JP2023034375A - 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】造形データの準備が完了するまでの待機時間による造形時間の長期化を抑制する。【解決手段】形状データに基づいて生成された、三次元造形物を層ごとに造形するための造形データに従って、吐出部から造形材料を吐出させて複数の層を積層することで三次元造形物を造形する三次元造形物の製造方法は、ｎを２以上の任意の整数としたとき、第ｎ番目の層を積層する第１積層工程と、第ｎ－１番目の層の物理量を測定する測定工程と、第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備するデータ処理工程と、準備された造形データに従って第ｎ＋１番目以上の層を積層する第２積層工程と、を備える。データ処理工程において、物理量に基づいて、予め生成された造形データを補正することによって第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備する補正工程と、物理量および形状データに基づいて、第ｎ＋１番目以上の層の造形データを生成する生成工程とのいずれかを実行する。【選択図】図５

Description

本開示は、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。

三次元造形物の製造に関して、特許文献１には、測定手段により測定された（ｎ－１）層の平面形状のデータと、予測手段により予測された（ｎ－１）層の形状の変位量とに基づいて、（ｎ－１）層に続いて造形されるｎ層の造形データを補正する技術が開示されている。

特開２０１９－２１７７２９号公報

特許文献１の技術では、造形された層の平面形状に基づいて造形データを補正するため、造形中に周辺環境等が変化しても三次元造形物を精度良く造形できる。しかしながら、平面形状が測定された層の直後に造形される層の造形データを補正するため、造形データの補正が完了するまでの間に発生する待機時間によって、造形時間が長期化する場合があった。

本開示の第１の形態によれば、三次元造形物の形状を表す形状データに基づいて生成された、前記三次元造形物を層ごとに造形するための造形データに従って、三次元造形装置に設けられた吐出部から造形材料を吐出させて複数の層を積層することで、前記三次元造形物を造形する三次元造形物の製造方法が提供される。この三次元造形物の製造方法は、ｎを２以上の任意の整数としたとき、第ｎ番目の層を積層する第１積層工程と、第ｎ－１番目の層の物理量を測定する測定工程と、第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備するデータ処理工程と、前記データ処理工程で準備された造形データに従って、前記第ｎ＋１番目以上の層を積層する第２積層工程と、を備える。前記データ処理工程において、前記物理量に基づいて、予め生成された造形データを補正することによって前記第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備する補正工程と、前記物理量、および、前記形状データに基づいて、前記第ｎ＋１番目以上の層の造形データを生成する生成工程と、のいずれかを実行する。

本開示の第２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、前記吐出部と前記ステージとの相対的な位置を変更する位置変更部と、三次元造形物の形状を表す形状データに基づいて生成された、前記三次元造形物を層ごとに造形するための造形データに従って、前記吐出部と前記位置変更部とを制御して、前記吐出部から前記造形材料を吐出させて複数の層を積層することで、前記ステージ上に前記三次元造形物を造形する制御部と、前記ステージ上に積層された前記層の物理量を測定する測定部と、を備える。前記制御部は、ｎを２以上の任意の整数としたとき、第ｎ番目の層を積層する第１積層工程と、前記測定部によって、第ｎ－１番目の層の前記物理量を測定する測定工程と、第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備するデータ処理工程と、前記データ処理工程で準備された造形データに従って、前記第ｎ＋１番目以上の層を積層する第２積層工程と、を実行する。前記制御部は、前記データ処理工程において、前記物理量に基づいて、予め生成された造形データを補正することによって前記第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備する補正工程と、前記物理量、および、前記形状データに基づいて、前記第ｎ＋１番目以上の層の造形データを生成する生成工程と、のいずれかを実行する。

三次元造形装置の概略構成を示す説明図。 スクリュー下面側の概略構成を示す斜視図。 バレルの上面であるバレル上面側を示す概略平面図。 三次元造形物が造形される様子を模式的に示す概略図。 第１実施形態における三次元造形処理のフローチャート。 第２実施形態における三次元造形処理のフローチャート。 第３実施形態における三次元造形処理のフローチャート。 第２造形物を造形するための三次元造形処理のフローチャートの一例。 他の実施形態における三次元造形処理のフローチャートの一例。

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方向に沿った矢印が表されている。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向は、互いに直交する３つの空間軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿った方向であり、それぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿う一方側の方向と、その反対方向を両方含む。Ｘ軸およびＹ軸は、水平面に沿った軸であり、Ｚ軸は、鉛直線に沿った軸である。他の図においても、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に沿った矢印が、適宜、表されている。図１におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向と、他の図におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向とは、同じ方向を表している。以下では、＋Ｚ方向のことを「上」、－Ｚ方向のことを「下」ともいう。

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５００と、造形材料を生成して吐出する吐出部２００と、三次元造形物の基台となる造形用のステージ３００と、造形材料の吐出位置を制御する位置変更部４００とを備える。

吐出部２００は、制御部５００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３００上に吐出する。吐出部２００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、材料を可塑化して造形材料を生成する可塑化部３０と、生成された造形材料を吐出するノズル６１と、を備える。

材料供給部２０には、ペレットや粉末等の状態の材料が収容されている。本実施形態では、ペレット状に形成された樹脂が材料として用いられる。本実施形態における材料供給部２０は、ホッパーによって構成されている。材料供給部２０の下方には、材料供給部２０と可塑化部３０との間を接続する供給路２２が設けられている。材料供給部２０は、供給路２２を介して、可塑化部３０に材料を供給する。

可塑化部３０は、スクリューケース３１と、駆動モーター３２と、スクリュー４０と、バレル５０とを備えている。可塑化部３０は、材料供給部２０から供給された材料の少なくとも一部を可塑化し、流動性を有するペースト状の造形材料を生成して、ノズル６１に供給する。「可塑化」とは、溶融を含む概念であり、固体から流動性を有する状態に変化させることである。具体的には、ガラス転移が起こる材料の場合、可塑化とは、材料の温度をガラス転移点以上にすることである。ガラス転移が起こらない材料の場合、可塑化とは、材料の温度を融点以上にすることである。本実施形態におけるスクリュー４０は、フラットスクリューや、スクロールと呼ばれることもある。

図２は、スクリュー４０の下面であるスクリュー下面４８側の概略構成を示す斜視図である。図３は、バレル５０の上面であるバレル上面５２側を示す概略平面図である。スクリュー４０は、その中心軸ＲＸ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。スクリュー４０は、その回転中心となる中心軸ＲＸがＺ方向に平行になるように配置される。

図１に示すように、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。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、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５００の制御下において駆動する。なお、スクリュー４０は、減速機を介して駆動モーター３２によって駆動されてもよい。

図２に示すように、スクリュー下面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の供給路２２は、スクリュー４０の側面から、溝部４２に連通する。溝部４２は、スクリュー４０の側面に形成された材料導入口４４まで連続している。この材料導入口４４は、材料供給部２０の供給路２２を介して供給された材料を受け入れる部分である。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４６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。

図１に示すように、バレル５０は、スクリュー４０の下方に配置されている。バレル上面５２は、スクリュー下面４８に面しており、スクリュー下面４８の溝部４２と、バレル上面５２との間には空間が形成される。バレル５０には、スクリュー４０の中心軸ＲＸ上に、後述するノズル６１の流路６５に連通する連通孔５６が設けられている。バレル５０には、スクリュー４０の溝部４２に対向する位置にヒーター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。

スクリュー４０の溝部４２内に供給された材料は、溝部４２内において溶融されながら、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、連通孔５６を介してノズル６１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。

図１に示すように、ノズル６１は、流路６５と、ノズル開口６２が設けられた先端面６３と、吐出量調整部７０とを備えている。流路６５は、ノズル６１内に形成された造形材料の流路であり、上述したバレル５０の連通孔５６に接続されている。先端面６３は、ノズル６１の、造形面３１１に向かって－Ｚ方向に突出した先端部分を構成する面である。ノズル開口６２は、流路６５の大気に連通する側の端部に設けられた、流路６５の流路断面が縮小された部分である。可塑化部３０によって生成された造形材料は、連通孔５６を介してノズル６１へ供給され、流路６５を介してノズル開口６２から吐出される。

吐出量調整部７０は、ノズル開口６２から吐出される造形材料の流量を調整する。ノズル開口６２から外部へと吐出される造形材料の流量のことを吐出量と呼ぶこともある。本実施形態では、吐出量調整部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によって構成され、流路６５の途中に設けられている。吐出量調整部７０は、制御部５００による制御下において、ステッピングモーター等によって構成される駆動部７４によって駆動される。制御部５００は、駆動部７４を用いて、バタフライバルブの回転角度を制御することによって、流路６５の開度を調整する。これによって、制御部５００は、可塑化部３０からノズル６１に流れる造形材料の流量を調整し、吐出量を調整することができる。吐出量調整部７０は、流路６５の開度を０とすることによって、吐出量を０とすることもできる。つまり、吐出量調整部７０は、吐出量を調整すると共に、造形材料の送出のオン／オフを制御する。

本実施形態では、ノズル６１には、ノズルヒーター６９が設けられている。本実施形態におけるノズルヒーター６９は、流路６５の周囲に設けられ、制御部５００による制御下において、流路６５内の造形材料を加熱する。制御部５００は、ノズルヒーター６９の出力を制御することによって、流路６５内における造形材料の流動性を調整できる。

ステージ３００は、ノズル６１に対向する位置に配置されている。後述するように、三次元造形装置１００は、ノズル６１からステージ３００の造形面３１１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。

位置変更部４００は、ノズル６１とステージ３００との相対的な位置を変更する。本実施形態では、位置変更部４００は、ノズル６１に対してステージ３００を移動させる。なお、ステージ３００に対するノズル６１の相対的な位置の変化を、単に、ノズル６１の移動と呼ぶこともある。本実施形態では、例えば、ステージ３００を＋Ｘ方向に移動させたことを、ノズル６１を－Ｘ方向に移動させたと言い換えることもできる。本実施形態における位置変更部４００は、３つのモーターの駆動力によって、ステージ３００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。各モーターは、制御部５００の制御下にて駆動する。なお、位置変更部４００は、ステージ３００を移動させる構成ではなく、ステージ３００を移動させずにノズル６１を移動させる構成であってもよい。また、位置変更部４００は、ステージ３００とノズル６１との両方を移動させる構成であってもよい。

測定部５５０は、ステージ３００の造形面３１１上に積層された層の物理量を測定する。本実施形態における測定部５５０は、赤外線カメラ５６０と、２台のカメラ５７０と、赤外線カメラ５６０およびカメラ５７０を制御する測定制御部５８０とを、備える。本実施形態における測定制御部５８０は、制御部５００がプログラムを実行することによって実現される機能部である。本実施形態において、測定制御部５８０は、層の物理量として、層の温度と、層の各部の寸法および位置とを測定する。より詳細には、測定制御部５８０は、赤外線カメラ５６０によるサーモグラフィーに基づいて層の温度を測定し、２台のカメラ５７０の視差に基づいて、層の各部の寸法と位置とを測定する。他の実施形態では、測定部５５０は、例えば、層の寸法や位置を測定するためのセンサーとして、カメラ５７０とともに、又は、カメラ５７０に代えて、レーザー測距計を備えていてもよい。測定部５５０は、例えば、カメラ５７０を備えず、赤外線カメラ５６０によるサーモグラフィーを層の寸法や位置の測定に用いてもよい。測定部５５０は、例えば、カメラ５７０による画像と赤外線カメラ５６０によるサーモグラフィーとに基づいて、直前に積層された層とその他の層とを区別してもよい。また、測定部５５０は、層の全体に亘って物理量を測定してもよいし、層の一部分において物理量を測定してもよい。

制御部５００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５００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５００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、上述した測定制御部５８０としての機能や、後述する三次元造形処理を実行する機能等、種々の機能を発揮する。なお、制御部５００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。

三次元造形処理は、三次元造形物を造形するための処理を指す。三次元造形処理は、三次元造形装置１００に設けられた操作パネルや、三次元造形装置１００に接続されたコンピューターに対して、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。なお、三次元造形処理のことを、単に造形処理と呼ぶこともある。

図４は、三次元造形処理によって三次元造形物ＯＢが造形される様子を模式的に示す概略図である。制御部５００は、造形処理において、後述する造形データに従って吐出部２００と位置変更部４００とを適宜制御して、吐出部２００のノズル６１からステージ３００に向けて造形材料を吐出させて、造形面３１１上に造形材料の層をＺ方向に積層することによって、三次元造形物ＯＢを造形する。具体的には、制御部５００は、図４に示すように、造形面３１１に沿った方向に、ノズル６１を移動させながら、ノズル６１から造形材料を吐出させる。ノズル６１から吐出された造形材料は、ノズル６１の移動方向に連続して堆積されていく。これによって、ノズル６１の移動経路に沿って線状に延びる部位が造形される。更に、制御部５００は、既に吐出された造形材料の上に、更に造形材料を吐出させることで、造形材料の層を形成する。なお、制御部５００は、造形処理において、ノズル６１と吐出目標との間の距離を保持したまま、ノズル６１から造形材料を吐出させる。吐出目標は、造形面３１１上に造形材料を吐出する場合は造形面３１１であり、既に吐出された造形材料上に造形材料を吐出する場合は、既に吐出された造形材料の上面である。ノズル６１と吐出目標との間の距離のことを、ギャップＧｐと呼ぶこともある。

造形データは、三次元造形物を層ごとに造形するためのデータであり、経路データと、吐出量情報とを含む。経路データとは、吐出部２００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データを指す。吐出量情報とは、各部分経路における造形材料の吐出量を表す情報を指す。造形データは、三次元造形物の形状データに基づいて生成される。形状データとは、三次元造形物の形状を表すデータのことを指し、例えば、三次元ＣＡＤデータである。

本実施形態における経路データは、ノズル６１が造形材料を吐出して移動する経路を表す直線状の部分経路を指定する。吐出量情報は、各部分経路における積層ピッチおよび線幅を指定する。積層ピッチとは、各部分経路で吐出される造形材料の厚みのことを指す。線幅とは、各部分経路で吐出される造形材料の幅のことを指す。積層ピッチおよび線幅は、上述したギャップＧｐの大きさと、単位移動量あたりにノズル６１から吐出される造形材料の量とによって定まる。例えば、ギャップＧｐが小さい場合、ギャップＧｐが大きい場合と比較して、ノズル６１から吐出された造形材料がノズル６１によってより吐出目標に押しつけられるため、積層ピッチが小さく、かつ、線幅が大きくなる。単位移動量あたりにノズル６１から吐出される造形材料の量は、例えば、ノズル６１の移動速度と、単位時間あたりにノズル６１から吐出される造形材料の量とによって定まる。単位時間あたりにノズル６１から吐出される造形材料の量は、例えば、ノズル開口６２の開口径や、ノズル６１内を流れる造形材料の流量等によって定まる。

図５は、本実施形態における、三次元造形物の製造方法を実現する三次元造形処理のフローチャートである。ステップＳ１１０にて、制御部５００は、全層分の造形データを取得する。ステップＳ１１０では、制御部５００は、例えば、外部のコンピューターとの通信によって造形データを取得する。

ステップＳ１２０にて、制御部５００は、造形データが三次元造形装置１００に適合するか否かを判定する判定工程を実行する。図５に示すように、ステップＳ１２０の判定工程は、後述するステップＳ１３０の工程や、ステップＳ１５０からステップＳ１７０の第１積層工程に先立って実行される。本実施形態では、制御部５００は、ステップＳ１２０において、例えば、ステップＳ１１０で取得した造形データに従って三次元造形物を造形するのに要するノズルの数や造形方式を解析し、そのノズルの数や造形方式が三次元造形装置１００におけるノズル６１の数や造形方式と合致する場合に、その造形データが三次元造形装置１００に適合すると判定する。また、他の実施形態では、制御部５００は、例えば、造形データのヘッダー部等に特定の識別情報が含まれている場合に、その造形データが三次元造形装置１００に適合すると判定してもよい。

ステップＳ１２０で造形データが三次元造形装置１００に適合しないと判定された場合、制御部５００は、ステップＳ１２５に処理を進め、スピーカーや液晶モニター等によって構成された図示しない報知部にエラーを表示し、造形データが三次元造形装置１００に適合しない旨をユーザーに報知する。その後、制御部５００は、三次元造形処理を終了させる。他の実施形態では、制御部５００は、ステップＳ１２０で造形データが三次元造形装置１００に適合しないと判定した場合、例えば、ステップＳ１１０に処理を戻し、先に取得した造形データとは異なる造形データを取得してもよい。

ステップＳ１３０にて、制御部５００は、三次元造形物の最下層を積層する。制御部５００は、ステップＳ１３０では、ステップＳ１１０で取得した造形データに含まれる、第１層を造形するための造形データに従って吐出部２００および位置変更部４００を制御することによって、最下層を積層する。

ステップＳ１４０以後、制御部５００は、ステップＳ１４０からステップＳ１７０までの工程を１つのサイクルとして繰り返し実行することによって、三次元造形物のうち、第２層から最上層の１つ下の層までを積層する。本実施形態では、制御部５００は、１つのサイクルにおいて、三次元造形物の１層分を積層する。以下では、ｎを２以上の任意の整数としたとき、三次元造形物の第ｎ番目の層を積層するサイクルのことを、第ｎサイクルと呼ぶこともある。つまり、制御部５００は、第ｎサイクルでは、現在の層として、第ｎ番目の層を積層する。例えば、三次元造形処理が開始されてから初めてステップＳ１４０が実行された場合、ステップＳ１４０において第２サイクルが開始され、現在の層として第２層が積層される。また、以下では、第ｎ番目の層のことを、単に「第ｎ層」と呼ぶこともある。

ステップＳ１４０にて、制御部５００は、測定部５５０を制御することによって、第ｎ層に先立って造形された第ｎ－１番目の層の物理量を測定する。つまり、制御部５００は、ステップＳ１４０において、現在の層の１つ前の層の物理量を測定する。例えば、第２サイクルにおけるステップＳ１４０では、第１層の物理量が測定される。同様に、第３サイクルにおけるステップＳ１４０では、第２層の物理量が測定される。以下では、ステップＳ１４０のように、第ｎ－１番目の層の物理量を測定する工程のことを測定工程と呼ぶこともある。

ステップＳ１５０にて、制御部５００は、現在の層である第ｎ層の積層を開始する。制御部５００は、ステップＳ１５０以後、後述するステップＳ１７０で第ｎ層の積層を完了するまでの間、第ｎ層を造形するための造形データに従って、吐出部２００および位置変更部４００を制御することによって、第ｎ層を積層する。以下では、第ｎ層を積層するための造形データのことを、単に「第ｎ層の造形データ」と呼ぶこともある。同様に、第１層を積層するための造形データのことを「第１層の造形データ」と呼び、最上層を積層するための造形データのことを「最上層の造形データ」と呼ぶこともある。また、第ｎサイクルにおけるステップＳ１５０からステップＳ１７０のように、第ｎ層を積層する工程のことを第１積層工程と呼ぶこともある。

制御部５００は、第２サイクルのステップＳ１５０からステップＳ１７０では、ステップＳ１１０で取得された造形データに含まれる第２層の造形データに従って、第２層を造形する。一方で、制御部５００は、第３サイクル以降のサイクルにおけるステップＳ１５０からステップＳ１７０では、後述する第ｎ－１サイクルのステップＳ１６０で準備された造形データに従って、第ｎ層を造形する。例えば、制御部５００は、第３サイクルでは、第２サイクルで準備された造形データに従って第３層を造形する。

ステップＳ１６０にて、制御部５００は、データ処理工程を実行する。データ処理工程とは、現在の層より後の層である、第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備する工程のことを指す。本実施形態では、制御部５００は、ステップＳ１６０のデータ処理工程において、補正工程を実行する。補正工程とは、物理量の測定値に基づいて、予め生成された造形データを補正することによって、第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備する工程のことを指す。また、本実施形態では、制御部５００は、データ処理工程において、１層分の造形データのみを準備する。

より詳細には、本実施形態では、制御部５００は、ステップＳ１６０において、ステップＳ１４０で測定された第ｎ－１層の物理量の測定値に基づいて、ステップＳ１１０で取得された第ｎ＋１層の造形データを補正することによって、第ｎ＋１層の造形データを準備する。例えば、制御部５００は、第２サイクルのステップＳ１６０では、ステップＳ１１０で取得された造形データに従って造形された第１層の物理量の測定値に基づいて、ステップＳ１１０で取得された第３層の造形データを補正することによって、第３層の造形データを準備する。また、制御部５００は、第４サイクルのステップＳ１６０では、第２サイクルのステップＳ１６０で準備された造形データに従って積層された第３層の物理量の測定値に基づいて、第５層を造形するための造形データを補正することによって、第５層の造形データを準備する。

本実施形態では、制御部５００は、第２サイクルおよび第３サイクルでは、ステップＳ１６０の補正工程において、第ｎ－１層の実測形状と予測形状との差異に基づいて、ステップＳ１１０で取得された第ｎ＋１層の造形データを補正する。実測形状とは、物理量の測定値に基づいて算出される層の形状のことを指す。予測形状とは、造形データに基づいて予測される層の形状のことを指す。本実施形態では、予測形状は、ステップＳ１１０で取得される造形データに基づいて予測される。実測形状と予測形状とは、互いに対応する部分の形状であればよく、それぞれ、層の一部分の形状であってもよい。例えば、制御部５００は、ステップＳ１６０において、物理量の測定値に基づいて算出された第ｎ－１層の外郭の寸法が予測された第ｎ－１層の外郭の寸法よりも大きい場合、第ｎ＋１層の造形データを、補正後の造形データに従って造形される第ｎ＋１層の外郭が補正前の造形データに従って造形される第ｎ＋１層の外郭よりも小さくなるように補正する。この場合、制御部５００は、例えば、補正前の第ｎ＋１層の造形データに含まれる部分経路の長さや吐出量に、第ｎ－１層の実測形状と予測形状との差異に基づいて算出される補正係数を乗ずることによって、造形データを補正する。

制御部５００は、第４サイクル以降では、ステップＳ１６０において、第ｎ－１層の実測形状と予測形状との差異、および、補正後の第ｎ－１層の造形データと補正前の第ｎ－１層の造形データとの差異に基づいて、第ｎ＋１層の造形データを補正する。例えば、補正後の第５層の造形データは、ステップＳ１１０で取得された補正前の第５層の造形データが、第３層の実測形状と予測形状との差異、および、補正後の第３層の造形データと補正前の第３層の造形データとの差異に基づいて補正された造形データである。補正後の第３層の造形データは、上述したように、補正前の第３層の造形データが、第１層の実測形状と予測形状との差異に基づいて補正された造形データである。そのため、第５層の造形データは、第３層の実測形状と予測形状との差異、および、第１層の実測形状と予測形状との差異に基づいて補正されるとも言える。

上述した実測形状と予測形状との差異は、例えば、温度や湿度といった造形環境の変化や吐出部２００の経年劣化等により、吐出される造形材料の実際の量や位置、温度等が変化することによって生じる。ステップＳ１６０の補正工程を実行することによって、造形環境の変化や吐出部２００の経年劣化等がある場合でも、精度良く三次元造形物を造形できる可能性が高まる。

ステップＳ１６０のデータ処理工程で準備された第ｎ＋１番目以上の層の造形データは、第ｎサイクル以降のサイクルにおいて、第ｎ＋１番目以上の層を造形するのに用いられる。本実施形態では、第ｎサイクルのステップＳ１６０で準備された第ｎ＋１層の造形データは、第ｎ＋１サイクルのステップＳ１５０からステップＳ１７０において、第ｎ＋１層を造形するのに用いられる。このように、データ処理工程で準備された造形データに従って第ｎ＋１番目以上の層を積層する工程のことを、第２積層工程と呼ぶこともある。本実施形態では、例えば、現在のサイクルが第２サイクルである場合、第２サイクルのステップＳ１５０からステップＳ１７０の工程が第１積層工程であり、第３サイクルのステップＳ１５０からステップＳ１７０の工程が第２積層工程である。同様に、現在のサイクルが第３サイクルである場合、第３サイクルのステップＳ１５０からステップＳ１７０の工程が第１積層工程であり、第４サイクルのステップＳ１５０からステップＳ１７０の工程が第２積層工程である。

ステップＳ１７０にて、制御部５００は、第ｎ層の造形を完了させる。つまり、本実施形態では、制御部５００は、上述したステップＳ１６０のデータ処理工程を、第１積層工程を実行している間、すなわち、現在の層である第ｎ層の積層を開始してから完了させるまでの間に、完了させる。

ステップＳ１８０にて、制御部５００は、次に造形される層が最上層であるか否かを判定する。制御部５００は、ステップＳ１８０において、次に造形される層が最上層でないと判定した場合、ステップＳ１４０に処理を戻し、次のサイクルを開始する。

ステップＳ１８０で次に造形される層が最上層であると判定された場合、ステップＳ１９０にて、制御部５００は、最上層を造形する。制御部５００は、ステップＳ１９０では、直前に実行されたステップＳ１６０で準備された最上層を造形するための造形データに従って、最上層を造形する。例えば、最上層が第１０層である場合、制御部５００は、第９サイクルのステップＳ１６０で補正された造形データに従って、第１０層を造形する。

以上で説明した本実施形態における三次元造形物の製造方法によれば、第ｎ番目の層を積層する第１積層工程と、第ｎ－１番目の層の物理量を測定する測定工程と、第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備するデータ処理工程と、データ処理工程で準備された造形データに従って第ｎ＋１番目以上の層を積層する第２積層工程とを備え、データ処理工程において、物理量の測定値に基づいて、予め定められた造形データを補正することによって第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備する補正工程を実行する。これによって、第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備している間に第ｎ番目の層を造形できるため、物理量の測定値に基づいて第ｎ番目の層の造形データを準備する場合と比較して、造形データの準備が完了するまでの間の待機時間を抑制できる。そのため、三次元造形物を精度よく造形できる可能性を高めることができ、かつ、造形時間の長期化を抑制できる。

また、本実施形態では、データ処理工程を、第１積層工程を実行している間に完了させる。そのため、造形データの準備が完了するまでの間の待機時間をより抑制でき、造形時間の長期化をより抑制できる。

また、本実施形態では、第１積層工程を実行する前に、造形データが三次元造形装置１００に適合するか否かを判定する判定工程を備える。そのため、三次元造形装置１００に適合する造形データを用いて三次元造形物を造形できる。

また、本実施形態では、１回のデータ処理工程において、第ｎ＋１番目以上の層の造形データとして、１層分の造形データを準備する。そのため、１回のデータ処理工程において複数層分の造形データを準備する場合と比較して、造形データの準備が完了するまでの間の待機時間をより抑制できる。

Ｂ．第２実施形態：
図６は、第２実施形態における、三次元造形物の製造方法を実現する三次元造形処理のフローチャートである。本実施形態では、制御部５００は、データ処理工程において、補正工程ではなく生成工程を実行することによって、第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備する。生成工程とは、第ｎ－１番目の層の物理量の測定値と、三次元造形物の形状データとに基づいて、第ｎ＋１番目以上の層の造形データを生成する工程のことを指す。本実施形態における三次元造形装置１００の構成のうち、特に説明しない部分については、第１実施形態と同様である。

ステップＳ２０５にて、制御部５００は、三次元造形物の形状データを取得する。以下では、ステップＳ２０５で取得される形状データのことを、「最初の形状データ」と呼ぶこともある。

ステップＳ２１０にて、制御部５００は、ステップＳ２０５で取得した形状データに基づいて、形状データに表される三次元造形物の形状が層状にスライスされた層データを生成する。本実施形態では、制御部５００は、ステップＳ２１０において、各層データに表される形状がそれぞれ同じ厚みを有するように、三次元造形物の最下層から最上層に亘る全層分の層データを生成する。層データが表す厚みによって、造形データの吐出量情報において指定される積層ピッチが定まる。以下では、三次元造形物の第ｎ層に相当する部分の形状を表す層データのことを、単に「第ｎ層の層データ」と呼ぶこともある。同様に、第１層の形状や最上層の形状を表す層データのことを、単に、「第１層の層データ」や、「最上層の層データ」と呼ぶこともある。

ステップＳ２１５にて、制御部５００は、最下層の造形データと、第２層の造形データとを生成する。制御部５００は、ステップＳ２１５において、ステップＳ２１０で生成された層データのうち、第１層の層データに表された形状を造形するための経路データおよび吐出量データと、第２層の層データに表された形状を造形するための経路データおよび吐出量データとを決定することによって、各造形データを生成する。

本実施形態では、各造形データに含まれる経路データおよび吐出量データは、各層の層データと、三次元造形物の造形条件とに基づいて決定される。本実施形態における造形条件は、ノズルヒーター６９の設定温度と、三次元造形物の各層における内部充填率とを含む。例えば、ノズルヒーター６９の設定温度が高いほど、ノズル６１から吐出される造形材料の流動性が高まり、単位時間あたりにより多くの造形材料が吐出される。そのため、制御部５００は、例えば、ノズルヒーター６９の設定温度が高いほど、各部分経路における造形材料の吐出量が小さくなるように、吐出量データを決定する。また、制御部５００は、内部充填率が高いほど、各層の外郭の内部を埋めるための部分経路の距離や個数が大きくなるように、経路データを決定する。他の実施形態では、造形条件は、他の条件を含んでいてもよく、例えば、積層された層を冷却するための待ち時間を指す冷却時間を含んでいてもよいし、三次元造形装置１００が積層された層を冷却するための冷却ファン等の冷却機構を備える場合、冷却機構の出力の設定値を含んでいてもよい。

ステップＳ２２０にて、制御部５００は、ステップＳ２１５で生成された最下層を造形するための造形データに従って、最下層を造形する。

ステップＳ２２５以後、制御部５００は、第１実施形態で図５のステップＳ１４０からステップＳ１７０までの工程を１つのサイクルとして繰り返し実行するのと同様に、ステップＳ２２５からステップＳ２５０までの工程を１つのサイクルとして繰り返し実行することによって、三次元造形物の第２層から最上層の１つ下の層までを造形する。

ステップＳ２２５は、図５のステップＳ１４０と同様である。ステップＳ２３０にて、制御部５００は、現在の層として第ｎ層の積層を開始する。以下では、第ｎサイクルにおけるステップＳ２３０からステップＳ２５０のことを、第１実施形態で説明した図５の第ｎサイクルにおけるステップＳ１５０からステップＳ１７０と同様に、第１積層工程と呼ぶこともある。制御部５００は、第２サイクルのステップＳ２３０からステップＳ２５０では、ステップＳ２１５で生成された第２層を造形するための造形データに従って、第２層を造形する。一方で、制御部５００は、第３サイクル以降の積層工程では、後述する第ｎ－１サイクルで準備された造形データに従って、第ｎ層を造形する。

本実施形態におけるステップＳ２３５からステップＳ２４５は、上述したデータ処理工程の生成工程に相当する。以下では、ステップＳ２３５からステップＳ２４５のことを単にデータ処理工程や生成工程と呼ぶこともある。本実施形態では、制御部５００は、第１実施形態と同様に、第ｎサイクルのデータ処理工程において、造形データとして、第ｎ＋１層の造形データのみを準備する。

ステップＳ２３５にて、制御部５００は、ステップＳ２２５で測定された第ｎ－１層の物理量の測定値に基づいて、ステップＳ２０５で取得された最初の形状データを補正する。本実施形態では、後述するように、第ｎサイクルのステップＳ２３５で補正された形状データは、第ｎ＋１層の造形データを生成するのに用いられる。制御部５００は、第２サイクルおよび第３サイクルのステップＳ２３５では、第ｎ－１層の実測形状とデータ上の形状との差異に基づいて、ステップＳ２０５で取得された形状データ全体を補正する。本実施形態では、データ上の形状とは、ステップＳ２１０で生成された層データに表された形状のことを指す。データ上の形状は、第１実施形態で説明した予測形状と同様に、実測形状に対応する部分の形状であればよく、層の一部分の形状であってもよい。例えば、制御部５００は、ステップＳ２３５において、物理量の測定値に基づいて算出された第ｎ－１層の外郭の寸法が、層データに表された第ｎ－１層の形状の外郭の寸法よりも大きい場合、最初の形状データを、補正後の形状データに表される形状が最初の形状データに表される形状よりも小さくなるように補正する。この場合、制御部５００は、例えば、最初の形状データに、実測形状とデータ上の形状との差異に基づいて算出される補正係数を乗ずることによって、最初の形状データを補正する。実測形状とデータ上の形状との差異は、第１実施形態で説明した実測形状と予測形状との差異と同様に、例えば、造形環境の変化や吐出部２００の経年劣化等によって生じる。

制御部５００は、第４サイクル以降のステップＳ２３５では、第ｎ－１層の実測形状とデータ上の形状との差異に加え、第ｎ－１層の造形データの生成に用いられた形状データと最初の形状データとの差異、つまり、第ｎ－２サイクルのステップＳ２３５で補正された後の形状データと最初の形状データとの差異に基づいて、最初の形状データを補正する。例えば、制御部５００は、第４サイクルでは、ステップＳ２３５において、後述するステップＳ２４５で第５層の造形データを生成するために、最初の形状データを、第３層の実測形状とデータ上の形状との差異、および、第２サイクルのステップＳ２３５で補正された後の形状データと最初の形状データとの差異に基づいて補正する。上述したように、第２サイクルのステップＳ２３５で補正された後の形状データは、第１層の実測形状とデータ上の形状との差異に基づいて補正された形状データである。そのため、第４サイクルのステップＳ２３５では、最初の形状データは、第３層の実測形状とデータ上の形状との差異、および、第１層の実測形状とデータ上の形状との差異に基づいて補正されるとも言える。

なお、他の実施形態では、上述したデータ上の形状は、層データに表される形状でなくてもよく、例えば、最初の形状データに表される形状のうち、実測形状に対応する部分の形状であってもよい。この場合、制御部５００は、ステップＳ２１０において、全層分の層データを生成しなくてもよく、例えば、第１層の層データおよび第２層の層データのみを生成してもよい。

ステップＳ２４０にて、制御部５００は、ステップＳ２３５で補正された形状データに基づいて、第ｎ＋１番目以上の層の層データを生成する。本実施形態では、制御部５００は、ステップＳ２４０において、第ｎ＋１層の層データのみを生成する。制御部５００は、ステップＳ２４０において、ステップＳ２１０で補正されていない形状データに基づいて層データを生成するのと同様に、補正された形状データに基づいて、第ｎ＋１層の層データを生成する。

本実施形態では、制御部５００は、ステップＳ２４０において、ステップＳ２２５で測定された物理量の測定値に基づいて、ステップＳ２４０で生成される層データが表す厚みを決定する。本実施形態では、制御部５００は、ステップＳ２３５で実行された補正による、形状データに表されるＺ方向における寸法の変化に応じて、第ｎ＋１層の層データが表す厚みを決定する。例えば、制御部５００は、ステップＳ２３５で、形状データに表される形状のＺ方向における寸法が大きくなるように形状データを補正した場合、ステップＳ２４０において、第ｎ＋１層の層データが表す厚みを、ステップＳ２１０で生成された各層の層データが表す厚みよりも大きくする。

ステップＳ２４５にて、制御部５００は、ステップＳ２４０で生成された層データに基づいて、第ｎ＋１番目以上の層の造形データを生成する。本実施形態では、制御部５００は、ステップＳ２４５において、ステップＳ２４０で生成された第ｎ＋１層の層データに基づいて、第ｎ＋１層の層データに表された形状を造形するための経路データおよび吐出量データを決定することによって、第ｎ＋１層の造形データを生成する。

ステップＳ２５０およびステップＳ２５５は、それぞれ、図５のステップＳ１７０およびステップＳ１８０と同様である。制御部５００は、ステップＳ２５５において、次に造形される層が最上層でないと判定した場合、ステップＳ２２５に処理を戻し、次のサイクルを開始する。

以上で説明した本実施形態における三次元造形物の製造方法によっても、第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備している間に第ｎ番目の層を造形できるため、第ｎ－１番目の層の物理量の測定値に基づいて第ｎ番目の層の造形データを準備する場合と比較して、造形データの準備が完了するまでの間の待機時間を抑制できる。そのため、三次元造形物を精度よく造形できる可能性を高めることができ、かつ、造形時間の長期化を抑制できる。特に、本実施形態では、データ処理工程において、物理量の測定値、および、三次元造形物の形状データに基づいて、第ｎ＋１番目以上の層の造形データを生成する。これによって、物理量の測定値に基づいて第ｎ＋１番目以上の層の造形データを新たに生成できるため、造形データを補正して第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備する場合と比較して、所望の形状を有する三次元造形物を造形可能な造形データを準備できる可能性が高まる。

また、本実施形態では、物理量の測定値に基づいて形状データを補正し、補正された形状データに基づいて層データを生成し、生成された層データに基づいて、第ｎ＋１番目以上の層の造形データを生成する。これによって、物理量の測定値に基づいて形状データを補正するため、所望の形状を有する三次元造形物を造形可能な造形データを準備できる可能性がより高まる。

また、本実施形態では、生成工程において、物理量の測定値に基づいて、層データが表す形状の厚みを決定する。そのため、三次元造形物のＺ方向における造形精度をより高めることができる。

Ｃ．第３実施形態：
図７は、第３実施形態における、三次元造形物の製造方法を実現する三次元造形処理のフローチャートである。本実施形態では、制御部５００は、第２実施形態とは異なり、生成工程において、第ｎ－１番目の層の物理量の測定値に基づいて第ｎ＋１番目以上の層の造形条件を決定し、形状データ、および、決定された造形条件に基づいて、第ｎ＋１番目以上の層の造形データを生成する。図７では、図６と同様の工程には、図６と同じ符号が付されている。本実施形態における三次元造形装置１００の構成のうち、特に説明しない部分については、第２実施形態と同様である。

ステップＳ２４３にて、制御部５００は、第ｎ－１層の物理量の測定値に基づいて、第ｎ＋１番目以上の層の造形条件を決定する。本実施形態では、制御部５００は、ステップＳ２２５で測定された第ｎ－１層の物理量に基づいて、第ｎ＋１層の造形条件を決定する。制御部５００は、例えば、ステップＳ２２５で測定された第ｎ－１層の温度の測定値が予測値よりも低い場合、第ｎ＋１層を造形する時のノズルヒーター６９の設定温度を、測定値と予測値との差異に基づいて、第ｎ－１層を造形した時のノズルヒーター６９の設定温度よりも高くする。また、制御部５００は、例えば、ステップＳ２２５で第ｎ－１層の変形が検出された場合、第ｎ＋１層の変形を抑制するように、第ｎ＋１層を造形する際の内部充填率を決定する。例えば、ステップＳ２２５において、第ｎ－１層の撓みが検出された場合、撓みの程度に基づいて、第ｎ＋１層を造形する時の内部充填率を、第ｎ－１層を造形した時の内部充填率より高くする。撓みの程度は、例えば、測定部５５０によって第ｎ－１層の物理量として測定される、第ｎ－１層の寸法やエッジ部分の位置等に基づいて算出される。他の実施形態では、制御部５００は、例えば、第ｎ＋１層の変形を抑制するように、第ｎ－１層の内部形状を造形するための部分経路のパターンを決定してもよい。また、第２実施形態で説明したように、造形条件が冷却時間や冷却機構の出力値を含む場合、制御部５００は、ステップＳ２４３において、ステップＳ２２５で測定された第ｎ－１層の温度に基づいて冷却時間や冷却機構の出力値を決定してもよい。

ステップＳ２４５ｂにて、制御部５００は、第ｎ＋１番目以上の層の造形データを生成する。本実施形態では、制御部５００は、ステップＳ２４５ｂにおいて、ステップＳ２４３で決定された造形条件に基づいて、第ｎ＋１層の造形データにおける経路データおよび吐出量情報を決定し、第ｎ＋１層の造形データを生成する。制御部５００は、例えば、ステップＳ２４５ｂにおいて、ステップＳ２４３で決定した内部充填率に基づいて、第ｎ＋１層を造形するための部分経路を決定し、経路データを決定する。また、制御部５００は、ステップＳ２４５ｂにおいて、ステップＳ２４３で決定したノズルヒーター６９の設定温度に基づいて、第ｎ＋１層の造形データにおける吐出量を決定する。例えば、制御部５００は、ステップＳ２４３で第ｎ＋１層の造形を造形する時のノズルヒーター６９の設定温度を高くした場合、設定温度に基づいて第ｎ＋１層の造形データにおけるスクリュー４０の回転数又は設定圧力を減少させる。

その後、制御部５００は、第ｎ＋１サイクルのステップＳ２３０からステップＳ２５０において、上述した第ｎサイクルのステップＳ２４３で決定された造形条件で、かつ、第ｎサイクルのＳ２４５ｂで生成された造形データに従って、第ｎ＋１層を造形する。

以上で説明した本実施形態における三次元造形物の製造方法によれば、第ｎ－１番目の層の物理量の測定値に基づいて、第ｎ＋１番目以上の層の造形条件を決定し、三次元造形物の形状データ、および、決定された造形条件に基づいて、第ｎ＋１番目以上の層の造形データを生成する。そのため、物理量の測定値に基づいて造形条件を変更し、かつ、変更した造形条件で精度良く三次元造形物を造形できる。

なお、他の実施形態では、制御部５００は、生成工程において、例えば、形状データを補正しなくてもよい。この場合、制御部５００は、例えば、生成工程において、形状データを補正せずに、第ｎ－１番目の層の物理量の測定値に基づいて造形条件を決定し、補正されていない形状データ、および、決定された造形条件に基づいて第ｎ＋１番目以上の層の造形データを生成してもよい。

Ｄ．第４実施形態：
図８は、第４実施形態における、第２造形物を造形するための三次元造形処理のフローチャートの一例である。第４実施形態では、制御部５００は、三次元造形処理を連続して２回実行することによって、三次元造形物として、第１造形物、および、第１造形物と対応する形状を有する第２造形物を製造する。第２造形物は、第１造形物が造形された後に造形される。本実施形態では、第１造形物と第２造形物とは、その各部において互いに同一の寸法を有し、互いに同一の形状を有している。本実施形態における三次元造形装置１００の構成のうち、特に説明しない部分については、第１実施形態と同様である。

本実施形態では、第１造形物の製造に用いた造形データを第２造形物の製造に利用する。制御部５００は、例えば、まず、図５の三次元造形処理を実行することによって、第１積層工程、第２積層工程、測定工程、および、データ処理工程を実行しつつ、第１造形物を造形して製造する。そして、制御部５００は、第１造形物の造形を完了させた後、図８の三次元造形処理を実行し、ステップＳ３１０にて、第１造形物の製造に実際に用いた造形データを取得する。より詳細には、制御部５００は、ステップＳ３１０において、補正されていない第１造形物の第１層および第２層の造形データと、物理量の測定値に基づいて補正された第１造形物の第３層以降の造形データとを取得する。次に、制御部５００は、ステップＳ３２０にて、ステップＳ３１０で取得した造形データに従って、ステージ３００の造形面３１１上に造形材料を積層し、第２造形物を造形して製造する。つまり、本実施形態では、制御部５００は、第１造形物の製造に用いた造形データを補正することなく、そのまま第２造形物の製造に用いる。

以上で説明した本実施形態における三次元造形物の製造方法によれば、第１造形物の製造に用いた造形データを、第１造形物と対応する形状を有する第２造形物の製造に利用する。これによって、第１造形物の造形データを用いずに第２造形物を製造する場合と比較して、第２造形物を精度良く製造できる可能性が高まる。特に、本実施形態では、第１造形物の製造に用いた造形データを補正することなく、そのまま第２造形物の製造に用いるため、第２造形物を効率良く製造できる。

なお、他の実施形態では、第１造形物の製造に用いた造形データを利用して第２造形物を製造する際に、例えば、図５の三次元造形処理を実行してもよい。この場合、図５のステップＳ１１０で第１造形物の製造に用いた造形データを取得することで、その造形データを更に補正しつつ第２造形物を製造できるため、第２造形物をより精度良く造形できる可能性が高まる。また、第１造形物を製造する際に、図５の三次元造形処理ではなく、例えば、図６や図７の三次元造形処理を実行してもよい。

また、他の実施形態では、第１造形物と第２造形物とは、互いに同一の形状を有していなくてもよい。例えば、第１造形物と第２造形物とは相似の造形物であってもよいし、第２造形物が、第１造形物をＸ方向や、Ｙ方向、Ｚ方向に一定の倍率で拡大または縮小した造形物であってもよい。この場合、制御部５００は、例えば、第１造形物の製造に用いた造形データを第１造形物と第２造形物との寸法の比率に基づいて補正し、寸法の比率に基づいて補正された造形データを第２造形物の製造に利用してもよい。

図９は、他の実施形態における、第１造形物を造形するための三次元造形処理のフローチャートの一例である。図９に示すように、他の実施形態では、第１造形物の製造に用いた造形データを第２造形物の製造に利用するのではなく、第１造形物を製造する際に測定した各層の物理量の測定値に基づいて、第２造形物の造形データを補正してもよい。なお、図９では、図５と同様の工程には、図５と同じ符号が付されている。図９の例では、制御部５００は、ステップＳ１１０ｂにて、第１造形物を造形するための造形データと、第２造形物を造形するための造形データとを取得する。ステップＳ１１０ｂでは、造形データとして、例えば、両造形物に共通する一種類の造形データが取得されてもよい。そして、制御部５００は、第１造形物の最上層の１つ下の層までの積層を完了させた後、ステップＳ１８５にて、第１造形物の最上層の１つ下の層の物理量を測定する。更に、制御部５００は、ステップＳ１９０で第１造形物の最上層を積層した後、ステップＳ１９２にて、第１造形物の最上層の物理量を測定する。つまり、本実施形態では、制御部５００は、第１造形物の最下層から最上層までの全ての層の物理量を測定する。

ステップＳ１９４にて、制御部５００は、第１造形物の物理量の測定値に基づいて、ステップＳ１１０ｂで取得した第２造形物を造形するための造形データを補正する。本実施形態では、制御部５００は、第１造形物のある層の物理量の測定値に基づいて、第２造形物のその層と対応する層の造形データを補正する。例えば、制御部５００は、第１造形物を造形する際に第１層の実測形状と予測形状との差異に基づいて第３層の造形データを補正するのと同様に、第１造形物の第１層の実測形状と予測形状との差異に基づいて第２造形物の第１層の造形データを補正する。同様に、制御部５００は、例えば、第１造形物の第３層の実測形状と予測形状との差異、および、補正後の第１造形物の第３層の造形データと補正前の第１造形物の第３層の造形データとの差異に基づいて、第２造形物の第３層の造形データを補正する。第２造形物の最上層や最上層の１つ下の造形データの補正についても同様である。

制御部５００は、第２造形物を造形する際には、例えば、図８の三次元造形処理を実行し、ステップＳ３１０において、第１造形物の造形データに代えて、上述したように補正された造形データを取得する。また、制御部５００は、例えば、図５や図９の三次元造形処理を実行して第２造形物を造形してもよい。これによって、第１造形物の各層の物理量の測定値に基づいて第２造形物の各層と対応する層の造形データを補正できるため、第２造形物を第１造形物よりも精度良く造形できる可能性が高まる。

Ｅ．他の実施形態：
（Ｅ－１）上記実施形態では、制御部５００は、データ処理工程において、第ｎ－１層の物理量の測定値に基づいて、第ｎ層の１つ後の層である第ｎ＋１層の造形データを準備している。これに対して、制御部５００は、データ処理工程において、第ｎ層の２つ以上後の層の造形データを準備してもよく、例えば、第ｎ－１層の造形データに基づいて第ｎ＋２層の造形データを準備してもよい。また、制御部５００は、データ処理工程において、１層分ではなく、２層分以上の造形データを準備してもよい。例えば、制御部５００は、データ処理工程において、第ｎ－１層の物理量の測定値に基づいて、第ｎ＋１層および第ｎ＋２層の造形データを準備してもよい。

（Ｅ－２）上記実施形態では、測定工程で取得される物理量には、層の寸法と位置と温度とが含まれている。これに対して、物理量は、層の寸法と位置と温度とのいずれか１つや２つのみを含んでいてもよいし、例えば、他の物理量を含んでいてもよい。なお、例えば、物理量に温度のみが含まれている場合であっても、制御部５００は、データ処理工程の補正工程や生成工程において、実験等によって予め算出された層の温度と形状や寸法との関係に基づいて、現在の層より後の層の造形データ、または、形状データを補正できる。

（Ｅ－３）上記実施形態では、制御部５００は、データ処理工程を、積層工程を実行している間に完了させている。これに対して、制御部５００は、データ処理工程を、積層工程を実行している間に完了させなくてもよい。この場合であっても、造形データの準備が完了するまでの間の待機時間を抑制できる。

（Ｅ－４）上記実施形態では、制御部５００は、測定工程を、第ｎ－１層の造形の完了後、かつ、第ｎ層の造形の開始前のタイミングで実行している。これに対して、制御部５００は、測定工程を、第ｎ－１層の造形の途中に実行してもよいし、第ｎ層の造形開始後、かつ、第ｎ層の造形完了前のタイミングで実行してもよい。

（Ｅ－５）上記実施形態では、制御部５００は、データ処理工程において補正工程を実行する場合、第１層の積層を開始する前に、全層分の造形データを取得している。これに対して、制御部５００は、第１層の積層を開始する前に全層分の造形データを取得しなくてもよい。例えば、制御部５００は、第１層および第２層の造形データを、それぞれの層の積層を開始する前に取得し、第３層以降の造形データを、データ処理工程の補正工程で各データの補正を実行する前に取得してもよい。例えば、制御部５００は、図５のステップＳ１１０において第１層および第２層の造形データを取得し、第３サイクル以降において、各サイクルにおけるステップＳ１６０を実行するのに先立って、第ｎ＋１層の造形データを取得してもよい。この場合、制御部５００は、例えば、造形データを取得する毎に判定処理を実行することによって、各層を造形するのに先立ってその層が三次元造形装置１００に適合するか否かを判定してもよい。また、制御部５００は、例えば、ステップＳ１２０の判定処理において、ステップＳ１１０で取得した第１層や第２層の造形データが三次元造形装置１００に適合するか否かを判定し、第１層や第２層の造形データが三次元造形装置１００に適合する場合に、他の層の造形データも三次元造形装置１００に適合するとみなしてもよい。

（Ｅ－６）上記第２実施形態および第３実施形態では、制御部５００は、データ処理工程の生成工程において、第ｎ－１層の物理量の測定値に基づいて形状データ全体を補正している。これに対して、制御部５００は、生成工程において、形状データ全体ではなく、形状データのうち、第ｎ＋１層目以上の層に相当する部分の形状を表す部分を、第ｎ－１層の物理量の測定値に基づいて補正してもよい。例えば、制御部５００は、図６のステップＳ２３５において、ステップＳ２０５で取得した形状データのうち、第ｎ＋１層に相当する部分の形状を表す部分を、ステップＳ２２５で取得した第ｎ－１層の物理量の測定値に基づいて補正してもよい。また、制御部５００は、同様に、第ｎ－１層の物理量の測定値に基づいて、形状データではなく、第ｎ＋１番目以上の層の層データを補正してもよい。

（Ｅ－７）上記実施形態では、制御部５００がデータ処理工程を実行している。これに対して、データ処理工程は、三次元造形装置１００の外部のコンピューター等によって実行されてもよい。この場合、制御部５００は、三次元造形処理において、外部のコンピューターと通信しながら三次元造形物を造形してもよい。例えば、制御部５００は、測定工程において測定された第ｎ－１層の物理量の測定値を外部のコンピューターへ送信し、その後、外部のコンピューターがデータ処理工程を実行することによって準備した第ｎ＋１番目以上の層の造形データを受信し、受信した造形データに従ってその層を造形してもよい。

（Ｅ－８）上記実施形態では、制御部５００は、データ処理工程において補正工程が実行される場合に判定工程を実行している。これに対して、制御部５００は、データ処理工程において生成工程が実行される場合に判定工程を実行してもよい。例えば、制御部５００は、三次元造形処理において外部のコンピューターと通信しながら三次元造形物を造形する場合、積層工程を実行する前に、外部のコンピューターで実行される生成工程によって生成された造形データが三次元造形装置１００に適合するか否かを判定してもよい。

（Ｅ－９）上記実施形態では、吐出部２００の可塑化部３０は、フラットスクリューによって材料を可塑化し、造形材料を生成している。これに対して可塑化部３０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して造形材料を生成してもよい。また、吐出部２００は、フィラメント状の材料を可塑化して吐出するヘッドとして構成されていてもよい。

（Ｅ－１０）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、ペレット状に形成された樹脂材料が用いられる。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、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、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、可塑化部３０において、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。

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３００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、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。

Ｆ．他の形態：
本開示は、上述した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形態で実現することができる。例えば、本開示は、以下の形態によっても実現可能である。以下に記載した各形態中の技術的特徴に対応する上記実施形態中の技術的特徴は、本開示の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本開示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、三次元造形物の形状を表す形状データに基づいて生成された、前記三次元造形物を層ごとに造形するための造形データに従って、三次元造形装置に設けられた吐出部から造形材料を吐出させて複数の層を積層することで、前記三次元造形物を造形する三次元造形物の製造方法が提供される。この三次元造形物の製造方法は、ｎを２以上の任意の整数としたとき、第ｎ番目の層を積層する第１積層工程と、第ｎ－１番目の層の物理量を測定する測定工程と、第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備するデータ処理工程と、前記データ処理工程で準備された造形データに従って、前記第ｎ＋１番目以上の層を積層する第２積層工程と、を備える。前記データ処理工程において、前記物理量に基づいて、予め生成された造形データを補正することによって前記第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備する補正工程と、前記物理量、および、前記形状データに基づいて、前記第ｎ＋１番目以上の層の造形データを生成する生成工程と、のいずれかを実行する。
このような形態によれば、第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備している間に第ｎ番目の層を造形できるため、第ｎ－１番目の層の物理量の測定値に基づいて第ｎ番目の層の造形データを準備する場合と比較して、造形データの準備が完了するまでの間の待機時間を抑制できる。そのため、三次元造形物を精度よく造形できる可能性を高めることができ、かつ、造形時間の長期化を抑制できる。

（２）上記形態では、前記物理量は、層の寸法と、位置と、温度と、の少なくともいずれかを含んでいてもよい。このような形態によれば、第ｎ－１番目の層の寸法と、位置と、温度と、の少なくともいずれかに基づいて、第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備できる。

（３）上記形態では、前記データ処理工程を、前記第１積層工程を実行している間に完了させてもよい。このような形態によれば、造形データの準備が完了するまでの間の待機時間をより抑制でき、造形時間の長期化をより抑制できる。

（４）上記形態において、前記データ処理工程では、前記生成工程を実行し、前記生成工程において、前記物理量に基づいて前記形状データを補正し、補正された前記形状データに基づいて、前記三次元造形物の形状が層状にスライスされた形状を表す層データを生成し、生成された前記層データに基づいて、前記第ｎ＋１番目以上の層の造形データを生成してもよい。このような形態によれば、物理量の測定値に基づいて形状データを補正するため、所望の形状を有する三次元造形物を造形可能な造形データを準備できる可能性がより高まる。

（５）上記形態では、前記生成工程において、前記物理量に基づいて、前記層データが表す形状の厚みを決定してもよい。このような形態によれば、三次元造形物の層を積層する方向における造形精度をより高めることができる。

（６）上記形態において、前記データ処理工程では、前記生成工程を実行し、前記生成工程において、前記物理量に基づいて、前記第ｎ＋１番目以上の層の造形条件を決定し、決定された前記造形条件、および、前記形状データに基づいて、前記第ｎ＋１番目以上の層の造形データを生成してもよい。このような形態によれば、物理量の測定値に基づいて造形条件を変更し、かつ、変更した造形条件で精度良く三次元造形物を造形できる。

（７）上記形態では、前記第１積層工程を実行する前に、造形データが前記三次元造形装置に適合するか否かを判定する工程を備えていてもよい。このような形態によれば、三次元造形装置に適合する造形データを用いて三次元造形物を造形できる。

（８）上記形態では、前記データ処理工程において、前記第ｎ＋１番目以上の層の造形データとして、１層分の造形データを準備してもよい。このような形態によれば、１回のデータ処理工程において複数層分の造形データを準備する場合と比較して、造形データの準備が完了するまでの間の待機時間をより抑制できる。

（９）上記形態では、前記三次元造形物として、第１造形物と、前記第１造形物と対応する形状を有し、前記第１造形物の製造が完了した後に製造される第２造形物と、を製造し、前記第１造形物の製造に用いた造形データを、前記第２造形物の製造に利用してもよい。このような形態によれば、第１造形物の造形データを用いずに第２造形物を製造する場合と比較して、第２造形物を精度良く製造できる可能性が高まる。

（１０）本開示の第２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、前記吐出部と前記ステージとの相対的な位置を変更する位置変更部と、三次元造形物の形状を表す形状データに基づいて生成された、前記三次元造形物を層ごとに造形するための造形データに従って、前記吐出部と前記位置変更部とを制御して、前記吐出部から前記造形材料を吐出させて複数の層を積層することで、前記ステージ上に前記三次元造形物を造形する制御部と、前記ステージ上に積層された前記層の物理量を測定する測定部と、を備える。前記制御部は、ｎを２以上の任意の整数としたとき、第ｎ番目の層を積層する第１積層工程と、前記測定部によって、第ｎ－１番目の層の前記物理量を測定する測定工程と、第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備するデータ処理工程と、前記データ処理工程で準備された造形データに従って、前記第ｎ＋１番目以上の層を積層する第２積層工程と、を実行する。前記制御部は、前記データ処理工程において、前記物理量に基づいて、予め生成された造形データを補正することによって前記第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備する補正工程と、前記物理量、および、前記形状データに基づいて、前記第ｎ＋１番目以上の層の造形データを生成する生成工程と、のいずれかを実行する。このような形態によれば、第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備している間に第ｎ番目の層を造形できるため、第ｎ－１番目の層の物理量の測定値に基づいて第ｎ番目の層の造形データを準備する場合と比較して、造形データの準備が完了するまでの間の待機時間を抑制できる。そのため、三次元造形物を精度よく造形できる可能性を高めることができ、かつ、造形時間の長期化を抑制できる。

２０…材料供給部、２２…供給路、３０…可塑化部、３１…スクリューケース、３２…駆動モーター、４０…スクリュー、４２…溝部、４３…凸条部、４４…材料導入口、４６…中央部、４７…上面、４８…スクリュー下面、５０…バレル、５２…バレル上面、５６…連通孔、５８…ヒーター、６１…ノズル、６２…ノズル開口、６３…先端面、６５…流路、６９…ノズルヒーター、７０…吐出量調整部、７４…駆動部、１００…三次元造形装置、２００…吐出部、３００…ステージ、３１１…造形面、４００…位置変更部、５００…制御部、５５０…測定部、５６０…赤外線カメラ、５７０…カメラ、５８０…測定制御部

Claims (10)

1. 三次元造形物の形状を表す形状データに基づいて生成された、前記三次元造形物を層ごとに造形するための造形データに従って、三次元造形装置に備えられた吐出部から造形材料を吐出させて複数の層を積層することで、前記三次元造形物を造形する三次元造形物の製造方法であって、
   ｎを２以上の任意の整数としたとき、
   第ｎ番目の層を積層する第１積層工程と、
   第ｎ－１番目の層の物理量を測定する測定工程と、
   第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備するデータ処理工程と、
   前記データ処理工程で準備された造形データに従って、前記第ｎ＋１番目以上の層を積層する第２積層工程と、を備え、
   前記データ処理工程において、
   前記物理量に基づいて、予め生成された造形データを補正することによって前記第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備する補正工程と、
   前記物理量、および、前記形状データに基づいて、前記第ｎ＋１番目以上の層の造形データを生成する生成工程と、
   のいずれかを実行する、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、
   前記物理量は、層の寸法と、位置と、温度と、の少なくともいずれかを含む、三次元造形物の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の三次元造形物の製造方法であって、
   前記データ処理工程を、前記第１積層工程を実行している間に完了させる、三次元造形物の製造方法。
4. 請求項１から３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、
   前記データ処理工程では、前記生成工程を実行し、
   前記生成工程において、
   前記物理量に基づいて前記形状データを補正し、
   補正された前記形状データに基づいて、前記三次元造形物の形状が層状にスライスされた形状を表す層データを生成し、
   生成された前記層データに基づいて、前記第ｎ＋１番目以上の層の造形データを生成する、
   三次元造形物の製造方法。
5. 請求項４に記載の三次元造形物の製造方法であって、
   前記生成工程において、前記物理量に基づいて、前記層データが表す形状の厚みを決定する、三次元造形物の製造方法。
6. 請求項１から５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、
   前記データ処理工程では、前記生成工程を実行し、
   前記生成工程において、
   前記物理量に基づいて、前記第ｎ＋１番目以上の層の造形条件を決定し、
   決定された前記造形条件、および、前記形状データに基づいて、前記第ｎ＋１番目以上の層の造形データを生成する、
   三次元造形物の製造方法。
7. 請求項１から６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１積層工程を実行する前に、造形データが前記三次元造形装置に適合するか否かを判定する工程を備える、三次元造形物の製造方法。
8. 請求項１から７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、
   前記データ処理工程において、前記第ｎ＋１番目以上の層の造形データとして、１層分の造形データを準備する、三次元造形物の製造方法。
9. 請求項１から８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、
   前記三次元造形物として、第１造形物と、前記第１造形物と対応する形状を有し、前記第１造形物の製造が完了した後に製造される第２造形物と、を製造し、
   前記第１造形物の製造に用いた造形データを、前記第２造形物の製造に利用する、三次元造形物の製造方法。
10. 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、
    前記吐出部と前記ステージとの相対的な位置を変更する位置変更部と、
    三次元造形物の形状を表す形状データに基づいて生成された、前記三次元造形物を層ごとに造形するための造形データに従って、前記吐出部と前記位置変更部とを制御して、前記吐出部から前記造形材料を吐出させて複数の層を積層することで、前記ステージ上に前記三次元造形物を造形する制御部と、
    前記ステージ上に積層された前記層の物理量を測定する測定部と、を備え、
    前記制御部は、ｎを２以上の任意の整数としたとき、
    第ｎ番目の層を積層する第１積層工程と、
    前記測定部によって、第ｎ－１番目の層の前記物理量を測定する測定工程と、
    第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備するデータ処理工程と、
    前記データ処理工程で準備された造形データに従って、前記第ｎ＋１番目以上の層を積層する第２積層工程と、を実行し、
    前記制御部は、前記データ処理工程において、
    前記物理量に基づいて、予め生成された造形データを補正することによって前記第ｎ＋１番目以上の層の造形データを準備する補正工程と、
    前記物理量、および、前記形状データに基づいて、前記第ｎ＋１番目以上の層の造形データを生成する生成工程と、
    のいずれかを実行する、三次元造形装置。

Images