JP2018065355A - 立体造形物及び立体造形物の造形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】強度を確保しつつ、取り扱い容易で、造形に係るコストの増大を抑制することができる立体造形物等を提供する。
【解決手段】立体造形物１は、内部空間３を有すると共に表面をなす層である表層体５と、表層体５の内部空間３に設けられ、表層体５を支持する内部構造体６と、を備え、表層体５は、分割された複数の表層片１１からなり、表層片１１は、インクジェットヘッドから吐出された紫外線硬化型インクを硬化させた造形材としての紫外線硬化樹脂であり、内部構造体６は、熱溶融させたフィラメントを硬化させた熱可塑性樹脂である。
【選択図】図１

Description

本発明は、立体造形物及び立体造形物の造形方法に関する。

作業面上に、層状の造形材を積層方向に複数積層することにより立体造形物を造形する三次元造形装置が知られている。このような三次元造形装置では、機能性インクとして、例えば紫外線を照射することで硬化する紫外線硬化型インクが用いられ、この紫外線光硬化型インクを硬化させることで造形材となる。このような三次元造形装置により造形される立体造形物としては、例えば特許文献１に記載のように、立体モデルの断面スライス情報に基づいて、インクを硬化させた層状の硬化性樹脂層を形成し、これを積層して立体モデルを形成するものが知られている。

特開２００１−１８２９７号公報

ここで、立体造形物として大きなものを造形する場合、三次元造形装置により造形可能な大きさが決まっていることから、造形可能な大きさを超える大きさの立体造形物を造形することは困難となる。また、大きな立体造形物の全てを、紫外線硬化型インクを用いて造形しようとすると、インクの使用量が多量となり、造形に係るコスト及び作成時間が増大してしまう。さらに、大きな立体造形物の全てを、紫外線硬化型インクを用いて造形しようとすると、立体造形物の重量が重くなってしまう。

この場合、立体造形物の重量を軽くするために、立体造形物の内部を空洞にすることが考えられるが、立体造形物が強度不足となる可能性がある。また、立体造形物の内部を空洞にすると、内部の空洞内にサポート材等の不要な造形材を造形することがあるため、この造形材を取り出すべく、立体構造物を分割可能な構成とする場合があるが、この場合、連結箇所の強度が特に低下する可能性がある。

そこで、本発明は、強度を確保しつつ、取り扱い容易で、造形に係るコストの増大を抑制することができる立体造形物及び立体造形物の造形方法を提供することを課題とする。

本発明の立体造形物は、内部空間を有し、表面をなす層である表層体と、前記表層体の前記内部空間に設けられ、前記表層体を支持する内部構造体と、を備え、前記表層体は、分割された複数の表層片からなり、前記表層片は、液滴吐出ヘッドから吐出された機能性インクを硬化させた造形材であることを特徴とする。

この構成によれば、分割された複数の表層片を連結して表層体とし、表層体の内部空間に内部構造体を配置することができる。このため、立体造形物全体の強度を確保することができる。また、内部構造体を軽量なものとすることで、立体造形物全体の軽量化を図ることができ、大きな立体造形物を造形する場合であっても、取り扱い容易なものとすることができる。さらに、内部構造体を、機能性インクとは異なる安価な材料を用いて造形することにより、立体造形物の造形に係るコストの削減を図ることができる。また、液滴吐出ヘッドを用いて表層片を造形すればよいことから、立体造形物全体を造形する場合に比して、造形作業の効率を向上させることができ、併せて、内部構造体を効率のよい造形手法を用いて造形することで、造形作業の効率をさらに向上させることができる。

また、前記機能性インクは、紫外線を照射することにより硬化する紫外線硬化型インクであり、前記表層片は、前記造形材として前記紫外線硬化型インクを硬化させた紫外線硬化樹脂であり、前記内部構造体は、熱溶融させたフィラメントを硬化させた熱可塑性樹脂であることが好ましい。

この構成によれば、表層片を紫外線硬化樹脂により造形し、内部構造体を熱可塑性樹脂により造形することができるため、異なる材料を用いて表層片と内部構造体とを造形することができる。このため、表層片に適した材料を用いて造形を行うことができ、また、内部構造体に適した材料を用いて造形を行うことができる。なお、内部構造体は、例えば、熱溶融積層法（FDM:Fused Deposition Modeling）によって造形されており、内部に空間を有する構造体となっている。

また、前記内部構造体は、前記表層体の内面と対向する外面の少なくとも一部が変形することが好ましい。

この構成によれば、表層体の内面において、内部構造体の外面が物理的に干渉する場合であっても、内部構造体の外面が弾性変形または塑性変形することで、表層体の変形を抑制しつつ、表層体を支持することができる。このため、表層体の歪みの発生を抑制することができ、表層体を適切な形状に保ちつつ、内部構造体６による支持を好適なものとすることができる。

また、前記機能性インクは、紫外線を照射することにより硬化する紫外線硬化型インクであり、前記表層片は、前記造形材として、前記紫外線硬化型インクを硬化させた紫外線硬化樹脂であり、前記内部構造体は、前記表層体の前記内部空間に充填される充填材であることが好ましい。

この構成によれば、表層片を紫外線硬化樹脂により造形し、内部構造体を充填材により造形することができるため、異なる材料を用いて表層片と内部構造体とを造形することができる。充填材としては、例えば、発泡ウレタン、発泡スチレン等がある。このため、表層体の内部空間に充填材を充填するだけで内部構造体を造形することができるため、内部構造体を容易に造形することができる。

また、前記内部構造体の単位体積当たりの重量は、前記表層体の単位体積当たりの重量に比して軽いことが好ましい。

この構成によれば、内部構造体を軽量なものにでき、立体造形物を軽量化することができるため、大きな立体造形物を造形する場合であっても、取り扱い容易なものとすることができる。

また、前記内部構造体と前記表層体との間に設けられ、前記内部構造体と前記表層体とを接合する接着剤層を、さらに備えることが好ましい。

この構成によれば、内部構造体と表層体とを接着剤層を介して好適に接合することができるため、内部構造体からの表層体の剥がれを抑制することができる。なお、接着剤層に用いられる接着剤としては、例えば、紫外線硬化樹脂と熱可塑性樹脂とを接合可能なものであればよく、エポキシ系、ゴム系、酢酸ビニル系等、いずれのものを用いてもよい。

また、前記内部構造体は、前記表層体との間にクリアランスが形成される大きさとなっており、前記接着剤層は、前記内部構造体と前記表層体との間の前記クリアランスを埋めて設けられていることが好ましい。

この構成によれば、表層体の内部空間に内部構造体を適切に収めることができ、また、接着剤層によりクリアランスを埋めることで、内部構造体により表層体を適切に支持することができる。

また、前記表層片は、他の前記表層片に連結される連結部を有することが好ましい。

この構成によれば、表層片同士を連結部により連結することができるため、表層片同士の分離を抑制しつつ、複数の表層片を精度よく組み上げることで、表層体を適切な形状とすることができる。

また、前記表層体は、所定の高さを空けて平行となる複数の平面で、複数の前記表層片に分割されることが好ましい。

この構成によれば、所定の高さとなる表層片を、液滴吐出ヘッドを用いて造形することができる。このため、表層片の高さを低くすることで、表層片を迅速に造形することが可能となり、表層片の造形作業の効率を向上させることができる。

また、前記表層体は、特徴的な複数の特徴部位に応じて、複数の前記表層片に分割されることが好ましい。

この構成によれば、特徴部位ごとに表層片を造形することができるため、複数の表層片が組み合わされた表層体を、分割線が目立ちにくいものとすることができ、立体造形物の意匠性を高めることができる。

本発明の立体造形物の造形方法は、内部空間を有し、表面をなす層である表層体を造形する表層体造形工程と、前記表層体の前記内部空間に設けられ、前記表層体を支持する内部構造体を造形する内部構造体造形工程と、前記内部構造体の外面に前記表層体を接合して立体造形物とする接合工程と、を備え、前記表層体は、分割された複数の表層片からなり、前記表層体造形工程では、液滴吐出ヘッドから吐出された機能性インクを硬化させて前記表層片を造形することを特徴とする。

この構成によれば、表層体の内部空間に内部構造体を配置した立体造形物を造形することができるため、立体造形物の強度を確保することができる。また、内部構造体を軽量なものとすることで、立体造形物の軽量化を図ることができ、大きな立体造形物を造形する場合であっても、取り扱い容易なものとすることができる。さらに、内部構造体を、機能性インクとは異なる安価な材料を用いて造形することにより、立体造形物の造形に係るコストの削減を図ることができる。また、液滴吐出ヘッドを用いて表層片を造形すればよいことから、立体造形物全体を造形する場合に比して、造形作業の効率を向上させることができ、併せて、内部構造体を効率のよい造形手法を用いて造形することで、造形作業の効率をさらに向上させることができる。

本発明の他の立体造形物の造形方法は、内部空間を有し、表面をなす層である表層体を造形する表層体造形工程と、前記表層体の前記内部空間に、前記表層体を支持する内部構造体となる充填材を充填して、立体造形物とする充填工程と、を備え、前記表層体は、分割された複数の表層片からなり、前記表層体造形工程では、液滴吐出ヘッドから吐出された機能性インクを硬化させて前記表層片を造形し、前記充填工程では、複数の前記表層片を組み合わせて、前記内部空間を有する前記表層体を形成した後、前記表層体の前記内部空間に前記充填材を充填することを特徴とする。

この構成によれば、表層体の内部空間に内部構造体を配置した立体造形物を造形することができるため、立体造形物の強度を確保することができる。また、内部構造体を充填材を用いて軽量にすることができるため、立体造形物の軽量化を図ることができ、大きな立体造形物を造形する場合であっても、取り扱い容易なものとすることができる。さらに、内部構造体を、安価な充填材を用いて造形することにより、立体造形物の造形に係るコストの削減を図ることができる。また、液滴吐出ヘッドを用いて表層片を造形すればよいことから、立体造形物全体を造形する場合に比して、造形作業の効率を向上させることができ、併せて、表層体の内部空間に充填材を充填するだけで内部構造体を造形できるため、造形作業の効率をさらに向上させることができる。

図１は、実施形態１に係る立体造形物を示す断面図である。 図２は、実施形態１に係る立体造形物の分割線を示す外観斜視図である。 図３は、実施形態１に係る立体造形物を造形する造形システムの概略構成を表す概略構成図である。 図４は、実施形態１に係る立体造形物の造形方法に関するフローチャートである。 図５は、実施形態１に係る立体造形物の造形方法に関する説明図である。 図６は、実施形態２に係る立体造形物を示す断面図である。 図７は、実施形態３に係る立体造形物を示す断面図である。 図８は、実施形態３に係る立体造形物を造形する造形システムの概略構成を表す概略構成図である。 図９は、実施形態３に係る立体造形物の造形方法に関するフローチャートである。 図１０は、実施形態３に係る立体造形物の造形方法に関する説明図である。 図１１は、実施形態４に係る立体造形物を示す断面図である。 図１２は、実施形態５に係る立体造形物の分割線を示す外観斜視図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る立体造形物を示す断面図である。図２は、実施形態１に係る立体造形物の分割線を示す外観斜視図である。図３は、実施形態１に係る立体造形物を造形する造形システムの概略構成を表す概略構成図である。図４は、実施形態１に係る立体造形物の造形方法に関するフローチャートである。図５は、実施形態１に係る立体造形物の造形方法に関する説明図である。

実施形態１の立体造形物１は、分割された複数のパーツを組み合わせることで造形された三次元の立体物である。図１及び図２に示すように、立体造形物１は、例えば、手に係る形状となっている。なお、以下では、立体造形物１が手である場合について説明するが、立体造形物１は、手に限定されず、いずれの形状であってもよい。この立体造形物１は、内部空間３を有する表層体５と、内部空間３に設けられる内部構造体６と、表層体５と内部構造体６との間に設けられる接着剤層７とを備えている。

表層体５は、立体造形物１の表面をなす層である。表層体５は、その表面に着色が施されていてもよいし、その表面に着色を施さない成形色であってもよく、特に限定されない。表層体５は、インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）から吐出された機能性インクを硬化させた造形材となっている。ここで、機能性インクとしては、例えば、紫外線を照射することで硬化する紫外線硬化型インクが用いられている。このため、表層体５は、紫外線硬化型インクが硬化した紫外線硬化樹脂を材料として構成される。紫外線硬化型インクの種類としては、例えば、造形する表層体５の色彩に応じて、白色インク、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）及び黒色（Ｋ）等の着色インク、透明インク等を適宜用いることができる。この表層体５は、内部空間３に接する内面と表面（外面）との間の厚さが、全面において均一な厚さとなっている。

また、図１及び図２に示すように、表層体５は、分割された複数の表層片１１を含んでおり、複数の表層片１１を組み合わせることで表層体５となっている。表層体５は、平行となる複数の平坦な切断面（平面）によって、複数の表層片１１に分割されている。なお、切断面に直交する高さ方向において、複数の表層片１１の高さは、同じ高さとして揃えることが好ましい。複数の表層片１１の高さを揃える場合、複数の表層片１１をインクジェット方式により造形する場合、複数の表層片１１を同じ高さで造形できることから、造形作業の効率化が図れる。

内部構造体６は、表層体５の内部空間３に配置され、その外面が表層体５の内面と対向する。内部構造体６は、表層体５を支持する構造体となっている。内部構造体６は、表層体５と異なる材料を用いて造形されており、例えば、熱可塑性樹脂により構成されている。具体的に、内部構造体６は、熱溶融積層法（FDM:Fused Deposition Modeling）により造形されており、熱溶融するフィラメントを硬化させることで造形される。この内部構造体６は、内部に空間が設けられた骨組みを有する構造体として形成され、軽量化が図られている。このため、内部構造体６の単位体積当たりの重量は、表層体５の単位体積当たりの重量に比して軽くなっている。

また、内部構造体６は、表層体５との間にクリアランスが形成される大きさとなっている。つまり、表層体５の内面と内部構造体６の外面との間には、クリアランスが形成されており、内部構造体６は、表層体５の内部空間３に収容可能となっている。なお、内部構造体６は、造形可能な大きさであれば、単一の造形物として造形してもよいし、図１に示す点線において分割した複数の造形片を組み合わせてもよい。

接着剤層７は、表層体５の内面と内部構造体６の外面とを接合しており、表層体５と内部構造体６との間のクリアランスを埋めるように設けられている。接着剤層７に用いられる接着剤としては、例えば、紫外線硬化樹脂と熱可塑性樹脂とを接合可能なものであればよく、エポキシ系、ゴム系、酢酸ビニル系等、いずれの接着剤を用いてもよい。

上記の立体造形物１は、表層体５が接着剤層７を介して内部構造体６に支持されるため、所定の強度を確保することが可能となる。また、内部構造体６の軽量化が図れるため、立体造形物１は軽量なものにできる。

次に、図３を参照して、立体造形物１を造形するための造形システム２０について説明する。造形システム２０は、インクジェット方式の３Ｄプリンタである三次元造形装置２１と、熱溶融積層法（FDM:Fused Deposition Modeling）を用いた３ＤプリンタであるＦＤＭ装置２２とを含んで構成されている。

三次元造形装置２１は、インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）から紫外線硬化型インクを吐出し、吐出した紫外線硬化型インクを硬化させて層状の造形材を形成し、層状の造形材を鉛直方向の下方側から上方側に向かって積層することで、表層片１１を造形する。三次元造形装置２１は、表層体５の造形データである表層体造形データに基づいて、紫外線硬化型インクを吐出して硬化させることにより表層片１１を造形する。

ＦＤＭ装置２２は、造形ヘッドから熱可塑性樹脂を含むフィラメントを溶融して押し出し、押し出したフィラメントを硬化させて、鉛直方向の下方側から上方側に向かって積層することで、内部構造体６を造形する。ＦＤＭ装置２２は、内部構造体６の造形データである内部構造体造形データに基づいて、フィラメントを押し出して硬化させることにより内部構造体６を造形する。

次に、上記の三次元造形装置２１による表層体５の造形に関する制御と、ＦＤＭ装置２２による内部構造体６の造形に関する制御とについて説明する。造形システム２０は、立体造形物１の造形データに基づいて、表層体５の造形に関する制御と、内部構造体６の造形に関する制御とを実行している。造形データは、立体造形物１の形状に関するデータであるポリゴンデータ等の形状データを含んでいる。

造形システム２０は、立体造形物１の造形データに基づいて、表層体５を造形する表層体造形データと、内部構造体６を造形する内部構造体造形データとを生成する。表層体造形データは、立体造形物１の内部に内部空間３が形成された表層体５の形状に関するデータとなっている。また、表層体造形データは、表層体５を平行となる複数の平坦な切断面（平面）によって複数に分割した表層片１１の形状に関するデータを含んでいる。そして、三次元造形装置２１は、生成した表層体造形データに基づく造形制御を実行することで、上記の表層片１１を造形する。内部構造体造形データは、立体造形物１から表層体５を除いた内部構造体６の形状に関するデータとなっている。また、内部構造体造形データは、表層体５との間のクリアランスに応じて、内部空間３よりも小さな大きさとなる内部構造体６の形状に関するデータとなっている。そして、ＦＤＭ装置２２は、生成した内部構造体造形データに基づく造形制御を実行することで、上記の内部構造体６を造形する。

次に、図４及び図５を参照して、立体造形物１の造形方法に関するフローについて説明する。立体造形物１の造形方法では、表層体造形データ及び内部構造体造形データを生成するデータ生成工程（ステップＳ１）と、表層体５を造形する表層体造形工程（ステップＳ２）と、内部構造体６を造形する内部構造体造形工程（ステップＳ３）と、表層体５と内部構造体６とを接合する接合工程（ステップＳ４）とが行われる。なお、実施形態１において、表層体造形工程Ｓ２と内部構造体造形工程Ｓ３とは、並行に行っているが、順に行われてもよく、特に限定されない。

立体造形物１の造形方法では、先ず、造形システム２０において、立体造形物１の造形データに基づき、表層体造形データと内部構造体造形データとが生成される（データ生成工程Ｓ１）。表層体造形データ及び内部構造体造形データが生成されると、三次元造形装置２１が表層体造形データに基づいて造形制御を行うことで、複数の表層片１１を造形する（表層体造形工程Ｓ２）。また、表層体造形データ及び内部構造体造形データが生成されると、表層体造形工程Ｓ２と並行して、ＦＤＭ装置２２が内部構造体造形データに基づいて造形制御を行うことで、内部構造体６を造形する（内部構造体造形工程Ｓ３）。

複数の表層片１１及び内部構造体６が造形されると、表層片１１と内部構造体６とが接合される（接合工程Ｓ４）。具体的に、接合工程Ｓ４では、造形された内部構造体６（ステップＳ４ａ）に対して、内部構造体６の外面に接着剤が塗布されることで、内部構造体６の外面に接着剤層７が形成される（ステップＳ４ｂ）。そして、表層片１１を接着剤層７を介して内部構造体６に貼り付けることで、表層片１１と内部構造体６とが接合される（ステップＳ４ｃ）。そして、分割された全ての表層片１１が連結された状態で、内部構造体６に接合され、内部構造体６の外面に表層体５が設けられることで、図１及び図２に示す立体造形物１となる（ステップＳ４ｄ）。

以上のように、実施形態１によれば、分割された複数の表層片１１を連結して表層体５とし、表層体５の内部空間３に内部構造体６を配置することができる。このため、表層体５を内部構造体６で支持できることから、立体造形物１の強度を確保することができる。また、内部構造体６を熱溶融積層法により造形することで、内部構造体６を軽量にでき、立体造形物１の軽量化を図ることができることから、大きな立体造形物１であっても、立体造形物１の取り扱い容易なものとすることができる。さらに、内部構造体６を、安価な材料となるフィラメントを用いて造形することにより、立体造形物１の造形に係るコストの削減を図ることができる。また、インクジェットヘッドを用いて表層片１１を造形すればよいことから、立体造形物１全体を造形する場合に比して、造形作業の効率を向上させることができ、併せて、内部構造体６を効率のよい熱溶融積層法を用いて造形することで、造形作業の効率をさらに向上させることができる。

また、実施形態１によれば、表層片１１を紫外線硬化樹脂により造形し、内部構造体６を熱可塑性樹脂により造形することができるため、異なる材料を用いて表層片１１と内部構造体６とを造形することができる。このため、表層片１１に適した材料を用いて造形を行うことができ、また、内部構造体６に適した材料を用いて造形を行うことができる。

また、実施形態１によれば、内部構造体６と表層体５とを接着剤層７を介して好適に接合することができるため、内部構造体６からの表層体５の剥がれを抑制することができる。

また、実施形態１によれば、内部構造体６と表層体５との間のクリアランスを、接着剤層７で埋めて設けることができるため、表層体５の内部空間３に内部構造体６を適切に収めつつ、接着剤層７を介して内部構造体６により表層体５を適切に支持することができる。

また、実施形態１によれば、複数の表層片１１を、所定の高さを空けた平行となる複数の切断面で分割することができるため、同じ高さとなる表層片１１を、インクジェットヘッドを用いて造形することができる。このため、表層片１１の高さを低くすることで、表層片１１を迅速に造形することが可能となり、表層片１１の造形作業の効率を向上させることができる。

［実施形態２］
次に、図６を参照して、実施形態２に係る立体造形物１について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図６は、実施形態２に係る立体造形物を示す断面図である。なお、図６に示す図は、図１に示す手のひらの部分において、図１の切断面に直交する面で切った断面図となっている。

実施形態２の立体造形物３０は、実施形態１の内部構造体６の外面が弾性変形または塑性変形するものとなっている。具体的に、図６に示すように、内部構造体６は、外面から突出する複数の突起部３１を有している。複数の突起部３１は、突出方向における長さが、表層体５の内面と内部構造体６の外面との間のクリアランスとほぼ同じ長さとなっている。

各突起部３１は、内部構造体６の造形時において一体に造形され、弾性変形または塑性変形可能な構造となるように造形される。各突起部３１は、内部構造体６への表層片１１の取り付け時において、表層片１１の内面が接触することで変形する。このため、各突起部３１は、表層片１１の変形を抑制しつつ、表層片１１の支持点となる。なお、接着剤層７は、実施形態１と同様に、クリアランスを埋めるように設けてもよいし、突起部３１のみに設けてもよく、特に限定されない。

以上のように、実施形態２によれば、表層体５の内面において、内部構造体６の外面に設けられる複数の突起部３１が物理的に干渉する場合、複数の突起部３１が弾性変形または塑性変形することで、表層体５の変形を抑制しつつ、表層体５を支持することができる。このため、表層体５の歪みの発生を抑制することができ、表層体５を適切な形状に保ちつつ、内部構造体６による支持を好適なものとすることができる。

［実施形態３］
次に、図７から図１０を参照して、実施形態３に係る立体造形物１について説明する。なお、実施形態３でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１及び２と異なる部分について説明し、実施形態１及び２と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図７は、実施形態３に係る立体造形物を示す断面図である。図８は、実施形態３に係る立体造形物を造形する造形システムの概略構成を表す概略構成図である。図９は、実施形態３に係る立体造形物の造形方法に関するフローチャートである。図１０は、実施形態３に係る立体造形物の造形方法に関する説明図である。

実施形態３の立体造形物４０は、図７に示すように、実施形態１の内部構造体６が、表層体５の内部空間３に充填される充填材４１となっている。具体的に、内部構造体６となる充填材４１としては、例えば、発泡ウレタン、発泡スチレン等の発泡材であり、表層体５と異なる材料を用いて造形されている。充填材４１は、表層体５の内部空間３に充填されることで内部構造体６として造形される。

また、充填材４１の単位体積当たりの重量は、表層体５の単位体積当たりの重量に比して軽くなっている。このため、立体造形物４０は、表層体５が内部構造体６に支持されるため、所定の強度を確保することが可能となる。また、内部構造体６の軽量化が図れるため、立体造形物１は軽量なものにできる。なお、接着剤層７は、予め表層体５の内面に設けておき、内部空間３に充填された充填材４１と表層体５とを接合させてもよい。また、充填材４１の表層体５への接合が可能であれば、接着剤層７は省いてもよい。

次に、図８を参照して、立体造形物４０を造形するための造形システム５０について説明する。造形システム５０は、インクジェット方式の３Ｄプリンタである三次元造形装置２１と、充填材４１を充填する充填装置５１とを含んで構成されている。

三次元造形装置２１は、実施形態１と同様であり、立体造形物４０の造形データに基づいて生成された表層体造形データに基づいて、紫外線硬化型インクを吐出して硬化させることにより、複数の表層片１１を造形する。

充填装置５１は、充填材４１を噴射する噴射ノズルを有し、噴射ノズルから表層体５の内部空間３に充填材４１が吹き付けられることで、表層体５の内面に沿って内部構造体６を造形する。つまり、充填装置５１は、表層体５の内部空間３に充填材４１を充填するだけで内部構造体６を造形する。

次に、図９及び図１０を参照して、立体造形物４０の造形方法に関するフローについて説明する。立体造形物４０の造形方法では、表層体造形データを生成するデータ生成工程（ステップＳ２１）と、表層体５を造形する表層体造形工程（ステップＳ２２）と、充填材４１を充填する充填工程（ステップＳ２３）とが行われる。

立体造形物１の造形方法では、先ず、造形システム５０において、立体造形物４０の造形データに基づき、表層体造形データが生成される（データ生成工程Ｓ２１）。表層体造形データの生成については、実施形態１と同様であるため説明を省略する。表層体造形データが生成されると、実施形態１の表層体造形工程Ｓ２と同様に、三次元造形装置２１が表層体造形データに基づいて造形制御を行うことで、複数の表層片１１を造形する（表層体造形工程Ｓ２２）。

複数の表層片１１が造形されると、複数の表層片１１を組み合わせて、内部空間３を有する表層体５を形成した後、この表層体５の内部空間３に、充填装置５１から充填材４１が充填される（充填工程Ｓ２３）。具体的に、充填工程Ｓ２３では、複数の表層片１１を組み合わせる場合、例えば、表層片１１の外面に粘着テープを貼着することで、表層片１１同士を連結し、全ての表層片１１を連結することで、内部空間３を有する表層体５を形成する（ステップＳ２３ａ）。そして、充填装置５１から表層体５の内部空間３に充填材４１が充填される（ステップＳ２３ｂ）。このとき、ステップＳ２３ａでは、充填装置５１による充填材４１の充填口を確保すべく、一部の表層片１１を取り外していてもよい。充填材４１は、表層体５の内面に沿って流動した後、その形状が固定されることで、図７に示す立体造形物４０となる（ステップＳ２３ｃ）。

以上のように、実施形態３によれば、分割された複数の表層片１１を連結して表層体５とし、表層体５の内部空間３に内部構造体６を配置することができる。このため、表層体５を内部構造体６で支持できることから、立体造形物４０の強度を確保することができる。また、内部構造体６を充填材４１を用いて軽量にすることができるため、立体造形物４０の軽量化を図ることができ、取り扱い容易なものとすることができる。さらに、内部構造体６を、安価な充填材４１を用いて造形することにより、立体造形物４０の造形に係るコストの削減を図ることができる。また、インクジェットヘッドを用いて表層片１１を造形すればよいことから、立体造形物４０全体を造形する場合に比して、造形作業の効率を向上させることができ、併せて、表層体５の内部空間３に充填材４１を充填するだけで内部構造体６を造形できるため、造形作業の効率をさらに向上させることができる。

［実施形態４］
次に、図１１を参照して、実施形態４に係る立体造形物６０について説明する。なお、実施形態４では、重複した記載を避けるべく、実施形態１から３と異なる部分について説明し、実施形態１から３と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図１１は、実施形態４に係る立体造形物を示す断面図である。

実施形態４の立体造形物６０は、表層片１１が、他の表層片１１に連結される連結部６１を有するものとなっている。連結部６１は、表層片１１の縁部に沿って形成されており、縁部の断面において段部を有する凹凸形状となっている。このため、表層片１１は、凹側の連結部６１に、隣接する他の表層片１１の凸側の連結部６１が嵌め合わされることで連結される。なお、連結部６１は、その形状が特に限定されず、凹凸となる連結ピン及び連結孔であってもよい。

以上のように、実施形態４によれば、表層片１１同士を連結部６１により連結することができるため、表層片１１同士の分離を抑制しつつ、複数の表層片１１を精度よく組み上げることで、表層体５を適切な形状とすることができる。なお、実施形態４の連結部６１は、実施形態１から３の表層片１１に適用してもよい。

［実施形態５］
次に、図１２を参照して、実施形態５に係る立体造形物７０について説明する。なお、実施形態５では、重複した記載を避けるべく、実施形態１から４と異なる部分について説明し、実施形態１から４と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図１２は、実施形態５に係る立体造形物の分割線を示す外観斜視図である。

実施形態５の表層体５は、立体造形物７０の特徴的な複数の特徴部位に応じて、複数の表層片１１に分割されている。具体的に、立体造形物７０が手である場合、特徴部位として、例えば、爪の部位、指の先端から第１関節までの部位、指の第１関節から第２関節までの部位等があり、これらの部位に対応するように、複数の表層片１１が造形されている。なお、立体造形物７０の特徴部位は、立体造形物７０の種類によって異なるため、特に限定されず、任意の部位とすることができる。

以上のように、実施形態５によれば、立体造形物７０の特徴部位ごとに表層片１１を造形することができるため、複数の表層片１１が組み合わされた表層体５を、分割線が目立ちにくいものとすることができ、立体造形物７０の意匠性を高めることができる。なお、実施形態５の表層片１１に係る分割も、実施形態１から４の表層片１１に適用してもよい。

１、３０、４０、６０、７０ 立体造形物
３ 内部空間
５ 表層体
６ 内部構造体
７ 接着剤層
１１ 表層片
２０ 造形システム
２１ 三次元造形装置
２２ ＦＤＭ装置
３１ 突起部
４１ 充填材
５０ 造形システム
５１ 充填装置
６１ 連結部

Claims (12)

1. 内部空間を有し、表面をなす層である表層体と、
   前記表層体の前記内部空間に設けられ、前記表層体を支持する内部構造体と、を備え、
   前記表層体は、分割された複数の表層片からなり、
   前記表層片は、液滴吐出ヘッドから吐出された機能性インクを硬化させた造形材であることを特徴とする立体造形物。
2. 前記機能性インクは、紫外線を照射することにより硬化する紫外線硬化型インクであり、
   前記表層片は、前記造形材として、前記紫外線硬化型インクを硬化させた紫外線硬化樹脂であり、
   前記内部構造体は、熱溶融させたフィラメントを硬化させた熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の立体造形物。
3. 前記内部構造体は、前記表層体の内面と対向する外面の少なくとも一部が変形することを特徴とする請求項２に記載の立体造形物。
4. 前記機能性インクは、紫外線を照射することにより硬化する紫外線硬化型インクであり、
   前記表層片は、前記造形材として、前記紫外線硬化型インクを硬化させた紫外線硬化樹脂であり、
   前記内部構造体は、前記表層体の前記内部空間に充填される充填材であることを特徴とする請求項１に記載の立体造形物。
5. 前記内部構造体の単位体積当たりの重量は、前記表層体の単位体積当たりの重量に比して軽いことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の立体造形物。
6. 前記内部構造体と前記表層体との間に設けられ、前記内部構造体と前記表層体とを接合する接着剤層を、さらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の立体造形物。
7. 前記内部構造体は、前記表層体との間にクリアランスが形成される大きさとなっており、
   前記接着剤層は、前記内部構造体と前記表層体との間の前記クリアランスを埋めて設けられていることを特徴とする請求項６に記載の立体造形物。
8. 前記表層片は、他の前記表層片に連結される連結部を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の立体造形物。
9. 前記表層体は、所定の高さを空けて平行となる複数の平面で、複数の前記表層片に分割されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の立体造形物。
10. 前記表層体は、特徴的な複数の特徴部位に応じて、複数の前記表層片に分割されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の立体造形物。
11. 内部空間を有し、表面をなす層である表層体を造形する表層体造形工程と、
    前記表層体の前記内部空間に設けられ、前記表層体を支持する内部構造体を造形する内部構造体造形工程と、
    前記内部構造体の外面に前記表層体を接合して立体造形物とする接合工程と、を備え、
    前記表層体は、分割された複数の表層片からなり、
    前記表層体造形工程では、液滴吐出ヘッドから吐出された機能性インクを硬化させて前記表層片を造形することを特徴とする立体造形物の造形方法。
12. 内部空間を有し、表面をなす層である表層体を造形する表層体造形工程と、
    前記表層体の前記内部空間に、前記表層体を支持する内部構造体となる充填材を充填して、立体造形物とする充填工程と、を備え、
    前記表層体は、分割された複数の表層片からなり、
    前記表層体造形工程では、液滴吐出ヘッドから吐出された機能性インクを硬化させて前記表層片を造形し、
    前記充填工程では、複数の前記表層片を組み合わせて、前記内部空間を有する前記表層体を形成した後、前記表層体の前記内部空間に前記充填材を充填することを特徴とする立体造形物の造形方法。

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