JP2021133633A - 三次元造形物の製造方法、および三次元造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元造形物の表面に生じる段差を小さくすることができる三次元造形物の製造方法を提供する。【解決手段】切削方向に第１長さ切削可能な切削工具を用いる三次元造形物の造形方法であって、造形材料を積層して、前記切削方向の長さが前記第１長さよりも短い第１部分を造形する第１部分造形工程と、前記切削工具によって、前記第１部分を前記切削方向に切削する第１部分切削工程と、前記造形材料を積層して、前記第１部分の前記切削方向と反対方向の第１端面に接続し、前記切削方向の長さが前記第１部分よりも短い第２部分を造形する第２部分造形工程と、を含む、三次元造形物の製造方法。【選択図】図１０

Description

本発明は、三次元造形物の製造方法、および三次元造形装置に関する。

流動性を有する材料を所望の位置に配置して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には、熱溶融積層方式により造形物を造形する造形機と、造形機によって造形された造形物を切削加工する造形機と、を備えた造形物作製装置が記載されている。

特開２０１９−３１０１１号公報

上記のような造形物作製装置において、造形と切削とを繰り返して三次元造形物を造形する場合、切削後の層の上に新たな層を積層すると、新たな層の収縮応力によって切削後の層が歪む。これにより、造形物の表面に段差が生じる場合がある。

本発明に三次元造形物の製造方法の一態様は、
切削方向に第１長さ切削可能な切削工具を用いる三次元造形物の造形方法であって、
造形材料を積層して、前記切削方向の長さが前記第１長さよりも短い第１部分を造形する第１部分造形工程と、
前記切削工具によって、前記第１部分を前記切削方向に切削する第１部分切削工程と、
前記造形材料を積層して、前記第１部分の前記切削方向と反対方向の第１端面に接続し、前記切削方向の長さが前記第１部分よりも短い第２部分を造形する第２部分造形工程と、
を含む。

本発明に三次元造装置の一態様は、
造形材料を積層する造形機と、
切削方向に第１長さ切削可能な切削工具を有する切削機と、
前記造形機および前記切削機を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記造形機に、前記造形材料を積層させて、前記切削方向の長さが前記第１長さよりも短い第１部分を造形させる処理と、
前記切削機に、前記切削工具を用いて前記第１部分を前記切削方向に切削させる処理と、
前記造形機に、前記造形材料を積層させて、前記第１部分の前記切削方向とは反対方向の第１端面に接続し、前記切削方向の長さが前記第１部分よりも短い第２部分を造形させる処理と、
を行う。

本実施形態に係る三次元造形装置を模式的に示す図。 本実施形態に係る三次元造形装置の造形機を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る三次元造形装置のフラットスクリューを模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る三次元造形装置のバレルを模式的に示す平面図。 本実施形態に係る三次元造形装置のデータ生成処理を説明するためのフローチャート。 本実施形態に係る三次元造形装置の第１形状を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る三次元造形装置の第２形状を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る三次元造形装置の第３形状を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る三次元造形装置の第１造形用データ部分および第１切削用データ部分を模式的に示す図。 本実施形態に係る三次元造形物の製造を実現するための処理を説明するためのフローチャート。 本実施形態に係る三次元造形物の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る三次元造形物の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る三次元造形物の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る三次元造形物の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る三次元造形物の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る三次元造形物の製造工程を模式的に示す断面図。 参考例に係る三次元造形物の製造工程を模式的に示す断面図。 参考例に係る三次元造形物の製造工程を模式的に示す断面図。 参考例に係る三次元造形物の製造工程を模式的に示す断面図。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１． 三次元造形装置
１．１． 構成
まず、本実施形態に係る三次元造形装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る三次元造形装置１０を模式的に示す図である。なお、図１では、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を示している。Ｘ軸方向およびＹ軸方向は、例えば、水平方向である。Ｚ軸方向は、例えば、鉛直方向である。

三次元造形装置１０は、図１に示すように、例えば、造形機１００と、切削機２００と、ステージ３００と、移動機構４００と、制御部５００と、情報処理装置５１０と、を含む。

三次元造形装置１０は、造形機１００のノズル６２からステージ３００に造形材料を吐出させつつ、移動機構４００を駆動して、ノズル６２とステージ３００との相対的な位置を変化させる。これにより、造形機１００は、ステージ３００上に造形材料を積層する。

さらに、三次元造形装置１０は、切削機２００の切削工具２１０を回転させつつ、移動機構４００を駆動して、切削工具２１０とステージ３００との相対的な位置を変化させる。これにより、切削機２００は、ステージ３００上に積層された造形材料を切削する。このようにして、三次元造形装置１０は、所望の形状の三次元造形物ＯＢを造形する。なお、便宜上、図１では、三次元造形物ＯＢを簡略化して図示している。

造形機１００は、ノズル６２から、ステージ３００の造形面３１０に向けて造形材料を吐出する。造形機１００の詳細な構成は、後述する。

切削機２００は、先端に取り付けられた切削工具２１０を有している。図示の例では、切削工具２１０は、Ｚ軸方向に延びる棒状の部材である。切削機２００は、切削工具２１０をＺ軸と平行な回転軸を中心として回転させて、ステージ３００上に積層された造形材料の切削を行う切削装置である。切削工具２１０としては、例えば、フラットエンドミル、ボールエンドミルなどを用いる。切削機２００は、例えば、位置検出センサーによって切削工具２１０の先端の位置を検出し、検出結果を制御部５００に送信する。制御部５００は、切削機２００からの検出結果を用いて、移動機構４００によって、切削工具２１０と積層された造形材料との相対的な位置関係を制御して切削を行う。なお、切削機２００は、イオナイザー等の除電器を有していてもよい。

ステージ３００の造形面３１０には、造形材料が積層される。ステージ３００は、移動機構４００によって移動される。

移動機構４００は、造形機１００および切削機２００と、ステージ３００と、の相対的な位置を変化させる。図示の例では、移動機構４００は、造形機１００および切削機２００に対して、ステージ３００を移動させる。移動機構４００は、例えば、３つのモーターの駆動力によって、ステージ３００をＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に移動させる３軸ポジショナーによって構成される。移動機構４００のモーターは、制御部５００の制御によって駆動する。

なお、移動機構４００は、ステージ３００を移動させずに、造形機１００および切削機２００を移動させる構成であってもよい。または、移動機構４００は、造形機１００および切削機２００と、ステージ３００と、の両方を移動させる構成であってもよい。

制御部５００は、例えば、プロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェースと、を有するコンピューターによって構成されている。制御部５００は、例えば、主記憶装置に読み込んだプログラムをプロセッサーが実行することによって、種々の機能を発揮する。制御部５００は、造形機１００、切削機２００、および移動機構４００を制御する。なお、制御部５００は、コンピューターではなく、複数の回路の組み合わせによって構成されてもよい。

情報処理装置５１０は、制御部５００に接続されている。情報処理装置５１０は、例えば、プロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェースと、を有するコンピューターによって構成されている。情報処理装置５１０は、例えば、主記憶装置に読み込んだプログラムをプロセッサーが実行することによって、種々の機能を発揮する。情報処理装置５１０は、データ生成部５１２を有している。データ生成部５１２は、後述のとおり、制御部５００が、造形機１００、切削機２００、および移動機構４００を制御するための造形用データおよび切削用データを生成する。

ここで、図２は、造形機１００を模式的に示す断面図である。造形機１００は、図２に示すように、例えば、材料供給部２０と、溶融部３０と、吐出部６０と、再加熱部７０と、を有している。

材料供給部２０には、ペレット状や粉末状の材料が投入される。ペレット状の材料としては、例えば、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）が挙げられる。材料供給部２０は、例えば、ホッパーによって構成されている。材料供給部２０と溶融部３０とは、材料供給部２０の下方に設けられた供給路２２によって接続されている。材料供給部２０に投入された材料は、供給路２２を介して、溶融部３０に供給される。

溶融部３０は、例えば、スクリューケース３２と、駆動モーター３４と、フラットスクリュー４０と、バレル５０と、を有している。溶融部３０は、材料供給部２０から供給された固体状態の材料を溶融させて、流動性を有するペースト状の造形材料にして、ノズル６２に供給する。

スクリューケース３２は、フラットスクリュー４０を収容している。スクリューケース３２の上面には、駆動モーター３４が固定されている。

フラットスクリュー４０は、中心軸ＲＸ方向の高さが直径よりも小さい略円柱形状を有している。図示の例では、フラットスクリュー４０は、中心軸ＲＸがＺ軸と平行になるように、スクリューケース３２内に配置されている。駆動モーター３４が発生させるトルクによって、フラットスクリュー４０は、中心軸ＲＸを中心に回転する。

フラットスクリュー４０は、上面４１とは反対側に溝形成面４２を有している。溝形成面４２には、溝部４５が設けられている。ここで、図３は、フラットスクリュー４０を模式的に示す斜視図である。なお、便宜上、図３では、図２に示した状態とは上下の位置関係を逆向きとした状態を示している。

フラットスクリュー４０の溝部４５は、図３に示すように、例えば、中央部４６と、渦状部４７と、材料導入部４８と、を有している。

中央部４６は、フラットスクリュー４０の中心軸ＲＸの周りに形成された円形の窪みである。中央部４６は、バレル５０に設けられた連通孔５６に対向する。

渦状部４７は、中央部４６を中心として、溝形成面４２の外周に向かって弧を描くように渦状に延びる溝である。渦状部４７は、インボリュート曲線状や螺旋状に延びるように構成されてもよい。渦状部４７の一端は、中央部４６に接続されている。渦状部４７の他端は、材料導入部４８に接続されている。

材料導入部４８は、溝形成面４２の外周縁に設けられた渦状部４７よりも幅広な溝である。材料導入部４８は、フラットスクリュー４０の側面４３まで連続している。材料導入部４８は、供給路２２を介して材料供給部２０から供給された材料を、渦状部４７に導入する。

なお、図３に示す例では、中央部４６から外周に向かって、１つの渦状部４７および１つの材料導入部４８が設けられているが、中央部４６から外周に向かって、複数の渦状部４７および複数の材料導入部４８が設けられていてもよい。

バレル５０は、図２に示すように、フラットスクリュー４０の下方に設けられている。バレル５０は、フラットスクリュー４０の溝形成面４２に対向するスクリュー対向面５２を有している。バレル５０には、ヒーター５８が内蔵されている。ヒーター５８の温度は、制御部５００によって制御される。なお、ヒーター５８は、造形材料を加熱することができれば、その位置は、特に限定されず、フラットスクリュー４０に内蔵されていてもよいし、フラットスクリュー４０およびバレル５０以外に設けられていてもよい。

バレル５０のスクリュー対向面５２の中心には、連通孔５６が設けられている。連通孔５６は、ノズル流路６４に連通している。ここで、図４は、バレル５０を模式的に示す平面図である。

バレル５０のスクリュー対向面５２には、図４に示すように、案内溝５４と、連通孔５６と、が設けられている。案内溝５４は、複数設けられている。複数の案内溝５４は、平面視において（Ｚ軸方向からみて）、連通孔５６の周りに設けられている。案内溝５４は、一端が連通孔５６に接続され、連通孔５６からスクリュー対向面５２の外周に向かって渦状に延びている。案内溝５４は、造形材料を連通孔５６に導く機能を有している。なお、案内溝５４は、設けられていなくてもよい。

吐出部６０は、図２に示すように、ノズル６２を有している。ノズル６２には、ノズル流路６４と、ノズル孔６６と、が設けられている。ノズル流路６４は、溶融部３０の連通孔５６に連通している。ノズル孔６６は、ノズル流路６４に連通している。ノズル孔６６は、ノズル６２の先端部分に設けられた開口である。ノズル孔６６の平面形状は、例えば、円形である。溶融部３０からノズル６２に供給された造形材料は、ノズル孔６６から吐出される。

再加熱部７０は、ステージ３００上に積層されて硬化した造形材料を再加熱する。再加熱部７０は、例えば、ノズル６２の近傍に設けられたヒーターである。再加熱部７０の温度は、制御部５００によって制御される。

なお、図２では、移動機構４００の３つのモーター４１０を示している。移動機構４００は、３つのモーター４１０によって、ステージ３００をＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に移動させる。なお、便宜上、図１では、移動機構４００を簡略化して図示している。

１．２． データ生成処理
データ生成処理によって生成される造形用データおよび切削用データは、制御部５００が、造形機１００、切削機２００、および移動機構４００を制御するためのデータである。データ生成処理は、情報処理装置５１０のデータ生成部５１２によって実行される。

造形用データは、三次元造形物ＯＢの造形に用いられる。造形用データは、造形機１００および移動機構４００を制御するためのデータである。切削用データは、三次元造形物ＯＢの切削に用いられる。切削用データは、切削機２００および移動機構４００を制御するためのデータである。

図５は、データ生成部５１２におけるデータ生成処理を説明するためのフローチャートである。データ生成部５１２は、情報処理装置５１０が所定の開始操作を受け付けた場合に、データ生成処理を開始する。以下、データ生成処理の各ステップについて、順に説明する。

１．２．１． ステップＳ１１
まず、図５に示すように、データ生成部５１２は、第１形状データを取得する（ステップＳ１１）。ここで、図６は、第１形状データによって表された第１形状ＳＰ１を模式的に示す斜視図である。

第１形状ＳＰ１は、例えば、三次元ＣＡＤ（computer-aided design）ソフト、三次元ＣＧ（computer graphics）ソフトなどを用いて作成された三次元造形物ＯＢを表す形状である。第１形状ＳＰ１は、三次元造形物ＯＢの設計形状である。第１形状データは、例えば、ＳＴＬ（Standard Triangulated Language）形式、ＩＧＥＳ（Initial Graphics Exchange Specification）形式、ＳＴＥＰ（Standard for the Exchange of Product）形式などのデータである。

データ生成部５１２は、例えば、三次元ＣＡＤソフトを用いて情報処理装置５１０で作成された第１形状データを取得する。データ生成部５１２は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリー等の記録媒体を介して、情報処理装置５１０の外部で作成された第１形状データを取得してもよい。図６に示す例では、第１形状ＳＰ１は、管形状を有している。第１形状ＳＰ１は、内壁面６１０と、内壁面６１０とは反対側の表面６２０と、を有している。

１．２．２． ステップＳ１２
次に、図５に示すように、データ生成部５１２は、第１形状ＳＰ１によって表された三次元造形物ＯＢをステージ３００上に配置する位置および向きを設定する（ステップＳ１２）。

具体的には、データ生成部５１２は、ユーザーによって指定された位置および向きに従って、第１形状ＳＰ１をステージ３００上に配置する位置および向きを設定する。図６に示す例では、第１形状ＳＰ１の中心軸ＣＬがＺ軸と平行になるように、第１形状ＳＰ１のステージ３００上における位置および向きが設定される。

１．２．３． ステップＳ１３
次に、図５に示すように、データ生成部５１２は、第１形状データと、三次元造形物ＯＢに施される切削加工に関する情報と、を用いて、第２形状が表された第２形状データを生成する（ステップＳ１３）。三次元造形物ＯＢに施される切削加工に関する情報は、例えば、ユーザーによって情報処理装置５１０に入力された情報である。ここで、図７は、第２形状データによって表された第２形状ＳＰ２を模式的に示す斜視図である。便宜上、図７では、ステージ３００の造形面３１０を二点差線で示している。

第２形状ＳＰ２は、図７に示すように、第１形状ＳＰ１に、例えば、切削部７０６が付加された三次元造形物ＯＢの形状である。なお、第１形状ＳＰ１に含まれ、かつ、第２形状ＳＰ２に含まれる部分のことを本体部７０４とも呼ぶ。本体部７０４と切削部７０６とを合わせて造形部７０２とも呼ぶ。

切削部７０６は、三次元造形物ＯＢに切削加工を施すための削り代である。データ生成部５１２は、例えば、ユーザーによって指定された切削加工を施す位置および寸法に従って切削部７０６を配置する。図示の例では、内壁面６１０に切削部７０６が配置される。

図示の例では、造形部７０２とステージ３００との間に、嵩上部６３０が配置されている。嵩上部６３０は、切削部７０６とステージ３００とを離間させる部分である。嵩上部６３０は、切削機２００によって三次元造形物ＯＢに切削加工を施す際に、ステージ３００の干渉を抑制することができる。データ生成部５１２は、例えば、ユーザーによって指定された位置に嵩上部６３０を配置する。第２形状ＳＰ２に従って造形された造形部７０２から切削部７０６を切削加工によって除去する際に、データ生成部５１２は、切削機２００がステージ３００に干渉するか否かを判定してもよい。そして、切削機２００がステージ３００に干渉すると判断した場合に、データ生成部５１２は、嵩上部６３０を配置してもよい。

１．２．４． ステップＳ１４
次に、図５および図７に示すように、データ生成部５１２は、切削部７０６の切削方向（−Ｚ軸方向）の長さＬｓが切削工具２１０の−Ｚ軸方向における切削可能長さ（第１長さ）Ｌｅよりも長いか否かを判定する（ステップＳ１４）。

具体的には、データ生成部５１２は、第２形状データと、切削工具２１０に関する情報と、を用いて、切削部７０６の長さＬｓが切削工具２１０における切削可能長さＬｅよりも長いか否かを判定する。

切削可能長さＬｅは、切削工具２１０において切削方向に切削可能な最大の長さである。例えば、中心軸がＺ軸に沿うように配置された管の一端から中空部内に切削工具２１０を挿入して、管の内壁面６１０に設けられた削り代を切削する場合には、管の一端から切削可能な限界位置までのＺ軸方向の距離が、切削工具２１０の切削方向における切削可能長さＬｅである。切削方向は、造形材料の積層方向と反対方向である。

１．２．５． ステップＳ１５
切削部７０６の長さＬｓが切削工具２１０における切削可能長さＬｅよりも長いと判断した場合（ステップＳ１４で「ＹＥＳ」の場合）、図５に示すように、データ生成部５１２は、第２形状データを用いて、第３形状ＳＰ３が表された第３形状データを生成する（ステップＳ１５）。ここで、図８は、第３形状データによって表された第３形状ＳＰ３を模式的に示す斜視図である。

第３形状ＳＰ３は、図８に示すように、複数の部分に分割された三次元造形物ＯＢの形状である。データ生成部５１２は、それぞれの部分のＺ軸方向の長さが切削工具２１０の切削可能長さＬｅよりも短くなるように第２形状ＳＰ２の造形部７０２を分割して、第３形状ＳＰ３を設定する。図示の例では、データ生成部５１２は、第２形状ＳＰ２の造形部７０２を、第１部分７１０と、第２部分７２０と、第３部分７３０と、に分割して、第３形状ＳＰ３を生成する。

第１部分７１０は、ステージ３００と第２部分７２０との間に配置されている。第２部分７２０は、第１部分７１０と第３部分７３０との間に配置されている。第１部分７１０の−Ｚ軸方向の長さＬ_１、第２部分７２０の−Ｚ軸方向の長さＬ_２、および第３部分７３０の−Ｚ軸方向の長さＬ_３は、切削工具２１０の−Ｚ軸方向における切削可能長さＬｅよりも短い。

第２部分７２０の−Ｚ軸方向の長さＬ_２は、第１部分７１０の−Ｚ軸方向の長さＬ_１よりも短い。第３部分７３０の−Ｚ軸方向の長さＬ_３は、第２部分７２０のＹ軸方向の長さＬ_２よりも短い。このように、データ生成部５１２は、ステージ３００から離れるほど各部分の−Ｚ軸方向の長さが短くなるように、複数の部分を設定する。

ここで、−Ｚ軸方向の第１部分７１０の長さをＬ_１、第１部分７１０のヤング率をＥ、第１部分７１０の断面二次モーメントをＩとした場合に、第２部分７２０の収縮力ｗは、下記式（１）を満たす。なお、断面二次モーメントは、第１部分７１０の断面の形状から公知の方法で求めることができる。

ｗ≦０．００９ＥＩ／Ｌ_１ ^３ ・・・（１）

一般的に、変位量をδとすると、片持ち集中荷重の公式により、下記式（２）の関係を満たす。

δ＝ｗＬ₁ ^３／３ＥＩ ・・・（２）

表面６２０において、第１部分７１０と第２部分７２０との境界に段差が生じる場合、当該段差は、（２）式のδに相当する。ここで、切削工具２１０で第１部分７１０を切削した場合の第１部分７１０の表面６２０の粗さは、０．００３ｍｍである。したがって、（１）式を満たせば、表面６２０において、第１部分７１０と第２部分７２０との境界に段差が生じたとしても、当該段差の高さを０．００３ｍｍ以下に抑えることができる。

−Ｚ軸方向において、第１部分７１０と第２部分７２０とを合わせた長さは、切削可能長さＬｅよりも長い。−Ｚ軸方向において、例えば、第２部分７２０と第３部分７３０とを合わせた長さは、切削可能長さＬｅよりも長い。

平面視において、第１部分７１０、第２部分７２０、および第３部分７３０は、空間Ｋを囲む形状である。平面視において、第１部分７１０、第２部分７２０、および第３部分７３０は、例えば、円環状である。

なお、切削部７０６の長さＬｓが切削工具２１０の切削可能長さＬｅよりも長いと判断しなかった場合（ステップＳ１４で「ＮＯ」の場合）、データ生成部５１２は、ステップＳ１５の処理を省略して、次の処理に進む。

１．２．６． ステップＳ１６
次に、図５に示すように、データ生成部５１２は、第３形状データを用いて、断面データを生成する（ステップＳ１６）。

断面データは、第３形状ＳＰ３を、ステージ３００の造形面３１０に平行な面で切断した際の、断面形状を表すデータである。データ生成部５１２は、三次元造形装置１０によってステージ３００上に積層される造形材料の１層分の厚さに応じた間隔で第３形状ＳＰ３を切断して、複数の断面データを生成する。三次元造形装置１０によってステージ３００上に積層される造形材料の１層分の厚さは、例えば、ユーザーによって設定される。なお、ステップＳ１５が省略されることによって、第３形状データが生成されなかった場合は、データ生成部５１２は、第２形状データを用いて、断面データ を生成する。

１．２．７． ステップＳ１７
次に、図５に示すように、データ生成部５１２は、断面データを用いて造形パスを生成し、第３形状データを用いて切削パスを生成する（ステップＳ１７）。図８には、データ生成部５１２によって生成される造形パスＰｍおよび切削パスＰｃを模式的に示している。

図８に示すように、造形パスＰｍは、造形材料を吐出しながら移動するノズル６２の、ステージ３００に対する走査経路である。切削パスＰｃは、積層された造形材料を切削しながら移動する切削工具２１０のステージ３００に対する走査経路である。造形パスＰｍおよび切削パスＰｃは、例えば、三次元造形物ＯＢにおける造形材料の積層数に応じて、それぞれ複数生成される。

１．２．８． ステップＳ１８
次に、図５に示すように、データ生成部５１２は、造形用データおよび切削用データを生成して出力する（ステップＳ１８）。データ生成部５１２は、例えば、Ｇコード、Ｍコードなどによって表された造形用データおよび切削用データを生成して出力する。

造形用データは、造形パスＰｍに関する情報を含む。さらに、造形用データは、例えば、ノズル６２から吐出される造形材料の流量である吐出量、フラットスクリュー４０を回転させる駆動モーター３４の回転数、バレル５０に内蔵されたヒーター５８の温度、および再加熱部７０の温度等に関する情報を含んでいる。これらの情報は、例えば、ユーザーによって設定される。

切削用データは、切削パスＰｃに関する情報を含む。さらに、切削用データは、例えば、切削工具２１０の回転数、および切削工具２１０の送り速度等に関する情報を含んでいる。これらの情報は、例えば、ユーザーによって設定される。

造形用データおよび切削用データは、例えば、１つのデータの中に表されている。当該データは、例えば、嵩上部造形用データ部分と、嵩上部切削用データ部分と、第１造形用データ部分と、第１切削用データ部分と、第２造形用データ部分と、第２切削用データ部分と、第３造形用データ部分と、第３切削用データ部分と、を含む。

嵩上部造形用データ部分、第１造形用データ部分、第２造形用データ部分、第３造形用データ部分は、それぞれ、嵩上部６３０、第１部分７１０、第２部分７２０、第３部分７３０を造形するためのデータである。嵩上部切削用データ部分、第１切削用データ部分、第２切削用データ部分、第３切削用データ部分は、それぞれ、嵩上部６３０、第１部分７１０、第２部分７２０、第３部分７３０を切削するためのデータである。嵩上部造形用データ部分、嵩上部切削用データ部分、第１造形用データ部分、第１切削用データ部分、第２造形データ部分、第２切削用データ部分、第３造形用データ部分、および第３切削用データ部分は、この順に設定されている。

ここで、図９は、データ生成部５１２によって生成される第１造形用データ部分Ｄｍ１および第１切削用データ部分Ｄｃ１を模式的に示す図である。造形用データおよび切削データは、図９における上方から下方に順に読み込まれて解釈される。

第１造形用データ部分Ｄｍ１には、図９に示すように、例えば、命令ＣＯＭ１、命令ＣＯＭ２、命令ＣＯＭ３、および命令ＣＯＭ４が設定されている。

命令ＣＯＭ１は、ノズル６２を座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（５５，５０，２０）に移動させる。当該座標は、ステージ３００に対するノズル６２の相対的な位置を表している。命令ＣＯＭ２は、ノズル６２を座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（５５，５０，２０）から、座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（５０，５５，２０）に移動させるとともに、この区間をノズル６２が移動する間に、ノズル６２から１０単位量の造形材料を吐出させる。命令ＣＯＭ３は、ノズル６２を座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（５０，５５，２０）から、座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（４５，６０，２０）に移動させるとともに、この区間をノズル６２が移動する間に、ノズル６２から１０単位量の造形材料を吐出させる。命令ＣＯＭ３と命令ＣＯＭ４との間は説明を省略し、その後、命令ＣＯＭ４は、第１部分７１０の造形を終了させる。

第１切削用データ部分Ｄｃ１には、例えば、命令ＣＯＭ５、命令ＣＯＭ６、および命令ＣＯＭ７が設定されている。

命令ＣＯＭ５は、切削工具２１０を座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（５５，６０，２０）に移動させる。命令ＣＯＭ６は、切削工具２１０を座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（５５，６０，２０）から座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（５０，５５，２０）に、１０単位量の送り速度で移動させる。その後、命令ＫＯＭ７は、第１部分７１０の切削を終了させる。

そして、図５に示すように、データ生成部５１２は、データ生成処理を終了する。

２． 三次元造形物の製造方法
２．１． 各工程
次に、本実施形態に係る三次元造形物ＯＢの製造方法について、図面を参照しながら説明する。図１０は、本実施形態に係る三次元造形物ＯＢの製造を実現するための処理を説明するためのフローチャートである。当該処理は、例えば、三次元造形装置１０に設けられた操作パネルや情報処理装置５１０に対して、所定の開始操作がユーザーによって行われた場合に、制御部５００によって実行される。以下、当該処理の各ステップについて、順に説明する。

２．１．１． ステップＳ２１
まず、図１０に示すように、制御部５００は、情報処理装置５１０から、上述した造形用データおよび切削用データを取得する処理をデータ取得工程として行う。

制御部５００は、例えば、有線通信によって、情報処理装置５１０から造形用データおよび切削用データを取得する。なお、制御部５００は、無線通信やＵＳＢメモリー等の記録媒体によって、情報処理装置５１０から造形用データおよび切削用データを取得してもよい。

２．１．２． ステップＳ２２
次に、制御部５００は、例えば、フラットスクリュー４０の回転、およびバレル５０に内蔵されたヒーター５８の温度を制御することによって、材料を溶融させて造形材料を生成する処理を材料生成工程として行う。

材料生成工程において、図２および図３に示すように、材料供給部２０に収容された材料が、供給路２２を介して、回転しているフラットスクリュー４０の側面４３から材料導入部４８に供給される。材料導入部４８に供給された材料は、フラットスクリュー４０の回転によって、渦状部４７へと搬送される。フラットスクリュー４０の回転、およびヒーター５８による加熱によって、渦状部４７に搬送された材料が溶融されて、流動性を有するペースト状の造形材料が生成される。生成された造形材料は、渦状部４７を中央部４６に向かって搬送されて、連通孔５６からノズル６２に供給される。なお、造形材料は、後述する造形工程が行われる間、生成され続ける。

２．１．３． ステップＳ２３
次に、制御部５００は、造形用データに従って、造形機１００および移動機構４００に、ステージ３００上に造形材料を積層させて嵩上部６３０を造形する処理を嵩上部造形工程として行う。

具体的には、制御部５００は、造形機１００のノズル６２とステージ３００との相対位置を変化させながら、ノズル６２からステージ３００に向かって造形材料を吐出させ、ステージ３００上に嵩上部６３０を造形させる。

２．１．４． ステップＳ２４
次に、制御部５００は、造形用データに従って、造形機１００および移動機構４００に、嵩上部６３０上に造形材料を積層させて積層体を造形する処理を部分造形工程として行う。この積層体の−Ｚ軸方向の長さは、切削工具２１０の−Ｚ軸方向における切削可能長さＬｅよりも短い。

まず、ステップＳ２４では、制御部５００は、再加熱部７０に、積層体を加熱させる。制御部５００は、予め定められた時間、再加熱部７０に積層体の端面を加熱させる。加熱時間は、例えば、材料の種類、再加熱部７０の温度などに応じて設定される。制御部５００は、例えば、再加熱部７０の温度と加熱時間との関係が表されたマップを用いて加熱時間を設定する。当該マップは、予め行われる試験によって、積層体の端面の温度が造形材料のガラス転移点を超える所定温度に達するまでの時間を調べることによって設定することができる。なお、制御部５００は、マップではなく、再加熱部７０の温度と加熱時間との関係が表された関数を用いて加熱時間を設定してもよい。

次に、制御部５００は、造形機１００のノズル６２とステージ３００との相対位置を変化させながら、ノズル６２からステージ３００に向かって造形材料を吐出させ、嵩上部６３０上に積層体を造形させる。

２．１．５． ステップＳ２５
次に、制御部５００は、切削用データに従って、切削機２００および移動機構４００に、切削工具２１０を用いて、積層体に設けられた削り代を−Ｚ軸方向に切削させる処理を部分切削工程として行う。

具体的には、制御部５００は、切削工具２１０とステージ３００との相対位置を変化させながら、回転する切削工具２１０を積層体の削り代に接触させることによって、積層体を所望の寸法や表面粗さに加工する。

２．１．６． ステップＳ２６
次に、制御部５００は、三次元造形物ＯＢの製造が完了したか否かを判定する。

三次元造形物ＯＢの製造が完了したとは、造形用データに表された造形パスに従って、三次元造形物ＯＢの造形が完了した後、切削用データに表された切削パスに従って、三次元造形物ＯＢの切削が完了したことを意味する。制御部５００は、造形用データおよび切削用データを用いて、三次元造形物ＯＢの製造が完了したか否かを判断する。

三次元造形物ＯＢの製造が完了したと判断した場合（ステップＳ２６において「ＹＥＳ」の場合）、制御部５００は、処理を終了する。

三次元造形物ＯＢの製造が完了したと判断しなかった場合（ステップＳ２６において「ＮＯ」の場合）、制御部５００は、ステップＳ２４に処理を戻して、ステップＳ２４からステップＳ２６までの処理を繰り返す。制御部５００は、ステップＳ２６にて三次元造形物ＯＢの製造が完了したと判断するまで、部分造形工程（ステップＳ２４）と、部分切削工程（ステップＳ２５）と、を繰り返し行う。部分造形工程と部分切削工程とは、少なくとも２回ずつ行われる。

以上により、積層体同士がＺ軸に沿って接続され、−Ｚ軸方向の長さが切削工具２１０の切削可能長さＬｅよりも長い三次元造形物ＯＢが製造される。そして、制御部５００は、処理を終了する。

２．２． 部分造形工程および部分切削工程
次に、上記の部分造形工程（ステップＳ２４）および部分切削工程（ステップＳ２５）の詳細について、図面を参照しながら説明する。以下では、部分造形工程および部分切削工程を３回ずつ行う例について説明する。なお、部分造形工程および部分切削工程の数については、２回以上であれば、特に限定されない。

２．２．１． 第１部分造形工程および第１部分切削工程
図１１は、第１部分造形工程を模式的に示す断面図である。第１部分造形工程は、１回目の部分造形工程のことである。

まず、第１部分造形工程では、嵩上部６３０を加熱する。具体的には、制御部５００は、上記のステップＳ２４の処理を実行して、再加熱部７０に嵩上部６３０を加熱させる。

次に、第１部分造形工程では、図１１に示すように、造形材料を積層して、−Ｚ軸方向の長さＬ_１が切削工具２１０の−Ｚ軸方向における切削可能長さＬｅよりも短い第１部分７１０を造形する。具体的には、第１部分造形工程では、制御部５００は、造形用データに従って、上記のステップＳ２４の処理を実行することにより、造形機１００に、造形材料を積層させて、長さＬ_１が長さＬｅよりも短い第１部分７１０を造形させる。

第１部分７１０は、第１端面７１２を有している。第１端面７１２は、第１部分７１０のステージ３００とは反対側の端面である。図示の例では、第１端面７１２は、切削方向（−Ｚ軸方向）とは反対側（＋Ｚ軸方向）の端面である。ステージ３００上に造形された第１部分７１０は、例えば、ステージ３００や大気などに熱を奪われて硬化する。第１部分７１０は、本体部７０４および切削部７０６を備えた造形部７０２を有している。

なお、図示の例では、第１部分造形工程の前に、造形材料をステージ３００上に積層して、第１部分７１０とステージ３００との距離を確保する嵩上部６３０を造形する嵩上部造形工程を行っている。嵩上部造形工程および第１部分造形工程は、例えば、連続して行われる。第１部分７１０は、嵩上部６３０を介して、ステージ３００に載置される。

図１２は、第１部分切削工程を模式的に示す断面図である。第１部分切削工程は、１回目の部分切削工程のことである。

第１部分切削工程では、図１２に示すように、切削工具２１０を用いて、第１部分７１０を−Ｚ軸方向に切削する。具体的には、第１部分切削工程では、制御部５００は、切削用データに従って、上記のステップＳ２５の処理を実行することにより、切削機２００に第１部分７１０の切削部７０６を切削させる。図示の例では、制御部５００は、切削工具２１０の回転軸をＺ軸に沿わせて、管形状を有する第１部分７１０の中空部に切削工具２１０を挿入させる。そして、制御部５００は、回転する切削工具２１０を第１部分７１０の切削部７０６に接触させることによって、切削工具２１０に切削部７０６を切削させる。

２．２．２． 第２部分造形工程および第２部分切削工程
図１３は、第２部分造形工程を模式的に示す断面図である。第２部分造形工程は、２回目の部分造形工程のことである。

まず、第２部分造形工程では、第１部分７１０の第１端面７１２を加熱する。具体的には、制御部５００は、上記のステップＳ２４の処理を実行して、再加熱部７０に第１端面７１２を加熱させる。このように、第２部分造形工程は、第１端面７１２を加熱する加熱工程を含む。

次に、第２部分造形工程では、図１３に示すように、造形材料を積層して、第１部分７１０の第１端面７１２に接続し、−Ｚ軸方向の長さＬ_２が第１部分７１０よりも短い第２部分７２０を造形する。具体的には、第２部分造形工程では、制御部５００は、造形用データに従って、上記のステップＳ２４の処理を実行することにより、造形機１００に、第１部分７１０上に造形材料を積層させて、長さＬ_２が長さＬ_１よりも短い第２部分７２０を造形させる。

第２部分７２０は、第２端面７２２を有している。第２端面７２２は、第２部分７２０のステージ３００とは反対側の端面である。図示の例では、第２端面７２２は、切削方向（−Ｚ軸方向）とは反対側（＋Ｚ軸方向）の端面である。

図１４は、第２部分切削工程を模式的に示す断面図である。第２部分切削工程は、２回目の部分切削工程のことである。

第２部分切削工程では、図１４に示すように、切削工具２１０を用いて、第２部分７２０を−Ｚ軸方向に切削する。具体的には、第２部分切削工程では、制御部５００は、切削用データに従って、上記のステップＳ２５の処理を実行することにより、切削機２００に第２部分７２０の切削部７０６を切削させる。

２．２．３． 第３部分造形工程および第３部分切削工程
図１５は、第３部分造形工程を模式的に示す断面図である。第３部分造形工程は、３回目の部分造形工程のことである。

まず、第３部分造形工程では、第２部分７２０の第２端面７２２を加熱する。具体的には、制御部５００は、上記のステップＳ２４の処理を実行して、再加熱部７０に第２端面７２２を加熱させる。

次に、第３部分造形工程では、図１５に示すように、造形材料を積層して、第２部分７２０の第２端面７２２に接続し、−Ｚ軸方向の長さＬ_２が第２部分７２０よりも短い第３部分７３０を造形する。具体的には、第３部分造形工程では、制御部５００は、造形用データに従って、上記のステップＳ２４の処理を実行することにより、造形機１００に、第２部分７２０上に造形材料を積層させて、長さＬ_３が長さＬ_２よりも短い第３部分７３０を造形させる。

図１６は、第３部分切削工程を模式的に示す断面図である。第３部分切削工程は、３回目の部分切削工程のことである。

第３部分切削工程では、図１６に示すように、切削工具２１０を用いて、第３部分７３０を−Ｚ軸方向に切削する。具体的には、第３部分切削工程では、制御部５００は、切削用データに従って、上記のステップＳ２５の処理を実行することにより、切削機２００に第３部分７３０の切削部７０６を切削させる。

制御部５００は、例えば、第３部分切削工程の後、造形処理を終了する。造形処理が終了した後、ユーザーによって三次元造形物ＯＢがステージ３００から分離され、嵩上部６３０が除去されたり、三次元造形物ＯＢが炉で焼結されたりして、設計形状に従った三次元造形物ＯＢが製造される。

２．３． 作用効果
三次元造形物ＯＢの製造方法では、造形材料を積層して、−Ｚ軸方向の長さが切削可能長さＬｅよりも短い第１部分７１０を造形する第１部分造形工程と、切削工具２１０によって、第１部分７１０を−Ｚ軸方向に切削する第１部分切削工程と、造形材料を積層して、第１部分７１０の第１端面７１２に接続し、−Ｚ軸方向の長さが第１部分７１０よりも短い第２部分７２０を造形する第２部分造形工程と、を含む。

そのため、三次元造形物ＯＢの製造方法では、第２部分の−Ｚ軸方向の長さが第１部分の−Ｚ軸方向の長さ以上である場合に比べて、第２部分７２０の収縮応力を小さくすることができる。これにより、三次元造形物ＯＢの表面６２０において第１部分７１０と第２部分７２０との境界に生じる段差を小さくすることができる。

例えば、図１７に示すように、第１部分１７１０上に、−Ｚ軸方向の長さが第１部分１７１０以上の第２部分１７２０を造形する場合、造形後の第２部分１７２０を自然冷却させると、第２部分１７２０は収縮する。その際、特に平面視において第１部分１７１０および第２部分１７２０の形状が空間を囲む形状である場合、第２部分１７２０は、内側に倒れ易い。第２部分１７２０が内側に倒れると、図１８に示すように、第１部分１７１０が歪み、第２部分１７２０につられて内側に倒れる。この状態で切削を行うと、図１９のように、表面１６２０に段差Ｕが生じる。なお、図１７〜図１９は、参考例に係る三次元造形物の製造工程を模式的に示す断面図である。

上記のように、三次元造形物ＯＢの製造方法では、−Ｚ軸方向の長さが第１部分７１０よりも短い第２部分７２０を造形するため、第２部分７２０の体積を小さくすることができる。これにより、第２部分７２０に生じる収縮応力を小さくすることができ、三次元造形物ＯＢの表面６２０に生じる段差を小さくすることができる。

三次元造形物ＯＢの製造方法では、−Ｚ軸方向において、第１部分７１０と第２部分７２０とを合わせた長さは、切削可能長さＬｅさよりも長い。例えば、一度に造形材料を積層させて第１部分および第２部分を造形した場合には、切削工具が届かず切削部が残る。しかし、三次元造形物ＯＢの製造方法では、第１部分造形工程と第２部分造形工程との間に第１部分切削工程を行うため、第１部分７１０と第２部分７２０とを合わせた長さが切削可能長さＬｅより長くても、切削部７０６を残すことなく、切削工具２１０によって所望の形状に切削することができる。

三次元造形物ＯＢの製造方法では、−Ｚ軸方向における第１部分７１０および第２部分７２０の形状は、空間Ｋを囲む形状である。上記のように、第１部分７１０および第２部分７２０が空間Ｋを囲む形状である場合、第２部分７２０は内側に倒れ易い。このような場合でも、三次元造形物ＯＢの製造方法では、第２部分７２０の−Ｚ軸方向の長さＬ_２が第１部分７１０の−Ｚ軸方向の長さＬ_１より短いので、表面６２０に生じる段差を小さくすることができる。

三次元造形物ＯＢの製造方法では、−Ｚ軸方向の第１部分７１０の長さをＬ_１、第１部分７１０のヤング率をＥ、第１部分７１０の断面二次モーメントをＩとした場合に、第２部分７２０の収縮力ｗは、 ｗ≦０．００９ＥＩ／Ｌ_１ ^３の関係を満たす。そのため、表面６２０において、第１部分７１０と第２部分７２０との境界に段差が生じたとしても、当該段差の高さを０．００３ｍｍ以下に抑えることができ、段差を視認され難くすることができる。

三次元造形物ＯＢの製造方法では、第２部分造形工程は、第１部分７１０の第１端面７１２を加熱する加熱工程を含む。そのため、三次元造形物ＯＢの製造方法では、第１部分７１０と第２部分７２０との密着性を向上させることができる。これにより、三次元造形物ＯＢの機械的強度を向上させることができる。

三次元造形物ＯＢの製造方法では、第１部分切削工程の前に、造形材料をステージ３００上に積層して、第１部分７１０とステージ３００との距離を確保する嵩上部６３０を造形する嵩上部造形工程を含む。そのため、三次元造形物ＯＢの製造方法では、第１部分切削工程において、切削機２００とステージ３００との干渉を抑制することができる。

三次元造形物ＯＢの製造方法では、切削工具２１０によって、第２部分７２０を−Ｚ軸方向に切削する第２部分切削工程と、造形材料を積層して、第２部分７２０の第２端面７２２に接続し、−Ｚ軸方向の長さが第２部分７２０よりも短い第３部分７３０を造形する第３部分造形工程と、を含む。そのため、三次元造形物ＯＢの製造方法では、第３部分の−Ｚ軸方向の長さが第２部分の−Ｙ軸方向の長さ以上である場合に比べて、第３部分７３０の収縮応力を小さくすることができる。これにより、三次元造形物ＯＢの表面６２０において第２部分７２０と第３部分７３０との境界に生じる段差を小さくすることができる。

３． 変形例
上述の例では、三次元造形物を造形するための造形材料として、ペレット状のＡＢＳが用いられていたが、造形機１００において用いられる材料としては、例えば、ＡＢＳ以外の熱可塑性を有する材料、金属材料、セラミック材料等の種々の材料を主材料とした材料を挙げることができる。ここで、「主材料」とは、三次元造形物の形状を形作っている中心となる材料を意味し、三次元造形物において５０重量％以上の含有率を占める材料を意味する。上述した造形材料には、それらの主材料を単体で溶融したものや、主材料とともに含有される一部の成分が溶融してペースト状にされたものが含まれる。

主材料として熱可塑性を有する材料を用いる場合には、溶融部３０において、当該材料が可塑化することによって造形材料が生成される。「可塑化」とは、熱可塑性を有する材料が、ガラス転移点以上の温度に加熱されることにより軟化し、流動性を発現することを意味する。

熱可塑性を有する材料としては、例えば、熱可塑性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアセタール（ＰＯＭ ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリアミド（ＰＡ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチック、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などのエンジニアリングプラスチックが挙げられる。

熱可塑性を有する材料には、顔料や、金属、セラミック、その他に、ワックス、難燃剤、酸化防止剤、熱安定剤などの添加剤等が混入されていてもよい。熱可塑性を有する材料は、溶融部３０において、フラットスクリュー４０の回転とヒーター５８の加熱とによって可塑化されて溶融した状態に転化される。また、そのように生成された造形材料は、ノズル孔６６から吐出された後、温度の低下によって硬化する。

熱可塑性を有する材料は、そのガラス転移点以上に加熱されて完全に溶融した状態でノズル孔６６から射出されることが望ましい。例えば、ＡＢＳは、ガラス転移点が約１２０℃であり、ノズル孔６６からの射出時には約２００℃であることが望ましい。このように高温の状態で造形材料を射出するために、ノズル孔６６の周囲にはヒーターが設けられてもよい。「溶融」とは、熱可塑性を有する材料が融点以上の温度に加熱されて液状になることのみならず、熱可塑性を有する材料が可塑化することをも意味する。

造形機１００では、上述した熱可塑性を有する材料の代わりに、例えば、金属材料が主材料として用いられてもよい。この場合には、金属材料を粉末状にした粉末材料に、造形材料の生成の際に溶融する成分が混合されて、溶融部３０に投入されることが望ましい。

金属材料としては、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）やクロム（Ｃｒ）、アルミニウム （Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）の単一の金属、もしくはこれらの金属を１つ以上含む合金、また、マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金が挙げられる。

造形機１００においては、上記の金属材料の代わりに、セラミック材料を主材料として用いることが可能である。セラミック材料としては、例えば、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどの酸化物セラミックスや、窒化アルミニウムなどの非酸化物セラミックスなどが挙げられる。主材料として、上述したような金属材料やセラミック材料を用いる場合には、ステージ３００に配置された造形材料は、例えばレーザーの照射や温風などによる焼結によって硬化されてもよい。

材料供給部２０に投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料は、単一の金属の粉末や合金の粉末、セラミック材料の粉末を、複数種類、混合した混合材料であってもよい。また、金属材料やセラミック材料の粉末材料は、例えば、上述の熱可塑性樹脂、あるいは、それ以外の熱可塑性樹脂によってコーティングされていてもよい。この場合には、溶融部３０において、その熱可塑性樹脂が溶融して流動性が発現されるものとしてもよい。

材料供給部２０に投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、溶剤を添加することもできる。溶剤としては、例えば、水；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の（ポリ）アルキレングリコールモノアルキルエーテル類；酢酸エチル、酢酸ｎ−プロピル、酢酸ｉｓｏ−プロピル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸ｉｓｏ−ブチル等の酢酸エステル類；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル−ｎ−ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類；エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類；テトラアルキルアンモニウムアセテート類；ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤；ピリジン、γ−ピコリン、２，６−ルチジン等のピリジン系溶剤；テトラアルキルアンモニウムアセテート（例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等）；ブチルカルビトールアセテート等のイオン液体等が挙げられる。

その他に、材料供給部２０に投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、バインダーが添加されていてもよい。バインダーとしては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂またはＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、あるいはその他の熱可塑性樹脂が挙げられる。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成、例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

上述した実施形態から以下の内容が導き出される。

三次元造形物の製造方法の一態様は、
切削方向に第１長さ切削可能な切削工具を用いる三次元造形物の造形方法であって、
造形材料を積層して、前記切削方向の長さが前記第１長さよりも短い第１部分を造形する第１部分造形工程と、
前記切削工具によって、前記第１部分を前記切削方向に切削する第１部分切削工程と、
前記造形材料を積層して、前記第１部分の前記切削方向と反対方向の第１端面に接続し、前記切削方向の長さが前記第１部分よりも短い第２部分を造形する第２部分造形工程と、
を含む。

この三次元造形物の製造方法によれば、第２部分の切削方向の長さが第１部分の切削方向の長さ以上である場合に比べて、第２部分の収縮応力を小さくすることができる。これにより、三次元造形物の表面における第１部分と第２部分との境界に生じる段差を小さくすることができる。

前記三次元造形物の製造方法の一態様において、
前記切削方向は、前記造形材料の積層方向と反対方向であってもよい。

前記三次元造形物の製造方法の一態様において、
前記切削方向において、前記第１部分と前記第２部分とを合わせた長さは、前記第１長さよりも長くてもよい。

この三次元造形物の製造方法によれば、第１部分造形工程と第２部分造形工程との間に第１部分切削工程を行うため、第１部分と第２部分とを合わせた長さが切削可能長さより長くても、切削部を残すことなく、切削工具によって所望の形状に切削することができる。

前記三次元造形物の製造方法の一態様において、
前記切削方向における前記第１部分および前記第２部分の形状は、空間を囲む形状であってもよい。

この三次元造形物の製造方法によれば、第２部分の切削方向の長さが第１部分の切削方向の長さより短いので、第２部分が内側に倒れ易くても、三次元造形物の表面に生じる段差を小さくすることができる。

前記三次元造形物の製造方法の一態様において、
前記切削方向の前記第１部分の長さをＬ_１、前記第１部分のヤング率をＥ、前記第１部分の断面二次モーメントをＩとした場合に、前記第２部分の収縮力ｗは、
ｗ≦０．００９ＥＩ／Ｌ_１ ^３
の関係を満たしてもよい。

この三次元造形物の製造方法によれば、三次元造形物の表面において、第１部分と第２部分との境界に段差が生じたとしても、段差を視認され難くすることができる。

前記三次元造形物の製造方法の一態様において、
前記第２部分造形工程は、前記第１端面を加熱する加熱工程を含んでもよい。

この三次元造形物の製造方法によれば、第１部分と第２部分との密着性を向上させることができる。

前記三次元造形物の製造方法の一態様において、
前記第１部分造形工程の前に、前記造形材料をステージの上に積層して、前記第１部分と前記ステージとの距離を確保する嵩上部を造形する嵩上部造形工程を含んでもよい。

この三次元造形物の製造方法によれば、第１部分切削工程において、切削機とステージとの干渉を抑制することができる。

前記三次元造形物の製造方法の一態様において、
前記切削工具によって、前記第２部分を前記切削方向に切削する第２部分切削工程と、
前記造形材料を積層して、前記第２部分の前記切削方向と反対方向の第２端面に接続し、前記切削方向の長さが前記第２部分よりも短い第３部分を造形する第３部分造形工程と、
を含んでもよい。

この三次元造形物の製造方法によれば、三次元造形物の表面における第２部分と第３部分との境界に生じる段差を小さくすることができる。

三次元造形装置の一態様は、
造形材料を積層する造形機と、
切削方向に第１長さ切削可能な切削工具を有する切削機と、
前記造形機および前記切削機を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記造形機に、前記造形材料を積層させて、前記切削方向の長さが前記第１長さよりも短い第１部分を造形させる処理と、
前記切削機に、前記切削工具を用いて前記第１部分を前記切削方向に切削させる処理と、
前記造形機に、前記造形材料を積層させて、前記第１部分の前記切削方向とは反対方向の第１端面に接続し、前記切削方向の長さが前記第１部分よりも短い第２部分を造形させる処理と、
を行う。

この三次元造形装置によれば、三次元造形物の表面における第１部分と第２部分との境界に生じる段差を小さくすることができる。

１０…三次元造形装置、２０…材料供給部、２２…供給路、３０…溶融部、３２…スクリューケース、３４…駆動モーター、４０…フラットスクリュー、４１…上面、４２…溝形成面、４３…側面、４５…溝部、４６…中央部、４７…渦状部、４８…材料導入部、５０…バレル、５２…スクリュー対向面、５４…案内溝、５６…連通孔、５８…ヒーター、６０…吐出部、６２…ノズル、６４…ノズル流路、６６…ノズル孔、１００…造形機、２００…切削機、３００…ステージ、３１０…造形面、４００…移動機構、４１０…モーター、５００…制御部、５１０…情報処理装置、５１２…データ生成部、６１０…内壁面、６２０…表面、６３０…嵩上部、７０２…造形部、７０４…本体部、７０６…切削部、７１０…第１部分、７１２…第１端面、７２０…第２部分、７２２…第２端面、７３０…第３部分、１６２０…表面、１７１０…第１部分、１７２０…第２部分

Claims (9)

1. 切削方向に第１長さ切削可能な切削工具を用いる三次元造形物の造形方法であって、
   造形材料を積層して、前記切削方向の長さが前記第１長さよりも短い第１部分を造形する第１部分造形工程と、
   前記切削工具によって、前記第１部分を前記切削方向に切削する第１部分切削工程と、
   前記造形材料を積層して、前記第１部分の前記切削方向と反対方向の第１端面に接続し、前記切削方向の長さが前記第１部分よりも短い第２部分を造形する第２部分造形工程と、
   を含む、三次元造形物の製造方法。
2. 請求項１において、
   前記切削方向は、前記造形材料の積層方向と反対方向である、三次元造形物の製造方法。
3. 請求項１または２において、
   前記切削方向において、前記第１部分と前記第２部分とを合わせた長さは、前記第１長さよりも長い、三次元造形物の製造方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記切削方向における前記第１部分および前記第２部分の形状は、空間を囲む形状である、三次元造形物の製造方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
   前記切削方向の前記第１部分の長さをＬ_１、前記第１部分のヤング率をＥ、前記第１部分の断面二次モーメントをＩとした場合に、前記第２部分の収縮力ｗは、
   ｗ≦０．００９ＥＩ／Ｌ_１ ^３
   の関係を満たす、三次元造形物の製造方法。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、
   前記第２部分造形工程は、前記第１端面を加熱する加熱工程を含む、三次元造形物の製造方法。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項において、
   前記第１部分造形工程の前に、前記造形材料をステージの上に積層して、前記第１部分と前記ステージとの距離を確保する嵩上部を造形する嵩上部造形工程を含む、三次元造形物の製造方法。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項において、
   前記切削工具によって、前記第２部分を前記切削方向に切削する第２部分切削工程と、
   前記造形材料を積層して、前記第２部分の前記切削方向と反対方向の第２端面に接続し、前記切削方向の長さが前記第２部分よりも短い第３部分を造形する第３部分造形工程と、
   を含む、三次元造形物の製造方法。
9. 造形材料を積層する造形機と、
   切削方向に第１長さ切削可能な切削工具を有する切削機と、
   前記造形機および前記切削機を制御する制御部と、
   を含み、
   前記制御部は、
   前記造形機に、前記造形材料を積層させて、前記切削方向の長さが前記第１長さよりも短い第１部分を造形させる処理と、
   前記切削機に、前記切削工具を用いて前記第１部分を前記切削方向に切削させる処理と、
   前記造形機に、前記造形材料を吐出させて、前記第１部分の前記切削方向とは反対方向の第１端面に接続し、前記切削方向の長さが前記第１部分よりも短い第２部分を造形させる処理と、
   を行う、三次元造形装置。
   

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