WO2023162890A1 - 造形物及びその製造方法、造形データの作成方法 - Google Patents

造形物及びその製造方法、造形データの作成方法 Download PDF

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亮平 湯浅
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キョーラク株式会社
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    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing

Definitions

  • the present invention relates to a modeled object that can be manufactured by layered manufacturing, a manufacturing method thereof, and a method of creating modeling data for manufacturing the modeled object.
  • Patent Document 1 discloses a method of manufacturing a three-dimensional network structure model by laminating single-layer structures.
  • each single-layer structure has a plurality of parallel line portions, and vertically adjacent single-layer structures are deviated from each other by 60 degrees in the direction in which the parallel line portions extend.
  • a modeled object with such a structure has the advantage of being excellent in flexibility, it is easily deformed when a load is applied from above and when a load is applied from the side. , “deformability”) are significantly different. For this reason, there is no difference in deformability against loads from any direction, like cushioning materials (especially cushioning materials used for applications that touch the body, such as insoles and parts that touch the legs of prosthetic legs). There is a problem that it is difficult to use for applications where isotropic deformation is desired.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and provides a modeled object that can be formed with high precision in a short modeling time even when the base structure has a complicated shape.
  • each single layer structure has an outer peripheral line portion surrounding the outer periphery.
  • the peripheral line portion contributes to improving the strength of the modeled object, but the provision of the peripheral line portion may unnaturally harden the surface of the modeled object. For this reason, applications that require the entire molded object to have a natural feel, such as cushioning materials (especially cushioning materials used for applications that come into contact with the body, such as insoles and parts that touch the legs of prosthetic legs). Therefore, it is not preferable to provide an outer peripheral line portion.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and provides a modeled object that can suppress delamination of the modeled object while suppressing unnatural hardening of the modeled object.
  • a part of the tool path is selected from the original data including the tool path for forming each of the plurality of single-layer structures obtained by slicing the base structure at a predetermined modeling pitch.
  • a shaped article is provided.
  • the part where the shape change of the tool path between the upper and lower layers in the original data is large, the molding is performed using the modeling data obtained by selecting the tool path so that the space between the layers in the original data becomes smaller. . For this reason, Even when the base structure has a complicated shape, it is possible to form a modeled object with high accuracy in a relatively short time.
  • the base structure is a structure in which a three-dimensional periodic minimal curved surface is provided with a thickness.
  • the tool paths are obtained.
  • the base structure is a structure in which a three-dimensional periodic minimal curved surface is provided with a thickness.
  • a shaped article configured by laminating a plurality of single-layer structures, wherein each of the plurality of single-layer structures is configured by shaping a linear resin, and the plurality of single-layer structures In at least one of the single-layer structures, the linear resin is folded back at a folding point provided on the outer periphery of the single-layer structure and arranged inside the single-layer structure relative to the outer periphery.
  • a modeled object is provided, comprising a folded portion, wherein the folded portion is a portion between the end of the linear resin and the folded point.
  • the linear resin constituting the single-layer structure is folded back at a folding point provided on the outer periphery of the single-layer structure, and also includes a folded portion located inside the single layer structure. According to such a configuration, it is possible to suppress the occurrence of delamination of the molded object starting from the end of the linear resin. In addition, since the peripheral line portion is not required, it is possible to suppress unnatural hardening of the modeled object.
  • the end portion is welded to the outer peripheral portion.
  • the single-layer structures are formed by moving a nozzle that discharges a fluid resin along a tool path.
  • the tool path is folded back at a folding point provided in the outer peripheral portion of the tool path, and the tool path is folded back from the outer peripheral portion.
  • a turn-up portion located inside the toolpath, said turn-up portion being a portion between the end of said toolpath and said turn-up point.
  • the method as described above wherein the edge overlaps the outer circumference.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a gyroid structure 1;
  • FIG. FIG. 3 is a perspective view showing a state in the middle of forming the gyroid structure 1;
  • FIG. 3 is a perspective view showing a state in the middle of forming the gyroid structure 1;
  • FIG. 3 is a perspective view showing a state in the middle of forming the gyroid structure 1;
  • FIG. 3 is a perspective view showing a state in the middle of forming the gyroid structure 1;
  • a tool path 4 used to form a single-layer structure 2 of each layer, which constitutes the gyroid structure 1, is shown.
  • a tool path 4 used to form a single-layer structure 2 of each layer, which constitutes the gyroid structure 1, is shown.
  • a tool path 4 used to form a single-layer structure 2 of each layer, which constitutes the gyroid structure 1, is shown.
  • FIG. 11A shows a state in which the single-layer structure 2 is stacked using the original data tool path 4 created at a modeling pitch of 0.1 mm
  • FIG. 11B shows the original data of the tool path 4 between the upper and lower layers.
  • a single-layer structure 2 is stacked using a tool path 4 that is selected so that the distance between layers in the original data becomes smaller for a portion with a larger change in shape.
  • Figure 12A shows a toolpath 4 with an edge 4a on the outer circumference 4e and
  • Figure 12B shows a single layer structure 2 with an edge 2a on the outer circumference 2e.
  • FIG. 13A shows the tool path 4 with the folded portion 4d provided, and
  • FIG. 13B shows the single layer structure 2 with the folded portion 2d provided.
  • modeled object 5 A shaped article 5 (illustrated in FIG. 11B) according to an embodiment of the present invention has a pseudo-gyroid structure, which will be described later. (There is no difference in the ease of deformation with respect to loads from arbitrary directions).
  • Applications of the modeled object 5 include cushioning materials (especially, cushioning materials used for applications that come into contact with the body, such as insoles and leg portions of prosthetic legs).
  • cushioning materials especially, cushioning materials used for applications that come into contact with the body, such as insoles and leg portions of prosthetic legs.
  • the gyroid structure 1 is a structure having a thickness based on the gyroid.
  • a gyroid is a three-dimensional minimal periodic surface infinitely connected in three directions.
  • a gyroid approximation can be expressed as Equation 1 using a trigonometric function. Since the gyroid is composed of planes meandering in the respective XYZ directions, the gyroid structure is excellent in isotropic deformability.
  • a plurality of single-layer structures 2 obtained by slicing the gyroid structure in the Z direction at a predetermined modeling pitch are formed.
  • a plurality of single-layer structures 2 are stacked in the Z direction.
  • a tool path is two-dimensional data indicating a path along which the nozzle is moved when forming the single layer structure 2, and extends on the XY plane.
  • the modeling data is data including information necessary for modeling, such as the tool path of each layer to be modeled and the modeling pitch.
  • the fluid resin is a resin in a state of being softened by heating when the lamination manufacturing is a hot-melt lamination method, and is an uncured resin when the lamination manufacturing is a UV curing method. In the former case the fluid resin is solidified by cooling, in the latter case the fluid resin is solidified by UV irradiation.
  • the nozzle In order to form a modeled object with a laminated structure, first, as shown in the first layer of FIG. 2, the nozzle is moved while extruding the fluid resin along the tool path of the first layer on a modeling table (not shown). to form a single layer structure 201 of the first layer.
  • the nozzle is moved along the tool path of the second layer on the single layer structure 201 of the first layer while extruding the molten resin, thereby forming the second layer. to form a single layer structure 202 of.
  • Single-layer structures 201 and 202 are fused to obtain a laminated structure 302 .
  • the nozzle may be raised relative to the modeling table, and instead of raising the nozzle, the modeling table may be lowered.
  • the nozzle is moved along the tool path of the third layer on the laminated structure 302 up to the second layer while extruding the molten resin, thereby forming the third layer. to form a single layer structure 203.
  • the single layer structure 203 is fused to the laminated structure 302 to obtain the laminated structure 303 up to the third layer. 2 to 4 show the state at the completion of modeling of each layer when the same process is performed up to 30 layers.
  • the 1st to 4th layers and the 16th to 22nd layers have an X direction meandering portion 2x in which the single layer structure 2 meanders in the X direction.
  • a layer having such a single-layer structure 2 is called an X-direction meandering layer.
  • the seventh to thirteenth layers and the twenty-fifth to thirtieth layers have Y-direction meandering portions 2y in which the single-layer structure 2 meanders in the Y-direction.
  • a layer having such a single-layer structure 2 is called a Y-direction meandering layer.
  • the fifth and sixth layers, the fourteenth and fifteenth layers, and the twenty-third and twenty-fourth layers have joint portions 2c where the X-direction meandering portion and the Y-direction meandering portion are joined.
  • a layer having such a single layer structure 2 is called a bonding layer.
  • the gyroid structure is constructed by alternately forming X-direction meandering layers and Y-direction meandering layers with a coupling layer interposed therebetween.
  • the single layer structure 2 along the seventh layer tool path is formed on the single layer structure 2 along the fourth layer tool path.
  • the single-layer structures 2 of the fourth layer and the seventh layer have a large difference in shape, overlap little when viewed from the stacking direction (Z-axis direction), and are almost in point contact. Therefore, when the gyroid structure is formed with such a molding pitch, the single-layer structures 2 are weakly bonded at the portions where the X-direction meandering layer and the Y-direction meandering layer are switched, such as the fourth layer and the seventh layer. As a result, delamination between layers tends to occur at this portion. In other words, if the modeling pitch is simply increased, the modeling time is shortened, but a new problem arises in that delamination of the modeled object is likely to occur.
  • a part of the tool path is extracted from the original data including the tool path for forming each of a plurality of single-layer structures obtained by slicing the gyroid structure at a predetermined modeling pitch.
  • the distance between the layers in the original data is set to be smaller for a part with a larger change in the shape of the tool path between the upper and lower layers in the original data. I got the idea to select a toolpath in
  • the portions where the X-direction meandering layers are continuous such as the 1st to 4th layers and the 16th to 22nd layers, and the 7th to 13th layers and the 25th to 30th layers
  • the overlap of the single layer structure between the upper and lower layers is large (that is, the shape change of the tool path is small)
  • the 4th to 7th layers and the 13th to 16th layers In the portion where the X-direction meandering layer and the Y-direction meandering layer are switched to each other, the overlap of the single layer structure between the upper and lower layers is small (that is, the shape change of the tool path is large).
  • the first layer, the fourth layer to the seventh layer, the tenth layer, the thirteenth to sixteenth layers, and the nineteenth layer Select the toolpath corresponding to the monolayer structure of layers 22-25 and 28.
  • this selection method all layers are selected for a portion where the X-direction meandering layer and the Y-direction meandering layer are switched (hereinafter referred to as a "switching portion"), whereas the X-direction meandering layer or the Y-direction meandering layer is continuously selected.
  • Layers are selected by skipping two layers in the portion where the continuous portion is to be formed (hereinafter referred to as “continuous portion”).
  • the shape of the single-layer structure gradually changes, for example, from the fourth layer, the fifth layer, the sixth layer, and the seventh layer at the switching portion. Since the overlap of the single-layer structure of 1 is increased, the occurrence of delamination of the modeled object 5 is suppressed. On the other hand, in the continuous portion, since the layers are selected by skipping two layers, the modeling speed is increased.
  • the modeled object 5 modeled using such modeling data has a structure in which the height of the continuous portion is relatively reduced with respect to the height of the switching portion (hereinafter referred to as a "pseudo gyroid structure").
  • a pseudo-gyroid structure is a structure obtained by reducing the height of continuous parts based on the gyroid structure, it retains the features of the gyroid structure to some extent. Therefore, according to the present invention, a modeled object 5 having excellent isotropic deformability as compared with the modeled object disclosed in Patent Document 1 can be obtained.
  • the selection of layers in the switching portion and the continuous portion should be made so that the number of layers skipped when selecting (that is, the interval between layers in the original data) is such that the switching portion ⁇ the continuous portion. Therefore, for example, layer selection may be performed by skipping one layer in the switching portion, and layer selection may be performed by skipping two layers in the continuous portion.
  • the molding data obtained by selecting the tool path selected so that the space between the upper and lower layers in the original data becomes smaller as the shape change of the tool path between the upper and lower layers in the original data is used.
  • the modeled article 5 it is possible to obtain the modeled article 5 having a pseudo-gyroid structure that is less likely to cause delamination and that can increase the modeling speed.
  • the modeled object 5 of this embodiment can be obtained by performing layered manufacturing using the modeling data created by the above method.
  • Laminate manufacturing can be performed by stacking single-layer structures 2 formed according to the tool path of each layer, as described in detail in "3.
  • Laminate modeling may be performed by any method such as a UV curing method or a hot melt lamination method, but a hot melt lamination method in which thermally melted resins are laminated is preferred.
  • the diameter of the linear resin (hereinafter referred to as “linear resin”) that constitutes the single-layer structure 2 and the molding pitch during molding are, for example, 0.3 to 6.0 mm, and 1.0 to 1.0 mm. 4.0 mm is preferred. Specifically, this diameter is 0.3, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0 mm, and may be in the range between any two of the values exemplified herein.
  • the diameter of the linear resin is preferably larger than the modeling pitch, and the value of [diameter of the linear resin/modeling pitch] is, for example, 1.1 to 6. 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, 6. 0, and may be in the range between any two of the values exemplified here.
  • the resin that forms the modeled object 5 is not particularly limited, and examples include ABS, polyolefin (eg polypropylene), polyester, and thermoplastic elastomer. If the modeled object 5 requires high flexibility, such as a cushioning material, the resin forming the modeled object 5 is preferably a thermoplastic elastomer.
  • thermoplastic elastomers examples include styrene-based elastomers, olefin-based elastomers, acrylic-based elastomers, and the like.
  • the thermoplastic elastomer preferably contains a styrenic elastomer. Since a styrene-based elastomer is highly flexible, the inclusion of a styrene-based elastomer in the thermoplastic elastomer increases the flexibility of the thermoplastic elastomer.
  • the proportion of the styrene-based elastomer in the thermoplastic elastomer is preferably 50 to 100% by mass, more preferably 80 to 100% by mass, specifically, for example, 50, 60, 70, 80, 90, 100% by mass. , within a range between any two of the numerical values exemplified herein.
  • Styrene-based elastomers are thermoplastic elastomers having styrene units, and styrene-based copolymers (for example, styrene-ethylene-styrene block copolymer (SES), styrene-butadiene-styrene block copolymer (SBS), Styrene-isoprene-styrene block copolymer (SIS), styrene-butadiene rubber (SBR), etc.), hydrogenated styrenic copolymers (e.g., styrene-ethylene/propylene-styrene block copolymer (SEPS), styrene- Ethylene-butylene-styrene block copolymer (SEBS), styrene-butylene-butadiene-styrene block copolymer (SBBS), hydrogenated styrene-buta
  • the Shore A hardness of the thermoplastic elastomer is preferably 0 to 10, specifically, for example, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, and the numerical values exemplified here may be in the range between any two of When the Shore A hardness is within this range, a molded article 5 with excellent flexibility is obtained. Shore A hardness is measured based on JIS K6253.
  • the modeled object 5 has a three-dimensional mesh structure composed of a pseudo-gyroid structure.
  • the rigidity of the modeled object 5 can be changed by changing the size of the pseudo-gyroid structure or changing the thickness of the linear resin that constitutes the single-layer structure. can be made
  • the modeled object 5 is a cushion material, it is necessary to make the modeled object 5 have rigidity according to the user's request. is easy.
  • 5-10 show a 60-layer toolpath 4 for forming each of a plurality of single-layer structures obtained by slicing the gyroid structure 1 at a build pitch of 0.1 mm.
  • the horizontal direction in FIGS. 5 to 10 is the X direction
  • the vertical direction is the Y direction.
  • An X-direction meandering portion 4x and a Y-direction meandering portion 4y of the toolpath 4 in the following description correspond to the X-direction meandering portion 2x and the Y-direction meandering portion 2y of the single layer structure 2, respectively.
  • the linear resin 2b formed along the tool path 4 has a certain thickness, the distance between the adjacent X-direction meandering portions 4x or the adjacent portions 4x, such as the sixth and seventh layers, is large.
  • the adjacent X-direction meandering portions 2x or the adjacent Y-direction meandering portions 2y are connected and joined. Part 2c is formed.
  • the toolpaths 4 of the first to sixth layers have a plurality of Y-direction meandering portions 4y meandering in the Y-direction.
  • the plurality of Y-direction meandering portions 4y extend substantially parallel, and the shape change of the tool path between the upper and lower layers is small.
  • the shape of the toolpath 4 changes so that the adjacent Y-direction meandering portions 4y approach each other, and in the sixth layer, the distance between the adjacent Y-direction meandering portions 4y is minimized. ing.
  • the tool paths 4 of the 7th to 30th layers have a plurality of X-direction meandering portions 4x meandering in the X-direction.
  • the direction in which the meandering portion extends changes from the Y direction to the X direction.
  • the shape of the toolpath 4 changes so that the adjacent X-direction meandering portions 4x are separated from each other, and in the 10th to 27th layers, the plurality of X-direction meandering portions 4x are substantially parallel. It is extended, and there is little change in the shape of the tool path between the upper and lower layers.
  • the shape of the tool path 4 changes so that the adjacent X-direction meandering portions 4x approach each other, and in the 30th layer, the distance between the adjacent X-direction meandering portions 4x is minimized. It's becoming
  • the tool paths 4 of the 31st to 53rd layers have a plurality of Y-direction meandering parts 4y meandering in the Y direction.
  • the direction in which the meandering portion extends changes from the X direction to the Y direction.
  • the shape of the tool path 4 changes so that the adjacent Y-direction meandering portions 4y are separated from each other, and in the 34th to 50th layers, the plurality of Y-direction meandering portions 4y are substantially parallel. It is extended, and there is little change in the shape of the tool path between the upper and lower layers.
  • the shape of the tool path 4 changes so that the adjacent Y-direction meandering portions 4y approach each other, and in the fifty-third layer, the distance between the adjacent Y-direction meandering portions 4y is minimized. ing.
  • the tool paths 4 of the 54th to 60th layers have a plurality of X-direction meandering portions 4x meandering in the X-direction.
  • the direction in which the meandering portion extends changes from the Y direction to the X direction.
  • the shape of the tool path 4 changes so that the adjacent X-direction meandering portions 4x are separated from each other. It is extended, and there is little change in the shape of the tool path between the upper and lower layers.
  • the tool path 4 includes layers in which the direction in which the meandering portion extends is switched between the X direction and the Y direction, and layers adjacent thereto (4th to 9th layers, 28th to 33rd layers, 51st to 56th layers). ), the shape change of the tool path 4 between the upper and lower layers is very large. A collection of these layers is called a "great change layer group”. Further, in the layers therebetween (1st to 3rd layers, 10th to 27th layers, 34th to 50th layers, 57th to 60th layers), the shape change of the tool path 4 between the upper and lower layers is small. A collection of these layers is called a "small change layer group".
  • the toolpath 4 can be selected such that the spacing between .
  • the direction in which the meandering portion extends changes from the Y direction to the X direction (6th to 7th layers, 30th to 31st layers, 53rd to 54th layers), and 1 layer from these layers
  • a layer with an interval of 1 is selected, and in the small change layer group, three layers are selected at approximately equal intervals.
  • the 7th to 30th layers the 7th, 9th, 28th, and 30th layers are selected from the large change layer group, and the 14th, 14th, and 30th layers are selected from the small change layer group.
  • the 19th and 24th layers are selected.
  • the interlayer spacing is 3 or 4 in the small change layer group.
  • FIG. 11A shows a modeled object obtained by laminating the single-layer structures 2 of each layer at a modeling pitch of 0.1 mm using the tool paths 4 of the 7th to 30th layers.
  • 11A and 11B show cross sections at one location of the linear resin 2a included in the single layer structure 2.
  • FIG. The layer indicated by the bold circle in FIG. 11A is the selected layer.
  • the first to seventh layers of the single-layer structure 2 included in the modeled object 5 are seven layers selected from the original data (seventh, ninth, fourteenth, nineteenth, twenty-fourth, twenty-eighth, 30th layer). Since the 1st to 7th layers are layers formed using the 7-layer tool path 4 selected from the original data, the positions and shapes in the XY plane are the same as those of the 7 layers selected from the original data. match. On the other hand, since the diameter of the linear resin constituting the single-layer structure 2 is changed, the positions of the first to seventh layers in the Z direction (the vertical direction in FIG. 11) in FIG. 11B were selected from the original data. Unlike the 7 layers, the 1st to 7th layers are arranged at approximately equal intervals in the Z direction. In other words, the 7 layers selected from the original data do not have uniform interlayer spacing, but the 1st to 7th layers in FIG. 11B are formed with the same modeling pitch.
  • the modeled object 5 shown in FIG. 11B is similar to the modeled object 5 created using the original data, although the modeled object 5 is layered and manufactured using the modeling data whose number of layers is significantly smaller than that of the original data. have a shape.
  • the single-layer structure 2 overlaps greatly between the upper and lower layers, and the structure is such that delamination is less likely to occur.
  • interlayer spacing between the large change layer group and the small change layer group and the number of layers to be selected may be set differently from the above embodiment.
  • FIG. 12A is an example of a toolpath 4 for manufacturing a model 5 .
  • the toolpath 4 has a pair of ends 4a.
  • FIG. 12B a single-layer structure formed by shaping a linear resin 2b by moving a nozzle that discharges a fluid resin along a tool path 4 between a pair of ends 4a. 2 can be formed.
  • the end portion 4a is provided on the outer peripheral portion 4e of the tool path 4, and when the single layer structure 2 is formed using such a tool path 4, the end portion 2a of the linear resin 2b is formed on the single layer structure 2. is provided on the outer peripheral portion 2e of the When the end portion 2a is provided at the outer peripheral portion 2e of the single-layer structure 2, the modeled object 5 configured by stacking a plurality of single-layer structures 2 is extended from the end portion 2a as a starting point. Delamination is likely to occur.
  • the ends 2a may or may not be connected to the ends of the upper layer or the lower layer. If the end portion 2a is not connected to any of the ends of the upper layer and the lower layer, the strength of the end portion 2a is particularly weak, so the technical significance of applying the present invention is significant.
  • FIG. 13A shows toolpath 4 modified to solve such problems.
  • the toolpath 4 in FIG. 13A is folded at a folding point 4f provided in the outer peripheral portion 4e of the toolpath 4, and includes a folded portion 4d arranged inside the toolpath 4 from the outer peripheral portion 4e.
  • the folding portion 4d is a portion between the end portion 4a of the tool path 4 and the folding point 4f.
  • the end portion 4a preferably overlaps the outer peripheral portion 4e.
  • FIG. 13B shows a single layer structure 2 made up of linear resin 2b formed by moving a nozzle for discharging fluid resin along the tool path 4 shown in FIG. 13A.
  • the linear resin 2b that constitutes the single layer structure 2 is folded at a folding point 2f provided in the outer peripheral portion 2e of the single layer structure 2 and arranged inside the single layer structure 2 relative to the outer peripheral portion 2e.
  • a folded portion 2d is provided.
  • the folded portion 2d is a portion between the end portion 2a of the linear resin 2b and the folded point 2f.
  • the edge 2a of the single-layer structure 2 is not exposed to the outer surface of the model 5, so delamination from the edge 2a of the single-layer structure 2 is suppressed.
  • the end portion 2a is preferably welded to the outer peripheral portion 2e. In this case, the strength of the end portion 2a is further increased, and delamination of the modeled article 5 is further suppressed.
  • the structure in which the folded portions 2d and 4d are provided may be provided in at least one of the plurality of single-layer structures 2 constituting the modeled object 5, but the ends 2a and 4a are formed on the outer peripheral portions 2e and 4e. It is preferable to provide the folded portions 2d and 4d in all the layers provided.
  • the base structure is a gyroid structure
  • the application target of the present invention is not limited to the gyroid structure.
  • the base structure there are gyroid structure, Schwartz P structure, Schwartz D structure, double gyroid structure, structure having a thickness on a three-dimensional minimal periodic curved surface such as fddd structure, cubic structure, octet structure, and cubic octet structure. etc.
  • the base structure is a structure in which a thickness is provided on a three-dimensional periodic minimal curved surface
  • the shape change of the tool path between the upper and lower layers is particularly large, so the technical significance of applying the present invention is remarkable.
  • Modifying the tool path can also be applied to tool path 4 included in the modeling data for forming a modeled object with an arbitrary structure. Therefore, the structure of the modeled object is not particularly limited with respect to the contents described in "10. Modification of Tool Path".
  • 1 gyroid structure
  • 2 single layer structure
  • 2a end portion
  • 2b linear resin
  • 2c coupling portion
  • 2d folded portion
  • 2e outer peripheral portion
  • 2f folded point
  • 2x X direction meandering portion
  • 2y Y-direction meandering part
  • 4a End part
  • 4d Folding part
  • 4e Peripheral part
  • 4f Folding point
  • 4x X-direction meandering part
  • 4y Y-direction meandering part
  • 5 Modeling Object
  • 201 Single layer structure
  • 202 Single layer structure
  • 203 Single layer structure
  • 302 Laminated structure
  • 303 Laminated structure

Abstract

ベース構造を複雑な形状を有している場合でも、短い造形時間で精度良く造形可能な造形物を提供する。　本発明によれば、ベース構造を所定の造形ピッチでスライスして得られる複数の単層構造体のそれぞれを形成するためのツールパスを含む元データから、前記ツールパスの一部を選択して作成された造形データを用いて作成された造形物であって、前記選択は、前記元データでの上下層間のツールパスの形状変化が大きい部位ほど、前記元データでの層間の間隔が小さくなるように行われる、造形物が提供される。

Description

造形物及びその製造方法、造形データの作成方法
　本発明は、積層造形によって製造可能な造形物及びその製造方法、並びにこの造形物を製造するための造形データの作成方法に関する。
　特許文献１には、単層構造体を積層することによって、三次元網目構造の造形物を製造する方法が開示されている。
特開２０２０－１４６９８８号公報
（第１観点）
　特許文献１では、各単層構造体は、複数の平行線部を有しており、上下方向に隣接する単層構造体同士は、平行線部が延びる方向が６０度ずれている。このような構造を有する造形物は、柔軟性に優れているという利点を有するものの、上方向から荷重が加わった場合と、横方向から荷重が加わった場合とでは、変形のしやすさ（以下、「変形性」）が大きく異なっている。このため、クッション材（特に、インソールや義足の脚にあたる部分など、体に触れる用途に用いられるクッション材）のように、任意の方向からの荷重に対して変形性に差がないこと（つまり、等方変形性であること）が望まれる用途には使いにくいという問題があった。
　このような問題を解決する構造として、ジャイロイド構造のような複雑な形状を有するものがあるが、複雑な形状を有する造形物を短い造形時間で精度良く製造することは容易ではない。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ベース構造が複雑な形状を有している場合でも、短い造形時間で精度良く造形可能な造形物を提供するものである。
（第２観点）
　特許文献１では、各単層構造体は、外周を取り囲む外周線部を備えている。この外周線部は、造形物の強度を向上させるのに寄与するものであるが、外周線部を設けることによって、造形物の表面が不自然に固くなってしまう場合がある。このため、クッション材（特に、インソールや義足の脚にあたる部分など、体に触れる用途に用いられるクッション材）のように、造形物の全体が自然な感触を有していることが要求される用途では外周線部を設けることが好まれない。
　一方、特許文献１のような造形物から外周線部を除くと、単層構造体を構成する線状樹脂の端部が単層構造体の外周部に配置されてしまう。線状樹脂の端部が単層構造体の外周部に設けられていると、複数の単層構造体が積層されて構成された造形物において、端部を起点として、造形物の層間剥離が起こりやすい。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、造形物が不自然に固くなることを抑制しつつ、造形物の層間剥離を抑制可能な、造形物を提供するものである。
（第１観点）
　本発明によれば、ベース構造を所定の造形ピッチでスライスして得られる複数の単層構造体のそれぞれを形成するためのツールパスを含む元データから、前記ツールパスの一部を選択して作成された造形データを用いて作成された造形物であって、前記選択は、前記元データでの上下層間のツールパスの形状変化が大きい部位ほど、前記元データでの層間の間隔が小さくなるように行われる、造形物が提供される。
　本発明では、元データでの上下層間のツールパスの形状変化が大きい部位ほど、元データでの層間の間隔が小さくなるようにツールパスの選択を行って得られた造形データを用いて造形する。このため、
ベース構造が複雑な形状を有している場合でも、比較的短い時間で精度良く造形物を造形することができる。
　以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。
　好ましくは、前記記載の造形物であって、前記ベース構造は、３次元の周期極小曲面に厚みを設けた構造である、造形物である。
　好ましくは、造形物の製造方法であって、ベース構造を所定の造形ピッチでスライスして得られる複数の単層構造体のそれぞれを形成するためのツールパスを含む元データから、前記ツールパスの一部を選択して作成された造形データを用いて積層造形を行う工程を備え、前記選択は、前記元データでの上下層間のツールパスの形状変化が大きい部位ほど、前記元データでの層間の間隔が小さくなるように行われる、方法である。
　好ましくは、造形データの作成方法であって、ベース構造を所定の造形ピッチでスライスして得られる複数の単層構造体のそれぞれを形成するためのツールパスを含む元データから、前記ツールパスの一部を選択する工程を備え、前記選択は、前記元データでの上下層間のツールパスの形状変化が大きい部位ほど、前記元データでの層間の間隔が小さくなるように行われる、方法である。
　好ましくは、前記記載の方法であって、前記ベース構造は、３次元の周期極小曲面に厚みを設けた構造である、方法である。
（第２観点）
　本発明によれば、複数の単層構造体が積層された構成された造形物であって、前記複数の単層構造体は、それぞれ、線状樹脂が賦形されて構成され、前記複数の単層構造体の少なくとも１つにおいて、前記線状樹脂は、前記単層構造体の外周部に設けられた折り返し点において折り返されて、前記外周部よりも前記単層構造体の内側に配置された折り返し部を備え、前記折り返し部は、前記線状樹脂の端部と前記折り返し点の間の部位である、造形物が提供される。
　本発明の造形物に含まれる少なくとも１つの単層構造体では、単層構造体を構成する線状樹脂は、単層構造体の外周部に設けられた折り返し点において折り返されて、外周部よりも単層構造体の内側に配置された折り返し部を備える。このような構成によれば、線状樹脂の端部を起点として造形物の層間剥離が起こることが抑制される。また、外周線部が不要であるので、造形物が不自然に固くなることが抑制される。
　以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。
　好ましくは、前記記載の造形物であって、前記端部は、前記外周部に溶着されている、造形物である。
　好ましくは、複数の単層構造体が積層された構成された造形物の製造方法であって、前記単層構造体は、流動樹脂を吐出するノズルをツールパスに沿って移動させることによって形成された線状樹脂によって構成され、前記複数の単層構造体の少なくとも１つにおいて、前記ツールパスは、前記ツールパスの外周部に設けられた折り返し点において折り返されて、前記外周部より前記ツールパスの内側に配置された折り返し部を備え、前記折り返し部は、前記ツールパスの端部と前記折り返し点の間の部位である、方法である。
　好ましくは、前記記載の方法であって、前記端部は、前記外周部に重なっている、方法である。
ジャイロイド構造１を示す斜視図である。 ジャイロイド構造１の造形途中の状態を示す斜視図である。 ジャイロイド構造１の造形途中の状態を示す斜視図である。 ジャイロイド構造１の造形途中の状態を示す斜視図である。 ジャイロイド構造１を構成する、各層の単層構造体２の形成に用いるツールパス４を示す。 ジャイロイド構造１を構成する、各層の単層構造体２の形成に用いるツールパス４を示す。 ジャイロイド構造１を構成する、各層の単層構造体２の形成に用いるツールパス４を示す。 ジャイロイド構造１を構成する、各層の単層構造体２の形成に用いるツールパス４を示す。 ジャイロイド構造１を構成する、各層の単層構造体２の形成に用いるツールパス４を示す。 ジャイロイド構造１を構成する、各層の単層構造体２の形成に用いるツールパス４を示す。 図１１Ａは、０．１ｍｍの造形ピッチで作成した元データのツールパス４を用いて単層構造体２を積層させた状態を示し、図１１Ｂは、元データでの上下層間のツールパス４の形状変化が大きい部位ほど、元データでの層間の間隔が小さくなるように選択したツールパス４を用いて単層構造体２を積層させた状態を示す。 図１２Ａは、端部４ａが外周部４ｅに設けられているツールパス４を示し、図１２Ｂは、端部２ａが外周部２ｅに設けられている単層構造体２を示す。 図１３Ａは、折り返し部４ｄが設けられた状態のツールパス４を示し、図１３Ｂは、折り返し部２ｄが設けられた状態の単層構造体２を示す。
　以下、本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴について独立して発明が成立する。
　以下、ベース構造がジャイロイド構造である場合を例に挙げて説明する。
１．造形物５
　本発明の一実施形態の造形物５（図１１Ｂに図示）は、後述する疑似ジャイロイド構造を有しており、特許文献１に開示されているような造形物に比べて、等方変形性（任意の方向からの荷重に対して変形のしやすさに差がないこと）が優れている。造形物５の用途としては、クッション材（特に、インソールや義足の脚にあたる部分など、体に触れる用途に用いられるクッション材）が挙げられる。以下、本実施形態の造形物５の製造方法を、順を追って説明する。
２．ジャイロイド構造
　まず、本発明と関連性を有するジャイロイド構造について説明する。図１に示すように、ジャイロイド構造１とは、ジャイロイドを基準に厚みを設けた構造である。ジャイロイドとは、３方向に無限に連結した３次元の周期極小曲面である。ジャイロイドの近似式は三角関数を用いて、式１のように表すことができる。ジャイロイドは、ＸＹＺのそれぞれの方向に蛇行する面によって構成されるために、ジャイロイド構造は等方変形性において優れている。
３．ジャイロイド構造の積層造形
　積層造形によってジャイロイド構造を形成する場合、まず、ジャイロイド構造をＺ方向に所定の造形ピッチでスライスして得られる複数の単層構造体２のそれぞれを形成するためのツールパスを含む造形データを作成する。複数の単層構造体２は、Ｚ方向に積層される。ツールパスとは、単層構造体２を形成する際にノズルを移動させる経路を示す二次元データであり、ＸＹ平面上に延在する。造形データは、造形対象の各層のツールパスや造形ピッチなどの、造形に必要な情報を含むデータである。流動状態の樹脂（以下、「流動樹脂」）をノズルから押し出しながら、ノズルをツールパスに沿って移動させて流動樹脂を賦形した後に流動樹脂を固化させることによって単層構造体２を形成することができる。流動樹脂は、積層造形が熱溶融積層法の場合は、加熱によって軟化された状態の樹脂であり、積層造形がＵＶ硬化法である場合は、未硬化の樹脂である。前者の場合、流動樹脂は冷却によって固化され、後者の場合、流動樹脂はＵＶ照射によって固化される。
　積層構造の造形物を形成するには、まず、図２の第１層に示すように、不図示の造形テーブル上で第１層のツールパスに沿って流動樹脂を押し出しながらノズルを移動させることによって、第１層の単層構造体２０１を形成する。
　次に、ノズルを造形ピッチ分上昇させた後に、第１層の単層構造体２０１上で、第２層のツールパスに沿って、溶融樹脂を押し出しながらノズルを移動させることによって、第２層の単層構造体２０２を形成する。単層構造体２０１，２０２は、融着されて積層構造体３０２が得られる。なお、ノズルは、造形テーブルに対して相対的に上昇させればよく、ノズルを上昇させる代わりに、造形テーブルを下降させてもよい。
　次に、ノズルを造形ピッチ分上昇させた後に、第２層までの積層構造体３０２上で、第３層のツールパスに沿って、溶融樹脂を押し出しながらノズルを移動させることによって、第３層の単層構造体２０３を形成する。単層構造体２０３は、積層構造体３０２に融着され、第３層までの積層構造体３０３が得られる。以後、同様の工程を３０層まで行ったときの各層の造形完了時点での状態を図２～図４に示す。
　上記工程を造形データ中の最上層まで繰り返すことによって、ジャイロイド構造１を有する所望の造形物を得ることができる。
４．ジャイロイド構造の分析
　ここで、ジャイロイド構造の詳細な分析を行う。図２～図４を参照すると、第１～第４層及び第１６～２２層は、単層構造体２がＸ方向に蛇行するＸ方向蛇行部２ｘを有する。このような単層構造体２を有する層をＸ方向蛇行層と称する。第７～第１３層及び第２５～第３０層は、単層構造体２がＹ方向に蛇行するＹ方向蛇行部２ｙを有する。このような単層構造体２を有する層をＹ方向蛇行層と称する。第５～第６層、第１４～１５層、第２３～２４層は、Ｘ方向蛇行部とＹ方向蛇行部が結合した結合部２ｃを有する。このような単層構造体２を有する層を結合層と称する。このように、ジャイロイド構造は、Ｘ方向蛇行層とＹ方向蛇行層が、間に結合層を挟んで、交互に形成されることによって構成される。
５．ジャイロイド構造の造形ピッチの変更による層間剥離問題の発生
　ジャイロイド構造を有する造形物を量産するために造形速度を高める必要がある。造形速度を高める方法としては、ジャイロイド構造の造形ピッチを大きくする方法が挙げられる。ジャイロイド構造の造形ピッチを大きくする方法としては、例えば、図２～図４の例では、２層飛ばしで、第１層、第４層、第７層、第１０層、第１３層、第１６層・・・の順で造形する方法が挙げられる。この場合、これらの層の単層構造体を形成するためのツールパスを用い、造形ピッチを３倍にし、流動樹脂の吐出量も造形ピッチの増大に合わせて増大させる。この場合、造形に必要な層数が１／３になるので、造形時間が短縮される。
　このような方法で造形を行った場合、第４層のツールパスに沿った単層構造体２上に第７層のツールパスに沿った単層構造体２が形成されることになるが、第４層と第７層の単層構造体２は、形状の違いが大きく、積層方向（Ｚ軸方向）から見たときの重なりが小さく、ほぼ点接触になってしまう。このため、このような造形ピッチでジャイロイド構造を形成すると、第４層と第７層のようにＸ方向蛇行層とＹ方向蛇行層が切り替わる部位での単層構造体２同士の結合が弱くなり、この部位で層間の剥離が生じやすくなってしまう。つまり、単純に、造形ピッチを大きくすると、造形時間は短縮されるものの、造形物の層間剥離が生じやすくなるという新たな問題が発生することになる。
６．ジャイロイド構造の層間剥離問題の解決方法
　本発明者は上記問題を解決すべく鋭意検討を行ったところ、２層飛ばしで造形を行った場合でも、第１層と第４層や、第７層と第１０層のように、Ｘ方向蛇行層同士やＹ方向蛇行層同士は、単層構造体２の形状（すなわち、ツールパスの形状）が類似しており、積層方向（Ｚ方向）から見たときの重なりが大きいので、第２～第３層を飛ばして第１層上に第４層を形成したり、第８～第９層を飛ばして第７層上に第１０層を形成したりしても特段の問題は生じないということに気がついた。
　そして、このような知見に基づき、ジャイロイド構造を所定の造形ピッチでスライスして得られる複数の単層構造体のそれぞれを形成するためのツールパスを含む元データから前記ツールパスの一部を選択して本実施形態の造形物５を造形する造形データを作成する際に、前記元データでの上下層間のツールパスの形状変化が大きい部位ほど、元データでの層間の間隔が小さくなるようにツールパスの選択を行うという着想を得た。
　図２～図４の例では、第１～第４層及び第１６～２２層のようにＸ方向蛇行層が連続する部位や、第７～第１３層及び第２５～第３０層のようにＹ方向蛇行層が連続する部位は、上下層間の単層構造体の重なりが大きい（すなわち、ツールパスの形状変化が小さい）のに対し、第４～第７層や第１３～１６層のようにＸ方向蛇行層とＹ方向蛇行層が切り替わる部位は上下層間の単層構造体の重なりが小さい（すなわち、ツールパスの形状変化が大きい）。このような例の場合は、例えば、造形物５を造形するための造形データを作成する際に、第１層、第４層～第７層、第１０層、第１３～１６層、第１９層、第２２～第２５層、第２８層の単層構造体に対応したツールパスを選択する。この選択方法では、Ｘ方向蛇行層とＹ方向蛇行層が切り替わる部位（以下、「切替部位」）については全ての層が選択されているのに対し、Ｘ方向蛇行層又はＹ方向蛇行層が連続する部位（以下、「連続部位」）では、２層飛ばしで層が選択されている。
　このような方法によれば、切替部位では、例えば、第４層、第５層、第６層、第７層のように単層構造体の形状が徐々に変化することになるので、上下層間の単層構造体の重なりが大きくなるので、造形物５の層間剥離の発生が抑制される。一方、連続部位では、２層飛ばしで層が選択されているので、造形速度が高められる。
　このような造形データを用いて造形された造形物５には、連続部位の高さが、切替部位の高さに対して相対的に縮められた構造（以下、「疑似ジャイロイド構造」）が設けられる。疑似ジャイロイド構造は、ジャイロイド構造をベースにして連続部位の高さを縮めた構造であるので、ジャイロイド構造の特徴をある程度保持している。このため、本発明によれば、特許文献１に開示されているような造形物に比べて、等方変形性が優れた造形物５が得られる。
　なお、切替部位と連続部位での層の選択は、選択する際に飛ばす層の数（つまり、元データでの層間の間隔）が、切替部位＜連続部位、となるように行えばよい。従って、例えば、切替部位では１層飛ばしで層の選択を行い、連続部位では２層飛ばしで層の選択を行ってもよい。
　以上の通り、前記元データでの上下層間のツールパスの形状変化が大きい部位ほど、元データでの層間の間隔が小さくなるように選択したツールパスを選択して得られた造形データを用いて造形物５を形成することによって、層間剥離が生じにくく且つ造形速度を高めることが可能な、疑似ジャイロイド構造を有する造形物５が得られる。
７．本実施形態の造形物の製造方法
　本実施形態の造形物５は、上記方法で作成された造形データを用いて、積層造形を行うことによって得ることができる。積層造形は、「３．ジャイロイド構造の積層造形」で詳細に説明したように、各層のツールパスに従って形成された単層構造体２を積層することによって行うことができる。積層造形は、ＵＶ硬化法、熱溶融積層法等の何れの方法であってもよいが、熱で溶融した樹脂を積層させる熱溶融積層法が好ましい。
　単層構造体２を構成する線状の樹脂（以下、「線状樹脂」）の直径、及び造形の際の造形ピッチは、それぞれ、例えば０．３～６．０ｍｍであり、１．０～４．０ｍｍが好ましい。この直径は、具体的には例えば、０．３、０．５、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０、３．５、４．０、４．５、５．０、５．５、６．０ｍｍであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。線状樹脂の直径は、造形ピッチよりも大きいことが好ましく、[線状樹脂の直径／造形ピッチ]の値は、例えば、１．１～６であり、具体的には例えば、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、２．０、２．５、３．０、３．５、４．０、４．５、５．０、５．５、６．０であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
　造形物５を構成する樹脂は、特に限定されず、ＡＢＳ、ポリオレフィン（例：ポリプロピレン）、ポリエステル、熱可塑性エラストマーが挙げられる。造形物５がクッション材のような高い柔軟性が要求されるものである場合、造形物５を構成する樹脂は、熱可塑性エラストマーが好ましい。
　熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、アクリル系エラストマー等が挙げられる。この熱可塑性エラストマーは、スチレン系エラストマーを含むことが好ましい。スチレン系エラストマーは柔軟性が高いので、熱可塑性エラストマーがスチレン系エラストマーを含むことによって、熱可塑性エラストマーの柔軟性が高くなる。熱可塑性エラストマー中のスチレン系エラストマーの割合は、５０～１００質量％が好ましく、８０～１００質量％がさらに好ましく、具体的には例えば、５０、６０、７０、８０、９０、１００質量％であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
　スチレン系エラストマーとは、スチレン単位を有する熱可塑性エラストマーであり、スチレン系共重合体（例えば、スチレン－エチレン－スチレンブロック共重合体（ＳＥＳ）、スチレン－ブタジエン－スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）、スチレン－イソプレン－スチレンブロック共重合体（ＳＩＳ）、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等）、水素添加スチレン系共重合体（例えば、スチレン－エチレン・プロピレン－スチレンブロック共重合体（ＳＥＰＳ）、スチレン－エチレン・ブチレン－スチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳ）、スチレン－ブチレン・ブタジエン－スチレンブロック共重合体（ＳＢＢＳ）、水素添加スチレン－ブタジエンゴム（ＨＳＢＲ）等）等から選ばれた一種又は二種以上をブレンドしたものを挙げることができる。
　熱可塑性エラストマーのショアＡ硬度は、０～１０が好ましく、具体的には例えば、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。ショアＡ硬度がこの範囲内である場合に、柔軟性に優れた造形物５が得られる。ショアＡ硬度は、ＪＩＳ　Ｋ６２５３に基づいて測定する。
８．造形物５の構造
　造形物５は、疑似ジャイロイド構造で構成された三次元網目構造を有する。このような構造を有する造形物５では、疑似ジャイロイド構造のサイズを変更したり、単層構造体を構成する線状樹脂の太さを変化させたりすることによって、造形物５の剛性を変化させることができる。造形物５がクッション材である場合、造形物５をユーザーの要望に応じた剛性を有するものにする必要があるところ、三次元網目構造を有する造形物５では、このような要望を実現することが容易である。
９．ツールパスの選択の具体例及び選択したツールパスを用いた造形物の製造
　ここで、より具体的なデータを用いて、ツールパスの選択の具体例について説明する。図５～図１０は、ジャイロイド構造１を０．１ｍｍの造形ピッチでスライスして得られる複数の単層構造体のそれぞれを形成するための、６０層のツールパス４を示す。図５～図１０の左右方向をＸ方向とし、上下方向をＹ方向とする。以下の説明中の、ツールパス４のＸ方向蛇行部４ｘ及びＹ方向蛇行部４ｙは、それぞれ、単層構造体２のＸ方向蛇行部２ｘ及びＹ方向蛇行部２ｙに対応する部位である。また、ツールパス４に沿って形成される線状樹脂２ｂには、ある程度の太さがあるので、第６～第７層のように、隣接するＸ方向蛇行部４ｘ同士の間の距離又は隣接するＹ方向蛇行部４ｙ同士の距離が小さい部位を有するツールパスに沿って単層構造体が形成されると、隣接するＸ方向蛇行部２ｘ同士又は隣接するＹ方向蛇行部２ｙ同士がつながって結合部２ｃが形成される。
　第１～第６層のツールパス４は、Ｙ方向に蛇行する複数のＹ方向蛇行部４ｙを有する。第１～第３層では、複数のＹ方向蛇行部４ｙは、概ね平行に延びており、上下層間でのツールパスの形状変化が小さい。第４～第６層では、隣接するＹ方向蛇行部４ｙが互いに近づくようにツールパス４の形状が変化し、第６層において、隣接するＹ方向蛇行部４ｙ同士の間の距離が最小となっている。
　第７層～第３０層のツールパス４は、Ｘ方向に蛇行する複数のＸ方向蛇行部４ｘを有する。第６層から第７層に進むときに、蛇行部が延びる方向がＹ方向からＸ方向に変化する。第７～第９層では、隣接するＸ方向蛇行部４ｘが互いに離れるようにツールパス４の形状が変化し、第１０層～第２７層では、複数のＸ方向蛇行部４ｘは、概ね平行に延びており、上下層間でのツールパスの形状変化が小さい。第２８～第３０層では、、隣接するＸ方向蛇行部４ｘが互いに近づくようにツールパス４の形状が変化し、第３０層において、隣接するＸ方向蛇行部４ｘ同士の間の距離が最小となっている。
　第３１～第５３層のツールパス４は、Ｙ方向に蛇行する複数のＹ方向蛇行部４ｙを有する。第３０層から第３１層に進むときに、蛇行部が延びる方向がＸ方向からＹ方向に変化する。第３１～第３３層では、隣接するＹ方向蛇行部４ｙが互いに離れるようにツールパス４の形状が変化し、第３４層～第５０層では、複数のＹ方向蛇行部４ｙは、概ね平行に延びており、上下層間でのツールパスの形状変化が小さい。第５１～第５３層では、隣接するＹ方向蛇行部４ｙが互いに近づくようにツールパス４の形状が変化し、第５３層において、隣接するＹ方向蛇行部４ｙ同士の間の距離が最小となっている。
　第５４層～第６０層のツールパス４は、Ｘ方向に蛇行する複数のＸ方向蛇行部４ｘを有する。第５３層から第５４層に進むときに、蛇行部が延びる方向がＹ方向からＸ方向に変化する。第５４～第５６層では、隣接するＸ方向蛇行部４ｘが互いに離れるようにツールパス４の形状が変化し、第５７層～第６０層では、複数のＸ方向蛇行部４ｘは、概ね平行に延びており、上下層間でのツールパスの形状変化が小さい。
　このように、ツールパス４は、蛇行部が延びる方向がＸ方向とＹ方向の間で切り替わる層とそれに隣接した層（第４～第９層、第２８～第３３層、第５１～５６層）において、上下層間でのツールパス４の形状変化が非常に大きい。これらの層の集まりを「大変化層群」と称する。また、その間の層（第１～第３層、第１０～第２７層、第３４～第５０層、５７～６０層）では、上下層間でのツールパス４の形状変化が小さい。これらの層の集まりを「小変化層群」と称する。
　ツールパスの形状変化がこのような特徴を有していることを利用し、元データ（元となる造形データ）での上下層間のツールパス４の形状変化が大きい部位ほど、元データでの層間の間隔が小さくなるように、ツールパス４を選択することができる。
　一例では、大変化層群では、蛇行部が延びる方向がＹ方向からＸ方向に変化する層（第６～７層、第３０～３１層、第５３～５４層）と、これらの層から１つ飛ばしの層（層間間隔１）を選択し、小変化層群では、略等間隔に３つの層を選択する。このような選択方法では、例えば、第７～第３０層の間では、大変化層群から第７、第９、第２８、第３０層が選択され、小変化層群からは、第１４、第１９、第２４層が選択される。小変化層群では、層間間隔が３又は４となっている。このような選択によって、造形する総数が２４層から７層に減少するので、造形時間が大幅に短縮される。
　図１１Ａは、第７～３０層のツールパス４を用いて、０．１ｍｍの造形ピッチで、各層の単層構造体２を積層させて得られた造形物を示す。図１１Ａ及び図１１Ｂは、単層構造体２に含まれる線状樹脂２ａの１箇所での断面を示す。図１１Ａで太字の円で示した層が選択された層である。これらの層のツールパス４を用いて、造形物の高さが元データでの高さと等しくなるように造形ピッチ及びノズル径を調整して、本実施形態の造形物５を得るための造形データを作成した。この造形データを用いて積層造形を行って図１１Ｂに示す造形物５を得た。造形物５に含まれる単層構造体２の第１～第７層が、それぞれ、元データから選択された７層（第７、第９、第１４、第１９、第２４層、第２８、第３０層）に対応する。第１～第７層は、元データから選択された７層のツールパス４を用いて形成された層であるので、ＸＹ平面内での位置及び形状は、元データから選択された７層と一致する。一方、単層構造体２を構成する線状樹脂の直径が変わっているので、図１１Ｂの第１～第７層のＺ方向（図１１の上下方向）の位置は、元データから選択された７層とは異なっており、第１～第７層がＺ方向に略均等間隔で配置される。つまり、元データから選択された７層は、層間間隔が一定でないが、図１１Ｂの第１～第７層は、等しい造形ピッチで形成される。
　図１１Ｂに示す造形物５は、元データに比べて層数が大幅に少ない造形データを用いて積層造形を行っているにも関わらず、元データを用いて作成された造形物５に類似した形状を有する。また、造形物５では、上下層間での単層構造体２の重なりが大きく、層間剥離が発生しにくい構造であることが分かる。このように、本発明によれば、比較的短い時間で精度良く造形物を造形することができる。
　なお、大変化層群と小変化層群での層間間隔や、選択する層数は、上記実施形態とは異なるように設定してもよい。
１０．ツールパスの改変
　図１２Ａは、造形物５を製造するためのツールパス４の一例である。このツールパス４には、一対の端部４ａが存在している。図１２Ｂに示すように、一対の端部４ａの間のツールパス４に沿って、流動樹脂を吐出するノズルを移動させることによって、線状樹脂２ｂが賦形されて構成された単層構造体２を形成することができる。
　端部４ａは、ツールパス４の外周部４ｅに設けられており、このようなツールパス４を用いて単層構造体２を形成すると、線状樹脂２ｂの端部２ａが単層構造体２の外周部２ｅに設けられる。端部２ａが単層構造体２の外周部２ｅに設けられていると、複数の単層構造体２が積層されて構成された造形物５において、端部２ａを起点として、造形物５の層間剥離が起こりやすい。端部２ａは、上層又は下層の端部とはつながっていてもいなくてもよい。端部２ａが上層と下層の何れの端部ともつながっていない場合は、端部２ａの強度が特に弱くなるので、本発明を適用する技術的意義が顕著である。
　図１３Ａは、このような問題を解決するために改変されたツールパス４を示す。図１３Ａのツールパス４は、ツールパス４の外周部４ｅに設けられた折り返し点４ｆにおいて折り返されて、外周部４ｅよりツールパス４の内側に配置された折り返し部４ｄを備える。折り返し部４ｄは、ツールパス４の端部４ａと折り返し点４ｆの間の部位である。端部４ａは、外周部４ｅと重なっていることが好ましい。
　図１３Ｂは、流動樹脂を吐出するノズルを、図１３Ａに示すツールパス４に沿って移動させることによって形成された線状樹脂２ｂによって構成された単層構造体２を示す。単層構造体２を構成する線状樹脂２ｂは、単層構造体２の外周部２ｅに設けられた折り返し点２ｆにおいて折り返されて、外周部２ｅよりも単層構造体２の内側に配置された折り返し部２ｄを備える。折り返し部２ｄは、線状樹脂２ｂの端部２ａと折り返し点２ｆの間の部位である。
　このような構成によれば、単層構造体２の端部２ａが造形物５の外面に露出されないので、単層構造体２の端部２ａからの層間剥離の発生が抑制される。端部２ａは、外周部２ｅに溶着されていることが好ましい。この場合、端部２ａの強度が一層高くなり、造形物５の層間剥離が一層抑制される。
　なお、折り返し部２ｄ，４ｄを設ける構造は、造形物５を構成する複数の単層構造体２のうちの少なくとも１つに設ければよいが、端部２ａ，４ａが外周部２ｅ，４ｅに設けられている全ての層において、折り返し部２ｄ，４ｄを設けることが好ましい。
１１．その他実施形態
　上記実施形態では、ベース構造がジャイロイド構造である場合を例に挙げて説明を進めたが、ベース構造がジャイロイド構造以外の複雑な形状を有する構造であっても、比較的短い時間で精度良く造形部を造形することができるという効果が奏されるので、本発明の適用対象は、ジャイロイド構造に限定されない。ベース構造としては、ジャイロイド構造、シュワルツＰ構造、シュワルツＤ構造、ダブルジャイロイド構造、ｆｄｄｄ構造のような３次元の周期極小曲面に厚みを設けた構造や、キュービック構造、オクテット構造、キュービックオクテット構造などが挙げられる。ベース構造が３次元の周期極小曲面に厚みを設けた構造の場合には、上下層間のツールパスの形状変化が特に大きい部位が存在するので、本発明を適用する技術的意義が顕著である。
　なお、「１０．ツールパスの改変」で述べた内容は、任意の構造の造形物を形成するための造形データに含まれるツールパス４にも適用可能である。従って、「１０．ツールパスの改変」で述べた内容について、造形物の構造は特に限定されない。
１：ジャイロイド構造、２：単層構造体、２ａ：端部、２ｂ：線状樹脂、２ｃ：結合部、２ｄ：折り返し部、２ｅ：外周部、２ｆ：折り返し点、２ｘ：Ｘ方向蛇行部、２ｙ：Ｙ方向蛇行部、４：ツールパス、４ａ：端部、４ｄ：折り返し部、４ｅ：外周部、４ｆ：折り返し点、４ｘ：Ｘ方向蛇行部、４ｙ：Ｙ方向蛇行部、５：造形物、２０１：単層構造体、２０２：単層構造体、２０３：単層構造体、３０２：積層構造体、３０３：積層構造体

Claims (9)

  1. 　ベース構造を所定の造形ピッチでスライスして得られる複数の単層構造体のそれぞれを形成するためのツールパスを含む元データから、前記ツールパスの一部を選択して作成された造形データを用いて作成された造形物であって、
    　前記選択は、前記元データでの上下層間のツールパスの形状変化が大きい部位ほど、前記元データでの層間の間隔が小さくなるように行われる、造形物。
  2. 　請求項１に記載の造形物であって、
    　前記ベース構造は、３次元の周期極小曲面に厚みを設けた構造である、造形物。
  3. 　造形物の製造方法であって、
    　ベース構造を所定の造形ピッチでスライスして得られる複数の単層構造体のそれぞれを形成するためのツールパスを含む元データから、前記ツールパスの一部を選択して作成された造形データを用いて積層造形を行う工程を備え、
    　前記選択は、前記元データでの上下層間のツールパスの形状変化が大きい部位ほど、前記元データでの層間の間隔が小さくなるように行われる、方法。
  4. 　造形データの作成方法であって、
    　ベース構造を所定の造形ピッチでスライスして得られる複数の単層構造体のそれぞれを形成するためのツールパスを含む元データから、前記ツールパスの一部を選択する工程を備え、
    　前記選択は、前記元データでの上下層間のツールパスの形状変化が大きい部位ほど、前記元データでの層間の間隔が小さくなるように行われる、方法。
  5. 　請求項３又は請求項４に記載の方法であって、
    　前記ベース構造は、３次元の周期極小曲面に厚みを設けた構造である、方法。
  6. 　複数の単層構造体が積層された構成された造形物であって、
    　前記複数の単層構造体は、それぞれ、線状樹脂が賦形されて構成され、
    　前記複数の単層構造体の少なくとも１つにおいて、前記線状樹脂は、前記単層構造体の外周部に設けられた折り返し点において折り返されて、前記外周部よりも前記単層構造体の内側に配置された折り返し部を備え、前記折り返し部は、前記線状樹脂の端部と前記折り返し点の間の部位である、造形物。
  7. 　請求項６に記載の造形物であって、
    　前記端部は、前記外周部に溶着されている、造形物。
  8. 　複数の単層構造体が積層された構成された造形物の製造方法であって、
    　前記単層構造体は、流動樹脂を吐出するノズルをツールパスに沿って移動させることによって形成された線状樹脂によって構成され、
    　前記複数の単層構造体の少なくとも１つにおいて、前記ツールパスは、前記ツールパスの外周部に設けられた折り返し点において折り返されて、前記外周部より前記ツールパスの内側に配置された折り返し部を備え、前記折り返し部は、前記ツールパスの端部と前記折り返し点の間の部位である、方法。
  9. 　請求項８に記載の方法であって、
    　前記端部は、前記外周部に重なっている、方法。
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