JP7263838B2 - 三次元造形物の造形方法 - Google Patents

Description

本開示は、三次元造形物の造形方法に関する。

例えば、特許文献１には、金属粉末の層にレーザーを照射して焼結させることによって、複数の焼結層が積層された金属粉末焼結部品を製造する方法が開示されている。この方法では、所望の形状よりも所定寸法だけ大きく焼結層が形成された後、切削加工によって、焼結層の不要部分が除去される。

特開２００３－３１３６０４号公報

上述した方法のように、切削加工によって、形成した層から不要部分を除去して三次元造形物を作成する場合、切削工具が不要部分に届かずに、所望の形状の三次元造形物を作成できないことがある。例えば、切削工具の切削可能長さよりも長い管形状の三次元造形物を作成する場合には、管の内周面に切削工具が届かずに、所望の形状の三次元造形物を作成できない。そこで、本願では、造形材料の積層と切削加工とによって作成される三次元造形物の形状の自由度を向上させることを課題とする。

本開示の一形態によれば、予め定められた切削方向に最大で第１長さ切削可能な切削工具を用いる三次元造形物の造形方法が提供される。この三次元造形物の造形方法は、造形材料を積層することによって、第１方向に沿った長さが前記第１長さよりも短い第１部分を造形する第１部分造形工程と、前記切削方向を前記第１方向に沿わせた前記切削工具によって、前記第１部分を切削する第１部分切削工程と、前記造形材料を積層することによって、前記第１部分の前記第１方向における第１端面に接続し、第２方向に沿った長さが前記第１長さよりも短い第２部分を造形する第２部分造形工程と、前記切削方向を前記第２方向に沿わせた前記切削工具によって、前記第２部分を前記第２方向に沿って切削する第２部分切削工程と、を有する。

第１実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図。 第１実施形態における吐出ユニットの概略構成を示す説明図。 第１実施形態におけるフラットスクリューの溝形成面の構成を示す斜視図。 第１実施形態におけるバレルのスクリュー対向面の構成を示す上面図。 第１実施形態におけるデータ生成処理の内容を示すフローチャート。 第１実施形態における第１形状を示す斜視図。 第１実施形態における第２形状を示す斜視図。 第１実施形態における第３形状を示す斜視図。 造形パスおよび切削パスを模式的に示す説明図。 造形用データおよび切削用データを模式的に示す説明図。 第１実施形態における造形処理の内容を示すフローチャート。 第１実施形態における第１部分造形工程を示す工程図。 第１部分のXIII－XIII線断面図。 第１実施形態における第１部分切削工程を示す工程図。 第１実施形態における第１加熱工程を示す工程図。 第１実施形態における第２部分造形工程を示す工程図。 第１実施形態における第２部分切削工程を示す工程図。 第１実施形態における第２加熱工程を示す工程図。 第１実施形態における第３部分造形工程を示す工程図。 第１実施形態における第３部分切削工程を示す工程図。 他の形態としての三次元造形物を示す第１の説明図。 他の形態としての三次元造形物を示す第２の説明図。 他の形態としての吐出ユニットの概略構成を示す説明図。

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における三次元造形装置１０の概略構成を示す説明図である。図１には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向に沿った矢印が表されている。Ｘ方向およびＹ方向は、水平方向に沿った方向であり、Ｚ方向は、鉛直方向に沿った方向である。他の図においても、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に沿った矢印が、適宜、表されている。図１におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向と、他の図におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向とは、同じ方向を表している。

本実施形態における三次元造形装置１０は、吐出ユニット１００と、切削ユニット２００と、ステージ３００と、移動機構４００と、制御部５００とを備えている。制御部５００には、情報処理装置１５が接続されている。三次元造形装置１０と情報処理装置１５とをあわせて広義の三次元造形装置として捉えることもできる。

三次元造形装置１０は、制御部５００の制御下で、吐出ユニット１００に設けられたノズル６１から、ステージ３００の造形面３１０に向かって造形材料を吐出させつつ、移動機構４００を駆動して、ノズル６１とステージ３００との相対的な位置を変化させることによって、ステージ３００上に造形材料を積層する。尚、吐出ユニット１００の詳細な構成は、図２を用いて後述する。

また、本実施形態における三次元造形装置１０は、制御部５００の制御下で、切削ユニット２００に取り付けられた切削工具２１０を回転させつつ、移動機構４００を駆動して、切削工具２１０とステージ３００との相対的な位置を変化させることによって、ステージ３００上に積層された造形材料を切削する。三次元造形装置１０は、このようにして、所望の形状の三次元造形物ＯＢを作成する。尚、図１には、三次元造形物ＯＢが模式的に表されている。

切削ユニット２００は、ヘッド先端の軸に取り付けられた切削工具２１０を回転させて、ステージ３００上に積層された造形材料の切削を行う切削装置である。切削工具２１０として、例えば、フラットエンドミルや、ボールエンドミルを用いることができる。切削ユニット２００は、一般的な位置検出センサーによって切削工具２１０の先端の位置を検出し、検出結果を制御部５００に送信する。制御部５００は、この検出結果を用いて、後述する移動機構４００によって、切削工具２１０と積層された造形材料との相対的な位置関係を制御して切削を行う。尚、切削ユニット２００は、イオナイザー等の除電器を備えてもよい。

移動機構４００は、吐出ユニット１００および切削ユニット２００と、ステージ３００との相対的な位置を変化させる。本実施形態では、移動機構４００は、吐出ユニット１００および切削ユニット２００に対して、ステージ３００を移動させる。本実施形態における移動機構４００は、３つのモーターの駆動力によって、ステージ３００をＸ，Ｙ，Ｚ方向の３軸方向に移動させる３軸ポジショナーによって構成される。各モーターは、制御部５００の制御下にて駆動する。尚、移動機構４００は、ステージ３００を移動させる構成ではなく、ステージ３００を移動させずに、吐出ユニット１００および切削ユニット２００を移動させる構成であってもよい。移動機構４００は、吐出ユニット１００および切削ユニット２００と、ステージ３００との両方を移動させる構成であってもよい。

制御部５００は、１以上のプロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェースとを備えるコンピューターによって構成されている。本実施形態では、制御部５００は、主記憶装置上に読み込んだプログラムや命令をプロセッサーが実行することによって、種々の機能を発揮する。尚、制御部５００は、コンピューターではなく、複数の回路の組み合わせによって構成されてもよい。

情報処理装置１５は、１以上のプロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェースとを備えるコンピューターによって構成されている。本実施形態では、情報処理装置１５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。情報処理装置１５は、データ生成部１６を備えている。データ生成部１６は、図５から図１０を用いて後述するとおり、三次元造形装置１０の制御部５００が、吐出ユニット１００や切削ユニット２００や移動機構４００を制御するための造形用データおよび切削用データを生成する。

図２は、本実施形態における吐出ユニット１００の概略構成を示す説明図である。吐出ユニット１００は、材料供給部２０と、溶融部３０と、吐出部６０と、再加熱部７０とを備えている。材料供給部２０には、ペレットや粉末等の状態の材料が投入される。本実施形態における材料は、ペレット状のＡＢＳ樹脂である。本実施形態における材料供給部２０は、ホッパーによって構成されている。材料供給部２０と溶融部３０との間は、材料供給部２０の下方に設けられた供給路２２によって接続されている。材料供給部２０に投入された材料は、供給路２２を介して、溶融部３０に供給される。

溶融部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、バレル５０とを備えている。溶融部３０は、材料供給部２０から供給された固体状態の材料の少なくとも一部を溶融させて流動性を有するペースト状の造形材料にして、ノズル６１に供給する。尚、フラットスクリュー４０のことを、単にスクリューと呼ぶこともある。

スクリューケース３１は、フラットスクリュー４０を収容している。スクリューケース３１の上面には、駆動モーター３２が固定されている。駆動モーター３２の回転軸は、フラットスクリュー４０の上面４１に接続されている。

フラットスクリュー４０は、中心軸ＲＸに沿った方向の高さが直径よりも小さい略円柱形状を有している。フラットスクリュー４０は、中心軸ＲＸがＺ方向に平行になるように、スクリューケース３１内に配置されている。駆動モーター３２が発生させるトルクによって、フラットスクリュー４０は、スクリューケース３１内にて、中心軸ＲＸを中心に回転する。

フラットスクリュー４０は、中心軸ＲＸに沿った方向における上面４１とは反対側に溝形成面４２を有している。溝形成面４２には、溝部４５が形成されている。フラットスクリュー４０の溝形成面４２の詳細な形状は、図３を用いて後述する。

バレル５０は、フラットスクリュー４０の下方に設けられている。バレル５０は、フラットスクリュー４０の溝形成面４２に対向するスクリュー対向面５２を有している。バレル５０には、フラットスクリュー４０の溝部４５に対向する位置にヒーター５８が内蔵されている。ヒーター５８の温度は、制御部５００によって制御される。尚、ヒーター５８のことを加熱部と呼ぶこともある。

スクリュー対向面５２の中心には、連通孔５６が設けられている。連通孔５６は、ノズル６１に連通している。尚、バレル５０のスクリュー対向面５２の詳細な形状については、図４を用いて後述する。

吐出部６０はノズル６１を備えている。ノズル６１には、ノズル流路６５と、ノズル孔６２とが設けられている。ノズル流路６５は、溶融部３０の連通孔５６に連通する。ノズル孔６２は、ノズル流路６５に連通する、ノズル６１の先端部分に設けられた開口部である。溶融部３０からノズル６１に供給された造形材料は、ノズル孔６２から吐出される。本実施形態では、ノズル６１には、円形のノズル孔６２が設けられている。ノズル孔６２の径のことをノズル径Ｄｎと呼ぶ。ノズル６１先端の側面がステージ３００に対して傾斜角θｎとなるようにノズル６１が配置されている。尚、ノズル孔６２の形状は、円形に限られず、四角形等であってもよい。

再加熱部７０は、ステージ３００上に積層されて硬化した造形材料を再加熱する。本実施形態では、再加熱部７０は、ノズル６１に隣接して配置されたヒーターによって構成されている。再加熱部７０の温度は、制御部５００によって制御される。

図３は、本実施形態におけるフラットスクリュー４０の溝形成面４２の構成を示す斜視図である。図３に示したフラットスクリュー４０は、技術の理解を容易にするために、図２に示した上下の位置関係を逆向きとした状態で示されている。フラットスクリュー４０の溝形成面４２には、上述したとおり、溝部４５が形成されている。溝部４５は、中央部４６と、渦状部４７と、材料導入部４８とを有している。

中央部４６は、フラットスクリュー４０の中心軸ＲＸの周りに形成された円形の窪みである。中央部４６は、バレル５０に設けられた連通孔５６に対向する。

渦状部４７は、中央部４６を中心として、溝形成面４２の外周に向かって弧を描くように渦状に延びる溝である。渦状部４７は、インボリュート曲線状や螺旋状に延びるように構成されてもよい。渦状部４７の一端は、中央部４６に接続されている。渦状部４７の他端は、材料導入部４８に接続されている。

材料導入部４８は、溝形成面４２の外周縁に設けられた渦状部４７よりも幅広な溝である。材料導入部４８は、フラットスクリュー４０の側面４３まで連続している。材料導入部４８は、供給路２２を介して材料供給部２０から供給された材料を、渦状部４７に導入する。尚、図３には、フラットスクリュー４０の中央部４６から外周に向かって、１条の渦状部４７および材料導入部４８が設けられた形態を表したが、フラットスクリュー４０の中央部４６から外周に向かって、複数条の渦状部４７および材料導入部４８が設けられてもよい。

図４は、本実施形態におけるバレル５０のスクリュー対向面５２の構成を示す上面図である。上述したとおり、スクリュー対向面５２の中央には、ノズル６１に連通する連通孔５６が形成されている。スクリュー対向面５２における連通孔５６の周りには、複数の案内溝５４が形成されている。それぞれの案内溝５４は、一端が連通孔５６に接続され、連通孔５６からスクリュー対向面５２の外周に向かって渦状に延びている。それぞれの案内溝５４は、造形材料を連通孔５６に導く機能を有している。

図５は、本実施形態におけるデータ生成処理の内容を示すフローチャートである。この処理は、情報処理装置１５に対して、所定の開始操作がユーザーによって行われた場合に、情報処理装置１５のデータ生成部１６によって実行される。本実施形態では、この処理によって、造形用データと切削用データとが生成される。造形用データとは、三次元造形装置１０による三次元造形物ＯＢの造形に用いられる、吐出ユニット１００および移動機構４００を制御するためのデータである。切削用データとは、三次元造形装置１０による三次元造形物ＯＢの切削に用いられる、切削ユニット２００および移動機構４００を制御するためのデータである。

図６は、本実施形態における第１形状データによって表された第１形状ＳＰ１を示す斜視図である。図５および図６を参照して、まず、ステップＳ１１０にて、データ生成部１６は、第１形状ＳＰ１が表された第１形状データを取得する。第１形状ＳＰ１は、三次元ＣＡＤソフトや、三次元ＣＧソフトを用いて作成された三次元造形物ＯＢを表す形状である。つまり、第１形状ＳＰ１は、三次元造形物ＯＢの設計形状であるということもできる。第１形状データには、例えば、ＳＴＬ形式や、ＩＧＥＳ形式や、ＳＴＥＰ形式のデータを用いることができる。データ生成部１６は、例えば、三次元ＣＡＤソフトを用いて情報処理装置１５上で作成された第１形状データを取得できる。データ生成部１６は、ＵＳＢメモリー等の記録媒体を介して、情報処理装置１５の外部で作成された第１形状データを取得してもよい。本実施形態では、第１形状ＳＰ１は、管形状を有している。第１形状ＳＰ１は、管が屈曲した部分である屈曲部８１０と、管が一直線状に延びた直線部８２０とを有する。第１形状ＳＰ１は、管の内側に内壁面８２５を有する。

ステップＳ１２０にて、データ生成部１６は、第１形状ＳＰ１によって表された三次元造形物ＯＢをステージ３００上に配置する位置および向きを設定する。データ生成部１６は、例えば、ユーザーによって指定された位置および向きに従って、第１形状ＳＰ１をステージ３００上に配置する位置および向きを設定する。本実施形態では、直線部８２０の中心軸ＣＬがＸ方向に平行になるように、第１形状ＳＰ１のステージ３００上における位置および向きが設定される。

図７は、本実施形態における第２形状データによって表された第２形状ＳＰ２を示す斜視図である。図７には、参考として、ステージ３００の造形面３１０が二点差線で表されている。図５および図７を参照して、ステップＳ１３０にて、データ生成部１６は、第１形状データと、三次元造形物ＯＢに施される切削加工に関する情報とを用いて、第２形状ＳＰ２が表された第２形状データを生成する。第２形状ＳＰ２は、第１形状ＳＰ１に、切削部９０３や、支持部９０４や、嵩上部９０５が付加された三次元造形物ＯＢの形状である。尚、第１形状ＳＰ１に含まれ、かつ、第２形状ＳＰ２に含まれる部分のことを本体部９０２と呼ぶ。本体部９０２と切削部９０３とを合わせて造形部９０１とも呼ぶ。

切削部９０３は、三次元造形物ＯＢに切削加工を施すための削り代である。データ生成部１６は、例えば、ユーザーによって指定された切削加工を施す位置および寸法に従って切削部９０３を配置する。本実施形態では、内壁面８２５上に切削部９０３が配置される。

支持部９０４は、造形材料を積層して三次元造形物ＯＢを造形する際に、造形部９０１の形状を保持するための部分である。データ生成部１６は、例えば、ユーザーによって指定された位置に支持部９０４を配置する。第２形状ＳＰ２に従って三次元造形物ＯＢを造形する際に、三次元造形物ＯＢの形状が保持可能であるか否かをデータ生成部１６が判定し、三次元造形物ＯＢの形状が保持可能であると判断されなかった場合に、データ生成部１６が支持部９０４を配置してもよい。本実施形態では、直線部８２０における造形部９０１の下面を支持するように、支持部９０４が配置される。尚、支持部９０４を用いなくても三次元造形物ＯＢが造形可能な場合には、支持部９０４が設けられなくてもよい。

嵩上部９０５は、三次元造形物ＯＢに切削加工を施す際に、切削ユニット２００とステージ３００との干渉を抑制するために、切削部９０３とステージ３００とを離間させる部分である。データ生成部１６は、例えば、ユーザーによって指定された位置に嵩上部９０５を配置する。第２形状ＳＰ２に従って造形された造形部９０１から、切削部９０３を切削加工によって除去する際に、切削ユニット２００とステージ３００とが干渉するか否かをデータ生成部１６が判定し、切削ユニット２００とステージ３００とが干渉すると判断された場合に、データ生成部１６が嵩上部９０５を配置してもよい。本実施形態では、造形部９０１および支持部９０４の下面とステージ３００との間に、嵩上部９０５が配置される。尚、嵩上部９０５を用いなくても三次元造形物ＯＢを切削可能な場合には、嵩上部９０５が設けられなくてもよい。

ステップＳ１４０にて、データ生成部１６は、Ｘ方向に沿った切削部９０３の長さＬｓが切削工具２１０のＸ方向における切削可能長さＬｅよりも長いか否かを判定する。切削可能長さＬｅとは、加工対象物を予め設定された方向に切削可能な最大の長さのことを意味する。例えば、中心軸がＸ方向に沿うように配置された管の一端から中空部内に切削工具２１０を挿入して、管の内壁面に設けられた削り代を切削する場合には、管の一端から切削可能な限界位置までのＸ方向に沿った距離が、切削工具２１０のＸ方向における切削可能長さＬｅである。データ生成部１６は、第２形状データと、切削工具２１０に関する情報とを用いて、Ｘ方向に沿った切削部９０３の長さＬｓが切削工具２１０のＸ方向における切削可能長さＬｅよりも長いか否かを判定する。尚、Ｘ方向のことを第１方向と呼ぶこともあり、切削可能長さＬｅのことを切削可能深さや第１長さと呼ぶこともある。

図８は、本実施形態における第３形状データによって表された第３形状ＳＰ３を示す斜視図である。図５および図８を参照して、ステップＳ１４０にて、Ｘ方向に沿った切削部９０３の長さＬｓが切削工具２１０のＸ方向における切削可能長さＬｅよりも長いと判断された場合、データ生成部１６は、ステップＳ１５０にて、第２形状データを用いて、第３形状ＳＰ３が表された第３形状データを生成する。第３形状ＳＰ３は、複数の部分に分割された三次元造形物ＯＢの形状である。データ生成部１６は、それぞれの部分のＸ方向に沿った切削部９０３の長さが切削工具２１０のＸ方向における切削可能長さＬｅよりも短くなるように第２形状ＳＰ２を分割して、第３形状ＳＰ３を設定する。

本実施形態では、直線部８２０におけるＸ方向に沿った切削部９０３の長さＬｓが切削工具２１０のＸ方向における切削可能長さＬｅよりも長い。そのため、データ生成部１６は、第２形状ＳＰ２を、第１部分９１０と、第２部分９２０と、第３部分９３０とに分割して、第３形状ＳＰ３を生成する。第１部分９１０は、屈曲部８１０と直線部８２０の一部を含んだ部分である。第２部分９２０は、第１部分９１０に隣接する直線部８２０の一部を含んだ部分である。第３部分９３０は、第２部分９２０に隣接する直線部８２０の一部を含んだ部分である。第１部分９１０におけるＸ方向に沿った切削部９０３の長さＬ１と、第２部分９２０におけるＸ方向に沿った切削部９０３の長さＬ２と、第３部分９３０におけるＸ方向に沿った切削部９０３の長さＬ３とは、それぞれ、切削工具２１０のＸ方向における切削可能長さＬｅよりも短い。

本実施形態では、データ生成部１６は、造形時におけるノズル６１と三次元造形物ＯＢとの干渉が生じないように、ステージ３００に対して傾斜した面で第２形状ＳＰ２を分割する。第１部分９１０における第２部分９２０側の第１端面９１１がステージ３００に対して鋭角に傾斜し、かつ、第２部分９２０における第３部分９３０側の第２端面９２１がステージ３００に対して鋭角に傾斜するように、第２形状ＳＰ２を分割する。データ生成部１６は、ステージ３００に対する第１端面９１１の傾斜角θ１が、ステージ３００に対するノズル６１の側面の傾斜角θｎよりも小さい角度になるように、第２形状ＳＰ２を分割する。データ生成部１６は、ステージ３００に対する第２端面９２１の傾斜角θ２が、ステージ３００に対する第１端面９１１の傾斜角θ１と同じになるように、第２形状ＳＰ２を分割する。

ステップＳ１４０にて、Ｘ方向に沿った切削部９０３の長さＬｓが切削工具２１０のＸ方向における切削可能長さＬｅよりも長いと判断されなかった場合、データ生成部１６は、ステップＳ１５０の処理を省略して、次の処理に進める。

図５を参照して、ステップＳ１６０にて、データ生成部１６は、第３形状データを用いて、断面データを生成する。断面データは、第３形状ＳＰ３をステージ３００の造形面３１０に平行な面で切断した際の、断面形状を表すデータである。データ生成部１６は、三次元造形装置１０によってステージ３００上に積層される造形材料の１層分の厚みに応じた間隔で第３形状ＳＰ３を切断して、複数の断面データを生成する。三次元造形装置１０によってステージ３００上に積層される造形材料の１層分の厚みは、例えば、ユーザーによって設定される。尚、ステップＳ１５０が省略されることによって、第３形状データが生成されなかった場合には、データ生成部１６は、第２形状データを用いて、断面データを生成する。

図９は、データ生成部１６によって生成される造形パスおよび切削パスを模式的に示す説明図である。図９には、造形パスが実線で表されており、切削パスが破線で表されている。図５および図９を参照して、ステップＳ１７０にて、データ生成部１６は、各断面データを用いて、三次元造形物ＯＢを作成するための造形パスを生成し、第３形状データを用いて、切削パスを生成する。造形パスとは、造形材料を吐出しながら移動するノズル６１の、ステージ３００に対する走査経路である。切削パスとは、積層された造形材料を切削しながら移動する切削工具２１０のステージ３００に対する走査経路である。本実施形態では、データ生成部１６は、第１部分９１０を造形するための第１造形パスＰｍ１と、第２部分９２０を造形するための第２造形パスＰｍ２と、第３部分９３０を造形するための第３造形パスＰｍ３と、第１部分９１０を切削するための第１切削パスＰｃ１と、第２部分９２０を切削するための第２切削パスＰｃ２と、第３部分９３０を切削するための第３切削パスＰｃ３とを生成する。

図５を参照して、ステップＳ１８０にて、データ生成部１６は、造形用データおよび切削用データを生成して出力する。造形用データには、上述した造形パスの他に、例えば、ユーザーによって設定された、ノズル６１から吐出される造形材料の流量である吐出量や、フラットスクリュー４０を回転させる駆動モーター３２の回転数や、バレル５０のヒーター５８の温度や、再加熱部７０の温度等に関する情報が表される。切削用データには、上述した切削パスの他に、例えば、ユーザーによって設定された、切削工具２１０の回転数や、切削工具２１０の送り速度等に関する情報が表される。データ生成部１６は、例えば、ＧコードやＭコード等によって表された造形用データおよび切削用データを生成して出力する。

本実施形態では、造形用データおよび切削用データが、１つのデータの中に表されている。このデータには、第１部分９１０を造形するための第１造形用データ部分と、第１部分９１０を切削するための第１切削用データ部分と、第２部分９２０を造形するための第２造形用データ部分と、第２部分９２０を切削するための第２切削用データ部分と、第３部分９３０を造形するための第３造形用データ部分と、第３部分９３０を切削するための第３切削用データ部分とが含まれている。第１造形用データ部分と、第１切削用データ部分と、第２造形データ部分と、第２切削用データ部分と、第３造形用データ部分と、第３切削用データ部分とが、この順に設定されている。

図１０は、本実施形態における造形用データおよび切削用データを模式的に示す説明図である。造形用データは、図１０における上方から下方に順に読み込まれて解釈される。図１０には、第１造形用データ部分Ｄｍ１と、第１切削用データ部分Ｄｃ１とが表されている。第１造形用データ部分Ｄｍ１には、ノズル６１を座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（１１０，５０，２０）に移動させる命令ＣＯＭ１が設定されている。この座標は、ステージ３００に対するノズル６１の相対的な位置を表している。ノズル６１を座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（１１０，５０，２０）から、座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（１００，５０，２０）に移動させるとともに、この区間をノズル６１が移動する間に、ノズル６１から１０単位量の造形材料を吐出させる命令ＣＯＭ２が設定されている。ノズル６１を座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（１００，５０，２０）から、座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（１００，４５，２０）に移動させるとともに、この区間をノズル６１が移動する間に、ノズル６１から５単位量の造形材料を吐出させる命令ＣＯＭ３が設定されている。途中は図示を省略して、その後、第１部分９１０の造形を終了するための命令ＣＯＭ４が設定されている。第１切削用データ部分Ｄｃ１には、切削工具２１０を座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（２００，５０，２０）に移動させる命令ＣＯＭ５が設定されている。切削工具２１０を座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（２００，５０，２０）から座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（１００，５０，２０）に、１０単位量の送り速度で移動させる命令ＣＯＭ６が設定されている。その後、第１部分９１０の切削を終了するための命令ＣＯＭ７が設定されている。

図１１は、本実施形態における三次元造形物ＯＢの製造を実現するための造形処理の内容を示すフローチャートである。この処理は、三次元造形装置１０に設けられた操作パネルや、三次元造形装置１０に接続された情報処理装置１５に対して、所定の開始操作がユーザーによって行われた場合に、三次元造形装置１０の制御部５００によって実行される。

まず、ステップＳ２１０のデータ取得工程にて、制御部５００は、情報処理装置１５から、造形用データおよび切削用データを取得する。本実施形態では、制御部５００は、有線通信によって、情報処理装置１５から造形用データおよび切削用データを取得する。尚、制御部５００は、無線通信によって、情報処理装置１５から造形用データおよび切削用データを取得してもよいし、ＵＳＢメモリー等の記録媒体を介して、情報処理装置１５から造形用データおよび切削用データを取得してもよい。

次に、ステップＳ２２０の材料生成工程にて、制御部５００は、フラットスクリュー４０の回転、および、バレル５０に内蔵されたヒーター５８の温度を制御することによって、材料を溶融させて造形材料を生成する。この制御のことを、材料生成制御とも呼ぶ。材料生成工程にて、材料供給部２０内に収容された材料が、供給路２２を介して、回転しているフラットスクリュー４０の側面４３から材料導入部４８に供給される。材料導入部４８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、渦状部４７内へと搬送される。フラットスクリュー４０の回転、および、ヒーター５８による加熱によって、渦状部４７内に搬送された材料の少なくとも一部が溶融されて、流動性を有するペースト状の造形材料が生成される。生成された造形材料は、渦状部４７内を中央部４６に向かって搬送されて、連通孔５６からノズル６１に供給される。尚、造形材料は、後述する造形工程が行われる間、生成され続ける。

ステップＳ２３０の部分造形工程にて、制御部５００は、造形用データに従って、吐出ユニット１００および移動機構４００を制御することによって、ステージ３００上に造形材料が積層された積層体を造形する。この積層体のＸ方向に沿った長さは、切削工具２１０のＸ方向における切削可能長さＬｅよりも短い。この制御のことを、部分造形制御と呼ぶ。制御部５００は、部分造形制御を実行することによって、吐出ユニット１００のノズル６１とステージ３００との相対位置を変化させながら、ノズル６１からステージ３００に向かって造形材料を吐出して、ステージ３００上に積層体を造形する。造形材料を積層するとは、先に配置した造形材料の上に、更に造形材料を配置することを意味する。また、造形材料を積層するとは、造形材料を連続して配置することをも含む意味である。例えば、ノズル６１から造形材料を連続して吐出することによって、ステージ３００上に造形材料が連続して配置された場合には、ステージ３００に接して配置された造形材料の部分のことを１層目と呼び、１層目の上に配置された造形材料の部分のことを２層目と呼ぶ。

ステップＳ２４０の部分切削工程にて、制御部５００は、切削用データに従って、切削ユニット２００および移動機構４００を制御することによって、切削工具２１０を用いて、積層体に設けられた削り代をＸ方向に沿って切削する。この制御のことを、部分切削制御と呼ぶ。制御部５００は、部分切削制御を実行することによって、切削工具２１０とステージ３００との相対位置を変化させながら、回転する切削工具２１０を積層体の削り代に接触させることによって、積層体を所望の寸法や表面粗さに加工する。

ステップＳ２５０にて、制御部５００は、三次元造形物ＯＢの作成が完了したか否かを判定する。三次元造形物ＯＢの作成が完了した後とは、造形用データに表された造形パスに従って、三次元造形物ＯＢの造形が完了した後、かつ、切削用データに表された切削パスに従って、三次元造形物ＯＢの切削が完了した後のことを意味する。制御部５００は、造形用データおよび切削用データを用いて、三次元造形物ＯＢの作成が完了したか否かを判断できる。

ステップＳ２５０にて、三次元造形物ＯＢの作成が完了したと判断された場合、制御部５００は、この処理を終了する。一方、ステップＳ２５０にて、三次元造形物ＯＢの作成が完了したと判断されなかった場合、制御部５００は、ステップＳ２６０の加熱工程にて、再加熱部７０の温度を制御することによって、積層体の端面を加熱する。この制御のことを加熱制御と呼ぶ。制御部５００は、加熱制御を実行することによって、予め定められた時間、再加熱部７０を用いて積層体の端面を加熱する。加熱時間は、材料の種類や再加熱部７０の温度に応じて設定される。例えば、制御部５００は、再加熱部７０の温度と加熱時間との関係が表されたマップを用いて加熱時間を設定する。このマップは、予め行われる試験によって、積層体の端面の温度が材料のガラス転移点を超える所定温度に達するまでの時間を調べることによって設定できる。尚、制御部５００は、マップではなく、再加熱部７０の温度と加熱時間との関係が表された関数を用いて加熱時間を設定してもよい。

ステップＳ２６０の加熱工程の後、制御部５００は、ステップＳ２３０に処理を戻して、ステップＳ２３０からステップＳ２５０までの処理を繰り返す。制御部５００は、ステップＳ２５０にて三次元造形物ＯＢの作成が完了したと判断されるまで、ステップＳ２６０の加熱工程と、ステップＳ２３０の部分造形工程と、ステップＳ２４０の部分切削工程とを繰り返し行うことによって、積層体同士がＸ方向に沿って接続され、Ｘ方向に沿った長さが切削工具２１０のＸ方向における切削可能長さＬｅよりも長い三次元造形物ＯＢを造形する。

図１２は、本実施形態における第１部分造形工程を示す工程図である。第１部分造形工程とは、１回目の部分造形工程のことを意味する。図１２には、切削部９０３が二点鎖線で表されている。第１部分造形工程にて、制御部５００は、造形用データに従って、ステップＳ２３０の部分造形制御を実行することによって、ステージ３００上に造形材料を積層して、Ｘ方向に沿った切削部９０３の長さＬ１が切削工具２１０のＸ方向における切削可能長さＬｅよりも短い積層体を造形する。第１部分造形工程にて造形される積層体は、第１部分９１０である。第１部分９１０のことを第１積層体と呼ぶこともある。第１部分９１０は、後述する第２部分造形工程にて、第２部分９２０が接続される側の端面である第１端面９１１を有する。ステージ３００に対する第１端面９１１の傾斜角θ１は、ステージ３００に対するノズル６１の側面の傾斜角θｎよりも小さい。ステージ３００上に造形された第１部分９１０は、ステージ３００や大気に熱を奪われて硬化する。

図１３は、第１部分９１０のXIII－XIII線断面図である。第１部分９１０は、造形部９０１と、支持部９０４と、嵩上部９０５とを有する。図１３では、造形部９０１と、支持部９０４と、嵩上部９０５とに異なる種類のハッチングが施されている。造形部９０１は、本体部９０２と切削部９０３とを有する。支持部９０４は、造形処理の終了後に除去される。本実施形態では、造形部９０１の外周部分の下面を支持するように、支持部９０４が設けられている。嵩上部９０５は、造形処理の終了後に除去される。本実施形態では、造形部９０１および支持部９０４の下面とステージ３００との間に嵩上部９０５が設けられている。

図１４は、本実施形態における第１部分切削工程を示す工程図である。第１部分切削工程とは、１回目の部分切削工程のことを意味する。第１部分切削工程にて、制御部５００は、ステップＳ２４０の部分切削制御を実行することによって、第１部分９１０の切削部９０３を切削する。本実施形態では、制御部５００は、切削工具２１０の回転軸をＸ方向に沿わせて、管形状を有する第１部分９１０の中空部に切削工具２１０を挿入して、回転する切削工具２１０を第１部分９１０の切削部９０３に接触させることによって、第１部分９１０の切削部９０３を切削する。

図１５は、本実施形態における第１加熱工程を示す工程図である。第１加熱工程とは、１回目の加熱工程のことを意味する。第１加熱工程にて、制御部５００は、ステップＳ２６０の加熱制御を実行することによって、第１部分９１０の第１端面９１１を加熱する。制御部５００は、造形用データに従って、再加熱部７０の温度を制御することによって、第１端面９１１を加熱する。

図１６は、本実施形態における第２部分造形工程を示す工程図である。第２部分造形工程とは、２回目の部分造形工程のことを意味する。図１６には、切削部９０３が二点鎖線で表されている。第２部分造形工程にて、制御部５００は、造形用データに従って、ステップＳ２３０の部分造形制御を実行することによって、ステージ３００上に造形材料を積層して、Ｘ方向に沿った切削部９０３の長さＬ２が切削工具２１０のＸ方向における切削可能長さＬｅよりも短い積層体を造形する。第２部分造形工程にて造形される積層体は、第２部分９２０である。第２部分９２０のことを第２積層体と呼ぶこともある。第２部分９２０は、後述する第３部分造形工程にて、第３部分９３０が接続される側の端面である第２端面９２１を有する。ステージ３００に対する第２端面９２１の傾斜角θ２は、ステージ３００に対するノズル６１の側面の傾斜角θｎよりも小さい。ステージ３００上に造形された第２部分９２０は、ステージ３００や第１部分９１０や大気に熱を奪われて硬化する。

図１７は、本実施形態における第２部分切削工程を示す工程図である。第２部分切削工程とは、２回目の部分切削工程のことを意味する。第２部分切削工程にて、制御部５００は、ステップＳ２４０の部分切削制御を実行することによって、第２部分９２０の切削部９０３を切削する。本実施形態では、制御部５００は、切削工具２１０の回転軸をＸ方向に沿わせて、管形状を有する第２部分９２０の中空部に切削工具２１０を挿入して、回転する切削工具２１０を第２部分９１０の切削部９０３に接触させることによって、第２部分９２０の切削部９０３を切削する。

図１８は、本実施形態における第２加熱工程を示す工程図である。第２加熱工程とは、２回目の加熱工程のことを意味する。第２加熱工程にて、制御部５００は、ステップＳ２６０の加熱制御を実行することによって、第２部分９２０の第２端面９２１を加熱する。制御部５００は、造形用データに従って、再加熱部７０の温度を制御することによって、第２端面９２１を加熱する。

図１９は、本実施形態における第３部分造形工程を示す工程図である。第３部分造形工程とは、２回目の部分造形工程のことを意味する。図１９には、切削部９０３が二点鎖線で表されている。第３部分造形工程にて、制御部５００は、ステップＳ２３０の部分造形制御を実行することによって、Ｘ方向に沿って第２部分９２０の第２端面９２１に接続し、Ｘ方向に沿った長さＬ３が切削工具２１０のＸ方向における切削可能長さＬｅよりも短い積層体を造形する。第３部分造形工程にて造形される積層体は、第３部分９３０である。第３部分９３０のことを第３積層体と呼ぶこともある。ステージ３００上に造形された第３部分９３０は、ステージ３００や第２部分９２０や大気に熱を奪われて硬化する。

図２０は、本実施形態における第３部分切削工程を示す工程図である。第３部分切削工程とは、３回目の部分切削工程のことを意味する。第３部分切削工程にて、制御部５００は、ステップＳ２４０の部分切削制御を実行することによって、第３部分９３０の切削部９０３を切削する。制御部５００は、本実施形態では、制御部５００は、切削工具２１０の回転軸をＸ方向に沿わせて、管形状を有する第３部分９３０の中空部に切削工具２１０を挿入して、回転する切削工具２１０を第３部分９３０の切削部９０３に接触させることによって、第３部分９３０の切削部９０３を切削する。

本実施形態では、制御部５００は、第３部分切削工程の後、造形処理を終了する。造形処理が終了した後、ユーザーによって三次元造形物ＯＢがステージ３００から分離され、支持部９０４や嵩上部９０５が除去されたり、三次元造形物ＯＢが炉で焼結されたりして、設計形状に従った三次元造形物ＯＢに仕上げられる。

以上で説明した本実施形態の三次元造形物ＯＢの造形方法によれば、制御部５００は、一度に造形材料を積層した後に切削加工を施した場合には、切削工具２１０が届かずに切削部９０３が残る部分が生じる形状の三次元造形物ＯＢを、第１部分９１０と第２部分９２０と第３部分９３０とに分割して作成するので、切削部９０３を残さずに所望の形状の三次元造形物ＯＢを作成できる。そのため、造形材料の積層と切削加工とによって作成可能な三次元造形物ＯＢの形状の自由度を向上させることができる。特に、本実施形態では、三次元造形物ＯＢの内壁面８２５に設けられた切削部９０３のＸ方向に沿った長さＬｓが、切削工具２１０のＸ方向における切削可能長さＬｅよりも長いので、一度に造形材料を積層した後に切削加工を施した場合には、切削工具２１０が届かずに内壁面８２５に切削部９０３が残る部分が生じる。そこで、制御部５００は、第１部分９１０における切削部９０３のＸ方向に沿った長さＬ１と、第２部分９２０における切削部９０３のＸ方向に沿った長さＬ２と、第３部分９３０における切削部９０３のＸ方向に沿った長さＬ３とが、切削工具２１０のＸ方向における切削可能長さＬｅよりも短くなるように、三次元造形物ＯＢを、第１部分９１０と第２部分９２０と第３部分９３０とに分割して作成する。そのため、内壁面８２５に切削部９０３を残さずに、所望の形状の三次元造形物ＯＢを作成できる。

また、本実施形態では、制御部５００は、第１部分造形工程にて、ステージ３００に対する第１端面９１１の傾斜角θ１が、ステージ３００に対するノズル６１の側面の傾斜角θｎよりも小さくなるように第１部分９１０を造形し、第２部分造形工程にて、ステージ３００に対する第２端面９２１の傾斜角θ２が、ステージ３００に対するノズル６１の側面の傾斜角θｎよりも小さくなるように第２部分９２０を造形する。そのため、第２部分造形工程における第１部分９１０とノズル６１との干渉、および、第３部分造形工程における第２部分９２０とノズル６１との干渉を抑制できる。

また、本実施形態では、制御部５００は、第１部分切削工程と第２部分造形工程との間に、第１部分９１０の第１端面９１１を加熱する第１加熱工程を行い、第２部分切削工程と第３部分造形工程との間に、第２部分９２０の第２端面９２１を加熱する第２加熱工程を行う。そのため、第１部分９１０と第２部分９２０との密着性、および、第２部分９２０と第３部分９３０との密着性を向上させることができる。そのため、第１部分９１０から第３部分９３０に分割して造形された三次元造形物ＯＢの機械的強度を向上させることができる。

また、本実施形態では、制御部５００は、各部分造形工程にて、造形部９０１とステージ３００との間に嵩上部９０５を造形する。そのため、各部分切削工程における切削ユニット２００とステージ３００との干渉を抑制できる。

尚、本実施形態では、ペレット状のＡＢＳ樹脂の材料が用いられたが、吐出ユニット１００において用いられる材料としては、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材料を採用することもできる。ここで、「主材料」とは、三次元造形物の形状を形作っている中心となる材料を意味し、三次元造形物において５０重量％以上の含有率を占める材料を意味する。上述した造形材料には、それらの主材料を単体で溶融したものや、主材料とともに含有される一部の成分が溶融してペースト状にされたものが含まれる。

主材料として熱可塑性を有する材料を用いる場合には、溶融部３０において、当該材料が可塑化することによって造形材料が生成される。「可塑化」とは、熱可塑性を有する材料に熱が加わり溶融することを意味する。

熱可塑性を有する材料としては、例えば、下記のいずれか一つまたは２以上を組み合わせた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（ＰＥＥＫ）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、溶融部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は、ノズル孔６２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孔６２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、ノズル孔６２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を射出するために、ノズル孔６２の周囲にはヒーターが設けられてもよい。

吐出ユニット１００では、上述した熱可塑性を有する材料の代わりに、例えば、以下の金属材料が主材料として用いられてもよい。この場合には、下記の金属材料を粉末状にした粉末材料に、造形材料の生成の際に溶融する成分が混合されて、溶融部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。
＜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。

吐出ユニット１００においては、上記の金属材料の代わりに、セラミック材料を主材料として用いることが可能である。セラミック材料としては、例えば、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどの酸化物セラミックスや、窒化アルミニウムなどの非酸化物セラミックスなどが使用可能である。主材料として、上述したような金属材料やセラミック材料を用いる場合には、ステージ３００に配置された造形材料は、例えばレーザーの照射や温風などによる焼結によって硬化されてもよい。

材料供給部２０に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、溶融部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。

Ｂ．他の実施形態：
（Ｂ１）上述した各実施形態では、第１加熱工程にて、制御部５００は、再加熱部７０を用いて、第１部分９１０の第１端面９１１を加熱し、第２加熱工程にて、制御部５００は、再加熱部７０を用いて、第２部分９２０の第２端面９２１を加熱する。これに対して、第１加熱工程と第２加熱工程とが行われなくてもよい。

（Ｂ２）上述した実施形態では、第１加熱工程にて、制御部５００は、再加熱部７０を用いて、第１部分９１０の第１端面９１１を所定時間加熱し、第２加熱工程にて、制御部５００は、再加熱部７０を用いて、第２部分９２０の第２端面９２１を所定時間加熱する。これに対して、各加熱工程にて、制御部５００は、各端面９１１，９２１が所定温度に達するまで、再加熱部７０を用いて、各端面９１１，９２１を加熱してもよい。例えば、制御部５００は、温度センサーを用いて、各端面９１１，９２１の温度を取得し、取得した温度が材料のガラス転移点以上の所定温度に達した場合に、再加熱部７０による加熱を停止してもよい。この場合、より確実に各部分９１０～９３０同士の密着性を向上させることができる。尚、温度センサーとして、例えば、熱電対等の接触式温度計や、赤外線温度計等の非接触式温度計を用いることができる。所定温度は、材料の種類に応じて予め設定される。

（Ｂ３）上述した実施形態では、制御部５００は、第１部分造形工程にて、ステージ３００に対する第１端面９１１の傾斜角θ１が、ステージ３００に対するノズル６１の側面の傾斜角θｎよりも小さくなるように第１部分９１０を造形し、第２部分造形工程にて、ステージ３００に対する第２端面９２１の傾斜角θ２が、ステージ３００に対するノズル６１の側面の傾斜角θｎよりも小さくなるように第２部分９２０を造形する。これに対して、各部分造形工程にて、制御部５００は、各端面９１１，９２１がステージ３００に対するノズル６１の側面の傾斜角θｎ以上となるように各部分９１０，９２０を造形してもよい。この場合、例えば、第１切削工程にて、ステージ３００に対する第１端面９１１の傾斜角θ１が、ステージ３００に対するノズル６１の側面の傾斜角θｎよりも小さくなるように切削加工を施すことによって、第２部分造形工程における第１部分９１０とノズル６１との干渉を抑制することができる。また、第２切削工程にて、ステージ３００に対する第２端面９２１の傾斜角θ２が、ステージ３００に対するノズル６１の側面の傾斜角θｎよりも小さくなるように切削加工を施すことによって、第３部分造形工程における第２部分９２０とノズル６１との干渉を抑制することができる。

（Ｂ４）上述した実施形態では、三次元造形物ＯＢの内壁面８２５に設けられた切削部９０３のＸ方向に沿った長さＬｓは、切削工具２１０のＸ方向における切削可能長さＬｅよりも長い。これに対して、切削部９０３のＸ方向に沿った長さＬｓは、切削工具２１０のＸ方向における切削可能長さＬｅよりも短くてもよい。

（Ｂ５）上述した実施形態では、データ生成処理にて、データ生成部１６は、それぞれの部分９１０～９３０のＸ方向に沿った切削部９０３の長さＬ１～Ｌ３が切削工具２１０のＸ方向における切削可能長さＬｅよりも短くなるように第２形状ＳＰ２を分割している。これに対して、データ生成部１６は、それぞれの部分９１０～９３０のＸ方向に沿った切削部９０３の長さＬ１～Ｌ３が切削工具２１０のＸ方向における切削可能長さＬｅよりも短くなるように造形パスを分割してもよい。この場合であっても、一度に造形材料を積層した後に切削加工を施した場合には、切削工具２１０が届かずに切削部９０３が残ってしまう形状の三次元造形物ＯＢを、第１部分９１０と第２部分９２０と第３部分９３０とに分割して作成できる。

（Ｂ６）図２１は、他の形態としての三次元造形物ＯＢ２を示す説明図である。図２１には、第３部分造形工程後、かつ、第３部分切削工程前の三次元造形物ＯＢ２を表している。三次元造形物ＯＢ２は、直線の管形状を有している。三次元造形物ＯＢ２は、管の中心軸ＣＬがＺ方向に平行になるようにステージ３００上に配置されている。三次元造形物ＯＢ２には、管の内壁面８２５に切削部９０３が設けられている。三次元造形物ＯＢ２に設けられた切削部９０３のＺ方向に沿った長さＬｓは、切削工具２１０のＺ方向における切削可能長さＬｅよりも長いので、一度に造形材料を積層した後に切削加工を施して三次元造形物ＯＢ２を作成する場合には、切削工具２１０が届かずに切削部９０３が残る部分が生じる。そこで、制御部５００は、第１部分９１０ｂにおける切削部９０３のＺ方向に沿った長さＬ１と、第２部分９２０ｂにおける切削部９０３のＺ方向に沿った長さＬ２と、第３部分９３０ｂにおける切削部９０３のＺ方向に沿った長さＬ３とが、切削工具２１０のＺ方向における切削可能長さＬｅよりも短くなるように、三次元造形物ＯＢ２を、第１部分９１０ｂと第２部分９２０ｂと第３部分９３０ｂとに分割して作成する。そのため、切削部９０３を残さずに、所望の形状の三次元造形物ＯＢ２を作成できる。

（Ｂ７）図２２は、他の形態としての三次元造形物ＯＢ３を示す説明図である。図２２には、第３部分造形工程後、かつ、第３部分切削工程前の三次元造形物ＯＢ３を表している。三次元造形物ＯＢ３は、屈曲した管形状を有している。三次元造形物ＯＢ３は、管の中心軸ＣＬがステージ３００に平行になるように、ステージ３００上に配置されている。三次元造形物ＯＢ３は、一方の端部から順に、Ｘ方向に平行な第１方向に沿って延びた部分と、Ｘ方向に交差し、かつ、ステージ３００に平行な第２方向に延びた部分と、第１方向に延びた部分とを有している。三次元造形物ＯＢ３には、管の内壁面８２５に切削部９０３が設けられている。三次元造形物ＯＢ３に設けられた切削部９０３の第１方向に沿った長さＬｓは、切削工具２１０の第１方向における切削可能長さＬｅよりも長い。三次元造形物ＯＢ３は、屈曲した管形状を有しているので、一度に造形材料を積層した後に切削加工を施して三次元造形物ＯＢ３を作成する場合には、切削工具２１０が届かずに切削部９０３が残る部分が生じる。そこで、制御部５００は、第１部分９１０ｃと第２部分９２０ｃと第３部分９３０ｃとが、それぞれ、直線の管形状になるように、三次元造形物ＯＢ３を、第１部分９１０ｃと第２部分９２０ｃと第３部分９３０ｃとに分割して作成する。この際に、制御部５００は、第１部分９１０ｃにおける切削部９０３の第１方向に沿った長さＬ１が切削工具２１０の第１方向における切削可能長さＬｅよりも短く、第２部分９２０ｃにおける切削部９０３の第２方向に沿った長さＬ２が切削工具２１０の第２方向における切削可能長さＬｅよりも短く、第３部分９３０ｃにおける切削部９０３の第１方向に沿った長さＬ３が切削工具２１０の第１方向における切削可能長さＬｅよりも短くなるように、三次元造形物ＯＢ３を、第１部分９１０ｃと第２部分９２０ｃと第３部分９３０ｃとに分割して作成する。そのため、切削部９０３を残さずに、所望の形状の三次元造形物ＯＢ３を作成できる。

（Ｂ８）図２３は、他の形態としての吐出ユニット１００ｂの概略構成を示す説明図である。吐出ユニット１００ｂは、インラインスクリュー１４０とバレル５０ｂとを有する溶融部３０ｂを備えてもよい。インラインスクリュー１４０は、中心軸ＲＸに沿った方向の長さが直径よりも大きい略円柱形状を有している。インラインスクリュー１４０は、中心軸ＲＸがＺ方向に平行になるように配置されている。インラインスクリュー１４０の円柱の側面には、螺旋状の溝部１４５が設けられている。インラインスクリュー１４０は、上端部に接続された駆動モーター３２によって回転する。バレル５０ｂは、インラインスクリュー１４０の外周を覆う円筒形状を有している。バレル５０ｂには、円筒の内壁面に、インラインスクリュー１４０に対向するスクリュー対向面５２ｂが設けられている。バレル５０ｂには、インラインスクリュー１４０の溝部１４５に対向する位置に、ヒーター５８ｂが内蔵されている。バレル５０ｂの円筒の底面には、インラインスクリュー１４０の中心軸ＲＸ上に、連通孔５６が設けられている。この形態であっても、溶融部３０ｂは、インラインスクリュー１４０の回転、および、ヒーター５８ｂによる加熱によって、材料供給部２０から溝部１４５に供給された材料を溶融して造形材料を生成し、連通孔５６から送出できる。尚、インラインスクリュー１４０のことを単にスクリューと呼ぶこともある。ヒーター５８ｂのことを加熱部と呼ぶこともある。

Ｃ．他の形態：
本開示は、上述した実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実現することができる。例えば、本開示は、以下の形態によっても実現可能である。以下に記載した各形態中の技術的特徴に対応する上記実施形態中の技術的特徴は、本開示の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本開示の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

（１）本開示の第１の形態によれば、予め定められた切削方向に最大で第１長さ切削可能な切削工具を用いる三次元造形物の造形方法が提供される。この三次元造形物の造形方法は、造形材料を積層することによって、第１方向に沿った長さが前記第１長さよりも短い第１部分を造形する第１部分造形工程と、前記切削方向を前記第１方向に沿わせた前記切削工具によって、前記第１部分を切削する第１部分切削工程と、前記造形材料を積層することによって、前記第１部分の前記第１方向における第１端面に接続し、第２方向に沿った長さが前記第１長さよりも短い第２部分を造形する第２部分造形工程と、前記切削方向を前記第２方向に沿わせた前記切削工具によって、前記第２部分を前記第２方向に沿って切削する第２部分切削工程と、を有する。
この形態の三次元造形物の造形方法によれば、一度に造形材料を積層した後に切削加工を施した場合には、切削工具が届かずに削り代が残る部分が生じる三次元造形物を、削り代を残さずに所望の形状で作成できる。そのため、造形材料の積層と切削加工とによって作成可能な三次元造形物の形状の自由度を向上させることができる。

（２）上記形態の三次元造形物の造形方法において、前記第１方向と前記第２方向とが同じ方向であってもよい。
この形態の三次元造形物の造形方法によれば、削り代が第１方向に沿って設けられた三次元造形物を、所望の形状で作成できる。

（３）上記形態の三次元造形物の造形方法において、前記第１方向と前記第２方向とが異なる方向であってもよい。
この形態の三次元造形物の造形方法によれば、一方向から切削加工を施すだけでは切削工具が届かずに削り代が残る部分が生じる三次元造形物を、所望の形状で作成できる。

（４）上記形態の三次元造形物の造形方法において、前記第１方向における前記第１部分と前記第２部分とを合わせた長さと、前記第２方向における前記第１部分と前記第２部分とを合わせた長さとの少なくともいずれか一方は、前記第１長さよりも長くてもよい。
この形態の三次元造形物の造形方法によれば、長尺な形状を有するために、切削工具が届かずに削り代が残る部分が生じる三次元造形物を、所望の形状で作成できる。

（５）上記形態の三次元造形物の造形方法において、前記第１部分における前記第１端面の、前記造形材料が積層されるステージに対する傾斜角は、前記造形材料を吐出するノズルにおける側面の、前記ステージに対する傾斜角よりも小さくてもよい。
この形態の三次元造形物の造形方法によれば、第１部分に接続する第２部分を造形する際に、ノズルと第１部分とが干渉することを抑制できる。

（６）上記形態の三次元造形物の造形方法において、前記第１部分の前記第１端面を、前記第２部分造形工程に先立って加熱する加熱工程を有してもよい。
この形態の三次元造形物の造形方法によれば、第１部分と第２部分との密着性を向上させることができるので、三次元造形物の機械的強度を向上させることができる。

（７）上記形態の三次元造形物の造形方法において、前記第１部分は、ステージに接して造形され、前記第１部分における前記第１部分切削工程にて切削される削り代と前記ステージとの距離を確保するための嵩上部を有してもよい。
この形態の三次元造形物の造形方法によれば、第１部分に切削加工を施す際に、切削に用いられる装置とステージとが干渉することを抑制できる。

本開示は、三次元造形物の造形方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、三次元造形装置、三次元造形装置の制御方法、データ生成装置、データ生成方法等の形態で実現することができる。

１０…三次元造形装置、１５…情報処理装置、１６…データ生成部、２０…材料供給部、２２…供給路、３０，３０ｂ…溶融部、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、４１…上面、４２…溝形成面、４３…側面、４５…溝部、４６…中央部、４７…渦状部、４８…材料導入部、５０，５０ｂ…バレル、５２，５２ｂ…スクリュー対向面、５４…案内溝、５６…連通孔、５８，５８ｂ…ヒーター、６０…吐出部、６１…ノズル、６２…ノズル孔、６５…ノズル流路、７０…再加熱部、１００，１００ｂ…吐出ユニット、１４０…インラインスクリュー、１４５…溝部、２００…切削ユニット、２１０…切削工具、３００…ステージ、３１０…造形面、４００…移動機構、５００…制御部、８１０…屈曲部、８２０…直線部、８２５…内壁面、９０１…造形部、９０２…本体部、９０３…切削部、９０４…支持部、９０５…嵩上部、９１０，９１０ｂ，９１０ｃ…第１部分、９１１…第１端面、９２０，９２０ｂ，９２０ｃ…第２部分、９２１…第２端面、９３０，９３０ｂ，９３０ｃ…第３部分

Claims (7)

1. 予め定められた切削方向に最大で第１長さ切削可能な切削工具を用いる三次元造形物の造形方法であって、
   ノズルから吐出される造形材料をステージの造形面に垂直な積層方向に積層することによって、前記積層方向と交わる第１方向に沿った長さが前記第１長さよりも短い第１部分を造形する第１部分造形工程と、
   前記切削方向を前記第１方向に沿わせた前記切削工具によって、前記第１部分を前記第１方向に沿って切削する第１部分切削工程と、
   前記ノズルから吐出される前記造形材料を前記積層方向に積層することによって、前記第１部分の前記第１方向における第１端面に接続し、前記積層方向と交わる第２方向に沿った長さが前記第１長さよりも短い第２部分を造形する第２部分造形工程と、
   前記切削方向を前記第２方向に沿わせた前記切削工具によって、前記第２部分を前記第２方向に沿って切削する第２部分切削工程と、
   を有し、
   前記造形面に対する前記第１端面の傾斜角は、前記第２部分造形工程における前記ステージに対する前記ノズルの側面の傾斜角よりも小さい、
   三次元造形物の造形方法。
2. 請求項１に記載の三次元造形物の造形方法であって、
   前記第１方向と前記第２方向とが同じ方向である、三次元造形物の造形方法。
3. 請求項１に記載の三次元造形物の造形方法であって、
   前記第１方向と前記第２方向とが異なる方向である、三次元造形物の造形方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の三次元造形物の造形方法であって、
   前記第１方向における前記第１部分と前記第２部分とを合わせた長さと、前記第２方向における前記第１部分と前記第２部分とを合わせた長さとの少なくともいずれか一方は、前記第１長さよりも長い、三次元造形物の造形方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の三次元造形物の造形方法であって、
   前記第１部分は、前記第１方向に沿って内壁面が延びる管形状を有し、
   前記第１部分切削工程では、前記第１部分の内壁面を前記第１方向に沿って切削し、
   前記第２部分は、前記第２方向に沿って内壁面が延びる管形状を有し、
   前記第２部分切削工程では、前記第２部分の内壁面を前記第２方向に沿って切削する、三次元造形物の造形方法。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の三次元造形物の造形方法であって、
   前記第１部分の前記第１端面を、前記第２部分造形工程に先立って加熱する加熱工程を有する、三次元造形物の造形方法。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の三次元造形物の造形方法であって、
   前記第１部分は、前記ステージに接して造形され、前記第１部分における前記第１部分切削工程にて切削される削り代と前記ステージとの距離を確保するための嵩上部を有する、三次元造形物の造形方法。

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