JP7322117B2 - Modeling apparatus, data processing apparatus for generating modeling data, and method for manufacturing three-dimensional object - Google Patents

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Description

本発明は、立体物の造形技術に関し、特にシート積層タイプの造形技術に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a three-dimensional object modeling technology, and more particularly to a sheet lamination type modeling technology.

近年、アディティブマニファクチャリング（ＡＭ）技術と呼ばれる立体造形技術が注目を集めている。ＡＭ技術は、三次元モデルの三次元形状データをスライスして複数の断面データからなるスライスデータを生成し、スライスデータに基づいて造形材料からなる複数の層を順次形成し、造形材料からなる層を積層し接合することで、立体物を造形する技術である。主な造形方式として、液槽光重合方式、粉末焼結法、材料押出し方式などが知られている。 In recent years, three-dimensional modeling technology called additive manufacturing (AM) technology has attracted attention. AM technology slices three-dimensional shape data of a three-dimensional model to generate slice data consisting of a plurality of cross-sectional data, sequentially forms a plurality of layers made of modeling material based on the slice data, and forms layers made of modeling material. It is a technique to form a three-dimensional object by laminating and joining. Known major modeling methods include the liquid bath photopolymerization method, the powder sintering method, and the material extrusion method.

特許文献１や２には、一度に層単位で積層するタイプの立体造形装置が提案されている。具体的には、電子写真方式を用いて１層分の断面データに対応する造形材料からなる薄層を順次形成し、薄層単位で積層することで立体物を作製する装置が記載されている。 Patent Literatures 1 and 2 propose three-dimensional modeling apparatuses of a type in which layers are laminated at once. Specifically, it describes an apparatus for producing a three-dimensional object by sequentially forming thin layers made of modeling material corresponding to cross-sectional data for one layer using an electrophotographic method, and laminating the layers in units of thin layers. .

ところで、これらのＡＭ技術にて付加価値の高い物品を提供するために、要求に応じて部分的に物理的あるいは化学的性質を変えた造形物を作製することが求められている。特許文献３には、粉末焼結法において、異なる２種の金属粉末の混合比を変えながら積層することで、部位によって物性が異なる物品を作製する技術が提案されている。 By the way, in order to provide high-value-added articles by these AM techniques, it is required to produce shaped articles with partially changed physical or chemical properties according to requirements. Patent Literature 3 proposes a technique for fabricating an article having different physical properties depending on the location by laminating two different metal powders while changing the mixing ratio in a powder sintering method.

米国特許第５０８８０４７号明細書U.S. Pat. No. 5,088,047 特表平８－５１１２１７号公報Japanese Patent Publication No. 8-511217 特開２０１４－２２７５８７号公報JP 2014-227587 A

部分的に物理的あるいは化学的性質を変えた造形物を作製するためには、異なる種類の材料を積層する必要があるが、材料の組み合わせによっては、材料同士の接合が難しい場合がある。特許文献１及び２には、そのような場合について何ら開示はない。また、特許文献３の技術では、１層が混合比が一定の材料で形成されることになるため、層内に材料が異なる領域を有する造形物を作製することができない。 Different types of materials need to be layered in order to produce a modeled object with partially changed physical or chemical properties, but depending on the combination of materials, it may be difficult to bond the materials together. Patent Documents 1 and 2 do not disclose anything about such a case. In addition, in the technique of Patent Document 3, one layer is formed of materials with a constant mixing ratio, so a modeled object having regions of different materials within a layer cannot be produced.

上記課題を解決するため、本発明にかかるデータ処理装置は、三次元モデルの三次元形状データから生成された造形材料の種類およびその配置の情報を含むスライスデータに対して処理をおこなうデータ処理装置であって、前記スライスデータに含まれるｉ層のデータと（ｉ＋１）層のデータとを解析して第１の造形材料とは異なる第２の造形材料の層が前記第１の造形材料の上に積層される領域を抽出し、前記領域の面積と所定値とを比較して、前記領域の面積が前記所定値以上の場合には、前記領域内の第ｉ層および第（ｉ＋１）層の少なくとも一方のスライスデータを、第１の造形材料と第２の造形材料とが、前記所定値よりも小さい面積で混在するデータに変更することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a data processing apparatus according to the present invention processes slice data including information on the type and arrangement of modeling materials generated from 3D shape data of a 3D model. wherein the data of the i layer and the data of the (i+1) layer included in the slice data are analyzed, and a layer of a second modeling material different from the first modeling material is formed on the first modeling material. is extracted, the area of the region is compared with a predetermined value, and if the area of the region is equal to or greater than the predetermined value, At least one slice data is changed to data in which the first modeling material and the second modeling material are mixed in an area smaller than the predetermined value.

また、本発明にかかるデータ処理方法は、三次元モデルの三次元形状データから生成された造形材料の種類およびその配置の情報を含むスライスデータに対しておこなうデータ処理方法であって、前記スライスデータに含まれるｉ層のデータと（ｉ＋１）層のデータとを解析して第１の造形材料とは異なる第２の造形材料の層が前記第１の造形材料の上に積層される領域を抽出するステップと、前記領域の面積と所定値とを比較して、前記領域の面積が所定値以上の場合には、前記領域内の第ｉ層および第（ｉ＋１）層の少なくとも一方のスライスデータを、第１の造形材料と第２の造形材料とが、前記所定値よりも小さい面積で混在するデータに変更するステップと、を含むことを特徴とする。 Further, a data processing method according to the present invention is a data processing method performed on slice data including information on the types and arrangements of modeling materials generated from three-dimensional shape data of a three-dimensional model, wherein the slice data Analyzing the data of the i layer and the data of the (i+1) layer included in , and extracting the area where the layer of the second modeling material different from the first modeling material is laminated on the first modeling material and comparing the area of the region with a predetermined value, and if the area of the region is equal to or greater than the predetermined value, slice data of at least one of the i-th layer and the (i+1)-th layer in the region. and a step of changing data to data in which the first modeling material and the second modeling material are mixed in an area smaller than the predetermined value.

さらに、本発明にかかる立体物の造形方法は、三次元モデルの三次元形状データから生成されるスライスデータに基づいて造形材料を積層する立体物の製造方法であって、前記スライスデータに従うと、第１の造形材料とは異なる第２の造形材料が前記第１の造形材料の上に積層する領域が所定値以上の面積で形成される場合に、前記領域において第１の造形材料と第２の造形材料が、前記所定値よりも小さい面積で混在するように積層することを特徴とする立体物の製造方法。 Furthermore, a three-dimensional object modeling method according to the present invention is a three-dimensional object manufacturing method in which modeling materials are layered based on slice data generated from three-dimensional shape data of a three-dimensional model, and according to the slice data, When a region in which a second modeling material different from the first modeling material is laminated on the first modeling material is formed with an area equal to or larger than a predetermined value, in the region, the first modeling material and the second modeling material A method for manufacturing a three-dimensional object, characterized in that the molding materials of (1) are laminated so that they are mixed in an area smaller than the predetermined value.

三次元モデルから生成したままのスライスデータに従って造形すると接合が困難な材料同士を積層する領域が含まれる造形であっても、本発明を適用することにより積層が可能となり、強度の高い造形物を作製することが可能となる。 Even in modeling that includes layers of materials that are difficult to join together when modeled according to the slice data generated from the 3D model, the application of the present invention enables layering, resulting in a model with high strength. It becomes possible to manufacture.

ＡＭ技術を用いて立体物を作製する方法を説明する図。The figure explaining the method of producing a three-dimensional object using AM technique. 互いに溶着される材料層のスライスデータを画像化して示す図。FIG. 3 is an image showing slice data of material layers to be welded together; 本発明にかかる変更を行ったスライスデータを画像化して示す図。FIG. 10 is a diagram showing an image of slice data that has been changed according to the present invention; 異なる種類の造形材料が積層された部分を示す図。The figure which shows the part in which different types of building materials were laminated. 本発明に係る造形システムの全体構成を示す模式図。1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a modeling system according to the present invention; FIG. 本発明に係る造形システムの材料像形成部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the material image formation part of the modeling system which concerns on this invention. 本発明に係る造形システムの動作シーケンスを示すフローチャート。4 is a flow chart showing an operation sequence of the modeling system according to the present invention; ２種類の造形材料をパターン状に配置して混在させる場合のパターン例を示す図。The figure which shows the example of a pattern in the case of arrange|positioning two types of modeling materials in a pattern, and mixing them. ２種類の造形材料を異なるパターンで配置して積層する例を示す図。The figure which shows the example which arrange|positions and laminates|stacks two types of modeling materials by a different pattern. ２実施形態に係る造形装置の材料層形成部の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of the material layer formation part of the modeling apparatus which concerns on 2 embodiment. ２種類の造形材料のピッチの大きさと接着層の接着力の関係表すグラフ。A graph showing the relationship between the size of the pitch of two types of molding materials and the adhesive strength of the adhesive layer. 図１１の測定に用いたサンプルの断面構造を表す図。The figure showing the cross-sectional structure of the sample used for the measurement of FIG. 図１１の測定に用いたサンプルの２種類の造形材料の配置パターンを表す図。FIG. 12 is a diagram showing an arrangement pattern of two types of modeling materials of samples used for the measurement of FIG. 11 ; 引張せん断試験の測定例を示すグラフ。The graph which shows the example of a measurement of a tensile shear test. ２種類の造形材料の混在比と接着層の接着力の関係を表すグラフ。The graph showing the relationship between the mixture ratio of two types of modeling materials, and the adhesive force of an adhesive layer. ２種類の造形材料の混合比と接着層の接着力の関係を表すグラフ。4 is a graph showing the relationship between the mixing ratio of two types of modeling materials and the adhesive strength of the adhesive layer.

以下、この発明を実施するための形態を、図面を参照して例示的に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている各部材の寸法、材質、形状、その相対配置など、各種制御の手順、制御パラメータ、目標値などは、特に限定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be exemplified with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative positions, etc. of each member described in the following embodiments, various control procedures, control parameters, target values, etc., unless otherwise specified in the present invention is not intended to limit the scope of

まず、図１（ａ）の三次元モデル１を造形する例について簡単に説明する。 First, an example of forming the three-dimensional model 1 shown in FIG. 1A will be briefly described.

三次元モデル１は、第１の造形材料Ｍａからなる部分Ｐ１と、第１の造形材料Ｍａとは異なる種類の第２の造形材料Ｍｂからなる部分Ｐ２とで構成されるものとする。ここで、「種類」とは化学構造によって決まるものとし、化学構造が異なっている場合に種類が異なっていると表現する。 The three-dimensional model 1 is composed of a portion P1 made of a first modeling material Ma and a portion P2 made of a second modeling material Mb different from the first modeling material Ma. Here, the "type" is determined by the chemical structure, and when the chemical structures are different, it is expressed that the types are different.

造形材料をＺ方向に積層して三次元モデル１を造形する場合、図１（ｂ）に示すように三次元モデル１の３次元データをＺ方向に一定のピッチでスライスしてスライスデータを生成し、スライスデータに従って造形材料を層状に積層していく。ここで、最初のスライス（第１層）をＬ１、最後に積層されるスライス（第ｎ層）をＬｎとする。 When building a three-dimensional model 1 by stacking building materials in the Z direction, slice data is generated by slicing the three-dimensional data of the three-dimensional model 1 at a constant pitch in the Z direction as shown in FIG. 1(b). Then, the modeling material is layered according to the slice data. Here, the first slice (first layer) is L1, and the last slice (nth layer) is Ln.

図１（ｂ）から分かるように、三次元モデル１は、スライスＬｋ（第ｋ層）からスライスＬｍ－１（第（ｍ－１）層）までは、他のスライスよりも小さな断面を有している。このような構造の場合、スライスＬｍ（第ｍ層）を、スライスＬｍ－１（第（ｍ－１）層）の断面データのない領域、即ち、造形材料のない領域に造形材料を積層しなければならないという問題が生じる。 As can be seen from FIG. 1(b), the three-dimensional model 1 has a smaller cross section than the other slices from slice Lk (kth layer) to slice Lm−1 ((m−1)th layer). ing. In the case of such a structure, the slice Lm (m-th layer) must be layered with the modeling material in the area without cross-sectional data of the slice Lm-1 ((m-1)th layer), that is, in the area without the modeling material. The problem arises that you have to

このような問題を解決するため、三次元モデル１の断面データがない領域の上に造形物を積層する必要のある部分には、サポート部が追加される。サポート部は、造形対象物にとっては不要な部分であるので、造形が完了した後に除去する必要がある。そのため、例えば、三次元モデル１を構成する材料が溶解しない溶媒に溶解する材料でサポート部を構成し、造形完了後にサポート部のみを選択的に除去する方法が好適に用いられる。 In order to solve such a problem, a support part is added to the part where it is necessary to layer the modeled object on the area where there is no cross-sectional data of the three-dimensional model 1 . Since the support part is an unnecessary part for the object to be shaped, it is necessary to remove it after the shaping is completed. Therefore, for example, a method is preferably used in which the support portion is made of a material that dissolves in a solvent in which the material forming the three-dimensional model 1 does not dissolve, and only the support portion is selectively removed after the modeling is completed.

以下、造形対象物である三次元モデル１を構成する材料を構造材料、サポート部を構成する材料をサポート材料と称する。また、構造材料とサポート材料を区別する必要のない場合には、これらをまとめて造形材料と呼ぶことにする。 Hereinafter, the material forming the three-dimensional model 1, which is the object to be formed, will be referred to as the structural material, and the material forming the support portion will be referred to as the support material. In addition, when there is no need to distinguish between the structural material and the support material, these are collectively referred to as the modeling material.

ここでは簡単のため、図１（ｃ）に示したように、第１層から第ｎ層までが同じ断面積となるように、サポート材料である第３の造形材料Ｍｃからなるサポート部Ｐ３を設けて造形する例を考える。ただし、サポート部の構造はこれに限定されるものではなく、梁や柱を組み合わせた構造を採用することもできる。 Here, for the sake of simplicity, as shown in FIG. 1C, a support portion P3 made of a third modeling material Mc, which is a support material, is provided so that the first to n-th layers have the same cross-sectional area. Let us consider an example of providing and molding. However, the structure of the support portion is not limited to this, and a structure combining beams and columns can also be adopted.

図１（ｃ）の造形物を得るため、三次元モデル１の断面データにサポート部の情報を付加してスライスデータが生成される。スライスデータに従って造形材料を配置して材料層を形成し、これらの材料層に熱や光エネルギーを与えて造形材料を溶融させながら加圧しすることで、造形材料を互いに溶着させて積層し、造形が行われる。 In order to obtain the modeled object shown in FIG. 1C, slice data is generated by adding information on the support portion to the cross-sectional data of the three-dimensional model 1 . By arranging the modeling materials according to the slice data to form material layers and applying heat or light energy to these material layers to melt the modeling materials and pressurize them, the modeling materials are welded and layered to form a model. is done.

図２（ａ）に、図１（ｃ）の積層面Ｚ１で互いに接合される第（ｋ－１）層と第ｋ層それぞれのデータＤ（ｋ－１）、Ｄ（ｋ）で表される造形材料の配置を表す。第（ｋ－１）層と第ｋ層とを積層する際には、積層面Ｚ１の領域Ａ１では第１の造形材料Ｍａと第３の造形材料Ｍｃとの溶着、領域Ａ２では第１の造形材料Ｍａと第２の造形材料Ｍｂとの溶着が行われる。さらに、積層面Ｚ１の領域Ａ３では第２の造形材料Ｍｂ同士の溶着、領域Ａ４では第２の造形材料Ｍｂと第３の造形材料Ｍｃとの溶着が行われる。 Data D(k-1) and D(k) of the (k-1)-th layer and the k-th layer that are bonded to each other at the lamination plane Z1 of FIG. 1(c) are shown in FIG. 2(a). Represents the arrangement of building materials. When laminating the (k−1)th layer and the kth layer, the first modeling material Ma and the third modeling material Mc are welded in the area A1 of the lamination surface Z1, and the first modeling is performed in the area A2. Welding is performed between the material Ma and the second building material Mb. Further, the second modeling materials Mb are welded together in the area A3 of the stacking surface Z1, and the second modeling material Mb and the third modeling material Mc are welded in the area A4.

同様に、図２（ｂ）に、図１（ｃ）の積層面Ｚ２で互いに接合される、第（ｍ－１）層と第ｍ層それぞれのデータＤ（ｍ－１）、データＤ（ｍ）で表される造形材料の配置を表す。第（ｍ－１）層と第ｍ層とを積層する際には、積層面Ｚ２の領域Ａ５では第３の造形材料Ｍｃと第２の造形材料Ｍｂとの溶着、領域Ａ６では第２の造形材料Ｍｂ同士の溶着が行われる。さらに、積層面Ｚ２の領域Ａ７では第２の造形材料Ｍｂと第１の造形材料Ｍａとの溶着、領域Ａ８では第３の造形材料Ｍｃと第１の造形材料Ｍａとの溶着が行われる。 Similarly, FIG. 2B shows data D(m−1), data D(m ) represents the placement of the modeling material. When laminating the (m−1)th layer and the mth layer, the third modeling material Mc and the second modeling material Mb are welded in the area A5 of the lamination surface Z2, and the second modeling is performed in the area A6. The materials Mb are welded together. Further, the second modeling material Mb and the first modeling material Ma are welded in the region A7 of the stacking surface Z2, and the third modeling material Mc and the first modeling material Ma are welded in the region A8.

一般に、同じ種類の材料（同種材料）同士は溶着に適合するが、異なる種類の材料（異種材料）同士は溶着に適合しない場合が多い。第１の造形材料Ｍａ、第２の造形材料Ｍｂ、第３の造形材料Ｍｃは互いに異なる種類の材料であるから、これらの材料はごく限られた組み合わせを除いてほとんど溶着に適合せず、溶着したとしても接合力が弱い。 In general, materials of the same type (homogeneous materials) are suitable for welding, but materials of different types (dissimilar materials) are often not suitable for welding. Since the first modeling material Ma, the second modeling material Mb, and the third modeling material Mc are different kinds of materials, these materials are hardly suitable for welding except for very limited combinations. Even so, the bonding strength is weak.

例として、第１の造形材料ＭａとしてＡＢＳ樹脂、第２の造形材料Ｍｂとしてポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、第３の造形材料Ｍｃとして水溶性の糖質であるマルトテトラオースを用いる場合を考える。ＰＯＭは、耐摩耗性および摺動性がよく、機械的強度に優れており、構造材料として好適な材料の１つであるが、他の材料との溶着性が極めて悪い。従って、同じＰＯＭ同士を溶着する領域Ａ３およびＡ６では良好な積層を行えるが、ＰＯＭとマルトテトラオースとの溶着が行われる領域Ａ４およびＡ５、ＰＯＭとＡＢＳとの溶着が行われる領域Ａ２およびＡ７では、積層ができなくなってしまう。ＡＢＳとマルトテトラオースとの溶着が行われる領域Ａ１およびＡ８においても、同様に積層することが困難になる。 As an example, consider a case where ABS resin is used as the first modeling material Ma, polyacetal resin (POM) is used as the second modeling material Mb, and maltotetraose, which is a water-soluble carbohydrate, is used as the third modeling material Mc. POM is one of the materials suitable as a structural material because of its good wear resistance and slidability and excellent mechanical strength, but its weldability with other materials is extremely poor. Therefore, good lamination can be performed in the regions A3 and A6 where the same POMs are welded together, but in the regions A4 and A5 where the POM and maltotetraose are welded, and the regions A2 and A7 where the POM and ABS are welded. , stacking becomes impossible. Also in the regions A1 and A8 where the ABS and maltotetraose are welded, lamination is similarly difficult.

そこで、本発明では、三次元モデルの三次元形状データから生成されるスライスデータに、異種材料を積層する積層困難な領域が含まれる場合に、積層困難な領域のデータを一部変更して積層を可能とするものである。具体的には、積層面Ｚ１に異種材料が積層される、積層困難な領域に、同種材料同士を溶着する部分と異種材料同士を溶着する部分とが混在するように、第（ｋ－１）層と第ｋ層の少なくとも一方のデータを変更する。 Therefore, in the present invention, when the slice data generated from the three-dimensional shape data of the three-dimensional model includes a difficult-to-stack region for stacking different materials, the data of the difficult-to-stack region is partially changed and stacked. It enables Specifically, the (k−1)th Change data in at least one of the layer and the k-th layer.

図３に、スライスデータそのままのデータＤ（ｋ－１）と、本発明を適用して変更したデータＤ’（ｋ）の造形材料の配置例を示す。本発明を適用しないデータＤ（ｋ）に基づけば、領域Ａ１には図２（ａ）のように第３の造形材料Ｍｃだけが配置される。しかし本発明を適用することにより、領域Ａ１は、データＤ（ｋ）で領域Ａ１に配置される第３の造形材料Ｍｃと、データＤ（ｋ－１）で領域Ａ１に配置される第１の造形材料Ｍａとが混在する領域に変更される。同様に、データＤ（ｋ）の領域Ａ２は、第２の造形材料Ｍｂと第１の造形材料Ｍａとが混在する領域に、データＤ（ｋ）の領域Ａ４は、第３の造形材料Ｍｃと第２の造形材料Ｍｂとが混在する領域に変更される。このような積層困難な領域のデータの変更により、従来は困難であった、異種材料同士を積層する領域を含む層の積層を行うことが可能となる。 FIG. 3 shows an example of arrangement of modeling materials in data D(k-1) as slice data and data D'(k) changed by applying the present invention. Based on the data D(k) to which the present invention is not applied, only the third modeling material Mc is placed in the area A1 as shown in FIG. 2(a). However, by applying the present invention, the area A1 is divided into the third modeling material Mc arranged in the area A1 by the data D(k) and the first modeling material Mc arranged in the area A1 by the data D(k−1). The area is changed to an area where the modeling material Ma is mixed. Similarly, the area A2 of the data D(k) is an area where the second modeling material Mb and the first modeling material Ma are mixed, and the area A4 of the data D(k) is an area where the third modeling material Mc is mixed. The area is changed to an area where the second modeling material Mb is mixed. By changing the data of such a difficult-to-stack region, it becomes possible to stack layers including a region in which different materials are stacked, which has been difficult in the past.

本発明の効果は、次の現象によって発現するものと考えられる。 It is considered that the effects of the present invention are exhibited by the following phenomena.

図４は、第（ｋ－１）層Ｌ１、第ｋ層Ｌ２、第（ｋ＋１）層Ｌ３がこの順に溶着された造形物の、領域Ａ２の第１の造形材料Ｍａと第２の造形材料Ｍｂとが溶着積層される領域の拡大図である。図では各層の境界が分かるように示しているが、実際にはこのような境界が見えることは少ない。 FIG. 4 shows the first modeling material Ma and the second modeling material Mb in the region A2 of the modeled object in which the (k−1)th layer L1, the kth layer L2, and the (k+1)th layer L3 are welded in this order. 1 is an enlarged view of a region in which are welded and laminated. FIG. Although the figure shows the boundaries of each layer so that they can be seen, in reality such boundaries are rarely visible.

第（ｋ－１）層Ｌ１の第１の造形材料Ｍａで形成されている層の上に、第ｋ層Ｌ２の第１の造形材料Ｍａと第２の造形材料Ｍｂとが混在する層が積層されると、同種の第１の造形材料Ｍａ同士が溶着される領域は強固に接合する。一方、第１の造形材料Ｍａとは異なる第２の造形材料Ｍｂが溶着される領域は溶着されないか、溶着されても接合力は弱い。 A layer in which the first modeling material Ma of the k-th layer L2 and the second modeling material Mb are mixed is laminated on the layer formed of the first modeling material Ma of the (k-1)th layer L1. Then, the regions where the first modeling materials Ma of the same kind are welded together are firmly joined. On the other hand, the region to which the second modeling material Mb different from the first modeling material Ma is welded is not welded, or even if it is welded, the bonding strength is weak.

しかし、これらの領域が同じ層内に設けられ同時に溶融され、その後固化されることにより、互いに異なる種類の第１の造形材料Ｍａと第２の造形材料Ｍｂとの境界は、図４（ａ）～（ｄ）のいずれかの状態となっていると考えられる。従って、図３の領域Ａ２における第１の造形材料Ｍａと第２の造形材料Ｍｂとの境界には図４（ａ）～（ｄ）のいずれかの状態がランダムに発生し、第１の造形材料Ｍａと第２の造形材料Ｍｂとの凹凸が嵌り合って機械的に連結され、第ｋ層Ｌ２が形成される。その結果、第（ｋ－１）層Ｌ１と第ｋ層Ｌ２とを全面で積層することが可能となる。 However, since these regions are provided in the same layer, melted at the same time, and then solidified, the boundary between the first building material Ma and the second building material Mb, which are different from each other, is as shown in FIG. It is considered that the state is one of (d). Therefore, one of the states shown in FIGS. 4A to 4D randomly occurs at the boundary between the first modeling material Ma and the second modeling material Mb in the area A2 of FIG. The unevenness of the material Ma and the second modeling material Mb are fitted and mechanically connected to form the k-th layer L2. As a result, the (k−1)-th layer L1 and the k-th layer L2 can be stacked over the entire surface.

第ｋ層Ｌ２の上に積層される、第（ｋ＋１）層Ｌ３の第２の造形材料Ｍｂからなる層は、同種の第２の造形材料Ｍｂが溶着される部分で強固に接合することができる。一方、第１の造形材料Ｍｂとは異なる第１の造形材料Ｍａが積層される部分は溶着されないか、溶着されても接合力は弱い。 The layer made of the second modeling material Mb of the (k+1)-th layer L3, which is laminated on the k-th layer L2, can be strongly bonded at the portion where the second modeling material Mb of the same type is welded. . On the other hand, the portion where the first modeling material Ma different from the first modeling material Mb is laminated is not welded, or even if it is welded, the bonding strength is weak.

しかし、本発明では、積層面に接合力の強い部分と接合力の弱い部分とが混在し、かつ、溶着力の強い部分と溶着力の弱い部分との境界に、機械的な連結状態による結合が導入される。その結果、第ｋ層Ｌ２と第（ｋ＋１）層Ｌ３とを強い接合力で積層することができる。さらに、第（ｋ－１）層Ｌ１と第（ｋ＋１）層Ｌ３も、第ｋ層Ｌ２を介することにより強い接合力で積層することができる。以下、第ｋ層Ｌ２のように、第１の造形材料Ｍａと第２の造形材料Ｍｂとを混在させる層を、接着層と呼ぶ。 However, in the present invention, a portion with a strong bonding force and a portion with a weak bonding force are mixed on the lamination surface, and the boundary between the portion with a strong welding force and the portion with a weak welding force is mechanically connected. is introduced. As a result, the k-th layer L2 and the (k+1)-th layer L3 can be laminated with strong bonding strength. Furthermore, the (k-1)-th layer L1 and the (k+1)-th layer L3 can also be laminated with a strong bonding force by interposing the k-th layer L2. Hereinafter, a layer in which the first modeling material Ma and the second modeling material Mb are mixed, such as the k-th layer L2, is referred to as an adhesive layer.

同種材料と異種材料とを混在させる方法は、図３のパターン状に配置する例に限定されるものではないが、層間の接合力を確保するためには、同種材料と異種材料が小さな間隔で混在しているのが好ましい。図１１は、ピッチの大きさを変えて接着層の接合力を測定した結果を表すグラフである。接着層の接合力の評価に用いた試料片を図１２に示す。試料片は、ＡＢＳ樹脂（Ｍａ）からなる層を１００層積層した後、ＡＢＳ樹脂とＰＯＭ樹脂（Ｍｂ）とが混在する接着層を１層積層した。更に、ＰＯＭ樹脂からなる層を１層、接着層を１層積層し、再びＡＢＳ樹脂からなる層を１００層積層させて作製した。ＡＢＳ樹脂からなる層の大きさは幅２０ｍｍ、長さ６０ｍｍとした。接着層およびＰＯＭ樹脂からなる層は、幅・長さともに２０ｍｍとした。なお、オーバーハング部にはサポート材料（Ｍｃ）からなるサポート体を設け、積層終了後に除去した。サポート材料には、ＡＢＳ樹脂と弱く溶着するマルトテトラオースを用いたため、接合力は弱いものの接着層を設けなくても積層することができた。 The method of mixing the same kind of material and the different kind of material is not limited to the example of arranging them in the pattern shown in FIG. A mixture is preferred. FIG. 11 is a graph showing the results of measuring the bonding strength of the adhesive layer while varying the size of the pitch. FIG. 12 shows a sample piece used for evaluating the bonding strength of the adhesive layer. After laminating 100 layers made of ABS resin (Ma), the sample piece was made by laminating one adhesive layer in which ABS resin and POM resin (Mb) are mixed. Further, one layer made of POM resin and one layer of adhesive layer were laminated, and 100 layers made of ABS resin were laminated again to prepare the substrate. The size of the ABS resin layer was 20 mm wide and 60 mm long. Both the width and the length of the adhesive layer and the layer made of POM resin were set to 20 mm. A support member made of a support material (Mc) was provided in the overhang portion and removed after the lamination was completed. Since maltotetraose, which is weakly welded to the ABS resin, was used as the support material, although the bonding strength was weak, the layers could be laminated without providing an adhesive layer.

接着層は、図１３に示すように、ＡＢＳ樹脂が配置される領域とＰＯＭ樹脂が配置される領域とを、一辺の長さ（ピッチ）ａ［ｍｍ］の正方形を交互に設けるパターン（市松模様）に形成した。ピッチａを、０．５ｍｍ、１ｍｍ、１．５ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍと変更して５種類の試験片を作成し、テンシロンＲＴＣ－１２５（株式会社エー・アンド・デイ社製）を用いて引張せん断力を測定し、接着層を設けたことによる接合力を評価した。 As shown in FIG. 13, the adhesive layer has a pattern (a checkered pattern) in which squares each having a side length (pitch) of a [mm] are alternately provided in areas where the ABS resin is arranged and areas where the POM resin is arranged. ). Five types of test pieces were prepared by changing the pitch a to 0.5 mm, 1 mm, 1.5 mm, 2 mm, and 3 mm, and tensile shear was performed using Tensilon RTC-125 (manufactured by A&D Co., Ltd.) The force was measured, and the bonding strength due to the provision of the adhesive layer was evaluated.

図１４のグラフはテンシロンＲＴＣ－１２５による引張せん断試験の一例である。グラフの条件Ａは１辺の長さ（ピッチ）が０．５ｍｍであり、条件Ｂは２ｍｍである。グラフの応力が最大となる点が破断点応力を表しており、破断点応力を接合力として図１１のグラフにプロットした。図１１のグラフから分かるように、ピッチの小さい方が、接合力が大きくなり、特に１辺の長さが２ｍｍ未満の領域で接合力が高くなる。以上のことから、層間の接合力を確保するためには同種材料と異種材料が小さな間隔で混在している方が好ましく、２ｍｍ未満の間隔で混在しているのが特に好ましいと言える。 The graph in FIG. 14 is an example of a tensile shear test with Tensilon RTC-125. In condition A of the graph, the length (pitch) of one side is 0.5 mm, and condition B is 2 mm. The point at which the stress in the graph becomes maximum represents the stress at break, which is plotted in the graph of FIG. 11 as the joining force. As can be seen from the graph of FIG. 11, the smaller the pitch, the higher the bonding strength, and the bonding strength is particularly high in the region where the length of one side is less than 2 mm. From the above, it can be said that it is preferable that the same kind of material and the different kind of material are mixed at a small interval, and it is particularly preferable that the interval is less than 2 mm in order to secure the bonding strength between the layers.

また、図３では、第ｋ層のデータを変更する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、第（ｋ－１）層の領域Ａ１、Ａ２、Ａ４のデータを、次に積層される第ｋ層の領域Ａ１、Ａ２、Ａ４に配置される造形材料が混在するように変更しても良い。あるいは、第（ｋ－１）層、第ｋ層の両方において、パターンを変えて、同種材料と異種材料とが混在するようデータを変更しても良い。ただし、図２（ｂ）の領域Ａ５やＡ８のように、サポート材料と構造材料とが積層される領域に接着層を設ける場合は、サポート材料側の（第（ｍ－１）層の領域Ａ５、Ａ８）を接着層とするようにデータを変更するのが好ましい。かかる方法により、スライスデータの変更によって造形対象物の表面に生じた凹凸を後加工により除去することが可能となる。 Also, FIG. 3 shows an example of changing the data of the k-th layer, but the present invention is not limited to this. For example, even if the data of the areas A1, A2, and A4 of the (k−1)-th layer are changed so that the modeling materials placed in the areas A1, A2, and A4 of the next k-th layer are mixed, good. Alternatively, in both the (k−1)-th layer and the k-th layer, the data may be changed so that the same material and the different material are mixed by changing the pattern. However, when the adhesive layer is provided in the region where the support material and the structural material are laminated, as in the regions A5 and A8 in FIG. , A8) as the adhesive layer. With such a method, it is possible to remove unevenness caused on the surface of the object to be shaped by changing the slice data by post-processing.

以下、本発明にかかる実施形態を詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail.

＜第１実施形態＞
［造形システムの全体構成］
まず、本発明の実施形態に係る造形システムの全体構成について説明する。図５は、造形システムの一例である造形装置の全体構成を模式的に示す図である。 <First Embodiment>
[Overall configuration of modeling system]
First, the overall configuration of the modeling system according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a diagram schematically showing the overall configuration of a modeling apparatus that is an example of a modeling system.

本実施形態の造形装置は、材料を２次元に配置した材料層を積層することによって立体物を作製する方式のＡＭシステムである。 The modeling apparatus of the present embodiment is an AM system that creates a three-dimensional object by stacking material layers in which materials are two-dimensionally arranged.

図５に示すように、造形装置は、制御部Ｕ１、像形成部Ｕ２、積層部Ｕ３を有している。制御部Ｕ１は、造形対象物の３次元形状データからのスライスデータを生成する処理、造形装置の各部の制御などを担っている。材料層形成部Ｕ２は、例えば電子写真プロセスを利用して造形材料からなる材料層を形成する。そして、積層部Ｕ３は、材料層形成部Ｕ２で形成された複数層の材料層を順に積層し固着することによって、立体物を形成する。 As shown in FIG. 5, the modeling apparatus has a control unit U1, an image forming unit U2, and a stacking unit U3. The control unit U1 is in charge of processing for generating slice data from the three-dimensional shape data of the object to be shaped, control of each part of the shaping apparatus, and the like. The material layer forming unit U2 forms a material layer made of a modeling material using, for example, an electrophotographic process. The stacking unit U3 forms a three-dimensional object by sequentially stacking and fixing a plurality of material layers formed in the material layer forming unit U2.

各部Ｕ１～Ｕ３は、互いに異なる筐体に収めら得ていてもよいし、１つの筐体の中に収められていてもよいなお、図５のユニット構成はあくまでも一例であり、他の構成を採用しても構わない。 Each unit U1 to U3 may be housed in different housings, or may be housed in one housing. The unit configuration in FIG. 5 is merely an example, and other configurations may be used. I don't mind if you hire me.

［制御部］
制御部Ｕ１の構成を説明する。図５に示すように、制御部Ｕ１は、三次元形状データ取得部Ｕ１０、スライスデータ生成部Ｕ１１を有しており、造形用データを生成するためのデータ処理装置として機能する。さらに、材料層形成制御部Ｕ１２、積層制御部Ｕ１３などを有し、制御装置としても機能する。スライスデータ生成部Ｕ１１は、さらにスライスデータ変更部Ｕ１１０を有する。 [Control section]
The configuration of the control unit U1 will be described. As shown in FIG. 5, the control unit U1 has a three-dimensional shape data acquisition unit U10 and a slice data generation unit U11, and functions as a data processing device for generating modeling data. Furthermore, it has a material layer formation control unit U12, a lamination control unit U13, etc., and functions as a control device. The slice data generation unit U11 further has a slice data change unit U110.

三次元形状データ取得部Ｕ１０は、外部から三次元モデル（造形対象物）の三次元形状データを受け付ける機能を有する。三次元形状データとして、三次元ＣＡＤ、三次元モデラー、三次元スキャナなどで作成・出力されたデータを用いることができる。そのファイル形式は問わないが、例えば、ＳＴＬ（ＳｔｅｒｅｏＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）ファイル形式を好ましく用いることができる。 The three-dimensional shape data acquisition unit U10 has a function of receiving three-dimensional shape data of a three-dimensional model (object to be molded) from the outside. Data created and output by a three-dimensional CAD, a three-dimensional modeler, a three-dimensional scanner, or the like can be used as the three-dimensional shape data. Although the file format is not limited, for example, the STL (StereoLithography) file format can be preferably used.

スライスデータ生成部Ｕ１１は、三次元形状データで表現された三次元モデルを所定の方向に所定のピッチでスライスして各層の断面形状を計算し、得られた断面形状を基に材料層形成部Ｕ２で材料層を形成する際に必要となるスライス情報を生成する。スライス情報には、各スライスにおける造形材料の種類、色、配置などの情報が含まれる。さらに、スライスデータ生成部Ｕ１１は、三次元形状データ又はスライス情報を解析して、オーバーハング部（積層面に材料がない部分）の有無を判断し、必要に応じてサポート材料を配置する情報を追加してスライスデータを生成する。ここで、スライスデータとは、各層の構造材料およびサポート材料の種類、色、配置などの情報を含むデータ群を指す。 The slice data generation unit U11 slices the three-dimensional model represented by the three-dimensional shape data in a predetermined direction at a predetermined pitch, calculates the cross-sectional shape of each layer, and based on the obtained cross-sectional shape, the material layer forming unit Generate slice information necessary for forming a material layer in U2. The slice information includes information such as the type, color, and arrangement of the modeling material in each slice. Furthermore, the slice data generation unit U11 analyzes the three-dimensional shape data or slice information, determines the presence or absence of an overhang portion (a portion where no material is present on the layered surface), and generates information for arranging support materials as necessary. Add to generate slice data. Here, the slice data refers to a data group including information such as the type, color, and arrangement of the structural material and support material of each layer.

そして、スライスデータ生成部Ｕ１１は、互いに接して積層される層のデータを解析して、異種材料が積層される領域を抽出する。そしてこの領域における積層が困難と判定される場合には、スライスデータ変更部Ｕ１１０が、互いに接して積層される層の少なくとも１方の層のデータを接着用データに変更する。ここでいう接着用データとは、三次元モデルの三次元形状データから生成したままのスライスデータによれば、異種材料が積層される領域のデータを、同種材料と異種材料とが混在する領域に変更したデータである。 Then, the slice data generation unit U11 analyzes the data of the layers laminated in contact with each other, and extracts the regions where different materials are laminated. If it is determined that stacking in this area is difficult, the slice data changing unit U110 changes the data of at least one of the layers stacked in contact with each other to the data for adhesion. Here, the adhesion data refers to the slice data generated from the three-dimensional shape data of the three-dimensional model, and converts the data of the area where different materials are laminated into the area where the same material and the different material are mixed. It is modified data.

詳しくは後述するが、本実施形態の材料層形成部Ｕ２は複数種類の造形材料を用いて材料層を形成することが可能である。そのため、スライスデータには造形材料ごとの像（配置）に対応するデータが含まれる。スライスデータのファイル形式としては、例えば、多値の画像データ（各値が材料の種類を表す）やマルチプレーンの画像データ（各プレーンが材料の種類に対応する）を用いることができる。 Although details will be described later, the material layer forming unit U2 of the present embodiment can form material layers using a plurality of types of modeling materials. Therefore, the slice data includes data corresponding to the image (arrangement) of each modeling material. As the file format of the slice data, for example, multi-valued image data (each value represents the type of material) or multi-plane image data (each plane corresponds to the type of material) can be used.

材料層形成制御部Ｕ１２は、スライスデータ生成部Ｕ１１で生成されたスライスデータあるいは接着用データを含むよう変更されたデータに基づいて、材料層形成部Ｕ２における材料層形成プロセスを制御する機能を有する。また、積層制御部Ｕ１３は、積層部Ｕ３における積層プロセスを制御する機能を有する。各部での具体的な制御内容については後述する。 The material layer formation control unit U12 has a function of controlling the material layer formation process in the material layer formation unit U2 based on slice data generated by the slice data generation unit U11 or data modified to include adhesion data. . Further, the stacking control unit U13 has a function of controlling the stacking process in the stacking unit U3. Specific contents of control in each part will be described later.

また、図示しないが、制御部Ｕ１は、操作部、表示部、記憶部も備える。操作部は、ユーザからの指示を受け付ける機能である。例えば、電源のオン／オフ、装置の各種設定、動作指示などの入力が可能である。表示部は、ユーザへの情報提示を行う機能を有する。例えば、各種設定画面、エラーメッセージ、動作状況などの提示が可能である。記憶部は、三次元形状データ、スライスデータ、各種設定値などを記憶する機能を有する。 Although not shown, the control unit U1 also includes an operation unit, a display unit, and a storage unit. The operation unit has a function of receiving instructions from the user. For example, it is possible to input power ON/OFF, various device settings, operation instructions, and the like. The display unit has a function of presenting information to the user. For example, it is possible to present various setting screens, error messages, operating conditions, and the like. The storage unit has a function of storing three-dimensional shape data, slice data, various setting values, and the like.

制御部Ｕ１は、ハードウエア的には、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ、補助記憶装置（ハードディスク、フラッシュメモリなど）、入力デバイス、表示デバイス、各種Ｉ／Ｆを具備したコンピュータにより構成することができる。上述した各機能Ｕ１０～Ｕ１３及びＵ１１０は、補助記憶装置などに格納されたプログラムをＣＰＵが読み込んで実行し、必要なデバイスを制御することで実現されるものである。ただし、上述した機能のうちの一部又は全部をＡＳＩＣやＦＰＧＡなどの回路で構成したり、あるいは、クラウドコンピューティングやグリッドコンピューティングなどの技術を利用して他のコンピュータに実行させてもよい。 The control unit U1 is configured by a computer equipped with a CPU (central processing unit), memory, auxiliary storage device (hard disk, flash memory, etc.), input device, display device, and various I/Fs in terms of hardware. can be done. Each of the functions U10 to U13 and U110 described above is implemented by the CPU reading and executing a program stored in an auxiliary storage device or the like and controlling necessary devices. However, some or all of the functions described above may be configured by circuits such as ASIC and FPGA, or may be executed by other computers using technologies such as cloud computing and grid computing.

［材料層形成部］
次に、材料層形成部Ｕ２の構成を説明する。材料層形成部Ｕ２は、電子写真プロセスを利用して造形材料の粒子からなる材料層を形成するユニットである。電子写真プロセスとは、感光体を帯電し、露光によって潜像を形成し、現像剤粒子を付着させて現像剤像を形成するという一連のプロセスによって、所望の像を形成する手法である。電子写真プロセスの原理は複写機等の２Ｄプリンタで用いられているものと共通するが、立体造形装置では現像剤として材料の特性がトナー材料とは異なるものを用いるため、２Ｄプリンタにおけるプロセス制御や部材構造をそのまま利用できない場合も多い。 [Material layer forming part]
Next, the configuration of the material layer forming unit U2 will be described. The material layer forming unit U2 is a unit that forms a material layer made of particles of a modeling material using an electrophotographic process. The electrophotographic process is a method of forming a desired image through a series of processes of charging a photoreceptor, forming a latent image by exposure, and attaching developer particles to form a developer image. The principle of the electrophotographic process is the same as that used in 2D printers such as copiers, but in 3D printers, the characteristics of the material are different from the toner material as the developer, so process control in 2D printers and In many cases, the member structure cannot be used as it is.

図５に示すように、材料層形成部Ｕ２は、第１の材料像形成部１０ａ、第２の材料像形成部１０ｂ、第３の材料像形成部１０ｃ、第１の搬送体１１、搬送体クリーニング装置１２、画像検知センサー１３を備えている。第１の材料像形成部１０ａは、第１の材料Ｍａを用いて材料像を形成するための像形成手段であり、像担持体１００ａ、帯電装置１０１ａ、露光装置１０２ａ、現像装置１０３ａ、転写装置１０４ａ、クリーニング装置１０５ａを有する。第２の材料像形成部１０ｂ、第３の材料像形成部１０ｃも、それぞれ第１の材料像形成部１０ａと同様の構成を有している。 As shown in FIG. 5, the material layer forming unit U2 includes a first material image forming unit 10a, a second material image forming unit 10b, a third material image forming unit 10c, a first conveying body 11, a conveying body A cleaning device 12 and an image detection sensor 13 are provided. The first material image forming unit 10a is image forming means for forming a material image using the first material Ma, and includes an image carrier 100a, a charging device 101a, an exposure device 102a, a developing device 103a, and a transfer device. 104a has a cleaning device 105a. The second material image forming section 10b and the third material image forming section 10c also have the same configuration as the first material image forming section 10a.

本実施形態では、第１の造形材料Ｍａとして一般の熱可塑性の樹脂、第２の造形材料Ｍｂとして難接合性を示す熱可塑性の樹脂を用い、第３の造形材料Ｍｃとして熱可塑性かつ水溶性の材料を用いる。ここで、第１の造形材料Ｍａ、第２の造形材料Ｍｂは構造材料であり、第３の造形材料Ｍｃはサポート材料である。 In this embodiment, a general thermoplastic resin is used as the first modeling material Ma, a thermoplastic resin exhibiting difficulty in bonding is used as the second modeling material Mb, and a thermoplastic and water-soluble resin is used as the third modeling material Mc. material. Here, the first modeling material Ma and the second modeling material Mb are structural materials, and the third modeling material Mc is a support material.

一般の熱可塑性の樹脂としては、ＡＢＳ、ＰＳ（ポリスチレン）などが挙げられ、難接合性を示す熱可塑性樹脂としては、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）などが挙げられる。第１、第２の造形材料は、それぞれこれらの中から選択して用いることができる。サポート材料としては、糖質、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）などが挙げられ、更に糖質の具体例としてはスクロース、ラクトース、マルトース、マルトテトラオースなどが挙げられる。各造形材料は平均粒径が５μｍ以上５０μｍ以下の粒子からなる粉末が好適に用いられるが、造形精度や造形速度の観点から、平均粒径が１５μｍ以上３０μｍ以下の粒子からなる粉末がより好適である。 Common thermoplastic resins include ABS and PS (polystyrene), and thermoplastic resins exhibiting difficulty in bonding include POM (polyacetal), PE (polyethylene), PP (polypropylene), and the like. The first and second modeling materials can be selected from among these and used. Examples of supporting materials include carbohydrates, polylactic acid (PLA), PVA (polyvinyl alcohol), PEG (polyethylene glycol), etc. Specific examples of carbohydrates include sucrose, lactose, maltose, and maltotetraose. be done. For each modeling material, a powder composed of particles having an average particle diameter of 5 μm or more and 50 μm or less is preferably used, but from the viewpoint of molding accuracy and molding speed, a powder composed of particles having an average particle diameter of 15 μm or more and 30 μm or less is more preferable. be.

これらの材料像形成部１０ａ、１０ｂ、１０ｃは第１の搬送体１１の表面に沿って配置されている。なお、図５では、第１の造形材料の材料像形成部１０ａを搬送方向の最も上流側に配置しているが、材料像形成部の配置順は任意である。また、材料像形成部の数は３つより多くてもよく、用いる造形材料の種類に応じて適宜増やすことができる。材質、色、固さ、物性などの異なる複数種類の材料を組み合わせることで、作製する立体物のバリエーションが豊富になる。このような拡張性に優れる点も、電子写真プロセスを利用した造形装置の利点の一つといえる。 These material image forming units 10 a , 10 b , 10 c are arranged along the surface of the first transport body 11 . Although the material image forming unit 10a for the first modeling material is arranged on the most upstream side in the conveying direction in FIG. 5, the arrangement order of the material image forming units is arbitrary. Also, the number of material image forming units may be more than three, and can be increased as appropriate according to the type of modeling material to be used. By combining multiple types of materials with different materials, colors, hardness, physical properties, etc., you can create a wide variety of three-dimensional objects. Such excellent expandability can be said to be one of the advantages of the modeling apparatus using the electrophotographic process.

以下、材料層形成部Ｕ２の各部の構成について詳しく説明する。ただし、材料像形成部１０ａ～１０ｃに共通する説明の中では、構成部材の参照符号の添え字ａ～ｃを省略し、材料像形成部１０、像担持体１００などと記載する。 The configuration of each part of the material layer forming part U2 will be described in detail below. However, in the description common to the material image forming units 10a to 10c, the suffixes a to c of the reference numerals of the constituent members are omitted, and the material image forming unit 10, the image carrier 100, and the like are described.

（像担持体）
図６（ａ）は、材料像形成部１０の構成を示す図であり、図６（ｂ）は、現像装置１０３の詳細構成を示す図である。 (Image carrier)
6A is a diagram showing the construction of the material image forming section 10, and FIG. 6B is a diagram showing the detailed construction of the developing device 103. As shown in FIG.

像担持体１００は、静電潜像を担持するための部材である。ここでは、アルミニウムなどの金属製シリンダーの外周面に光導電性を有する感光体層が形成された感光体ドラムが用いられる。感光体としては、有機感光体（ＯＰＣ）、アモルファスシリコン感光体、セレン感光体などを用いることができ、立体造形装置の用途や要求性能に応じて感光体の種類を適宜選択すればよい。像担持体１００は、不図示の枠体に回転自在に支持されており、像形成時には不図示のモーターによって図中の時計周りに一定速度で回転する。 The image carrier 100 is a member for carrying an electrostatic latent image. Here, a photoreceptor drum is used in which a photoreceptor layer having photoconductivity is formed on the outer peripheral surface of a cylinder made of metal such as aluminum. As the photoreceptor, an organic photoreceptor (OPC), an amorphous silicon photoreceptor, a selenium photoreceptor, or the like can be used. The image carrier 100 is rotatably supported by a frame (not shown), and rotates clockwise in the figure at a constant speed by a motor (not shown) during image formation.

（帯電装置）
帯電装置１０１は、像担持体１００の表面を一様に帯電させるための帯電手段である。本実施形態ではコロナ放電による非接触帯電方式を用いるが、帯電ローラを像担持体１００の表面に接触させるローラ帯電方式など他の帯電方式を用いても構わない。 (charging device)
The charging device 101 is charging means for uniformly charging the surface of the image carrier 100 . In this embodiment, a non-contact charging method using corona discharge is used, but other charging methods such as a roller charging method in which a charging roller is brought into contact with the surface of the image carrier 100 may be used.

（露光装置）
露光装置１０２は、画像情報（スライスデータ）に従って像担持体１００を露光し、像担持体１００の表面上に静電潜像を形成する露光手段である。露光装置１０２は、例えば、半導体レーザーや発光ダイオードなどの光源と、高速回転するポリゴンミラーからなる走査機構と、結像レンズなどの光学部材とを有して構成される。 (Exposure device)
The exposure device 102 is exposure means for exposing the image carrier 100 according to image information (slice data) to form an electrostatic latent image on the surface of the image carrier 100 . The exposure device 102 includes, for example, a light source such as a semiconductor laser or a light emitting diode, a scanning mechanism composed of a polygon mirror rotating at high speed, and an optical member such as an imaging lens.

（現像装置）
現像装置１０３は、現像剤（ここでは、第１、第２、第３の造形材料の粉末）を像担持体１００に供給することで、静電潜像を可視化する現像手段である（本明細書では、現像剤によって可視化された像を材料像と称す。）。図６（ｂ）に現像装置１０３の詳細構成を示す。現像装置１０３は、現像剤を収容する容器１０３０と、容器１０３０の内部に設けられる供給ローラ１０３１と、現像剤を担持し像担持体１００へ供給する現像ローラ１０３２と、現像剤の厚みを規制する規制部材１０３３とを有する。供給ローラ１０３１及び現像ローラ１０３２は容器１０３０に回転自在に支持されており、像形成時には不図示のモーターによって図中の反時計周りに一定速度で回転する。供給ローラ１０３１によって撹拌し帯電された現像剤の粉末が現像ローラ１０３２に供給され、規制部材１０３３によって略１粒子分の厚みとなるように層厚が規制された後、現像ローラ１０３２と像担持体１００の対向部において静電潜像の現像が行われる。現像方式としては、露光により電荷を除去した部分に現像剤を付着させる反転現像方式と、露光されなかった部分に現像剤を付着させる正規現像方式とがあるが、いずれの方式を用いてもよい。 (developing device)
The developing device 103 is developing means for visualizing an electrostatic latent image by supplying a developer (here, powders of the first, second, and third modeling materials) to the image carrier 100 (this specification In the literature, the image made visible by the developer is referred to as the material image). FIG. 6B shows the detailed configuration of the developing device 103. As shown in FIG. The developing device 103 includes a container 1030 containing developer, a supply roller 1031 provided inside the container 1030, a developing roller 1032 carrying the developer and supplying it to the image carrier 100, and regulating the thickness of the developer. and a regulating member 1033 . The supply roller 1031 and the development roller 1032 are rotatably supported by the container 1030, and are rotated counterclockwise in the drawing at a constant speed by a motor (not shown) during image formation. The powder of the developer stirred and charged by the supply roller 1031 is supplied to the developing roller 1032, and after the layer thickness is regulated by the regulating member 1033 so as to be approximately the thickness of one particle, the developing roller 1032 and the image bearing member are formed. Development of the electrostatic latent image takes place at the opposing portion of 100 . As the development method, there are a reversal development method in which the developer adheres to the portion from which the charge has been removed by exposure, and a regular development method in which the developer adheres to the unexposed portion. Either method may be used. .

現像装置１０３は、いわゆる現像カートリッジの構造をとり、材料層形成部Ｕ２に対し着脱自在に設けられているとよい。カートリッジの交換により造形材料（第１、第２、第３の造形材料）の補充・変更が容易にできるからである。あるいは、像担持体１００、現像装置１０３、クリーニング装置１０５などを一体のカートリッジとし（いわゆるプロセスカートリッジ）、像担持体自体の交換を可能にしてもよい。構造材料やサポート材料の種類、固さ、粒径により像担持体１００の摩耗や寿命が特に問題となる場合には、プロセスカートリッジ構成の方が実用性・利便性に優れる。 The developing device 103 has a structure of a so-called developing cartridge, and is desirably provided detachably from the material layer forming portion U2. This is because it is possible to easily replenish or change the modeling materials (the first, second, and third modeling materials) by replacing the cartridge. Alternatively, the image carrier 100, the developing device 103, the cleaning device 105, and the like may be integrated into a cartridge (so-called process cartridge) to allow replacement of the image carrier itself. If the wear and life of the image carrier 100 are particularly problematic due to the type, hardness, and particle size of the structural material and support material, the process cartridge configuration is superior in practicality and convenience.

（転写装置）
転写装置１０４は、像担持体１００上の材料像を第１の搬送ベルト１１の表面上へと転写させる転写手段である。転写装置１０４は、第１の搬送ベルト１１を挟んで像担持体１００の反対側に配置されており、像担持体１００上の材料像と逆極性の電圧を印加することで、静電的に材料像を第１の搬送ベルト１１側へと転写させる。像担持体１００から第１の搬送ベルト１１への転写を１次転写とも称す。なお、本実施形態ではコロナ放電を利用した転写方式を用いるが、ローラ転写方式や、静電転写方式以外の転写方式を用いても構わない。 (transfer device)
The transfer device 104 is transfer means for transferring the material image on the image carrier 100 onto the surface of the first conveying belt 11 . The transfer device 104 is arranged on the opposite side of the image carrier 100 with the first conveying belt 11 interposed therebetween. The material image is transferred to the first conveying belt 11 side. Transfer from the image carrier 100 to the first conveying belt 11 is also called primary transfer. In this embodiment, a transfer method using corona discharge is used, but a roller transfer method or a transfer method other than an electrostatic transfer method may be used.

（クリーニング装置）
クリーニング装置１０５は、転写されずに像担持体１００上に残った現像剤を回収し、像担持体１００の表面を清浄する手段である。本実施形態では、像担持体１００に対しカウンター方向に当接させたクリーニングブレードによって現像剤を掻き落とすブレード方式のクリーニング装置１０５を採用するが、ブラシ方式や静電吸着方式のクリーニング装置を用いてもよい。 (cleaning device)
The cleaning device 105 is means for collecting developer remaining on the image carrier 100 without being transferred and cleaning the surface of the image carrier 100 . In the present embodiment, a blade-type cleaning device 105 that scrapes off the developer with a cleaning blade brought into contact with the image carrier 100 in the counter direction is employed. good too.

（第１の搬送ベルト）
第１の搬送ベルト１１は、各材料像形成部１０で形成された材料像が転写される担持搬送体である。第１の搬送ベルトの搬送方向に対して上流側の材料像形成部１０ａから第１の造形材料の材料像が転写される。続いて、それより下流側の材料像形成部１０ｂから第２の造形材料の材料像が、材料像形成部１０ｃから第３の造形材料（サポート材料）の材料像が、第１の造形材料の材料像と位置を合わせて転写される。これにより、第１の搬送ベルト１１の表面上に、第１から第３の造形材料からなる１枚の材料層が形成される。このとき、材料像同士が互いに重ならないようにスライスデータを生成する際に各材料像の位置及び大きさが調整しておくと、材料像の重なりによる材料層の厚さのばらつきを可及的に抑えることができる。 (First conveyor belt)
The first conveying belt 11 is a carrying and conveying member onto which the material images formed by the material image forming units 10 are transferred. A material image of the first modeling material is transferred from the material image forming unit 10a on the upstream side with respect to the conveying direction of the first conveying belt. Subsequently, a material image of the second modeling material is produced from the material image forming unit 10b on the downstream side, and a material image of the third modeling material (support material) is produced from the material image forming unit 10c. It is transferred in registration with the material image. As a result, one material layer composed of the first to third modeling materials is formed on the surface of the first conveyor belt 11 . At this time, if the position and size of each material image are adjusted when generating slice data so that the material images do not overlap each other, variations in the thickness of the material layer due to overlapping of the material images can be minimized. can be reduced to

第１の搬送ベルト１１は、ポリイミドなどの樹脂材料からなる無端ベルトであり、図５に示すように、複数のローラ１１０、１１１に張架されている。なお、ローラ１１０、１１１の他にテンションローラを設け、第１の搬送ベルト１１のテンションを調整できるようにしてもよい。ローラ１１０、１１１のうち少なくとも一方は駆動ローラであり、像形成時には不図示のモーターの駆動力によって第１の搬送ベルト１１を図中反時計周りに回転させる。また、ローラ１１０は、積層部Ｕ３の２次転写ローラ３１との間で２次転写部を形成するローラである。 The first conveying belt 11 is an endless belt made of a resin material such as polyimide, and is stretched over a plurality of rollers 110 and 111 as shown in FIG. A tension roller may be provided in addition to the rollers 110 and 111 so that the tension of the first conveying belt 11 can be adjusted. At least one of the rollers 110 and 111 is a driving roller, and rotates the first conveying belt 11 counterclockwise in the figure by the driving force of a motor (not shown) during image formation. Further, the roller 110 is a roller that forms a secondary transfer portion together with the secondary transfer roller 31 of the stacking portion U3.

なお、ここでは第１の搬送体として無端ベルトを採用しているがこの形態に限定されるものではなく、板状の搬送体を採用することもできる。 Although an endless belt is used as the first conveying body here, the present invention is not limited to this form, and a plate-like conveying body can also be used.

（ベルトクリーニング装置）
ベルトクリーニング装置１２は、第１の搬送ベルト１１の表面に残った材料をクリーニングする手段である。本実施形態では、第１の搬送ベルト１１に対しカウンター方向に当接させたクリーニングブレードによって、第１の担持搬送ベルト１１上の材料を掻き落とすブレード方式を採用するが、ブラシ方式や静電吸着方式のクリーニング装置を用いてもよい。 (belt cleaning device)
The belt cleaning device 12 is means for cleaning the material remaining on the surface of the first conveying belt 11 . In the present embodiment, a cleaning blade abutting against the first conveyor belt 11 in the counter direction is used to scrape off the material on the first carrier conveyor belt 11, but a brush system or electrostatic adsorption is adopted. type cleaning device may be used.

（画像検知センサー）
画像検知センサー１３は、第１の搬送ベルト１１の表面に担持された材料層に関する情報を取得する検知手段である。画像検知センサー１３の検知結果は、材料層の位置合わせや、後段の積層部Ｕ３とのタイミング制御や、材料層の形状、厚み、位置などに関する異常検知などに利用される。 (image detection sensor)
The image detection sensor 13 is detection means for acquiring information about the material layer carried on the surface of the first conveyor belt 11 . The detection result of the image detection sensor 13 is used for alignment of the material layers, timing control with the subsequent lamination unit U3, and abnormality detection regarding the shape, thickness, position, etc. of the material layers.

以上、電子写真プロセスを利用した材料層形成部について説明してきたが、複数の材料を所定位置に配置できるものであれば、インクジェットプロセスなど他の方式を用いて材料層形成部を構成してもよい。 Although the material layer forming section using the electrophotographic process has been described above, the material layer forming section may be configured using other methods such as an inkjet process as long as a plurality of materials can be arranged at predetermined positions. good.

［積層部］
次に、積層部Ｕ３の構成を説明する。積層部Ｕ３は、材料層形成部Ｕ２で形成された材料層を第１の搬送ベルト１１から受け取り、これを順に積層し固着することによって、立体物を形成する部分である。 [Laminate part]
Next, the configuration of the lamination unit U3 will be described. The stacking unit U3 is a portion that receives the material layers formed by the material layer forming unit U2 from the first conveying belt 11, sequentially stacks and adheres them to form a three-dimensional object.

図５に示すように、積層部Ｕ３は、第２の搬送体（ベルト）３０、２次転写ローラ３１、画像検知センサー３２、ヒーター３３、ステージ３４を備えている。以下、積層部Ｕ３の各部の構成について詳しく説明する。 As shown in FIG. 5, the stacking unit U3 includes a second carrier (belt) 30, a secondary transfer roller 31, an image detection sensor 32, a heater 33, and a stage . The configuration of each part of the lamination part U3 will be described in detail below.

（第２の搬送ベルト）
第２の搬送ベルト３０は、材料層形成部Ｕ２で形成された材料層を第１の搬送ベルト１１から受け取り、その材料層を積層位置まで搬送する第２の担持搬送体である。積層位置とは、材料層をステージの上あるいは作製中の造形物の積層面へ積み上げるため、材料層と積層面との接触が行われる位置である。図５の構成では、第２の搬送ベルト３０がヒーター３３とステージ３４とで挟まれる部分が積層位置に該当する。 (Second conveyor belt)
The second conveying belt 30 is a second carrying and conveying body that receives the material layer formed in the material layer forming unit U2 from the first conveying belt 11 and conveys the material layer to the stacking position. A stacking location is a location where contact between a material layer and a stacking surface is made to stack the material layer on a stage or onto a stacking surface of a build being built. In the configuration of FIG. 5, the portion where the second conveyor belt 30 is sandwiched between the heater 33 and the stage 34 corresponds to the stacking position.

第２の搬送ベルト３０は、金属やポリイミドなどの耐熱性を有する材料からなる無端ベルトであり、図５に示すように、２次転写ローラ３１、及び、複数のローラ３０１、３０２、３０３、３０４に張架されている。ローラ３１、３０１、３０２のうち少なくともいずれかが駆動ローラであり、不図示のモーターの駆動力によって第２の搬送ベルト３０を図中時計周りに回転させる。ローラ３０３、３０４は、第２の搬送ベルト３０のテンションの調整と、積層位置を通過する第２の搬送ベルト３０（つまり積層時の材料層）を平らに保つ役割を担うローラ対である。
第２の搬送体３０も無端ベルトに限定されるものではなく、板状の形態を採用することもできる。また、図５に示す装置例は複数の搬送体（第１及び第２の搬送体）を有しているが、第２の搬送体または第１の搬送体を省いた構成を採用してもかまわない。 The second conveying belt 30 is an endless belt made of a heat-resistant material such as metal or polyimide. As shown in FIG. is stretched over. At least one of the rollers 31, 301, and 302 is a driving roller, and rotates the second conveyor belt 30 clockwise in the figure by the driving force of a motor (not shown). Rollers 303 and 304 are a pair of rollers that play a role in adjusting the tension of the second conveyor belt 30 and keeping the second conveyor belt 30 passing through the stacking position (that is, the material layers during stacking) flat.
The second conveying body 30 is not limited to an endless belt, and a plate-like form can also be adopted. In addition, although the example of the apparatus shown in FIG. 5 has a plurality of conveying bodies (first and second conveying bodies), it is possible to employ a configuration in which the second conveying body or the first conveying body is omitted. I don't mind.

（２次転写ローラ）
２次転写ローラ３１は、材料層形成部Ｕ２の第１の搬送ベルト１１から、積層部Ｕ３の第２の搬送ベルト３０へと、材料層を転写させるための転写手段である。２次転写ローラ３１は、材料層形成部Ｕ２の対向ローラ１１０との間で第１の搬送ベルト１１及び第２の搬送ベルト３０を挟み込むことで、両者のベルト間に２次転写ニップを形成する。そして、不図示の電源により２次転写ローラ３１に材料層とは逆極性のバイアスを印加することで、材料層を第２の搬送ベルト３０側へと転写させる。 (Secondary transfer roller)
The secondary transfer roller 31 is transfer means for transferring the material layer from the first transport belt 11 of the material layer forming unit U2 to the second transport belt 30 of the stacking unit U3. The secondary transfer roller 31 sandwiches the first conveying belt 11 and the second conveying belt 30 with the facing roller 110 of the material layer forming unit U2 to form a secondary transfer nip between the two belts. . By applying a bias having a polarity opposite to that of the material layer to the secondary transfer roller 31 from a power source (not shown), the material layer is transferred to the second conveying belt 30 side.

（画像検知センサー）
画像検知センサー３２は、第２の搬送ベルト３０の表面に担持された材料層に関する情報を読み取る検知手段である。画像検知センサー３２の検知結果は、材料層の位置合わせ、積層位置への搬送タイミング制御などに利用される。 (image detection sensor)
The image detection sensor 32 is a detection means for reading information regarding the material layer carried on the surface of the second transport belt 30 . The detection result of the image detection sensor 32 is used for alignment of the material layers, timing control of transportation to the stacking position, and the like.

（ヒーター）
ヒーター３３は、積層位置に搬送された材料層の温度を制御する温度制御手段である。ヒーター３３としては、例えば、セラミックヒーター、ハロゲンヒーターなどを用いることができる。また、加熱だけでなく、放熱ないし冷却により材料層の温度を積極的に低下させる構成を設けてもよい。なお、ヒーター３３の下面（ベルト側の面）は平面となっており、積層位置を通過する第２の搬送ベルト３０のガイドと、材料層に均等な圧力を加える押圧部材の役割も兼ねている。 (heater)
The heater 33 is temperature control means for controlling the temperature of the material layers transported to the stacking position. As the heater 33, for example, a ceramic heater, a halogen heater, or the like can be used. Moreover, a configuration may be provided in which the temperature of the material layer is positively lowered not only by heating but also by heat radiation or cooling. The lower surface of the heater 33 (surface on the belt side) is flat, and serves as a guide for the second conveyor belt 30 passing through the stacking position and as a pressing member that applies a uniform pressure to the material layers. .

（ステージ）
ステージ３４は、造形物が形成される平面台である。ステージ３４は、不図示のアクチュエータによって上下方向（積層位置のベルト面に垂直な方向）に移動可能である。積層位置まで搬送された材料層をヒーター３３との間で挟み込み、加熱、加圧（必要に応じて放熱ないし冷却）を行うことで、第２の搬送ベルト３０側からステージ３４側へと材料層を転写させる。１層目の材料層はステージ３４の上に転写され、２層目以降の材料層はステージ３４上の作製中の造形物の上に積み上げられていく。このように本実施形態では、ヒーター３３とステージ３４によって、材料層を積層する積層手段が構成される。 (stage)
A stage 34 is a flat table on which a model is formed. The stage 34 can be moved vertically (perpendicular to the belt surface at the stacking position) by an actuator (not shown). The material layer transported to the stacking position is sandwiched between the heater 33 and heated and pressurized (radiated heat or cooled as necessary), thereby transferring the material layer from the second transport belt 30 side to the stage 34 side. to be transcribed. The first material layer is transferred onto the stage 34 , and the second and subsequent material layers are stacked on the modeled object being produced on the stage 34 . As described above, in this embodiment, the heater 33 and the stage 34 constitute lamination means for laminating material layers.

［造形装置の動作］
次に、上記構成を有する造形装置の動作について説明する。ここでは既にスライスデータ生成部Ｕ１１による第１のスライスデータの生成処理は完了しているものとして、各層の材料層を形成するプロセスと、材料層を積層するプロセスを順に説明する。図７は、本実施形態の造形装置の動作シーケンス例を示すフローチャートである。 [Operation of molding device]
Next, the operation of the modeling apparatus having the above configuration will be described. Here, assuming that the first slice data generation process by the slice data generation unit U11 has already been completed, the process of forming the material layers of each layer and the process of stacking the material layers will be described in order. FIG. 7 is a flow chart showing an operation sequence example of the modeling apparatus of this embodiment.

（材料層形成プロセス）
まず、制御部Ｕ１は、各粒子像形成部１０の像担持体１００、第１の搬送ベルト１１、及び、第２の搬送ベルト３０が同じ外周速度（プロセス速度）で同期して回転するよう、モーター等の駆動源を制御する。 (Material layer formation process)
First, the control unit U1 controls the image carrier 100, the first conveying belt 11, and the second conveying belt 30 of each particle image forming unit 10 to rotate synchronously at the same peripheral speed (process speed). Controls drive sources such as motors.

回転速度が安定した後、最上流の材料像形成部１０ａの像形成を開始する（Ｓ５０１）。すなわち、制御部Ｕ１は、帯電装置１０１ａを制御し、像担持体１００ａの表面全域を所定の極性でかつ所定の帯電電位でほぼ均一に帯電させる。続いて制御部Ｕ１は、帯電した像担持体１００ａの表面を露光装置１０２ａによって露光する。ここでは、露光によって電荷を除去することにより、露光部と非露光部との間に電位差を形成する。この電位差による像が静電潜像である。一方、制御部Ｕ１は、現像装置１０３ａを駆動して、像担持体１００ａ上の潜像に構造材料の粉末を付着させ、構造材料の像を形成する。この材料像は、転写装置１０４ａによって第１の搬送ベルト１１上へと１次転写される。 After the rotation speed is stabilized, the image formation of the most upstream material image forming section 10a is started (S501). That is, the control unit U1 controls the charging device 101a to substantially uniformly charge the entire surface of the image carrier 100a with a predetermined polarity and a predetermined charging potential. Subsequently, the controller U1 exposes the charged surface of the image carrier 100a with the exposure device 102a. Here, a potential difference is formed between an exposed portion and a non-exposed portion by removing charges by exposure. An image due to this potential difference is an electrostatic latent image. On the other hand, the control unit U1 drives the developing device 103a to adhere powder of the structural material to the latent image on the image carrier 100a to form an image of the structural material. This material image is primarily transferred onto the first conveying belt 11 by the transfer device 104a.

また、制御部Ｕ１は、材料像形成部１０ａでの像形成開始から所定の時間差で下流側の材料像形成部１０ｂ、１０ｃの像形成を開始する（Ｓ５０２、Ｓ５０３）。材料像形成部１０ｂ、１０ｃにおける像形成も材料像形成部１０ａにおける像形成と同様の手順で行われる。ここで、像形成開始の時間差は、上流側の像形成部１０ａにおける１次転写ニップから下流側の材料像形成部１０ｂ、１０ｃにおける１次転写ニップまでの距離をプロセス速度で割った値に設定される。これにより、それぞれの材料像形成部１０ａ、１０ｂ、１０ｃで形成された２つの材料像が第１の搬送ベルト１１上で位置合わせして転写され、２種類の構造材料とサポート材料からなる１層分の材料層が形成される（Ｓ５０４）。ここで、形成される材料層を、第ｉ層の材料層（ｉは正の整数）とする。なお、オーバーハング部がなくサポート部分が必要無い断面の場合には、材料像形成部１０ｃの像形成は行われない。その場合、第１および第２の構造材料の材料像のみで材料層が形成される。 Further, the control unit U1 starts image formation in the material image forming units 10b and 10c on the downstream side with a predetermined time lag from the start of image formation in the material image forming unit 10a (S502, S503). The image formation in the material image forming units 10b and 10c is also performed in the same procedure as the image formation in the material image forming unit 10a. Here, the image formation start time difference is set to a value obtained by dividing the distance from the primary transfer nip in the image forming section 10a on the upstream side to the primary transfer nip in the material image forming sections 10b and 10c on the downstream side by the process speed. be done. As a result, the two material images formed by the respective material image forming units 10a, 10b, and 10c are aligned and transferred on the first conveying belt 11 to form a single layer composed of two types of structural materials and a support material. material layers are formed (S504). Here, the material layer to be formed is assumed to be an i-th material layer (i is a positive integer). Note that in the case of a cross section that does not have an overhang portion and does not require a support portion, image formation by the material image forming portion 10c is not performed. In that case, the material layer is formed only with the material images of the first and second structural materials.

このようにして形成された材料層は、第１の搬送ベルト１１によって積層部Ｕ３へと搬送される。 The material layer thus formed is transported by the first transport belt 11 to the stacking unit U3.

（第ｉ層の積層プロセス）
上記のように材料層の形成動作が行われている間、積層部Ｕ３の第２の搬送ベルト３０は第１の搬送ベルト１１に接触した状態で、同じ外周速度（プロセス速度）で同期回転している。そして、第１の搬送ベルト１１上の材料層の前端が２次転写ニップに到達するタイミングに合わせて、制御部Ｕ１が２次転写ローラ３１に所定の転写バイアスを印加し、第ｉ層の材料層を第２の搬送ベルト３０へ転写させる（Ｓ５０５）。 (Lamination process of i-th layer)
While the material layer forming operation is being performed as described above, the second transport belt 30 of the stacking unit U3 is in contact with the first transport belt 11 and synchronously rotates at the same peripheral speed (process speed). ing. Then, the controller U1 applies a predetermined transfer bias to the secondary transfer roller 31 at the timing when the front end of the material layer on the first conveying belt 11 reaches the secondary transfer nip, and the material for the i-th layer is transferred. The layer is transferred to the second transport belt 30 (S505).

第２の搬送ベルト３０は同じプロセス速度のまま回転を続け、第ｉ層の材料層を図５の矢印方向に搬送すると、画像検知センサー３２によって第２の搬送ベルト上の材料層の位置が検知される。制御部Ｕ１はその検知結果に基づいて材料層を搬送し（Ｓ５０６）、第ｉ層の材料層が積層位置に到達するタイミングで第２の担持搬送ベルト３０を停止させる（Ｓ５０７）。その後、制御部Ｕ１はステージ３４を上昇させて第２の搬送ベルト３０に近づけ、積層面を第２の搬送ベルト３０上の第ｉ層の材料層と接触させる（Ｓ５０８）。 The second conveyor belt 30 continues to rotate at the same process speed, and when the ith material layer is conveyed in the direction of the arrow in FIG. be done. The control unit U1 conveys the material layer based on the detection result (S506), and stops the second carrying/conveying belt 30 at the timing when the i-th material layer reaches the stacking position (S507). After that, the control unit U1 raises the stage 34 to bring it closer to the second conveyor belt 30 so that the lamination surface contacts the i-th material layer on the second conveyor belt 30 (S508).

この状態のまま、制御部Ｕ１は、所定の温度制御シーケンスにしたがって、ヒーター３３の温度を制御する。具体的には、最初に、第１の目標温度までヒーター３３を加熱する第１のモードを所定時間行って、材料層の各造形材料を熱溶融させる（Ｓ５０９）。これにより材料層が軟化し、軟化した材料層と積層面とが密着する。その後、第１の目標温度よりも低い第２の目標温度にヒーター３３を制御する第２のモードを所定時間行い、軟化した材料層を積層面に固化させて第２の担持搬送ベルト３０表面から剥がし（Ｓ５１０）、ステージを下降させる（Ｓ５１１）。 In this state, the controller U1 controls the temperature of the heater 33 according to a predetermined temperature control sequence. Specifically, first, the first mode in which the heater 33 is heated to the first target temperature is performed for a predetermined period of time to thermally melt each modeling material of the material layer (S509). As a result, the material layer is softened, and the softened material layer and the laminated surface are brought into close contact with each other. After that, the second mode of controlling the heater 33 to a second target temperature lower than the first target temperature is performed for a predetermined period of time, and the softened material layer is solidified on the lamination surface, and is removed from the surface of the second carrying/conveying belt 30 . It is peeled off (S510) and the stage is lowered (S511).

ここで、温度制御シーケンス、目標温度、加熱時間などは、材料層の形成に用いられる第１から第３の造形材料の特性に応じて設定される。例えば、第１のモードにおける第１の目標温度は、材料層の形成に用いられる各材料の融点もしくはガラス転移点のうち最も高い温度よりも高い値に設定される。一方、第２のモードにおける第２の目標温度は、材料層の形成に用いられる各材料の結晶化温度もしくは非晶質材料のガラス転移点のうち最も低い温度よりも低い値に設定される。このような温度制御を行うことにより、異なる熱溶融特性をもつ複数種類の粒子材料が混在した材料層全体を共通の溶融温度領域で軟化させた後、共通の固化温度領域で全体を固化させることができる。したがって、複数種類の造形材料が混在した材料層の溶融および固着を安定して行うことが可能になる。 Here, the temperature control sequence, target temperature, heating time, etc. are set according to the properties of the first to third modeling materials used to form the material layer. For example, the first target temperature in the first mode is set to a value higher than the highest temperature of the melting point or glass transition point of each material used to form the material layer. On the other hand, the second target temperature in the second mode is set to a value lower than the lowest temperature of the crystallization temperature of each material used to form the material layer or the glass transition point of the amorphous material. By performing such temperature control, the entire material layer in which a plurality of types of particle materials having different thermal melting properties are mixed is softened in a common melting temperature range, and then solidified in a common solidification temperature range. can be done. Therefore, it is possible to stably melt and fix a material layer in which a plurality of types of modeling materials are mixed.

（第（ｉ＋１）層の形成プロセス）
続いて次に積層する第（ｉ＋１）層の材料層の形成プロセスが開始されるが、このときスライスデータ生成部Ｕ１１にて先に積層した第ｉ層と次に積層する第（ｉ＋１）層の材料層のデータを解析する（Ｓ５１２）。第ｉ層の材料層と第（ｉ＋１）層の材料層との積層面に、異種材料を積層する領域が含まれるかどうか、含まれる場合にはその領域の積層が困難かどうか判定し、積層が困難な領域と判定されればデータの変更が必要と判断する。積層が困難かどうかは、積層する異種材料についてあらかじめ取得した積層相性と積層が困難となる大きさに基づいて判定するとよい。データの変更が必要と判断されると、スライスデータ変更部Ｕ１１０にて積層が困難な領域は接着用データに変更される。 (Formation process of the (i+1)th layer)
Subsequently, the process of forming the material layer of the (i+1)-th layer to be laminated next is started. At this time, the slice data generation unit U11 The material layer data is analyzed (S512). It is determined whether or not the lamination surface of the i-th layer material layer and the (i+1)-th layer material layer includes a region where different materials are laminated, and if so, whether lamination of the region is difficult or not. is determined to be a difficult area, it is determined that the data needs to be changed. Whether or not lamination is difficult may be determined based on the lamination compatibility obtained in advance for different materials to be laminated and the size at which lamination is difficult. If it is determined that the data needs to be changed, the slice data changing unit U110 changes the area where lamination is difficult to the bonding data.

例えば、第ｉ層の第１の造形材料の上に、第１の造形材料とは異なる第２の造形材料を積層する領域を抽出し、その中に積層が困難となる大きさ以上の領域が含まれていれば、データの変更が必要と判断される。そして、データの変更が必要と判断された領域において、第（ｉ＋１）層のデータを、第２の造形材料と第ｉ層と同じ種類の第１の造形材料とが混在する接着用データに変更する（Ｓ５１３）。 For example, a region where a second modeling material different from the first modeling material is layered on top of the first modeling material of the i-th layer is extracted. If it is included, it is determined that the data needs to be changed. Then, in the area determined to require data change, the data for the (i+1)-th layer is changed to gluing data in which the second modeling material and the first modeling material of the same type as the i-th layer are mixed. (S513).

ここでは、データの変更を、第ｉ層と第（ｉ＋１）層のデータを解析して、第（ｉ＋１）層の材料層について行う例を示しているが、この例に限定されるものではない。第（ｉ＋１）層に加えて、第（ｉ＋１）層の次に積層される第（ｉ＋２）層目以降の材料層のデータを接着用データに変更しても良い。また、積層（接着）面の前後複数層のデータを解析し、それらの層の必要な領域についてデータを変更して接着用データを形成しても良い。 Here, an example is shown in which the data of the i-th layer and the (i+1)-th layer are analyzed and the data is changed for the material layer of the (i+1)-th layer, but the present invention is not limited to this example. . In addition to the (i+1)th layer, the data of the (i+2)th and subsequent material layers laminated next to the (i+1)th layer may be changed to the bonding data. Further, data for a plurality of layers before and after the lamination (adhesion) surface may be analyzed, and data for necessary regions of those layers may be changed to form adhesion data.

互いに異なる種類の造形材料が積層される領域は、第（ｉ＋１）層と第ｉ層それぞれのデータの位置情報と材料情報をそれぞれ数値化し、差分をとることによって抽出することができる。例えば第１の構造材料をシアン、第２の構造材料をマゼンタ、サポート材料をイエローというように色情報をスライスデータに与えておき、各位置における色情報の数値の差分をとると良い。あるいは、第１の造形材料を“０”、第２の造形材料を“１”、第３の造形材料を“２”、と数字に置き換えて差分をとっても良い。 Regions in which different types of building materials are laminated can be extracted by digitizing the position information and material information of the data of the (i+1)th layer and the ith layer and taking the difference. For example, color information may be given to the slice data such that the first structural material is cyan, the second structural material is magenta, and the support material is yellow, and the difference between the numerical values of the color information at each position is obtained. Alternatively, the first modeling material is "0", the second modeling material is "1", and the third modeling material is "2".

本実施例では、互いに接して積層される層のデータを解析して異種材料が積層される領域を抽出し、接着用データに変更しているが、これに限定されるものではない。例えば、三次元モデルのスライス情報からスライスデータを生成する際に、異なる種類の造形材料が積層される積層困難な領域を抽出してデータを変更し、あらかじめ接着用データを含むスライスデータに変更しておいても良い。接着用データへの変更は、互いに接して積層される第ｉ層および第（ｉ＋１）層の少なくとも一方について行ってもよいし、積層面の前の複数層または後に積層する複数層に対して行ってもよい。 In this embodiment, the data of the layers laminated in contact with each other are analyzed to extract the regions where the different materials are laminated, and the data are changed to the adhesion data, but the present invention is not limited to this. For example, when generating slice data from the slice information of a 3D model, the data is changed by extracting the difficult-to-stack areas where different types of modeling materials are layered, and the slice data is changed in advance to include adhesive data. You can keep it. The modification to the bonding data may be applied to at least one of the i-th layer and the (i+1)-th layer that are laminated in contact with each other, or may be applied to multiple layers before or after the lamination surface. may

接着層となる第（ｉ＋１）層の材料層は、変更後のデータ（接着用データ）に基づいて、第ｉ層の材料層と同様にして形成される。形成された第（ｉ＋１）層の材料層は、第１の搬送ベルト１１によって積層部Ｕ３へと搬送され、上述の積層プロセス同様に積層面の上に積層される。 The material layer of the (i+1)th layer, which serves as an adhesive layer, is formed in the same manner as the material layer of the ith layer based on the changed data (adhesion data). The formed material layer of the (i+1)th layer is conveyed to the laminating unit U3 by the first conveying belt 11, and is laminated on the lamination surface in the same manner as in the lamination process described above.

第ｉ層の第１の造形材料に対し、接着層である第（ｉ＋１）層に混在する第１の造形材料の割合が少なすぎると、第１と第２の造形材料が混在する領域を第１の造形材料の上に積層することができない。また、混在させる第１の造形材料の割合が多すぎると、第２の造形材料を接着することができず、第ｉ層に第（ｉ＋１）層を積層することができない。 If the ratio of the first modeling material mixed in the (i+1) layer, which is an adhesive layer, is too small for the first modeling material in the i-th layer, the area where the first and second modeling materials are mixed will be the second Cannot be layered on top of one build material. Moreover, if the ratio of the first modeling material to be mixed is too high, the second modeling material cannot be adhered, and the (i+1)th layer cannot be laminated on the ith layer.

そこで、第１と第２の造形材料が混在する領域において、第１の造形材料が占める部分の合計面積をＳ１、第２の造形材料が占める部分の合計面積をＳ２とし、Ｓ１とＳ２の比率と接着力の関係を測定した。具体的には、図８（ａ）のパターンにて、２種類の造形材料のうち一方を１ｍｍ×１ｍｍの正方形パターンに配置した。そしてパターンのピッチ（密度）を変えることによってＳ１とＳ２の関係を変化させて図１２の試験片を作成し、上述と同様に引張せん断強度を測定した。なお、図８（ａ）のＭａはＡＢＳ樹脂、ＭｂはＰＯＭ樹脂である。結果を図１５に示す。 Therefore, in the region where the first and second modeling materials are mixed, the total area of the portion occupied by the first modeling material is S1, the total area of the portion occupied by the second modeling material is S2, and the ratio of S1 and S2 and adhesion strength. Specifically, in the pattern of FIG. 8A, one of the two types of modeling materials was arranged in a square pattern of 1 mm×1 mm. Then, by changing the pitch (density) of the pattern, the relationship between S1 and S2 was changed to prepare the test piece shown in FIG. 12, and the tensile shear strength was measured in the same manner as described above. Note that Ma in FIG. 8A is ABS resin, and Mb is POM resin. The results are shown in FIG.

第１と第２の造形材料が混在する領域において、Ｓ１、Ｓ２は（１）式を満たすのが好ましい。（１）式を満たさない割合で混在する場合（グラフの白抜きの点）は積層不良が生じ、２種類の材料を混在させない場合は積層することができなかった。
０．２≦Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）≦０．８・・・（１） In the area where the first and second modeling materials coexist, S1 and S2 preferably satisfy the formula (1). When the two materials were mixed at a ratio not satisfying the formula (1) (white dots in the graph), lamination failure occurred, and lamination was not possible when the two types of materials were not mixed.
0.2≦S1/(S1+S2)≦0.8 (1)

Ｓ１、Ｓ２が（２）式を満たせば、より好ましい。
０．４２≦Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）≦０．６５・・・（２） It is more preferable if S1 and S2 satisfy the formula (2).
0.42≦S1/(S1+S2)≦0.65 (2)

そして、最も接合力が強くなるのは、Ｓ１、Ｓ２が（３）式を満たすときである。
Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）＝０．５・・・（３） The bonding force is the strongest when S1 and S2 satisfy the formula (3).
S1/(S1+S2)=0.5 (3)

図８（ａ）～（ｃ）に、２種類の造形材料を混在させる場合の配置パターン例を示す。パターンは、特に限定されないが、均一に接着させるためには２種類の造形材料が細かく分散していることが好ましく、少なくとも一方向において２ｍｍ未満の間隔で２種類の材料が交互に配置されているのが特に好ましい。 8A to 8C show examples of arrangement patterns when two types of modeling materials are mixed. Although the pattern is not particularly limited, it is preferable that the two types of modeling materials are finely dispersed in order to adhere uniformly, and the two types of materials are alternately arranged at intervals of less than 2 mm in at least one direction. is particularly preferred.

接着層が積層された後、次に積層される第（ｉ＋２）層の材料層の形成プロセスが開始される（Ｓ５０１～）。第（ｉ＋２）層のデータと、変更された第（ｉ＋１）層のデータとを解析し、第（ｉ＋１）層の材料層および第（ｉ＋２）層の材料層の積層面に異種材料が融着される領域があるかどうかを判断する。そして、異種材料が融着される領域がある場合にデータの変更が必要かどうかを判定し、前述の第（ｉ＋１）層の積層の場合と同様の処理を行う。 After the adhesive layer is laminated, the process of forming the material layer of the (i+2)th layer to be laminated next is started (S501-). The data of the (i+2)th layer and the changed data of the (i+1)th layer are analyzed, and the dissimilar materials are fused to the lamination surfaces of the (i+1)th layer and the (i+2)th layer. Determine if there is an area to be Then, if there is an area where different materials are fused, it is determined whether or not the data needs to be changed, and the same processing as in the case of stacking the (i+1)-th layer described above is performed.

接着層を設けるためにデータ変更した第（ｉ＋１）層と、第（ｉ＋２）層との間に異種材料が融着され、かつ、接合が困難となる領域がない場合は、第（ｉ＋２）層のデータを変更する必要はない。ただし、第ｉ層と第（ｉ＋１）層との接合力をより強固にするため、図９のように、接着層を複数層にわたって形成する場合は、第（ｉ＋２）層のデータも接着用データに変更必要がある。 If different materials are fused between the (i+1)th layer whose data is changed to provide the adhesive layer and the (i+2)th layer and there is no region where bonding is difficult, the (i+2)th layer data does not need to be changed. However, in order to strengthen the bonding strength between the i-th layer and the (i+1)-th layer, as shown in FIG. need to be changed to

接着層を複数層形成する場合、第（ｉ＋２）層の接着層にデータ変更する領域に、第（ｉ＋１）層の材料層とは異なるパターンで材料を混在させるのも好ましい。ただし、図９の（ａ）や（ｂ）に示すように、必ず同じ種類の材料同士が複数層にわたって連続して積層される領域を設けておく。 When a plurality of adhesive layers are formed, it is also preferable to mix materials in a pattern different from that of the material layer of the (i+1)th layer in the area where data is changed to the adhesive layer of the (i+2)th layer. However, as shown in (a) and (b) of FIG. 9, a region in which a plurality of layers of materials of the same kind are continuously laminated is always provided.

接着層を複数層形成する際には、特に、図９（ｂ）のように接着層の積層方向の断面において、異種材料が蟻継ぎ状に設けられているとより強い接合力を得ることができるため好ましい。この場合、あらかじめ接着層の層数を設定しておけば、第（ｉ＋１）層の材料層と第（ｉ＋２）層の材料層との積層面に異種材料同士が融着される領域がない場合でも、設定した層数分のデータを参照して、データを変更することができる。 When forming a plurality of adhesive layers, a stronger bonding force can be obtained particularly when dissimilar materials are provided in a dovetail shape in the cross section of the adhesive layers in the stacking direction as shown in FIG. 9(b). It is preferable because it can be done. In this case, if the number of adhesive layers is set in advance, there is no region where dissimilar materials are fused together on the lamination surface of the (i+1)-th material layer and the (i+2)-th material layer. However, you can refer to the data for the set number of layers and change the data.

以上述べた材料層形成プロセスと積層プロセスを必要回数繰り返すことで、ステージ３４上に所望の造形物が形成される。最後に、ステージ３４から造形物を取り外し、温水など水を含む溶媒で水溶性のサポート部を除去することにより、造形対象物である立体物を製造することができる。なお、サポート部を除去した後、更に、例えば、クリーニング、研磨、組立等の所定の処理を立体物に施してもよい。 A desired modeled object is formed on the stage 34 by repeating the material layer forming process and the stacking process described above a required number of times. Finally, by removing the modeled object from the stage 34 and removing the water-soluble support portion with a solvent containing water such as warm water, a three-dimensional object that is the object to be modeled can be manufactured. After removing the support portion, the three-dimensional object may be further subjected to a predetermined process such as cleaning, polishing, assembly, or the like.

本発明にかかる立体物の造形方法および造形装置によれば、互いに接して積層される第ｉ層と第（ｉ＋１）層との間に異種材料が積層される領域が含まれている場合に、各領域が所定の面積を超えているかどうかを解析する。そして、所定の面積を超えた領域が含まれていると、スライスデータ変更部Ｕ１１にてその領域に接着層を形成するようにデータを変更する。具体的には、接着が困難な領域の第ｉ層または第（ｉ＋１）層のデータを、同種材料が積層される領域と異種材料が積層される領域が混在するパターンを有する接着用データに変更する。これにより、接着が困難な領域を含む材料層の積層を可能にすることができる。その結果、要望に応じて部分的に物理的性質の異なる造形物を作製することが可能となる。 According to the three-dimensional object modeling method and modeling apparatus according to the present invention, when a region in which different materials are laminated is included between the i-th layer and the (i+1)-th layer that are laminated in contact with each other, Analyze whether each region exceeds a predetermined area. Then, if a region exceeding a predetermined area is included, the slice data changing unit U11 changes the data so that an adhesive layer is formed in that region. Specifically, the i-th layer or (i+1)-th layer data in the difficult-to-bond region is changed to bonding data having a pattern in which regions where the same material is laminated and regions where different materials are laminated are mixed. do. This can allow lamination of material layers that include difficult-to-bond regions. As a result, it is possible to produce models having partially different physical properties as desired.

＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る造形装置について説明する。第１実施形態では接着層に２種類の造形材料をパターン状に配置して混在させたが、本実施形態では２種類の材料が予め混合された接着用造形材料を用いる。以下、第１実施形態と共通する部分の説明は割愛し、第２実施形態に特有のプロセスについてのみ説明を行う。 <Second embodiment>
A modeling apparatus according to the second embodiment will be described. In the first embodiment, two types of modeling materials are arranged in a pattern and mixed in the adhesive layer. Hereinafter, the description of the parts common to the first embodiment will be omitted, and only the processes specific to the second embodiment will be described.

本実施形態の造形装置も、図７のフローチャートに従って材料層形成プロセスと積層プロセスを行うことができる。 The modeling apparatus of this embodiment can also perform the material layer formation process and the lamination process according to the flowchart of FIG.

第（ｉ＋１）層の材料層形成プロセスを開始する際、先に積層した第ｉ層と第（ｉ＋１）層のデータから、異種材料が積層される領域が含まれるかどうかを解析する。異種材料が積層される領域が含まれると判断され、その領域における積層が困難と判定されると、第（ｉ＋１）層のデータの変更が必要と判断される。そして、第ｉ層の第１の造形材料からなる領域に、第１の造形材料と第２の造形材料の混合材料からなる領域を積層するように、第（ｉ＋１）層のデータを変更する。なお、本実施形態においても、第ｉ層と第（ｉ＋１）層の少なくとも一方が接着層となるようにデータを変更すればよい。また、接着層は１層でも複数層でも良い。 When starting the material layer formation process for the (i+1)-th layer, the data of the previously laminated i-th layer and the (i+1)-th layer are analyzed to determine whether a region where a different material is laminated is included. If it is determined that a region where a different material is laminated is included and it is determined that lamination in that region is difficult, it is determined that the data of the (i+1)-th layer needs to be changed. Then, the data of the (i+1)-th layer is changed so that the region made of the mixed material of the first modeling material and the second modeling material is layered on the region made of the first modeling material of the i-th layer. Also in this embodiment, the data may be changed so that at least one of the i-th layer and the (i+1)-th layer is an adhesive layer. Also, the adhesive layer may be a single layer or a plurality of layers.

図１０は第２実施形態に係る立体造形装置の材料層形成部の一例を示す模式図である。図１０におけるＭａは第１の造形材料、Ｍｂは第２の造形材料であり、Ｍａ＋Ｍｂは第１の造形材料と第２の造形材料の混合材料（接着用造形材料）である。 FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of a material layer forming unit of a stereolithography apparatus according to the second embodiment. Ma in FIG. 10 is the first modeling material, Mb is the second modeling material, and Ma+Mb is a mixed material (adhesive modeling material) of the first modeling material and the second modeling material.

Ｍａ＋Ｍｂは、第１の造形材料と第２の造形材料の両方が混在する領域を形成する際に用いることができる。例えば、第ｉ層の第１の造形材料で形成される領域の上に、第（ｉ＋１）層の第２の造形材料で形成される領域が積層される場合の接着層の形成に用いることができる。また、第ｉ層の第２の造形材料で形成される領域の上に、第（ｉ＋１）層の第１の造形材料で形成される領域が積層される場合の接着層の形成に用いることができる。 Ma+Mb can be used when forming a region in which both the first building material and the second building material are mixed. For example, it can be used to form an adhesive layer when a region formed of the second modeling material of the (i+1)th layer is laminated on a region formed of the first modeling material of the i-th layer. can. In addition, it can be used to form an adhesive layer when the region formed of the first modeling material of the (i+1)th layer is laminated on the region formed of the second modeling material of the i-th layer. can.

ここで、ＭａとしてＡＢＳ樹脂の粉末とＭｂとしてＰＯＭ樹脂の粉末の混合比を変えた接着用造形材料を用いて接着層を形成し、実施例１と同様の試験片を造形して、同様に引張せん断試験により接合力を評価した。結果を図１６に示す。図１５の結果と同様、ＰＯＭの割合が５０％であるときに最も高い接合力が得られ、その一方でＰＯＭの混合比が１０％以下もしくは９０％以上であると積層不良を生じた。つまり、接着用造形材料に混合する第１の造形材料が少なすぎると、接着用造形材料と第１の造形材料とを固着できず、積層することができない。一方、第１の造形材料が多すぎると接着用造形材料と第２の造形材料とを固着できず、積層することができない。 Here, an adhesive layer was formed using a molding material for adhesion in which the mixing ratio of ABS resin powder as Ma and POM resin powder as Mb was changed, and the same test piece as in Example 1 was formed. Bond strength was evaluated by a tensile shear test. The results are shown in FIG. Similar to the results of FIG. 15, the highest bonding strength was obtained when the POM ratio was 50%, while lamination defects occurred when the POM mixture ratio was 10% or less or 90% or more. In other words, if the amount of the first modeling material to be mixed with the adhesive modeling material is too small, the adhesive modeling material and the first modeling material cannot be fixed together and cannot be laminated. On the other hand, if the amount of the first modeling material is too large, the adhesive modeling material and the second modeling material cannot be fixed together, and cannot be laminated.

そこで、接着用造形材料に含まれる第１の造形材料の体積の合計をＶ１、第２の造形材料の体積の合計をＶ２としたとき、（４）式を満たすのが好ましい。
０．２≦Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）≦０．８・・・（４） Therefore, when the total volume of the first modeling material contained in the adhesive modeling material is V1 and the total volume of the second modeling material is V2, it is preferable to satisfy the formula (4).
0.2≦V1/(V1+V2)≦0.8 (4)

より好ましくは下記の（５）式を満たす場合であり、
０．３＜Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）＜０．７・・・（５）
最も接着力が良好となるのは（６）式を満たす場合である。
Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）＝０．５・・・（６） More preferably, the following formula (5) is satisfied,
0.3<V1/(V1+V2)<0.7 (5)
The best adhesion is obtained when the formula (6) is satisfied.
V1/(V1+V2)=0.5 (6)

以上述べたように、本実施形態においても、互いに接して積層される層のデータを解析し、異なる種類の造形材料同士が積層される領域が存在する場合には、少なくとも１層以上の接着層を形成する。具体的には、積層が困難な領域のデータを、先に積層される層と同じ種類の造形材料と異なる種類の造形材料とが混在するよう、これらの材料が混合された接着用造形材料を配置する接着用データに変更する。これにより、異なる種類の造形材料同士の積層を実現することができる。その結果、要望に応じて部分的に物理的性質の異なる造形物を作製することが可能となる。 As described above, also in this embodiment, the data of the layers laminated in contact with each other is analyzed, and if there is an area where different types of modeling materials are laminated, at least one or more adhesive layers to form Specifically, the data of the area where lamination is difficult is used for adhesive modeling materials that are mixed so that the same type of modeling material as the layer to be laminated first and a different type of modeling material are mixed. Change to the adhesive data to be placed. Thereby, lamination of different types of modeling materials can be achieved. As a result, it is possible to produce models having partially different physical properties as desired.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes are possible within the scope of the gist.

Ｕ１ 制御部
Ｕ２ 材料層形成部
Ｕ３ 積層部
Ｕ１１ スライスデータ生成部
Ｕ１１０ スライスデータ変更部Ｕ１１０
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 材料像形成部
１１ 第１の搬送ベルト（第１の搬送体）
３０ 第２の搬送ベルト（第２の搬送体）
３３ ヒーター
３４ ステージ U1 control unit U2 material layer formation unit U3 stacking unit U11 slice data generation unit U110 slice data change unit U110
10, 10a, 10b, 10c, 10d material image forming section 11 first transport belt (first transport body)
30 second conveyor belt (second conveyor)
33 heater 34 stage

Claims (22)

三次元モデルの三次元形状データから生成され、造形材料の種類およびその配置の情報を含む、複数のスライスデータに対して処理をおこなうデータ処理装置であって、
前記複数のスライスデータに含まれる第ｉ層のスライスデータと第（ｉ＋１）層のスライスデータとを解析して、第１の造形材料の上に、前記第１の造形材料とは異なる第２の造形材料が積層される第１領域を抽出し、前記第１領域の面積と所定値とを比較して、前記第１領域の面積が前記所定値以上の場合には、
前記第ｉ層のスライスデータおよび前記第（ｉ＋１）層のスライスデータの少なくとも一方のうちの前記第１領域に対応するデータを、前記第ｉ層の前記第１の造形材料と前記第（ｉ＋１）層の前記第２の造形材料とが接する第１部分と、前記第ｉ層と前記第（ｉ＋１）層の同種材料同士が接する第２部分とが、前記第１領域に対応する第２領域内に混在するようなデータに変更することを特徴とするデータ処理装置。 A data processing device that processes a plurality of slice data generated from three-dimensional shape data of a three-dimensional model and including information on the type of modeling material and its arrangement,
The slice data of the i-th layer and the slice data of the (i+1)-th layer included in the plurality of slice data are analyzed , and a second modeling material different from the first modeling material is formed on the first modeling material. Extract the first region where the modeling material is laminated, compare the area of the first region with a predetermined value, and if the area of the first region is equal to or greater than the predetermined value,
Data corresponding to the first region of at least one of slice data of the i-th layer and slice data of the (i+1)-th layer is combined with the first modeling material of the i-th layer and the (i+1)-th layer. A first portion of the layer in contact with the second modeling material, and a second portion in which the same kind of materials of the i-th layer and the (i+1)-th layer are in contact with each other are in a second region corresponding to the first region. A data processing device characterized in that the data is changed to data that is mixed with the data. 前記第１の造形材料の上に前記第２の造形材料が積層される前記第１部分が、前記第２領域内にパターン状に設けられるように、前記第ｉ層のスライスデータおよび前記第（ｉ＋１）層のスライスデータの少なくとも一方のうちの前記第１領域に対応する前記データを変更することを特徴とする請求項１に記載のデータ処理装置。 The slice data of the i- th layer and the i- th ( 2. The data processing apparatus according to claim 1, wherein said data corresponding to said first region in at least one of the i+1) layer slice data is changed. 前記第２領域において、前記第１の造形材料の上に前記第２の造形材料が積層される前記第１部分のピッチが、少なくとも一方向において２ｍｍ未満であることを特徴とする請求項２に記載のデータ処理装置。 3. The method according to claim 2 , wherein, in the second region, the pitch of the first portion in which the second modeling material is laminated on top of the first modeling material is less than 2 mm in at least one direction. Data processing apparatus as described. 前記第２領域において、前記第１の造形材料が占める面積をＳ１、第２の造形材料が占める面積をＳ２としたとき、
０．２≦Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）≦０．８
を満たすことを特徴とする請求項２または３に記載のデータ処理装置。 In the second region , when the area occupied by the first modeling material is S1 and the area occupied by the second modeling material is S2,
0.2≦S1/(S1+S2)≦0.8
4. The data processing apparatus according to claim 2, wherein: 三次元モデルの三次元形状データから生成され、造形材料の種類およびその配置の情報を含む、複数のスライスデータに対して処理をおこなうデータ処理装置であって、
前記複数のスライスデータに含まれる第ｉ層のスライスデータと第（ｉ＋１）層のスライスデータとを解析して第１の造形材料の上に、前記第１の造形材料とは異なる第２の造形材料が積層される第１領域を抽出し、前記第１領域の面積と所定値とを比較して、前記第１領域の面積が前記所定値以上の場合には、
前記第ｉ層のスライスデータおよび前記第（ｉ＋１）層のスライスデータの少なくとも一方のうちの前記第１領域に対応するデータを、前記第１領域に対応する第２領域に前記第１の造形材料と前記第２の造形材料との混合材料を配置するデータに変更し、
前記第ｉ層および前記第（ｉ＋１）層の一方に配置される前記混合材料と前記第ｉ層および前記第（ｉ＋１）層の他方とが前記第２領域において接し、前記第ｉ層と前記第（ｉ＋１）層の同種材料同士が前記第２領域とは別の第３領域において接するようにすることを特徴とするデータ処理装置。 A data processing device that processes a plurality of slice data generated from three-dimensional shape data of a three-dimensional model and including information on the type of modeling material and its arrangement,
By analyzing the i-th layer slice data and the (i+1)-th layer slice data included in the plurality of slice data, a second modeling material different from the first modeling material is formed on the first modeling material. The first region where the material is laminated is extracted, the area of the first region is compared with a predetermined value, and if the area of the first region is equal to or greater than the predetermined value,
Data corresponding to the first region of at least one of slice data of the i-th layer and slice data of the (i+1)-th layer is transferred to a second region corresponding to the first region by the first modeling material. and the data for arranging a mixed material of the second modeling material ,
The mixed material arranged in one of the i-th layer and the (i+1)-th layer and the other of the i-th layer and the (i+1)-th layer are in contact with each other in the second region, and (i+1) A data processing device, wherein the materials of the same kind in the layer (i+1) are in contact with each other in a third region different from the second region . 前記第２領域において、前記第１の造形材料が占める体積の合計をＶ１、前記第２の造形材料が占める体積の合計をＶ２としたとき、前記混合材料が、
０．２≦Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）≦０．８
を満たすことを特徴とする請求項５に記載のデータ処理装置。 In the second region, when the total volume occupied by the first modeling material is V1 and the total volume occupied by the second modeling material is V2, the mixed material is
0.2≤V1/(V1+V2)≤0.8
6. The data processing apparatus according to claim 5, wherein: 請求項１から６のいずれか１項に記載のデータ処理装置と、前記スライスデータに基づいて造形材料を積層する積層部と、を備えることを特徴とする造形システム。 A modeling system comprising: the data processing device according to any one of claims 1 to 6; and a stacking unit that stacks modeling materials based on the slice data. 三次元モデルの三次元形状データから生成され、造形材料の種類およびその配置の情報を含む、複数のスライスデータに対しておこなうデータ処理方法であって、
前記複数のスライスデータに含まれる第ｉ層のスライスデータと第（ｉ＋１）層のスライスデータとを解析して、第１の造形材料の上に前記第１の造形材料とは異なる第２の造形材料が積層される第１領域を抽出するステップと、
前記第１領域の面積と所定値とを比較して、前記第１領域の面積が前記所定値以上の場合には、前記第ｉ層のスライスデータおよび前記第（ｉ＋１）層のスライスデータの少なくとも一方のうちの前記第１領域に対応するデータを、前記第ｉ層の前記第１の造形材料と前記第（ｉ＋１）層の前記第２の造形材料とが接する第１部分と、前記第ｉ層と前記第（ｉ＋１）層の同種材料同士が接する第２部分とが、前記第１領域に対応する第２領域内に混在するようなデータに変更するステップと、
を含むことを特徴とするデータ処理方法。 A data processing method for a plurality of slice data generated from three-dimensional shape data of a three-dimensional model and including information on the type of modeling material and its arrangement,
Analyzing the slice data of the i-th layer and the slice data of the (i+1)-th layer included in the plurality of slice data, a second modeling material different from the first modeling material is formed on the first modeling material. extracting a first region where the material is deposited;
The area of the first region is compared with a predetermined value, and if the area of the first region is equal to or greater than the predetermined value, at least slice data of the i-th layer and slice data of the (i+1)-th layer The data corresponding to the first region of one of the first regions is the first portion where the first modeling material of the i-th layer and the second modeling material of the (i+1)-th layer are in contact, and the i-th a step of changing data such that a layer and a second portion where the same material of the (i+1)-th layer is in contact with each other are mixed in a second region corresponding to the first region ;
A data processing method comprising: 前記第１の造形材料の上に前記第２の造形材料が積層される前記第１部分が、前記第２領域内にパターン状に設けられるように、前記第ｉ層のスライスデータおよび前記第（ｉ＋１）層のスライスデータの少なくとも一方のうちの前記第１領域に対応する前記データを変更することを特徴とする請求項８に記載のデータ処理方法。 The slice data of the i- th layer and the i- th ( 9. The data processing method according to claim 8, wherein said data corresponding to said first region in at least one of the i+1) layer slice data is changed. 前記第２領域において、前記第１の造形材料の上に前記第２の造形材料が積層される前記第１部分のピッチが、少なくとも一方向において２ｍｍ未満であることを特徴とする請求項９に記載のデータ処理方法。 10. The method according to claim 9, wherein, in the second region, the pitch of the first portion in which the second modeling material is laminated on top of the first modeling material is less than 2 mm in at least one direction. Data processing method as described. 前記第２領域において、前記第１の造形材料が占める面積をＳ１、第２の造形材料が占める面積をＳ２としたとき、
０．２≦Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）≦０．８
を満たすことを特徴とする請求項９または１０に記載のデータ処理方法。 In the second region , when the area occupied by the first modeling material is S1 and the area occupied by the second modeling material is S2,
0.2≦S1/(S1+S2)≦0.8
11. The data processing method according to claim 9, wherein: 三次元モデルの三次元形状データから生成され、造形材料の種類およびその配置の情報を含む、複数のスライスデータに対しておこなうデータ処理方法であって、
前記複数のスライスデータに含まれる第ｉ層のスライスデータと第（ｉ＋１）層のスライスデータとを解析して、第１の造形材料の上に前記第１の造形材料とは異なる第２の造形材料が積層される第１領域を抽出するステップと、
前記第１領域の面積と所定値とを比較して、前記第１領域の面積が前記所定値以上の場合には、前記第ｉ層のスライスデータおよび前記第（ｉ＋１）層のスライスデータの少なくとも一方のうちの前記第１領域に対応するデータを、前記第１領域に対応する第２領域に前記第１の造形材料と前記第２の造形材料との混合材料を配置するデータに変更し、
前記第ｉ層および前記第（ｉ＋１）層の一方に配置される前記混合材料と前記第ｉ層および前記第（ｉ＋１）層の他方とが前記第２領域において接し、前記第ｉ層と前記第（ｉ＋１）層の同種材料同士が前記第２領域とは別の第３領域において接するようにすることを特徴とするデータ処理方法。 A data processing method for a plurality of slice data generated from three-dimensional shape data of a three-dimensional model and including information on the type of modeling material and its arrangement,
Analyzing the slice data of the i-th layer and the slice data of the (i+1)-th layer included in the plurality of slice data, a second modeling material different from the first modeling material is formed on the first modeling material. extracting a first region where the material is deposited;
The area of the first region is compared with a predetermined value, and if the area of the first region is equal to or greater than the predetermined value, at least slice data of the i-th layer and slice data of the (i+1)-th layer changing one of the data corresponding to the first region to data for arranging a mixed material of the first modeling material and the second modeling material in a second region corresponding to the first region ;
The mixed material arranged in one of the i-th layer and the (i+1)-th layer and the other of the i-th layer and the (i+1)-th layer are in contact with each other in the second region, and A data processing method , wherein materials of the same kind in the (i+1) layer are brought into contact with each other in a third region different from the second region . 前記第２領域において、前記第１の造形材料が占める体積の合計をＶ１、前記第２の造形材料が占める体積の合計をＶ２としたとき、前記混合材料が、
０．２≦Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）≦０．８
を満たすことを特徴とする請求項１２に記載のデータ処理方法。 In the second region , when the total volume occupied by the first modeling material is V1 and the total volume occupied by the second modeling material is V2, the mixed material is
0.2≤V1/(V1+V2)≤0.8
13. The data processing method according to claim 12, wherein: データ処理装置に、請求項８から１３のいずれか一項に記載のデータ処理方法を実行させるためのプログラム。 A program for causing a data processing device to execute the data processing method according to any one of claims 8 to 13. 三次元モデルの三次元形状データから生成される複数のスライスデータに基づいて造形材料を積層する立体物の製造方法であって、
前記複数のスライスデータに含まれる第ｉ層のスライスデータと第（ｉ＋１）層のスライスデータに基づくと、第１の造形材料の上に第１の造形材料とは異なる第２の造形材料が積層される第１領域が所定値以上の面積で形成される場合には、
前記第ｉ層および前記第（ｉ＋１）層を、前記第ｉ層の前記第１の造形材料と前記第（ｉ＋１）層の前記第２の造形材料とが接する第１部分と、前記第ｉ層と前記第（ｉ＋１）層の同種材料同士が接する第２部分とが、前記第１領域に対応する領域内に混在するように積層することを特徴とする立体物の製造方法。 A three-dimensional object manufacturing method for layering modeling materials based on a plurality of slice data generated from three-dimensional shape data of a three-dimensional model,
Based on the slice data of the i-th layer and the slice data of the (i+1)-th layer included in the plurality of slice data, a second modeling material different from the first modeling material is laminated on the first modeling material. When the first region to be formed is formed with an area equal to or larger than a predetermined value,
The i-th layer and the (i+1)-th layer are the first part where the first modeling material of the i-th layer and the second modeling material of the (i+1)-th layer are in contact, and the i-th layer and a second portion of the (i+1)-th layer in which the same kind of material is in contact with each other are laminated in a region corresponding to the first region. 前記第１の造形材料の上に前記第２の造形材料が積層される前記第１部分が、前記第１領域内にパターン状に設けられるように、前記第ｉ層のスライスデータおよび前記第（ｉ＋１）層のスライスデータの少なくとも一方のうちの前記第１領域に対応するデータを変更することを特徴とする請求項１５に記載の立体物の製造方法。 The slice data of the i- th layer and the i- th ( 16. The method of manufacturing a three-dimensional object according to claim 15, wherein data corresponding to the first region in at least one slice data of the i+1) layer is changed. 前記領域において、前記第１の造形材料の上に前記第２の造形材料が積層される前記第１部分のピッチが、少なくとも一方向において２ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１６に記載の立体物の製造方法。 17. The method according to claim 16, characterized in that the pitch of the first parts in which the second build material is laminated on top of the first build material in the region is less than 2 mm in at least one direction. A three-dimensional object manufacturing method. 前記変更の後のデータの前記第１領域において、前記第１の造形材料が占める面積をＳ１、第２の造形材料が占める面積をＳ２としたとき、
０．２≦Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）≦０．８
を満たすことを特徴とする請求項１６または１７に記載の立体物の製造方法。 In the first region of the data after the change, when the area occupied by the first modeling material is S1 and the area occupied by the second modeling material is S2,
0.2≦S1/(S1+S2)≦0.8
18. The method for producing a three-dimensional object according to claim 16 or 17, wherein 三次元モデルの三次元形状データから生成される複数のスライスデータに基づいて造形材料を積層する立体物の製造方法であって、
前記複数のスライスデータに含まれる第ｉ層のスライスデータと第（ｉ＋１）層のスライスデータに基づくと、第１の造形材料の上に前記第１の造形材料とは異なる第２の造形材料が積層される第１領域が所定値以上の面積で形成される場合には、
前記第ｉ層および前記第（ｉ＋１）層の一方に配置された第１の造形材料と第２の造形材料との混合材料と前記混合材料と前記第ｉ層および前記第（ｉ＋１）層の他方とが前記第１領域に対応する第２領域において接し、前記第ｉ層と前記第（ｉ＋１）層の同種材料同士が前記第２領域とは別の第３領域において接するようにすることを特徴とする立体物の製造方法。 A three-dimensional object manufacturing method for layering modeling materials based on a plurality of slice data generated from three-dimensional shape data of a three-dimensional model,
Based on the i-th layer slice data and the (i+1)-th layer slice data included in the plurality of slice data, a second modeling material different from the first modeling material is formed on the first modeling material. When the first region to be laminated is formed with an area equal to or greater than a predetermined value,
A mixed material of a first modeling material and a second modeling material arranged in one of the i-th layer and the (i+1)-th layer, and the mixed material and the other of the i-th layer and the (i+1)-th layer are in contact with each other in a second region corresponding to the first region, and the same materials of the i-th layer and the (i+1)-th layer are in contact with each other in a third region different from the second region. A method for manufacturing a three-dimensional object. 前記第２領域において、前記第１の造形材料が占める体積の合計をＶ１、前記第２の造形材料が占める体積の合計をＶ２としたとき、前記混合材料が
０．２≦Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）≦０．８
を満たすことを特徴とする請求項１９に記載の立体物の製造方法。 In the second region, when the total volume occupied by the first modeling material is V1 and the total volume occupied by the second modeling material is V2, the mixed material is 0.2≦V1/(V1+V2). ≦0.8
The method for producing a three-dimensional object according to claim 19, wherein the following is satisfied. 三次元モデルの三次元形状データから生成され、造形材料の種類およびその配置の情報を含む複数のスライスデータに含まれる、第ｉ層のスライスデータと第（ｉ＋１）層のススライスデータとを解析して、第１の造形材料の上に前記第１の造形材料とは異なる第２の造形材料が積層される第１領域を抽出するステップと、
前記第１領域の面積と所定値とを比較して、前記第１領域の面積が前記所定値以上の場合には、前記第ｉ層のスライスデータおよび前記第（ｉ＋１）層のスライスデータの少なくとも一方のうちの前記第１領域に対応するデータを、前記第ｉ層の前記第１の造形材料と前記第（ｉ＋１）層の前記第２の造形材料とが接する第１部分と、前記第ｉ層と前記第（ｉ＋１）層の同種材料同士が接する第２部分とが、前記第１領域に対応する第２領域内に混在するようなデータに変更するステップと、
をデータ処理方法に実行させることを特徴とするプログラム。 Analyze slice data of the i-th layer and slice data of the (i+1)-th layer, which are generated from the three-dimensional shape data of the three-dimensional model and included in a plurality of slice data containing information on the type of modeling material and its arrangement. extracting a first region in which a second modeling material different from the first modeling material is layered on the first modeling material;
The area of the first region is compared with a predetermined value, and if the area of the first region is equal to or greater than the predetermined value, at least slice data of the i-th layer and slice data of the (i+1)-th layer The data corresponding to the first region of one of the first regions is the first portion where the first modeling material of the i-th layer and the second modeling material of the (i+1)-th layer are in contact, and the i-th a step of changing data such that a layer and a second portion of the (i+1)-th layer where the same material is in contact with each other are mixed in a second region corresponding to the first region;
A program characterized by causing a data processing method to execute 前記データを変更するステップにおいて、前記第ｉ層のスライスデータおよび前記第（ｉ＋１）層のスライスデータの少なくとも一方のうちの前記第１領域に対応するデータを、前記第１の造形材料の上に前記第２の造形材料が積層される前記第１部分が、前記第２領域内にパターン状に設けられるように変更することを特徴とする請求項２１に記載のプログラム。

In the step of changing the data, data corresponding to the first region of at least one of the slice data of the i-th layer and the slice data of the (i+1) -th layer is transferred onto the first modeling material. 22. The program according to claim 21 , wherein the first portion , on which the second modeling material is laminated, is provided in a pattern in the second region.
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