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JP2007021705A - Three-dimensional molding method and device - Google Patents

Three-dimensional molding method and device Download PDF

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JP2007021705A
JP2007021705A JP2005211910A JP2005211910A JP2007021705A JP 2007021705 A JP2007021705 A JP 2007021705A JP 2005211910 A JP2005211910 A JP 2005211910A JP 2005211910 A JP2005211910 A JP 2005211910A JP 2007021705 A JP2007021705 A JP 2007021705A
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Japan
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dimensional
modeling
contour
offset
auxiliary material
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Application number
JP2005211910A
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Japanese (ja)
Inventor
Motokuni Kinoshita
元邦 木下
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Roland DG Corp
Original Assignee
Roland DG Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To surely prepare a three-dimensional molded object by preventing dissociation of a part formed by an auxiliary material at the time of cutting and a part formed by a molding material. <P>SOLUTION: The contour of a three-dimensional shape of the three-dimensional molded object to be prepared is projected on two-dimensional plane. The contour projected on the two-dimensional plane is offset by prescribed quantity in a prescribed direction. At least one of the cutting for the three-dimensional shape corresponding to a contour position before the offset at the inside of the offset contour and the cutting for the three-dimensional shape corresponding to the contour position before the offset at the outside of the offset contour is performed in a state in which a region formed by either one of the auxiliary material and the molding material is supported by a region formed by other materials different from the materials forming the former region. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、三次元造形方法および三次元造形装置に関し、さらに詳細には、補助材料により形成される補助材層と造形材料により形成される造形材層とを積層しながら三次元の空間的広がりをもつ物体たる三次元造形物を作製する三次元造形方法および三次元造形装置に関する。   The present invention relates to a three-dimensional modeling method and a three-dimensional modeling apparatus, and more specifically, three-dimensional spatial expansion while laminating an auxiliary material layer formed of an auxiliary material and a modeling material layer formed of a modeling material. The present invention relates to a three-dimensional modeling method and a three-dimensional modeling apparatus that produce a three-dimensional modeled object.

従来より、補助材料で形成された補助材層の所定部分を、エンドミルなどの切削ツールなどで切削して除去した後、当該除去された部分に造形材料によって造形材層を形成して、これらを繰り返し行うことにより、二次元的な断面形状が積層させるようにして所望の三次元造形物を得ることができるようにした三次元造形装置が知られている(例えば、特許文献1)。   Conventionally, after a predetermined portion of the auxiliary material layer formed of the auxiliary material is removed by cutting with a cutting tool such as an end mill, a modeling material layer is formed on the removed portion with a modeling material, and these are removed. A three-dimensional modeling apparatus is known in which a desired three-dimensional modeled object can be obtained by repeatedly performing a two-dimensional cross-sectional shape by laminating (for example, Patent Document 1).

上記したような三次元造形装置においては、既に形成された第一層(図1(a)参照)上に第二層が積層される為、第二層の補助材層は、第一層の造形材層に対する相互接着力でもって固定される(図1(b)参照)。そして、第二層の補助材層が切削ツールたるエンドミルによって切削成形されるものである(図1(c)参照)。   In the 3D modeling apparatus as described above, since the second layer is laminated on the already formed first layer (see FIG. 1A), the second auxiliary layer is the first layer. They are fixed with mutual adhesive strength to the modeling material layer (see FIG. 1B). Then, the auxiliary material layer of the second layer is cut and formed by an end mill as a cutting tool (see FIG. 1C).

しかしながら、作製する三次元造形物の形状や大きさ、造形材料ならびに補助材料の種類などによっては、相互接着力が切削ツールによる切削抵抗に負けてしまい、造形材層上に積層された補助材層を切削成形する過程で第一層の造形材層と第二層の補助材層とが解離してしまい(図1(d)に示す破線参照)、結果的に三次元造形物を造形することができないという恐れがあった。
特開平8−318573号公報
However, depending on the shape and size of the three-dimensional structure to be produced, the type of modeling material and auxiliary material, etc., the mutual adhesive force is lost to the cutting resistance by the cutting tool, and the auxiliary material layer laminated on the modeling material layer The first modeling material layer and the second auxiliary material layer are dissociated in the process of cutting and molding (see the broken line shown in FIG. 1 (d)), and as a result, a three-dimensional structure is formed. There was a fear that they could not.
JP-A-8-318573

本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、切削の際に補助材料によって形成された部分と造形材料によって形成された部分とが解離するのを防止して、三次元造形物を確実に作製できるようにした三次元造形方法および三次元造形装置を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of the various problems of the conventional techniques as described above, and the object of the present invention is to be formed by a part formed by an auxiliary material and a modeling material at the time of cutting. It is intended to provide a three-dimensional modeling method and a three-dimensional modeling apparatus capable of preventing a dissociated portion from being separated and reliably producing a three-dimensional modeled object.

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項1に記載の発明は、補助材料によって形成された補助材層を切削する工程と造形材料によって形成された造形材層を切削する工程とを繰り返し行った後、上記補助材層を除去して上記造形材層からなる三次元造形物を作製する三次元造形方法において、作製する三次元造形物の三次元形状の輪郭を二次元平面上に投影し、当該二次元平面上に投影された輪郭を所定の方向へ所定の量だけオフセットして、当該オフセットした輪郭の内側における三次元形状のための切削と、当該オフセットした輪郭の外側における三次元形状のための切削との少なくともいずれか一方は、補助材料と造形材料とのいずれか一方の材料によって形成された領域が、上記領域を形成する材料とは異なる他方の材料によって形成された領域により支持された状態で行なうようにしたものである。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of the present invention includes a step of cutting an auxiliary material layer formed of an auxiliary material and a step of cutting a modeling material layer formed of a modeling material. After repeatedly performing the three-dimensional modeling method of removing the auxiliary material layer and preparing the three-dimensional modeled object composed of the modeling material layer, the contour of the three-dimensional shape of the three-dimensional modeled object to be manufactured is set on a two-dimensional plane. Projecting and offsetting the contour projected on the two-dimensional plane by a predetermined amount in a predetermined direction, cutting for a three-dimensional shape inside the offset contour, and a tertiary on the outside of the offset contour At least one of the cutting for the original shape is performed by changing the region formed by one of the auxiliary material and the modeling material to the other material different from the material forming the region. Is obtained to carry out while being supported by the area formed me.

また、本発明のうち請求項2に記載の発明は、作製する三次元造形物の三次元形状を示す三次元モデルデータから、上記三次元形状のXYZ直交座標系における輪郭を抽出する第1の段階と、上記第1の段階で抽出された輪郭を、XYZ直交座標系におけるXY平面に投影する第2の段階と、上記第2の段階で投影された輪郭を、上記XY平面において所定の方向へ所定の量だけオフセットしてオフセット輪郭を取得する第3の段階と、上記第3の段階で取得された上記オフセット輪郭の内側と外側とに分けて、上記三次元造形物の作製のためのツールのツールパスを示す加工パスデータを生成する第4の段階と、上記第4の段階で生成された上記加工パスデータに従って、オフセット前の輪郭位置が上記オフセット輪郭の内側または外側のいずれであるかに対応して、補助材料と造形材料とのいずれか一方の材料によって形成された領域を、上記領域を形成する材料とは異なる他方の材料によって形成された領域により支持する状態を生じさせ、上記補助材料によって形成された領域を切削する工程と上記造形材料によって形成された領域を切削する工程とを繰り返し行う第5の段階とを有するようにしたものである。   Moreover, the invention according to claim 2 of the present invention is a first method for extracting a contour in an XYZ orthogonal coordinate system of the three-dimensional shape from three-dimensional model data indicating the three-dimensional shape of the three-dimensional structure to be produced. A second stage in which the contour extracted in the first stage is projected onto an XY plane in an XYZ Cartesian coordinate system; and the contour projected in the second stage is projected in a predetermined direction on the XY plane. For the production of the three-dimensional structure, it is divided into a third stage for obtaining an offset contour by offsetting a predetermined amount and an inner side and an outer side of the offset contour obtained in the third stage. According to the fourth stage of generating machining path data indicating the tool path of the tool and the machining path data generated in the fourth stage, the contour position before the offset is inside or outside of the offset contour. Corresponding to the deviation, the state formed by supporting the region formed by one of the auxiliary material and the modeling material by the region formed by the other material different from the material forming the region. And a fifth step of repeatedly performing the step of cutting the region formed by the auxiliary material and the step of cutting the region formed by the modeling material.

また、本発明のうち請求項3に記載の発明は、補助材料によって形成された領域を切削する工程と造形材料によって形成された領域を切削する工程とを繰り返し行って三次元造形物を作製する三次元造形装置において、補助材料を塗布すべき領域と所定の間隔を開けて位置する吐出口から飛滴状に上記補助材料を吐出する補助材料塗布手段と、造形材料を塗布すべき領域と所定の間隔を開けて位置する吐出口から飛滴状に上記造形材料を吐出する造形材料塗布手段と、上記補助材料塗布手段から吐出された上記補助材料と上記造形材料塗布手段から吐出された上記造形材料とによって、三次元造形物が作製される加工用テーブルと、上記補助材料によって形成された領域または上記造形材料によって形成された領域を切削する切削手段と、上記補助材料塗布手段、上記造形材料塗布手段ならびに上記切削手段が、上記加工用テーブルに対して相対的に三次元方向で移動するように駆動する駆動手段と、作製する三次元造形物の三次元形状の輪郭を二次元平面上に投影し、当該二次元平面上に投影された輪郭を所定の方向へ所定の量だけオフセットし、当該オフセットした輪郭の内側と外側とに分けて、上記三次元造形物の作製のための上記補助材料塗布手段、上記造形材料塗布手段ならびに上記切削手段の移動経路を示す加工パスデータを生成し、当該生成された加工パスデータに従って上記駆動手段を駆動して、上記オフセットした輪郭の内側における三次元形状のための切削と、上記オフセットした輪郭の外側における三次元形状のための切削との少なくともいずれか一方は、上記補助材料と上記造形材料とのいずれか一方の材料によって形成された領域が、上記領域を形成する材料とは異なる他方の材料によって支持された状態で行なうように制御する制御手段とを有するようにしたものである。   Moreover, invention of Claim 3 among this invention produces a three-dimensional structure by repeatedly performing the process of cutting the area | region formed with the auxiliary material, and the process of cutting the area | region formed with modeling material. In the three-dimensional modeling apparatus, auxiliary material application means for discharging the auxiliary material in the form of droplets from a discharge port located at a predetermined interval from a region to which the auxiliary material is applied, and a region to which the modeling material is to be applied The modeling material application means for discharging the modeling material in the form of droplets from a discharge port located with a gap between, the auxiliary material discharged from the auxiliary material application means, and the modeling material discharged from the modeling material application means A processing table for producing a three-dimensional structure by the material, a cutting means for cutting an area formed by the auxiliary material or an area formed by the modeling material, Auxiliary material application means, the modeling material application means and the cutting means are driven such that the cutting means moves relative to the processing table in a three-dimensional direction, and the three-dimensional shape of the three-dimensional structure to be produced. The above-mentioned 3D modeling is performed by projecting the contour of the contour onto the two-dimensional plane, offsetting the contour projected onto the two-dimensional plane by a predetermined amount in a predetermined direction, and dividing the offset contour into the inside and the outside. Generating the processing path data indicating the movement path of the auxiliary material applying means, the modeling material applying means and the cutting means for manufacturing the object, and driving the driving means according to the generated processing path data; At least one of cutting for a three-dimensional shape inside the offset contour and cutting for a three-dimensional shape outside the offset contour is: And a control means for controlling the region formed by one of the auxiliary material and the modeling material to be performed in a state where the region is supported by the other material different from the material forming the region. It is a thing.

また、本発明のうち請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、上記造形材料は照射された光によって硬化する光硬化樹脂であり、上記造形材料塗布手段から吐出された上記造形材料に光を照射して上記光硬化樹脂を硬化させる光照射手段を有するようにしたものである。   Moreover, invention of Claim 4 among this invention is the photocurable resin which the said modeling material hardens | cures with the irradiated light in the invention of Claim 3, and was discharged from the said modeling material application means. It has light irradiation means for irradiating the modeling material with light to cure the photo-curing resin.

本発明は、切削の際に補助材料によって形成された部分と造形材料によって形成された部分とが解離するのを防止して、三次元造形物を確実に作製できるという優れた効果を奏する。   The present invention has an excellent effect that a part formed by an auxiliary material and a part formed by a modeling material can be prevented from dissociating at the time of cutting, and a three-dimensional structure can be reliably manufactured.

以下、添付の図面に基づいて、本発明による三次元造形方法および三次元造形装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。   Hereinafter, an example of an embodiment of a 3D modeling method and a 3D modeling apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図2には、本発明による三次元造形方法を実現する三次元造形装置の実施の形態の一例の概略構成説明図が示されている。この図2に示す三次元造形装置10は、上下方向に延長した略四角柱状の一対の支持部12L、12Rと、当該支持部12L、12Rを連結する底部12Bとにより構成されたU字型状の門型アーム部12を備えている。さらに一対の支持部12L、12Rの各々の上端部に支持されたレール部14と、レール部14にXYZ直交座標系におけるX軸方向(図2の座標系を示す参考図参照)に所定範囲内で移動自在に配設されたキャリッジ16を有する。   FIG. 2 shows a schematic configuration explanatory diagram of an example of an embodiment of a three-dimensional modeling apparatus that realizes a three-dimensional modeling method according to the present invention. The three-dimensional modeling apparatus 10 shown in FIG. 2 is formed in a U-shape formed by a pair of substantially quadrangular columnar support portions 12L and 12R extending in the vertical direction and a bottom portion 12B connecting the support portions 12L and 12R. The gate-type arm portion 12 is provided. Furthermore, the rail part 14 supported by the upper ends of each of the pair of support parts 12L and 12R, and the rail part 14 are within a predetermined range in the X-axis direction in the XYZ orthogonal coordinate system (see the reference diagram showing the coordinate system in FIG. 2). The carriage 16 is disposed so as to be freely movable.

また、キャリッジ16に対してZ軸方向に所定範囲内で移動自在に設けられたヘッド(図2および図3参照)に、スピンドル28と、補助材料を吐出するディスペンサー24と、造形材料を吐出するディスペンサー26とが併設されている。   Further, a spindle 28, a dispenser 24 for discharging an auxiliary material, and a modeling material are discharged to a head (see FIGS. 2 and 3) provided movably within a predetermined range in the Z-axis direction with respect to the carriage 16. A dispenser 26 is also provided.

また、フレーム部18上には、Y軸方向に所定範囲内で移動自在な上面が平面状のテーブル22が配設されており、この上面22aにおいて、補助材料により形成される補助材層と造形材料により形成される造形材層とが積層されて三次元造形物が形作られるものである。   Further, on the frame portion 18, a table 22 having a flat upper surface that is movable within a predetermined range in the Y-axis direction is disposed. On the upper surface 22a, an auxiliary material layer formed by an auxiliary material and a modeling process are provided. A modeling material layer formed of the material is laminated to form a three-dimensional modeled object.

なお、三次元造形装置10は、全体の動作をマイクロコンピュータ200(図4参照)から出力される加工パスデータに基づいて、ディスペンサー24、ディスペンサー26ならびにスピンドル28は、ヘッドの移動に伴ってZ軸方向に、キャリッジ16の移動に伴ってX軸方向に、またテーブル22は、Y軸方向に移動される。   Note that the three-dimensional modeling apparatus 10 is configured such that the dispenser 24, the dispenser 26, and the spindle 28 are moved along the Z axis in accordance with the movement of the head based on the processing path data output from the microcomputer 200 (see FIG. 4). In the direction, as the carriage 16 moves, the X axis direction is moved, and the table 22 is moved in the Y axis direction.

従って、ディスペンサー24、ディスペンサー26ならびにスピンドル28に支持されたエンドミル30と、テーブル上面22aにおいて形作られる三次元造形物との相対的な位置関係は、X,Y,Z軸方向の任意の方向で移動可能となっている。   Accordingly, the relative positional relationship between the end mill 30 supported by the dispenser 24, the dispenser 26 and the spindle 28 and the three-dimensional structure formed on the table upper surface 22a moves in any direction in the X, Y, and Z axis directions. It is possible.

次に、図3には、図2に示す三次元造形装置10のキャリッジ16部分を拡大して示した概略構成説明図(斜視図)が示されており、以下に詳細な説明を示す。   Next, FIG. 3 shows a schematic configuration explanatory view (perspective view) in which the carriage 16 portion of the three-dimensional modeling apparatus 10 shown in FIG. 2 is enlarged, and detailed description will be given below.

ディスペンサー24は、図示しないタンクに収容された補助材料がヒーターを内蔵したシリンジ24bに供給されるように設計されており、シリンジ内部に貯留された補助材料を所定の温度に加熱することができる。   The dispenser 24 is designed so that auxiliary material accommodated in a tank (not shown) is supplied to the syringe 24b with a built-in heater, and can heat the auxiliary material stored in the syringe to a predetermined temperature.

なお、この実施の形態においては、補助材料として金属、特に、低融点合金を用いている。例えば、半田などである。   In this embodiment, a metal, particularly a low melting point alloy is used as an auxiliary material. For example, solder.

所定の温度まで加熱された低融点合金は、シリンジ24b内で溶融し、シリンジ24bと連結されてディスペンサー24の先端に位置する吐出口24aから1滴1滴吐出され、飛滴となって所定の位置に所定量塗布されるように制御されている。   The low melting point alloy heated to a predetermined temperature is melted in the syringe 24b, connected to the syringe 24b and discharged from the discharge port 24a located at the tip of the dispenser 24, and drops into a predetermined droplet. It is controlled so that a predetermined amount is applied to the position.

ディスペンサー26は、図示しないタンクに収容された造形材料がシリンジ26bに供給されるように設計されており、シリンジ26bと連結されてディスペンサー26の先端に位置する吐出口26aから、造形材料が1滴1滴吐出され、飛滴となって所定の位置に所定量塗布されるように制御されている。   The dispenser 26 is designed so that the modeling material accommodated in a tank (not shown) is supplied to the syringe 26b. One drop of the modeling material is connected to the syringe 26b from the discharge port 26a located at the tip of the dispenser 26. It is controlled so that a single droplet is ejected and applied to a predetermined position as a flying droplet.

なお、この実施の形態においては、造形材料としては紫外線が照射されると硬化する紫外線硬化樹脂を用いている。   In this embodiment, an ultraviolet curable resin that cures when irradiated with ultraviolet rays is used as the modeling material.

さらに、ディスペンサー26の吐出口26aの外周側に位置するようにしてライトガイド部材42が配設されている。このライトガイド部材42は、導入管部42cから引き込まれた紫外線を照射するための光ファイバー50が連結部42bを経てその先端部を傾斜面42sに位置させるように設計されている。このため、光ファイバー50の先端部から照射される紫外線は360°リング状に照射されて、本体部42aの略中央部位に穿設された貫通口42hの直下にスポット状に集光される(図8(a)参照)。   Further, a light guide member 42 is disposed so as to be positioned on the outer peripheral side of the discharge port 26a of the dispenser 26. The light guide member 42 is designed such that the optical fiber 50 for irradiating the ultraviolet rays drawn from the introduction tube portion 42c is positioned on the inclined surface 42s through the connecting portion 42b. For this reason, the ultraviolet rays irradiated from the front end portion of the optical fiber 50 are irradiated in a 360 ° ring shape, and are condensed in a spot shape directly below the through-hole 42h drilled in a substantially central portion of the main body portion 42a (see FIG. 8 (a)).

従って前述のように、ディスペンサー26の吐出口26aより所定の位置に塗布された紫外線硬化樹脂は、ライトガイド部材42より照射する紫外線により硬化させることができるように制御されている。   Therefore, as described above, the ultraviolet curable resin applied at a predetermined position from the discharge port 26a of the dispenser 26 is controlled so as to be cured by the ultraviolet rays irradiated from the light guide member 42.

エンドミル30は回転するスピンドル28に連結され、切削部30aによって補助材層や造形材層を切削成形するものである。   The end mill 30 is connected to a rotating spindle 28 and cuts an auxiliary material layer and a modeling material layer by a cutting portion 30a.

ここで、三次元造形装置10の全体の動作を制御するマイクロコンピュータ200は、図4に示すように、図示しないリード・オンリ・メモリ(ROM)に格納されたプログラムに従った処理を実行する中央処理装置(CPU)202と、CPU202の制御によって後述する加工パス生成処理が行われる際のワーキング・エリアとしての領域や加工パス生成処理により生成される加工パスデータを記憶する領域などが設定されたランダム・アクセス・メモリ(RAM)よりなるメモリ204と、CPU202の制御によって三次元造形装置10の外部から三次元造形物の三次元形状を示す三次元モデルデータを入力する入力部206と、CPU202の制御によって入力部206により入力された三次元モデルデータに基づいて加工パス生成処理を行う演算部208と、CPU202の制御によって演算部208により行われた加工パス生成処理で生成された加工パスデータを三次元造形装置10の駆動系へ出力する出力部210とを有して構成されている。   Here, as shown in FIG. 4, the microcomputer 200 that controls the overall operation of the three-dimensional modeling apparatus 10 performs a process according to a program stored in a read-only memory (ROM) (not shown). A processing device (CPU) 202, an area as a working area when processing path generation processing described later is performed under the control of the CPU 202, an area for storing processing path data generated by the processing path generation processing, and the like are set. A memory 204 including a random access memory (RAM); an input unit 206 for inputting three-dimensional model data indicating a three-dimensional shape of the three-dimensional structure from the outside of the three-dimensional structure apparatus 10 under the control of the CPU 202; Based on the three-dimensional model data input by the input unit 206 under control, a machining path is generated. A calculation unit 208 that performs processing, and an output unit 210 that outputs processing path data generated by the processing path generation processing performed by the calculation unit 208 under the control of the CPU 202 to the drive system of the three-dimensional modeling apparatus 10. It is configured.

そして、出力部210から加工パスデータが出力される三次元造形装置10の駆動系は、モーターなどにより構成され、加工パスデータに基づいて、エンドミル30やディスペンサー24、ディスペンサー26ならびにテーブル22を所定の方向に移動させるものである。   The drive system of the three-dimensional modeling apparatus 10 to which the processing path data is output from the output unit 210 is configured by a motor or the like, and the end mill 30, the dispenser 24, the dispenser 26, and the table 22 are set in a predetermined manner based on the processing path data. Move in the direction.

以上の構成において、まず、図5に示す加工パス生成処理のルーチンのフローチャートを参照しながら、上記した三次元造形装置10により実行される加工パスデータの生成処理について説明し、その後、図9(e)に示す三次元造形物100を例として、三次元造形装置10における三次元造形物の作製工程を具体的に説明することとする。   In the above configuration, first, the machining path data generation process executed by the three-dimensional modeling apparatus 10 described above will be described with reference to the flowchart of the machining path generation process routine shown in FIG. The manufacturing process of the three-dimensional structure in the three-dimensional structure forming apparatus 10 will be specifically described by taking the three-dimensional structure 100 shown in e) as an example.

なお、加工パスデータの生成処理(図5参照)の説明に際しては、加工パスデータを生成する対象の三次元造形物として、図6(a−1)に示す三次元造形物300を用いるものとする。この三次元造形物300は、XYZ直交座標系におけるZ軸方向沿った断面形状が図6(a−2)に示すように略台形形状の三次元形状を有するものである。   In the description of the processing path data generation process (see FIG. 5), the three-dimensional structure 300 shown in FIG. 6A-1 is used as the target three-dimensional structure for generating the processing path data. To do. This three-dimensional structure 300 has a three-dimensional shape in which the cross-sectional shape along the Z-axis direction in the XYZ orthogonal coordinate system is substantially trapezoidal as shown in FIG.

そして、図5に示す加工パス生成処理ルーチンのフローチャートが、例えば、三次元造形物300(図6(a−1)(a−2)参照)を対象として起動されると、まず、ステップS502において、CPU202の制御に基づき、入力部206を介して、三次元造形物300の三次元形状を示す三次元モデルデータを読み込む処理を行う。そして、読み込まれた三次元モデルデータは、CPU202の制御によりメモリ204に記憶される。   When the flowchart of the machining path generation processing routine shown in FIG. 5 is started for the three-dimensional structure 300 (see FIGS. 6A-1 and 6A-2), for example, first, in step S502. Based on the control of the CPU 202, a process of reading 3D model data indicating the 3D shape of the 3D structure 300 is performed via the input unit 206. The read 3D model data is stored in the memory 204 under the control of the CPU 202.

このステップS502の処理によって読み込まれる三次元モデルデータは、この実施の形態においては、ポリゴンで表現された三次元モデルデータを用いることとする。つまり、三次元モデルデータの示す三次元の空間的広がりをもつ立体たる三次元形状は、ポリゴンと呼ばれる多角形の組み合わせで表されており、当該三次元形状の表面はポリゴンに分割されて数値データ化されている。   In this embodiment, the 3D model data expressed by polygons is used as the 3D model data read by the processing in step S502. In other words, a three-dimensional three-dimensional shape having a three-dimensional spatial extent indicated by the three-dimensional model data is represented by a combination of polygons called polygons, and the surface of the three-dimensional shape is divided into polygons and numerical data It has become.

ステップS502の処理に続いて、ステップS504においては、ステップS502の処理によって読み込まれた三次元モデルデータの示す三次元形状から輪郭を抽出する処理を行う。   Subsequent to the process of step S502, in step S504, a process of extracting an outline from the three-dimensional shape indicated by the three-dimensional model data read by the process of step S502 is performed.

ここで、先のステップS502においてはポリゴンで表現された三次元モデルデータが読み込まれているので、こうした三次元モデルデータから抽出される輪郭は、三次元形状を表すポリゴンの多角形に対応する複数の頂点とその頂点間を結ぶ複数の線分によって構成されている。図6(b)には、図6(a−1)(a−2)に示す三次元造形物300の三次元モデルデータから抽出された輪郭400が模式的に示されている。この輪郭400は、三次元造形物300の三次元形状の表面を構成する多くの微小な三角形のポリゴンに対応する輪郭であり、当該輪郭の各頂点は、XYZ直交座標系におけるXYZ座標値をそれぞれ有するものである。   Here, since the 3D model data represented by the polygon is read in the previous step S502, the contour extracted from such 3D model data has a plurality of polygons corresponding to the polygonal polygon representing the 3D shape. And a plurality of line segments connecting the vertices. FIG. 6B schematically shows an outline 400 extracted from the three-dimensional model data of the three-dimensional structure 300 shown in FIGS. 6A-1 and 6A-2. The contour 400 is a contour corresponding to many small triangular polygons constituting the surface of the three-dimensional structure 300 of the three-dimensional structure 300, and each vertex of the contour represents an XYZ coordinate value in the XYZ orthogonal coordinate system. It is what you have.

ステップS504の処理を終了すると、ステップS506の処理に進み、ステップS504の処理によって抽出された輪郭を二次元平面上に投影する処理を行なう(図6(c−1)に示す破線参照)。この投影処理は、XYZ座標値をそれぞれ有する複数の頂点を備えた三次元形状の輪郭400(図6(b)参照)を、二次元平面であるXY平面上に投影するものである。XY平面上に投影された三次元形状の輪郭500(図6(c−2)参照)のそれぞれの頂点のZ座標値は、「Z座標値=0」となる。   When the process of step S504 is completed, the process proceeds to the process of step S506, and the process of projecting the contour extracted by the process of step S504 on the two-dimensional plane is performed (see the broken line shown in FIG. 6C-1). In this projection process, a three-dimensional contour 400 (see FIG. 6B) having a plurality of vertices each having XYZ coordinate values is projected onto an XY plane which is a two-dimensional plane. The Z coordinate value of each vertex of the contour 500 (see FIG. 6C-2) projected on the XY plane is “Z coordinate value = 0”.

ステップS506の処理に続いて、ステップS508においては、ステップS506の処理によって二次元平面上に投影された三次元形状の輪郭をオフセットする処理を行なう(図6(d)に示す破線参照)。   Subsequent to the process of step S506, in step S508, the process of offsetting the contour of the three-dimensional shape projected on the two-dimensional plane by the process of step S506 is performed (see the broken line shown in FIG. 6D).

このステップS508におけるオフセット処理について、図7(a)〜(e)を参照しながらより詳細に説明すると、まず、ステップS506の処理によって二次元平面であるXY平面上に投影された三次元形状の輪郭500は、8つの頂点P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8と、これら複数の頂点P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8間を結ぶ複数の線分L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8,L9,L10,L11,L12,L13,L14,L15,L16,L17,L18とによって構成されている(図7(a)参照)。   The offset process in step S508 will be described in more detail with reference to FIGS. 7A to 7E. First, the three-dimensional shape projected on the XY plane, which is a two-dimensional plane, by the process in step S506. The contour 500 includes eight vertices P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8 and a plurality of line segments connecting the plurality of vertices P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8. L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, L8, L9, L10, L11, L12, L13, L14, L15, L16, L17, and L18 (see FIG. 7A).

これら複数の頂点P1〜P8と複数の線分L1〜L18のうち、輪郭500の最外郭に位置する頂点と線分とを処理対象としてオフセット処理を行なう。つまり、輪郭500の場合には、頂点P1,P2,P3,P4と線分L1,L2,L3,L4がオフセット処理の対象となる(図7(b)参照)。   Of these plurality of vertices P1 to P8 and the plurality of line segments L1 to L18, an offset process is performed on a vertex and a line segment located at the outermost contour of the contour 500 as processing targets. That is, in the case of the contour 500, the vertices P1, P2, P3, and P4 and the line segments L1, L2, L3, and L4 are subjected to offset processing (see FIG. 7B).

この処理対象である頂点P1,P2,P3,P4のXY座標値に基づいて、処理対象の線分L1,L2,L3,L4のX軸方向に対する傾きを算出し、当該傾きに応じた方向へオフセットする。この際、オフセット量は予め所定の量に設定されており、この実施の形態においては、少なくともエンドミル30の切削部30aの半径分、つまり、切削用ツールの軸線方向と直交する方向に沿った全長の1/2以上を確保するように設定されている。   Based on the XY coordinate values of the vertices P1, P2, P3, and P4 to be processed, the inclinations of the line segments L1, L2, L3, and L4 to be processed with respect to the X-axis direction are calculated, and the direction according to the inclination is calculated. Offset. At this time, the offset amount is set to a predetermined amount in advance. In this embodiment, at least the radius of the cutting portion 30a of the end mill 30, that is, the total length along the direction orthogonal to the axial direction of the cutting tool. It is set so as to secure 1/2 or more.

具体的には、X軸方向に対する傾きが90°である垂直線は、当該線分の頂点のX座標値が所定のオフセット量だけ小さくなるようにして、XY平面における左方側へオフセットする。また、X軸方向に対する傾きが0°である水平線は、当該線分の頂点のY座標値が所定のオフセット量だけ小さくなるようにして、XY平面における下方側へオフセットする。また、X軸方向に対する傾きが0°より大きく90°未満である斜線は、当該線分の頂点のX座標値が所定のオフセット量だけ小さくなるようにして、XY平面における左方側へオフセットする。   Specifically, a vertical line whose inclination with respect to the X-axis direction is 90 ° is offset to the left side in the XY plane so that the X coordinate value of the vertex of the line segment is reduced by a predetermined offset amount. Further, the horizontal line whose inclination with respect to the X-axis direction is 0 ° is offset downward in the XY plane so that the Y coordinate value of the vertex of the line segment is reduced by a predetermined offset amount. In addition, a diagonal line having an inclination with respect to the X-axis direction greater than 0 ° and less than 90 ° is offset to the left side in the XY plane so that the X coordinate value of the vertex of the line segment is reduced by a predetermined offset amount. .

上記したオフセット方向とオフセット量とに従い、図7(c)に示すように、輪郭500の処理対象の4つの線分L1,L2,L3,L4のうち、線分L1ならびに線分L3は、X軸方向に対する傾きが90°の垂直線なので、線分L1の頂点P1,P2ならびに線分L3の頂点P3,P4のX座標値が所定のオフセット量だけ小さくなるようにして、XY平面における左方側へオフセットされ、オフセット後の線分LA1ならびに線分LA3となる(図7(c)に示す黒塗り矢印参照)。   According to the offset direction and the offset amount described above, as shown in FIG. 7C, among the four line segments L1, L2, L3, and L4 to be processed of the contour 500, the line segment L1 and the line segment L3 are X Since the vertical line has an inclination of 90 ° with respect to the axial direction, the X coordinate values of the vertices P1 and P2 of the line segment L1 and the vertices P3 and P4 of the line segment L3 are reduced by a predetermined offset amount, and the left side in the XY plane To the line segment LA1 and line segment LA3 after offset (refer to the black arrows shown in FIG. 7C).

また、線分L2ならびに線分L4は、X軸方向に対する傾きが0°の水平線なので、線分L2の頂点P2,P3ならびに線分L4の頂点P4,P1のY座標値が所定のオフセット量だけ小さくなるようにして、XY平面における下方側へオフセットされ、オフセット後の線分LA2ならびに線分LA4となる(図7(c)に示す白抜き矢印参照)。   Also, since the line segment L2 and the line segment L4 are horizontal lines having an inclination of 0 ° with respect to the X-axis direction, the Y coordinate values of the vertices P2 and P3 of the line segment L2 and the vertices P4 and P1 of the line segment L4 are a predetermined offset amount. In such a manner, it is offset downward in the XY plane so as to become the line segment LA2 and the line segment LA4 after the offset (see the white arrow shown in FIG. 7C).

さらに、オフセット後の線分LA1,LA2,LA3,LA4の2つの頂点を通る直線を算出し、当該算出された直線同士の交点を算出する。この際、交点として算出するのは、元の輪郭500において隣り合う線分より算出された直線同士を対象とする。   Further, a straight line passing through the two vertices of the line segments LA1, LA2, LA3, LA4 after the offset is calculated, and an intersection of the calculated straight lines is calculated. At this time, the straight line calculated from the adjacent line segments in the original contour 500 is targeted as the intersection.

その結果、輪郭500においては図7(d)に示すように、輪郭500において隣り合う線分L1と線分L2について、オフセットされた線分LA1とLA2とのそれぞれの頂点を通る2本の直線同士の交点PA2が算出される。また、輪郭500において隣り合う線分L2と線分L3について、オフセットされた線分LA2とLA3とのそれぞれの頂点を通る2本の直線同士の交点PA3が算出される。また、輪郭500において隣り合う線分L3と線分L4について、オフセットされた線分LA3とLA4とのそれぞれの頂点を通る2本の直線同士の交点PA4が算出される。また、輪郭500において隣り合う線分L4と線分L1について、オフセットされた線分LA4とLA1とのそれぞれの頂点を通る2本の直線同士の交点PA1が算出される。   As a result, in the contour 500, as shown in FIG. 7 (d), two straight lines passing through the vertices of the offset line segments LA1 and LA2 with respect to the adjacent line segment L1 and line segment L2 in the contour 500 The intersection PA2 between them is calculated. Further, for the line segment L2 and the line segment L3 adjacent to each other in the contour 500, an intersection PA3 of two straight lines passing through the respective vertices of the offset line segments LA2 and LA3 is calculated. In addition, for the line segment L3 and the line segment L4 that are adjacent to each other in the contour 500, an intersection PA4 of two straight lines that pass through the vertices of the offset line segments LA3 and LA4 is calculated. Further, for the line segment L4 and the line segment L1 adjacent to each other in the contour 500, an intersection PA1 between two straight lines passing through the respective vertices of the offset line segments LA4 and LA1 is calculated.

こうして算出された4つの交点PA1,PA2,PA3,PA4を連結してできる多角形たる輪郭500A(図7(e)参照)が、ステップS508のオフセット処理により、二次元平面上に投影された三次元形状の輪郭500(図6(c−2)ならびに図7(a)参照)から生成されたオフセット輪郭である。   A polygonal contour 500A (see FIG. 7E) formed by connecting the four intersections PA1, PA2, PA3, PA4 calculated in this way is projected onto the two-dimensional plane by the offset processing in step S508. It is an offset contour generated from the original contour 500 (see FIG. 6C-2 and FIG. 7A).

そして、ステップS508の処理によりオフセット輪郭(図7(e)に示す輪郭500A参照)が取得されたならば、ステップS510に進み、オフセットした輪郭の内側に加工パスデータを生成する(図6(e)参照)。このステップS510の処理により生成される加工パスデータは、三次元モデルデータが示す三次元造形物300(図6(a−1)(a−2)参照)を三次元造形装置10において作製するための工具(ツール)、具体的には、エンドミル30やディスペンサー24,26の移動経路(ツール・パス)を示すものである。   If an offset contour (see the contour 500A shown in FIG. 7E) is acquired by the processing in step S508, the process proceeds to step S510, and machining path data is generated inside the offset contour (FIG. 6E). )reference). The processing path data generated by the process of step S510 is for creating the three-dimensional structure 300 (see FIGS. 6A-1 and 6A-2) indicated by the three-dimensional model data in the three-dimensional structure forming apparatus 10. The tool (tool), specifically, the movement path (tool path) of the end mill 30 and the dispensers 24 and 26 is shown.

この際、ステップS510の処理においてはオフセットした輪郭の内側に加工パスデータを生成するので、三次元モデルデータが示す三次元造形物の全体を作製可能な加工パスデータが生成されるのではない。このステップS510の処理では、いずれもXY平面上に展開されているステップS506の処理によって二次元平面上に投影された三次元形状の輪郭500(図6(c−2)参照)と、ステップS508の処理によって生成されたオフセット輪郭500A(図7(e)参照)とが比較処理されて、オフセット輪郭500A内に位置するオフセット前の輪郭500の部分に対応する三次元造形物の三次元形状の一部が作製可能な加工パスデータが生成される。   At this time, since processing path data is generated inside the offset contour in the process of step S510, processing path data capable of manufacturing the entire three-dimensional structure indicated by the three-dimensional model data is not generated. In the process of step S510, the contour 500 having a three-dimensional shape projected on the two-dimensional plane by the process of step S506 developed on the XY plane (see FIG. 6C-2), and step S508. The offset contour 500A (see FIG. 7 (e)) generated by the above processing is compared, and the three-dimensional shape of the three-dimensional structure corresponding to the portion of the contour 500 before offset located in the offset contour 500A is obtained. Processing path data that can be partially created is generated.

そして、ステップS510の処理に続いて、ステップS512においては、オフセットした輪郭の外側に加工パスデータを生成する(図6(f)参照)。このステップS512の処理により、先のステップS510の処理において加工パスデータが生成されなかった三次元造形物の残部の作製が可能な加工パスデータが生成される。   Subsequently to step S510, in step S512, machining path data is generated outside the offset contour (see FIG. 6F). By the processing in step S512, processing path data capable of producing the remaining part of the three-dimensional structure that has not been processed by the processing in step S510 is generated.

つまり、ステップS510の処理によって生成された加工パスデータと、ステップS512の処理によって生成された加工パスデータとによって、三次元モデルデータが示す三次元造形物の全体が作製されるものである。具体的には、三次元造形物300(図6(a−1)(a−2)参照)の場合、ステップS510の処理によって生成された加工パスデータに基づいて、図6(g−1)に示す三次元造形物300の一部が作製可能なものであり、ステップS512の処理によって生成された加工パスデータに基づいて、図6(g−2)に示す三次元造形物300の残部が作製可能なものである。   That is, the entire three-dimensional structure indicated by the three-dimensional model data is created by the processing path data generated by the process of step S510 and the processing path data generated by the process of step S512. Specifically, in the case of the three-dimensional structure 300 (see FIGS. 6A-1 and 6A-2), based on the processing path data generated by the process of step S510, FIG. A part of the three-dimensional structure 300 shown in FIG. 6 can be produced, and the remaining part of the three-dimensional structure 300 shown in FIG. 6 (g-2) is based on the processing path data generated by the processing in step S512. It can be produced.

ステップS512の処理を終了すると、ステップS514の処理に進み、CPU202の制御に基づき出力部210によって、ステップS510ならびにステップS512の処理によって生成された加工パスデータを三次元造形装置10の駆動系に出力する。   When the process of step S512 is completed, the process proceeds to the process of step S514, and the processing path data generated by the processes of step S510 and step S512 is output to the drive system of the 3D modeling apparatus 10 by the output unit 210 based on the control of the CPU 202. To do.

そして、ステップS514の処理が終了したならば、この加工パス生成処理ルーチンを終了する。   Then, when the process of step S514 is completed, this machining path generation process routine is terminated.

上記したように演算部208の加工パス生成処理(図5参照)により加工パスデータが生成され、三次元造形装置10の駆動系に出力されると、加工パスデータに基づいて、エンドミル30やディスペンサー24、ディスペンサー26ならびにテーブル22がそれぞれ所定の方向に移動しながら、三次元モデルデータの示す三次元造形物の作製が進行する。   As described above, when machining path data is generated by the machining path generation process (see FIG. 5) of the calculation unit 208 and is output to the drive system of the three-dimensional modeling apparatus 10, the end mill 30 and the dispenser are based on the machining path data. 24, the dispenser 26, and the table 22 each move in a predetermined direction, and the production of the three-dimensional structure indicated by the three-dimensional model data proceeds.

ここで、図9(e)に示す三次元造形物100を作製する工程を例として具体的に説明する。なお、図8乃至図9においては、適宜に、補助材料によって形成された部分に薄墨を付して表すこととする。   Here, the process of producing the three-dimensional structure 100 shown in FIG. 9E will be specifically described. Note that in FIGS. 8 to 9, the portion formed of the auxiliary material is appropriately shown with light ink.

まず、造形材料である紫外線硬化樹脂の飛滴が、テーブル22の上面22aと所定の間隔を開けて位置するディスペンサー26の吐出口26aから、テーブル上面22aの所定の位置に略ドット状で供給されて、エンドミル30による切削量が最小限に抑えられる三次元形状が形成される(図8(a)(b)参照)。   First, droplets of UV curable resin, which is a modeling material, are supplied in a substantially dot shape from a discharge port 26a of a dispenser 26 located at a predetermined interval from the upper surface 22a of the table 22 to a predetermined position on the table upper surface 22a. Thus, a three-dimensional shape in which the amount of cutting by the end mill 30 is minimized is formed (see FIGS. 8A and 8B).

この際、前述のようにライトガイド部42により紫外線が照射され、紫外線硬化樹脂の硬化も同時に行われる。   At this time, as described above, the light guide portion 42 irradiates ultraviolet rays, and the ultraviolet curable resin is simultaneously cured.

こうして造形材料たる紫外線硬化樹脂により形成された造形材層102は、エンドミル30によって切削され、切削された後の造形材層102’は所望の形状である外表面102’aを有するようになる(図8(c)参照)。   The modeling material layer 102 thus formed by the ultraviolet curable resin as the modeling material is cut by the end mill 30, and the modeling material layer 102 ′ after being cut has an outer surface 102 ′ a having a desired shape ( (Refer FIG.8 (c)).

次に、補助材料である低融点合金の飛滴が、造形材層102’の上面102’bと所定の間隔を開けて位置するディスペンサー24の吐出口24aから、造形材層102’上の所定の位置に略ドット状で供給され(図8(d)参照)、エンドミル30による切削量が最小限に抑えられる三次元形状が形成され、自然冷却して固化し、補助材層104が形成される(図8(e−1)(e−2)参照)。   Next, flying droplets of a low-melting-point alloy as an auxiliary material are placed on the modeling material layer 102 ′ on the modeling material layer 102 ′ from the discharge port 24a of the dispenser 24 positioned at a predetermined distance from the upper surface 102′b of the modeling material layer 102 ′. Is supplied in a substantially dot shape (see FIG. 8D), and a three-dimensional shape is formed in which the amount of cutting by the end mill 30 is minimized, solidified by natural cooling, and the auxiliary material layer 104 is formed. (See FIGS. 8 (e-1) and (e-2)).

こうして補助材料たる低融点合金により形成された補助材層104(図8(e−1)(e−2)参照)は、エンドミル30による切削量が最小限に抑えられる三次元形状であって、三次元モデルデータの示す三次元造形物100の作製に必要な補助材層104’(図9(b−1)(b−2)参照)全体に対応するものである。なお、図8(e−1)(e−2)においては、補助材層104のうち補助材層104’に対応する部分を破線で示している。   The auxiliary material layer 104 (see FIGS. 8 (e-1) and (e-2)) formed of the low melting point alloy as the auxiliary material in this way has a three-dimensional shape in which the cutting amount by the end mill 30 can be minimized, This corresponds to the entire auxiliary material layer 104 ′ (see FIGS. 9B-1 and 9B-2) necessary for producing the three-dimensional structure 100 indicated by the three-dimensional model data. In FIGS. 8E-1 and 8E-2, a portion corresponding to the auxiliary material layer 104 'in the auxiliary material layer 104 is indicated by a broken line.

つまり、図10(a−1)(a−2)(b−1)(b−2)に示すように、この補助材層104全体をエンドミル30によって切削したならば、所望の形状である補助材層104’を得ることが可能なものである。   That is, as shown in FIGS. 10 (a-1), (a-2), (b-1), and (b-2), if the entire auxiliary material layer 104 is cut by the end mill 30, the auxiliary material having a desired shape is obtained. The material layer 104 ′ can be obtained.

しかしながら、三次元造形装置10においては加工パス生成処理(図5参照)により生成された加工パスデータに従って三次元造形物100の作製が進行するので、図10(b−1)(b−2)に示したように、補助材層104の全体が一度に切削成形されるようなことはない。   However, since the production of the three-dimensional structure 100 proceeds according to the processing path data generated by the processing path generation processing (see FIG. 5) in the three-dimensional modeling apparatus 10, FIGS. 10 (b-1) and 10 (b-2) As shown in FIG. 5, the entire auxiliary material layer 104 is not cut and formed at a time.

ステップS510の処理によってオフセットした輪郭の内側に生成された加工パスデータに従って、補助材層104の一部のみがエンドミル30によって切削され、所望の形状である外表面104’aを得る(図8(f−1)(f−2)参照)。この段階の補助材層104の切削は、オフセットした輪郭の内側におけるオフセット前の輪郭位置に対応する三次元形状のための切削であって、得られた外表面104’aは、三次元造形物100の作製に必要な補助材層104’の外表面の一部、即ち、補助材層104’のオフセット輪郭内に位置する外表面を有するものである。   Only a part of the auxiliary material layer 104 is cut by the end mill 30 in accordance with the machining path data generated inside the contour offset by the process of step S510, thereby obtaining an outer surface 104′a having a desired shape (FIG. 8 ( f-1) (see f-2)). The cutting of the auxiliary material layer 104 at this stage is a cutting for a three-dimensional shape corresponding to the contour position before offset inside the offset contour, and the obtained outer surface 104′a is a three-dimensional structure. A part of the outer surface of the auxiliary material layer 104 ′ necessary for manufacturing 100, that is, an outer surface located within the offset contour of the auxiliary material layer 104 ′.

続いて、ステップS510の処理によってオフセットした輪郭の内側に生成された加工パスデータに従って、ディスペンサー26が移動し、先に外表面104’aが削り出された箇所、即ち、オフセット輪郭内において、ディスペンサー26の吐出口26aから造形材料である紫外線硬化樹脂の飛滴が略ドット状で供給され、ライトガイド部42により紫外線が照射されて紫外線硬化樹脂が硬化し、造形材層106aが積層される(図9(a−1)(a−2)参照)。   Subsequently, the dispenser 26 moves in accordance with the machining path data generated inside the contour offset by the process of step S510, and the dispenser is dispensed at the location where the outer surface 104′a has been cut out earlier, that is, within the offset contour. The droplets of UV curable resin, which is a modeling material, are supplied in approximately dots from the 26 discharge ports 26a, and the UV light is irradiated by the light guide portion 42 to cure the UV curable resin, and the modeling material layer 106a is laminated ( FIG. 9 (a-1) (a-2) reference).

ここで、加工パスデータに従ってオフセット輪郭内においてディスペンサー26から造形材料が供給されるので、この段階の造形材料の供給によって得られる造形材層106aは、三次元造形物の作製に必要な造形材層106’(図9(d−1)(d−2)参照)の一部、より詳細には、造形材層106’のオフセット輪郭内に位置する部分を形成するのにエンドミル30による切削量が最小限に抑えられる三次元形状を有するものである。   Here, since the modeling material is supplied from the dispenser 26 in the offset contour in accordance with the processing path data, the modeling material layer 106a obtained by supplying the modeling material at this stage is a modeling material layer necessary for producing the three-dimensional modeled object. 106 ′ (see FIGS. 9 (d-1) and 9 (d-2)), more specifically, the amount of cutting by the end mill 30 to form a portion located within the offset contour of the modeling material layer 106 ′. It has a three-dimensional shape that can be minimized.

そして、この造形材層106aは、その内面が補助材層104の外表面104’aに接着しているとともに、造形材層106の下層に位置する同一の材料である紫外線硬化樹脂からなる造形材層102’と連結して所定の相互接着力を有するので、当該造形材層106によって、造形材層102’上に積層された補助材層104は、安定的に造形材層上面102’bに固定された状態で造形材層102’と一体化している。   The modeling material layer 106 a has an inner surface bonded to the outer surface 104 ′ a of the auxiliary material layer 104 and a modeling material made of an ultraviolet curable resin that is the same material located in the lower layer of the modeling material layer 106. The auxiliary material layer 104 laminated on the modeling material layer 102 ′ is stably attached to the modeling material layer upper surface 102′b by the modeling material layer 106 because it is connected to the layer 102 ′ and has a predetermined mutual adhesive force. It is integrated with the modeling material layer 102 ′ in a fixed state.

こうして図9(a−1)(a−2)に示すようにして補助材層104上に造形材層106aが積層されたならば、次に、ステップS512の処理によってオフセットした輪郭の外側に生成された加工パスデータに従って、オフセット輪郭外の加工へと移行し、補助材層104のオフセット輪郭外に位置する部分、即ち、補助材層104の造形材層106aによって覆われていない部分が、エンドミル30によって切削され、切削された後の補助材層104’は所望の形状である外表面104’bを有するようになる(図9(b−1)(b−2)参照)。   If the modeling material layer 106a is thus laminated on the auxiliary material layer 104 as shown in FIGS. 9A-1 and 9A-2, next, it is generated outside the contour offset by the process of step S512. According to the processed processing path data, the process shifts to the processing outside the offset contour, and the portion located outside the offset contour of the auxiliary material layer 104, that is, the portion not covered by the modeling material layer 106a of the auxiliary material layer 104 is the end mill. The auxiliary material layer 104 ′ after being cut by 30 has an outer surface 104′b having a desired shape (see FIGS. 9B-1 and 9B-2).

この際、前述のように補助材層104は安定的に造形材層上面102’bに固定されており、即ち、補助材層104の切削は正確に行うことができ、外表面104’a,104’bよりなる補助材層104’が得られる。つまり、補助材層104の切削は、オフセットした輪郭の内側におけるオフセット前の輪郭位置に対応する三次元形状のための切削(図8(f−1)(f−2)参照)と、オフセットした輪郭の外側におけるオフセット前の輪郭位置に対応する三次元形状のための切削と(図9(b−1)(b−2)参照)とに分かれて行なわれ、補助材料よりなる領域が造形材料によりなる領域によって支持された状態で切削される。   At this time, as described above, the auxiliary material layer 104 is stably fixed to the modeling material layer upper surface 102′b, that is, the auxiliary material layer 104 can be accurately cut, and the outer surface 104′a, An auxiliary material layer 104 ′ made of 104′b is obtained. That is, the cutting of the auxiliary material layer 104 was offset with the cutting for the three-dimensional shape corresponding to the contour position before the offset inside the offset contour (see FIGS. 8 (f-1) and (f-2)). It is divided into cutting for a three-dimensional shape corresponding to the contour position before offset outside the contour (see FIGS. 9B-1 and 9B-2), and the region made of the auxiliary material is a modeling material It cuts in the state supported by the area | region which consists of.

続いて、ステップS512の処理によってオフセットした輪郭の外側に生成された加工パスデータに従って、ディスペンサー26が移動し、先に外表面104’bが削り出された箇所、即ち、オフセット輪郭外において、ディスペンサー26の吐出口26aから造形材料である紫外線硬化樹脂の飛滴が略ドット状で供給され、ライトガイド部42により紫外線が照射されて紫外線硬化樹脂が硬化し、造形材層106bが積層される(図9(c−1)(c−2)参照)。   Subsequently, the dispenser 26 moves in accordance with the machining path data generated outside the contour offset by the process of step S512, and the dispenser is located at a location where the outer surface 104′b has been cut out earlier, that is, outside the offset contour. 26, droplets of UV curable resin, which is a modeling material, are supplied in a substantially dot shape, and UV light is irradiated by the light guide portion 42 to cure the UV curable resin, and the modeling material layer 106b is laminated ( (Refer FIG.9 (c-1) (c-2)).

ここで、加工パス生成処理(図5参照)により生成された加工パスデータに従って三次元造形物100の作製が進行するので、三次元造形物100の作製に必要な造形材層106’(図9(d−1)(d−2)参照)のために、オフセットした輪郭の内側におけるオフセット前の輪郭位置に対応する三次元形状のための材料の供給(図9(a−1)(a−2)参照)と、オフセットした輪郭の外側におけるオフセット前の輪郭位置に対応する三次元形状のための材料の供給(図9(c−1)(c−2)参照)とが分かれて行なわれ、造形材層106aと造形材層106bとがそれぞれ、造形材層106’を得るためのエンドミル30による切削量が最小限に抑えられる三次元形状で形成される。   Here, since the fabrication of the three-dimensional structure 100 proceeds according to the processing path data generated by the processing path generation process (see FIG. 5), the modeling material layer 106 ′ (FIG. 9) necessary for the fabrication of the three-dimensional structure 100 is performed. (D-1) (see d-2)), the material supply for the three-dimensional shape corresponding to the contour position before the offset inside the offset contour (FIG. 9 (a-1) (a- 2)) and the supply of the material for the three-dimensional shape corresponding to the pre-offset contour position outside the offset contour (see FIGS. 9 (c-1) and 9 (c-2)). The modeling material layer 106a and the modeling material layer 106b are each formed in a three-dimensional shape in which the cutting amount by the end mill 30 for obtaining the modeling material layer 106 ′ is minimized.

こうして造形材料たる紫外線硬化樹脂により形成された造形材層106a,106bは、エンドミル30によって切削成形され、切削成形された後の造形材層106’は所望の形状である外表面106’aを有するようになる(図9(d−1)(d−2)参照)。   The modeling material layers 106a and 106b thus formed by the ultraviolet curable resin as the modeling material are cut and formed by the end mill 30, and the modeling material layer 106 ′ after the cutting molding has an outer surface 106′a having a desired shape. (See FIGS. 9D-1 and 9D-2).

そして、この図9(d−1)(d−2)に示す造形材層102’,106’と補助材層104’とよりなる三次元造形物100’を、テーブル22の上面22aから取り外すなどして、所定の温度に加温する。すると、補助材層104’を形成する補助材料たる低融点合金が熱溶解除去され、造形材層102’,106’によって構成される三次元造形物100(図9(e)参照)が得られる。   Then, the three-dimensional structure 100 ′ composed of the modeling material layers 102 ′ and 106 ′ and the auxiliary material layer 104 ′ shown in FIGS. 9 (d-1) and (d-2) is removed from the upper surface 22 a of the table 22. Then, it is heated to a predetermined temperature. Then, the low melting point alloy which is an auxiliary material for forming the auxiliary material layer 104 ′ is thermally dissolved and removed, and a three-dimensional structure 100 (see FIG. 9E) constituted by the modeling material layers 102 ′ and 106 ′ is obtained. .

上記したように、本発明による三次元造形装置10においては、造形材層102’に積層された補助材層104の切削に際しては、加工パス生成処理(図5参照)により生成された加工パスデータに従って、オフセットした輪郭内の箇所においてオフセット前の輪郭位置における三次元形状を三次元切削成形し(図8(f−1)(f−2)参照)、オフセットした輪郭外の箇所においてオフセット前の輪郭位置における三次元形状を三次元切削成形(図9(b−1)(b−2)参照)して、補助材料からなる補助材層104が造形材料(造形材層106a)によって支持されるようにしたため、エンドミル30による切削抵抗に負けずに補助材層104の切削を行って三次元造形物を確実に作製することができ、正確な三次元造形物を作製することができる。   As described above, in the three-dimensional modeling apparatus 10 according to the present invention, when cutting the auxiliary material layer 104 stacked on the modeling material layer 102 ′, the processing path data generated by the processing path generation process (see FIG. 5). Then, the three-dimensional shape at the contour position before the offset is three-dimensionally cut and formed at the location within the offset contour (see FIGS. 8 (f-1) and (f-2)), and before the offset at the location outside the offset contour. The three-dimensional shape at the contour position is three-dimensionally cut and formed (see FIGS. 9B-1 and 9B-2), and the auxiliary material layer 104 made of the auxiliary material is supported by the modeling material (modeling material layer 106a). Therefore, the auxiliary material layer 104 can be cut without losing the cutting resistance by the end mill 30, and the three-dimensional structure can be reliably manufactured, and an accurate three-dimensional structure is manufactured. It is possible.

特に、造形材層106aは、補助材層104の表面と接するとともに造形材層102’と連結しているので(図9(a−1)(a−2)参照)、造形材層106aと造形材層102’との間に生起される同一の材料同士の連結による強い相互接着力によって、補助材層104を異なる材料によって形成されている下層の造形材層102’上において支持することができ、切削抵抗に勝る相互接着力を保持して正確な切削を実現し、高品質の三次元造形物を作製することができる。   In particular, since the modeling material layer 106a is in contact with the surface of the auxiliary material layer 104 and is connected to the modeling material layer 102 ′ (see FIGS. 9A-1 and 9A-2), the modeling material layer 106a and the modeling material layer 106a are formed. The auxiliary material layer 104 can be supported on the lower modeling material layer 102 ′ formed of different materials by the strong mutual adhesive force caused by the connection between the same materials generated with the material layer 102 ′. It is possible to produce a high-quality three-dimensional structure by maintaining the mutual adhesive force superior to the cutting resistance and realizing accurate cutting.

従って、作製する三次元造形物の形状や大きさ、あるいは、造形材料ならびに補助材料の種類やその組み合わせなどによっては、相互接着力が乏しい条件となるような場合であっても、本発明による三次元造形方法によれば、三次元造形物の作製途中に、切削ツールによる切削の切削抵抗に負けて補助材料によって形成された部分と造形材料によって形成された部分とが解離するのを防止することができる。つまり、本発明は高い汎用性を有するものであり、本発明によれば、使用できる材料の幅が大きく広がり、多様な三次元造形物を作製することができるようになる。   Therefore, even if it is a case where the mutual adhesive force is poor depending on the shape and size of the three-dimensional structure to be manufactured, or the type and combination of the modeling material and auxiliary material, the tertiary according to the present invention. According to the original modeling method, it is possible to prevent the part formed by the auxiliary material and the part formed by the modeling material from being dissociated in the middle of the production of the three-dimensional modeled object by losing the cutting resistance of the cutting by the cutting tool. Can do. In other words, the present invention has high versatility, and according to the present invention, the range of materials that can be used is greatly expanded, and a variety of three-dimensional structures can be produced.

さらに、上記した三次元造形装置10においては、加工パス生成処理(図5参照)により、作製対象である三次元造形物を示す三次元モデルデータを利用して、簡単な処理で自動的に、加工パスデータをオフセットした輪郭の内側と外側とに分けて生成するようしたため、当該加工パスデータに従って、相互接着力が乏しいモデル材またはサポート材を、そのオフセット領域により互いに他方の材料で支えながら切削することができる。   Furthermore, in the above-described three-dimensional modeling apparatus 10, the processing path generation process (see FIG. 5) automatically uses a three-dimensional model data indicating the three-dimensional modeled object to be produced, with a simple process, Since the machining path data is generated separately for the inside and the outside of the offset contour, cutting is performed while supporting the model material or support material with poor mutual adhesion force with the other material by the offset area according to the machining path data. can do.

従って、本発明によれば、相互接着力が乏しいモデル材とサポート材とを交互に堆積・切削しながら、最終的にサポート材を溶解してモデル材のみにより、ツールで一方向から切削したのでは造形不可能な内部が中空となっているような三次元形状を形成する際に、より単純かつ高速な手法で材料を支持することができ、三次元造形に有効なものである。   Therefore, according to the present invention, the model material and the support material having poor mutual adhesive strength are alternately deposited and cut, and finally the support material is melted and cut from one direction with the tool only by the model material. Then, when forming a three-dimensional shape in which the inside that cannot be shaped is hollow, the material can be supported by a simpler and faster method, which is effective for three-dimensional modeling.

なお、上記した実施の形態は、以下の(1)乃至(9)に説明するように変形してもよい。   The embodiment described above may be modified as described in the following (1) to (9).

(1)上記した実施の形態においては、加工パスデータの生成処理(図5参照)のステップS502において、ポリゴンで表現された三次元モデルデータが外部から読み込まれるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、加工パスデータの生成処理において使用される三次元モデルデータは、予め三次元造形装置内に記憶されているようにしたり、三次元造形装置内で作製するようにしてもよい。   (1) In the above-described embodiment, the 3D model data expressed by polygons is read from the outside in step S502 of the processing path data generation process (see FIG. 5). However, the present invention is not limited to this. Of course, the 3D model data used in the process of generating the machining path data may be stored in advance in the 3D modeling apparatus or created in the 3D modeling apparatus. May be.

さらに、三次元モデルデータとして各種データを使用可能なものであり、ポリゴンで表現された三次元モデルデータに限定されず、例えば、XYZ座標系におけるXYZ座標値を有する複数のメッシュ点から構成される3次元メッシュで表されるものや、CAD(Computer Aided Design)システムにおける三次元形状データのような立体ベースで生成されたもの、あるいは、二次元の形状を示す二次元形状データから生成されたものなど、各種形式のデータを用いることができる。   Furthermore, various data can be used as the three-dimensional model data, and is not limited to the three-dimensional model data expressed by polygons. For example, the three-dimensional model data includes a plurality of mesh points having XYZ coordinate values in the XYZ coordinate system. What is represented by a 3D mesh, what is generated on a solid basis such as 3D shape data in a CAD (Computer Aided Design) system, or is generated from 2D shape data indicating a 2D shape For example, various types of data can be used.

つまり、加工パスデータの生成処理のステップS504以降の処理が可能な三次元形状データであればよく、データの形式などに応じては適宜、形式変換処理などを行うように構成してもよい。また、使用する三次元モデルデータに応じて、当該三次元モデルデータの示す三次元形状から輪郭を抽出する処理(図5のステップS504参照)の内容などを適宜変更するとよい。   In other words, it may be any three-dimensional shape data that can be processed after step S504 of the processing path data generation process, and may be configured to perform a format conversion process or the like as appropriate according to the data format or the like. Further, according to the 3D model data to be used, the content of the process of extracting the contour from the 3D shape indicated by the 3D model data (see step S504 in FIG. 5) may be appropriately changed.

(2)上記した実施の形態の加工パスデータの生成処理(図5参照)のステップS508においては、エンドミル30の切削部30aの半径分をオフセット量として、処理対象の線分のX軸方向に対する傾きに応じた方向へオフセットするようにしたが(図7参照)、これに限られるものではないことは勿論であり、二次元平面上に投影された三次元形状の輪郭のオフセット処理に際して、オフセットの方向やオフセットする量は適宜変更可能なものであり、また、オフセット輪郭を得るまでの処理過程も上記した実施の形態に限定されるものではない。   (2) In step S508 of the machining path data generation process (see FIG. 5) of the above-described embodiment, the radius of the cutting part 30a of the end mill 30 is used as an offset amount with respect to the X-axis direction of the line segment to be processed. Although the offset is made in the direction corresponding to the inclination (see FIG. 7), the present invention is not limited to this. Of course, the offset is offset when the contour of the three-dimensional shape projected on the two-dimensional plane is offset. The direction and the amount of offset can be changed as appropriate, and the process until obtaining the offset contour is not limited to the above-described embodiment.

例えば、予めオフセット量を所定の値に設定せずに、加工パスデータの生成処理(図5参照)において、オフセット処理の前段で三次元造形物の形状などからオフセット量を算出する処理を行うように構成してもよい。   For example, without setting the offset amount to a predetermined value in advance, in the processing path data generation process (see FIG. 5), the offset amount is calculated from the shape of the three-dimensional structure in the previous stage of the offset process. You may comprise.

また、上記した実施の形態においては、X軸方向に対する傾きが0°より大きく90°未満である斜線は、当該線分の頂点のX座標値が所定のオフセット量だけ小さくなるようにして、XY平面における左方側へオフセットするようにしている(図11(a)参照)。このため、二次元平面上に投影された三次元形状の輪郭の形状が、図11(b)に示すような細長い形状でも、その輪郭に十分重なるオフセット輪郭を取得することができ、実際の三次元造形物の作製工程で材料を的確に支持することができる。   Further, in the above-described embodiment, an oblique line whose inclination with respect to the X-axis direction is greater than 0 ° and less than 90 ° is such that the X coordinate value of the vertex of the line segment is reduced by a predetermined offset amount. Offset is made to the left side in the plane (see FIG. 11A). For this reason, even if the shape of the contour of the three-dimensional shape projected on the two-dimensional plane is an elongated shape as shown in FIG. 11B, an offset contour that sufficiently overlaps the contour can be obtained, and the actual cubic The material can be accurately supported in the production process of the original model.

しかしながら、水平に近い斜線、即ち、X軸方向に対する傾きが0°に近い斜線の場合、線分の頂点のX座標値が所定のオフセット量だけ小さくなるようにして、XY平面における左方側へオフセットしてしまうと、図11(c)に示すように固定幅が少なくなってしまうことがある。そこで、線分のX軸方向に対する傾きが、0°より大きく所定の角度(<90°)以下である場合は、当該斜線を水平線と同様に扱って、当該線分の頂点のY座標値が所定のオフセット量だけ小さくなるようにして、XY平面における下方側へオフセットするとよい(図11(d)参照)。   However, in the case of an oblique line close to the horizontal, that is, an oblique line whose inclination with respect to the X-axis direction is close to 0 °, the X coordinate value of the vertex of the line segment is reduced by a predetermined offset amount, and leftward in the XY plane If the offset occurs, the fixed width may decrease as shown in FIG. Therefore, when the inclination with respect to the X-axis direction of the line segment is greater than 0 ° and equal to or less than a predetermined angle (<90 °), the diagonal line is treated in the same manner as the horizontal line, and the Y coordinate value of the vertex of the line segment is The offset may be reduced downward in the XY plane so as to be reduced by a predetermined offset amount (see FIG. 11D).

(3)上記した実施の形態の加工パスデータの生成処理(図5参照)のステップS510ならびにステップS512においては、オフセット輪郭を基準としてその内外に加工パスデータを生成するようにしたが、この加工パスデータの生成には従来より公知の各種手法を用いることができ、三次元造形物の形状やツールの種類などに応じて、等高線や螺旋状など様々なツールパスを実現するような加工パスデータを所定の範囲内で生成すればよい。   (3) In step S510 and step S512 of the machining path data generation process (see FIG. 5) of the above-described embodiment, machining path data is generated inside and outside with reference to the offset contour. Various conventionally known methods can be used to generate the path data, and machining path data that realizes various tool paths such as contour lines and spirals according to the shape of the 3D model and the type of tool. May be generated within a predetermined range.

(4)上記した実施の形態においては、補助材料によって形成された領域である補助材層104を、造形材料によって形成された領域である造形材層106aによって支持するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、作製する三次元造形物の形状などに応じて、造形材料によって形成された領域が、補助材料によって形成された領域により支持されるようにしたもよい。   (4) In the above-described embodiment, the auxiliary material layer 104 that is an area formed of the auxiliary material is supported by the modeling material layer 106a that is an area formed of the modeling material. Needless to say, the region formed by the modeling material may be supported by the region formed by the auxiliary material according to the shape of the three-dimensional structure to be manufactured.

また、単一の三次元造形物を作製する際に、造形材料によって形成された領域を補助材料によって支持する工程と、補助材料によって形成された領域を造形材料によって支持する工程とがいずれも行われるようにしてもよいし、あるいは、いずれか一方の工程のみが行われるようにしてもよい。   Further, when producing a single three-dimensional structure, both the step of supporting the region formed of the modeling material with the auxiliary material and the step of supporting the region formed of the auxiliary material with the modeling material are performed. Alternatively, only one of the steps may be performed.

さらに、造形材料(あるいは補助材料)により形成された領域が全て覆われるようにして、補助材料(あるいは造形材料)により形成された領域によって支持するようにしたり、ドット状に供給される造形材料(あるいは補助材料)によって一連の鎖状で、補助材料(あるいは造形材料)により形成された領域を支持するようにしてもよい。また、作製する三次元造形物の形状などに応じて、テーブル22の上面22aに最初に形成された造形材料(あるは補助材料)によって形成された領域を支持するようにして造形材料(または補助材料)を塗布するようにしてもよい。   Further, the entire area formed by the modeling material (or auxiliary material) is covered so that it is supported by the area formed by the auxiliary material (or modeling material), or the modeling material supplied in the form of dots ( Alternatively, the region formed by the auxiliary material (or modeling material) may be supported in a series of chains by the auxiliary material). Further, depending on the shape of the three-dimensional structure to be produced, the modeling material (or auxiliary material) is supported so as to support the region formed by the modeling material (or auxiliary material) formed first on the upper surface 22a of the table 22. Material) may be applied.

例えば、上記した三次元造形物100(図9(e)参照)の作製工程において、図8(e−1)(e−2)に示す状態から図8(f−1)(f−2)に示す状態へと移行する際、即ち、補助材層104の一部のみがエンドミル30によって切削され外表面104’aを得る際に、図12に示すように、予め、補助材層104がその下層の造形材層102’と接している外周縁部の輪郭を辿るようにして、一連の鎖状で造形材料を塗布するようにしてもよい。こうして輪郭に沿って材料を供給するためのデータは、演算部208によって三次元造形物の形状データから容易に生成することができ、非常に簡単な処理で一層確実な切削成形を実現することができる。   For example, in the manufacturing process of the above-described three-dimensional structure 100 (see FIG. 9E), the state shown in FIGS. 8E-1 and 8E-2 is changed to FIGS. 8F-1 and 8F-2. 12, that is, when only a part of the auxiliary material layer 104 is cut by the end mill 30 to obtain the outer surface 104′a, the auxiliary material layer 104 is previously formed as shown in FIG. The modeling material may be applied in a series of chains so as to follow the contour of the outer peripheral edge in contact with the lower modeling material layer 102 ′. Thus, the data for supplying the material along the contour can be easily generated from the shape data of the three-dimensional structure by the arithmetic unit 208, and more reliable cutting can be realized by a very simple process. it can.

(5)上記した実施の形態においては、補助材料として低融点合金を用い、造形材料として紫外線硬化樹脂を用いるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、各種材料を補助材料あるは造形材料として用いるようにしてもよい。   (5) In the above-described embodiment, the low melting point alloy is used as the auxiliary material and the ultraviolet curable resin is used as the modeling material. However, the present invention is not limited to this, and various materials are supported. It may be used as a material or as a modeling material.

例えば、補助材料としては、ワックスなどの熱可塑性樹脂を用いるようにしてもよいし、造形材料としては、紫外線とは異なる放射線の可視光や電子線あるいはその他の光によって硬化する光硬化樹脂や、補助材料と同様にワックスなどの熱可塑性樹脂を用いるようにしてもよい。   For example, as an auxiliary material, a thermoplastic resin such as wax may be used, and as a modeling material, a photo-curing resin that is cured by visible light, electron beam, or other light of radiation different from ultraviolet rays, Similarly to the auxiliary material, a thermoplastic resin such as wax may be used.

本発明による三次元造形方法によれば材料の自由度が広がるので、例えば、相互接着力が乏しいワックスと低融点合金との組み合わせも使用できるようになる。   According to the three-dimensional modeling method according to the present invention, the degree of freedom of the material is widened. For example, a combination of a wax having a low mutual adhesive force and a low melting point alloy can be used.

(6)上記した実施の形態においては、造形材層106aを積層した後直ちに、補助材層104の切削を行うようにしたが(図9(b−1)(b−2)参照)、これに限られるものではないことは勿論である。   (6) In the above-described embodiment, the auxiliary material layer 104 is cut immediately after the modeling material layer 106a is laminated (see FIGS. 9B-1 and 9B-2). Of course, it is not limited to this.

他の材料によって形成された領域を支持するための領域の位置や形状、あるいは、作製する三次元造形物の形状や大きさ、そして切削や積層の工程などに応じては、例えば、造形材層を支持するために補助材料を塗布し、その後造形材層に補助材層や造形材層の積層を行ってから、塗布された補助材料によって支持されている造形材層の切削を行うようにしてもよい。本発明による三次元造形方法は、材料の塗布・積層・切削を組み合わせた三次元造形物の作製工程において適宜変更可能なものである。   Depending on the position and shape of the region for supporting the region formed by other materials, or the shape and size of the three-dimensional structure to be produced, and the cutting and laminating processes, for example, the modeling material layer The auxiliary material is applied to support the material, and then the auxiliary material layer and the modeling material layer are laminated on the modeling material layer, and then the modeling material layer supported by the applied auxiliary material is cut. Also good. The three-dimensional modeling method according to the present invention can be changed as appropriate in a three-dimensional model manufacturing process that combines application, lamination, and cutting of materials.

(7)上記した実施の形態においては、補助材料と造形材料とがいずれも略ドット状で供給されるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、補助材料のみ、あるいは、造形材料のみが、略ドット状で供給されるようにしても、材料を高精度に塗布することができるものである。また、補助材料や造形材料の種類や塗布する範囲などに応じて、略ドット状とは異なる手法、例えば、線状に塗布したり、あるいは、所定量を流し込むように塗布してもよい。   (7) In the above-described embodiment, the auxiliary material and the modeling material are both supplied in a substantially dot shape. However, the present invention is not limited to this, and only the auxiliary material or Even if only the modeling material is supplied in a substantially dot shape, the material can be applied with high accuracy. Also, depending on the type of auxiliary material and modeling material, the range to be applied, etc., a method different from a substantially dot shape, for example, a linear shape or a predetermined amount may be applied.

(8)上記した実施の形態においては、図2ならびに図3に示す三次元造形装置10を用いるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、三次元造形装置10に各種構成を付加したり、あるいは、その他の造形装置を用いるようにしてもよい。また、加工パスデータの生成処理(図5参照)を三次元造形装置とは別の独立したコンピュータシステムにより行い、生成された加工パスデータが三次元造形装置に入力されるように構成してもよい。   (8) In the above-described embodiment, the 3D modeling apparatus 10 shown in FIGS. 2 and 3 is used. However, the present invention is not limited to this, and various types of 3D modeling apparatus 10 are used. You may make it add a structure or use another modeling apparatus. Further, the processing path data generation process (see FIG. 5) may be performed by an independent computer system separate from the 3D modeling apparatus, and the generated processing path data may be input to the 3D modeling apparatus. Good.

また、切削用ツールたるエンドミル30として、ボール・エンド・ミル、フラット・エンド・ミル、コニカル・エンド・ミルや、あるいはカッターなどのその他の切削ツールを用いることができる。   Further, as the end mill 30 which is a cutting tool, a ball end mill, a flat end mill, a conical end mill, or other cutting tools such as a cutter can be used.

また、作製する三次元造形物とディスペンサー24,26などとの相対的な位置関係を三次元方向で変化させる構成も各種採用可能なものである。また、補助材料によって形成された部分を取り除いて三次元造形物を得る工程が、造形装置内のシステムにおいて実施されるようにしてもよい。   Various configurations can be employed in which the relative positional relationship between the three-dimensional structure to be produced and the dispensers 24 and 26 is changed in the three-dimensional direction. Moreover, the process of removing the part formed with the auxiliary material to obtain a three-dimensional structure may be performed in a system in the modeling apparatus.

(9)上記した実施の形態ならびに上記(1)乃至(8)に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。   (9) The above-described embodiment and the modifications shown in (1) to (8) above may be combined as appropriate.

本発明は、試作や量産での部品製作やデザインモデルを製作する際、モデリングマシンなど三次元加工装置や、ツールによって切削などを行う二次元彫刻装置などにおいて利用することができる。   The present invention can be used in a three-dimensional processing apparatus such as a modeling machine, a two-dimensional engraving apparatus that performs cutting with a tool, or the like when producing parts or design models in trial production or mass production.

図1(a)(b)(c)は、従来の三次元造形装置における手法を順次示す説明図であり、(d)は(c)の斜視説明図である。FIGS. 1A, 1B, and 1C are explanatory views sequentially showing methods in a conventional three-dimensional modeling apparatus, and FIG. 1D is a perspective explanatory view of FIG. 図2は、本発明による三次元造形方法を実現する三次元造形装置の実施の形態の一例を示す概略構成説明図である。FIG. 2 is a schematic configuration explanatory diagram showing an example of an embodiment of a three-dimensional modeling apparatus that realizes a three-dimensional modeling method according to the present invention. 図3は、図2に示す三次元造形装置のキャリッジ部分を拡大して示した概略構成説明図(斜視図)である。FIG. 3 is a schematic configuration explanatory view (perspective view) showing an enlarged view of a carriage portion of the three-dimensional modeling apparatus shown in FIG. 図4は、図2に示す三次元造形装置における三次元造形方法を実現するための処理システムを示すブロック構成図である。FIG. 4 is a block configuration diagram showing a processing system for realizing the three-dimensional modeling method in the three-dimensional modeling apparatus shown in FIG. 図5は、図2に示す三次元造形装置のマイクロコンピュータにより実現される加工パス生成処理を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing a processing path generation process realized by the microcomputer of the three-dimensional modeling apparatus shown in FIG. 図6(a−1)(a−2)(b)(c−1)(c−2)(d)(e)(f)(g−1)(g−2)は、図6(a−1)(a−2)に示す三次元造形物を作製対象として、図5に示す加工パス生成処理における各処理の概要を模式的に示す説明図であり、図6(a−2)は図6(a−1)のII−II線における断面図である。6 (a-1) (a-2) (b) (c-1) (c-2) (d) (e) (f) (g-1) (g-2) is shown in FIG. -1) It is explanatory drawing which shows typically the outline | summary of each process in the process path | pass production | generation process shown in FIG. 5 by making the three-dimensional structure shown in (a-2) into production object, FIG.6 (a-2) is FIG. It is sectional drawing in the II-II line | wire of Fig.6 (a-1). 図7(a)(b)(c)(d)(e)は、図5に示す加工パス生成処理におけるオフセット処理の概要を模式的に示す説明図である。FIGS. 7A, 7 </ b> B, 7 </ b> C, 7 </ b> D, and 7 </ b> E are explanatory diagrams schematically showing an outline of offset processing in the machining path generation processing shown in FIG. 5. 図8(a)(b)(c)(d)(e−1)(e−2)(f−1)(f−2)は、本発明による三次元造形方法により、図9(e)に示す三次元造形物を作製する工程を模式的に順次示す説明図であり、図8(e−2)(f−2)はそれぞれ、図8(e−1)(f−1)に示す状態をZ軸方向から見た説明図である。8 (a), (b), (c), (d), (e-1), (e-2), (f-1), and (f-2) are the same as those shown in FIG. 8 (e-2) and (f-2) are shown in FIG. 8 (e-1) and (f-1), respectively. It is explanatory drawing which looked at the state from the Z-axis direction. 図9(a−1)(a−2)(b−1)(b−2)(c−1)(c−2)(d−1)(d−2)(e)は、本発明による三次元造形方法により、図9(e)に示す三次元造形物を作製する工程を模式的に順次示す説明図であり、図9(a−2)(b−2)(c−2)(d−2)はそれぞれ、図9(a−1)(b−1)(c−1)(d−1)に示す状態をZ軸方向から見た説明図である。9 (a-1) (a-2) (b-1) (b-2) (c-1) (c-2) (d-1) (d-2) (e) are according to the present invention. It is explanatory drawing which shows typically the process of producing the three-dimensional structure shown in FIG.9 (e) by a three-dimensional modeling method sequentially, and (a-2) (b-2) (c-2) ( (d-2) is explanatory drawing which looked at the state shown to Fig.9 (a-1) (b-1) (c-1) (d-1) from the Z-axis direction, respectively. 図10(a−1)(a−2)(b−1)(b−2)は、本発明とは異なる手法で、図9(e)に示す三次元造形物を作製する工程の一部を模式的に示す説明図である。FIGS. 10 (a-1), (a-2), (b-1), and (b-2) are a part of the process for producing the three-dimensional structure shown in FIG. 9 (e) by a method different from the present invention. It is explanatory drawing which shows this typically. 図11(a)(b)は、図5に示す加工パス生成処理におけるオフセット処理の概要を模式的に示す説明図であり、図11(b)(c)は、図5に示す加工パス生成処理におけるオフセット処理の他の例を模式的に示す説明図である。FIGS. 11A and 11B are explanatory views schematically showing an outline of the offset process in the machining path generation process shown in FIG. 5, and FIGS. 11B and 11C show the machining path generation shown in FIG. 5. It is explanatory drawing which shows typically the other example of the offset process in a process. 図12(a−1)(a−2)(b−1)(b−2)は、本発明による三次元造形方法の他の例を示す説明図である。12 (a-1), (a-2), (b-1), and (b-2) are explanatory views showing another example of the three-dimensional modeling method according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 三次元造形装置
12 門型アーム部
14 レール部
16 キャリッジ
18 フレーム部
22 テーブル
24 ディスペンサー
26 ディスペンサー
28 スピンドル
30 エンドミル
42 ライトガイド部材
50 光ファイバー
100,300 三次元造形物
400,500 輪郭
500A オフセット輪郭
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 3D modeling apparatus 12 Gate type arm part 14 Rail part 16 Carriage 18 Frame part 22 Table 24 Dispenser 26 Dispenser 28 Spindle 30 End mill 42 Light guide member 50 Optical fiber 100,300 Three-dimensional structure 400,500 Contour 500A Offset contour

Claims (4)

補助材料によって形成された補助材層を切削する工程と造形材料によって形成された造形材層を切削する工程とを繰り返し行った後、前記補助材層を除去して前記造形材層からなる三次元造形物を作製する三次元造形方法において、
作製する三次元造形物の三次元形状の輪郭を二次元平面上に投影し、該二次元平面上に投影された輪郭を所定の方向へ所定の量だけオフセットして、該オフセットした輪郭の内側における三次元形状のための切削と、該オフセットした輪郭の外側における三次元形状のための切削との少なくともいずれか一方は、補助材料と造形材料とのいずれか一方の材料によって形成された領域が、前記領域を形成する材料とは異なる他方の材料によって形成された領域により支持された状態で行なう
ことを特徴とする三次元造形方法。
After repeatedly performing the process of cutting the auxiliary material layer formed of the auxiliary material and the process of cutting the modeling material layer formed of the modeling material, the auxiliary material layer is removed to form a three-dimensional structure composed of the modeling material layer In the three-dimensional modeling method for producing a modeled object,
The three-dimensional shape contour of the three-dimensional structure to be produced is projected onto a two-dimensional plane, the contour projected on the two-dimensional plane is offset by a predetermined amount in a predetermined direction, and the inside of the offset contour At least one of the cutting for the three-dimensional shape in the above and the cutting for the three-dimensional shape outside the offset contour is an area formed by any one of the auxiliary material and the modeling material. A three-dimensional modeling method characterized in that the three-dimensional modeling method is performed in a state of being supported by a region formed of the other material different from the material forming the region.
作製する三次元造形物の三次元形状を示す三次元モデルデータから、前記三次元形状のXYZ直交座標系における輪郭を抽出する第1の段階と、
前記第1の段階で抽出された輪郭を、XYZ直交座標系におけるXY平面に投影する第2の段階と、
前記第2の段階で投影された輪郭を、前記XY平面において所定の方向へ所定の量だけオフセットしてオフセット輪郭を取得する第3の段階と、
前記第3の段階で取得された前記オフセット輪郭の内側と外側とに分けて、前記三次元造形物の作製のためのツールのツールパスを示す加工パスデータを生成する第4の段階と、
前記第4の段階で生成された前記加工パスデータに従って、オフセット前の輪郭位置が前記オフセット輪郭の内側または外側のいずれであるかに対応して、補助材料と造形材料とのいずれか一方の材料によって形成された領域を、前記領域を形成する材料とは異なる他方の材料によって形成された領域により支持する状態を生じさせ、前記補助材料によって形成された領域を切削する工程と前記造形材料によって形成された領域を切削する工程とを繰り返し行う第5の段階と
を有することを特徴とする三次元造形方法。
A first stage of extracting a contour in an XYZ orthogonal coordinate system of the three-dimensional shape from the three-dimensional model data indicating the three-dimensional shape of the three-dimensional structure to be produced;
A second step of projecting the contour extracted in the first step onto an XY plane in an XYZ orthogonal coordinate system;
A third step of obtaining an offset contour by offsetting the contour projected in the second step by a predetermined amount in a predetermined direction on the XY plane;
A fourth step of generating machining path data indicating a tool path of a tool for producing the three-dimensional structure, divided into an inside and an outside of the offset contour obtained in the third step;
According to the machining path data generated in the fourth stage, either the auxiliary material or the modeling material corresponding to whether the contour position before offset is inside or outside the offset contour The region formed by the step is caused to be supported by the region formed by the other material different from the material forming the region, and the region formed by the auxiliary material is cut and formed by the modeling material And a fifth step of repeatedly performing the step of cutting the formed region.
補助材料によって形成された領域を切削する工程と造形材料によって形成された領域を切削する工程とを繰り返し行って三次元造形物を作製する三次元造形装置において、
補助材料を塗布すべき領域と所定の間隔を開けて位置する吐出口から飛滴状に前記補助材料を吐出する補助材料塗布手段と、
造形材料を塗布すべき領域と所定の間隔を開けて位置する吐出口から飛滴状に前記造形材料を吐出する造形材料塗布手段と、
前記補助材料塗布手段から吐出された前記補助材料と前記造形材料塗布手段から吐出された前記造形材料とによって、三次元造形物が作製される加工用テーブルと、
前記補助材料によって形成された領域または前記造形材料によって形成された領域を切削する切削手段と、
前記補助材料塗布手段、前記造形材料塗布手段ならびに前記切削手段が、前記加工用テーブルに対して相対的に三次元方向で移動するように駆動する駆動手段と、
作製する三次元造形物の三次元形状の輪郭を二次元平面上に投影し、該二次元平面上に投影された輪郭を所定の方向へ所定の量だけオフセットし、該オフセットした輪郭の内側と外側とに分けて、前記三次元造形物の作製のための前記補助材料塗布手段、前記造形材料塗布手段ならびに前記切削手段の移動経路を示す加工パスデータを生成し、該生成された加工パスデータに従って前記駆動手段を駆動して、前記オフセットした輪郭の内側における三次元形状のための切削と、前記オフセットした輪郭の外側における三次元形状のための切削との少なくともいずれか一方は、前記補助材料と前記造形材料とのいずれか一方の材料によって形成された領域が、前記領域を形成する材料とは異なる他方の材料によって支持された状態で行なうように制御する制御手段と
を有することを特徴とする三次元造形装置。
In the three-dimensional modeling apparatus that repeatedly performs the step of cutting the region formed by the auxiliary material and the step of cutting the region formed by the modeling material to produce a three-dimensional structure,
Auxiliary material application means for discharging the auxiliary material in the form of droplets from a discharge port located at a predetermined interval from a region where the auxiliary material is to be applied,
A modeling material application means for discharging the modeling material in a droplet form from a discharge port located at a predetermined interval from a region where the modeling material is to be applied,
A processing table for producing a three-dimensional structure by the auxiliary material discharged from the auxiliary material application unit and the modeling material discharged from the modeling material application unit,
Cutting means for cutting an area formed by the auxiliary material or an area formed by the modeling material;
Driving means for driving the auxiliary material application means, the modeling material application means and the cutting means to move in a three-dimensional direction relative to the processing table;
The three-dimensional shape contour of the three-dimensional structure to be produced is projected onto a two-dimensional plane, the contour projected on the two-dimensional plane is offset by a predetermined amount in a predetermined direction, and the inside of the offset contour The processing path data generated by generating the processing path data indicating the movement path of the auxiliary material application unit, the modeling material application unit, and the cutting unit for producing the three-dimensional structure is generated separately from the outside. The driving means is driven according to the above, and at least one of cutting for a three-dimensional shape inside the offset contour and cutting for a three-dimensional shape outside the offset contour is the auxiliary material. And a region formed by one of the modeling materials is performed in a state where the region is supported by the other material different from the material forming the region. 3D modeling apparatus characterized by a control means for controlling.
請求項3に記載の三次元造形装置において、
前記造形材料は照射された光によって硬化する光硬化樹脂であり、
前記造形材料塗布手段から吐出された前記造形材料に光を照射して前記光硬化樹脂を硬化させる光照射手段を有する
ことを特徴とする三次元造形装置。
In the three-dimensional modeling apparatus according to claim 3,
The modeling material is a photo-curing resin that is cured by irradiated light,
A three-dimensional modeling apparatus comprising light irradiation means for irradiating light to the modeling material discharged from the modeling material application means to cure the photo-curing resin.
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