JP7353745B2

JP7353745B2 - 三次元造形物の製造方法、三次元造形装置、造形物及び記録媒体

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Description

本発明は、三次元造形物の製造方法、三次元造形装置、造形物及び記録媒体に関する。

近年、三次元造形装置は、造形速度及び造形精度の向上によって、試作品やモックアップモデルに限らず、自動車や鉄道車両の部品など一部の量産製品の製造にも使用されるようになってきている。積層方式の三次元造形では、一層分の造形材を硬化させた後、その層の表面に次の層の造形材を供給し、次の層の造形材を硬化させて、三次元造形物を製造する。

一方、特許文献１には、ねじ山のような微細な形状を必要とする部分は、硬化深度を浅くして造形し、ねじの軸芯部にあたる中実の部分は、硬化深度を深くして、積層厚みを大きくすることが記載されている。この特許文献１には、その効果として、造形時間を短縮することができることが記載されている。

特開平１０－１１９１３６号公報

ところで、三次元造形装置を用いて製造される三次元造形物においては、積層構造をとるため、互いに隣接する二つの層間には境界面が形成されることになる。したがって、層間の密着性が低く、境界面において剥離が生じやすくなっており、三次元造形物の強度が低いものであった。特許文献１に記載の方法においても、中実の部分の強度は高くなるものの、中実の部分と中実の部分との境界面において剥離が生じやすくなっているため、三次元造形物の強度は依然として低いものであった。

そこで、本発明は、三次元造形物の機械的な強度を向上させることを目的とする。

本発明の一態様は、光硬化性の造形材に光を照射して層状に硬化させ、三次元造形物を製造する製造方法であって、第ｎ－１層（ｎは２以上の自然数）の第１の領域に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成するｎ－１層形成工程と、第ｎ層の第１の領域に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ層形成工程と、第ｎ＋１層の第１の領域に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ＋１層形成工程と、前記第ｎ＋１層形成工程の後に、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれの第２の領域に光を照射して前記造形材の硬化部分を形成する硬化工程と、を含み、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれの前記第２の領域は、積層方向からみて少なくとも一部が重なり、前記第ｎ層形成工程において前記第ｎ層の前記第１の領域に照射する光より強度の強い光を、前記硬化工程において前記第ｎ層の前記第２の領域に照射し、前記硬化工程を、前記第１の領域及び前記第２の領域以外の前記三次元造形物を構成しない領域であって、前記造形材の硬化が行われない領域である第３の領域に未硬化の前記造形材が存在した状態で行う、ことを特徴とする三次元造形物の製造方法である。

本発明の一態様は、光硬化性の造形材に光を照射して層状に硬化させ、三次元造形物を製造する製造方法であって、第ｎ－１層（ｎは２以上の自然数）の第１の領域に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成するｎ－１層形成工程と、第ｎ層の第１の領域に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ層形成工程と、第ｎ＋１層の第１の領域に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ＋１層形成工程と、前記第ｎ＋１層形成工程の後に、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれの第２の領域に光を照射して前記造形材の硬化部分を形成する硬化工程と、を含み、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれの前記第２の領域は、積層方向からみて少なくとも一部が重なり、前記第ｎ層形成工程において前記第ｎ層の前記第１の領域に照射する光より強度の弱い光を、前記ｎ層形成工程において前記第ｎ層の前記第２の領域に照射し、前記硬化工程を、前記第１の領域及び前記第２の領域以外の前記三次元造形物を構成しない領域であって、前記造形材の硬化が行われない領域である第３の領域に未硬化の前記造形材が存在した状態で行う、ことを特徴とする三次元造形物の製造方法である。
本発明の一態様は、光硬化性の造形材に光を照射して層状に硬化させ、三次元造形物を製造する製造方法であって、第ｎ－１層（ｎは２以上の自然数）の第１の領域に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成するｎ－１層形成工程と、第ｎ層の第１の領域に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ層形成工程と、第ｎ＋１層の第１の領域に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ＋１層形成工程と、前記第ｎ＋１層形成工程の後に、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれの第２の領域に光を照射して前記造形材の硬化部分を形成する硬化工程と、を含み、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれの前記第２の領域は、積層方向からみて少なくとも一部が重なり、前記第ｎ層の前記第２の領域に照射される光の強度が、前記第ｎ層の前記第１の領域に向かって段階的にまたは連続的に増加する、ことを特徴とする三次元造形物の製造方法である。
本発明の一態様は、三次元形状データを所定のピッチでスライスして生成されるスライスデータに基づいて硬化させた光硬化性の造形材の硬化物を積層して造形を行う三次元造形装置であって、制御手段と、前記制御手段によって制御され、前記造形材を硬化させる光を照射する露光ユニットと、を備え、前記制御手段が、前記スライスデータに含まれる、第ｎ－１層（ｎは２以上の自然数）、第ｎ層、および第ｎ＋１層のデータを、それぞれ第１の領域と第２の領域とこれら第１の領域と第２の領域以外の前記造形材の硬化を行わない第３の領域とに分け、その際、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれのデータに含まれる前記第２の領域が、前記ピッチの方向において少なくとも一部重なるように設定し、前記第１の領域と第２の領域とに分けられた各層のデータに従って前記露光ユニットを制御し、前記第ｎ－１層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成するｎ－１層形成工程と、前記第ｎ層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ層形成工程と、前記第ｎ＋１層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ＋１層形成工程と、前記第ｎ＋１層形成工程の後に、前記第３の領域に対応する部分に未硬化の前記造形材が存在した状態で、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれのデータに含まれる前記第２の領域に対応する部分に光を照射する硬化工程と、を実行させ、前記第ｎ層形成工程において前記第ｎ層の前記第１の領域に照射する光より強度の強い光を、前記硬化工程において前記第ｎ層の前記第２の領域に照射させることを特徴とする三次元造形装置である。
本発明の一態様は、三次元形状データを所定のピッチでスライスして生成されるスライスデータに基づいて硬化させた光硬化性の造形材の硬化物を積層して造形を行う三次元造形装置であって、制御手段と、前記制御手段によって制御され、前記造形材を硬化させる光を照射する露光ユニットと、を備え、前記制御手段が、前記スライスデータに含まれる、第ｎ－１層（ｎは２以上の自然数）、第ｎ層、および第ｎ＋１層のデータを、それぞれ第１の領域と第２の領域とこれら第１の領域と第２の領域以外の前記造形材の硬化を行わない第３の領域とに分け、その際、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれのデータに含まれる前記第２の領域が、前記ピッチの方向において少なくとも一部重なるように設定し、前記第１の領域と第２の領域とに分けられた各層のデータに従って前記露光ユニットを制御し、前記第ｎ－１層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成するｎ－１層形成工程と、前記第ｎ層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ層形成工程と、前記第ｎ＋１層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ＋１層形成工程と、前記第ｎ＋１層形成工程の後に、前記第３の領域に対応する部分に未硬化の前記造形材が存在した状態で、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれのデータに含まれる前記第２の領域に対応する部分に光を照射する硬化工程と、を実行させ、前記第ｎ層形成工程において前記第ｎ層の前記第１の領域に照射する光より強度の弱い光を、前記ｎ層形成工程において前記第ｎ層の前記第２の領域に照射させる、ことを特徴とする三次元造形装置である。
本発明の一態様は、三次元形状データを所定のピッチでスライスして生成されるスライスデータに基づいて硬化させた光硬化性の造形材の硬化物を積層して造形を行う三次元造形装置であって、制御手段と、前記制御手段によって制御され、前記造形材を硬化させる光を照射する露光ユニットと、を備え、前記制御手段が、前記スライスデータに含まれる、第ｎ－１層（ｎは２以上の自然数）、第ｎ層、および第ｎ＋１層のデータを、それぞれ第１の領域と第２の領域とこれら第１の領域と第２の領域以外の前記造形材の硬化を行わない第３の領域とに分け、その際、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれのデータに含まれる前記第２の領域が、前記ピッチの方向において少なくとも一部重なるように設定し、前記第１の領域と第２の領域とに分けられた各層のデータに従って前記露光ユニットを制御し、前記第ｎ－１層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成するｎ－１層形成工程と、前記第ｎ層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ層形成工程と、前記第ｎ＋１層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ＋１層形成工程と、前記第ｎ＋１層形成工程の後に、前記第３の領域に対応する部分に未硬化の前記造形材が存在した状態で、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれのデータに含まれる前記第２の領域に対応する部分に光を照射する硬化工程と、を実行させ、前記第ｎ層の前記第２の領域に照射される光の強度を、前記第ｎ層の前記第１の領域に向かって段階的にまたは連続的に増加させる、ことを特徴とする三次元造形装置である。
本発明の一態様は、光硬化性の造形材の硬化物が層状に複数積層されてなる造形物であって、前記複数の層のうちの一つの層である第ｎ層（ｎは２以上の自然数）は、第ｎ＋１層との境界がない第一部分と、第ｎ－１層との境界がなく第ｎ＋１層との境界がある第二部分と、前記第一部分と前記第二部分との間に位置し、前記第ｎ－１層との境界と、前記第ｎ＋１層との境界と、前記第一部分との境界と、前記第二部分との境界とがある第三部分と、を有し、前記複数の層のうちの一つの層である第ｎ＋ｘ層(ｘは２以上の自然数)は、前記第一部分と、前記第ｎ層との間に境界がある第四部分と、前記第一部分と前記第四部分との間に位置し、前記第一部分の境界と、前記第四部分との境界とがある第五部分と、を有することを特徴とする造形物である。
本発明の一態様は、制御手段と、前記制御手段によって制御され、光硬化性の造形材を硬化させる光を照射する露光ユニットと、を備え、三次元形状データを所定のピッチでスライスして生成されるスライスデータに基づいて前記造形材に光を照射し、前記造形材の硬化物を積層して造形を行う三次元造形装置に用いられる造形用データが記載された、非一過性の記録媒体であって、前記造形用データは、前記スライスデータに含まれる、第ｎ－１層（ｎは２以上の自然数）、第ｎ層、および第ｎ＋１層のデータを、それぞれ第１の領域と第２の領域とこれら第１の領域と第２の領域以外の前記造形材の硬化を行わない第３の領域とに分け、その際、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれのデータに含まれる前記第２の領域が、前記ピッチの方向において少なくとも一部重なるように設定し、前記第１の領域と第２の領域とに分けられた各層のデータに従って前記露光ユニットを制御し、前記第１の領域と第２の領域とに分けられた各層のデータに従って、前記第ｎ－１層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成するｎ－１層形成工程と、前記第ｎ層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ層形成工程と、前記第ｎ＋１層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ＋１層形成工程と、前記第ｎ＋１層形成工程の後に、前記第３の領域に対応する部分に未硬化の前記造形材が存在した状態で、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれのデータに含まれる前記第２の領域に対応する部分に光を照射する硬化工程と、を前記三次元造形装置に実行させ、前記第ｎ層形成工程において、前記第ｎ層の前記第１の領域に照射する光より強度の強い光を、前記硬化工程において前記第ｎ層の前記第２の領域に照射、前記第ｎ層の前記第１の領域に照射する光より強度の弱い光を、前記ｎ層形成工程において前記第ｎ層の前記第２の領域に照射、もしくは、前記第ｎ層の前記第２の領域に照射される光の強度の、前記第ｎ層の前記第１の領域に向かって段階的にまたは連続的な増加の少なくともいずれか一つを実行させることを特徴とする非一過性の記録媒体である。

本発明によれば、三次元造形物の機械的な強度が向上する。

第１実施形態に係る三次元造形装置を示す模式図である。第１実施形態に係る製造方法により製造される三次元造形物の一例を示す断面図である。（ａ）～（ｃ）は、第１実施形態に係る三次元造形物Ｗの製造方法を説明するための図である。（ａ）～（ｃ）は、第１実施形態に係る三次元造形物Ｗの製造方法を説明するための図である。（ａ），（ｂ）は、第１実施形態に係る三次元造形物Ｗの製造方法を説明するための図である。第１実施形態において光を照射する方向の説明図である。（ａ）は、第２実施形態における三次元造形物の製造方法の説明図である。（ｂ）は、第３実施形態における三次元造形物の製造方法の説明図である。第４実施形態における三次元造形物の製造方法の説明図である。第５実施形態に係る三次元造形装置を示す模式図である。（ａ）は、実施例１において作製した試験片の斜視図、（ｂ）は、試験片の平面図、（ｃ）は、試験片の断面図である。実施例２において作製した試験片の一部を示す平面図である。（ａ）は、実施例３において作製した試験片の斜視図、（ｂ）は、実施例３において作製した試験片の断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明で、三次元造形物は、完成品に限らず、全層のうち途中層まで積層した半完成品も指す。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る三次元造形装置１００を示す模式図である。三次元造形装置１００は、光造形法により三次元造形物Ｗを製造する３Ｄプリンタである。三次元造形装置１００は、造形材の一例である液状の光硬化性樹脂Ｒを貯留する容器１０１と、造形テーブル１０２と、造形テーブル１０２を駆動する駆動部１０３と、駆動部１０３を制御する駆動制御部１０４とを備えている。また、三次元造形装置１００は、硬化手段の一例である露光ユニット１０５と、露光ユニット１０５を制御する露光制御部１０６と、を備えている。更に、三次元造形装置１００は、装置全体を統括的に制御する装置制御部１０７を備えている。駆動制御部１０４、露光制御部１０６及び装置制御部１０７により、制御手段の一例である制御システム１２０が構成されている。本実施形態の三次元造形装置１００は、造形テーブル１０２を下降させて造形物を造形する沈降方式を採用している。

容器１０１に貯留される液状の光硬化性樹脂Ｒは、特定の波長域の光が照射されると硬化（固化）する液状の樹脂であり、本実施形態では、ＵＶ光（紫外光）により硬化する樹脂である。光硬化性樹脂Ｒの材質としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等、種々の樹脂材を用いることが可能であるが、アクリル系樹脂であるのが好ましい。

装置制御部１０７は、ＣＰＵ３０１、ＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３及びＩ／Ｏ３０４等を有するコンピュータで構成される。ＣＰＵ３０１は、予めＲＯＭ３０２等に記憶された制御プログラムに従って駆動制御部１０４及び露光制御部１０６に指令やデータを送ることで、装置全体を制御する。また、本実施野形態において、上記ＲＯＭ３０２は、複数の層を積み重ねて造形物を造形するための三次元造形装置に用いるデータが記載された非一過性の記録媒体となっている。

造形テーブル１０２は、垂直方向（上下方向）であるＺ方向に移動可能に容器１０１の内部に配置されている。駆動部１０３は、ステッピングモータ等のモータと、モータの回転運動を直線運動に変換する機構、例えば送りねじ機構とを有して構成され、造形テーブル１０２をＺ方向に移動させる。駆動制御部１０４は、装置制御部１０７の指令に従って駆動部１０３を制御する。

露光ユニット１０５は、光源１１１及びスポット光源１１２からなる光源部である光源ユニット１１０と、液晶パネル１１３と、スポット光源１１２の位置及び姿勢を調整可能なレール１１４と、を備えている。

光源１１１は、ＵＶ光Ｌ１を広域に照射するものである。液晶パネル１１３は、Ｚ方向に直交する水平方向の２方向であるＸＹ方向にマトリックス状に配列された複数のセルを有し、複数のセルにＵＶ光Ｌ１が照射されるよう、光源１１１と造形テーブル１０２との間に配置されている。なお、液晶パネル１１３を省略してもよく、液晶パネル１１３を省略した場合には、光源１１１にＤＬＰのような露光素子を用いれば、選択的にＵＶ光Ｌ１を照射することができる。スポット光源１１２は、ＵＶ光をスポット的に照射するものである。いずれの光源１１１，１１２も、照射するＵＶ光の光強度を調整可能となっている。

露光制御部１０６は、光源１１１及びスポット光源１１２を駆動して発光させ、液晶パネル１１３の各セルにおける光の透過量を制御することで、造形テーブル１０２上の光硬化性樹脂Ｒに所望のパターンのＵＶ光Ｌ２を露光するよう制御する。

三次元造形物Ｗの一層分のパターンのＵＶ光Ｌ２が液状の光硬化性樹脂Ｒに照射されると、照射された部位の光硬化性樹脂Ｒが硬化し、造形テーブル１０２上に三次元造形物Ｗの一層分の硬化物が形成される。駆動部１０３が一層の厚み分、造形テーブル１０２を下降させて硬化物を順次積層していくことで三次元造形物Ｗを形成することができる。

図２は、後述する製造方法により製造される三次元造形物Ｗの一例を示す断面図である。図２に示す三次元造形物Ｗは、例えばタワー型の先細り形状の造形物である。三次元造形物Ｗは、三次元造形装置１００が沈降方式であるため、下から上に向かって硬化物が順次積層されて造形される。

三次元造形物Ｗは、積層方向であるＺ方向に一層ずつ硬化させて積層された硬化物からなる積層部４３０と、Ｚ方向に連続する複数の層に跨って配置された、硬化物からなる複数のシームレス部４３１～４３６とで構成されている。具体的には、例えば、第ｎ層は、任意の層を第ｎ層とした時、第ｎ層（ｎは２以上の自然数）の硬化部を形成する。それとともに、第ｎ層の硬化部と接する領域であって造形材の未硬化部である第一部分４３３と、前記第ｎ層の硬化部と接する領域であって造形材の未硬化部であり第ｎ－1層の未硬化部と連通する第二部分４３２と、を形成する（第ｎ層形成工程／第ｎ層形成処理）。

第ｎ層形成工程の後、次の第ｎ＋１層は、造形材を硬化させて、第ｎ層の未硬化部である第二部分４３２と接する領域に第ｎ＋１層の硬化部を形成する。それとともに、第ｎ＋１層の硬化部と接する領域であって造形材の未硬化部である第ｎ層の未硬化部である第一部分４３３と連通した第三部分４３３を形成する（第ｎ＋１層形成工程／第ｎ＋１層形成処理）。

これを繰り返すことで、硬化部である積層部４３０と、未硬化部であるシームレス部４３１～４３６が形成される。硬化部である積層部４３０と、未硬化部であるシームレス部４３１～４３６とは、同じ材料で形成されている。複数のシームレス部４３１～４３６を形成することで、各シームレス部４３１～４３６が楔として作用し、積層部４３０における層間の密着力を高めることができる。

また、複数のシームレス部４３１～４３６のうち、二つのシームレス部４３２，４３３がＺ方向にずれて配置され、かつ二つのシームレス部４３２，４３３の一部同士がＺ方向で同じ位置に配置されている。シームレス部４３２の一部とシームレス部４３３の一部とをＺ方向でオーバーラップさせることで、シームレス部４３２のＺ方向の境界面を含む層と、これに隣接する層とが、楔として作用するシームレス部４３３により密着力を高めることができる。同様に、シームレス部４３３のＺ方向の境界面を含む層と、これに隣接する層とが、楔として作用するシームレス部４３２により密着力を高めることができる。このように、二つのシームレス部４３２，４３３の一部同士がＺ方向で同じ位置に形成されることで、楔としての相互作用により、積層部４３０における層間の密着力を高めることができ、三次元造形物Ｗの強度を高めることができる。

同様に、二つのシームレス部４３３，４３４の一部同士がＺ方向で同じ位置に形成されており、シームレス部４３４，４３５の一部同士がＺ方向で同じ位置に形成されている。このため、同様に、楔としての相互作用により、積層部４３０における層間の密着力を高めることができ、三次元造形物Ｗの強度を高めることができる。具体的には、図２に示す、例えば、任意の層を第ｎ層とした時、第ｎ＋１層と境界がない第一部分（４３３）と、第ｎ－１層と境界がなく、第ｎ＋１層と境界のある第二部分（４３２）とを有する。

なお、三次元造形物Ｗにおいて、図２に示すように、積層部４３０の各層の硬化物同士、及び積層部４３０とシームレス部４３１～４３６との間に境界面が形成される。境界面は造形物の断面を切り出し、その断面を観察することにより境界の有無を確認する。目視で確認することができない場合は、その断面を電子顕微鏡により観察し、各層の間に線が確認されれば、境界（境界面）があるものとする。境界面がない、即ち製造過程で境界面が消失することもある。三次元造形物Ｗにおいて境界面が消失している場合であっても、製造過程においては、積層部４３０は、一層ずつ積層して形成され、シームレス部４３１～４３６は、それぞれ一括して形成されるものである。

以下、本実施形態に係る三次元造形物Ｗの製造方法について具体的に説明する。なお、装置制御部１０７が駆動制御部１０４に指令を送信し、指令を受信した駆動制御部１０４が指令に従って駆動部１０３を駆動し、駆動部１０３の駆動により造形テーブル１０２が上下方向（Ｚ方向）に移動する。よって、制御システム１２０における装置制御部１０７が造形テーブル１０２を制御するものとして説明する。また、装置制御部１０７が露光制御部１０６に指令（後述するスライスデータを含む）を送信し、露光制御部１０６が指令に従って光源１１１、スポット光源１１２、液晶パネル１１３を駆動する。よって、制御システム１２０における装置制御部１０７が光源１１１、スポット光源１１２及び液晶パネル１１３を制御するものとして説明する。

まず、装置制御部１０７は、予め入力された三次元造形物Ｗの三次元の形状データから、積層ピッチ（層厚）、例えば３０［μｍ］の薄い層に分けた複数のデータ（スライスデータ）を作成する。複数のデータのそれぞれのデータは、薄い層に分けた、複数の層のそれぞれの硬化部分と未硬化部分とを示すように作成されている。装置制御部１０７は、各スライスデータに対応する領域を、硬化部分である第一領域と未硬化部分である第二領域とに分ける。具体的には、一層ずつ光硬化性樹脂Ｒを硬化させる硬化部分である第一領域と、積層方向であるＺ方向に連続する複数の層に跨って一括で光硬化性樹脂Ｒを硬化させる部分（一層ずつ硬化させる際は硬化させない未硬化部分）である第二領域とに分ける。第一領域は、図２の積層部４３０に相当する。第二領域は、図２のシームレス部４３１～４３６に相当する。つまり、図２における複数の層の一つ一つがスライスデータによって光を照射させて硬化させて形成されたものであり、図２の下から上を見た時の位置が、光が照射される位置となる。具体的には、複数の層のうちの一つである第ｎ層のスライスデータは、未硬化部分（光を照射させないあるいは硬化部分より弱い光を照射させる部分）を２か所（第一部分４３３、第二部分４３２）有している。第一部分は、第ｎ＋１層のスライスデータの未硬化部分と少なくとも一部が同じ位置にある。そして、第二部分は、第ｎ－１層のスライスデータの未硬化部分と少なくとも一部が同じ位置にあり、かつ第ｎ＋１層のスライスデータの硬化部分と同じ位置にある。第一領域及び第二領域は、不図示の入力装置を用いて作業者によって設定される。

図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）、図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第１実施形態に係る三次元造形物Ｗの製造方法を説明するための図である。なお、以下の説明において、層とは、製造過程を説明するために便宜的に規定したものであり、実際に製造された三次元造形物Ｗが層状となっていなくてもよい。

まず、図３（ａ）に示すように、装置制御部１０７は、容器１０１内において、造形テーブル１０２を液状の光硬化性樹脂Ｒの表面に対して一層の厚み分、沈降させておく。装置制御部１０７は、光源１１１を駆動して発光させ、積層部４３０（図２）の第一層に相当する第一領域のみＵＶ光Ｌ２が透過するよう液晶パネル１１３を駆動して、光硬化性樹脂ＲにＵＶ光Ｌ２を照射させる。本実施形態では、第一層のスライスデータに対応する全領域の光硬化性樹脂Ｒを硬化させるのではなく、第一領域のみＵＶ光Ｌ２を照射して光硬化性樹脂Ｒを硬化させる。これにより、領域Ａ１（図３（ｃ））における第一層の部分領域Ａ１１を画成する、積層部４３０（図２）の一部となる硬化物Ｈ１が形成される。

次に、図３（ｂ）に示すように、装置制御部１０７は、造形テーブル１０２を一層の厚み分、更に沈降させる。造形テーブル１０２上に形成された硬化物Ｈ１上には、液状の光硬化性樹脂Ｒが周囲から流入する。装置制御部１０７は、光源１１１を駆動して発光させ、積層部４３０（図２）の第二層に相当する第一領域のみＵＶ光Ｌ２が透過するよう液晶パネル１１３を駆動して、光硬化性樹脂ＲにＵＶ光Ｌ２を照射させる。本実施形態では、第二層のスライスデータに対応する全領域の光硬化性樹脂Ｒを硬化させるのではなく、第一領域のみＵＶ光Ｌ２を照射して光硬化性樹脂Ｒを硬化させる。これにより、領域Ａ１（図３（ｃ））における第二層の部分領域Ａ１２を画成する、積層部４３０（図２）の一部となる硬化物Ｈ２が形成される。

以上の処理を複数層分行うことで、図３（ｃ）に示すように、光硬化性樹脂Ｒを硬化させた複数層の硬化物Ｈ１～Ｈ６により、Ｚ方向に連続する複数層に跨った、光硬化性樹脂Ｒの硬化が完了していない領域Ａ１を画成する。領域Ａ１は、この時点では上面が開放されており、領域Ａ１に位置する光硬化性樹脂Ｒに露光が可能となっている。

次に、図４（ａ）に示すように、装置制御部１０７は、スポット光源１１２を駆動して発光させ、領域Ａ１に位置する光硬化性樹脂ＲにＵＶ光Ｌ３を照射する。このとき、装置制御部１０７は、領域Ａ１の形状に応じて、領域Ａ１に位置する光硬化性樹脂Ｒに照射するＵＶ光Ｌ３の方向、即ちスポット光源１１２の位置姿勢を調整しておく。また、装置制御部１０７は、スポット光源１１２からのＵＶ光Ｌ３が液晶パネル１１３を透過するよう液晶パネル１１３を駆動しておく。装置制御部１０７は、領域Ａ１に位置する光硬化性樹脂Ｒに、領域Ａ１を画成するときに照射したＵＶ光Ｌ２の強度よりも強い強度のＵＶ光Ｌ３を照射することで、領域Ａ１に位置する光硬化性樹脂Ｒを、複数の層に相当する分、一括で硬化させる。これにより、領域Ａ１には、硬化物Ｈ１～Ｈ６の複数の層に跨ったシームレス部４３１が形成される。

更に、図４（ｂ）に示すように、更に第七層～第十層の硬化物Ｈ７～Ｈ１０を形成することで、シームレス部４３２に対応する領域Ａ２全体が画成される。そして、図４（ｃ）に示すように、装置制御部１０７は、スポット光源１１２の位置及び姿勢を調整し、スポット光源１１２を駆動して発光させ、領域Ａ２に位置する光硬化性樹脂ＲにＵＶ光Ｌ３を照射する。これにより、領域Ａ２において、硬化物Ｈ７～Ｈ１０の複数の層に跨ったシームレス部４３２が形成される。

ここで図４（ｂ）に示すように第九層及び第十層において、硬化物Ｈ９，Ｈ１０により、シームレス部４３２に対応する領域Ａ２の部分領域Ａ２３，Ａ２４のほか、シームレス部４３３に対応する領域Ａ３（図５（ａ））の部分領域Ａ３１，Ａ３２も画成する。なお、図４（ｃ）に示すように領域Ａ２の光硬化性樹脂Ｒを硬化させるときには、装置制御部１０７は、部分領域Ａ３１，Ａ３２にスポット光源１１２の光が照射されないように液晶パネル１１３を駆動する。

図５（ａ）に示すように、更に第十一層及び第十二層の硬化物Ｈ１１，Ｈ１２を形成することで、シームレス部４３３に対応する領域Ａ３全体が画成される。そして、図５（ｂ）に示すように、装置制御部１０７は、スポット光源１１２の位置及び姿勢を調整し、スポット光源１１２を駆動して発光させ、領域Ａ３に位置する光硬化性樹脂ＲにＵＶ光Ｌ３を照射する。これにより、領域Ａ３において、複数の層に跨ったシームレス部４３３が形成される。

以上、光硬化性樹脂ＲをＺ方向に一層ずつ硬化させると共に、硬化物によりＺ方向に連続する複数の層に跨った領域（図３（ａ）～図３（ｃ）、図４（ｂ）及び図５（ａ）の例では領域Ａ１～Ａ３）を複数画成する（Ｓ１：第一工程、第一処理）。なお、領域Ａ１を画成するのは硬化物Ｈ１～Ｈ６であり、領域Ａ２を画成するのは硬化物Ｈ７～Ｈ１０であり、領域Ａ３を画成するのは硬化物Ｈ９～Ｈ１２ということになる。そして、工程Ｓ１により、二つの領域Ａ２，Ａ３がＺ方向にずれて画成され、かつ二つの領域Ａ２，Ａ３の一部同士がＺ方向で同じ位置（第九層、第十層）に画成されるよう、光硬化性樹脂Ｒを硬化させて、硬化物Ｈ９，Ｈ１０を形成する。

また、図４（ａ）、図４（ｃ）及び図５（ｂ）に示すように、各領域Ａ１，Ａ２，Ａ３に位置する光硬化性樹脂Ｒを、一括で硬化させる（Ｓ２：第二工程、第二処理、硬化工程、硬化処理）。本実施形態では、工程Ｓ２において、各領域Ａ１，Ａ２，Ａ３の画成が完了する度に、各領域Ａ１～Ａ３に位置する光硬化性樹脂Ｒを個別に硬化させる。各領域Ａ１～Ａ３が硬化物で封止される前に各領域Ａ１～Ａ３の光硬化性樹脂Ｒを硬化させておくことで、硬化物がＵＶ光の透過性の低い材質であっても、内部に未硬化（又は半硬化）の樹脂を残すことなく三次元造形物Ｗを製造することが可能となる。別の言い方をすれば、本実施の形態においては、硬化工程において、第ｎ＋１層形成工程前（第ｎ＋１層形成処理前）に第二部分を硬化させ、第ｎ＋１層形成工程後に第一部分および第三部分を硬化させている。

以上の処理を繰り返し実行させることにより、図２に示す三次元造形物Ｗが製造される。このように製造された三次元造形物Ｗは、各領域Ａ１，Ａ２，Ａ３の位置に楔として作用するシームレス部４３１，４３２，４３３を備えることになる。

以上、工程Ｓ２において、各領域Ａ１～Ａ３の光硬化性樹脂Ｒを一括で硬化させることにより、各領域Ａ１～Ａ３の内部に境界面が形成されるのが防止され、三次元造形物Ｗの強度を高めることができる。更に、画成される二つの領域Ａ２，Ａ３により、Ｚ方向に一部重なった状態でＺ方向にずれた二つのシームレス部４３２，４３３が形成されるので、三次元造形物Ｗの強度を高めることができる。

ここで、図３（ｃ）に示すように、領域Ａ１は光硬化性樹脂Ｒを硬化させた硬化物Ｈ１～Ｈ６の内側に画成される。また、図４（ｂ）に示すように、領域Ａ２は光硬化性樹脂Ｒを硬化させた硬化物Ｈ７～Ｈ１０の内側に画成される。また、図５（ａ）に示すように、領域Ａ３は光硬化性樹脂Ｒを硬化させた硬化物Ｈ９～Ｈ１２の内側に画成される。即ち、三次元造形物Ｗの外形を構成する部分が、硬化物Ｈ１～Ｈ１２で高精度に形成される。そして、図３（ｃ）、図４（ｂ）及び図５（ａ）の段階では、領域Ａ１，Ａ２，Ａ３内の光硬化性樹脂Ｒは、未硬化状態であるため、硬化物Ｈ１～Ｈ６、硬化物Ｈ７～Ｈ１０又は硬化物Ｈ９～Ｈ１２で保持されて流亡するのが防止される。

また、例えば、複数の層に跨る領域Ａ１のうち、隣接する二つの層が、Ｚ方向から視て、面積比で２５［％］以上１００［％］以下の範囲で重なるよう領域Ａ１を画成するのが好ましい。領域Ａ２，Ａ３においても同様である。この重なりにより、各シームレス部４３１，４３２，４３３において連続性が維持され、三次元造形物Ｗの強度を高めることができる。

なお、図３（ｃ）に示す工程Ｓ１の露光と、図４（ａ）に示す工程Ｓ２の露光とを別々に行う場合について説明したが、同時に行ってもよい。同様に、図４（ｂ）に示す工程Ｓ１の露光と、図４（ｃ）に示す工程Ｓ２の露光とを同時に行ってもよい。同様に、図５（ａ）に示す工程Ｓ１の露光と、図５（ｂ）に示す工程Ｓ２の露光とを同時に行ってもよい。

また三次元造形物Ｗの露光断面サイズが露光画素ピッチに近く、同一層でオーバーラップするよう複数のシームレス部をずらして形成するのが困難な部位においては、ずらさずにシームレス部を配置するか、又はシームレス部を配置しないようにしてもよい。例えば、図２に示す三次元造形物Ｗおいて、脚部のような断面積の小さい部位では、シームレス部４３１とシームレス部４３２とをＺ方向に互い違いに配置するのが困難である。また、シームレス部４３５よりも上方は、先細り形状であるため、シームレス部４３５とシームレス部４３６とをＺ方向に互い違いに配置するのが困難である。よって、このような部位については、各シームレス部を図２のように配置すればよい。

また、図２に示すようなタワー型などの先細り形状の三次元造形物Ｗの場合には、上部ほど断面積が小さくなり、シームレス部を大きくとることが難しくなる。このような場合には、シームレス部のＸＹ方向の断面積を小さくすればよいが、三次元造形物ＷにおいてＸＹ方向に切断したときの断面積に対して、シームレス部の断面積を１０［％］以上とするのが望ましい。

また、三次元造形物Ｗは、上方に向かうに連れて断面積が小さくなるため、各シームレス部４３１～４３６は、三次元造形物Ｗの形状に合わせた形状に形成される。よって、各シームレス部４３１～４３６に対応する領域の形状に応じて、即ち各領域の形状に倣って、ＵＶ光Ｌ３の方向を調整すればよい。例えば傾斜して形成された領域Ａ１にＵＶ光Ｌ３を照射する場合には、領域Ａ１の形状に倣って、ＵＶ光Ｌ３の方向が垂直方向に対して傾斜するように調整すればよい。

図６は、第１実施形態においてＵＶ光Ｌ３を照射する方向の説明図である。硬化物Ｈによって画成される領域Ａは、各層でそのＸＹ方向の位置が変化している。このような場合、直上からＵＶ光Ｌ３を照射すると、硬化物Ｈの陰になってＵＶ光Ｌ３が到達しない部分が生じる。したがって、図６に示すように、ＵＶ光Ｌ３の照射方向を調整することで、領域Ａ全体にＵＶ光Ｌ３を照射することができる。

［第２実施形態］
以下、第２実施形態について説明する。上述の第１実施形態では、工程Ｓ１において、領域Ａ１に位置する光硬化性樹脂Ｒを未硬化状態とし、工程Ｓ２において一括で硬化させる場合について説明したが、これに限定するものではない。第２実施形態では、工程Ｓ１において、領域Ａ１に位置する光硬化性樹脂Ｒを未硬化状態ではなく、半硬化状態にする。例えば工程Ｓ１において領域Ａ１を画成するのに光硬化性樹脂Ｒを一層分硬化させる度に、同じ層の領域Ａ１に位置する光硬化性樹脂Ｒに、領域Ａ１を画成するときに硬化物Ｈ１～Ｈ６を形成するときの強度よりも弱い強度の光を照射すればよい。即ち、シームレス部４３１は、工程Ｓ２では複数の層に亘って一括して硬化させて形成されるが、特にＵＶ硬化型の樹脂の場合、弱照射であっても暗反応が進み、徐々に硬化していくことがある。このため、工程Ｓ１において材料の特性に合わせて露光強度を制限して光を照射すればよい。なお、シームレス部４３１を例に説明したが、他のシームレス部４３２～４３６についても同様である。

図７（ａ）は、第２実施形態における工程Ｓ１の説明図である。工程Ｓ１において、各層の硬化物Ｈを形成する度に、硬化物Ｈで画成される領域Ａに位置する光硬化性樹脂Ｒに、例えば反応率１０［％］程度となる光量のＵＶ光ＬをＸＹ方向に均一に照射する。

領域Ａにおける各層の光硬化性樹脂Ｒは、暗反応により徐々に硬化が進み半硬化状態となる。領域Ａにおける光硬化性樹脂Ｒが流動性を保った状態で各層において同じ処理をすることで、継ぎ目のない連続的な半硬化部が得られる。このような半硬化部に対し、光硬化性樹脂Ｒの材料に応じたＵＶ光透過率を考慮して、工程Ｓ２において適当な層数で一括硬化を行うと、連続的に形成されている半硬化部が一度に硬化される。ＵＶ光の到達しにくい下層部分は、暗反応によって上層部よりも硬化が進展しているため、全体を短時間で硬化することができる。

また、工程Ｓ１において、光硬化性樹脂Ｒを半硬化させる場合、硬化物Ｈで画成される領域Ａは、硬化物Ｈの内側に限定するものではなく、硬化物Ｈの外側、つまり外部に露出するように画成されてもよい。そして、工程Ｓ２において、領域内の半硬化部を一括で硬化させればよい。

［第３実施形態］
以下、第３実施形態について説明する。上述の第２実施形態では、工程Ｓ１において、領域Ａに位置する光硬化性樹脂Ｒを半硬化させる場合に、光硬化性樹脂Ｒに照射するＵＶ光Ｌの強度を、ＸＹ方向で均一とする場合について説明した。第３実施形態では、工程Ｓ１において、領域Ａに位置する光硬化性樹脂Ｒに照射するＵＶ光の強度を、ＸＹ方向に領域Ａの境界に近づくに連れて、段階的（又は連続的）に強くするよう調整する。

図７（ｂ）は、第３実施形態における工程Ｓ１の説明図である。硬化物Ｈで画成された領域Ａにおいて、ＸＹ方向に硬化物Ｈに近づくに連れて、例えば硬化反応率５［％］、１０［％］、１５［％］というように、段階的（又は連続的）に露光量を増加させて、半硬化樹脂ＲＡ，ＲＢ，ＲＣを形成してもよい。これにより、硬化物Ｈと領域Ａとの境界をブロードにすることができ、工程Ｓ２において一括硬化を行うことにより、更に造形物の機械強度を高めることができる。

なお、ＵＶ光の強度を、ＸＹ方向に領域Ａの境界に近づくに連れて、段階的（又は連続的）に強くするよう調整する場合を例に説明したが、ＸＹ方向ではなく、Ｚ方向（積層方向）であってもよい。この場合であっても、造形物の機械強度を高めることができる。

［第４実施形態］
以下、第４実施形態について説明する。上述の第１～第３実施形態では、工程Ｓ１において、複数の層に跨る領域Ａ１～Ａ３を画成する度に、工程Ｓ２において、各領域Ａ１～Ａ３に位置する光硬化性樹脂Ｒを個別に硬化させる場合について説明したが、これに限定するものではない。

図８は、第４実施形態における工程Ｓ２の説明図である。第４実施形態において、工程Ｓ１では、光硬化性樹脂Ｒを硬化させて硬化物からなる積層部４３０全体を形成することで、未硬化又は半硬化の光硬化性樹脂Ｒを保持する複数の領域全てを画成しておく。そして、工程Ｓ２において、複数の領域に位置する未硬化又は半硬化の光硬化性樹脂Ｒを一括で硬化させて、複数のシームレス部を一括で形成する。

この場合、硬化物Ｈ全体を容器１０１内の液状の光硬化性樹脂Ｒ（プール）から引き上げた状態で、一括に硬化させる必要があるため、各領域に位置する光硬化性樹脂Ｒは、各領域から脱落しないようにしておく必要がある。図８の例では、硬化物Ｈの内側に各領域が形成されるようにしているので、容器１０１から積層部４３０を引き上げた状態でも、各領域に位置する光硬化性樹脂Ｒは脱落しない。また、領域に位置する光硬化性樹脂Ｒを半硬化状態としておけば、領域が外表面を構成する場合であっても、領域から光硬化性樹脂Ｒは脱落しない。そして、各領域に位置する光硬化性樹脂Ｒを一括に硬化させることで、三次元造形物Ｗの製造に要する時間を短縮することができる。本実施の形態では、硬化工程において、第ｎ＋１層形成工程後（第ｎ＋１層形成処理後）に第一部分、第二部分、および第三部分を硬化させる。

複数の領域の光硬化性樹脂Ｒを一括で硬化させる方法としては、積層部４３０を形成する場合よりも光量を増大させて、即ち光強度を強くして、光を全体に照射するようにしてもよい。また、光硬化性樹脂Ｒが加熱によっても硬化する場合には、積層部４３０及びこれに保持された光硬化性樹脂Ｒの全体を加熱するようにしてもよい。この場合、硬化手段として、スポット光源１１２の代わりに熱源を備えておけばよい。

［第５実施形態］
以下、第５実施形態について説明する。上述の第１～第４実施形態では、三次元造形装置１００が造形テーブル１０２を下降させて造形物を造形する沈降方式の場合について説明したが、これに限定するものではない。図９は、第５実施形態に係る三次元造形装置１００Ａを示す模式図である。第５実施形態の三次元造形装置１００Ａは、造形テーブル１０２を上昇させて造形物を造形する吊り下げ方式のものである。なお、図９において、図１に示す三次元造形装置１００と同様の構成については、同一符号を付しており、詳細な説明は省略する。

三次元造形装置１００Ａは、吊り下げ方式であるため、容器１０１の下部に、ＵＶ光が透過する透過窓１０１Ａが設けられ、容器１０１の下方に、露光ユニット１０５が配置されている。一層分の造形を行う際には、造形テーブル１０２を一層の厚み分、透過窓１０１Ａに対して上昇させる。これにより、造形テーブル１０２に吊り下げられた形で三次元造形物が造形される。このような吊り下げ方式の三次元造形装置１００Ａにおいても、上述の第１～第４実施形態の方法により、三次元造形物を製造することができる。

［実施例］
以下、図面を用いて実施例１～３について説明する。

［実施例１］
図１０（ａ）は、実施例１において作製した試験片ＷＡの斜視図、図１０（ｂ）は、試験片ＷＡの平面図、図１０（ｃ）は、試験片ＷＡの断面図である。試験片ＷＡの引張強度を計測するために、試験片ＷＡを薄い板状とした。試験片ＷＡの造形材には、武藤工業製の光硬化性樹脂であるＭＲ－ＦＧ１２を用いた。試験片ＷＡは、図８に示す三次元造形装置１００Ａを用いて作製した。

工程Ｓ１において、光源１１１が発するＵＶ光の波長を４０５［ｎｍ］、ＵＶ光の強度を１０［ｍＷ／ｃｍ^２］に設定し、下方から１［ｓｅｃ］照射して、順次引き上げながら積層し、積層部４３０Ａを形成した。積層部４３０Ａの一層の厚さは３０［μｍ］とし、一層ごとに造形テーブル１０２を３０［μｍ］引き上げて造形を行った。工程Ｓ１において、シームレス部４３１Ａを形成する前の液状の光硬化性樹脂には、照射強度１０［％］、即ち１［ｍＷ／ｃｍ^２］のＵＶ光を照射して半硬化状態とした。

工程Ｓ２において、スポット光源１１２にて半硬化状態の光硬化性樹脂に照射するＵＶ光の強度を２００［％］、即ち２０［ｍＷ／ｃｍ^２］とし、６層分（１８０［μｍ］）を一括して硬化させ、シームレス部４３１Ａを形成した。また、実施例１では、各シームレス部４３１Ａを個別に形成した。

図１０（ｃ）に示すように、どの断面をみても、シームレス部４３１Ａが２か所以上存在するように、シームレス部４３１Ａを積層方向（Ｚ方向）に互い違いになるように配置した。即ち、断面Ｃ１では２か所にシームレス部４３１Ａが存在し、断面Ｃ２では４か所にシームレス部４３１Ａが存在し、断面Ｃ３では２か所にシームレス部４３１Ａが存在するように試験片ＷＡを形成した。

試験片ＷＡの全体の外形は、Ｙ方向の厚さを２［ｍｍ］、Ｘ方向の幅を１８［ｍｍ］、Ｚ方向の長さを３５［ｍｍ］の直方体形状とした。シームレス部４３１ＡのＹ方向の厚さを０．５［ｍｍ］とした。比較のため、図示は省略するが、シームレス部のない同様の外形の試験片も三次元造形装置１００Ａで作製した。

作製した実施例１の試験片ＷＡと比較例の不図示の試験片に関し、Ｚ方向に引張試験を行った。試験機にはＩＮＳＴＲＯＮ社製の電気機械式万能試験機５５８２を用い、０．２［ｍｍ／ｓｅｃ］の速度で試験を行った。

シームレス部のない比較例の不図示の試験片の破断強度は、５．５３［ＭＰａ］であった。これに対し、実施例１の試験片ＷＡの破断強度は、６．４１［ＭＰａ］であった。この実験結果から、実施例１の試験片ＷＡにおけるＺ方向の破断強度が、比較例に対して約１６［％］向上することが確認された。

［実施例２］
図１１は、実施例２において作製した試験片ＷＢの一部を示す平面図である。実施例２として、外形形状とシームレス部４３１Ｂの位置関係は実施例１と同様として、シームレス部４３１Ｂの露光方法を変化させて試験片ＷＢを作製した。

図１１中、左側に示されるシームレス部４３１Ｂに着目して説明する。工程Ｓ１において、ｍ層目の積層部４３０Ｂを形成させた後に（ｍ＋１）層目の積層部４３０Ｂを形成する。積層部４３０Ｂを形成する際に照射するＵＶ光の強度を１０［ｍＷ／ｃｍ^２］とした。このとき、積層部４３０Ｂで画成された領域の光硬化性樹脂に５０［％］、即ち５［ｍＷ／ｃｍ^２］の強度のＵＶ光を照射して半硬化状態とした。続く（ｍ＋２）層目は、３［ｍＷ／ｃｍ^２］の強度でＵＶ光を照射し、続く（ｍ＋３）、（ｍ＋４）層目は、１［ｍＷ／ｃｍ^２］の強度でＵＶ光を照射し、半硬化状態とした。（ｍ＋５）層目は、再び強度を上げて（ｍ＋２）層と同様に３［ｍＷ／ｃｍ^２］の強度でＵＶ光を照射し、（ｍ＋６）層目は、（ｍ＋１）層目と同様に５［ｍＷ／ｃｍ^２］の強度でＵＶ光を照射し、半硬化状態とした。

工程Ｓ２において、スポット光源１１２にて半硬化状態の光硬化性樹脂に照射するＵＶ光の強度を２００［％］、即ち２０［ｍＷ／ｃｍ^２］とし、６層分（１８０［μｍ］）を一括して硬化させ、シームレス部４３１Ｂを形成した。

実施例１と同様の引張試験を行ったところ、試験片ＷＢの破断強度は６．４７［ＭＰａ］であった。この実験結果から、実施例２の試験片ＷＢにおけるＺ方向の破断強度が、比較例に対して約１７［％］向上することが確認された。そして、実施例１よりも破断強度が向上することが確認された。このように露光強度を変化させることで、シームレス部４３１Ｂにおいて積層部４３０Ｂに向かって半硬化させるときの光強度を段階的に変化させたことで、全体を一体化することができ、より造形物の強度が向上することが確認された。

なお、以上の実験では、積層部４３０Ｂの各層と同じ層厚で段階的にＵＶ光の照射強度を変更したが、光硬化性樹脂を段階的に半硬化させる層厚は、任意に設定することができる。例えば層厚３０［μｍ］の半分の１５［μｍ］毎に段階的にＵＶ光の照射強度を変更してもよい。また、Ｚ方向に段階的に変更する場合について実験を行ったが、Ｚ方向に連続的にＵＶ光の照射強度を変更してもよい。段階的又は連続的にＵＶ光の強度を変更するいずれの場合であっても、造形物の強度が向上する。

［実施例３］
図１２（ａ）は、実施例３において作製した試験片ＷＣの斜視図、図１２（ｂ）は、実施例３において作製した試験片ＷＣの断面図である。

実施例１および実施例２では、積層部４３０Ａ，４３０Ｂの引き上げ中に、各シームレス部に対応する箇所に保持された光硬化性樹脂を個別に硬化させて、各シームレス部４３１Ａ，４３１Ｂを個別に形成した。実施例３では、積層部４３０Ｃの引き上げ完了後に一括してまとめて硬化させて複数のシームレス部４３１Ｃを形成する場合を想定して実験を行った。

試験片ＷＣの外形は、Ｘ方向の幅を１０［ｍｍ］、Ｙ方向の厚さを２［ｍｍ］、Ｚ方向の長さを２０［ｍｍ］の直方体形状とした。試験片ＷＣにおいて、シームレス部４３１Ｃを一つとし、各層ごとに２［ｍＷ／ｃｍ^２］で露光して半硬化状態とした。そして、引き上げ完了後に試験片ＷＣ全体に２０［ｍＷ／ｃｍ^２］の強度でＵＶ光を６０［ｓｅｃ］照射して半硬化状態の光硬化性樹脂を硬化させた。シームレス部４３１Ｃは、実施例１，２と同様、表面が露出した形態であるが、図１２（ｂ）に示すように、シームレス部４３１Ｃの厚さを増して、Ｙ方向の厚さを１［ｍｍ］、Ｘ方向の幅を５［ｍｍ］とした。弱強度の光照射であっても暗反応で樹脂の硬化が進むことと、試験片ＷＣの外形形状を維持できるだけの反応率を考慮して、シームレス部４３１Ｃを形成するのに必要な露光量を決定した。

実施例１と同様の引張試験を行ったところ、試験片ＷＣの破断強度は、７．９６［ＭＰａ］であった。つまり、積層部４３０Ｃを液状の光硬化性樹脂が貯留された容器から引き上げた後に硬化させても、シームレス部４３１Ｃを形成でき、造形物の強度を確保できることが確認された。なお、実施例１と比較した比較例の試験片と比べると、破断強度が約４４［％］向上することが確認された。

本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載されたものに限定されない。

硬化手段として、光源１１１、スポット光源１１２、液晶パネル１１３を有する露光ユニット１０５について説明したが、これに限定するものではない。例えば、露光ユニットにおいて１つの光源１１１で構成できるのであれば、スポット光源１１２を省略してもよい。また、硬化手段として、例えばレーザ光源、レンズ、スキャナ等を有する露光ユニットであってもよい。レーザ光をスライスデータに基づく露光パターンに沿って造形テーブル１０２上の光硬化性樹脂Ｒを走査することで、光硬化性樹脂Ｒを硬化させることができる。また、硬化手段として、例えばＤＭＤ素子及び光源を有する露光ユニットを用いてもよい。

また、本発明に係る三次元造形物の造形は、光硬化性樹脂を用いた光造形法が好適であるが、粉末積層法、ＦＤＭ法などにも適用することもできる。

１００…三次元造形装置、１０２…造形テーブル、１０５…露光ユニット（硬化手段）、１２０…制御システム（制御手段）

Claims

光硬化性の造形材に光を照射して層状に硬化させ、三次元造形物を製造する製造方法であって、
第ｎ－１層（ｎは２以上の自然数）の第１の領域に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成するｎ－１層形成工程と、
第ｎ層の第１の領域に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ層形成工程と、
第ｎ＋１層の第１の領域に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ＋１層形成工程と、
前記第ｎ＋１層形成工程の後に、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれの第２の領域に光を照射して前記造形材の硬化部分を形成する硬化工程と、を含み、
前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれの前記第２の領域は、積層方向からみて少なくとも一部が重なり、
前記第ｎ層形成工程において前記第ｎ層の前記第１の領域に照射する光より強度の強い光を、前記硬化工程において前記第ｎ層の前記第２の領域に照射し、
前記硬化工程を、前記第１の領域及び前記第２の領域以外の前記三次元造形物を構成しない領域であって、前記造形材の硬化が行われない領域である第３の領域に未硬化の前記造形材が存在した状態で行う、
ことを特徴とする三次元造形物の製造方法。
光硬化性の造形材に光を照射して層状に硬化させ、三次元造形物を製造する製造方法であって、
第ｎ－１層（ｎは２以上の自然数）の第１の領域に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成するｎ－１層形成工程と、
第ｎ層の第１の領域に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ層形成工程と、
第ｎ＋１層の第１の領域に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ＋１層形成工程と、
前記第ｎ＋１層形成工程の後に、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれの第２の領域に光を照射して前記造形材の硬化部分を形成する硬化工程と、を含み、
前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれの前記第２の領域は、積層方向からみて少なくとも一部が重なり、
前記第ｎ層形成工程において前記第ｎ層の前記第１の領域に照射する光より強度の弱い光を、前記ｎ層形成工程において前記第ｎ層の前記第２の領域に照射し、
前記硬化工程を、前記第１の領域及び前記第２の領域以外の前記三次元造形物を構成しない領域であって、前記造形材の硬化が行われない領域である第３の領域に未硬化の前記造形材が存在した状態で行う、
ことを特徴とする三次元造形物の製造方法。
光硬化性の造形材に光を照射して層状に硬化させ、三次元造形物を製造する製造方法であって、
第ｎ－１層（ｎは２以上の自然数）の第１の領域に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成するｎ－１層形成工程と、
第ｎ層の第１の領域に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ層形成工程と、
第ｎ＋１層の第１の領域に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ＋１層形成工程と、
前記第ｎ＋１層形成工程の後に、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれの第２の領域に光を照射して前記造形材の硬化部分を形成する硬化工程と、を含み、
前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれの前記第２の領域は、積層方向からみて少なくとも一部が重なり、
前記第ｎ層の前記第２の領域に照射される光の強度が、前記第ｎ層の前記第１の領域に向かって段階的にまたは連続的に増加する、
ことを特徴とする三次元造形物の製造方法。
前記硬化工程を、前記第１の領域及び前記第２の領域以外の前記三次元造形物を構成しない領域であって、前記造形材の硬化が行われない領域である第３の領域に未硬化の前記造形材が存在した状態で行う、
ことを特徴とする請求項３に記載の三次元造形物の製造方法。
前記第ｎ層の前記第２の領域が前記第１の領域で囲まれていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法。
前記第ｎ層の第２の領域が、積層方向から視て、前記第ｎ－１層の前記第２の領域の面積の２５［％］以上１００［％］以下の範囲で重なることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法。
前記第ｎ－１層形成工程において前記第ｎ－１層の前記第１の領域に照射する光より強度の強い光を、前記硬化工程において前記第ｎ－１層の前記第２の領域に照射することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法。
前記第ｎ＋１層形成工程において前記第ｎ＋１層の前記第１の領域に照射する光より強度の弱い光を、前記第ｎ＋１層形成工程において前記第ｎ＋１層の前記第２の領域に照射することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法。
前記第ｎ－１層の第２の領域に照射される光の強度が、前記第ｎ－１層の第１の領域に向かって段階的にまたは連続的に増加することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法。
前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれの前記第２の領域に光を照射する際に、前記造形材に照射する光の方向を調整することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法。
三次元形状データを所定のピッチでスライスして生成されるスライスデータに基づいて硬化させた光硬化性の造形材の硬化物を積層して造形を行う三次元造形装置であって、
制御手段と、
前記制御手段によって制御され、前記造形材を硬化させる光を照射する露光ユニットと、を備え、
前記制御手段が、
前記スライスデータに含まれる、第ｎ－１層（ｎは２以上の自然数）、第ｎ層、および第ｎ＋１層のデータを、それぞれ第１の領域と第２の領域とこれら第１の領域と第２の領域以外の前記造形材の硬化を行わない第３の領域とに分け、その際、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれのデータに含まれる前記第２の領域が、前記ピッチの方向において少なくとも一部重なるように設定し、
前記第１の領域と第２の領域とに分けられた各層のデータに従って前記露光ユニットを制御し、
前記第ｎ－１層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成するｎ－１層形成工程と、
前記第ｎ層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ層形成工程と、
前記第ｎ＋１層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ＋１層形成工程と、
前記第ｎ＋１層形成工程の後に、前記第３の領域に対応する部分に未硬化の前記造形材が存在した状態で、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれのデータに含まれる前記第２の領域に対応する部分に光を照射する硬化工程と、
を実行させ、
前記第ｎ層形成工程において前記第ｎ層の前記第１の領域に照射する光より強度の強い光を、前記硬化工程において前記第ｎ層の前記第２の領域に照射させる、
ことを特徴とする三次元造形装置。
三次元形状データを所定のピッチでスライスして生成されるスライスデータに基づいて硬化させた光硬化性の造形材の硬化物を積層して造形を行う三次元造形装置であって、
制御手段と、
前記制御手段によって制御され、前記造形材を硬化させる光を照射する露光ユニットと、を備え、
前記制御手段が、
前記スライスデータに含まれる、第ｎ－１層（ｎは２以上の自然数）、第ｎ層、および第ｎ＋１層のデータを、それぞれ第１の領域と第２の領域とこれら第１の領域と第２の領域以外の前記造形材の硬化を行わない第３の領域とに分け、その際、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれのデータに含まれる前記第２の領域が、前記ピッチの方向において少なくとも一部重なるように設定し、
前記第１の領域と第２の領域とに分けられた各層のデータに従って前記露光ユニットを制御し、
前記第ｎ－１層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成するｎ－１層形成工程と、
前記第ｎ層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ層形成工程と、
前記第ｎ＋１層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ＋１層形成工程と、
前記第ｎ＋１層形成工程の後に、前記第３の領域に対応する部分に未硬化の前記造形材が存在した状態で、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれのデータに含まれる前記第２の領域に対応する部分に光を照射する硬化工程と、
を実行させ、
前記第ｎ層形成工程において前記第ｎ層の前記第１の領域に照射する光より強度の弱い光を、前記ｎ層形成工程において前記第ｎ層の前記第２の領域に照射させる、
ことを特徴とする三次元造形装置。
三次元形状データを所定のピッチでスライスして生成されるスライスデータに基づいて硬化させた光硬化性の造形材の硬化物を積層して造形を行う三次元造形装置であって、
制御手段と、
前記制御手段によって制御され、前記造形材を硬化させる光を照射する露光ユニットと、を備え、
前記制御手段が、
前記スライスデータに含まれる、第ｎ－１層（ｎは２以上の自然数）、第ｎ層、および第ｎ＋１層のデータを、それぞれ第１の領域と第２の領域とこれら第１の領域と第２の領域以外の前記造形材の硬化を行わない第３の領域とに分け、その際、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれのデータに含まれる前記第２の領域が、前記ピッチの方向において少なくとも一部重なるように設定し、
前記第１の領域と第２の領域とに分けられた各層のデータに従って前記露光ユニットを制御し、
前記第ｎ－１層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成するｎ－１層形成工程と、
前記第ｎ層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ層形成工程と、
前記第ｎ＋１層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ＋１層形成工程と、
前記第ｎ＋１層形成工程の後に、前記第３の領域に対応する部分に未硬化の前記造形材が存在した状態で、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれのデータに含まれる前記第２の領域に対応する部分に光を照射する硬化工程と、
を実行させ、
前記第ｎ層の前記第２の領域に照射される光の強度を、前記第ｎ層の前記第１の領域に向かって段階的にまたは連続的に増加させる、
ことを特徴とする三次元造形装置。
前記制御手段は、各層のデータにおける前記第２の領域が前記第１の領域で囲まれるように設定することを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の三次元造形装置。
前記制御手段は、前記第ｎ層の第２の領域が、積層方向から視て、前記第ｎ－１層の前記第１の領域の面積の２５％以上１００％以下の範囲で重なることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の三次元造形装置。
前記制御手段は、前記第ｎ－１層形成工程において、前記第ｎ－１層の前記第１の領域に対応する部分に照射する光より強度の強い光を、前記硬化工程において前記第ｎ－１層の前記第２の領域に対応する部分に照射するように、前記露光ユニットを制御することを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
前記制御手段は、前記第ｎ＋１層形成工程において、前記第ｎ＋１層のデータの第２の領域に対応する部分に、前記第ｎ＋１層の前記第１の領域よりも弱い強度で光を照射するように、前記露光ユニットを制御することを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
前記制御手段は、前記第ｎ―１層のデータの第２の領域に対応する部分に照射される光の強度が、第ｎ―１層のデータの第１の領域に対応する部分に向かって段階的にまたは連続的に増加するように、前記露光ユニットを制御することを特徴とする請求項１１乃至１７のいずれか一項に記載の三次元造形装置。
光硬化性の造形材の硬化物が層状に複数積層されてなる造形物であって、
前記複数の層のうちの一つの層である第ｎ層（ｎは２以上の自然数）は、
第ｎ＋１層との境界がない第一部分と、
第ｎ－１層との境界がなく第ｎ＋１層との境界がある第二部分と、
前記第一部分と前記第二部分との間に位置し、前記第ｎ－１層との境界と、前記第ｎ＋１層との境界と、前記第一部分との境界と、前記第二部分との境界とがある第三部分と、を有し、
前記複数の層のうちの一つの層である第ｎ＋ｘ層(ｘは２以上の自然数)は、
前記第一部分と、
前記第ｎ層との間に境界がある第四部分と、
前記第一部分と前記第四部分との間に位置し、前記第一部分の境界と、前記第四部分との境界とがある第五部分と、を有することを特徴とする造形物。
前記第一部分は前記第ｎ－１層との境界がない、ことを特徴とする請求項１９に記載の造形物。
前記第三部分は前記第一部分および前記第二部分との境界がある、ことを特徴とする請求項１９または２０に記載の造形物。
前記第二部分と前記第四部分とが互いに重なり、前記造形物は、前記第二部分と前記第四部分との間の第六部分を有する、ことを特徴とする請求項１９乃至２１のいずれか１項に記載の造形物。
前記第三部分と前記第五部分とが互いに重なり、前記第六部分は、前記第三部分と前記第五部分との間に延在する、ことを特徴とする請求項２２に記載の造形物。
前記第四部分は第ｎ＋ｘ－１層との境界がある、ことを特徴とする請求項１９乃至２３のいずれか１項に記載の造形物。
制御手段と、前記制御手段によって制御され、光硬化性の造形材を硬化させる光を照射する露光ユニットと、を備え、三次元形状データを所定のピッチでスライスして生成されるスライスデータに基づいて前記造形材に光を照射し、前記造形材の硬化物を積層して造形を行う三次元造形装置に用いられる造形用データが記載された、非一過性の記録媒体であって、
前記造形用データは、
前記スライスデータに含まれる、第ｎ－１層（ｎは２以上の自然数）、第ｎ層、および第ｎ＋１層のデータを、それぞれ第１の領域と第２の領域とこれら第１の領域と第２の領域以外の前記造形材の硬化を行わない第３の領域とに分け、その際、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれのデータに含まれる前記第２の領域が、前記ピッチの方向において少なくとも一部重なるように設定し、
前記第１の領域と第２の領域とに分けられた各層のデータに従って前記露光ユニットを制御し、
前記第１の領域と第２の領域とに分けられた各層のデータに従って、
前記第ｎ－１層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成するｎ－１層形成工程と、
前記第ｎ層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ層形成工程と、
前記第ｎ＋１層のデータの第１の領域に対応する部分に光を照射して、前記造形材の硬化部分を形成する第ｎ＋１層形成工程と、
前記第ｎ＋１層形成工程の後に、前記第３の領域に対応する部分に未硬化の前記造形材が存在した状態で、前記ｎ－１層、第ｎ層、第ｎ＋１層それぞれのデータに含まれる前記第２の領域に対応する部分に光を照射する硬化工程と、
を前記三次元造形装置に実行させ、
前記第ｎ層形成工程において、
前記第ｎ層の前記第１の領域に照射する光より強度の強い光を、前記硬化工程において前記第ｎ層の前記第２の領域に照射、
前記第ｎ層の前記第１の領域に照射する光より強度の弱い光を、前記ｎ層形成工程において前記第ｎ層の前記第２の領域に照射、もしくは、
前記第ｎ層の前記第２の領域に照射される光の強度の、前記第ｎ層の前記第１の領域に向かって段階的にまたは連続的な増加
の少なくともいずれか一つを実行させることを特徴とする非一過性の記録媒体。