CN111605184B - 三维造型装置及三维造型物的造型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及三维造型装置和三维造型物的造型方法。三维造型装置具备：喷出部，将造型材料朝向载台喷出；加热部，加热喷出部；温度获取部，获取配置在载台上的造型材料的温度；以及控制部。控制部控制加热部，使得已设层的温度Tb和通道截面积Sb、已设层所包含的第一热塑性树脂的比重ρb和比热Cb、加热部的温度Tu、后续层的通道截面积Su、后续层的材料所包含的第二热塑性树脂的比重ρu和比热Cu、第一热塑性树脂的热分解温度与第二热塑性树脂的热分解温度中较低的热分解温度Td、第一热塑性树脂的玻璃转变温度与第二热塑性树脂的玻璃转变温度中较高的玻璃转变温度Tg的关系满足式(1)：Td＞(Tu×Su×ρu×Cu+Tb×Sb×ρb×Cb)/(Su×ρu×Cu+Sb×ρb×Cb)＞Tg…(1)。

Description

三维造型装置及三维造型物的造型方法

技术领域

本发明涉及三维造型装置及三维造型物的造型方法。

背景技术

例如，专利文献1记载了如下技术：从挤出头挤出加热后的热塑性材料而形成堆积层，使用紫外光源、红外光源、激光等能量源对堆积层的表面施加能量，并在施加过能量的堆积层上累积后续的堆积层，由此形成堆积层间的密接性高的三维物体。

专利文献1：日本特表2017-523063号公报

发明内容

在上述的技术中，由于对堆积层的表面施加能量，所以提高堆积层间密接性时浪费的能量消耗较大。

根据本发明的一方式，提供了一种三维造型装置。该三维造型装置具备：塑化部，将包含热塑性树脂的材料塑化作为造型材料；喷出部，将从所述塑化部供给的所述造型材料朝向载台喷出；移动机构，使所述喷出部与所述载台的相对位置发生变化；加热部，加热所述喷出部；温度获取部，获取配置在所述载台上的所述造型材料的温度；以及控制部，通过控制所述塑化部和所述移动机构而沿着预定的路径将所述造型材料配置成层状。所述控制部控制所述加热部，使得配置在所述载台上的所述造型材料的层即已设层的温度Tb和通道截面积Sb、用于形成所述已设层的材料中包含的第一热塑性树脂的比重ρb和比热Cb、所述加热部的温度Tu、配置于所述已设层上的所述造型材料的层即后续层的通道截面积Su、用于形成所述后续层的材料中包含的第二热塑性树脂的比重ρu和比热Cu、所述第一热塑性树脂的热分解温度和所述第二热塑性树脂的热分解温度中较低的热分解温度Td、所述第一热塑性树脂的玻璃转变温度和所述第二热塑性树脂的玻璃转变温度中较高的玻璃转变温度Tg的关系满足下式(1)，

Td＞(Tu×Su×ρu×Cu+Tb×Sb×ρb×Cb)/(Su×ρu×Cu+Sb×ρb×Cb)＞Tg…(1)。

附图说明

图1是示出第一实施方式中的三维造型装置的概要结构的说明图。

图2是示出扁平螺杆的槽形成面的构成的立体图。

图3是示出筒型螺杆对置面的构成的俯视图。

图4是示出造型处理的内容的流程图。

图5是示意性地示出三维造型物被造型的状况的说明图。

图6是示出第N层造型处理的内容的流程图。

图7是示意性地示出温度测定区域的说明图。

图8是示出其它方式中的三维造型装置的概要结构的说明图。

附图标记说明

20…材料供给部；22…供给路径；30…塑化部；31…螺杆箱；32…驱动马达；40…扁平螺杆；41…上表面；42…槽形成面；43…侧面；45…材料流通路径；46…中央部；47…涡状部；48…材料导入部；50…筒；52…螺杆对置面；54…导向槽；56…连通孔；58…加热器；60…喷出部；61…喷嘴；62…喷嘴孔；65…喷嘴流路；67…喷嘴加热器；70…温度获取部；100、100b…三维造型装置；200…造型单元；200A…第一造型单元；200B…第二造型单元；300…载台；310…造型面；400…移动机构；500…控制部。

具体实施方式

A.第一实施方式：

图1是示出第一实施方式中的三维造型装置100的概要结构的说明图。在图1中，示出了沿着互相正交的X、Y、Z方向的箭头。X方向和Y方向是沿着水平方向的方向，Z方向是沿着铅直方向的方向。在其它附图中，也适当地示出了沿着X、Y、Z方向的箭头。图1中的X、Y、Z方向与其它图中的X、Y、Z方向表示相同的方向。

本实施方式中的三维造型装置100具备造型单元200、载台300、移动机构400以及控制部500。三维造型装置100在控制部500的控制下，一边从设于造型单元200的喷嘴61朝向载台300的造型面310喷出造型材料，一边驱动移动机构400而使喷嘴61与载台300的相对位置发生变化，由此在载台300上对期望形状的三维造型物进行造型。

移动机构400使造型单元200与载台300的相对位置发生变化。在本实施方式中，移动机构400使载台300相对于造型单元200移动。本实施方式中的移动机构400由三轴定位器构成，该三轴定位器通过三个马达的驱动力而使载台300在X、Y、Z方向这三轴方向移动。各马达在控制部500的控制下驱动。此外，移动机构400也可以不是使载台300移动的结构，而是使造型单元200移动而使载台300不移动的结构。另外，移动机构400也可以是使载台300和造型单元200双方移动的结构。

控制部500由具备一个以上的处理器、主存储装置、以及与外部进行信号的输入输出的输入输出接口的计算机构成。在本实施方式中，控制部500通过处理器执行读入到主存储装置上的程序、命令，而控制造型单元200、移动机构400的动作来执行用于对三维造型物进行造型的造型处理。动作包括造型单元200相对于载台300的三维相对位置的移动。此外，控制部500也可以不是由计算机构成而是由多个电路的组合构成。

造型单元200具备材料供给部20、塑化部30、喷出部60以及温度获取部70。在材料供给部20中收纳有颗粒、粉末等状态的材料。在本实施方式中，使用形成为颗粒状的非晶性的热塑性树脂即ABS树脂作为材料。本实施方式中的材料供给部20由料斗构成。在材料供给部20的下方设有连接材料供给部20与塑化部30之间的供给路径22。材料供给部20通过供给路径22向塑化部30供给材料。

塑化部30具备螺杆箱31、驱动马达32、扁平螺杆40以及筒50。塑化部30将从材料供给部20供给的固体状态的材料的至少一部分熔融成糊状的造型材料供给至喷出部60。需要说明的是，扁平螺杆40也可以简称为螺杆。

螺杆箱31收纳有扁平螺杆40。在螺杆箱31的上表面固定有驱动马达32。驱动马达32的旋转由控制部500控制。驱动马达32的旋转轴连接于扁平螺杆40的上表面41。

扁平螺杆40具有沿着中心轴RX的方向的高度小于直径的大致圆柱形状。扁平螺杆40以中心轴RX平行于Z方向的方式配置于螺杆箱31内。通过驱动马达32产生的转矩，扁平螺杆40在螺杆箱31内以中心轴RX为中心旋转。

扁平螺杆40在与沿着中心轴RX的方向的上表面41相反的一侧具有槽形成面42。在槽形成面42形成有材料流通路径45。需要说明的是，扁平螺杆40的槽形成面42的详细结构使用图2在后文进行说明。

筒50设于扁平螺杆40的下方。筒50具有与扁平螺杆40的槽形成面42对置的螺杆对置面52。在筒50中，在与扁平螺杆40的材料流通路径45对置的位置内置有加热器58。加热器58的温度由控制部500控制。

在螺杆对置面52上，在扁平螺杆40的中心轴RX的位置上设置有与喷出部60连通的连通孔56。需要说明的是，关于筒50的螺杆对置面52的详细结构使用图3在后文进行说明。

喷出部60具备喷嘴61和喷嘴加热器67。喷嘴61中设有喷嘴流路65和喷嘴孔62。喷嘴孔62是设于喷嘴61的前端部分且用于喷出造型材料的开口部。塑化部30的连通孔56与喷嘴孔62之间通过喷嘴流路65连通。在本实施方式中，在喷嘴61设有圆形的喷嘴孔62。喷嘴孔62的直径被称为喷嘴径Dn。需要说明的是，喷嘴61中可以设有非圆形的四边形等的喷嘴孔62。

喷嘴加热器67设于喷嘴61内的喷嘴流路65的外周。喷嘴加热器67加热喷嘴流路65内的造型材料。喷嘴加热器67的温度例如能通过热电偶温度计测量。所测量的喷嘴加热器67的温度被发送至控制部500。需要说明的是，喷嘴加热器67也可称为加热部。

温度获取部70与喷嘴61相邻配置。本实施方式中的温度获取部70由作为非接触式温度计的辐射温度计构成。温度获取部70获取层叠在载台300上的造型材料的温度。与由温度获取部70获取的温度相关的信息发送至控制部500。需要说明的是，温度获取部70也可以由作为非接触式温度计的红外相机构成。

图2是示出本实施方式中的扁平螺杆40的槽形成面42的结构的立体图。为了易于技术上的理解，图2所示的扁平螺杆40以将图1所示的上下的位置关系以逆向的状态示出。如上所述，在扁平螺杆40的槽形成面42形成有材料流通路径45。材料流通路径45具有中央部46、涡状部47以及材料导入部48。

中央部46是在扁平螺杆40的中心轴RX的周围形成的圆形的凹坑。中央部46与设于筒50的连通孔56对置。

涡状部47是以中央部46为中心并以朝向槽形成面42的外周画弧的方式呈涡状延伸的槽。涡状部47也可以构成为以渐开曲线状、螺旋状延伸。涡状部47的一端连接于中央部46，而涡状部47的另一端连接于材料导入部48。

材料导入部48是比设于槽形成面42的外周缘的涡状部47更宽的槽。材料导入部48连续至扁平螺杆40的侧面43。材料导入部48将通过供给路径22从材料供给部20供给的材料导入涡状部47。此外，图2中虽然示出了从扁平螺杆40的中央部46朝向外周设有一个涡状部47及材料导入部48的方式，但也可以从扁平螺杆40的中央部46朝向外周设有多个涡状部47及材料导入部48。

图3是示出本实施方式中的筒50的螺杆对置面52的结构的俯视图。如上所述，在螺杆对置面52中央形成有与喷出部60连通的连通孔56。在螺杆对置面52中的连通孔56的周围形成有多个导向槽54。每个导向槽54的一端连接于连通孔56并从连通孔56朝向螺杆对置面52的外周呈涡状延伸。每个导向槽54具有将造型材料导向连通孔56的功能。

图4是示出本实施方式中的造型处理的内容的流程图。对于该处理，在由用户对设于三维造型装置100的操作面板、连接于三维造型装置100的计算机进行了预定的开始操作的情况下，由三维造型装置100的控制部500执行。

首先，在步骤S110中，控制部500获取造型数据。造型数据是表示与下述相关的信息的数据：一边喷出造型材料一边进行移动的喷嘴61相对于载台300的移动路径的造型通道、从喷嘴61喷出的造型材料的流量即喷出量、使扁平螺杆40旋转的驱动马达32的转速、以及筒50的加热器58的目标温度等。造型数据例如由连接于三维造型装置100的计算机所安装的切片软件生成。切片软件使用三维CAD软件、三维CG软件制作成，读入表示三维造型物OB的形状的形状数据而将三维造型物OB的形状分割成预定的厚度的层并生成造型数据。切片软件所读入的形状数据可使用STL形式、AMF形式等数据。由切片软件生成的造型数据由G代码、M代码等表示。控制部500从连接于三维造型装置100的计算机、USB存储器等记录介质获取造型数据。

接着，在步骤S115中，控制部500获取材料物性数据。材料物性数据是指表示三维造型物OB的造型所使用的材料中包含的热塑性树脂的物性的数据。材料物性数据表示：与是结晶性的热塑性树脂还是非晶性的热塑性树脂有关的信息、热塑性树脂的热分解温度、熔点、玻璃转变温度、比重、比热等物性值。在本实施方式中，物性数据中，对于三维造型物OB的造型所使用的材料即ABS树脂设定成是非晶性的热塑性树脂，并且设定热分解温度为摄氏260度、玻璃转变温度为摄氏110度、比重为1.11、比热为1.40(kJ/kg·K)。由于ABS树脂是不具有熔点的非晶性的热塑性树脂，所以材料物性数据中没有设定熔点。控制部500从连接于三维造型装置100的计算机、USB存储器等记录介质获取材料物性数据。

之后，在步骤S120中，控制部500根据造型数据控制扁平螺杆40的旋转以及筒50所内置的加热器58的温度，由此开始生成造型材料。通过扁平螺杆40的旋转，从材料供给部20通过供给路径22供给的材料从扁平螺杆40的材料导入部48向涡状部47输送。通过扁平螺杆40的旋转和加热器58的加热，输送至涡状部47的材料的至少一部分被熔融而生成具有流动性的糊状的造型材料。通过扁平螺杆40的旋转从涡状部47向中央部46输送生成的造型材料，通过连通孔56供给至喷出部60的喷嘴61。需要说明的是，造型材料在该造型处理结束为止的期间持续生成。

图5是示意性地示出对三维造型物OB进行造型的状况的说明图。参照图4和图5，在步骤S130中，控制部500根据造型数据控制移动机构400，以一边使喷嘴61与载台300的相对位置发生变化，一边从喷嘴61喷出造型材料，由此对三维造型物OB的第一层进行造型。造型后的三维造型物OB的第一层在载台300上冷却并固化。之后，在步骤S140中，控制部500判定是否完成了所有层的造型。控制部500能够使用造型数据来判断所有层的造型是否完成。在步骤S140中，在未判断为完成了所有层的造型的情况下，控制部500将处理返回至步骤S130，对三维造型物OB的第二层进行造型。造型后的三维造型物OB的第二层在第一层上冷却并固化。另一方面，在步骤S140中，在判断为完成了所有层的造型的情况下，控制部500结束该处理。控制部500在步骤S140中，通过重复步骤S130的处理而对层叠有造型材料的层的三维造型物OB进行造型，直到判断为完成了所有层的造型为止。

图6是示出用于对三维造型物OB的第N层进行造型的第N层造型处理的内容的流程图。图7是示意性地示出温度测定区域RM的说明图。该处理是在对三维造型物OB的第N层进行造型期间由控制部500反复执行的。N是2以上的自然数。也就是说，该处理是用于对三维造型物OB中的第二层以上的层进行造型的处理。需要说明的是，在图7中，温度测定区域RM用虚线表示，而喷嘴61的移动方向使用箭头表示。

参照图6和图7，首先，在步骤S131中，控制部500使用温度获取部70获取三维造型物OB的第N－1层的温度Tb。控制部500例如在对三维造型物OB的第二层进行造型时，获取三维造型物OB的第一层的温度，在对三维造型物OB的第三层进行造型时，获取三维造型物OB的第二层的温度。将三维造型物OB的第N－1层称为已设层Lb，将三维造型物OB的第N层称为后续层Lu。

三维造型物OB的第N－1层的温度Tb、换言之已设层Lb的温度Tb在温度测定区域RM内被测定。温度测定区域RM是设定在已设层Lb的上表面的区域，并设定在相比于喷嘴61的当前位置靠喷嘴61的移动方向中的前方的位置。也就是说，温度测定区域RM的位置随着喷嘴61的移动而发生变化。如图7所示，沿着喷嘴61的移动路径的温度测定区域RM的长度Lr被设定为从喷嘴61的当前位置的喷嘴61前端部分起为10mm的长度。温度测定区域RM的宽度Wr被设定成与喷出的造型材料的线宽度相同的宽度。温度测定区域RM的宽度中心被设定在喷嘴61的当前位置的喷嘴孔62的中心。

在本实施方式中，如上所述，由于温度获取部70由辐射温度计构成，所以通过温度获取部70来测定温度测定区域RM内的一个温度。因此，控制部500获取测定出的一个温度作为已设层Lb的温度Tb。此外，例如在温度获取部70由红外相机构成时，通过温度获取部70测定温度测定区域RM内的温度分布。这种情况下，控制部500使用通过温度获取部70测定出的温度分布，获取温度测定区域RM内的最低温度作为已设层Lb的温度Tb。

接下来，在步骤S132中，控制部500根据使用温度获取部70获取到的已设层Lb的温度Tb来控制喷嘴加热器67的温度Tu。在本实施方式中，控制部500控制喷嘴加热器67的温度Tu，使得已设层Lb的温度Tb、已设层Lb的通道截面积Sb、已设层Lb的造型所使用的材料的比重ρb和比热Cb、喷嘴加热器67的温度Tu、后续层Lu的通道截面积Su、后续层Lu的造型所使用的材料的比重ρu和Cu、已设层Lb的造型所使用的材料的热分解温度Td1与后续层Lu的造型所使用的材料的热分解温度Td2中较低的热分解温度Td、已设层Lb的造型所使用的材料的玻璃转变温度Tg1与后续层Lu的造型所使用的材料的玻璃转变温度Tg2中较高的玻璃转变温度Tg的关系满足下式(1)。

Td＞(Tu×Su×ρu×Cu+Tb×Sb×ρb×Cb)/(Su×ρu×Cu+Sb×ρb×Cb)＞Tg…(1)

已设层Lb的通道截面积Sb是指为了对已设层Lb进行造型而从喷嘴61喷出的造型材料的截面积。后续层Lu的通道截面积Su是指为了对后续层Lu进行造型而从喷嘴61喷出的造型材料的截面积。已设层Lb的通道截面积Sb能够通过使用用于对已设层Lb进行造型的造型数据而对已设层Lb进行了造型时从喷嘴61喷出的造型材料的体积除以路径长度而算出。后续层Lu的通道截面积Su能够通过为了使用用于对后续层Lu进行造型的造型数据而对后续层Lu进行造型而从喷嘴61喷出造型材料的体积除以路径长度而算出。在已设层Lb的造型中所使用的材料的比重ρb、比热Cb、热分解温度Td1以及玻璃转变温度Tg1分别能够使用在步骤S115中控制部500获取的材料物性数据所表示的值。在后续层Lu的造型中所使用的材料的比重ρu、比热Cu、热分解温度Td2、玻璃转变温度Tg2分别能够使用在步骤S115中控制部500获取的材料物性数据所表示的值。

在步骤S133中，控制部500从喷嘴61将造型材料喷出到温度测定区域RM。由于将喷嘴加热器67的温度Tu控制为满足上式(1)的关系，所以能认为喷出的造型材料的温度是与喷嘴加热器67的温度Tu相同的温度。从喷嘴61喷出的造型材料接触已设层Lb，热量从喷出的造型材料向已设层Lb移动，由此已设层Lb的温度变为比其玻璃转变温度Tg1高且比其热分解温度Td1低的温度，并且后续层Lu的温度变为比其玻璃转变温度Tg2高且比其热分解温度Td2低的温度。因此，能够在抑制已设层Lb的造型材料和后续层Lu的造型材料的热分解的同时，使已设层Lb的造型材料再次塑化，因此能够提高已设层Lb与后续层Lu的密接性。

根据以上说明的本实施方式的三维造型装置100，能够使用设于造型单元200的内部的喷嘴加热器67来提高已设层Lb与后续层Lu的密接性，因此与将用于加热已设层Lb的装置设于造型单元200的外部来提高已设层Lb与后续层Lu的密接性的方式相比，能够抑制能量消耗且能使三维造型装置100简约化。

另外，在本实施方式中，温度获取部70由非接触式的温度计构成，因此能够不损伤已设层Lb而测定已设层Lb的温度Tb。

此外，在本实施方式中，虽然使用了颗粒状的ABS树脂作为材料，但作为在造型单元200中使用的材料，例如也能够采用具有热塑性的材料、金属材料、陶瓷材料等各种材料作为主材料来对三维造型物进行造型的材料。在此，“主材料”是指成为对三维造型物的形状进行塑形的中心的材料，是指在三维造型物中占50重量％以上的含有率的材料。上述的造型材料包含用单体将上述主材料熔融而成的材料、与主材料一起包含的一部分的成分熔融而成为糊状的材料。

在使用具有热塑性的材料作为主材料的情况下，在塑化部30中，使该材料进行塑化从而生成造型材料。“塑化”是指对具有热塑性的材料加热而使之熔融。另外，“熔融”使之具有热塑性的材料被加热到玻璃转变温度以上的温度，从而软化显现流动性。

作为具有热塑性的材料例如能使用下述任意一者或两者以上的组合而成的热塑性树脂材料。

热塑性树脂材料的例子

聚丙烯树脂(PP)、聚乙烯树脂(PE)、聚缩醛树脂(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)、聚碳酸酯(PC)、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸乙二酯等通用工序塑料、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(PEEK)等工程塑料。

具有热塑性的材料除了颜料、金属、陶瓷之外，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塑化部30中，通过扁平螺杆40的旋转和加热器58的加热被塑化而转化成熔融的状态。另外，这样生成的造型材料从喷嘴孔62喷出后，因温度低而固化。

优选地，具有热塑性的材料被加热到其玻璃转变温度以上并以完全熔融的状态从喷嘴孔62射出。需要说明的是，“完全熔融的状态”是指不存在具有未熔融的热塑性的材料的状态，例如在将颗粒状的热塑性树脂使用为材料时，是指颗粒状的固形物没有残留的状态。

在造型单元200中，例如还可以使用以下金属材料作为主材料来代替上述具有热塑性的材料。在这种情况下，优选地向将下述金属材料弄成粉末状的粉末材料混合在生成造型材料时熔融的成分并投入塑化部30。

金属材料的例子

镁(Mg)、铁(Fe)、钴(Co)、铬(Cr)、铝(Al)、钛(Ti)、铜(Cu)、镍(Ni)的单一金属或将这些金属包含一种以上的合金。

合金的例子

马氏体时效钢、不锈钢、钴铬钼合金、钛合金、镍合金、铝合金、钴合金、钴铬合金。

在造型单元200中，能够使用陶瓷材料作为主材料来代替上述金属材料。作为陶瓷材料，例如能够使用二氧化硅、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。作为主材料，在使用上述的金属材料、陶瓷材料的情况下，配置于载台300的造型材料也可以例如通过由激光的照射、热风等产生的烧结而固化。

投入到材料供给部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粉末、合金粉末、陶瓷材料的粉末混合多种而得的混合材料。另外，金属材料、陶瓷材料的粉末材料例如也可以涂覆有上文所例示的热塑性树脂或者除此之外的热塑性树脂。这种情况下，也可以在塑化部30中该热塑性树脂熔融而显现流动性的树脂。

投入到材料供给部20的金属材料、陶瓷材料的粉末材料中，例如也能够添加以下溶剂。溶剂能够使用选自下述的一种或两种以上的组合。

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)亚烷基二醇单烷基醚类；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－正丁基酮、二异丙基酮、乙酰丙酮等酮类；乙醇、丙醇、丁醇等醇类；四烷基乙酸铵类；二甲基亚砜、二乙基亚砜等亚砜类溶剂；吡啶、γ－甲基吡啶、2，6－二甲基吡啶等吡啶类溶剂；四烷基乙酸铵(例如四丁基乙酸铵等)；丁基卡必醇乙酸酯等离子液体等。

除此之外，也可以在投入到材料供给部20的金属材料、陶瓷材料的粉末材料中添加例如如下的粘合剂。

粘合剂的例子

丙烯酸树脂、环氧树脂、硅树脂、纤维素系树脂或其它合成树脂或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。

B.其它实施方式：

(B1)图8是示出作为其它方式的三维造型装置100b的概要结构的说明图。三维造型装置100b具备第一造型单元200A和第二造型单元200B。第一造型单元200A和第二造型单元200B的构成与使用图1说明的第一实施方式中的造型单元200相同。这种情况下，即使不将收纳于材料供给部20的材料进行更换，也能使用两种不同的材料对三维造型物OB进行造型。例如，可以为通过第一造型单元200A来使用第一材料对三维造型物OB的奇数层进行造型，通过第二造型单元200B来使用与第一材料种类不同的第二材料对三维造型物OB的偶数层进行造型。也就是说，可以交替层叠使用第一材料进行造型的层与使用第二材料进行造型的层而对三维造型物OB进行造型。这种情况下，在图6的步骤S131中，在使用第二材料对三维造型物OB的第二层进行造型时，控制部500获取使用第一材料进行了造型的三维造型物OB的第一层的温度，在使用第一材料对三维造型物OB的第三层进行造型时，控制部500获取使用第二材料进行开造型的三维造型物OB的第二层的温度。

(B2)在上述的第一实施方式中，温度获取部70设置于与喷嘴61相邻的位置。与此相对，温度获取部70也可以设于造型单元200的外部。例如，可以为造型单元200与载台300被具有可视窗的腔室覆盖，而温度获取部70设于腔室的外部，通过可视窗测定已设层Lb的温度Tb。这种情况下，能够抑制温度获取部70暴露在高温下而发生故障的可能性。

(B3)在上述的第一实施方式中，温度获取部70由非接触式的温度计构成。与此相对，温度获取部70也可以由接触式的温度计构成。例如，温度获取部70也可以由前端具备热电偶温度计的探针构成。这种情况下，能够通过使用探针扫描已设层Lb，获取已设层Lb的温度Tb。

(B4)在上述的第一实施方式中，在已设层Lb和后续层Lu的造型中使用了作为非晶性的热塑性树脂的ABS树脂。与此相对，也可以在已设层Lb与后续层Lu中的一方的造型中使用结晶性的热塑性树脂，而在另一方的造型中使用非晶性的热塑性树脂。作为结晶性的热塑性树脂例如能够使用尼龙树脂、含碳纤维的尼龙树脂、聚丙烯树脂(PP)、以及聚醚醚酮(PEEK)。作为非晶性的热塑性树脂，例如能够使用ABS树脂、聚碳酸酯(PC)。控制部500也可以控制喷嘴加热器67的温度Tu，以使用结晶性的热塑性树脂的熔点与非晶性的热塑性树脂的热分解温度中较低的温度Tf来满足下式(2)。

Tf＞(Tu×Su×ρu×Cu+Tb×Sb×ρb×Cb)/(Su×ρu×Cu+Sb×ρb×Cb)＞Tg…(2)

这种情况下，即使喷出的造型材料与已设层Lb接触，已设层Lb的温度和后续层Lu的温度也不超过结晶性的热塑性树脂的熔点且不超过非晶性的热塑性树脂的热分解温度，因此能够抑制已设层Lb和后续层Lu的形状坍塌。需要说明的是，通过使用比结晶性的热塑性树脂的熔点低40度的温度来代替上述的结晶性的热塑性树脂的熔点，能够更可靠地抑制已设层Lb和后续层Lu的形状坍塌。

(B5)在上述的第一实施方式中，在已设层Lb和后续层Lu的造型中使用了作为非晶性的热塑性树脂的ABS树脂。与此相对，在已设层Lb与后续层Lu双方的造型中也可以使用结晶性的热塑性树脂。控制部500也可以控制喷嘴加热器67的温度Tu，以使用用于已设层Lb的造型的热塑性树脂的熔点与用于后续层Lu的造型的热塑性树脂的熔点之中较低的温度Tm来满足下式(3)。

Tm＞(Tu×Su×ρu×Cu+Tb×Sb×ρb×Cb)/(Su×ρu×Cu+Sb×ρb×Cb)＞Tg…(3)

这种情况下，即使喷出的造型材料与已设层Lb接触，已设层Lb的温度也不超过形成已设层Lb的造型材料的熔点且后续层Lu的温度也不超过形成后续层Lu的造型材料的熔点，因此能够抑制已设层Lb和后续层Lu的形状坍塌。

(B6)在上述的第一实施方式中，在已设层Lb和后续层Lu的造型中使用了作为非晶性的热塑性树脂的ABS树脂。与此相对，也可以在已设层Lb与后续层Lu中一方的造型中使用结晶性的热塑性树脂，而在另一方的造型中使用非晶性的热塑性树脂。控制部500可以控制喷嘴加热器67的温度Tu，以使用结晶性的热塑性树脂的熔点与非晶性的热塑性树脂的玻璃转变温度之中较高的温度Tp来满足下式(4)。

Td＞(Tu×Su×ρu×Cu+Tb×Sb×ρb×Cb)/(Su×ρu×Cu+Sb×ρb×Cb)＞Tp…(4)

这种情况下，喷出的造型材料与已设层Lb接触，由此能够使已设层Lb的温度和后续层Lu的温度成为比结晶性的热塑性树脂的熔点高且比非晶性的热塑性树脂的玻璃转变温度高的温度，因此能够进一步提高已设层Lb与后续层Lu的密接性。

(B7)在上述的第一实施方式中，在已设层Lb和后续层Lu的造型中使用了作为非晶性的热塑性树脂的ABS树脂。与此相对，在已设层Lb与后续层Lu双方的造型中也可以使用结晶性的热塑性树脂。控制部500也可以控制喷嘴加热器67的温度Tu，以使用在已设层Lb的造型中使用的热塑性树脂的熔点与在后续层Lu的造型中使用的热塑性树脂的熔点之中较高的温度Tq来满足下式(5)。

Td＞(Tu×Su×ρu×Cu+Tb×Sb×ρb×Cb)/(Su×ρu×Cu+Sb×ρb×Cb)＞Tq…(5)

这种情况下，喷出的造型材料与已设层Lb接触，由此能够使已设层Lb的温度成为比形成已设层Lb的造型材料的熔点高的温度，且能够使后续层Lu的温度成为比形成后续层Lu的造型材料的熔点高的温度，因此能够进一步提高已设层Lb与后续层Lu的密接性。

(B8)在上述的第一实施方式中，在已设层Lb和后续层Lu的造型中使用了相同的材料。因此，也可以控制喷嘴加热器67的温度Tu，以满足简化上式(1)后的下式(6)。

Td＞(Tu×Su+Tb×Sb)/(Su+Sb)＞Tg…(6)

这种情况下，控制部500即使不使用与材料的比重和比热相关的信息，也能够控制喷嘴加热器67的温度Tu。因此，能够更简单地控制喷嘴加热器67。

(B9)在上述的第一实施方式中，材料物性数据中，关于作为用于三维造型物OB的造型的材料的ABS树脂设定成比重为1.11且比热为1.40(kJ/kg·K)。与此相对，材料物性数据中，关于作为用于三维造型物OB的造型的材料的ABS树脂，可以设定成比重为1.01～1.21之间的一个值，并且可以设定成比热为1.30～1.70(kJ/kg·K)之间的一个值。另外，在用于三维造型物OB的造型的材料是聚碳酸酯(PC)的情况下，材料物性数据中关于聚碳酸酯(PC)设定成非晶性的热塑性树脂的数据，同时也可以设定成热分解温度为摄氏420度，玻璃转变温度为摄氏161度，比重为1.20，比热为1.17～1.26(kJ/kg·K)之间的一个值。在用于三维造型物OB的造型的材料是聚丙烯树脂(PP)的情况下，材料物性数据关于聚丙烯树脂(PP)设定成结晶性的热塑性树脂的数据，同时也可以设定成热分解温度为摄氏300度，熔点为摄氏165度，玻璃转变温度为摄氏0度，比重为0.90，比热为1.79～1.92(kJ/kg·K)之间的一个值。在用于三维造型物OB的造型的材料是聚醚醚酮(PEEK)的情况下，材料物性数据关于聚醚醚酮(PEEK)设定成结晶性的热塑性树脂的数据，同时也可以设定成热分解温度为摄氏450度，熔点为摄氏341度，玻璃转变温度为摄氏143度，比重为1.30，比热为1.34～1.90(kJ/kg·K)之间的一个值。

C.其它方式：

本发明不限于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨范围内通过各种方式来实现。例如，本发明也能够通过以下的方式实现。为了解决本发明的问题的一部分或全部，或者为了达到本发明的效果的一部分或全部，可以对以下记载的各方式中的技术特征所对应的上述实施方式中的技术特征进行适当的替换、组合。另外，如果该技术特征在本说明书中不是作为必要特征加以说明，则能够将其适当地删除。

(1)根据本发明的第一方式，提供了三维造型装置。该三维造型装置具备：塑化部，将包含热塑性树脂的材料塑化而作为造型材料；喷出部，将从所述塑化部供给的所述造型材料朝向载台喷出；移动机构，使所述喷出部与所述载台的相对位置发生变化；加热部，加热所述喷出部；温度获取部，获取配置在所述载台上的所述造型材料的温度；控制部，通过控制所述塑化部和所述移动机构而沿着预定的路径将所述造型材料配置成层状。所述控制部控制所述加热部，使得配置在所述载台上的所述造型材料的层即已设层的温度Tb和通道截面积Sb、用于形成所述已设层的材料所包含的第一热塑性树脂的比重ρb和比热Cb、所述加热部的温度Tu、配置在所述已设层上的所述造型材料的层即后续层的通道截面积Su、用于形成所述后续层的材料所包含的第二热塑性树脂的比重ρu和比热Cu、所述第一热塑性树脂的热分解温度与所述第二热塑性树脂的热分解温度之中较低的热分解温度Td、所述第一热塑性树脂的玻璃转变温度与所述第二热塑性树脂的玻璃转变温度之中较高的玻璃转变温度Tg之间的关系满足下式(1)：

Td＞(Tu×Su×ρu×Cu+Tb×Sb×ρb×Cb)/(Su×ρu×Cu+Sb×ρb×Cb)＞Tg…(1)。

根据该方式的三维造型装置，将通过加热部加热后的造型材料喷出至已设层上，由此能够将已设层塑化。因此，由于能够提高已设层与后续层的密接性，所以能够抑制能量消耗。

(2)在上述方式的三维造型装置中，可以为所述第一热塑性树脂和所述第二热塑性树脂中任意一方为结晶性的热塑性树脂，所述控制部控制所述加热部，使得所述温度Tb、所述通道截面积Sb、所述比重ρb、所述比热Cb、所述温度Tu、所述通道截面积Su、所述比重ρu、所述比热Cu、所述玻璃转变温度Tg、所述一方热塑性树脂的熔点与另一方热塑性树脂的热分解温度中较低的温度Tf的关系满足下式(2)：

Tf＞(Tu×Su×ρu×Cu+Tb×Sb×ρb×Cb)/(Su×ρu×Cu+Sb×ρb×Cb)＞Tg…(2)。

根据该方式的三维造型装置，即使将加热后的造型材料喷出至已设层上，已设层的温度与后续层的温度也不会超过结晶性的热塑性树脂的熔点，因此能够抑制已设层与后续层的形状坍塌，并提高已设层与后续层的密接性。

(3)在上述方式的三维造型装置中，也可以是，所述第一热塑性树脂和所述第二热塑性树脂双方是结晶性的热塑性树脂，所述控制部控制所述加热部，使得所述温度Tb、所述通道截面积Sb、所述比重ρb、所述比热Cb、所述温度Tu、所述通道截面积Su、所述比重ρu、所述比热Cu、所述玻璃转变温度Tg、所述第一热塑性树脂的熔点与所述第二热塑性树脂的熔点中较低的熔点Tm的关系满足下式(3)：

Tm＞(Tu×Su×ρu×Cu+Tb×Sb×ρb×Cb)/(Su×ρu×Cu+Sb×ρb×Cb)＞Tg…(3)。

根据该方式的三维造型装置，即使将加热后的造型材料喷出至已设层上，已设层的温度和后续层的温度也不会超过结晶性的热塑性树脂的熔点，因此能够抑制已设层和后续层的形状坍塌，并提高已设层与后续层的密接性。

(4)在上述方式的三维造型装置中，也可以是，所述第一热塑性树脂和所述第二热塑性树脂中的任意一方是结晶性的热塑性树脂，所述控制部控制所述加热部，使得所述温度Tb、所述通道截面积Sb、所述比重ρb、所述比热Cb、所述温度Tu、所述通道截面积Su、所述比重ρu、所述比热Cu、所述热分解温度Td、所述一方热塑性树脂的熔点与另一方热塑性树脂的玻璃转变温度中较高的温度Tp的关系满足下式(4)：

Td＞(Tu×Su×ρu×Cu+Tb×Sb×ρb×Cb)/(Su×ρu×Cu+Sb×ρb×Cb)＞Tp…(4)。

根据该方式的三维造型装置，通过将加热后的造型材料喷出至已设层上，能够使已设层的温度和后续层的温度高于结晶性的热塑性树脂的熔点，因此能够进一步提高已设层与后续层的密接性。

(5)在上述方式的三维造型装置中，也可以是，所述第一热塑性树脂和所述第二热塑性树脂双方是结晶性的热塑性树脂，所述控制部控制所述加热部，使得所述温度Tb、所述通道截面积Sb、所述比重ρb、所述比热Cb、所述温度Tu、所述通道截面积Su、所述比重ρu、所述比热Cu、所述热分解温度Td、所述第一热塑性树脂的熔点与所述第二热塑性树脂的熔点中较高的熔点Tq的关系满足下式(5)。

Td＞(Tu×Su×ρu×Cu+Tb×Sb×ρb×Cb)/(Su×ρu×Cu+Sb×ρb×Cb)＞Tq…(5)

根据该方式的三维造型装置，通过将加热后的造型材料喷出至已设层上，能够使已设层的温度和后续层的温度高于结晶性的热塑性树脂的熔点，因此能够进一步提高已设层与后续层的密接性。

(6)在上述方式的三维造型装置中，也可以是，所述第一热塑性树脂的种类与所述第二热塑性树脂的种类相同，所述控制部控制所述加热部，使得所述温度Tb、所述通道截面积Sb、所述温度Tu、所述通道截面积Su、所述热分解温度Td、所述玻璃转变温度Tg的关系满足下式(6)。

Td＞(Tu×Su+Tb×Sb)/(Su+Sb)＞Tg…(6)

根据该方式的三维造型装置，能够更简单地控制加热部。

(7)在上述方式的三维造型装置中，也可以具备：具有所述塑化部、所述喷出部和所述加热部的多个造型单元。

根据该方式的三维造型装置，能够容易使形成已设层的造型材料与形成后续层的造型材料不同。

(8)在上述方式的三维造型装置中，所述温度获取部也可以使用非接触温度计。

根据该方式的三维造型装置，能够不损伤已设层而获取已设层的温度Tb。

(9)在上述方式的三维造型装置中，也可以是，所述已设层的所述温度Tb是所述路径上的预定区域的温度。

根据该方式的三维造型装置，能够更可靠地提高已设层与后续层的密接性。

本发明能够通过三维造型装置以外的各种方式实现。例如，能够通过三维造型装置的控制方法、三维造型物的造型方法等方式实现。

Claims (6)

1.一种三维造型装置，其特征在于，具备：

塑化部，将包含热塑性树脂的材料塑化而作为造型材料；

喷出部，将从所述塑化部供给的所述造型材料朝向载台喷出；

移动机构，使所述喷出部与所述载台的相对位置发生变化；

加热部，加热所述喷出部；

温度获取部，获取配置在所述载台上的所述造型材料的温度；以及

控制部，通过控制所述塑化部和所述移动机构而沿着预定的路径将所述造型材料配置成层状，

所述控制部控制所述加热部，使得配置在所述载台上的所述造型材料的层亦即已设层的温度Tb和通道截面积Sb、用于形成所述已设层的材料所包含的第一热塑性树脂的比重ρb和比热Cb、所述加热部的温度Tu、配置在所述已设层上的所述造型材料的层亦即后续层的通道截面积Su、用于形成所述后续层的材料所包含的第二热塑性树脂的比重ρu和比热Cu、所述第一热塑性树脂的热分解温度与所述第二热塑性树脂的热分解温度中较低的热分解温度Td、所述第一热塑性树脂的玻璃转变温度与所述第二热塑性树脂的玻璃转变温度中较高的玻璃转变温度Tg的关系满足下式(1)，

Td＞(Tu×Su×ρu×Cu+Tb×Sb×ρb×Cb)/(Su×ρu×Cu+Sb×ρb×Cb)＞Tg…(1)，

所述第一热塑性树脂和所述第二热塑性树脂中的任意一方热塑性树脂是结晶性的热塑性树脂，

所述控制部控制所述加热部，使得所述温度Tb、所述通道截面积Sb、所述比重ρb、所述比热Cb、所述温度Tu、所述通道截面积Su、所述比重ρu、所述比热Cu、所述玻璃转变温度Tg、所述一方热塑性树脂的熔点与另一方热塑性树脂的热分解温度中较低的温度Tf的关系满足下式(2)，

Tf＞(Tu×Su×ρu×Cu+Tb×Sb×ρb×Cb)/(Su×ρu×Cu+Sb×ρb×Cb)＞Tg…(2)。

2.根据权利要求1所述的三维造型装置，其特征在于，

所述第一热塑性树脂和所述第二热塑性树脂中任意一方热塑性树脂是结晶性的热塑性树脂，

所述控制部控制所述加热部，使得所述温度Tb、所述通道截面积Sb、所述比重ρb、所述比热Cb、所述温度Tu、所述通道截面积Su、所述比重ρu、所述比热Cu、所述热分解温度Td、所述一方热塑性树脂的熔点与另一方热塑性树脂的玻璃转变温度中较高的温度Tp的关系满足下式(4)，

Td＞(Tu×Su×ρu×Cu+Tb×Sb×ρb×Cb)/(Su×ρu×Cu+Sb×ρb×Cb)＞Tp…(4)。

3.根据权利要求1或2所述的三维造型装置，其特征在于，

所述三维造型装置具备：具有所述塑化部、所述喷出部和所述加热部的多个造型单元。

4.根据权利要求1所述的三维造型装置，其特征在于，

所述温度获取部使用非接触温度计。

5.根据权利要求1所述的三维造型装置，其特征在于，

所述已设层的所述温度Tb是所述路径上的预定区域的温度。

6.一种三维造型物的造型方法，其特征在于，具有：

塑化工序，将包含热塑性树脂的材料塑化而作为造型材料；

加热工序，对喷出所述造型材料的喷出部进行加热；以及

喷出工序，从所述喷出部朝向载台喷出所述造型材料，在所述加热工序中，

获取配置在所述载台上的所述造型材料的层亦即已设层的温度Tb，

加热所述喷出部，使得所述温度Tb、所述已设层的通道截面积Sb、用于形成所述已设层的材料所包含的第一热塑性树脂的比重ρb和比热Cb、从所述喷出部喷出的所述造型材料的温度Tu、配置在所述已设层上的所述造型材料的层亦即后续层的通道截面积Su、用于形成所述后续层的材料所包含的第二热塑性树脂的比重ρu和比热Cu、所述第一热塑性树脂的热分解温度与所述第二热塑性树脂的热分解温度中较低的热分解温度Td、所述第一热塑性树脂的玻璃转变温度与所述第二热塑性树脂的玻璃转变温度中较高的玻璃转变温度Tg的关系满足下式(1)，

Td＞(Tu×Su×ρu×Cu+Tb×Sb×ρb×Cb)/(Su×ρu×Cu+Sb×ρb×Cb)＞Tg…(1)，

所述第一热塑性树脂和所述第二热塑性树脂中的任意一方热塑性树脂是结晶性的热塑性树脂，

加热所述喷出部，使得所述温度Tb、所述通道截面积Sb、所述比重ρb、所述比热Cb、所述温度Tu、所述通道截面积Su、所述比重ρu、所述比热Cu、所述玻璃转变温度Tg、所述一方热塑性树脂的熔点与另一方热塑性树脂的热分解温度中较低的温度Tf的关系满足下式(2)，

Tf＞(Tu×Su×ρu×Cu+Tb×Sb×ρb×Cb)/(Su×ρu×Cu+Sb×ρb×Cb)＞Tg…(2)。

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