JP6894599B2 - 立体造形用データ生成プログラム - Google Patents

Description

本発明は、３Ｄプリンタ等の立体造形装置により立体物を造形する際に用いられる立体造形用データ生成プログラム及び立体造形物の製造方法に関し、特に、材料押出法によりゴムを材料として立体物を造形する際に用いられる立体造形用データ生成プログラム及び立体造形物の製造方法に関する。

従来、ゴム製品を製造するには、材料とする未加硫ゴムを金型に仕込んだ上で高圧をかけて加熱することにより加硫成形を行うのが一般的である。例えば、特許文献１には、靴底の製造過程で、プレス機で成形金型を上下から挟み込んで約１５ＭＰａの圧力を加えながら１５０〜１７０℃の温度まで昇温して加硫成形を行うことが記載されている。また、特許文献２には、ゴムホースなどのゴム製筒体を製造する過程で、加硫成形する際に強く加圧することが記載されている。

ところで、近年は付加製造（Additive Manufacturing）の技術が注目を集めている（例えば、非特許文献１を参照。）。付加製造方式には複数の種類があるが、その１つである材料押出法は、熱溶解積層法とも称されることからも分かるように、熱可塑性の材料を加熱して溶解し流動化させた状態でノズルから押し出して積層させる造形方式である。材料押出法による造形は、樹脂を材料として用いるものの実用化が特に進んでいる。

特開２００５−２１８７００号公報 特開２００７−３０４２１号公報

「平成２５年度特許出願技術動向調査報告書（概要） ３Ｄプリンター」，特許庁，平成２６年３月

このような背景の下、ゴムを主成分とする材料を用いて材料押出法により立体物を造形する試みがなされている。従来のゴム製品の製造過程における加硫処理は、上記のように高圧下で行われるが、高圧をかける装置は非常に高価であり、材料押出法により立体物の造形を行う場合にはそのような装置は用意されないことが一般的であるため、加硫処理を高圧下で行うことは不可能であることが想定される。したがって、材料押出法により立体物を造形する場合には、内部の残留空気等を十分に排除することが従来の製造方法と比較すると困難となるため、立体物を良好に造形するためには、この点に関し何らかの対応策が必要となる。また、ゴム以外にも、例えば熱可塑性樹脂を用いて材料押出法により立体物を造形する際に、アニール処理の過程において、上記の加硫処理の過程と同様の状況が生じる虞がある。

そこで、本発明は、材料押出法により立体物を良好に造形する技術の提供を目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は以下の立体造形用データ生成プログラムを提供する。なお、以下の括弧書中の文言はあくまで例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。

すなわち、本発明の立体造形用データ生成プログラムは、層状にモデル材を積層して立体を造形する立体造形装置により用いられるデータを生成する立体造形用データ生成プログラムであって、コンピュータに、造形される立体を層状に分割した場合に立体を構成する複数の層の少なくとも一部に対し造形経路を決定する経路決定ステップと、造形経路に沿って層を造形した場合に形成される、空隙を含めたモデル材が充填されない領域である非造形領域を分析する空間分析ステップと、非造形領域の分析結果に応じて造形経路を変更する経路変更ステップとを実行させる。

立体造形装置でゴムを主成分とする材料を積層して立体物を造形した後には、加硫処理が行われる。この加硫処理は、常圧下で行われることが想定されるため、高圧下で行われる加硫処理のように立体物の内部に残留している空気を十分に外部へ逃がすことができない。そのため、立体物の造形状況、より具体的には、材料を吐出して描かれた隣接する線同士の間に形成された空隙等の状況によっては、それらの空隙等に存在する空気が加硫処理の過程で内部に閉じ込められて膨張することにより、立体物の形状を加硫処理の前後で大きく変化させる虞がある。また、熱可塑性樹脂を主成分とする材料を積層して立体物を造形する場合にも、造形後に行われるアニール処理の過程で立体物の内部に生じた空隙が要因となって、上記と似たような現象を引き起こす虞がある。

このような課題に対し、上記の態様の立体造形用データ生成プログラムにおいては、造形経路が決定された後に、その造形経路に沿って層を造形した場合に形成される非造形領域（空隙等）についての分析（位置や太さ等）がなされ、非造形領域の分析結果に応じて必要があれば造形経路が変更される。したがって、上記の態様の立体造形用データ生成プログラムによれば、非造形領域が空気を外部に逃がし易い態様により形成される造形経路に変更されるため、加硫処理の前後における立体物の変形を未然に回避することができ、立体物を良好に造形することが可能となる。

好ましくは、立体造形用データ生成プログラムにおいて、経路決定ステップでは、造形経路内の始端又は終端に非造形領域が形成される造形経路を生成する。

層の外縁まで延びるようにして形成される非造形領域の外縁側の端部は、空気の外部への逃がし口となる。しかしながら、造形経路内の始端（材料の供給が開始又は再開される位置）又は終端（材料の供給が終了又は中断される位置）において材料が多く供給されると、空気の逃がし口が材料によって塞がれてしまい、空気を外部に逃がすことができなくなる虞がある。

これに対し、上記の態様の立体造形用データ生成プログラムにおいては、造形経路内の始端又は終端に非造形領域が形成される。したがって、上記の態様の立体造形用データ生成プログラムによれば、造形経路内の始端又は終端に敢えて材料が充填されない領域が設けられるため、空気の逃がし口が材料によって塞がれることがなく、空気の逃がし口を確実に設けることができる。

より好ましくは、立体造形用データ生成プログラムにおいて、経路変更ステップでは、非造形領域と立体の外部とを連通させるように造形経路を変更する。

非造形領域が空気の逃がし口まで通じていない場合には、非造形領域に存在する空気は、必然的に内部に閉じ込められ、外部に逃がすことができない。これに対し、上記の態様の立体造形用データ生成プログラムにおいては、非造形領域と立体の外部とを連通させるように造形経路が変更される。したがって、上記の態様の立体造形用データ生成プログラムによれば、閉じた非造形領域が形成されることがなく、非造形領域内のいずれの地点からも空気を逃がし易くすることができる。

より好ましくは、立体造形用データ生成プログラムにおいて、層における非造形領域内の各地点から立体の外縁までの距離を分析する距離分析ステップをさらに実行させ、経路変更ステップでは、距離分析ステップにてなされた分析の結果、非造形領域を通じた立体の外縁までの距離と立体の外縁までの最短距離との差が所定の距離以上である地点が非造形領域内に存在する場合に、層に対する前記造形経路を変更する。

非造形領域が空気の逃がし口まで通じている場合には、そこに存在する空気は、非造形領域を通じて移動したのち空気の逃がし口から外部に逃がされる。このとき、非造形領域内の地点が空気の逃がし口から遠いほど、その位置にある空気が非造形領域を通じて空気の逃がし口まで移動する上での距離は長くなる。また、非造形領域の形成状況によっては、空気を逃がし口まで通過させることができるとは限らない。したがって、移動距離が長いほど通過できない領域に遭遇する可能性も高まるため、非造形領域は、空気の移動距離が所定の範囲内に収まるように形成されることが望ましい。

これに対し、上記の態様の立体造形用データ生成プログラムにおいては、非造形領域を通じた外縁までの距離と外縁までの最短距離との差が所定の大きさを超える地点が非造形領域内に存在する場合に、造形経路が変更される。したがって、上記の態様の立体造形用データ生成プログラムによれば、非造形領域内のいずれの地点からも空気を一段と逃がし易くすることができる。

さらに好ましくは、立体造形用データ生成プログラムにおいて、経路変更ステップでは、対象とする層に隣接する層における非造形領域の分析結果も踏まえて対象とする層に対する造形経路を変更する。

上記の態様の立体造形用データ生成プログラムによれば、対象とする層における非造形領域のみならず、隣接する層における非造形領域をも踏まえた造形経路により、複数の層に形成された非造形領域を通じて空気を外部に逃がすことができるため、非造形領域内のいずれの地点からも空気をさらに効率よく逃がすことが可能となる。

本発明によれば、材料押出法により立体物を良好に造形することができる。

立体造形装置が動作する環境の構成図である。 立体造形用データ生成プログラムが動作する環境の構成図である。 立体造形装置の外観図である。 立体造形用データ生成プログラムの機能ブロック図である。 立体造形用データ生成処理の手順例を示すフローチャートである。 層形成用データ生成処理の手順例を示すフローチャートである。 ゴムを主成分とする材料を吐出して描かれる線の特徴を説明する図である。 第１実施形態における各層に対するパスの決定態様を示す平面図である。 対象層に対する変更後のパスを示す平面図である。 パスの変更態様の別の一例を示す図である。 パスの変更態様のさらなる一例を示す図である。 造形された立体物の加硫処理前後における形状を示す図である。 比較例により造形された立体物の加硫処理前後における形状を示す図である。 第２実施形態における各層の形成態様を示す平面図である。 造形された各層の加硫処理前後における形状を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は好ましい例示であり、本発明はこの例示に限定されるものではない。

図１は、一実施形態における立体造形用データ生成プログラムにより生成された立体造形用データを用いて立体物を造形する立体造形装置１０が動作する環境の構成図である。

立体造形装置１０は、ＵＳＢポートやパラレルポート等を介してプリンタサーバ２０に接続されており、プリンタサーバ２０との間でデータの送受信が可能である。プリンタサーバ２０は、一般的なプリンタサーバと同様に、立体造形装置１０に対するプリントジョブの管理及び制御を行うコンピュータであり、ネットワーク３０に接続されている。ネットワーク３０は、有線又は無線の通信網である。端末４０は、立体造形装置１０を利用するコンピュータであり、立体造形用データ生成プログラムは端末４０の内部に実装されている。端末４０は、立体物の造形を行う際に、プリント要求（造形要求）とともに、この立体物を造形する上で用いられる立体造形用データをネットワーク３０を介してプリンタサーバ２０に送信する。

プリンタサーバ２０は、端末４０からのプリント要求を受信すると、これを１つのプリントジョブとしてキューに挿入するとともに、プリント要求に伴って送信された立体造形用データを受信する。立体造形装置１０によりプリントジョブが開始されると、プリンタサーバ２０は、立体造形用データを小出しにして立体造形装置１０に送信する。このとき、立体造形装置１０に送信されるデータ量は、プリンタサーバ２０の内部に実装されている制御プログラムによって適量に調整される。１つのプリントジョブに対する立体造形用データが全て立体造形装置１０に送り出され、立体造形装置１０がこれらのデータによる動作を終えると、立体造形装置１０はプリント（造形）を終了する。

なお、この図においては、端末４０がプリンタサーバ２０を介して立体造形装置１０を利用する場合の構成を例に挙げて説明したが、プリンタサーバ２０を介することなく端末４０に立体造形装置１０を直接接続して利用したり、或いは、立体造形用データが格納されたＵＳＢメモリやＳＤカード等の記憶媒体をセットすることにより立体造形装置１０を単独で（端末４０から切断された状態で）利用することも可能である。

図２は、一実施形態における立体造形用データ生成プログラムが動作する環境の構成図である。立体造形用データ生成プログラムは、上述したように端末４０の内部に実装されている。

端末４０は、一般的なコンピュータの機能が搭載されたコンピュータであり、ハードウェアとしては、ＣＰＵ４１、ＲＡＭ４２、ネットワークインタフェース（Ｉ／Ｆ）４３、ＨＤＤ４４の他、マウス、キーボード又はタッチパネル等の入力デバイス４５や、液晶ディスプレイ等の表示デバイス４６を備えている。また、ソフトウェアとしては、端末４０には、立体形状を表すポリゴンの集合体からなるポリゴンデータ（例えば、ＳＴＬ形式のデータ）を出力する３Ｄモデリングソフト４７、３Ｄモデリングソフト１７から出力されたポリゴンデータに基づいて立体造形用データを生成する立体造形用データ生成ソフト１００、端末４０が立体造形装置１０を利用する上で必要となるプリンタドライバ４８等がインストールされている。ここで、立体造形用データ生成ソフト１００は、いわゆる「スライサ」であり、一実施形態の立体造形用データ生成プログラムにより実装されている。

３Ｄモデリングソフト１７により出力されたポリゴンデータが立体造形用データ生成ソフト１００に入力されると、立体造形用データ生成ソフト１００は、ポリゴンデータにより形作られる立体形状を平板状にスライス（水平に切断）する処理を積層方向（高さ方向）に繰り返し行い、これにより生じた各層を形成するためのパスを決定して、決定したパスに沿って材料を吐出させるための命令データを次々と生成していく。そして、立体形状を構成する全ての層を形成するための命令データが生成されると、立体造形用データ生成ソフト１００は、これらの命令データの集合体を立体造形用データ（例えば、G-Code形式のデータ）として出力する。立体物の造形を行う際には、端末４０は、プリンタドライバ４８を介しネットワークインタフェース４３を通じて、プリント要求及び立体造形用データをプリンタサーバ２０に送信する。

なお、この図においては、立体造形装置１０を利用する端末４０に３Ｄモデリングソフト４７がインストールされている場合の構成を例に挙げて説明したが、３Ｄモデリングソフト４７は必ずしもインストールされている必要はなく、立体造形用データ生成ソフト１００に対して造形対象とする立体物を形作るポリゴンデータが入力できればよい。また、端末４０には、必要に応じてその他のソフトウェアや外部デバイス等が装備されていてもよい。

また、上述したように、立体造形用データ生成ソフト１００の実体は一実施形態の立体造形用データ生成プログラムであるため、以下の説明においては、立体造形用データ生成ソフト１００を立体造形用データ生成プログラム１００として参照することとする。

図３は、立体造形装置１０の外観図であり、立体造形装置１０を正面側の上方からみた様子を表している。

立体造形装置１０は、ゴムを主成分とする材料ＲＵで立体物を造形する上で必要な構成を備えている。先ず、筐体１１の上部には、材料ＲＵを押し出す押出機１２が固定されている。押出機１２は、その内部に単軸スクリュー式の構造体とヒータとを有している。材料ＲＵは、押出機１２に供給される前の段階では固体の状態であるが、押出機１２に供給されると、内部のヒータにより加硫しない程度の温度まで加熱されて溶融する。溶融した材料ＲＵのフィラメントは、スクリューの正回転に伴って、押出機１２の先端部をなす吐出ノズル１３の吐出孔１４から流動化した状態で下方へ吐出される。

なお、材料ＲＵは、予め、原材料となる天然ゴムや合成ゴムを素練りして十分な可塑性を与え配合剤を混ざり易くしてから、補強材、充填剤、軟化剤、加硫剤等からなる配合剤を加えて混練りをした上で、シート状に圧延したものをリボン状（帯状）に切断して生成されている。押出機１２に対しては、リボン状の材料ＲＵが供給される。

また、筐体１１の内部には、造形台１６及び移動体１７が設けられている。移動体１７は、立体造形装置１０の幅方向（Ｘ軸方向）に移動可能なＸ軸ステージ１７ｘと、立体造形装置１０の奥行方向（Ｙ軸方向）に移動可能なＹ軸ステージ１７ｙと、立体造形装置１０の高さ方向（Ｚ軸方向）に移動可能なＺ軸ステージ１７ｚとを備えるとともに、これらの各ステージを所定の方向に移動させるモータを内蔵している。造形台１６は、移動体１７の最上部に配置されており、移動体１７をなす各ステージの動きに連動して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３方向に移動可能である。造形台１６を所望の方向に移動させることにより、造形台１６と吐出ノズル１３との位置関係、ひいては造形台１６に対する材料ＲＵの吐出位置（吐出ノズル１３の相対的な位置）を変化させることができる。このようにして、吐出ノズル１３から材料ＲＵを吐出させつつ造形台１６を移動させることにより、立体物ＯＢを構成する複数の層が次々と重ねて形成されていき、立体物ＯＢが造形される。造形された立体物ＯＢに対しては、さらに常圧下での高温加熱を行うことにより加硫処理が行われ、最終的に立体物ＯＢが完成する。

なお、造形台１６の下にはヒータが装備されており、造形台１６は、吐出された材料ＲＵが加硫しない程度の温度に加熱される。造形台１６を加熱することにより、吐出された材料ＲＵが急速に冷えて固化するのを防止することができ、造形台１６と最下層との間、及び、隣接する各層間における接着性を確保すること（造形途中での剥離を防止すること）が可能となる。

筐体１１の内部で造形台１６の上方に広がる空間における位置は、３次元の座標（Ｘ座標，Ｙ座標，Ｚ座標）で管理されている。立体物ＯＢを造形する際に用いられる立体造形用データは、材料ＲＵを吐出して各層を形成する（塗り潰す）線を描く上で必要となる命令（例えば、移動先の座標や移動速度を指示する命令や、材料ＲＵの吐出幅を指示する命令等）が羅列された膨大なデータで構成されている。つまり、造形台１６の動きは、これらの命令データに応じて細やかに制御され、造形台１６に対する線の形状（直線、曲線、円形等）やその描かれ方（吐出孔１４からの材料ＲＵの吐出態様）についても、生成された命令データにより制御されることとなる。

図４は、立体造形用データ生成プログラム１００の機能ブロック図である。この図に示されるように、立体造形用データ生成プログラム１００は、各種設定部１１０、立体形状入力部１２０、立体切断部１３０、断面分析部１４０、パス決定部１５０、空間分析部１６０及び生成データ出力部１７０を有している。

各種設定部１１０は、立体造形用データ生成プログラム１００が機能する上で必要となる各種の閾値やパラメータ値（例えば、材料ＲＵの積層ピッチ（形成される層の高さ）の範囲や材料ＲＵを温めるヒータの温度等）、描く形状のパターン等を予め設定する。各種設定部１１０はまた、端末４０（立体造形装置１０）の利用者向けの設定画面を提供し、この設定画面を介して利用者によりなされた設定内容を、端末４０の内部記憶領域（ＨＤＤ４４）に格納する。

立体形状入力部１２０は、立体形状を形作るポリゴンデータを入力する。より具体的には、立体形状入力部１２０は、３Ｄ−ＣＡＤ等の３Ｄモデリングソフトにより出力されたポリゴンデータを読み込む。ポリゴンデータは、端末４０からアクセス可能な記憶領域（例えば、ＨＤＤ４４や別途接続された外部記憶媒体等）に格納されている。

立体切断部１３０は、立体形状入力部１２０に入力されたポリゴンデータにより形作られる立体形状を複数の平板形状に（高さの異なる複数の位置で水平に）切断し、積層方向（高さ方向）に積み重ねられた複数の層に分割する。

断面分析部１４０は、立体切断部１３０により切断された各断面、すなわち分割された各層について、その形状や各種設定部１１０に設定された性質等の特性を分析する。

パス決定部１５０は、断面分析部１４０により分析された結果を踏まえて、各層を形成するための材料ＲＵを吐出する経路、経路を辿る上での順序や方向や速度、材料ＲＵの吐出幅や吐出量等、経路に関する詳細事項（以下、これらをまとめて「パス」と略称する。）を仮決定する。また、後述する空間分析部１６０により分析された結果を踏まえて、仮決定されたパスを必要に応じて変更し、その上でパスを本決定（最終的に採用）する。そして、パス決定部１５０は、本決定されたパスを示す命令データを生成する。

空間分析部１６０は、パス決定部１５０により仮決定されたパスに沿って各層が造形された場合に、材料ＲＵが充填されない領域（以下、「非造形領域」と称する。）が各層のどの位置にどのように（太さや形状等）生じるかを分析する。また、空間分析部１６０は、各層における非造形領域内の各地点から造形される立体物ＯＢの外縁までの距離を分析する。なお、非造形領域には、吐出された材料ＲＵにより描かれる線の下部に意図せずに生じる空隙や、材料ＲＵの内部充填率（密度）を意図的に低くして造形する場合に生じる空隙、造形上の調整として線の端部に設けられる空隙等が含まれる。一方、例えば容器を造形する場合に内部に形成される収容空間のように、敢えて形状が空間として造形された領域は、非造形領域には含まれない。

生成データ出力部１７０は、パス決定部１５０により生成された命令データの集合体、すなわち立体造形用データを出力する。

材料ＲＵを用いて立体物ＯＢを造形する際には、主成分であるゴムの特性に起因して様々な現象が生じうる。より具体的には、材料ＲＵにより立体物ＯＢを造形する際には、内部に空隙が生じ易い。また、立体物ＯＢの造形後に行う加硫処理の過程では、内部の空隙に閉じ込められた空気が膨張して立体物ＯＢの形状を大きく変化させ、造形に影響を及ぼしうる。そのため、これらの現象を踏まえて、最終的に想定される形状で立体物ＯＢが造形されるようなパスを決定する必要がある。本実施形態においては、特にパス決定部１５０及び空間分析部１６０が、上記のような現象を踏まえて立体物を良好に造形するための役割を担っている。

なお、ゴムの特性に起因して生じうる現象及びその現象への対応策については、別の図面を参照しながら詳しく後述する。

図５は、立体造形用データ生成処理の手順例を示すフローチャートである。立体造形用データ生成処理は、立体造形装置１０を利用して立体物を造形する際に必要となる立体造形用データを生成するための処理である。

このフローチャートに示される各ステップを実行するのは立体造形用データ生成プログラム１００であるが、立体造形用データ生成プログラム１００を動作させる主体は端末４０のＣＰＵ４１であり、厳密にはＣＰＵ４１が各ステップを立体造形用データ生成プログラム１００が有する各機能部１１０〜１７０に実行させる。以下、手順例に沿って説明する。

ステップＳ２００：ＣＰＵ４１は、立体形状入力部１２０に立体形状入力処理を実行させる。この処理では、立体形状入力部１２０は、造形対象とする立体物の形状を形作るポリゴンデータを読み込む。

ステップＳ２１０：ＣＰＵ４１は、立体切断部１３０に立体切断処理を実行させる。この処理では、立体切断部１３０は、前ステップＳ２００で読み込まれたポリゴンデータにより形作られる立体形状を平板状（水平）に切断する処理を積層方向（高さ方向）に繰り返す。

ステップＳ２２０：ＣＰＵ４１は、断面分析部１４０に処理の対象とする層を更新させる。より具体的には、断面分析部１４０は、前ステップＳ２１０で立体形状が切断されたことにより生じた複数の層を下から順に１つずつ、後続する処理（ステップＳ２３０）の対象としてセットする。したがって、ステップＳ２２０が最初に実行される際には、最も下に位置する層が後続する処理の対象としてセットされる。

ステップＳ２３０：ＣＰＵ４１は、断面分析部１４０、パス決定部１５０及び空間分析部１６０に層形成用データ生成処理を実行させる。この処理では、各機能部１４０〜１６０は、対象としてセットされた層（以下、「対象層」と称する。）に着目し、その層の特性（形状や性質）やそれ以下の層において非造形領域が生じる位置を分析した上で、対象層を形成するための最適化したパスを決定し、そのパスに対応した命令データを生成する。なお、具体的な処理の内容については、次の図面を参照しながらさらに後述する。

ステップＳ２４０：ＣＰＵ４１は、断面分析部１４０に未処理の層、すなわち未だ層形成用データ生成処理の対象とされていない層が残っているか否かを確認させる。未処理の層が残っている場合（ステップＳ２４０：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ４１はステップＳ２２０に戻り、以降のステップを繰り返し実行する。一方、未処理の層が残っていない場合（ステップＳ２４０：Ｎｏ）、ＣＰＵ４１はステップＳ２５０に進む。

ステップＳ２５０：ＣＰＵ４１は、生成データ出力部１７０に生成データ出力処理を実行させる。この処理では、生成データ出力部１７０は、立体形状を構成する全ての層を対象としてステップＳ２３０が実行されたことにより生成された命令データの集合体を、立体造形用データとして出力する。

以上の手順を終えると、ＣＰＵ４１は、１つの立体物に対する立体造形用データの生成を終了する。

なお、生成データ出力処理の実行前に、各層に対する命令データを全体的に見直し、必要に応じて生成データを補正する処理を実行させてもよい。例えば、上記のステップＳ２３０（層形成用データ生成処理）では、対象層以下の層における非造形領域の分析結果に基づいて対象層に対する最適化したパスが決定されるが、生成データ出力処理の実行前には全ての層に対するパスが決定済みであるため、この段階で各層に対するパスの見直しを行い、対象層の上に隣接する層における非造形領域の分析結果も踏まえ必要に応じてパスを再決定し、その上で再決定されたパスを示す命令データを生成させてもよい。

図６は、層形成用データ生成処理の手順例を示すフローチャートである。層形成用データ生成処理は、立体造形装置１０を利用して造形する立体物を構成する各層を形成（造形）する際に必要となる命令データを生成するための処理である。なお、各ステップの実行主体については、図５における場合と同様である。以下、手順例に沿って説明する。

ステップＳ３００：ＣＰＵ４１は、断面分析部１４０に断面を分析させる。より具体的には、断面分析部１４０は、対象層の特性（形状や性質）を分析する。

ステップＳ３１０：ＣＰＵ４１は、パス決定部１５０にパスを仮決定させる。より具体的には、パス決定部１５０は、前ステップＳ３００での対象層の分析結果を踏まえて、対象層に対する描線経路（どのような経路に沿って材料ＲＵを吐出させるか）及びその描線態様（経路に沿ってどのように材料ＲＵを吐出させるか）を暫定的に決定する。描線態様としては、例えば、線を描く順序や方向や速度、材料ＲＵの吐出幅や吐出量、各経路における材料ＲＵの着地先と吐出ノズル１３の先端（ノズル先端１５）との間隔等が詳細に決定される。なお、描線態様は各経路の状況に応じて決定されるため、１つの経路全体に対して同一の態様が決定される場合もあれば、１つ経路を複数の部位に細分化し個々の部位に対して異なる態様が決定される場合もある。

ステップＳ３２０：ＣＰＵ４１は、空間分析部１６０に非造形領域を分析させる。より具体的には、空間分析部１６０は、前ステップＳ３１０で仮決定されたパスに沿って対象層が造形された場合に非造形領域が生じる位置を分析した上で、非造形領域内の各地点から立体物ＯＢの外縁までの最短距離、及び、非造形領域を通じた立体物ＯＢの外縁までの最短距離を分析する。

ステップＳ３３０：ＣＰＵ４１は、空間分析部１６０に分析結果に基づく判定を行わせる。具体的には、空間分析部１６０は、前ステップＳ３２０での分析結果に基づいて、非造形領域内のいずれかの地点において空気が閉じ込められる可能性が高い（立体物ＯＢの外部に空気を逃がすことが困難である）か否かを判定する。そして、空気が閉じ込められる可能性が高い地点が存在すると判定された場合には（ステップＳ３３０：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ４１はステップＳ３４０に進む。一方、空気が閉じ込められる可能性が高い地点が存在しないと判定された場合には（ステップＳ３３０：Ｎｏ）、ＣＰＵ４１はステップＳ３５０に進む。

ステップＳ３４０：ＣＰＵ４１は、パス決定部１５０に仮決定したパスを変更して本決定させる。より具体的には、パス決定部１５０は、ステップＳ３１０で仮決定されたパスを見直し、非造形領域内の空気を外部に逃がし易いパスに変更した上で、変更後のパスを採用する。

ステップＳ３５０：ＣＰＵ４１は、パス決定部１５０に仮決定したパスのまま本決定させる。より具体的には、パス決定部１５０は、ステップＳ３１０で仮決定されたパスを変更することなくそのまま採用する。

ステップＳ３６０：ＣＰＵ４１は、パス決定部１５０に命令データを生成させる。より具体的には、パス決定部１５０は、対象層に対するパスを示す命令データ、すなわちステップＳ３４０，Ｓ３５０により本決定されたパスに対応する命令データを生成する。

以上の手順を終えると、ＣＰＵ４１は、１つの層（対象層）に対する命令データの生成を終了する。

図７は、ゴムを主成分とする材料ＲＵを吐出して描かれる線の特徴を説明する図であり、材料ＲＵにより形成された３枚の層Ｓ１〜Ｓ３が積層された状態を表している。このうち、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）中のVII−VII切断線に沿って切断した場合の理想的な垂直断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）中のVII−VII切断線に沿って切断した場合の現実的な垂直断面図である。なお、発明の理解を容易とするために、材料ＲＵで描かれた各線の輪郭や形成される空隙の大きさは誇張して表現されている。

例えば、図７中（Ａ）に示されるように、材料ＲＵを吐出して幅方向に描かれた複数の線により形成された層が次々と積層されているとする。このとき、図７中（Ｂ）に示されるように、隣接し合う複数の線の間（例えば、線Ｌ１１と線Ｌ１２の間や線Ｌ２１と線Ｌ２２の間）に空隙が一切生じないことが理想的である。

しかしながら、吐出孔１４は略円筒状の形状をなしているため、材料ＲＵは吐出孔１４から円柱状に下方へ押し出される。また、吐出孔１４の先端（開口）はノズル先端１５に取り囲まれており、造形時には吐出孔１４から円柱状に押し出された材料ＲＵをノズル先端１５で着地先に押し当てるようにして、線が描かれていく。そのため、描かれた線の下部には、材料ＲＵが円柱状に押し出されたことの名残で角が曲線状に形成される一方、線の上部は、ノズル先端１５に均されて略平坦な形状に形成される。また、吐出された材料ＲＵには主成分とするゴムの特性により粘度が高い上に収縮性も作用するため、曲線状の角が一切形成されないように線を描くことは非常に困難である。したがって、実際の造形時には、図７中（Ｃ）に示されるように、材料ＲＵを吐出して描かれた隣接し合う複数の線の間には空隙ＧＰが形成される。

立体物ＯＢを構成する全ての層が形成された後（立体物ＯＢの造形後）には加硫処理が施されるが、この加硫処理は常圧下で行われるため、高圧下で行われる加硫処理のように内部の空気を十分に外部へ逃がすことができない。そのため、空隙ＧＰの形成状況によっては、加硫処理の過程で空隙Ｇに閉じ込められた空気が膨張して立体物ＯＢの内部が発泡したような状態となり（以下、このような現象を「発泡現象」と称する。）、立体物ＯＢの形状が加硫処理の前後で大きく変化する虞がある。

発泡現象は、立体物ＯＢの仕上がり形状を乱す要因と捉えれば、解決すべき課題となるのに対し、所望の膨張を発生させる作用と捉えれば、積極的に活用しうる対象となる。発明者は、層の形成態様を変えることで発泡現象をある程度まで制御可能であることを試行錯誤の末に見出した。そこで、以下では、発泡現象を抑制するための実施形態を第１実施形態として説明し、発泡現象を促進させるための実施形態を第２実施形態として説明することとする。

〔各層の形成態様：第１実施形態〕
図８は、立体物ＯＢを構成する各層を形成する上での第１実施形態におけるパスの決定態様を示す平面図である。

第１実施形態は、発泡現象を抑制するための実施形態である。第１実施形態においては、先ず対象層に対するパスを仮決定し、対象層が仮決定されたパスに沿って造形された場合にどの位置に空隙ＧＰが生じるかを分析する。そして、いずれかの空隙ＧＰが空気を外部に逃がしにくい位置、すなわち空気を外部に逃がすための空気出口ＥＸから遠い位置に生じると分析された場合には、仮決定されたパスを変更して、いずれの空隙ＧＰからも遠くない位置に空気出口ＥＸが設けられるようにする。以下、パスの決定態様を手順例に沿って説明する。

図８中（Ａ）：対象層Ｓ１の形状は、例えば、略長方形であり、長辺が短辺の２倍を超える長さを有している。

図８中（Ｂ）：このような形状をなす対象層Ｓ１に対して、例えば、ジグザグ状（九十九折状）のパス、すなわち対向する２辺の間で交互に折り返しながら隣接する直線を連続的に描くパスが仮決定される。上述したように、材料ＲＵを吐出して描かれた隣接し合う複数の線の間には空隙ＧＰが形成されるため、仮決定されたパスに沿って対象層Ｓ１が造形されると、対象層Ｓ１を塗り潰す過程で隣接し合う複数の線の間（図中の対象層Ｓ１内に示した実線に沿う位置）に空隙ＧＰが生じることとなる。そして、対象層Ｓ１の外縁まで延びるようにして生じた空隙ＧＰの外縁側の端部が、空気出口ＥＸとなる。仮決定されたパスによれば、空気出口ＥＸは左右に３ヵ所ずつ、合計６ヵ所に設けられる。

ここでは例として、空隙ＧＰ内の３つの地点Ｐ１〜Ｐ３を示しているが、地点Ｐ１は空気出口ＥＸに比較的近く、地点Ｐ２は空気出口ＥＸから少し離れており、地点Ｐ３は空気出口ＥＸから比較的遠くに位置している。空気出口ＥＸから遠いほど、その位置にある空気の空隙ＧＰを通じた空気出口ＥＸまでの移動距離は長くなる。また、空隙ＧＰの太さは造形状況によるため一定でなく、非常に細い箇所もあるため、空隙ＧＰが連なっているからといって空気が必ずしも空気出口ＥＸまで移動できる（外部に逃げられる）とは限らない。したがって、このバスに沿って造形された場合には、加硫処理の過程で特に地点Ｐ３に存在する空気を外部に逃がすことが困難となり空気が内部に閉じ込められる可能性が高い。

図８中（Ｃ）：そこで、図８中（Ｂ）で仮決定されたパスが変更される。先ず、対象層Ｓ１の形状を踏まえて、対象層Ｓ１の領域全体が左右に分割される。

図８中（Ｄ）：次に、分割により生じた左右の各領域に対して、それぞれジグザグ状のパスが再決定される。再決定されたパスに沿って対象層Ｓ１が造形されると、左右の各領域を塗り潰す過程で隣接し合う複数の線の間に加えて、左右の領域間にも空隙ＧＰが生じることとなる。これにより、対象層Ｓ１に設けられる空気出口ＥＸの数が２ヵ所増加し、合計８ヵ所となる。左右の領域間に生じる空隙ＧＰは、空気出口ＥＸの総数を増加させるだけでなく、幅方向に延びる空隙ＧＰを手前側又は奥側から外部に連通させており、外部への近道となる点において非常に有益といえる。

パス変更前と比較してみると、地点Ｐ１に関しては変化が生じていないが、地点Ｐ２，Ｐ３はいずれも、連通可能な空気出口ＥＸが２ヵ所に増えた上に、空気出口ＥＸまでの最短距離が短縮されている。そして、空隙ＧＰ内のいずれの地点からも空気出口ＥＸが遠くない位置（より具体的には、所定の距離内）に設けられている。したがって、このようにしてパスを変更することにより、立体物ＯＢの内部に生じた空隙ＧＰに存在する空気を空気出口ＥＸを介して外部に逃がし易くすることができる。よって、第１実施形態によれば、内部に閉じ込められた空気の膨張に起因して生じる加硫処理の前後における立体物ＯＢの変形を未然に回避して、立体物ＯＢを良好に造形することが可能となる。

なお、上記のパス変更の態様は、あくまで一例として挙げたものであり、これに限定されない。本実施形態においては、経路のパターンとして、渦巻、同心円、ジグザグ、格子、ハニカム等が予め用意されており、これらの中から対象層Ｓ１の形状等を踏まえていずれかのパターンが選択されてパスが仮決定される。また、仮決定されたパスの変更には、領域の分割を伴う場合と伴わない場合とがあり、いずれの場合においても、塗り潰しを行う各領域に対するパスの再決定がなされる。パスの再決定では、パターンの変更（例えば、渦巻からジグザグへの変更）や、パターンの回転（例えば、対象層Ｓ１の右側と左側で折り返すジグザグ（横ジグザグ）を、手前側と奥側で折り返すジグザグ（縦ジグザグ）にする変更）等が行われる。

図９は、対象層Ｓ１に対する変更後のパスを示す平面図であり、図８中（Ｄ）を拡大して一部に網掛けを施したものである。

材料吐出法においては、線の一端（始端）で材料の吐出を開始し、パスに沿って造形台（又は吐出ノズル）を移動させながら材料の吐出を継続し、線の他端（終端）で材料の吐出を終了するのが一般的である。また、線をジグザグ状に描く際にも、やはり同様にパスに沿って造形台（又は吐出ノズル）を移動させながら材料の吐出を行うが、折り返し地点に達すると瞬間的に材料の吐出を中断し、造形台（又は吐出ノズル）の移動及び移動方向の切り替えを行い、その上で造形台（又は吐出ノズル）の逆方向への移動及び材料の吐出を再開する。つまり、ジグザグ状の線においては、線の両端に加えて、折り返し地点もまた終端となりかつ始端ともなる。そこで、以下の説明においては、材料の吐出を開始又は再開する位置を「経路内の始端」と称し、材料の吐出を終了又は中断する位置を「経路内の終端」と称することとする。

図９中において網掛けが施されている部位は、左右の各領域を塗り潰す線を描き始める位置、線を折り返す位置、又は、線を描き終える位置のいずれかに該当する。網掛けが施されたこれらの部位に対する材料ＲＵの吐出量が多いと、空気出口ＥＸが材料ＲＵにより塞がれる虞がある。空気出口ＥＸが塞がれると、空隙ＧＰに存在する空気を加硫処理の過程で外部に逃がすことができず、結果として立体物ＯＢを変形させてしまう。

そこで、本実施形態においては、経路内の始端又は終端において、材料ＲＵの吐出量を他の部位より減らすことで端部の形状を略楕円形にしたり、或いは始端又は終端の位置をずらすことで端部を短くしたりしている。こうすることで、経路内の始端又は終端にも空隙ＧＰを生じさせることができ、空気出口ＥＸを確実に設けることができる。したがって、加硫処理の過程で空気を外部に逃がすことが可能となる。

図１０は、パスの変更態様の別の一例を示す平面図である。なお、図１０における対象層Ｓ１の形状は、図８に示した対象層Ｓ１と同一であり、また、図１０における３つの地点Ｐ１〜Ｐ３は、図８に示した対象層Ｓ１内の３つの地点Ｐ１〜Ｐ３と同一である。

図１０（Ａ）：対象層にＳ１に対し、例えば、図８中（Ｂ）で示した左右に対向する２辺の間で交互に折り返すジグザグ状のパスが仮決定される。仮決定されたパスにおいては、空気出口ＥＸが左右に３ヵ所ずつ、合計６ヵ所に設けられる。ここで、発明の理解を容易とするために、パスで設定された線幅を「１」とした場合の空隙ＧＰ内の各地点から対象層Ｓ１の外縁までの距離を分析する。図中に破線で示した目盛１つ分が距離「１」に該当する。また、ここでは例として、空隙ＧＰ内の３つの地点Ｐ１〜Ｐ３について分析するが、実際には空隙ＧＰ内の全ての地点についての分析がなされる。

先ず、地点Ｐ１は、空隙ＧＰを通じた空気出口ＥＸまでの最短距離（以下、「連通距離」と称する。）が「２」であり、対象層Ｓ１の外縁までの最短距離（以下、「外縁距離」と称する。）もまた「２」である。したがって、地点Ｐ１における連通距離と外縁距離との差Ｄ_Ｐ１は「０」である。図中では、このことを「Ｄ_Ｐ１（２，２）＝０」と表している（表し方は、他の地点においても同様。）。また、地点Ｐ２は、連通距離が「１０」であり、外縁距離が「３」であるから、地点Ｐ２における差Ｄ_Ｐ２は「７」である。そして、地点Ｐ３は、連通距離が「１７」であり、外縁距離が「１」であるから、地点Ｐ２における差Ｄ_Ｐ３は「１６」である。この分析結果から、地点Ｐ３では、連通距離と外縁距離との差が特に大きいことが分かる。

ここで、本実施形態においては、空隙ＧＰ内の各地点における連通距離と外縁距離との差が所定の範囲内（例えば「１２未満」）であれば、仮決定されたパスがそのまま採用されるのに対し、所定の範囲を超える（例えば「１２以上」）であれば、仮決定されたパスが変更される。図１０中（Ａ）に示したパスでは、少なくとも地点Ｐ３における連通距離と外縁距離との差が所定の範囲を超えているため、仮決定されたパスは変更されることとなる。

図１０中（Ｂ）：対象層Ｓ１に対するパスが変更され、先ず領域全体が左右に分割された後に、例えば、左側の領域に対して横ジグザグ状のパスが再決定されるとともに、右側の領域に対して縦ジグザグ状のパスが再決定される。再決定されたパスにおいては、空気出口ＥＸが左側に３ヵ所、奥側と手前側に５ヵ所ずつ、合計１３カ所に設けられる。

ここで再び、３つの地点Ｐ１〜Ｐ３における距離を分析する。先ず、地点Ｐ１は、連通距離が「２」であり、外縁距離もまた「２」であるから、地点Ｐ１における差Ｄ_Ｐ１は「０」である。また、地点Ｐ２は、連通距離が「４」であり、外縁距離が「３」であるから、地点Ｐ２における差Ｄ_Ｐ２は「１」である。そして、地点Ｐ３は、連通距離が「３」であり、外縁距離が「１」であるから、地点Ｐ３における差Ｄ_Ｐ３は「２」である。この分析結果から、いずれの地点においても、連通距離と外縁距離との差が所定の範囲内（例えば「１２未満」）に収まっていることが分かる。したがって、再決定されたパスが採用される。

なお、再決定されたパスにおいても空隙ＧＰ内のいずれかの地点において連通距離と外縁距離との差が所定の範囲を超える場合には、そのパスは採用されない。そのような場合には、空隙ＧＰ内の全ての地点における連通距離と外縁距離との差が所定の範囲内に収まるまで、パスの再決定が繰り返しなされることとなる。

図１１は、パスの変更態様のさらなる一例を示す平面図である。なお、図１１における対象層Ｓ１の形状は、略正方形であるものとする。また、図１１中（Ａ）及び図１１中（Ｂ）において、３つの地点Ｐ１〜Ｐ３の各位置は同一である。

図１１中（Ａ）：対象層Ｓ１に対し、例えば、渦巻状のパスが仮決定される。渦巻状に線を描く際に生じる空隙ＧＰはやはり渦巻状に連なっていくことから、仮決定されたパスにおいては、空気出口ＥＸが渦巻きの最外周の端部に隣接する１ヵ所にのみ設けられる。空隙ＧＰ内の地点が渦巻きの中心に近いほど、空気出口ＥＸからは遠くなり、連通距離も大きくなる。

ここで、渦巻状に線を描く際に生じる空隙ＧＰ内の３つの地点Ｐ１〜Ｐ３における距離を分析する。先ず、地点Ｐ１は、連通距離が「５」であり、外縁距離が「１」であるから、地点Ｐ１における差Ｄ_Ｐ１は「４」である。また、地点Ｐ２は、連通距離が「３８」であり、外縁距離が「２」であるから、地点Ｐ２における差Ｄ_Ｐ２は「３６」である。そして、渦巻きの中心に当たる地点Ｐ３は、連通距離が「６４」であり、外縁距離が「４」であるから、地点Ｐ３における差Ｄ_Ｐ３は「６０」である。この分析結果から、分析した３地点のうち、連通距離と外縁距離との差が所定の範囲内（例えば「１２未満」）に収まっているのは地点Ｐ１のみであり、地点Ｐ２，Ｐ３では所定の範囲を大きく超えていることが分かる。したがって、仮決定されたパスは変更されることとなる。

図１１中（Ｂ）：対象層Ｓ１に対するパスが変更され、例えば、横ジグザグ状のパスが再決定される。再決定されたパスにおいては、空気出口ＥＸが左右に４ヵ所ずつ、合計８ヵ所に設けられる。

ここで再び、３つの地点Ｐ１〜Ｐ３における距離を分析する。先ず、地点Ｐ１は、空隙ＧＰを通じた空気出口ＥＸまでの距離が「５」であり、対象層Ｓ１の外縁までの最短距離が「１」であるから、地点Ｐ１における差Ｄ_Ｐ１は「４」である。また、地点Ｐ２は、空隙ＧＰを通じた空気出口ＥＸまでの距離が「２」であり、対象層Ｓ１の外縁までの最短距離が「２」であるから、地点Ｐ２における差Ｄ_Ｐ２は「０」である。そして、地点Ｐ３は、空隙ＧＰを通じた空気出口ＥＸまでの距離が「４」であり、対象層Ｓ１の外縁までの最短距離が「４」であるから、地点Ｐ３における差Ｄ_Ｐ３は「０」である。この分析結果から、地点Ｐ２，Ｐ３における連通距離が大幅に短縮されていること、また、いずれの地点においても、連通距離と外縁距離との差が所定の範囲内（例えば「１２未満」）に収まっていることが分かる。したがって、再決定されたパスが採用される。

〔第１実施形態により造形された立体物の加硫処理前後における形状〕
図１２は、第１実施形態により造形された立体物ＯＢの加硫処理の前後における形状を示す図である。説明の便宜のため、ここでは、各層の形状が略正方形であり、立体物ＯＢが１０枚の層で構成されるものとする。

図１２中（Ａ）：第１実施形態における各層の形成態様を示す平面図である。第１実施形態においては、略正方形をなす対象層Ｓ１に対し、例えば、ジグザグ状に線を描くパスが本決定され、本決定されたパスに沿って線を描くことにより対象層Ｓ１が形成される。そして、形成された複数の層が次々と積層されていき、立体物ＯＢが造形される。

第１実施形態においては、線がジグザグ状に描かれることから、各層内の空隙ＧＰのいずれの地点からも外部に連通し易い位置に空気出口ＥＸが設けられる。したがって、空隙ＧＰが層内のどの位置に生じていても、その位置に存在する空気を外部に容易に逃がすことができ、結果として、加硫処理の際に立体物ＯＢの内部に空気が閉じ込められるのを回避することができる。

図１２中（Ｂ）：加硫処理前の立体物ＯＢを示す正面図である。立体物ＯＢは、層Ｓ１〜Ｓ１０の１０枚の層が積層されてなる。加硫処理を行う前の段階では、第１実施形態により造形された立体物ＯＢは、想定通りの形状をなしている。

図１２中（Ｃ）：加硫処理後の立体物ＯＢを示す正面図である。加硫処理を行った後の段階でも、第１実施形態により造形された立体物ＯＢは、加硫処理を行う前の形状を概ね維持している。加硫処理の前後において立体物ＯＢの形状を維持することができたのは、加硫処理の過程で立体物ＯＢの内部に空気が閉じ込められなかったためである。上述したように、第１実施形態においては、各層にて適切な位置に空気出口ＥＸが設けられるため、立体物ＯＢの内部の空隙ＧＰに存在する空気を外部に逃がし易い。したがって、加硫処理の過程で生じ得る立体物ＯＢの変形を回避することができる。

〔比較例により造形された立体物の加硫処理前後における形状〕
図１３は、比較例として第１実施形態とは異なる態様により造形された立体物ＯＢ´の加硫処理の前後における形状を示す図である。発明の理解を容易とするために、ここでは、各層の形状及び立体物ＯＢを構成する層の枚数は、図１２における場合と同一であるものとする。

図１３中（Ａ）：比較例における各層の形成態様を示す平面図である。比較例においては、例えば、対象層Ｓ１´に対し、渦巻状に線を描くパスが本決定される。そして、本決定されたパスに沿って線を描くことにより対象層Ｓ１´が形成される。そして、形成された複数の層が次々と積層されていき、立体物ＯＢ´が造形される。

比較例においては、線が渦巻状に描かれることから、空気出口ＥＸが各層に１ヵ所しか設けられない。したがって、空隙ＧＰの位置が空気出口ＥＸから離れているほど、その位置に存在する空気は外部に逃がし難くなる。具体的には、対象層Ｓ１´の外周に近い位置の空隙ＧＰに存在する空気は、比較的容易に外部に逃がすことができるが、対象層Ｓ１´の中央部に近い位置の空隙ＧＰに存在する空気は、空隙ＧＰを通じて空気出口ＥＸに到達するまでの距離が長いため、外部に逃がすことが困難である。その結果、加硫処理の際に立体物ＯＢ´の内部に空気が閉じ込められ易くなる。

図１３中（Ｂ）：加硫処理前の立体物ＯＢ´を示す正面図である。立体物ＯＢ´は、層Ｓ１´〜Ｓ１０´の１０枚の層が積層されてなる。加硫処理を行う前の段階では、比較例により造形された立体物ＯＢ´は、想定通りの形状をなしている。

図１３中（Ｃ）：加硫処理後の立体物ＯＢ´を示す正面図である。加硫処理を行った後の段階では、比較例により造形された立体物ＯＢ´は大きく変形している。具体的には、立体物ＯＢ´は、中央部に向かうにつれて高さ方向に大きく膨張しており、また、この膨張に引きずられて上部にいくほど幅が徐々に拡がっている。このような形状の変化は、加硫処理の過程で立体物ＯＢ´の内部に閉じ込められた空気が膨張したことにより生じている。上述したように、空隙ＧＰの位置が空気出口ＥＸから離れているほど、すなわち、比較例における各層の形成態様によれば空隙ＧＰの位置が各層の中央に近いほど、そこに存在する空気は外部に逃がし難くなる。そして、立体物ＯＢ´の内部に空気が閉じ込められると、加硫処理の過程で高熱を受けて空気が膨張するため、立体物ＯＢ´の形状を想定から大きく乱してしまう。

以上のように、比較例により造形された立体物ＯＢ´は、空気を外部に逃がすことが困難であり空気が内部に閉じ込められることから、加硫処理の前後で形状が大きく変化（空気の膨張により変形）する。これに対し、第１実施形態により造形された立体物ＯＢは、空気を外部に容易に逃がすことができるため、加硫処理の前後で形状が概ね維持される。このことから、第１実施形態の優位性は明らかである。

〔各層の形成態様：第２実施形態〕
図１４は、立体物ＯＢを構成する各層を形成する上での第２実施形態における形成態様を示す正面図である。第２実施形態は、発泡現象を促進させるための実施形態である。第２実施形態においては、敢えて膨張させたい部位に適度な空隙ＧＰを生じさせるように線を描くパスを決定する。

なお、以降の図においては、未だ塗り潰されていない領域を白色で示し、既に塗り潰された領域を薄い灰色で示し、説明される手順によって塗り潰される領域を濃い灰色で示すこととする。また、説明の便宜のため、ここでは立体物ＯＢが５枚の層で構成されるものとする。以下、手順例に沿って説明する。

図１４中（Ａ）：各層に対し、例えば、正面側から背面側（図１４の手前側から奥側）に向かって延びる複数の線を描くパスが決定される。このとき、発泡現象を意図的に促進させたい部位における積層ピッチは、その他の部位における通常の積層ピッチＨ１（Ｈ１＝ｈ）よりも大幅に小さくしたＨ２（例えば、Ｈ２＝ｈ／２）に設定される。

図１４中（Ｂ）：決定されたパスに沿って、各層に対する描線（線による塗り潰し）が開始される。先ず、造形台１６の上に５本の線Ｌ１１〜Ｌ１５が通常の積層ピッチＨ１で描かれることにより、第１層Ｓ１が形成される。

図１４中（Ｃ）：次に、第１層Ｓ１の上に５本の線Ｌ２１〜Ｌ２５が通常の半分の積層ピッチＨ２で描かれることにより、第２層Ｓ２が形成される。

図１４中（Ｄ）：さらに、第２層Ｓ２の上に５本の線Ｌ３１〜Ｌ３５が通常の積層ピッチＨ１で描かれることにより第３層Ｓ３が形成され、第３層Ｓ３の上に５本の線Ｌ４１〜Ｌ４５が通常の半分の積層ピッチＨ２で描かれることにより第４層Ｓ４が形成され、第４層Ｓ４の上に５本の線Ｌ５１〜Ｌ５５が通常の積層ピッチＨ１で描かれることにより第５層Ｓ５が形成される。以上の手順を経て、５枚の層Ｓ１〜Ｓ５からなる立体物ＯＢが造形される。

積層ピッチ（材料ＲＵの吐出率）を大幅に下げて吐出すると、材料ＲＵは、ノズル先端１５と着地先との間に挟まれて擦られることでぼろぼろと離散した状態となり、不均一な形状で固まり易くなることが確認されている。したがって、上記のようにして形成された第２層Ｓ２及び第４層Ｓ４の内部、より正確には、第２層Ｓ２及び第４層Ｓ４とこれら各層の上に重ねるようにして形成された第３層Ｓ３及び第５層Ｓ５との間には、空隙ＧＰが各所に生じることとなる。

なお、図示の例においては、同一の層内における積層ピッチを一定としているが、これに限定されず、同一の層内であっても発泡現象を意図的に促進させたい部位とそれ以外の部位とで積層ピッチを異ならせてもよい。

図１５は、第２実施形態により造形された立体物ＯＢの加硫処理の前後における形状を示す図である。

図１５中（Ａ）：加硫処理前の立体物ＯＢを示す正面図である。第２実施形態により造形された立体物ＯＢは、通常の積層ピッチＨ１（Ｈ１＝ｈ）で形成された３枚の層Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５と、通常の半分の積層ピッチＨ２（Ｈ２＝ｈ／２）で形成された２枚の層Ｓ２，Ｓ４で構成されているため、立体物ＯＢ全体としての高さＨＡは概ね４ｈである。

図１５中（Ｂ）：加硫処理後の立体物ＯＢを示す正面図である。第２実施形態により造形された立体物ＯＢにおいては、その一部を構成する層Ｓ２，Ｓ４の各所に空隙ＧＰが生じていたため、これらの空隙ＧＰに存在していた空気が加硫処理の過程で高熱を受けて各層の内部で膨張したことにより、層Ｓ２，Ｓ４は、いずれも加硫処理を行う前より大きく膨れ上がっている。その結果、立体物ＯＢ全体としての高さＨＡは、加硫処理を行う前よりも高くなっている。

このように、第２実施形態によれば、敢えて膨張させたい部位に対し積層ピッチを通常よりも大幅に下げて線を描くことにより、その部位の内部各所に空隙ＧＰを敢えて生じさせることができ、加硫処理に伴い意図的に発泡現象を促進させて所望の形状を得ることが可能となる。

なお、積層ピッチを通常よりも大幅に下げて描かれた線（形成された層）における空隙ＧＰの発生度合い（加硫処理の過程での膨張度合い）は、積層ピッチの下げ幅を変化させることにより調整が可能である。また、積層ピッチを通常よりも大幅に下げる代わりに、材料ＲＵを吐出することなく層の上部をノズル先端１５で擦るだけでも、同様の作用が生じることが確認されている。具体的には、敢えて膨張させたい部位の直下に位置する層の上部にノズル先端１５を当接させた状態で造形台１６を水平方向に移動させると、直下の層の表面は、ノズル先端１５により擦られて不均一かつ微細に削られて荒らされた状態となる。これにより、直下の層とその真上に形成される層との間の各所に空隙ＧＰが生じ易くなるため、発泡現象を促進させることが可能となる。

本発明は、上述した実施形態に制約されることなく、種々に変更して実施することが可能である。また、実施形態を説明する過程で挙げた各種数値はあくまで例示であり、上述した内容に限定されるものではない。

上述した実施形態においては、材料ＲＵとして、ゴムに加硫剤等の配合剤を加えたものを用いているが、これに代えて、ウレタン樹脂やシリコン樹脂等のようなゴム状の合成樹脂を用いることも可能である。材料ＲＵに加硫剤が加えられていない場合には、造形された立体物ＯＢに対する加硫処理は不要となる。

上述した実施形態においては、造形に材料ＲＵを用いているが、これに代えて、水溶性樹脂を用いてもよい。実施形態の態様により水溶性樹脂を用いてサポート材を造形すると、造形されるサポート材の各所に空気の逃がし口が設けられることとなるが、これらの空気の逃がし口は、見方を変えると水の導入口となる。したがって、このような構成によれば、立体物の造形後におけるサポート材内部への水の取り込みが容易となるため、サポート材を効率よく水に溶解させることができ、立体物からのサポート材の除去に要する時間を短縮させることが可能となる。

さらには、材料ＲＵに代えて、熱可塑性樹脂を用いてもよい。通常、熱可塑性樹脂で造形された立体物に対しては、樹脂が冷却する過程で生じる内部の歪みを加熱により取り除くアニール処理が施される。アニール処理の過程では、程度は異なるものの上述した実施形態における加硫処理の過程と同様の現象が発生する虞がある。したがって、このような構成によれば、熱可塑性樹脂で造形された立体物の内部に存在する空気をアニール処理の過程で外部に逃がすことができ、立体物の形状を良好に維持することが可能となる。

上述した実施形態においては、押出機１２が固定され造形台１６が移動可能とされた立体造形装置１０が用いているが、これに限定されず、造形台が固定され押出機が移動可能とされた立体造形装置を用いてもよい。また、そのような立体造形装置は、デルタ状に配置された２本で１ペアの軸３組の移動可能な部位に吐出ノズルが支持されているタイプのもの（いわゆる「デルタ型３Ｄプリンタ」）であってもよいし、吐出された材料を回転軸で巻き取っていく構造を有する特に円筒形状の造形に適したタイプのもの（いわゆる「旋盤型３Ｄプリンタ」）であってもよい。或いは、吐出ノズルを支持させたロボットアームを立体造形装置として用いることも可能である。

１０ 立体造形装置
１３ 吐出ノズル
１５ ノズル先端
１６ 造形台
２０ プリンタサーバ
３０ ネットワーク
４０ 端末
４１ ＣＰＵ
１００ 立体造形用データ生成プログラム
ＥＸ 空気出口（空気の逃がし口）
ＧＰ 空隙
ＯＢ 立体物
ＲＵ ゴムを主成分とする材料

Claims (8)

1. 材料押出法で層状にモデル材を積層して立体を造形する立体造形装置により用いられるデータを生成する立体造形用データ生成プログラムであって、
   コンピュータに、
   造形される立体を層状に分割した場合に前記立体を構成する複数の層の少なくとも一部に対し造形経路を決定する経路決定ステップと、
   前記造形経路に沿って前記層を造形した場合に形成される、空隙を含めた前記モデル材が充填されない領域である非造形領域を分析する空間分析ステップと、
   前記非造形領域の分析結果に応じて前記非造形領域と前記立体の外部とを連通させるように前記造形経路を変更する経路変更ステップと
   を実行させる立体造形用データ生成プログラム。
2. 請求項１に記載の立体造形用データ生成プログラムにおいて、
   前記経路決定ステップでは、
   隣接する前記造形経路内の始端又は終端に非造形領域が形成される前記造形経路を生成することを特徴とする立体造形用データ生成プログラム。
3. 請求項１又は２に記載の立体造形用データ生成プログラムにおいて、
   前記層における前記非造形領域内の各地点から前記立体の外縁までの距離を分析する距離分析ステップをさらに実行させ、
   前記経路変更ステップでは、
   前記距離分析ステップにてなされた分析の結果、前記非造形領域を通じた前記立体の外縁までの距離と前記立体の外縁までの最短距離との差が所定の距離以上である地点が前記非造形領域内に存在する場合に、前記層に対する前記造形経路を変更することを特徴とする立体造形用データ生成プログラム。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の立体造形用データ生成プログラムにおいて、
   前記経路変更ステップでは、
   前記層に隣接する層における前記非造形領域の分析結果も踏まえて前記層に対する前記造形経路を変更することを特徴とする立体造形用データ生成プログラム。
5. 材料押出法により層状にモデル材を積層して立体を造形する装置を用いた立体造形物の製造方法であって、
   造形される立体を層状に分割した場合に前記立体を構成する複数の層の少なくとも一部に対し造形経路を決定する経路決定工程と、
   前記造形経路に沿って前記層を造形した場合に形成される、空隙を含めた前記モデル材が充填されない領域である非造形領域を分析する空間分析工程と、
   前記非造形領域の分析結果に応じて前記非造形領域と前記立体の外部とを連通させるように前記造形経路を変更する経路変更工程と
   を含む立体造形物の製造方法。
6. 請求項５に記載の立体造形物の製造方法において、
   前記経路決定工程では、
   隣接する前記造形経路内の始端又は終端に非造形領域が形成される前記造形経路を生成することを特徴とする立体造形物の製造方法。
7. 請求項５又は６に記載の立体造形物の製造方法において、
   前記層における前記非造形領域内の各地点から前記立体の外縁までの距離を分析する距離分析工程をさらに含み、
   前記経路変更工程では、
   前記距離分析工程にてなされた分析の結果、前記非造形領域を通じた前記立体の外縁までの距離と前記立体の外縁までの最短距離との差が所定の距離以上である地点が前記非造形領域内に存在する場合に、前記層に対する前記造形経路を変更することを特徴とする立体造形物の製造方法。
8. 請求項５から７のいずれかに記載の立体造形物の製造方法において、
   前記経路変更工程では、
   前記層に隣接する層における前記非造形領域の分析結果も踏まえて前記層に対する前記造形経路を変更することを特徴とする立体造形物の製造方法。

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