三維成形方法和三維成形裝置與流程

本發明涉及一種用于變形和沉積成形原料以獲得三維成形物體的三維成形方法，以及更特別地，涉及一種用于使用多個成形原料生成成形物體的三維成形方法以及適合于該方法的三維成形裝置。

背景技術：

作為用于形成三維固體物體的技術，稱為快速原型(Rapid Prototyping)(RP)的技術是已知的。該技術使用將單個三維形狀的表面描述為一組三角形的數據(為標準三角化語言((STL)格式的數據)，以計算其在疊層方向被切成薄的橫截面形狀，并且根據所述形狀層疊每層以形成所述固體物體。

此外，已知作為用于形成固體物體的技術，熔化沉積模制(FDM：Fused Deposition Molding)，噴墨技術，噴墨限界技術(inkjet binder techniques)，立體平版印刷術(SL)，選擇性激光燒結(SLS)等。

近年來，一直存在以低價提供個人三維成形裝置，其能夠給成形物體著色。作為適合于著色的方法，存在噴墨方法和噴墨限界方法；然而，存在一問題在于，由于特殊噴墨頭和油墨是必需的，因此裝置和成形物體是昂貴的。

相反地，根據FDM方法，例如，熱塑性成形原料被加熱到處于流體狀態，每個層被順序地層疊以使得形成一固體物體。FDM方法具有一優點在于，由于被廣泛地用作機械部件或用于注入模制等的材料可用作成形原料，因此成形物體可以以相對低的成本建立。然而，通常地說，FDM方法不適合于著色，與噴墨方法或噴墨限界方法相比。

技術實現要素：

技術問題

在此，專利文獻1描述了一種FDM-方法三維成形裝置，其根據成形場所使用具有不同的單位容積的重量的成形材料。

具體地，它描述了具有不同的單位容積的重量的多個成形材料被順序地切換排出以使得單位容積的重量根據成形場所變化(第0033段，圖3(b))。根據該發明，如果不同顏色的多個成形材料被用作所述成形材料，著色的成形物體可被建立。然而，存在一問題在于，顏色的數目限于頭的數目。

此外，專利文獻1描述了頭內的成形材料的混合比被調節以改變成形材料的單位容積的重量(第0033段，圖3(a))。如果不同顏色的多個成形材料被用作所述成形材料，全著色是可能的。然而，專利文獻1并沒有考慮成形物體的著色，并且沒有提到混合成形原料的具體方法。

本發明已經考慮了以上所述的問題，并且具有一目的以提供一種新穎的三維成形方法以及一種三維成形裝置，其使用由多個成形原料形成的成形材料形成固體物體。

解決技術問題的技術方案

為了解決如上所述的問題，根據權利要求1所述的本發明是一種變形和沉積多個成形原料為預定固體形狀的三維成形方法，該三維成形方法包括通過一輸送單元輸送多個成形原料到變形單元的輸送過程，通過所述變形單元使成形原料變形的變形過程；扭絞和布置所述變形的成形原料為螺旋形式以通過一成形材料形成單元來形成成形材料的成形-材料形成過程，以及順序地沉積所述成形材料以通過一成形單元形成三維成形物體的成形過程。

本發明的有益效果

根據本發明，多個變形的成形原料以螺旋形式扭絞和布置以使得成形材料得以形成，以及形成的成形材料被順序地沉淀以形成三維成形物體。可以提供一種新穎的三維成形方法和三維成形裝置，其使用由多個成形原料形成的成形材料形成一固體物體。

附圖說明

圖1A是示出距離物體的距離和人的視覺的分辨率之間的關系的示意圖；

圖1B是示出距離物體的距離和具有1.0的視力的人擁有的分辨率之間的關系的表；

圖2A是在其中存在兩個類型的成形原料的情況下形成的成形材料的示意圖；

圖2B是在其中存在三個類型的成形原料的情況下形成的成形材料的示意圖；

圖3是如果僅旋轉速度變化而形成的成形材料的示意圖；

圖4是如果僅成形速度變化而形成的成形材料的示意圖；

圖5是如果僅成形原料A的輸送速度變化而形成的成形材料的示意圖；

圖6是當結合示出圖3到5中示出的成形條件時生成的成形材料的示意圖；

圖7是示意性地示出根據本發明的第二實施例的三維成形裝置的截面視圖；

圖8是示意性地示出成形-材料形成部分的有關部分的放大的截面視圖；

圖9是示意性地示出成形-材料形成部分的有關部分的透視圖；

圖10是示出成形材料的旋轉速度、成形速度和1節距之間的關系的表；

圖11A是示意性地示出根據本發明的第三實施例的三維成形裝置的成形-材料形成部分的有關部分的縱向截面視圖；

圖11B是圖11A的C-C截面視圖；

圖12是示意性地示出成形-材料形成部分的有關部分的縱向截面視圖，其示出圖11A的修改示例；

圖13A是示出如果形成每個層的成形材料的厚度是相同的而形成的三維成形物體的示例的透視圖；

圖13B是圖13A的箭頭A的視圖和箭頭B的視圖；

圖14A是示出如果形成每個層的成形材料的厚度變化而形成的三維成形物體并且對應于圖13A的箭頭A的視圖和箭頭B的視圖的視圖；

圖14B是示出成形材料的層角度和厚度之間的關系的表；

圖15A是示出成形過程的示意性視圖；

圖15B是示出成形過程的示意性視圖；

圖15C是示出成形過程的示意性視圖；

圖16是示出根據第四實施例的執行所述過程的控制單元的構造的功能方框圖；

圖17是示出第四實施例的主流程圖；

圖18是子過程的流程圖；

圖19是示出根據第四實施例的執行所述過程的控制單元的修改構造部分功能方框圖；

圖20是子過程的流程圖；

圖21是旋轉構件的側視圖和底視圖；

圖22是對應于圖8中示出的扭絞部分的D-D截面表面的視圖；

圖23是其中成形是在沒有任何旋轉機構的情況下使用傳統的成形方法以從(A)到(B)的實線執行的狀態的視圖；

圖24A是示出根據第十實施例的成形的狀態的側視圖；

圖24B是示出根據第十實施例的成形的狀態的頂視圖；

圖25是示出根據第十一實施例的成形的視圖；

圖26是示出根據第十一實施例的成形的視圖。

具體實施方式

下面將使用在附圖中示出的實施例給出本發明的詳細解釋。在此，在這些實施例中描述的元件、類型、組合、形狀、相對布置等僅是用于解釋的示例，除非另作說明，并且不是用來限制本發明的范圍于此。

根據本發明的實施例的三維成形方法具有這樣的特征：具有不同的顏色的多個成形原料被變形、以預定速度輸送、以預定速度扭絞以及以預定摻合比沉積成螺旋形式以使得全色成形材料得以形成，以及形成的成形材料被順序地沉淀以使得三維成形物體得以獲得。此外，通過根據本發明的三維成形方法，具有不同的觸覺感覺的多個材料或者具有不同的電阻值的多個導體被用作成形原料，由此還可以獲得其中觸覺感覺或電阻值靈活變化的成形物體。

[成形原料的著色間隔]

首先，人的視覺的分辨率被解釋，然后成形材料的全著色被解釋。圖1A是示出距所述物體的距離和人的視覺的分辨率之間的關系的示意圖，以及圖1B是示出距所述物體的距離和具有1.0的視力的人擁有的分辨率之間的關系的表。

如在圖1A中示出的，如果具有7.5毫米的直徑、1.5毫米的厚度和1.45毫米的間隙的Landolt環可在視覺上被認為處于5m的距離，那么人視力是1度的視角，即，1.0的視力。具體地，如果物體在5米的距離處被觀察，那么具有1.0的視力的人擁有的分辨率是1.45毫米。如圖1B中示出的，如果物體在1米的距離處被觀察，那么具有1.0的視力的人擁有的分辨率是0.29毫米。在其中假定成形物體在1米的距離處被觀察的情況下，以及如果多個顏色被布置在等于或小于0.29毫米的范圍內，多個顏色被看作被混合，因此被人認為單個顏色。根據本發明的每個實施例，圖2中示出的成形材料的節距P_x是使用人的視覺分辨率作為參照進行確定的。

對于成形材料的全著色，包括在1節距P_x中的成形原料的百分比可變化。例如，如果減色過程被施加，四個顏色的也就是除了三原色之外的白色(或黑色)、青色、洋紅和黃色的成形原料被使用，以及布置在1節距P_x中的在每個顏色中的成形原料的百分比被變化，以使得成形材料可被全著色。

[第一實施例：三維成形方法及其理論]

根據本發明的實施例的三維成形方法的解釋被給出。圖2是要形成的成形材料的示意性視圖，其中在圖2A的情況下，存在2類型的成形原料，以及在圖2B的情況下，存在3類型的成形原料。此外，在下面的等式中，下標a表示與成形原料A有關的參數，下標b表示與成形原料B有關的參數，以及下標x表示與形成的成形材料有關的參數。

首先，給出其中存在2類型的成形原料的情況。

如果圖2A中的操作關系是使用一般等式表示的，下面的等式(1)和等式(2)被獲得。

在此，輸送流量和成形流量：Q[mm³/s]

輸送速度和成形速度：v[mm/s]

成形原料的寬度和成形材料的寬度：d[mm]

節距：P[mm]

旋轉速度(扭絞速度)：f_x[rps]

等式(1)指示流量Q是由"截面面積×速度v"給出的。在此，為了等式的簡化，基于成形原料和成形材料的截面形狀是圓形的假定給出解釋。

當每個參數變化時進行成形時在成形材料中發生的變化的解釋被給出。參考值(變化之前)的參數是使用下標"1"表示的，以及從參考值變化的參數(變化值)是使用下標"2"表示的。

通過參考值，等式(1)和(2)被確認為如下所述的(等式(1-1)，等式(2-1))。

通過變化值，等式(1)和(2)被確認為如下所述的(等式(1-2)，等式(2-2))。

<如果旋轉速度變化則節距的變化>

如果僅旋轉速度f_x從參考值變化，則給出節距P的變化的解釋。圖3是如果僅旋轉速度變化而形成的成形材料的示意圖。在此，其中例如變化的旋轉速度f_x2是參考旋轉速度f_x1的差不多兩倍(f_x2＝2f_x1)的情況的解釋被給出。根據等式(2)、等式(2’)被獲得。

v_x＝f_x×P_x (2')

由于成形速度v_x是相同的(v_x＝v_x1＝v_x2)，因此參考值和變化值的每個參數f_x、P、以及[f_x2＝2f_x1]被應用到等式(2’)以使得等式(2’-1)被獲得。

v_x＝f_x1×P_x1＝f_x2×P_x2＝2f_x1×P_x2 (2'-1)

因此，等式(3)被獲得。

由此，變化節距P_x2是參考節距P_x1的1/2，以及高分辨率的著色得以獲得。也就是說，成形材料的節距P_x可通過變化旋轉速度f_x而變化。在此，成形寬度d_x是不變的。

<其中成形速度變化的情況>

如果僅成形速度v_x從參考值變化那么在參數中的變化的解釋被給出。圖4是如果僅成形速度變化那么形成的成形材料的示意性視圖。例如，其中變化的成形速度v_x2是參考成形速度v_x1的差不多兩倍(v_x2＝2v_x1)的情況的解釋被給出。

<<節距的變化>>

節距P的變化的解釋被給出。旋轉速度f_x是相同的(f_x＝f_x1＝f_x2)；因此，根據等式(2)，等式(3-1)得以獲得。

如果該等式被重新整理，等式(4)被獲得。

變化的節距P_x2是參考節距P_x1的差不多兩倍，低分辨率著色被獲得。也就是說，如果成形速度v_x變化，那么成形材料的節距P_x可變化。

<<成形材料寬度的變化>>

接下來，給出成形材料寬度d_x的變化的解釋。由于成形流量Q_x是相同的(Q_x＝Q_x1＝Q_x2)，因此[v_x2＝2v_x1]被代入等式(1)以使得等式(4-1)被獲得。

如果該等式被重新整理，等式(4-2)被獲得。

由此，等式(5)被獲得。

由此，變化的成形材料寬度d_x2是參考成形材料寬度d_x1的差不多1/2倍的平方根，以及高分辨率被獲得。也就是說，如果成形速度v_x變化，那么成形材料寬度d_x可變化。

理解到，節距P_x2和成形材料寬度d_x2可通過變化所述成形速度v_x而變化。

<其中一些成形原料的輸送速度變化的情況>

如果僅成形原料A的輸送速度v_a從參考值變化那么成形材料寬度d_x、成形速度v_x和節距P_x的變化的解釋被給出。圖5是如果僅成形原料A的輸送速度變化那么形成的成形材料的示意性視圖。例如，其中變化的輸送速度v_a2是參考輸送速度v_a1的1/2(v_a2＝v_a1/2)的情況的解釋被給出。

為了下面的計算的簡化，成形原料B的輸送速度v_b1和成形原料寬度d_b1與成形原料A的相同(v_b1＝v_a1，d_b1＝d_a1)。由于成形原料A的成形原料寬度da、成形原料B的成形原料寬度d_b以及成形原料B的成形速度v_b是相同的(d_a1＝d_a2，d_b1＝d_b2，v_b1＝v_b2)，因此等式(5-1)和等式(5-2)從等式(1-1)和等式(1-2)獲得。

由此，等式(6)被獲得。

如果成形原料A的輸送速度v_a變化，那么成形流量Q_x變化。這意味著成形材料寬度d_x和節距P_x可根據成形速度v_x變化(或相反的被建立)。

在此，在成形材料中的成形原料A和B的節距之間的比率(P_a2:P_b2)等于成形原料A和B的輸送速度之間的比率(v_a2:v_b2)，等式(7)被獲得。

P_a2:P_b2＝v_a2:v_b2＝1:2 (7)

<<如果成形速度沒有變化則成形材料寬度和節距的變化>>

如果僅成形原料A的輸送速度v_a變化且成形速度v_x是相同的(v_x1＝v_x2)那么變化的成形材料寬度d_x2的解釋被給出。等式(7-1)從等式(1-1)獲得。

如果等式(7-1)變形，獲得等式(8)。

此外，等式(8-1)從等式(1-2)獲得。

如果等式(8-1)變形，等式(6)和等式(8)被代入，獲得等式(8-2)。

由此，獲得等式(9)。

由此，變化成形材料寬度d_x2是參考成形材料寬度d_x1的差不多3的平方根/2倍。也就是說，如果成形原料A的輸送速度v_a變化并且成形速度v_x是相同的，那么成形材料寬度d_x可變化。

此外，解釋節距P_x2。由于旋轉速度f_x是相同的(f_x1＝f_x2)，等式(9-1)和等式(10)從等式(2-1)和等式(2-2)獲得。

P_x2＝P_x1 (10)

如從該等式理解到，節距P_x沒有變化。

<<如果成形材料寬度沒有變化那么成形速度和節距的變化>>

接下來，如果僅成形原料A的輸送速度v_a變化且成形材料寬度d_x是相同的(d_x1＝d_x2)那么變化的成形速度v_x2的解釋被給出。等式(10-1)和等式(11)從等式(1-1)獲得。

由此，從等式(1-2)獲得等式(11-1)。

如果等式(11)在變形之后被代入，那么獲得等式(11-2)。

如果等式(6)被代入等式(11-2)，那么獲得等式(12)。

由此，變化的成形材料速度v_x2是參考成形速度v_x1的差不多3/4倍。也就是說，如果成形原料A的輸送速度v_a變化且成形材料寬度d_x是相同的，那么成形速度v_x可變化。

變化的節距P_x2的解釋被進一步給出。由于旋轉速度f_x是相同的(f_x1＝f_x2)，那么等式(12-1)和等式(12-2)從等式(2-1)和等式(2-2)獲得。

如果等式(12)被代入等式(12-2)，那么獲得等式(13)。

由此，變化的節距P_x2是參考節距P_x1的3/4。也就是說，如果成形原料A的輸送速度v_a變化且成形材料寬度d_x是相同的，那么成形材料的節距P_x可變化。

此外，如上所述的，在成形材料中的成形原料A和B的節距之間的比率(P_a2:P_b2)等于成形原料A和B的輸送速度之間的比率(v_a2:v_b2)。

如上所述的，在成形材料中的成形原料的節距之間的比率可通過變化一些成形原料的輸送速度而靈活地變化。該方法是用于調節成形原料的沉積的比率以生成各種顏色的重要方法。

<總結>

圖6是當結合圖3到5中示出的成形條件時生成的成形材料的示意性視圖。如從該圖中理解到的，通過在變化成形原料的輸送速度、成形原料的扭絞速度(旋轉速度)和成形材料的成形速度中的至少一個或組合變化來進行變形，可以獲得使用具有各種節距或成形寬度的成形材料的成形物體。

<其中存在三個或更多成形原料的情況>

如果圖2B中的操作關系是使用一般等式表示的，那么獲得由以下等式(13-1)表示的等式。

在此，對應于等式(2)的等式與圖2A的情況下的是相同的。如從以上一般方程理解到的，兩種顏色通常就是這樣，如果存在三種或更多種成形原料，那么包括在成形材料中的成形材料寬度、成形原料的節距等可通過適當地變化成形原料的旋轉速度f_x、成形速度v_x和輸送速度v_a，v_b和v_c被靈活地變化。

[第二實施例：三維成形裝置]

參照圖7到9，實施三維成形方法的三維成形裝置的解釋被給出。圖7是示意性地示出根據本發明的第二實施例的三維成形裝置的截面視圖。圖8是示意性地示出成形-材料形成部分的有關部分的放大截面視圖。圖9是示意性地示出成形材料形成部分的有關部分的透視圖。

三維成形裝置1是使用熔化沉積模制(FDM)方法形成三維成形物體的裝置，其中成形原料100被熔融(變形)和沉淀成預定固體形狀。

三維成形裝置1的示意性操作如下。三維成形裝置1在熱熔融部分31處熔融成形原料100，并以組合和適當的量引入成形原料100到扭絞部分40以實現希望的著色。接下來，成形原料100在扭絞部分40的旋轉構件45處被扭絞以使得具有預定顏色的成形材料得以形成，以及成形材料最后通過排出開口61被排出到成形平臺71上，由此，成形材料被成形在成形平臺71上。

三維成形裝置1包括輸送部分10，該輸送部分包括輸送具有不同顏色的多個成形原料100(100a，100b，100c，100d)向下到熱熔融部分31；成形-材料形成部分30，其包括加熱和熔化由輸送機構11輸送的每個成形原料100，以及扭絞和布置所述變形的成形原料100成螺旋形式以便形成多色成形材料101；以及成形部分70，其順序地沉積所述成形材料101以形成三維成形物體。

<成形原料>

成形原料是由熱塑性樹脂，例如ABS樹脂，形成的。根據本實施例，為三原色即青色(Cyan)、洋紅(Magenta)和黃色(yellow)以及白色(或黑色)的四種成形原料被用作成形原料，由此全顏色成形材料可使用減色混合獲得。

<輸送部分>

輸送部分10是將固體狀態下的成形原料輸送到下游成形-材料形成部分30的部分，并包括為成形原料即為每種顏色提供的輸送機構11。根據本實施例，如在圖9中示出的，根據本實施例，如在圖9中示出的，四個輸送機構11被提供以輸送4型(4顏色)的成形原料100。每個輸送機構11包括原料輸送路徑13，成形原料100通過該原料輸送路徑被輸送；輸送齒輪15，其暴露到原料輸送路徑13以便與成形原料100的表面接觸，從而順序地向下游遞送成形原料100；以及旋轉和驅動輸送齒輪15的輸送電機17。

原料輸送路徑13具有具有一內徑的基本上柱形形狀，成形原料100可穿過該柱形形狀。例如，具有3毫米的內徑φ的原料輸送路徑13輸送具有其外徑基本上與所述內徑相同的φ3毫米的成形原料。

輸送齒輪15可以是如所示的蝸輪，或者可以是設置成以使得外圓周長彼此相對的兩個可旋轉滑輪。在后者的情況下，成形原料在當被夾在和保持在兩個滑輪的外圓周長之間時被輸送。

輸送電機17旋轉和驅動所述輸送齒輪15以輸送對應于每個成形原料100的著色比的數量的成形原料。輸送電機17由控制單元200驅動和控制。

<熱絕緣構件>

熱絕緣構件20被設置在輸送部分10和成形-材料形成部分30之間。在輸送部分10處，輸送齒輪15接觸到成形原料100的外表面以使得輸送能力被施加；因此，成形原料需要保持在固體狀態。熱絕緣構件20防止加熱器33的熱被傳送到輸送部分10以使得成形原料可保持在固體狀態。

在熱絕緣構件20中，多個路徑21被形成，通過該多個路徑，處于固體狀態的從輸送部分10輸送的成形原料100被插入和輸送。每個路徑21的內徑基本上與每個原料輸送路徑13的內徑相同。

<成形材料形成部分>

所述成形材料形成部分30是熔融從輸送部分10輸送的成形原料100、布置所述成形原料100為螺旋形式同時扭絞所述成形原料100以及將成形原料100朝向下游成形部分70噴射的部分。

所述成形材料形成部分30包括熱熔融部分31，其輸送所述成形原料100到下游同時加熱和熔融所述成形原料100；扭絞部分40，其布置所述熔融成形原料100為螺旋形式同時扭絞該熔融成形原料100，從而形成多色的成形材料101；以及頭部分60，其噴射所述成形材料101。

熱熔融部分31包括加熱和熔融每個成形原料100的加熱器33；以及澆道(runner)35(熔融原料輸送路徑：變形的原料輸送路徑)，其輸送被加熱器33加熱和熔融的每個成形原料到下游扭絞部分40。

加熱器33可加熱所述成形原料100到這樣的程度以使得所述成形原料100可被充分地熔融。如果ABS樹脂被用作成形原料，加熱器33的溫度被設定為250攝氏度，ABS樹脂通過該溫度被充分熔融。澆道35被提供給每個成形原料。從輸送部分10輸送的成形原料100被插入到澆道35中。

扭絞部分40包括扭絞輸送路徑41，由加熱器33加熱和熔融的每個成形原料流動到所述扭絞輸送路徑，并且該扭絞輸送路徑在將成形原料100輸送到位于下游的成形部分70的過程中使成形原料100變形成所述成形材料；以及旋轉構件45，其設置在扭絞輸送路徑41并圍繞平行于扭絞輸送路徑41的輸送方向的軸旋轉。

扭絞輸送路徑41基本上具有帶中空部的柱形形狀，以及澆口43，該澆口與澆道35連通并形成在扭絞輸送路徑41的內表面上。熔融的成形原料，其在澆道35內流動，通過澆口43流入到所述扭絞輸送路徑41中。

旋轉構件45，設置在扭絞輸送路徑41內，包括由扭絞電機49旋轉和驅動的驅動軸46；以及扭絞突起47，其被形成為以使得扭絞突起47從驅動軸46的端部46a突起到扭絞輸送路徑41的下游并且相對于驅動軸46的旋轉中心偏心地定位。驅動軸46以對應于成形材料的旋轉速度f_x(成形原料的扭絞速度)的速度被旋轉和驅動。扭絞電機49被控制單元200驅動和控制。

頭部分60，其具有排出所述成形材料101的排出開口61，被設置在扭絞輸送路徑41的最下游。排出開口61形成在與成形平臺71相對的頭表面63上。

驅動軸46的端部46a位于扭絞輸送路徑41中的澆口43的上游。

此外，在示出的示例中，扭絞突起47被設置成以使得端部47a在與頭表面63相同的位置上。然而，扭絞突起47的端部47a可設置在扭絞輸送路徑41內，或者可從排出開口61朝向成形平臺71突起。在前者的情況下，扭絞突起47被設置成以使得至少所述端部47a位于與扭絞輸送路徑41上的澆口43的下游端部相同的位置處或者位于進一步的下游。在后者的情況下，扭絞突起47的突起量被設定為以使得它不接觸成形平臺71或成形在成形平臺71上的成形物體102的最上部。

驅動軸46的端部46a位于扭絞輸送路徑41上的澆口43的上游，扭絞突起47的端部47a位于與澆口43的下游端部相同的位置和使得端部47a不接觸成形平臺71或成形在成形平臺71上的成形物體102的最上部的位置之間，由此，通過排出開口61排出的成形材料101的流動性(流動分布)會是均勻的。由此，高對比度三維成形物體可獲得。

<成形部分>

成形部分70包括成形平臺71，其設置成以使得成形平臺71與排出開口61相對；以及平臺驅動電機73，其使成形平臺71相對于排出開口61在X軸、Y軸和Z軸方向上向前和向后運動。

成形平臺71像沿著XY平面延伸的平坦板，通過排出開口61排出的成形材料101被順序地沉積那成形平臺71上以使得三維成形物體得以形成。

平臺驅動電機73包括X方向電機，其使成形平臺71在X軸方向上向前和向后運動；Y方向電機，其使成形平臺71在Y軸方向上向前和向后運動；以及Z方向電機，其使成形平臺71在Z軸方向上向前和向后運動。這些電機可構造為例如使用線性電機。平臺驅動電機73由控制單元200驅動和控制。根據本實施例，成形速度根據成形平臺71的運動速度被調節。

<控制單元>

三維成形裝置1包括控制單元200，其控制在輸送部分10、成形材料形成部分30和成形部分70中的每個單元的操作。

控制單元200驅動和控制輸送部分10的輸送電機17、成形材料形成部分30的扭絞電機49以及成形平臺71的平臺驅動電機73。這些電機根據成形材料的寬度、成形原料的節距、著色比(或要形成的成形材料的顏色)、成形平臺或成形物體的最上部和排出開口之間的需要的距離、在成形平臺上方的成形材料的排出位置或成形物體等被控制單元200適當地驅動和控制。

控制單元200是已知的計算裝置，并包括CPU，存儲器(ROM，RAM)等。CPU讀取存儲在ROM中的控制程序，并將控制程序載入到RAM中，并執行該控制程序，從而控制成像設備的每個單元的操作。

<尺度的示例>

例如，成形原料的尺度和包括在三維成形裝置1中的每個單元的尺度可被設定為如下所述的。

成形原料100的外徑：φ3mm

原料輸送路徑13的內徑：φ3mm

澆口43的內徑：φ0.2mm

扭絞輸送路徑41和排出開口61的內徑：φ0.5mm

驅動軸46的外徑：φ0.5mm

澆口43的中心和驅動軸46的端部46a之間的距離：0.2mm

澆口43的中心和頭表面63之間的距離：0.3mm

頭表面63和成形平臺71或成形物體的最上部之間的距離：0.25mm

扭絞突起47的長度：0.3mm to 0.7mm(圖8中為0.5mm)

驅動軸46(扭絞突起47)的旋轉速度：10到200rps(該速度以60rps作為參考增加或減小)

在此，以上所述的數值僅是示例

<三維成形裝置的操作>

解釋三維成形裝置的操作。

[輸送過程]

在輸送過程期間，成形原料100從輸送部分10被輸送到成形材料形成部分30。每個成形原料100在原料輸送路徑13中被輸送以使得成形原料100在原料輸送路徑13中的輸送速度的總和在一情況下是大約0.28毫米/秒，在該情況中，位于輸送部分10的下游的扭絞輸送路徑41的內徑，以及排出開口61是φ0.5毫米以及成形材料在扭絞輸送路徑41上的輸送速度(成形速度)是10毫米/秒。在此，每個成形原料100以對應于每個成形原料100在成形材料101中的著色比的輸送速度被輸送。在此，在輸送過程期間，成形原料100處于固體狀態。

[成形材料形成過程]

在成形材料形成部分30處，每個成形原料100以熔融狀態被輸送。具體地，每個成形原料100在熱熔融部分31處被加熱和熔融，以及處于熔融狀態的每個成形原料流過澆道35并通過澆口43流入到扭絞輸送路徑41中。

由于扭絞突起47在扭絞輸送路徑41內旋轉，因此每種顏色的成形原料100由于由扭絞突起47的旋轉引起的流體阻力而在圓周方向上被扭絞，以及布置成螺旋形式的具有每種顏色的成形材料被形成。

在此，圖10是示出成形材料的旋轉速度、成形速度和1節距之間的關系的表。在此，關于成形的條件以尺度的以上示例示出。如果扭絞突起47在以上所述的條件下以60rps的旋轉速度旋轉，那么成形材料101的節距P_x是0.17毫米。由于成形材料101的節距P_x可通過增加扭絞突起47的旋轉速度減小，因此具有更高分辨率的成形材料可獲得。

成形材料101，其形成希望的多色，從排出開口61朝向成形平臺71排出。

[成形過程]

在成形過程期間，平臺驅動電機73基于對成形物體的三維繪圖數據由控制單元200驅動和控制。成形平臺71由于平臺驅動電機73的驅動而相對于排出開口61在X軸、Y軸和Z軸的方向上向前和向后運動。成形材料101被沉積在成形平臺71或成形物體的最上部上以使得成形物體得以形成。

如上所述的，通過根據本實施例的三維成形裝置，可在變化成形原料的輸送速度、成形原料的扭絞速度(旋轉速度)以及成形材料的成形速度中的至少一個或者組合變化時進行成形，從而可以獲得使用具有各種節距或成形寬度的成形材料的成形物體。

[第三實施例：三維成形裝置]

給出根據本發明的第三實施例的三維成形裝置的解釋。圖11A到11B是示意性地示出根據本發明的第三實施例的三維成形裝置的成形材料形成部分的有關部分的視圖，圖11A是縱向截面視圖，圖11B是圖11A的C-C截面視圖。此后，相同的附圖標記被應用到與第一實施例中相同的構件，以及該相同構件的解釋被省略。

在根據本實施例的三維成形裝置中，扭絞部分40包括柱形旋轉構件83，其包括多個流動路徑(輸送路徑)85，每個流動路徑都輸送為每種顏色的變形的成形原料100；以及多個排出開口65，其設置在旋轉構件83的軸向方向上的一個端部(在該圖中的下端)并且將輸送穿過流動路徑85的每種顏色的成形原料100朝向成形部分70排出。扭絞部分40在當扭絞成形原料時通過旋轉排出開口65排出所述成形原料，從而形成所述成形材料101在成形平臺71上。

<扭絞部分>

扭絞部分40包括柱形中空部分81，其具有形成在柱形中空部分81的內表面上的澆口43，每種顏色的成形原料100流動穿過所述澆口，以及旋轉構件83，其設置在中空部分81內并且具有基本上柱形形狀。

澆口43被提供給每個成形原料，以及澆口43被布置成以使得中空部分81的軸向方向位置(在該圖中的豎直方向位置)彼此不同。

旋轉構件83被設置在中空部分81內以使得旋轉構件83圍繞平行于中空部分81的軸線的軸線旋轉。此外，中空部分81的內徑被設定為基本上與旋轉構件83的外徑相同。圓形凹陷部分87，其在圓周方向上延伸，被形成在旋轉構件83的與澆口43相對的側表面上。形成的圓形凹陷部分87的數目與澆口43的數目相同，形成的圓形凹陷部分87對應于基于一對一的顏色的成形原料100。

在旋轉構件83內，形成單獨的流動路徑85，其一端在圓形凹陷部分87的適當位置處開口并且其輸送熔融的成形原料100。流動路徑的另一端與設置在旋轉構件83的端部上的排出開口65連通。

如圖11A中示出的，排出開口65可從頭表面63朝向成形平臺71伸出，或者可設置在與頭表面63基本相同的位置。

<三維成形裝置的操作>

給出其中三維成形裝置的操作不同于第一實施例的方面的解釋。

[成形材料形成過程]

旋轉構件83以預定速度在中空部分81內被旋轉和驅動。

流過澆道35的每個熔融的成形原料100通過澆口43流入到與澆口43相對的圓形凹陷部分87中。此外，成形原料100由于在從圓形凹陷部分87流動時的壓力而被注入到流動路徑85中，每種顏色的成形原料被獨立地輸送到排出開口65。

每種顏色的成形原料100穿過排出開口65朝向成形平臺71排出。

摩擦阻力在當成形原料100接觸到成形平臺71或成形物體的最上部時起作用，成形原料100由于旋轉構件83的旋轉被扭絞和布置成螺旋形式以使得獲得成形材料101。

[成形過程]

此外，在成形過程期間，第一實施例通常就是這種情況，成形平臺71相對于排出開口65在X軸、Y軸和Z軸的方向上向前和向后運動。成形材料101順序地沉積在成形平臺71或成形物體的最上部上以使得形成所述成形物體。

<修改示例>

圖12是示意性地示出成形材料形成部分的有關部分的縱向截面視圖，其示出圖11A的修改示例。本示例不同于圖11A中示出的成形材料形成部分的扭絞部分40之處在于排出開口65被設置在中空部分81內并且排出開口65從頭表面63縮回。根據本示例，成形物體在當噴射和形成在成形平臺71或成形物體的最上部上的成形材料101被頭表面63按壓時得以生成。成形材料101的寬度通過用頭表面63成形材料101被調節。也就是說，成形材料101的寬度可根據成形平臺71和頭表面63之間的距離被調節。

<優點>

根據圖8中示出的第二實施例，由于成形材料101在被輸送穿過扭絞輸送路徑41的過程中接觸到扭絞輸送路徑41的內壁，因此存在每個成形原料100的顏色被部分地混合的可能性。相反地，根據本實施例，如在圖11A到11B和圖12中示出的，一構造以使得每個成形原料100在被朝向成形平臺71噴射之后穿過排出開口65扭絞；因此，相應顏色的成形原料100在單獨狀態下被布置成螺旋形式，并且顏色不可能被混合。

[第四實施例]

解釋本發明的第四實施例。本實施例具有這樣的特征：要被排出的成形材料的寬度(層厚度)根據成形物體的傾斜面的角度增加。

在下面的解釋中，“層厚度”意味著形成每個層的成形材料的厚度(沿著圖13A到13B和14A到14B中的Z軸的方向的方向上的長度)。此外，“層寬度”意味著形成在沿著X-Y平面的方向上的相鄰層的成形材料的邊緣之間的距離。此外，“層角度”意味著形成關于X-Y平面的相鄰層的成形材料的邊緣之間的角度(其對應于圖13A到13B和14A到14B的示例中的仰角)。

<問題>

圖13A到13B是示出如果形成每個層的成形材料的厚度是相同的那么形成的三維成形物體的示例的視圖。圖13A是透視圖，圖13B是圖13A的箭頭A的視圖和箭頭B的視圖。

通過根據本發明的每個實施例的所述三維成形方法(三維成形裝置)，成形材料以疊層的形式被順序地堆疊以使得成形物體得以形成。因此，如在圖13B中示出的，成形物體102的斜坡面是假斜坡，其使用成形材料101形成為階梯式的，并且不是連續的。在圖13A到13B中，向上伸出的半球形物體被示出為具有所述斜坡面的成形物體的示例，所述斜坡面是通過以階梯式方式堆疊所述成形材料形成的。

如果成形物體以相同厚度的成形材料生成，由于層角度減小，因此層寬度增加。換句話說，如果成形材料的厚度是相同的，由于層角度減小，因此沿著X-Y平面方向上的分辨率(在沿著X-Y平面的方向上層之間的密度)減小。如果層寬度是小的，那么不存在較大的問題；然而，如果層寬度超過預定分辨率(在此，0.29毫米)，存在清晰度似乎丟失的可能性。

因此，根據本實施例，形成每個層的成形材料的厚度被調節以執行控制以使得層寬度不超過預定的分辨率。具體地，根據由形成第一層(n層)的第一成形材料和層疊在第一成形材料上以形成第二層(n+1層)的第二成形材料形成的斜坡面的角度，第二成形材料的厚度被控制。

<方法>

圖14A到14B是示出如果形成每個層的成形材料的厚度變化那么形成的三維成形物體的視圖，圖14A是對應于圖13A中的箭頭A的視圖和箭頭B的視圖的視圖，以及圖14B是示出成形材料的層角度和厚度之間的關系的表。

根據本實施例，如果n+1層(第二層)以參考層厚度被層疊在n層(第一層)上，n+1層部分被分成多個層并且成形材料在當由n層和n+1層形成的層角度θ被保持時得以層疊。由此，層寬度可被阻止超過預定分辨率。

用于計算層厚度等的方法的解釋被給出。

首先，關于緊挨著層疊在n層(第一層)上方的n+1層(第二層)，在其中成形物體以參考層厚度d_x(在此，0.29毫米)成形的情況下的成形物體的層角度θ從成形物體等的CAD數據獲得。

如果獲得的層角度θ形成的層寬度ΔL超過在其中成形是以參考層厚度進行的情況下的預定分辨率(0.29毫米)，層厚度d_x′被確定，其可形成不超過預定分辨率的層寬度，當層角度θ被保持時。

具體地，如果"d_x/tanθ＝層寬度ΔL>0.29mm"，d_x′被確定為以使得滿足"層厚度d_x′≤0.29×tanθ"。

接下來，n+1層的分割的數目被確定。在此，以確定的層厚度d_x′生成的層的數目m，以不同于層厚度d_x′的層厚度生成的層的存在或缺失，以及其層厚度d_x″是使用以下等式(14)獲得的。

d_x＝m·d_x'+d_x” (14)

在此，m是大于或等于1的整數，以及0<d_x″<d_x′。

最后，成形被進行以使得滿足獲得的條件。m個層以層厚度d_x′被成形以及，如果d_x″存在，1層以層厚度d_x″被進一步成形。也就是說，如果d_x″不存在，n+1層被分成m個層并且成形得以進行以及，如果d_x″存在，則n+1層被分成m+1個層并且進行成形。

具體示例被給出；如果層角度θ是30度并且參考層厚度是0.29毫米，那么層厚度d_x′被設定為等于或小于0.17毫米，如在圖14B的表中示出的。根據等式(14)，由于"0.29mm＝1×0.17mm+0.12mm"，具有厚度d_x′的1個層可被成形，以及具有厚度d_x″＝0.12mm的1個層可被成形。

此外，如果層角度θ是20度并且參考層厚度是0.29毫米，那么層厚度d_x′被設定為等于或小于0.11毫米，如在圖14B的表中示出的。根據等式(14)，由于"0.29mm＝2×0.11mm+0.05mm"，具有厚度d_x′＝0.11mm的2個層可被成形，以及具有厚度d_x″＝0.12mm的1個層可被成形。

如上所述的，具有參考層厚度的部分被分成多個層并且成形材料在當層角度θ被保持時得以層疊；由此，層寬度可被防止超過預定分辨率。

在此，如從圖8，11A到11B和12理解到的，層厚度根據穿過排出開口排出的成形材料的成形材料寬度和頭表面和成形平臺之間的距離(或頭表面和成形物體的最上部之間的距離)中的任一個進行確定。控制單元控制它們中的任一個以獲得希望的層厚度。

粗略地說，用于減小成形材料寬度的方法包括增加成形速度的方法和減小成形原料的輸送速度的方法。然而，由于成形材料中的節距變得更大，分辨率減小(分辨能力變得更高)；因此，需要在沒有變化所述節距的情況下變化所述成形材料寬度。此外，當該控制被執行時，需要調節以使得排出開口和成形平臺之間的距離根據成形材料寬度(層厚度)變得更短。

<<控制單元的控制示例和構造：1>>

作為用于在沒有變化節距的情況下減小成形材料寬度的方法，當增加所述成形速度時的成形的過程的解釋被給出。圖15A到15C是示出成形過程的示意圖。在圖15A中示出的狀態是參考狀態。

成形流量Q_x是由“成形材料的截面面積×成形速度v_x”給出的，如由等式(1)表示的。在其中認為成形材料的截面表面是長方形的情況下，如果成形速度v_x(在成形平臺的XY平面上的運動速度)乘以α，如圖15B中示出的，那么成形材料寬度可以為1/α。然而，由于根據等式(2)節距P_x因此乘以α并且分辨率減小，因此旋轉速度f_x(旋轉構件的旋轉速度)需要被設定為α-倍，如圖15C中示出的，以使得在當節距P_x被保持時進行成形。

使用具體示例給出解釋。在此，在下面的解釋中，成形材料的截面表面是矩形的。成形物體的參考層厚度是0.25毫米，以及在其中n+1層被成形在具有參考層厚度的n層上的情況下所述層角度θ是20度。在該情況下，n+1層的層厚度需要被設定為等于或小于0.11毫米。

關于n+1層，由于參考層厚度和調節的層厚度之間的比值是“0.25mm/0.11mm＝2.3”，因此成形速度還需要是2.3-倍。如果參考成形速度是10毫米/秒，那么成形速度是23毫米/秒。如圖10中示出的，旋轉速度，通過該旋轉速度所述節距滿足所述分辨率(0.29毫米)，等于或超過80rps(轉數/秒)的旋轉速度。

圖16是示出根據第四實施例的執行所述過程的控制單元的構造的功能方框圖。圖16特別地示出執行所述控制以便增加成形速度從而在沒有變化所述節距的情況下減小成形材料寬度的控制單元的構造。

示意性地，控制單元200包括繪圖數據輸入單元201,三維繪圖數據被輸入到其中；成形條件計算單元210，其基于從繪圖-數據輸入單元201輸入的繪圖數據計算成形條件；以及驅動控制單元220，其根據由成形條件計算單元210計算的成形條件來驅動和控制三維成形裝置的每個單元。

成形條件計算單元210包括數據庫211，角度計算單元212，層厚度計算單元213，成形速度計算單元214，以及旋轉速度計算單元215。

數據庫211存儲作為表的層角度和層厚度之間的關系(圖14B中示出的數據)，通過該關系，層寬度等于或小于預定分辨率。此外，數據庫211存儲作為表的成形材料的旋轉速度、成形速度和1節距之間的關系(圖10中示出的數據)。

角度計算單元212基于從繪圖數據輸入單元201輸入的繪圖數據計算在其中成形是以參考層厚度進行的情況下的層角度θ。

在其中成形是使用由角度計算單元212計算的層角度進行的情況下，層厚度計算單元213從存儲在數據庫211中的數據讀取所述層寬度通過其滿足預定分辨率的層厚度。

成形速度計算單元214基于參考層厚度和調節的層厚度之間的比值來計算成形速度。

旋轉速度計算單元215從存儲在數據庫211中數據讀取1節距通過其滿足預定分辨率的旋轉速度以及由成形速度計算單元214計算的成形速度。

驅動控制單元220包括平臺-驅動電機控制單元221z，其驅動使成形平臺71在Z軸方向上運動的Z方向電機；平臺-驅動電機控制單元221xy，其驅動使成形平臺71分別在X軸方向上和在Y軸方向上運動的X方向電機和Y方向電機；扭絞-電機控制單元222，其驅動和控制所述扭絞電機49；以及輸送電機控制單元223，其驅動和控制所述輸送電機17。

平臺-驅動電機控制單元221z驅動和控制所述Z方向電機以使得成形平臺71和排出開口之間的距離是由層厚度計算單元213計算的層厚度。平臺-驅動電機控制單元221xy驅動和控制所述X方向電機和Y方向電機以使得成形平臺71以由成形速度計算單元214計算的成形速度運動。扭絞-電機控制單元222驅動和控制所述扭絞電機49以使得旋轉構件以由旋轉速度計算單元215計算的旋轉速度旋轉。輸送-電機控制單元223驅動和控制所述輸送電機17以使得成形原料以由輸送速度計算單元216計算的輸送速度被輸送。

圖17是該控制的主流程圖。圖18是與該控制有關的子過程的流程圖。

在步驟S1處，繪圖-數據輸入單元201輸入所述繪圖數據到成形條件計算單元210中的角度計算單元212。

在步驟S3處，基于輸入的繪圖數據，角度計算單元212計算如果n+1層以參考層厚度d_x成形那么形成在n+1層和n層之間的層角度θ。

在步驟S5處，層厚度計算單元213確定是否計算的層角度θ等于或超過預定角度。也就是說，確定是否計算的層角度θ形成如果成形是使用參考層厚度進行的那么獲得等于或小于預定分辨率的層寬度。例如，在圖14B的表中，確定是否計算的層角度θ等于或超過45度。

如果計算的層角度θ等于或超過預定角度(在步驟S5處為“是”)，那么在步驟S7處的操作被執行。

在步驟S7處，驅動控制單元220控制三維成形裝置的每個單元以使得n+1層以層厚度d_x成形。也就是說，平臺-驅動電機控制單元221z驅動和控制所述Z方向電機，平臺-驅動電機控制單元221xy驅動和控制所述X方向電機和Y方向電機，所述扭絞電機控制單元222驅動和控制所述扭絞電機49，以及輸送電機控制單元223驅動和控制所述輸送電機17。在n+1層被成形之后，該過程被終止。

如果計算的層角度θ小于預定角度(在步驟S5處為“否”)，那么在步驟S9處的操作被執行。

在步驟S9處，層厚度計算單元213計算可形成所述層寬度的層厚度d_x′，如果成形以所述層角度θ執行那么該層寬度滿足預定分辨率。例如，如果預定分辨率是0.29毫米，那么d_x′被確定以使得“層厚度d_x′≤0.29×tanθ"被滿足。在此，數據庫211存儲作為表的層角度和層厚度之間的關系(在圖14B中示出的數據)，所述層寬度通過其獲得的等于或小于預定分辨率以使得角度計算單元212可參照所述表來確定所述層厚度。

在步驟S11處，層厚度計算單元213確定n+1層的分割的數目。具體地，根據等式(14)，層厚度計算單元213計算以層厚度d_x′成形的層的數目m以及以滿足"0<d_x″<d_x′"的層厚度d_x″成形的層的存在或缺失。

在步驟S20處，子過程“成形條件計算/成形過程”被執行。

參照圖18，在步驟S20處的“成形條件計算/成形過程”被解釋。

在步驟S21處，成形速度計算單元214確定成形可通過其以層厚度d_x′，d_x″進行的成形速度v_x′，v_x″。具體地，在參考層厚度d_x和成形速度v_x的情況下，成形速度由"v_x′＝v_x·(d_x/d_x′)"確定。此外，同樣的適用于vx″。

在步驟S23處，旋轉速度計算單元215確定如果成形以成形速度v_x′，v_x″進行那么可保持節距P_x的旋轉速度f_x′，f_x″。該旋轉速度由"f_x′＝f_x·(d_x/d_x′)"確定。此外，同樣的適合于f_x″。

在步驟S25中，驅動控制單元220控制三維成形裝置的每個單元以使得n+1層被分成多個層并且成形根據確定的成形條件進行。也就是說，平臺-驅動電機控制單元221z驅動和控制所述Z方向電機，平臺-驅動電機控制單元221xy驅動和控制所述X方向電機和Y方向電機，所述扭絞電機控制單元222驅動和控制所述扭絞電機49，以及輸送電機控制單元223驅動和控制所述輸送電機17。在對應于所述n+1層的厚度被成形之后，所述過程被終止。

<<控制單元的控制示例和構造：2>>

作為用于在沒有變化節距的情況下減小所述成形材料寬度的方法，用于減小成形原料的輸送速度的方法的解釋被給出。成形流量Q_x是成形原料的輸送流量Q_a，Q_b，…，的總和，以及每個輸送流量由成形原料“成形原料的截面面積×輸送速度v”給出的，如等式(1)所示的，(在此，指示與成形原料有關的參數的下標的描述被省略)。如果所有的成形原料的輸送速度是1/α，那么總輸送流量是1/α；因此，成形流量Q_x也是1/α。在其中成形速度v_x被保持的情況下，如果成形材料的截面表面是長方形的，那么成形材料寬度是1/α。此外，在該控制示例中，由于成形速度v_x或旋轉速度f_x都沒有變化，因此節距P_x沒有變化。

給出使用具體示例的解釋。在此，在下面的解釋中，成形材料的截面表面是矩形的。成形物體的參考層厚度是0.25毫米，如果n+1層以參考層厚度成形在n層上那么層角度θ是20度。在該情況下，n+1層的層厚度需要被設定為等于或小于0.11毫米。

關于n+1層，參考層厚度和調節的層厚度之間的比值是"0.25mm/0.11mm＝2.3"；因此，在該控制示例中，所有的成形原料的輸送速度可以是"1/2.3"-倍。

圖19是示出根據第四實施例的執行所述過程的控制單元的修改構造的功能方框圖。圖19特別地示出執行一控制以便增加輸送速度從而在沒有變化節距的情況下減小成形材料寬度的控制單元的構造。在此，相同的附圖標記被應用到與圖16中相同的部件，以及相同部件的解釋被省略。

成形條件計算單元210包括輸送速度計算單元216，其根據參考層厚度和調節的層厚度之間的比值計算成形材料的輸送速度。

根據圖17和20的流程圖的該控制的解釋被給出。圖20是與該控制有關的子過程的流程圖。由于在圖17中示出的步驟S1到S11與在其中成形是在當增加成形速度時進行的情況下的相同，因此步驟S1到S11的解釋被省略。

在步驟S20處的子過程"成形條件計算/成形過程"參照圖20進行了解釋。

在步驟S27處，輸送速度計算單元216確定成形原料的輸送速度v′，v″，成形可通過該輸送速度分別以層厚度d_x′，d_x″進行(在此，指示與成形原料有關的參數的下標的描述被省略)。用于每個成形原料的輸送速度被確定。在參考層厚度d_x和輸送速度v的情況下，輸送速度由"v′＝v·(d_x′/d_x)"確定。此外，相同的適用于v_x″。

在步驟S29處，驅動控制單元220控制三維成形裝置的每個單元以使得n+1層被分成多個層并且成形根據確定的成形條件進行。也就是說，平臺驅動電機控制單元221z驅動和控制所述Z方向電機，平臺驅動電機控制單元221xy驅動和控制所述X方向電機和Y方向電機，扭絞電機控制單元222驅動和控制所述扭絞電機49，以及輸送電機控制單元223驅動和控制所述輸送電機17。在對應于n+1層的厚度被成形之后，所述過程被終止。

<優點>

如上所述的，根據本實施例，要被排出的成形材料的寬度(層厚度)根據成形物體的斜坡面的角度增加；由此，層寬度不超過預定分辨率。

[第五實施例]

解釋本發明的第五實施例。本實施例是根據旋轉構件的修改示例的實施例，其被應用到根據圖8中示出的第二實施例的三維成形裝置。圖21是旋轉構件的側視圖和底視圖。此外，該圖示出旋轉構件的尺度的示例。

圖21(a)中示出的旋轉構件45A包括從柱形驅動軸46朝向所述成形平臺突起的柱形扭絞突起47A。扭絞突起47A的直徑在沿著驅動軸的旋轉中心的方向上是相同的。此外，扭絞突起47A形成在離開旋轉中心的偏心位置處。

圖21(b)中示出的旋轉構件45B包括在圖21(a)中示出的兩個柱形扭絞突起47B。每個扭絞突起47B形成在離開旋轉中心的偏心位置處。通過提供扭絞突起47B，成形原料被進一步混合。

圖21(c)中示出的旋轉構件45C包括從柱形驅動軸46的端部46a朝向成形平臺減縮的兩個柱形扭絞突起47C，47C。扭絞突起47C具有其直徑在驅動軸46的側面處較大且在成形平臺的側面處較小的減縮形狀。扭絞突起47C，47C中的每個形成在離開所述旋轉中心的偏心位置處。由于扭絞突起47C具有一減縮形狀，扭絞突起47C的強度可增加，并且可以防止由于在扭絞期間施加的成形原料的流體阻力導致的損壞。

圖21(d)中示出的旋轉構件45D包括在垂直于Z軸方向上的橫截面形狀為扇形的扭絞突起47D。扭絞突起47D包括外圓周側表面47b和內圓周側表面47c，作為沿著圓周方向(旋轉方向)延伸的兩個側表面。由于扭絞突起47D具有沿著驅動軸46的旋轉方向的預定厚度(圓周方向長度)，扭絞突起47D的強度可增加，并且可以防止由于在扭絞期間施加的成形原料的流體阻力導致的損壞。

旋轉構件的修改示例在以上進行了解釋，為了改進成形原料的著色效率，優選的是，扭絞突起被設置在驅動軸的外圓周側上。這是因為，關于成形物體，成形材料的外側在視覺上被觀察到，因此優選的是，著色效率在外圓周側處而不是內側處得以改進。

[第六實施例]

解釋了本發明的第六實施例。本實施例是根據旋轉構件的修改示例的實施例，其被應用到根據圖8和9中示出的第二實施例的三維成形裝置。圖22是對應于圖8中示出的扭絞部分的D-D截面表面的視圖。

每個澆道35和每個澆口43被布置成以使得每個成形原料100被引起在沿著扭絞輸送路徑41內的成形材料的扭絞方向的方向上流入扭絞輸送路徑41。由于每個澆道35將成形原料100朝向離開扭絞輸送路徑41的中心的位置輸送，因此澆道35的中心線被布置在離開扭絞輸送路徑41的中心軸的位置處。

在示出的示例中，成形原料100沿著扭絞輸送路徑41行進同時由于慣性力在逆時針方向上旋轉。因此，在沒有旋轉構件45的扭絞突起47的旋轉的情況下，成形原料100被獨立地扭絞以便進行著色。根據本實施例，由于扭絞突起47也在逆時針方向上旋轉，因此進一步便于著色。

[各方面和優點]

本發明的每個實施例可以下面的方面實施。

<第一方面>

根據本方面的三維成形方法是用于變形(加熱和熔融)并沉積所述成形原料100成預定固體形狀的三維成形方法，以及該三維成形方法具有這樣的特征：三維成形方法包括一輸送過程，在該輸送過程期間，輸送單元(輸送部分10)輸送多個成形原料(不同顏色的成形原料100)變形單元(熱熔融部分31)；變形過程，在該變形過程期間，變形單元使每個成形原料變形；成形材料形成過程，在該成形材料形成過程期間，成形材料形成單元(成形材料形成部分30)扭絞和布置所述變形的成形原料成螺旋形式，從而形成所述成形材料101；以及成形過程，在該成形過程期間，成形單元(成形部分70)順序地沉積所述成形材料以形成三維成形物體102。

根據本方面，多個成形原料扭絞和布置成螺旋形式以形成成形材料，以及成形物體是使用成形材料形成的。如果不同顏色的成形原料被用作成形原料，那么成形物體可通過使用任何顏色的成形材料得以形成。

<第二方面>

根據本方面的三維成形方法具有這樣的特征：三維成形物體是當控制在輸送過程期間成形原料的輸送速度、在成形材料形成過程期間成形原料的扭絞速度以及在成形過程期間成形速度中的至少一個得以形成的。

根據本方面，輸送速度、扭絞速度和成形速度被適當地調節以使得包括在成形材料中的成形原料的沉積間隔或沉積百分比或者成形材料的厚度被任意地調節。由于該控制被執行，因此具有希望的顏色和分辨率的成形材料可被生成，因此可以獲得具有更高顏色表示和高分辨率的三維成形物體。

<第三方面>

根據本方面的三維成形方法具有這樣的特征：第二成形材料的厚度根據由形成第一層的第一成形材料與層疊在第一成形材料上以形成第二層的第二成形材料形成的成形材料的斜坡面的角度進行控制。

根據本方面，第二成形材料的厚度根據形成的成形物體的斜坡面的角度進行控制以使得成形寬度可被調節。在此，成形寬度是形成第一層的第一成形材料的邊緣和形成第二層的第二成形材料的邊緣在水平方向上的間隙。如果控制被執行以使得成形寬度減小，那么三維成形物體的分辨率可在每個成形材料的層疊方向上改進。

<第四方面>

本方面涉及實施根據第一方面的三維成形方法的三維成形裝置。具體地，本方面是變形(加熱和熔融)并沉積所述成形原料100成預定固體形狀從而形成三維成形物體的三維成形裝置1，并且具有這樣的特征：三維成形裝置包括多個輸送單元(輸送部分10)，其輸送多個成形原料(不同顏色的成形原料100)到變形單元(熱熔融部分31)；變形單元(熱熔融部分31)，其變形由每個輸送單元輸送的成形原料；成形材料形成單元(成形材料形成部分30)，其扭絞和布置所述變形的成形原料成螺旋形式，從而形成所述成形材料101；以及成形單元(成形部分70)，其順序地沉積所述成形材料以形成三維計劃物體102。

根據本方面，以與第一方面相同的方式，多個成形原料被扭絞和布置成螺旋形式以形成所述成形材料，以及成形物體是使用所述成形材料形成的。如果不同顏色的成形原料被用作所述成形原料，成形物體可使用任何顏色的成形材料形成。

<第五方面>

在根據本方面的三維成形裝置中，成形材料形成單元(成形材料形成部分30)具有這樣的特征：成形材料形成單元包括扭絞輸送路徑41，其輸送變形的成形原料100同時扭絞和布置成形原料100成螺旋形式；以及旋轉構件45，其位于扭絞輸送路徑上游并且圍繞平行于扭絞輸送路徑的輸送方向的軸旋轉。

由于旋轉構件的旋轉，三維成形裝置扭絞和布置所述成形原料成螺旋形式。根據本方面，成形原料可以簡單的構造扭絞，并且可獲得彩色的三維成形物體。

<第六方面>

在根據本方面的三維成形裝置中，旋轉構件45具有這樣的特征：旋轉構件45包括被旋轉和驅動的驅動軸46；以及扭絞突起47，其形成為在扭絞輸送路徑下游從驅動軸的端部伸出并且相對于驅動軸的旋轉中心偏心地定位。

由于扭絞突起設置在旋轉構件中，因此成形原料可被更有效地扭絞。

<第七方面>

在根據本方面的三維成形裝置中，成形材料形成單元(成形材料形成部分30)具有這樣的特征：成形材料形成單元包括多個變形原料輸送路徑(澆道35)，其每個都輸送變形的成形原料；以及澆口43，每個成形原料穿過該澆口從每個變形的原料輸送路徑流入所述扭絞輸送路徑41，驅動軸46的端部46a位于扭絞輸送路徑的澆口的上游，扭絞突起47的端部47a位于基本上與扭絞輸送路徑的每個澆口的下游端部相同的位置和使得端部47a與成形單元(成形部分70)接觸的位置之間。

排出到成形單元中的成形材料的流動性(流動分布)會均勻的，并且可獲得高對比度的三維成形物體。

<第八方面>

在根據本方面的三維成形裝置中，澆口43具有這樣的特征：澆口43被布置成以使得成形原料100被引起在沿著在扭絞輸送路徑41內的成形材料101的扭絞方向的方向上流入到扭絞輸送路徑41中。

可以以由于成形原料的慣性力的布置獲得自然扭絞的成形材料。

<第九方面>

在根據本方面的三維成形裝置中，成形材料形成單元(成形材料形成部分30)具有這樣的特征：成形材料形成單元包括柱形旋轉構件83，其包括多個輸送路徑(流動路徑85)，其每個都輸送變形的成形原料100；以及排出開口65，其設置在軸向方向上的旋轉構件的一端并且每個都將輸送穿過輸送路徑的所述成形原料朝向成形單元(成形部分70)排出。

根據本方面，一構造以使得每個成形原料在穿過排出開口朝向所述成形單元排出之后扭絞；因此，每個成形原料在分離狀態下被布置成螺旋形式，并且顏色不可能被混合。

<第十方面>

本方面產生了在改進形狀精確度或尺度精確度以及全顏色成形方面的優點。本方面是用于通過控制旋轉構件的旋轉方向來促進收縮速率的平均(防止各向異性)來控制樹脂的取向方向的方法。

該問題是使用示例(圖23)進行解釋的。圖23(a)是其中成形是使用傳統的成形方法在沒有任何旋轉機構的情況下以從(A)(從左至右成形)到(B)(以直角向上成形)的實線進行的如從對角上看到的狀態的視圖，以及圖23(b)是從頂部看到的視圖。在此，成形物體在在室溫下被冷卻，以及成形物體在虛線的方向上被變形；由此，尺度精確度被降級。這是因為收縮速率在所述取向方向上是不同的(收縮速率在取向平行方向上是大的，以及在正交方向上是小的)。在此，為了解釋方便起見，在取向平行方向上的收縮速率和在正交方向上的收縮速率之間的差被限定為收縮速率差。在拐角部分，收縮速率差在外圓周處是大的；因此，在拐角部分處的角度是鈍角，形狀精確度降級。

相反地，圖24A到24B示出根據本方面的成形的狀態。圖24A是從側表面看到的視圖，以及圖24B是從頂部看到的視圖。圖24A示出其中兩個類型的成形材料被布置成螺旋形式以便容易理解所述取向方向的成形的狀態。在此，在成形期間所述成形材料的取向與螺旋的布置方向是相同的方向。此外，收縮速率差也與螺旋的布置方向相同。此外，因為螺旋結構，所述取向在前側和后側處在相反方向上，如從側面看到的。如從頂部看到的上側和下側的取向也是在相反方向上。收縮速率差還呈現類似傾向。在螺旋的情況下，與不是螺旋的情況相比，對于如上所述的收縮速率差，由于旋轉360度，整個地，因此用于旋轉一圈的收縮速率差是小的。特別地，如果螺旋角是45度，那么用于旋轉一圈的收縮速率差是最小的。因此，成形變形也是最小的。

此外，成形物體的形狀由于隨著經過長時間的變化趨向于在其中螺旋松開的方向上變化。因此，成形物體的下層部分(n-1層)和上層部分(n層)在相反的螺旋方向上(＝旋轉構件的扭絞方向是相反的)以使得產生的效果使得每個其他形狀變化方向被消除并且形狀是穩定的。

此外，該方面對應于根據本發明的權利要求2所述的扭絞速度。該方面是其中扭絞方向在相反方向上的示例。

<第十一方面>

在沒有任何旋轉機構的傳統成形方法的情況下，存在一問題在于，由于成形物體下層部分(n-1層)具有等于或小于熔融溫度的低溫度，因此當成形物體上層(n層)在成形期間接觸到成形物體下層部分(n-1層)時，成形物體上層的溫度快速地降低并且成形物體上層難以借助于熔化緊密地附著。在層之間的小的附著力致使成形物體的機械強度的降低。

根據本方面，可以產生在改進機械強度以及全顏色成形方面的優點。

構造和操作被描述如下。

1)所述方法和裝置將旋轉構件的扭絞突起布置在成形物體下層附近以提供剪切力從而由于局部溫度增加、壓力生成和混合而增加附著力在界面上，以改進所述機械強度。

2)所述方法和裝置使旋轉構件的扭絞突起接觸到成形物體下層以刮擦所述成形物體下層從而由于前表面的粗糙而增加在界面上的附著力，以改進所述機械強度。

參照圖25給出1)的解釋。

根據本方面，由于提供了所述旋轉機構，因此，由于旋轉構件的旋轉而發生的成形材料的剪切熱。因此，成形材料的溫度局部地增加，附著力因成形物體下層部分而增加。

由于旋轉構件的扭絞突起延伸到成形物體下層部分(n-1層)，壓力和剪切力容易傳遞到成形物體下層部分(n-1層)；因此，部分的成形物體下層部分(n-1層)被熔融，并且與成形物體上層部分(n層)混合，以及附著力進一步增加。由此，附著力增加，以及機械強度改進。

參照圖26給出2)的解釋。

根據本方面，一構造使得旋轉構件的扭絞突起延伸到成形物體下層部分(n-1層)。因此，扭絞突起的熱容易且直接地傳遞到成形物體下層部分，以及該成形物體下層部分容易熔融。

此外，由于旋轉構件的旋轉，剪切熱發生在成形物體下層部分，其便于熔融。

由于成形材料在以上所述的熔融狀態下被連續供給，因此壓力容易被傳遞，并且瞬時鄰接得以實現以使得附著力得以改進。此外，即使在界面上存在空氣，空氣會由于旋轉機構擴散，附著力可進一步改進。由此，附著力增加，以及機械強度改進。

附圖標記列表

1 三維成形裝置

10 輸送部分

11 輸送機構

13 原料輸送路徑

15 輸送齒輪

17 輸送電機

20 熱絕緣構件

21 路徑

30 成形材料形成部分

31 熱熔融部分

33 加熱器

35 澆道

40 扭絞部分

41 扭絞輸送路徑

43 澆口

45 旋轉構件

46 驅動軸

46a 端部

47 扭絞突起

47a 端部

49 扭絞電機

60 頭部分

61 排出開口

63 頭表面

65 排出開口

70 成形部分

71 成形平臺

73 平臺驅動電機

81 中空部分

83 旋轉構件

85 流動路徑

87 圓形凹陷部分

100 成形原料

101 成形材料

102 成形物體

200 控制單元

210 成形條件計算單元

211 數據庫

212 角度計算單元

213 層厚度計算單元

214 成形速度計算單元

215 旋轉速度計算單元

216 輸送速度計算單元

220 驅動控制單元

221xy 平臺-驅動電機控制單元

221z 平臺-驅動電機控制單元

222 扭絞-電機控制單元

223 輸送-電機控制單元

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本未經審查的專利申請公布號2013-86289