JP2018103458A - 三次元造形物の製造方法、位置調整方法及び三次元造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元造形物の製造において、材料排出部と載置台とを接触させて材料排出部と載置台との相対位置の調整を行うにあたり、接触により材料排出部や載置台の損傷を抑制する方法の提供。【解決手段】位置調整処理は、保持部材１２３に対して材料排出部１１１を変位自在に保持させた状態で、載置台２１１と材料排出部１１１とが接触した状態になるように、保持部材１２３と載置台２１１とを相対移動させる接触移動工程と、材料排出部１１１と載置台２１１とが接触した状態で保持部材１２３に対する材料排出部１１１の位置決めを行う位置決め工程と、材料排出部１１１と載置台２１１とが接触した状態の保持部材１２３と載置台２１１との接離方向位置を基準にして、材料排出部１１１と載置台２１１との離間距離が所定の離間距離となるように、保持部材１２３と載置台２１１とを前記接離方向へ相対移動させる離間移動工程とを有する三次元造形物の製造方法。【選択図】図９

Description

本発明は、三次元造形物の製造方法、位置調整方法及び三次元造形装置に関するものである。

従来、保持部材に保持された材料排出部と載置台とが互いに接離する接離方向へ相対移動する三次元造形装置により、該材料排出部から排出される材料を用いて該載置台上に三次元造形物を造形する三次元造形物の製造方法が知られている。

例えば、特許文献１には、押出ヘッド（保持部材）に保持されたノズル（材料排出部）から造形材料を押し出すことにより、造形台（載置台）上に三次元造形物を造形する三次元造形物の製造方法が開示されている。この製造方法に用いる三次元造形装置は、押出ヘッドがＸ−Ｙ方向（水平方向）に移動し、造形台がＺ軸方向（鉛直方向：ノズルと造形台とが接離する接離方向）へ移動する。この製造方法では、三次元造形物の造形前に、Ｚ軸方向におけるノズルと造形台との相対位置の調整を行うための初期化処理を実施する。この初期化処理では、押出ヘッドのノズルに接触するまで造形台を上昇させ、ノズルと造形台が接触したことを検知したら、その検知時における造形台のＺ軸方向位置を記憶する。ノズルと造形台が接触したか否かは、造形台を駆動するサーボモータの駆動電流の変化により検知する。

ところが、一般に、三次元造形装置は、材料を排出するノズル等の材料排出部が押出ヘッド等の保持部材に対して固定されている。そのため、材料排出部と載置台との相対位置の調整を行う初期化処理等の位置調整処理において、材料排出部と載置台とを接触させた際に、材料排出部や載置台を損傷するおそれがある。

上述した課題を解決するために、本発明は、保持部材に保持された材料排出部と載置台との相対位置の調整を行う位置調整処理と、該材料排出部と該載置台とを互いに接離する接離方向へ相対移動させ、該材料排出部から排出される材料を該載置台上に積層して三次元造形物を造形する造形処理とを有する三次元造形物の製造方法において、前記位置調整処理は、前記保持部材に対して前記材料排出部を前記接離方向へ変位自在に保持させた状態で、前記載置台と該材料排出部とが接触した状態になるように、該保持部材と該載置台とを前記接離方向へ相対移動させる接触移動工程と、前記材料排出部と前記載置台とが接触した状態で前記保持部材に対する該材料排出部の位置決めを行う位置決め工程と、前記材料排出部と前記載置台とが接触した状態での前記保持部材と該載置台との接離方向位置を基準にして、前記材料排出部と該載置台との離間距離が所定の離間距離となるように、該保持部材と該載置台とを前記接離方向へ相対移動させる離間移動工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、材料排出部と載置台とを接触させて材料排出部と載置台との相対位置の調整を行うにあたり、接触により材料排出部や載置台が損傷することを抑制できるという優れた効果が奏される。

実施形態における三次元造形装置の概略構成を示すブロック図である。 同三次元造形装置の詳細を模式的に示す説明図である。 同三次元造形装置の内部に設けられるチャンバーの外観を示す斜視図である。 同三次元造形装置の前方部分を切断して除外した状態の斜視図である。 同三次元造形装置の制御ブロック図である。 同三次元造形装置における予熱処理及び造形処理の流れを示すフローチャートである。 同三次元造形装置における造形ヘッドの構成を示す断面図である。 実施形態におけるイニシャライズ処理の流れを示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｅ）は、同イニシャライズ処理中の各時点におけるノズルユニットとステージのＺ軸方向位置を示す説明図である。 （ａ）〜（ｅ）は、他の例において、イニシャライズ処理中の各時点におけるノズルユニットとステージのＺ軸方向位置を示す説明図である。 変形例１におけるイニシャライズ処理の流れを示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｅ）は、同イニシャライズ処理中の各時点におけるノズルユニットとステージのＺ軸方向位置を示す説明図である。 変形例２における造形ヘッドの構成を示す断面図である。 変形例２におけるイニシャライズ処理の流れを示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｅ）は、同イニシャライズ処理中の各時点におけるノズルユニットとステージのＺ軸方向位置を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。

［全体説明］
図１は、本実施形態における三次元造形装置１の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態の三次元造形装置１は、主に、材料供給部１００、三次元造形部２００、駆動部３００、制御部４００から構成される。三次元造形装置１においては、制御部４００の制御の下、駆動部３００により各部を駆動し、材料供給部１００から供給される材料を用いて三次元造形部２００で三次元造形物を造形する。

［材料供給部］
材料供給部１００は、少なくとも、材料の押し出しを行う造形ヘッド１１０と、造形ヘッド１１０に造形材料であるフィラメントを供給するフィラメント供給部１２０とを備えている。フィラメントは、細長いワイヤー形状の固体であり、巻き回された状態で三次元造形装置１にセットされており、フィラメント供給部１２０により造形ヘッド１１０上のノズル１１１へ供給される。フィラメント供給部１２０により供給されたフィラメントは、造形ヘッド１１０で加熱溶融され、固体状態のフィラメントが後方より挿入されることにより溶融状態のフィラメントがノズル１１１から押し出される。

なお、造形ヘッド１１０上のノズル１１１から押し出される材料には、三次元造形物を構成する造形材料ではなく、三次元造形物を構成しないサポート材も含まれる。このサポート材は、通常、三次元造形物を構成する造形材料（フィラメント）とは異なる材料で形成され、最終的にはフィラメントで形成された三次元造形物から除去される。このサポート材も、造形ヘッド１１０で加熱溶融され、固体状態のサポート材のフィラメントが後方より挿入されることにより溶融状態のサポート材がノズル１１１から押し出される。

［三次元造形部］
三次元造形部２００は、少なくとも、載置部２１０、チャンバー２２０、加熱部２３０から構成される。三次元造形部２００におけるチャンバー２２０の内部は、三次元造形物を造形するための処理空間となっている。材料供給部１００における造形ヘッド１１０から押し出される溶融状態のフィラメントは、加熱部２３０によって加熱されたチャンバー２２０の内部で、載置部２１０のステージ上に供給され、層状に順次積層される。

［駆動部］
駆動部３００は、少なくとも、Ｘ軸駆動機構３１０、Ｙ軸駆動機構３２０、Ｚ軸駆動機構３３０から構成される。駆動部３００は、これらの駆動機構３１０，３２０，３３０により、材料供給部１００の造形ヘッド１１０と、三次元造形部２００における載置部２１０のステージとを相対的に移動させる。これにより、材料供給部１００の造形ヘッド１１０から押し出されるフィラメントをステージ上の目標位置へ供給する。

［その他の機能部］
本実施形態の三次元造形装置１は、材料供給部１００、三次元造形部２００、駆動部３００、制御部４００から構成されているが、他の機能部も適宜追加される。

［三次元造形装置の詳細］
次に、本実施形態における三次元造形装置１の詳細について説明する。
図２は、本実施形態における三次元造形装置１の詳細を模式的に示す説明図である。
図３は、本実施形態における三次元造形装置１の内部に設けられるチャンバーの外観を示す斜視図である。
図４は、本実施形態における三次元造形装置１の前方部分を切断して除外した状態の斜視図である。

三次元造形装置１は、本体フレーム２の内部に三次元造形用チャンバー（以下「チャンバー」という。）２２０を備えている。チャンバー２２０の内部には、載置部２１０のステージ２１１が設けられている。本実施形態では、このステージ２１１上に造形プレート２１２を保持させ、その造形プレート２１２上に三次元造形物を造形する。

チャンバー２２０内の処理空間を囲っている壁部は、その大部分又はその全部が断熱機能を有する断熱壁で構成されている。具体的には、チャンバー２２０の天井壁部は、後述するように、複数のスライド断熱部材２２１，２２２によって構成された断熱壁である。また、チャンバー２２０の側壁部２２３、すなわち、装置左右方向（図３及び図４中の左右方向＝Ｘ軸方向）の両壁部は、ガラスウール等を内包した断熱材を内側板と外側板の間に挟み込んだ構造をもつ断熱壁である。また、チャンバー２２０の底壁部２２４も、ガラスウール等を内包した断熱材を内側板と外側板の間に挟み込んだ構造をもつ断熱壁である。また、チャンバー２２０の後壁部及び前壁部２２５も、ガラスウール等を内包した断熱材を内側板と外側板の間に挟み込んだ構造をもつ断熱壁である。

本実施形態において、チャンバー２２０の前壁部２２５には、図３に示すように、開閉扉２２６が設けられている。この開閉扉２２６は、前壁部２２５と同様に断熱壁を構成するものであり、十分な断熱機能を発揮する構成となっている。また、チャンバー２２０の前壁部２２５には、図３に示すように、窓２２７が設けられている。この窓２２７は、空気層を挟み込んだ２重ガラス構造であり、前壁部２２５と同様に断熱壁を構成するものである。

チャンバー２２０の内部におけるステージ２１１の上方には、材料供給部１００の造形ヘッド１１０が設けられている。造形ヘッド１１０は、その下方にフィラメントを押し出すノズル１１１を有する。本実施形態では、造形ヘッド１１０上に４つのノズル１１１が設けられているが、ノズル１１１の数は任意である。また、造形ヘッド１１０には、各ノズル１１１に供給されるフィラメントを加熱するヘッド加熱部１１２が設けられている。また、造形ヘッド１１０には、ヘッド加熱部１１２に対してノズル１１１の反対側、すなわち、ヘッド加熱部１１２に対してフィラメントの移送方向上流側を冷却するヘッド冷却部１１３が設けられている。

フィラメントは、ノズル１１１ごとに異なるものであってもよいし、同じものであってもよい。本実施形態においては、フィラメント供給部１２０により供給されるフィラメントをヘッド加熱部１１２で加熱して溶融あるいは軟化させ、溶融状態のフィラメントを所定のノズル１１１から押し出すことにより、ステージ２１１上に保持された造形プレート２１２上に層状の造形構造物を順次積層して、三次元造形物を造形する。なお、造形ヘッド１１０上のノズル１１１には、造形材料のフィラメントではなく、三次元造形物を構成しないサポート材が供給される場合がある。

造形ヘッド１１０は、装置左右方向（図３及び図４中の左右方向＝Ｘ軸方向）に延びるＸ軸駆動機構３１０に対し、連結部材３１１を介して、そのＸ軸駆動機構３１０の長手方向（Ｘ軸方向）に沿って移動可能に保持されている。造形ヘッド１１０は、Ｘ軸駆動機構３１０の駆動力により、装置左右方向（Ｘ軸方向）へ移動することができる。造形ヘッド１１０は、ヘッド加熱部１１２によって加熱されて高温になるため、その熱がＸ軸駆動機構３１０に伝わりにくいように、連結部材３１１を低伝熱性のものとするのが好ましい。

Ｘ軸駆動機構３１０の両端は、それぞれ、装置前後方向（図３及び図４中の前後方向＝Ｙ軸方向）に延びるＹ軸駆動機構３２０に対し、そのＹ軸駆動機構３２０の長手方向（Ｙ軸方向）に沿ってスライド移動可能に保持されている。Ｘ軸駆動機構３１０がＹ軸駆動機構３２０の駆動力によってＹ軸方向に沿って移動することにより、造形ヘッド１１０はＹ軸方向に沿って移動することができる。

本実施形態において、チャンバー２２０の底壁部２２４は、本体フレーム２に固定された、装置上下方向（図３及び図４中の上下方向＝Ｚ軸方向）に延びるＺ軸駆動機構３３０に対し、そのＺ軸駆動機構３３０の長手方向（Ｚ軸方向）に沿って移動可能に保持されている。チャンバー２２０の底壁部２２４は、Ｚ軸駆動機構３３０の駆動力により、装置上下方向（Ｚ軸方向）へ移動することができる。この底壁部２２４上には、ステージ２１１が固定されているので、Ｚ軸駆動機構３３０の駆動力によりステージ２１１及びこれに保持される造形プレート２１２をＺ軸方向へ移動させることができる。

また、本実施形態においては、チャンバー２２０の内部（処理空間）に、チャンバー２２０内を加熱する加熱部２３０のチャンバー用ヒータ２３１が設けられている。本実施形態においては、熱溶解積層法（ＦＤＭ）で三次元造形物を造形するため、チャンバー２２０内の温度を目標温度に維持した状態で、造形処理を行うことが望ましい。そのため、本実施形態では、造形処理を開始する前に、予めチャンバー２２０内の温度を目標温度まで昇温させる予熱処理を行う。チャンバー用ヒータ２３１は、この予熱処理中には、チャンバー２２０内を目標温度まで昇温させるためにチャンバー２２０内を加熱するとともに、造形処理中には、チャンバー２２０内の温度を目標温度に維持するためにチャンバー２２０内を加熱する。

本実施形態におけるＸ軸駆動機構３１０及びＹ軸駆動機構３２０の駆動対象は造形ヘッド１１０であり、その造形ヘッド１１０の一部（ノズル１１１を含む造形ヘッド１１０の先端部分）がチャンバー２２０内に配置されている。本実施形態では、造形ヘッド１１０をＸ軸方向へ移動させてもチャンバー２２０の内部が外部から遮蔽される構成となっている。具体的には、チャンバー２２０の天井壁部においては、図３及び図４に示すように、Ｙ軸方向に長尺な複数のＸ軸スライド断熱部材２２１がＸ軸方向へ並べて配設された構成となっており、隣接するＸ軸スライド断熱部材２２１間は互いにＸ軸方向へ相対的にスライド移動可能に構成されている。これにより、Ｘ軸駆動機構３１０により造形ヘッド１１０をＸ軸方向へ移動させても、これに応じて複数のＸ軸スライド断熱部材２２１がそれぞれＸ軸方向へスライド移動し、チャンバー２２０内の処理空間上部は常にＸ軸スライド断熱部材２２１によって覆われる。

同様に、チャンバーの天井壁部においては、図３及び図４に示すように、複数のＹ軸スライド断熱部材２２２がＹ軸方向へ並べて配設された構成となっている。隣接するＹ軸スライド断熱部材２２２間は互いにＹ軸方向へ相対的にスライド移動可能に構成されている。これにより、Ｙ軸駆動機構３２０によりＸ軸駆動機構３１０上の造形ヘッド１１０をＹ軸方向へ移動させても、これに応じて複数のＹ軸スライド断熱部材２２２がそれぞれＹ軸方向へスライド移動し、チャンバー２２０内の処理空間上部は常にＹ軸スライド断熱部材２２２によって覆われる。

また、本実施形態におけるＺ軸駆動機構３３０の駆動対象は、チャンバー２２０の底壁部２２４あるいはステージ２１１（もしくは造形プレート２１２）である。本実施形態では、底壁部２２４あるいはステージ２１１をＺ軸方向へ移動させてもチャンバー２２０の内部が外部から遮蔽される構成となっている。

そのほか、本実施形態においては、チャンバー２２０の外部であって三次元造形装置１の内部の空間を冷却させるための装置内冷却装置３、造形ヘッド１１０のノズル１１１をクリーニングするためのノズル清掃部２４０、造形ヘッド１１０のヘッド冷却部１１３を冷却するためのヘッド冷却装置１３０なども設けられている。

図５は、本実施形態の三次元造形装置１の制御ブロック図である。
本実施形態においては、造形ヘッド１１０のＸ軸方向位置を検知するＸ軸ポジション検知機構３１５が設けられている。Ｘ軸ポジション検知機構３１５の検知結果は、制御部４００に送られる。制御部４００は、その検知結果に基づいてＸ軸駆動機構３１０を制御して、造形ヘッド１１０を目標のＸ軸方向位置へ移動させる。

また、本実施形態においては、Ｘ軸駆動機構３１０のＹ軸方向位置（造形ヘッド１１０のＹ軸方向位置）を検知するＹ軸ポジション検知機構３２５が設けられている。Ｙ軸ポジション検知機構３２５の検知結果は、制御部４００に送られる。制御部４００は、その検知結果に基づいてＹ軸駆動機構３２０を制御することにより、Ｘ軸駆動機構３１０上の造形ヘッド１１０を目標のＹ軸方向位置へ移動させる。

また、本実施形態においては、ステージ２１１上に保持される造形プレート２１２のＺ軸方向位置を検知するＺ軸ポジション検知機構３３５が設けられている。Ｚ軸ポジション検知機構３３５の検知結果は、制御部４００に送られる。制御部４００は、その検知結果に基づいてＺ軸駆動機構３３０を制御して、ステージ２１１上の造形プレート２１２を目標のＺ軸方向位置へ移動させる。

制御部４００は、このようにして造形ヘッド１１０及びステージ２１１の移動制御を行うことにより、チャンバー２２０内における造形ヘッド１１０とステージ２１１上の造形プレート２１２との相対的な三次元位置を、目標の三次元位置に位置させることができる。

図６は、本実施形態における予熱処理及び造形処理の流れを示すフローチャートである。
本実施形態において、制御部４００は、ユーザーの指示操作等により造形をスタートすると、まず、チャンバー用ヒータ２３１、ヘッド加熱部１１２及びステージ加熱部２３２への通電をＯＮにして、これらを稼働させる（Ｓ１）。また、制御部４００は、Ｚ軸駆動機構３３０を制御して、Ｚ軸駆動機構３３０の駆動力によりステージ２１１を所定の待機位置（例えば最下点）から上昇させる（Ｓ２）。そして、ステージ２１１が上述した予熱用位置に到達したら（Ｓ３のＹｅｓ）、Ｚ軸駆動機構３３０の駆動を停止する（Ｓ４）。

処理空間の温度が目標温度に達したら（Ｓ５のＹｅｓ）、続いて、制御部４００は、造形処理に移行する。本実施形態の三次元造形装置１により造形する三次元造形物の三次元形状データは、本三次元造形装置１に対して有線あるいは無線でデータ通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等の外部装置から入力される。制御部４００は、入力された三次元形状データに基づき、上下方向に分解された多数の層状構造物のデータ（造形用のスライスデータ）を生成する。各層状構造物に対応するスライスデータは、本三次元造形装置１の造形ヘッド１１０から押し出されるフィラメントによって形成される各層状構造物に対応しており、その層状構造物の厚みは、三次元造形装置１の能力に応じて適宜設定される。

造形処理では、まず、制御部４００は、最下層（第一層）のスライスデータに従って、ステージ２１１上に保持されている造形プレート２１２の表面に最下層の層状構造物を作成する（Ｓ６）。具体的には、制御部４００は、最下層（第一層）のスライスデータに基づき、Ｘ軸駆動機構３１０及びＹ軸駆動機構３２０を制御して、造形ヘッド１１０のノズル１１１の先端を目標位置（Ｘ−Ｙ平面上の目標位置）に順次移動させながら、ノズル１１１よりフィラメントの押し出しを行う。これにより、ステージ２１１上の造形プレート２１２の表面には、最下層（第一層）のスライスデータに従った層状構造物が形成される。なお、三次元造形物を構成しないサポート材も一緒に作成する場合があるが、ここでの説明は省略する。

次に、制御部４００は、Ｚ軸駆動機構３３０を制御して、層状構造物の一層分に相当する距離だけステージ２１１を下降させ、そのステージ２１１上の造形プレート２１２を、次の層（第二層）の層状構造物を作成するための位置まで下降させ、位置決めする（Ｓ８）。その後、制御部４００は、第二層のスライスデータに基づき、Ｘ軸駆動機構３１０及びＹ軸駆動機構３２０を制御して、造形ヘッド１１０のノズル１１１の先端を目標位置に順次移動させながら、ノズル１１１よりフィラメントの押し出しを行う。これにより、ステージ２１１の造形プレート２１２上に形成されている最下層の層状構造物上に、第二層のスライスデータに従った層状構造物が形成される（Ｓ６）。

このようにして、制御部４００は、Ｚ軸駆動機構３３０を制御して、ステージ２１１を順次下降させながら、下層から順に各層状構造物を積層させて造形する処理を繰り返す。そして、最上層の層状構造物の作成が終了したら（Ｓ７のＹｅｓ）、入力された三次元形状データに従った三次元造形物が造形プレート２１２上に造形される。

このようにして造形処理が終了したら、制御部４００は、Ｚ軸駆動機構３３０を制御して、ステージ２１１を所定の取出用位置（本実施形態では最下点）まで下降させる（Ｓ９）。この取出用位置は、チャンバー２２０の前壁部２２５に設けられている開閉扉２２６を開けて、ステージ２１１上の三次元造形物をチャンバー２２０の外部へ取り出しやすい位置に設定される。

造形処理終了直後は、まだ、チャンバー２２０内の処理空間が高温であるため、開閉扉２２６を開けて処理空間内の三次元造形物をユーザーがすぐに取り出すことはできない。したがって、ユーザーは、処理空間内の温度が取り出し可能な温度まで低下してから、開閉扉２２６を開けて処理空間内の三次元造形物を造形プレート２１２に固着した状態のまま取り出すことになる。制御部４００は、処理空間内の温度が取り出し可能な温度まで低下するまで開閉扉２２６をロック状態にする冷却期間を設け、処理空間内の温度が取り出し可能な温度まで低下した後に、開閉扉２２６のロック状態を解除することが好ましい。

［造形ヘッドの詳細］
次に、造形ヘッド１１０の構成及び動作について詳しく説明する。
図７は、本実施形態における造形ヘッド１１０の構成を示す断面図である。
本実施形態の造形ヘッド１１０は、４つのノズル１１１が２×２で配置されている（なお、図２では、説明の便宜上、４つのノズル１１１が横並びで図示されている。）。４つのノズル１１１は、それぞれ個別のヘッド加熱部１１２に覆われ（囲まれ）ており、制御部４００は各ヘッド加熱部を個別に制御することができる。これにより、ノズル１１１ごとにフィラメント４あるいはサポート材などの材料をヘッド加熱部１１２で個別に加熱することができる。

ヘッド加熱部１１２は、図７に示すように、断熱材料からなる断熱部１１４に取り付けられている。各ヘッド加熱部１１２は互いに離間しているため、加熱処理中のヘッド加熱部１１２の熱が他のヘッド加熱部１１２に伝搬して他のノズル１１１のフィラメント４が加熱されるのを抑制している。

また、ヘッド加熱部１１２に対してノズル１１１の反対側、すなわち、ヘッド加熱部１１２に対してフィラメント４の移送方向上流側には、ヘッド冷却部１１３が設けられている。ヘッド冷却部１１３は、図７に示すように、アルミニウムなどの伝熱性の高い吸熱材料からなるブロック形状であり、各ヘッド加熱部１１２で個別のものである。ただし、４つのヘッド加熱部１１２で一体のヘッド冷却部１１３を設ける構成としてもよい。

ヘッド加熱部１１２及びヘッド冷却部１１３には、フィラメント４をノズル１１１まで移送するための移送路を形成するための移送管１１６が貫通するように配置されている。この移送管１１６の上端部（フィラメント４の移送方向上流側の端部）がフィラメント４を導入するための導入部１１６ａとなり、導入部１１６ａから導入されたフィラメント４は、移送管１１６の内部（移送路）を通ってノズル１１１まで移送される。その移送の途中で、移送管１１６内のフィラメント４は、ヘッド加熱部１１２の熱により溶融状態（あるいは軟化状態）になり、溶融状態のフィラメント４’がノズル１１１へ移送されることになる。

ヘッド加熱部１１２からの熱は、ヘッド加熱部１１２を通る移送管１１６の部分のフィラメント部分だけでなく、そのフィラメント部分の移送方向上流側にも伝搬する。このとき、ヘッド加熱部１１２から移送方向上流側に離れた箇所のフィラメント４が加熱されて溶融すると、ヘッド加熱部１１２による加熱処理を停止又は中断したときに、その箇所でフィラメントが固化する。これにより、その後にヘッド加熱部１１２による加熱処理を再開しても、その箇所のフィラメントが再溶融するまでに時間がかかる。この場合、フィラメント供給部１２０により送り込まれるフィラメント４を造形ヘッド１１０内で移送することができずに詰まってしまう。したがって、ヘッド加熱部１１２によるフィラメント４の加熱範囲がフィラメント移送方向上流側へ可能な限り拡がらないようにして、ヘッド加熱部１１２による加熱処理の再開後に固着したフィラメントを迅速に再溶融できるようにすることが重要である。

そのため、本実施形態では、ヘッド加熱部１１２のフィラメント移送方向上流側に、ヘッド冷却部１１３が設けられている。ヘッド冷却部１１３を構成する吸熱材料は、フィラメント４が通る移送管１１６に密着しており、ヘッド冷却部１１３は、その移送管１１６内のフィラメント４の熱を吸収して冷却する。これにより、ヘッド加熱部１１２によるフィラメント４の加熱範囲がフィラメント移送方向上流側へ拡がるのを抑制している。

また、本実施形態のフィラメント供給部１２０は、造形ヘッド１１０と一体的に移動可能に構成されている。フィラメント供給部１２０は、図７に示すように、フィラメント４を挟持する材料送り手段としてのエクストルーダ１２１をモータ１２２によって駆動することにより、造形ヘッド１１０の移送管１１６の導入部１１６ａへフィラメントを送り込む。制御部４００によりモータ１２２の駆動を制御することによりエクストルーダ１２１の駆動量を制御することで、フィラメントを送り込む送込量や送込速度を制御できる。フィラメントを送り込む送込量や送込速度を制御することで、ノズル１１１から押し出されるフィラメント４’の押し出し量や押し出し速度を制御できるので、制御部４００は、フィラメント供給部１２０のエクストルーダ１２１の駆動制御により、ノズル１１１から押し出されるフィラメント４’の押し出し量や押し出し速度を制御する。

造形ヘッド１１０に保持されている４つのノズル１１１は、それぞれ、移送管１１６、ヘッド加熱部１１２、ヘッド冷却部１１３、断熱部１１４と一体に構成されてノズルユニット１１５Ａ〜１１５Ｄを構成する。なお、図７には、２つのノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂのみ図示されている。各ノズルユニット１１５Ａ〜１１５Ｄは、位置決め手段としてのノズルユニット保持機構１４０によって、エクストルーダ１２１を支持しているフィラメント供給部１２０の固定ブロック１２３に保持されている。

ノズルユニット保持機構１４０は、固定ブロック１２３に固定された排出部駆動手段としてのアクチュエータ１４１と、アクチュエータ１４１を駆動するモータ１４２とから構成され、各アクチュエータ１４１の駆動端にはそれぞれノズルユニット１１５Ａ〜１１５Ｄが取り付けられている。アクチュエータ１４１の駆動は、モータ１４２を制御する制御部４００によって制御され、アクチュエータ１４１の駆動端に取り付けられたノズルユニット１１５Ａ〜１１５Ｄを上下動させることができる。したがって、各アクチュエータ１４１の駆動により、各ノズルユニット１１５Ａ〜１１５Ｄのノズル１１１の位置を、固定ブロック１２３に対して、ノズル１１１とステージ２１１とが互いに接離する接離方向へ個別に変位させることができる。

本実施形態における造形処理の際、固定ブロック１２３に保持されているノズルユニット１１５Ａ〜１１５Ｄのうち、フィラメント４を押し出して使用するノズル１１１をもったノズルユニットについては、アクチュエータ１４１により所定の使用位置に位置させる。一方、使用するノズル１１１を除いた不使用のノズル１１１をもつノズルユニットについては、アクチュエータ１４１により、使用位置よりもステージ２１１から離れた所定の退避位置まで退避させる。これにより、不使用のノズル１１１自体あるいは不使用のノズル１１１から垂れているフィラメントが、使用するノズル１１１から押し出したフィラメント４’に接触してしまう事態を回避することができる。

［イニシャライズ処理］
次に、ノズル１１１とステージ２１１との間におけるＺ軸方向の相対位置調整を行うイニシャライズ処理（位置調整方法）について説明する。
以下、説明の簡略化のため、２つのノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂのみを用いて説明する。

図８は、本実施形態におけるイニシャライズ処理の流れを示すフローチャートである。
図９（ａ）〜（ｅ）は、イニシャライズ処理中の各時点におけるノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂとステージ２１１のＺ軸方向位置を示す説明図である。
本実施形態において、エクストルーダ１２１を支持しているフィラメント供給部１２０の固定ブロック１２３には、基準となる第一ノズルユニット１１５ＡのＺ軸方向位置を検知する排出部位置検知手段としての測距センサ１４３が取り付けられている。この測距センサ１４３は、固定ブロック１２３上の基準地点（固定ブロック１２３の下面）と、第一ノズルユニット１１５Ａ上の被測定地点（例えばヘッド冷却部１１３の上面）とのＺ軸方向距離を測定できるものであれば、特に制限はない。この測距センサ１４３によって測定されるＺ軸方向距離は、固定ブロック１２３に対する基準の第一ノズルユニット１１５ＡのＺ軸方向位置を示す。

本実施形態のイニシャライズ処理は、本三次元造形装置１の電源投入時、ユーザーの指示操作等を受けて予熱処理を開始する前、予熱処理後であって造形処理を開始する前、三次元造形物の造形回数が規定回数に達した時期など、任意に設定可能な所定のタイミングで実施される。ただし、本実施形態では、相対位置調整の対象であるノズル１１１とステージ２１１が収容されたチャンバー２２０内を高温状態にして造形処理が行われるため、熱膨張などを考慮すると、チャンバー２２０内が造形処理時の温度又はその付近まで昇温されている時期に、イニシャライズ処理を実施するのが好ましい。

本実施形態のイニシャライズ処理において、制御部４００は、まず、Ｘ軸駆動機構３１０及びＹ軸駆動機構３２０を制御して、造形ヘッド１１０を所定のイニシャライズ位置へ移動させる（Ｓ１１）。このイニシャライズ位置は、ステージ２１１もしくは造形プレート２１２上の所定地点に対向するＸＹ平面上の位置であり、例えばステージ２１１もしくは造形プレート２１２の中央位置である。なお、造形プレート２１２の誤差を排除することを考慮すると、ステージ２１１上に造形プレート２１２をセットした状態で造形プレート２１２上の所定地点に対向する位置にイニシャライズ位置を設定するのが好ましい。一方、造形プレート２１２の誤差を考慮しなければ、ステージ２１１上の所定地点に対向する位置にイニシャライズ位置を設定してもよい。また、ステージ２１１と一体的に構成されている部材（ステージ２１１に含まれる部材）であれば、その部材上の所定地点に対向する位置にイニシャライズ位置を設定してもよい。以下、ステージ２１１上の所定地点に対向する位置にイニシャライズ位置を設定した例で説明する。

造形ヘッド１１０を所定のイニシャライズ位置へ移動させたら、次に、制御部４００は、各アクチュエータ１４１を駆動して、造形ヘッド１１０上の全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを下端位置まで下降させる（Ｓ１２）。このとき、フィラメント４を送るエクストルーダ１２１を駆動するステッピングモータであるモータ１２２の励磁はＯＦＦにしておく。これにより、ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂの下降に伴ってフィラメント４が下方へ引かれても、エクストルーダ１２１が従動回転し、フィラメント４がスムーズに送られる。

その後、制御部４００は、測距センサ１４３の計測結果に基づき、固定ブロック１２３と基準の第一ノズルユニット１１５ＡとのＺ軸方向距離Ｌ１を取得する（Ｓ１３）。そして、本実施形態では、ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを造形ヘッド１１０に対してＺ軸方向へ変位自在な状態にする。具体的には、本実施形態では、ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを駆動するアクチュエータ１４１のモータ１４２としてステッピングモータを用いているため、そのモータ１４２の励磁をＯＦＦにする（Ｓ１４）。これにより、ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂは、外力を受けることにより、アクチュエータ１４１の駆動方向すなわちＺ軸方向へ変位することが可能な状態になる。なお、本実施形態では、ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを造形ヘッド１１０に対してＺ軸方向へ変位自在な状態にする方法として、モータ１４２の励磁をＯＦＦにする方法を採用しているが、これに限定されることはない。

このようにして全モータ１４２の励磁をＯＦＦにしたら、次に、制御部４００は、相対移動手段としてのＺ軸駆動機構３３０を駆動して、図９（ｂ）に示すように、ステージ２１１を規定距離だけ上昇させる（Ｓ１５）。この規定距離は、種々の誤差を考慮しても、下端に位置する全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂに対してステージ２１１が接触して押し上げ、かつ、全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを変位可能な上端位置までは押し上げることのない距離に設定される。その結果、全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂをステージ２１１に接触した状態にすることができる。なお、ステージ２１１の上昇を開始させた後、測距センサ１４３の計測結果に基づき、基準の第一ノズルユニット１１５ＡのＺ軸方向位置が変化したことを検知した時点から規定距離（規定時間）だけステージ２１１を上昇させるようにしてもよい。

また、あらかじめ測距センサ１４３で距離を計測する第一ノズルユニット１１５Ａを他のノズルユニット１１５Ｂよりも若干上方に配置することで、基準の第一ノズルユニット１１５ＡのＺ軸方向位置が変化を検知したことをもって、全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂがステージ２１１に接触した状態と判断する構成としてもよい。このようにすることで、ノズルユニットの昇降距離（図９におけるＬ１−Ｌ２）を小さくすることができ、昇降による移動距離の誤差をおさえることができる。

ここで、本実施形態では、ステージ２１１がノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂに接触したときにノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂへ加わる力は、変位可能な状態のノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂが変位することにより逃がすことができる。よって、ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂが固定された状態（変位不能な状態）である場合よりも、その接触時にノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂとステージ２１１とに加わる力が軽減され、ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂやステージ２１１が損傷することを抑制できる。

次に、制御部４００は、このようにステージ２１１とノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂとが接触している状態で、ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを造形ヘッド１１０に対して位置決めする。具体的には、本実施形態では、ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを駆動するアクチュエータ１４１のモータ１４２の励磁をＯＮにする（Ｓ１６）。その後、制御部４００は、図９（ｂ）に示すように、測距センサ１４３の計測結果に基づき、固定ブロック１２３と基準の第一ノズルユニット１１５ＡとのＺ軸方向距離Ｌ２を取得する（Ｓ１７）。

このときに取得したＺ軸方向距離Ｌ２は、ステージ２１１と各ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂとがお互いに接触した状態におけるステージ２１１及び各ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂの各Ｚ軸方向位置を示すものである。したがって、Ｚ軸方向距離Ｌ２は、ステージ２１１と各ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂとの相対位置に関して誤差がない状態のものであり、これをステージ２１１と各ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂとの相対位置を調整するための基準とすることができる。

その後、制御部４００は、Ｚ軸駆動機構３３０を駆動してステージ２１１を距離（Ｌ１−Ｌ２＋γ）だけ下降させるとともに（Ｓ１８）、各アクチュエータ１４１のモータ１４２を駆動して全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを距離（Ｌ１−Ｌ２）だけ下降させる（Ｓ１９）。本実施形態では、距離Ｌ２の位置（基準位置）から距離（Ｌ１−Ｌ２）だけ下方の位置が、ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂのノズル１１１の使用位置に設定されている。したがって、全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを距離Ｌ２の位置（基準位置）から距離（Ｌ１−Ｌ２）だけ下降させることで、図９（ｃ）に示すように、全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂが使用位置に位置決めされる。

一方、ステージ２１１は、距離Ｌ２の位置（基準位置）から、その距離（Ｌ１−Ｌ２）に目標ギャップ量（ステージ２１１とノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂのノズル１１１との目標離間距離）γを加えた距離（Ｌ１−Ｌ２＋γ）だけ下降させる。これにより、図９（ｄ）に示すように、使用位置に位置決めされた全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂに対し、目標ギャップ量だけ下方の位置にステージ２１１が位置決めされる。この位置は、使用位置に位置決めされたノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂのノズル１１１から押し出されるフィラメント４’によって第１層目の層状構造物を開始するときのステージ２１１のＺ軸方向位置である。

そして、造形処理を実施する際、制御部４００は、図９（ｅ）に示すように、使用する第一ノズルユニット１１５Ａは使用位置に維持したまま、使用しない第二ノズルユニット１１５Ｂを、アクチュエータ１４１を制御して、使用位置から退避位置へ上昇させる。この退避位置は、本実施形態では、おおよそ図９（ｂ）に示す基準位置（距離Ｌ２の位置）と同じ位置であるが、不使用の第二ノズルユニット１１５Ｂのノズル１１１、あるいは、そこから垂れるフィラメントが、使用する第一ノズルユニット１１５Ａのノズル１１１から押し出されたフィラメント４’に接触してしまう事態を回避できる位置であれば、特に制限はない。

さらに、使用するノズルユニットを第二ノズルユニット１１５Ｂに切り替えて使用する際には、第二ノズルユニット１１５Ｂのアクチュエータ１４１を制御して不使用時に上昇させた分だけ下降させることで、第二ノズルユニット１１５Ｂを基準位置におくことができる。このとき、使用しなくなる第一ノズルユニット１１５Ａは、アクチュエータ１４１を制御して、使用位置から退避位置へ上昇させることで、不使用の第一ノズルユニット１１５Ａのノズル１１１、あるいは、そこから垂れるフィラメントが、すでに押し出されたフィラメント４’に接触してしまうことを回避する。

本実施形態のイニシャライズ処理によれば、ステージ２１１と各ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを接触状態にして相対位置に関して誤差がない状態（距離Ｌ２の位置）を基準にして、各ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂが使用位置に位置決めされ、ステージ２１１が第１層目の層状構造物を開始する位置に位置決めされる。各ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂとステージ２１１との間の相対位置精度が高く、使用位置のノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂと第１層目の層状構造物を開始する位置のステージ２１１とのギャップ量（離間距離）は、目標ギャップ量γに精度良く調整できる。また、ステージ２１１の移動量をＺ軸駆動機構３３０によって高精度に制御できるので、第２層目以降のギャップ量も高精度を維持できる。

特に、本実施形態のように熱溶解積層法（ＦＤＭ）により三次元造形物を造形する場合、フィラメント４’を押し出すノズル１１１とステージ２１１上の造形プレート２１２とのギャップ量（特に第１層目）の調整には高い精度が求められる。このギャップ量が広すぎると、ノズル１１１から押し出したフィラメント４’を造形プレート２１２あるいは下層の層状構造物へ押し付ける押し付け力が弱く、押し出したフィラメント４’と造形プレート２１２あるいは下層の層状構造物との接着力が不十分となるなどの不具合が生じる。一方、このギャップ量が狭すぎると、ノズル１１１からフィラメント４’を押し出すときの押し出し抵抗が大きくなり、フィラメントの目詰まりなどの不具合を引き起こす。本実施形態によれば、ギャップ量を高精度に調整できることから、このような不具合を抑制できる。

また、本実施形態では、図９（ｂ）に示すように、２つのノズルユニットの１１５Ａ，１１５Ｂが両方ともステージ２１１に接触した状態を基準位置としている。そのため、イニシャライズ処理の開始前に、図９（ａ）に示すように、２つのノズルユニットの１１５Ａ，１１５Ｂ間でノズル１１１の先端位置がズレていても、このズレが無い状態で基準位置が決まる。よって、その後に当該基準位置に基づいて各ノズルユニットの１１５Ａ，１１５Ｂをアクチュエータ１４１によって変位させる際には、両者間の位置ズレが是正された状態で変位させることができる。

２つのノズルユニットの１１５Ａ，１１５Ｂ間でノズル１１１の先端位置がズレている場合、ノズルユニットの１１５Ａ，１１５Ｂが変位不能な状態であると、２つのノズルユニットの１１５Ａ，１１５Ｂの両方にステージ２１１を接触させることができない。本実施形態のように、変位可能な状態のノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂに対してステージ２１１を接触させるので、２つのノズルユニットの１１５Ａ，１１５Ｂの両方がステージ２１１に接触した状態を基準位置にすることが可能になっている。

また、上述した説明では、造形ヘッド１１０上の全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを下端位置まで下降させたときに、図９（ａ）に示すように、基準の第一ノズルユニット１１５Ａよりも第二ノズルユニット１１５Ｂの方が、ノズル１１１の先端位置が下方に位置している。しかしながら、図１０（ａ）に示すように、造形ヘッド１１０上の全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを下端位置まで下降させたときに、基準の第一ノズルユニット１１５Ａよりも第二ノズルユニット１１５Ｂの方が、ノズル１１１の先端位置が上方に位置している場合、上述したイニシャライズ処理では、第二ノズルユニット１１５Ｂが狙いの使用位置まで下降する前にアクチュエータ１４１の駆動可能範囲の下端に達してしまうおそれがある。この場合、第二ノズルユニット１１５Ｂを狙いの使用位置に位置決めできない。

したがって、各アクチュエータ１４１のモータ１４２を駆動して全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを下降させる際（Ｓ１９）、その下降距離は、全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを下端位置まで下降させたときのノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂ間におけるノズル１１１の先端位置の最大誤差Ｅを考慮して設定するのが好ましい。具体的には、各アクチュエータ１４１のモータ１４２を駆動して全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを下降させる際の下降距離は、図１０（ｃ）に示すように、距離（Ｌ１−Ｌ２−Ｅ）とする。これによれば、全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを下端位置まで下降させたときのノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂ間におけるノズル１１１の先端位置に誤差が生じていても、全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを狙いの使用位置に位置決めすることができる。

また、本実施形態では、造形ヘッド１１０に保持されているノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂのうちの一方である第一ノズルユニット１１５Ａだけに測距センサ１４３を設けているが、両方のノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂにそれぞれ測距センサ１４３を設けてもよい。この場合、図９（ｂ）に示すように、２つのノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂが両方ともステージ２１１に接触した状態（基準位置）において、測距センサ１４３の測定距離が長い方のノズルユニットについての測距センサ１４３の測定結果を用いるようにすれば、全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを下端位置まで下降させたときのノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂ間におけるノズル１１１の先端位置に誤差が生じていても、全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを狙いの使用位置に位置決めすることができる。

また、本実施形態では、図９（ｂ）に示すようにステージ２１１を上昇させる際の規定距離を、種々の誤差を考慮しても下端に位置する全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂに対してステージ２１１が確実に接触して押し上げられるような距離に設定されている。しかしながら、両方のノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂにそれぞれ測距センサ１４３を設けた構成であれば、例えば、両方の測距センサ１４３の測定結果から全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂが押し上げられたことを検知した時点で、ステージ２１１の上昇を停止させるようにしてもよい。この場合、より迅速なイニシャライズ処理が実現できる。

〔変形例１〕
次に、本実施形態におけるイニシャライズ処理の一変形例（以下、本変形例を「変形例１」という。）について説明する。
造形ヘッド１１０上に複数のノズル１１１が保持されている構成においては、各ノズル１１１とステージ２１１との適正なギャップ量がノズル１１１間で異なる場合がある。例えば、押し出されるフィラメント４の材料が異なるノズル１１１においては、それぞれの材料に応じて適正なギャップ量が異なる場合が多い。そのため、ステージ２１１との適正なギャップ量がノズル１１１間で異なる場合には、各ノズルユニット１１５Ａ，１１５ＢのＺ軸方向位置を、それぞれの目標ギャップ量に応じた異なる位置に位置決めする必要がある。本変形例１におけるイニシャライズ処理は、各ノズルユニット１１５Ａ，１１５ＢのＺ軸方向位置を、それぞれの目標ギャップ量に応じた異なる位置に位置決めするものである。

図１１は、本変形例１におけるイニシャライズ処理の流れを示すフローチャートである。
図１２（ａ）〜（ｅ）は、本変形例１のイニシャライズ処理中の各時点におけるノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂとステージ２１１のＺ軸方向位置を示す説明図である。
なお、以下の説明では、上述した実施形態におけるイニシャライズ処理とは異なる点を中心に説明する。

本変形例１のイニシャライズ処理におけるステップＳ１１〜Ｓ１７までは、図１２（ａ）〜（ｂ）に示すように、上述した実施形態のイニシャライズ処理と同様である。その後、ステージ２１１については、本変形例１でもＺ軸駆動機構３３０を駆動して距離（Ｌ１−Ｌ２＋γ）だけ下降させるが（Ｓ１８）、各ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂについてはそれぞれ下降させる距離が異なる。

具体的には、本変形例１では、第一ノズルユニット１１５Ａについての目標ギャップ量γよりも第二ノズルユニット１１５Ｂの目標ギャップ量（γ＋α）の方が距離αだけ広い。したがって、第一ノズルユニット１１５Ａの使用位置よりも第二ノズルユニット１１５Ｂの使用位置の方が距離α分だけステージ２１１からは遠い。そのため、本変形例１のイニシャライズ処理では、第一ノズルユニット１１５Ａについては、距離Ｌ２の位置から、アクチュエータ１４１のモータ１４２を駆動して距離（Ｌ１−Ｌ２）だけ下降させる（Ｓ２１）。一方、第二ノズルユニット１１５Ｂについては、距離Ｌ２の位置から、アクチュエータ１４１のモータ１４２を駆動して距離（Ｌ１−Ｌ２−α）だけ下降させる（Ｓ２２）。その結果、第一ノズルユニット１１５Ａについては、ステージ２１１とのギャップ量が距離γとなるように位置決めされ、第二ノズルユニット１１５Ｂについては、ステージ２１１とのギャップ量が距離（γ＋α）となるように位置決めされる。

その後、造形処理を実施する際、制御部４００は、図１２（ｅ）に示すように、使用する第二ノズルユニット１１５Ｂは使用位置に維持したまま、使用しない第一ノズルユニット１１５Ａを、アクチュエータ１４１を制御して、使用位置から退避位置へ上昇させる。

〔変形例２〕
次に、本実施形態におけるイニシャライズ処理の他の変形例（以下、本変形例を「変形例２」という。）について説明する。
上述した実施形態では、ノズルユニット１１５Ａ，１１５ＢのＺ軸方向位置を検知する排出部位置検知手段として、造形ヘッド１１０上の固定ブロック１２３に取り付けられた測距センサ１４３を用いているが、本変形例２では、このような測距センサ１４３を用いずにイニシャライズ処理を行う。具体的には、本変形例２では、エクストルーダ１２１によるフィラメント４の送り量を送り量検知手段としてのエンコーダ１４４で検知し、検知した送り量から基準のノズルユニット１１５ＡのＺ軸方向位置を検知して、イニシャライズ処理を行う。

図１３は、本変形例２における造形ヘッド１１０の構成を示す断面図である。
図１４は、本変形例２におけるイニシャライズ処理の流れを示すフローチャートである。
図１５（ａ）〜（ｅ）は、本変形例２のイニシャライズ処理中の各時点におけるノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂとステージ２１１のＺ軸方向位置を示す説明図である。
本変形例２のイニシャライズ処理においては、上述した実施形態と同様に、造形ヘッド１１０を所定のイニシャライズ位置へ移動させた後に（Ｓ１１）、図１５（ａ）に示すように、各アクチュエータ１４１を駆動して、造形ヘッド１１０上の全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを下端位置まで下降させる（Ｓ１２）。このとき、フィラメント４を送るエクストルーダ１２１を駆動するステッピングモータであるモータ１２２の励磁がＯＦＦになっているので、ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂの下降に伴い、エクストルーダ１２１が従動回転してフィラメント４が下方へスムーズに送られる。

その後、本変形例２では、制御部４００は、エクストルーダ１２１に取り付けられたエンコーダ１４４の測定を開始する（Ｓ３１）。そして、ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを駆動するアクチュエータ１４１のモータ１４２の励磁をＯＦＦにして（Ｓ１４）、ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを造形ヘッド１１０に対してＺ軸方向へ変位自在な状態にし、図１５（ｂ）に示すように、ステージ２１１を規定距離だけ上昇させる（Ｓ１５）。

本変形例２において、上昇している途中のステージ２１１が基準の第一ノズルユニット１１５Ａのノズル１１１に接触して第一ノズルユニット１１５Ａを押し上げると、そのノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂに導入されているフィラメント４も一体的に押し上げられる。これにより、エクストルーダ１２１が従動回転し、その回転量がエンコーダ１４４によって測定される（Ｓ３２）。この回転量は、フィラメント４が押し上げられた量すなわちステージ２１１の上昇によって基準の第一ノズルユニット１１５Ａが押し上げられた量Ｒ１に相当する。特に、第一ノズルユニット１１５Ａは、ステージ２１１によってノズル１１１に蓋をされた状態で押し上げられるため、ノズル１１１からフィラメント４が漏れ出ることがなく、エクストルーダ１２１の従動回転量（エンコーダ１４４の測定量）と第一ノズルユニット１１５Ａの移動量との間には高い相関関係があり、第一ノズルユニット１１５Ａの移動量について高精度な測定が可能である。

ステージ２１１が規定距離だけ上昇したときのフィラメント４の位置は、ステージ２１１と各ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂとがお互いに接触した状態のものである。したがって、この位置は、ステージ２１１と各ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂとの相対位置に関して誤差がない状態のものであり、これをステージ２１１と各ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂとの相対位置を調整するための基準とすることができる。

その後、制御部４００は、Ｚ軸駆動機構３３０を駆動してステージ２１１を距離（Ｒ１＋γ）だけ下降させるとともに（Ｓ３３）、各アクチュエータ１４１のモータ１４２を駆動して全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを距離Ｒ１だけ下降させる（Ｓ３４）。これにより、全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂは、図１５（ｃ）に示すように、フィラメント移動量Ｒ１の位置（基準位置）から、Ｒ１に相当する距離だけ下方の使用位置に、全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂが位置決めされる。

一方、ステージ２１１は、フィラメント移動量Ｒ１の位置（基準位置）から、そのＲ１に相当する距離に目標ギャップ量γを加えた距離（Ｒ１＋γ）だけ下降させる。これにより、図１５（ｄ）に示すように、使用位置に位置決めされた全ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂに対し、目標ギャップ量γだけ下方の位置にステージ２１１が位置決めされる。

なお、上述した実施形態や上述した各変形例で説明した各種構成や動作は、適宜組み合わせることができる。
また、本実施形態では、ステージ２１１と各ノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂのノズル１１１との相対位置の調整、あるいは、三次元造形物の造形処理を、作業者等の人間の手作業による工程を経ずに実現されているが、その一部の工程を人間の手作業によって実現してもよい。例えば、造形ヘッド１１０上のノズルユニット１１５Ａ，１１５Ｂを下端位置まで下降させる工程（Ｓ１２）、ステージ２１１を規定距離だけ上昇させる工程（Ｓ１５）などを、人間の手作業によって実現してもよい。

本発明は、上述した熱溶解積層法（ＦＤＭ）に限定されるものではなく、保持部材に保持された材料排出部と載置台とが互いに接離する接離方向へ相対移動する三次元造形装置により、該材料排出部から排出される材料を用いて該載置台上に三次元造形物を造形するものであれば、他の造形方法で三次元造形物を造形する三次元造形装置にも適用可能である。

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
造形ヘッド１１０等の保持部材に保持されたノズル１１１等の材料排出部とステージ２１１等の載置台との相対位置の調整を行う位置調整処理と、該材料排出部と載置台とを互いに接離する接離方向（Ｚ軸方向）へ相対移動させ、該材料排出部から排出されるフィラメント４等の材料を該載置台上に積層して三次元造形物を造形する造形処理とを有する三次元造形物の製造方法において、前記位置調整処理は、前記保持部材に対して前記材料排出部を前記接離方向へ変位自在に保持させた状態で、前記載置台と該材料排出部とが接触した状態になるように、該保持部材と該載置台とを前記接離方向へ相対移動させる接触移動工程と、前記材料排出部と前記載置台とが接触した状態で前記保持部材に対する該材料排出部の位置決めを行う位置決め工程と、前記材料排出部と前記載置台とが接触した状態での前記保持部材と該載置台との接離方向位置を基準にして、前記材料排出部と該載置台との離間距離が所定の離間距離γとなるように、該保持部材と該載置台とを前記接離方向へ相対移動させる離間移動工程とを有することを特徴とする。
本態様によれば、材料排出部と載置台との相対位置の調整を行う位置調整処理の接触移動工程において、材料排出部が保持部材に対して接離方向へ変位自在な状態であるため、材料排出部と載置台との接触時に加わる力を、材料排出部の変位によって逃がすことができる。そして、本態様では、位置決め工程において、材料排出部と載置台とが接触した状態で、変位自在な状態であった材料排出部を保持部材に対して位置決めし、これにより材料排出部と載置台との相対位置が調整される。

（態様Ｂ）
前記態様Ａにおいて、前記保持部材に保持される複数の材料排出部のうちの少なくとも１つの材料排出部から排出される材料を用いて、前記載置台上に三次元造形物を造形するものであり、前記接触移動工程では、前記載置台と前記複数の材料排出部とが接触した状態になるように、前記保持部材と該載置台とを前記接離方向へ相対移動させ、前記位置決め工程では、前記複数の材料排出部と前記載置台とが接触した状態で前記保持部材に対する該複数の材料排出部の位置決めを行うことを特徴とする。
これによれば、保持部材に保持されている複数の材料排出部と載置台との相対位置の調整を同時に行うことができるとともに、複数の材料排出部間における接離方向位置のズレを是正できる。

（態様Ｃ）
前記態様Ｂにおいて、三次元造形物の造形の際、前記複数の材料排出部のうち、材料を排出する一部の材料排出部を除いた他の材料排出部をアクチュエータ１４１等の排出部駆動手段により駆動して、該一部の材料排出部よりも前記載置台から前記接離方向に離れた退避位置まで退避させることを特徴とする。
これによれば、当該他の材料排出部自体あるいは当該他の材料排出部から排出されている材料が、当該一部の材料排出部から押し出された材料に接触しまう事態を安定して回避でき、適切に三次元造形物を造形できる。

（態様Ｄ）
前記態様Ｃにおいて、前記接触移動工程では、モータ１４２の励磁をＯＦＦするなどして前記排出部駆動手段を稼働不能状態にすることにより、前記保持部材に対して前記複数の材料排出部を前記接離方向へ変位自在に保持させ、前記位置決め工程では、モータ１４２の励磁をＯＮするなどして前記排出部駆動手段を稼働可能状態にすることにより、前記保持部材に対する前記複数の材料排出部の位置決めを行うことを特徴とする。
これによれば、排出部駆動手段を利用して、保持部材に対して複数の材料排出部が接離方向へ変位自在な状態と、保持部材に対して複数の材料排出部が位置決めされた状態とを切り換えることができる。

（態様Ｅ）
前記態様Ｃ又はＤにおいて、前記離間移動工程では、前記所定の離間距離が前記複数の材料排出部間で異なり、該複数の材料排出部のうちの少なくとも１つの材料排出部についての離間距離は、前記排出部駆動手段を駆動して所定の離間距離となるようにすることを特徴とする。
これによれば、所定の離間距離が複数の材料排出部間で異なる場合でも、それぞれの材料排出部の離間距離をそれぞれ所定の離間距離に適切に調整することができる。

（態様Ｆ）
前記態様Ｃ〜Ｅのいずれかの態様において、前記離間移動工程では、前記複数の材料排出部のうちの少なくとも１つの材料排出部については、前記排出部駆動手段の駆動により、前記材料排出部と前記載置台とが接触した状態での位置から前記載置台の方向へ変位させ、さらにその変位後の当該材料排出部と該載置台との離間距離が前記所定の離間距離γとなるように、該保持部材と該載置台とを前記接離方向へ相対移動させることを特徴とする。
これによれば、当該少なくとも１つの材料排出部について使用位置に位置させ、この使用位置の当該材料排出部に対して所定の離間距離だけ離れた位置に載置台を位置させることができるので、材料排出部と載置台との相対位置の調整が完了した時点で、迅速に造形処理を開始することが可能である。

（態様Ｇ）
前記態様Ｆにおいて、前記離間移動工程では、前記少なくとも１つの材料排出部を変位させる際、該少なくとも１つの材料排出部の前記接離方向における位置を検知する測距センサ１４３、エンコーダ１４４等の排出部位置検知手段を用いて該少なくとも１つの材料排出部の位置を検知し、その検知結果に基づいて前記排出部駆動手段の駆動を制御することを特徴とする。
これによれば、当該少なくとも１つの材料排出部について適切に使用位置に位置させることが可能となる。

（態様Ｈ）
前記態様Ｇにおいて、前記排出部位置検知手段として、前記少なくとも１つの材料排出部へ材料を送るエクストルーダ１２１等の材料送り手段の送り量を検知するエンコーダ１４４等の送り量検知手段を用いることを特徴とする。
これによれば、送り量検知手段を利用して、当該少なくとも１つの材料排出部について適切に使用位置に位置させることが可能となる。

（態様Ｉ）
保持部材に保持された材料排出部と該載置台とを互いに接離する接離方向へ相対移動させ、該材料排出部から排出される材料を該載置台上に積層する三次元造形装置における材料排出部と載置台との相対位置の調整を行う位置調整方法において、前記保持部材に対して前記材料排出部を前記接離方向へ変位自在に保持させた状態で、前記載置台と該材料排出部とが接触した状態になるように、該保持部材と該載置台とを前記接離方向へ相対移動させる接触移動工程と、前記材料排出部と前記載置台とが接触した状態で前記保持部材に対する該材料排出部の位置決めを行う位置決め工程と、前記材料排出部と前記載置台とが接触した状態での前記保持部と該載置台との接離方向位置を基準にして、前記材料排出部と該載置台との離間距離が所定の離間距離となるように、該保持部材と該載置台とを前記接離方向へ相対移動させる離間移動工程とを有することを特徴とする。
本態様によれば、材料排出部と載置台との相対位置の調整を行う位置調整処理の接触移動工程において、材料排出部が保持部材に対して接離方向へ変位自在な状態であるため、材料排出部と載置台との接触時に加わる力を、材料排出部の変位によって逃がすことができる。そして、本態様では、位置決め工程において、材料排出部と載置台とが接触した状態で、変位自在な状態であった材料排出部を保持部材に対して位置決めし、これにより材料排出部と載置台との相対位置が調整される。

（態様Ｊ）
保持部材に保持された材料排出部と該載置台とを互いに接離する接離方向へ相対移動させ、該材料排出部から排出される材料を該載置台上に積層する三次元造形装置において、前記材料排出部が前記保持部材に対して前記接離方向へ変位自在な変位自在状態と該材料排出部が該保持部材に位置決めされた位置決め状態とに切り換え可能なノズルユニット保持機構１４０等の位置決め手段を有し、前記位置決め手段を前記変位自在状態に切り換えて、前記載置台と前記材料排出部とが接触した状態になるように前記相対移動手段により前記保持部材と該載置台とを前記接離方向へ相対移動させ、該材料排出部と該載置台とが接触した状態で該位置決め手段を前記位置決め状態に切り換え、該材料排出部と該載置台との離間距離が所定の離間距離となるように、該相対移動手段により該保持部材と該載置台とを前記接離方向へ相対移動させることを特徴とする。
本態様によれば、材料排出部と載置台との相対位置の調整を行う位置調整処理において、排出部が保持部材に対して接離方向へ変位自在な状態で材料排出部と載置台とを接触させるため、材料排出部と載置台との接触時に加わる力を、材料排出部の変位によって逃がすことができる。そして、本態様では、材料排出部と載置台とが接触した状態で、変位自在な状態であった材料排出部を保持部材に対して位置決めし、これにより材料排出部と載置台との相対位置が調整される。

１ 三次元造形装置
２ 本体フレーム
４，４’ フィラメント
１００ 材料供給部
１１０ 造形ヘッド
１１１ ノズル
１１２ ヘッド加熱部
１１３ ヘッド冷却部
１１４ 断熱部
１１５ ノズルユニット
１１６ 移送管
１１６ａ 導入部
１２０ フィラメント供給部
１２１ エクストルーダ
１２２ モータ
１２３ 固定ブロック
１３０ ヘッド冷却装置
１４０ ノズルユニット保持機構
１４１ アクチュエータ
１４２ モータ
１４３ 測距センサ
１４４ エンコーダ
２００ 三次元造形部
２１０ 載置部
２１１ ステージ
２１２ 造形プレート
２２０ チャンバー
２３０ 加熱部
２４０ ノズル清掃部
３００ 駆動部
３１０ Ｘ軸駆動機構
３２０ Ｙ軸駆動機構
３３０ Ｚ軸駆動機構
４００ 制御部

米国特許第６６２９０１１号明細書

Claims (10)

1. 保持部材に保持された材料排出部と載置台との相対位置の調整を行う位置調整処理と、該材料排出部と該載置台とを互いに接離する接離方向へ相対移動させ、該材料排出部から排出される材料を該載置台上に積層して三次元造形物を造形する造形処理とを有する三次元造形物の製造方法において、
   前記位置調整処理は、
   前記保持部材に対して前記材料排出部を前記接離方向へ変位自在に保持させた状態で、前記載置台と該材料排出部とが接触した状態になるように、該保持部材と該載置台とを前記接離方向へ相対移動させる接触移動工程と、
   前記材料排出部と前記載置台とが接触した状態で前記保持部材に対する該材料排出部の位置決めを行う位置決め工程と、
   前記材料排出部と前記載置台とが接触した状態での前記保持部材と該載置台との接離方向位置を基準にして、前記材料排出部と該載置台との離間距離が所定の離間距離となるように、該保持部材と該載置台とを前記接離方向へ相対移動させる離間移動工程とを有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
2. 請求項１に記載の三次元造形物の製造方法において、
   前記保持部材に保持される複数の材料排出部のうちの少なくとも１つの材料排出部から排出される材料を用いて、前記載置台上に三次元造形物を造形するものであり、
   前記接触移動工程では、前記載置台と前記複数の材料排出部とが接触した状態になるように、前記保持部材と該載置台とを前記接離方向へ相対移動させ、
   前記位置決め工程では、前記複数の材料排出部と前記載置台とが接触した状態で前記保持部材に対する該複数の材料排出部の位置決めを行うことを特徴とする三次元造形物の製造方法。
3. 請求項２に記載の三次元造形物の製造方法において、
   三次元造形物の造形の際、前記複数の材料排出部のうち、材料を排出する一部の材料排出部を除いた他の材料排出部を排出部駆動手段により駆動して、該一部の材料排出部よりも前記載置台から前記接離方向に離れた退避位置まで退避させることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
4. 請求項３に記載の三次元造形物の製造方法において、
   前記接触移動工程では、前記排出部駆動手段を稼働不能状態にすることにより、前記保持部材に対して前記複数の材料排出部を前記接離方向へ変位自在に保持させ、
   前記位置決め工程では、前記排出部駆動手段を稼働可能状態にすることにより、前記保持部材に対する前記複数の材料排出部の位置決めを行うことを特徴とする三次元造形物の製造方法。
5. 請求項３又は４に記載の三次元造形物の製造方法において、
   前記離間移動工程では、前記所定の離間距離が前記複数の材料排出部間で異なり、該複数の材料排出部のうちの少なくとも１つの材料排出部についての離間距離は、前記排出部駆動手段を駆動して所定の離間距離となるようにすることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
6. 請求項３乃至５のいずれか１項に記載の三次元造形物の製造方法において、
   前記離間移動工程では、前記複数の材料排出部のうちの少なくとも１つの材料排出部については、前記排出部駆動手段の駆動により、前記材料排出部と前記載置台とが接触した状態での位置から前記載置台の方向へ変位させ、さらにその変位後の当該材料排出部と該載置台との離間距離が前記所定の離間距離となるように、該保持部材と該載置台とを前記接離方向へ相対移動させることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
7. 請求項６に記載の三次元造形物の製造方法において、
   前記離間移動工程では、前記少なくとも１つの材料排出部を変位させる際、該少なくとも１つの材料排出部の前記接離方向における位置を検知する排出部位置検知手段を用いて該少なくとも１つの材料排出部の位置を検知し、その検知結果に基づいて前記排出部駆動手段の駆動を制御することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
8. 請求項７に記載の三次元造形物の製造方法において、
   前記排出部位置検知手段として、前記少なくとも１つの材料排出部へ材料を送る材料送り手段の送り量を検知する送り量検知手段を用いることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
9. 保持部材に保持された材料排出部と載置台とを互いに接離する接離方向へ相対移動させ、該材料排出部から排出される材料を該載置台上に積層する三次元造形装置における材料排出部と載置台との相対位置の調整を行う位置調整方法において、
   前記保持部材に対して前記材料排出部を前記接離方向へ変位自在に保持させた状態で、前記載置台と該材料排出部とが接触した状態になるように、該保持部材と該載置台とを前記接離方向へ相対移動させる接触移動工程と、
   前記材料排出部と前記載置台とが接触した状態で前記保持部材に対する該材料排出部の位置決めを行う位置決め工程と、
   前記材料排出部と前記載置台とが接触した状態での前記保持部材と該載置台との接離方向位置を基準にして、前記材料排出部と該載置台との離間距離が所定の離間距離となるように、該保持部材と該載置台とを前記接離方向へ相対移動させる離間移動工程とを有することを特徴とする位置調整方法。
10. 保持部材に保持された材料排出部と載置台とを互いに接離する接離方向へ相対移動させ、該材料排出部から排出される材料を該載置台上に積層する三次元造形装置において、 前記材料排出部が前記保持部材に対して前記接離方向へ変位自在な変位自在状態と該材料排出部が該保持部材に位置決めされた位置決め状態とに切り換え可能な位置決め手段を有し、
    前記位置決め手段を前記変位自在状態に切り換えて、前記載置台と前記材料排出部とが接触した状態になるように前記保持部材と該載置台とを前記接離方向へ相対移動させ、該材料排出部と該載置台とが接触した状態で該位置決め手段を前記位置決め状態に切り換え、該材料排出部と該載置台との離間距離が所定の離間距離となるように、該保持部材と該載置台とを前記接離方向へ相対移動させることを特徴とする三次元造形装置。

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