三维成形方法和三维成形装置与流程
本发明涉及一种用于变形和沉积成形原料以获得三维成形物体的三维成形方法，以及更特别地，涉及一种用于使用多个成形原料生成成形物体的三维成形方法以及适合于该方法的三维成形装置。
背景技术：
作为用于形成三维固体物体的技术，称为快速原型(Rapid Prototyping)(RP)的技术是已知的。该技术使用将单个三维形状的表面描述为一组三角形的数据(为标准三角化语言((STL)格式的数据)，以计算其在叠层方向被切成薄的横截面形状，并且根据所述形状层叠每层以形成所述固体物体。
此外，已知作为用于形成固体物体的技术，熔化沉积模制(FDM：Fused Deposition Molding)，喷墨技术，喷墨限界技术(inkjet binder techniques)，立体平版印刷术(SL)，选择性激光烧结(SLS)等。
近年来，一直存在以低价提供个人三维成形装置，其能够给成形物体着色。作为适合于着色的方法，存在喷墨方法和喷墨限界方法；然而，存在一问题在于，由于特殊喷墨头和油墨是必需的，因此装置和成形物体是昂贵的。
相反地，根据FDM方法，例如，热塑性成形原料被加热到处于流体状态，每个层被顺序地层叠以使得形成一固体物体。FDM方法具有一优点在于，由于被广泛地用作机械部件或用于注入模制等的材料可用作成形原料，因此成形物体可以以相对低的成本建立。然而，通常地说，FDM方法不适合于着色，与喷墨方法或喷墨限界方法相比。
技术实现要素：
技术问题
在此，专利文献1描述了一种FDM-方法三维成形装置，其根据成形场所使用具有不同的单位容积的重量的成形材料。
具体地，它描述了具有不同的单位容积的重量的多个成形材料被顺序地切换排出以使得单位容积的重量根据成形场所变化(第0033段，图3(b))。根据该发明，如果不同颜色的多个成形材料被用作所述成形材料，着色的成形物体可被建立。然而，存在一问题在于，颜色的数目限于头的数目。
此外，专利文献1描述了头内的成形材料的混合比被调节以改变成形材料的单位容积的重量(第0033段，图3(a))。如果不同颜色的多个成形材料被用作所述成形材料，全着色是可能的。然而，专利文献1并没有考虑成形物体的着色，并且没有提到混合成形原料的具体方法。
本发明已经考虑了以上所述的问题，并且具有一目的以提供一种新颖的三维成形方法以及一种三维成形装置，其使用由多个成形原料形成的成形材料形成固体物体。
解决技术问题的技术方案
为了解决如上所述的问题，根据权利要求1所述的本发明是一种变形和沉积多个成形原料为预定固体形状的三维成形方法，该三维成形方法包括通过一输送单元输送多个成形原料到变形单元的输送过程，通过所述变形单元使成形原料变形的变形过程；扭绞和布置所述变形的成形原料为螺旋形式以通过一成形材料形成单元来形成成形材料的成形-材料形成过程，以及顺序地沉积所述成形材料以通过一成形单元形成三维成形物体的成形过程。
本发明的有益效果
根据本发明，多个变形的成形原料以螺旋形式扭绞和布置以使得成形材料得以形成，以及形成的成形材料被顺序地沉淀以形成三维成形物体。可以提供一种新颖的三维成形方法和三维成形装置，其使用由多个成形原料形成的成形材料形成一固体物体。
附图说明
图1A是示出距离物体的距离和人的视觉的分辨率之间的关系的示意图；
图1B是示出距离物体的距离和具有1.0的视力的人拥有的分辨率之间的关系的表；
图2A是在其中存在两个类型的成形原料的情况下形成的成形材料的示意图；
图2B是在其中存在三个类型的成形原料的情况下形成的成形材料的示意图；
图3是如果仅旋转速度变化而形成的成形材料的示意图；
图4是如果仅成形速度变化而形成的成形材料的示意图；
图5是如果仅成形原料A的输送速度变化而形成的成形材料的示意图；
图6是当结合示出图3到5中示出的成形条件时生成的成形材料的示意图；
图7是示意性地示出根据本发明的第二实施例的三维成形装置的截面视图；
图8是示意性地示出成形-材料形成部分的有关部分的放大的截面视图；
图9是示意性地示出成形-材料形成部分的有关部分的透视图；
图10是示出成形材料的旋转速度、成形速度和1节距之间的关系的表；
图11A是示意性地示出根据本发明的第三实施例的三维成形装置的成形-材料形成部分的有关部分的纵向截面视图；
图11B是图11A的C-C截面视图；
图12是示意性地示出成形-材料形成部分的有关部分的纵向截面视图，其示出图11A的修改示例；
图13A是示出如果形成每个层的成形材料的厚度是相同的而形成的三维成形物体的示例的透视图；
图13B是图13A的箭头A的视图和箭头B的视图；
图14A是示出如果形成每个层的成形材料的厚度变化而形成的三维成形物体并且对应于图13A的箭头A的视图和箭头B的视图的视图；
图14B是示出成形材料的层角度和厚度之间的关系的表；
图15A是示出成形过程的示意性视图；
图15B是示出成形过程的示意性视图；
图15C是示出成形过程的示意性视图；
图16是示出根据第四实施例的执行所述过程的控制单元的构造的功能方框图；
图17是示出第四实施例的主流程图；
图18是子过程的流程图；
图19是示出根据第四实施例的执行所述过程的控制单元的修改构造部分功能方框图；
图20是子过程的流程图；
图21是旋转构件的侧视图和底视图；
图22是对应于图8中示出的扭绞部分的D-D截面表面的视图；
图23是其中成形是在没有任何旋转机构的情况下使用传统的成形方法以从(A)到(B)的实线执行的状态的视图；
图24A是示出根据第十实施例的成形的状态的侧视图；
图24B是示出根据第十实施例的成形的状态的顶视图；
图25是示出根据第十一实施例的成形的视图；
图26是示出根据第十一实施例的成形的视图。
具体实施方式
下面将使用在附图中示出的实施例给出本发明的详细解释。在此，在这些实施例中描述的元件、类型、组合、形状、相对布置等仅是用于解释的示例，除非另作说明，并且不是用来限制本发明的范围于此。
根据本发明的实施例的三维成形方法具有这样的特征：具有不同的颜色的多个成形原料被变形、以预定速度输送、以预定速度扭绞以及以预定掺合比沉积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顺序地沉淀以使得三维成形物体得以获得。此外，通过根据本发明的三维成形方法，具有不同的触觉感觉的多个材料或者具有不同的电阻值的多个导体被用作成形原料，由此还可以获得其中触觉感觉或电阻值灵活变化的成形物体。
[成形原料的着色间隔]
首先，人的视觉的分辨率被解释，然后成形材料的全着色被解释。图1A是示出距所述物体的距离和人的视觉的分辨率之间的关系的示意图，以及图1B是示出距所述物体的距离和具有1.0的视力的人拥有的分辨率之间的关系的表。
如在图1A中示出的，如果具有7.5毫米的直径、1.5毫米的厚度和1.45毫米的间隙的Landolt环可在视觉上被认为处于5m的距离，那么人视力是1度的视角，即，1.0的视力。具体地，如果物体在5米的距离处被观察，那么具有1.0的视力的人拥有的分辨率是1.45毫米。如图1B中示出的，如果物体在1米的距离处被观察，那么具有1.0的视力的人拥有的分辨率是0.29毫米。在其中假定成形物体在1米的距离处被观察的情况下，以及如果多个颜色被布置在等于或小于0.29毫米的范围内，多个颜色被看作被混合，因此被人认为单个颜色。根据本发明的每个实施例，图2中示出的成形材料的节距Px是使用人的视觉分辨率作为参照进行确定的。
对于成形材料的全着色，包括在1节距Px中的成形原料的百分比可变化。例如，如果减色过程被施加，四个颜色的也就是除了三原色之外的白色(或黑色)、青色、洋红和黄色的成形原料被使用，以及布置在1节距Px中的在每个颜色中的成形原料的百分比被变化，以使得成形材料可被全着色。
[第一实施例：三维成形方法及其理论]
根据本发明的实施例的三维成形方法的解释被给出。图2是要形成的成形材料的示意性视图，其中在图2A的情况下，存在2类型的成形原料，以及在图2B的情况下，存在3类型的成形原料。此外，在下面的等式中，下标a表示与成形原料A有关的参数，下标b表示与成形原料B有关的参数，以及下标x表示与形成的成形材料有关的参数。
首先，给出其中存在2类型的成形原料的情况。
如果图2A中的操作关系是使用一般等式表示的，下面的等式(1)和等式(2)被获得。
在此，输送流量和成形流量：Q[mm3/s]
输送速度和成形速度：v[mm/s]
成形原料的宽度和成形材料的宽度：d[mm]
节距：P[mm]
旋转速度(扭绞速度)：fx[rps]
等式(1)指示流量Q是由"截面面积×速度v"给出的。在此，为了等式的简化，基于成形原料和成形材料的截面形状是圆形的假定给出解释。
当每个参数变化时进行成形时在成形材料中发生的变化的解释被给出。参考值(变化之前)的参数是使用下标"1"表示的，以及从参考值变化的参数(变化值)是使用下标"2"表示的。
通过参考值，等式(1)和(2)被确认为如下所述的(等式(1-1)，等式(2-1))。
通过变化值，等式(1)和(2)被确认为如下所述的(等式(1-2)，等式(2-2))。
<如果旋转速度变化则节距的变化>
如果仅旋转速度fx从参考值变化，则给出节距P的变化的解释。图3是如果仅旋转速度变化而形成的成形材料的示意图。在此，其中例如变化的旋转速度fx2是参考旋转速度fx1的差不多两倍(fx2＝2fx1)的情况的解释被给出。根据等式(2)、等式(2’)被获得。
vx＝fx×Px (2')
由于成形速度vx是相同的(vx＝vx1＝vx2)，因此参考值和变化值的每个参数fx、P、以及[fx2＝2fx1]被应用到等式(2’)以使得等式(2’-1)被获得。
vx＝fx1×Px1＝fx2×Px2＝2fx1×Px2 (2'-1)
因此，等式(3)被获得。
由此，变化节距Px2是参考节距Px1的1/2，以及高分辨率的着色得以获得。也就是说，成形材料的节距Px可通过变化旋转速度fx而变化。在此，成形宽度dx是不变的。
<其中成形速度变化的情况>
如果仅成形速度vx从参考值变化那么在参数中的变化的解释被给出。图4是如果仅成形速度变化那么形成的成形材料的示意性视图。例如，其中变化的成形速度vx2是参考成形速度vx1的差不多两倍(vx2＝2vx1)的情况的解释被给出。
<<节距的变化>>
节距P的变化的解释被给出。旋转速度fx是相同的(fx＝fx1＝fx2)；因此，根据等式(2)，等式(3-1)得以获得。
如果该等式被重新整理，等式(4)被获得。
变化的节距Px2是参考节距Px1的差不多两倍，低分辨率着色被获得。也就是说，如果成形速度vx变化，那么成形材料的节距Px可变化。
<<成形材料宽度的变化>>
接下来，给出成形材料宽度dx的变化的解释。由于成形流量Qx是相同的(Qx＝Qx1＝Qx2)，因此[vx2＝2vx1]被代入等式(1)以使得等式(4-1)被获得。
如果该等式被重新整理，等式(4-2)被获得。
由此，等式(5)被获得。
由此，变化的成形材料宽度dx2是参考成形材料宽度dx1的差不多1/2倍的平方根，以及高分辨率被获得。也就是说，如果成形速度vx变化，那么成形材料宽度dx可变化。
理解到，节距Px2和成形材料宽度dx2可通过变化所述成形速度vx而变化。
<其中一些成形原料的输送速度变化的情况>
如果仅成形原料A的输送速度va从参考值变化那么成形材料宽度dx、成形速度vx和节距Px的变化的解释被给出。图5是如果仅成形原料A的输送速度变化那么形成的成形材料的示意性视图。例如，其中变化的输送速度va2是参考输送速度va1的1/2(va2＝va1/2)的情况的解释被给出。
为了下面的计算的简化，成形原料B的输送速度vb1和成形原料宽度db1与成形原料A的相同(vb1＝va1，db1＝da1)。由于成形原料A的成形原料宽度da、成形原料B的成形原料宽度db以及成形原料B的成形速度vb是相同的(da1＝da2，db1＝db2，vb1＝vb2)，因此等式(5-1)和等式(5-2)从等式(1-1)和等式(1-2)获得。
由此，等式(6)被获得。
如果成形原料A的输送速度va变化，那么成形流量Qx变化。这意味着成形材料宽度dx和节距Px可根据成形速度vx变化(或相反的被建立)。
在此，在成形材料中的成形原料A和B的节距之间的比率(Pa2:Pb2)等于成形原料A和B的输送速度之间的比率(va2:vb2)，等式(7)被获得。
Pa2:Pb2＝va2:vb2＝1:2 (7)
<<如果成形速度没有变化则成形材料宽度和节距的变化>>
如果仅成形原料A的输送速度va变化且成形速度vx是相同的(vx1＝vx2)那么变化的成形材料宽度dx2的解释被给出。等式(7-1)从等式(1-1)获得。
如果等式(7-1)变形，获得等式(8)。
此外，等式(8-1)从等式(1-2)获得。
如果等式(8-1)变形，等式(6)和等式(8)被代入，获得等式(8-2)。
由此，获得等式(9)。
由此，变化成形材料宽度dx2是参考成形材料宽度dx1的差不多3的平方根/2倍。也就是说，如果成形原料A的输送速度va变化并且成形速度vx是相同的，那么成形材料宽度dx可变化。
此外，解释节距Px2。由于旋转速度fx是相同的(fx1＝fx2)，等式(9-1)和等式(10)从等式(2-1)和等式(2-2)获得。
Px2＝Px1 (10)
如从该等式理解到，节距Px没有变化。
<<如果成形材料宽度没有变化那么成形速度和节距的变化>>
接下来，如果仅成形原料A的输送速度va变化且成形材料宽度dx是相同的(dx1＝dx2)那么变化的成形速度vx2的解释被给出。等式(10-1)和等式(11)从等式(1-1)获得。
由此，从等式(1-2)获得等式(11-1)。
如果等式(11)在变形之后被代入，那么获得等式(11-2)。
如果等式(6)被代入等式(11-2)，那么获得等式(12)。
由此，变化的成形材料速度vx2是参考成形速度vx1的差不多3/4倍。也就是说，如果成形原料A的输送速度va变化且成形材料宽度dx是相同的，那么成形速度vx可变化。
变化的节距Px2的解释被进一步给出。由于旋转速度fx是相同的(fx1＝fx2)，那么等式(12-1)和等式(12-2)从等式(2-1)和等式(2-2)获得。
如果等式(12)被代入等式(12-2)，那么获得等式(13)。
由此，变化的节距Px2是参考节距Px1的3/4。也就是说，如果成形原料A的输送速度va变化且成形材料宽度dx是相同的，那么成形材料的节距Px可变化。
此外，如上所述的，在成形材料中的成形原料A和B的节距之间的比率(Pa2:Pb2)等于成形原料A和B的输送速度之间的比率(va2:vb2)。
如上所述的，在成形材料中的成形原料的节距之间的比率可通过变化一些成形原料的输送速度而灵活地变化。该方法是用于调节成形原料的沉积的比率以生成各种颜色的重要方法。
<总结>
图6是当结合图3到5中示出的成形条件时生成的成形材料的示意性视图。如从该图中理解到的，通过在变化成形原料的输送速度、成形原料的扭绞速度(旋转速度)和成形材料的成形速度中的至少一个或组合变化来进行变形，可以获得使用具有各种节距或成形宽度的成形材料的成形物体。
<其中存在三个或更多成形原料的情况>
如果图2B中的操作关系是使用一般等式表示的，那么获得由以下等式(13-1)表示的等式。
在此，对应于等式(2)的等式与图2A的情况下的是相同的。如从以上一般方程理解到的，两种颜色通常就是这样，如果存在三种或更多种成形原料，那么包括在成形材料中的成形材料宽度、成形原料的节距等可通过适当地变化成形原料的旋转速度fx、成形速度vx和输送速度va，vb和vc被灵活地变化。
[第二实施例：三维成形装置]
参照图7到9，实施三维成形方法的三维成形装置的解释被给出。图7是示意性地示出根据本发明的第二实施例的三维成形装置的截面视图。图8是示意性地示出成形-材料形成部分的有关部分的放大截面视图。图9是示意性地示出成形材料形成部分的有关部分的透视图。
三维成形装置1是使用熔化沉积模制(FDM)方法形成三维成形物体的装置，其中成形原料100被熔融(变形)和沉淀成预定固体形状。
三维成形装置1的示意性操作如下。三维成形装置1在热熔融部分31处熔融成形原料100，并以组合和适当的量引入成形原料100到扭绞部分40以实现希望的着色。接下来，成形原料100在扭绞部分40的旋转构件45处被扭绞以使得具有预定颜色的成形材料得以形成，以及成形材料最后通过排出开口61被排出到成形平台71上，由此，成形材料被成形在成形平台71上。
三维成形装置1包括输送部分10，该输送部分包括输送具有不同颜色的多个成形原料100(100a，100b，100c，100d)向下到热熔融部分31；成形-材料形成部分30，其包括加热和熔化由输送机构11输送的每个成形原料100，以及扭绞和布置所述变形的成形原料100成螺旋形式以便形成多色成形材料101；以及成形部分70，其顺序地沉积所述成形材料101以形成三维成形物体。
<成形原料>
成形原料是由热塑性树脂，例如ABS树脂，形成的。根据本实施例，为三原色即青色(Cyan)、洋红(Magenta)和黄色(yellow)以及白色(或黑色)的四种成形原料被用作成形原料，由此全颜色成形材料可使用减色混合获得。
<输送部分>
输送部分10是将固体状态下的成形原料输送到下游成形-材料形成部分30的部分，并包括为成形原料即为每种颜色提供的输送机构11。根据本实施例，如在图9中示出的，根据本实施例，如在图9中示出的，四个输送机构11被提供以输送4型(4颜色)的成形原料100。每个输送机构11包括原料输送路径13，成形原料100通过该原料输送路径被输送；输送齿轮15，其暴露到原料输送路径13以便与成形原料100的表面接触，从而顺序地向下游递送成形原料100；以及旋转和驱动输送齿轮15的输送电机17。
原料输送路径13具有具有一内径的基本上柱形形状，成形原料100可穿过该柱形形状。例如，具有3毫米的内径φ的原料输送路径13输送具有其外径基本上与所述内径相同的φ3毫米的成形原料。
输送齿轮15可以是如所示的蜗轮，或者可以是设置成以使得外圆周长彼此相对的两个可旋转滑轮。在后者的情况下，成形原料在当被夹在和保持在两个滑轮的外圆周长之间时被输送。
输送电机17旋转和驱动所述输送齿轮15以输送对应于每个成形原料100的着色比的数量的成形原料。输送电机17由控制单元200驱动和控制。
<热绝缘构件>
热绝缘构件20被设置在输送部分10和成形-材料形成部分30之间。在输送部分10处，输送齿轮15接触到成形原料100的外表面以使得输送能力被施加；因此，成形原料需要保持在固体状态。热绝缘构件20防止加热器33的热被传送到输送部分10以使得成形原料可保持在固体状态。
在热绝缘构件20中，多个路径21被形成，通过该多个路径，处于固体状态的从输送部分10输送的成形原料100被插入和输送。每个路径21的内径基本上与每个原料输送路径13的内径相同。
<成形材料形成部分>
所述成形材料形成部分30是熔融从输送部分10输送的成形原料100、布置所述成形原料100为螺旋形式同时扭绞所述成形原料100以及将成形原料100朝向下游成形部分70喷射的部分。
所述成形材料形成部分30包括热熔融部分31，其输送所述成形原料100到下游同时加热和熔融所述成形原料100；扭绞部分40，其布置所述熔融成形原料100为螺旋形式同时扭绞该熔融成形原料100，从而形成多色的成形材料101；以及头部分60，其喷射所述成形材料101。
热熔融部分31包括加热和熔融每个成形原料100的加热器33；以及浇道(runner)35(熔融原料输送路径：变形的原料输送路径)，其输送被加热器33加热和熔融的每个成形原料到下游扭绞部分40。
加热器33可加热所述成形原料100到这样的程度以使得所述成形原料100可被充分地熔融。如果ABS树脂被用作成形原料，加热器33的温度被设定为250摄氏度，ABS树脂通过该温度被充分熔融。浇道35被提供给每个成形原料。从输送部分10输送的成形原料100被插入到浇道35中。
扭绞部分40包括扭绞输送路径41，由加热器33加热和熔融的每个成形原料流动到所述扭绞输送路径，并且该扭绞输送路径在将成形原料100输送到位于下游的成形部分70的过程中使成形原料100变形成所述成形材料；以及旋转构件45，其设置在扭绞输送路径41并围绕平行于扭绞输送路径41的输送方向的轴旋转。
扭绞输送路径41基本上具有带中空部的柱形形状，以及浇口43，该浇口与浇道35连通并形成在扭绞输送路径41的内表面上。熔融的成形原料，其在浇道35内流动，通过浇口43流入到所述扭绞输送路径41中。
旋转构件45，设置在扭绞输送路径41内，包括由扭绞电机49旋转和驱动的驱动轴46；以及扭绞突起47，其被形成为以使得扭绞突起47从驱动轴46的端部46a突起到扭绞输送路径41的下游并且相对于驱动轴46的旋转中心偏心地定位。驱动轴46以对应于成形材料的旋转速度fx(成形原料的扭绞速度)的速度被旋转和驱动。扭绞电机49被控制单元200驱动和控制。
头部分60，其具有排出所述成形材料101的排出开口61，被设置在扭绞输送路径41的最下游。排出开口61形成在与成形平台71相对的头表面63上。
驱动轴46的端部46a位于扭绞输送路径41中的浇口43的上游。
此外，在示出的示例中，扭绞突起47被设置成以使得端部47a在与头表面63相同的位置上。然而，扭绞突起47的端部47a可设置在扭绞输送路径41内，或者可从排出开口61朝向成形平台71突起。在前者的情况下，扭绞突起47被设置成以使得至少所述端部47a位于与扭绞输送路径41上的浇口43的下游端部相同的位置处或者位于进一步的下游。在后者的情况下，扭绞突起47的突起量被设定为以使得它不接触成形平台71或成形在成形平台71上的成形物体102的最上部。
驱动轴46的端部46a位于扭绞输送路径41上的浇口43的上游，扭绞突起47的端部47a位于与浇口43的下游端部相同的位置和使得端部47a不接触成形平台71或成形在成形平台71上的成形物体102的最上部的位置之间，由此，通过排出开口61排出的成形材料101的流动性(流动分布)会是均匀的。由此，高对比度三维成形物体可获得。
<成形部分>
成形部分70包括成形平台71，其设置成以使得成形平台71与排出开口61相对；以及平台驱动电机73，其使成形平台71相对于排出开口61在X轴、Y轴和Z轴方向上向前和向后运动。
成形平台71像沿着XY平面延伸的平坦板，通过排出开口61排出的成形材料101被顺序地沉积那成形平台71上以使得三维成形物体得以形成。
平台驱动电机73包括X方向电机，其使成形平台71在X轴方向上向前和向后运动；Y方向电机，其使成形平台71在Y轴方向上向前和向后运动；以及Z方向电机，其使成形平台71在Z轴方向上向前和向后运动。这些电机可构造为例如使用线性电机。平台驱动电机73由控制单元200驱动和控制。根据本实施例，成形速度根据成形平台71的运动速度被调节。
<控制单元>
三维成形装置1包括控制单元200，其控制在输送部分10、成形材料形成部分30和成形部分70中的每个单元的操作。
控制单元200驱动和控制输送部分10的输送电机17、成形材料形成部分30的扭绞电机49以及成形平台71的平台驱动电机73。这些电机根据成形材料的宽度、成形原料的节距、着色比(或要形成的成形材料的颜色)、成形平台或成形物体的最上部和排出开口之间的需要的距离、在成形平台上方的成形材料的排出位置或成形物体等被控制单元200适当地驱动和控制。
控制单元200是已知的计算装置，并包括CPU，存储器(ROM，RAM)等。CPU读取存储在ROM中的控制程序，并将控制程序载入到RAM中，并执行该控制程序，从而控制成像设备的每个单元的操作。
<尺度的示例>
例如，成形原料的尺度和包括在三维成形装置1中的每个单元的尺度可被设定为如下所述的。
成形原料100的外径：φ3mm
原料输送路径13的内径：φ3mm
浇口43的内径：φ0.2mm
扭绞输送路径41和排出开口61的内径：φ0.5mm
驱动轴46的外径：φ0.5mm
浇口43的中心和驱动轴46的端部46a之间的距离：0.2mm
浇口43的中心和头表面63之间的距离：0.3mm
头表面63和成形平台71或成形物体的最上部之间的距离：0.25mm
扭绞突起47的长度：0.3mm to 0.7mm(图8中为0.5mm)
驱动轴46(扭绞突起47)的旋转速度：10到200rps(该速度以60rps作为参考增加或减小)
在此，以上所述的数值仅是示例
<三维成形装置的操作>
解释三维成形装置的操作。
[输送过程]
在输送过程期间，成形原料100从输送部分10被输送到成形材料形成部分30。每个成形原料100在原料输送路径13中被输送以使得成形原料100在原料输送路径13中的输送速度的总和在一情况下是大约0.28毫米/秒，在该情况中，位于输送部分10的下游的扭绞输送路径41的内径，以及排出开口61是φ0.5毫米以及成形材料在扭绞输送路径41上的输送速度(成形速度)是10毫米/秒。在此，每个成形原料100以对应于每个成形原料100在成形材料101中的着色比的输送速度被输送。在此，在输送过程期间，成形原料100处于固体状态。
[成形材料形成过程]
在成形材料形成部分30处，每个成形原料100以熔融状态被输送。具体地，每个成形原料100在热熔融部分31处被加热和熔融，以及处于熔融状态的每个成形原料流过浇道35并通过浇口43流入到扭绞输送路径41中。
由于扭绞突起47在扭绞输送路径41内旋转，因此每种颜色的成形原料100由于由扭绞突起47的旋转引起的流体阻力而在圆周方向上被扭绞，以及布置成螺旋形式的具有每种颜色的成形材料被形成。
在此，图10是示出成形材料的旋转速度、成形速度和1节距之间的关系的表。在此，关于成形的条件以尺度的以上示例示出。如果扭绞突起47在以上所述的条件下以60rps的旋转速度旋转，那么成形材料101的节距Px是0.17毫米。由于成形材料101的节距Px可通过增加扭绞突起47的旋转速度减小，因此具有更高分辨率的成形材料可获得。
成形材料101，其形成希望的多色，从排出开口61朝向成形平台71排出。
[成形过程]
在成形过程期间，平台驱动电机73基于对成形物体的三维绘图数据由控制单元200驱动和控制。成形平台71由于平台驱动电机73的驱动而相对于排出开口61在X轴、Y轴和Z轴的方向上向前和向后运动。成形材料101被沉积在成形平台71或成形物体的最上部上以使得成形物体得以形成。
如上所述的，通过根据本实施例的三维成形装置，可在变化成形原料的输送速度、成形原料的扭绞速度(旋转速度)以及成形材料的成形速度中的至少一个或者组合变化时进行成形，从而可以获得使用具有各种节距或成形宽度的成形材料的成形物体。
[第三实施例：三维成形装置]
给出根据本发明的第三实施例的三维成形装置的解释。图11A到11B是示意性地示出根据本发明的第三实施例的三维成形装置的成形材料形成部分的有关部分的视图，图11A是纵向截面视图，图11B是图11A的C-C截面视图。此后，相同的附图标记被应用到与第一实施例中相同的构件，以及该相同构件的解释被省略。
在根据本实施例的三维成形装置中，扭绞部分40包括柱形旋转构件83，其包括多个流动路径(输送路径)85，每个流动路径都输送为每种颜色的变形的成形原料100；以及多个排出开口65，其设置在旋转构件83的轴向方向上的一个端部(在该图中的下端)并且将输送穿过流动路径85的每种颜色的成形原料100朝向成形部分70排出。扭绞部分40在当扭绞成形原料时通过旋转排出开口65排出所述成形原料，从而形成所述成形材料101在成形平台71上。
<扭绞部分>
扭绞部分40包括柱形中空部分81，其具有形成在柱形中空部分81的内表面上的浇口43，每种颜色的成形原料100流动穿过所述浇口，以及旋转构件83，其设置在中空部分81内并且具有基本上柱形形状。
浇口43被提供给每个成形原料，以及浇口43被布置成以使得中空部分81的轴向方向位置(在该图中的竖直方向位置)彼此不同。
旋转构件83被设置在中空部分81内以使得旋转构件83围绕平行于中空部分81的轴线的轴线旋转。此外，中空部分81的内径被设定为基本上与旋转构件83的外径相同。圆形凹陷部分87，其在圆周方向上延伸，被形成在旋转构件83的与浇口43相对的侧表面上。形成的圆形凹陷部分87的数目与浇口43的数目相同，形成的圆形凹陷部分87对应于基于一对一的颜色的成形原料100。
在旋转构件83内，形成单独的流动路径85，其一端在圆形凹陷部分87的适当位置处开口并且其输送熔融的成形原料100。流动路径的另一端与设置在旋转构件83的端部上的排出开口65连通。
如图11A中示出的，排出开口65可从头表面63朝向成形平台71伸出，或者可设置在与头表面63基本相同的位置。
<三维成形装置的操作>
给出其中三维成形装置的操作不同于第一实施例的方面的解释。
[成形材料形成过程]
旋转构件83以预定速度在中空部分81内被旋转和驱动。
流过浇道35的每个熔融的成形原料100通过浇口43流入到与浇口43相对的圆形凹陷部分87中。此外，成形原料100由于在从圆形凹陷部分87流动时的压力而被注入到流动路径85中，每种颜色的成形原料被独立地输送到排出开口65。
每种颜色的成形原料100穿过排出开口65朝向成形平台71排出。
摩擦阻力在当成形原料100接触到成形平台71或成形物体的最上部时起作用，成形原料100由于旋转构件83的旋转被扭绞和布置成螺旋形式以使得获得成形材料101。
[成形过程]
此外，在成形过程期间，第一实施例通常就是这种情况，成形平台71相对于排出开口65在X轴、Y轴和Z轴的方向上向前和向后运动。成形材料101顺序地沉积在成形平台71或成形物体的最上部上以使得形成所述成形物体。
<修改示例>
图12是示意性地示出成形材料形成部分的有关部分的纵向截面视图，其示出图11A的修改示例。本示例不同于图11A中示出的成形材料形成部分的扭绞部分40之处在于排出开口65被设置在中空部分81内并且排出开口65从头表面63缩回。根据本示例，成形物体在当喷射和形成在成形平台71或成形物体的最上部上的成形材料101被头表面63按压时得以生成。成形材料101的宽度通过用头表面63成形材料101被调节。也就是说，成形材料101的宽度可根据成形平台71和头表面63之间的距离被调节。
<优点>
根据图8中示出的第二实施例，由于成形材料101在被输送穿过扭绞输送路径41的过程中接触到扭绞输送路径41的内壁，因此存在每个成形原料100的颜色被部分地混合的可能性。相反地，根据本实施例，如在图11A到11B和图12中示出的，一构造以使得每个成形原料100在被朝向成形平台71喷射之后穿过排出开口65扭绞；因此，相应颜色的成形原料100在单独状态下被布置成螺旋形式，并且颜色不可能被混合。
[第四实施例]
解释本发明的第四实施例。本实施例具有这样的特征：要被排出的成形材料的宽度(层厚度)根据成形物体的倾斜面的角度增加。
在下面的解释中，“层厚度”意味着形成每个层的成形材料的厚度(沿着图13A到13B和14A到14B中的Z轴的方向的方向上的长度)。此外，“层宽度”意味着形成在沿着X-Y平面的方向上的相邻层的成形材料的边缘之间的距离。此外，“层角度”意味着形成关于X-Y平面的相邻层的成形材料的边缘之间的角度(其对应于图13A到13B和14A到14B的示例中的仰角)。
<问题>
图13A到13B是示出如果形成每个层的成形材料的厚度是相同的那么形成的三维成形物体的示例的视图。图13A是透视图，图13B是图13A的箭头A的视图和箭头B的视图。
通过根据本发明的每个实施例的所述三维成形方法(三维成形装置)，成形材料以叠层的形式被顺序地堆叠以使得成形物体得以形成。因此，如在图13B中示出的，成形物体102的斜坡面是假斜坡，其使用成形材料101形成为阶梯式的，并且不是连续的。在图13A到13B中，向上伸出的半球形物体被示出为具有所述斜坡面的成形物体的示例，所述斜坡面是通过以阶梯式方式堆叠所述成形材料形成的。
如果成形物体以相同厚度的成形材料生成，由于层角度减小，因此层宽度增加。换句话说，如果成形材料的厚度是相同的，由于层角度减小，因此沿着X-Y平面方向上的分辨率(在沿着X-Y平面的方向上层之间的密度)减小。如果层宽度是小的，那么不存在较大的问题；然而，如果层宽度超过预定分辨率(在此，0.29毫米)，存在清晰度似乎丢失的可能性。
因此，根据本实施例，形成每个层的成形材料的厚度被调节以执行控制以使得层宽度不超过预定的分辨率。具体地，根据由形成第一层(n层)的第一成形材料和层叠在第一成形材料上以形成第二层(n+1层)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>
图14A到14B是示出如果形成每个层的成形材料的厚度变化那么形成的三维成形物体的视图，图14A是对应于图13A中的箭头A的视图和箭头B的视图的视图，以及图14B是示出成形材料的层角度和厚度之间的关系的表。
根据本实施例，如果n+1层(第二层)以参考层厚度被层叠在n层(第一层)上，n+1层部分被分成多个层并且成形材料在当由n层和n+1层形成的层角度θ被保持时得以层叠。由此，层宽度可被阻止超过预定分辨率。
用于计算层厚度等的方法的解释被给出。
首先，关于紧挨着层叠在n层(第一层)上方的n+1层(第二层)，在其中成形物体以参考层厚度dx(在此，0.29毫米)成形的情况下的成形物体的层角度θ从成形物体等的CAD数据获得。
如果获得的层角度θ形成的层宽度ΔL超过在其中成形是以参考层厚度进行的情况下的预定分辨率(0.29毫米)，层厚度dx′被确定，其可形成不超过预定分辨率的层宽度，当层角度θ被保持时。
具体地，如果"dx/tanθ＝层宽度ΔL>0.29mm"，dx′被确定为以使得满足"层厚度dx′≤0.29×tanθ"。
接下来，n+1层的分割的数目被确定。在此，以确定的层厚度dx′生成的层的数目m，以不同于层厚度dx′的层厚度生成的层的存在或缺失，以及其层厚度dx″是使用以下等式(14)获得的。
dx＝m·dx'+dx” (14)
在此，m是大于或等于1的整数，以及0<dx″<dx′。
最后，成形被进行以使得满足获得的条件。m个层以层厚度dx′被成形以及，如果dx″存在，1层以层厚度dx″被进一步成形。也就是说，如果dx″不存在，n+1层被分成m个层并且成形得以进行以及，如果dx″存在，则n+1层被分成m+1个层并且进行成形。
具体示例被给出；如果层角度θ是30度并且参考层厚度是0.29毫米，那么层厚度dx′被设定为等于或小于0.17毫米，如在图14B的表中示出的。根据等式(14)，由于"0.29mm＝1×0.17mm+0.12mm"，具有厚度dx′的1个层可被成形，以及具有厚度dx″＝0.12mm的1个层可被成形。
此外，如果层角度θ是20度并且参考层厚度是0.29毫米，那么层厚度dx′被设定为等于或小于0.11毫米，如在图14B的表中示出的。根据等式(14)，由于"0.29mm＝2×0.11mm+0.05mm"，具有厚度dx′＝0.11mm的2个层可被成形，以及具有厚度dx″＝0.12mm的1个层可被成形。
如上所述的，具有参考层厚度的部分被分成多个层并且成形材料在当层角度θ被保持时得以层叠；由此，层宽度可被防止超过预定分辨率。
在此，如从图8，11A到11B和12理解到的，层厚度根据穿过排出开口排出的成形材料的成形材料宽度和头表面和成形平台之间的距离(或头表面和成形物体的最上部之间的距离)中的任一个进行确定。控制单元控制它们中的任一个以获得希望的层厚度。
粗略地说，用于减小成形材料宽度的方法包括增加成形速度的方法和减小成形原料的输送速度的方法。然而，由于成形材料中的节距变得更大，分辨率减小(分辨能力变得更高)；因此，需要在没有变化所述节距的情况下变化所述成形材料宽度。此外，当该控制被执行时，需要调节以使得排出开口和成形平台之间的距离根据成形材料宽度(层厚度)变得更短。
<<控制单元的控制示例和构造：1>>
作为用于在没有变化节距的情况下减小成形材料宽度的方法，当增加所述成形速度时的成形的过程的解释被给出。图15A到15C是示出成形过程的示意图。在图15A中示出的状态是参考状态。
成形流量Qx是由“成形材料的截面面积×成形速度vx”给出的，如由等式(1)表示的。在其中认为成形材料的截面表面是长方形的情况下，如果成形速度vx(在成形平台的XY平面上的运动速度)乘以α，如图15B中示出的，那么成形材料宽度可以为1/α。然而，由于根据等式(2)节距Px因此乘以α并且分辨率减小，因此旋转速度fx(旋转构件的旋转速度)需要被设定为α-倍，如图15C中示出的，以使得在当节距Px被保持时进行成形。
使用具体示例给出解释。在此，在下面的解释中，成形材料的截面表面是矩形的。成形物体的参考层厚度是0.25毫米，以及在其中n+1层被成形在具有参考层厚度的n层上的情况下所述层角度θ是20度。在该情况下，n+1层的层厚度需要被设定为等于或小于0.11毫米。
关于n+1层，由于参考层厚度和调节的层厚度之间的比值是“0.25mm/0.11mm＝2.3”，因此成形速度还需要是2.3-倍。如果参考成形速度是10毫米/秒，那么成形速度是23毫米/秒。如图10中示出的，旋转速度，通过该旋转速度所述节距满足所述分辨率(0.29毫米)，等于或超过80rps(转数/秒)的旋转速度。
图16是示出根据第四实施例的执行所述过程的控制单元的构造的功能方框图。图16特别地示出执行所述控制以便增加成形速度从而在没有变化所述节距的情况下减小成形材料宽度的控制单元的构造。
示意性地，控制单元200包括绘图数据输入单元201,三维绘图数据被输入到其中；成形条件计算单元210，其基于从绘图-数据输入单元201输入的绘图数据计算成形条件；以及驱动控制单元220，其根据由成形条件计算单元210计算的成形条件来驱动和控制三维成形装置的每个单元。
成形条件计算单元210包括数据库211，角度计算单元212，层厚度计算单元213，成形速度计算单元214，以及旋转速度计算单元215。
数据库211存储作为表的层角度和层厚度之间的关系(图14B中示出的数据)，通过该关系，层宽度等于或小于预定分辨率。此外，数据库211存储作为表的成形材料的旋转速度、成形速度和1节距之间的关系(图10中示出的数据)。
角度计算单元212基于从绘图数据输入单元201输入的绘图数据计算在其中成形是以参考层厚度进行的情况下的层角度θ。
在其中成形是使用由角度计算单元212计算的层角度进行的情况下，层厚度计算单元213从存储在数据库211中的数据读取所述层宽度通过其满足预定分辨率的层厚度。
成形速度计算单元214基于参考层厚度和调节的层厚度之间的比值来计算成形速度。
旋转速度计算单元215从存储在数据库211中数据读取1节距通过其满足预定分辨率的旋转速度以及由成形速度计算单元214计算的成形速度。
驱动控制单元220包括平台-驱动电机控制单元221z，其驱动使成形平台71在Z轴方向上运动的Z方向电机；平台-驱动电机控制单元221xy，其驱动使成形平台71分别在X轴方向上和在Y轴方向上运动的X方向电机和Y方向电机；扭绞-电机控制单元222，其驱动和控制所述扭绞电机49；以及输送电机控制单元223，其驱动和控制所述输送电机17。
平台-驱动电机控制单元221z驱动和控制所述Z方向电机以使得成形平台71和排出开口之间的距离是由层厚度计算单元213计算的层厚度。平台-驱动电机控制单元221xy驱动和控制所述X方向电机和Y方向电机以使得成形平台71以由成形速度计算单元214计算的成形速度运动。扭绞-电机控制单元222驱动和控制所述扭绞电机49以使得旋转构件以由旋转速度计算单元215计算的旋转速度旋转。输送-电机控制单元223驱动和控制所述输送电机17以使得成形原料以由输送速度计算单元216计算的输送速度被输送。
图17是该控制的主流程图。图18是与该控制有关的子过程的流程图。
在步骤S1处，绘图-数据输入单元201输入所述绘图数据到成形条件计算单元210中的角度计算单元212。
在步骤S3处，基于输入的绘图数据，角度计算单元212计算如果n+1层以参考层厚度dx成形那么形成在n+1层和n层之间的层角度θ。
在步骤S5处，层厚度计算单元213确定是否计算的层角度θ等于或超过预定角度。也就是说，确定是否计算的层角度θ形成如果成形是使用参考层厚度进行的那么获得等于或小于预定分辨率的层宽度。例如，在图14B的表中，确定是否计算的层角度θ等于或超过45度。
如果计算的层角度θ等于或超过预定角度(在步骤S5处为“是”)，那么在步骤S7处的操作被执行。
在步骤S7处，驱动控制单元220控制三维成形装置的每个单元以使得n+1层以层厚度dx成形。也就是说，平台-驱动电机控制单元221z驱动和控制所述Z方向电机，平台-驱动电机控制单元221xy驱动和控制所述X方向电机和Y方向电机，所述扭绞电机控制单元222驱动和控制所述扭绞电机49，以及输送电机控制单元223驱动和控制所述输送电机17。在n+1层被成形之后，该过程被终止。
如果计算的层角度θ小于预定角度(在步骤S5处为“否”)，那么在步骤S9处的操作被执行。
在步骤S9处，层厚度计算单元213计算可形成所述层宽度的层厚度dx′，如果成形以所述层角度θ执行那么该层宽度满足预定分辨率。例如，如果预定分辨率是0.29毫米，那么dx′被确定以使得“层厚度dx′≤0.29×tanθ"被满足。在此，数据库211存储作为表的层角度和层厚度之间的关系(在图14B中示出的数据)，所述层宽度通过其获得的等于或小于预定分辨率以使得角度计算单元212可参照所述表来确定所述层厚度。
在步骤S11处，层厚度计算单元213确定n+1层的分割的数目。具体地，根据等式(14)，层厚度计算单元213计算以层厚度dx′成形的层的数目m以及以满足"0<dx″<dx′"的层厚度dx″成形的层的存在或缺失。
在步骤S20处，子过程“成形条件计算/成形过程”被执行。
参照图18，在步骤S20处的“成形条件计算/成形过程”被解释。
在步骤S21处，成形速度计算单元214确定成形可通过其以层厚度dx′，dx″进行的成形速度vx′，vx″。具体地，在参考层厚度dx和成形速度vx的情况下，成形速度由"vx′＝vx·(dx/dx′)"确定。此外，同样的适用于vx″。
在步骤S23处，旋转速度计算单元215确定如果成形以成形速度vx′，vx″进行那么可保持节距Px的旋转速度fx′，fx″。该旋转速度由"fx′＝fx·(dx/dx′)"确定。此外，同样的适合于fx″。
在步骤S25中，驱动控制单元220控制三维成形装置的每个单元以使得n+1层被分成多个层并且成形根据确定的成形条件进行。也就是说，平台-驱动电机控制单元221z驱动和控制所述Z方向电机，平台-驱动电机控制单元221xy驱动和控制所述X方向电机和Y方向电机，所述扭绞电机控制单元222驱动和控制所述扭绞电机49，以及输送电机控制单元223驱动和控制所述输送电机17。在对应于所述n+1层的厚度被成形之后，所述过程被终止。
<<控制单元的控制示例和构造：2>>
作为用于在没有变化节距的情况下减小所述成形材料宽度的方法，用于减小成形原料的输送速度的方法的解释被给出。成形流量Qx是成形原料的输送流量Qa，Qb，…，的总和，以及每个输送流量由成形原料“成形原料的截面面积×输送速度v”给出的，如等式(1)所示的，(在此，指示与成形原料有关的参数的下标的描述被省略)。如果所有的成形原料的输送速度是1/α，那么总输送流量是1/α；因此，成形流量Qx也是1/α。在其中成形速度vx被保持的情况下，如果成形材料的截面表面是长方形的，那么成形材料宽度是1/α。此外，在该控制示例中，由于成形速度vx或旋转速度fx都没有变化，因此节距Px没有变化。
给出使用具体示例的解释。在此，在下面的解释中，成形材料的截面表面是矩形的。成形物体的参考层厚度是0.25毫米，如果n+1层以参考层厚度成形在n层上那么层角度θ是20度。在该情况下，n+1层的层厚度需要被设定为等于或小于0.11毫米。
关于n+1层，参考层厚度和调节的层厚度之间的比值是"0.25mm/0.11mm＝2.3"；因此，在该控制示例中，所有的成形原料的输送速度可以是"1/2.3"-倍。
图19是示出根据第四实施例的执行所述过程的控制单元的修改构造的功能方框图。图19特别地示出执行一控制以便增加输送速度从而在没有变化节距的情况下减小成形材料宽度的控制单元的构造。在此，相同的附图标记被应用到与图16中相同的部件，以及相同部件的解释被省略。
成形条件计算单元210包括输送速度计算单元216，其根据参考层厚度和调节的层厚度之间的比值计算成形材料的输送速度。
根据图17和20的流程图的该控制的解释被给出。图20是与该控制有关的子过程的流程图。由于在图17中示出的步骤S1到S11与在其中成形是在当增加成形速度时进行的情况下的相同，因此步骤S1到S11的解释被省略。
在步骤S20处的子过程"成形条件计算/成形过程"参照图20进行了解释。
在步骤S27处，输送速度计算单元216确定成形原料的输送速度v′，v″，成形可通过该输送速度分别以层厚度dx′，dx″进行(在此，指示与成形原料有关的参数的下标的描述被省略)。用于每个成形原料的输送速度被确定。在参考层厚度dx和输送速度v的情况下，输送速度由"v′＝v·(dx′/dx)"确定。此外，相同的适用于vx″。
在步骤S29处，驱动控制单元220控制三维成形装置的每个单元以使得n+1层被分成多个层并且成形根据确定的成形条件进行。也就是说，平台驱动电机控制单元221z驱动和控制所述Z方向电机，平台驱动电机控制单元221xy驱动和控制所述X方向电机和Y方向电机，扭绞电机控制单元222驱动和控制所述扭绞电机49，以及输送电机控制单元223驱动和控制所述输送电机17。在对应于n+1层的厚度被成形之后，所述过程被终止。
<优点>
如上所述的，根据本实施例，要被排出的成形材料的宽度(层厚度)根据成形物体的斜坡面的角度增加；由此，层宽度不超过预定分辨率。
[第五实施例]
解释本发明的第五实施例。本实施例是根据旋转构件的修改示例的实施例，其被应用到根据图8中示出的第二实施例的三维成形装置。图21是旋转构件的侧视图和底视图。此外，该图示出旋转构件的尺度的示例。
图21(a)中示出的旋转构件45A包括从柱形驱动轴46朝向所述成形平台突起的柱形扭绞突起47A。扭绞突起47A的直径在沿着驱动轴的旋转中心的方向上是相同的。此外，扭绞突起47A形成在离开旋转中心的偏心位置处。
图21(b)中示出的旋转构件45B包括在图21(a)中示出的两个柱形扭绞突起47B。每个扭绞突起47B形成在离开旋转中心的偏心位置处。通过提供扭绞突起47B，成形原料被进一步混合。
图21(c)中示出的旋转构件45C包括从柱形驱动轴46的端部46a朝向成形平台减缩的两个柱形扭绞突起47C，47C。扭绞突起47C具有其直径在驱动轴46的侧面处较大且在成形平台的侧面处较小的减缩形状。扭绞突起47C，47C中的每个形成在离开所述旋转中心的偏心位置处。由于扭绞突起47C具有一减缩形状，扭绞突起47C的强度可增加，并且可以防止由于在扭绞期间施加的成形原料的流体阻力导致的损坏。
图21(d)中示出的旋转构件45D包括在垂直于Z轴方向上的横截面形状为扇形的扭绞突起47D。扭绞突起47D包括外圆周侧表面47b和内圆周侧表面47c，作为沿着圆周方向(旋转方向)延伸的两个侧表面。由于扭绞突起47D具有沿着驱动轴46的旋转方向的预定厚度(圆周方向长度)，扭绞突起47D的强度可增加，并且可以防止由于在扭绞期间施加的成形原料的流体阻力导致的损坏。
旋转构件的修改示例在以上进行了解释，为了改进成形原料的着色效率，优选的是，扭绞突起被设置在驱动轴的外圆周侧上。这是因为，关于成形物体，成形材料的外侧在视觉上被观察到，因此优选的是，着色效率在外圆周侧处而不是内侧处得以改进。
[第六实施例]
解释了本发明的第六实施例。本实施例是根据旋转构件的修改示例的实施例，其被应用到根据图8和9中示出的第二实施例的三维成形装置。图22是对应于图8中示出的扭绞部分的D-D截面表面的视图。
每个浇道35和每个浇口43被布置成以使得每个成形原料100被引起在沿着扭绞输送路径41内的成形材料的扭绞方向的方向上流入扭绞输送路径41。由于每个浇道35将成形原料100朝向离开扭绞输送路径41的中心的位置输送，因此浇道35的中心线被布置在离开扭绞输送路径41的中心轴的位置处。
在示出的示例中，成形原料100沿着扭绞输送路径41行进同时由于惯性力在逆时针方向上旋转。因此，在没有旋转构件45的扭绞突起47的旋转的情况下，成形原料100被独立地扭绞以便进行着色。根据本实施例，由于扭绞突起47也在逆时针方向上旋转，因此进一步便于着色。
[各方面和优点]
本发明的每个实施例可以下面的方面实施。
<第一方面>
根据本方面的三维成形方法是用于变形(加热和熔融)并沉积所述成形原料100成预定固体形状的三维成形方法，以及该三维成形方法具有这样的特征：三维成形方法包括一输送过程，在该输送过程期间，输送单元(输送部分10)输送多个成形原料(不同颜色的成形原料100)变形单元(热熔融部分31)；变形过程，在该变形过程期间，变形单元使每个成形原料变形；成形材料形成过程，在该成形材料形成过程期间，成形材料形成单元(成形材料形成部分30)扭绞和布置所述变形的成形原料成螺旋形式，从而形成所述成形材料101；以及成形过程，在该成形过程期间，成形单元(成形部分70)顺序地沉积所述成形材料以形成三维成形物体102。
根据本方面，多个成形原料扭绞和布置成螺旋形式以形成成形材料，以及成形物体是使用成形材料形成的。如果不同颜色的成形原料被用作成形原料，那么成形物体可通过使用任何颜色的成形材料得以形成。
<第二方面>
根据本方面的三维成形方法具有这样的特征：三维成形物体是当控制在输送过程期间成形原料的输送速度、在成形材料形成过程期间成形原料的扭绞速度以及在成形过程期间成形速度中的至少一个得以形成的。
根据本方面，输送速度、扭绞速度和成形速度被适当地调节以使得包括在成形材料中的成形原料的沉积间隔或沉积百分比或者成形材料的厚度被任意地调节。由于该控制被执行，因此具有希望的颜色和分辨率的成形材料可被生成，因此可以获得具有更高颜色表示和高分辨率的三维成形物体。
<第三方面>
根据本方面的三维成形方法具有这样的特征：第二成形材料的厚度根据由形成第一层的第一成形材料与层叠在第一成形材料上以形成第二层的第二成形材料形成的成形材料的斜坡面的角度进行控制。
根据本方面，第二成形材料的厚度根据形成的成形物体的斜坡面的角度进行控制以使得成形宽度可被调节。在此，成形宽度是形成第一层的第一成形材料的边缘和形成第二层的第二成形材料的边缘在水平方向上的间隙。如果控制被执行以使得成形宽度减小，那么三维成形物体的分辨率可在每个成形材料的层叠方向上改进。
<第四方面>
本方面涉及实施根据第一方面的三维成形方法的三维成形装置。具体地，本方面是变形(加热和熔融)并沉积所述成形原料100成预定固体形状从而形成三维成形物体的三维成形装置1，并且具有这样的特征：三维成形装置包括多个输送单元(输送部分10)，其输送多个成形原料(不同颜色的成形原料100)到变形单元(热熔融部分31)；变形单元(热熔融部分31)，其变形由每个输送单元输送的成形原料；成形材料形成单元(成形材料形成部分30)，其扭绞和布置所述变形的成形原料成螺旋形式，从而形成所述成形材料101；以及成形单元(成形部分70)，其顺序地沉积所述成形材料以形成三维计划物体102。
根据本方面，以与第一方面相同的方式，多个成形原料被扭绞和布置成螺旋形式以形成所述成形材料，以及成形物体是使用所述成形材料形成的。如果不同颜色的成形原料被用作所述成形原料，成形物体可使用任何颜色的成形材料形成。
<第五方面>
在根据本方面的三维成形装置中，成形材料形成单元(成形材料形成部分30)具有这样的特征：成形材料形成单元包括扭绞输送路径41，其输送变形的成形原料100同时扭绞和布置成形原料100成螺旋形式；以及旋转构件45，其位于扭绞输送路径上游并且围绕平行于扭绞输送路径的输送方向的轴旋转。
由于旋转构件的旋转，三维成形装置扭绞和布置所述成形原料成螺旋形式。根据本方面，成形原料可以简单的构造扭绞，并且可获得彩色的三维成形物体。
<第六方面>
在根据本方面的三维成形装置中，旋转构件45具有这样的特征：旋转构件45包括被旋转和驱动的驱动轴46；以及扭绞突起47，其形成为在扭绞输送路径下游从驱动轴的端部伸出并且相对于驱动轴的旋转中心偏心地定位。
由于扭绞突起设置在旋转构件中，因此成形原料可被更有效地扭绞。
<第七方面>
在根据本方面的三维成形装置中，成形材料形成单元(成形材料形成部分30)具有这样的特征：成形材料形成单元包括多个变形原料输送路径(浇道35)，其每个都输送变形的成形原料；以及浇口43，每个成形原料穿过该浇口从每个变形的原料输送路径流入所述扭绞输送路径41，驱动轴46的端部46a位于扭绞输送路径的浇口的上游，扭绞突起47的端部47a位于基本上与扭绞输送路径的每个浇口的下游端部相同的位置和使得端部47a与成形单元(成形部分70)接触的位置之间。
排出到成形单元中的成形材料的流动性(流动分布)会均匀的，并且可获得高对比度的三维成形物体。
<第八方面>
在根据本方面的三维成形装置中，浇口43具有这样的特征：浇口43被布置成以使得成形原料100被引起在沿着在扭绞输送路径41内的成形材料101的扭绞方向的方向上流入到扭绞输送路径41中。
可以以由于成形原料的惯性力的布置获得自然扭绞的成形材料。
<第九方面>
在根据本方面的三维成形装置中，成形材料形成单元(成形材料形成部分30)具有这样的特征：成形材料形成单元包括柱形旋转构件83，其包括多个输送路径(流动路径85)，其每个都输送变形的成形原料100；以及排出开口65，其设置在轴向方向上的旋转构件的一端并且每个都将输送穿过输送路径的所述成形原料朝向成形单元(成形部分70)排出。
根据本方面，一构造以使得每个成形原料在穿过排出开口朝向所述成形单元排出之后扭绞；因此，每个成形原料在分离状态下被布置成螺旋形式，并且颜色不可能被混合。
<第十方面>
本方面产生了在改进形状精确度或尺度精确度以及全颜色成形方面的优点。本方面是用于通过控制旋转构件的旋转方向来促进收缩速率的平均(防止各向异性)来控制树脂的取向方向的方法。
该问题是使用示例(图23)进行解释的。图23(a)是其中成形是使用传统的成形方法在没有任何旋转机构的情况下以从(A)(从左至右成形)到(B)(以直角向上成形)的实线进行的如从对角上看到的状态的视图，以及图23(b)是从顶部看到的视图。在此，成形物体在在室温下被冷却，以及成形物体在虚线的方向上被变形；由此，尺度精确度被降级。这是因为收缩速率在所述取向方向上是不同的(收缩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，为了解释方便起见，在取向平行方向上的收缩速率和在正交方向上的收缩速率之间的差被限定为收缩速率差。在拐角部分，收缩速率差在外圆周处是大的；因此，在拐角部分处的角度是钝角，形状精确度降级。
相反地，图24A到24B示出根据本方面的成形的状态。图24A是从侧表面看到的视图，以及图24B是从顶部看到的视图。图24A示出其中两个类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状态。在此，在成形期间所述成形材料的取向与螺旋的布置方向是相同的方向。此外，收缩速率差也与螺旋的布置方向相同。此外，因为螺旋结构，所述取向在前侧和后侧处在相反方向上，如从侧面看到的。如从顶部看到的上侧和下侧的取向也是在相反方向上。收缩速率差还呈现类似倾向。在螺旋的情况下，与不是螺旋的情况相比，对于如上所述的收缩速率差，由于旋转360度，整个地，因此用于旋转一圈的收缩速率差是小的。特别地，如果螺旋角是45度，那么用于旋转一圈的收缩速率差是最小的。因此，成形变形也是最小的。
此外，成形物体的形状由于随着经过长时间的变化趋向于在其中螺旋松开的方向上变化。因此，成形物体的下层部分(n-1层)和上层部分(n层)在相反的螺旋方向上(＝旋转构件的扭绞方向是相反的)以使得产生的效果使得每个其他形状变化方向被消除并且形状是稳定的。
此外，该方面对应于根据本发明的权利要求2所述的扭绞速度。该方面是其中扭绞方向在相反方向上的示例。
<第十一方面>
在没有任何旋转机构的传统成形方法的情况下，存在一问题在于，由于成形物体下层部分(n-1层)具有等于或小于熔融温度的低温度，因此当成形物体上层(n层)在成形期间接触到成形物体下层部分(n-1层)时，成形物体上层的温度快速地降低并且成形物体上层难以借助于熔化紧密地附着。在层之间的小的附着力致使成形物体的机械强度的降低。
根据本方面，可以产生在改进机械强度以及全颜色成形方面的优点。
构造和操作被描述如下。
1)所述方法和装置将旋转构件的扭绞突起布置在成形物体下层附近以提供剪切力从而由于局部温度增加、压力生成和混合而增加附着力在界面上，以改进所述机械强度。
2)所述方法和装置使旋转构件的扭绞突起接触到成形物体下层以刮擦所述成形物体下层从而由于前表面的粗糙而增加在界面上的附着力，以改进所述机械强度。
参照图25给出1)的解释。
根据本方面，由于提供了所述旋转机构，因此，由于旋转构件的旋转而发生的成形材料的剪切热。因此，成形材料的温度局部地增加，附着力因成形物体下层部分而增加。
由于旋转构件的扭绞突起延伸到成形物体下层部分(n-1层)，压力和剪切力容易传递到成形物体下层部分(n-1层)；因此，部分的成形物体下层部分(n-1层)被熔融，并且与成形物体上层部分(n层)混合，以及附着力进一步增加。由此，附着力增加，以及机械强度改进。
参照图26给出2)的解释。
根据本方面，一构造使得旋转构件的扭绞突起延伸到成形物体下层部分(n-1层)。因此，扭绞突起的热容易且直接地传递到成形物体下层部分，以及该成形物体下层部分容易熔融。
此外，由于旋转构件的旋转，剪切热发生在成形物体下层部分，其便于熔融。
由于成形材料在以上所述的熔融状态下被连续供给，因此压力容易被传递，并且瞬时邻接得以实现以使得附着力得以改进。此外，即使在界面上存在空气，空气会由于旋转机构扩散，附着力可进一步改进。由此，附着力增加，以及机械强度改进。
附图标记列表
1 三维成形装置
10 输送部分
11 输送机构
13 原料输送路径
15 输送齿轮
17 输送电机
20 热绝缘构件
21 路径
30 成形材料形成部分
31 热熔融部分
33 加热器
35 浇道
40 扭绞部分
41 扭绞输送路径
43 浇口
45 旋转构件
46 驱动轴
46a 端部
47 扭绞突起
47a 端部
49 扭绞电机
60 头部分
61 排出开口
63 头表面
65 排出开口
70 成形部分
71 成形平台
73 平台驱动电机
81 中空部分
83 旋转构件
85 流动路径
87 圆形凹陷部分
100 成形原料
101 成形材料
102 成形物体
200 控制单元
210 成形条件计算单元
211 数据库
212 角度计算单元
213 层厚度计算单元
214 成形速度计算单元
215 旋转速度计算单元
216 输送速度计算单元
220 驱动控制单元
221xy 平台-驱动电机控制单元
221z 平台-驱动电机控制单元
222 扭绞-电机控制单元
223 输送-电机控制单元
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本未经审查的专利申请公布号2013-86289
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