ、１１２Ｂおよび１１２Ｃを造形する際、造形領域ＡＲ１において、一定の幅および厚みになるように熱可塑性樹脂３８が吐出される。ここでは、軸１１１の中心Ｃ１から第１層１１２Ａの表面までの長さＤ１はｔである。中心Ｃ１から第２層１１２Ｂの表面までの長さＤ２は２ｔであり、中心Ｃ１から第３層１１２Ｃの表面までの長さＤ３は３ｔである。すなわち、長さＤ２は長さＤ１の２倍であり、長さＤ３は長さＤ１の３倍である。このように、後から積層される層における中心Ｃ１から表面までの長さは、既に積層されている層における中心Ｃ１から表面までの長さよりも長い。

本実施形態では、各層１１２Ａ、１１２Ｂおよび１１２Ｃのそれぞれの表面における中心Ｃ１からの長さに比例して、各層１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃの表面における周方向の長さが異なる。具体的には、第２層１１２Ｂの表面の周方向の長さＤ１２（図８Ｂ参照）は、第１層１１２Ａの表面の周方向の長さＤ１１（図８Ａ参照）よりも長く、ここでは、長さＤ１２は、長さＤ１１の２倍である。また、第３層１１２Ｃの表面の周方向の長さＤ１３（図８Ｃ参照）は、第１層１１２Ａの表面の周方向の長さＤ１１（図８Ａ参照）、および、第２層１１２Ｂの表面の周方向の長さＤ１２（図８Ｂ参照）よりもそれぞれ長い。ここでは、長さＤ１３は、長さＤ１１の３倍である。そのため、同じ回転分解能であっても、各層１１２Ａ、１１２Ｂおよび１１２Ｃにおいて、隣接する回転角度Ｒ１の間の周方向の距離は異なる。

本実施形態では、第１層１１２Ａと第２層１１２Ｂにおいて、同じような精度の層を造形するためには、第２層１１２Ｂにおける回転分解能は、第１層１１２Ａにおける回転分解能よりも小さい方がよい。具体的には、第２層１１２Ｂにおける回転分解能は、第１層１１２Ａにおける回転分解能の１／２にするとよい。第２層１１２Ｂにおける造形線の数は、第１層１１２Ａにおける造形線の数よりも多いとよい。なお、図８Ｂにおいて、造形線１２１Ｂ、１２３Ｂ〜１２８Ｂの間の線は、造形線を示している。また、第１層１１２Ａと第３層１１２Ｃにおいて、同じような精度の層を造形するためには、第３層１１２Ｃにおける回転分解能は、第２層１１２Ｂにおける回転分解能よりも小さく、かつ、第１層１１２Ａにおける回転分解能よりも小さい方がよい。具体的には、第３層１１２Ｃにおける回転分解能は、第１層１１２Ａにおける回転分解能の１／３にするとよい。第３層１１２Ｃにおける造形線の数は、第１層１１２Ａにおける造形線の数よりも多く、かつ、第２層１１２Ｂにおける造形線の数よりも多いとよい。なお、図８Ｃにおいて、造形線１２１Ｃ、１２３Ｃ〜１２８Ｃの間の線は、造形線を示している。このように、本実施形態では、各層１１２Ａ、１１２Ｂおよび１１２Ｃにおいて、それぞれ回転分解能が設定されているとよい。なお、本実施形態では、第１層１１２Ａにおける回転分解能は、本発明の「第１の角度」に対応している。第２層１１２Ｂにおける回転分解能は、本発明の「第２の角度」に対応している。

本実施形態では、上述のような複数の造形データ１２０Ａ〜１２０Ｃを造形データ作成装置７０（図２参照）が作成する。造形データ作成装置７０は、所望の三次元造形物１１０をデータ化した三次元造形物データに基づいて、三次元造形装置２０によって造形される際に使用される造形データを作成する装置である。造形データ作成装置７０は、三次元造形装置２０の制御装置５５に電気的に接続されており、造形データを制御装置５５に送信する。造形データ作成装置７０は、三次元造形装置２０と別体であってもよく、三次元造形装置２０に内蔵されていてもよい。例えば、造形データ作成装置７０は、コンピュータであり、ＣＰＵが実行するプログラムなどが格納されたＲＯＭとＲＡＭなどを備えていてもよい。ここでは、コンピュータ内に保存されたコンピュータプログラムを使用して、造形データを作成する。なお、造形データ作成装置７０は、三次元造形システム１００のための専用のコンピュータであってもよく、汎用のコンピュータであってもよい。

図９は、造形データ作成装置７０のブロック図である。図９に示すように、造形データ作成装置７０は、記憶部７１と、基準位置設定部７２と、断面形状データ作成部７４と、領域データ作成部７６と、造形データ作成部７８とを備えている。なお、各部は、造形データ作成装置７０に記憶されたコンピュータプログラムを実行することで実現されるものであってもよいし、プロセッサまたは回路によって実現されるものであってもよい。

次に、造形データ作成装置７０が造形データを作成する手順について詳述する。図１０は、造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを作成する手順を示したフローチャートである。ここでは、図４の三次元造形物１１０に関する造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを作成する手順について、図１０のフローチャートに沿って説明する。本実施形態では、三次元造形物１１０を造形するための造形データを作成するにあたり、後述する断面形状データ１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ（図１１Ａ〜図１１Ｃ参照）、および、領域データ１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃ（図１２Ａ〜図１２Ｃ参照）を作成する。そして、断面形状データ１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ、および、領域データ１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃに基づいて造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを作成する。なお、本実施形態において、記憶部７１には、三次元造形物１１０をデータ化した三次元造形物データが予め記憶されている。

本実施形態では、まず、図１０のステップＳ１０２では、基準位置設定部７２は、三次元造形物１１０における基準位置ＰＮ１（図４参照）を設定する。ここでは、例えば、図４のような向きに配置された三次元造形物１１０の位置が基準位置ＰＮ１である。なお、この基準位置ＰＮ１は、特に限定されるものではなく、三次元造形物１１０の形状によって決定されるものである。この基準位置ＰＮ１に関する情報は、記憶部７１に予め記憶されている。

次に、図１０のステップＳ１０４では、断面形状データ作成部７４は、複数の断面形状データ１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ（図１１Ａ〜図１１Ｃ参照）を作成する。ここでは、断面形状データ作成部７４は、記憶部７１に記憶された三次元造形物１１０のデータに基づいて、複数の断面形状データ１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃを作成する。本実施形態では、「断面形状データ」とは、基準位置ＰＮ１の向きに配置された三次元造形物１１０において、軸１１１を中心に回転角度Ｒ１の分、回転させたときの造形領域ＡＲ１（軸１１１の上方の領域、図５参照）における、三次元造形物１１０の断面形状のデータのことである。断面形状とは、ＸＺ平面の断面形状のことである。

ここでは、３６０度を回転分解能で割った数の断面形状データが作成される。なお、回転分解能の値は特に限定されない。本実施形態では、図５に示すように、三次元造形物１１０は第１層１１２Ａ、第２層１１２Ｂ、および、第３層１１２Ｃの３つの層で形成され、各層１１２Ａ、１１２Ｂおよび１１２Ｃの厚みはｔであって同一である。前述のように、第２層１１２Ｂの回転分解能は、第１層１１２Ａの回転分解能の１／２であるとよい。第３層１１２Ｃの回転分解能は、第１層１１２Ａの回転分解能の１／３であるとよい。ここでは、第１層１１２Ａの回転分解能が４５度の場合、第２層１１２Ｂの回転分解能が２２．５であり、第３層１１２Ｃの回転分解能が１５度である。そのため、本実施形態では、断面形状データ作成部７４は、層１１２Ａ、１１２Ｂおよび１１２Ｃのそれぞれの回転分解能に対応した回転角度Ｒ１の全てが含まれた数の断面形状データを作成する。具体的には、第１層１１２Ａの回転分解能が４５度の場合の回転角度Ｒ１は、０度（３６０度）、４５度、９０度、１３５度、１８０度、２２５度、２７０度、３１５度の８種類である。第２層１１２Ｂの回転分解能が２２．５度の場合の回転角度Ｒ１は、０（３６０度）、２２．５度、４５度、６７．５度、９０度、１１２．５度、１３５度、１５７．５度、１８０度、２０２．５度、２２５度、２４７．５度、２７０度、２９２．５度、３１５度、３３７．５度における１６種類である。第３層１１２Ｃの回転分解能が１５度の場合の回転角度Ｒ１は、０（３６０度）、１５度、３０度、４５度、６０度、７５度、９０度、１０５度、１２０度、１３５度、１５０度、１６５度、１８０度、１９５度、２１０度、２２５度、２４０度、２５５度、２７０度、２８５度、３００度、３１５度、３３０度、３４５度の２４種類である。そのため、断面形状データ作成部７４は、回転角度Ｒ１が０度（３６０度）、１５度、２２．５度、３０度、４５度、６０度、６７．５度、７５度、９０度、１０５度、１１２．５度、１２０度、１３５度、１５０度、１５７．５度、１６５度、１８０度、１９５度、２０２．５度、２１０度、２２５度、２４０度、２４７．５度、２５５度、２７０度、２８５度、２９２．５度、３００度、３１５度、３３０度、３３７．５度、３４５度のときの造形領域ＡＲ１における３２種類の断面形状データを作成する。

例えば、図１１Ａは、回転角度Ｒ１が０度（３６０度）のときの造形領域ＡＲ１における断面形状データ１３０Ａである。図１１Ｂは、回転角度Ｒ１が４５度のときの造形領域ＡＲ１における断面形状データ１３０Ｂである。図１１Ｃは、回転角度Ｒ１が９０度のときの造形領域ＡＲ１における断面形状データ１３０Ｃである。なお、これら以外の回転角度Ｒ１の造形領域ＡＲ１における断面形状データの図示は省略する。

本実施形態では、各回転角度Ｒ１の造形領域ＡＲ１における断面形状データの形式は同じであるため、ここでは、図１１Ａの断面形状データ１３０Ａの形式について詳述する。図１１Ａに示すように、断面形状データ１３０Ａの縦軸は、Ｚ軸方向の位置を示している。ここでは、Ｚ軸方向は層１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ（図４参照）の積層方向である。断面形状データ１３０Ａの横軸は、Ｘ軸方向の位置を示している。Ｚ軸方向において、位置Ｚ０と位置Ｚ１との間の領域ＲＺ１は、第１層１１２Ａに対応した領域を示している。また、位置Ｚ１と位置Ｚ２との間の領域ＲＺ２は、第２層１１２Ｂに対応した領域を示している。位置Ｚ２と位置Ｚ３との間の領域ＲＺ３は、第３層１１２Ｃに対応した領域を示している。断面形状データ１３０Ａにおいて、線１３１は、軸１１１（図４参照）を示しており、輪郭線１３２は、造形領域ＡＲ１における三次元造形物１１０の外郭を示している。ここでは、線１３１および輪郭線１３２によって、造形領域ＡＲ１における断面形状が示されている。そして、線１３１および輪郭線１３２によって囲まれた領域が吐出領域となる。以上のように、断面形状データ作成部７４は、各回転角度Ｒ１における断面形状データ１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃを作成する。なお、断面形状データ作成部７４によって作成された断面形状データ１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃは、記憶部７１に記憶されている。

次に、図１０のステップＳ１０６では、領域データ作成部７６は、複数の領域データ１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃ（図１２Ａ〜図１２Ｃ参照）を作成する。ここでは、領域データ作成部７６は、断面形状データ作成部７４によって作成された複数の断面形状データ１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃに基づいて、複数の領域データ１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃを作成する。ここで、「領域データ」とは、基準位置ＰＮ１（図４参照）から軸１１１を中心に回転角度Ｒ１の分、回転させたときの造形領域ＡＲ１（軸１１１の上方の領域）について、層１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃごとに、吐出領域と非吐出領域とに区分けしたデータのことである。ここでは、断面形状データ１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃと同様の数の領域データが作成される。例えば、本実施形態では、領域データ作成部７６は、回転角度Ｒ１が０度（３６０度）、１５度、２２．５度、３０度、４５度、６０度、６７．５度、７５度、９０度、１０５度、１１２．５度、１２０度、１３５度、１５０度、１５７．５度、１６５度、１８０度、１９５度、２０２．５度、２１０度、２２５度、２４０度、２４７．５度、２５５度、２７０度、２８５度、２９２．５度、３００度、３１５度、３３０度、３３７．５度、３４５度のときの造形領域ＡＲ１における３２種類の領域データを作成する。領域データの数と、断面形状データの数は同じである。例えば、図１２Ａは、回転角度Ｒ１が０度（３６０度）のときの造形領域ＡＲ１における領域データ１４０Ａである。図１２Ｂは、回転角度Ｒ１が４５度のときの造形領域ＡＲ１における領域データ１４０Ｂである。図１２Ｃは、回転角度Ｒ１が９０度のときの造形領域ＡＲ１における領域データ１４０Ｃである。なお、これら以外の回転角度Ｒ１の造形領域ＡＲ１における領域データの図示は省略する。

本実施形態では、各回転角度Ｒ１の造形領域ＡＲ１における領域データの形式は同じであるため、ここでは、図１２Ａの領域データ１４０Ａの形式について詳述する。図１２Ａに示すように、領域データ１４０Ａの縦軸は、層１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃを示している。領域データ１４０Ａの横軸は、Ｘ軸方向の位置を示している。領域データ作成部７６は、図１１Ａの断面形状データ１３０Ａに基づいて、図１２Ａの領域データ１４０Ａを作成する。ここでは、領域データ１４０Ａは、複数の吐出線１４１Ａ、１４２Ａ、１４３Ａによって構成されている。吐出線１４１Ａは、第１層１１２Ａにおける吐出領域を示している。また、吐出線１４２Ａは第２層１１２Ｂにおける吐出領域を示し、吐出線１４３Ａは第３層１１２Ｃにおける吐出領域を示している。領域データ作成部７６は、回転角度Ｒ１が０度（３６０度）のときの造形領域ＡＲ１において、各層１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃにおける吐出領域を示す吐出線１４１Ａ、１４２Ａ、１４３Ａを求めることによって、領域データ１４０Ａを作成する。なお、回転角度Ｒ１が４５度のときの造形領域ＡＲ１における領域データ１４０Ｂ（図１２Ｂ参照）では、第１層１１２Ａの吐出領域を示す吐出線１４１Ｂは示されているが、第２層１１２Ｂおよび第３層１１２Ｃの吐出領域は存在しないため、第２層１１２Ｂおよび第３層１１２Ｃにおける吐出線は存在しない。回転角度Ｒ１が９０度のときの造形領域ＡＲ１における領域データ１４０Ｃ（図１２Ｃ参照）では、層１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃの吐出領域が存在するため、吐出線１４１Ｃ、１４２Ｃ、１４３Ｃが示されている。以上のように、領域データ作成部７６は、各回転角度Ｒ１における領域データ１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃを作成する。なお、領域データ作成部７６によって作成された領域データ１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃは、記憶部７１に記憶されている。

次に、図１０のステップＳ１０８では、造形データ作成部７８は、図８Ａ〜図８Ｃに示すような複数の造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを作成する。ここでは、造形データ作成部７８は、領域データ作成部７６によって作成された複数の領域データ１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃ（図１２Ａ〜図１２Ｃ参照）に基づいて、複数の造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを作成する。上述のように、造形データは、層１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃごとに作成されるデータであり、ここでは、造形データ作成部７８は、３つの造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを作成する。

本実施形態では、各造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを作成する手順は同じであるため、ここでは、第１層１１２Ａ（図４参照）に関する造形データ１２０Ａ（図８Ａ）を作成する手順について説明する。造形データ１２０Ａは、領域データ作成部７６によって作成された、各回転角度Ｒ１における領域データ１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃに基づいて作成される。ここでは、造形データ作成部７８は、第１層１１２Ａの回転分解能に対応した各回転角度Ｒ１における領域データ１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃから造形データ１２０Ａを作成する。具体的には、第１層１１２Ａの回転分解能は４５度であり、回転角度Ｒ１が０度（３６０度）、４５度、９０度、１３５度、１８０度、２２５度、２７０度、３１５度における領域データから造形データ１２０Ａを作成する。造形データ作成部７８は、各回転角度Ｒ１の領域データにおいて、第１層１１２Ａに対応した吐出線を抽出する。例えば、造形データ作成部７８は、第１層１１２Ａに対応した吐出線１４１Ａ（図１２Ａ参照）、吐出線１４１Ｂ（図１２Ｂ参照）、吐出線１４１Ｃ（図１２Ｃ参照）を抽出する。そして、抽出した吐出線１４１Ａ、１４１Ｂ、１４１Ｃを造形データ１２０Ａの対応した位置に配置する。例えば、図８Ａに示すように、造形線１２１Ａは、図１２Ａの吐出線１４１Ａに対応している。造形線１２２Ａは、図１２Ｂの吐出線１４１Ｂに対応し、造形線１２３Ａは、図１２Ｃの吐出線１４１Ｃに対応している。このように、造形データ作成部７８は、造形線１２１Ａ〜１２８Ａを配置することで造形データ１２０Ａを作成する。

なお、本実施形態では、第２層１１２Ｂの回転分解能は、２２．５度である。そのため、第２層１１２Ｂにおける造形データ１２０Ｂは、回転角度Ｒ１が０（３６０度）、２２．５度、４５度、６７．５度、９０度、１１２．５度、１３５度、１５７．５度、１８０度、２０２．５度、２２５度、２４７．５度、２７０度、２９２．５度、３１５度、３３７．５度における１６種類の領域データから作成される。ここでは、第２層１１２Ｂにおける造形データ１２０Ｂは、上記１６種類の領域データの第２層１１２Ｂに対応した吐出線に基づいて配置された造形線によって構成されている。また、本実施形態では、第３層１１２Ｃの回転分解能は、１５度である。そのため、第３層１１２Ｃにおける造形データ１２０Ｃは、回転角度Ｒ１が０（３６０度）、１５度、３０度、４５度、６０度、７５度、９０度、１０５度、１２０度、１３５度、１５０度、１６５度、１８０度、１９５度、２１０度、２２５度、２４０度、２５５度、２７０度、２８５度、３００度、３１５度、３３０度、３４５度における２４種類の領域データから作成される。ここでは、第３層１１２Ｃにおける造形データ１２０Ｃは、上記２４種類の領域データの第３層１１２Ｃに対応した吐出線に基づいて配置された造形線によって構成されている。

以上のようにして、造形データ作成部７８は、各層１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃにおける造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを作成する。造形データ作成部７８によって作成された造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃは、記憶部７１に記憶されている。

なお、三次元造形装置２０は、造形データ作成装置７０によって作成された造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ（図８Ａ〜図８Ｃ参照）を使用して、以下のようにして三次元造形物１１０（図４参照）を造形する。まず、造形開始時に、造形データ作成装置７０は、造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを三次元造形装置２０の制御装置５５に送信する。制御装置５５が造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを受信した後、造形を開始する。ここでは、芯棒５０（図２参照）に近い層から順に造形される。本実施形態では、まず、図８Ａに示すように、第１層１１２Ａに関する造形データ１２０Ａを使用して、第１層１１２Ａを芯棒５０の周りに造形する。具体的には、芯棒用回転モータ５３を駆動させて、中心軸５１を中心に芯棒５０を反時計回りに回転させる。そして、第１層１１２Ａにおける回転分解能に対応した回転角度Ｒ１に応じて、該当する造形線に対応した領域に、造形ヘッド３０から熱可塑性樹脂３８を吐出させる。すべての回転角度Ｒ１に対して熱可塑性樹脂３８の吐出が終了することで、第１層１１２Ａに関する造形が終了する。次に、同様にして、図８Ｂに示すように、第２層１１２Ｂに関する造形データ１２０Ｂを使用して、第１層１１２Ａ上に第２層１１２Ｂを造形する。その後、図８Ｃに示すように、第３層１１２Ｃに関する造形データ１２０Ｃを使用して、第２層１１２Ｂ上に第３層１１２Ｃを造形することで、三次元造形物１１０の造形が終了する。なお、造形ヘッド３０によって、芯棒５０の周りに熱可塑性樹脂３８を吐出させて、熱可塑性樹脂３８によって形成された樹脂層を積層した後、切削ヘッド４０によって、三次元造形物１１０の表面を削るという仕上げ加工を行ってもよい。

三次元造形装置２０によって三次元造形物１１０の造形が終了した後、芯棒５０をハウジング２２から取り外すことができる。このことによって、芯棒５０と、熱可塑性樹脂３８によって形成された樹脂層とが一体となった三次元造形物１１０が完成する。

以上、本実施形態では、芯棒５０を回転させながら、芯棒５０の周りに熱可塑性樹脂３８によって形成された樹脂層（層１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃに対応した樹脂層）を積層することで、例えば、図４に示すような三次元造形物１１０を造形することができる。例えば、図１３のような三次元造形物２１０であっても、三次元造形物２１０の内部であって、図１３の上下方向に延びた位置に芯棒５０が位置するようにして、三次元造形物２１０を造形することができる。この場合、図１３における上下方向が中心軸５１の軸方向となるように、三次元造形物２１０が造形される。よって、図１３のようなサポート造形物２２０を造形しなくてもよいため、三次元造形物２１０を造形する際に使用される樹脂材料の量を軽減させることができる。

本実施形態では、図２に示すように、ハウジング２２には、造形ヘッド３０、芯棒５０および一対の第１ガイドレール６１が収容されている。芯棒５０は、ハウジング２２に回転自在に支持されている。このことによって、芯棒５０は、ハウジング２２を回転させることなく、ハウジング２２に対して中心軸５１を中心に回転することができる。

本実施形態では、芯棒５０は、ハウジング２２に取り外し可能に支持されている。詳しくは、芯棒５０の左端は第１支持部材５４に取り外し可能に支持され、芯棒５０の右端は第２支持部材５６に取り外し可能に支持されている。このことによって、熱可塑性樹脂３８によって形成された樹脂層が芯棒５０の周りに積層されて三次元造形物１１０が造形された後、芯棒５０をハウジング２２から取り外すことができる。よって、芯棒５０と複数の樹脂層が一体となった三次元造形物１１０を造形することができる。

また、本実施形態では、芯棒５０は樹脂によって形成されている。このことによって、三次元造形物１１０が造形された後、樹脂層から芯棒５０を取り外すことなく、芯棒５０を三次元造形物１１０の一部とすることができる。よって、芯棒５０を樹脂層から取り外す作業を削減することができる。

本実施形態では、図９の基準位置設定部７２は、三次元造形物１１０における所定の基準の位置である基準位置ＰＮ１（図４参照）を設定する。基準位置ＰＮ１を基準に軸１１１を中心に所定の角度ずつ回転させたときの基準位置ＰＮ１からの角度を回転角度Ｒ１とし、所定の回転角度Ｒ１となるように三次元造形物１１０を回転させた際における軸１１１の上方の領域を造形領域ＡＲ１（図５参照）とする。図９の造形データ作成部７８は、所定の回転角度Ｒ１となるように三次元造形物１１０を回転させた際の造形領域ＡＲ１のうち、熱可塑性樹脂３８が吐出される吐出領域を指定した造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ（図８Ａ〜図８Ｃ参照）を複数の層１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃのそれぞれについて作成する。造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃは、熱可塑性樹脂３８が吐出される吐出領域と、熱可塑性樹脂３８が吐出されない非吐出領域とに区分けしたデータである。このことによって、三次元造形物１１０の各層１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃにおける造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを作成することができる。よって、三次元造形装置２０は、造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを使用して、層１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃごとに芯棒５０の周りに造形することができる。したがって、本実施形態に係る三次元造形装置２０において使用される適切な造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを作成することができる。

本実施形態では、第２層１１２Ｂの表面の周方向の長さＤ１２（図８Ｂ参照）は、第１層１１２Ａの表面の周方向の長さＤ１１（図８Ａ参照）よりも長い。そのため、第１層１１２Ａにおける回転分解能と、第２層１１２Ｂにおける回転分解能を同じにすると、層１１２Ａ、１１２Ｂの造形精度が異なるおそれがある。しかしながら、本実施形態では、造形データ作成部７８は、第２層１１２Ｂにおける造形データ１２０Ｂを作成する際の回転分解能が、第１層１１２Ａにおける造形データ１２０Ａを作成する際の回転分解能よりも小さくなるようにして、造形データ１２０Ａ、１２０Ｂを作成する。そのため、層１１２Ａ、１１２Ｂの造形精度を同じようにすることができる。

本実施形態では、領域データ作成部７６は、回転角度Ｒ１となるように三次元造形物１１０を軸１１１を中心に回転させた際の造形領域ＡＲ１について、複数の層１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃごとに、吐出領域と非吐出領域とに区分けした領域データ１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃ（図１２Ａ〜図１２Ｃ参照）を回転角度Ｒ１ごとに作成する。造形データ作成部７８は、それぞれの領域データ１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃの同一層における吐出領域と非吐出領域に基づいて複数の層１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃごとに造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを作成する。このように、造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを作成するに先立って、上述のような領域データ１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃを作成することによって、造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを作成し易い。

本実施形態では、断面形状データ作成部７４は、回転角度Ｒ１となるように三次元造形物１１０を軸１１１を中心に回転させた際の造形領域ＡＲ１について、三次元造形物１１０の断面形状のデータである断面形状データ１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ（図１１Ａ〜図１１Ｃ参照）を作成する。領域データ作成部７６は、断面形状データ１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃに基づいて、回転角度Ｒ１ごとに領域データ１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃを作成する。このことによって、造形領域ＡＲ１の断面形状が示された断面形状データ１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃを利用して、領域データ１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃおよび造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを作成することによって、吐出領域と非吐出領域に明確に分け易い。

本実施形態では、造形データ作成装置７０は、断面形状データ１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃおよび領域データ１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃに基づいて、造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを作成していた。しかしながら、造形データ作成装置７０は、造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを作成するに先立って、断面形状データ１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃまたは領域データ１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃを作成することなく、三次元造形物１１０のデータから直接、造形データ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを作成するように構成されていてもよい。

上述したように、図９に示すように、造形データ作成装置７０の記憶部７１、基準位置設定部７２、断面形状データ作成部７４、領域データ作成部７６、および、造形データ作成部７８は、ソフトウェアによって構成されていてもよい。すなわち、上記各部は、コンピュータプログラムがコンピュータに読み込まれることにより、当該コンピュータによって実現されるようになっていてもよい。本発明には、コンピュータを上記各部として機能させるための印刷用のコンピュータプログラムが含まれる。また、本発明には、当該コンピュータプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体が含まれる。また、上記各部は、造形データ作成装置７０が備える１つのプロセッサによって、実現されるものであってもよいし、複数のプロセッサによって実現されるものであってもよい。また、本発明には、各部が実行するプログラムと同様の機能が実現された回路が含まれる。

２０ 三次元造形装置
３０ 造形ヘッド
５０ 芯棒
５１ 中心軸
５３ 芯棒用回転モータ（回転機構）
６０ 第１モータ（移動機構）
６１ 第１ガイドレール（ガイドレール）
７０ 造形データ作成装置
７１ 記憶部
７２ 基準位置設定部
７４ 断面形状データ作成部
７６ 領域データ作成部
７８ 造形データ作成部
１００ 三次元造形システム
１１０ 三次元造形物
１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ 造形データ
１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ 断面形状データ
１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃ 領域データ

Claims (9)

1. 中心軸を有する芯棒と、
   前記中心軸を中心に前記芯棒を回転させる回転機構と、
   前記芯棒よりも上方において、前記芯棒の軸方向に延びたガイドレールと、
   前記ガイドレールに摺動自在に係合し、前記芯棒に向かって熱可塑性樹脂を吐出する造形ヘッドと、
   前記造形ヘッドを前記ガイドレールに沿って移動させる移動機構と、
   を備えた、三次元造形装置。
2. 前記芯棒、前記ガイドレールおよび前記造形ヘッドが収容されたハウジングを備え、
   前記芯棒は、前記ハウジングに回転自在に支持されている、請求項１に記載された三次元造形装置。
3. 前記芯棒は、前記ハウジングに取り外し可能に支持されている、請求項２に記載された三次元造形装置。
4. 前記芯棒は樹脂によって形成されている、請求項１から３までの何れか一つに記載された三次元造形装置。
5. 請求項１から４までの何れか一つに記載された三次元造形装置において、三次元造形物を造形するために使用されるデータである造形データを作成する造形データ作成装置であって、
   前記三次元造形物は、
   軸と、
   前記軸の周りに積層された複数の層と、
   を有し、
   前記三次元造形物のデータが記憶された記憶部と、
   前記三次元造形物における所定の基準の位置である基準位置を設定する基準位置設定部と、
   前記基準位置を基準に前記軸を中心に所定の角度ずつ回転させたときのそれぞれの前記基準位置からの角度を回転角度とし、前記回転角度となるように前記三次元造形物を回転させた際における前記軸の上方の領域を造形領域としたとき、前記回転角度となるように前記三次元造形物を回転させた際の前記造形領域の中から、熱可塑性樹脂が吐出される領域である吐出領域を指定した前記造形データを前記複数の層のそれぞれについて作成する造形データ作成部と、
   を備えた造形データ作成装置。
6. 前記造形データ作成部は、前記回転角度となるように前記三次元造形物を回転させた際の前記造形領域を、前記吐出領域と、熱可塑性樹脂が吐出されない領域である非吐出領域とに区分けした前記造形データを前記複数の層のそれぞれについて作成する、請求項５に記載された造形データ作成装置。
7. 前記層は、
   前記軸に接する第１層と、
   前記第１層の表面と接する第２層と、
   を有し、
   前記造形データ作成部は、前記第１層における前記造形データを作成する際の前記所定の角度は、第１の角度であり、前記第２層における前記造形データを作成する際の前記所定の角度は、前記第１の角度よりも小さい第２の角度となるようにして、前記第１層の前記造形データ、および、前記第２層の前記造形データを作成する、請求項５または６に記載された造形データ作成装置。
8. 前記回転角度となるように前記三次元造形物を回転させた際の前記造形領域について、前記複数の層ごとに、前記吐出領域を指定した領域データを前記回転角度ごとに作成する領域データ作成部を備え、
   前記造形データ作成部は、それぞれの前記領域データの同一層の前記吐出領域に基づいて前記複数の層ごとに前記造形データを作成する、請求項５から７までの何れか一つに記載された造形データ作成装置。
9. 前記回転角度となるように前記三次元造形物を回転させた際の前記造形領域について、前記三次元造形物の断面形状のデータである断面形状データを作成する断面形状データ作成部を備え、
   前記領域データ作成部は、前記断面形状データに基づいて、前記回転角度ごとに前記領域データを作成する、請求項５から８までの何れか一つに記載された造形データ作成装置。

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