JP7139864B2 - 三次元造形システム、および、データ生成装置 - Google Patents

三次元造形システム、および、データ生成装置 Download PDF

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Description

本開示は、三次元造形システム、および、データ生成装置に関する。
特許文献１には、予熱器で加熱されて溶融した熱可塑性の材料を、予め設定された形状データに従って走査する押出ノズルから、基台上の特定領域に押し出し、その基台上で硬化した材料の上に更に溶融した材料を積層して三次元物体を造形する技術が開示されている。
特開２００６－１９２７１０号公報
特許文献１に記載された技術のように、形状データに従って押出ノズルを移動させる場合、造形物の角部など、ノズルの移動方向等が切り替わる箇所によっては、材料の供給量が過剰になったり、正確な造形軌跡を描けず角部が丸くなるなど、造形精度に影響を与える場合があった。そのため、本開示は、三次元造形物の造形にあたり、ノズルの移動の態様が切り替わる造形箇所の造形精度を向上可能な技術を提案する。
本開示の第１の形態によれば、三次元造形装置と制御装置とを備える三次元造形システムが提供される。前記三次元造形装置は、造形テーブルと、造形材料を前記造形テーブルに向かって吐出するノズルと、前記ノズルに接続されている前記造形材料の流路を開閉する開閉機構と、前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と、前記移動機構が前記相対位置を変更していない場合は、前記開閉機構を制御して前記流路を閉状態とし、前記移動機構が前記相対位置を変更している場合は、前記開閉機構を制御して前記流路を開状態とする制御部と、を備える。前記制御装置は、前記造形テーブルに対して前記ノズルが相対的に移動する経路を示す複数のパスを含むパスデータを解析し、連続した２つのパスの長さが予め定められた条件を満たす場合に、前記２つのパスの切替時に前記相対位置の変更を一時的に停止させるとともに前記開閉機構を一時的に閉状態とするための停止コマンドを前記パスデータに追加することによって造形データを生成し、前記造形データを前記三次元造形装置に送信する造形データ生成部を備える。そして、前記三次元造形装置の前記制御部は、前記造形データに従って、前記開閉機構と前記移動機構とを制御して三次元造形物を造形する。前記造形データ生成部は、前記２つのパスのうちの先のパスの長さが予め定められた基準長さ以上の場合に、前記停止コマンドを追加する。
本開示の第２の形態によれば、三次元造形装置と制御装置とを備える三次元造形システムが提供される。前記三次元造形装置は、造形テーブルと、造形材料を前記造形テーブルに向かって吐出するノズルと、前記ノズルに接続されている前記造形材料の流路を開閉する開閉機構と、前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と、前記移動機構が前記相対位置を変更していない場合は、前記開閉機構を制御して前記流路を閉状態とし、前記移動機構が前記相対位置を変更している場合は、前記開閉機構を制御して前記流路を開状態とする制御部と、を備え、前記制御装置は、前記造形テーブルに対して前記ノズルが相対的に移動する経路を示す複数のパスを含むパスデータを解析し、連続した２つのパスの長さ、又は、前記連続した２つのパスが接続される角度が予め定められた条件を満たす場合に、前記２つのパスの切替時に前記相対位置の変更を一時的に停止させるとともに前記開閉機構を一時的に閉状態とするための停止コマンドを前記パスデータに追加することによって造形データを生成し、前記造形データを前記三次元造形装置に送信する造形データ生成部を備え、前記三次元造形装置の前記制御部は、前記造形データに従って、前記開閉機構と前記移動機構とを制御して三次元造形物を造形し、前記造形データ生成部は、前記連続した２つのパスの長さ、又は、前記連続した２つのパスが接続される角度に加え、前記２つのパスのうちの先のパスにおける前記ノズルの移動速度が予め定められた条件を満たす場合に、前記停止コマンドを前記パスデータに追加する。
本開示の第３の形態によれば、造形テーブルと、造形材料を造形テーブルに向かって吐出するノズルと、前記ノズルに接続されている前記造形材料の流路を開閉する開閉機構と、前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と、前記移動機構が前記相対位置を変更していない場合は、前記開閉機構を制御して前記流路を閉状態とし、前記移動機構が前記相対位置を変更している場合は、前記開閉機構を制御して前記流路を開状態とする制御部と、を備える三次元造形装置が用いる造形データを生成するデータ生成装置が提供される。このデータ生成装置は、前記造形テーブルに対して前記ノズルが相対的に移動する経路を示す複数のパスを含むパスデータを取得するパスデータ取得部と、前記パスデータを解析し、連続した２つのパスの長さが予め定められた条件を満たす場合に、前記２つのパスの切替時に前記相対位置の変更を一時的に停止させるとともに前記開閉機構を一時的に閉状態とするための停止コマンドを前記パスデータに追加することによって、前記三次元造形装置の前記制御部が前記開閉機構と前記移動機構とを制御するための造形データを生成する造形データ生成部と、を備え、前記造形データ生成部は、前記２つのパスのうちの先のパスの長さが予め定められた基準長さ以上の場合に、前記停止コマンドを追加する。
本開示の第４の形態によれば、造形テーブルと、造形材料を造形テーブルに向かって吐出するノズルと、前記ノズルに接続されている前記造形材料の流路を開閉する開閉機構と、前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と、前記移動機構が前記相対位置を変更していない場合は、前記開閉機構を制御して前記流路を閉状態とし、前記移動機構が前記相対位置を変更している場合は、前記開閉機構を制御して前記流路を開状態とする制御部と、を備える三次元造形装置が用いる造形データを生成するデータ生成装置が提供される。このデータ生成装置は、前記造形テーブルに対して前記ノズルが相対的に移動する経路を示す複数のパスを含むパスデータを取得する取得部と、前記パスデータを解析し、連続した２つのパスの長さ、又は、前記連続した２つのパスが接続される角度が予め定められた条件を満たす場合に、前記２つのパスの切替時に前記相対位置の変更を一時的に停止させるとともに前記開閉機構を一時的に閉状態とするための停止コマンドを前記パスデータに追加することによって、前記三次元造形装置の前記制御部が前記開閉機構と前記移動機構とを制御するための造形データを生成する造形データ生成部と、を備え、前記造形データ生成部は、前記連続した２つのパスの長さ、又は、前記連続した２つのパスが接続される角度に加え、前記２つのパスのうちの先のパスにおける前記ノズルの移動速度が予め定められた条件を満たす場合に、前記停止コマンドを前記パスデータに追加する。
三次元造形システムの構成を示す概略ブロック図である。 三次元造形装置の構成を示す概略図である。 フラットスクリューの概略斜視図である。 スクリュー対面部の概略平面図である。 三次元造形物が造形される様子を模式的に示す概略図である。 パスデータの一例を示す模式図である。 ノズルの移動経路を表すパスの一例を示す図である。 データ生成処理のフローチャートである。 造形データの一例を示す模式図である。 コマンド追加判定処理のフローチャートである。 先パスと後パスとが接続される角度を示す図である。 造形材料が曲がって配置された比較例を示す図である。
Ａ．第１実施形態：
図１は、本実施形態における三次元造形システム１０の構成を示す概略ブロック図である。三次元造形システム１０は、三次元造形装置１００を備える。三次元造形システム１０は、三次元造形物の形状を表す原データＯＤに基づいて、三次元造形装置１００に三次元造形物を造形させる。本実施形態では、原データＯＤは、三次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ）ソフトウェアで作成された三次元ＣＡＤデータである。
三次元造形システム１０は、さらに、制御装置１１を備える。制御装置１１は、１つ、または、複数のプロセッサーと、主記憶装置と、を備えるコンピューターによって構成される。制御装置１１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、種々の機能を発揮する。なお、他の実施形態では、制御装置１１は、コンピューターによって構成される代わりに、各機能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。
制御装置１１は、三次元造形装置１００において三次元造形処理のために用いられる造形データＭＤを原データＯＤから生成する。制御装置１１は、パスデータ生成部１２と造形データ生成部１３とを備える。本実施形態では、パスデータ生成部１２と造形データ生成部１３とは、制御装置１１を構成するコンピューターにおいて実行されるプログラムによって実現される機能部である。制御装置１１のことを、データ生成装置と呼ぶこともできる。
パスデータ生成部１２は、制御装置１１の外部からの原データＯＤの入力を受け付け、原データＯＤからパスデータＰＤを生成する機能を有する。パスデータ生成部１２は、生成したパスデータＰＤを造形データ生成部１３に出力する。パスデータＰＤは、造形テーブル２１０に対してノズル６１が相対的に移動する経路を示す複数のパスを含む。パスデータＰＤの詳細については、三次元造形装置１００の構成を説明した後に説明する。
造形データ生成部１３は、パスデータＰＤから造形データＭＤを生成するデータ生成処理を実行する。造形データ生成部１３は、取得部１４と、コマンド追加部１５と、送信部１６と、を有する。取得部１４は、パスデータ生成部１２からパスデータＰＤを取得する。取得部１４は、パスデータＰＤをコマンド追加部１５に出力する。
コマンド追加部１５は、パスデータＰＤの内容を解析する。コマンド追加部１５は、その解析結果に基づいて、停止コマンドをパスデータＰＤに追加して、造形データＭＤを生成する。送信部１６は、生成された造形データＭＤを三次元造形装置１００に送信する。データ生成処理、コマンド追加部１５によるパスデータＰＤの解析、コマンド追加部１５が追加する停止コマンド、および、造形データＭＤの詳細については後述する。
図２は、三次元造形装置１００の構成を示す概略図である。図２には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印が示されている。本実施形態では、Ｘ方向およびＹ方向は、水平面に平行な方向であり、Ｚ方向は、重力方向とは反対の方向である。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印は、他の参照図においても、図示の方向が図２と対応するように適宜、図示してある。
三次元造形装置１００は、造形材料を用いて三次元造形物を造形する。「造形材料」については後述する。三次元造形装置１００は、制御部１０１と、造形部１１０と、造形テーブル２１０と、移動機構２３０と、を備える。
制御部１０１は、制御装置１１から受け取った造形データＭＤに従って、開閉機構７０や移動機構２３０など、三次元造形装置１００全体を制御して、三次元造形物を造形する造形処理を実行する。本実施形態では、制御部１０１は、１つ、または、複数のプロセッサーと、主記憶装置と、を備えるコンピューターによって構成される。制御部１０１は、主記憶装置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、種々の機能を発揮する。なお、制御部１０１は、そうしたコンピューターによって構成される代わりに、各機能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。
造形部１１０は、固体状態の材料の少なくとも一部を溶融させてペースト状にした造形材料を造形テーブル２１０上に配置する。造形部１１０は、材料供給部２０と、造形材料生成部３０と、吐出部６０と、を備える。
材料供給部２０は、造形材料生成部３０に材料を供給する。材料供給部２０は、例えば、材料を収容するホッパーによって構成される。材料供給部２０は、下方に排出口を有している。当該排出口は、連通路２２を介して、造形材料生成部３０に接続されている。材料は、ペレットや粉末等の形態で材料供給部２０に投入される。材料供給部２０に投入される材料については後述する。
造形材料生成部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溶融させた流動性を有するペースト状の造形材料を生成し、吐出部６０へと導く。造形材料生成部３０は、スクリューケース３１と、駆動モーター３２と、フラットスクリュー４０と、スクリュー対面部５０と、を有する。
フラットスクリュー４０は、その中心軸に沿った高さが直径よりも小さい略円柱状を有する。フラットスクリュー４０は、中心軸がＺ方向に平行になるように配置される。本実施形態では、フラットスクリュー４０の中心軸は、その回転軸ＲＸと一致する。図２には、フラットスクリュー４０の回転軸ＲＸを一点鎖線で図示してある。
フラットスクリュー４０は、スクリューケース３１内に収納されている。フラットスクリュー４０の上面４７側は駆動モーター３２に連結されており、フラットスクリュー４０は、駆動モーター３２が発生させる回転駆動力によって、スクリューケース３１内において回転する。駆動モーター３２は、制御部１０１の制御下において駆動される。
フラットスクリュー４０は、回転軸ＲＸと交差する面である下面４８に、溝部４２が形成されている。上述した材料供給部２０の連通路２２は、フラットスクリュー４０の側面から、当該溝部４２に連通する。
フラットスクリュー４０の下面４８は、スクリュー対面部５０の上面５２に面しており、フラットスクリュー４０の下面４８の溝部４２と、スクリュー対面部５０の上面５２との間には空間が形成される。造形部１１０では、フラットスクリュー４０とスクリュー対面部５０との間のこの空間に、材料供給部２０から材料が供給される。フラットスクリュー４０およびその溝部４２の具体的な構成については後述する。
スクリュー対面部５０には、材料を加熱するためのヒーター５８が埋め込まれている。回転しているフラットスクリュー４０の溝部４２内に供給された材料は、フラットスクリュー４０の回転によって、少なくとも一部が溶融されつつ、溝部４２に沿って流動し、フラットスクリュー４０の中央部４６へと導かれる。中央部４６に流入したペースト状の材料は、スクリュー対面部５０の中心に設けられた連通孔５６を介して、造形材料として吐出部６０に供給される。
吐出部６０は、ノズル６１と、流路６５と、開閉機構７０と、を有する。ノズル６１は、流路６５を通じて、スクリュー対面部５０の連通孔５６に接続されている。流路６５は、フラットスクリュー４０とノズル６１との間の造形材料の流路である。ノズル６１は、造形材料生成部３０において生成された造形材料を、先端の吐出口６２から造形テーブル２１０に向かって吐出する。
ノズル６１の吐出口６２は、孔径Ｄｎを有する。ノズル６１の孔径Ｄｎは、ノズル６１の走査方向における吐出口６２の開口幅の最大値である。なお、「ノズル６１の走査方向」とは、ノズル６１が造形材料を吐出しながら造形テーブル２１０に対してノズル６１の位置が相対的に移動する方向である。本実施形態では、吐出口６２は正円状の形状を有しており、孔径Ｄｎは吐出口６２の直径に相当する。なお、吐出口６２は正円状以外の形状を有していてもよい。その場合には、孔径Ｄｎは走査方向において最も離れた位置にある吐出口６２の端部同士の間の距離に相当する。吐出口６２が複数の微小な開口が配列された構成を有している場合には、孔径Ｄｎは走査方向において最も外側に配列されている２つの微小開口における外側の端部同士の間の距離に相当する。
開閉機構７０は、流路６５を開閉して、ノズル６１からの造形材料の流出を制御する。本実施形態では、開閉機構７０は、バタフライバルブによって構成されている。開閉機構７０は、駆動軸７２と、弁体７３と、バルブ駆動部７４と、を備える。
駆動軸７２は、一方向に延びる軸状部材である。駆動軸７２は、流路６５において、造形材料の流れ方向に交差するように取り付けられている。本実施形態では、駆動軸７２は流路６５に対して垂直に取り付けられている。図２では、駆動軸７２は、Ｙ方向に平行に配置されている構成が図示されている。駆動軸７２は、その中心軸を中心に回転可能に取り付けられている。
弁体７３は、流路６５内において回転する板状部材である。本実施形態では、弁体７３は、駆動軸７２の流路６５内に配置されている部位を板状に加工することによって形成されている。弁体７３を、その板面に垂直な方向に見たときの形状は、弁体７３が配置されている部位における流路６５の開口形状とほぼ一致する。
バルブ駆動部７４は、制御部１０１の制御下において、駆動軸７２を回転させる回転駆動力を発生する。バルブ駆動部７４は、例えば、ステッピングモーターによって構成される。駆動軸７２の回転によって弁体７３が流路６５内において回転する。
弁体７３の板面が、図２に示されているように、流路６５における造形材料の流れ方向に沿っている状態が、流路６５が開かれている状態である。この状態では、流路６５からノズル６１への造形材料の流入が許容され、吐出口６２から造形材料が流出する。弁体７３の板面が、流路６５における造形材料の流れ方向に対して垂直にされた状態が、流路６５が閉じられた状態である。この状態では、流路６５からノズル６１への造形材料の流入が遮断され、吐出口６２からの造形材料の流出が停止される。
造形テーブル２１０は、ノズル６１の吐出口６２に対向する位置に配置されている。造形テーブル２１０は、Ｘ，Ｙ方向に平行に配置される上面２１１を有している。後述するように、三次元造形装置１００では、造形テーブル２１０の上面２１１に造形材料を積層させることによって三次元造形物が造形される。
移動機構２３０は、制御部１０１の制御下において、ノズル６１と造形テーブル２１０との相対的な位置関係を変更する。移動機構２３０は、３軸ポジショナーによって構成され、３つのモーターの駆動力によって、ノズル６１と造形テーブル２１０との相対位置をＸ，Ｙ，Ｚ方向の３軸方向に変化させる。本実施形態では、移動機構２３０は、位置が固定されているノズル６１に対して、造形テーブル２１０を移動させる。
なお、三次元造形装置１００では、移動機構２３０によって造形テーブル２１０を移動させる構成の代わりに、造形テーブル２１０の位置が固定された状態で、移動機構２３０が造形テーブル２１０に対してノズル６１を相対的に移動させる構成が採用されてもよい。また、移動機構２３０によって造形テーブル２１０をＺ方向に移動させ、ノズル６１をＸ，Ｙ方向に移動させる構成や、移動機構２３０によって造形テーブル２１０をＸ，Ｙ方向に移動させ、ノズル６１をＺ方向に移動させる構成が採用されてもよい。これらの構成であっても、ノズル６１と造形テーブル２１０との相対的な位置関係が変更可能である。
以下においては、特に断らない限り、「ノズル６１の移動」は、造形テーブル２１０に対するノズル６１の相対的な位置の変化を意味する。また、「ノズル６１の移動速度」というときは、造形テーブル２１０に対するノズル６１の相対的な速度を意味し、「ノズル６１の移動距離」というときは、造形テーブル２１０とノズル６１との相対的な位置の変化量を意味する。
本実施形態の制御部１０１は、移動機構２３０がノズル６１の位置を変更していない場合は、開閉機構７０を制御して流路６５を閉状態とし、移動機構２３０がノズル６１の位置を変更している場合は、開閉機構７０を制御して流路６５を開状態とする。そのため、三次元造形装置１００では、ノズル６１の移動中に造形材料がノズル６１から吐出され、ノズル６１の移動停止中には造形材料はノズル６１から吐出されない。このような制御は、制御部１０１が、制御装置１１から取得した造形データＭＤに従って、開閉機構７０と移動機構２３０とを制御することで行われる。
図３は、フラットスクリュー４０の下面４８側の構成を示す概略斜視図である。図３には、フラットスクリュー４０の回転軸ＲＸの位置が一点鎖線で図示されている。図２を参照して説明したように、スクリュー対面部５０に対向するフラットスクリュー４０の下面４８には、溝部４２が設けられている。以下、下面４８を、「溝形成面４８」とも呼ぶ。
フラットスクリュー４０の溝形成面４８の中央部４６は、溝部４２の一端が接続されている凹部として構成されている。中央部４６は、図２に図示されているスクリュー対面部５０の連通孔５６に対向する。中央部４６は、回転軸ＲＸと交差する。
フラットスクリュー４０の溝部４２は、いわゆるスクロール溝を構成する。溝部４２は、中央部４６から、フラットスクリュー４０の外周に向かって弧を描くように渦状に延びている。溝部４２は、螺旋状に延びるように構成されてもよい。溝形成面４８には、溝部４２の側壁部を構成し、各溝部４２に沿って延びている凸条部４３が設けられている。
溝部４２は、フラットスクリュー４０の側面に形成された材料流入口４４まで連続している。この材料流入口４４は、材料供給部２０の連通路２２を介して供給された材料を受け入れる部分である。
フラットスクリュー４０が回転すると、材料流入口４４から供給された材料の少なくとも一部が、溝部４２内において加熱されながら溶融し、流動性が高まっていく。そして、その材料は、溝部４２を通じて中央部４６へと流動し、中央部４６に集まり、そこで生じる内圧により、ノズル６１へと導かれ、吐出口６２から吐出される。
図３には、３つの溝部４２と、３つの凸条部４３を有するフラットスクリュー４０の例が図示されている。フラットスクリュー４０に設けられる溝部４２や凸条部４３の数は、３つには限定されない。フラットスクリュー４０には、１つの溝部４２のみが設けられていてもよいし、２以上の複数の溝部４２が設けられていてもよい。また、溝部４２の数に合わせて任意の数の凸条部４３が設けられてもよい。
図３には、材料流入口４４が３箇所に形成されているフラットスクリュー４０の例が図示されている。フラットスクリュー４０に設けられる材料流入口４４の数は、３箇所に限定されない。フラットスクリュー４０には、材料流入口４４が１箇所にのみ設けられていてもよいし、２箇所以上の複数の箇所に設けられていてもよい。
図４は、スクリュー対面部５０の上面５２側を示す概略平面図である。スクリュー対面部５０の上面５２は、上述したように、フラットスクリュー４０の溝形成面４８に対向する。以下、この上面５２を、「スクリュー対向面５２」とも呼ぶ。スクリュー対向面５２の中心には、造形材料をノズル６１に供給するための上述した連通孔５６が形成されている。
スクリュー対向面５２には、連通孔５６に接続され、連通孔５６から外周に向かって渦状に延びている複数の案内溝５４が形成されている。複数の案内溝５４は、造形材料を連通孔５６に導く機能を有する。図２を参照して説明したように、スクリュー対面部５０には、材料を加熱するためのヒーター５８が埋め込まれている。造形材料生成部３０における材料の溶融は、ヒーター５８による加熱と、フラットスクリュー４０の回転と、によって実現される。
図２を参照する。造形部１１０では、Ｚ方向に小型なサイズを有するフラットスクリュー４０を利用していることによって、材料の少なくとも一部を溶融してノズル６１まで導くための経路がＺ方向において占める範囲が小さくなっている。このように、三次元造形装置１００では、フラットスクリュー４０を利用していることによって、造形材料の生成機構が小型化されている。
三次元造形装置１００では、フラットスクリュー４０を利用していることによって、流動性を有する状態にされた造形材料をノズル６１へと圧送する構成が簡易に実現されている。この構成により、ノズル６１からの造形材料の吐出量の制御がフラットスクリュー４０の回転数の制御によって可能であり、ノズル６１からの造形材料の吐出制御が容易化されている。「ノズル６１からの造形材料の吐出量」とは、ノズル６１の吐出口６２から流出する造形材料の流量を意味する。
三次元造形装置１００では、フラットスクリュー４０を利用した造形材料の生成機構を有していることによって、流動性が発現された造形材料が、流路６５を通じてノズル６１へと導かれる。そのため、流路６５の下流に設けられた簡易な構成の開閉機構７０による造形材料の吐出制御が可能になっており、造形材料の吐出制御の精度が高められている。
図５は、三次元造形装置１００が吐出処理によって三次元造形物を造形していく様子を模式的に示す概略図である。三次元造形装置１００では、三次元造形物を造形する際には、制御部１０１の制御下において、以下の吐出処理が実行される。
吐出処理では、上述したように、造形材料生成部３０において、回転しているフラットスクリュー４０に供給された固体状態の材料の少なくとも一部が溶融されて造形材料ＭＭが生成される。そして、移動機構２３０によって、造形テーブル２１０の上面２１１に沿った走査方向にノズル６１を移動させながら、造形テーブル２１０の上面２１１に向かって、ノズル６１から造形材料ＭＭが吐出される。吐出処理では、ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭは、ノズル６１の走査方向に連続して積層されていく。
ここで、造形テーブル２１０の上面２１１に対してノズル６１が同一の高さ位置にあるときの吐出処理によって吐出された造形材料ＭＭによって構成される層を「造形層ＭＬ」と呼ぶ。制御部１０１は、ノズル６１の位置をＺ方向に移動させ、これまでの吐出処理で形成された造形層ＭＬの上に、次の吐出処理によって、さらに造形材料ＭＭを積み重ねることによって、三次元造形物を造形していく。つまり、三次元造形装置１００では、三次元造形物は、造形層ＭＬの積層によって造形される。制御部１０１は、後述する造形データＭＤが表すノズル６１の制御内容に従って、ノズル６１の移動と、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出と、を制御することによって、造形テーブル２１０上に三次元造形物を造形する。
ところで、造形層ＭＬを形成する際には、ノズル６１の先端の吐出口６２と、ノズル６１の直下の位置近傍においてノズル６１から吐出された造形材料ＭＭが堆積される予定部位ＭＬｔとの間に、下記のギャップＧが保持されていることが望ましい。造形材料ＭＭが造形層ＭＬの上に吐出される場合には、造形材料ＭＭが吐出される予定部位ＭＬｔは、ノズル６１の下に位置する造形層ＭＬの上面である。
ギャップＧの大きさは、ノズル６１の吐出口６２における孔径Ｄｎ以上とすることが望ましく、孔径Ｄｎの１．１倍以上とすることがより好ましい。こうすれば、ノズル６１の吐出口６２から吐出される造形材料ＭＭが、予定部位ＭＬｔに押しつけられない自由な状態で堆積される。この結果、ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭの横断面形状が潰れてしまうことを抑制でき、三次元造形物の面粗さを低減することが可能である。また、ノズル６１の周囲にヒーターが設けられた構成においては、ギャップＧを形成することにより、当該ヒーターによる造形材料ＭＭの過熱を防止でき、堆積後の造形材料ＭＭの過熱による変色や劣化が抑制される。一方、ギャップＧの大きさは、孔径Ｄｎの１．５倍以下とすることが好ましく、１．３倍以下とすることが特に好ましい。これによって、予定部位ＭＬｔに対する造形材料ＭＭの吐出位置の位置ずれや、造形層ＭＬ同士の密着性の低下が抑制される。
三次元造形装置１００において用いられる材料について説明する。三次元造形装置１００では、例えば、熱可塑性を有する材料や、金属材料、セラミック材料等の種々の材料を主材料として三次元造形物を造形することができる。ここで、「主材料」とは、三次元造形物の形状を形作っている中心となる材料を意味し、三次元造形物において５０重量％以上の含有率を占める材料を意味する。上述した造形材料ＭＭ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、造形材料生成部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ＭＭ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、造形材料生成部３０において、フラットスクリュー４０の回転とヒーター５８の加熱によって可塑化されて溶融した状態に転化される。また、そのように生成された造形材料ＭＭ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。このように高温の状態で造形材料ＭＭを射出するために、ノズル６１の周囲にはヒーターが設けられてもよい。
三次元造形装置１００では、上述した熱可塑性を有する材料の代わりに、例えば、以下の金属材料が主材料として用いられてもよい。この場合には、下記の金属材料を粉末状にした粉末材料に、造形材料ＭＭの生成の際に溶融する成分が混合されて、造形材料生成部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、造形テーブル２１０に配置された造形材料ＭＭは焼結によって硬化されてもよい。
材料供給部２０に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、造形材料生成部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。
図６は、三次元造形システム１０における制御装置１１のパスデータ生成部１２が生成するパスデータＰＤの一例を示す模式図である。パスデータＰＤに記述されている情報は、図６で図示されている上方から下方に順に読み込まれて解釈される。パスデータＰＤは、三次元造形装置１００が、原データＯＤが表す三次元造形物を造形するためのノズル６１の制御内容を指定するパラメーターを含む。ここでの「ノズル６１の制御内容」には、造形テーブル２１０に対するノズル６１の移動の制御と、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出の制御と、が含まれる。本実施形態のパスデータＰＤでは、ノズル６１の移動の制御は、パスパラメーターＰＰによって示される。また、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出の制御は、吐出パラメーターＰＭによって示される。
パスパラメーターＰＰは、ノズル６１が次に位置すべき造形テーブル２１０の上面２１１上におけるＸ，Ｙ方向を座標軸とする座標系の座標（Ｘ，Ｙ）を指定する。パスデータＰＤでは、前後に並ぶ２つのパスパラメーターＰＰｎ，ＰＰｎ＋１の組によって、１つのパスが特定される。添え字「ｎ」は任意の自然数である。「パス」とは、ノズル６１の移動経路の単位であり、造形層ＭＬを造形する際のノズル６１の移動を、任意のある座標から次の座標への一方向の直線的な移動で区切ったときの一区間の経路を意味する。
図６の例では、２つのパスパラメーターＰＰｎ，ＰＰｎ＋１の組によって、座標（１０，１０）から座標（１０，２０）へと＋１０の既定の単位距離だけＹ方向にノズル６１が移動するパスが特定されている。このように、パスデータＰＤは、ノズル６１の移動方向と移動距離とを示すパスを含んでいると解釈される。
吐出パラメーターＰＭは、パスパラメーターＰＰの後に付される。吐出パラメーターＰＭは、そのパスパラメーターＰＰで示されている座標にノズル６１が移動する間に吐出される造形材料ＭＭの量を指定する。つまり、吐出パラメーターＰＭは、パスデータＰＤに含まれるパスが表すノズル６１の移動に伴って造形テーブル２１０上に配置される造形材料ＭＭの合計量を表している。
図６の例では、吐出パラメーターＰＭであることを示すアルファベット「Ｅ」の後に、既定の単位量で表された造形材料ＭＭの量を示す整数値が付されている。この例では、ノズル６１を座標（１０，１０）から座標（１０，２０）へと移動させる間に、１０単位量の造形材料ＭＭを吐出することが指定されている。
図７は、ノズル６１の移動経路を表すパスの一例を示す図である。本実施形態において、制御部１０１は、連続した２つのパスの長さ、および、それら２つのパスが接続される角度の少なくとも一方が予め定められた条件を満たす場合に、それら２つのパスの切替時に、ノズル６１と造形テーブル２１０との相対位置の変更、すなわち、ノズル６１の移動を一時的に停止させるとともに、開閉機構７０を一時的に閉状態とする。ノズル６１の移動を一時的に停止させるとともに、開閉機構７０を一時的に閉状態とするための動作は、後述する造形データＭＤに含まれる停止コマンドによって制御される。
パスデータＰＤは、本実施形態の三次元造形装置１００のように、開閉機構７０のようなバルブによって造形材料ＭＭの吐出を制御する構成を有していないタイプの造形装置に、三次元造形物を造形させる際にも使用可能なデータである。本実施形態では、パスデータＰＤは、いわゆる熱溶解積層方式、すなわち、ＦＤＭ方式の３Ｄプリンターに入力されるデータと同じデータ型を有する。パスデータ生成部１２は、ＦＤＭ方式の３Ｄプリンター用に開発された、いわゆるスライサーと呼ばれる公知のソフトウェアを利用して、パスデータＰＤを生成するものとしてもよい。本実施形態の三次元造形システム１０では、以下に説明するデータ生成処理によって、そうしたパスデータＰＤに基づいて、開閉機構７０が追加されている三次元造形装置１００に適合する造形データＭＤを生成する。
図８は、造形データ生成部１３において実行されるデータ生成処理のフローチャートである。データ生成処理とは、パスデータＰＤにおけるパスパラメーターＰＰによって示されている連続したパスに応じて、停止コマンドをパスデータＰＤに追加して、造形データＭＤを生成する処理である。このデータ生成処理は、各造形層ＭＬに対応するパスデータＰＤごとに実行される。
ステップＳ１０において、造形データ生成部１３の取得部１４は、パスデータ生成部１２が生成したパスデータＰＤを取得する。取得部１４は、パスデータＰＤをコマンド追加部１５に出力する。
ステップＳ２０において、コマンド追加部１５は、複数のパスを含むパスデータＰＤの内容を解析する。コマンド追加部１５は、パスデータＰＤを解析して、以下のように、パスデータＰＤに記述されているノズル６１の制御内容を特定する。
図６を参照する。コマンド追加部１５は、パスデータＰＤのパスパラメーターＰＰと吐出パラメーターＰＭとから、ノズル６１が造形材料ＭＭを吐出しながら移動するパスを特定する。以下、「ノズル６１が造形材料ＭＭを吐出しながら移動するパス」のことを単に「パス」とも呼ぶ。
コマンド追加部１５は、ノズル６１の制御内容として、各パスでのノズル６１の移動距離と移動速度とを特定する。各パスのノズル６１の移動距離は、パスの始端位置と終端位置を示すパスパラメーターＰＰｎ，ＰＰｎ＋１の座標値から算出される。ノズル６１の移動速度は、各パスでのノズル６１の平均速度であり、三次元造形システム１０のユーザーによって予め指定されている造形スピードのレベルに応じて、三次元造形装置１００において各パスに予め割り当てられる速度である。コマンド追加部１５は、さらに、ノズル６１の制御内容として、連続する２つのパスの間においてノズル６１の移動方向が変わる角度を算出する。
図９は、ステップＳ３０において生成される造形データＭＤの一例を示す模式図である。ステップＳ３０では、コマンド追加部１５は、ステップＳ２０での解析結果を用いて、後述するコマンド追加判定処理を実行する。そして、その判定結果に応じて、パスデータＰＤに停止コマンドＶＣを追加して、造形データＭＤを生成する。
停止コマンドＶＣは、閉コマンドＶＣｃと、移動停止コマンドＶＣｓと、開コマンドＶＣｏとを、この順序で含む。閉コマンドＶＣｃは、開閉機構７０に流路６５を閉じさせて、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出を停止させる指令を表す。移動停止コマンドＶＣｓは、ノズル６１の移動を停止させる指令を表す。移動停止コマンドＶＣｓは、停止時間を表すパラメーターを含んでいてもよい。停止時間を表すパラメーターが含まれていない場合、移動停止コマンドＶＣｓは、予め定められた時間、ノズル６１の移動を停止させる指令を表す。開コマンドＶＣｏは、開閉機構７０に流路６５を開かせて、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出を許容する指令を表す。
ステップＳ４０において、コマンド追加部１５によって生成された造形データＭＤが三次元造形装置１００の制御部１０１に送信される。制御部１０１は、図９に示した停止コマンドＶＣを含む造形データＭＤを解釈することにより、移動機構２３０がノズル６１の位置を変更していない場合は、開閉機構７０を制御して流路６５を閉状態とすることができ、また、移動機構２３０がノズル６１の位置を変更している場合は、開閉機構７０を制御して流路６５を開状態とすることができる。
図１０は、コマンド追加部１５が実行するコマンド追加判定処理のフローチャートである。このコマンド追加判定処理は、パスデータＰＤに含まれる２つの連続する全てのパスについて実行される。このコマンド追加判定処理により、コマンド追加部１５は、２つの連続するパスの間に停止コマンドＶＣを追加するか否かを判定する。以下では、２つの連続するパスのうち、先のパスのことを「先パス」といい、先パスに続くパスのことを「後パス」という。なお、以下での各判定工程における基準値は、開閉機構７０の開閉速度や応答速度などの開閉機構７０の駆動特性や、ノズル６１の吐出性能、移動機構２３０の駆動特性、造形材料ＭＭの特性などの種々の条件に応じて予め定められる値である。
ステップＳ１００において、コマンド追加部１５は、先パスおよび後パスが造形層ＭＬの輪郭領域を造形するためのパスであるか否かを判断する。本実施形態では、コマンド追加部１５は、先パスおよび後パスが、現在の造形層ＭＬにおいて最も外側のパスである場合に、輪郭領域を造形するためのパスであると判断する。輪郭領域を造形するためのパスでなければ、コマンド追加部１５は、停止コマンドＶＣを追加しないと判定する。一方、先パスおよび後パスが輪郭領域を造形するためのパスであれば、コマンド追加部１５は、ステップＳ１０４において、先パスにおけるノズル６１の移動速度が、基準速度以上であるか否かを判断する。基準速度とは、例えば、２０～５０ｍｍ／秒である。
先パスにおけるノズル６１の移動速度が、基準速度以上であると判断された場合、コマンド追加部１５は、ステップＳ１０６において、先パスの移動距離が基準長さ以上であるか否かを判断する。基準長さとは、例えば、２０～５０ｍｍである。先パスの移動距離が基準長さ以上と判断された場合、コマンド追加部１５は、ステップＳ１０８において、先パスと後パスとが接続される角度が、基準角度以下であるか否かを判断する。基準角度は、本実施形態では、９０度である。基準角度は、９０度に限らず、例えば、９０度を超える１２０度や１３５度、１５０度などの鈍角であってもよい。また、９０度よりも小さい鋭角であってもよい。
図１１は、先パスと後パスとが接続される角度を示す図である。本実施形態において、先パスＰ１と後パスＰ２とが接続される接続角度は、先パスＰ１と後パスＰ２とが接続されることによって形成される２つの角度ＡＮ１，ＡＮ２のうち、小さい方の角度ＡＮ１のことをいう。つまり、先パスＰ１と後パスＰ２とが接続される角度とは、先パスと後パスとが成す角である。
ステップＳ１０８において、先パスと後パスとの接続角度が基準角度以下であると判断された場合、コマンド追加部１５は、ステップＳ１１０において、停止コマンドＶＣを追加すると判断する。これに対して、ステップＳ１０８において、先パスと後パスの接続角度が基準角度を超えると判断された場合、コマンド追加部１５は、ステップＳ１１２において、停止コマンドＶＣを追加しないと判定する。
ステップＳ１０６において、先パスの移動距離が基準長さ未満と判断された場合、コマンド追加部１５は、ステップＳ１１４において、後パスの移動距離が基準長さ以上であるか否かを判断する。後パスの移動距離が基準長さ未満であると判断された場合、コマンド追加部１５は、ステップＳ１１６において、停止コマンドＶＣを追加しないと判定する。
ステップＳ１１４において、後パスの移動距離が基準長さ以上であると判断された場合、コマンド追加部１５は、ステップＳ１１８において、先パスと後パスの接続角度が基準角度以下であるか否かを判断する。接続角度が基準角度以下であると判断された場合、コマンド追加部１５は、ステップＳ１２０において、停止コマンドＶＣを追加すると判断する。一方、接続角度が基準角度を越えると判断された場合、コマンド追加部１５は、ステップＳ１１６において、停止コマンドＶＣを追加しないと判定する。
ステップＳ１０４において、先パスにおけるノズル６１の移動速度が基準速度未満である判断された場合、コマンド追加部１５は、ステップＳ１２２において、先パスの移動距離が基準長さ以上であるか否かを判断する。先パスの移動距離が基準長さ未満であると判断された場合、コマンド追加部１５は、ステップＳ１２４において、停止コマンドＶＣを追加しないと判定する。
ステップＳ１２２において、先パスの移動距離が基準長さ以上であると判断された場合、コマンド追加部１５は、ステップＳ１２６において、後パスの移動距離が基準長さ以上であるか否かを判断する。後パスの移動距離が基準長さ未満であると判断された場合、コマンド追加部１５は、ステップＳ１２４において、停止コマンドＶＣを追加しないと判定する。
ステップＳ１２６において、後パスの移動距離が基準長さ以上であると判断された場合、コマンド追加部１５は、ステップＳ１２８において、先パスと後パスの接続角度が基準角度以下であるか否かを判断する。先パスと後パスの接続角度が基準角度以下であると判断された場合、コマンド追加部１５は、ステップＳ１３０において、停止コマンドＶＣを追加すると判定する。これに対して、先パスと後パスの接続角度が基準角度未満であると判断された場合、コマンド追加部１５は、ステップＳ１２４において、停止コマンドＶＣを追加しないと判定する。
以上で説明した本実施形態の三次元造形システム１０によれば、連続した２つのパスのそれぞれの長さや、それら２つのパスの接続角度、ノズル６１の移動速度などが予め定められた条件を満たす場合に、パスデータＰＤに停止コマンドＶＣが追加されるので、それら２つのパスが切り替わる際にノズル６１の移動および造形材料ＭＭの吐出が停止される。そのため、ノズル６１の移動の態様が切り替わる造形箇所において、造形材料ＭＭが過度に吐出されることがない。また、ノズル６１を停止させることなく連続したパスを生成する場合には、先パスの終点付近でノズル６１を減速させ、加速しながら後パスへノズル６１を移動させるため、図１２に示した比較例のように造形材料ＭＭが曲がって配置されるおそれがある。これに対して、本実施形態では、２つのパスが予め定められた条件を満たすように切り替わる造形箇所において、ノズル６１の移動が一時的に停止されるので、三次元造形物の角部を精度よく造形できる。従って、本実施形態によれば、三次元造形物の造形精度を向上させることができる。
また、本実施形態では、コマンド追加部１５は、造形層ＭＬの輪郭領域を造形するためのパスデータに限って停止コマンドＶＣを追加する。そのため、三次元造形物の外観に影響しない内部領域を造形するためのパスデータに対しては停止コマンドＶＣを追加しないので、内部領域に対して高速に造形材料ＭＭを吐出できる。従って、三次元造形物を精度よくかつ高速に造形することができる。
また、本実施形態によれば、ノズル６１の移動とノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出とが記述されているパスデータＰＤから、開閉機構７０を有する三次元造形装置１００に適合した造形データＭＤが、自動的に生成される。そのため、例えば、三次元造形装置１００が、開閉機構７０を有していない構成から開閉機構７０を有している構成に改変された場合であっても、造形データＭＤの改変作業が容易化される。特に、本実施形態の三次元造形システム１０によれば、パスデータＰＤを、従来公知のＦＤＭ方式の３Ｄプリンター用のソフトウェアを用いて作成できるため、造形データＭＤを効率的に作成できる。
本実施形態の三次元造形システム１０によれば、制御装置１１がパスデータ生成部１２を有している。そのため、制御装置１１に、三次元ＣＡＤデータなどの原データＯＤを入力すれば、制御装置１１において造形データＭＤが生成され、そのまま三次元造形装置１００に三次元造形物を造形させることができる。従って、三次元ＣＡＤデータの生成された後、三次元造形物の造形までの工程が簡易化される。
Ｂ．他の実施形態：
（Ｂ－１）上記実施形態では、停止コマンドＶＣに、閉コマンドＶＣｃと移動停止コマンドＶＣｓと開コマンドＶＣｏとが含まれている。これに対して、停止コマンドＶＣには、移動停止コマンドＶＣｓのみが含まれていてもよい。この場合、三次元造形装置１００の制御部１０１は、停止コマンドＶＣに対応する動作として、ノズル６１の移動を一時的に停止させると共に、ノズル６１の移動停止中、開閉機構７０を制御して流路６５を閉状態とする。そして、パスデータＰＤに対応する動作として、流路６５を開状態としつつノズル６１を移動させる。こうすることにより、造形データＭＤのデータ量を削減することができる。
（Ｂ－２）上記実施形態では、コマンド追加部１５は、造形層ＭＬの輪郭領域を造形するためのパスデータに限って、停止コマンドＶＣを追加している。これに対して、コマンド追加部１５は、造形層ＭＬの内部領域を造形するためのパスデータに対しても、停止コマンドＶＣを追加してもよい。そのほか、コマンド追加部１５は、パスデータが、ユーザーから予め指定された領域を造形するためのパスデータの場合には、停止コマンドを追加しないものとしてもよい。このような態様であれば、ユーザーは、停止コマンドを追加しない領域を任意に設定できる。そのため、例えば、三次元造形物の上面や下面など三次元造形物の外側になる領域や、その内側にあたる数層の領域など、三次元造形物の輪郭以外の領域を、停止コマンドを追加するか否かの判断対象の領域とすることができる。
（Ｂ－３）上記実施形態において、三次元造形装置１００は、造形材料として、サポート材を吐出するための造形部１１０を、別途、備えていてもよい。この場合、コマンド追加部１５は、三次元造形物を支えるためにサポート材を吐出する領域についても、停止コマンドＶＣを追加しなくてもよい。こうすることにより、三次元造形物を支えるためのサポート領域を高速に造形することができる。
（Ｂ－４）上記実施形態において、コマンド追加部１５は、図１０に示したフローチャートに基づき、ノズル６１の移動速度、先パスおよび後パスの長さ、先パスと後パスの接続角度、のすべてを考慮して、停止コマンドＶＣをパスデータＰＤに追加するか否かを判断している。これに対して、コマンド追加部１５は、より単純な条件に基づいて、停止コマンドＶＣをパスデータＰＤに追加するか否かを判断してもよい。例えば、コマンド追加部１５は、先パスの移動距離が、基準長さ以上である場合に、パスの接続角度やノズル６１の移動速度にかかわらず、停止コマンドＶＣを追加してもよい。こうすることにより、例えば、ノズル６１の移動距離が大きく変化する造形箇所の造形精度を高めることができる。また、コマンド追加部１５は、先パスと後パスの接続角度が基準角度以下であれば、ノズル６１の移動速度やパスの長さにかかわらず、停止コマンドＶＣを追加してもよい。こうすることにより、例えば、２つのパスの角度が大きく変化する造形箇所の造形精度を高めることができる。また、コマンド追加部１５は、先パスと後パスの接続角度が基準角度以下であり、かつ、先パスの移動距離が基準長さ以上の場合に、ノズル６１の移動速度にかかわらず、停止コマンドＶＣを追加してもよい。こうすることにより、例えば、２つのパスの角度が大きく変化し、かつ、ノズル６１の移動距離が大きく変化する造形箇所の造形精度を高めることができる。
（Ｂ－５）三次元造形システム１０において、パスデータ生成部１２は、制御装置１１とは別のコンピューターによって構成されていてもよく、制御装置１１とは別の単体の装置として構成されていてもよい。また、三次元造形システム１０は、制御装置１１のパスデータ生成部１２が省略され、システム外部で生成されたパスデータＰＤに基づいて、制御装置１１の造形データ生成部１３において造形データＭＤを生成する構成が採用されてもよい。
（Ｂ－６）パスデータＰＤは、ＦＤＭ方式の３Ｄプリンターで使用されるデータと同じ型のデータでなくてもよく、公知のソフトウェアであるスライサーで作成可能なデータでなくてもよい。パスデータＰＤには、パスデータＰＤや吐出パラメーターＰＭ以外のパラメーターやコマンドが含まれていてもよい。
（Ｂ－７）三次元造形装置１００は、フラットスクリュー４０によって材料を可塑化するものに限られない。例えば、三次元造形装置１００は、フラットスクリュー４０ではなく、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するものであってもよい。また、三次元造形装置１００は、造形材料生成部３０を備えず、他の装置によって可塑化された造形材料の供給を受けて、ノズル６１からその造形材料を吐出するものであってもよい。
（Ｂ－８）三次元造形装置１００の開閉機構７０は、流路６５内において造形材料ＭＭが流れる方向に交差するように移動するシャッターによって構成されてもよい。また、開閉機構７０は、ピストンが流路６５内に突出して流路６５を閉塞するプランジャーによって構成されてもよい。開閉機構７０は、上記実施形態で説明したバタフライバルブや、シャッターを用いたシャッター機構、プランジャーのうちの２つ以上の機構を組み合わせて構成されてもよい。
（Ｂ－９）上記実施形態では、造形層ＭＬ内におけるパスについて停止コマンドＶＣの追加を行っている。つまり、先パスと後パスとがＸ，Ｙ平面上のパスであることを想定している。これに対して、先パスと後パスとは、三次元空間におけるパスであってもよい。つまり、三次元空間において、連続した２つのパスの長さおよび接続角度の少なくとも一方が予め定められた条件を満たす場合に、停止コマンドＶＣを追加して、一時的にノズル６１の移動を停止させるとともに、一時的にノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出を停止させてもよい。
Ｃ．他の形態：
本開示は、上述の各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によって実現することができる。例えば、本開示は以下の形態として実現可能である。以下に記載する各形態中の技術的特徴に対応する上記の各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おいて必須であると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、三次元造形装置と制御装置とを備える三次元造形システムが提供される。前記三次元造形装置は、造形テーブルと、造形材料を前記造形テーブルに向かって吐出するノズルと、前記ノズルに接続されている前記造形材料の流路を開閉する開閉機構と、前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と、前記移動機構が前記相対位置を変更していない場合は、前記開閉機構を制御して前記流路を閉状態とし、前記移動機構が前記相対位置を変更している場合は、前記開閉機構を制御して前記流路を開状態とする制御部と、を備える。前記制御装置は、前記造形テーブルに対して前記ノズルが相対的に移動する経路を示す複数のパスを含むパスデータを解析し、連続した２つのパスの長さ、又は、前記連続した２つのパスが接続される角度が予め定められた条件を満たす場合に、前記２つのパスの切替時に前記相対位置の変更を一時的に停止させるとともに前記開閉機構を一時的に閉状態とするための停止コマンドを前記パスデータに追加することによって造形データを生成し、前記造形データを前記三次元造形装置に送信する造形データ生成部を備える。そして、前記三次元造形装置の前記制御部は、前記造形データに従って、前記開閉機構と前記移動機構とを制御して三次元造形物を造形する。
このような形態の三次元造形システムであれば、連続した２つのパスの長さ、又は、連続した２つのパスが接続される角度が予め定められた条件を満たす場合に、停止コマンドが追加されるので、それら２つのパスが切り替わる際にノズルの移動および造形材料の吐出が停止される。そのため、ノズルの移動の態様が切り替わる造形箇所の造形精度を向上させることができる。
（２）上記形態の三次元造形システムにおいて、前記造形データ生成部は、前記角度が予め定められた基準角度以下の場合に、前記停止コマンドを追加してもよい。このような形態の三次元造形システムであれば、例えば、２つのパスの角度が大きく変化する造形箇所の造形精度を高めることができる。
（３）上記形態の三次元造形システムにおいて、前記造形データ生成部は、前記２つのパスのうちの先のパスの長さが予め定められた基準長さ以上の場合に、前記停止コマンドを追加してもよい。このような形態の三次元造形システムであれば、例えば、ノズルの移動距離が大きく変化する造形箇所の造形精度を高めることができる。
（４）上記形態の三次元造形システムにおいて、前記造形データ生成部は、前記２つのパスのうちの先のパスの長さが予め定められた基準長さ以上であり、かつ、前記角度が予め定められた基準角度以下の場合に、前記停止コマンドを追加してもよい。このような形態の三次元造形システムであれば、例えば、２つのパスの角度が大きく変化し、かつ、ノズルの移動距離が大きく変化する造形箇所の造形精度を高めることができる。
（５）上記形態の三次元造形システムにおいて、前記造形データ生成部は、連続した２つのパスの長さ、又は、前記連続した２つのパスが接続される角度に加え、前記２つのパスのうちの先のパスにおける前記ノズルの移動速度が予め定められた条件を満たす場合に、前記停止コマンドを前記パスデータに追加してもよい。このような形態の三次元造形システムであれば、連続した２つのパスの長さや、連続した２つのパスが接続される角度に加え、ノズルの移動速度に応じて、停止コマンドを追加するか否かを判断できる。
（６）上記形態の三次元造形システムにおいて、前記造形データ生成部は、前記パスデータが、予め指定された領域を造形するためのパスデータの場合には、前記停止コマンドの追加を行わなくてもよい。このような形態の三次元造形システムであれば、停止コマンドを追加しない領域を任意に設定できる。
（７）上記形態の三次元造形システムにおいて、前記造形データ生成部は、前記パスデータが、前記三次元造形物の輪郭以外の領域を造形するためのパスデータの場合には、前記停止コマンドの追加を行わなくてもよい。このような形態の三次元造形システムであれば、三次元造形物の外観とは無関係の領域については停止コマンドが追加されないので、造形速度を向上させることができる。
（８）上記形態の三次元造形システムにおいて、前記三次元造形装置は、さらに、フラットスクリューを有し、回転している前記フラットスクリューにより、材料の少なくとも一部を溶融させることによって前記造形材料を生成して、前記ノズルに導く造形材料生成部を備えてもよい。このような形態の三次元造形システムであれば、三次元造形装置を小型化することができる。
（９）本開示の第２の形態によれば、造形テーブルと、造形材料を造形テーブルに向かって吐出するノズルと、前記ノズルに接続されている前記造形材料の流路を開閉する開閉機構と、前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と、前記移動機構が前記相対位置を変更していない場合は、前記開閉機構を制御して前記流路を閉状態とし、前記移動機構が前記相対位置を変更している場合は、前記開閉機構を制御して前記流路を開状態とする制御部と、を備える三次元造形装置が用いる造形データを生成するデータ生成装置が提供される。このデータ生成装置は、前記造形テーブルに対して前記ノズルが相対的に移動する経路を示す複数のパスを含むパスデータを取得するパスデータ取得部と、前記パスデータを解析し、連続した２つのパスの長さ、又は、前記連続した２つのパスが接続される角度が予め定められた条件を満たす場合に、前記２つのパスの切替時に前記相対位置の変更を一時的に停止させるとともに前記開閉機構を一時的に閉状態とするための停止コマンドを前記パスデータに追加することによって、前記三次元造形装置の前記制御部が前記開閉機構と前記移動機構とを制御するための造形データを生成する造形データ生成部と、を備える。
このような形態のデータ生成装置であれば、連続した２つのパスの長さ、又は、連続した２つのパスが接続される角度が予め定められた条件を満たす場合に、停止コマンドが追加されるので、三次元造形装置において、それら２つのパスが切り替わる際にノズルの移動および造形材料の吐出が停止される。そのため、ノズルの移動の態様が切り替わる造形箇所の造形精度を向上させることができる。
本開示は、上述した三次元造形システムやデータ生成装置に限らず、種々の形態で実現可能である。例えば、三次元造形物の製造方法や、データ生成方法、三次元造形物を造形するための造形データ、三次元造形物を造形するためのコンピュータープログラム、造形データあるいはコンピュータープログラムを記録した一時的でない有形な記録媒体等の形態で実現することができる。
１０…三次元造形システム、１１…制御装置、１２…パスデータ生成部、１３…造形データ生成部、１４…取得部、１５…コマンド追加部、１６…送信部、２０…材料供給部、２２…連通路、３０…造形材料生成部、３１…スクリューケース、３２…駆動モーター、４０…フラットスクリュー、４２…溝部、４３…凸条部、４４…材料流入口、４６…中央部、４７…上面、４８…下面，溝形成面、５０…スクリュー対面部、５２…上面，スクリュー対向面、５４…案内溝、５６…連通孔、５８…ヒーター、６０…吐出部、６１…ノズル、６２…吐出口、６５…流路、７０…開閉機構、７２…駆動軸、７３…弁体、７４…バルブ駆動部、１００…三次元造形装置、１０１…制御部、１１０…造形部、２１０…造形テーブル、２１１…上面、２３０…移動機構、ＭＤ…造形データ、ＭＬ…造形層、ＭＬｔ…予定部位、ＭＭ…造形材料、ＯＤ…原データ、Ｐ１…先パス、Ｐ２…後パス、ＰＤ…パスデータ、ＰＭ…吐出パラメーター、ＰＰ…パスパラメーター、ＰＰｎ…パスパラメーター、ＰＰｎ＋１…パスパラメーター、ＲＸ…回転軸、ＶＣ…停止コマンド、ＶＣｃ…閉コマンド、ＶＣｏ…開コマンド、ＶＣｓ…移動停止コマンド

Claims (8)

  1. 三次元造形装置と制御装置とを備える三次元造形システムであって、
    前記三次元造形装置は、
    造形テーブルと、
    造形材料を前記造形テーブルに向かって吐出するノズルと、
    前記ノズルに接続されている前記造形材料の流路を開閉する開閉機構と、
    前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と、
    前記移動機構が前記相対位置を変更していない場合は、前記開閉機構を制御して前記流路を閉状態とし、前記移動機構が前記相対位置を変更している場合は、前記開閉機構を制御して前記流路を開状態とする制御部と、
    を備え、
    前記制御装置は、
    前記造形テーブルに対して前記ノズルが相対的に移動する経路を示す複数のパスを含むパスデータを解析し、連続した２つのパスの長さが予め定められた条件を満たす場合に、前記２つのパスの切替時に前記相対位置の変更を一時的に停止させるとともに前記開閉機構を一時的に閉状態とするための停止コマンドを前記パスデータに追加することによって造形データを生成し、前記造形データを前記三次元造形装置に送信する造形データ生成部を備え、
    前記三次元造形装置の前記制御部は、
    前記造形データに従って、前記開閉機構と前記移動機構とを制御して三次元造形物を造形し、
    前記造形データ生成部は、前記２つのパスのうちの先のパスの長さが予め定められた基準長さ以上の場合に、前記停止コマンドを追加する、
    三次元造形システム。
  2. 請求項１に記載の三次元造形システムであって、
    前記造形データ生成部は、前記連続した２つのパスが接続される角度が予め定められた基準角度以下の場合に、前記停止コマンドを追加する、三次元造形システム。
  3. 三次元造形装置と制御装置とを備える三次元造形システムであって、
    前記三次元造形装置は、
    造形テーブルと、
    造形材料を前記造形テーブルに向かって吐出するノズルと、
    前記ノズルに接続されている前記造形材料の流路を開閉する開閉機構と、
    前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と、
    前記移動機構が前記相対位置を変更していない場合は、前記開閉機構を制御して前記流路を閉状態とし、前記移動機構が前記相対位置を変更している場合は、前記開閉機構を制御して前記流路を開状態とする制御部と、
    を備え、
    前記制御装置は、
    前記造形テーブルに対して前記ノズルが相対的に移動する経路を示す複数のパスを含むパスデータを解析し、連続した２つのパスの長さ、又は、前記連続した２つのパスが接続される角度が予め定められた条件を満たす場合に、前記２つのパスの切替時に前記相対位置の変更を一時的に停止させるとともに前記開閉機構を一時的に閉状態とするための停止コマンドを前記パスデータに追加することによって造形データを生成し、前記造形データを前記三次元造形装置に送信する造形データ生成部を備え、
    前記三次元造形装置の前記制御部は、
    前記造形データに従って、前記開閉機構と前記移動機構とを制御して三次元造形物を造形し、
    前記造形データ生成部は、前記連続した２つのパスの長さ、又は、前記連続した２つのパスが接続される角度に加え、前記２つのパスのうちの先のパスにおける前記ノズルの移動速度が予め定められた条件を満たす場合に、前記停止コマンドを前記パスデータに追加する、三次元造形システム。
  4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の三次元造形システムであって、
    前記造形データ生成部は、前記パスデータが、予め指定された領域を造形するためのパスデータの場合には、前記停止コマンドの追加を行わない、三次元造形システム。
  5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の三次元造形システムであって、
    前記造形データ生成部は、前記パスデータが、前記三次元造形物の輪郭以外の領域を造形するためのパスデータの場合には、前記停止コマンドの追加を行わない、三次元造形システム。
  6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の三次元造形システムであって、
    前記三次元造形装置は、さらに、フラットスクリューを有し、回転している前記フラットスクリューにより、材料の少なくとも一部を溶融させることによって前記造形材料を生成して、前記ノズルに導く造形材料生成部を備える、三次元造形システム。
  7. 造形テーブルと、
    造形材料を前記造形テーブルに向かって吐出するノズルと、
    前記ノズルに接続されている前記造形材料の流路を開閉する開閉機構と、
    前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と、
    前記移動機構が前記相対位置を変更していない場合は、前記開閉機構を制御して前記流路を閉状態とし、前記移動機構が前記相対位置を変更している場合は、前記開閉機構を制御して前記流路を開状態とする制御部と、
    を備える三次元造形装置が用いる造形データを生成するデータ生成装置であって、
    前記造形テーブルに対して前記ノズルが相対的に移動する経路を示す複数のパスを含むパスデータを取得する取得部と、
    前記パスデータを解析し、連続した２つのパスの長さが予め定められた条件を満たす場合に、前記２つのパスの切替時に前記相対位置の変更を一時的に停止させるとともに前記開閉機構を一時的に閉状態とするための停止コマンドを前記パスデータに追加することによって、前記三次元造形装置の前記制御部が前記開閉機構と前記移動機構とを制御するための造形データを生成する造形データ生成部と、
    を備え、
    前記造形データ生成部は、前記２つのパスのうちの先のパスの長さが予め定められた基準長さ以上の場合に、前記停止コマンドを追加する、
    データ生成装置。
  8. 造形テーブルと、
    造形材料を前記造形テーブルに向かって吐出するノズルと、
    前記ノズルに接続されている前記造形材料の流路を開閉する開閉機構と、
    前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と、
    前記移動機構が前記相対位置を変更していない場合は、前記開閉機構を制御して前記流路を閉状態とし、前記移動機構が前記相対位置を変更している場合は、前記開閉機構を制御して前記流路を開状態とする制御部と、
    を備える三次元造形装置が用いる造形データを生成するデータ生成装置であって、
    前記造形テーブルに対して前記ノズルが相対的に移動する経路を示す複数のパスを含むパスデータを取得する取得部と、
    前記パスデータを解析し、連続した２つのパスの長さ、又は、前記連続した２つのパスが接続される角度が予め定められた条件を満たす場合に、前記２つのパスの切替時に前記相対位置の変更を一時的に停止させるとともに前記開閉機構を一時的に閉状態とするための停止コマンドを前記パスデータに追加することによって、前記三次元造形装置の前記制御部が前記開閉機構と前記移動機構とを制御するための造形データを生成する造形データ生成部と、
    を備え、
    前記造形データ生成部は、前記連続した２つのパスの長さ、又は、前記連続した２つのパスが接続される角度に加え、前記２つのパスのうちの先のパスにおける前記ノズルの移動速度が予め定められた条件を満たす場合に、前記停止コマンドを前記パスデータに追加する、
    データ生成装置。
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