CN114633469A - 三维造型装置以及三维造型物的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了能够提高三维造型物的造型精度的三维造型装置以及三维造型物的制造方法。三维造型装置具备：塑化部，使材料塑化而生成造型材料；喷嘴，具有将造型材料朝向工作台喷出的喷出口；移动机构，变更喷嘴与工作台的相对的位置；喷出控制机构，设置于将塑化部与喷嘴相连的流路，并且控制从喷嘴喷出的造型材料的喷出量；及控制部，控制塑化部、移动机构以及喷出控制机构，从而对三维造型物进行造型，控制部控制喷出控制机构，在喷嘴与工作台的相对的移动速度为第一速度的情况下，将造型材料的喷出量设为第一喷出量，在喷嘴与工作台的相对的移动速度为比第一速度慢的第二速度的情况下，将造型材料的喷出量设为比第一喷出量少的第二喷出量。

Description

三维造型装置以及三维造型物的制造方法

本申请是优先权日为2018年11月28、申请日为2019年11月27日、申请号为201911181139X、发明名称为“三维造型装置以及三维造型物的制造方法”的发明专利申请的分案申请，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及三维造型装置以及三维造型物的制造方法。

背景技术

在专利文献1中公开了一种技术，其将通过预热器加热而熔融的热塑性的材料从按照预先设定的形状数据进行扫描的挤出喷嘴向基台上的特定区域挤出，在该基台上，在固化的材料上进一步层叠熔融的材料而对三维物体进行造型。

专利文献1：日本特开2006-192710号公报

发明内容

如专利文献1所记载的技术那样，在按照形状数据使挤出喷嘴移动的情况下，有时会根据造型物的角部等造型处而使喷嘴的移动速度下降。在从喷嘴喷出的材料的量为恒定的情况下，当喷嘴的移动速度下降时，存在材料的喷出量变得过量而使造型精度下降的可能性。因此，在本发明中，课题在于提高三维造型物的造型精度。

根据本发明的第一方式，提供一种对三维造型物进行造型的三维造型装置。该三维造型装置具备：塑化部，使材料塑化而生成造型材料；喷嘴，具有将所述造型材料朝向工作台喷出的喷出口；移动机构，变更所述喷嘴与所述工作台的相对的位置；喷出控制机构，设置于将所述塑化部与所述喷嘴相连的流路，并且控制从所述喷嘴喷出的所述造型材料的喷出量；以及控制部，控制所述塑化部、所述移动机构以及所述喷出控制机构，从而对所述三维造型物进行造型，所述控制部控制所述喷出控制机构，在所述喷嘴与所述工作台的相对的移动速度为第一速度的情况下，将所述造型材料的喷出量设为第一喷出量，在所述喷嘴与所述工作台的相对的移动速度为比所述第一速度慢的第二速度的情况下，将所述造型材料的喷出量设为比所述第一喷出量少的第二喷出量。

附图说明

图1是示出三维造型装置的简要结构的说明图。

图2是示意性地示出喷出控制机构以及吸引部的结构的图。

图3是示出扁平螺杆的下表面侧的结构的简要立体图。

图4是示出螺杆对面部的上表面侧的简要俯视图。

图5是示意性地示出对三维造型物进行造型的样子的图。

图6是示出三维造型物的制造方法的流程图。

图7是示意性地示出造型数据所表示的三维造型物的局部的图。

图8是示出喷嘴的移动速度与造型材料的喷出量的关系的图。

附图标记说明：

20...材料供给部；22...连通路；30...塑化部；31...螺杆壳体；32...驱动电机；40...扁平螺杆；42...槽部；43...凸条部；44...材料流入口；46...中央部；47...上表面；48...下表面、槽形成面；50...螺杆对面部；52...上表面、螺杆对置面；54...引导槽；56...连通孔；58...加热器；61...喷嘴；62...喷出口；65...流路；70...喷出控制机构；72...蝶形阀；73...驱动轴；73v…阀部；73x…中心轴；74...第一驱动部；75...吸引部；76...第二驱动部；77...副流路；78...阀体；100…三维造型装置；101…控制部；110…造型部；210…工作台；211…上表面；230…移动机构；Dn...孔径；G…间隙；ML...造型层；MLt…预定部位；MM…造型材料；MR…材料；OB…三维造型物；RX…中心轴。

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的简要结构的说明图。在图1中，表示出沿相互正交的X、Y、Z方向的箭头。X方向以及Y方向是沿水平方向的方向，Z方向是铅直朝上的方向。在其他图中，也适当地表示出沿X、Y、Z方向的箭头。图1中的X、Y、Z方向与其他图中的X、Y、Z方向表示相同方向。

三维造型装置100具备控制部101、生成并喷出造型材料的造型部110、成为三维造型物的基台的造型用的工作台210、以及控制造型材料的喷出位置的移动机构230。

控制部101控制三维造型装置100整体的动作，并执行对三维造型物进行造型的造型处理。控制部101由具备一个或多个处理器以及主存储装置的计算机构成。控制部101通过由处理器执行读入于主存储装置的程序来发挥各种功能。另外，也可以通过硬件电路来实现控制部101的功能的一部分。在控制部101所执行的造型处理中，按照三维造型物的造型数据来控制造型部110和移动机构230。

造型部110在控制部101的控制下将熔融的浆糊状的造型材料喷出至工作台210上的目标位置。造型部110具备作为被转化成造型材料之前的材料MR的供给源的材料供给部20、使材料MR向造型材料转化的塑化部30、具有朝向工作台喷出造型材料的喷出口62的喷嘴61、控制来自喷嘴61的造型材料的喷出量的喷出控制机构70、以及吸引造型材料并临时储存的吸引部75。

材料供给部20向塑化部30供给用于生成造型材料的材料MR。材料供给部20例如由收容材料MR的料斗构成。材料供给部20经由连通路22连接于塑化部30。材料MR例如以颗粒或粉末等形态被投入到材料供给部20。关于材料MR的详细情况，将在后面说明。

塑化部30生成使从材料供给部20供给的材料MR的至少一部分塑化而呈现流动性的浆糊状的造型材料，并向喷嘴61引导。塑化部30具有螺杆壳体31、驱动电机32、扁平螺杆40以及螺杆对面部50。扁平螺杆40也被称为“涡旋盘(scroll)”。螺杆对面部50也被称为“筒(barrel)”。塑化部30可以使材料MR的全部塑化，例如在材料MR包含多种成分的情况下，也可以使其一部分成分塑化。

扁平螺杆40具有沿其中心轴RX的高度比直径小的大致圆柱状。在本实施方式中，扁平螺杆40配置为其中心轴RX与Z方向平行。

扁平螺杆40收纳于螺杆壳体31内。扁平螺杆40的上表面47侧连结于驱动电机32，扁平螺杆40通过驱动电机30所产生的旋转驱动力而在螺杆壳体31内以中心轴RX为中心进行旋转。驱动电机32在控制部101的控制下进行驱动。

在扁平螺杆40的下表面48形成有槽部42。上述的材料供给部20的连通路22从扁平螺杆40的侧面与槽部42连通。

扁平螺杆40的下表面48与螺杆对面部50的上表面52面对面。在扁平螺杆40的下表面48的槽部42与螺杆对面部50的上表面52之间形成有空间。该空间从材料供给部20被供给材料MR。关于扁平螺杆40以及槽部42的具体结构，将在后面说明。

在螺杆对面部50埋入有用于加热材料MR的加热器58。使供给到扁平螺杆40的槽部42的材料MR一边在槽部42中熔融，一边通过扁平螺杆40的旋转而沿槽部42流动，且作为造型材料被导向扁平螺杆40的中央部46。使流入中央部46的浆糊状的造型材料经由设置于螺杆对面部50的中心的连通孔56被供给至喷嘴61。另外，在造型材料中，也可以不是构成造型材料的所有种类的物质被熔融。造型材料只要通过使构成造型材料的物质中的至少一部分种类的物质熔融而被转化成整体上具有流动性的状态即可。

喷嘴61通过将塑化部30与喷嘴61相连的流路65而连接于螺杆对面部50的连通孔56。喷嘴61从前端的喷出口62朝向工作台210喷出在塑化部30中所生成的造型材料。在本实施方式中，流路65沿Z方向延伸，流路65和喷嘴61沿Z方向排列。

工作台210配置于与喷嘴61的喷出口62对置的位置。在本实施方式中，与喷嘴61的喷出口62对置的工作台210的上表面211被水平地配置，也就是说与X、Y方向平行地配置。

移动机构230构成为能够变更工作台210与喷嘴61的相对的位置。在本实施方式中，喷嘴61的位置被固定，移动机构230使工作台210移动。移动机构230由通过三个电机的驱动力而使工作台210在X、Y、Z方向的三轴方向上移动的三轴定位器构成。移动机构230在控制部101的控制下变更喷嘴61与工作台210的相对的位置关系。

另外，在其他实施方式中，也可以采用在固定住工作台210的位置的状态下，移动机构230使喷嘴61相对于工作台210移动的结构，从而代替通过移动机构230使工作台210移动的结构。此外，也可以采用通过移动机构230使工作台210在Z方向上移动并使喷嘴61在X、Y方向上移动的结构、通过移动机构230使工作台210在X、Y方向上移动并使喷嘴61在Z方向上移动的结构。即使是这些结构，也能够变更喷嘴61与工作台210的相对的位置关系。

在以下，除非另外特别地指出，“喷嘴61的移动”或者“喷嘴61的扫描”是指喷嘴61相对于工作台210的相对的位置的变化。此外，在表述为“喷嘴61的移动速度”时，是指喷嘴61相对于工作台210的相对的速度。

图2是示意性地示出喷出控制机构70以及吸引部75的结构的图。在本实施方式中，喷出控制机构70具备在流路65内通过旋转而使流路65的开度变化的蝶形阀72。蝶形阀72具备作为在一个方向上延伸的轴状部件的驱动轴73和与驱动轴73的旋转一起进行旋转的阀部73v。驱动轴73安装为在流路65中与造型材料的流动方向交叉。在本实施方式中，驱动轴73以相对于流路65垂直地横切的方式与Y方向平行地配置。驱动轴73能够以其中心轴73x为中心进行旋转。

阀部73v是在流路65内旋转的板状部。在第一实施方式中，通过将配置于驱动轴73的流路65内的部位加工成板状而形成阀部73v。在与其板面垂直的方向上观察阀部73v时的形状与配置有阀部73v的部位的流路65的开口形状大致一致。

如在图2中由实线所示的那样，阀部73v的板面沿流路65中的造型材料的流动方向的状态是流路65被打开的状态。在该状态下，允许造型材料从蝶形阀72向喷嘴61侧流入。如在图2中由虚线所图示的那样，阀部73v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是流路65被关闭的状态。在该状态下，阻断造型材料从蝶形阀72向喷嘴61侧流入，并停止来自喷嘴61的喷出口62的造型材料的喷出。控制部101通过控制蝶形阀72的旋转角度能够调整从塑化部30向喷嘴61流动的造型材料的流量，也就是说能够调整从喷嘴61喷出的造型材料的流量。

图1所示的第一驱动部74例如由步进电机构成。第一驱动部74在控制部101的控制下使驱动轴73旋转来调整阀部73v的旋转角度，从而控制来自喷嘴61的造型材料的喷出量。在本实施方式中，控制部101控制喷出控制机构70，在喷嘴61的移动速度为第一速度的情况下，将造型材料的喷出量设为第一喷出量，在喷嘴61的移动速度为比第一速度慢的第二速度的情况下，将造型材料的喷出量设为比第一喷出量少的第二喷出量。此外，在本实施方式中，控制部101根据喷嘴61的移动速度来控制喷出控制机构70，从而对喷出量进行控制，以使喷嘴61的移动速度变化前后的三维造型物中的每单位体积的造型材料的喷出量为恒定。

吸引部75在流路65中连接于喷出控制机构70与喷出口62之间。吸引部75吸引流路65中的造型材料并临时储存。在本实施方式中，吸引部75构成为具备连接于流路65的副流路77和在副流路77内进行移动的阀体78的柱塞。吸引部75通过使阀体78在副流路77内移动而产生负压，从而吸引造型材料。副流路77朝向流路65的侧方呈直线状延伸。阀体78由沿副流路77延伸的棒状的部件构成，且配置为能够在副流路77内往复移动。

图1所图示的使吸引部75驱动的第二驱动部76在控制部101的控制下使副流路77内的阀体78的位置变化。第二驱动部76例如由步进电机以及将步进电机的旋转力转换成阀体78的平移运动的齿条-小齿轮机构或滚珠丝杠机构构成。

在本实施方式中，如上述那样，吸引部75连接于喷出控制机构70与喷出口62之间。也就是说，从吸引部75到喷嘴61的距离比从喷出控制机构70到喷嘴61的距离近。因此，在本实施方式中，与造型材料的喷出或者停止相关的吸引部75的响应性比喷出控制机构70的响应性优异。

在从喷嘴61喷出造型材料时，如图2所图示的那样，第二驱动部76使阀体78位于其端部与流路65面对面的位置，并阻断造型材料向副流路77流入。在使来自喷嘴61的造型材料的喷出停止时，第二驱动部76使阀体78在远离流路65的方向上移动至图2中由虚线图示出的位置。由此，在副流路77中与流路65连通的空间的容积增大，造型材料从流路65被吸向副流路77，且从喷嘴61喷出的造型材料被截尾(尾切りされる)。

在本实施方式中，控制部101例如在控制喷出控制机构70从喷嘴61使造型材料的喷出停止的情况下，使吸引部75进行造型材料的吸引。此外，在本实施方式中，控制部101例如在从喷嘴61使造型材料的喷出开始或者重新开始的情况下，在从吸引部75将储存于吸引部75的造型材料的一部分送出至流路65之后，开始进行喷嘴61的移动，控制喷出控制机构70开始进行从塑化部30向喷嘴61的造型材料的供给，并且从吸引部75将储存于吸引部75的剩余的造型材料送出至流路65。关于这样的控制部101的控制内容，在之后详细地说明。

图3是示出扁平螺杆40的下表面48侧的结构的简要立体图。在图3中由单点划线示出扁平螺杆40的中心轴RX的位置。如参照图1所说明的那样，在与螺杆对面部50对置的扁平螺杆40的下表面48设置有槽部42。以下，将下表面48也称为“槽形成面48”。

扁平螺杆40的槽形成面48的中央部46作为连接有槽部42的一端的凹部而构成。中央部46与图1所示的螺杆对面部50的连通孔56对置。在第一实施方式中，中央部46与中心轴RX交叉。

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

槽部42连续至形成于扁平螺杆40的侧面的材料流入口44。该材料流入口44是接受经由材料供给部20的连通路22而被供给的材料MR的部分。

在图3中示出具有三个槽部42和三个凸条部43的扁平螺杆40的例子。设置于扁平螺杆40的槽部42、凸条部43的数量并不限定于三个。在扁平螺杆40可以只设置一个槽部42，也可以设置两个以上的多个槽部42。此外，也可以对照槽部42的数量而设置任意数量的凸条部43。

在图3中图示出在三处形成有材料流入口44的扁平螺杆40的例子。设置于扁平螺杆40的材料流入口44的数量并不限定于三处。在扁平螺杆40，可以将材料流入口44只设置于一处，也可以设置于两处以上的多处。

图4是示出螺杆对面部50的上表面52侧的简要俯视图。如上述那样，螺杆对面部50的上表面52与扁平螺杆40的槽形成面48对置。以下，将该上表面52也称为“螺杆对置面52”。在螺杆对置面52的中心形成有用于将造型材料向喷嘴61供给的上述的连通孔56。

在螺杆对置面52形成有多个引导槽54，其连接于连通孔56，并从连通孔56朝向外周呈涡状延伸。多个引导槽54具有将流入扁平螺杆40的中央部46的造型材料向连通孔56引导的功能。如参照图1所说明的那样，在螺杆对面部50埋入有加热器58。塑化部30中的材料MR的熔融通过由加热器58进行的加热和扁平螺杆40的旋转来实现。

参照图1以及图2。当扁平螺杆40旋转时，从材料流入口44所供给的材料MR被导向槽部42，在槽部42内一边被加热一边朝向中央部46移动。材料MR越靠近中央部46越熔融，且流动性变得越高，从而向造型材料转化。集中在中央部46的造型材料通过在中央部46中所产生的内压而从连通孔56流出，被导向喷嘴61的流路65，并从喷嘴口62喷出。

图5是示意性地示出通过三维造型物100对三维造型物进行造型的样子的图。在三维造型物100中，如上述那样，在塑化部30中生成造型材料MM。然后，一边通过移动机构230使喷嘴61在沿工作台210的上表面211的方向上移动，一边从喷嘴61朝向工作台210的上表面211喷出造型材料MM。

在此，将喷嘴61相对于工作台210的上表面211位于同一高度位置时由通过造型处理喷出的造型材料MM构成的层称为“造型层ML”。控制部101使喷嘴61的位置在Z方向上移动，在通过到目前为止的造型处理所形成的造型层ML上，通过下一造型处理进一步层积造型材料MM，从而持续对三维造型物进行造型。也就是说，三维造型装置100通过层叠多层造型层ML来制造三维造型物。

在形成造型层ML时，在喷嘴61的前端的喷出口62与在喷嘴61的正下方的位置旁边堆积有从喷嘴61喷出的造型材料MM的预定部位MLt之间，优选保持有下述的间隙G。在使造型材料MM被喷出至造型层ML之上的情况下，造型材料MM被喷出的预定部位MLt是位于喷嘴61之下的造型层ML的上表面。

间隙G的大小优选设为喷嘴61的喷出口62中的孔径Dn以上，更优选设为孔径Dn的1.1倍以上。这样一来，从喷嘴61的喷出口62喷出的造型材料MM在不压靠于预定部位MLt的自由状态下被层叠。其结果，能够抑制从喷嘴61喷出的造型材料MM的横截面形状变形，且能够降低三维造型物的表面粗糙度。此外，在喷嘴61的周围设置有加热器的结构中，通过形成间隙G能够防止由该加热器引起的造型材料MM的过热，且抑制由堆积后的造型材料MM的过热所导致的变色或劣化。另一方面，间隙G的大小优选设为孔径Dn的1.5倍以下，特别优选设为1.3倍以下。由此，抑制造型材料MM相对于预定部位MLt的喷出位置的位置偏差、或造型层ML彼此的紧贴性的下降。

图6是示出三维造型物的制造方法的流程图。图7是示意性地示出三维造型物OB的局部的图。图8是示出喷嘴61的移动速度与造型材料的喷出量的关系的图。

图6所示的制造方法通过由三维造型装置100的控制部101执行读入于主存储装置的造型程序来实现。图6所示的流程图是相当于开始进行来自喷嘴61的造型材料的喷出至停止其喷出为止的流程图，实际上，通过反复执行图6所示的流程图而对三维造型物的整体进行造型。另外，设为在开始进行该制造方法时喷出控制机构70的蝶形阀72是预先关闭状态，且吸引部75处于从流路65吸引并存储有造型材料的状态。这样的状态能够通过下述方式产生，即，一边使喷嘴61移动至规定的场所并废弃流路65内的造型材料，一边使喷出控制机构70为关闭状态，通过吸引部75吸引流路65内的造型材料并使其拖尾(尾引きさせる)。此外，在以下说明的一系列的工序结束时，也成为上述那样的状态。

控制部101在开始或重新开始造型材料的喷出时，首先，在步骤S10中控制吸引部75，挤出储存于吸引部75的一部分造型材料并从喷嘴61喷出，在步骤S20中，等待预先决定的期间。在图7中，在示出为“开始”的位置进行造型材料的挤出。步骤S20中的等待期间是从吸引部75挤出的造型材料着落到工作台210或者造型完毕的造型层ML所需要的期间，是预先决定的期间。在以下，将工作台210以及造型完毕的造型层称为“工作台210等”。在步骤S10中从吸引部75挤出的造型材料的量例如是储存于吸引部75的造型材料的50质量％。根据层叠于工作台210等时的造型材料的粗度和上述的间隙G来预先决定该量。另外，也将喷出的造型材料的粗度称为“线宽”。控制部101控制第二驱动部76来控制阀体78的移动量，从而能够调整材料的挤出量。

在步骤S20中的等待完成之后，在步骤S30中，控制部101按照造型数据开始进行喷嘴61的移动。造型数据包含有例如表示喷嘴61的移动路径和喷嘴61的移动速度的信息。在开始进行喷嘴61的移动的同时或在刚刚开始进行喷嘴61的移动之后，控制部101在步骤S40中控制喷出控制机构70并增大流路65的开度，从而开始进行从塑化部30向喷嘴61的造型材料的供给，并且从吸引部75将储存于吸引部75的剩余的造型材料挤出并送出至流路65。由此，从喷嘴61喷出的造型材料的喷出量相比步骤S10中的喷出量有所增加。在本实施方式中，开始进行从塑化部30向喷嘴61的造型材料的供给的第一时刻(timing)与从吸引部75挤出造型材料的第二时刻是同时的。只是，这些时刻也可以错开。也就是说，第一时刻可以比第二时刻早，第一时刻也可以比第二时刻晚。在步骤S30中在刚刚开始进行喷嘴61的移动之后，喷嘴61的移动速度是比较慢的速度，步骤S40以后，喷嘴61的移动速度在三维造型物OB的直线部分为比较快的速度。喷嘴61的移动速度在三维造型物OB的角部变慢。

在上述步骤S40中，控制部101根据喷嘴61的移动速度来调整蝶形阀72的旋转角度，从而控制造型材料的喷出量。在本实施方式中，如图8所示，控制部101控制蝶形阀72的旋转角度，以使喷嘴61的移动速度越快则来自喷嘴61的造型材料的喷出量变得越多。因此，如果对不同的移动速度下的喷出量进行比较，则在喷嘴61的移动速度为第一速度的情况下，造型材料的喷出量为第一喷出量，在喷嘴61的移动速度为比第一速度慢的第二速度的情况下，造型材料的喷出量为比第一喷出量少的第二喷出量。在本实施方式中，在单纯地称为“造型材料的喷出量”的情况下，是从喷嘴61喷出的造型材料的流量，是每单位时间从喷嘴61喷出的造型材料的量。通过从造型数据获取由造型数据所指定的值能够确定喷嘴61的移动速度。另外，在其他实施方式中，喷嘴61的移动速度也可以通过在移动机构230设置旋转编码器、或速度传感器、或加速度传感器来测量。

在步骤S50中，控制部101判断当前的喷嘴61的位置是否在由造型数据所表示的喷嘴61的移动路径的末端附近。关于“移动路径的末端附近”，将在后面说明。在判断为喷嘴61的位置不在喷嘴61的移动路径的末端附近的情况下，控制部101在步骤S60中确定喷嘴61的移动速度，在步骤S70中，根据所确定的移动速度来调整蝶形阀72的旋转角度，并控制造型材料的喷出量。

在上述步骤S40以及步骤S70中，控制部101控制喷出量，以使喷嘴61的移动速度变化前后的三维造型物中的每单位体积的造型材料的喷出量为恒定。也就是说，在本实施方式中，例如在图8中，控制部101控制喷出控制机构70来进行喷出量的控制，以使在喷嘴61的移动速度为不同的以“慢”所示的部分和以“快”所示的部分的恒定距离内，被喷出至工作台210等的造型材料的线宽不会波动。“三维造型物中的每单位体积的造型材料的喷出量为恒定”是指喷出至三维造型物的每同一体积的造型材料的量是相同的。另外，喷嘴61的移动速度变化前后的三维造型物中的每单位体积的造型材料的喷出量也可以不完全恒定，例如也可以在±10％的范围内变化，优选在±5％的范围内变化。

在上述步骤S50中，在判断为喷嘴61的位置在喷嘴61的移动路径的末端附近的情况下，控制部101在步骤S80中控制喷出控制机构70使蝶形阀72为关闭状态，从而停止造型材料的喷出。然后，在使蝶形阀72为关闭状态之后，控制部101在步骤S90中使喷嘴61的移动停止，并且控制吸引部75，向吸引部75内吸引流路65内的造型材料。“移动路径的末端附近”是从移动路径的末端沿该路径仅追溯预先决定的距离的位置。追溯的距离是预先通过实验或者计算求出在上述步骤S80中从蝶形阀72变为关闭状态之后至步骤S90中由吸引部75吸引造型材料为止从喷嘴61喷出的造型材料的量，并通过该量能够进行造型的距离。

控制部101对造型数据所记录的所有移动路径执行上述的三维造型物的制造方法，从而制造三维造型物整体。

在以上所说明的本实施方式的三维造型装置100中，根据喷嘴61的移动速度来控制喷出控制机构70，在喷嘴61的移动速度为第一速度的情况下，将造型材料的喷出量设为第一喷出量，在喷嘴61的移动速度为比第一速度慢的第二速度的情况下，将造型材料的喷出量设为比第一喷出量少的第二喷出量。因此，例如，在三维造型物的端部或角部等喷嘴61的移动速度会发生变化的部分，能够抑制层叠于工作台210等的造型材料的线宽波动。因此，能够提高三维造型物的造型精度。

此外，在本实施方式中，控制造型材料的喷出量，以使喷嘴61的移动速度变化前后的三维造型物中的每单位体积的造型材料的喷出量为恒定。因此，能够更良好地提高三维造型物的造型精度。

此外，在本实施方式中，控制蝶形阀72来控制造型材料的喷出量。因此，能够通过简易的结构来调整造型材料的喷出量。

此外，在本实施方式中，在使造型材料的喷出停止的情况下，由于通过吸引部75吸引造型材料，因此能够抑制造型材料从喷嘴61拖尾的现象。

此外，在本实施方式中，在从喷嘴61使造型材料的喷出开始或重新开始的情况下，在吸引部75将储存于吸引部75的造型材料的一部分向流路65送出并从喷嘴61喷出之后，开始进行喷嘴61的移动，控制喷出控制机构70开始进行从塑化部30向喷嘴61的造型材料的供给，并且从吸引部75将储存于吸引部75的剩余的造型材料送出至流路65。因此，能够以补偿喷出控制机构70的响应性的方式，使用响应性优异的吸引部75喷出造型材料。因此，能够提高三维造型物的造型速度。

此外，在本实施方式中，在判断为喷嘴61的位置在喷出造型材料的路径的末端附近的情况下，判断为从喷嘴61使造型材料的喷出停止。因此，即使在喷出控制机构70的响应性低的本实施方式中，也能够适时地使造型材料的喷出停止。因此，能够提高三维造型物的造型精度。

此外，在本实施方式中，由于在塑化部30采用扁平螺杆40，因此能够使三维造型装置100实现小型化。

在此，对在上述的三维造型装置100中所使用的三维造型物的材料进行说明。在三维造型装置100中，例如，能够将具有热塑性的材料、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。在此，“主材料”是指成为形成三维造型物的形状的中心的材料，是指在三维造型物中占有50重量％以上的含量的材料。上述的造型材料包含将这些主材料单独地进行熔融后的材料、或者将与主材料一起被含有的一部分成分进行熔融而成为浆糊状的材料。

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，该材料通过塑化而生成造型材料。“塑化”是指对具有热塑性的材料加热并进行熔融。

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。

也可以在具有热塑性的材料中混入颜料、金属、陶瓷，除此之外还可以混入蜡、阻燃剂、抗氧化剂、热稳定剂等添加剂等。在塑化部30中通过扁平螺杆40的旋转和加热器58的加热而使具有热塑性的材料塑化并转化成熔融的状态。使由具有热塑性的材料的熔融所生成的造型材料在从喷嘴孔61喷出之后，通过温度的下降而固化。

优选使具有热塑性的材料在加热到其玻璃化温度以上而完全熔融的状态下从喷嘴孔61射出。例如，优选ABS树脂的玻璃化温度约为120℃，从喷嘴孔61喷出时约为200℃。这样，为了在高温的状态下喷出造型材料，也可以在喷嘴孔61的周围设置加热器。

在三维造型装置100中，例如也可以使用以下的金属材料作为主材料来代替上述的具有热塑性的材料。在该情况下，优选在使下述的金属材料成为粉末状的粉末材料中混合在造型材料时进行熔融的成分，并作为材料MR投入到塑化部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，或者包含一种以上这些金属的合金。

上述合金的例子

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。

在三维造型装置100中，能够使用陶瓷材料作为主材料，来代替上述的金属材料。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、或氮化铝等非氧化物陶瓷等。在使用上述那样的金属材料或陶瓷材料作为主材料的情况下，也可以通过烧结使配置于工作台210的造型材料固化。

作为材料MR投入到材料供给部20的金属材料或陶瓷材料的粉末材料也可以是将单一金属的粉末、合金的粉末、陶瓷材料的粉末进行多种类混合后的混合材料。此外，金属材料或陶瓷材料的粉末材料也可以通过例如上面所例示的那样的热塑性树脂或者这以外的热塑性树脂而被涂覆。在该情况下，在塑化部30中，也可以使该热塑性树脂熔融而呈现流动性。

也能够在作为材料MR而投入到材料供给部20的金属材料或陶瓷材料的粉末材料中添加例如以下那样的溶剂。关于溶剂，能够将从下述之中选择的一种或两种以上进行组合而使用。

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；乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯等乙酸酯类；苯、甲苯、二甲苯等芳烃类；甲乙酮、丙酮、甲基异丁基酮、乙基正丁基甲酮、二异丙基酮、乙酰丙酮等酮类；乙醇、丙醇、丁醇等醇类；四烷基季铵盐类；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；四烷基季铵盐(例如，四丁基乙酸铵等)；丁基卡必醇醋酸酯等离子液体等。

除此之外，也能够在作为材料MR投入到材料供给部20的金属材料或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、硅树脂、纤维素类树脂或者其他合成树脂、或PLA(聚乳酸)、PA(聚酰胺)、PPS(聚苯硫醚)、PEEK(聚醚醚酮)或者其他热塑性树脂。

B.其他实施方式：

(B-1)三维造型装置100并不限于通过扁平螺杆40使材料塑化。例如，三维造型装置100也可以不是通过扁平螺杆40，而是通过使内嵌螺杆(Inline Screw)旋转来使材料塑化。

(B-2)上述实施方式的喷出控制机构70也可以通过蝶形阀72以外的阀构成。例如，也可以采用球阀或隔膜阀等阀来代替蝶形阀72。

(B-3)上述实施方式的三维造型装置100也可以不具备吸引部75。即使是这样的结构，也能够通过使用喷出控制机构70来控制喷出量，以使在喷嘴61的移动速度变化的前后造型材料的喷出量为恒定。

(B-4)在上述实施方式中，控制部101在控制喷出控制机构70从喷嘴61使造型材料的喷出停止的情况下，在蝶形阀72变为关闭状态之后，通过吸引部75吸引造型材料。与此相对，控制部101也可以在蝶形阀72从打开状态变为关闭状态的期间或者与蝶形阀72变为关闭状态同时，通过吸引部75进行造型材料的吸引。也就是说，控制部101也可以在来自喷嘴61的造型材料的喷出量下降了的时刻、或在来自喷嘴61的造型材料的喷出停止的时刻，通过吸引部75来吸引造型材料。

(B-5)在上述实施方式中，喷嘴61的前端与堆积有造型材料MM的预定部位MLt之间的间隙G也可以小于喷嘴61的喷出口62中的孔径Dn。在该情况下，从喷嘴61的喷出口62喷出的造型材料MM压靠于预定部位MLt，能够一边跟随已经配置于邻接的位置的造型材料的壁面或已经配置于下层的造型材料的壁面一边层叠材料。其结果，由于以填埋被层叠的预定部位MLt的旁边的空隙的方式层叠造型材料，因此能够得到空隙率小的三维造型物，且能够提高三维造型物的强度。

C.其他方式：

本发明并不限于上述的各实施方式，能够在不脱离其宗旨的范围通过各种方式来实现。例如，本发明也能够作为以下的方式来实现。为了解决本发明的课题的一部分或全部、或者为了实现本发明的效果的一部分或全部，与以下所记载的各方式中的技术特征对应的上述的各实施方式中的技术特征能够适当地进行替换或组合。此外，如果该技术特征在本说明书中未被说明为是必须的，则能够适当地进行删除。

(1)根据本发明的第一方式，提供一种对三维造型物进行造型的三维造型装置。该三维造型装置具备：塑化部，使材料塑化而生成造型材料；喷嘴，具有将所述造型材料朝向工作台喷出的喷出口；移动机构，变更所述喷嘴与所述工作台的相对的位置；喷出控制机构，设置于将所述塑化部与所述喷嘴相连的流路，并且控制从所述喷嘴喷出的所述造型材料的喷出量；以及控制部，控制所述塑化部、所述移动机构以及所述喷出控制机构，从而对所述三维造型物进行造型，所述控制部控制所述喷出控制机构，在所述喷嘴与所述工作台的相对的移动速度为第一速度的情况下，将所述造型材料的喷出量设为第一喷出量，在所述喷嘴与所述工作台的相对的移动速度为比所述第一速度慢的第二速度的情况下，将所述造型材料的喷出量设为比所述第一喷出量少的第二喷出量。

根据这样的方式的三维造型装置，由于在喷嘴与工作台的相对的移动速度快的情况下造型材料的喷出量变多，并且在慢的情况下造型材料的喷出量变少，因此，能够提高三维造型物的造型精度。

(2)在上述方式的三维造型装置中，所述控制部也可以使用所述喷出控制机构来控制所述喷出量，以使所述喷嘴与所述工作台的相对的移动速度变化前后的所述三维造型物中的每单位体积的所述造型材料的喷出量为恒定。根据这样的方式的三维造型装置，由于在喷嘴与工作台的相对的移动速度变化前后，三维造型物中的每单位体积的造型材料的喷出量为恒定，因此能够提高三维造型物的造型精度。

(3)在上述方式的三维造型装置中，所述喷出控制机构具备蝶形阀，所述蝶形阀通过在所述流路内旋转而使所述流路的开度变化，所述控制部根据所述喷嘴与所述工作台的相对的移动速度来调整所述蝶形阀的旋转角度，从而控制所述喷出量。根据这样的方式的三维造型装置，能够通过简易的结构来调整造型材料的喷出量。

(4)在上述方式的三维造型装置中，也可以具备吸引部，所述吸引部在所述流路中连接于所述喷出控制机构与所述喷出口之间，所述吸引部吸引所述流路中的所述造型材料并临时储存，所述控制部在控制所述喷出控制机构而使所述造型材料停止从所述喷嘴喷出的情况下，使所述吸引部进行所述造型材料的吸引。根据这样的方式的三维造型装置，能够抑制在使造型材料从喷嘴的喷出停止时造型材料从喷嘴拖尾的现象。

(5)在上述方式的三维造型装置中，所述控制部也可以在使所述造型材料开始从所述喷嘴喷出的情况下，在使储存于所述吸引部的所述造型材料的一部分从所述吸引部向所述流路送出并从所述喷嘴喷出之后，使所述喷嘴开始移动，控制所述喷出控制机构而使所述造型材料开始从所述塑化部向所述喷嘴供给，并且使储存于所述吸引部的剩余的所述造型材料从所述吸引部送出至所述流路。根据这样的方式的三维造型装置，由于能够以弥补喷出控制机构的响应性的方式使用吸引部喷出造型材料，因此能够提高三维造型物的造型速度。

(6)在上述方式的三维造型装置中，所述控制部也可以在判断为所述喷嘴相对于所述工作台的相对的所述位置在喷出所述造型材料的路径的末端附近的情况下，判断为使所述造型材料停止从所述喷嘴喷出。根据这样的方式的三维造型装置，即使在喷出控制机构的响应性低的情况下，也能够适时地使造型材料的喷出停止。

(7)在上述方式的三维造型装置中，所述塑化部具备：扁平螺杆，具有形成有槽部的槽形成面；以及筒，具有与所述扁平螺杆的所述槽形成面对置的对置面，在所述对置面形成有连通孔，并具有加热器，所述塑化部通过所述扁平螺杆的旋转和由所述加热器进行的加热来使所述材料的至少一部分熔融而生成所述造型材料，并使所述造型材料从所述连通孔流出。如果是这样的方式，则能够使三维造型装置小型化。

(8)根据本发明的第二方式，提供一种三维造型物的制造方法。该制造方法具备：通过塑化部使材料塑化而生成造型材料的工序；以及一边变更喷嘴与工作台的相对的位置一边从所述喷嘴朝向所述工作台喷出所述造型材料的工序，

对设置于将所述塑化部与所述喷嘴相连的流路并控制从所述喷嘴喷出的所述造型材料的喷出量的喷出控制机构进行控制，在所述喷嘴与所述工作台的相对的移动速度为第一速度的情况下，将所述造型材料的喷出量设为第一喷出量，在所述喷嘴与所述工作台的相对的移动速度为比所述第一速度慢的第二速度的情况下，将所述造型材料的喷出量设为比所述第一喷出量少的第二喷出量。

根据这样的方式的三维造型物的制造方法，由于在喷嘴与工作台的相对的移动速度快的情况下造型材料的喷出量变多，并且在慢的情况下造型材料的喷出量变少，因此，能够提高三维造型物的造型精度。

本发明并不限于上述的三维造型装置和三维造型物的制造方法，能够通过各种方式来实现。例如，能够通过三维造型装置的控制方法、三维造型方法、用于对三维造型物进行造型的计算机程序、以及记录有计算机程序的非临时性的有形记录介质等方式来实现。

Claims (6)

1.一种三维造型装置，其特征在于，对三维造型物进行造型，

所述三维造型装置具备：

塑化部，使材料塑化而生成造型材料；

喷嘴，具有将所述造型材料朝向工作台喷出的喷出口；

移动机构，变更所述喷嘴与所述工作台的相对的位置；

喷出控制机构，设置于将所述塑化部与所述喷出口相连的流路，并且通过调整所述流路的开度控制从所述喷嘴喷出的所述造型材料的喷出量；

吸引部，在所述流路中连接于所述喷出控制机构与所述喷出口之间，吸引所述流路中的所述造型材料；以及

控制部，

所述控制部控制所述喷出控制机构，在所述喷嘴与所述工作台的相对的移动速度为第一速度的情况下，将所述造型材料的喷出量设为第一喷出量，在所述喷嘴与所述工作台的相对的移动速度为比所述第一速度慢的第二速度的情况下，将所述造型材料的喷出量设为比所述第一喷出量少的第二喷出量，

所述控制部在停止从所述喷嘴喷出所述造型材料的情况下，控制所述喷出控制机构关闭所述流路之后，控制所述吸引部吸引所述流路中的所述造型材料。

2.根据权利要求1所述的三维造型装置，其特征在于，

所述控制部使用所述喷出控制机构来控制所述喷出量，以使所述喷嘴与所述工作台的相对的移动速度变化前后的所述三维造型物中的每单位体积的所述造型材料的喷出量为恒定。

3.根据权利要求1所述的三维造型装置，其特征在于，

所述控制部在使所述造型材料开始从所述喷嘴喷出的情况下，在使储存于所述吸引部的所述造型材料的一部分从所述吸引部向所述流路送出并从所述喷嘴喷出之后，使所述喷嘴开始移动，控制所述喷出控制机构而使所述造型材料开始从所述塑化部向所述喷嘴供给，并且使储存于所述吸引部的剩余的所述造型材料从所述吸引部送出至所述流路。

4.根据权利要求1所述的三维造型装置，其特征在于，

所述控制部在判断为所述喷嘴相对于所述工作台的相对的所述位置是从喷出所述造型材料的路径的末端沿该路径追溯预先决定的距离的位置的情况下，判断为使所述造型材料停止从所述喷嘴喷出。

5.根据权利要求1所述的三维造型装置，其特征在于，

所述塑化部具备：

扁平螺杆，具有形成有槽部的槽形成面；以及

筒，具有与所述扁平螺杆的所述槽形成面对置的对置面，在所述对置面形成有连通孔，并具有加热器，

所述塑化部通过所述扁平螺杆的旋转和由所述加热器进行的加热来使所述材料的至少一部分熔融而生成所述造型材料，并使所述造型材料从所述连通孔流出。

6.一种三维造型物的制造方法，其特征在于，具备：

通过塑化部使材料塑化而生成造型材料的工序；以及

一边变更具有喷出口喷嘴与工作台的相对的位置一边从所述喷嘴朝向所述工作台喷出所述造型材料的工序，

对设置于将所述塑化部与所述喷出口相连的流路并控制从所述喷嘴喷出的所述造型材料的喷出量的喷出控制机构进行控制，在所述喷嘴与所述工作台的相对的移动速度为第一速度的情况下，将所述造型材料的喷出量设为第一喷出量，在所述喷嘴与所述工作台的相对的移动速度为比所述第一速度慢的第二速度的情况下，将所述造型材料的喷出量设为比所述第一喷出量少的第二喷出量，

在停止从所述喷嘴喷出所述造型材料的情况下，控制所述喷出控制机构关闭所述流路之后，控制吸引部吸引所述流路中的所述造型材料，所述吸引部在所述流路中连接于所述喷出控制机构与所述喷出口之间并吸引所述流路中的所述造型材料。

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