JP6338305B1 - 支持部材、造形モデル生成装置、制御装置、および造形物の造形方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】三次元形状造形物の造形後に支持部材を容易に除去することを可能とする【解決手段】支持部材は、第１構造層と、第２構造層とを備える。第１構造層及び第２構造層は、上下方向に交互に積層され、それぞれ水平方向に広がる積層面を形成する。第１構造層は、複数の第１構造部材を備える。第２構造層は、複数の第２構造部材を備える。複数の第１構造部材は、第１構造層の積層面内で同一方向に延びる。複数の第２構造部材は、第２構造層の積層面内で同一方向に延びるとともに、第１構造部材の延びる方向と交差する方向に延びる。第１構造部材は、第１構造層の積層面内で第１構造部材の延びる方向と交差する方向に間隔をあけて配置されている。第２構造部材は、第２構造層の積層面内で第２構造部材の延びる方向と交差する方向に間隔をあけて配置されている。【選択図】図４
Description
この発明は、支持部材、造形モデル生成装置、制御装置、および造形物の造形方法に関する。
特許文献１には、基台に成形層を積層させて三次元造形物を造形する三次元積層造形装置が記載されている。この特許文献１に記載された三次元積層造形装置は、粉末材料に向けて光ビームを照射して粉末材料を溶融させて成形層を形成するとともに、この成形層を積層させることで三次元造型物を造形する。
特許文献１に記載されたような三次元積層造形装置においては、下方に成形層が形成されていないオーバーハング部を備える三次元造形物を造形する場合がある。このようなオーバーハング部を備えた三次元造型物は、成形層を積層させる際にオーバーハング部が重力等により下方に向けて変形しないように、オーバーハング部を下方から支持する支持部材が必要となる場合がある。
この支持部材は、通常、オーバーハング部の造形が完了した後に除去される。しかし、三次元造型物の形状によっては、支持部材を除去するための工具を用いた手作業や機械加工が困難な場合がある。また、支持部材の除去には、研磨用の流体を噴射して除去する方法もある。しかし、支持部材が狭小部等に配置されている場合には、支持部材を完全に除去しきれない可能性が有るとともに、造形物も削られてしまう可能性が有る。
この支持部材は、通常、オーバーハング部の造形が完了した後に除去される。しかし、三次元造型物の形状によっては、支持部材を除去するための工具を用いた手作業や機械加工が困難な場合がある。また、支持部材の除去には、研磨用の流体を噴射して除去する方法もある。しかし、支持部材が狭小部等に配置されている場合には、支持部材を完全に除去しきれない可能性が有るとともに、造形物も削られてしまう可能性が有る。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、三次元形状造形物の造形後に容易に除去可能な支持部材、造形モデル生成装置、制御装置、および造形物の造形方法を提供するものである。
本発明の第１の態様によれば、支持部材は、三次元積層造形装置により材料を積層させて三次元形状の目的物を造形する過程で、前記目的物が備える水平方向に張り出す張出部を下方から支持する支持部材であって、上下方向に交互に積層され、それぞれ水平方向に広がる積層面を形成する第１構造層及び第２構造層を備え、前記第１構造層は、前記第１構造層の積層面内で同一方向に延びる複数の第１構造部材を備え、前記第２構造層は、前記第２構造層の積層面内で同一方向に延びるとともに、前記第１構造部材の延びる方向と交差する方向に延びる複数の第２構造部材を備え、前記第１構造部材は、前記第１構造層の積層面内で前記第１構造部材の延びる方向と交差する方向に間隔をあけて配置され、前記第２構造部材は、前記第２構造層の積層面内で前記第２構造部材の延びる方向と交差する方向に間隔をあけて配置されている。前記第１構造部材及び前記第２構造部材は、前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層厚さを基準に、又は前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層幅を基準に、形成される。
このように構成することで、第１構造層には、第１構造部材の延びる方向と交差する方向に間隔をあけて複数の隙間が形成され、第２構造層には、第２構造部材の延びる方向と交差する方向に間隔をあけて複数の隙間が形成される。そのため、支持部材の水平断面形状が高さ方向で一定に形成されている場合と比較して、支持部材の強度を低下させることができる。
さらに、第１構造層の積層面内で第１構造部材がそれぞれ間隔をあけて配置されるとともに、第２構造層の積層面内で第２構造部材がそれぞれ間隔をあけて配置されるので、熱膨張等が生じた場合の逃げ場となる。さらに、表面積を増加できるため、放熱性能を向上でき、温度分布が生じることを抑制できる。そのため、熱応力が作用することを抑制できる。
さらに、第１構造層と第２構造層とが上下方向に交互に積層されるため、造形物の張出部を下方から支持した場合には、第１構造層と第２構造層とに対してそれぞれ圧縮方向の力のみを作用させることができる。つまり、上下方向には高剛性とすることができる。その一方で、上下方向とは異なる水平方向成分を含む方向から入力が有った場合、又は上下方向でも局所的に力が加わった場合には、第１構造部材と第２構造部材との間に、せん断方向又は剥離方向に力が作用する。すなわち、張出部を支持する以外の力に対しては、強度を低くして脆くすることができる。
その結果、三次元形状の造形物を造形した後に支持部材を容易に除去することができる。
このように構成することで、第１構造層には、第１構造部材の延びる方向と交差する方向に間隔をあけて複数の隙間が形成され、第２構造層には、第２構造部材の延びる方向と交差する方向に間隔をあけて複数の隙間が形成される。そのため、支持部材の水平断面形状が高さ方向で一定に形成されている場合と比較して、支持部材の強度を低下させることができる。
さらに、第１構造層の積層面内で第１構造部材がそれぞれ間隔をあけて配置されるとともに、第２構造層の積層面内で第２構造部材がそれぞれ間隔をあけて配置されるので、熱膨張等が生じた場合の逃げ場となる。さらに、表面積を増加できるため、放熱性能を向上でき、温度分布が生じることを抑制できる。そのため、熱応力が作用することを抑制できる。
さらに、第１構造層と第２構造層とが上下方向に交互に積層されるため、造形物の張出部を下方から支持した場合には、第１構造層と第２構造層とに対してそれぞれ圧縮方向の力のみを作用させることができる。つまり、上下方向には高剛性とすることができる。その一方で、上下方向とは異なる水平方向成分を含む方向から入力が有った場合、又は上下方向でも局所的に力が加わった場合には、第１構造部材と第２構造部材との間に、せん断方向又は剥離方向に力が作用する。すなわち、張出部を支持する以外の力に対しては、強度を低くして脆くすることができる。
その結果、三次元形状の造形物を造形した後に支持部材を容易に除去することができる。
また、このように構成することで、上下方向に隙間を有しつつ緻密な積層構造を形成することができる。そのため、上下方向の力に対して剛性を高めることができる。また、このように構成することで、支持部材を、上方から見て緻密な格子状に形成することができる。そのため、張出部を支持部材の上で形成する場合に、張出部の形状に支持部材の形状が影響を及ぼすことを抑制できる。
本発明の第２の態様によれば、第１の態様に係る支持部材は、前記第１構造部材及び前記第２構造部材は、前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層厚さのＮ倍（Ｎは自然数）、又は前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層幅のＭ倍（Ｍは自然数）に形成される。
本発明の第４の態様によれば、第３の態様に係る支持部材は、同一積層面内で隣り合う前記第１構造部材の間隔及び同一積層面内で隣り合う前記第２構造部材の間隔は、前記単位積層幅と同一寸法であるものであってよい。
このように構成することで、第１構造部材が熱膨張した場合であっても、隣り合う第１構造部材の間の隙間に熱膨張分を逃がすことができる。同様に、第２構造部材が熱膨張した場合であっても、隣り合う第２構造部材の間の隙間に熱膨張分を逃がすことができる。
その結果、隣り合う第１構造部材の接触及び隣り合う第２構造部材の接触を抑制して、この接触により熱応力が作用することを抑制できる。
このように構成することで、第１構造部材が熱膨張した場合であっても、隣り合う第１構造部材の間の隙間に熱膨張分を逃がすことができる。同様に、第２構造部材が熱膨張した場合であっても、隣り合う第２構造部材の間の隙間に熱膨張分を逃がすことができる。
その結果、隣り合う第１構造部材の接触及び隣り合う第２構造部材の接触を抑制して、この接触により熱応力が作用することを抑制できる。
本発明の第５の態様によれば、第１から４の何れか一の態様に係る支持部材は、上下方向で隣接する前記第１構造部材と前記第２構造部材とは一体に形成されている。
このように構成することで、第１構造層と第２構造層との位置がずれることを抑制できる。
このように構成することで、第１構造層と第２構造層との位置がずれることを抑制できる。
本発明の第６の態様によれば、第１から５の何れか一の態様に係る支持部材は、前記第１構造部材及び前記第２構造部材は、粉状の前記材料が未溶融の部分と前記粉状の材料が溶融後に硬化した部分とを含む半焼結体からなる。
このように構成することで、第１構造部材と第２構造部材とが脆性破壊し易くなる。そのため、支持部材を容易に破壊することができる。
このように構成することで、第１構造部材と第２構造部材とが脆性破壊し易くなる。そのため、支持部材を容易に破壊することができる。
本発明の第７の態様によれば、第１から６の何れか一の態様に係る支持部材は、前記第１構造部材と前記第２構造部材とは、それぞれ直線状に形成され、上方から見て互いに直交するように配置されている。
このように構成することで、上方から見て第１構造部材と第２構造部材との接触点の分布をより一様にすることができる。そのため、造形物の張出部をより安定的に支持することができる。
このように構成することで、上方から見て第１構造部材と第２構造部材との接触点の分布をより一様にすることができる。そのため、造形物の張出部をより安定的に支持することができる。
本発明の第８の態様によれば、造形モデル生成装置は、三次元形状の造形物の造形制御に用いる三次元図形データである造形モデルを生成する造形モデル生成装置であって、目的物の形状を示す目的物図形からなる三次元図形データである目的物モデルを取得する取得部と、前記目的物図形のうち水平方向に張り出す部分である張出部を特定する特定部と、前記目的物図形に、前記張出部の下方に接する上記支持部材の形状を示す支持部材図形を追加することで、前記造形モデルを生成する生成部とを備える。
本発明の第９の態様によれば、制御装置は、材料を積層させて三次元形状の造形物を造形する三次元積層造形装置の制御装置であって、目的物の形状を示す目的物図形と前記目的物において水平方向に張り出す部分である張出部を下方から支持する支持部材を配置する範囲を示す支持部材図形とを含む造形モデルを、高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成する分割部と、前記複数の分割造形モデルの下方側から順に分割造形モデルを選択する選択部と、造形台上に敷かれた材料層のうち、選択された前記分割造形モデルの前記目的物図形に相当する部分にレーザ光を照射させる照射指示を生成する第１指示生成部と、前記材料のうち、選択された前記分割造形モデルの前記支持部材図形に相当する部分に、前回の材料層へのレーザ光の掃引方向と交差する第１方向に、前記第１方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を掃引させることで、上下方向に交互に積層され、それぞれ水平方向に広がる積層面であって、前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層厚さを基準とし、又は前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層幅を基準とした、複数の積層面を形成させる掃引指示を生成する第２指示生成部とを備える。
また、本発明の第１０の態様によれば、制御装置は、粉状の材料を積層させて三次元形状の造形物を造形する三次元積層造形装置の制御装置であって、目的物の形状を示す目的物図形と前記目的物において水平方向に張り出す部分である張出部を下方から支持する支持部材を配置する範囲を示す支持部材図形とを含む造形モデルを、高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成する分割部と、前記複数の分割造形モデルの下方側から順に分割造形モデルを選択する選択部と、造形台上に敷かれた材料層のうち、選択された前記分割造形モデルの前記目的物図形に相当する部分にレーザ光を照射させる照射指示を生成する第１指示生成部と、前記材料のうち、選択された前記分割造形モデルの前記支持部材図形に相当する部分に、前回の材料層へのレーザ光の掃引方向と交差する第１方向に、前記第１方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を掃引させる掃引指示を生成する第２指示生成部とを備え、前記第２指示生成部は、前記材料が未溶融の部分と溶融後に硬化した部分とを含む半焼結体となるように、前記掃引指示を生成する。
また、本発明の第１０の態様によれば、制御装置は、粉状の材料を積層させて三次元形状の造形物を造形する三次元積層造形装置の制御装置であって、目的物の形状を示す目的物図形と前記目的物において水平方向に張り出す部分である張出部を下方から支持する支持部材を配置する範囲を示す支持部材図形とを含む造形モデルを、高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成する分割部と、前記複数の分割造形モデルの下方側から順に分割造形モデルを選択する選択部と、造形台上に敷かれた材料層のうち、選択された前記分割造形モデルの前記目的物図形に相当する部分にレーザ光を照射させる照射指示を生成する第１指示生成部と、前記材料のうち、選択された前記分割造形モデルの前記支持部材図形に相当する部分に、前回の材料層へのレーザ光の掃引方向と交差する第１方向に、前記第１方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を掃引させる掃引指示を生成する第２指示生成部とを備え、前記第２指示生成部は、前記材料が未溶融の部分と溶融後に硬化した部分とを含む半焼結体となるように、前記掃引指示を生成する。
本発明の第１１の態様によれば、造形物の造形方法は、三次元積層造形装置により材料を積層させて三次元形状の造形物の造形方法であって、目的物の形状を示す目的物図形と前記目的物において水平方向に張り出す部分である張出部を下方から支持する支持部材を配置する範囲を示す支持部材図形とを含む造形モデルを高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成することと、前記複数の分割造形モデルの下方側から順に分割造形モデルを選択することと、造形台上に敷かれた材料層のうち、選択された前記分割造形モデルの前記目的物図形に相当する部分にレーザ光を照射することと、前記材料のうち、選択された前記分割造形モデルの前記支持部材図形に相当する部分に、前回の材料層へのレーザ光の掃引方向と交差する第１方向に、前記第１方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を掃引することで、上下方向に交互に積層され、それぞれ水平方向に広がる積層面であって、前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層厚さを基準とし、又は前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層幅を基準とした、複数の積層面を形成することとを含む。
また、本発明の第１２の態様によれば、造形物の造形方法は、三次元積層造形装置により粉状の材料を積層させて三次元形状の造形物の造形方法であって、目的物の形状を示す目的物図形と前記目的物において水平方向に張り出す部分である張出部を下方から支持する支持部材を配置する範囲を示す支持部材図形とを含む造形モデルを高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成することと、前記複数の分割造形モデルの下方側から順に分割造形モデルを選択することと、造形台上に敷かれた材料層のうち、選択された前記分割造形モデルの前記目的物図形に相当する部分にレーザ光を照射することと、前記材料のうち、選択された前記分割造形モデルの前記支持部材図形に相当する部分に、前回の材料層へのレーザ光の掃引方向と交差する第１方向に、前記第１方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を、前記材料が未溶融の部分と溶融後に硬化した部分とを含む半焼結体となるように掃引することとを含む。
また、本発明の第１２の態様によれば、造形物の造形方法は、三次元積層造形装置により粉状の材料を積層させて三次元形状の造形物の造形方法であって、目的物の形状を示す目的物図形と前記目的物において水平方向に張り出す部分である張出部を下方から支持する支持部材を配置する範囲を示す支持部材図形とを含む造形モデルを高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成することと、前記複数の分割造形モデルの下方側から順に分割造形モデルを選択することと、造形台上に敷かれた材料層のうち、選択された前記分割造形モデルの前記目的物図形に相当する部分にレーザ光を照射することと、前記材料のうち、選択された前記分割造形モデルの前記支持部材図形に相当する部分に、前回の材料層へのレーザ光の掃引方向と交差する第１方向に、前記第１方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を、前記材料が未溶融の部分と溶融後に硬化した部分とを含む半焼結体となるように掃引することとを含む。
上記少なくとも何れか１つの態様によれば、造形物の造形後に容易に支持部材を除去することが可能となる。
〈第１実施形態〉
《三次元積層造形装置》
第１実施形態の三次元積層造形装置は、金属の粉末を焼き固めた焼結層を形成するとともに、この焼結層を繰り返し形成して一体に積層することで、三次元形状の造形物を形成する、いわゆる粉末焼結積層造形を行う。なお、三次元積層造形装置による造形方式は、粉末焼結積層造形に限られない。
《三次元積層造形装置》
第１実施形態の三次元積層造形装置は、金属の粉末を焼き固めた焼結層を形成するとともに、この焼結層を繰り返し形成して一体に積層することで、三次元形状の造形物を形成する、いわゆる粉末焼結積層造形を行う。なお、三次元積層造形装置による造形方式は、粉末焼結積層造形に限られない。
図１は、第１実施形態の三次元積層造形装置の概略構成を示す構成図である。
図１に示すように、第１実施形態における三次元積層造形装置１は、造形部２、供給部３、リコータ４、照射器５、制御装置６を備える。
造形部２は、箱型をなす。造形部２の底面部２ａは、鉛直方向に昇降可能となっている。底面部２ａには、焼結層を積層可能な造形台２ｂが設けられる。造形物１０の造形前においては、底面部２ａの高さは、造形部２の開口面と同じ高さとなっている。造形部２内には、リコータ４によって粉末材料Ｐが供給される。粉末材料Ｐとしては、例えば、鉄、銅、アルミニウム、チタン等の金属を用いることができる。また粉末材料Ｐとしては、セラミック等の金属以外の粉末を用いてもよい。造形部２内の粉末材料Ｐが照射器５が照射するレーザ光によって溶融し、焼結することで、造形物１０を構成する焼結層が形成される。そして、造形物１０の造形開始後、底面部２ａが順次下降することで、焼結層を順次積層することができる。
図１に示すように、第１実施形態における三次元積層造形装置１は、造形部２、供給部３、リコータ４、照射器５、制御装置６を備える。
造形部２は、箱型をなす。造形部２の底面部２ａは、鉛直方向に昇降可能となっている。底面部２ａには、焼結層を積層可能な造形台２ｂが設けられる。造形物１０の造形前においては、底面部２ａの高さは、造形部２の開口面と同じ高さとなっている。造形部２内には、リコータ４によって粉末材料Ｐが供給される。粉末材料Ｐとしては、例えば、鉄、銅、アルミニウム、チタン等の金属を用いることができる。また粉末材料Ｐとしては、セラミック等の金属以外の粉末を用いてもよい。造形部２内の粉末材料Ｐが照射器５が照射するレーザ光によって溶融し、焼結することで、造形物１０を構成する焼結層が形成される。そして、造形物１０の造形開始後、底面部２ａが順次下降することで、焼結層を順次積層することができる。
供給部３は、造形部２に隣接して設けられる。供給部３は、造形部２と同様の箱型をなす。供給部３の底面部３ａは、鉛直方向に昇降可能となっている。造形物１０の造形前においては、底面部３ａは供給部３の下端に位置しており、供給部３内には、粉末材料Ｐが充填されている。そして、造形物１０の造形開始後、焼結層が形成される度に、底面部３ａが順次上昇することで、造形部２に供給すべき量の粉末材料Ｐを供給部３の開口面より上に押し出すことができる。
リコータ４は、造形部２および供給部３の内寸より長い板状部材である。リコータ４は、供給部３から押し出された粉末材料Ｐを造形部２へ移送する。これによりリコータ４は、造形部２に所定の厚みの粉末材料層を形成することができる。
照射器５は、造形部２の上方から造形部２に向けてレーザ光（例えば、炭酸ガスレーザ等）を照射する。照射器５によるレーザ光の照射位置は、制御装置６によって制御される。
制御装置６は、目的物の形状を示す三次元図形データである目的物モデルの入力を受け付け、目的物モデルに基づいて照射器５の動作を制御する。
上述した三次元積層造形装置１によれば、造形部２内の粉末材料Ｐに対して照射器５がレーザ光を一方向に照射することにより、溶融状態となった粉末材料が線状（言い換えれば、二次元形状）の焼結層（以下、単にビードと称する）を形成する。三次元積層造形装置１は、このビードを高さ方向に積層していくことで立体的な三次元形状の造形物１０を造形する。
《造形物》
図２は、第１実施形態における支持部材の配置を示す断面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
図２、図３に示すように、目的物モデルによって表される目的物１１は、水平方向に張り出す張出部１１ａを有する場合がある。第１実施形態における張出部１１ａは、鉛直方向に延びる仮想線Ｋ１（鉛直線）に対する角度が４５°（図２，３中、「４５ｄｅｇ」で示す）を超える部分である。このように、鉛直方向に延びる仮想線Ｋ１に対する角度が４５°を超える張出部１１ａは、下層に焼結層が存在しないと、焼結後の冷却時に変形して固化してしまう可能性がある。例えば、張出部１１ａは、収縮して上方へめくれ上がった状態で固化してしまう可能性がある。そのため、張出部１１ａの下方には、通常、支持部材１２が配置される。つまり、目的物１１が張出部１１ａを有する場合、三次元積層造形装置１が生成する造形物１０は、目的物１１と支持部材１２とを備える。
図２は、第１実施形態における支持部材の配置を示す断面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
図２、図３に示すように、目的物モデルによって表される目的物１１は、水平方向に張り出す張出部１１ａを有する場合がある。第１実施形態における張出部１１ａは、鉛直方向に延びる仮想線Ｋ１（鉛直線）に対する角度が４５°（図２，３中、「４５ｄｅｇ」で示す）を超える部分である。このように、鉛直方向に延びる仮想線Ｋ１に対する角度が４５°を超える張出部１１ａは、下層に焼結層が存在しないと、焼結後の冷却時に変形して固化してしまう可能性がある。例えば、張出部１１ａは、収縮して上方へめくれ上がった状態で固化してしまう可能性がある。そのため、張出部１１ａの下方には、通常、支持部材１２が配置される。つまり、目的物１１が張出部１１ａを有する場合、三次元積層造形装置１が生成する造形物１０は、目的物１１と支持部材１２とを備える。
ここで、仮想線Ｋ１に対する張出部１１ａの角度は、例えば、仮想線Ｋ１を含む断面視で、仮想線Ｋ１と、張出部１１ａの内周面１１ｂとのなす角度とすることができる。なお、図２においては、張出部１１ａが鉛直方向に延びる仮想線Ｋ１に対して斜め上方に向かって延びる場合を示しているが、張出部１１ａは、斜め下方に向かって延びている場合もある。
《支持部材》
図４は、第１実施形態における支持部材の概略構成を示す斜視図である。図５は、図４に示す支持部材を、上方から見た模式図である。
支持部材１２は、上述した三次元形状の造形物１０を造形する過程で、張出部１１ａを下方から支持する部材である。支持部材１２は、第１構造層１３と第２構造層１４とを備えている。これら第１構造層１３と第２構造層１４とは、上下方向で交互に積層されている。ここで、第１構造層１３と第２構造層１４とは、上下方向で交互に積層されていればよく、例えば、支持部材１２の最下層及び最上層には、第１構造層１３と第２構造層１４との何れが配置されていても良い。
図４は、第１実施形態における支持部材の概略構成を示す斜視図である。図５は、図４に示す支持部材を、上方から見た模式図である。
支持部材１２は、上述した三次元形状の造形物１０を造形する過程で、張出部１１ａを下方から支持する部材である。支持部材１２は、第１構造層１３と第２構造層１４とを備えている。これら第１構造層１３と第２構造層１４とは、上下方向で交互に積層されている。ここで、第１構造層１３と第２構造層１４とは、上下方向で交互に積層されていればよく、例えば、支持部材１２の最下層及び最上層には、第１構造層１３と第２構造層１４との何れが配置されていても良い。
第１構造層１３は、複数の第１構造部材１３ａを備えている。一つの第１構造層１３が備える複数の第１構造部材１３ａは、一つの第１構造層１３の積層面内で同一方向に延びている。ここで、「積層面」とは、例えば、一つの第１構造層１３において、その厚さ方向の中心を通る水平方向に広がる仮想面と言い換えることができる（第２構造層１４の積層面も同様）。
第１構造部材１３ａは、例えば、上述した三次元積層造形装置１により一度に積層可能な単位積層幅と同じ幅で形成されてよい。言い換えれば、第１構造部材１３ａは、照射器５からレーザ光が照射されることにより造形台２ｂ上に形成されるビードの幅（以下、ビード幅と称する）と同じ幅で形成されてよい。
更に、第１構造部材１３ａは、三次元積層造形装置１により一度に積層可能な単位積層厚さで形成されてよい。すなわち、第１構造部材１３ａは、一度に形成可能な一本のビードの厚さと同じ厚さで形成されてよい。
更に、第１構造部材１３ａは、三次元積層造形装置１により一度に積層可能な単位積層厚さで形成されてよい。すなわち、第１構造部材１３ａは、一度に形成可能な一本のビードの厚さと同じ厚さで形成されてよい。
一つの第１構造層１３を構成する複数の第１構造部材１３ａは、第１構造層１３の積層面内で、第１構造部材１３ａの延びる方向（図３中、ａ方向）と交差する方向（以下、ｂ方向と称する）に間隔をあけて配置されている。ｂ方向で隣り合う第１構造部材１３ａの間隔は、上述した単位積層幅と同一寸法にすることができる。
第２構造層１４は、複数の第２構造部材１４ａを備えている。一つの第２構造層１４が備える複数の第２構造部材１４ａは、一つの第２構造層１４の積層面内で同一方向に延びている。さらに、第２構造部材１４ａは、第１構造部材１３ａの延びるａ方向と交差するｂ方向に延びている。
第２構造部材１４ａは、第１構造部材１３ａと同様に、例えば、上述した単位積層幅と同じ幅で形成することができる。言い換えれば、第２構造部材１４ａは、ビード幅と同じ幅で形成することができる。更に、第２構造部材１４ａは、単位積層厚さである一本のビードの厚さと同じ厚さで形成することができる。
一つの第２構造層１４を構成する複数の第２構造部材１４ａは、第２構造層１４の積層面内で、第２構造部材１４ａの延びるｂ方向と交差するａ方向に間隔をあけて配置されている。ａ方向で隣り合う第２構造部材１４ａの間隔は、上述した単位積層幅と同一寸法にすることができる。
図５に示すように、第１実施形態における第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとは、それぞれ直線状に形成されている。そして、第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとは、上方から見て直交するように配置されている。つまり、支持部材１２は、上方から見ると、格子状に形成されている。
第１実施形態における支持部材１２は、上述した三次元積層造形装置１により形成することができる。この場合、第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとは、それぞれ一本のビードにより形成することができる。そして、支持部材１２は、第１構造層１３の上に第２構造層１４を積層し、同様に第２構造層１４の上に第１構造層１３を積層する工程を繰り返すことで形成できる。
このように形成された支持部材１２は、上下方向で隣り合う第１構造層１３の第１構造部材１３ａと第２構造層１４の第２構造部材１４ａとが重なる部分で接合される。すなわち、第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとは、それぞれの相対移動ができない状態となる。
このように形成された支持部材１２は、上下方向で隣り合う第１構造層１３の第１構造部材１３ａと第２構造層１４の第２構造部材１４ａとが重なる部分で接合される。すなわち、第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとは、それぞれの相対移動ができない状態となる。
なお、第１実施形態においては、単位積層幅と同じ幅、単位積層厚さと同じ厚さで第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとを形成した。更に、ｂ方向における第１構造部材１３ａの間隔と、ａ方向における第２構造部材１４ａの間隔とを単位積層幅とする場合について説明した。しかし、第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとのそれぞれの幅、厚さは、上記単位積層幅及び単位積層厚さに限られない。また、単一のビードによって第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとを構成する場合について説明したが、複数のビードによって第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとを構成するようにしても良い。
さらに、ｂ方向で隣り合う第１構造部材１３ａの間隔とａ方向で隣り合う第２構造部材１４ａの間隔とは、それぞれ三次元形状の造形物１０の材料の特性、例えば、比熱、熱伝導率、密度、表面張力等に応じて、上述した三次元積層造形装置１で造形する際に、格子の形状が崩れないような間隔とすればよい。
また、上述した第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとは、図示都合上、断面四角形の柱状に形成される場合を例示した。しかし、第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとの形状は、実際には、ビードが固化したときの形状であるため、断面四角形には限られない。
さらに、一つの第１構造層１３における第１構造部材１３ａの本数と、一つの第２構造層１４における第２構造部材１４ａの本数とは、それぞれ図４、図５に示す本数に限られない。これら第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとの本数は、例えば、張出部１１ａの形状に応じて、調整される。具体的には、図２、図３に示すような上方に向かって凸の湾曲形状の張出部１１ａに対しては、支持部材１２の上部の階層ほど、第１構造部材１３ａの本数及び第２構造部材１４ａの本数が漸次減少される。
さらに、一つの第１構造層１３における第１構造部材１３ａの本数と、一つの第２構造層１４における第２構造部材１４ａの本数とは、それぞれ図４、図５に示す本数に限られない。これら第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとの本数は、例えば、張出部１１ａの形状に応じて、調整される。具体的には、図２、図３に示すような上方に向かって凸の湾曲形状の張出部１１ａに対しては、支持部材１２の上部の階層ほど、第１構造部材１３ａの本数及び第２構造部材１４ａの本数が漸次減少される。
したがって、上述した第１実施形態によれば、第１構造層１３には、第１構造部材１３ａの延びる方向と交差する方向に間隔をあけて複数の隙間が形成され、第２構造層１４には、第２構造部材１４ａの延びる方向と交差する方向に間隔をあけて複数の隙間が形成される。そのため、支持部材１２の水平断面形状が高さ方向で一定に形成されている場合と比較して、支持部材１２の強度を低下させることができる。
さらに、第１構造層１３の積層面内で第１構造部材１３ａがそれぞれ間隔をあけて配置されるとともに、第２構造層１４の積層面内で第２構造部材１４ａがそれぞれ間隔をあけて配置されるので、これらの隙間が、熱膨張等が生じた場合の逃げ場となる。さらに、これら隙間が形成されることで表面積を増加できるため、放熱性能を向上でき、支持部材１２に温度分布が生じることを抑制できる。そのため、支持部材１２に熱応力が作用することを抑制できる。
さらに、第１構造層１３と第２構造層１４とが上下方向に交互に積層されるため、目的物１１の張出部１１ａを下方から支持した場合には、第１構造層１３と第２構造層１４とに対してそれぞれ圧縮方向の力のみを作用させることができる。つまり、支持部材１２を上下方向には高剛性に形成することができる。その一方で、上下方向とは異なる水平方向成分を含む方向から入力が有った場合、及び、上下方向でも局所的に力が加わった場合には、第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとの間に、せん断方向又は剥離方向に力が作用する。すなわち、張出部１１ａを支持する以外の力に対しては、強度を低くして脆くすることができる。
その結果、三次元形状の造形物１０を造形した後に支持部材１２を容易に除去することができる。例えば、造形物１０を流体研磨することにより、造形物１０から支持部材１２を除去し、目的物１１を得ることができる。また例えば、造形物１０を冷却し、造形物１０を収縮させることで、目的物１１から支持部材１２を剥離させることができる。冷却による支持部材１２の剥離は、支持部材１２の表面積が目的物１１に対し十分に大きいために生じる。
その結果、三次元形状の造形物１０を造形した後に支持部材１２を容易に除去することができる。例えば、造形物１０を流体研磨することにより、造形物１０から支持部材１２を除去し、目的物１１を得ることができる。また例えば、造形物１０を冷却し、造形物１０を収縮させることで、目的物１１から支持部材１２を剥離させることができる。冷却による支持部材１２の剥離は、支持部材１２の表面積が目的物１１に対し十分に大きいために生じる。
《支持部材の第１変形例》
上述した第１実施形態においては、金属の粉末を焼き固めた焼結層によって支持部材１２を形成する場合について説明した。しかし、この構成に限られない。例えば、より支持部材１２の除去性能を高めたいときには、支持部材１２を半焼結体からなるビード（言い換えれば、仮焼結のビード）によって形成しても良い。ここで、半焼結体からなるビードとは、金属の粉末の一部が溶融されずに残存している状態で造形されたビードを意味する。つまり、半焼結体からなるビードは、金属の粉末が溶融して固化した部分と、未溶融の金属の粉末の部分とが混在している。この半焼結体からなるビードにより第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとをそれぞれ造形するには、例えば、金属の粉末が融点付近の温度となるような出力で上述した照射器５から光ビームを短時間照射する方法を用いても良い。このようにすることで、金属の粉末に、融点を超える部分と融点を超えない部分とを生じさせることができ、上述した半焼結体からなるビードを容易に造形することができる。
上述した第１実施形態においては、金属の粉末を焼き固めた焼結層によって支持部材１２を形成する場合について説明した。しかし、この構成に限られない。例えば、より支持部材１２の除去性能を高めたいときには、支持部材１２を半焼結体からなるビード（言い換えれば、仮焼結のビード）によって形成しても良い。ここで、半焼結体からなるビードとは、金属の粉末の一部が溶融されずに残存している状態で造形されたビードを意味する。つまり、半焼結体からなるビードは、金属の粉末が溶融して固化した部分と、未溶融の金属の粉末の部分とが混在している。この半焼結体からなるビードにより第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとをそれぞれ造形するには、例えば、金属の粉末が融点付近の温度となるような出力で上述した照射器５から光ビームを短時間照射する方法を用いても良い。このようにすることで、金属の粉末に、融点を超える部分と融点を超えない部分とを生じさせることができ、上述した半焼結体からなるビードを容易に造形することができる。
この第１変形例によれば、第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとが脆性破壊し易くなる。そのため、支持部材１２を、より一層、容易に破壊することが可能となる。
なお、第１変形例においては、第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとの両方が半焼結体からなるビードによって造形される場合について説明した。しかし、第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとの何れか一方のみ半焼結体からなるビードによって造形するようにしても良い。また、支持部材１２のうち、上下方向の一部の階層の第１構造部材１３ａ、第２構造部材１４ａのみ、半焼結体からなるビードで造形するようにしても良い。このように半焼結体を用いる場所を変化させることで、支持部材１２の強度を適宜調整することができる。
なお、第１変形例においては、第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとの両方が半焼結体からなるビードによって造形される場合について説明した。しかし、第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとの何れか一方のみ半焼結体からなるビードによって造形するようにしても良い。また、支持部材１２のうち、上下方向の一部の階層の第１構造部材１３ａ、第２構造部材１４ａのみ、半焼結体からなるビードで造形するようにしても良い。このように半焼結体を用いる場所を変化させることで、支持部材１２の強度を適宜調整することができる。
《支持部材の第２変形例》
図６は、支持部材の第２変形例における図５に相当する図である。
上述した第１実施形態においては、上方から見て、それぞれ直線状に形成された第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとが直交するように支持部材１２を形成する場合について説明した。しかし、この構成に限られない。第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとは、上方から見て、交差するように形成されていれば良く、例えば、図６に示すように、支持部材１２を上方から見て斜め格子（言い換えれば、ひし形）を形成するようにしてもよい。
図６は、支持部材の第２変形例における図５に相当する図である。
上述した第１実施形態においては、上方から見て、それぞれ直線状に形成された第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとが直交するように支持部材１２を形成する場合について説明した。しかし、この構成に限られない。第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとは、上方から見て、交差するように形成されていれば良く、例えば、図６に示すように、支持部材１２を上方から見て斜め格子（言い換えれば、ひし形）を形成するようにしてもよい。
上記第１実施形態の第２変形例によれば、特に、ひし形の短い方の対角線が延びる方向（図６中、ｂ方向）からの入力に対して、支持部材１２の強度を低下させることができる。したがって、より一層、支持部材１２の除去性能を向上できる。
なお、上述した第１実施形態及び各変形例においては、第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとが直線状のビードで形成される場合について説明した。しかし、これら第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとは直線状に限られない。第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとは、例えば、上方から見て曲線状や波線状であっても良い。また、第１構造部材１３ａと第２構造部材１４ａとは、上方から見て格子状を形成すればよく、例えば、上方から見て直線、曲線、波線などを適宜組み合わせた線状であっても良い。
さらに、第１実施形態の第１変形例の半焼結体からなるビードによって第１実施形態の第２変形例の支持部材１２を形成しても良い。
《制御装置》
三次元積層造形装置１の制御装置６は、造形物１０を造形するときに、張出部１１ａの下方に上述した支持部材１２を形成するように、照射器５を制御する。
図７は、第１実施形態における制御装置のソフトウェア構成を示す概略ブロック図である。
制御装置６は、取得部６１、特定部６２、モデル生成部６３、分割部６４、選択部６５、第１指示生成部６６、第２指示生成部６７、出力部６８を備える。
三次元積層造形装置１の制御装置６は、造形物１０を造形するときに、張出部１１ａの下方に上述した支持部材１２を形成するように、照射器５を制御する。
図７は、第１実施形態における制御装置のソフトウェア構成を示す概略ブロック図である。
制御装置６は、取得部６１、特定部６２、モデル生成部６３、分割部６４、選択部６５、第１指示生成部６６、第２指示生成部６７、出力部６８を備える。
取得部６１は、目的物１１の形状を示す目的物図形からなる三次元図形データである目的物モデルを取得する。目的物モデルは、例えばＣＡＤ（Computer-Aided Design）ソフトウェアにより作成された三次元図形データであってよい。
特定部６２は、目的物モデルに含まれる目的物図形の張出部１１ａの位置を特定する。
モデル生成部６３は、目的物モデルに含まれる目的物図形に、張出部１１ａの下方に接する支持部材１２の形状を示す支持部材図形を追加することで、造形モデルを生成する。造形モデルは、造形物１０の造形制御に用いる三次元図形データである。なお、支持部材１２の形状を示す支持部材図形は、支持部材１２を配置する範囲を示す支持部材図形の一例である。
つまり、第１実施形態に係る制御装置６は、造形モデル生成装置の一例である。
特定部６２は、目的物モデルに含まれる目的物図形の張出部１１ａの位置を特定する。
モデル生成部６３は、目的物モデルに含まれる目的物図形に、張出部１１ａの下方に接する支持部材１２の形状を示す支持部材図形を追加することで、造形モデルを生成する。造形モデルは、造形物１０の造形制御に用いる三次元図形データである。なお、支持部材１２の形状を示す支持部材図形は、支持部材１２を配置する範囲を示す支持部材図形の一例である。
つまり、第１実施形態に係る制御装置６は、造形モデル生成装置の一例である。
分割部６４は、モデル生成部６３が生成した造形モデルを高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成する。分割部６４による分割の幅（分割造形モデルの高さ）は、単位積載幅に相当する長さである。
選択部６５は、複数の分割造形モデルのうち、照射器５によって形成すべき積載層に相当する分割造形モデルを選択する。
第１指示生成部６６は、造形台２ｂ上に敷かれた粉末材料の層のうち、選択部６５によって選択された分割造形モデルの目的物図形に相当する部分に、レーザ光を照射させる照射指示を生成する。例えば、第１指示生成部６６は、分割造形モデルの目的物図形に相当する部分を複数の格子領域に切り分け、乱数に基づいて各格子領域にレーザ光を照射する順番を決定することで、照射指示を生成する。
第２指示生成部６７は、造形台２ｂ上に敷かれた粉末材料の層のうち、選択部６５によって選択された分割造形モデルの支持部材図形に相当する部分に、複数のレーザ光を掃引させる掃引指示を生成する。例えば、第２指示生成部６７は、支持部材図形のうち、第１構造部材１３ａに相当する図形、または第２構造部材１４ａに相当する図形に相当する各部分の一端から他端へ、レーザ光を掃引させる掃引指示を生成する。つまり、第２指示生成部６７は、前回の材料層へのレーザ光の掃引方向（例えばａ方向）と交差する方向（例えばｂ方向）に、その方向に交差する方向（例えばａ方向）に間隔を空けた複数のレーザ光を掃引させる掃引指示を生成する。
出力部６８は、第１指示生成部６６が生成した照射指示、および第２指示生成部６７が生成した掃引指示を、照射器５に出力する。
選択部６５は、複数の分割造形モデルのうち、照射器５によって形成すべき積載層に相当する分割造形モデルを選択する。
第１指示生成部６６は、造形台２ｂ上に敷かれた粉末材料の層のうち、選択部６５によって選択された分割造形モデルの目的物図形に相当する部分に、レーザ光を照射させる照射指示を生成する。例えば、第１指示生成部６６は、分割造形モデルの目的物図形に相当する部分を複数の格子領域に切り分け、乱数に基づいて各格子領域にレーザ光を照射する順番を決定することで、照射指示を生成する。
第２指示生成部６７は、造形台２ｂ上に敷かれた粉末材料の層のうち、選択部６５によって選択された分割造形モデルの支持部材図形に相当する部分に、複数のレーザ光を掃引させる掃引指示を生成する。例えば、第２指示生成部６７は、支持部材図形のうち、第１構造部材１３ａに相当する図形、または第２構造部材１４ａに相当する図形に相当する各部分の一端から他端へ、レーザ光を掃引させる掃引指示を生成する。つまり、第２指示生成部６７は、前回の材料層へのレーザ光の掃引方向（例えばａ方向）と交差する方向（例えばｂ方向）に、その方向に交差する方向（例えばａ方向）に間隔を空けた複数のレーザ光を掃引させる掃引指示を生成する。
出力部６８は、第１指示生成部６６が生成した照射指示、および第２指示生成部６７が生成した掃引指示を、照射器５に出力する。
《三次元積層造形装置の動作》
三次元積層造形装置１の動作について説明する。
図８は、第１実施形態における三次元積層造形装置の動作を示すフローチャートである。
三次元積層造形装置１に造形物１０を造形させる場合、利用者は、制御装置６に目的物モデルを入力する。制御装置６の取得部６１は、利用者から目的物モデルを取得する（ステップＳ１）。次に、特定部６２は、目的物モデルに含まれる目的物図形の張出部１１ａの位置を特定する（ステップＳ２）。次に、モデル生成部６３は、目的物モデルに含まれる目的物図形に、張出部１１ａの下方に接する支持部材１２の形状を示す支持部材図形を追加することで、造形モデルを生成する（ステップＳ３）。次に、分割部６４は、モデル生成部６３が生成した造形モデルを高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成する（ステップＳ４）。
三次元積層造形装置１の動作について説明する。
図８は、第１実施形態における三次元積層造形装置の動作を示すフローチャートである。
三次元積層造形装置１に造形物１０を造形させる場合、利用者は、制御装置６に目的物モデルを入力する。制御装置６の取得部６１は、利用者から目的物モデルを取得する（ステップＳ１）。次に、特定部６２は、目的物モデルに含まれる目的物図形の張出部１１ａの位置を特定する（ステップＳ２）。次に、モデル生成部６３は、目的物モデルに含まれる目的物図形に、張出部１１ａの下方に接する支持部材１２の形状を示す支持部材図形を追加することで、造形モデルを生成する（ステップＳ３）。次に、分割部６４は、モデル生成部６３が生成した造形モデルを高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成する（ステップＳ４）。
次に、選択部６５は、複数の分割造形モデルのうち、まだ造形されていない積載層のうち最も下方に位置するものに相当する分割造形モデルを選択する（ステップＳ５）。第１指示生成部６６は、ステップＳ５で選択した分割造形モデルの目的物図形に相当する部分にレーザ光を照射させる照射指示を生成する（ステップＳ６）。次に、出力部６８は、照射指示を照射器５に出力する（ステップＳ７）。照射器５は、照射指示に従って粉末材料Ｐにレーザ光を照射する。これにより、目的物１１に相当する焼結層が形成される。
第２指示生成部６７は、ステップＳ５で選択した分割造形モデルの支持部材図形が、第１構造層１３に係る図形であるか否かを判定する（ステップＳ８）。分割造形モデルの支持部材図形に相当する部分が第１構造層１３に係る図形である場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、第２指示生成部６７は、分割造形モデルの第１構造部材１３ａに相当する部分の一端から他端に向けてレーザ光を掃引させる掃引指示を生成する（ステップＳ９）。分割造形モデルの支持部材図形に相当する部分が第２構造層１４に係る図形である場合（ステップＳ８：ＮＯ）、第２指示生成部６７は、分割造形モデルの第２構造部材１４ａに相当する部分の一端から他端に向けてレーザ光を掃引させる掃引指示を生成する（ステップＳ１０）。第２指示生成部６７が掃引指示を生成すると、出力部６８は、掃引指示を照射器５に出力する（ステップＳ１１）。照射器５は、掃引指示に従って粉末材料Ｐに向けて、同一方向に複数回レーザ光を掃引する。これにより、支持部材１２に相当する焼結層が形成される。
次に、選択部６５は、ステップＳ５で選択した分割造形モデルが、造形モデルの最上部を構成するものであるか否かを判定する（ステップＳ１２）。これは、複数の分割造形モデルの全てに相当する積載層について、レーザ光の照射がなされたか否かの判定と等価である。
ステップＳ５で選択した分割造形モデルが、造形モデルの最上部を構成するものでない場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、出力部６８は、三次元積層造形装置１に、造形台２ｂ上に新たな粉末材料層を形成させる積層指示を出力する（ステップＳ１３）。積層指示が出力されると、造形部２の底面部２ａは、粉末材料層の厚みだけ下降する。また供給部３の底面部３ａは、粉末材料層の厚みだけ上昇する。これにより、供給部３の開口面より上に粉末材料Ｐが押し出される。そして、リコータ４は、供給部３から押し出された粉末材料Ｐを造形部２へ移送する。これにより、造形台２ｂ上に新たな粉末材料層が形成される。制御装置６は、積層指示を出力すると、ステップＳ５に処理を戻し、次の積載層に係る分割造形モデルを選択する。
他方、ステップＳ５で選択した分割造形モデルが、造形モデルの最上部を構成するものである場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、制御装置６は、三次元積層造形装置１の制御を終了する。これにより、三次元積層造形装置１は、支持部材１２の除去が容易な造形物１０を造形することができる。
〈第２実施形態〉
第２実施形態の三次元積層造形装置は、第１実施形態の三次元積層造形装置と制御装置６の動作が異なる。
第１実施形態の制御装置６が生成する造形モデルに含まれる支持部材図形は、支持部材１２の形状を示すものである。これに対し、第２実施形態の制御装置６が生成する造形モデルに含まれる支持部材図形は、支持部材１２を配置する範囲を示すものである。つまり、第２実施形態の支持部材図形は、第１構造部材１３ａおよび第２構造部材１４ａに相当する形状の図形を有さない充填された立体図形であってよい。ただし、第２実施形態の造形モデルは、目的物図形と支持部材図形とにそれぞれを区別する識別情報が付される。
第２実施形態の三次元積層造形装置は、第１実施形態の三次元積層造形装置と制御装置６の動作が異なる。
第１実施形態の制御装置６が生成する造形モデルに含まれる支持部材図形は、支持部材１２の形状を示すものである。これに対し、第２実施形態の制御装置６が生成する造形モデルに含まれる支持部材図形は、支持部材１２を配置する範囲を示すものである。つまり、第２実施形態の支持部材図形は、第１構造部材１３ａおよび第２構造部材１４ａに相当する形状の図形を有さない充填された立体図形であってよい。ただし、第２実施形態の造形モデルは、目的物図形と支持部材図形とにそれぞれを区別する識別情報が付される。
《三次元積層造形装置の動作》
三次元積層造形装置１の動作について説明する。
図９は、第２実施形態における三次元積層造形装置の動作を示すフローチャートである。
三次元積層造形装置１に造形物１０を造形させる場合、利用者は、制御装置６に目的物モデルを入力する。制御装置６の取得部６１は、利用者から目的物モデルを取得する（ステップＳ１０１）。次に、特定部６２は、目的物モデルに含まれる目的物図形の張出部１１ａの位置を特定する（ステップＳ１０２）。次に、モデル生成部６３は、目的物モデルに含まれる目的物図形に、張出部１１ａの下方に支持部材１２を配置する範囲を示す支持部材図形を追加することで、造形モデルを生成する（ステップＳ１０３）。次に、分割部６４は、モデル生成部６３が生成した造形モデルを高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成する（ステップＳ１０４）。
三次元積層造形装置１の動作について説明する。
図９は、第２実施形態における三次元積層造形装置の動作を示すフローチャートである。
三次元積層造形装置１に造形物１０を造形させる場合、利用者は、制御装置６に目的物モデルを入力する。制御装置６の取得部６１は、利用者から目的物モデルを取得する（ステップＳ１０１）。次に、特定部６２は、目的物モデルに含まれる目的物図形の張出部１１ａの位置を特定する（ステップＳ１０２）。次に、モデル生成部６３は、目的物モデルに含まれる目的物図形に、張出部１１ａの下方に支持部材１２を配置する範囲を示す支持部材図形を追加することで、造形モデルを生成する（ステップＳ１０３）。次に、分割部６４は、モデル生成部６３が生成した造形モデルを高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成する（ステップＳ１０４）。
次に、選択部６５は、複数の分割造形モデルのうち、まだ造形されていない積載層のうち最も下方に位置するものに相当する分割造形モデルを選択する（ステップＳ１０５）。第１指示生成部６６は、ステップＳ１０５で選択した分割造形モデルの目的物図形に相当する部分にレーザ光を照射させる照射指示を生成する（ステップＳ１０６）。次に、出力部６８は、照射指示を照射器５に出力する（ステップＳ１０７）。照射器５は、照射指示に従って粉末材料Ｐにレーザ光を照射する。これにより、目的物１１に相当する焼結層が形成される。
第２指示生成部６７は、前回の粉末材料層への掃引指示の掃引方向がａ方向であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。なお、ステップＳ１０５で選択した分割造形モデルが造形モデルの最下部に相当する場合、第２指示生成部６７は、前回の粉末材料層への掃引指示の掃引方向がａ方向でないと判定する。
前回の粉末材料層への掃引指示の掃引方向がａ方向でない場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、第２指示生成部６７は、ａ方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を、ａ方向に掃引させる掃引指示を生成する（ステップＳ１０９）。この掃引指示に従ってレーザ光が掃引されることにより、複数の第１構造部材１３ａが形成される。
他方、前回の粉末材料層への掃引指示の掃引方向がａ方向である場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、第２指示生成部６７は、ｂ方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を、ｂ方向に掃引させる掃引指示を生成する（ステップＳ１１０）。この掃引指示に従ってレーザ光が掃引されることにより、複数の第２構造部材１４ａが形成される。
第２指示生成部６７が掃引指示を生成すると、出力部６８は、掃引指示を照射器５に出力する（ステップＳ１１１）。
前回の粉末材料層への掃引指示の掃引方向がａ方向でない場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、第２指示生成部６７は、ａ方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を、ａ方向に掃引させる掃引指示を生成する（ステップＳ１０９）。この掃引指示に従ってレーザ光が掃引されることにより、複数の第１構造部材１３ａが形成される。
他方、前回の粉末材料層への掃引指示の掃引方向がａ方向である場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、第２指示生成部６７は、ｂ方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を、ｂ方向に掃引させる掃引指示を生成する（ステップＳ１１０）。この掃引指示に従ってレーザ光が掃引されることにより、複数の第２構造部材１４ａが形成される。
第２指示生成部６７が掃引指示を生成すると、出力部６８は、掃引指示を照射器５に出力する（ステップＳ１１１）。
次に、選択部６５は、ステップＳ１０５で選択した分割造形モデルが、造形モデルの最上部を構成するものであるか否かを判定する（ステップＳ１１２）。ステップＳ１０５で選択した分割造形モデルが、造形モデルの最上部を構成するものでない場合（ステップＳ１１２：ＮＯ）、出力部６８は、三次元積層造形装置１に、造形台２ｂ上に新たな粉末材料層を形成させる積層指示を出力する（ステップＳ１１３）。制御装置６は、積層指示を出力すると、ステップＳ１０５に処理を戻し、次の積載層に係る分割造形モデルを選択する。
他方、ステップＳ１０５で選択した分割造形モデルが、造形モデルの最上部を構成するものである場合（ステップＳ１１２：ＹＥＳ）、制御装置６は、三次元積層造形装置１の制御を終了する。これにより、三次元積層造形装置１は、第１実施形態と同様に、支持部材１２の除去が容易な造形物１０を造形することができる。
〈他の実施形態〉
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、上述の実施形態においては、制御装置６が造形モデルの生成および三次元積層造形装置１の制御を行うが、他の実施形態ではこれに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置６は、造形モデルの生成を行わないものであってよい。この場合、制御装置６は、利用者や外部の装置（造形モデル生成装置）から造形モデルを取得する。
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、上述の実施形態においては、制御装置６が造形モデルの生成および三次元積層造形装置１の制御を行うが、他の実施形態ではこれに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置６は、造形モデルの生成を行わないものであってよい。この場合、制御装置６は、利用者や外部の装置（造形モデル生成装置）から造形モデルを取得する。
〈コンピュータ構成〉
図１０は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ１００は、ＣＰＵ１０１、主記憶装置１０２、補助記憶装置１０３、インタフェース１０４を備える。
上述の制御装置６は、コンピュータ１００に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置１０３に記憶されている。ＣＰＵ１０１は、プログラムを補助記憶装置１０３から読み出して主記憶装置１０２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。
図１０は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ１００は、ＣＰＵ１０１、主記憶装置１０２、補助記憶装置１０３、インタフェース１０４を備える。
上述の制御装置６は、コンピュータ１００に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置１０３に記憶されている。ＣＰＵ１０１は、プログラムを補助記憶装置１０３から読み出して主記憶装置１０２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。
補助記憶装置１０３の例としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、半導体メモリ等が挙げられる。補助記憶装置１０３は、コンピュータ１００のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース１０４または通信回線を介してコンピュータ１００に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ１００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ１００が当該プログラムを主記憶装置１０２に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、補助記憶装置１０３は、一時的でない有形の記憶媒体である。
また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、当該プログラムは、前述した機能を補助記憶装置１０３に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
１ 三次元積層造形装置
２ 造形部
３ 供給部
４ リコータ
５ 照射器
６ 制御装置
１０ 造形物
１１ 目的物
１１ａ 張出部
１２ 支持部材
１３ 第１構造層
１３ａ 第１構造部材
１４ 第２構造層
１４ａ 第２構造部材
６１ 取得部
６２ 特定部
６３ モデル生成部
６４ 分割部
６５ 選択部
６６ 第１指示生成部
６７ 第２指示生成部
６８ 出力部
Ｐ 粉末材料
２ 造形部
３ 供給部
４ リコータ
５ 照射器
６ 制御装置
１０ 造形物
１１ 目的物
１１ａ 張出部
１２ 支持部材
１３ 第１構造層
１３ａ 第１構造部材
１４ 第２構造層
１４ａ 第２構造部材
６１ 取得部
６２ 特定部
６３ モデル生成部
６４ 分割部
６５ 選択部
６６ 第１指示生成部
６７ 第２指示生成部
６８ 出力部
Ｐ 粉末材料
Claims (12)
- 三次元積層造形装置により材料を積層させて三次元形状の目的物を造形する過程で、前記目的物が備える水平方向に張り出す張出部を下方から支持する支持部材であって、
上下方向に交互に積層され、それぞれ水平方向に広がる積層面を形成する第１構造層及び第２構造層を備え、
前記第１構造層は、前記第１構造層の積層面内で同一方向に延びる複数の第１構造部材を備え、
前記第２構造層は、前記第２構造層の積層面内で同一方向に延びるとともに、前記第１構造部材の延びる方向と交差する方向に延びる複数の第２構造部材を備え、
前記第１構造部材は、前記第１構造層の積層面内で前記第１構造部材の延びる方向と交差する方向に間隔をあけて配置され、
前記第２構造部材は、前記第２構造層の積層面内で前記第２構造部材の延びる方向と交差する方向に間隔をあけて配置され、
前記第１構造部材及び前記第２構造部材は、前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層厚さを基準に、又は前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層幅を基準に、形成される支持部材。 - 前記第１構造部材及び前記第２構造部材は、前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層厚さのＮ倍（Ｎは自然数）、又は前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層幅のＭ倍（Ｍは自然数）に形成される
請求項１に記載の支持部材。 - 三次元積層造形装置により材料を積層させて三次元形状の目的物を造形する過程で、前記目的物が備える水平方向に張り出す張出部を下方から支持する支持部材であって、
上下方向に交互に積層され、それぞれ水平方向に広がる積層面を形成する第１構造層及び第２構造層を備え、
前記第１構造層は、前記第１構造層の積層面内で同一方向に延びる複数の第１構造部材を備え、
前記第２構造層は、前記第２構造層の積層面内で同一方向に延びるとともに、前記第１構造部材の延びる方向と交差する方向に延びる複数の第２構造部材を備え、
前記第１構造部材は、前記第１構造層の積層面内で前記第１構造部材の延びる方向と交差する方向に間隔をあけて配置され、
前記第２構造部材は、前記第２構造層の積層面内で前記第２構造部材の延びる方向と交差する方向に間隔をあけて配置され、
前記第１構造部材及び前記第２構造部材は、粉状の前記材料が未溶融の部分と前記粉状の材料が溶融後に硬化した部分とを含む半焼結体からなる
支持部材。 - 同一積層面内で隣り合う前記第１構造部材の間隔及び同一積層面内で隣り合う前記第２構造部材の間隔は、前記単位積層幅と同一寸法である請求項１又は２に記載の支持部材。
- 上下方向で隣接する前記第１構造部材と前記第２構造部材とは一体に形成されている請求項１から４の何れか一項に記載の支持部材。
- 前記第１構造部材と前記第２構造部材とは、それぞれ直線状に形成され、上方から見て互いに直交するように配置されている請求項１から６の何れか一項に記載の支持部材。
- 三次元形状の造形物の造形制御に用いる三次元図形データである造形モデルを生成する造形モデル生成装置であって、
目的物の形状を示す目的物図形からなる三次元図形データである目的物モデルを取得する取得部と、
前記目的物図形のうち水平方向に張り出す部分である張出部を特定する特定部と、
前記目的物図形に、前記張出部の下方に接する請求項１から請求項６の何れか１項に記載の支持部材の形状を示す支持部材図形を追加することで、前記造形モデルを生成する生成部と
を備える造形モデル生成装置。 - 三次元積層造形装置により材料を積層させて三次元形状の目的物を造形する過程で、前記目的物が備える水平方向に張り出す張出部を下方から支持する支持部材であって、
上下方向に交互に積層され、それぞれ水平方向に広がる積層面を形成する第１構造層及び第２構造層を備え、
前記第１構造層の構造部材である第１構造部材、及び前記第２構造層の構造部材である第２構造部材の少なくともいずれか一方は、粉状の前記材料が未溶融の部分と、前記粉状の材料が溶融後に硬化した部分とを含む、
支持部材。 - 材料を積層させて三次元形状の造形物を造形する三次元積層造形装置の制御装置であって、
目的物の形状を示す目的物図形と前記目的物において水平方向に張り出す部分である張出部を下方から支持する支持部材を配置する範囲を示す支持部材図形とを含む造形モデルを、高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成する分割部と、
前記複数の分割造形モデルの下方側から順に分割造形モデルを選択する選択部と、
造形台上に敷かれた材料層のうち、選択された前記分割造形モデルの前記目的物図形に相当する部分にレーザ光を照射させる照射指示を生成する第１指示生成部と、
前記材料のうち、選択された前記分割造形モデルの前記支持部材図形に相当する部分に、前回の材料層へのレーザ光の掃引方向と交差する第１方向に、前記第１方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を掃引させる掃引指示を生成することで、上下方向に交互に積層され、それぞれ水平方向に広がる積層面であって、前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層厚さを基準とし、又は前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層幅を基準とした、複数の積層面を形成させる第２指示生成部と
を備える制御装置。 - 粉状の材料を積層させて三次元形状の造形物を造形する三次元積層造形装置の制御装置であって、
目的物の形状を示す目的物図形と前記目的物において水平方向に張り出す部分である張出部を下方から支持する支持部材を配置する範囲を示す支持部材図形とを含む造形モデルを、高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成する分割部と、
前記複数の分割造形モデルの下方側から順に分割造形モデルを選択する選択部と、
造形台上に敷かれた材料層のうち、選択された前記分割造形モデルの前記目的物図形に相当する部分にレーザ光を照射させる照射指示を生成する第１指示生成部と、
前記材料のうち、選択された前記分割造形モデルの前記支持部材図形に相当する部分に、前回の材料層へのレーザ光の掃引方向と交差する第１方向に、前記第１方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を掃引させる掃引指示を生成する第２指示生成部と
を備え、
前記第２指示生成部は、前記材料が未溶融の部分と溶融後に硬化した部分とを含む半焼結体となるように、前記掃引指示を生成する
制御装置。 - 三次元積層造形装置により材料を積層させて三次元形状の造形物の造形方法であって、
目的物の形状を示す目的物図形と前記目的物において水平方向に張り出す部分である張出部を下方から支持する支持部材を配置する範囲を示す支持部材図形とを含む造形モデルを高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成することと、
前記複数の分割造形モデルの下方側から順に分割造形モデルを選択することと、
造形台上に敷かれた材料層のうち、選択された前記分割造形モデルの前記目的物図形に相当する部分にレーザ光を照射することと、
前記材料のうち、選択された前記分割造形モデルの前記支持部材図形に相当する部分に、前回の材料層へのレーザ光の掃引方向と交差する第１方向に、前記第１方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を掃引することにより、上下方向に交互に積層され、それぞれ水平方向に広がる積層面であって、前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層厚さを基準とし、又は前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層幅を基準とした、複数の積層面を形成することと
を含む造形物の造形方法。 - 三次元積層造形装置により粉状の材料を積層させて三次元形状の造形物の造形方法であって、
目的物の形状を示す目的物図形と前記目的物において水平方向に張り出す部分である張出部を下方から支持する支持部材を配置する範囲を示す支持部材図形とを含む造形モデルを高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成することと、
前記複数の分割造形モデルの下方側から順に分割造形モデルを選択することと、
造形台上に敷かれた材料層のうち、選択された前記分割造形モデルの前記目的物図形に相当する部分にレーザ光を照射することと、
前記材料のうち、選択された前記分割造形モデルの前記支持部材図形に相当する部分に、前回の材料層へのレーザ光の掃引方向と交差する第１方向に、前記第１方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を、前記材料が未溶融の部分と溶融後に硬化した部分とを含む半焼結体となるように掃引することと
を含む造形物の造形方法。
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| CN111015891A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-04-17 | 浙江大学 | 一种用于3d打印混凝土结构的层间嵌订方法 |
| JP2020164890A (ja) * | 2019-03-28 | 2020-10-08 | 日立金属株式会社 | 金属部品の積層造形方法 |
| CN113858607A (zh) * | 2020-06-30 | 2021-12-31 | 宝武装备智能科技有限公司 | 基于3d打印技术对深型腔壳体加工的石膏支撑方法 |
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| JP2016198958A (ja) * | 2015-04-10 | 2016-12-01 | キヤノン株式会社 | 情報処理方法、情報処理装置、立体造形方法、立体造形装置及びプログラム |
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2017
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