JP7054665B2 - ３次元造形物製造装置、３次元造形物の製造方法及び３次元造形物 - Google Patents

Description

本発明は、基台上に樹脂を吐出して、３次元造形物を製造する３次元造形物製造装置、３次元造形物の製造方法及び３次元造形物に関する。

特許文献１には、図７に示されるように、基台上に樹脂を吐出して積層し、隔壁で区分された複数の空間Ｓを有する骨格部１００を形成した後、各空間Ｓに樹脂を注入して内実部を形成することにより、骨格部１００と内実部が結合した３次元造形物を製造する技術が開示されている。

特開２０１８－８６８２９号公報

特許文献１に開示された技術では、上記空間Ｓ毎に樹脂を注入する必要があり、３次元造形物を簡単に製造することができなかった。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、３次元造形物を簡単に製造できる３次元造形物製造装置、３次元造形物の製造方法及び製造容易な３次元造形物を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、溶融した第１の樹脂を基台上に吐出して積層することにより、開口部を有する外壁と、前記外壁によって囲まれる３次元格子構造とを一体に生成する第１ステップと、溶融した第２の樹脂を、前記開口部を介して、前記外壁と前記３次元格子構造とによって定められる内部空間へ注入して固化させる第２ステップと、を有し、前記３次元格子構造は、前記基台上に２次元配列され、積層方向に延びる複数の柱部と、隣接する２つの前記柱部を連結し、前記積層方向と交差する方向に延びる複数の梁部と、を有し、前記内部空間は、複数の前記柱部と複数の前記梁部とで区画され、互いに連通する複数の空間からなり、複数の前記柱部の各々の前記積層方向の両端と、複数の前記梁部の各々の前記交差する方向の両端とは、前記外壁によって覆われ、前記開口部は前記柱部と前記積層方向に対向しない箇所に形成され、前記第２ステップでは、１つの前記開口部を介して、複数の前記空間の全てに前記第２の樹脂を注入する、３次元造形物の製造方法である。

本発明の第２の態様は、基台と、溶融した第１の樹脂を吐出する吐出機構と、前記吐出機構と前記基台とを相対的に移動させる移動機構と、溶融した第２の樹脂を注入する注入機構と、前記吐出機構及び前記移動機構を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記吐出機構と前記基台とを相対的に移動させながら前記吐出機構から前記基台上に前記第１の樹脂を吐出させて積層することにより、開口部を有する外壁と、前記外壁によって囲まれる３次元格子構造とを一体に生成し、前記注入機構から、前記開口部を介して、前記外壁と前記３次元格子構造とによって定められる内部空間へ前記第２の樹脂を注入して固化させることにより、３次元造形物を生成し、前記３次元格子構造は、前記基台上に２次元配列され、積層方向に延びる複数の柱部と、隣接する２つの前記柱部を連結し、前記積層方向と交差する方向に延びる複数の梁部と、を有し、前記内部空間は、複数の前記柱部と複数の前記梁部とで区画され、互いに連通する複数の空間からなり、複数の前記柱部の各々の前記積層方向の両端と、複数の前記梁部の各々の前記交差する方向の両端とは、前記外壁によって覆われ、前記制御部は、前記開口部を前記柱部と前記積層方向に対向しない箇所に形成し、１つの前記開口部を介して、複数の前記空間の全てに前記第２の樹脂を注入する、３次元造形物製造装置である。

本発明の第３の態様は、第１の樹脂からなり、外壁と、前記外壁によって囲まれる３次元格子構造とを一体に含む積層構造体と、前記外壁と前記３次元格子構造とによって定められる内部空間に充填された第２の樹脂からなる充填体と、を備え、前記３次元格子構造は、前記外壁内で互いに間隔を置いて延びる複数の柱部と、隣接する２つの前記柱部を連結し、前記柱部の延在方向と交差する方向に延びる複数の梁部と、を有し、複数の前記柱部の各々の延在方向の両端と、複数の前記梁部の各々の前記交差する方向の両端とは、前記外壁によって覆われ、前記外壁には、前記柱部と前記延在方向に対向しない箇所に開口部が形成され、前記開口部が前記第２の樹脂で塞がれている、３次元造形物である。

本発明では、開口部から内部空間へ第２の樹脂を注入することにより、第２の樹脂を内部空間に万遍なく確実に行き渡らせることができるので、３次元造形物を簡単に製造できる。すなわち、本発明によれば、３次元造形物を簡単に製造できる３次元造形物製造装置、３次元造形物の製造方法及び製造容易な３次元造形物を提供することができる。

本実施形態の３次元造形物製造装置の積層構造体生成機構を示す斜視図である。 本実施形態の３次元造形物製造装置の注入機構及び積層構造体を示す斜視図である。 本実施形態の３次元造形物の一部を切り欠いて内部を露出させた状態を示す図である。 本実施形態の積層構造体の一部を切り欠いて内部を露出させた状態を示す図である。 図５Ａは、本実施形態の積層構造体を図４のＶＡ－ＶＡ線に沿って切断した断面を示す図である。図５Ｂは、本実施形態の積層構造体を図４のＶＢ－ＶＢ線に沿って切断した断面を示す図である。 本実施形態の３次元造形物製造装置の動作（３次元造形物の製造方法）を説明するためのフローチャートである。 従来の積層構造体を示す斜視図である。

以下、本発明に係る３次元造形物製造装置、３次元造形物の製造方法及び３次元造形物について、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１及び図２に示されるように、３次元造形物製造装置１０は、溶融した樹脂を基台１２上に吐出して、３次元造形物１１（図３参照）を製造する装置である。すなわち、３次元造形物製造装置１０は、ＦＤＭ方式（Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）の３Ｄプリンタ（熱溶解積層法を用いる３Ｄプリンタ）である。

３次元造形物製造装置１０は、図１及び図２に示されるように、積層構造体生成機構１０Ａ、注入機構１０Ｂ及び制御部１０Ｃを備える。

制御部１０Ｃは、例えばＣＰＵ等を含んで構成される。制御部１０Ｃは、積層構造体生成機構１０Ａを制御して、溶融した第１の樹脂を基台１２上に吐出して積層することにより、図２に示される積層構造体１７を生成する。積層構造体１７は、開口部１３ａ１を有する外壁１３と、外壁１３によって囲まれる３次元格子構造１５とを一体に含む。以下、積層構造体１７における積層方向を「上下方向」とも呼ぶ。

ここでは、開口部１３ａ１は、外壁１３の上壁部１３ａ（基台１２側の壁とは反対側の壁）の中央付近に形成される。なお、開口部１３ａ１は、外壁１３の上壁部１３ａの中央付近以外の箇所（例えば上壁部１３ａの周辺部）に形成されてもよいし、外壁１３の上壁部１３ａ以外の壁部（例えば側壁部１３ｃ）に形成されてもよい。

ここでは、第１の樹脂として、例えば熱可塑性樹脂が用いられる。この熱可塑性樹脂の具体例としては、例えば、ＡＢＳ（アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体）、ＰＬＡ（ポリ乳酸）樹脂、ＰＡ（ポリアミド）樹脂等が挙げられる。なお、第１の樹脂として、熱可塑性樹脂以外の樹脂を用いてもよい。

積層構造体生成機構１０Ａは、図１に示されるように、上記基台１２と、吐出機構１４と、移動機構１６とを含む。

吐出機構１４は、溶融した熱可塑性樹脂（第１の樹脂）を吐出する。吐出機構１４は、ノズル１４ａと、熱可塑性樹脂を加熱して溶融させ、ノズル１４ａに供給する加熱供給部１４ｂとを含む。加熱供給部１４ｂは、ヒータを有する。加熱供給部１４ｂには、チューブ１８を介して、熱可塑性樹脂がフィラメント状に成形されたものが供給される。なお、加熱供給部１４ｂには、ペレット状、粉末状等の他の形体の熱可塑性樹脂が供給されてもよい。吐出機構１４は、３次元造形物１１の３次元形状データに基づく制御プログラム（３次元造形物１１の製造用プログラム）に従って制御部１０Ｃにより制御される。

移動機構１６は、吐出機構１４と基台１２とを相対的に移動させる。移動機構１６は、一例として、吐出機構１４を基台１２に対して少なくとも互いに直交する３軸方向（例えばＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３軸方向）に独立して移動させる。ここでは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を水平面内で互いに直交する方向とし、Ｚ軸方向を鉛直方向とする。ここでは、Ｚ軸方向は、積層構造体１７における積層方向に一致する。移動機構１６は、上記制御プログラムに従って制御部１０Ｃにより制御される。

移動機構１６は、吐出機構１４をＸ軸方向に移動させる（駆動する）ＸリニアモータＸＬＭと、吐出機構１４のＸ軸方向の移動を案内するＸリニアガイドＸＬＧとを有する。移動機構１６は、ＸリニアガイドＸＬＧをＺ軸方向に移動させる（駆動する）ＺリニアモータＺＬＭと、ＸリニアガイドＸＬＧのＺ軸方向の移動を案内するＺリニアガイドＺＬＧとを有する。移動機構１６は、ＺリニアガイドＺＬＧをＹ軸方向に移動させる（駆動する）ＹリニアモータＹＬＭと、ＺリニアガイドＺＬＧのＹ軸方向の移動を案内するＹリニアガイドＹＬＧとを有する。各リニアモータは、移動させる対象（駆動対象）と一体に移動する、コイルを含む可動子と、対応するリニアガイドに沿って設けられた、磁石を含む固定子とを有する。なお、移動機構１６の構成は、上記構成に限定されることなく、適宜変更可能である。例えば、移動機構１６は、吐出機構１４をアームで把持して操作する多軸ロボット（多関節ロボット）であってもよい。例えば、各リニアモータの可動子が磁石を含み、固定子がコイルを含んでいてもよい。

なお、移動機構１６は、基台１２を吐出機構１４に対して少なくとも互いに直交する３軸方向に独立して移動させる構成を有していてもよい。

以上のように構成される積層構造体生成機構１０Ａによって生成される積層構造体１７の構成を以下に詳細に説明する。

図２に示されるように、積層構造体１７の外壁１３は、例えば立方体の外形を有している。図２及び図４に示されるように、積層構造体１７の３次元格子構造１５は、基台１２上に２次元配列され積層方向に延びる（外壁１３内で互いに間隔を置いて延びる）複数の柱部２１と、隣接する２つの柱部２１を積層方向の互いに異なる箇所で連結する、積層方向（柱部２１の延在方向）に交差（ここでは直交）する方向に延びる複数の梁部２３とを有する。

詳述すると、積層方向に延びる複数の柱部２１は、図２、図４及び図５Ｂに示されるように、外壁１３の下壁部１３ｂ（基台１２側の壁部）上に該下壁部１３ｂの各対角線に沿って所定ピッチＰで配列されている。積層方向に直交する方向に延びる複数の梁部２３は、図２、図４及び図５Ａに示されるように、下壁部１３ｂの各対角線に沿って隣接する２つの柱部２１を積層方向の所定ピッチＰ毎の位置で連結する。各梁部２３は、下壁部１３ｂの２つの対角線のいずれかに平行に延びている。

ここでは、図２及び図４に示されるように、複数の柱部２１の長さは、互いに同一である。複数の梁部２３の長さは、互いに同一である。各梁部２３の長さは、所定ピッチＰに等しい。

上述したように複数の柱部２１及び複数の梁部２３により構成される３次元格子構造１５は、所定ピッチＰで３次元配列された、同一の立体（例えば立方体）の骨組構造から成る複数の構成単位１５ａを含む。ここでは、各構成単位１５ａの立体形状は、一辺の長さが所定ピッチＰに等しい立方体である。複数の構成単位１５ａは、外壁１３の下壁部１３ｂの各対角線方向及び積層方向に所定ピッチＰで３次元配列されている。所定ピッチＰは、例えば３～７ｍｍであり、好ましくは５ｍｍである。各構成単位１５ａの立体形状として、例えば正三角柱、正六角柱等の他の多面体を採用してもよい。

詳述すると、各構成単位１５ａは、積層方向に延びる４つの縦辺部（柱部２１の一部）と、外壁１３の下壁部１３ｂの一方の対角線に沿って延びる４つの横辺部（梁部２３）と、外壁１３の下壁部１３ｂの他方の対角線に沿って延びる４つの横辺部（梁部２３）とを含む。各縦辺部は、柱部２１における積層方向に隣接する２つの梁部２３間の部分である。

３次元格子構造１５において、下壁部１３ｂの各対角線に沿って隣接する２つの構成単位１５ａは、正方形の境界部において２つの柱部２１の一部（積層方向に隣接する２つの梁部２３間の部分）及び２つの梁部２３を共有する。３次元格子構造１５において、積層方向に隣接する２つの構成単位１５ａは、正方形の境界部において４つの梁部２３を共有する。

３次元格子構造１５において、各構成単位１５ａの立方体の骨組構造を構成する、積層方向に直交する各辺部、すなわち各横辺部（各梁部２３）は、外壁１３の各側壁部１３ｃに対して傾斜（ここでは４５°傾斜）する。３次元格子構造１５の最も外側の梁部２３は、外壁１３の側壁部１３ｃに対して剛接合している。すなわち、３次元格子構造１５は、外壁１３の側壁部１３ｃに対してトラス構造を形成している。３次元格子構造１５は、各柱部２１が外壁１３の上壁部１３ａ及び下壁部１３ｂに対して剛接合している。３次元格子構造１５では、柱部２１と梁部２３とが剛接合している。

積層構造体１７の外壁１３及び３次元格子構造１５の構成は、上記構成に限定されず、適宜変更可能である。積層構造体１７は、各梁部２３が外壁１３に対して直交するように配置されるものであってもよいし、各梁部２３が外壁１３に対して４５°以外の角度で傾斜するものであってもよい。３次元造形物１１の外形を決める外壁１３の形状は、例えば立方体以外の多面体、曲面体等の所望の３次元造形物１１の外形に応じた形状に適宜変更可能である。所望の３次元造形物１１の外形に応じて、柱部２１の長さ及び配列ピッチも適宜変更可能である。柱部２１の長さ及び配列ピッチに応じて、梁部２３の長さ及び配列ピッチも適宜変更可能である。積層方向に並ぶ複数の梁部２３の間隔及び積層方向に直交する方向に並ぶ複数の梁部２３の間隔の少なくとも一方は、一定でなくてもよい。複数の柱部２１の間隔は、一定でなくてもよい。柱部２１と梁部２３は、互いに直交しなくてもよい。

図２に示される注入機構１０Ｂは、溶融した第２の樹脂を注入する。具体的には、注入機構１０Ｂは、溶融した第２の樹脂を、開口部１３ａ１を介して、外壁１３と３次元格子構造１５とによって定められる内部空間ＩＳへ注入する。

第２の樹脂は、第１の樹脂としての熱可塑性樹脂よりも高強度な樹脂である。第２の樹脂は、第１の樹脂としての熱可塑性樹脂が溶けない温度（一般的には１００°以下）で硬化する樹脂である。例えば、第２の樹脂は、反応硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂である。反応硬化性樹脂は、化学反応によって硬化する溶融した２種類の樹脂が混合された樹脂（２液混合樹脂）である。反応硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂の具体例としては、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂等が挙げられる。なお、第２の樹脂は、反応硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂以外の樹脂（例えば熱可塑性樹脂）であってもよい。

注入機構１０Ｂとしては、例えばディスペンサを用いることができる。ここでは、注入機構１０Ｂとして、注入する第２の樹脂を２液混合樹脂（反応硬化性樹脂）とする２液硬化タイプを用いているが、注入する第２の樹脂を１種類の樹脂（熱硬化性樹脂）とする１液硬化タイプを用いてもよい。注入機構１０Ｂは、人が把持して操作してもよいし、制御部１０Ｃにより制御されるロボット（例えば多関節ロボット）が把持して操作してもよい。すなわち、注入機構１０Ｂは、手動及び自動のいずれにも対応可能である。

詳述すると、注入機構１０Ｂは、図２に示されるように、反応硬化性樹脂の材料となる一方の樹脂を貯留する貯留部４０ａと、反応硬化性樹脂の材料となる他方の樹脂を貯留する貯留部４０ｂと、一方及び他方の樹脂が混ぜ合わされる混合部４０ｃと、混合部４０ｃで混ぜ合わされた一方及び他方の樹脂、すなわち反応硬化性樹脂を吐出するノズル部４０ｄと、把持部４０ｅとを有する。貯留部４０ａには、一方の樹脂を加熱するヒータと、該ヒータにより加熱され溶融した一方の樹脂を混合部４０ｃに向けて発射する発射ボタン４０ａ１とが設けられている。貯留部４０ｂには、他方の樹脂を加熱するヒータと、該ヒータにより加熱され溶融した他方の樹脂を混合部４０ｃに向けて発射する発射ボタン４０ｂ１とが設けられている。

ここでは、注入機構１０Ｂを用いて、基台１２上の積層構造体１７の内部空間ＩＳに第２の樹脂が満たされるまで、開口部１３ａ１を介して第２の樹脂を内部空間ＩＳに注入する。積層構造体１７を基台１２以外の箇所に載置して、注入機構１０Ｂから開口部１３ａ１を介した注入を行ってもよい。

なお、注入機構１０Ｂを用いて、開口部１３ａ１を介して第２の樹脂を内部空間ＩＳに放射状に注入してもよい。この放射状に注入する方法として、注入機構１０Ｂの吐出部であるノズル部４０ｄを第２の樹脂を放射する（放射状に吐出する）放射ノズルとしてもよい。この放射状に注入する方法として、注入機構１０Ｂの吐出部であるノズル部４０ｄを通常のストレート形状として、注入機構１０Ｂを移動させながら（回しながら）、第２の樹脂を放射状に注入してもよい。

次に、上記のように構成された３次元造形物製造装置１０の動作及び該３次元造形物製造装置１０を用いた３次元造形物１１の製造方法について図６のフローチャートを参照して説明する。

最初のステップＳ１では、図１に示されるように、制御部１０Ｃは、第１の樹脂を基台１２上に吐出して積層することにより、外壁１３と３次元格子構造１５とを一体に生成する。具体的には、制御部１０Ｃは、吐出機構１４と基台１２とを相対的に移動させながら吐出機構１４から基台１２上に第１の樹脂を吐出させて積層することにより、積層構造体１７を生成する。詳述すると、制御部１０Ｃは、移動機構１６の各リニアモータを制御して、吐出機構１４を基台１２に対してＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って適宜移動させながら、吐出機構１４を駆動してノズル１４ａから第１の樹脂を吐出させて積層することにより、積層構造体１７を生成する。

次のステップＳ２では、図２に示されるように、開口部１３ａ１を介して第２の樹脂を内部空間ＩＳへ注入する。具体的には、注入機構１０Ｂから、開口部１３ａ１を介して第２の樹脂を積層構造体１７の内部空間ＩＳへ注入して、内部空間ＩＳを第２の樹脂で満たす。詳述すると、先ず、注入機構１０Ｂの把持部４０ｅを把持して、注入機構１０Ｂのノズル部４０ｄの先端部を開口部１３ａ１に挿入する。この状態で、注入機構１０Ｂの発射ボタン４０ａ１、４０ｂ１を押して２種類の樹脂を混合部４０ｃに送り出し、該２種類の樹脂を混合させた反応硬化性樹脂（第２の樹脂）をノズル部４０ｄから内部空間ＩＳへ継続的に射出する。この際、図２に示されるように、開口部１３ａ１は、外壁１３の上壁部１３ａにおける３次元格子構造１５の柱部２１に対向しない箇所に形成されているので、柱部２１が注入の妨げになることはない。ノズル部４０ｄから内部空間ＩＳへ継続的に射出される反応硬化性樹脂は、３次元格子構造１５内の隙間（互いに隣接する柱部２１間、柱部２１と外壁１３の内面との間、互いに隣接する梁部２３間、梁部２３と外壁１３の内面との間）を通過して、外壁１３の隅々にまでいきわたる。すなわち、ノズル部４０ｄから内部空間ＩＳへ継続的に射出される反応硬化性樹脂は、積層方向に交差する方向に広がりながら、外壁１３の下壁部１３ｂ側から上壁部１３ａ側にかけて、内部空間ＩＳに徐々に堆積していき、最終的に内部空間ＩＳが第２の樹脂で満たされる。第２の樹脂を内部空間ＩＳへ満たした後に、注入機構１０Ｂから開口部１３ａ１へ第２の樹脂をさらに注入して、又は吐出機構１４から開口部１３ａ１へ第１の樹脂をさらに吐出して、開口部１３ａ１を塞ぐことが好ましい。なお、注入機構１０Ｂは、人が操作してもよいし、制御部１０Ｃにより制御されるロボット（例えば多関節ロボット）が把持して操作してもよい。

最後のステップＳ３では、内部空間ＩＳに満たされた第２の樹脂に対して硬化処理を行う。具体的には、第２の樹脂が内部空間ＩＳに満たされた積層構造体１７を例えば８０℃の炉内に入れて、第２の樹脂を硬化（固化）させる。この結果、図３に示される３次元造形物１１が生成される。３次元造形物１１は、第１の樹脂から成る積層構造体１７と、該積層構造体１７の内部空間ＩＳに充填された第２の樹脂から成る充填体３０（内実部）とで構成される。図３では、開口部１３ａ１が第２の樹脂で塞がれている。

次に、上記のように構成された３次元造形物製造装置１０及び該３次元造形物製造装置１０を用いた３次元造形物１１の製造方法の効果を説明する。

本実施形態の３次元造形物１１の製造方法は、溶融した第１の樹脂を基台１２上に吐出して積層することにより、開口部１３ａ１を有する外壁１３と、外壁１３によって囲まれる３次元格子構造１５とを一体に生成する第１ステップを含む。３次元造形物１１の製造方法は、さらに、溶融した第２の樹脂を、開口部１３ａ１を介して、外壁１３と３次元格子構造１５とによって定められる内部空間ＩＳへ注入して固化させる第２ステップを含む。

これにより、開口部１３ａ１から内部空間ＩＳへ第２の樹脂を注入することにより、第２の樹脂を内部空間ＩＳに万遍なく確実に行き渡らせることができるので、３次元造形物１１を簡単に製造できる。

この場合、開口部１３ａ１は、１つで足り、外壁１３のいずれの壁部に形成されてもよい。

第１ステップでは、第１の樹脂を積層して外壁１３と３次元格子構造１５とを一体に生成するので、３次元格子構造１５の構成単位１５ａを、例えば立方体等の単純な形状以外の複雑な形状のものとする場合でも、外壁１３と３次元格子構造１５とを容易に生成できる。

本実施形態において、第１の樹脂は、熱可塑性樹脂であり、第２の樹脂は、熱可塑性樹脂より高強度の樹脂である。この場合、外壁１３及び３次元格子構造１５を形成する第１の樹脂は所望の耐衝撃性を有し、且つ、内部空間ＩＳに注入された第２の樹脂は所望の機械的強度と耐熱性を有する。この結果、耐衝撃性、機械的強度及び耐熱性を有する３次元造形物１１を製造できる。

第２ステップでは、第２の樹脂が内部空間ＩＳに満たされるまで注入機構１０Ｂから内部空間ＩＳへ第２の樹脂を注入する。これにより、内部空間ＩＳを第２の樹脂で満たすことができるので、強固な３次元造形物１１を製造することができる。

３次元格子構造１５は、基台１２上に２次元配列され、積層方向に延びる複数の柱部２１と、隣接する２つの柱部２１を連結し、積層方向に交差する方向に延びる複数の梁部２３と、を有する。これにより、３次元格子構造１５を簡単に生成できる。

３次元格子構造１５は、複数の柱部２１及び複数の梁部２３により区画された複数の空間のうち任意の隣り合う２つの空間が大きな開口を介して連通するため、１つの開口部１３ａ１から第２の樹脂を注入することにより、第２の樹脂を内部空間ＩＳに万遍なく確実に行き渡らせることができる。

３次元格子構造１５は、所定ピッチＰで３次元配列された、同一の立体の骨組構造から成る複数の構成単位１５ａを含む。これにより、３次元格子構造１５を簡単に生成できる。

上記立体は、立方体である。これにより、３次元格子構造１５をより簡単に生成できる。

上記立体の骨組構造を構成する、積層方向に直交する各辺部（各梁部２３）は、外壁１３の側壁部１３ｃに対して傾斜する。これにより、上記立体の骨組構造を構成する、積層方向に直交する複数の辺部（梁部２３）は、外壁１３の側壁部１３ｃに対してトラス構造を形成するので、横方向に高剛性な３次元格子構造１５を生成できる。

本実施形態の３次元造形物製造装置１０は、基台１２と、溶融した第１の樹脂を吐出する吐出機構１４と、吐出機構１４と基台１２とを相対的に移動させる移動機構１６と、溶融した第２の樹脂を注入する注入機構１０Ｂと、吐出機構１４及び移動機構１６を制御する制御部１０Ｃと、を備える。制御部１０Ｃは、吐出機構１４と基台１２とを相対的に移動させながら吐出機構１４から基台１２上に第１の樹脂を吐出させて積層することにより、開口部１３ａ１を有する外壁１３と、外壁１３によって囲まれる３次元格子構造１５とを一体に生成する。制御部１０Ｃは、注入機構１０Ｂから、開口部１３ａ１を介して、外壁１３と３次元格子構造１５とによって定められる内部空間ＩＳへ第２の樹脂を注入して固化させることにより、３次元造形物１１を生成する。

これにより、開口部１３ａ１から内部空間ＩＳへ第２の樹脂を注入することにより、第２の樹脂を内部空間ＩＳに万遍なく確実に行き渡らせることができるので、３次元造形物１１を簡単に製造できる３次元造形物製造装置１０を提供できる。

本実施形態の３次元造形物１１は、第１の樹脂からなり、外壁１３と、外壁１３によって囲まれる３次元格子構造１５とを一体に含む積層構造体１７と、外壁１３と３次元格子構造１５とによって定められる内部空間ＩＳに充填された第２の樹脂からなる充填体３０と、を備える。

これにより、開口部１３ａ１から内部空間ＩＳへ第２の樹脂を注入することにより、第２の樹脂を内部空間ＩＳに万遍なく確実に行き渡らせて充填することができる。この結果、製造容易な３次元造形物１１を提供できる。

１０…３次元造形物製造装置 １０Ｂ…注入機構
１０Ｃ…制御部 １１…３次元造形物
１２…基台 １３…外壁
１３ａ１…開口部 １４…吐出機構
１５…３次元格子構造 １５ａ…構成単位
１６…移動機構 ２１…柱部
２３…梁部 ＩＳ…内部空間

Claims (8)

1. 溶融した第１の樹脂を基台上に吐出して積層することにより、開口部を有する外壁と、前記外壁によって囲まれる３次元格子構造とを一体に生成する第１ステップと、
   溶融した第２の樹脂を、前記開口部を介して、前記外壁と前記３次元格子構造とによって定められる内部空間へ注入して固化させる第２ステップと、を有し、
   前記３次元格子構造は、
   前記基台上に２次元配列され、積層方向に延びる複数の柱部と、
   隣接する２つの前記柱部を連結し、前記積層方向と交差する方向に延びる複数の梁部と、を有し、
   前記内部空間は、複数の前記柱部と複数の前記梁部とで区画され、互いに連通する複数の空間からなり、
   複数の前記柱部の各々の前記積層方向の両端と、複数の前記梁部の各々の前記交差する方向の両端とは、前記外壁によって覆われ、
   前記開口部は前記柱部と前記積層方向に対向しない箇所に形成され、
   前記第２ステップでは、１つの前記開口部を介して、複数の前記空間の全てに前記第２の樹脂を注入する、３次元造形物の製造方法。
2. 請求項１に記載の３次元造形物の製造方法であって、
   前記開口部は、前記外壁のうち、前記３次元格子構造よりも上方に形成される上壁部の１箇所のみに形成される、３次元造形物の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の３次元造形物の製造方法であって、
   前記第１の樹脂は、熱可塑性樹脂であり、
   前記第２の樹脂は、前記熱可塑性樹脂より高強度の樹脂である、３次元造形物の製造方法。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の３次元造形物の製造方法であって、
   前記３次元格子構造は、所定ピッチで３次元配列された、同一の立体の骨組構造から成る複数の構成単位を含む、３次元造形物の製造方法。
5. 基台と、
   溶融した第１の樹脂を吐出する吐出機構と、
   前記吐出機構と前記基台とを相対的に移動させる移動機構と、
   溶融した第２の樹脂を注入する注入機構と、
   前記吐出機構及び前記移動機構を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記吐出機構と前記基台とを相対的に移動させながら前記吐出機構から前記基台上に前記第１の樹脂を吐出させて積層することにより、開口部を有する外壁と、前記外壁によって囲まれる３次元格子構造とを一体に生成し、
   前記注入機構から、前記開口部を介して、前記外壁と前記３次元格子構造とによって定められる内部空間へ前記第２の樹脂を注入して固化させることにより、３次元造形物を生成し、
   前記３次元格子構造は、
   前記基台上に２次元配列され、積層方向に延びる複数の柱部と、
   隣接する２つの前記柱部を連結し、前記積層方向と交差する方向に延びる複数の梁部と、を有し、
   前記内部空間は、複数の前記柱部と複数の前記梁部とで区画され、互いに連通する複数の空間からなり、
   複数の前記柱部の各々の前記積層方向の両端と、複数の前記梁部の各々の前記交差する方向の両端とは、前記外壁によって覆われ、
   前記制御部は、
   前記開口部を前記柱部と前記積層方向に対向しない箇所に形成し、
   １つの前記開口部を介して、複数の前記空間の全てに前記第２の樹脂を注入する、３次元造形物製造装置。
6. 請求項５に記載の３次元造形物製造装置であって、
   前記制御部は、前記開口部を、前記外壁のうち、前記３次元格子構造よりも上方に形成される上壁部の１箇所のみに形成する、３次元造形物製造装置。
7. 第１の樹脂からなり、外壁と、前記外壁によって囲まれる３次元格子構造とを一体に含む積層構造体と、
   前記外壁と前記３次元格子構造とによって定められる内部空間に充填された第２の樹脂からなる充填体と、を備え、
   前記３次元格子構造は、
   前記外壁内で互いに間隔を置いて延びる複数の柱部と、
   隣接する２つの前記柱部を連結し、前記柱部の延在方向と交差する方向に延びる複数の梁部と、を有し、
   複数の前記柱部の各々の前記延在方向の両端と、複数の前記梁部の各々の前記交差する方向の両端とは、前記外壁によって覆われ、
   前記外壁には、前記柱部と前記延在方向に対向しない箇所に開口部が形成され、
   前記開口部が前記第２の樹脂で塞がれている、３次元造形物。
8. 請求項７に記載の３次元造形物であって、
   前記開口部は、前記外壁のうち、前記３次元格子構造よりも上方に形成される上壁部の１箇所のみに形成される、３次元造形物。

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