JP2022142102A - 造形データ生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実行した際に、成形精度の高い造形物の製造が可能な造形データを生成することができる造形データ生成装置を提供すること。【解決手段】造形材料を造形テーブルに向かって吐出するノズルと、前記ノズルからの前記造形材料の吐出条件を調整する吐出条件調整部と、前記造形テーブルと前記ノズルとの位置関係を調整する位置調整部と、を備える三次元造形装置に入力される造形データを生成するデータ生成装置であって、前記造形テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動方向、および、前記造形テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動距離に関する情報を含むパスデータに、前記吐出条件調整部を駆動させるための調整コマンドを追加する補正を行い前記造形データを生成する造形データ生成部を備えることを特徴とする造形データ生成装置。【選択図】図７

Description

本発明は、造形データ生成装置に関する。

立体的な造形物を生成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、三次元造形装置として、ノズルから溶融材料を吐出し、吐出した溶融材料を硬化させることにより立体的な造形物を生成する積層造形システムが開示されている。

また、特許文献１に記載されている積層造形システムでは、造形中、リアルタイムで現在のノズルの位置情報を取得し、その位置情報に基づいて溶融材料の流量を調整している。これにより、ノズルの移動速度に応じて吐出量を調整することができ、造形物の成形精度を高めている。

特表２０１７－５２８３４０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている積層造形システムでは、移動経路の情報や、移動速度の情報を取得してから吐出量を調整するコマンドを発行するまでに、タイムラグが生じることとなる。このタイムラグにより、所望の位置に所望の吐出量で溶融材料を吐出することができず、造形物の成形精度が低下するおそれがある。

本発明の造形データ生成装置は、造形材料を造形テーブルに向かって吐出するノズルと、
前記ノズルからの前記造形材料の吐出条件を調整する吐出条件調整部と、
前記造形テーブルと前記ノズルとの位置関係を調整する位置調整部と、を備える三次元造形装置に入力される造形データを生成するデータ生成装置であって、
前記造形テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動方向、および、前記造形テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動距離に関する情報を含むパスデータに、前記吐出条件調整部を駆動させるための調整コマンドを追加する補正を行い前記造形データを生成する造形データ生成部を備えることを特徴とする。

図１は、三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。 図２は、吐出制御機構および吸引部の構成を模式的に示す図である。 図３は、フラットスクリューの下面側の構成を示す概略斜視図である。 図４は、スクリュー対面部の上面側を示す概略平面図である。 図５は、三次元造形物が造形される様子を模式的に示す図である。 図６は、本発明の造形データ生成装置の第１実施形態のブロック図である。 図７は、図６に示す造形データ生成装置が備える造形データ生成部を模式的に示したブロック図である。 図８は、図６に示す造形データ生成装置に入力される第１造形データを示す図である。 図９は、図６に示す造形データ生成装置が生成する第２造形データを示す図である。 図１０は、図１に示す三次元造形装置が第２造形データを用いて造形物を製造する際のフローチャートである。 図１１は、本発明の造形データ生成装置の第２実施形態のブロック図である。 図１２は、図１１に示す造形データ生成部が実行する制御動作の一例を説明するためのフローチャートである。

＜第１実施形態＞
図１は、三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。図２は、吐出制御機構および吸引部の構成を模式的に示す図である。図３は、フラットスクリューの下面側の構成を示す概略斜視図である。図４は、スクリュー対面部の上面側を示す概略平面図である。図５は、三次元造形物が造形される様子を模式的に示す図である。図６は、本発明の造形データ生成装置の第１実施形態のブロック図である。図７は、図６に示す造形データ生成装置が備える造形データ生成部を模式的に示したブロック図である。図８は、図６に示す造形データ生成装置に入力される第１造形データを示す図である。図９は、図６に示す造形データ生成装置が生成する第２造形データを示す図である。図１０は、図１に示す三次元造形装置が第２造形データを用いて造形物を製造する際のフローチャートである。

以下、造形データ生成装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、図１～図５では、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、各軸の矢印の先端側を「＋」側とし、各軸の矢印の基端側を「－」側としている。また、Ｘ軸に沿った方向（以下、「Ｘ軸方向」と言う）およびＹ軸に沿った方向（以下、「Ｙ軸方向」と言う）は、水平方向に沿った方向であり、Ｚ軸方向は、鉛直上向きの方向である。

まず、三次元造形装置１００について説明する。
三次元造形装置１００は、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造形テーブル２１０と、造形材料の吐出位置を制御する位置調整部２３０と、を備える。

制御部１０１は、造形データ生成装置１が生成した第２造形データに基づいて、三次元造形装置１００全体の動作を制御し、三次元造形物を造形する造形処理を実行する。制御部１０１は、少なくとも１つのプロセッサーと、主記憶装置と、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。なお、制御部１０１の機能の一部を、ハードウェア回路により実現するようにしてもよい。

造形部１１０は、制御部１０１の制御下において、溶融されたペースト状の造形材料を造形テーブル２１０上の目標位置に吐出する。造形部１１０は、造形材料に転化される前の材料ＭＲの供給源である材料供給部２０と、材料ＭＲを造形材料へと転化させる可塑化部３０と、造形材料をテーブルに向けて吐出する吐出口６２を有するノズル６１と、ノズル６１からの造形材料の吐出量を制御する吐出制御機構７０と、造形材料を吸引して一時的に貯留する吸引部７５と、を備える。

材料供給部２０は、可塑化部３０に、造形材料を生成するための材料ＭＲを供給する。材料供給部２０は、例えば、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、連通路２２を介して、可塑化部３０に接続されている。材料ＭＲは、例えば、ペレットや粉末等の形態で材料供給部２０に投入される。材料ＭＲの詳細については後述する。

可塑化部３０は、材料供給部２０から供給された材料ＭＲの少なくとも一部を可塑化して流動性を発現させたペースト状の造形材料を生成し、ノズル６１へと導く。可塑化部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、「スクロール」とも呼ばれる。スクリュー対面部５０は、「バレル」とも呼ばれる。可塑化部３０は、材料ＭＲの全部を可塑化してもよいし、例えば、材料ＭＲが複数の成分を含む場合には、その一部の成
分を可塑化してもよい。また、このような可塑化部３０は、吐出条件調整部２００に含まれていてもよい。

フラットスクリュー４０は、その中心軸ＲＸに沿った高さが直径よりも小さい略円柱状をなしている。本実施形態において、フラットスクリュー４０は、その中心軸ＲＸがＺ軸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内において中心軸ＲＸを中心に回転する。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の下面４８には、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の側面から溝部４２に連通する。

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に面している。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。この空間には、材料供給部２０から材料ＭＲが供給される。フラットスクリュー４０および溝部４２の具体的な構成については後述する。このようなフラットスクリュー４０および駆動モーター３２は、吐出条件調整部２００の一部を構成する。

スクリュー対面部５０には、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。フラットスクリュー４０の溝部４２に供給された材料ＭＲは、溝部４２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に流入したペースト状の造形材料は、スクリュー対面部５０の中心に設けられた連通孔５６を介してノズル６１に供給される。なお、造形材料において、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。

ノズル６１は、可塑化部３０とノズル６１とをつなぐ流路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、可塑化部３０において生成された造形材料を、先端の吐出口６２から造形テーブル２１０に向かって吐出する。本実施形態では、流路６５はＺ軸方向に沿って延びており、流路６５とノズル６１とはＺ軸方向に沿って配列されている。

造形テーブル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。本実施形態では、ノズル６１の吐出口６２に対向する造形テーブル２１０の上面２１１は、水平に、つまり、Ｘ，Ｙ軸方向に平行に、配置される。

位置調整部２３０は、造形テーブル２１０とノズル６１との相対的な位置を変更可能に構成されている。本実施形態では、ノズル６１の位置が固定されており、位置調整部２３０は、造形テーブル２１０を移動させる。位置調整部２３０は、３つのモーターの駆動力によって、造形テーブル２１０をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の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。位置調整部２３０は、制御部１０１の制御下において、ノズル６１と造形テーブル２１０との相対的な位置関係を変更する。

なお、他の実施形態では、位置調整部２３０によって造形テーブル２１０を移動させる構成の代わりに、造形テーブル２１０の位置が固定された状態で、位置調整部２３０が造形テーブル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、位置調整部２３０によって造形テーブル２１０をＺ軸方向に移動させ、ノズル６１をＸ，Ｙ軸方向に移動させる構成や、位置調整部２３０によって造形テーブル２１０をＸ，Ｙ軸方向に移動させ、ノズル６１をＺ軸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と造形テーブル２１０との相対的な位置関係が変更可能である。

以下においては、特に断らない限り、「ノズル６１の移動」あるいは「ノズル６１の走査」は、造形テーブル２１０に対するノズル６１の相対的な位置の変化を意味する。また、「ノズル６１の移動速度」というときは、造形テーブル２１０に対するノズル６１の相対的な速度を意味する。

図２は、吐出制御機構７０および吸引部７５の構成を模式的に示す図である。本実施形態では、吐出制御機構７０は、流路６５内で回転することにより流路６５の開度を変化させるバタフライバルブ７２を備える。バタフライバルブ７２は、一方向に延びる軸状部材である駆動軸７３と、駆動軸７３の回転とともに回転する弁部７３ｖと、を備える。駆動軸７３は、流路６５において、造形材料の流れ方向に交差するように取り付けられている。本実施形態では、駆動軸７３は流路６５に対して垂直に横切るように、Ｙ軸方向に平行に配置されている。駆動軸７３は、その中心軸７３ｘを中心に回転可能である。このようなバタフライバルブ７２は、吐出条件調整部２００の一部を構成する。

弁部７３ｖは、流路６５内において回転する板状部である。第１実施形態では、弁部７３ｖは、駆動軸７３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。弁部７３ｖを、その板面に垂直な方向に見たとき、弁部７３ｖ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。

図２において実線で示すように、弁部７３ｖの板面が、流路６５における造形材料の流れ方向に沿っている状態が、流路６５が開かれている状態である。この状態では、バタフライバルブ７２よりノズル６１側への造形材料の流入が許容される。図２において破線で示すように、弁部７３ｖの板面が、流路６５における造形材料の流れ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、バタフライバルブ７２よりノズル６１側への造形材料の流入が遮断され、ノズル６１の吐出口６２からの造形材料の吐出が停止される。制御部１０１は、バタフライバルブ７２の回転角度を制御することによって、可塑化部３０からノズル６１に流れる造形材料の流量、つまり、ノズル６１から吐出される造形材料の流量を調整することができる。

図１に示す第１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。第１駆動部７４は、制御部１０１の制御下において、駆動軸７３を回転させて弁部７３ｖの回転角度を調整することにより、ノズル６１からの造形材料の吐出量を制御する。

吸引部７５は、流路６５において吐出制御機構７０と吐出口６２との間に接続されている。吸引部７５は、流路６５中の造形材料を吸引して一時的に貯留する。本実施形態において、吸引部７５は、流路６５に接続されている副流路７７と、副流路７７内において移動する弁体７８と、を備えるプランジャーとして構成されている。吸引部７５は、副流路７７内で弁体７８を移動させることにより負圧を発生させ、造形材料を吸引する。副流路７７は、流路６５の側方に向かって直線状に延びている。弁体７８は、副流路７７に沿って延びる棒状の部材によって構成され、副流路７７内を往復移動可能に配置されている。

図１に図示す吸引部７５を駆動させる第２駆動部７６は、制御部１０１の制御下において、副流路７７内での弁体７８の位置を変化させる。第２駆動部７６は、例えば、ステッピングモーターと、ステッピングモーターの回転力を弁体７８の並進運動に変換するラックアンドピニオン機構やボールねじ機構とによって構成される。

本実施形態では、上記のように、吸引部７５は、吐出制御機構７０と吐出口６２との間に接続されている。つまり、吐出制御機構７０からノズル６１までの距離よりも、吸引部７５からノズル６１までの距離の方が近い。従って、本実施形態では、造形材料の吐出あるいは停止に関する吸引部７５の応答性は、吐出制御機構７０の応答性よりも優れている。

第２駆動部７６は、ノズル６１から造形材料が吐出されている際には、図２に示すように、弁体７８を、その端部が流路６５に面する位置に位置させ、副流路７７への造形材料の流入を遮断する。ノズル６１からの造形材料の吐出を停止させる際には、第２駆動部７６は、図２において破線で示す位置へと、弁体７８を流路６５から離れる方向に移動させる。これにより、副流路７７において流路６５に連通している空間の容積が増大し、流路６５から副流路７７へと造形材料が引き込まれて、ノズル６１から吐出されている造形材料が尾切りされる。

本実施形態において、制御部１０１は、例えば、吐出制御機構７０を制御して、ノズル６１から造形材料の吐出を停止させる場合、吸引部７５に造形材料の吸引を行わせる。また、本実施形態において、制御部１０１は、例えば、ノズル６１から造形材料の吐出を開始あるいは再開させる場合、吸引部７５から吸引部７５に貯留された造形材料の一部を流路６５に送出した後に、ノズル６１の移動を開始させ、吐出制御機構７０を制御して可塑化部３０からノズル６１に造形材料の供給を開始させるとともに吸引部７５から吸引部７５に貯留された残りの造形材料を流路６５に送出させる。こうした制御部１０１の制御内容については後で詳しく説明する。

図３は、フラットスクリュー４０の下面４８側の構成を示す概略斜視図である。図３に、フラットスクリュー４０の中心軸ＲＸの位置を一点鎖線で示す。図１を参照して説明したように、スクリュー対面部５０に対向するフラットスクリュー４０の下面４８には、溝部４２が設けられている。以下、下面４８を、「溝形成面４８」とも呼ぶ。

フラットスクリュー４０の溝形成面４８の中央部４６は、溝部４２の一端が接続されている凹部として構成されている。中央部４６は、図１に示すスクリュー対面部５０の連通孔５６に対向する。第１実施形態では、中央部４６は、中心軸ＲＸと交差する。

フラットスクリュー４０の溝部４２は、いわゆるスクロール溝を構成する。溝部４２は、中央部４６から、フラットスクリュー４０の外周に向かって弧を描くように渦状に延びている。溝部４２は、螺旋状に延びるように構成されてもよい。溝形成面４８には、溝部４２の側壁部を構成し、各溝部４２に沿って延びている凸条部４３が設けられている。

溝部４２は、フラットスクリュー４０の側面に形成された材料流入口４４まで連続している。この材料流入口４４は、材料供給部２０の連通路２２を介して供給された材料ＭＲを受け入れる部分である。

図３に、３つの溝部４２と、３つの凸条部４３と、を有するフラットスクリュー４０の例を示す。フラットスクリュー４０に設けられる溝部４２や凸条部４３の数は、３つには限定されない。フラットスクリュー４０には、１つの溝部４２のみが設けられていてもよいし、２以上の複数の溝部４２が設けられていてもよい。また、溝部４２の数に合わせて任意の数の凸条部４３が設けられていてもよい。

図３には、材料流入口４４が３箇所に形成されているフラットスクリュー４０の例を示す。フラットスクリュー４０に設けられる材料流入口４４の数は、３箇所に限定されない。フラットスクリュー４０には、材料流入口４４が１箇所にのみ設けられていてもよいし、２箇所以上の複数の箇所に設けられていてもよい。

図４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。スクリュー対面部５０の上面５２は、上述したように、フラットスクリュー４０の溝形成面４８に対向する。以下、この上面５２を、「スクリュー対向面５２」とも呼ぶ。スクリュー対向面５２の中心には、造形材料をノズル６１に供給するための上述した連通孔５６が形成されている。

スクリュー対向面５２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。複数の案内溝５４は、フラットスクリュー４０の中央部４６に流入した造形材料を連通孔５６に導く機能を有する。図１を参照して説明したように、スクリュー対面部５０には、ヒーター５８が埋め込まれている。可塑化部３０における材料ＭＲの溶融は、ヒーター５８による加熱と、フラットスクリュー４０の回転と、によって実現される。

図１および図３を参照する。フラットスクリュー４０が回転すると、材料流入口４４から供給された材料ＭＲが、溝部４２に誘導されて、溝部４２内において加熱されながら中央部４６に向かって移動する。材料ＭＲは、中央部４６に近づくほど、溶融し、流動性が高まっていき、造形材料へと転化する。中央部４６に集められた造形材料は、中央部４６で生じる内圧により連通孔５６から流出し、ノズル６１の流路６５へと導かれ、吐出口６２から吐出される。

図５は、三次元造形装置１００によって三次元造形物が造形される様子を模式的に示す図である。三次元造形装置１００では、上述したように、可塑化部３０において造形材料ＭＭが生成される。そして、位置調整部２３０によって、造形テーブル２１０の上面２１１に沿った方向にノズル６１を移動させながら、造形テーブル２１０の上面２１１に向かって、ノズル６１から造形材料ＭＭが吐出される。

ここで、造形テーブル２１０の上面２１１に対してノズル６１が同一の高さ位置にあるとき造形処理によって吐出された造形材料ＭＭによって構成される層を「造形層ＭＬ」と呼ぶ。制御部１０１は、ノズル６１の位置をＺ軸方向に移動させ、これまでの造形処理で形成された造形層ＭＬの上に、次の造形処理によって、さらに造形材料ＭＭ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。つまり、三次元造形装置１００は、造形層ＭＬを何層にも積層することによって三次元造形物を製造する。

造形層ＭＬを形成する際には、ノズル６１の先端の吐出口６２と、ノズル６１の直下の位置近傍においてノズル６１から吐出された造形材料ＭＭが堆積される予定部位ＭＬｔとの間に、下記のギャップＧが保持されていることが望ましい。造形材料ＭＭが造形層ＭＬの上に吐出される場合には、造形材料ＭＭが吐出される予定部位ＭＬｔは、ノズル６１の下に位置する造形層ＭＬの上面である。

ギャップＧの大きさは、ノズル６１の吐出口６２における孔径以上とすることが望ましく、孔径
の１．１倍以上とすることがより好ましい。これにより、ノズル６１の吐出口６２から吐出される造形材料ＭＭが、予定部位ＭＬｔに押しつけられない自由な状態で積層される。

次に、上述した三次元造形装置１００において用いられる三次元造形物の材料について説明する。三次元造形装置１００では、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、可塑化部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、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、可塑化部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からの吐出時には約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吐出するために、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、材料ＭＲとして可塑化部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や、窒化アルミニウムなどの非酸化物セラミック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、造形テーブル２１０に配置された造形材料は焼結によって硬化されてもよい。

材料供給部２０に材料ＭＲ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、可塑化部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に材料ＭＲ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に材料ＭＲ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。

以上、三次元造形装置１００について説明した。
次に、三次元造形装置１００に入力される造形データを生成する造形データ生成装置１について説明する。

図６に示すように、造形データ生成装置１は、造形データ生成部１１と、記憶部１２と、通信部１３と、を有する。

記憶部１２は、造形データ生成部１１が実行可能な各種プログラム等を保存する。記憶部１２としては、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリー、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー、着脱式の外部記憶装置等が挙げられる。通信部１３は、例えば有線ＬＡＮ（Local Area Network）、無線ＬＡＮ等の外部インターフェースを用いて三次元造形装置１００の間でそれぞれ信号の送受信を行う。

造形データ生成部１１は、少なくとも１つのプロセッサーで構成される。また、造形データ生成部１１は、造形データ取得部１１１と、吐出データ取得部１１２と、造形データ補正部１１３と、吐出データ補正部１１４と、を有する。

造形データ取得部１１１は、作業者が図示しない入力装置を用いて入力した第１造形データＤ１を取得する。この第１造形データＤ１は、製造する造形物の形状に関するデータであり、ノズル６１をどの位置に移動させつつ造形材料の吐出を行うかを示すデータである。図８に示すように、第１造形データＤ１は、各目標位置のＸ軸座標およびＹ軸座標と、移動距離と、を含む。なお、図１０および図１２では、Ｘ軸座標およびＹ軸座標を（ｘ,ｙ）で示している。

具体的には、図８に示すように、第１造形データＤ１には、開始位置ＡにおけるＸ軸座標およびＹ軸座標の情報や、目標位置ＢにおけるＸ軸座標、Ｙ軸座標、開始位置Ａからの移動距離の情報が含まれている。このようなデータが、目標位置Ｃ、目標位置Ｄ、それ以降の目標位置および終了位置まで用意されている。

このように、第１造形データＤ１は、造形テーブル２１０に対するノズル６１の相対的な移動方向、および、造形テーブル２１０に対するノズル６１の相対的な移動距離を示すパスデータである。

吐出データ取得部１１２は、吐出データを取得する。吐出データには、図示はしないが、フラットスクリュー４０の回転数に関する情報と、造形材料の加熱温度に関する情報とが含まれる。フラットスクリュー４０の回転数に関する情報は、駆動モーター３２への通電条件に関する情報である。造形材料の加熱温度に関する情報は、ヒーター５８への通電条件に関する情報である。
このような吐出データは、第１造形データＤ１に含まれているととらえてもよい。

造形データ補正部１１３は、第１造形データＤ１に基づいてノズル６１の移動速度を算出する。具体的には、各目標位置間の距離を、予め設定された時間で移動すると仮定して移動速度を算出する。また、後述する吐出データ補正部１１４が作成した調整コマンドを第１造形データＤ１に追加して第２造形データＤ２を生成する。

吐出データ補正部１１４は、吐出データを補正する。本実施形態では、吐出データ補正部１１４は、第１造形データＤ１に、吐出条件調整部２００としての駆動モーター３２を駆動させるための調整コマンドを生成する。そして、この調整コマンドを造形データ補正部１１３が第１造形データＤ１に追加して第２造形データＤ２を生成する。本実施形態では、吐出データ補正部１１４は、各目標位置における吐出量に関するデータを追加する。この際、吐出データ補正部１１４は、予め記憶部１２に記憶されているテーブルまたは検量線に基づいて移動中の吐出量を決定する。そして、吐出データ補正部１１４は、目標位置と目標位置との間の区間ごとに、決定した突出量を吐出データに追加し、記憶部１２に記憶する。なお、吐出データ補正部１１４が行う補正とは、第１造形データＤ１に吐出量に関する情報が含まれている場合には、一部または全部を書き換えて第２造形データＤ２を生成することを言い、第１造形データＤ１に吐出量に関する情報が含まれていない場合には、吐出量に関する情報を第１造形データＤ１に追加して第２造形データＤ２を生成することを言う。

本実施形態では、吐出量の調整は、駆動モーター３２の回転数を調整することによりなされる。例えば、図９に示すように、開始位置Ａから目標位置Ｂの区間では、吐出量がＵ１となるような駆動モーター３２の回転数に設定し、目標位置Ｂから目標位置Ｃの区間では、吐出量がＵ２となるような駆動モーター３２の回転数に設定し、目標位置Ｃから目標位置Ｄの区間では、吐出量がＵ１となるような駆動モーター３２の回転数に設定し、目標位置Ｄから目標位置Ｅの区間では、吐出量がＵ１となるような駆動モーター３２の回転数に設定する。本実施形態では、吐出量Ｕ１および吐出量Ｕ２に対応する駆動モーター３２の回転数に関する情報が記憶部１２に記憶されている。

なお、駆動モーター３２の回転数の設定は、駆動モーター３２の回転数と、ノズル６１の移動速度との関係を示す検量線またはテーブルに基づいてなされる。このような検量線またはテーブルは、予め記憶部１２に記憶されている。

ここで、従来では、造形材料を吐出しつつ、リアルタイムで移動経路の情報や、速度の情報を取得しながら吐出量を調整していた。このため、移動経路の情報や、速度の情報を取得してから吐出量を調整するコマンドを発行するまでに、タイムラグが生じることとなる。このタイムラグにより、所望の位置に所望の吐出量で造形材料を吐出することができず、造形物の成形精度が低下するおそれがある。そこで、本発明では、上記のように、三次元造形装置１００が、吐出条件、本実施形態では、吐出量を調整する調整コマンドを追加して第２造形データＤ２を作成する。そして、この第２造形データＤ２を三次元造形装置１００が読み込み、実行することにより、リアルタイムで移動経路の情報や、速度の情報を取得しながら吐出量を調整する必要が無く、上記タイムラグが発生するのを防止することができる。よって、造形物の成形精度を高めることができる。

また、調整コマンドは、ノズル６１からの造形材料の単位時間当たりの吐出量に関する情報を含む。これにより、造形物の成形精度をより確実に高めることができる。

なお、上記では、吐出条件として、ノズル６１からの造形材料の単位時間当たりの吐出量を調整する構成について説明したが、本発明ではこれに限定されず、例えば、ヒーター５８への通電条件を調整する構成であってもよく、ノズル６１の移動速度を調整する構成であってもよく、ノズル６１と造形テーブル２１０との距離を調整する構成であってもよく、これらのうちの２つ以上を調整する構成であってもよい。

また、第１造形データＤ１に吐出量の情報が含まれていた場合、ノズル６１の移動距離が所定値以下の場合のみ、吐出量の情報を書き換える構成であってもよい。ここで言う所定値とは、成形精度が低下しない程度の数値である。この所定値は、予め実験的に算出され、記憶部１２に記憶されている。

このように、造形データ生成部１１は、ノズル６１の移動速度に関する情報を取得し、移動速度が所定値以上であった場合、パスデータに調整コマンドを追加する。これにより、必要に応じてパスデータに調整コマンドを追加することができ、パスデータに調整コマンドを追加する処理速度を早くすることができる。すなわち、移動速度が所定未満であった場合、補正を省略することができ、処理速度を早くすることができる。

また、吐出条件調整部２００は、ノズル６１から造形材料を送り出す送り出しスクリューであるフラットスクリュー４０を有し、造形データ生成部１１は、フラットスクリュー４０の回転速度に関する情報を調整コマンドとしてパスデータに追加する。これにより、よりダイレクトに吐出条件を適正化することができ、造形物の成形精度をより効果的に高めることができる。

なお、造形データ生成部１１は、バタフライバルブ７２の開度に関する情報を調整コマンドとしてパスデータに追加する構成であってもよい。この場合、吐出量に対応するバタフライバルブ７２の開度に関する情報が記憶部１２に記憶されている。

なお、バタフライバルブ７２の開度の設定は、駆動モーター３２の回転数と、ノズル６１の移動速度との関係を示す検量線またはテーブルに基づいてなされる。このような検量線またはテーブルは、予め記憶部１２に記憶されている。

このように、吐出条件調整部２００は、ノズル６１の開度を調整するバルブとしてのバタフライバルブ７２を有し、造形データ生成部１１は、バタフライバルブ７２の開度に関する情報を調整コマンドとしてパスデータに追加する。これにより、よりダイレクトに吐出条件を適正化することができ、造形物の成形精度をより効果的に高めることができる。

以上説明したように、造形データ生成装置１は、造形材料を造形テーブル２１０に向かって吐出するノズル６１と、ノズル６１からの造形材料の吐出条件を調整する吐出条件調整部２００と、造形テーブル２１０とノズル６１との位置関係を調整する位置調整部２３０と、を備える三次元造形装置１００に入力される造形データを生成するものである。また、造形テーブル２１０に対するノズル６１の相対的な移動方向、および、造形テーブル２１０に対するノズル６１の相対的な移動距離に関する情報を含むパスデータである第１造形データＤ１に、吐出条件調整部２００を駆動させるための調整コマンドを追加する補正を行い第２造形データＤ２として造形データを生成する造形データ生成部１１を備える。これにより、従来のようにリアルタイムで移動経路の情報や、速度の情報を取得しながら吐出量を調整するという処理を省略することができる。よって、タイムラグが発生するのを防止することができる。その結果、造形物の成形精度を高めることができる。

次に、図１０に示すフローチャートに基づいて、三次元造形装置１００が造形物を製造する制御動作について説明する。以下の制御動作は、制御部１０１が実行する。

まず、ステップＳ１０１において、第２造形データＤ２から座標情報を読み込む。次いで、ステップＳ１０２において、Ｎ＝１に設定する。すなわち、１層目の製造を行うことを設定し、ステップＳ１０３において、（ｘ,ｙ）＝（ｘ１,ｙ１）にノズル６１を移動させる。すなわち、開始位置にノズル６１を移動させる。

次いで、ステップＳ１０４において、制御部１０１が有するメモリーから、現在の座標に対応する第２造形データＤ２中の調整コマンドを読み出し、実行する。

次いで、ステップＳ１０５において、（ｘ,ｙ）＝（ｘｅｎｄ,ｙｅｎｄ）であるか否かを判断する。すなわち、最後の目標位置まで移動したか否かを判断する。ステップＳ１０５において、（ｘ,ｙ）＝（ｘｅｎｄ,ｙｅｎｄ）ではないと判断した場合、ステップＳ１０６に移行し、（ｘ,ｙ）＝（ｘｅｎｄ,ｙｅｎｄ）であると判断した場合、ステップＳ１０７に移行する。

ステップＳ１０６では、（ｘ,ｙ）＝（ｘ＋１,ｙ＋１）を実行する。すなわち、次の
目標位置にノズル６１を移動させつつ造形材料の吐出を行う。

ステップＳ１０７では、Ｎ＝Ｎｅｎｄであるか否かを判断する。すなわち、予め設定された層数を積層したか否かを判断する。ステップＳ１０７において、Ｎ＝Ｎｅｎｄであると判断した場合、造形物の製造を終了する。一方、Ｎ＝Ｎｅｎｄではないと判断した場合、ステップＳ１０８において、Ｎ＝Ｎ＋１を実行する。すなわち、次の層の製造を開始し、ステップＳ１０３に戻る。そして、以降のステップを順次繰り返す。
以上のようにして、積層体で構成された造形物を得ることができる。

なお、本実施形態において造形データ生成装置１および入力装置は三次元造形装置１００と別の装置として備えられていたが、造形データ生成装置１および入力装置のうちの少なくとも一方は、三次元造形装置１００の内部に備えられていてもよい。さらに、造形データ生成装置１は入力装置と別の装置として備えられていたが、造形データ生成装置１と入力装置とが１つの装置として備えられていてもよい。

＜第２実施形態＞
図１１は、本発明の造形データ生成装置の第２実施形態のブロック図である。図１２は、図１１に示す造形データ生成部が実行する制御動作の一例を説明するためのフローチャートである。

以下、これらの図を参照して本発明の造形データ生成装置の第２実施形態について説明するが、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

図１１に示すように、本実施形態では、造形データ生成部１１は、エミュレーション実行部１１Ａと、造形動作用メモリ１１Ｂと、エミュレーション用メモリ１１Ｃと、を有する。

エミュレーション実行部１１Ａは、少なくとも１つのＣＰＵで構成され、エミュレーションを実行する。エミュレーションとは、特定のソフトウェアを、本来の仕様とは異なる動作環境で模擬的に実行することを言い、本実施形態では、三次元造形装置１００が実行する造形プログラムを、エミュレーション実行部１１Ａが模擬的に実行することを言う。

また、造形動作用メモリ１１Ｂには、第１造形データＤ１が記憶されている。エミュレーション用メモリ１１Ｃには、エミュレーションを実行するためのプログラムが記憶されており、エミュレーションによって得られる第２造形データＤ２が記憶される。

次に、図１２に示すフローチャートに基づいて、造形データ生成装置が実行する制御動作の一例について説明する。

まず、ステップＳ２０１において、造形データから座標情報を読み込む。すなわち、第１造形データＤ１から、ノズル６１の経路に関する情報を読み込む。

次いで、ステップＳ２０２において、Ｎ＝１に設定する。すなわち、１層目の製造を行うことを設定し、ステップＳ２０３において、仮想的に（ｘ,ｙ）＝（ｘ１,ｙ１）にノズル６１を移動させる。すなわち、仮想的に開始位置にノズル６１を移動させる。

次いで、ステップＳ２０４において、ノズル６１の移動速度を算出し、出力する。
次いで、ステップＳ２０５において、補完関数にステップＳ２０４で算出した移動速度を代入して、吐出パラメーターを算出する。ここで言う補完関数とは、例えば、バタフライバルブ７２の開度や、駆動モーター３２の回転数等、調整する項目と、移動速度との関係を示す関数のことを言う。

次いで、ステップＳ２０６において、調整コマンドとＸ軸座標およびＹ軸座標の位置とを紐づけて記憶する。本ステップでは、エミュレーション用メモリ１１Ｃに記憶する。

次いで、ステップＳ２０７において、（ｘ,ｙ）＝（ｘｅｎｄ,ｙｅｎｄ）であるか否かを判断する。すなわち、最後の目標位置まで移動したか否かを判断する。ステップＳ２０７において、（ｘ,ｙ）＝（ｘｅｎｄ,ｙｅｎｄ）ではないと判断した場合、ステップＳ２０８に移行し、（ｘ,ｙ）＝（ｘｅｎｄ,ｙｅｎｄ）であると判断した場合、ステップＳ２０９に移行する。

ステップＳ２０８では、（ｘ,ｙ）＝（ｘ＋１,ｙ＋１）を実行する。すなわち、次の
目標位置にノズル６１を移動させつつ造形材料の吐出を行う。

ステップＳ２０９では、Ｎ＝Ｎｅｎｄであるか否かを判断する。すなわち、予め設定された層数を積層したか否かを判断する。ステップＳ２０９において、Ｎ＝Ｎｅｎｄであると判断した場合、造形物の製造を終了する。一方、Ｎ＝Ｎｅｎｄではないと判断した場合、ステップＳ２１０において、Ｎ＝Ｎ＋１を実行する。すなわち、次の層の製造を開始し、ステップＳ２０３に戻る。そして、以降のステップを順次繰り返す。
以上のようにして、エミュレーションを実行することができる。

このように、本実施形態では、造形データ生成部１１は、エミュレーションを行うことにより、調整コマンドを追加する補正を行う。これにより、三次元造形装置１００の個体特性に応じて調整コマンドを追加する補正を行うことができる。よって、さらに正確な補正を行うことができ、成形精度をさらに高めることができる。

以上、本発明の造形データ生成装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。また、造形データ生成装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。

１…造形データ生成装置、１１…造形データ生成部、１１Ａ…エミュレーション実行部、１１Ｂ…造形動作用メモリ、１１Ｃ…エミュレーション用メモリ、１２…記憶部、１３…通信部、２０…材料供給部、２２…連通路、３０…可塑化部、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、６１…ノズル、６２…吐出口、６５…流路、７０…吐出制御機構、７２…バタフライバルブ、７３…駆動軸、７３ｖ…弁部、７３ｘ…中心軸、７４…第１駆動部、７５…吸引部、７６…第２駆動部、７７…副流路、７８…弁体、１００…三次元造形装置、１０１…制御部、１１０…造形部、１１１…造形データ取得部、１１２…吐出データ取得部、１１３…造形データ補正部、１１４…吐出データ補正部、２００…吐出条件調整部、２１０…造形テーブル、２１１…上面、２３０…位置調整部、Ｄ１…第１造形データ、Ｄ２…第２造形データ、Ｇ…ギャップ、ＭＬ…造形層、ＭＬｔ…予定部位、ＭＭ…造形材料、ＭＲ…材料、ＲＸ…中心軸、Ｕ１…吐出量、Ｕ２…吐出量

Claims (6)

1. 造形材料を造形テーブルに向かって吐出するノズルと、
   前記ノズルからの前記造形材料の吐出条件を調整する吐出条件調整部と、
   前記造形テーブルと前記ノズルとの位置関係を調整する位置調整部と、を備える三次元造形装置に入力される造形データを生成するデータ生成装置であって、
   前記造形テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動方向、および、前記造形テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動距離に関する情報を含むパスデータに、前記吐出条件調整部を駆動させるための調整コマンドを追加する補正を行い前記造形データを生成する造形データ生成部を備えることを特徴とする造形データ生成装置。
2. 前記造形データ生成部は、前記ノズルの移動速度に関する情報を取得し、前記移動速度が所定値以上であった場合、前記パスデータに前記調整コマンドを追加する請求項１に記載の造形データ生成装置。
3. 前記調整コマンドは、前記ノズルからの前記造形材料の単位時間当たりの吐出量に関する情報を含む請求項１または２に記載の造形データ生成装置。
4. 前記吐出条件調整部は、前記ノズルから前記造形材料を送り出す送り出しスクリューを有し、
   前記造形データ生成部は、前記送り出しスクリューの回転速度に関する情報を前記調整コマンドとして前記パスデータに追加する請求項３に記載の造形データ生成装置。
5. 前記吐出条件調整部は、前記ノズルの開度を調整するバルブを有し、
   前記造形データ生成部は、前記バルブの開度に関する情報を前記調整コマンドとして前記パスデータに追加する請求項３または４に記載の造形データ生成装置。
6. 前記造形データ生成部は、エミュレーションを行うことにより、前記調整コマンドを追加する補正を行う請求項１ないし５のいずれか１項に記載の造形データ生成装置。

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