JP2023114606A - Method for molding three-dimensional object and data generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三次元造形物の造形方法及びデータ生成装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of forming a three-dimensional object and a data generating apparatus.
従来から、様々な三次元造形物の造形方法が使用されている。このうち、層を積層して三次元造形物を造形するとともに、三次元造形物の造形体のオーバーハング形状領域を支持体で支持しつつ三次元造形物を造形する三次元造形物の造形方法がある。例えば、特許文献1には、オーバーハング形状領域の下部に複数の支持体を形成して三次元造形物を造形する方法が開示されている。
Conventionally, various methods for forming three-dimensional objects have been used. Among these methods, a method of forming a three-dimensional structure in which layers are laminated to form a three-dimensional structure, and the three-dimensional structure is formed while supporting an overhang-shaped region of the three-dimensional structure with a support. There is For example,
オーバーハング形状領域を有する三次元造形物を造形する場合のうち、重力方向における下側の面が水平方向に対して傾斜する傾斜面となっているオーバーハング形状領域を有する三次元造形物を造形する場合がある。このような傾斜面を有する三次元造形物を造形する場合、支持体の形状によっては、傾斜面における各層を支持体が支持していない状態となる場合がある。傾斜面における各層を支持体が支持していない状態においては、支持体によって支持されていない層が重力により垂れ下がり、三次元造形物の変形などを生じる虞がある。ただし、傾斜面の下部全体に支持体を形成すると支持材料の使用量が多くなるうえ、支持体を造形体から取り外す際に傾斜面が変形する虞がある。 When creating a three-dimensional model having an overhang shape area, create a three-dimensional model that has an overhang shape area in which the lower surface in the direction of gravity is an inclined surface that inclines with respect to the horizontal direction. sometimes. When forming a three-dimensional model having such an inclined surface, depending on the shape of the support, the support may not support each layer on the inclined surface. In a state in which each layer on the inclined surface is not supported by the support, the layers not supported by the support hang down due to gravity, which may cause deformation of the three-dimensional model. However, if the support is formed on the entire lower portion of the inclined surface, the amount of support material used is increased, and the inclined surface may be deformed when the support is removed from the modeled body.
上記課題を解決するための本発明の三次元造形物の造形方法は、重力方向における下側の面が水平方向に対して傾斜する傾斜面となっているオーバーハング形状領域を有する三次元造形物を造形する三次元造形物の造形方法であって、前記三次元造形物の造形材料を積層して前記三次元造形物に対応する造形体を形成する造形体形成工程と、支持材料を積層して前記造形体を支持する支持体を形成する支持体形成工程と、を有し、前記支持体形成工程は、前記傾斜面が傾斜する方向に沿って延設される第1支持部と、前記傾斜面が傾斜する方向に沿って延設されるとともに前記第1支持部と間隔を空けて形成される第2支持部と、を形成することを特徴とする。 A method for forming a three-dimensional structure according to the present invention for solving the above-described problems is a three-dimensional structure having an overhang-shaped region in which the lower surface in the direction of gravity is an inclined surface that is inclined with respect to the horizontal direction. A method for forming a three-dimensional structure, comprising: forming a model body corresponding to the three-dimensional model by layering building materials for the three-dimensional model; a support body forming step of forming a support body for supporting the modeled body by using a first support portion extending along the direction in which the inclined surface is inclined; A second support portion extending along the direction in which the inclined surface inclines and being spaced apart from the first support portion is formed.
また、上記課題を解決するための本発明のデータ生成装置は、層を積層して三次元造形物を造形するためのデータを生成するデータ生成装置であって、前記三次元造形物の形状データを取得する取得部と、前記形状データに基づいて、各層に対応して、前記三次元造形物に対応する造形体を形成するための造形データと、前記造形体を支持する支持体を形成するための支持体データと、を生成するデータ生成部と、重力方向における下側の面が水平方向に対して傾斜する傾斜面となっているオーバーハング形状領域を前記造形体が有するか否かを判断する判断部と、を備え、前記データ生成部は、前記オーバーハング形状領域を前記造形体が有すると判断した場合、前記傾斜面が傾斜する方向に沿って延設される第1支持部に対応する第1支持部データと、前記傾斜面が傾斜する方向に沿って延設されるとともに前記第1支持部と間隔を空けて形成される第2支持部に対応する第2支持部データと、を前記支持体データに含ませることを特徴とする。 Further, a data generation device of the present invention for solving the above problems is a data generation device for generating data for forming a three-dimensional structure by stacking layers, wherein shape data of the three-dimensional structure forming data for forming a modeled body corresponding to the three-dimensional modeled object corresponding to each layer based on the shape data; and a support for supporting the modeled body. and a data generation unit that generates support data for the model, and determines whether or not the model has an overhang shape region in which the lower surface in the direction of gravity is an inclined surface that is inclined with respect to the horizontal direction. a determination unit that determines, when the data generation unit determines that the modeled body has the overhang-shaped region, the first support portion extending along the direction in which the inclined surface inclines Corresponding first support portion data, and second support portion data corresponding to a second support portion extending along the direction in which the inclined surface inclines and being spaced apart from the first support portion. are included in the support data.
最初に、本発明について概略的に説明する。
上記課題を解決するための本発明の第1の態様の三次元造形物の造形方法は、重力方向における下側の面が水平方向に対して傾斜する傾斜面となっているオーバーハング形状領域を有する三次元造形物を造形する三次元造形物の造形方法であって、前記三次元造形物の造形材料を積層して前記三次元造形物に対応する造形体を形成する造形体形成工程と、支持材料を積層して前記造形体を支持する支持体を形成する支持体形成工程と、を有し、前記支持体形成工程は、前記傾斜面が傾斜する方向に沿って延設される第1支持部と、前記傾斜面が傾斜する方向に沿って延設されるとともに前記第1支持部と間隔を空けて形成される第2支持部と、を形成することを特徴とする。
First, the present invention will be generally described.
A method for forming a three-dimensional structure according to a first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems is to provide an overhang-shaped region in which the lower surface in the direction of gravity is an inclined surface that is inclined with respect to the horizontal direction. A method of forming a three-dimensional structure for forming a three-dimensional structure comprising: a structure forming step of forming a structure corresponding to the three-dimensional structure by layering building materials for the structure; a supporting body forming step of laminating a supporting material to form a supporting body for supporting the modeled body, wherein the supporting body forming step includes a first support body extending along a direction in which the inclined surface is inclined; A supporting portion and a second supporting portion extending along the direction in which the inclined surface inclines and being spaced apart from the first supporting portion are formed.
本態様によれば、支持体形成工程は、傾斜面が傾斜する方向に沿って延設される第1支持部及び第2支持部を形成する。すなわち、第1支持部及び第2支持部は傾斜面に沿って延設されるので、傾斜面を構成する各層を支持することができる。したがって、支持体によって支持されていない層が重力により垂れ下がり三次元造形物が変形することを抑制することができる。また、第2支持部は第1支持部と間隔を空けて形成されるので、支持材料の使用量を抑制できるとともに、傾斜面と支持体との接触面積を減らすことができ、支持体を造形体から取り外す際に、傾斜面が変形することも抑制することができる。 According to this aspect, the support formation step forms the first support and the second support extending along the direction in which the inclined surface is inclined. That is, since the first support part and the second support part extend along the inclined surface, each layer constituting the inclined surface can be supported. Therefore, it is possible to suppress the deformation of the three-dimensional structure due to the layers not supported by the support hanging down due to gravity. In addition, since the second support part is formed with a gap from the first support part, the amount of support material used can be reduced, and the contact area between the inclined surface and the support can be reduced, and the support can be shaped. It is also possible to suppress deformation of the inclined surface when removing from the body.
本発明の第2の態様の三次元造形物の造形方法は、前記第1の態様において、前記支持体形成工程は、重力方向から見た前記オーバーハング形状領域の端部を支持する端部支持部を形成することを特徴とする。 A method for forming a three-dimensional structure according to a second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, in the step of forming a support, end support for supporting an end of the overhang shape region viewed from the direction of gravity is performed. It is characterized by forming a part.
重力方向から見たオーバーハング形状領域の端部は特に重力の影響により層が垂れ下がりやすいが、本態様によれば、支持体形成工程は、オーバーハング形状領域の端部を支持する端部支持部を形成する。このため、変形しやすいオーバーハング形状領域の端部においても、好適に層が重力により垂れ下がることを抑制することができる。 The layer tends to sag particularly at the ends of the overhang-shaped region when viewed in the direction of gravity, but according to this aspect, the support forming step includes forming the end support portion that supports the end of the overhang-shaped region. to form Therefore, even at the end of the overhang-shaped region, which is easily deformed, the layer can be prevented from sagging due to gravity.
本発明の第3の態様のデータ生成装置は、層を積層して三次元造形物を造形するためのデータを生成するデータ生成装置であって、前記三次元造形物の形状データを取得する取得部と、前記形状データに基づいて、各層に対応して、前記三次元造形物に対応する造形体を形成するための造形データと、前記造形体を支持する支持体を形成するための支持体データと、を生成するデータ生成部と、重力方向における下側の面が水平方向に対して傾斜する傾斜面となっているオーバーハング形状領域を前記造形体が有するか否かを判断する判断部と、を備え、前記データ生成部は、前記オーバーハング形状領域を前記造形体が有すると判断した場合、前記傾斜面が傾斜する方向に沿って延設される第1支持部に対応する第1支持部データと、前記傾斜面が傾斜する方向に沿って延設されるとともに前記第1支持部と間隔を空けて形成される第2支持部に対応する第2支持部データと、を前記支持体データに含ませることを特徴とする。 A data generation device according to a third aspect of the present invention is a data generation device that generates data for forming a three-dimensional structure by stacking layers, and obtains shape data of the three-dimensional structure. part, modeling data for forming a modeled body corresponding to the three-dimensional modeled object corresponding to each layer based on the shape data, and a support for forming a support for supporting the modeled body a data generation unit that generates data; and a determination unit that determines whether or not the modeled body has an overhang-shaped region in which the lower surface in the direction of gravity is an inclined surface that is inclined with respect to the horizontal direction. and, when the data generation unit determines that the modeled body has the overhang shape region, the first The supporting part data and the second supporting part data corresponding to the second supporting part extending along the direction in which the inclined surface inclines and being spaced from the first supporting part. It is characterized by being included in body data.
本態様によれば、データ生成部が第1支持部データ及び第2支持部データを支持体データに含ませることで、傾斜面が傾斜する方向に沿って延設される第1支持部及び第2支持部を形成することができる。第1支持部及び第2支持部は傾斜面に沿って延設されるので、傾斜面を構成する各層を支持することができる。したがって、支持体によって支持されていない層が重力により垂れ下がり三次元造形物が変形することを抑制することができる。また、第2支持部は第1支持部と間隔を空けて形成されるので、支持材料の使用量を抑制できるとともに、傾斜面と支持体との接触面積を減らすことができ、支持体を造形体から取り外す際に、傾斜面が変形することも抑制することができる。 According to this aspect, the data generation unit includes the first support part data and the second support part data in the support data, so that the first support part and the second support part extending along the direction in which the inclined surface inclines. Two supports can be formed. Since the first support part and the second support part extend along the inclined surface, each layer constituting the inclined surface can be supported. Therefore, it is possible to suppress the deformation of the three-dimensional structure due to the layers not supported by the support hanging down due to gravity. In addition, since the second support part is formed with a gap from the first support part, the amount of support material used can be reduced, and the contact area between the inclined surface and the support can be reduced, and the support can be shaped. It is also possible to suppress deformation of the inclined surface when removing from the body.
本発明の第4の態様のデータ生成装置は、前記第3の態様において、前記データ生成部は、重力方向から見た前記オーバーハング形状領域の端部を支持する端部支持部に対応する端部支持部データを前記支持体データに含ませることを特徴とする。 A data generating device according to a fourth aspect of the present invention is the third aspect, wherein the data generating section includes an end corresponding to an end supporting section that supports an end of the overhang-shaped region viewed from the direction of gravity. The support data is included in the support data.
本態様によれば、データ生成部は、重力方向から見たオーバーハング形状領域の端部を支持する端部支持部に対応する端部支持部データを支持体データに含ませる。このため、変形しやすいオーバーハング形状領域の端部においても、好適に層が重力により垂れ下がることを抑制することができる。 According to this aspect, the data generation unit causes the support data to include the end support data corresponding to the end support that supports the end of the overhang shape region viewed from the direction of gravity. Therefore, even at the end of the overhang-shaped region, which is easily deformed, the layer can be prevented from sagging due to gravity.
本発明の第5の態様のデータ生成装置は、前記第3の態様において、前記判断部は、前記第1支持部データ及び前記第2支持部データの少なくとも一方が重力方向から見た前記オーバーハング形状領域の端部を支持する端部支持部に対応する端部支持部データに該当するか否かを判断し、前記データ生成部は、前記判断部が前記第1支持部データ及び前記第2支持部データのいずれも前記端部支持部データに該当しないと判断した場合、前記端部支持部データに対応する第3支持部データを生成することを特徴とする。 A data generation device according to a fifth aspect of the present invention is the third aspect, wherein the determination unit determines whether at least one of the first support data and the second support data is the overhang when viewed from the direction of gravity. The data generation unit determines whether or not the determination unit corresponds to the end support data corresponding to the end support that supports the end of the shape region, When it is determined that none of the supporting portion data correspond to the end supporting portion data, third supporting portion data corresponding to the end supporting portion data is generated.
本態様によれば、データ生成部は、判断部が第1支持部データ及び第2支持部データのいずれも端部支持部データに該当しないと判断した場合、端部支持部データに対応する第3支持部データを生成する。このため、元の支持体データに端部支持部データに該当するデータがない場合であっても、端部支持部データに対応する第3支持部データを生成するので、変形しやすいオーバーハング形状領域の端部においても、好適に層が重力により垂れ下がることを抑制することができる。 According to this aspect, when the determining unit determines that neither the first supporting portion data nor the second supporting portion data correspond to the end supporting portion data, the data generating portion generates the second supporting portion data corresponding to the end supporting portion data. 3 Generate support data. Therefore, even if there is no data corresponding to the end support data in the original support data, the third support data corresponding to the end support data is generated. Even at the edge of the region, it is possible to suitably prevent the layer from sagging due to gravity.
<三次元造形装置>
以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。最初に、本発明の三次元造形物の造形方法を実行可能な三次元造形装置100の全体構成について図1から図4を参照して説明する。ただし、本発明の三次元造形物の造形方法を実行可能な三次元造形装置は本実施例の構成に限定されない。例えば、FDM(Fused Deposition Modeling)方式を採用する三次元造形装置などを用いることができる。なお、以下の図はいずれも概略図であり、一部構成部材を省略または簡略化して表している。また、各図中のX軸方向は水平方向であり、Y軸方向は水平方向であるとともにX軸方向と直交する方向であり、Z軸方向は鉛直方向である。
<Three-dimensional modeling device>
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. First, the overall configuration of a three-
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、三次元造形物の基台となる造形用のステージ210と、ステージ210上に造形材料を供給する供給手段110と、ステージ210と供給手段110とを相対的に移動させる移動手段230と、を備えている。制御部101は、詳細は後述するデータ生成装置としてのPC(Personal Computer)300と電気的に接続されている。なお、本実施例の三次元造形装置100は、備えていないが、ステージ210上に造形される三次元造形物を支持する支持層形成用材料を供給する供給手段を備えていてもよい。
The three-
供給手段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。供給手段110は、ステージ210上に造形材料を供給する供給手段であって、造形材料に転化される前の原材料MRの供給源である材料供給部20と、原材料MR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。
Under the control of the
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。ただし、原材料MRに特に限定は無い。
The
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、モーター32と、フラットスクリュー40と、バレル50と、を有する。
The modeling
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、バレル50の上面であるスクリュー対向面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軸方向に平行になるように配置される。
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of the
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側はモーター32に連結されており、フラットスクリュー40は、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。モーター32は、制御部101の制御下において駆動する。
The
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、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、凸状部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。
A
フラットスクリュー40の下面48はバレル50のスクリュー対向面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とバレル50のスクリュー対向面52との間には空間が形成される。供給手段110は、フラットスクリュー40とバレル50との間のこの空間に、材料供給部20から材料流入口44へと原材料MRを供給する。
The
バレル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。ただし、バレル50以外の場所にヒーター58を備えていてもよい。図3に示すように、スクリュー対向面52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。ただし、案内溝54を有さない構成としてもよい。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に示したバレル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。
A
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、を有する。ノズル61は、流路65を通じて、バレル50の連通孔56に接続されている。なお、バレル50も吐出部60の構成部材であるとみなすことができる。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。
The
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。本実施形態では、ノズル61の吐出口62に対向するステージ210の面211は、水平方向に配置される。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の面211に向けて造形材料を吐出させて造形材料の層を積層することによって三次元造形物を造形する。
The
移動手段230は、ステージ210と供給手段110との相対位置を変化させる。本実施形態では、供給手段110の吐出部60に形成されたノズル61の位置が固定されており、移動手段230は、ステージ210を移動させる。移動手段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軸方向、Y軸方向、Z軸方向の3つの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。移動手段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。
The moving means 230 changes the relative positions of the
なお、移動手段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、移動手段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、移動手段230によってステージ210をZ軸方向に移動させ、ノズル61をX軸方向及びY軸方向に移動させる構成や、移動手段230によってステージ210をX軸方向及びY軸方向に移動させ、ノズル61をZ軸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。
Instead of moving the
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ー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、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。
The
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概略図である。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の面211とノズル61との距離を保持したまま、ステージ210の面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。
FIG. 4 is a schematic diagram schematically showing how a three-dimensional modeled object is modeled by the three-
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軸方向に移動させる。そして、これまでに形成された層MLの上に、さらに層MLを積み重ねて積層することによって三次元造形物を造形していく。
The
このように、本実施例の三次元造形装置100は、層MLとしての三次元造形物の造形層を積層することによって三次元造形物を造形することが可能な構成となっているが、水平方向において突出する領域であるオーバーハング形状領域を有する三次元造形物を造形する際、オーバーハング形状領域を下側から支える支持層を形成することが可能である。なお、本実施例の三次元造形装置100においては、支持層を三次元造形物の造形体を構成する造形層と同じ造形材料MMで形成することが可能な構成となっている。すなわち、三次元造形物の造形体の造形層を形成する供給手段110が、支持層を形成する供給手段の役割を兼ねている。ただし、このような構成に限定されない。造形層を形成する供給手段110と支持層を形成する供給手段とを別々に備えていてもよい。この場合、支持層を形成するための支持材料は、造形材料MMと異なる種類のものを使用することも可能である。
As described above, the three-
<データ生成装置>
次に、データ生成装置としてのPC300について図1を参照して説明する。PC300は、層MLを積層して三次元造形物を造形するためのデータを生成するデータ生成装置であって、1つ、または、複数のプロセッサー301と、ハードディスクやRAMなどの記憶部302と、キーボードやマウスや各種ケーブルや外部記憶装置など外部との信号の入出力を行う入出力インターフェース303と、モニター304と、を備えている。ここで、入出力インターフェース303は、三次元造形物の形状データを取得する取得部としての役割をしている。また、プロセッサー301は、三次元造形物の形状データに基づいて、各層MLに対応して、三次元造形物に対応する造形体を形成するための造形データと、造形体を支持する支持体を形成するための支持体データと、を生成するデータ生成部としての役割をしている。
<Data generator>
Next, the
<三次元造形物の製造方法>
[実施例1]
次に、上記三次元造形装置100を用いて実行可能な三次元造形物の造形方法の実施例1について、図5から図7と、図11及び図12と、を参照して説明する。ここで、図5は、上記三次元造形装置100を用いて実行可能な三次元造形物の造形方法のフローチャートである。図6は、オーバーハング形状領域Sを有する三次元造形物Oの一例を表す概略図である。図7は、上記三次元造形装置100を用いて図6の三次元造形物Oを造形する際の支持体M2の配置例を表す概略斜視断面図である。図8は、図7に対応し、上記三次元造形装置100を用いて図6の三次元造形物Oを造形する際の支持体M2の配置例を表す概略平面透視図である。ここで、図7は、図8のV1-V1線及びV2-V2線でカットした図である。また、図11は、参考例の三次元造形装置を用いて図6の三次元造形物Oを造形する際の支持体M2の配置例を表す概略斜視断面図である。図12は、図11に対応し、参考例の三次元造形装置を用いて図6の三次元造形物Oを造形する際の支持体M2の配置例を表す概略平面透視図である。ここで、図11は、図12のV3-V3線及びV4-V4線でカットした図である。
<Method for manufacturing a three-dimensional object>
[Example 1]
Next, Example 1 of a method for forming a three-dimensional structure that can be executed using the three-dimensional
本実施例の三次元造形物の造形方法においては、図5で表されるように、最初に、ステップS110で、ノズル61からステージ210上に造形材料MMを吐出して造形層ML1を形成する。次に、ステップS120で、ステップS110において形成した造形層ML1に対応する層MLにおいて、ノズル61からステージ210上に造形材料MMを吐出して支持層ML2を形成する。ステップS110及びステップS120では、各々1層分の層MLが形成される。なお、本実施例ではステップS110で造形層ML1を形成した後にステップS120で支持層ML2を形成したが、これらのステップの順番を逆にし、支持層ML2を形成した後に造形層ML1を形成してもよい。
In the three-dimensional object modeling method of the present embodiment, as shown in FIG. 5, first, in step S110, the modeling material MM is ejected from the
次に、ステップS130で、各層MLに対応する、三次元造形物Oに対応する造形体M1を形成するための造形データと、造形体M1を支持する支持体M2を形成するための支持体データと、による造形がすべて終了したか否かを制御部101において判断する。ステップS130で各層MLに対応する造形がすべて終了したと制御部101が判断した場合は、本実施例の三次元造形物の造形方法を終了する。ステップS130で各層MLに対応する造形がすべて終了していないと制御部101が判断した場合は、ステップS110に戻り、ステップS130で各層MLに対応する造形がすべて終了したと制御部101が判断するまでステップS110からステップS130までを繰り返す。
Next, in step S130, modeling data for forming the modeled body M1 corresponding to the three-dimensional modeled object O and support body data for forming the support M2 for supporting the modeled body M1 corresponding to each layer ML. The
ここで、本実施例の三次元造形物の造形方法は、図6で表されるように重力方向における下側の面が水平方向に対して傾斜しつつ突出する傾斜面Fとなっているオーバーハング形状領域Sを有する三次元造形物Oを造形することが可能な三次元造形物の造形方法である。なお、「傾斜面F」は、図6で表されるように、完全に滑らかな面のみを意味するのではなく、凸凹を有する面も含む意味である。そして、本実施例の三次元造形物の造形方法は、ステップS110で表されるように、三次元造形物Oの造形材料MMを積層して三次元造形物Oに対応する造形体M1を形成する造形体形成工程を有している。また、本実施例の三次元造形物の造形方法は、ステップS120で表されるように、本実施例では造形材料MMと同じ材料である支持材料を積層して造形体M1を支持する支持体M2を形成する支持体形成工程を有している。なお、オーバーハング形状領域Sを有する三次元造形物Oとは、造形期間中に図6で表されるように重力方向における下側の面が水平方向に対して傾斜しつつ突出する傾斜面Fとなっているオーバーハング形状領域Sを有する三次元造形物を含んでいてもかまわない。 Here, as shown in FIG. 6, the method of forming a three-dimensional structure according to the present embodiment has an overhanging surface F in which the lower surface in the gravitational direction protrudes while being inclined with respect to the horizontal direction. A method for forming a three-dimensional structure capable of forming a three-dimensional structure O having a hang-shaped region S. In addition, as shown in FIG. 6, the "inclined surface F" does not mean only a completely smooth surface, but also includes a surface having unevenness. Then, in the method for forming a three-dimensional structure according to the present embodiment, the forming material MM for the three-dimensional structure O is layered to form a structure M1 corresponding to the three-dimensional structure O, as shown in step S110. It has a modeled body forming step. In addition, as shown in step S120, the modeling method of the three-dimensional modeled object of this embodiment includes a support body that supports the modeled body M1 by laminating a support material that is the same material as the modeling material MM in this embodiment. It has a support forming step for forming M2. Note that the three-dimensional modeled object O having the overhang shape region S is an inclined surface F that protrudes while the lower surface in the gravity direction is inclined with respect to the horizontal direction during the modeling period, as shown in FIG. A three-dimensional modeled object having an overhang shape region S that is
ここで、図7及び図8で表されるように、本実施例の三次元造形物の造形方法においては、ステップS120の支持体形成工程においては、支持体M2の支持層ML2は、傾斜面Fの突出方向(傾斜方向)であるX軸方向(+X方向)に沿って延設される。別の表現をすると、ステップS120の支持体形成工程では、傾斜面Fの突出方向に沿って延設される第1支持部P1と、傾斜面Fの突出方向に沿って延設されるとともに第1支持部P1と間隔を空けて形成される第2支持部P2と、を形成する。このように、傾斜面Fの突出方向に沿って延設される第1支持部P1及び第2支持部P2を形成すること、すなわち、第1支持部P1及び第2支持部P2が傾斜面Fに沿って延設されることで、傾斜面Fを構成する各層MLを支持することができる。したがって、支持体M2によって支持されていない層MLが重力により垂れ下がり三次元造形物Oが変形することを抑制することができる。また、第2支持部P2は第1支持部P1と間隔を空けて形成されるので、傾斜面Fと支持体M2との接触面積を減らすことができ、支持体M2の形成に伴う支持材料の使用量を抑制できるとともに、支持体M2を造形体M1から取り外す際に、傾斜面F2が変形することも抑制することができる。 Here, as shown in FIGS. 7 and 8, in the method for forming a three-dimensional structure according to the present embodiment, in the support formation process of step S120, the support layer ML2 of the support M2 is formed on an inclined surface. It extends along the X-axis direction (+X direction), which is the projecting direction (tilting direction) of F. In other words, in the support body forming step of step S120, the first support portion P1 extending along the projecting direction of the inclined surface F and the first support portion P1 extending along the projecting direction of the inclined surface F and the first support portion P1 extending along the projecting direction of the inclined surface F A first support portion P1 and a second support portion P2 are formed with a space therebetween. In this way, the first support portion P1 and the second support portion P2 are formed to extend along the projecting direction of the inclined surface F, that is, the first support portion P1 and the second support portion P2 extend along the inclined surface F. Each layer ML constituting the inclined surface F can be supported by extending along the . Therefore, it is possible to suppress the deformation of the three-dimensional structure O caused by the layer ML not supported by the support M2 hanging down due to gravity. In addition, since the second support portion P2 is formed with a gap from the first support portion P1, the contact area between the inclined surface F and the support M2 can be reduced, and the support material required for the formation of the support M2 can be reduced. The amount used can be suppressed, and deformation of the inclined surface F2 can be suppressed when the support M2 is removed from the model M1.
ここで、第1支持部P1は斜面Fの突出方向と交差する方向(Y軸方向)における端の支持層ML2に限定されず、第2支持部P2は斜面Fの突出方向と交差する方向(Y軸方向)における端以外の支持層ML2に限定されない。すなわち、第1支持部P1と第2支持部P2とが形成されることには、傾斜面Fの突出方向に沿って間隔を空けて延設される支持層ML2が複数あればよいことを意味する。また、本実施例においては、図8で表されるように、第1支持部P1と第2支持部P2とが突出方向(X軸方向)の端部で繋がっていないが、第1支持部P1と第2支持部P2とは一部が繋がっていても繋がっていなくてもよい。 Here, the first support portion P1 is not limited to the support layer ML2 at the end in the direction (Y-axis direction) intersecting the projecting direction of the slope F, and the second support portion P2 is not limited to the direction intersecting the projecting direction of the slope F ( Y-axis direction) is not limited to the support layer ML2 other than the end. That is, the formation of the first support portion P1 and the second support portion P2 means that a plurality of support layers ML2 extending at intervals along the projecting direction of the inclined surface F are sufficient. do. Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 8, the first support portion P1 and the second support portion P2 are not connected at the ends in the projecting direction (X-axis direction), but the first support portion P1 and second support portion P2 may or may not be partially connected.
なお、本実施例のように第2支持部P2と第1支持部P1とが間隔を空けて形成される以外にも、別の方法により重力方向から見て支持体M2の面積を造形体M1の面積よりも小さくしてもよい。例えば、第1支持部P1と第2支持部P2とを突出方向(X軸方向)の端部以外の複数の場所で繋げる方法などが挙げられる。このように、本実施例とは別の方法で重力方向から見て支持体M2の面積を造形体M1の面積よりも小さくすることでも、支持体M2の形成に伴う支持材料の使用量を抑制できるとともに、支持体M2を造形体M1から取り外す際に、傾斜面F2が変形することも抑制することができる。 In addition to forming the second support portion P2 and the first support portion P1 with a space therebetween as in this embodiment, another method may be used to determine the area of the support M2 as viewed from the direction of gravity. may be smaller than the area of For example, there is a method of connecting the first support portion P1 and the second support portion P2 at a plurality of locations other than the ends in the projecting direction (X-axis direction). In this way, by making the area of the supporting body M2 smaller than the area of the modeled body M1 when viewed from the direction of gravity by a method different from that of the present embodiment, the usage amount of the supporting material accompanying the formation of the supporting body M2 can be suppressed. In addition, deformation of the inclined surface F2 can be suppressed when the support M2 is removed from the model M1.
一方、図11及び図12で表されるように、参考例の三次元造形物の造形方法においては、ステップS120の支持体形成工程において、支持体M2の支持層ML2は、傾斜面Fの突出方向と交差する方向であるY軸方向に沿って延設される。このように支持層ML2が形成されると、例えば図11の層MLaで表されるように、支持体M2によって支持されていない層MLが発生する。したがって、このように支持層ML2が形成されると、層MLaが重力により垂れ下がり三次元造形物Oが変形する虞がある。 On the other hand, as shown in FIGS. 11 and 12, in the method for forming a three-dimensional structure according to the reference example, in the support formation process of step S120, the support layer ML2 of the support M2 has a protrusion of the inclined surface F. It extends along the Y-axis direction, which is the direction intersecting the direction. When the support layer ML2 is formed in this way, a layer ML that is not supported by the support M2 is generated, as represented by the layer MLa in FIG. 11, for example. Therefore, when the support layer ML2 is formed in this manner, the layer MLa may hang down due to gravity, and the three-dimensional structure O may be deformed.
ここで、別の観点から説明すると、本実施例のデータ生成装置としてのPC300においては、造形データと支持体データを生成するデータ生成部としての役割をするプロセッサー301は、重力方向における下側の面が水平方向に対して傾斜しつつ突出する傾斜面Fとなっているオーバーハング形状領域Sを造形体M1が有するか否かを判断する判断部としての役割を兼ねている。そして、プロセッサー301は、オーバーハング形状領域Sを造形体M1が有すると判断した場合、傾斜面Fの突出方向に沿って延設される第1支持部P1に対応する第1支持部データと、傾斜面Fの突出方向に沿って延設されるとともに第1支持部P1と間隔を空けて形成される第2支持部P2に対応する第2支持部データと、を支持体データに含ませる。したがって、本実施例のPC300は、支持体M2によって支持されていない層MLが重力により垂れ下がり三次元造形物Oが変形することを抑制することができるとともに、第1支持部P1と第2支持部P2とを間隔を空けて形成することで支持材料の使用量を抑制しつつ傾斜面Fと支持体M2との接触面積を減らして傾斜面Fが変形することも抑制することができる。
Here, explaining from a different point of view, in the
[実施例2]
次に、上記三次元造形装置100を用いて実行可能な三次元造形物の造形方法の実施例2について、図9を参照して説明する。ここで、本実施例の三次元造形物の造形方法をフローチャートで表すと、図5のフローチャートと同様になる。なお、図9は、実施例1の三次元造形物の造形方法を説明するための図8に対応する図である。また、本実施例の三次元造形物の造形方法は、以下の説明以外については、実施例1の三次元造形物の造形方法と同様であるため、実施例1の三次元造形物の造形方法と同様の特徴を有している。そこで、図9では上記実施例1と共通する部分は同じ符号で示しており、詳細な説明は省略する。
[Example 2]
Next, Example 2 of a method for forming a three-dimensional structure that can be executed using the three-dimensional
図8で表されるように、実施例1の三次元造形物の造形方法では、傾斜面FのY軸方向における端部F1について、特別な配慮はなされていなかった。一方、図9で表されるように、本実施例の三次元造形物の造形方法では、傾斜面FのY軸方向における端部F1に支持体M2が形成されるようになっている。 As shown in FIG. 8, in the method of forming a three-dimensional structure according to Example 1, no special consideration was given to the end portion F1 of the inclined surface F in the Y-axis direction. On the other hand, as shown in FIG. 9, in the method of forming a three-dimensional structure according to the present embodiment, the support M2 is formed at the end portion F1 of the inclined surface F in the Y-axis direction.
すなわち、本実施例の三次元造形物の造形方法においては、ステップS120の支持体形成工程で、重力方向から見たオーバーハング形状領域Sの端部F1を支持する端部支持部P3を形成する。別の表現をすると、第1支持部P1または第2支持部P2のうちの少なくとも一部を端部支持部P3とする。重力方向から見たオーバーハング形状領域Sの端部F1は特に重力の影響により層MLが垂れ下がりやすいが、本実施例の三次元造形物の造形方法を実行することで、支持体形成工程において、オーバーハング形状領域Sの端部F1を支持する端部支持部P3を形成する。このため、変形しやすいオーバーハング形状領域Sの端部P3においても、好適に層MLが重力により垂れ下がることを抑制することができる。 That is, in the method for forming a three-dimensional structure according to the present embodiment, in the support formation process of step S120, the end support portion P3 for supporting the end portion F1 of the overhang shape region S viewed from the direction of gravity is formed. . In other words, at least part of the first support portion P1 or the second support portion P2 is the end support portion P3. At the end F1 of the overhang-shaped region S viewed from the direction of gravity, the layer ML tends to sag particularly due to the effect of gravity. An end support portion P3 for supporting the end portion F1 of the overhang shaped region S is formed. Therefore, it is possible to suitably prevent the layer ML from sagging due to gravity even at the end P3 of the overhang-shaped region S, which is easily deformed.
ここで、別の観点から説明すると、本実施例のデータ生成装置としてのPC300においては、データ生成部としてのプロセッサー301は、重力方向から見たオーバーハング形状領域Sの端部F1を支持する端部支持部P3に対応する端部支持部データを支持体データに含ませる。つまり、第1支持部データや第2支持部データなどの少なくとも一部の支持体M2に関するデータを端部支持部P3に対応する端部支持部データとする。このため、本実施例のPC300は、変形しやすいオーバーハング形状領域Sの端部F1においても、好適に層MLが重力により垂れ下がることを抑制することができる。
Here, from another point of view, in the
[実施例3]
次に、上記三次元造形装置100を用いて実行可能な三次元造形物の造形方法の実施例3について、図10を参照して説明する。ここで、本実施例の三次元造形物の造形方法をフローチャートで表すと、図5のフローチャートと同様になる。なお、図10は、実施例1の三次元造形物の造形方法を説明するための図8に対応する図である。また、本実施例の三次元造形物の造形方法は、以下の説明以外については、実施例1及び実施例2の三次元造形物の造形方法と同様であるため、実施例1及び実施例2の三次元造形物の造形方法と同様の特徴を有している。そこで、図10では上記実施例1及び実施例2と共通する部分は同じ符号で示しており、詳細な説明は省略する。
[Example 3]
Next, Example 3 of a method for forming a three-dimensional structure that can be executed using the three-dimensional
上記の通り、実施例1の三次元造形物の造形方法では、傾斜面FのY軸方向における端部F1について、特別な配慮はなされていなかった。一方、図10で表されるように、本実施例の三次元造形物の造形方法では、実施例2の三次元造形物の造形方法とは異なる方法で、傾斜面FのY軸方向における端部F1に支持体M2が形成されるようになっている。 As described above, in the method for forming a three-dimensional structure according to Example 1, no special consideration was given to the end portion F1 of the inclined surface F in the Y-axis direction. On the other hand, as shown in FIG. 10, in the method for forming a three-dimensional structure according to the present embodiment, a method different from the method for forming a three-dimensional structure according to the second embodiment is used to form an edge of the inclined surface F in the Y-axis direction. A support M2 is formed in the portion F1.
具体的には、本実施例のデータ生成装置としてのPC300においては、判断部としてのプロセッサー301は、第1支持部データ及び第2支持部データの少なくとも一方が重力方向から見たオーバーハング形状領域Sの端部F1を支持する端部支持部P3に対応する端部支持部データに該当するか否かを判断する。そして、プロセッサー301は、データ生成部として、該プロセッサー301が第1支持部データ及び第2支持部データのいずれも端部支持部データに該当しないと判断した場合、端部支持部データに対応する第3支持部データを新規に生成する。別の表現をすると、プロセッサー301は、支持体データに端部支持部データがないと判断すると、端部支持部データに対応する第3支持部データを新規に生成する。このため、本実施例のPC300は、元の支持体データに端部支持部データに該当するデータがない場合であっても、端部支持部データに対応する第3支持部データを生成するので、変形しやすいオーバーハング形状領域Sの端部F1においても、好適に層MLが重力により垂れ下がることを抑制することができる。
Specifically, in the
本発明は、上述の実施例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。発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various configurations without departing from the spirit of the present invention. The technical features in the examples corresponding to the technical features in each form described in the outline of the invention are used to solve some or all of the above problems, or to achieve some or all of the above effects. They can be interchanged and combined as appropriate to achieve all. Also, if the technical features are not described as essential in this specification, they can be deleted as appropriate.
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…モーター、40…フラットスクリュー、42…溝部、43…凸状部、44…材料流入口、46…中央部、47…上面、48…下面、50…バレル、52…スクリュー対向面、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、100…三次元造形装置、101…制御部、110…供給手段、210…ステージ、211…面、230…移動手段、300…PC(データ生成装置)、301…プロセッサー(データ生成部、判断部)、302…記憶部、303…入出力インターフェース(取得部)、304…モニター、F…傾斜面、F1…端部、LP…線状部位、M…モーター、M1…造形体、M2…支持体、ML…層、ML1…造形層、ML2…造形層、MM…造形材料、MR…原材料、O…三次元造形物、P1…第1支持部、P2…第2支持部、P3…端部支持部、RX…回転軸、S…オーバーハング形状領域
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記三次元造形物の造形材料を積層して前記三次元造形物に対応する造形体を形成する造形体形成工程と、
支持材料を積層して前記造形体を支持する支持体を形成する支持体形成工程と、
を有し、
前記支持体形成工程は、前記傾斜面が傾斜する方向に沿って延設される第1支持部と、前記傾斜面が傾斜する方向に沿って延設されるとともに前記第1支持部と間隔を空けて形成される第2支持部と、を形成することを特徴とする三次元造形物の造形方法。 A method for forming a three-dimensional structure for forming a three-dimensional structure having an overhang region in which the lower surface in the gravity direction is an inclined surface that is inclined with respect to the horizontal direction, the method comprising:
a modeled body forming step of forming a modeled body corresponding to the three-dimensional modeled article by stacking the modeling materials of the three-dimensional modeled article;
a support forming step of laminating a support material to form a support for supporting the shaped body;
has
The support forming step includes: a first supporting portion extending along the direction in which the inclined surface is inclined; and a first supporting portion extending along the direction in which the inclined surface is inclined and spaced from the first supporting portion. A method for forming a three-dimensional structure, characterized by forming a second support portion formed with a space.
前記支持体形成工程は、重力方向から見た前記オーバーハング形状領域の端部を支持する端部支持部を形成することを特徴とする三次元造形物の造形方法。 In the method for forming a three-dimensional structure according to claim 1,
A method for forming a three-dimensional structure, wherein the support formation step forms an end support portion that supports an end portion of the overhang shape region viewed from the direction of gravity.
前記三次元造形物の形状データを取得する取得部と、
前記形状データに基づいて、各層に対応して、前記三次元造形物に対応する造形体を形成するための造形データと、前記造形体を支持する支持体を形成するための支持体データと、を生成するデータ生成部と、
重力方向における下側の面が水平方向に対して傾斜する傾斜面となっているオーバーハング形状領域を前記造形体が有するか否かを判断する判断部と、
を備え、
前記データ生成部は、前記オーバーハング形状領域を前記造形体が有すると判断した場合、前記傾斜面が傾斜する方向に沿って延設される第1支持部に対応する第1支持部データと、前記傾斜面が傾斜する方向に沿って延設されるとともに前記第1支持部と間隔を空けて形成される第2支持部に対応する第2支持部データと、を前記支持体データに含ませることを特徴とするデータ生成装置。 A data generation device for generating data for forming a three-dimensional object by laminating layers,
an acquisition unit that acquires shape data of the three-dimensional object;
Based on the shape data, modeling data for forming a modeled body corresponding to the three-dimensional modeled object corresponding to each layer, support data for forming a support for supporting the modeled body, and a data generation unit that generates
a judgment unit that judges whether or not the modeled object has an overhang-shaped region in which the lower surface in the direction of gravity is a slanted surface that is slanted with respect to the horizontal direction;
with
When the data generation unit determines that the modeled body has the overhang shape region, first support portion data corresponding to a first support portion extending along the direction in which the inclined surface inclines; and second support part data corresponding to a second support part extending along the direction in which the inclined surface inclines and being spaced apart from the first support part. A data generation device characterized by:
前記データ生成部は、重力方向から見た前記オーバーハング形状領域の端部を支持する端部支持部に対応する端部支持部データを前記支持体データに含ませることを特徴とするデータ生成装置。 In the data generation device according to claim 3,
The data generation device, wherein the data generation unit causes the support body data to include end support data corresponding to the end support that supports the end of the overhang shape region viewed from the direction of gravity. .
前記判断部は、前記第1支持部データ及び前記第2支持部データの少なくとも一方が重力方向から見た前記オーバーハング形状領域の端部を支持する端部支持部に対応する端部支持部データに該当するか否かを判断し、
前記データ生成部は、前記判断部が前記第1支持部データ及び前記第2支持部データのいずれも前記端部支持部データに該当しないと判断した場合、前記端部支持部データに対応する第3支持部データを生成することを特徴とするデータ生成装置。 In the data generation device according to claim 3,
The judging section is configured such that at least one of the first support portion data and the second support portion data corresponds to an end support portion supporting an end portion of the overhang shape region viewed from the direction of gravity. to determine whether or not
The data generating section, when the determining section determines that neither the first supporting section data nor the second supporting section data correspond to the end supporting section data, generates the data corresponding to the end supporting section data. 3. A data generation device characterized by generating support portion data.
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