JP7556265B2 - 三次元造形物の製造方法、三次元造形装置、および、情報処理装置 - Google Patents

Description

本開示は、三次元造形物の製造方法、三次元造形装置、および、情報処理装置に関する。

三次元造形物の製造方法に関し、例えば、特許文献１には、三次元造形物の各層を構築するためのビルド経路に従って、造形材料の押し出しを行うノズルを移動させることが記載されている。ビルド経路には、周囲経路と、バルクラスター経路と、残存経路とが含まれる。周囲経路は、三次元造形物と外部との境界を形成するための経路であり、バルクラスター経路は、周囲経路によって囲まれた領域を埋める経路である。特許文献１に記載された技術では、周囲経路およびバルクラスター経路では埋められない空隙領域を、残存経路によって埋めることにより、空隙率を低下させている。

特表２００９－５２５２０７号公報

特許文献１に記載の技術のように空隙領域を残存経路によって埋める場合、空隙領域の形状によっては、追加の残存経路が上手く生成されず、空隙部分が残ってしまう可能性があった。

本開示の第１の形態によれば、吐出部からステージに向けて造形材料を吐出させて層を積層することで三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法が提供される。この製造方法は、前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有し、かつ、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する第１データに基づいて、複数の前記部分経路で挟まれた隙間領域であって外周に１または複数の凹形状を含む隙間領域を分割する第１工程と、分割した前記隙間領域を前記造形材料で埋めるように、前記経路データまたは前記吐出制御データの少なくともいずれかを変更して、前記第１データから第２データを生成する第２工程と、前記第２データに従って、前記吐出部を制御して前記三次元造形物を造形する第３工程と、を備える。

本開示の第２の形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、ステージと、前記ステージに向けて造形材料を吐出する吐出部と、前記ステージに対して前記吐出部を移動させる移動機構と、第１データから第２データを生成するデータ生成部と、前記第２データに従って前記吐出部と前記移動機構とを制御して前記ステージ上に三次元造形物を造形する制御部と、を備え、前記データ生成部は、前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有し、かつ、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する第１データに基づいて、複数の前記部分経路で挟まれた隙間領域であって外周に１または複数の凹形状を含む隙間領域を分割し、分割した前記隙間領域を前記造形材料で埋めるように、前記経路データまたは前記吐出制御データの少なくともいずれかを変更して、前記第１データから第２データを生成する。

本開示の第３の形態によれば、吐出部からステージに向けて造形材料を吐出させて層を積層するための造形データを生成する情報処理装置が提供される。この情報処理装置は、前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有し、かつ、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する第１データに基づいて、複数の前記部分経路で挟まれた隙間領域であって外周に１または複数の凹形状を含む隙間領域を分割し、分割した前記隙間領域を前記造形材料で埋めるように、前記経路データまたは前記吐出制御データの少なくともいずれかを変更して、前記第１データから前記造形データを生成する、データ生成部、を備える。

三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。 フラットスクリューの概略構成を示す斜視図である。 スクリュー対面部の概略平面図である。 三次元造形物が造形されていく様子を模式的に示す説明図である。 造形データ生成処理のフローチャートである。 造形データ生成処理の説明図である。 幅が変化する分割隙間領域を模式的に示す図である。 制御部によって実行される三次元造形処理のフローチャートである。 隙間領域の埋め方の具体例を示す説明図である。 隙間領域の埋め方の具体例を示す説明図である。 隙間領域の埋め方の具体例を示す説明図である。 隙間分割処理の具体的な処理内容を示す説明図である。 隙間領域を埋めた結果の比較例を示す図である。 第２実施形態における隙間領域の埋め方を示す説明図である。 第２実施形態における隙間領域の埋め方を示す説明図である。 第２実施形態における隙間領域の埋め方を示す説明図である。 第２実施形態における隙間分割処理の処理内容を示す説明図である。 第３実施形態における隙間領域の埋め方を示す説明図である。 第３実施形態における隙間領域の埋め方を示す説明図である。 第３実施形態における隙間領域の埋め方を示す説明図である。 第３実施形態における隙間分割処理の処理内容を示す説明図である。 第３実施形態における隙間分割処理の処理内容を示す第２の説明図である。 第４実施形態における造形データ生成処理の説明図である。 第５実施形態における造形データ生成処理の説明図である。

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における三次元造形装置１００の概略構成を示す説明図である。図１には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印が示されている。Ｘ方向およびＹ方向は、水平面に平行な方向であり、Ｚ方向は、重力方向とは反対の方向である。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印は、他の図においても、図示の方向が図１と対応するように適宜、図示してある。以下の説明において、向きを特定する場合には、正の方向を「＋」、負の方向を「－」として、方向表記に正負の符合を併用する。

三次元造形装置１００は、三次元造形装置１００を制御する制御部１０１と、造形材料を生成して吐出する造形部１１０と、三次元造形物の基台となる造形用のステージ２１０と、造形材料の吐出位置を制御する移動機構２３０と、を備える。

造形部１１０は、制御部１０１の制御下において、固体状態の材料を溶融させてペースト状にした造形材料をステージ２１０上に吐出する。造形部１１０は、造形材料に転化される前の材料の供給源である材料供給部２０と、材料を造形材料へと転化させる造形材料生成部３０と、造形材料を吐出する吐出部６０と、を備える。

材料供給部２０は、造形材料生成部３０に、造形材料を生成するための原材料ＭＲを供給する。材料供給部２０は、例えば、原材料ＭＲを収容するホッパーによって構成される。材料供給部２０は、下方に排出口を有している。当該排出口は、連通路２２を介して、造形材料生成部３０に接続されている。原材料ＭＲは、ペレットや粉末等の形態で材料供給部２０に投入される。本実施形態では、ペレット状のＡＢＳ樹脂の材料が用いられる。

造形材料生成部３０は、材料供給部２０から供給された原材料ＭＲを溶融させて流動性を発現させたペースト状の造形材料を生成し、吐出部６０へと導く。造形材料生成部３０は、スクリューケース３１と、駆動モーター３２と、フラットスクリュー４０と、スクリュー対面部５０と、を有する。フラットスクリュー４０は、ローターあるいはスクロールとも呼ばれ、スクリュー対面部５０はバレルとも呼ばれる。

図２は、フラットスクリュー４０の下面４８側の概略構成を示す斜視図である。図２に示したフラットスクリュー４０は、技術の理解を容易にするため、図１に示した上面４７と下面４８との位置関係を、鉛直方向において逆向きとした状態で示されている。図３は、スクリュー対面部５０の上面５２側を示す概略平面図である。フラットスクリュー４０は、その中心軸に沿った方向である軸線方向における高さが直径よりも小さい略円柱状を有する。フラットスクリュー４０は、その回転中心となる回転軸ＲＸがＺ方向に平行になるように配置される。

フラットスクリュー４０は、スクリューケース３１内に収納されている。フラットスクリュー４０の上面４７側は駆動モーター３２に連結されており、フラットスクリュー４０は、駆動モーター３２が発生させる回転駆動力によって、スクリューケース３１内で回転する。駆動モーター３２は、制御部１０１の制御下において駆動する。

フラットスクリュー４０の、回転軸ＲＸと交差する面である下面４８には、渦状の溝部４２が形成されている。上述した材料供給部２０の連通路２２は、フラットスクリュー４０の側面から、当該溝部４２に連通する。図２に示すように、本実施形態では、溝部４２は、凸条部４３によって隔てられて３本分形成されている。なお、溝部４２の数は、３本に限られず、１本でもよいし、２本以上であってもよい。溝部４２は、渦状に限らず、螺旋状あるいはインボリュート曲線状であってもよいし、中央部から外周に向かって弧を描くように延びる形状であってもよい。

フラットスクリュー４０の下面４８は、スクリュー対面部５０の上面５２に面しており、フラットスクリュー４０の下面４８の溝部４２と、スクリュー対面部５０の上面５２との間には空間が形成される。造形部１１０では、フラットスクリュー４０とスクリュー対面部５０との間のこの空間に、材料供給部２０から図２に示した材料流入口４４へと原材料ＭＲが供給される。

スクリュー対面部５０には、回転しているフラットスクリュー４０の溝部４２内に供給された原材料ＭＲを加熱するためのヒーター５８が埋め込まれている。スクリュー対面部５０には、連通孔５６に接続され、連通孔５６から外周に向かって渦状に延びている複数の案内溝５４が形成されている。なお、案内溝５４の一端は、連通孔５６に接続されていなくてもよい。また、案内溝５４は省略することも可能である。

フラットスクリュー４０の溝部４２内に供給された原材料ＭＲは、溝部４２内において溶融されながら、フラットスクリュー４０の回転によって溝部４２に沿って流動し、造形材料としてフラットスクリュー４０の中央部４６へと導かれる。中央部４６に流入した流動性を発現しているペースト状の造形材料は、図３に示したスクリュー対面部５０の中心に設けられた連通孔５６を介して吐出部６０に供給される。なお、造形材料では、造形材料を構成する全ての種類の物質が溶融していなくてもよい。造形材料は、造形材料を構成する物質のうちの少なくとも一部の種類の物質が溶融することによって、全体として流動性を有する状態に転化されていればよい。

吐出部６０は、造形材料を吐出するノズル６１と、フラットスクリュー４０とノズル６１との間に設けられた造形材料の流路６５と、流路６５を開閉する開閉機構７０と、を有する。ノズル６１は、流路６５を通じて、スクリュー対面部５０の連通孔５６に接続されている。ノズル６１は、造形材料生成部３０において生成された造形材料を、先端の吐出口６２からステージ２１０に向かって吐出する。

開閉機構７０は、流路６５を開閉して、ノズル６１からの造形材料の流出を制御する。第１実施形態では、開閉機構７０は、バタフライバルブによって構成されている。開閉機構７０は、一方向に延びる軸状部材である駆動軸７２と、駆動軸７２の回転により回動する弁体７３と、駆動軸７２の回転駆動力を発生するバルブ駆動部７４と、を備える。

駆動軸７２は、造形材料の流れ方向に交差するように流路６５の途中に取り付けられている。より具体的には、駆動軸７２は、流路６５内の造形材料の流通方向に対して垂直な向きであるＹ方向に平行になるように取り付けられている。駆動軸７２は、Ｙ方向に沿った中心軸を中心に回転可能である。

弁体７３は、流路６５内において回転する部材である。第１実施形態では、弁体７３は、駆動軸７２の流路６５内に配置されている部位を加工することによって形成されている。弁体７３を、その板面に垂直な方向に見たときの形状は、弁体７３が配置されている部位における流路６５の開口形状とほぼ一致する。

バルブ駆動部７４は、制御部１０１の制御下において、駆動軸７２を回転させる。バルブ駆動部７４は、例えば、ステッピングモーターによって構成される。駆動軸７２の回転によって弁体７３が流路６５内において回転する。

弁体７３の板面を、流路６５における造形材料の流通方向に対して垂直にされた状態が、流路６５が閉じられた状態である。この状態では、流路６５からノズル６１への造形材料の流入が遮断され、吐出口６２からの造形材料の流出が停止される。弁体７３の板面が、駆動軸７２の回転によって、この垂直にされた状態から回転されると、流路６５からノズル６１への造形材料の流入が許容され、弁体７３の回転角度に応じた吐出量の造形材料が吐出口６２から流出する。図１に示されているように、流路６５における造形材料の流通方向に沿った状態が、流路６５が全開となる状態である。この状態は、吐出口６２からの単位時間あたりの造形材料の吐出量が最大となる。このように、開閉機構７０は、造形材料の流出のＯＮ／ＯＦＦとともに、造形材料の吐出量の調整を実現できる。

ステージ２１０は、ノズル６１の吐出口６２に対向する位置に配置されている。第１実施形態では、ノズル６１の吐出口６２に対向するステージ２１０の造形面２１１は、Ｘ，Ｙ方向、すなわち水平方向に平行となるように配置される。後述するように、三次元造形装置１００は、造形処理において、吐出部６０からステージ２１０の造形面２１１に向けて造形材料を吐出させて層を積層することによって三次元造形物を造形する。

移動機構２３０は、ステージ２１０とノズル６１との相対位置を変化させる。第１実施形態では、ノズル６１の位置が固定されており、移動機構２３０は、ステージ２１０を移動させる。移動機構２３０は、３つのモーターＭの駆動力によって、ステージ２１０をＸ，Ｙ，Ｚ方向の３軸方向に移動させる３軸ポジショナーによって構成される。移動機構２３０は、制御部１０１の制御下において、ノズル６１とステージ２１０との相対的な位置関係を変更する。本明細書において、特に断らない限り、ノズル６１の移動とは、ノズル６１をステージ２１０に対して相対的に移動させることを意味する。

なお、他の実施形態では、移動機構２３０によってステージ２１０を移動させる構成の代わりに、ステージ２１０の位置が固定された状態で、移動機構２３０がステージ２１０に対してノズル６１を移動させる構成が採用されてもよい。また、移動機構２３０によってステージ２１０をＺ方向に移動させ、ノズル６１をＸ，Ｙ方向に移動させる構成や、移動機構２３０によってステージ２１０をＸ，Ｙ方向に移動させ、ノズル６１をＺ方向に移動させる構成が採用されてもよい。これらの構成であっても、ノズル６１とステージ２１０との相対的な位置関係が変更可能である。

制御部１０１は、三次元造形装置１００全体の動作を制御する制御装置である。制御部１０１は、１つ、または、複数のプロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェイスとを備えるコンピューターによって構成される。制御部１０１は、主記憶装置上に読み込んだプログラムや命令をプロセッサーが実行することによって、データ生成部１０２としての機能のほか、種々の機能を発揮する。制御部１０１は、コンピューターによって構成される代わりに、各機能の少なくとも一部を実現するための複数の回路を組み合わせた構成により実現されてもよい。制御部１０１のことを情報処理装置ともいう。

データ生成部１０２は、移動機構２３０によって吐出部６０を移動させるための複数の部分経路を有する造形データを生成する。制御部１０１は、データ生成部１０２によって生成された造形データに従って、開閉機構７０および吐出部６０を含む造形部１１０と、移動機構２３０とを制御してステージ２１０上に三次元造形物を造形する。

データ生成部１０２は、三次元造形物の形状を表す３次元ＣＡＤデータなどの形状データを用いて、造形データの生成を行う。造形データには、造形材料の吐出経路と、吐出部６０による造形材料の吐出量を含む吐出制御データが含まれる。造形材料の吐出経路とは、ノズル６１が、造形材料を吐出しながら、ステージ２１０の造形面２１１に沿って相対的に移動する経路である。

吐出経路は、複数の部分経路から構成される。各部分経路は、直線状の経路である。吐出制御データは、各部分経路に対して個別に対応付けられる。本実施形態において、吐出制御データによって表される吐出量は、その部分経路において単位時間あたりに吐出される造形材料の量である。なお、他の実施形態では、各部分経路に対して、その部分経路全体において吐出される造形材料の総量が、吐出制御データとして対応付けられてもよい。

図４は、三次元造形装置１００において三次元造形物が造形されていく様子を模式的に示す説明図である。三次元造形装置１００では、上述したように、造形材料生成部３０において、回転しているフラットスクリュー４０の溝部４２に供給された固体状態の原材料ＭＲが溶融されて造形材料ＭＭが生成される。制御部１０１は、ステージ２１０の造形面２１１とノズル６１との距離を保持したまま、ステージ２１０の造形面２１１に沿った方向に、ステージ２１０に対するノズル６１の位置を変えながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させる。ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭは、ノズル６１の移動方向に連続して堆積されていく。こうしたノズル６１による走査によって、ノズル６１の走査経路に沿って線状に延びる造形部位である線状部位ＬＰが造形される。

制御部１０１は、上記のノズル６１による走査を繰り返して層ＭＬを形成する。制御部１０１は、１つの層ＭＬを形成した後、ステージ２１０に対するノズル６１の位置を、Ｚ方向に移動させる。そして、これまでに形成された層ＭＬの上に、さらに層ＭＬを積み重ねることによって三次元造形物を造形していく。

制御部１０１は、例えば、一層分の層ＭＬを完了した場合のノズル６１のＺ方向への移動や、各層で独立する複数の造形領域がある場合には、ノズル６１からの造形材料の吐出を一時的に中断させることがある。この場合、開閉機構７０の弁体７３によって流路６５を閉塞させて、吐出口６２からの造形材料ＭＭの吐出を停止させる。制御部１０１は、ノズル６１の位置を変更した後、開閉機構７０の弁体７３によって流路６５を開くことによって、変更後のノズル６１の位置から造形材料ＭＭの堆積を再開させる。三次元造形装置１００によれば、開閉機構７０によって、ノズル６１による造形材料ＭＭの堆積位置を簡易に制御することができる。

図５は、制御部１０１によって実行される造形データ生成処理のフローチャートである。図６は、造形データ生成処理の説明図である。造形データ生成処理は、三次元造形物を造形するのに先立って、三次元造形物の造形に用いられる造形データを生成するための処理である。

図５に示すように、ステップＳ１００において、データ生成部１０２は、外部から入力された三次元造形物の造形データである３次元ＣＡＤデータを解析し、三次元造形物を、ＸＹ平面に沿って複数の層にスライスした層データを生成する。層データは、そのＸＹ平面における三次元造形物の外殻を表すデータである。図６の上段には、層データＬＤが表す外殻に相当する部分を太線によって示している。

ステップＳ１１０において、データ生成部１０２は、外殻造形データを生成する。外殻造形データとは、層データＬＤが表す外殻の内側に接する外殻領域を形成するためのデータである。外殻領域とは、三次元造形物の外観に影響を与える領域である。外殻造形データには、三次元造形物の外殻に沿った最外周を造形するための経路が含まれる。外殻造形データは、三次元造形物の最外周を造形するための吐出経路だけではなく、最外周の内側１周分を含む吐出経路を含んでもよい。外殻領域を形成するための吐出経路の周回数は、任意に設定可能であってもよい。

図６には、外殻造形データＺＤ１が、最も外側の吐出経路とその内側１周分の吐出経路によって構成されている例を示している。これらの吐出経路は、外殻領域を造形するための複数の部分経路ＰＰ１を含む。上記のとおり、各部分経路ＰＰ１は、直線状の経路である。それぞれの部分経路ＰＰ１には、ステージ２１０に堆積される造形材料が予め定められた基準幅Ｓｓとなる量の吐出量が吐出制御データとして対応付けられる。図６では、最も外側の吐出経路とその内側の吐出経路とは、不連続の経路となっているが、これらは連続した経路として構成されてもよい。

ステップＳ１２０において、データ生成部１０２は、内部造形データを生成する。内部造形データとは、層データＬＤが表す外殻の内側の領域であって、三次元造形物のうちの外殻領域以外の領域である内部領域を造形するためのデータである。内部領域は、三次元造形物の外観よりも、三次元造形物の強度に与える影響が大きい領域である。

図６には、内部造形データＺＤ２が、外殻造形データＺＤ１の内側に２周分、表されている例を示している。内部造形データＺＤ２が表す内部領域を埋める吐出経路は、複数の部分経路ＰＰ２を含む。上記のとおり、各部分経路ＰＰ２は、直線状の経路である。それぞれの部分経路ＰＰ２には、ステージ２１０に堆積される造形材料が予め定められた基準幅Ｓｓとなる量の吐出量が吐出制御データとして対応付けられる。なお、本実施形態では、外殻造形データＺＤ１において造形される経路の幅と、内部造形データＺＤ２よって造形される経路の幅とが、いずれも基準幅Ｓｓであるものとしたが、これらは、異なる幅であってもよい。

以下では、ステップＳ１１０において生成される外殻造形データと、ステップＳ１２０において生成される内部造形データとを、まとめて、「第１データ」という。第１データは、吐出部６０が造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データと、各部分経路における造形材料の吐出量を表す吐出量情報を含む吐出制御データと、を有する。

ステップＳ１３０において、データ生成部１０２は、第１データに基づき、各部分経路の配置および幅を解析することによって、複数の部分経路で挟まれた隙間領域を特定する。本実施形態では、このステップＳ１３０において、外周に１または複数の凹形状を含む隙間領域を特定する。図６の中段には、図６の上段に示した内部造形データＺＤ２から特定されたＬ字状の隙間領域ＧＡを示している。隙間領域ＧＡは、外周に１つの凹形状ＣＳを含んでいる。外周に凹形状を有する隙間領域は、例えば、１８０°より大きく３６０°より小さい内角を有する多角形の形状、つまり、凹角を有する多角形の形状を有する。なお、凹形状には、内側に向けて窪んだ部分を有する曲線形状も含まれる。

隙間領域の特定にあたり、データ生成部１０２は、複数の部分経路によって挟まれた隙間領域であって、以下の関係（１）を満たす隙間領域を特定する。
Ｗ≦Ｓｍａｘ－Ｓｓ ・・・（１）
Ｗは、隙間領域の幅であり、Ｓｓは、各部分経路において堆積させる造形材料の基準幅であり、Ｓｍａｘは、開閉機構７０の制御によって各部分経路において堆積させることが可能な造形材料の最大幅である。基準幅Ｓｓは、最大幅Ｓｍａｘよりも小さな線幅である。基準幅Ｓｓは任意に設定可能であるが、例えば、最大幅Ｓｍａｘの６０～８０％とすることができる。なお、基準幅Ｓｓは、最大幅Ｓｍａｘの２分の１よりも大きい幅であることが好ましい。

上記関係（１）によれば、隙間領域の片側に隣接する基準幅Ｓｓの部分経路の幅を、最大幅Ｓｍａｘまでの範囲で拡大することにより埋めることが可能な隙間領域が特定される。図６の中段に示す隙間領域ＧＡは、上記関係（１）を満たす隙間領域である。

ステップＳ１４０において、データ生成部１０２は、ステップＳ１３０において凹形状を含む隙間領域が特定されたか否かを判断する。凹形状を含む隙間領域が特定された場合、データ生成部１０２は、ステップＳ１５０において、隙間分割処理を実行する。この隙間分割処理では、データ生成部１０２は、外周に１または複数の凹形状を有する隙間領域を、その隙間領域に含まれる凹形状の数が少なくなるように、複数の領域に分割する処理を行う。「少なくなるように」とは、ゼロにすることを含む。図６の中段には、Ｌ字状の隙間領域ＧＡが、２つの矩形状の隙間領域に分割された例を示している。この例では、凹形状の数が、１から０に減少している。分割された隙間領域のことを、以下では分割隙間領域という。図６の中段には、２つの分割隙間領域ＤＡ１，ＤＡ２を示している。分割隙間領域ＤＡ１は、Ｙ方向が長手方向である長方形の領域であり、分割隙間領域ＤＡ２はＸ方向が長手方向である長方形の領域である。

データ生成部１０２は、ステップＳ１６０において、データ変更処理を実行する。隙間領域全体が、上記関係（１）を満たす場合、各分割隙間領域も、上記関係（１）を満たす。そして、上記関係（１）を満たせば、分割隙間領域は、その分割隙間領域を挟む部分経路のうち、片方の部分経路のみ幅を大きくすれば、その分割隙間領域を埋めることができる。そのため、本実施形態では、ステップＳ１６０におけるデータ変更処理において、データ生成部１０２は、分割隙間領域を挟むように分割隙間領域に接する部分経路のうち、いずれか一方の部分経路において、ステージ２１０の上方、すなわち、ステージ２１０又は先に形成された層、に堆積される造形材料の線幅が大きくなるように、その部分経路に対応する吐出制御データを変更して、第１データから第２データを生成する。本実施形態では、データ生成部１０２は、部分経路に対応付けられている吐出制御データが表す吐出量を増加させることにより、その部分経路において堆積される造形材料の幅を増加させる。図６の下段に示した例では、データ生成部１０２は、分割隙間領域ＤＡ１については－Ｘ方向側に隣接する部分経路の幅を、分割隙間領域ＤＡ２については、－Ｙ方向側に隣接する部分経路の幅を、それぞれ、基準幅Ｓｓから、基準幅Ｓｓに分割隙間領域の幅Ｗ１を加算した幅まで増加するように、吐出量を増加させている。

データ生成部１０２は、部分経路の造形材料の幅を増加させるとともに、分割隙間領域の形状に応じて、部分経路の経路を変更してもよい。具体的には、データ生成部１０２は、直線状の部分経路の経路が、線幅変更後の造形材料の中心を通るように、経路の位置を変更する。このように、部分経路の幅だけではなく経路自体を変更することにより、隙間部分を精度よく埋めることができる。

図７は、幅が変化する分割隙間領域ＤＡを模式的に示す図である。図６には、分割隙間領域の形状が、一定の幅を有する矩形状である例を示したが、分割隙間領域の形状は、矩形に限られない。例えば、図７の上部に示すように、分割隙間領域の形状が、扇状のように、幅が変化する場合もあり得る。このように、分割隙間領域の幅が変化する場合、データ生成部１０２は、隣接する部分経路において堆積される造形材料の線幅を、分割隙間領域の幅の変化に従って調整して第２データを生成してもよい。具体的には、図７の下部に示すように、分割隙間領域に隣接する部分経路を複数の部分経路に分割し、分割されたそれぞれの部分経路の線幅を、分割隙間領域の幅の変化に従って変化するように増加させる。このように、部分経路を変更することにより、分割隙間領域を効率的に埋めることが可能となり、造形精度を高めることが可能になる。更に、本実施形態では、図７の下部に示すように、データ生成部１０２は、分割後の各部分経路の経路を、分割隙間領域の形状に応じた経路に変更してもよい。図７の下部では、分割された各部分経路が、破線によって示した直線状の経路から、分割隙間領域の円弧形状に沿う経路に変更されている。部分経路の変更は、例えば、拡大した幅の中心を通る経路に変更することで実現される。このように、部分経路を、分割隙間領域の形状に応じた形状の経路に変更することにより、隙間部分を効率的に埋めることが可能となり、造形精度を高めることが可能になる。

上記ステップＳ１３０において凹形状を含む隙間領域が特定されなかった場合、データ生成部１０２は、ステップＳ１５０の隙間分割処理をスキップする。ステップＳ１３０において、凹形状を含まない隙間領域が特定された場合には、データ生成部１０２は、ステップＳ１６０において、その隙間領域を挟むように隙間領域に接する部分経路のうち、いずれか一方の部分経路において、ステージ２１０の上方、すなわち、ステージ２１０又は先に形成された層、に堆積される造形材料の線幅が大きくなるように、その部分経路に対応する吐出制御データを変更して、第１データから第２データを生成する。つまり、凹形状を含まない隙間領域については、分割隙間領域を埋める手法と同様の手法によって、その隙間を埋める。ステップＳ１６０においてデータ変更処理が実行されると、前述した第１データが変更されて第２データが生成される。上記ステップＳ１３０において、凹形状を含む隙間領域、および、凹形状を含まない隙間領域のいずれも特定されない場合には、ステップＳ１６０のデータ変更処理において、データ生成部１０２は、前述した第１データをそのまま第２データとする。第２データは、当該造形データ生成処理によって最終的に生成される造形データである。

図５のステップＳ１７０において、データ生成部１０２は、以上の処理をすべての層データについて完了したか否か判断する。全ての層データについて終了していなければ、データ生成部１０２は、次の層データについて、ステップＳ１１０からステップＳ１６０までの処理を繰り返す。全ての層データについて造形データの生成を完了した場合、データ生成部１０２は、当該造形データ生成処理を終了する。なお、上述した造形データ生成処理におけるステップＳ１５０のことを、三次元造形物の製造方法における第１工程ともいい、ステップＳ１６０のことを、同方法における第２工程ともいう。

図８は、制御部１０１によって実行される三次元造形処理のフローチャートである。三次元造形処理は、図５に示した造形データ生成処理において生成された造形データを用いて制御部１０１によって実行される処理である。図５に示した造形データ生成処理と図８に示した三次元造形処理とが実行されることによって、三次元造形装置１００による三次元造形物の製造方法が実現される。

ステップＳ２００において、制御部１０１は、三次元造形物を構成する複数の層のうち、１つの層について、造形データを読み込む。造形データには、上述した外殻造形データと内部造形データとが含まれる。本実施形態では、制御部１０１は、まず、三次元造形物を構成する複数の層のうち、重力方向において最も下側に位置する層の造形データを読み込む。

ステップＳ２１０において、制御部１０１は、第１造形処理を実行する。第１造形処理では、制御部１０１は、外殻造形データに含まれる部分経路および各部分経路に対応付けられた吐出制御データに従い、移動機構２３０および吐出部６０を制御して、現在の層について外殻領域を形成する。

ステップＳ２２０において、制御部１０１は、第２造形処理を実行する。第２造形処理では、制御部１０１は、内部造形データに含まれる部分経路および各部分経路に対応付けられた吐出制御データに従い、移動機構２３０および吐出部６０を制御して、現在の層について内部領域を形成する。図６に示した層データの例では、この第２造形処理において、隙間領域ＧＡに隣接する部分経路に対応する部分の造形材料の幅が、基準幅Ｓｓから、基準幅Ｓｓに隙間領域の幅Ｗ１を加算した幅まで拡大される。

ステップＳ２３０において、制御部１０１は、全ての層について造形を完了したか否かを判断する。全ての層について造形が完了していなければ、制御部１０１は、処理をステップＳ２００に戻して、次の層、すなわち、現在の層の重力方向上側に隣接する層について造形データを読み込み、ステップＳ２１０およびステップＳ２２０の処理を実行する。この場合、ステップＳ２１０では、吐出部６０からの造形材料の吐出に先立ち、制御部１０１は、移動機構２３０を制御して、ノズル６１の位置を、ステージ２１０から１層分、上昇させる。全ての層について造形が完了した場合、制御部１０１は、当該三次元造形処理を完了する。なお、上述した三次元造形処理におけるステップＳ２１０およびステップＳ２２０のことを、三次元造形物の製造方法における第３工程ともいう。

図９～１１は、第１実施形態における隙間領域の埋め方の具体例を示す説明図である。図９に示す例では、内部領域にＴ字形の隙間領域ＧＡが生じている。この場合、データ生成部１０２は、隙間分割処理を行うことにより、図１０に示すように、隙間領域を２つの長方形状の分割隙間領域ＤＡ３，ＤＡ４に分割する。そして、図１１に示すように、分割隙間領域ＤＡ３については、その長手方向に垂直な方向に隣接する片方の部分経路、具体的には、図１１において－Ｘ方向側に隣接する部分経路の線幅を増加させる。また、分割隙間領域ＤＡ４についても、その長手方向に垂直な方向に隣接する片方の部分経路、具体的には、図１１において＋Ｙ方向側に隣接する部分経路の線幅を増加させる。こうすることで、データ生成部１０２は、隙間領域を適切に埋めることができる。

図１２は、隙間分割処理の具体的な処理内容を示す説明図である。図１２では、以下に説明する各手順において決定あるいは特定された位置を丸印で示している。データ生成部１０２は、まず第１手順において、隙間領域ＧＡの外周の頂点で、凹角となっている頂点を探索して、分割の起点として特定する。

第２手順において、データ生成部１０２は、分割起点から順に隙間領域ＧＡの外周上の頂点を進み、線分の向きが逆転する頂点を探索して、探索された頂点を分割の終点の候補とする。線分の向きが逆転する頂点とは、隙間領域の各辺をベクトルとしてみたときに、分割の起点を始点とするベクトルに対して、Ｘ成分またはＹ成分の符号が反転しているベクトルの始点または終点のことをいう。

手順３において、データ生成部１０２は、分割の終点の候補のうち、分割起点との距離が最短距離となる候補を選出して、その候補を分割の終点に決定する。

手順４において、データ生成部１０２は、分割起点と分割終点とを結ぶ線分によって、隙間領域を分割し、分割隙間領域を特定する。

データ生成部１０２は、上述した手順１～４を、凹角を有する分割隙間領域が存在しなくなるまで繰り返し実行する。ただし、凹角を有する分割隙間領域であっても、その面積が、予め定めた面積以下である場合には、それ以上、分割を行わなくてもよい。予め定めた面積とは、例えば、ノズル６１の開口面積に相当する面積である。

図１３は、隙間領域を埋めた結果の比較例を示す図である。この比較例では、図１０に示した分割隙間領域ＤＡ３に対応する隙間の一部が、その隙間の＋Ｙ方向に隣接する短い部分経路の線幅を大きくすることによって埋められている。このように、分割隙間領域に隣接する部分経路であっても、その部分経路の長さが短い場合、その部分経路の線幅を大きくしたとしても、図１３に示すように、長手方向を有する隙間領域の中央部が適切に埋まらない可能性がある。これに対して、図１２を用いて説明した手順に従って隙間領域を複数の分割隙間領域に分割すれば、隙間領域を複数の長方形に分割できる。そうすると、各分割隙間領域の長手方向を特定できるので、線幅を増加させる部分経路を、長手方向に垂直な方向に隣接する部分経路に決定することができる。従って、短い部分経路の線幅を増加させることなく部分隙間領域を適切に埋めることが可能になる。なお、隙間分割処理の結果、生成された分割隙間領域が、正方形の場合には、その分割隙間領域に接する部分経路であれば、どの方向に接する部分経路の線幅を増加させてもよい。

以上で説明した第１実施形態によれば、各層に含まれる隙間領域を分割し、分割した各隙間領域を造形材料で埋めるため、隙間領域の形状が複雑な場合であっても、適切に隙間領域を埋めることが可能になり、空隙部分が残る可能性を抑制できる。

また、本実施形態では、隙間領域の外周に含まれる凹形状の数が少なくなるように隙間領域を分割するので、分割隙間領域の形状を単純な形状に近づけることができる。そのため、造形材料によって分割隙間領域を埋めることが容易となり、隙間領域に空隙部分が残ることを効果的に抑制できる。

また、本実施形態では、分割隙間領域に隣接する部分経路においてステージ２１０の上方に堆積される造形材料の線幅が大きくなるように、吐出制御データを変更して第２データを生成する。そのため、新たな部分経路を追加することなく、既存の部分経路の線幅を大きくすることによって隙間を埋めることができるので、造形データが増大することを抑制できる。また、造形が困難な細い部分経路を追加する必要がないので、容易に隙間部分を埋めることができる。

Ｂ．第２実施形態：
図１４～１６は、第２実施形態における隙間領域の埋め方を示す説明図である。第２実施形態における三次元造形装置１００の構成は第１実施形態と同じであるため説明を省略する。図１４に示す例では、内部領域に円弧状の隙間領域ＧＡが生じている。この場合、データ生成部１０２は、隙間分割処理を行うことにより、図１５に示すように、円弧状の隙間領域を複数の円弧状の分割隙間領域ＤＡ５～ＤＡ８に分割する。そして、図１６に示すように、データ生成部１０２は、各分割隙間領域ＤＡ５～ＤＡ８に隣接する部分経路、より具体的には、分割隙間領域を挟むように分割隙間領域に隣接する２つの部分経路のうち、経路の長さが長い方の部分経路の線幅を増加させる。こうすることで、データ生成部１０２は、隙間領域を適切に埋めることができる。なお、これらの図に示す円弧あるいは曲線は、直線状の小さな部分経路が複数、連続的に接続されることで構成されている。

図１７は、第２実施形態における隙間分割処理の処理内容を示す説明図である。図１７では、以下に説明する各手順において決定あるいは特定された位置を丸印で示している。データ生成部１０２は、まず第１手順において、隙間領域の外周において、曲線状の凹形状の起点を探索して特定する。

第２手順において、データ生成部１０２は、凹形状の起点から頂点を進み、外側に向けて凸となる頂点を探索して、凸となる頂点を凹形状の終点として特定する。

第３手順において、データ生成部１０２は、凹形状の起点における凹形状の接線の基準線からの角度と、凹形状の終点における凹形状の接線の基準線からの角度との角度差を求め、凹形状上の点であって、その点における接線の基準線からの角度が、前述の角度差の１／２となる点を探索し、その点を分割起点として決定する。換言すれば、凹形状の起点における凹形状の接線の基準線からの角度と、凹形状の終点における凹形状の接線の基準線からの角度とを加算して２で割った値の角度となる凹形状上の点を探索し、その点を分割起点として決定する。本実施形態において、基準線とは、Ｘ軸であるものとする。このように凹形状の起点と終点における角度差に基づいて、分割の起点を決定すれば、凹形状の長さの中央点によって分割の起点を設定するよりも、湾曲した位置に応じて適切な分割起点を設定できる。

続いて、手順４において、データ生成部１０２は、分割起点から順に隙間領域の外周上の頂点を進み、線分の向きが逆転する頂点を探索して、探索された頂点を分割の終点の候補とする。線分の向きが逆転する頂点とは、隙間領域に含まれる辺をベクトルとしたとき、分割の起点を始点とする接ベクトルに対して、Ｘ成分またはＹ成分の符号が反転しているベクトルの始点または終点に該当する頂点のことをいう。

手順５において、データ生成部１０２は、分割の終点候補から隙間領域の外周に沿って更に進み、分割起点と最短距離となる位置を探索し、その位置を分割の終点として決定する。

手順６において、データ生成部１０２は、分割起点と分割終点とを結ぶ線分によって、隙間領域を分割し、分割隙間領域を特定する。

データ生成部１０２は、上述した手順１～６を、各分割隙間領域における上述の角度差が、予め定めた値以下となるまで各分割隙間領域に対して繰り返し実行する。予め定めた値とは、例えば、６０°である。こうすることによって、円弧状の隙間領域が、長方形に近い単純な形状の複数の分割隙間領域に分割される。ただし、角度差が６０°を超えていても、分割隙間領域の面積が、予め定めた面積以下である場合には、それ以上、分割を行わなくてもよい。予め定めた面積とは、例えば、ノズル６１の開口面積に相当する面積である。

以上で説明した第２実施形態では、凹形状の長さの中央ではなく、凹形状の起点と終点との角度差に基づいて、分割の起点を決定している。そのため、凹形状の起点や終点に近い位置において屈曲したような形状であっても、分割の起点を適切に設定できる。

なお、直線は曲線に含まれる概念である。そのため、図６に示したＬ字状の隙間領域や、図９～１１に示したＴ字状の隙間領域についても、第２実施形態において説明した手順によって分割することが可能である。

Ｃ．第３実施形態：
図１８～２０は、第３実施形態における隙間領域の埋め方を示す説明図である。第３実施形態における三次元造形装置１００の構成は第１実施形態と同じであるため説明を省略する。図１８に示す例では、内部領域に枠状の隙間領域ＧＡが生じている。枠状の隙間領域とは、内部に孔を有する環状の領域である。この場合、データ生成部１０２は、隙間分割処理を行うことにより、図１９に示すように、枠状の隙間領域を複数の分割隙間領域ＤＡ９～ＤＡ１０に分割する。最終的に、データ生成部１０２は、図２０に示すように、各分割隙間領域に隣接する部分経路、より具体的には、分割隙間領域を挟んで分割隙間領域に隣接する２つの部分経路のうち、経路の長さが長い方の部分経路の線幅を増加させる。こうすることで、データ生成部１０２は、隙間領域を適切に埋めることができる。

図２１は、第３実施形態における隙間分割処理の処理内容を示す説明図である。データ生成部１０２は、まず第１手順において、図２１において丸印で示すように、枠状の隙間領域の内周に位置する任意の角部の頂点の位置を特定する。そして、データ生成部１０２は、その頂点と距離が最短となる隙間領域の外周上の位置を特定して、特定されたそれらの位置を結ぶ線分を分割の起点として特定する。

第２手順において、データ生成部１０２は、図２１において二重丸に示すように、枠状の隙間領域の内周に位置する頂点のうち、分割起点から最も離れた頂点を探索して分割の終点候補とする。

手順３において、データ生成部１０２は、分割の終点候補から隙間領域の内周に沿って両方向に移動した位置で、外周との距離が最短となる位置を探索し、その位置と外周とを最短距離で結ぶ線分を分割の終点として特定する。

手順４において、データ生成部１０２は、枠状の隙間領域を、分割起点と分割終点とにより、２つの分割隙間領域に分割する。こうすることによって、枠状の隙間領域を、異なる２つの分割隙間領域に分割することができる。

上記手順４において、分割隙間領域を生成した後、データ生成部１０２は、各分割隙間領域に対して、第１実施形態において図１２を用いて説明した手順を実行することにより、各分割隙間領域をより小さな分割隙間領域に分割する。こうすることにより、各分割隙間領域を、第１実施形態と同様の処理によって埋めることができる。

図２２は、第３実施形態における隙間分割処理の処理内容を示す第２の説明図である。図２２には、隙間領域として、内周が五角形の枠状の隙間領域が示されている。このように、内周が矩形状でなくても、図２１を用いて説明した手順１～４と同じ手順を実行することにより、隙間領域を複数の分割隙間領域に分割することができる。ただし、図２２に示した例では、最終的に生成される各分割隙間領域の外周の形状は、長方形ではない多角形である。この場合、データ生成部１０２は、分割隙間領域に外接する最も面積の小さな矩形形状を計算により求め、その矩形形状の長手方向を、その分割隙間領域の長手方向として決定することにより、その長手方向を用いて線幅を増加させる部分経路の特定を行う。このような長手方向の決定手法は、第１～２実施形態においても同様に適用可能である。

Ｄ．第４実施形態：
図２３は、第４実施形態における造形データ生成処理の説明図である。第１実施形態では、分割隙間領域に隣接する一方の部分経路の線幅を増加させることによって、分割隙間領域を埋めている。これに対して、第４実施形態では、分割隙間領域に隣接する両方の部分経路の線幅を増加させることによって、分割隙間領域を埋める。図２３の上段には、層の中に２周分の外殻領域と１周分の内部領域とが配置されている例を示している。

本実施形態においても、図５に示したステップＳ１３０において、データ生成部１０２は、外殻造形データと内部造形データとを含む第１データに基づき、各部分経路の配置および幅を解析することによって隙間領域を特定する。データ生成部１０２は、部分経路によって挟まれた隙間領域であって、以下の関係（２）を満たす隙間部分を特定する。
Ｗ＞Ｓｍａｘ－Ｓｓ ・・・（２）
Ｗは、隙間領域の幅であり、Ｓｓは、各部分経路において堆積させる造形材料の基準幅であり、Ｓｍａｘは、開閉機構７０の制御によって各部分経路において堆積させることが可能な造形材料の最大幅である。ただし、Ｗは、基準幅Ｓｓよりも小さいことが好ましい。

上記関係（２）によれば、隙間領域の片側に隣接する基準幅Ｓｓの部分経路の幅を、最大幅Ｓｍａｘまで拡大したとしても、埋まりきれない隙間領域が特定されることになる。図２３の中段には、上記関係（２）を満たす幅Ｗ２の隙間部分Ｇ２が特定された例を示している。この幅Ｗ２は、図６に示した幅Ｗ１よりも大きな幅である。

本実施形態では、上記関係（２）を満たす隙間領域ＧＡを図５に示したステップＳ１３０において特定すると、データ生成部１０２は、図５に示したステップＳ１５０において、図２３の中段に示すように、隙間領域ＧＡを、分割隙間領域ＤＡ１，ＤＡ２に分割する。そして、データ生成部１０２は、図５に示したステップＳ１６０におけるデータ変更処理において、図２３の下段に示すように、分割隙間領域を挟む両側の部分経路においてステージ２１０の上方に堆積させる造形材料の幅を増加するように、それぞれの部分経路に対応する吐出制御データを変更することによって、第１データから第２データを生成する。図２３に示した例では、データ生成部１０２は、分割隙間領域ＤＡ１，ＤＡ２を挟む両側の部分経路の幅を、基準幅Ｓｓから、基準幅Ｓｓに隙間部分の幅Ｗ２の１／２を加算した幅まで増加するように、吐出制御データが表す吐出量を増加させる。こうすることにより、分割隙間領域ＤＡ１，ＤＡ２を、それらを挟む両側の部分経路の幅をそれぞれ増加させることによって埋めることができる。

以上で説明した第４実施形態によれば、分割隙間領域を挟む２つの部分経路において堆積される造形材料の幅を増加させることによって、幅の大きな分割隙間領域を埋めることができる。つまり、分割隙間領域が、その分割隙間領域に隣接する片側の部分経路の幅を増加させるだけでは埋め切れない場合に、反対側の部分経路の幅も増加させることによって、その分割隙間領域を埋めることができる。そのため、三次元造形物の空隙率を効果的に低下させることができる。

Ｅ．第５実施形態：
図２４は、第５実施形態における造形データ生成処理の説明図である。上述した各実施形態では、分割隙間領域に隣接する部分経路の線幅を増加させることによって、分割隙間領域を埋めている。これに対して、第５実施形態では、分割隙間領域を通る新たな部分経路を経路データに追加して、第１データから第２データを生成する。

図２４の上段および中段には、図６に示した隙間領域と同様の隙間領域ＧＡを示している。本実施形態において、データ生成部１０２は、図５に示した造形データ生成処理のステップＳ１５０において、図２４の中段のように、隙間領域ＧＡを、分割隙間領域ＤＡ１，ＤＡ２に分割した後、図５に示したステップＳ１６０におけるデータ変更処理において、図２４の下段に示すように、分割隙間領域ＤＡ１，ＤＡ２をそれぞれ埋める新たな部分経路Ｐ１，Ｐ２を第１データに追加して第２データを生成する。

以上で説明した第５実施形態によれば、分割隙間領域に対して新たな部分経路を追加して隙間を埋めるため、容易な処理で隙間を埋めることが可能になる。

なお、本実施形態において、分割隙間領域の幅が変化する場合に、新たに追加する部分経路の線幅を、図７に示したように、分割隙間領域の幅の変化に従って調整して第２データを生成してもよい。こうすることにより、より精度良く隙間領域を埋めることができる。

Ｆ．他の実施形態：
（Ｆ－１）上記実施形態において、データ生成部１０２は、分割隙間領域を挟むように隣接する２つの部分経路のうち、経路の長さが長い方の部分経路の線幅を大きくすることによって分割隙間領域を埋めている。これに対して、例えば、データ生成部１０２は、上述したデータ変更処理において、分割隙間領域を挟むように隣接する２つの部分経路のうち、一方の部分経路が、外殻領域に存在し、他方の部分経路が内部領域に存在する場合、他方の部分経路、すなわち、内部領域に存在する部分経路の線幅が大きくなるように、吐出制御データを変更して第２データを生成してもよい。このように、内部領域に存在する部分経路の線幅を優先して大きくすれば、部分経路の線幅を大きくすること伴って、三次元造形物の外観形状が変形することを抑制できる。

（Ｆ－２）上記実施形態において、データ生成部１０２は、分割隙間領域を挟むように隣接する２つの部分経路のうち、経路の長さが長い方の部分経路の線幅を大きくすることによって分割隙間領域を埋めている。これに対して、データ生成部１０２は、２つの部分経路のうち、経路の長さが短い方の部分経路の線幅を大きくしてもよい。また、データ生成部１０２は、２つの部分経路のうち、分割隙間領域と予め定めた方向の関係にある部分経路、例えば、－Ｘ方向側または－Ｙ方向側に隣接する部分経路の線幅を大きくしてもよい。

（Ｆ－３）上記実施形態において、データ生成部１０２は、三次元造形物の内部領域内に存在する隙間領域を分割して埋めている。これに対して、データ生成部１０２は、三次元造形物の外殻領域内に形成される隙間領域を分割して埋めてもよい。また、データ生成部１０２は、内部領域と外殻領域との間に形成される隙間領域を分割して埋めてもよい。

（Ｆ－４）上記実施形態では、外殻造形データにより三次元造形物の外殻領域が造形され、内部造形データにより内部領域が造形される。これに対して、造形データは、外殻造形データと内部造形データとに区別されていなくてもよい。三次元造形物は、単一種類の造形データによって造形されてもよい。

（Ｆ－５）上記実施形態では、造形データに含まれる吐出制御データには、造形材料の吐出量を表す情報が含まれており、その吐出量を増加させることによって、ステージ２１０上に堆積される造形材料の幅を増加させている。これに対して、吐出制御データには、吐出部６０の移動速度を表す移動速度情報が含まれてもよい。この場合、図５のステップＳ１６０に示したデータ変更処理では、部分経路に対応付けられた移動速度を遅くすることによって、ステージ２１０に堆積される造形材料の幅を増加させることができる。この場合、各部分経路の造形にあたり、単位時間に吐出される造形材料の量は一定であることが好ましい。ただし、造形材料の吐出量と吐出部６０の移動速度の両方を調整することによって、ステージ２１０上に堆積される造形材料の幅を調整することも可能である。

（Ｆ－６）上記実施形態において、造形部１１０は、フラットスクリュー４０によって材料を可塑化している。これに対して造形部１１０は、例えば、インラインスクリューを回転させることによって材料を可塑化するものであってもよい。また、造形部１１０として、熱溶解積層法に用いられるヘッドを採用してもよい。

（Ｆ－７）上記実施形態において、開閉機構７０は、ピストンが流路６５内に突出して流路６５を閉塞するプランジャーを用いた機構や、流路６５に交差する方向に移動して流路６５を閉塞するシャッターを用いた機構によって構成してもよい。開閉機構７０は、上記実施形態のバタフライバルブや、上述のシャッター機構、プランジャー機構のうちの２つ以上を組み合わせて構成してもよい。また、開閉機構７０ではなく、フラットスクリュー４０の回転数を制御することによって、造形材料の吐出量を制御してもよい。

（Ｆ－８）上記実施形態では、材料供給部２０に供給される原材料として、ペレット状のＡＢＳ樹脂の材料が用いられる。これに対して、三次元造形装置１００は、例えば、熱可塑性を有する材料や、金属材料、セラミック材料等の種々の材料を主材料として三次元造形物を造形することができる。ここで、「主材料」とは、三次元造形物の形状を形作っている中心となる材料を意味し、三次元造形物において５０重量％以上の含有率を占める材料を意味する。上述した造形材料には、それらの主材料を単体で溶融したものや、主材料とともに含有される一部の成分が溶融してペースト状にされたものが含まれる。

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

熱可塑性を有する材料としては、例えば、下記の熱可塑性樹脂材料を用いることができる。
＜熱可塑性樹脂材料の例＞
ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリ乳酸樹脂（ＰＬＡ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチック、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチック。

熱可塑性を有する材料には、顔料や、金属、セラミック、その他に、ワックス、難燃剤、酸化防止剤、熱安定剤などの添加剤等が混入されていてもよい。熱可塑性を有する材料は、造形材料生成部３０において、フラットスクリュー４０の回転とヒーター５８の加熱によって可塑化されて溶融した状態に転化される。熱可塑性を有する材料の溶融によって生成された造形材料は、ノズル６１から吐出された後、温度の低下によって硬化する。

熱可塑性を有する材料は、そのガラス転移点以上に加熱されて完全に溶融した状態でノズル６１から射出されることが望ましい。例えば、ＡＢＳ樹脂は、ガラス転移点が約１２０℃であり、ノズル６１からの射出時には約２００℃であることが望ましい。このように高温の状態で造形材料を射出するために、ノズル６１の周囲にはヒーターが設けられてもよい。

三次元造形装置１００では、上述した熱可塑性を有する材料の代わりに、例えば、以下の金属材料が主材料として用いられてもよい。この場合には、下記の金属材料を粉末状にした粉末材料に、造形材料の生成の際に溶融する成分が混合されて、原材料として造形材料生成部３０に投入されることが望ましい。
＜金属材料の例＞
マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）やクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）の単一の金属、もしくはこれらの金属を１つ以上含む合金。
＜前記合金の例＞
マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金。

三次元造形装置１００においては、上記の金属材料の代わりに、セラミック材料を主材料として用いることが可能である。セラミック材料としては、例えば、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどの酸化物セラミックスや、窒化アルミニウムなどの非酸化物セラミックスなどが使用可能である。主材料として、上述したような金属材料やセラミック材料を用いる場合には、ステージ２１０に配置された造形材料はレーザーの照射や温風などによる焼結によって硬化されてもよい。

材料供給部２０に原材料として投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料は、単一の金属の粉末や合金の粉末、セラミック材料の粉末を、複数種類、混合した混合材料であってもよい。また、金属材料やセラミック材料の粉末材料は、例えば、上で例示したような熱可塑性樹脂、あるいは、それ以外の熱可塑性樹脂によってコーティングされていてもよい。この場合には、造形材料生成部３０において、その熱可塑性樹脂が溶融して流動性が発現されるものとしてもよい。

材料供給部２０に原材料として投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、以下のような溶剤を添加することもできる。溶剤は、下記の中から選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
＜溶剤の例＞
水；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の（ポリ）アルキレングリコールモノアルキルエーテル類；酢酸エチル、酢酸ｎ－プロピル、酢酸ｉｓｏ－プロピル、酢酸ｎ－ブチル、酢酸ｉｓｏ－ブチル等の酢酸エステル類；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル－ｎ－ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類；エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類；テトラアルキルアンモニウムアセテート類；ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤；ピリジン、γ－ピコリン、２，６－ルチジン等のピリジン系溶剤；テトラアルキルアンモニウムアセテート（例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等）；ブチルカルビトールアセテート等のイオン液体等。

その他に、材料供給部２０に原材料として投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、以下のようなバインダーを添加することもできる。
＜バインダーの例＞
アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）或いはその他の熱可塑性樹脂。

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

（１）本開示の第１の形態によれば、吐出部からステージに向けて造形材料を吐出させて層を積層することで三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法が提供される。この製造方法は、前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有し、かつ、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する第１データに基づいて、複数の前記部分経路で挟まれた隙間領域であって外周に１または複数の凹形状を含む隙間領域を分割する第１工程と、分割した前記隙間領域を前記造形材料で埋めるように、前記経路データまたは前記吐出制御データの少なくともいずれかを変更して、前記第１データから第２データを生成する第２工程と、前記第２データに従って、前記吐出部を制御して前記三次元造形物を造形する第３工程と、を備える。
このような形態によれば、各層に含まれる隙間領域を分割し、分割した各隙間領域を造形材料で埋めるため、隙間領域の形状が複雑な場合であっても、適切に隙間領域を埋めることが可能になり、空隙部分が残ることを抑制できる。

（２）上記形態において、前記第１工程において、前記隙間領域の前記外周に含まれる凹形状の数が少なくなるように前記隙間領域を分割してもよい。このような形態であれば、分割された隙間領域の形状を単純な形状に近づけることができるので、隙間領域に空隙部分が残ることを効果的に抑制できる。

（３）上記形態において、前記第１工程において、前記凹形状の起点における前記凹形状の接線の基準線からの角度と、前記凹形状の終点における前記凹形状の接線の前記基準線からの角度との差が、予め定められた値以下になるまで、前記隙間領域を分割してもよい。このような形態であれば、分割された隙間領域の形状を単純な形状に近づけることができるので、隙間領域に空隙部分が残ることを効果的に抑制できる。

（４）上記形態において、前記第２工程において、分割された前記隙間領域に接する部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の線幅が大きくなるように、前記吐出制御データを変更して前記第２データを生成してもよい。このような形態によれば、新たな部分経路を追加することなく、既存の部分経路の線幅を大きくすることによって隙間を埋めることができるので、造形データが増大することを抑制できる。

（５）上記形態において、前記層は、前記三次元造形物の外殻を表す外殻領域と、前記三次元造形物のうち、前記外殻領域以外の領域である内部領域とを含み、前記第２工程において、分割された前記隙間領域を挟むように分割された前記隙間領域に接する２つの部分経路のうちの、一方の部分経路が前記外殻領域に存在し、他方の部分経路が前記内部領域に存在する場合、前記他方の部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の線幅が大きくなるように、前記吐出制御データを変更して前記第２データを生成してもよい。このような形態によれば、部分経路の線幅を大きくすること伴って、三次元造形物の外観形状が変形することを抑制できる。

（６）上記形態において、前記第２工程において、分割された前記隙間領域に接する前記部分経路の線幅を、分割された前記隙間領域の幅の変化に従って調整して前記第２データを生成してもよい。このような形態によれば、隙間部分を精度よく埋めることができる。

（７）上記形態において、前記第２工程において、分割された前記隙間領域を通る新たな部分経路を前記経路データに追加して前記第２データを生成してもよい。このような形態によれば、分割された隙間領域を容易に埋めることができる。

（８）上記形態において、前記第２工程において、前記新たな部分経路の線幅を、分割された前記隙間領域の幅の変化に従って調整して前記第２データを生成してもよい。このような形態によれば、隙間部分を精度よく埋めることができる。

（９）上記形態において、各前記部分経路において前記ステージの上方に堆積させる前記造形材料の基準幅Ｓｓと、各前記部分経路において前記ステージに堆積させることが可能な前記造形材料の最大幅Ｓｍａｘと、前記隙間領域の幅Ｗと、が、
Ｗ≦Ｓｍａｘ－Ｓｓ
の関係を満たす場合、前記第２工程では、分割された前記隙間領域を挟む２つの部分経路のうち、いずれか一方の部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の線幅が大きくなるように、前記吐出制御データを変更して第２データを生成してもよい。このような形態によれば、分割された隙間領域を挟む２つの部分経路のうち、いずれか一方の部分経路の線幅を大きくすることによって効率的に隙間領域を埋めることができる。

（１０）上記形態において、各前記部分経路において前記ステージの上方に堆積させる前記造形材料の基準幅Ｓｓと、各前記部分経路において前記ステージに堆積させることが可能な前記造形材料の最大幅Ｓｍａｘと、前記隙間領域の幅Ｗと、が、
Ｗ＞Ｓｍａｘ－Ｓｓ
の関係を満たす場合、前記第２工程では、分割された前記隙間領域を挟む２つの部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の線幅がそれぞれ大きくなるように、前記吐出制御データを変更して第２データを生成してもよい。このような形態によれば、分割された隙間領域を挟む２つの部分経路の両方において堆積される造形材料の幅を増加させるため、幅の大きな隙間領域を埋めることができる。

（１１）本開示の第２の形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、ステージと、前記ステージに向けて造形材料を吐出する吐出部と、前記ステージに対して前記吐出部を移動させる移動機構と、第１データから第２データを生成するデータ生成部と、前記第２データに従って前記吐出部と前記移動機構とを制御して前記ステージ上に三次元造形物を造形する制御部と、を備え、前記データ生成部は、前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有し、かつ、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する第１データに基づいて、複数の前記部分経路で挟まれた隙間領域であって外周に１または複数の凹形状を含む隙間領域を分割し、分割した前記隙間領域を前記造形材料で埋めるように、前記経路データまたは前記吐出制御データの少なくともいずれかを変更して、前記第１データから第２データを生成する。

（１２）本開示の第３の形態によれば、吐出部からステージに向けて造形材料を吐出させて層を積層するための造形データを生成する情報処理装置が提供される。この情報処理装置は、前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有し、かつ、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する第１データに基づいて、複数の前記部分経路で挟まれた隙間領域であって外周に１または複数の凹形状を含む隙間領域を分割し、分割した前記隙間領域を前記造形材料で埋めるように、前記経路データまたは前記吐出制御データの少なくともいずれかを変更して、前記第１データから前記造形データを生成する、データ生成部、を備える。

２０…材料供給部、２２…連通路、３０…造形材料生成部、３１…スクリューケース、３２…駆動モーター、４０…フラットスクリュー、４２…溝部、４３…凸条部、４４…材料流入口、４６…中央部、４７…上面、４８…下面、５０…スクリュー対面部、５２…上面、５４…案内溝、５６…連通孔、５８…ヒーター、６０…吐出部、６１…ノズル、６２…吐出口、６５…流路、７０…開閉機構、７２…駆動軸、７３…弁体、７４…バルブ駆動部、１００…三次元造形装置、１０１…制御部、１０２…データ生成部、１１０…造形部、２１０…ステージ、２１１…造形面、２３０…移動機構

Claims (9)

1. 吐出部からステージに向けて造形材料を吐出させて層を積層することで三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
   前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有し、かつ、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する第１データに基づいて、複数の前記部分経路で挟まれた隙間領域であって外周に１または複数の凹形状を含む隙間領域を分割する第１工程と、
   分割した前記隙間領域を前記造形材料で埋めるように、前記経路データまたは前記吐出制御データの少なくともいずれかを変更して、前記第１データから第２データを生成する第２工程と、
   前記第２データに従って、前記吐出部を制御して前記三次元造形物を造形する第３工程と、
   を備え、
   前記第１工程において、前記凹形状の起点における前記凹形状の接線の基準線からの角度と、前記凹形状の終点における前記凹形状の接線の前記基準線からの角度との差が、予め定められた値以下になるまで、前記隙間領域を分割する、
   三次元造形物の製造方法。
2. 請求項１に記載の三次元造形物の製造方法であって、
   前記第２工程において、分割された前記隙間領域に接する部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の線幅が大きくなるように、前記吐出制御データを変更して前記第２データを生成する、三次元造形物の製造方法。
3. 吐出部からステージに向けて造形材料を吐出させて層を積層することで三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
   前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有し、かつ、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する第１データに基づいて、複数の前記部分経路で挟まれた隙間領域であって外周に１または複数の凹形状を含む隙間領域を分割する第１工程と、
   分割した前記隙間領域を前記造形材料で埋めるように、前記経路データまたは前記吐出制御データの少なくともいずれかを変更して、前記第１データから第２データを生成する第２工程と、
   前記第２データに従って、前記吐出部を制御して前記三次元造形物を造形する第３工程と、
   を備え、
   前記第２工程において、分割された前記隙間領域に接する部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の線幅が大きくなるように、前記吐出制御データを変更して前記第２データを生成し、
   前記層は、前記三次元造形物の外殻を表す外殻領域と、前記三次元造形物のうち、前記外殻領域以外の領域である内部領域とを含み、
   前記第２工程において、分割された前記隙間領域を挟むように分割された前記隙間領域に接する２つの部分経路のうちの、一方の部分経路が前記外殻領域に存在し、他方の部分経路が前記内部領域に存在する場合、前記他方の部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の線幅が大きくなり、前記一方の部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の線幅が変更されないように、前記吐出制御データを変更して前記第２データを生成する、三次元造形物の製造方法。
4. 請求項３に記載の三次元造形物の製造方法であって、
   前記第２工程において、分割された前記隙間領域に接する前記部分経路の線幅を、分割された前記隙間領域の幅の変化に従って調整して前記第２データを生成する、三次元造形物の製造方法。
5. 請求項１に記載の三次元造形物の製造方法であって、
   前記第２工程において、分割された前記隙間領域を通る新たな部分経路を前記経路データに追加して前記第２データを生成する、三次元造形物の製造方法。
6. 請求項５に記載の三次元造形物の製造方法であって、
   前記第２工程において、前記新たな部分経路の線幅を、分割された前記隙間領域の幅の変化に従って調整して前記第２データを生成する、三次元造形物の製造方法。
7. 吐出部からステージに向けて造形材料を吐出させて層を積層することで三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
   前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有し、かつ、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する第１データに基づいて、複数の前記部分経路で挟まれた隙間領域であって外周に１または複数の凹形状を含む隙間領域を分割する第１工程と、
   分割した前記隙間領域を前記造形材料で埋めるように、前記経路データまたは前記吐出制御データの少なくともいずれかを変更して、前記第１データから第２データを生成する第２工程と、
   前記第２データに従って、前記吐出部を制御して前記三次元造形物を造形する第３工程と、
   を備え、
   各前記部分経路において前記ステージの上方に堆積させる前記造形材料の基準幅Ｓｓと、各前記部分経路において前記ステージに堆積させることが可能な前記造形材料の最大幅Ｓｍａｘと、前記隙間領域の幅Ｗと、が、
   Ｗ≦Ｓｍａｘ－Ｓｓ
   の関係を満たす場合、前記第２工程では、分割された前記隙間領域を挟む２つの部分経路のうち、いずれか一方の部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の線幅が大きくなり、他方の部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の線幅が変更されないように、前記吐出制御データを変更して前記第２データを生成し、
   Ｗ＞Ｓｍａｘ－Ｓｓ
   の関係を満たす場合、前記第２工程では、分割された前記隙間領域を挟む２つの部分経路において前記ステージの上方に堆積される前記造形材料の線幅がそれぞれ大きくなるように、前記吐出制御データを変更して前記第２データを生成する、
   三次元造形物の製造方法。
8. ステージと、
   前記ステージに向けて造形材料を吐出する吐出部と、
   前記ステージに対して前記吐出部を移動させる移動機構と、
   第１データから第２データを生成するデータ生成部と、
   前記第２データに従って前記吐出部と前記移動機構とを制御して前記ステージ上に三次元造形物を造形する制御部と、
   を備え、
   前記データ生成部は、
   前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有し、かつ、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する前記第１データに基づいて、複数の前記部分経路で挟まれた隙間領域であって外周に１または複数の凹形状を含む隙間領域を分割し、
   分割した前記隙間領域を前記造形材料で埋めるように、前記経路データまたは前記吐出制御データの少なくともいずれかを変更して、前記第１データから前記第２データを生成し、
   前記データ生成部は、前記凹形状の起点における前記凹形状の接線の基準線からの角度と、前記凹形状の終点における前記凹形状の接線の前記基準線からの角度との差が、予め定められた値以下になるまで、前記隙間領域を分割する、
   三次元造形装置。
9. 吐出部からステージに向けて造形材料を吐出させて層を積層するための造形データを生成する情報処理装置であって、
   前記吐出部が前記造形材料を吐出しつつ移動する経路を複数の部分経路によって表した経路データを有し、かつ、各前記部分経路における前記造形材料の吐出量を表す吐出量情報、および、各前記部分経路における前記吐出部の移動速度を表す移動速度情報の少なくとも一方を含む吐出制御データを有する第１データに基づいて、複数の前記部分経路で挟まれた隙間領域であって外周に１または複数の凹形状を含む隙間領域を分割し、
   分割した前記隙間領域を前記造形材料で埋めるように、前記経路データまたは前記吐出制御データの少なくともいずれかを変更して、前記第１データから前記造形データを生成する、データ生成部、
   を備え、
   前記データ生成部は、前記凹形状の起点における前記凹形状の接線の基準線からの角度と、前記凹形状の終点における前記凹形状の接線の前記基準線からの角度との差が、予め定められた値以下になるまで、前記隙間領域を分割する、
   情報処理装置。

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