JP2022055777A - 三次元造形物の製造方法、情報処理装置、および、三次元造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】造形材料が糸を引くようにノズルから垂れ下がり、三次元造形物に付着して、造形精度が低下する可能性を低減可能な技術を提供する。【解決手段】三次元造形物の製造方法は、吐出部が造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有し、かつ、各部分経路における造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各部分経路における吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する第１データに基づいて、第１部分経路と、第１部分経路よりも後に吐出部から造形材料が吐出される第２部分経路との間に挟まれた隙間部分を特定する第１工程と、隙間部分が特定された場合、第１部分経路においてステージの上方に堆積される造形材料の幅が増加するように、第１部分経路に対応する吐出制御データを変更して、第１データから第２データを生成する第２工程と、を備える。【選択図】図５

Description

本開示は、三次元造形物の製造方法、情報処理装置、および、三次元造形装置に関する。

三次元造形物の製造方法に関し、例えば、特許文献１には、三次元造形物の各層を構築するためのビルド経路に従って、造形材料の押し出しを行うノズルを移動させることが記載されている。ビルド経路には、周囲経路と、バルクラスター経路と、残存経路とが含まれる。周囲経路は、三次元造形物と外部との境界を形成するための経路であり、バルクラスター経路は、周囲経路によって囲まれた領域を埋める経路である。残存経路は、周囲経路およびバルクラスター経路では埋められない空隙領域を埋める経路である。特許文献１では、残存経路において、空隙領域の幅に応じて造形材料の押出量を変化させることで、空隙領域に隙間が生じることを抑制している。

特表２００９－５２５２０７号公報

特許文献１に記載の技術において、バルクラスター経路の終点と残存経路の始点とが離れた位置にある場合、バルクラスター経路の終点から残存経路の始点までノズルが移動する際に、造形材料が糸を引くようにノズルから垂れ下がり、三次元造形物に付着して、造形精度が低下する可能性がある。

本開示の第１の形態によれば、吐出部からステージに向けて造形材料を吐出させて層を積層することで三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法が提供される。この製造方法は、前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有し、かつ、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する第１データに基づいて、第１部分経路と、前記第１部分経路よりも後に前記吐出部から前記造形材料が吐出される第２部分経路との間に挟まれた隙間部分を特定する第１工程と、前記隙間部分が特定された場合、前記第１部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の幅が増加するように、前記第１部分経路に対応する前記吐出制御データを変更して、前記第１データから第２データを生成する第２工程と、前記第２データに従って前記吐出部を制御して前記三次元造形物を造形する第３工程と、を備える。

本開示の第２の形態によれば、吐出部からステージに向けて造形材料を吐出させて層を積層するためのデータを生成する情報処理装置が提供される。この情報処理装置は、前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有し、かつ、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する第１データに基づいて、第１部分経路と、前記第１部分経路よりも後に前記吐出部から前記造形材料が吐出される第２部分経路との間に挟まれた隙間部分を特定し、前記隙間部分が特定された場合、前記第１部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の幅が増加するように、前記第１部分経路に対応する前記吐出制御データを変更して、前記第１データから第２データを生成するデータ生成部、を備える。

本開示の第３の形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、ステージと、前記ステージに向けて造形材料を吐出する吐出部と、前記ステージに対して前記吐出部を移動させる移動機構と、第１データから第２データを生成するデータ生成部と、前記第２データに従って前記吐出部と前記移動機構とを制御して前記ステージ上に三次元造形物を造形する制御部と、を備え、前記データ生成部は、前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有し、かつ、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する前記第１データに基づいて、第１部分経路と、前記第１部分経路よりも後に前記吐出部から前記造形材料が吐出される第２部分経路との間に挟まれた隙間部分を特定し、前記隙間部分が特定された場合、前記第１部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の幅が増加するように、前記第１部分経路に対応する前記吐出制御データを変更して、前記第１データから前記第２データを生成する。

三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。 フラットスクリューの概略構成を示す斜視図である。 スクリュー対面部の概略平面図である。 三次元造形物が造形されていく様子を模式的に示す概略図である。 造形データ生成処理のフローチャートである。 層の平面形状の例を示す図である。 層の平面形状の例を示す図である。 層の平面形状の例を示す図である。 経路の変更例を示す図である。 三次元造形処理のフローチャートである。 層の他の例を示す図である。 図１１に示した層において隙間部分を特定した様子を示す図である。 図１２に示した隙間部分を埋めた様子を示す図である。 層の更なる他の例を示す図である。 図１４に示した層において隙間部分を特定した様子を示す図である。 図１５に示した隙間部分を埋めた様子を示す図である。 第２実施形態における層の平面形状の例を示す図である。 第２実施形態における層の平面形状の例を示す図である。

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における三次元造形装置１００の概略構成を示す説明図である。図１には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印が示されている。Ｘ方向およびＹ方向は、水平面に平行な方向であり、Ｚ方向は、重力方向とは反対の方向である。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印は、他の図においても、図示の方向が図１と対応するように適宜、図示してある。以下の説明において、向きを特定する場合には、正の方向を「＋」、負の方向を「－」として、方向表記に正負の符合を併用する。

三次元造形装置１００は、三次元造形装置１００を制御する制御部１０１と、造形材料を生成して吐出する造形部１１０と、三次元造形物の基台となる造形用のステージ２１０と、造形材料の吐出位置を制御する移動機構２３０と、を備える。

造形部１１０は、制御部１０１の制御下において、固体状態の材料を溶融させてペースト状にした造形材料をステージ２１０上に吐出する。造形部１１０は、造形材料に転化される前の材料の供給源である材料供給部２０と、材料を造形材料へと転化させる造形材料生成部３０と、造形材料を吐出する吐出部６０と、を備える。

材料供給部２０は、造形材料生成部３０に、造形材料を生成するための原材料ＭＲを供給する。材料供給部２０は、例えば、原材料ＭＲを収容するホッパーによって構成される。材料供給部２０は、下方に排出口を有している。当該排出口は、連通路２２を介して、造形材料生成部３０に接続されている。原材料ＭＲは、ペレットや粉末等の形態で材料供給部２０に投入される。本実施形態では、ペレット状のＡＢＳ樹脂の材料が用いられる。

造形材料生成部３０は、材料供給部２０から供給された原材料ＭＲを溶融させて流動性を発現させたペースト状の造形材料を生成し、吐出部６０へと導く。造形材料生成部３０は、スクリューケース３１と、駆動モーター３２と、フラットスクリュー４０と、スクリュー対面部５０と、を有する。フラットスクリュー４０は、ローターあるいはスクロールとも呼ばれ、スクリュー対面部５０はバレルとも呼ばれる。

図２は、フラットスクリュー４０の下面４８側の概略構成を示す斜視図である。図２に示したフラットスクリュー４０は、技術の理解を容易にするため、図１に示した上面４７と下面４８との位置関係を、鉛直方向において逆向きとした状態で示されている。図３は、スクリュー対面部５０の上面５２側を示す概略平面図である。フラットスクリュー４０は、その中心軸に沿った方向である軸線方向における高さが直径よりも小さい略円柱状を有する。フラットスクリュー４０は、その回転中心となる回転軸ＲＸがＺ方向に平行になるように配置される。

フラットスクリュー４０は、スクリューケース３１内に収納されている。フラットスクリュー４０の上面４７側は駆動モーター３２に連結されており、フラットスクリュー４０は、駆動モーター３２が発生させる回転駆動力によって、スクリューケース３１内で回転する。駆動モーター３２は、制御部１０１の制御下において駆動する。

フラットスクリュー４０の、回転軸ＲＸと交差する面である下面４８には、渦状の溝部４２が形成されている。上述した材料供給部２０の連通路２２は、フラットスクリュー４０の側面から、当該溝部４２に連通する。図２に示すように、本実施形態では、溝部４２は、凸条部４３によって隔てられて３本分形成されている。なお、溝部４２の数は、３本に限られず、１本でもよいし、２本以上であってもよい。溝部４２は、渦状に限らず、螺旋状あるいはインボリュート曲線状であってもよいし、中央部から外周に向かって弧を描くように延びる形状であってもよい。

フラットスクリュー４０の下面４８は、スクリュー対面部５０の上面５２に面しており、フラットスクリュー４０の下面４８の溝部４２と、スクリュー対面部５０の上面５２との間には空間が形成される。造形部１１０では、フラットスクリュー４０とスクリュー対面部５０との間のこの空間に、材料供給部２０から図２に示した材料流入口４４へと原材料ＭＲが供給される。

スクリュー対面部５０には、回転しているフラットスクリュー４０の溝部４２内に供給された原材料ＭＲを加熱するためのヒーター５８が埋め込まれている。スクリュー対面部５０には、連通孔５６に接続され、連通孔５６から外周に向かって渦状に延びている複数の案内溝５４が形成されている。この案内溝５４は省略することも可能である。フラットスクリュー４０の溝部４２内に供給された原材料ＭＲは、溝部４２内において溶融されながら、フラットスクリュー４０の回転によって溝部４２に沿って流動し、造形材料としてフラットスクリュー４０の中央部４６へと導かれる。中央部４６に流入した流動性を発現しているペースト状の造形材料は、図３に示したスクリュー対面部５０の中心に設けられた連通孔５６を介して吐出部６０に供給される。なお、造形材料では、造形材料を構成する全ての種類の物質が溶融していなくてもよい。造形材料は、造形材料を構成する物質のうちの少なくとも一部の種類の物質が溶融することによって、全体として流動性を有する状態に転化されていればよい。

吐出部６０は、造形材料を吐出するノズル６１と、フラットスクリュー４０とノズル６１との間に設けられた造形材料の流路６５と、流路６５を開閉する開閉機構７０と、を有する。ノズル６１は、流路６５を通じて、スクリュー対面部５０の連通孔５６に接続されている。ノズル６１は、造形材料生成部３０において生成された造形材料を、先端の吐出口６２からステージ２１０に向かって吐出する。

開閉機構７０は、流路６５を開閉して、ノズル６１からの造形材料の流出を制御する。第１実施形態では、開閉機構７０は、バタフライバルブによって構成されている。開閉機構７０は、一方向に延びる軸状部材である駆動軸７２と、駆動軸７２の回転により回動する弁体７３と、駆動軸７２の回転駆動力を発生するバルブ駆動部７４と、を備える。

駆動軸７２は、造形材料の流れ方向に交差するように流路６５の途中に取り付けられている。より具体的には、駆動軸７２は、流路６５内の造形材料の流通方向に対して垂直な向きであるＹ方向に平行になるように取り付けられている。駆動軸７２は、Ｙ方向に沿った中心軸を中心に回転可能である。

弁体７３は、流路６５内において回転する板状部材である。第１実施形態では、弁体７３は、駆動軸７２の流路６５内に配置されている部位を板状に加工することによって形成されている。弁体７３を、その板面に垂直な方向に見たときの形状は、弁体７３が配置されている部位における流路６５の開口形状とほぼ一致する。

バルブ駆動部７４は、制御部１０１の制御下において、駆動軸７２を回転させる。バルブ駆動部７４は、例えば、ステッピングモーターによって構成される。駆動軸７２の回転によって弁体７３が流路６５内において回転する。

弁体７３の板面を、流路６５における造形材料の流通方向に対して垂直にされた状態が、流路６５が閉じられた状態である。この状態では、流路６５からノズル６１への造形材料の流入が遮断され、吐出口６２からの造形材料の流出が停止される。弁体７３の板面が、駆動軸７２の回転によって、この垂直にされた状態から回転されると、流路６５からノズル６１への造形材料の流入が許容され、弁体７３の回転角度に応じた吐出量の造形材料が吐出口６２から流出する。図１に示されているように、流路６５における造形材料の流通方向に沿った状態が、流路６５が全開となる状態である。この状態は、吐出口６２からの単位時間あたりの造形材料の吐出量が最大となる。このように、開閉機構７０は、造形材料の流出のＯＮ／ＯＦＦとともに、造形材料の吐出量の調整を実現できる。

ステージ２１０は、ノズル６１の吐出口６２に対向する位置に配置されている。第１実施形態では、ノズル６１の吐出口６２に対向するステージ２１０の造形面２１１は、Ｘ，Ｙ方向、すなわち水平方向に平行となるように配置される。後述するように、三次元造形装置１００は、造形処理において、吐出部６０からステージ２１０の造形面２１１に向けて造形材料を吐出させて層を積層することによって三次元造形物を造形する。

移動機構２３０は、ステージ２１０とノズル６１との相対位置を変化させる。第１実施形態では、ノズル６１の位置が固定されており、移動機構２３０は、ステージ２１０を移動させる。移動機構２３０は、３つのモーターＭの駆動力によって、ステージ２１０をＸ，Ｙ，Ｚ方向の３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２３０は、制御部１０１の制御下において、ノズル６１とステージ２１０との相対的な位置関係を変更する。本明細書において、特に断らない限り、ノズル６１の移動とは、ノズル６１をステージ２１０に対して相対的に移動させることを意味する。

なお、他の実施形態では、移動機構２３０によってステージ２１０を移動させる構成の代わりに、ステージ２１０の位置が固定された状態で、移動機構２３０がステージ２１０に対してノズル６１を移動させる構成が採用されてもよい。また、移動機構２３０によってステージ２１０をＺ方向に移動させ、ノズル６１をＸ，Ｙ方向に移動させる構成や、移動機構２３０によってステージ２１０をＸ，Ｙ方向に移動させ、ノズル６１をＺ方向に移動させる構成が採用されてもよい。これらの構成であっても、ノズル６１とステージ２１０との相対的な位置関係が変更可能である。

制御部１０１は、三次元造形装置１００全体の動作を制御する制御装置である。制御部１０１は、１つ、または、複数のプロセッサーと、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イスとを備えるコンピューターによって構成される。制御部１０１は、主記憶装置上に読み込んだプログラムや命令をプロセッサーが実行することによって、データ生成部１０２としての機能のほか、種々の機能を発揮する。制御部１０１は、コンピューターによって構成される代わりに、各機能の少なくとも一部を実現するための複数の回路を組み合わせた構成により実現されてもよい。制御部１０１のことを情報処理装置ともいう。

データ生成部１０２は、移動機構２３０によって吐出部６０を移動させるための複数の部分経路を有する造形データを生成する。制御部１０１は、データ生成部１０２によって生成された造形データに従って、開閉機構７０および吐出部６０を含む造形部１１０と、移動機構２３０とを制御してステージ２１０上に三次元造形物を造形する。

データ生成部１０２は、三次元造形物の形状を表す３次元ＣＡＤデータなどの形状データを用いて、造形データの生成を行う。造形データには、造形材料の吐出経路と、吐出部６０による造形材料の吐出量を含む吐出制御データが含まれる。造形材料の吐出経路とは、ノズル６１が、造形材料を吐出しながら、ステージ２１０の造形面２１１に沿って相対的に移動する経路である。

吐出経路は、複数の部分経路から構成される。各部分経路は、直線状の経路である。吐出制御データは、各部分経路に対して個別に対応付けられる。本実施形態において、吐出制御データによって表される吐出量は、その部分経路において単位時間あたりに吐出される造形材料の量である。なお、他の実施形態では、各部分経路に対して、その部分経路全体において吐出される造形材料の総量が、吐出制御データとして対応付けられてもよい。

図４は、三次元造形装置１００において三次元造形物が造形されていく様子を模式的に示す概略図である。三次元造形装置１００では、上述したように、造形材料生成部３０において、回転しているフラットスクリュー４０の溝部４２に供給された固体状態の原材料ＭＲが溶融されて造形材料ＭＭが生成される。制御部１０１は、ステージ２１０の造形面２１１とノズル６１との距離を保持したまま、ステージ２１０の造形面２１１に沿った方向に、ステージ２１０に対するノズル６１の位置を変えながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させる。ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭは、ノズル６１の移動方向に連続して堆積されていく。こうしたノズル６１による走査によって、ノズル６１の走査経路に沿って線状に延びる造形部位である線状部位ＬＰが造形される。

制御部１０１は、上記のノズル６１による走査を繰り返して層ＭＬを形成する。制御部１０１は、１つの層ＭＬを形成した後、ステージ２１０に対するノズル６１の位置を、Ｚ方向に移動させる。そして、これまでに形成された層ＭＬの上に、さらに層ＭＬを積み重ねることによって三次元造形物を造形していく。

制御部１０１は、例えば、一層分の層ＭＬを完了した場合のノズル６１のＺ方向への移動や、各層で独立する複数の造形領域がある場合には、ノズル６１からの造形材料の吐出を一時的に中断させることがある。この場合、開閉機構７０の弁体７３によって流路６５を閉塞させて、吐出口６２からの造形材料ＭＭの吐出を停止させる。制御部１０１は、ノズル６１の位置を変更した後、開閉機構７０の弁体７３によって流路６５を開くことによって、変更後のノズル６１の位置から造形材料ＭＭの堆積を再開させる。三次元造形装置１００によれば、開閉機構７０によって、ノズル６１による造形材料ＭＭの堆積位置を簡易に制御することができる。

図５は、制御部１０１によって実行される造形データ生成処理のフローチャートである。この処理は、三次元造形物を造形するのに先立って、三次元造形物の造形に用いられる造形データを生成するための処理である。図６～８は、三次元造形物の１つの層の平面形状の例を示す図である。

図５に示すように、ステップＳ１００において、データ生成部１０２は、外部から入力された三次元造形物の造形データである３次元ＣＡＤデータを解析し、三次元造形物を、ＸＹ平面に沿って複数の層にスライスした層データを生成する。層データは、そのＸＹ平面における三次元造形物の外殻を表すデータである。図６には、層データＬＤ１によって矩形状の外殻が表されている例を太線によって示している。

ステップＳ１１０において、データ生成部１０２は、外殻造形データを生成する。外殻造形データとは、層データが表す外殻の内側に接する外殻領域を形成するためのデータである。外殻領域とは、三次元造形物の外観に影響を与える領域である。外殻造形データには、三次元造形物の外殻に沿った最外周を造形するための経路が含まれる。外殻造形データは、三次元造形物の最外周を造形するための吐出経路だけではなく、最外周の内側１周分を含む吐出経路を含んでもよい。外殻領域を形成するための吐出経路の周回数は、任意に設定可能であってもよい。

図６には、外殻造形データＺＤ１が、最も外側の吐出経路とその内側１周分の吐出経路によって構成されている例を示している。これらの吐出経路は、外殻領域を造形するための複数の部分経路ＰＰ１を含む。上記のとおり、各部分経路ＰＰ１は、直線状の経路である。従って、図６では、「Ｓ１」と示した始点から、内側の吐出経路の「Ｅ１」と示した位置までの、破線で示した連続した８つの部分経路ＰＰ１によって、外殻造形データＺＤ１が表されている。それぞれの部分経路ＰＰ１には、ステージ２１０に堆積される造形材料が予め定められた基準幅Ｓｓとなる量の吐出量が吐出制御データとして対応付けられる。図６では、最も外側の吐出経路とその内側の吐出経路とは、連続した経路となっているが、これらは別々の経路として構成されてもよい。つまり、最も外側の吐出経路の終点と、内側の吐出経路の始点とは異なる位置であってもよい。

ステップＳ１２０において、データ生成部１０２は、内部造形データを生成する。内部造形データとは、層データが表す外殻の内側において外殻領域以外の領域である内部領域を造形するためのデータである。内部領域は、三次元造形物の外観よりも、三次元造形物の強度に与える影響が大きい領域である。

図６には、内部造形データＺＤ２が、Ｓ字状に蛇行した吐出経路によって表されている例を示している。データ生成部１０２は、ＸＹ平面において、予め定められた基準方向に沿って吐出部６０を往復移動させながらその基準方向に直交する方向に徐々に吐出部６０を移動させることによって内部領域を埋める吐出経路を内部造形データＺＤ２として生成する。内部領域を埋める吐出経路は、複数の部分経路ＰＰ２を含む。上記のとおり、各部分経路ＰＰ２は、直線状の経路である。従って、図６では、「Ｓ２」と示した始点から、「Ｅ２」と示した終点までの、５つの部分経路ＰＰ２によって、内部造形データＺＤ２が表されている。それぞれの部分経路ＰＰ２には、ステージ２１０に堆積される造形材料が予め定められた基準幅Ｓｓとなる量の吐出量が吐出制御データとして対応付けられる。なお、本実施形態では、外殻造形データＺＤ１において造形される経路の幅と、内部造形データＺＤ２よって造形される経路の幅とが、いずれも基準幅Ｓｓであるものとしたが、これらは、異なる幅であってもよい。

図６では、外殻造形データＺＤ１が表す吐出経路の終点「Ｅ１」と、内部造形データＺＤ２が表す吐出経路の始点「Ｓ２」とは、異なる位置に示されているが、これは図示の都合であり、実際は、これらの位置は同じ位置である。従って、外殻造形データＺＤ１が表す吐出経路と内部造形データＺＤ２が表す吐出経路とは連続して接続されている。しかし、他の実施形態では、これらの吐出経路は、不連続の経路であってもよい。つまり、外殻造形データＺＤ１が表す吐出経路の終点「Ｅ１」と内部造形データＺＤ２が表す吐出経路の始点「Ｓ２」とは、異なる位置であってもよい。

以下では、ステップＳ１１０において生成される外殻造形データと、ステップＳ１２０において生成される内部造形データとを、まとめて、「第１データ」という。第１データは、吐出部６０が造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データと、各部分経路における造形材料の吐出量を表す吐出量情報を含む吐出制御データと、を有する。

ステップＳ１３０において、データ生成部１０２は、第１データに基づき、各部分経路の配置および幅を解析することによって、第１部分経路と、第１部分経路よりも後に吐出部６０から造形材料が吐出される第２部分経路との間に挟まれた隙間部分を特定する。本実施形態において、第１部分経路は、外殻領域を造形するための経路の一部であり、第２部分経路は、内部領域を造形するための経路の一部である。

隙間部分の特定にあたり、データ生成部１０２は、第１部分経路と第２部分経路とによって挟まれた隙間部分であって、以下の関係（１）を満たす隙間部分を特定する。
Ｗ≦Ｓｍａｘ－Ｓｓ ・・・（１）
Ｗは、隙間部分の幅であり、Ｓｓは、各部分経路において堆積させる造形材料の基準幅であり、Ｓｍａｘは、開閉機構７０の制御によって各部分経路において堆積させることが可能な造形材料の最大幅である。基準幅Ｓｓは、最大幅Ｓｍａｘよりも小さな線幅である。基準幅Ｓｓは任意に設定可能であるが、例えば、最大幅Ｓｍａｘの６０～８０％とすることができる。なお、基準幅Ｓｓは、最大幅Ｓｍａｘの２分の１よりも大きい幅であることが好ましい。

上記関係（１）によれば、隙間部分の片側に隣接する基準幅Ｓｓの部分経路の幅を、最大幅Ｓｍａｘまでの範囲で拡大することにより埋めることが可能な隙間部分が特定される。図６には、外殻造形データＺＤ１に含まれる第１部分経路Ｒ１と、内部造形データＺＤ２に含まれる第２部分経路Ｒ２との間に、これらの部分経路に沿って、上記関係を満たす幅Ｗ１の隙間部分Ｇ１が特定された例を示している。

ステップＳ１４０において、データ生成部１０２は、上記関係（１）を満たす隙間部分が特定されたか否かを判断する。隙間部分が特定された場合、データ生成部１０２は、ステップＳ１５０において、その隙間部分を埋めるためのデータ変更処理を実行する。隙間部分が特定されなかった場合、データ生成部１０２は、当該データ変更処理をスキップする。データ変更処理が実行されると、前述した第１データが変更されて第２データが生成される。これに対して、データ変更処理が実行されない場合、前述した第１データはそのまま第２データとなる。第２データは、当該造形データ生成処理によって最終的に生成される造形データである。

隙間部分が、上記関係（１）を満たす場合、第１部分経路と第２部分経路のうち、片方の部分経路のみ幅を大きくすれば、その隙間部分を埋めることができる。そのため、本実施形態では、ステップＳ１５０におけるデータ変更処理において、データ生成部１０２は、隙間部分を挟む第１部分経路および第２部分経路のうち、先に造形材料が吐出される第１部分経路において、ステージ２１０の上方、すなわち、ステージ２１０又は先に形成された層、に堆積される造形材料の幅が増加するように、第１部分経路に対応する吐出制御データを変更して、第１データから第２データを生成する。本実施形態では、データ生成部１０２は、第１部分経路に対応付けられている吐出制御データが表す吐出量を増加させることにより、第１部分経路において堆積される造形材料の幅を増加させる。図６に示した例では、データ生成部１０２は、隙間部分Ｇ１を挟む第１部分経路Ｒ１および第２部分経路Ｒ２のうち、先に造形材料が吐出されることになる第１部分経路Ｒ１の造形材料の幅を、図７に示すように、基準幅Ｓｓから、基準幅Ｓｓに隙間部分の幅Ｗ１を加算した幅まで増加するように、吐出量を増加させる。

本実施形態では、データ生成部１０２は、第１部分経路の造形材料の幅を増加させるとともに、隙間部分の形状に応じて、第１部分経路の経路も変更する。具体的には、データ生成部１０２は、直線状の第１部分経路Ｒ１の経路が、線幅変更後の造形材料の中心を通るように、第１部分経路Ｒ１の経路の位置を変更する。図８に示した第１部分経路Ｒ１の破線で示した経路は、図７に示した第１部分経路Ｒ１の破線で示した経路に対して、＋Ｙ方向に位置が変更されている。このように、第１部分経路の幅だけではなく経路自体を変更することにより、隙間部分を精度よく埋めることができる。

図６には、隙間部分Ｇ１の形状が、一定の幅を有する矩形状である例を示しているが、隙間部分の形状は、矩形に限られない。例えば、図９の上部に示すように、隙間部分Ｇ１１の形状が、扇状のように、幅が変化する場合もあり得る。このように、幅が変化する隙間部分が特定された場合、データ生成部１０２は、第１部分経路において堆積される造形材料の幅を、隙間部分の幅の変化に従って変化させるように変更する。具体的には、図９の下部に示すように、隙間部分に隣接する第１部分経路Ｒ１を複数の部分経路に分割し、分割されたそれぞれの部分経路の線幅を、隙間部分に幅の変化に従って変化するように増加させる。このように、部分経路を変更することにより、隙間部分を効率的に埋めることが可能となり、造形精度を高めることが可能になる。更に、本実施形態では、図９の下部に示すように、データ生成部１０２は、分割後の各部分経路の経路を、隙間部分の形状に応じた経路に変更する。図９の下部では、分割された各部分経路が、破線によって示した直線状の経路から、隙間部分の円弧形状に沿う経路に変更されている。部分経路の経路の変更は、例えば、拡大した幅の中心を通る経路に変更することで実現される。このように、第１部分経路を、隙間部分の形状に応じた形状の経路に変更することにより、隙間部分を効率的に埋めることが可能となり、造形精度を高めることが可能になる。

本実施形態では、データ生成部１０２は、ステップＳ１５０において、外殻領域を造形するための外殻造形データＺＤ１が表す吐出経路と内部領域を造形するための内部造形データＺＤ２が表す吐出経路とが連続する経路となるように第２データを生成する。つまり、外殻造形データＺＤ１が表す吐出経路の終点と、内部造形データＺＤ２が表す吐出経路の始点とが一致していない場合、これらを一致させるように、第２データを生成する。

ステップＳ１６０において、データ生成部１０２は、以上の処理をすべての層データについて完了したか否か判断する。全ての層データについて終了していなければ、データ生成部１０２は、次の層データについて、ステップＳ１１０からステップＳ１５０までの処理を繰り返す。全ての層データについて造形データの生成を完了した場合、データ生成部１０２は、当該造形データ生成処理を終了する。なお、上述した造形データ生成処理におけるステップＳ１３０のことを、三次元造形物の製造方法における第１工程ともいい、ステップＳ１５０のことを、同方法における第２工程ともいう。

図１０は、制御部１０１によって実行される三次元造形処理のフローチャートである。図１０に示した三次元造形処理は、図５に示した造形データ生成処理において生成された造形データを用いて制御部１０１によって実行される処理である。図５に示した造形データ生成処理と図１０に示した三次元造形処理とが実行されることによって、三次元造形装置１００による三次元造形物の製造方法が実現される。

ステップＳ２００において、制御部１０１は、三次元造形物を構成する複数の層のうち、１つの層について、造形データを読み込む。造形データには、上述した外殻造形データと内部造形データとが含まれる。本実施形態では、制御部１０１は、まず、三次元造形物を構成する複数の層のうち、重力方向において最も下側に位置する層の造形データを読み込む。

ステップＳ２１０において、制御部１０１は、第１造形処理を実行する。第１造形処理では、制御部１０１は、外殻造形データに含まれる部分経路および各部分経路に対応付けられた吐出制御データに従い、移動機構２３０および吐出部６０を制御して、現在の層について外殻領域を形成する。図８に示した造形データの例では、この第１造形処理において、第１部分経路Ｒ１に対応する部分の造形材料の幅が、基準幅Ｓｓから、基準幅Ｓｓに隙間部分の幅Ｗ１を加算した幅まで拡大される。

ステップＳ２２０において、制御部１０１は、第２造形処理を実行する。第２造形処理では、制御部１０１は、内部造形データに含まれる部分経路および各部分経路に対応付けられた吐出制御データに従い、移動機構２３０および吐出部６０を制御して、現在の層について内部領域を形成する。本実施形態では、上述した造形データ生成処理において、外殻領域を造形するための経路と内部領域を造形するための経路とが連続する経路となるように造形データが生成されている。そのため、ステップＳ２２０では、ステップＳ２１０において吐出部６０が最終的に移動した位置から、連続して内部領域の形成が開始される。

ステップＳ２３０において、制御部１０１は、全ての層について造形を完了したか否かを判断する。全ての層について造形が完了していなければ、制御部１０１は、次の層、すなわち、現在の層の重力方向上側に隣接する層について、ステップＳ２１０およびステップＳ２２０の処理を繰り返す。上記ステップＳ２１０では、吐出部６０からの造形材料の吐出に先立ち、制御部１０１は、移動機構２３０を制御して、ノズル６１の位置を、ステージ２１０から１層分、上昇させる。全ての層について造形が完了した場合、制御部１０１は、当該三次元造形処理を完了する。なお、上述した三次元造形処理におけるステップＳ２１０およびステップＳ２２０のことを、三次元造形物の製造方法における第３工程ともいう。

以上で説明した第１実施形態における三次元造形装置１００によれば、外殻領域を形成するための第１部分経路と、内部領域を形成するための第２部分経路とに挟まれた隙間部分があっても、第１部分経路において堆積される造形材料の幅が増加するように、造形データが生成されるので、三次元造形物の造形時に、隙間部分を埋めるために吐出部６０を離れた位置から隙間部分に移動させる必要がない。従って、吐出部６０からの造形材料の垂れ下がりによって三次元造形物の造形精度が低下することを抑制できる。

また、本実施形態では、隙間部分を埋めるために、既存の部分経路の幅を大きくすることによって隙間部分を埋めるため、細い幅の部分経路を新たに追加する必要がない。従って、細い線幅によって隙間部分を埋めるよりも、容易に隙間部分を埋めることができる。

また、本実施形態では、外殻領域を造形するための吐出経路と内部領域を造形するための吐出経路とが連続しているので、内部領域と外殻領域とを連続して造形することができる。そのため、それらの領域間を吐出部６０が移動する際に、吐出部６０から造形材料が垂れ下がることがない。従って、三次元造形物の造形精度が低下することを抑制できる。

なお、本実施形態では、隙間部分を埋めるために、図８に示したように、部分経路の幅だけではなく、経路の変更を行っているが、経路の変更は省略してもよい。また、本実施形態では、外殻領域を造形するための吐出経路と内部領域を造形するための吐出経路とを連続させているが、これらは連続させなくてもよい。また、本実施形態では、図９に示したように、隙間部分の幅が変化する場合に、第１部分経路の幅を、隙間部分の幅の変化に従って変化させているが、このような処理は省略してもよく、隙間部分の幅が変化する場合であっても、第１部分経路の幅を、一定の幅だけ拡大するようにしてもよい。

図１１～１３は、本実施形態において造形される層の他の例を示す図である。図１１に示す層には、円の中に直径の異なる３つの円が配置されており、最も外側の円と内側の３つの円との間に造形材料が埋められている。図１１に示した例では、外殻領域が、外周経路ＯＰと、その内側の内周経路ＩＰとで構成されている。そして、内部領域が、形状を段階的に縮小させた多重の閉経路ＣＰによって構成されている。図１１では、内部領域内の隙間はすでに内部領域内の閉経路ＣＰの幅を部分的に大きくすることによって埋められている。上述した外周経路ＯＰ、内周経路ＩＰ、閉経路ＣＰは、いずれも、直線状の部分経路が複数連結することによって構成されている。

図１２には、図１１に示した層において、外殻領域と内部領域との間の隙間部分Ｇ１２が特定された様子を示している。そして、図１３には、図１２に示した隙間部分が、矢印で示すように、外殻領域のうちの内周経路ＩＰに含まれる部分経路の幅を大きくすることによって埋められている様子を示している。つまり、図１１～１３に示した例では、内部領域と外殻領域との間に形成された隙間部分Ｇ１２が、内部領域よりも先に形成される外殻領域の内周経路ＩＰに含まれる部分経路の幅を拡大することによって埋められている。

図１４～１６は、本実施形態において造形される層の更なる他の例を示す図である。これらの図に示した層は、図１１～１３に示した層に対して、内部領域の構成が異なっている。具体的には、図１１～１３に示した例では、内部領域が、形状を段階的に縮小させた多重の閉経路ＣＰによって構成されているのに対して、図１４～１６に示した例では、図６に示した経路と同様に、Ｓ字状に蛇行した経路ＳＰによって構成されている。図１５は、図１３と同様に、図１４に示した層において、外殻領域と内部領域との間の隙間部分Ｇ１３を特定した様子を示しており、図１６は、図１５に示した隙間部分Ｇ１３が、外殻領域のうちの内周経路ＩＰに含まれる部分経路の幅を大きくすることによって埋められている様子を示している。

図１３および図１６には、外周経路ＯＰ同士の隙間部分に、新たな部分経路が設定された箇所Ｂ１と、外周経路ＯＰ同士に挟まれた隙間部分を埋めるために、最も外側に位置する外周経路ＯＰの幅が大きく設定されている箇所Ｂ２とが示されている。このように、データ生成部１０２は、外周経路ＯＰ同士の間の隙間部分を埋めるために、新たな部分経路を追加することや、外殻領域のうちの内周経路ＩＰではなく、外周経路ＯＰに含まれる部分経路の幅を大きくすることも可能である。

外周経路ＯＰ同士の間に隙間部分が存在する場合、その隙間部分を埋めるために幅を大きくする部分経路は選択可能であってもよい。例えば、三次元造形物の外観を優先する場合には、内側経路に含まれる部分経路の幅を大きくし、三次元造形物の内部形状の精度を優先する場合には、外側経路に含まれる部分経路の幅を大きくする。このような選択は、例えば、外観優先モードおよび内部優先モードといったモードを用意し、ユーザーが制御部１０１に、利用するモードを設定することで実現可能である。

Ｂ．第２実施形態：
図１７および図１８は、第２実施形態における三次元造形物の１つの層の平面形状の例を示す図である。図１７には、図６と同様に、外殻領域を造形するための外殻造形データＺＤ１が、最も外側の吐出経路とその内側１周分の吐出経路によって構成されている例を示している。これらの吐出経路は、外殻領域を造形するための複数の部分経路ＰＰ１を含む。それぞれの部分経路ＰＰ１には、ステージ２１０に堆積される造形材料が予め定められた基準幅Ｓｓとなる量の吐出量が吐出制御データとして対応付けられる。

図１７には、図６と同様に、内部領域を造形するための内部造形データＺＤ２が、Ｓ字状に蛇行した吐出経路によって表されている例を示している。内部領域を埋める吐出経路は、複数の部分経路ＰＰ２を含む。それぞれの部分経路ＰＰ２には、ステージ２１０に堆積される造形材料が予め定められた基準幅Ｓｓとなる量の吐出量が吐出制御データとして対応付けられる。

本実施形態においても、図５に示したステップＳ１３０において、データ生成部１０２は、外殻造形データと内部造形データとを含む第１データに基づき、各部分経路の配置および幅を解析することによって、第１部分経路と、第１部分経路よりも後に吐出部６０から造形材料が吐出される第２部分経路との間に挟まれた隙間部分を特定する。第１実施形態と同様に、第１部分経路は、外殻領域を造形するための経路の一部であり、第２部分経路は、内部領域を造形するための経路の一部である。データ生成部１０２は、第１部分経路と第２部分経路とによって挟まれた隙間部分であって、以下の関係（２）を満たす隙間部分を特定する。
Ｗ＞Ｓｍａｘ－Ｓｓ ・・・（２）
Ｗは、隙間部分の幅であり、Ｓｓは、各部分経路において堆積させる造形材料の基準幅であり、Ｓｍａｘは、開閉機構７０の制御によって各部分経路において堆積させることが可能な造形材料の最大幅である。

上記関係（２）によれば、隙間部分の片側に隣接する基準幅Ｓｓの部分経路の幅を、最大幅Ｓｍａｘまで拡大したとしても、埋まりきれない隙間部分が特定されることになる。図１７には、外殻造形データＺＤ１に含まれる第１部分経路Ｒ１と、内部造形データＺＤ２に含まれる第２部分経路Ｒ２との間に、これらの部分経路に沿って、上記関係を満たす幅Ｗ２の隙間部分Ｇ２が特定された例を示している。この幅Ｗ２は、図６に示した幅Ｗ１よりも大きな幅である。

本実施形態では、上記関係（２）を満たす隙間部分を特定すると、更に、特定された隙間部分の中から、第１部分経路Ｒ１よりも先に吐出部６０から造形材料が吐出され、第１部分経路Ｒ１に隣接する第３部分経路Ｒ３が存在する隙間部分を特定する。つまり、本実施形態では、図５のステップＳ１３０において、上記関係（２）を満たし、かつ、第１部分経路Ｒ１よりも先に吐出部６０から造形材料が吐出され第１部分経路Ｒ１に隣り合う第３部分経路Ｒ３が存在するという条件を満たす隙間部分を特定する。本実施形態において、第１部分経路Ｒ１および第３部分経路Ｒ３は、ともに、外殻領域を造形するための経路の一部である。特に、本実施形態では、第３部分経路Ｒ３は、外殻領域の最外周を造形するための経路の一部であり、第１部分経路Ｒ１は、外殻領域の最外周と、内部領域との間に位置する経路の一部である。

本実施形態において、図５のステップＳ１５０におけるデータ変更処理では、図１８に示すように、第２部分経路Ｒ２よりも先に造形材料が吐出される第１部分経路Ｒ１および第３部分経路Ｒ３においてステージ２１０の上方に堆積させる造形材料の幅を増加するように、第１部分経路Ｒ１および第３部分経路Ｒ３に対応する吐出制御データを変更することによって、第１データから第２データを生成する。図１８に示した例では、データ生成部１０２は、隙間部分Ｇ２を挟む第１部分経路Ｒ１および第２部分経路Ｒ２のうち先に造形材料が吐出されることになる第１部分経路Ｒ１と、第１部分経路Ｒ１よりも先に造形材料が吐出され、第１部分経路Ｒ１に隣接する第３部分経路Ｒ３との造形材料のそれぞれの幅を、基準幅Ｓｓから、基準幅Ｓｓに隙間部分の幅Ｗ２の１／２を加算した幅まで増加するように、第１部分経路Ｒ１と第３部分経路Ｒ３とのそれぞれの吐出制御データが表す吐出量を増加させる。こうすることにより、隙間部分Ｇ２を、第１部分経路Ｒ１と第２部分経路Ｒ２との幅をそれぞれ増加させることによって埋めることができる。

第１部分経路Ｒ１および第３部分経路Ｒ３の両方の幅を大きくするのに伴い、ステップＳ１５０では、隙間部分Ｇ２の形状に応じて、第１部分経路Ｒ１および第３部分経路Ｒ３の経路の変更も行ってもよい。図１８に示した例では、破線で示す第１部分経路Ｒ１および第３部分経路Ｒ３の経路の位置が、図１７に示した経路の位置よりも、＋Ｙ方向に移動されている。こうすることにより、隙間部分を精度よく埋めることができる。また、隙間部分の形状が、図９の上部に示したように矩形状でない場合には、第１部分経路Ｒ１および第３部分経路Ｒ３の両方を、それぞれ複数の部分経路に分割して、図９の下部に示したように、分割された各部分経路の幅を、隙間部分の形状に応じて増加させてもよい。

以上で説明した第２実施形態によれば、第２部分経路よりも先に造形される第１部分経路および第３部分経路の両方の部分経路において堆積される造形材料の幅を増加させることによって、大きな隙間部分を埋めることができる。つまり、隙間部分が、第１部分経路の幅を増加させるだけでは埋め切れない場合に、第１部分経路の外周側の第３部分経路の幅をも増加させることによって、その隙間部分を埋めることができる。そのため、三次元造形物の造形精度を高めることができる。

また、本実施形態では、幅を増加させる第１部分経路および第３部分経路は、ともに、外殻領域を造形するための経路の一部であるので、外殻領域と内部領域との間の隙間部分を、外殻領域を造形するための経路において堆積される造形材料の幅を増加させることによって埋めることができる。

Ｃ．他の実施形態：
（Ｃ－１）上記実施形態において、２つの部分経路の間に隙間部分が特定された場合には、先に造形される外側の部分経路よりも、後に造形される内側の部分経路の線幅を変化させることを優先してもよい。より具体的には、図５に示したステップＳ１３０において内部領域と外殻領域との間に隙間部分が特定された場合に、データ生成部１０２は、まず、内部領域に含まれる第２部分経路の幅を優先して増加させ、それにより隙間部分が埋まりきらない場合に限って、外殻領域に含まれる第１部分経路の幅が増加するように、第１部分経路に対応する吐出制御データを変更して、第１データから第２データを生成してもよい。こうすることにより、外殻領域を構成する部分経路の幅を変更することが抑制されるので、隙間部分を埋めるために三次元造形物の外観形状が変化することを抑制できる。このような処理は、内部領域と外殻領域との間の隙間部分に限らず、内部領域内の隙間部分や、外殻領域内の隙間部分を埋める場合にも適用可能である。

（Ｃ－２）上記実施形態において、図５に示したステップＳ１３０において、第１部分経路と第２部分経路との間に隙間部分が特定された場合であっても、第１部分経路が、外殻領域の最外周を造形するための経路の一部であった場合、データ生成部１０２は、第１部分経路に対応する吐出制御データを変更せずに、第１データから第２データを生成してもよい。つまり、第１部分経路が、外殻領域の最外周を造形する経路の一部であった場合には、データ生成部１０２は、第１部分経路の幅を増加させなくてもよい。こうすることにより、隙間部分を埋めるために三次元造形物の外観形状が変化することを抑制できる。

（Ｃ－３）上記実施形態において、データ生成部１０２は、外殻領域と内部領域との間の隙間部分を埋めている。これに対して、データ生成部１０２は、内部領域内に形成される隙間部分を埋めてもよい。すなわち、内部領域を形成するための２つの部分経路のうち、先に造形材料が吐出される部分経路において造形材料の幅を増加させることで、それら２つの部分経路に挟まれる隙間部分を埋めるように第１データから第２データを生成してもよい。また、データ生成部１０２は、外殻領域内に形成される隙間部分を埋めてもよい。すなわち、外殻領域を形成するための２つの部分経路のうち、先に造形材料が吐出される部分経路において造形材料の幅を増加させることで、それら２つの部分経路に挟まれる隙間部分を埋めるように第１データから第２データを生成してもよい。

（Ｃ－４）上記実施形態では、外殻造形データにより三次元造形物の外殻領域が造形され、内部造形データにより内部領域が造形されるものとしている。これに対して、造形データは、外殻造形データと内部造形データとに区別されていなくてもよい。三次元造形物は、単一種類の造形データによって造形されてもよい。

（Ｃ－５）上記実施形態では、造形データに含まれる吐出制御データには、造形材料の吐出量を表す情報が含まれており、その吐出量を増加させることによって、ステージ２１０上に堆積される造形材料の幅を増加させている。これに対して、吐出制御データには、吐出部６０の移動速度を表す移動速度情報が含まれてもよい。この場合、図５のステップＳ１５０に示したデータ変更処理では、第１部分経路に対応付けられた移動速度を遅くすることによって、ステージ２１０に堆積される造形材料の幅を増加させることができる。この場合、各部分経路の造形にあたり、単位時間に吐出される造形材料の量は一定であることが好ましい。ただし、造形材料の吐出量と吐出部６０の移動速度の両方を調整することによって、ステージ２１０に堆積される造形材料の幅を調整することも可能である。

（Ｃ－６）上記実施形態において、造形部１１０は、フラットスクリュー４０によって材料を可塑化している。これに対して造形部１１０は、例えば、インラインスクリューを回転させることによって材料を可塑化するものであってもよい。また、造形部１１０として、熱溶解積層法に用いられるヘッドを採用してもよい。

（Ｃ－７）上記実施形態において、開閉機構７０は、ピストンが流路６５内に突出して流路６５を閉塞するプランジャーを用いた機構や、流路６５に交差する方向に移動して流路６５を閉塞するシャッターを用いた機構によって構成してもよい。開閉機構７０は、上記実施形態のバタフライバルブや、上述のシャッター機構、プランジャー機構のうちの２つ以上を組み合わせて構成してもよい。また、開閉機構７０ではなく、フラットスクリュー４０の回転数を制御することによって、造形材料の吐出量を制御してもよい。

（Ｃ－８）上記実施形態では、材料供給部２０に供給される原材料として、ペレット状のＡＢＳ樹脂の材料が用いられる。これに対して、三次元造形装置１００は、例えば、熱可塑性を有する材料や、金属材料、セラミック材料等の種々の材料を主材料として三次元造形物を造形することができる。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、造形材料生成部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に熱が加わり溶融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、下記の熱可塑性樹脂材料を用いることができる。
＜熱可塑性樹脂材料の例＞
ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリ乳酸樹脂（ＰＬＡ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、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などのエンジニアリングプラスチック。

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、造形材料生成部３０において、フラットスクリュー４０の回転とヒーター５８の加熱によって可塑化されて溶融した状態に転化される。熱可塑性を有する材料の溶融によって生成された造形材料は、ノズル６１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６１から射出されることが望ましい。例えば、ＡＢＳ樹脂は、ガラス転移点が約１２０℃であり、ノズル６１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６１の周囲にはヒーターが設けられてもよい。

三次元造形装置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、以下の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、下記の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、原材料として造形材料生成部３０に投入されることが望ましい。
＜金属材料の例＞
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。
＜前記合金の例＞
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。

三次元造形装置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使用可能である。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２１０に配置された造形材料は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に原材料として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、上で例示したような熱可塑性樹脂、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、造形材料生成部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に原材料として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、以下のような溶剤を添加することもできる。溶剤は、下記の中から選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
＜溶剤の例＞
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。

その他に、材料供給部２０に原材料として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、以下のようなバインダーを添加することもできる。
＜バインダーの例＞
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又は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）或いはその他の熱可塑性樹脂。

Ｄ．他の形態：
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、以下に記載する各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

（１）本開示の第１の形態によれば、吐出部からステージに向けて造形材料を吐出させて層を積層することで三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法が提供される。この製造方法は、前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有し、かつ、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する第１データに基づいて、第１部分経路と、前記第１部分経路よりも後に前記吐出部から前記造形材料が吐出される第２部分経路との間に挟まれた隙間部分を特定する第１工程と、前記隙間部分が特定された場合、前記第１部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の幅が増加するように、前記第１部分経路に対応する前記吐出制御データを変更して、前記第１データから第２データを生成する第２工程と、前記第２データに従って前記吐出部を制御して前記三次元造形物を造形する第３工程と、を備える。
このような形態によれば、第１部分経路と、第１部分経路よりも後に造形材料が吐出される第２部分経路とに挟まれた隙間部分があっても、先に造形材料が吐出される第１部分経路において、ステージの上方に堆積される造形材料の幅が増加するように、造形データが生成されるので、三次元造形物の造形時に、隙間部分を埋めるために、吐出部を離れた位置から隙間部分に移動させる必要がない。従って、吐出部からの造形材料の垂れ下がりによって三次元造形物の造形精度が低下することを抑制できる。

（２）上記形態において、前記第１部分経路は、前記三次元造形物の外殻に沿った外殻領域を造形するための経路の一部であり、前記第２部分経路は、前記三次元造形物のうちの前記外殻領域以外の領域である内部領域を造形するための経路の一部であってもよい。
このような形態によれば、三次元造形物の外殻に沿った外殻領域と、外殻領域以外の領域である内部領域との間の隙間部分を、外殻領域を造形するための第１部分経路においてステージの上方に堆積される造形材料の幅を増加させることで埋めることができる。

（３）上記形態において、前記第２工程では、前記外殻領域を造形するための経路と前記内部領域を造形するための経路とが連続する経路となるように前記第２データを生成してもよい。
このような形態によれば、三次元造形物の外殻領域と内部領域とを連続して造形することができるので、吐出部からの造形材料の垂れ下がりによって三次元造形物の造形精度が低下することをより効果的に抑制できる。

（４）上記形態において、前記第２工程では、前記第１部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の幅が、前記隙間部分の幅の変化に従って変化するように、前記第２データを生成してもよい。
このような形態によれば、隙間部分を精度よく埋めることができる。

（５）上記形態において、各前記部分経路において前記ステージの上方に堆積させる前記造形材料の基準幅Ｓｓと、各前記部分経路において前記ステージに堆積させることが可能な前記造形材料の最大幅Ｓｍａｘと、前記隙間部分の幅Ｗと、が、Ｗ≦Ｓｍａｘ－Ｓｓの関係を満たす場合、前記第２工程では、前記第１部分経路および前記第２部分経路のうちの前記第１部分経路に対応する前記吐出制御データを変更して、前記第１データから第２データを生成してもよい。
このような形態によれば、第１部分経路において堆積される造形材料の幅を増加させることによって効率的に隙間部分を埋めることができる。

（６）上記形態において、各前記部分経路において前記ステージの上方に堆積させる前記造形材料の基準幅Ｓｓと、各前記部分経路において前記ステージに堆積させることが可能な前記造形材料の最大幅Ｓｍａｘと、前記隙間部分の幅Ｗと、が、Ｗ＞Ｓｍａｘ－Ｓｓの関係を満たし、かつ、前記第１部分経路よりも先に前記吐出部から前記造形材料が吐出され前記第１部分経路に隣り合う第３部分経路がある場合、前記第２工程では、前記第１部分経路および前記第３部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の幅が増加するように、前記第１部分経路および前記第３部分経路に対応する前記吐出制御データを変更して、前記第１データから第２データを生成してもよい。
このような形態によれば、第２部分経路よりも先に造形される第１部分経路および第３部分経路の両方の部分経路において堆積される造形材料の幅を増加させることによって、大きな隙間部分を埋めることができる。

（７）上記形態において、前記第２工程では、前記隙間部分の形状に応じて、前記第１データに含まれる前記第１部分経路および前記第３部分経路の経路を変更して、前記第２データを生成してもよい。
このような形態によれば、隙間部分を精度よく埋めることができる。

（８）上記形態において、前記第１部分経路および前記第３部分経路は、ともに、前記三次元造形物の外殻に沿った外殻領域を造形するための経路の一部であってもよい。
このような形態によれば、外殻領域と内部領域との間の隙間部分を、外殻領域を造形するための経路において堆積される造形材料の幅を増加させることによって埋めることができる。

（９）上記形態において、前記第２工程では、前記第２部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の幅を優先して増加させても前記隙間部分が埋まらない場合に、前記第１部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の幅が増加するように、前記第１部分経路に対応する前記吐出制御データを変更して、前記第１データから第２データを生成してもよい。
このような形態によれば、先に造形される第１部分経路よりも後に造形される第２部分経路の幅を優先的に増加させることができるので、例えば、第１部分経路が、外殻領域を造形するための経路であり、第２部分経路が、内部領域を造形するための経路であった場合には、三次元造形物の外観形状が変化することを抑制できる。

（１０）上記形態において、前記第２工程では、前記隙間部分が特定された場合であっても、前記第１部分経路が、前記三次元造形物の外殻に沿った外殻領域の最外周を造形するための経路の場合、前記第１部分経路に対応する前記吐出制御データを変更せずに、前記第１データから第２データを生成してもよい。
このような形態によれば、隙間部分を埋めるために三次元造形物の外観形状が変化することを抑制できる。

（１１）本開示の第２の形態によれば、吐出部からステージに向けて造形材料を吐出させて層を積層するためのデータを生成する情報処理装置が提供される。この情報処理装置は、前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有し、かつ、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する第１データに基づいて、第１部分経路と、前記第１部分経路よりも後に前記吐出部から前記造形材料が吐出される第２部分経路との間に挟まれた隙間部分を特定し、前記隙間部分が特定された場合、前記第１部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の幅が増加するように、前記第１部分経路に対応する前記吐出制御データを変更して、前記第１データから第２データを生成するデータ生成部、を備える。

（１２）本開示の第３の形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、ステージと、前記ステージに向けて造形材料を吐出する吐出部と、前記ステージに対して前記吐出部を移動させる移動機構と、第１データから第２データを生成するデータ生成部と、前記第２データに従って前記吐出部と前記移動機構とを制御して前記ステージ上に三次元造形物を造形する制御部と、を備え、前記データ生成部は、前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有し、かつ、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する前記第１データに基づいて、第１部分経路と、前記第１部分経路よりも後に前記吐出部から前記造形材料が吐出される第２部分経路との間に挟まれた隙間部分を特定し、前記隙間部分が特定された場合、前記第１部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の幅が増加するように、前記第１部分経路に対応する前記吐出制御データを変更して、前記第１データから前記第２データを生成する。

２０…材料供給部、２２…連通路、３０…造形材料生成部、３１…スクリューケース、３２…駆動モーター、４０…フラットスクリュー、４２…溝部、４３…凸条部、４４…材料流入口、４６…中央部、４７…上面、４８…下面、５０…スクリュー対面部、５２…上面、５４…案内溝、５６…連通孔、５８…ヒーター、６０…吐出部、６１…ノズル、６２…吐出口、６５…流路、７０…開閉機構、７２…駆動軸、７３…弁体、７４…バルブ駆動部、１００…三次元造形装置、１０１…制御部、１０２…データ生成部、１１０…造形部、２１０…ステージ、２１１…造形面、２３０…移動機構

Claims (12)

1. 吐出部からステージに向けて造形材料を吐出させて層を積層することで三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
   前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有し、かつ、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する第１データに基づいて、第１部分経路と、前記第１部分経路よりも後に前記吐出部から前記造形材料が吐出される第２部分経路との間に挟まれた隙間部分を特定する第１工程と、
   前記隙間部分が特定された場合、前記第１部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の幅が増加するように、前記第１部分経路に対応する前記吐出制御データを変更して、前記第１データから第２データを生成する第２工程と、
   前記第２データに従って前記吐出部を制御して前記三次元造形物を造形する第３工程と、
   を備える三次元造形物の製造方法。
2. 請求項１に記載の三次元造形物の製造方法であって、
   前記第１部分経路は、前記三次元造形物の外殻に沿った外殻領域を造形するための経路の一部であり、
   前記第２部分経路は、前記三次元造形物のうちの前記外殻領域以外の領域である内部領域を造形するための経路の一部である、三次元造形物の製造方法。
3. 請求項２に記載の三次元造形物の製造方法であって、
   前記第２工程では、前記外殻領域を造形するための経路と前記内部領域を造形するための経路とが連続する経路となるように前記第２データを生成する、三次元造形物の製造方法。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法であって、
   前記第２工程では、前記第１部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の幅が、前記隙間部分の幅の変化に従って変化するように、前記第２データを生成する、三次元造形物の製造方法。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法であって、
   各前記部分経路において前記ステージの上方に堆積させる前記造形材料の基準幅Ｓｓと、各前記部分経路において前記ステージに堆積させることが可能な前記造形材料の最大幅Ｓｍａｘと、前記隙間部分の幅Ｗと、が、
   Ｗ≦Ｓｍａｘ－Ｓｓ
   の関係を満たす場合、前記第２工程では、前記第１部分経路および前記第２部分経路のうちの前記第１部分経路に対応する前記吐出制御データを変更して、前記第１データから第２データを生成する、三次元造形物の製造方法。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法であって、
   各前記部分経路において前記ステージの上方に堆積させる前記造形材料の基準幅Ｓｓと、各前記部分経路において前記ステージに堆積させることが可能な前記造形材料の最大幅Ｓｍａｘと、前記隙間部分の幅Ｗと、が、
   Ｗ＞Ｓｍａｘ－Ｓｓ
   の関係を満たし、かつ、前記第１部分経路よりも先に前記吐出部から前記造形材料が吐出され前記第１部分経路に隣り合う第３部分経路がある場合、前記第２工程では、前記第１部分経路および前記第３部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の幅が増加するように、前記第１部分経路および前記第３部分経路に対応する前記吐出制御データを変更して、前記第１データから第２データを生成する、三次元造形物の製造方法。
7. 請求項６に記載の三次元造形物の製造方法であって、
   前記第２工程では、前記隙間部分の形状に応じて、前記第１データに含まれる前記第１部分経路および前記第３部分経路の経路を変更して、前記第２データを生成する、三次元造形物の製造方法。
8. 請求項６または請求項７に記載の三次元造形物の製造方法であって、
   前記第１部分経路および前記第３部分経路は、ともに、前記三次元造形物の外殻に沿った外殻領域を造形するための経路の一部である、三次元造形物の製造方法。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法であって、
   前記第２工程では、前記第２部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の幅を優先して増加させても前記隙間部分が埋まらない場合に、前記第１部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の幅が増加するように、前記第１部分経路に対応する前記吐出制御データを変更して、前記第１データから第２データを生成する、三次元造形物の製造方法。
10. 請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法であって、
    前記第２工程では、前記隙間部分が特定された場合であっても、前記第１部分経路が、前記三次元造形物の外殻に沿った外殻領域の最外周を造形するための経路の場合、前記第１部分経路に対応する前記吐出制御データを変更せずに、前記第１データから第２データを生成する、三次元造形物の製造方法。
11. 吐出部からステージに向けて造形材料を吐出させて層を積層するためのデータを生成する情報処理装置であって、
    前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有し、かつ、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する第１データに基づいて、第１部分経路と、前記第１部分経路よりも後に前記吐出部から前記造形材料が吐出される第２部分経路との間に挟まれた隙間部分を特定し、
    前記隙間部分が特定された場合、前記第１部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の幅が増加するように、前記第１部分経路に対応する前記吐出制御データを変更して、前記第１データから第２データを生成する
    データ生成部、
    を備える情報処理装置。
12. ステージと、
    前記ステージに向けて造形材料を吐出する吐出部と、
    前記ステージに対して前記吐出部を移動させる移動機構と、
    第１データから第２データを生成するデータ生成部と、
    前記第２データに従って前記吐出部と前記移動機構とを制御して前記ステージ上に三次元造形物を造形する制御部と、
    を備え、
    前記データ生成部は、
    前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有し、かつ、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する前記第１データに基づいて、第１部分経路と、前記第１部分経路よりも後に前記吐出部から前記造形材料が吐出される第２部分経路との間に挟まれた隙間部分を特定し、
    前記隙間部分が特定された場合、前記第１部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の幅が増加するように、前記第１部分経路に対応する前記吐出制御データを変更して、前記第１データから前記第２データを生成する、
    三次元造形装置。

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