CN110171130A - 三维造型物的制造方法以及造型装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及三维造型物的制造方法以及造型装置，其能够抑制三维造型物的强度降低。三维造型物的制造方法具备：第一喷吐工序，一边在与造型台的上表面垂直的第一方向上改变喷嘴相对于所述造型台的位置，一边从所述喷嘴连续地喷出所述造型材料，使所述造型材料沿所述第一方向堆积；第二喷吐工序，一边在沿着所述造型台的上表面的第二方向上改变所述喷嘴相对于所述造型台的位置，一边从所述喷嘴连续地喷出所述造型材料，沿所述第二方向配置所述造型材料；以及重复工序，重复所述第一喷吐工序和所述第二喷吐工序。

Description

三维造型物的制造方法以及造型装置

技术领域

本发明涉及三维造型物的制造方法。

背景技术

已提出一种将具有流动性的材料配置于希望的位置而对三维造型物进行造型的各种方法。例如，在下述专利文献1的技术中，使油墨的液滴从喷墨头依次逐滴滴落，通过使油墨成分中的溶剂或者分散介质蒸发，从先滴落的油墨起使油墨依次固化，从而使材料堆积而对三维造型物进行造型。

专利文献1：日本特开2011-51243号公报

在上述专利文献1的技术中，由先滴落的油墨形成的部位与由在后滴落的油墨形成的部位间的附着力弱，有可能导致三维造型物的强度在材料堆积的方向上降低。这样的问题并不局限于通过专利文献1这样的喷墨方式的造型方法进行造型的三维造型物。例如，在沿预定的层叠方向堆叠层来进行造型的三维造型物中存在因层叠的层彼此易于发生分离而导致在整个三维造型物中该层叠方向上的强度降低的问题。

发明内容

在对三维造型物进行造型的技术中，希望能够抑制因造型所使用的造型材料堆积的方向而导致造型物的强度降低。

本发明的一方面作为一种三维造型物的制造方法而提供。该方面的制造方法具备：第一喷吐工序，一边在与造型台的上表面垂直的第一方向上改变喷嘴相对于所述造型台的位置，一边从所述喷嘴连续地喷出所述造型材料，使所述造型材料沿所述第一方向堆积；第二喷吐工序，一边在沿着所述造型台的上表面的第二方向上改变所述喷嘴相对于所述造型台的位置，一边从所述喷嘴连续地喷出所述造型材料，使所述造型材料沿所述第二方向配置；以及重复工序，重复所述第一喷吐工序和所述第二喷吐工序。

附图说明

图1是表示三维造型装置的结构的概略图。

图2是表示平面螺旋件的结构的概略立体图。

图3是表示螺旋件相对部的概略平面图。

图4A是用于说明第一喷吐控制的内容的第一概略图。

图4B是用于说明第一喷吐控制的内容的第二概略图。

图4C是用于说明第一喷吐控制的内容的第三概略图。

图4D是用于说明第一喷吐控制的内容的第四概略图。

图5是用于说明第二喷吐控制的内容的概略图。

图6A是用于说明第一造型例的第一概略图。

图6B是用于说明第一造型例的第二概略图。

图6C是用于说明第一造型例的第三概略图。

图7是用于说明第二造型例的概略图。

图8是用于说明第三造型例的概略图。

附图标记说明

11、第一材料层；12、凹部；13、连结部；15、第二材料层；16a、材料层；16b、材料层；17、复合层；17a、第一部位；17b、第二部位；20、材料供给部；22、连通路；30、造型材料生成部；31、螺旋件壳体；32、驱动电机；40、平面螺旋件；42、槽部；43、凸条部；44、材料流入口；46、中央部；48、下表面/槽形成面；50、螺旋件相对部；52、上表面/螺旋件相对面；54、引导槽；56、连通孔；58、加热器；60、喷吐部；61、喷嘴；62、喷吐口；63、延伸部；65、流路；70、喷吐控制机构；71、开闭机构；72、驱动轴；73、阀片；74、阀驱动部；75、冷却部；76、鼓风口；77、鼓风风扇；100、造型装置；101、控制部；110、造型部；210、造型台；211、上表面；230、移动机构；235、角度位移机构；CP、柱状部位；Dn、孔径；G、间隙；LP、线状部位；M、电机；RX、旋转轴。

具体实施方式

1.实施方式：

1-1.三维造型装置的结构：

图1是表示适用于本实施方式中的三维造型物的制造方法的执行的三维造型装置100的结构的概略图。在图1中示出有指示相互正交的X、Y、Z方向的箭头。在本实施方式中，X方向以及Y方向表示横向，是与水平面平行的方向。Z方向表示高度方向，是与重力方向、铅垂方向相反的方向。关于指示X、Y、Z方向的箭头，在其它参照图中，图示的方向也与图1对应地适当进行了图示。

三维造型装置100通过使造型材料堆积而对三维造型物进行造型。以下，也将“三维造型装置”简称为“造型装置”，也将“三维造型物”简称为“造型物”。造型装置100具备控制部101、造型部110、造型台210以及移动机构230。

控制部101控制造型装置100整体的动作，执行对造型物进行造型的造型处理。在第一实施方式中，控制部101由具备一个或多个处理器和主存储装置的计算机构成。控制部101通过处理器执行读入到主存储装置上的程序、命令而发挥各种功能。需要注意的是，也可以取代由这样的计算机来构成控制部101，而是通过组合有用于实现各功能的多个电路的结构来实现控制部101。控制部101所执行的造型处理见后述。

造型部110将使材料的至少一部分熔融而形成为糊状的造型材料配置在造型台210上。造型部110具备材料供给部20、造型材料生成部30以及喷吐部60。

材料供给部20向造型材料生成部30供给作为造型材料的原料的材料。材料供给部20例如由收容材料的料斗构成。材料供给部20在下方具有排出口，该排出口经由连通路22与造型材料生成部30连接。材料以小球、粉末等固体材料的状态被投入材料供给部20。投入材料供给部20的材料见后述。

造型材料生成部30生成使由材料供给部20供给的材料的至少一部分熔融而成的具有流动性的糊状的造型材料，并将其导向喷吐部60。在本实施方式中，造型材料生成部30具有螺旋件壳体31、驱动电机32、平面螺旋件(flat screw)40以及螺旋件相对部50。

螺旋件壳体31收纳平面螺旋件40。平面螺旋件40具有作为沿其中心轴的方向的轴线方向上的高度比直径小的大致圆柱状。平面螺旋件40配置成其轴线方向与Z方向平行，并沿圆周方向旋转。在第一实施方式中，平面螺旋件40的中心轴与其旋转轴RX一致。在图1中以单点划线示出了平面螺旋件40的旋转轴RX。

平面螺旋件40在上表面47侧与配置于螺旋件壳体31之上的驱动电机32连结。平面螺旋件40通过驱动电机32所产生的旋转驱动力而在螺旋件壳体31内旋转。驱动电机32在控制部101的控制下进行驱动。

平面螺旋件40在与旋转轴RX交叉的面、即下表面48上形成有槽部42。上述材料供给部20的连通路22从平面螺旋件40的侧面与该槽部42连接。

平面螺旋件40的下表面48面向螺旋件相对部50的上表面52，在平面螺旋件40的下表面48的槽部42与螺旋件相对部50的上表面52之间形成有空间。在造型部110中，从材料供给部20向平面螺旋件40与螺旋件相对部50之间的该空间供给材料。平面螺旋件40及其槽部42的具体结构见后述。

在螺旋件相对部50中埋入有用于对材料进行加热的加热器58。通过平面螺旋件40的旋转，被供给至旋转的平面螺旋件40的槽部42内的材料的至少一部分一边被熔融，一边沿槽部42流动而被导向平面螺旋件40的中央部46。流入中央部46的糊状的材料经由设于螺旋件相对部50的中心的连通孔56而作为造型材料供给到喷吐部60。需要注意的是，希望在造型材料生成部30中将造型材料的粘度调整为能够抑制从喷嘴61喷出而配置于预定的部位之后的流动这一程度。

喷吐部60具有喷嘴61、流路65、喷吐控制机构70以及冷却部75。喷嘴61通过流路65而与螺旋件相对部50的连通孔56连接。流路65是平面螺旋件40与喷嘴61之间的造型材料的流路。喷嘴61将在造型材料生成部30中生成的造型材料从前端的喷吐口62朝向造型台210喷出。在本实施方式中，喷嘴61构成为将造型材料沿重力方向喷出。喷嘴61的喷吐口62具有大致圆形的开口形状，具有孔径Dn。

希望喷嘴61具有从其前端以比孔径Dn稍大的粗细沿Z方向延伸的管状的延伸部63。由于具有延伸部63，从而能够使喷嘴61进入已经在造型台210上造型的造型物的间隙，因此能够更加精细地进行致密的造型。

喷吐控制机构70控制来自喷嘴61的造型材料的流出。在本实施方式中，喷吐控制机构70由开闭流路65的开闭机构71构成。开闭机构71设于流路65，开闭流路65而控制造型材料的流动。在本实施方式中，开闭机构71由蝶形阀构成。开闭机构71具备驱动轴72、阀片73以及阀驱动部74。

驱动轴72是沿一方向延伸的轴状构件。驱动轴72在流路65的出口安装成与造型材料的流动方向交叉。在第一实施方式中，驱动轴72安装成相对于流路65垂直。在图1中，驱动轴72相对于纸面垂直。驱动轴72安装成能够以其中心轴为中心进行旋转。

阀片73是在流路65内旋转的板状构件。在第一实施方式中，阀片73是通过将驱动轴72的配置于流路65内的部位加工为板状而形成的。沿与阀片73的板面垂直的方向观察阀片73时的形状同配置有阀片73的部位上的流路65的开口形状大体一致。

阀驱动部74在控制部101的控制下产生使驱动轴72旋转的旋转驱动力。阀驱动部74例如由步进电机构成。阀片73通过驱动轴72的旋转而在流路65内旋转。

如图1所示，阀片73的板面沿流路65中的造型材料的流动方向的状态为流路65打开的状态。在该状态下，允许造型材料从流路65流入喷嘴61。阀片73的板面相对于流路65中的造型材料的流动方向垂直的状态为流路65关闭的状态。在该状态下，阻断造型材料从流路65流入喷嘴61。

冷却部75对从喷嘴61的喷吐口62喷出的造型材料进行冷却而使造型材料的流动性降低。在本实施方式中，冷却部75由在控制部101的控制下向从喷嘴61喷出的造型材料鼓风的鼓风单元构成。冷却部75具有鼓风口76和鼓风风扇77。

鼓风口76安装于喷嘴61的前端。希望鼓风口76设置成包围喷嘴61的喷吐口62的周围。鼓风口76通过管子等配管构件与鼓风风扇77连接，将鼓风风扇77所产生的鼓风朝向喷嘴61的喷吐口62一方送出。鼓风风扇77的驱动由控制部101控制。

造型台210具有与喷嘴61的喷吐口62相对的上表面211。上表面211在未通过后述的角度位移机构235而倾斜的基本姿势下与X、Y方向平行。如后所述，在造型装置100中，使造型材料在造型台210的上表面211上堆积而对造型物进行造型。

需要注意的是，在以下的说明中，也将与造型台210的上表面211垂直的方向称作“第一方向”，也将沿造型台210的上表面211的方向称作“第二方向”。在造型台210的上表面211水平配置的情况下，第一方向与铅垂方向平行，且与Z方向平行。另外，第二方向与水平方向平行，且与X方向以及Y方向平行。另外，在以下的说明中，对于完成后的造型物言及“第一方向”、“第二方向”时，意味着造型物在造型台210上被造型时的姿势下的方向。

移动机构230在控制部101的控制下使造型台210移动，变更喷嘴61与造型台210的相对位置关系。在本实施方式中，移动机构230具备借助三个电机M的驱动力而使造型台210沿X、Y、Z方向这三个轴向移动的三轴定位器。

在造型装置100中，也可以取代通过移动机构230使造型台210移动的结构，而采用在造型台210的位置固定的状态下移动机构230使喷嘴61的位置移动的结构。即使是这样的结构，也能够变更喷嘴61与造型台210的相对位置关系。

希望移动机构230还具备变更喷嘴61相对于造型台210的上表面211的角度的机构。在本实施方式中，移动机构230具备能够在控制部101的控制下使造型台210的上表面211的角度从水平倾斜的角度位移机构235。角度位移机构235例如能够通过借助螺线管机构等抬起造型台210的X方向上的单侧而使造型台210的上表面211相对于X方向倾斜的结构来实现。由于能够变更喷嘴61相对于造型台210的上表面211的角度，因此能够变更喷嘴61相对于造型中的造型物的姿势，从而提高造型的自由度。

在造型装置100中，也可以取代在移动机构230设置使造型台210的上表面211倾斜的机构而在喷吐部60设置能够变更喷嘴61相对于造型台210的上表面211的角度的机构。即使是这样的结构，也能够变更喷嘴61相对于造型中的造型物的姿势，提高造型的自由度。

图2是表示平面螺旋件40的下表面48侧的结构的概略立体图。在图2中，以单点划线图示出在造型材料生成部30中旋转时的平面螺旋件40的旋转轴RX的位置。如参照图1所说明的那样，在与螺旋件相对部50相对的平面螺旋件40的下表面48设有槽部42。以下，也将下表面48称作“槽形成面48”。

平面螺旋件40的槽形成面48的中央部46构成为供槽部42的一端连接的凹部。中央部46与图1中示出的螺旋件相对部50的连通孔56相对。在本实施方式中，中央部46与旋转轴RX交叉。

平面螺旋件40的槽部42构成所谓的涡旋槽。槽部42以从中央部46朝向平面螺旋件40的外周画弧的方式呈旋涡状延伸。槽部42也可以构成为呈螺旋状延伸。在槽形成面48设有构成槽部42的侧壁部并沿各槽部42延伸的凸条部43。

槽部42连续至形成于平面螺旋件40的侧面的材料流入口44。该材料流入口44是接收经由材料供给部20的连通路22供给的材料的部分。

当平面螺旋件40旋转时，从材料流入口44供给的材料的至少一部分在槽部42内边被加热边进行熔融，流动性提高。然后，该材料通过槽部42而朝向中央部46流动，并在中央部46集中，因在那产生的内压被导向喷嘴61而从喷吐口62喷出。

在图2中图示出具有三个槽部42和三个凸条部43的平面螺旋件40的例子。设于平面螺旋件40的槽部42、凸条部43的数量并不局限于三个。在平面螺旋件40上，既可以仅设有一个槽部42，也可以设有两个以上的多个槽部42。另外，也可以配合槽部42的数量而设置任意数量的凸条部43。

在图2中图示出材料流入口44形成于三处位置的平面螺旋件40的例子。设于平面螺旋件40的材料流入口44的数量并不局限于三处。在平面螺旋件40上，材料流入口44既可以仅设于一处，也可以设于两处以上的多处。

图3是表示螺旋件相对部50的上表面52侧的概略平面图。如上所述，螺旋件相对部50的上表面52与平面螺旋件40的槽形成面48相对。以下，也将该上表面52称作“螺旋件相对面52”。在螺旋件相对面52的中心形成有用于将造型材料供给至喷嘴61的上述连通孔56。

在螺旋件相对面52形成有多个引导槽54，该多个引导槽54与连通孔56连接，且从连通孔56朝向外周呈旋涡状延伸。多个引导槽54具有将至少一部分熔融了的具有流动性的材料导向连通孔56的功能。如参照图1所说明的那样，在螺旋件相对部50中埋入有用于对材料进行加热的加热器58。造型材料生成部30中的材料的熔融是通过加热器58的加热和平面螺旋件40的旋转来实现的。

参照图1。在造型部110中，通过利用在Z方向上具有小型的尺寸的平面螺旋件40，从而用于将材料的至少一部分熔融并将其引导至喷嘴61的路径在Z方向上所占的范围缩小。这样，在造型装置100中，通过利用平面螺旋件40而使在喷吐部60中实现的造型材料的生成机构小型化。

另外，在造型装置100中，通过利用平面螺旋件40，从而简单地实现将形成为具有流动性的状态的材料朝向流路65压送的结构。由此，能够通过设于流路65的下游的结构简单的喷吐控制机构70进行造型材料的喷吐控制，提高来自喷嘴61的造型材料的喷吐控制的精度。

1-2.用于造型的材料：

说明在造型装置100中使用的材料。在造型装置100中，能够以例如具有热塑性的材料、金属材料、陶瓷材料等各种材料为主材料来对造型物进行造型。在此，所谓“主材料”意指成为形成造型物的形状的中心的材料，并意指在造型物中占按重量计50％以上的含有率的材料。上述的造型材料中包括将那些主材料以单体的形式熔融而成的材料、将与主材料一起含有的一部分成分熔融而形成为糊状的材料。

在使用具有热塑性的材料作为主材料的情况下，通过在造型材料生成部30中使该材料塑化而生成造型材料。“塑化”意指对具有热塑性的材料加热而使其熔融。

作为具有热塑性的材料，例如能够使用下述的热塑性树脂材料。

＜热塑性树脂材料的例子＞

聚丙烯树脂(PP)、聚乙烯树脂(PE)、聚甲醛树脂(POM)、聚氯乙烯树脂(PVC)、聚酰胺树脂(PA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)、聚乳酸树脂(PLA)、聚苯硫醚树脂(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚碳酸酯(PC)、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等通用工程塑料；聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚芳酯、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮等工程塑料。

在具有热塑性的材料中，除了颜料、金属、陶瓷以外，还可以混入蜡、阻燃剂、抗氧化剂、热稳定剂等添加剂等。具有热塑性的材料在造型材料生成部30中通过平面螺旋件40的旋转和加热器58的加热而被塑化，转化为熔融的状态。另外，这样生成的造型材料在配置于造型台210之后因温度降低而固化。

希望具有热塑性的材料被加热到其玻璃化转变点以上以完全熔融的状态从喷嘴61射出。例如，ABS树脂的玻璃化转变点约为120℃，希望从喷嘴61射出时约为200℃。为了像这样地以高温的状态射出造型材料，也可以在喷嘴61的周围设置加热器。

在造型装置100中，例如也可以将以下的金属材料用作主材料而取代上述具有热塑性的材料。在该情况下，希望在将下述金属材料形成为粉末状而得的粉末材料中混合在生成造型材料时熔融的成分，并将其投入造型材料生成部30中。

＜金属材料的例子＞

镁(Mg)、铁(Fe)、钴(Co)、铬(Cr)、铝(Al)、钛(Ti)、铜(Cu)、镍(Ni)的单一的金属、或者包含一个以上的这些金属的合金。

＜所述合金的例子＞

马氏体时效钢、不锈钢、钴铬钼、钛合金、镍合金、铝合金、钴合金、钴铬合金。

在造型装置100中，能够将陶瓷材料用作主材料而取代上述金属材料。作为陶瓷材料，例如可以使用二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化锆等氧化物陶瓷；氮化铝等非氧化物陶瓷等。在将上述那样的金属材料、陶瓷材料用作主材料的情况下，也可以通过烧结而使配置于造型台210的造型材料固化。

投入材料供给部20的金属材料、陶瓷材料的粉末材料也可以是将单一的金属的粉末、合金的粉末、陶瓷材料的粉末多种混合而得的混合材料。另外，例如也可以用上面例示那样的热塑性树脂、或者除此以外的热塑性树脂涂覆金属材料、陶瓷材料的粉末材料。在这种情况下，也可以是在造型材料生成部30中该热塑性树脂熔融而显现出流动性。

也可以在投入材料供给部20的金属材料、陶瓷材料的粉末材料中添加例如以下这样的溶剂。关于溶剂，能够组合使用从下述中选择的一种或两种以上。

＜溶剂的例子＞

水；乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚等(聚)烷撑二醇单烷基醚类；醋酸乙酯、醋酸正丙酯、醋酸异丙酯、醋酸正丁酯、醋酸异丁酯等醋酸酯类；苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃类；甲基乙基酮、丙酮、甲基异丁基酮、乙基正丁基甲酮、二异丙基甲酮、乙酰丙酮等酮类；乙醇、丙醇、丁醇等醇类；四烷基醋酸铵类；二甲基亚砜、二乙基亚砜等亚砜系溶剂；吡啶、γ－甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶等吡啶系溶剂；四烷基醋酸铵(例如四丁基醋酸铵等)、二乙二醇丁醚醋酸酯等离子液体等。

此外，也可以在投入材料供给部20的金属材料、陶瓷材料的粉末材料中添加例如以下那样的粘合剂。

＜粘合剂的例子＞

丙烯酸树脂、环氧树脂、硅酮树脂、纤维素系树脂或其它合成树脂、或者PLA(聚乳酸)、PA(聚酰胺)、PPS(聚苯硫醚)、PEEK(聚醚醚酮)或其它热塑性树脂。

1-3.造型处理：

依次参照图4A～图8，说明在造型装置100中控制部101所执行的造型处理。控制部101在造型处理中反复执行第一喷吐控制和第二喷吐控制来对造型物进行造型。以下，参照图4A～图4D说明第一喷吐控制下的造型，参照图5说明第二喷吐控制下的造型。在图4A～图4D、图5中分别示意性地图示出从喷嘴61喷出的造型材料往造型台210的上表面211进行堆积的情形。

1-3-1.第一喷吐控制下的造型：

参照图4A。在第一喷吐控制中，控制部101使造型装置100一边在第一方向上改变喷嘴61相对于造型台210的位置，一边从喷嘴61向造型台210连续地喷出造型材料，使造型材料沿第一方向进行堆积。“连续地喷出造型材料”意指使造型材料不中断地以相连的状态喷出。通过该动作，形成沿第一方向延伸的柱状部位CP。柱状部位CP是通过使至少一部分熔融了的状态的造型材料沿第一方向连续堆积而形成的。因此，例如与以反复进行在造型材料固化而成的层之上新配置造型材料而形成层的工序来沿第一方向层叠多个层的方法对与柱状部位CP同样的形状进行造型的情况相比，对于在第一方向上拉拽的外力的强度提高。

柱状部位CP例如能够形成为3mm以下的高度。柱状部位CP也可以分别形成为不同的高度。柱状部位CP的直径与图1所图示的喷嘴61的孔径Dn大体相同。在本说明书中，“大体相同”意指在±5％以内的误差范围内一致。通过调整造型材料的喷射压力、造型材料的粘度，以使造型材料在从喷嘴61喷出而堆积时向横向、即第二方向扩展，也能使柱状部位CP的直径比喷嘴61的孔径Dn大。

控制部101也可以在第一喷吐控制之后使喷嘴61相对于造型台210的位置向第二方向移动，重复形成上述柱状部位CP的第一喷吐控制。控制部101一边使喷嘴61相对于造型台210的位置向上方移动，一边形成一根柱状部位CP。之后，通过喷吐控制机构70使来自喷嘴61的造型材料的连续喷出停止，使喷嘴61相对于造型台210的位置沿第二方向移动。然后，在喷嘴61的位置靠近造型台210的上表面211之后，一边使喷嘴61相对于造型台210向上方移动，一边从喷嘴61连续地喷出造型材料，形成下一个柱状部位CP。通过反复进行该第一喷吐控制的工序，能够连续地形成未被连结的状态的多个柱状部位CP。

参照图4B。在反复进行上述第一喷吐控制的工序中，通过缩窄各柱状部位CP的排列间隔，从而能够使柱状部位CP以相互接触的方式排列。在该情况下，希望使柱状部位CP的直径比喷嘴61的孔径Dn大。需要注意的是，由于喷嘴61具有延伸部63，因此即使在柱状部位CP以相互接触的方式排列而形成的情况下，也能够抑制喷嘴61对已经形成的柱状部位CP造成干扰。

参照图4C。控制部101通过如下所述地执行第一喷吐控制，从而能够连续地形成相互连结的状态的多个柱状部位CP。首先，控制部101执行一边向第一方向中远离造型台210的方向改变喷嘴61相对于造型台210的位置，一边从喷嘴61连续地喷出造型材料，使造型材料沿第一方向进行堆积的第一喷吐控制。由此，将柱状部位CP形成为从造型台210的上表面211向上方延伸。

接下来，控制部101在保持从喷嘴61喷出造型材料的情况下使喷嘴61相对于造型台210的位置沿第二方向移动。此时，希望调整造型材料的粘度、喷嘴61的移动速度、造型材料的喷吐量，以使从喷嘴61喷出的造型材料不会从先被造型的部位掉落。

控制部101通过移动机构230的角度位移机构235而使造型台210的上表面211倾斜。由此，能够使喷嘴61成为相对于造型台210的上表面211倾斜的状态。在该状态下，执行一边使喷嘴61相对于造型台210的位置向第一方向中靠近造型台210的方向移动，一边从喷嘴61连续地喷出造型材料的第一喷吐控制。由此，能够将柱状部位CP形成为朝着造型台210的上表面211向下方延伸。

控制部101通过移动机构230而使造型台210的上表面211返回到水平。然后，保持从喷嘴61喷出造型材料地使喷嘴61相对于造型台210的位置沿第二方向移动之后，再次执行第一喷吐控制，从而能够形成下一柱状部位CP。通过重复以上的工序，能够连续地形成相互连结的多个柱状部位CP。需要注意的是，通过缩窄各柱状部位CP的排列间隔，能够如图4D所示，使各柱状部位CP以相互接触的状态排列。在该情况下，希望使柱状部位CP的直径比喷嘴61的孔径Dn大。

在第一喷吐控制中，希望在从喷嘴61喷出造型材料时，控制部101通过冷却部75使喷出的造型材料冷却。由此，能够使刚喷出后的造型材料的流动性迅速下降。由此，能够抑制因喷出后的造型材料流动而导致通过第一喷吐控制形成的部位的造型精度降低。

1-3-2.第二喷吐控制：

参照图5。在第二喷吐控制中，控制部101使造型装置100进行一边在第二方向上改变喷嘴61相对于造型台210的位置，一边从喷嘴61连续地喷出造型材料，沿第二方向来配置造型材料的动作。通过该第二喷吐控制的动作，形成沿第二方向的线状部位LP。由于线状部位LP是通过使造型材料沿第二方向连续地堆积而形成的，因此对于朝向第二方向的拉拽外力的强度高。

控制部101也可以在执行了第二喷吐控制之后，重复进行在第二方向上改变喷嘴61相对于造型台210的位置来形成上述线状部位LP的第二喷吐控制的动作。控制部101在边使喷嘴61沿第二方向移动、边形成一根线状部位LP之后，使喷嘴61相对于造型台210的位置沿第一方向移动。然后，使造型材料从喷嘴61喷出到先形成的线状部位LP之上而层叠下一线状部位LP。控制部101也可以通过第二喷吐控制，将线状部位LP形成为从先被造型的部位起以下侧未被支撑的状态沿第二方向延伸，对所谓的底切形状进行造型。

控制部101也可以在连续地重复第二喷吐控制时，在第二喷吐控制与下次的第二喷吐控制之间进行以下动作。即，控制部101也可以控制喷吐控制机构70，使从喷嘴61的造型材料的连续的喷出暂时停止，在相对于造型台210改变了喷嘴61的位置之后，再次开始从喷嘴61的造型材料的连续的喷出。由此，能够更加自由地进行各种形状的造型。

在第二喷吐控制中，希望控制部101通过冷却部75而使喷出的造型材料冷却。由此，能够使刚喷出后的造型材料的流动性迅速下降，能够抑制因喷出后的造型材料流动而导致通过第二喷吐控制造型的部位的造型精度降低。

然而，在第二喷吐控制中，在形成线状部位LP时，希望在喷嘴61的前端的喷吐口62与从喷嘴61喷出的造型材料所堆积于的预定部位之间保持有下述的间隙G。希望将间隙G的大小设为喷嘴61的喷吐口62的孔径Dn(图1所示)以上，更加优选设为孔径Dn的1.1倍以上。如此一来，从喷嘴61的喷吐口62喷出的造型材料以未被向下按压的自由状态堆积。其结果是，能够抑制从喷嘴61喷出的造型材料的横截面形状变形，能够降低造型物的面粗糙度。另外，在喷嘴61的周围设有加热器的结构中，通过形成间隙G，能够防止该加热器使造型材料过热，抑制堆积的造型材料因过热而变色、劣化。另一方面，优选将间隙G的大小设为孔径Dn的1.5倍以下，特别优选设为1.3倍以下。由此，抑制相对于配置造型材料的预定部位的精度下降、沿高度方向层叠的线状部位LP彼此的紧贴性降低。

在第一喷吐控制以及第二喷吐控制中，通过利用到平面螺旋件40的造型部110而向造型台210上喷出造型材料。即，第一喷吐控制以及第二喷吐控制能够解释为包括如下工序：使供给至旋转的平面螺旋件40的材料的至少一部分熔融而生成造型材料并使其从喷嘴61朝向造型台210喷出。如上所述，在造型装置100中，通过利用平面螺旋件40而使造型材料的生成机构小型化，提高造型材料的喷吐控制的精度。只要是由这样的利用到平面螺旋件40的造型装置100所执行的第一喷吐控制以及第二喷吐控制，就能够容易且高效地进行造型物的造型。

1-4.造型例：

依次参照图6A～图6C、图7、图8，说明重复第一喷吐控制和第二喷吐控制来进行造型的各种造型例。在以下参照的各图中，为了便于说明，对由第一喷吐控制造型的部位和由第二喷吐控制造型的部位分别标注不同浓度的影线。另外，下面也将执行第一喷吐控制的工序称作“第一喷吐工序”，也将执行第二喷吐控制的工序称作“第二喷吐工序”。造型装置100在造型处理中执行重复第一喷吐工序和第二喷吐工序的重复工序。

(1)第一造型例：

图6A～图6C是用于说明第一造型例的概略图。参照图6A。第一工序是通过第二喷吐工序形成第一材料层11的工序。在第一工序中，控制部101重复第二喷吐控制，使图5中说明的线状部位LP沿第二方向排列并且也沿第一方向层叠，从而形成第一材料层11。第一材料层11是线状部位LP沿第一方向层叠而成的层叠体。在该工序中，在第一材料层11的上表面形成有向下凹陷的凹部12。在图6A的例子中，凹部12构成为沿Y方向延伸的槽部。凹部12既可以构成为沿X方向延伸的槽部，也可以由呈格子状排列的槽部构成。另外，凹部12也可以构成为有底的孔部。

参照图6B。第二工序是通过第一喷吐工序形成连结部13的工序。在第二工序中，控制部101重复第一喷吐控制，在第一材料层11的各凹部12内逐个形成使图4A～图4D中说明的柱状部位CP沿第二方向排列而形成的连结部13。各连结部13以从第一材料层11的上表面向上方突出的方式而形成。需要注意的是，连结部13由图4A～图4D所示的哪个柱状部位CP的结构形成均可。

参照图6C。第三工序是通过第二喷吐工序形成第二材料层15的工序。在第三工序中，控制部101重复第二喷吐控制，将第二材料层15形成为层叠在第一材料层11之上。第二材料层15与第一材料层11同样地，通过使图5中说明的线状部位LP沿第二方向排列并且也沿第一方向层叠而形成。第二材料层15是与第一材料层11同样的线状部位LP的层叠体。在第二工序中形成的连结部13被埋设于第一材料层11与第二材料层15之间。之后，也可以通过重复第一喷吐控制而在形成于第二材料层15的上表面的凹部12中形成连结部13，通过重复第二喷吐控制而在第二材料层15之上层叠与材料层11、15同样的层叠线状部位LP而成的层。

根据第一造型例，以跨通过重复第二喷吐工序而形成的多个材料层11、15的方式，通过重复第一喷吐工序而形成连结部13，通过连结部13连结朝向第一方向的层叠体、即材料层11、15彼此。由于连结部13由在材料层11、15的层叠方向、即第一方向上强度高的柱状部位CP构成，因此通过连结部13抑制材料层11、15彼此脱离。另外，通过连结部13抑制包含于材料层11、15并与连结部13接触的线状部位LP彼此向第一方向脱离。这样，若对包含连结部13的造型物进行造型，则造型物对于向材料层11、15层叠的层叠方向拉拽的外力的强度得到提高。另外，抑制以与连结部13接触的方式层叠的线状部位LP彼此向第一方向脱离，提高材料层11、15的强度。需要注意的是，对第一造型例进行造型的第一喷吐工序和第二喷吐工序的重复工序能够解释为包括将通过第一喷吐工序形成的部位和通过第二喷吐工序形成的部位造型为沿第二方向排列的工序。

在层叠三层以上的材料层11、15的情况下，更加希望造型为在各材料层11、15的边界配置至少一个连结部13。由此，能够提高材料层11、15的层叠方向上的造型物整体的强度。或者，也可以造型为多个连结部13以在第二方向上观察时至少一部分重合的状态排列在整个第一方向上。由此，能够提高各材料层11、15整体在第一方向上的强度。

(2)第二造型例：

图7是用于说明第二造型例的概略图。在第二造型例中，对沿第一方向交替层叠通过第一喷吐工序形成且线状部位LP沿高度方向层叠的材料层16a与通过第二喷吐工序形成且柱状部位CP沿平面方向排列的材料层16b而成的造型物进行造型。在第二造型例中，造型物包括由在材料层16a、16b的层叠方向、即第一方向上强度高的柱状部位CP构成的材料层16a。因此，与仅通过由线状部位LP构成的材料层16b来形成整个造型物的情况相比，提高第一方向上的造型物的强度。

(3)第三造型例：

图8是用于说明第三造型例的概略图。在第三造型例中，通过沿第一方向层叠多个复合层17而对造型物进行造型。各复合层17包括通过第一喷吐工序形成且线状部位LP沿第一方向层叠的第一部位17a和通过第二喷吐工序形成且柱状部位CP沿第二方向排列的第二部位17b。各复合层17是通过将通过第一喷吐工序形成的部位和通过第二喷吐工序形成的部位造型为沿第二方向排列的工序而形成的。根据第三造型例，各复合层17中包括由柱状部位CP构成的第一部位17a。因此，各复合层17对于第一方向上的拉拽外力的强度提高。

1-5.总结：

如上所述，由本实施方式的造型装置100所执行的制造方法具备执行第一喷吐控制的第一喷吐工序、执行第二喷吐控制的第二喷吐工序以及重复第一喷吐工序和第二喷吐工序的重复工序。由于在通过该制造方法造型的造型物中形成有通过第一喷吐工序而使第一方向上的强度高的部位，因此与仅通过第二喷吐工序形成整个造型物的情况相比，提高第一方向上的造型物的强度。此外，根据本实施方式的造型装置100以及制造方法，能够起到上述实施方式中说明的各种作用效果。

2.其它实施方式：

上述各实施方式中说明的各种结构例如能够如下所述地进行改变。以下说明的其它实施方式均与上述各实施方式同样地被定位为用于实施发明的方式的一例。

2-1.其它实施方式1：

重复第一喷吐工序和第二喷吐工序的造型处理的例子并不局限于上述实施方式中说明的第一造型例、第二造型例、第三造型例。例如，也可以各一次地交替重复第一喷吐工序与第二喷吐工序来对造型物进行造型。即使是这样的工序，与仅由仅以第二喷吐工序形成的部位构成的造型物相比，能够获得具有高强度的造型物。

2-2.其它实施方式2：

造型部110例如也可以具有使Z方向上的长度比直径长的螺旋件旋转而从喷嘴61挤出造型材料的结构来取代利用平面螺旋件40的结构。或者，造型部110也可以具有一边通过热而使长丝状的具有热塑性的树脂材料熔化，一边将其从喷嘴61挤出而附着于造型台210上的结构来取代将造型材料向造型台210喷出的结构。

2-3.其它实施方式3：

造型装置100的喷吐控制机构70也可以由在流路65内以与造型材料流动的方向交叉的方式进行移动的闸门构成。另外，喷吐控制机构70也可以由活塞向流路65内突出而封闭流路65的柱塞构成。喷吐控制机构70还可以组合上述实施方式中说明的蝶形阀、采用闸门的闸门机构、柱塞中的两个以上的机构而构成。

2-4.其它实施方式4：

在造型装置100中，冷却部75也可以通过以借助鼓风风扇77的鼓风进行冷却以外的方法对从喷嘴61喷出的造型材料进行冷却的结构来实现。例如，冷却部75也可以由埋设于造型台210的制冷剂流路来实现。在造型装置100中也可以省略冷却部75。在该情况下，在造型处理中省略使造型材料冷却的工序。

2-5.其它实施方式5：

在上述实施方式中，材料供给部20也可以具有具备多个料斗的结构。在该情况下，也可以从各料斗向平面螺旋件40供给不同的材料，使其在平面螺旋件40的槽部42内混合而生成造型材料。例如，也可以从各个料斗并行地向平面螺旋件40供给上述实施方式中说明的作为主材料的粉末材料和添加在其中的溶剂、粘合剂等。

2-6.其它实施方式6：

在上述实施方式中，通过软件实现的功能以及处理的一部分或者全部也可以通过硬件来实现。另外，通过硬件实现的功能以及处理的一部分或者全部也可以通过软件来实现。作为硬件，例如能够使用集成电路、分立电路、或者组合这些电路而成的电路模块等各种电路。

3.其它方面：

本发明不限于上述各实施方式、实施例，能够在不脱离其宗旨的范围内以各种方面(aspect)而实现。例如，为了解决本发明的技术问题的一部分或者全部，或者为了实现本发明效果的一部分或者全部，可以对与以下记载的各方面中的技术特征对应的上述各实施方式中的技术特征适当地进行替换、组合。另外，只要是在本说明书中未说明该技术特征是必须的，则可以进行适当的删除。

(1)第一方面作为一种三维造型物的制造方法而提供。该方面的制造方法具备：第一喷吐工序，一边在与造型台的上表面垂直的第一方向上改变喷嘴相对于所述造型台的位置，一边从所述喷嘴连续地喷出造型材料，使所述造型材料沿所述第一方向堆积；第二喷吐工序，一边在沿着所述造型台的上表面的第二方向上改变所述喷嘴相对于所述造型台的位置，一边从所述喷嘴连续地喷出所述造型材料，使所述造型材料沿所述第二方向配置；以及重复工序，重复所述第一喷吐工序和所述第二喷吐工序。

根据该方面的制造方法，能够形成包括通过第一喷吐工序形成而向第一方向的强度高的部位的三维造型物。若是这样的三维造型物，与仅通过第二喷吐工序形成的三维造型物相比，第一方向上的强度得到提高。

(2)在上述方面的制造方法中，所述重复工序也可以包括将通过所述第一喷吐工序形成的部位和通过所述第二喷吐工序形成的部位形成为沿所述第二方向排列的工序。

根据该方面的制造方法，由于将通过第一喷吐工序形成的部位配置为与通过第二喷吐工序形成的部位在第二方向上并排，因此能够提高第一方向上的三维造型物的强度。

(3)在上述方面的制造方法中，所述重复工序也可以包括通过所述第一喷吐工序形成连结部的工序，该连结部跨通过所述第二喷吐工序形成的多个材料层。

根据该方面的制造方法，能够形成材料层层叠的层叠方向上的强度高的三维造型物。

(4)在上述方面的制造方法中，所述第一喷吐工序也可以包括一边喷出所述造型材料、一边对喷出的所述造型材料进行冷却的工序。

根据该方面的制造方法，由于能够一边通过冷却使喷出的造型材料的流动性降低，一边使造型材料沿第一方向堆积，因此能够抑制第一喷吐工序中的造型精度降低。

(5)在上述方面的制造方法中，所述冷却也可以是通过对喷出的所述造型材料鼓风来进行的。

根据该方面的制造方法，能够简单地进行造型材料的冷却。

(6)在上述方面的制造方法中，所述重复工序也可以包括以下工序：在所述第一喷吐工序与下次的所述第一喷吐工序之间和所述第二喷吐工序与下次的所述第二喷吐工序之间中的至少一方，暂时停止从所述喷嘴连续喷出所述造型材料，在使所述喷嘴相对于所述造型台进行了移动之后，再次开始从所述喷嘴连续喷出所述造型材料。

根据该方面的制造方法，能够高效地通过造型材料的喷出来进行各种形状的造型。

(7)在上述方面的制造方法中，也可以是，所述造型材料是通过使供给至旋转的平面螺旋件的材料的至少一部分熔融而生成的。

根据该方面的制造方法，通过利用平面螺旋件，能够使生成造型材料的机构小型化。另外，通过利用平面螺旋件，提高来自喷嘴的造型材料的喷吐控制的精度，可容易且高效地通过第一喷吐工序以及第二喷吐工序进行造型物的造型。

(8)第二方面作为一种对三维造型物进行造型的造型装置而提供。该方面的造型装置具备：喷吐部，具有向造型台喷出造型材料的喷嘴；移动机构，变更所述喷嘴相对于所述造型台的位置；以及控制部，控制所述喷吐部和所述移动机构来执行将所述造型材料配置于所述造型台而对所述三维造型物进行造型的造型处理。所述控制部在所述造型处理中重复执行第一喷吐控制和第二喷吐控制，在该第一喷吐控制中，所述控制部一边在与所述造型台的上表面垂直的第一方向上改变所述喷嘴相对于所述造型台的位置，一边使所述造型材料从所述喷嘴连续地喷出，使所述造型材料沿所述第一方向堆积，在该第二喷吐控制中，所述控制部一边在沿着所述造型台的上表面的第二方向上改变所述喷嘴相对于所述造型台的位置，一边使所述造型材料从所述喷嘴连续地喷出，使所述造型材料沿所述第二方向配置。

根据该方面的造型装置，能够形成包括通过第一喷吐控制形成的、在第一方向上强度高的部位的三维造型物。若是这样的三维造型物，与仅包括通过第二喷吐控制形成的部位的三维造型物相比，第一方向上的强度得到提高。

(9)在上述方面的造型装置中，也可以是，所述造型装置具备材料生成部，该材料生成部具有平面螺旋件，所述材料生成部使供给至旋转的所述平面螺旋件的材料的至少一部分熔融而生成所述造型材料。

根据该方面的造型装置，通过利用平面螺旋件，能够使喷吐部小型化。另外，通过利用平面螺旋件，能够提高来自喷嘴的造型材料的喷吐控制的精度，能够容易且高效地执行造型处理。

本发明也能够以三维造型物的制造方法、造型装置以外的各种方面来实现。例如，能够以通过这样的制造方法、造型装置造型而得的三维造型物、三维造型物的造型方法、造型材料的喷吐方法、堆积方法、控制造型材料的喷吐的方法等方面而实现。另外，能够以前述装置的控制方法、用于实现前述方法的计算机程序、记录有该计算机程序的非暂时性的记录介质(non-transitory storage medium)等方面而实现。

Claims (9)

1.一种三维造型物的制造方法，其特征在于，具备：

第一喷吐工序，一边在与造型台的上表面垂直的第一方向上改变喷嘴相对于所述造型台的位置，一边从所述喷嘴连续地喷出造型材料，使所述造型材料沿所述第一方向堆积；

第二喷吐工序，一边在沿着所述造型台的上表面的第二方向上改变所述喷嘴相对于所述造型台的位置，一边从所述喷嘴连续地喷出所述造型材料，使所述造型材料沿所述第二方向配置；以及

重复工序，重复所述第一喷吐工序和所述第二喷吐工序。

2.根据权利要求1所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，

所述重复工序包括将通过所述第一喷吐工序形成的部位和通过所述第二喷吐工序形成的部位形成为沿所述第二方向排列的工序。

3.根据权利要求1或2所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，所述重复工序包括通过所述第一喷吐工序形成连结部的工序，所述连结部跨通过所述第二喷吐工序形成的多个材料层。

4.根据权利要求1所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，

所述第一喷吐工序包括一边喷出所述造型材料、一边对喷出的所述造型材料进行冷却的工序。

5.根据权利要求4所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，

进行所述冷却的工序是通过对喷出的所述造型材料鼓风来进行的。

6.根据权利要求1所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，

所述重复工序包括以下工序：在所述第一喷吐工序与下次的所述第一喷吐工序之间和所述第二喷吐工序与下次的所述第二喷吐工序之间中的至少一方，暂时停止从所述喷嘴连续喷出所述造型材料，在使所述喷嘴相对于所述造型台进行了移动之后，再次开始从所述喷嘴连续喷出所述造型材料。

7.根据权利要求1所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，

所述造型材料是通过使供给至旋转的平面螺旋件的材料的至少一部分熔融而生成的。

8.一种造型装置，其特征在于，对三维造型物进行造型，

所述造型装置具备：

喷吐部，具有向造型台喷出造型材料的喷嘴；

移动机构，变更所述喷嘴相对于所述造型台的位置；以及

控制部，控制所述喷吐部和所述移动机构来执行将所述造型材料配置于所述造型台而对所述三维造型物进行造型的造型处理，

所述控制部在所述造型处理中重复执行第一喷吐控制和第二喷吐控制，

在所述第一喷吐控制中，所述控制部一边在与所述造型台的上表面垂直的第一方向上改变所述喷嘴相对于所述造型台的位置，一边使所述造型材料从所述喷嘴连续地喷出，使所述造型材料沿所述第一方向堆积，

在所述第二喷吐控制中，所述控制部一边在沿着所述造型台的上表面的第二方向上改变所述喷嘴相对于所述造型台的位置，一边使所述造型材料从所述喷嘴连续地喷出，使所述造型材料沿所述第二方向配置。

9.根据权利要求8所述的造型装置，其特征在于，

所述造型装置具备造型材料生成部，所述造型材料生成部具有平面螺旋件，所述造型材料生成部使供给至旋转的所述平面螺旋件的材料的至少一部分熔融而生成所述造型材料。