JP6526839B2 - 三次元造形装置、及びその制御方法、並びにその造形物 - Google Patents

Description

本発明は、三次元造形装置、及びその制御方法、並びにその造形物に関する。

三次元設計データに基づいて造形物を製造する三次元造形装置が、例えば特許文献１により知られている。このような三次元造形装置の方式としては、光造形法、粉末焼結法、インクジェット法、溶融樹脂押し出し造形法など、様々な方式が提案され、製品化されている。

一例として、溶融樹脂押し出し造形法を採用した三次元造形装置では、造形物の材料となる溶融樹脂を吐出するための造形ヘッドを三次元移動機構上に搭載し、造形ヘッドを三次元方向に移動させて溶融樹脂を吐出しつつ溶融樹脂を積層させて造形物を得る。その他、インクジェット法を採用した三次元造形装置も、加熱した熱可塑性材料を滴下するための造形ヘッドを三次元移動機構上に搭載した構造を有している。

このような三次元造形装置において、上下層の接合部における樹脂の密着力を上げることが重要になる。

特開２００２−３０７５６２号公報

本発明は、樹脂材料同士の密着力を高めた三次元造形装置、その制御方法、及び造形物を提供することを目的とする。

本発明に係る造形物は、第１の層および第２の層の繰り返し構造を有する造形物であって、第１の層は、全体として第１の方向に連続的に延びる樹脂材料を有し、第１の層の上部の第２の層は、全体として第１の方向とは交差する第２の方向に連続的に延びる樹脂材料を有し、第１の層の樹脂材料および第２の層の樹脂材料は、その交差部において、第１の方向および第２の方向の少なくとも一つと交差する第３の方向に延びると共に互いに接合されている。

また、本発明に係る造形物は、複数種類の樹脂材料を含む第１の層および第２の層の繰り返し構造を有する造形物であって、第１の層は、全体として第１の方向に連続的に延び、且つ第１の方向と交差する第２の方向において隙間を空けて配列される第１の樹脂材料と、全体として第１の方向に連続的に延び、且つ隙間に配列される部分を含む第１の樹脂材料以外の第２の樹脂材料とを有し、第１の層の上部の第２の層は、第１の方向とは交差する第３の方向に連続的に延び且つ第３の方向と交差する第４の方向において隙間を空けて配列される第１の樹脂材料と、第３の方向に連続的に延び且つ隙間に配列される部分を含む第２の樹脂材料とを有し、第１の層の第１の樹脂材料および第２の層の第１の樹脂材料は、その交差部において、第１の方向および第３の方向の少なくとも一つと交差する第５の方向に延びると共に互いに接合され、第１の層の第２の樹脂材料および第２の層の第２の樹脂材料は、その交差部において、第１の方向および第３の方向の少なくとも一つと交差する第６の方向に延びると共に互いに接合されている。

本発明に係る三次元造形装置の制御方法は、造形ヘッドを備えた三次元造形装置の制御方法である。この方法では、第１の層において、樹脂材料が全体として第１の方向に連続的に延びるように造形ヘッドを制御するステップと、第１の層の上部の第２の層において、樹脂材料が、全体として第１の方向とは交差する第２の方向に連続的に延びるように造形ヘッドを制御するステップとを備え、第１の層の樹脂材料および第２の層の樹脂材料は、その交差部において、第１の方向および第２の方向の少なくとも一つと交差する第３の方向に延びると共に互いに接合されるよう制御される。

また、本発明に係る造形ヘッドを備えた三次元造形装置の制御方法は、第１の層において、第１の樹脂材料が第１の方向に連続的に延び、且つ第１の方向と交差する第２の方向において隙間を空けて配列されると共に、第１の樹脂材料以外の第２の樹脂材料が第１の方向に連続的に延び、且つ隙間に配列されるように造形ヘッドを制御するステップと、第１の層の上部の第２の層において、第１の樹脂材料が、第１の方向とは交差する第３の方向に連続的に延び、且つ第３の方向と交差する第４の方向において隙間を空けて配列されるように造形ヘッドを制御するステップとを備え、第１の層の第１の樹脂材料および第２の層の第１の樹脂材料が、その交差部において第１の方向および第３の方向の少なくとも一つと交差する第５の方向に延びると共に互いに接合されるように制御され、第１の層の上部の第２の層において、第２の樹脂材料が、全体として第３の方向に連続的に延びるよう隙間に配列されるように造形ヘッドを制御するステップとを備え、第１の層の第２の樹脂材料および第２の層の第２の樹脂材料が、その交差部において、第１の方向および第３の方向の少なくとも一つと交差する第６の方向に延びると共に互いに接合されるように制御される。

本発明に係る三次元造形装置は、造形物が載置される造形ステージと、前記造形ステージに対し少なくとも垂直方向に移動可能な昇降部と、前記昇降部に搭載され樹脂材料の供給を受ける造形ヘッドと、前記昇降部及び前記造形ヘッドを制御する制御部とを備える。前記制御部は、第１の層において、樹脂材料が全体として第１の方向に連続的に延びるように造形ヘッドを制御し、制御部は更に、第１の層の上部の第２の層において、樹脂材料が全体として第１の方向とは交差する第２の方向に連続的に延びると共に、第１の層の樹脂材料および第２の層の樹脂材料が、その交差部において、第１の方向および第２の方向の少なくとも一つと交差する第３の方向に延びると共に互いに接合されるよう、造形ヘッドを制御するよう、造形ヘッドを制御する。

また、本発明に係る三次元造形装置は、造形物が載置される造形ステージと、造形ステージに対し少なくとも垂直方向に移動可能な昇降部と、昇降部に搭載され材料が異なる複数種類の樹脂材料の供給を受ける造形ヘッドと、昇降部及び造形ヘッドを制御する制御部とを備える。制御部は、第１の層において、複数種類の樹脂材料のうちの第１の樹脂材料が全体として第１の方向に連続的に延び、且つ第１の方向と交差する第２の方向において隙間を空けて配列されると共に、複数種類の樹脂材料のうちの第１の樹脂材料以外の第２の樹脂材料が、全体として第１の方向に連続的に延び、且つ隙間に配列されるように造形ヘッドを制御し、且つ第１の層の上部の第２の層において、第１の樹脂材料が、全体として第１の方向とは交差する第３の方向に連続的に延び、且つ第３の方向と交差する第４の方向において隙間を空けて配列されると共に、第２の樹脂材料が全体として第３の方向に連続的に延び、且つ隙間に配列されるよう造形ヘッドを制御すると共に、第１の層の第１の樹脂材料および第２の層の第１の樹脂材料が、その交差部において第１の方向および第３の方向の少なくとも一つと交差する第５の方向に延びると共に互いに接合され、第１の層の第２の樹脂材料および第２の層の第２の樹脂材料が、その交差部において第１の方向および第３の方向の少なくとも一つと交差する第６の方向に延びると共に互いに接合されるよう、造形ヘッドを制御する。

第１の実施の形態に係る三次元造形装置の概略構成を示す斜視図である。 第１の実施の形態に係る三次元造形装置の概略構成を示す正面図である。 ＸＹステージ１２の構成を示す斜視図である。 昇降テーブル１４の構成を示す平面図である。 コンピュータ２００（制御装置）の構成を示す機能ブロック図である。 本実施の形態により形成される造形物Ｓの構造の一例を示す平面図である。 本実施の形態により形成される造形物Ｓの構造の他の例を示す平面図である。 本実施の形態により形成される造形物Ｓの構造の他の例を示す平面図である。 本実施の形態により形成される造形物Ｓの構造の他の例を示す平面図である。 本実施の形態により形成される造形物Ｓの構造の他の例を示す平面図である。 第２の実施の形態により形成される造形物Ｓの構造の一例を示す平面図である。 第２の実施の形態に係る図８に示す造形物Ｓの製造工程を示す工程図である。 第２の実施の形態に係る図８に示す造形物Ｓの製造工程を示す工程図である。 第２の実施の形態に係る図８に示す造形物Ｓの製造工程を示す工程図である。 第２の実施の形態に係る図８に示す造形物Ｓの製造工程を示す工程図である。 本実施の形態により形成される造形物Ｓの構造の別の例を示す斜視図である。 本実施の形態により形成される造形物Ｓの構造の別の例を示す平面図である。 本実施の形態の三次元造形装置による造形の手順を示すフローチャートである。 本実施の形態の三次元造形装置による造形の手順を示す概念図である。

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
（全体構成）
図１は、第１の実施の形態で用いる３Ｄプリンタ１００の概略構成を示す斜視図である。３Ｄプリンタ１００は、フレーム１１と、ＸＹステージ１２と、造形ステージ１３と、昇降テーブル１４と、ガイドシャフト１５とを備えている。

この３Ｄプリンタ１００を制御する制御装置としてコンピュータ２００が、この３Ｄプリンタ１００に接続されている。また、３Ｄプリンタ１００中の各種機構を駆動するためのドライバ３００も、この３Ｄプリンタ１００に接続されている。

（フレーム１１）
フレーム１１は、図１に示すように、例えば直方体の外形を有し、アルミニウム等の金属材料の枠組を備えている。このフレーム１１の４つの角部に、例えば４本のガイドシャフト１５が、図１のＺ方向（上下方向）、すなわち造形ステージ１３の平面に対し垂直な方向に延びるように形成されている。ガイドシャフト１５は、後述するように昇降テーブル１４を上下方向に移動させる方向を規定する直線状の部材である。ガイドシャフト１５の本数は４本には限られず、昇降テーブル１４を安定的に維持・移動させることができる本数に設定される。

（造形ステージ１３）
造形ステージ１３は、造形物Ｓが載置される台であり、後述する造形ヘッドから吐出される樹脂が堆積される台である。

（昇降テーブル１４）
昇降テーブル１４（昇降部）は、図１及び図２に示すように、その４つの角部においてガイドシャフト１５を貫通させており、ガイドシャフト１５の長手方向（Ｚ方向）に沿って移動可能に構成されている。昇降テーブル１４は、ガイドシャフト１５と接触するローラ３４，３５を備えている。ローラ３４，３５は昇降テーブル１４の２つの角部に形成されたアーム部３３において回動可能に設置されている。このローラ３４，３５がガイドシャフト１５上と接触しつつ回動することで、昇降テーブル１４はＺ方向にスムーズに移動することが可能とされている。また、昇降テーブル１４は、図２に示すように、モータＭｚの駆動力をタイミングベルト、ワイヤ、プーリ等からなる動力伝達機構により伝達することにより、上下方向に所定間隔（例えば０．１ｍｍピッチ）で移動する。モータＭｚは、例えば、サーボモータ、ステッピングモータなどが好適である。なお、実際の昇降テーブル１４の高さ方向の位置を連続的又は間欠的にリアルタイムで、図示しない位置センサを用いて測定し、適宜補正をかけることによって、昇降テーブル１４の位置精度を高めるようにしてもよい。後述する造形ヘッド２５Ａ、２５Ｂについても同様である。

（ＸＹステージ１２）
ＸＹステージ１２は、この昇降テーブル１４の上面に載置されている。図３は、このＸＹステージ１２の概略構成を示す斜視図である。ＸＹステージ１２は、枠体２１と、Ｘガイドレール２２と、Ｙガイドレール２３と、リール２４Ａ、２４Ｂと、造形ヘッド２５Ａ、２５Ｂと、造形ヘッドホルダＨを備えている。Ｘガイドレール２２は、その両端がＹガイドレール２３に嵌め込まれ、Ｙ方向に摺動自在に保持されている。リール２４Ａ、２４Ｂは、造形ヘッドホルダＨに固定されており、造形ヘッドホルダＨによって保持された造形ヘッド２５Ａ、２５Ｂの動きに追従してＸＹ方向を移動する。造形物Ｓの材料となる熱可塑性樹脂は、径が３〜１．７５ｍｍ程度の紐状の樹脂（フィラメント３８Ａ、３８Ｂ）であり、通常リール２４Ａ，２４Ｂに捲かれた状態で保持されているが、造形時には後述する造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂに設けられたモータ（エクストルーダ）によって造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂ内に送り込まれる。

なお、リール２４Ａ、２４Ｂを造形ヘッドホルダＨに固定せずに枠体２１等に固定し、造形ヘッド２５の動きに追従させない構成とすることもできる。また、フィラメント３８Ａ、３８Ｂを露出した状態で造形ヘッド２５内に送り込まれる構成としたが、ガイド（例えば、チューブ、リングガイド等）を介在させて造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂ内に送り込むようにしても良い。なお、後述するように、フィラメント３８Ａ、３８Ｂは同一の樹脂材料としてもよいし、それぞれ異なる樹脂材料としてもよい。一例として、一方がＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン樹脂、ナイロン樹脂、ポリカーボネイト樹脂のうちのいずれかである場合、他方は、その一方の樹脂以外の樹脂とすることができる。あるいは、同じ樹脂材料であっても、その内部に含まれるフィラーの材料の種類や割合が異なるようにすることもできる。すなわち、フィラメント３８Ａ、３８Ｂは、それぞれ異なる性状を有し、その組み合わせにより造形物の特性（強度など）を向上させることができる。
なお、図１〜図３では、造形ヘッド２５Ａは、フィラメント３８Ａを溶融・吐出するよう構成され、造形ヘッド２５Ｂは、フィラメント３８Ｂを溶融し吐出するよう構成され、異なるフィラメントのためにそれぞれ独立の造形ヘッドが用意されている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、単一の造形ヘッドのみを用意し、単一の造形ヘッドにより複数種類のフィラメント（樹脂材料）を選択的に溶融・吐出させるような構成も採用することができる。また、単一の造形ヘッドのみを使用し、単一のフィラメントを溶融・吐出させて造形物Ｓを得るような構成も可能である。さらに、図１〜図３には造形ヘッドが２つ設けられている場合を図示しているが、３つ以上の造形ヘッドとすることも可能である。すなわち、造形ヘッドの数やフィラメントの樹脂の種類数は任意に変更可能である。

樹脂材料として、熱可塑性樹脂が好適に使用される。熱可塑性樹脂として、例えばＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン樹脂、ナイロン樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等が挙げられる。そのうち分子構造として結晶構造を多く含む結晶性樹脂（結晶性プラスチック）はさらに好適であり、特にエステル結合によって芳香環を直鎖で連結した直鎖芳香族ポリエステル樹脂は最も好適である。その一例としてパラヒドロキシ安息香酸とビフェニルやエチレンテレフタレートなどの他の成分をエステル結合した直鎖芳香族ポリエステル樹脂、すなわち液晶ポリマー（ＬＣＰ）を例示することができる。

フィラメント３８Ａ、３８Ｂは、リール２４Ａ、２４ＢからチューブＴｂを介して造形ヘッド２５Ａ、２５Ｂ内に送り込まれる。造形ヘッド２５Ａ、２５Ｂは、造形ヘッドホルダＨにより保持され、リール２４Ａ、２４Ｂと共にＸ，Ｙ方向のガイドレール２２，２３に沿って移動可能に構成されている。また、図２及び図３では図示を省略するが、造形ヘッド２５Ａ、２５Ｂ内には、フィラメント３８Ａ，３８ＢをＺ方向下方へ送り込むためのエクストルーダモータが配列される。造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂは、ＸＹ平面内においては互いに一定の位置関係を保って造形ヘッドホルダＨと共に移動可能とされていればよいが、ＸＹ平面においても、互いの位置関係が変更可能なように構成されていてもよい。

なお、図２及び図３では図示を省略するが、造形ヘッド２５Ａ、２５ＢをＸＹステージ１２に対し移動させるためのモータＭｘ、Ｍｙも、このＸＹステージ１２上に設けられている。モータＭｘ、Ｍｙは、例えば、サーボモータ、ステッピングモータなどが好適である。

（ドライバ３００）
次に、図４のブロック図を参照してドライバ３００の構造の詳細について説明する。ドライバ３００は、ＣＰＵ３０１、フィラメント送り装置３０２、ヘッド制御装置３０３、電流スイッチ３０４、及びモータドライバ３０６を含んでいる。

ＣＰＵ３０１は、コンピュータ２００から入出力インタフェース３０７を介して各種信号を受信して、ドライバ３００の全体の制御を行う。フィラメント送り装置３０２は、ＣＰＵ３０１からの制御信号に従い、造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂ内のエクストルーダモータに対して、フィラメント３８Ａ、３８Ｂの造形ヘッド２５Ａ、２５Ｂに対する送り量（押し込み量又は退避量）を指令し制御する。

電流スイッチ３０４は、ヒータ２６に流れる電流量を切り換えるためのスイッチ回路である。電流スイッチ３０４のスイッチング状態が切り換わることにより、ヒータ２６に流れる電流が増加又は減少し、これにより造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂの温度が制御される。また、モータドライバ３０６は、ＣＰＵ３０１からの制御信号に従い、モータＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを制御するための駆動信号を発生させる。

図５は、コンピュータ２００（制御装置）の構成を示す機能ブロック図である。コンピュータ２００は、空間フィルタ処理部２０１、スライサ２０２、造形スケジューラ２０３、造形指示部２０４及び造形ベクトル生成部２０５を備えている。これらの構成は、コンピュータ２００の内部において、コンピュータプログラムにより実現することができる。

空間フィルタ処理部２０１は、造形しようとする造形物の三次元形状を示すマスタ３Ｄデータを外部から受領し、このマスタ３Ｄデータに基づいて造形物が形成される造形空間に対し各種データ処理を施す。具体的に空間フィルタ処理部２０１は、後述するように、造形空間を必要に応じて複数の造形ユニットＵｐ（ｘ、ｙ、ｚ）に分割すると共に、マスタ３Ｄデータに基づいて前記複数の造形ユニットＵｐの各々に、各造形ユニットに与えるべき特性を示すプロパティデータを付与する機能を有する。造形ユニットへの分割の要否、及び個々の造形ユニットのサイズは、形成される造形物Ｓのサイズ、形状によって決定される。例えば、単なる板材を形成するような場合には、造形ユニットへの分割は不要である。

造形指示部２０４は、造形の内容に関する指示データを、空間フィルタ処理部２０１及びスライサ２０２に提供する。指示データには、一例として以下のものが含まれる。これらは単なる例示であり、これらの指示のうち全てが入力されてもよいし、一部のみが入力されてもよい。また、下記に列記する事項とは異なる指示が入力されてもよいことは言うまでもない。
（ｉ）１つの造形ユニットＵｐのサイズ
（ｉｉ）複数の造形ユニットＵｐの造形順序
（ｉｉｉ）造形ユニットＵｐ内で使用される複数種類の樹脂材料の種類
（ｉｖ）造形ユニットＵｐ内での異なる種類の樹脂材料の配合比率（配合比）
（ｖ）造形ユニットＵｐ内での同種の樹脂材料を連続的に形成する方向（以下、「造形方向」という）
なお、造形指示部２０４は、キーボードやマウス等の入力デバイスから指示データの入力を受けるものであってもよいし、造形内容を記憶した記憶装置から指示データを提供されるものであってもよい。

また、スライサ２０２は、造形ユニットＵｐの各々を、複数のスライスデータに変換する機能を有する。スライスデータは、後段の造形スケジューラ２０３に送られる。造形スケジューラ２０３は、前述したプロパティデータに従って、スライスデータにおける造形手順や造形方向などを決定する役割を有する。また、造形ベクトル生成部２０５は、造形スケジューラ２０３において決定された造形手順及び造形方向に応じて造形ベクトルを生成する。この造形ベクトルのデータはドライバ３００に送信される。ドライバ３００は、受信された造形ベクトルのデータに応じて３Ｄプリンタ１００を制御する。

本実施の形態の三次元造形装置は、延引する方向（造形方向）が層ごとに異なるよう直鎖構造の樹脂材料を配列し、且つ、上下の層の樹脂材料が交差する交差部において、樹脂材料同士が平行に重なって接合するように制御装置２００（制御部）が動作する。すなわち、樹脂材料の交差部における分子鎖の方向が揃うように制御装置２００が動作する。ここで、交差部とは、上下の層の樹脂材料が交差する「点」を意味するのではなく、上下の層の樹脂材料が接着することができる程度の長さを持つ部分同士が重なる領域のことを意味する。図６及び図７に、本実施の形態により形成される造形物Ｓの構造の一例を示す。

図６は、第１の実施の形態により形成される造形物Ｓの構造の一例を示す平面図である。従来の三次元造形装置により製造される造形物Ｓは、図６の左側に示すように、樹脂材料Ｒ１が一つの層（第１の層）においてＸ方向（第１の方向）を造形方向として直線状に延びる一方で、それよりも１つ上の層（第２の層）においてはＸ方向（第１の方向）と交差するＹ方向（第２の方向）を造形方向として直線状に延びる。これにより、造形物Ｓは、第１の層および第２の層の樹脂材料Ｒ１の交差部ＣＲにおいて、樹脂材料Ｒ１同士が直交して上下方向で接合する構造（いわゆる井桁構造）を有している。

樹脂材料として結晶性プラスチックを用いて造形を行う場合、図６の左側に示すように結晶方向が上下の層で異なっていると、分子鎖同士が交差するため結晶部分は接合しにくくなる。この現象は結晶性プラスチックを用いる場合に顕著であり、さらにはその一例である液晶ポリマー（ＬＣＰ）を用いる場合に特に顕著になる。すなわち上下方向において分子鎖の方向が異なると結合できない現象が発生し、造形はできても内部の結合力が弱く、実用的な保持が困難になることが問題となっている。

また、従来は溶融樹脂の温度をより高くし、分子の活性度を上げることで交差部の溶着強度を上げていたが、これを行うと結晶部分よりも非晶質部分が増えてしまい、結晶性プラスチックの基本特性を劣化させていた。さらに、造形温度が高温になるため、吐出後の温度降下時の収縮で造形物が撓んでしまうという現象も確認されていた。

本実施の形態における造形物Ｓは、全体として井桁構造を有している点で図６の左側と同様であるが、図６の右側に示すように、樹脂材料Ｒ１が直線状には形成されておらず、一部が折れ曲がるように形成されている。より具体的には、第１の層における樹脂材料Ｒ１は、全体としてＸ方向（第１の方向）に延びているが、所定の長さごとにＹ方向に角度θ（第１の角度）折れ曲がるパターンＷＤと、角度−θ（第２の角度）で折れ曲がるパターンＷＤとが交互に形成されている。角度θは任意に変更可能であり、図６の右側に示す例では、θは４５度である。第２の層における樹脂材料Ｒ１も同様に、全体としてＹ方向（第２の方向）に延びているが、所定の長さごとにＸ方向に角度９０−θ（第３の角度）で折れ曲がるパターンＷＤと、角度−（９０−θ）（第４の角度）で折れ曲がるパターンＷＤとが交互に形成されている。

ここで、「全体としてＸ方向に延びる」、「全体としてＹ方向に延びる」とは、樹脂材料Ｒ１が連続的に形成される方向（造形方向）がＸ方向、またはＹ方向であることを示している。換言すれば、「全体としてＸ方向に延びる」、「全体としてＹ方向に延びる」とは、複数の交差部ＣＲを含む樹脂材料Ｒ１の長手方向がＸ方向、またはＹ方向と一致することを示している。また、樹脂材料Ｒ１の折れ曲がる角度は全てが精密にθでなくともよく、平均してθであれば、ばらつきがあってもよい。すなわち、第１の層と第２の層の樹脂材料Ｒ１は同様のパターンを有し、且つ造形方向が直交するように形成されており、交差部ＣＲにおいて、第３の方向に延びる折れ曲がるパターンＷＤ同士が重なるように形成されている。従って、第１の層と第２の層とにおける樹脂材料Ｒ１の交差部ＣＲにおいて、図６の左側に示す場合は樹脂材料Ｒ１同士が直交しているのに対して、図６の右側では、樹脂材料Ｒ１同士が平行に接合した状態となる。この結果、平行接合した部分では分子鎖同士も平行となり、その結果上下に密着する。これにより、図６の左側においては、上から見た場合に第１の層と第２の層との樹脂材料Ｒ１のなす図形がすべて四角形であるのに対して、図６の右側の場合は、八角形と四角形が交互に並んだような形状となっている。このように、樹脂材料Ｒ１が上下方向において平行に接合されていると、交差部ＣＲにおける分子鎖の配向を揃えることができ、樹脂材料Ｒ１が直交する場合と比較して、溶着強度を上げることができる。

図７は、第１の実施の形態により形成される造形物Ｓの構造の他の例を示す平面図である。図７の左側は、三次元造形装置により製造される従来の造形物Ｓにおいて、樹脂材料Ｒ１を隙間なく直線状に配列し、第１の層および第２の層の樹脂材料Ｒ１の交差部ＣＲにおいて、樹脂材料Ｒ１同士が直交して上下方向で接合する井桁構造を形成した場合を示している。図７の右側は、本実施の形態における造形物Ｓの他の例を示しており、樹脂材料Ｒ１は第１の層、第２の層においてそれぞれ全体としてＸ方向、Ｙ方向を造形方向として連続的に延びるように形成されている。ただし、樹脂材料Ｒ１は第１の層においては、所定の長さごとに角度θ、角度−θで交互に折れ曲がるジグザグ状になっており、第２の層においては、所定の長さごとに角度１８０−θ、角度−（１８０−θ）で交互に折れ曲がるジグザグ状になっている。θは任意に変更可能であり、図７の右側に示す例では、θは９０度である。さらに、第１の層、第２の層の樹脂材料Ｒ１のジグザグ状の辺となる部分が平行に重なるように配列されている。すなわち、図７の左側の例においては、交差部ＣＲにおいて樹脂材料Ｒ１同士が直交して重なっていたが、図７の右側のように樹脂材料Ｒ１が直角に折れ曲がるようにすることで、上下の層の樹脂材料Ｒ１同士が平行に重なるようにしている。これにより、交差部ＣＲにおける分子鎖の配向を揃えることができ、図７の左側の場合と比較して、樹脂材料Ｒ１の溶着強度を上げることができる。また、図６の右側の場合と比較して、樹脂材料Ｒ１を隙間なく配列することで樹脂材料Ｒ１が平行に接合する交差部ＣＲの数が単位面積中で増加しており、樹脂材料Ｒ１の溶着強度をさらに上げることができる。

このように、本実施の形態によると、上下方向の樹脂材料の交差部ＣＲにおいて平行に接合する箇所ができるように吐出パターンを設定することで、当該交差部ＣＲにおいて樹脂材料の分子鎖の配向が揃うため密着力が上がり、より溶着強度の高い造形物Ｓを得ることができる。また、造形温度を高くしなくても樹脂材料の密着力が上がるようになるため、より低温での造形が可能となる。造形温度が抑えられることで、吐出後の温度降下時の収縮による造形物内の歪応力も小さくすることができ、造形物の撓みを抑えることも可能となる。

図６および図７において、説明の簡略化のため第１の層と第２の層がそれぞれ１層ずつ重ねられている場合を図示しているが、これに限られず、第１の層と第２の層とを交互に、任意の数だけ重ねることで所望の造形物Ｓを得ることができる。

図８Ａは、図６の右側に示した例の変形例である。上述のように、θは任意に変更が可能であり、図８Ａは、θが６０度である場合を図示している。この場合においても、上下方向の樹脂材料Ｒ１の交差部ＣＲにおいて、折れ曲がるパターンＷＤ同士が平行に接合する構造となるため、樹脂材料Ｒ１同士の溶着強度を上げることができる。

また、図６、図７および図８Ａの例では、第１の層と第２の層両方において、樹脂材料Ｒ１が直線状でない場合を示したが、どちらか一方の層においては樹脂材料が直線状に形成され、他方の層においては非直線状に形成し、交差部ＣＲで平行に重なるようにすることも可能である。例えば、図８Ｂに示すように、第１の層における樹脂材料Ｒ１は、Ｘ方向に延びる直線状に形成されている。一方、第２の層における樹脂材料Ｒ１は、全体としてＹ方向に延びるように形成され、且つコの字状および逆コの字状を交互に形成するようなパターンＷＤを有する。さらに、コの字状の一部のＸ方向を向くパターンＷＤが、第１の層の樹脂材料Ｒ１と平行に重ねられている。図８Ｂの例では、コの字状の凸部が向かい合う場合を示しているが、全て同じ方向を向くようにしてもよい。また、図８Ｃに示すように、第１の層における樹脂材料Ｒ１をＸ方向に延びる直線状に形成する一方で、第２の層における樹脂材料Ｒ１をＹ方向に延びる鋸歯状に形成して、鋸歯状の一部のＸ方向を向く箇所を、第１の層の樹脂材料Ｒ１と平行に重ねることもできる。図８Ｂ、８Ｃの例においても、交差部ＣＲにおいて樹脂材料Ｒ１同士が平行に重なっている。

さらに、上述のように、第１の層と第２の層の樹脂材料Ｒ１の交差部ＣＲすべてにおいて樹脂材料Ｒ１同士が平行に接合されている場合を説明したが、これに限定されず、一部の交差部ＣＲでは樹脂材料Ｒ１が交差し、一部の交差部ＣＲでは樹脂材料Ｒ１が平行に接合するという構造としても、樹脂材料Ｒ１の交差部ＣＲがすべて直交する場合と比較して、樹脂材料Ｒ１の密着力を向上させることが可能である。

［第２の実施の形態］
次に、図９および図１０Ａ〜１０Ｄを参照して、第２の実施の形態に係る造形物Ｓおよびその造形手順を説明する。第２の実施の形態に係る三次元造形装置は、第１の実施の形態と同様であるため重複する説明を省略する。第２の実施の形態においては、第１の実施の形態と異なり、造形物Ｓが複数種類の樹脂材料を用いて造形される。図９および図１０Ａ〜１０Ｄの例においては、説明の簡単化のため、２種類の樹脂材料Ｒ１、Ｒ２（第１の樹脂材料、第２の樹脂材料）を使用して造形物Ｓを造形する場合を説明するが、３種類以上の樹脂材料を用いてもよいことは言うまでもない。

図９は、第２の実施の形態に係る造形物Ｓの平面図である。本実施の形態に係る造形物Ｓは、図７の右側と同様に、全体として樹脂材料Ｒ１および樹脂材料Ｒ２が井桁構造を形成しているが、樹脂材料Ｒ１、Ｒ２は直線状に形成されていない。樹脂材料Ｒ１は、一つの層（第１の層）において全体としてＸ方向（第１の方向）に延び、且つ所定の長さごとに角度θ、−θで交互に折れ曲がるジグザグ状に形成されている。それよりも１つ上の層（第２の層）においては、樹脂材料Ｒ１は、全体としてＸ方向と交差するＹ方向（第２の方向）に延び、所定の長さごとに角度１８０−θ、角度−（１８０−θ）で交互に折れ曲がるジグザグ状になっている。θは任意に変更可能であり、図９に示す例では、θは９０度である。樹脂材料Ｒ２も同様に、樹脂材料Ｒ１に挟まれた位置において、一つの層（第１の層）において全体としてＸ方向（第１の方向）に延び、且つ所定の長さごとに角度θ、角度−θで交互に折れ曲がるジグザグ状に形成されている。それよりも１つ上の層（第２の層）においては、全体としてＸ方向と交差するＹ方向（第２の方向）に延び、所定の長さごとに角度１８０−θ、角度−（１８０−θ）で交互に折れ曲がるジグザグ状になっている。樹脂材料Ｒ２においても、θは９０度である。さらに、第１の層、第２の層における樹脂材料Ｒ１、Ｒ２のジグザグ状の辺となる部分がそれぞれ平行に重なるような位置に配列されている。このような構造により、たとえ異種の樹脂材料Ｒ１とＲ２の間の（横方向の）接合力が弱くても、上述のような井桁構造における同一樹脂材料間の上下方向の接合力が強ければ、造形物Ｓの強度を十分に高いものとすることができる。

図９の例では、樹脂材料Ｒ１、Ｒ２の配合比を１：１とし、一つの層において樹脂材料Ｒ１、Ｒ２が交互に配列されている。後述の説明からも明らかな通り、樹脂材料の数、樹脂材料の配合比、層数等はあくまでも一例であり、要求される造形物の仕様等によって様々に変更可能である。なお、図９では、１つの層において樹脂材料Ｒ１、Ｒ２が隙間なく接触する構造を図示しているが、造形物Ｓの構造はこれに限定されるものではない。１つの層において横方向に隣接する樹脂材料間には、隙間が生じていても良い。また、図示は省略するが、樹脂材料Ｒ１、Ｒ２をそれぞれ図６の右側に示す構造と同様の構造に形成することも可能である。この場合においても、樹脂材料Ｒ１およびＲ２の配合比は任意に変更可能であるが、井桁構造の交差部ＣＲにおいて上下方向の樹脂材料Ｒ１同士、樹脂材料Ｒ２同士が平行に接合することが可能なように配列する。

また、このように異種の樹脂材料を１つの造形物Ｓの中で組み合わせて使用することにより、異種の樹脂材料の特性を併せ持った造形物を提供することができる。例えば、第１の樹脂材料の長所を有すると共に、第１の樹脂材料の短所を第２の樹脂材料の長所により補うことも可能になる。

図９に示す造形物Ｓの造形手順を、図１０Ａ〜１０Ｄを参照して説明する。まず、第１の層においては、図１０Ａに示すように、樹脂材料Ｒ１を１：１の配列ピッチで、所定の長さごとに角度θ、角度−θで交互に折れ曲がるジグザグ状に、Ｘ方向（第１の方向）を造形方向として形成する。このとき、θは９０度である。

続いて、図１０Ｂに示すように、樹脂材料Ｒ１の間隔を埋めるように、樹脂材料Ｒ２を、同様に１：１の配列ピッチで形成する。このとき、樹脂材料Ｒ２は、樹脂材料Ｒ１の外周形状に沿って、２つの樹脂材料Ｒ１の間隔を埋めるように形成することができる。このようにすることで、樹脂材料Ｒ１とＲ２の間の接合を強固にすることができる。

次に、図１０Ｃに示すように、第２の層において、樹脂材料Ｒ２を１：１の配列ピッチで、所定の長さごとに角度θ、角度−θで交互に折れ曲がるジグザグ状に、Ｙ方向（第２の方向）を造形方向として形成する。このとき、第１の層および第２の層における樹脂材料Ｒ２のジグザグ状の辺部分が平行に重なるようにする。

続いて、図１０Ｄに示すように、第２の層における樹脂材料Ｒ２の間隔を埋めるように、樹脂材料Ｒ１を、同様に１：１の配列ピッチで形成する。このとき、樹脂材料Ｒ１は、樹脂材料Ｒ２の外周形状に沿って、２つの樹脂材料Ｒ２の間隔を埋めるように形成することができる。さらに、第１の層および第２の層の樹脂材料Ｒ１のジグザグ状の辺部分が平行に重なるようにする。このようにすることで樹脂材料Ｒ１同士、樹脂材料Ｒ２同士それぞれの密着力が増加し、また、樹脂材料Ｒ１とＲ２の間の接合を強固にすることができる。
上述の図１０Ａ〜１０Ｄに示した手順により、図９に示す造形物Ｓが出来上がる。

なお、図１０Ｃ、１０Ｄでは、第２の層において、樹脂材料Ｒ２を先に所定の配列ピッチで形成し、その後樹脂材料Ｒ１を樹脂材料Ｒ２の隙間に埋め込むようにし、第１の層と第２の層とで樹脂材料Ｒ１、Ｒ２の形成順序を異ならせていた。これに変えて、いずれの層においても、特定の樹脂材料（例えば樹脂材料Ｒ１）を先に形成し、その後別の樹脂材料（例えば樹脂材料Ｒ２）をその隙間に埋め込むようにしてもよい。

図９及び図１０Ａ〜１０Ｄでは、樹脂材料Ｒ１及びＲ２の配合比が１：１である造形物Ｓを例示したが、本実施の形態で製造される造形物Ｓがこれに限定されるものではないことは言うまでもない。例えば、配合比は１：１には限られず、その他の所望の比率を設定することが可能である。例えば、図１１は、樹脂材料Ｒ１とＲ２の配合比が２：１である場合を示している。更に配合比はＺ方向、及び／又は水平方向（同一層内）において段階的又は連続的に変化させることも可能である。

樹脂材料Ｒ１、Ｒ２の配合比が２：１である造形物Ｓは、図１１のように、２本の樹脂材料Ｒ１と１本の樹脂材料Ｒ２を繰り返し形成することにより形成することができる。ただし、これには限られず、例えば４本の樹脂材料Ｒ１と２本の樹脂材料Ｒ２を繰り返し形成することにより、配合比２：１を得ることもできる。図１１のような樹脂材料Ｒ１、Ｒ２の繰り返しのパターンを「２：１の繰り返しパターン」と表現する。また、図示は省略するが、樹脂材料Ｒ１とＲ２を、それぞれｍ本、ｎ本ずつ繰り返し形成する場合を、ｍ：ｎの繰り返しパターンと表現する。この繰り返しパターンは、後述する繰り返しパターンデータＰＲにより表現される。

第２の実施の形態に係る造形物Ｓにおいても、複数種類の樹脂材料をそれぞれ図６の構造のように形成することが可能である。また、図８Ｂ、８Ｃで説明した場合と同様に、第１の層と第２の層いずれかにおいて樹脂材料が直線状に形成され、もう一方の層において非直線状に形成することで交差部ＣＲの樹脂材料が平行に接合するようにすることも可能である。また、本実施の形態においても、すべての交差部ＣＲで樹脂材料同士が平行に接合していなくともよく、一部の交差部ＣＲでは交差あるいは直交し、一部の交差部ＣＲでは平行に接合するようにしてもよい。

また、上述した例では、１つの造形ユニットＵｐにおける構造（又は、造形ユニットへの分割が行われない場合の造形物Ｓの構造）を説明した。造形物Ｓが複数の造形ユニットＵｐに分割される場合、１つの層における造形物Ｓは、例えば図１２のように構成される（図１２は、配合比が１：１の場合であるが、これはあくまで一例であり、図示以外の配合比にすることも可能であることは言うまでもない）。

図１２に示すように、造形空間は必要に応じて複数の造形ユニットＵｐに分割され得る。１つの造形ユニットＵｐは、更に複数のスライスデータに分割され、スライスデータに対応する１つの層ごとに造形が行われる。例えば、１つの造形ユニットＵｐの第１の層の造形が終了すると、次は、この造形ユニットＵｐに隣接する造形ユニット（例えば図１２の造形ユニットＵｐ’）の第１の層の造形が開始される。
このとき、１つの造形ユニットＵｐにおいては、一方向（例えばＸ方向）を造形方向として樹脂材料Ｒ１、Ｒ２が所定の配列ピッチで互いに隣り合うように形成されるが、隣接する造形ユニットＵｐ’では、同じ層においては異なる方向（例えばＹ方向）を造形方向として樹脂材料Ｒ１、Ｒ２が連続的に形成される。これが各層において繰り返されることにより、例えば図９に示すような構造が多数形成される。

次に、図１３のフローチャート、及び図１４の概略図を参照して、本実施形態の三次元造形装置を用いた造形物Ｓの具体的な造形手順を説明する。

まず、コンピュータ２００は、外部より造形物Ｓの形態に関するマスタ３Ｄデータを受信する（Ｓ１１）。ここでは、図１４の左側に示すような造形物Ｓを想定する。この図１４に図示した造形物Ｓは、３重構造の球形の造形物であり、主に樹脂材料Ｒ１からなる外周部Ｒｓ１、樹脂材料Ｒ１と樹脂材料Ｒ２が混合されている内周部Ｒｓ２、及び主に樹脂材料Ｒ２からなる中心部Ｒｓ３からなる。
マスタ３Ｄデータには、造形物Ｓの各構成点における座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と、その構成点における樹脂材料Ｒ１、Ｒ２の配合比を示すデータ（Ｄａ、Ｄｂ）が含まれる。以下では、各構成点のデータをＤｓ（Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｄａ、Ｄｂ）のように標記する。なお、使用する樹脂材料が３種類以上である場合、データＤａ、Ｄｂに加えて、当該樹脂材料の配合比を示すデータＤｃ、Ｄｄ・・・が構成点データＤｓに追加される。

また、造形ユニットＵｓのサイズＳｕ、複数の造形ユニットＵｓを１つの層において造形する手順を示す造形順序データＳＱ、使用する複数種類の樹脂材料を特定する樹脂データＲＵ、及び複数種類の樹脂材料をどのようにして繰り返し形成するかを示す繰り返しパターンデータＰＲ（複数種類の樹脂材料をどのようなパターンで形成するかを示すデータ）等を、造形指示部２０４より出力又は指示する（Ｓ１２）。この時、必要なデータの一部またはすべてはキーボードやマウス等の入力デバイスを用いて外部から造形指示部２０４へ入力されるか、外部の記憶装置から造形指示部２０４へ入力される。

次に、空間フィルタ処理部２０１では、マスタ３Ｄデータが示す造形空間を、指示された造形ユニットサイズＳｕに基づいて複数の造形ユニットＵｐに分割する（Ｓ１３）。造形ユニットＵｐは、図１４の中央部に示すように、ＸＹＺ方向において造形物Ｓの造形空間を分割した矩形状の空間である。

分割された各造形ユニットＵｐには、対応する構成点データＤｓ（Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｄａ、Ｄｂ）を反映させたプロパティデータが付与される（Ｓ１４）。マスタ３Ｄデータが造形物Ｓの形状を示す連続値の３Ｄデータであるのに対し、造形ユニットＵｐ毎のデータは、造形ユニットＵｐ毎の形状を示す離散値の３Ｄデータである。

次に、このようなプロパティデータが付与された造形ユニットＵｐのデータが、スライサ２０２に送信される。スライサ２０２は、この造形ユニットＵｐのデータを更にＸＹ平面に沿って分割し、複数組のスライスデータを生成する（Ｓ１５）。スライスデータには、前述のプロパティデータが付与される。

続いて、造形スケジューラ２０３は、各スライスデータに含まれるプロパティデータに従い、各スライスデータに対し密度変調を実行する（Ｓ１６）。密度変調とは、前述の配合比（Ｄａ、Ｄｂ）に従って、当該スライスデータにおける樹脂材料Ｒ１とＲ２の形成比率を決定する演算動作である。図１４に示す例において、図１４右側は外周部Ｒｓ１および内周部Ｒｓ２の境界部分を拡大したものであり、樹脂材料Ｒ１、Ｒ２の配合比を異ならせて形成されている。

また、造形スケジューラ２０３は、前述の密度変調の演算結果、及び造形指示部２０４から受信した造形順序データＳＱ及び繰り返しパターンデータＰＲに基づいて、樹脂材料Ｒ１及びＲ２の繰り返しパターン、及び造形方向を決定する（Ｓ１７）。１つの層のスライスデータにおける造形方向は、上述の井桁構造を得るため、その１つ下の層におけるスライスデータと交差する方向に設定される。図示は省略しているが、図１４右側に示す造形方向と、１つ下の層の樹脂材料Ｒ１、Ｒ２の造形方向は直交するようになっている。さらに、上下の層で樹脂材料同士が平行に重なる部分を有するように、樹脂材料Ｒ１、Ｒ２がジグザグ状に延びるパターンで形成されている。

続いて、造形ベクトル生成部２０５は、造形スケジューラ２０３において決定された造形方向データに従い、造形ベクトルを生成する（Ｓ１８）。この造形ベクトルが、ドライバ３００を介して３Ｄプリンタ１００に出力され、マスタ３Ｄデータに従った造形動作が実行される（Ｓ１９）。また、造形指示部２０４で指示された造形順序データＳＱに従い、複数の造形ユニットＵｐが形成され、最終的に造形空間全体において造形物Ｓが形成される。

［効果］
以上説明したように、本実施の形態の三次元造形装置によれば、第１の層においては、複数種類の樹脂材料が第１の方向に沿って形成され、且つ第１の方向と交差する第２の方向において複数種類の樹脂材料が並ぶように造形ヘッド２５Ａ、２５Ｂが制御される。そして、第１の層の上部の第２の層においては、複数種類の樹脂材料が、第１の方向と交差する第３の方向に沿って形成され、且つ第３の方向と交差する第４の方向において複数種類の樹脂材料が並び、さらにそれぞれの樹脂材料が上下の層で平行に重なる部分を有するように造形ヘッド２５Ａ、２５Ｂが制御される。これにより、造形物の中において、複数種類の樹脂材料がいわゆる井桁構造に組み込まれ、複数材料を複合的に用いた造形物を生成する場合においても、高さ方向に同一の樹脂材料が平行に重なることで分子鎖の配向が揃う点が存在するので、同一樹脂材料間の接合を強固にし、異なる複数の樹脂材料の間の接合も総合的に強固にすることができる。さらに、樹脂材料の分子鎖の配向を揃えることで、より低温での造形でも樹脂材料同士の密着力を上げることができるようになる。造形温度を抑えることで、造形物内の歪応力も小さくすることができ、撓みを防止することも可能になった。
また、複数種類の樹脂材料を１つの造形物において使用することにより、複数種類の樹脂材料の長所を併せ持った造形物を提供することが可能になる。例えば、材料は一般的に強度と柔軟性は相反する特性を持ち、両者を兼ね備えた材料の開発、生産は工業的に極めて難しいとされる。しかしながら本発明の造形装置によれば、例えば強度の高い樹脂材料Ｒ１と、柔軟性の高い樹脂材料Ｒ２を用いて井桁構造を構成することにより、強度が高く、且つ柔軟性の高い樹脂材料を実現することができる。
また樹脂材料Ｒ１と樹脂材料Ｒ２の構成比を可変させることにより、強度と柔軟性を自在に可変することもできる。

以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、上記の実施の形態では、３Ｄプリンタ１００の移動機構は、造形ステージ１３に対し垂直に延びるガイドシャフト１５、ガイドシャフト１５に沿って移動する昇降テーブル１４、及びＸＹステージ１２を備えているが、本発明の３Ｄプリンタ１００の移動機構は、これに限定されるものではない。例えば造形ヘッド２５Ａ、２５Ｂを搭載するＸＹステージ１２を固定とし、造形ステージ１３を昇降可能とする移動機構としてもよい。 また、上記の実施の形態では、３Ｄプリンタ１００と、コンピュータ２００、及びドライバ３００はそれぞれ独立している構成を示していた。しかし、コンピュータ２００、及びドライバ３００は、３Ｄプリンタ１００に内蔵させることも可能である。

１００・・・３Ｄプリンタ、 ２００・・・コンピュータ、 ３００・・・ドライバ、 １１・・・フレーム、 １２・・・ＸＹステージ、 １３・・・造形ステージ、 １４・・・昇降テーブル、 １５・・・ガイドシャフト、２１・・・枠体、 ２２・・・Ｘガイドレール、 ２３・・・Ｙガイドレール、 ２４Ａ、２４Ｂ・・・フィラメントホルダ、 ２５Ａ、２５Ｂ・・・造形ヘッド、 ３１・・・枠体、 ３４、３５・・・ローラ、 ３８Ａ、３８Ｂ・・・フィラメント、 ２０１・・空間フィルタ処理部、 ２０２・・スライサ、 ２０３・・・造形スケジューラ、 ２０４・・・造形指示部、 ２０５・・・造形ベクトル生成部、 ＷＤ・・・パターン、 ＣＲ・・・交差部。

Claims (18)

1. 第１の層および第２の層の繰り返し構造を有する造形物であって、
   前記第１の層は、全体として第１の方向に連続的に延びる樹脂材料を有し、
   前記第１の層の上部の前記第２の層は、全体として前記第１の方向とは交差する第２の方向に連続的に延びる樹脂材料を有し、
   前記第１の層の樹脂材料および前記第２の層の樹脂材料は、その交差部において、前記第１の方向および前記第２の方向の少なくとも一つと交差する第３の方向に延びると共に互いに接合されている
   ことを特徴とする造形物。
2. 前記第１の方向と前記第２の方向は直交し、
   前記第１の層における前記樹脂材料は、所定の長さごとに前記第１の方向に対して第１の角度曲がるパターンと、前記第１の角度とは反対方向に第２の角度曲がるパターンとを交互に有し、前記第２の層における前記樹脂材料は、所定の長さごとに前記第１の方向に対して第３の角度曲がるパターンと、前記第３の角度とは反対方向に第４の角度曲がるパターンとを交互に有し、前記樹脂材料の前記パターン同士が上下方向で接合することにより、上方向から見た場合に、前記第１の層と前記第２の層の前記樹脂材料のなす図形が八角形および四角形を交互に形成している
   ことを特徴とする請求項１記載の造形物。
3. 複数種類の樹脂材料を含む第１の層および第２の層の繰り返し構造を有する造形物であって、
   前記第１の層は、
   全体として第１の方向に連続的に延び、且つ前記第１の方向と交差する第２の方向において隙間を空けて配列される第１の樹脂材料と、
   全体として前記第１の方向に連続的に延び、且つ前記隙間に配列される部分を含む前記第１の樹脂材料以外の第２の樹脂材料とを有し、
   前記第１の層の上部の前記第２の層は、
   前記第１の方向とは交差する第３の方向に連続的に延び且つ前記第３の方向と交差する第４の方向において隙間を空けて配列される前記第１の樹脂材料と、
   前記第３の方向に連続的に延び且つ前記隙間に配列される部分を含む前記第２の樹脂材料とを有し、
   前記第１の層の前記第１の樹脂材料および前記第２の層の前記第１の樹脂材料は、その交差部において、前記第１の方向および前記第３の方向の少なくとも一つと交差する第５の方向に延びると共に互いに接合され、
   前記第１の層の前記第２の樹脂材料および前記第２の層の前記第２の樹脂材料は、その交差部において、前記第１の方向および前記第３の方向の少なくとも一つと交差する第６の方向に延びると共に互いに接合されている
   ことを特徴とする造形物。
4. 前記第１の層、及び前記第２の層は、それぞれ複数のユニットに分割され、互いに隣接する前記複数のユニットでは、前記樹脂材料が連続的に延びる方向が互いに異なる
   請求項１記載の造形物。
5. 前記樹脂材料は結晶性樹脂である
   請求項１記載の造形物。
6. 前記樹脂材料は液晶ポリマーである
   請求項５記載の造形物。
7. 前記第１の層、及び前記第２の層は、それぞれ複数のユニットに分割され、互いに隣接する前記複数のユニットでは、前記樹脂材料が連続的に延びる方向が互いに異なる
   請求項３記載の造形物。
8. 前記樹脂材料は結晶性樹脂である
   請求項３記載の造形物。
9. 前記樹脂材料は液晶ポリマーである
   請求項８記載の造形物。
10. 造形ヘッドを備えた三次元造形装置の制御方法において、
    第１の層において、樹脂材料が全体として第１の方向に連続的に延びるように前記造形ヘッドを制御するステップと、
    前記第１の層の上部の第２の層において、前記樹脂材料が、全体として前記第１の方向とは交差する第２の方向に連続的に延びるように前記造形ヘッドを制御するステップとを備え、
    前記第１の層の前記樹脂材料および前記第２の層の前記樹脂材料は、その交差部において、前記第１の方向および前記第２の方向の少なくとも一つと交差する第３の方向に延びると共に互いに接合されるように制御される
    ことを特徴とする、三次元造形装置の制御方法。
11. 造形ヘッドを備えた三次元造形装置の制御方法において、
    第１の層において、第１の樹脂材料が第１の方向に連続的に延び、且つ前記第１の方向と交差する第２の方向において隙間を空けて配列されると共に、前記第１の樹脂材料以外の第２の樹脂材料が前記第１の方向に連続的に延び、且つ前記隙間に配列されるように前記造形ヘッドを制御するステップと、
    前記第１の層の上部の第２の層において、前記第１の樹脂材料が、前記第１の方向とは交差する第３の方向に連続的に延び、且つ前記第３の方向と交差する第４の方向において隙間を空けて配列されるように前記造形ヘッドを制御するステップとを備え、
    前記第１の層の前記第１の樹脂材料および前記第２の層の前記第１の樹脂材料が、その交差部において前記第１の方向および前記第３の方向の少なくとも一つと交差する第５の方向に延びると共に互いに接合されるように制御され、
    前記第１の層の上部の第２の層において、前記第２の樹脂材料が、全体として前記第３の方向に連続的に延びるよう前記隙間に配列されるように前記造形ヘッドを制御するステップとを備え、
    前記第１の層の前記第２の樹脂材料および前記第２の層の前記第２の樹脂材料が、その交差部において、前記第１の方向および前記第３の方向の少なくとも一つと交差する第６の方向に延びると共に互いに接合されるように制御される
    ことを特徴とする、三次元造形装置の制御方法。
12. 座標データ、及び前記座標データが示す位置における前記複数種類の樹脂材料の配合比率を表す配合比データを含む造形物データを受信し、この造形物データに従って、前記造形ヘッドが制御されるステップ
    を更に備えることを特徴とする請求項１１記載の制御方法。
13. 前記造形物が形成される領域を複数の造形ユニットに分割するステップと、
    前記複数の造形ユニットの各々に、対応する前記造形物データに対応するプロパティデータを付与するステップと、
    前記プロパティデータに従って、前記造形ユニットの各々において前記複数種類の各々の密度変調及び造形方向を決定するステップと を更に備えることを特徴とする、請求項１２記載の制御方法。
14. 造形物が載置される造形ステージと、
    前記造形ステージに対し少なくとも垂直方向に移動可能な昇降部と、
    前記昇降部に搭載され樹脂材料の供給を受ける造形ヘッドと、
    前記昇降部及び前記造形ヘッドを制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、第１の層において、前記樹脂材料が全体として第１の方向に連続的に延びるように前記造形ヘッドを制御し、
    前記制御部は更に、前記第１の層の上部の第２の層において、前記樹脂材料が全体として前記第１の方向とは交差する第２の方向に連続的に延びると共に、前記第１の層の樹脂材料および前記第２の層の樹脂材料が、その交差部において、前記第１の方向および前記第２の方向の少なくとも一つと交差する第３の方向に延びると共に互いに接合されるよう、前記造形ヘッドを制御する
    ことを特徴とする三次元造形装置。
15. 造形物が載置される造形ステージと、
    前記造形ステージに対し少なくとも垂直方向に移動可能な昇降部と、
    前記昇降部に搭載され材料が異なる複数種類の樹脂材料の供給を受ける造形ヘッドと、
    前記昇降部及び前記造形ヘッドを制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、第１の層において、前記複数種類の樹脂材料のうちの第１の樹脂材料が全体として第１の方向に連続的に延び、且つ前記第１の方向と交差する第２の方向において隙間を空けて配列されると共に、前記複数種類の樹脂材料のうちの前記第１の樹脂材料以外の第２の樹脂材料が、全体として前記第１の方向に連続的に延び、且つ前記隙間に配列されるように前記造形ヘッドを制御し、且つ
    前記第１の層の上部の第２の層において、前記第１の樹脂材料が、全体として前記第１の方向とは交差する第３の方向に連続的に延び、且つ前記第３の方向と交差する第４の方向において隙間を空けて配列されると共に、前記第２の樹脂材料が全体として前記第３の方向に連続的に延び、且つ前記隙間に配列されるよう制御すると共に、前記第１の層の前記第１の樹脂材料および前記第２の層の前記第１の樹脂材料が、その交差部において前記第１の方向および前記第３の方向の少なくとも一つと交差する第５の方向に延びると共に互いに接合され、前記第１の層の前記第２の樹脂材料および前記第２の層の前記第２の樹脂材料が、その交差部において前記第１の方向および前記第３の方向の少なくとも一つと交差する第６の方向に延びると共に互いに接合されるよう、前記造形ヘッドを制御する
    ことを特徴とする三次元造形装置。
16. 前記制御部は、
    座標データ、及び前記座標データが示す位置における前記複数種類の樹脂材料の配合比率を表す配合比データを含む造形物データを受信し、この造形物データに従って、前記造形ヘッドを制御する
    ことを特徴とする請求項１５記載の三次元造形装置。
17. 前記制御部は、前記造形物が形成される領域を複数の造形ユニットに分割し、
    前記複数の造形ユニットの各々に、対応する前記造形物データに対応するプロパティデータを付与し、
    前記プロパティデータに従って、前記造形ユニットの各々において前記複数種類の各々の密度変調及び造形方向を決定する
    ことを特徴とする請求項１５記載の三次元造形装置。
18. 前記制御部は、前記第１の層において、前記第１の樹脂材料を形成した後、前記第２の樹脂材料を形成し、前記第２の層において、前記第２の樹脂材料を形成した後、前記第１の樹脂材料を形成するよう前記造形ヘッドを制御する、請求項１５記載の三次元造形装置。

Images