TW201843032A

TW201843032A - 三維造型裝置及其控制方法與其造型物

Info

Publication number: TW201843032A
Application number: TW107115095A
Authority: TW
Inventors: 菅原諒
Original assignee: 日商武藤工業股份有限公司
Priority date: 2017-05-08
Filing date: 2018-05-03
Publication date: 2018-12-16
Also published as: JPWO2018207242A1; JP6821017B2; WO2018207242A1

Abstract

本發明的三維造型裝置具備：載置造型物的造型台、構成為能夠相對於造型台移動且將材料供應給造型台的造型頭、以及控制造型頭的控制部。所述控制部重複形成第1層和第2層以對造型物進行造型。所述控制部控制所述造型頭，以使得在所述第1層中，將所述材料的至少一部分排列成呈直線狀地延伸，且在所述第2層中，將所述材料的至少一部分排列在與所述第1層中的所述材料的長邊方向交叉的方向上且具有與所述第2層的輪廓對應的曲率。

Description

三維造型裝置及其控制方法與其造型物

本發明涉及一種三維造型裝置及其控制方法與其造型物。

基於三維設計資料製造造型物的三維造型裝置，例如可從專利文獻1中得知。作為此類三維造型裝置的方法，提出了光造型法、粉末燒結法、噴墨法、溶融樹脂層疊法等各種方法，並已經商業化。

作為一個示例，在採用溶融樹脂層疊法的三維造型裝置中，將用於吐出作為造型物的材料的溶融樹脂的造型頭搭載在三維移動機構上，在三維方向上移動造型頭，一邊吐出溶融樹脂一邊層疊溶融樹脂得到造型物。此外，採用噴墨法的三維造型裝置，也具有將用於滴落加熱後的熱塑性材料的造型頭搭載在三維移動機構上的結構。

另外，本案申請人在專利文獻2中提出一種三維造型裝置、三維造型方法及其造型物，能夠形成所謂的井字結構的造型物，該造型物在第1層中以規定的間隔層疊以第1方向為長邊方向的材料，另一方面，在第1層之上的第2層中，以規定間隔層疊以與第1方向交叉的第2方向為長邊方向的材料。在該造型物中，多個層之間彼此交叉的材料在該交點處接合，因此能夠形成強固的造型物。另外，通過將多種材料組合在井字結構內，能夠提供具有新特性的造型物。

但是，在該造型方法的情況下，在造型物的輪廓具有規定的曲率的情況下(例如圓柱)，造型物會產生各向異性，恐怕無法確保造型物所需求的物理強度。

<現有技術文獻>

專利文獻

專利文獻1：日本特開第2002-307562號公報

專利文獻2：日本特許第5909309號公報

本發明的目的在於提供一種無論造型物的輪廓如何，均能夠確保其物理強度的三維造型裝置及其控制方法以及造型物。

本發明的三維造型裝置，包括：載置造型物的造型台；構成為能夠相對於所述造型台移動且將材料供應給所述造型台的造型頭；以及對所述造型頭進行控制的控制部。

所述控制部構成為使用從所述造型頭供應的材料重複形成第1層和第2層以對造型物進行造型。

所述控制部對所述造型頭進行控制，以使得在所述第1層中，將所述材料的至少一部分排列成呈直線狀地延伸，且在所述第2層中，將所述材料的至少一部分排列在與所述第1層中的所述材料的長邊方向交叉的方向上且具有與所述第2層的輪廓對應的曲率，由此，在所述第1層中形成的所述材料與在所述第2層中形成的所述材料於上下方向上進行接合。

另外，本發明的造型物通過重複層疊第1層、第2層而形成。在所述第1層中，材料排列成呈直線狀地延伸，且在所述第2層中，所述材料排列在與所述第1層中的所述材料交叉的方向上且具有與所述第2層的輪廓對應的曲率，由此，構成為在所述第1層中形成的所述材料與在所述第2層中形成的所述材料於上下方向上進行接合。

另外，本發明的三維造型裝置的控制方法，是具備供應用於形成造型物的材料的造型頭的三維造型裝置的控制方法。該控制方法包括：控制所述造型頭，以使得在第1層中將所述材料的至少一部分排列成呈直線狀地延伸的步驟；以及控制所述造型頭，以使得在第2層中將所述材料的至少一部分排列在與所述第1層中的所述材料的長邊方向交叉的方向上且具有與所述第2層的輪廓對應的曲率，由此，使得在所述第1層中形成的所述材料與在所述第2層中形成的所述材料於上下方向進行接合的步驟。

11‧‧‧框架

12‧‧‧XY台

13‧‧‧造型台

14‧‧‧升降台

15‧‧‧導軸

21‧‧‧框體

22‧‧‧X導軌

23‧‧‧Y導軌

24A、24B‧‧‧繞線輪

25A、25B‧‧‧造型頭

26‧‧‧加熱器

27‧‧‧溫度感測器

33‧‧‧臂部

34、35‧‧‧輥

38A、38B‧‧‧絲

100‧‧‧3D印表機

200‧‧‧電腦

201‧‧‧空間過濾處理部

202‧‧‧切片器

203‧‧‧造型調度器

204‧‧‧造型指示部

205‧‧‧造型向量形成部

300‧‧‧驅動器

301‧‧‧CPU

302‧‧‧送絲裝置

304‧‧‧電流開關

306‧‧‧馬達驅動器

307‧‧‧輸入輸出介面

EP1、EP2‧‧‧楕圓形

H‧‧‧造型頭支架

L‧‧‧多層

L1‧‧‧第1層

L2‧‧‧第2層

Mx、My、Mz‧‧‧馬達

R1‧‧‧材料

R1r‧‧‧曲率材料(第1材料)

R1s、R1sCR、R1sD、R1sL、R1sL1、R1sp1、R1sp2、R1sS、R1sS1、R1sT、R1sV、R1sV’、R1sV4‧‧‧直線狀材料(第1材料)

R2r‧‧‧曲率材料(第2材料)

R2s、R2s’、R2sCR、R2sD、R2sL、R2sp1、R2sT、R2ss、R2sS、R2sS1、R2sV、R2sV’、R2sV3、R2sV4‧‧‧直線狀材料(第2材料)

S‧‧‧造型物

SC‧‧‧扇形區域

Tb‧‧‧管

V1‧‧‧空隙

△α‧‧‧微小角度

圖1是示出第1實施方式的三維造型裝置的示意結構的立體圖。

圖2是示出第1實施方式的三維造型裝置的示意結構的主視圖。

圖3是示出XY台12的結構的立體圖。

圖4A是說明驅動器300的結構的詳情的框圖。

圖4B是示出電腦200(控制裝置)的結構的功能框圖。

圖5是示出通過第1實施方式的三維造型裝置形成的造型物S的結構的示意圖。

圖6是對通過專利文獻2公開的三維造型方法形成的造型物進行說明。

圖7是對通過專利文獻2公開的三維造型方法形成的造型物進行說明。

圖8是對具有圖6和圖7的結構的造型物的問題點進行說明。

圖9是示出通過第1實施方式的三維造型裝置形成的造型物S的結構的示意圖。

圖10是示出通過第1實施方式的三維造型裝置形成的造型物S的效果。

圖11A是示出在第1實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。

圖11B是示出在第1實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。

圖11C是示出在第1實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。

圖11D是示出在第1實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。

圖11E是示出在第1實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。

圖11F是示出在第1實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。

圖11G是示出在第1實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。

圖11H是示出在第1實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。

圖11I是出在第1實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。

圖12是示出在第1實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。

圖13是示出通過第2實施方式的三維造型裝置形成的造型物S的結構的示意圖。

圖14A是示出在第2實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。

圖14B是示出在第2實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。

圖14C是示出在第2實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。

圖14D是示出在第2實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。

圖14E是示出在第2實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。

圖14F是示出在第2實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體的配置例。

圖14G是示出在第2實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。

圖14H是示出在第2實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。

圖14是示出在第2實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體的配置例。

圖14J示出了在第2實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。

圖14K是示出在第2實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。

圖14L是示出在第2實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。

圖14M是出在第2實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。

圖14N是示出在第2實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。

圖15A是示出在第2實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。

圖15B是示出在第2實施方式的造型物S的第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體的配置例。

圖16是示出通過第3實施方式的三維造型裝置形成的造型物S的結構的示意圖。

圖17是示出通過第4實施方式的三維造型裝置形成的造型物S的結構的示意圖。

圖18是示出通過第5實施方式的三維造型裝置形成的造型物S的結構的示意圖。

接著，參照附圖詳細說明本發明的實施方式。

<第1實施方式>

(整體結構)

圖1是示出在第1實施方式中使用之所謂的熔融層疊型(FDM，Fused Deposition Molding)的3D印表機100的示意結構的立體圖。該FDM方式的3D印表機100是下文中說明之能夠對造型物進行造型的3D印表機100的一種形態，如根據下文的說明可知，能夠採用可製造同樣的造型物的其他方式的3D印表機。

圖1的FDM型的3D印表機100具備：框架11；XY台12；造型台13；升降台14；以及導軸15。

作為控制3D印表機100之控制裝置的電腦200與3D印表機100相連。另外，用於驅動3D印表機100中之各種機構的驅動器300也與3D印表機100相連。

(框架11)

如圖1所示，框架11具有例如長方體的外形，具備鋁等的金屬材料的框架。在框架11的四個角部，例如，以朝向圖1的Z方向，即與造型台13的平面垂直的方向延伸的方式，形成有4根導軸15。導軸15是對如下文所述的使升降台14沿上下方向移動的方向進行限定的直線狀的部件。導軸15的根數不限於4根，可以設為能夠使升降台14穩定地保持或移動的根數。

(造型台13)

造型台13是載置造型物S的台，是堆積從下文所述的造型頭中吐出的熱塑性樹脂的台。

(升降台14)

如圖1和圖2所示，升降台14構成為在其四個角部處貫穿導軸15，能夠沿導軸15的長邊方向(Z方向)移動。升降台14具備與導軸15接觸的輥34、35。輥34、35設置成能夠在形成於升降台14的兩個角部的臂部33上轉動。藉由輥34、35與導軸15接觸並且轉動，升降台14能夠沿Z方向平滑地移動。另外，如圖2所示，升降台14通過由同步帶、線、滑輪等構成的動力傳輸機構傳輸馬達Mz的驅動力，從而在上下方向上以規定的間隔(例如0.1mm節距)移動。馬達Mz，例如，較佳為伺服馬達、步進馬達等。需要說明的是，可以使用未圖示的位置感測器，連續地或間斷地即時測量升降台14的高度方向上的實際位置，並進行適當修正，以提高升降台14的位置精度。下文所述的造型頭25A、25B也同樣如此。

(XY台12)

XY台12載置於升降台14的上表面。圖3是示出XY台12的示意結構的立體圖。XY台12具備：框體21；X導軌22；Y導軌23；繞線輪24A、24B；造型頭25A、25B；以及造型頭支架H。X導軌22的兩端嵌入在Y導軌23中，沿Y方向滑動自如地被保持著。繞線輪24A、24B固定在造型頭支架H上，隨著被造型頭支架H保持的造型頭25A、25B的運動而沿XY方向移動。作為造型物S的材料的熱塑性樹脂是直徑為3~1.75mm左右的繩狀的樹脂(絲 38A、38B)，通常以捲繞在繞線輪24A、24B上的狀態下被保持著，在造型時通過下文設置於造型頭25A、25B的馬達(擠出機)被送到造型頭25A、25B內。

需要說明的是，也能夠構成為不將繞線輪24A、24B固定於造型頭支架H而是固定於框體21等，使其不隨著造型頭25運動。另外，雖然採用了將絲38A、38B暴露在外的狀態下送入造型頭25內的結構，但是也可以經由引導件(例如，管、環引導件等)將其送入造型頭25A、25B內。

在僅由單一材料對造型物進行造型的情況下，能夠僅使用絲38A、38B的任一者進行造型。另一方面，如下文所述，也能夠在一個造型物中將絲38A以及38B兩者組合起來使用。

絲38A、38B分別由不同的材料形成。作為一個示例，在一者為ABS樹脂、聚丙烯樹脂、尼龍樹脂，聚碳酸酯樹脂中的任一種的情況下，另一者能夠選用該一種樹脂以外的樹脂。或者，即使是相同材料的樹脂，也能夠使其內部所包含的填料的材料的種類、比例不同。即，絲38A、38B分別具有不同的性狀，較佳為能夠通過其組合來提高造型物的特性(強度等)。

需要說明的是，在圖1至圖3中，造型頭25A構成為將絲38A溶融、吐出，造型頭25B構成為將絲38B溶融、吐出，為不同的絲準備各自獨立的造型頭。但是，本發明不限於此，也能夠採用僅準備單一的造型頭並藉由單一的造型頭選擇性地熔融、吐出多種絲(樹脂材料)的構成。

絲38A、38B從繞線輪24A、24B經由管Tb被送到造型頭25A、25B內。造型頭25A、25B被造型頭支架H保持，並構成為能夠與繞線輪24A、24B一起沿X、Y的導軌22、23移動。另外，雖然在圖2和圖3中省略了圖示，但是在造型頭25A、25B內配置有用於將絲38A、38B向Z方向下方送入的擠出馬達。造型頭25A、25B可以在XY平面內彼此保持固定的位置關係並能夠與造型頭支架H一起移動，但也可構成為能夠在XY平面內改變彼此的位置關係。

需要說明的是，雖然在圖2和圖3中省略了圖示，但是用於使造型頭25A、25B相對於XY台12移動的馬達Mx、My也設置在XY台12上。馬達Mx、My，例如較佳為伺服馬達、步進馬達等。

(驅動器300)

接著，參照圖4A的框圖說明驅動器300的結構的詳情。驅動器300包含：CPU 301、送絲裝置302、頭控制裝置303、電流開關304、以及馬達驅動器306。CPU 301通過輸入輸出介面307接收來自電腦200的各種信號，對驅動器300的整體進行控制。送絲裝置302根據來自CPU 301的控制信號，對造型頭25A、25B內的擠出馬達指示並控制絲38A、38B相對於造型頭25A、25B的進給量(壓入量或者縮進量)。

電流開關304是用於切換加熱器26中流過的電流量的開關電路。通過切換電流開關304的開關狀態，增加或減少在加熱器26中流過的電流，由此可控制造型頭25A、25B的溫度。另外，馬達驅動器306根據來自CPU 301控制信號，產生用於控制馬達Mx、My、Mz的驅動信號。

圖4B是示出電腦200(控制裝置)的結構的功能框圖。電腦200具備：空間過濾處理部201；切片器(slicer)202；造型調度器203；造型指示部204；以及造型向量形成部205。這些機構能夠在電腦200的內部由電腦程式實現。

空間過濾處理部201從外部接收表示待造型的造型物的三維形狀的主3D資料，基於該主3D資料對形成造型物的造型空間實施各種資料處理。具體地，空間過濾處理部201如下文所述具有如下功能：根據需要將造型空間分區成多個造型單元Up(x,y,z)，並且基於主3D資料，向上述各多個造型單元Up賦予屬性資料，該屬性資料用於示出應當給予各造型單元的特性。是否對造型單元進行分區以及各個造型單元的尺寸是由形成的造型物S的尺寸、形狀來確定。例如，在形成如下文中說明的造型物S的情況下，不需要對造型單元進行分區。

造型指示部204將與造型的內容相關的指示資料提供給空間過濾處理部201和切片器202。需要說明的是，造型指示部204可以從鍵盤、滑鼠等輸入裝置接收指示資料的輸入，也可以由儲存有造型內容的儲存裝置向其提供指示資料。

另外，切片器202具有將各個造型單元Up轉換成多個切片資料的功能。切片資料被送至後級的造型調度器203。造型調度器203具有根據上文所述的屬性資料，確定切片資料中的造型順序、造型方向等的作用。另外，造型向量形成部205根據造型調度器203中確定的造型順序和造型方向形成造型向量。該造型向量的資料被發送到驅動器300。驅動器300根據接收的造型向量的資料控制3D印表機100。

圖5中，示出了通過第1實施方式的三維造型裝置形成的造型物S的結構的示意圖。如圖5所示，通過本實施方式形成的造型物S是將第1層L1與第2層L2交錯地層疊多層而構成。第1層L1及第2層L2分別基於上文所述的切片資料而形成。

這裡，參照圖6和圖7，對專利文獻2中公開的三維造型方法形成的造型物進行說明。在該專利文獻2中，在第1層L1中，例如在Y方向上以規定的節距(殘留有圖7所示的空隙V1)排列以X方向為長邊方向的直線狀的材料R1。另一方面，在第2層L2中，例如在X方向上以規定的節距排列以Y方向為長邊方向的直線狀的材料R1。需要說明的是，雖然在圖5中省略了圖示，但是能夠在材料R1的間隙中排列其他材料R2。這樣，某種材料在第1層中沿一個方向延伸，在其上的第2層中沿與其不同的方向延伸且交叉並上下接合的結構不斷重複而形成的結構，在本說明書中被稱作「井字結構」。

這樣的井字結構的造型物，由於第1層L1的材料R1和第2層L2的材料R1交錯層疊並在其上下表面處接合，因此能夠形成非常強固的造型物。另外，在材料R1的間隙中填入其他材料R2的情況下，可通過該其他材料R2製作另外的井字結構。即使材料R1與R2不接合，由於形成了井字結構，因而造型物S能夠強固地形成，並且能夠形成具有材料R1和R2的中間的性質的造型物。

但是，如圖5所示，在造型物S的輪廓具有規定的曲率的情況下(例如，為圓柱形狀的情況下)，該造型物的物理強度會產生問題。例如，如圖8所示，在材料R1以X方向或Y方向為長邊方向彼此正交的這類排列的情況下，該造型物S雖然對平行於X方向或Y方向的施壓具有充足的強度，但另一方面對來自與X方向或Y方向交叉方向(例如45°)的施壓，無法具有充分的物理強度。即，與施壓相對的物理強度會因為方向而產生偏差。

這裡，在第1實施方式中，如圖9所示，藉由在第1層L1、第2層L2中如下地排列材料R1，以解決圖8中說明的技術問題。

如圖9所示，在通過第1實施方式形成的造型物S中，在第1層L1中排列的材料R1s排列成直線狀。在圖9的示例中，直線狀材料R1s形成為從第1層L1的中心附近朝向第1層L1的輪廓的方向(外側)呈放射狀地延伸。這是一個示例，如下文所述，材料R1s是直線狀即可，不限於放射狀的配置。另外，不必所有的材料都是直線狀，主要的材料形成為直線狀即可。

而且，第2層L2中排列的材料R1r被賦予與第2層L2的輪廓對應之規定的曲率(以下，將這類材料R1r稱作「曲率材料R1r」)。作為一個示例，在造型物S為如圖5所示之圓柱形狀的結構物的情況下，曲率材料R1r例如能夠是以該圓柱的中心軸為中心、具有圓柱的半徑的圓或圓弧形狀。這裡，「與第2層L2的輪廓對應的規定的曲率」的意思不是相同的曲率，而是與該輪廓相應地確定的曲率。例如，在造型物S為圓柱形狀的情況下，關於配置成同心圓狀的多個曲率材料R1r的曲率，最外周的曲率材料R1r的曲率與該圓柱的輪廓大致相同，但另一方面，越位於內側的曲率材料R1r，其曲率越大。

需要說明的是，在造型物S為圓柱形狀的情況下，材料R1r不必全都形成為同心圓狀，幾個材料，例如最外周的數根材料R1r具有與第1層L1的輪廓對應的形狀，其他例如可以是直線狀。另外，在造型物S具有圓柱形狀以外的曲率的形狀的情況下，也可以在第2層L2中形成沿著該曲率的曲率材料。

這樣，本實施方式的造型物S，在第1層L1形成直線狀材料R1s，並在第2層L2形成具有與造型物S的輪廓對應的曲率的曲率材料R1r。通過這樣的曲率材料R1r與直線狀材料R1s在上下表面處交叉並接合，造型物S能夠成為與專利文獻2同樣的井字結構。進一步地，通過具有沿造型物S的輪廓的曲率的曲率材料R1r，無論在造型物S中位置如何，均能夠使材料的配置關係大致均勻，能夠提高造型物S的物理強度。

圖11A至圖11I示出了在第1層L1中排列成放射狀的直線形狀的材料R1s的具體配置例。需要說明的是，圖11A至圖11I，為了方便，以其外周是圓周狀的方式進行圖示，但實際上如圖9所示，在材料與材料之間是空洞。

圖11A示出了將從第1層L1的中心(圓柱形狀的造型物S的中心軸)附近延伸的第1直線狀材料R1sL和第2直線狀材料R1sS配置成放射狀的配置例。第1直線狀材料R1sL配置成在圓周方向上間隔90°，其頂端在該中心附近彼此大致接觸。而且，第2直線狀材料R1sS配置在第1直線狀材料R1sL的間隙中。因此，與第1直線狀材料R1sL相比，第2直線狀材料R1sS的長邊方向的長度更短。該配置例的第1直線狀材料R1sL和第2直線狀材料R1sS，無論位置如何，任一者在圓周方向上的寬度均大致相同。

圖11B和圖11A同樣地示出了將從第1層L1的中心(圓柱形狀的造型物S的中心軸)附近延伸的第1直線狀材料R1sL和第2直線狀材料R1sS配置成放射狀的配置例。但是，在圖11B的示例中，8根的第1直線狀材料R1sL配置成在圓周方向上間隔45°，其頂端相接觸。而且，第2直線狀材料R1sS配置在第1直線狀材料R1sL的間隙中。與第1直線狀材料R1sL相比，第2直線狀材料R1sS的長邊方向的長度更短這一點，與圖11A的示例的情況相同。

在圖11C的配置例中，第1層L1中直線狀材料R1sT配置成放射狀，這一點與圖11A以及圖11B的配置例相同。但是，在圖11C的配置例中，直線狀材料R1sT的寬度(圓周方向)形成為從第1層L1的中心側朝向外側逐漸增大。在圖11A、圖11B的配置例中，1根直線狀材料R1sL、R1sS的寬度均勻，因此在第1層L1的外側，多個直線狀材料之間的間隙變寬，這可能會給造型物S的物理強度等造成影響。但是，如圖11C的配置例所示，通過1根直線狀材料R1sT的寬度朝向外側逐漸變寬，從而在第1層L1的外側也能夠使間隙變窄，能夠確保造型物S的物理強度。

本說明書中「直線狀材料」的用語的意思是，不僅是整體為直線的材料，還有包括直線狀的部分的材料。

另外，在圖11D的配置例中，直線狀材料R1sp1、R1sp2配置成放射狀，這一點與上述的配置例相同。但是，直線狀材料R1sp1、R1sp2的任一者都具有雖然在第1層L1的中心側為1根材料，但是在外側分叉成2根的形狀。根據該配置例，也能夠得到與圖11C的配置例相同的效果。需要說明的是，分叉根數不限於2根，也可以是3根以上。

圖11E的配置例與圖11A至圖11D的配置例不同，第1層L1被進一步分區成多個(例如6個)扇形區域SC。而且，在每個扇形區域SC中配置有多個直線狀材料R1sL1、R1sS1。在圖11E的示例中，配置有與一個扇形區域SC的一個邊平行地延伸的多個直線狀材料R1sL1，並與另一個邊平行地配置多個直線狀材料R1sS1。在該示例中，直線狀材料R1sL1配置成與第1邊平行地延伸並延伸至第2邊為止。另一方面，直線狀材料R1sS1配置成，與第2邊平行地延伸並到達直線狀材料R1sL1。因此，直線狀材料R1sL1的長度整體上比直線狀材料R1sS1的長度更長。

在圖11E的配置例中，第1層L1被分區成多個扇形區域SC，直線狀材料R1sL1、L1sS1沿著該扇形的兩個邊延伸，直線狀材料R1sL1、R1sS1配置成大致放射狀。因此，這些直線狀材料R1sL1、R1sS1，能夠與配置在第2層L2的曲率材料一起構成井字結構。

圖11F和圖11E同樣地是將第1層L1分區成多個扇形區域SC的配置例。但是，在該配置例中，多個扇形區域SC的中心角(θ1，θ2)彼此不同。需要說明的是，雖然在圖11F的配置例中，在1個扇形區域SC中，直線狀材料R1sV配置成呈大致V字型，但不限於此，例如能夠採用與圖11E相同的配置。

圖11G和圖11F同樣地是將第1層L1分區成多個中心角θ不同的扇形區域SC的配置例。在該配置例中，在各個扇形區域SC中，配置有多個V字型的直線狀材料R1sV。構成V字型的直線狀材料R1sV的兩個直線狀部分，以與扇形區域SC的兩個邊大致平行地延伸的方式進行配置。另外，多個直線狀材料R1sV配置成其邊彼此平行地進行重疊。

需要說明的是，在圖11G的示例中，在中心角大的扇形區域SC中，直線狀材料R1sV的數量多，在中心角小的扇形區域SC中，直線狀材料R1sV的數量少。但是，圖示的示例僅僅是一個示例，也可以是無論中心角θ的大小如何，包含在1個扇形區域SC中的直線狀材料R1sV的數量相同。

另外，在圖11G的示例中，沿著虛擬的楕圓形EPi(i=1,2,…)列印各直線狀材料R1sV。楕圓形EPi，越靠近第1層L1的中心曲率越大，隨著接近外周而曲率減小。這也是一個示例，也可將直線狀材料R1sV的邊列印成整體上呈放射狀。

使用圖11H和圖11I，對第1層L1中之另一其他材料的配置例進行說明。圖11H是示出第1層L1、第2層L2中之材料的配置的俯視圖，圖11I是示出第1層L1、第2層L2的層疊的方式的立體圖。圖11H及圖11I中示出的配置例，在重複層疊第1層L1、第2層L2這一點上，與上述的配置例相同。但是，在以下的點上，不同於上文所述的配置例。

圖11A至圖11G的配置例是，在第1層L1中僅配置直線狀材料，在第2層L2中僅配置曲率材料。與此相反，在圖11H及圖11I的配置例中，在第1層L1、第2層L2任一者均在多個扇形區域SC的一部分中配置直線狀材料R1sL1、R1sS1，另一方面，在其他扇形區域SC中配置曲率材料R1r。

而且，如圖11I所示，第1層L1及第2層L2，以直線狀材料R1sL1、R1sS1和曲率材料R1r在上下方向上重疊的方式進行層疊。由此，與上述的配置例同樣地通過直線狀材料和曲率材料可構成井字結構。在圖11H及圖11I的配置例的情況下，第1層L1、第2層L2的結構(包括材料的配置密度等)大致相同，因此，與上文所述的配置例相比，能夠在上下方向上使造型物S中的材料的特性均勻化，能夠進一步提高造型物S的物理的強度。

圖12對又一其他配置例進行說明。圖12的配置例是，在第1層L1中僅配置直線狀材料，在第2層L2中僅配置曲率材料。這一點，與圖11A至圖11G的配置例相同。但是，在圖12的配置例中，在一個第1層L1中配置的直線狀材料R1sL1、R1sS1，與在其上層的其他第1層L1中配置的直線狀材料R1sL1、R1sS1相比，呈以規定的旋轉中心為中心旋轉微小角度△α的位置關係。

這裡的微小角度△α能夠設為任意的數值，但較佳為使得位於下方的第1層L1中的直線狀材料R1sL1、R1sS1的間隙，被位於上方的第1層L1中的直線狀材料R1sL1、R1sS1重疊。關於其他第1層L1，也同樣地在上下方向上隔著第2層L2鄰接的兩個第1層L1中，直線狀材料R1sL1、R1sS1具有旋轉了微小角度△α的位置關係。通過適當地設置該微小角度△α，從而實質上填埋直線狀材料R1sL1、R1sS1的間隙，由此能夠提高造型物S的物理的強度。

<第2實施方式>

接著，參照附圖詳細說明本發明的第2實施方式。該第2實施方式，三維造型裝置(3D印表機100)的結構本身可以與第1實施方式大致相同。因此，在下文中省略關於3D印表機100的重複說明。但是，在第2實施方式中，被造型的造型物S與第1實施方式不同。

第2實施方式的造型物S形成為將第1層L1與第2層L2交錯層疊，直線狀材料和曲率材料在上下方向上接合，這一點與第1實施方式相同。但是，在該實施方式中，第1層L1中形成的材料R1s、R2s由彼此不同的材料形成。例如，在一者為ABS樹脂、聚丙烯樹脂、尼龍樹脂、聚碳酸酯樹脂中的任一種情況下，另一者能夠採用該一種樹脂以外的樹脂。另外，第2層L2中形成的材料R1r、R2r同樣地由彼此不同的材料形成。

在第1層L1中，材料R1s、R2s，例如如圖13所示，均配置成從第1層L1的中心附近朝向外側呈放射狀地延伸。材料R1s及R2s可以如圖13所示，在圓周方向上每1根交錯地進行配置，也可以數根交錯地進行配置。

在這類造型物S中，在第1層L1中材料R1s、R2s呈放射狀地延伸，另一方面，在比其更上一層的第2層L2中，材料R1r、R2r沿著第1層L1的輪廓的方向延伸。由此，造型物S具有在第1層L1和第2層L2中的材料R1s和R1r的交錯位置處，相同的材料彼此在上下方向上接合的結構(所謂的井字結構)。材料R2s、R2r也同樣地在被材料R1夾著的位置處，具有同樣的井字結構，並在上下方向上接合。通過這樣的結構，即使作為不同種類的材料的材料R1s、R1r與材料R2s、R2r之間的(橫方向的)接合力弱，只要如上文所述的井字結構中的同一材料之間的(層疊方向的)接合力強，就能夠充分提高造型物S的強度。

圖14A至圖14F示出了第2實施方式的造型物S的第1層L1中的直線狀材料的具體配置例。

圖14A示出了配置有第1直線狀材料R1sL、R1sS和第2直線狀材料R2s的配置例，該第1直線狀材料R1sL、R1sS由從第1層L1的中心(圓柱形狀的造型物S的中心軸)附近向外側呈放射狀地延伸的第1材料(例如，ABS樹脂、聚丙烯樹脂、尼龍樹脂、聚碳酸酯樹脂)形成，第2直線狀材料R2s同樣地由從第1層L1的中心附近向外側呈放射狀地延伸的第2材料(不同於第1材料的材料)形成。在該示例中，第1直線狀材料R1sL配置成在圓周方向上間隔90°，其頂端在該中心附近彼此大致接觸。另外，第1直線狀材料R1sS，在第1直線狀材料R1sL之間的位置處，同樣地間隔90°地進行配置。而且，第2直線狀材料R2s配置在如此間隔45°地配置的第1直線狀材料R1sL、R1sS之間的位置處。需要說明的是，在圖14A的第1層L1中，材料R1sL、R1sS、R2s以外的白色區域是空隙。

圖14B示出了具有第1直線狀材料R1sL(第1材料)和位於第1直線狀材料R1sL之間的位置的第2直線狀材料R2s(不同於第1材料的第2材料)，該第1直線狀材料R1sL從第1層L1的中心(圓柱形狀的造型物S的中心軸)附近向外側延伸並間隔45°地在圓周方向上進行配置，該第2直線狀材料 R2s同樣地間隔45°地在圓周方向上進行配置。需要說明的是，在圖14B的第1層L1中，材料R1sL、R2s以外的白色區域是空隙。

在圖14C的配置例中，在第1層L1中由第1材料形成的直線狀材料R1sT和由第2材料形成的直線狀材料R2sT配置成交錯地呈放射狀，這一點與圖14A、圖14B的配置例相同。但是，直線狀材料R1sT、R2sT的寬度(圓周方向)從第1層L1的中心側朝向外側逐漸增大。需要說明的是，在圖14C的第1層L1中，材料R1sT、R2sT以外的白色區域是空隙。

另外，在圖14D的配置例中，由第1材料形成的直線狀材料R1sp1，由第2材料形成的直線狀材料R2sp2呈放射狀進行配置，這一點與上文所述的示例相同。但是，直線狀材料R1sp1、直線狀材料R2sp1任一者均具有在第1層L1的中心側為1根材料，但是在外側分叉成2根的形狀。通過該配置例，也能夠獲得與圖14C的配置例同樣的效果。需要說明的是，分叉的根數不限於2根，也可以是3根以上。需要說明的是，在圖14D的第1層L1中，材料R1sp1、R2sp1以外的白色區域是空隙。

圖14E的配置例與圖11E相同，第1層L1進一步被分區成多個(例如6個)扇形區域SC。而且，在每個扇形區域SC中配置有多個第1直線狀材料R1sL1(第1材料)、第2直線狀材料R2sS1(第2材料)。在圖14E的示例中，配置有與一個扇形區域SC的一個邊平行地延伸的多個第1直線狀材料R1sL11，並與另一個邊平行地配置多個第2直線狀材料R2sS1。

在圖14E的配置例中，第1層L1被分區成多個扇形區域SC，直線狀材料R1sL1、L2sS1沿著該扇形的兩個邊延伸，直線狀材料R1sL1、L2sS1配置成呈大致放射狀。因此，能夠與配置在第2層L2中的圓弧狀材料構成井字結構。需要說明的是，在圖14E的配置例中，第1層L1中，直線狀材料R1sL1、R2sS1以外的區域是空隙。但是，能夠採用如圖14F所示之通過第1材料形成的直線狀材料R1s、第2材料形成的直線狀材料R2s來填埋第1層L1，從而可不殘留空隙的配置。

圖14G的配置例，在將第1層L1分區成多個扇形區域SC的點上，與圖14E、圖14F的配置例相同。但是，在該實施方式中，在各多個扇形區域SC中，配置有整體上具有菱形的直線狀材料R1sD(第1材料)、R2sD(第2材料)。以菱形形狀的直線狀材料R1sD及R2sD的兩邊與扇形區域SC的兩邊大致平行的方式，列印直線狀材料R1sD及R2sD。在各個扇形區域SC中，菱形形狀的直線狀材料R1sD、R2sD以外之未被填埋滿的部分，能夠形成直線狀的材料。需要說明的是，雖然在圖14G的配置例中，在直線狀材料R1sD與R2sD之間設置有空隙，但是在其之間也能夠不設置空隙。

在圖14H的配置例中，同樣地，第1層L1被分區成多個扇形區域SC，每個扇形區域SC中配置有多個第1直線狀材料R1sV(第1材料)、第2直線狀材料R2sV(第2材料)。第2直線狀材料R2sV沿著扇形區域SC的兩個邊配置成V字型，進一步在其內側，第1直線狀材料R1sV沿著該扇形區域SC的兩個邊進行配置。通過這種方式，V字型的第1直線狀材料R1sV、第2直線狀材料R2sV交錯地進行配置，填埋扇形區域。圖14I的配置例與圖14H同樣地配置有V字型的第1直線狀材料R1sV’(第1材料)、第2直線狀材料R2sV’(第2材料)，但是在材料的輪廓為圓弧狀這一點不同於圖14H。

圖14J的配置例與圖14I的配置例相同，第1層L1被分區成多個扇形區域SC(圖示的示例中為中心角90°)，並且沿著該扇形區域SC的邊延伸而形成有由第2材料形成的直線狀材料R2sV3。該直線狀材料R2sV3與圖14I的配置例中的直線狀材料R2sV’同樣地具備沿著扇形區域SC的兩個邊延伸的部分。除此之外，圖14J的直線狀材料R2sV3還具有從扇形區域SC的中心附近朝向扇形區域SC的圓弧的中點附近延伸的部分，具備3根呈放射狀地延伸的直線狀部分整體上具有W字形狀。在3根直線狀部分之間，形成有由第1材料形成的直線狀材料R1sV4。該直線狀材料R1sV4也與直線狀材料R2sV4同樣地具有大致W字型，在其間隙中形成有由另一其他的第2材料形成的直線狀材料R2sV4。雖然在圖14的配置例中，一種材料具有3根呈放射狀地延伸的直線狀部分，但不限於此，一種材料也可具有4根以上呈放射狀地延伸的直線部分。

圖14K的配置例與圖14J的配置例相同，第1層L1被分區成多個扇形區域SC，並且沿著該扇形區域SC的邊延伸而形成有由第2材料形成的直線狀材料R2sCR。該直線狀材料R2sCR與圖14J的配置例中的直線狀材料R2sV3同樣地具備沿扇形區域SC的徑向呈放射狀地延伸的多個(在圖示的示例中為3根)直線狀部分。除此之外，圖14K的直線狀材料R2sCR3還具有沿扇形區域SC的圓周方向延伸的多個圓弧狀部分。直線狀材料R1sCR也與直線狀材料R2sCR同樣地具備沿徑向延伸的多個直線狀部分和沿圓周方向延伸的圓弧狀部分。

圖14L的配置例還示出了第1層L1中的另一其他材料的配置例。該配置例中，將第1材料形成的第1直線狀材料R1sL配置成從第1層L1的中心附近朝向外側呈放射狀。而且，沿著該第1直線狀材料R1sL配置由第2材料形成的第2直線狀材料R2s。雖然在圖14L的配置例中，進一步使用由第2材料形成的材料R2ss填埋第2直線狀材料R2s的間隙中殘留的空隙，但如圖14M所示，也能夠將其更換為第1材料R1sS，還能夠原狀保留空隙。

圖14N的配置例是與圖14M的配置例近似的配置例。在圖14N的配置例中，將由第2材料形成的第2直線狀材料R2s配置成從第1層L1的中心附近朝向外側呈放射狀。而且，沿該第2直線狀材料R2s配置由第1材料形成的V字狀的直線狀材料R1s。與圖14M的不同之處在於，第1直線狀材料R1s形成為V字型的直線狀材料這一點。需要說明的是，雖然在圖14N的配置例中，還使用由第2材料形成的材料R2s’填埋第1直線狀材料R1s的間隙中殘留的空隙，但是也能夠將其更換為第1材料，還能夠原狀保留空隙。

使用圖15A及圖15B進一步地對又一配置例進行說明。圖15A是示出第1層L1、第2層L2中的材料的配置的俯視圖，圖15B是示出第1層L1、第2層L2的層疊的方式的立體圖。在圖15A及圖15B中示出的配置例與圖11H及圖11I的配置例(材料為單獨一種的情況)相同，第1層L1、第2層L2任一者均是在多個扇形區域SC的一部分中配置由第1材料形成的直線狀材料R1sL、R1sS、以及由第2材料形成的直線狀材料R2sL、R2sS。另一方面，在其他扇形區域SC中配置由第1材料形成的曲率材料R1r、以及由第2材料形成的曲率材料R2r。

而且，如圖15B所示，第1層L1及第2層L2以直線狀材料R1sL、R1sS、R2sL、RrsS與曲率材料R1r、R2r在上下方向上重疊的方式進行層疊。由此，與上述的配置例同樣地可由直線狀材料和曲率材料構成井字結構。在圖15A及圖15B的配置例的情況下，第1層L1、第2層L2的結構(包含材料的配置密度等)大致相同，因此與上文所述的圖14A至圖14M的配置例相比，能夠使造型物S中的材料的特性在上下方向上均勻化，能夠進一步提高造型物S的物理強度。

<第3實施方式>

接著，參照圖16詳細說明本發明的第3實施方式。

第3實施方式的三維造型裝置(3D印表機100)的結構自身可以與第1實施方式大致相同。因此，在下文中省略關於3D印表機100重複說明。但是，在第3實施方式中，被造型的造型物S與上文所述的實施方式不同。

第3實施方式造型的造型物S，如圖16所示，是將第1層L1、第2層L2重複層疊而獲得，這一點與上文所述的實施方式相同。但是，第3實施方式的造型物S的第1層L1是將彼此平行地延伸的多個直線狀材料R1s進行排列而獲得的結構。這一點，與多個直線狀材料排列成放射狀的上文所述的實施方式不同。

在第1層L1中直線狀材料R1s延伸的方向，較佳為如圖16所示，在各個不同的第1層L1中具有不同的方向。

<第4實施方式>

接著，參照圖17詳細說明本發明的第4實施方式。第4實施方式的三維造型裝置(3D印表機100)的結構自身可以與第1實施方式大致相同。因此，在下文中省略關於3D印表機100重複說明。但是，在第3實施方式中，被造型的造型物S與上文所述的實施方式不同。

該實施方式造型的造型物S，如圖17所示，是將第1層L1、第2層L2重複層疊而獲得，這一點與上文所述的實施方式相同。但是，第4實施方式的造型物S的第1層L1、第2層L2均是例如僅僅在圓周方向的規定的角度(例如180°)形成曲率材料R1r、R2r，對於剩餘的角度，從第1層L1或者第2層L2的中心附近朝向外周，呈放射狀地形成由第1材料形成的第1直線狀材料R1s、由第2材料形成的第2直線狀材料R2s。

而且，在第1層L1及第2層L2中，曲率材料R1r、R2r形成的角度範圍的關係如下：越朝向上層則每次順時針地旋轉規定角度。由此，曲率材料R1r、R2r的部分以具有螺旋結構的方式進行層疊。而且，直線狀材料R1s、R2s，在該螺旋結構的間隙中，與曲率材料R1r、R2r交叉，形成井字結構。

<第5實施方式>

接著，參照圖18詳細說明本發明的第5實施方式。

第5實施方式的三維造型裝置(3D印表機100)的結構自身可以與第1實施方式大致相同。因此，在下文中省略關於3D印表機100重複說明。但是，在第5實施方式中，被造型的造型物S與上文所述的實施方式不同。

該實施方式造型的造型物S，如圖18所示，是將第1層L1、第2層L2重複層疊而獲得，這一點與上文所述的實施方式相同。但是，第5實施方式的造型物S的第1層L1、第2層L2均是例如僅僅在圓周方向的規定的角度(例如180°)形成曲率材料R1r、R2r，對於剩餘的角度，形成互相平行延伸之由第1材料形成的第1直線狀材料R1s、由第2材料形成的第2直線狀材料Rs。

而且，在第1層L1及第2層L2中，曲率材料R1r、R2r形成的角度範圍的關係如下：越朝向上層則每次順時針地旋轉規定角度。由此，曲率材料R1r、R2r的部分，以具有螺旋結構的方式進行層疊。而且，直線狀材料R1s、R2s，在該螺旋結構的間隙中，與曲率材料R1r、R2r交叉，形成井字結構。

<其他>

以上，說明本發明的幾個實施方式，但是這些實施方式僅作為示例，並不意在限定本發明的範圍。這些新穎的實施方式能夠以其他各種方式實施，在不脫離本發明的主旨的範圍內，能夠進行各種省略、替換、變更。這些實施方式及其變形包含在本發明的範圍內，並且包含在本發明的申請專利範圍中記載的發明及其均等範圍內。

Claims

一種三維造型裝置，包括：造型台，載置造型物；造型頭，構成為能夠相對於所述造型台移動且將材料供應給所述造型台；以及控制部，對所述造型頭進行控制，其中，所述控制部構成為使用從所述造型頭供應的該材料重複形成第1層和第2層以對造型物進行造型，以及其中，所述控制部對所述造型頭進行控制，以使得在所述第1層中，將所述材料的至少一部分排列成呈直線狀地延伸，且在所述第2層中，將所述材料的至少一部分排列在與所述第1層中的所述材料的長邊方向交叉的方向上且具有與所述第2層的輪廓對應的曲率，由此，在所述第1層中形成的所述材料與在所述第2層中形成的所述材料於上下方向上進行接合。
如申請專利範圍第1項所述之三維造型裝置，其中，所述控制部在所述第1層中，將所述材料排列成從所述第1層的中心附近朝向所述第1層的外側呈放射狀地延伸。
如申請專利範圍第2項所述之三維造型裝置，其中，所述控制部使所述材料形成為：與所述第1層中的所述材料的所述長邊方向正交的方向上的寬度從所述第1層的中心附近朝向所述第1層的外側逐漸增大。
如申請專利範圍第2項所述之三維造型裝置，其中，所述控制部使所述造型物中包含的多個所述第1層的一個中所含有的所述材料的排列為：將其他所述第1層中含有的所述材料以規定位置為中心旋轉規定角度。
如申請專利範圍第1項所述之三維造型裝置，其中，所述控制部將所述第1層分區成多個扇形、將所述材料的至少一部分排列成與所述扇形的兩個邊的任一者大致平行地延伸。
一種造型物，其特徵在於，通過重複層疊第1層、第2層而形成，在所述第1層中，材料排列成呈直線狀地延伸，並且，在所述第2層中，所述材料排列在與所述第1層中的所述材料交叉的方向上且具有與所述第2層的輪廓對應的曲率，由此，構成為在所述第1層中形成的所述材料與在所述第2層中形成的所述材料於上下方向上進行接合。
如申請專利範圍第6項所述之造型物，其中，在所述第1層中，所述材料排列成從所述第1層的中心附近朝向所述第1層的外側呈放射狀地延伸。
如申請專利範圍第7項所述之造型物，其中，在所述第1層中，與所述材料的長邊方向正交的方向上的寬度從所述第1層的中心附近朝向所述第1層的外側逐漸增大。
如申請專利範圍第7項所述之造型物，其中，多個所述第1層的一個中含有的所述材料的排列為：將其他所述第1層中含有的所述材料以規定位置為中心旋轉規定角度。
一種三維造型裝置的控制方法，是具備供應用於形成造型物的材料的造型頭的三維造型裝置的控制方法，該方法包括：控制所述造型頭，以使得在第1層中將所述材料的至少一部分排列成呈直線狀地延伸的步驟；以及控制所述造型頭，以使得在第2層中將所述材料的至少一部分排列在與所述第1層中的所述材料的長邊方向交叉的方向上且具有與所述第2層的輪廓對應的曲率，由此，使得在所述第1層中形成的所述材料與在所述第2層中形成的所述材料於上下方向進行接合的步驟。
如申請專利範圍第10項所述之三維造型裝置的控制方法，其中，在所述第1層中，將所述材料排列成從所述第1層的中心附近朝向所述第1層的外側呈放射狀地延伸。
如申請專利範圍第11項所述之三維造型裝置的控制方法，其中，使所述材料形成為：與所述第1層中的所述材料的所述長邊方向正交的方向上的寬度從所述第1層的中心附近朝向所述第1層的外側逐漸增大。
如申請專利範圍第11項所述之三維造型裝置的控制方法，其中，所述造型物中包含的多個所述第1層的一個中所含有的所述材料的排列為：將其他所述第1層中含有的所述材料以規定位置為中心旋轉規定角度。
如申請專利範圍第10項所述之三維造型裝置的控制方法，其中，將所述第1層分區成多個扇形，將所述材料的至少一部分排列成與所述扇形的兩個邊的任一者大致平行地延伸。