JP2018144321A - フィラメント残量管理装置、三次元造形装置およびフィラメント残量管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フィラメントが巻回されたフィラメントリールとしてメーカー純正品でないものを使用した場合でも、そのフィラメントの残量を管理する。
【解決手段】三次元造形データに基づき相対的な位置関係を三次元で変化させるとともにフィラメントを溶解した溶解樹脂を吐出するヘッド機構を備え、ヘッド機構から吐出された溶解樹脂を積層して三次元造形物を作製する三次元造形装置における、フィラメントの残量を管理するフィラメント残量管理装置において、フィラメントを巻回したフィラメントリールを支持するとともに、フィラメントリールの重量を測定する重量測定手段を備えたフィラメントリールホルダーと、予め設定されたフィラメントリール重量を記憶する記憶手段と、重量測定手段により測定されたフィラメントリールの重量から記憶手段に記憶されたフィラメントリール重量を減算してフィラメント重量を算出する重量算出手段とを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、フィラメント残量管理装置、三次元造形装置およびフィラメント残量管理方法に関する。さらに詳細には、本発明は、熱溶解積層法（ＦＤＭ（Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）法またはＦＦＦ（Ｆｕｓｅｄ Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）法とも称する。）により三次元造形物を作製する三次元造形装置に用いて好適なフィラメント残量管理装置、三次元造形装置およびフィラメント残量管理方法に関する。

従来より、所望の三次元造形物を作製するための三次元造形データに基づいて、「フィラメント」と称される線状に加工した熱可塑性樹脂が供給されるヘッド機構から、当該フィラメントを溶解して生成した樹脂（本明細書においては、「フィラメントを溶解して生成した樹脂」を「溶解樹脂」と適宜に称する。）を吐出し、吐出した溶解樹脂を積層する熱溶解積層法により所望の三次元造形物を作製する三次元造形装置が知られている。

こうした三次元造形装置においては、供給されたフィラメントを溶解して溶解樹脂を吐出するヘッド機構と、ヘッド機構から吐出された溶解樹脂が積層されて三次元造形物が作製されるテーブルとが、例えば、ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の三軸方向に相対的に移動自在に配設されている。そして、所望の三次元造形物を作製するための三次元造形データに基づいて、ヘッド機構から溶解樹脂をテーブル上に吐出する。溶解樹脂は、吐出されると冷却されて硬化（固化）して硬化層を形成する。三次元造形装置は、三次元造形データに基づき形成される硬化層を積み重ねて、所望の三次元造形物を作製する。

上記した三次元造形装置のヘッド機構は、ボビン形状のフィラメントリール（「フィラメントリール」は、「フィラメントスプール」とも称される。）に巻回されたフィラメントを巻き解いて供給され、供給されたフィラメントを溶解して溶解樹脂をノズルから吐出する。

ここで、図１には、熱溶解積層法により三次元造形物を作製する従来の三次元造形装置の概略構成斜視説明図が示されている。なお、以下の説明においては、説明を簡略化して三次元造形装置の理解を容易にするために、説明の便宜上、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を参照しながら説明する。しかしながら、三次元造形装置は、本説明に用いたＸＹＺ直交座標系配置に限られるものではないことは勿論である。

この図１に示す三次元造形装置１００は、筐体１０２内の底部に配置されたガイドレール１０４上に、ＸＹＺ直交座標系におけるＹ軸方向に移動自在に配設されたテーブル１０６を備えている。このテーブル１０６上に、三次元造形データに基づき形成される硬化層が積層されて、所望の三次元造形物が作製されることになる。テーブル１０６の上方側には、Ｘ軸方向に平行に延長して、筐体１０２の左側面部１０２ａと右側面部１０２ｂとにその両端部が固定された一対のガイドレール１０８が配設されている。一対のガイドレール１０８には、移動部材１１０がＸ軸方向に沿って移動可能に支持されて配設されている。移動部材１１０のＹ軸方向前方側には、筐体１０２内に引き込まれたフィラメント２００を溶解し、溶解樹脂をノズル１１２から吐出するヘッド機構１１４が、ケース１１６内に収納されてＺ軸方向に移動自在に配設されている。

フィラメント２００は、ボビン様のフィラメントリール２０２に巻回されている。フィラメントリール２０２は、筐体１０２の左側面部１０２ａからＸ軸方向に沿って左方側に突出形成されたフィラメントリールホルダー（図示せず。）に、Ｘ軸周りに回転自在に配設されている。

上記した三次元造形装置１００の全体の動作は、マイクロコンピューター１１８により制御される。三次元造形装置１００においては、マイクロコンピューター１１８の制御により、所望の三次元造形物を作製するための三次元造形データに基づいて駆動源（図示せず。）を駆動して、移動部材１１０をＸ軸方向において左方側および右方側の任意の位置に移動し、かつ、移動部材１１０に配設されたヘッド機構１１４をＺ軸方向において上方側および下方側の任意の位置に移動し、かつ、テーブル１０６をガイドレール１０４上でＹ軸方向において前方側および後方側の任意の位置に移動する。これにより、ヘッド機構１１４のノズル１１２とテーブル１０６との相対的な位置関係が三次元で変化する。また、マイクロコンピューター１１８の制御により、所望の三次元造形物を作製するための三次元造形データに基づいてヘッド機構１１４を作動し、フィラメントリール２０２に巻回されたフィラメント２００を巻き解きながらヘッド機構１１４内に引き込み、ヘッド機構１１４において溶解樹脂を生成して、当該溶解樹脂をノズル１１２から吐出する。

なお、図１においては、筐体１０２内の構成を示すために、筐体１０２の前方側に位置するカバーの図示は省略している。

以上の構成において、三次元造形装置１００においては、所望の三次元造形物を作製するための三次元造形データに基づいて、ヘッド機構１１４のノズル１１２とテーブル１０６との相対的な位置関係を三次元で変化させながら、ノズル１１２から溶解樹脂を吐出する。これにより、テーブル１０６上に三次元造形データに基づき形成される硬化層が積層され、この硬化層の積層により所望の三次元造形物が作製される。

この際に、ヘッド機構１１４は、フィラメントリール２０２に巻回されたフィラメント２００を巻き解きながら、ヘッド機構１１４内に引き込む。これにより、ヘッド機構１１４にフィラメント２００が供給されて、ヘッド機構１１４において溶解樹脂の生成が行われる。

フィラメントリール２０２に巻回されたフィラメント２００は、三次元造形物の作製に伴い順次消費されていくものである。フィラメントリール２０２に巻回されたフィラメント２００が全て消費されると、巻回されたフィラメントが使用されていない状態のフィラメントリール（本明細書においては、「巻回されたフィラメントが使用されていない状態のフィラメントリール」を「新品フィラメントリール」と適宜に称する。）への交換作業を行う必要がある。即ち、フィラメントリールホルダーからフィラメント２００が全て消費されたフィラメントリール２０２を取り外し、新品フィラメントリールをフィラメントリールホルダーに取り付ける。そして、新品フィラメントリールに巻回されたフィラメントを用いて、三次元造形物を作製することになる。

ここで、ある三次元造形物の作製の途中でフィラメントリールに巻回されていたフィラメントが全て消費されると、上記したように新品フィラメントリールへの交換作業を行う必要がある。

しかしながら、三次元造形物の作製の途中でのフィラメントリールの交換作業は、三次元造形物の作製を失敗する原因となる。このため、三次元造形物の作製の途中でのフィラメントリールの交換作業を行うことがないように、フィラメントリールに残存しているフィラメントの残量を管理する手法が提案されている。

従来のフィラメント残量を管理する手法は、例えば、以下に説明するような手法であった。即ち、「フィラメントが巻回されたフィラメントリールは、三次元造形装置の製造者の純正品、所謂、メーカー純正品であって、新品フィラメントリールから全てのフィラメントが消費されるまで交換しない。」ことを想定し、所望の三次元造形物を作製する毎に、当該三次元造形物を作製するための三次元造形データから算出したフィラメントの予想使用重量を新品フィラメントリールの重量から減算し、その減算結果をフィラメント残量としてフィラメントリールに埋め込んだＩＣチップに記憶するようにして管理していた。

しかしながら、上記した従来のフィラメント残量を管理する手法は、新品フィラメントリールがメーカー純正品であって、新品フィラメントリールにおけるフィラメントの重量と三次元造形データから算出したフィラメントの予想使用重量との関係が明確になっているため利用できるものであった

即ち、従来のフィラメント残量を管理する手法は、メーカー純正品の新品フィラメントリールを用いた場合にしか適用できないものであって、メーカー純正品でないものには適用できず、汎用性に欠けるという問題点があった。

このため、フィラメント残量を管理する手法として、フィラメントが巻回されたフィラメントリールとしてメーカー純正品でないものを使用した場合でも、そのフィラメント残量を測定することができる手法の提案が要望されていた。

なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、本願明細書に記載すべき先行技術文献情報はない。

本発明は、従来の技術の有する上記したような問題点や要望に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、フィラメントが巻回されたフィラメントリールとしてメーカー純正品でないものを使用した場合でも、そのフィラメントの残量を管理することができるようにしたフィラメント残量管理装置、三次元造形装置およびフィラメント残量管理方法を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、フィラメントリールホルダーに重量測定機能を付与し、この重量測定機能によりフィラメントリールの重量を取得し、取得した重量に基づいてフィラメントリールに巻回されているフィラメントの残量を算出することにより、フィラメントの残量を管理するようにしたものである。

従って、本発明によれば、フィラメントが巻回されたフィラメントリールの重量を直接測定してフィラメントの残量を算出して管理するようにしたので、フィラメントが巻回されたフィラメントリールとしてメーカー純正品でないものを使用した場合でも、そのフィラメント残量を管理することができるようになる。

また、本発明は、フィラメントリールに巻回されているフィラメントの残量の算出結果に基づいて、所望の三次元造形物を作製するための三次元造形処理の開始前に、フィラメントの残量が当該三次元造形物を作製するのに足りているか否かを判断することができるようにして、フィラメントの残量を管理するようにしたものである。

従って、本発明によれば、所望の三次元造形物を作製するための三次元造形処理の開始前に、三次元造形物の作製の途中でフィラメントリールの交換作業を行う必要があるか否かを確認することができるようになる。

即ち、本発明によるフィラメント残量管理装置は、三次元造形データに基づき相対的な位置関係を三次元で変化させるとともにフィラメントを溶解した溶解樹脂を吐出するヘッド機構を備え、上記ヘッド機構から吐出された上記溶解樹脂を積層して三次元造形物を作製する三次元造形装置における、上記フィラメントの残量を管理するフィラメント残量管理装置において、フィラメントを巻回したフィラメントリールを支持するとともに、上記フィラメントリールの重量を測定する重量測定手段を備えたフィラメントリールホルダーと、予め設定されたフィラメントリール重量を記憶する記憶手段と、上記重量測定手段により測定された上記フィラメントリールの重量から上記記憶手段に記憶されたフィラメントリール重量を減算してフィラメント重量を算出する重量算出手段とを有するようにしたものである。

また、本発明によるフィラメント残量管理装置は、上記した本発明によるフィラメント残量管理装置において、上記重量算出手段で算出した三次元造形物の作製前後における上記フィラメント重量の変化量を取得し、上記三次元造形物の上記作製に用いた三次元造形データに基づいて、上記溶解樹脂を吐出しながら相対的に三次元で移動した上記ヘッド機構の移動距離を取得し、上記変化量を上記移動距離で除算して、上記ヘッド機構の単位移動距離あたりに上記フィラメントが消費された重量たる上記単位消費重量を取得する単位消費重量取得手段と、作製予定の三次元造形物の三次元造形データに基づいて、上記作製予定の三次元造形物を作製する際に上記ヘッド機構が上記溶解樹脂を吐出しながら相対的に三次元で移動する総距離を取得し、上記総距離と上記単位消費重量取得手段により取得した上記単位消費重量とを乗算し、上記作製予定の三次元造形物の三次元造形処理において使用される上記フィラメント予想使用重量を取得し、上記重量算出手段で算出したフィラメント重量と上記予想使用重量とを比較する比較手段とを有するようにしたものである。

また、本発明によるフィラメント残量管理装置は、上記した本発明によるフィラメント残量管理装置において、表示装置と、上記比較手段の比較結果に応じて、上記表示装置の表示を制御する表示制御手段とを有するようにしたものである。

また、本発明によるフィラメント残量管理装置は、上記した本発明によるフィラメント残量管理装置において、上記フィラメントリールホルダーは、半円柱形状の上方部材と、半円柱形状の下方部材と、上記上方部材と上記下方部材との間に配置された重量測定手段とを有し、上記上方部材１６の曲面部を上方側に位置させるとともに平面部を下方側に位置させ、上記下方部材の曲面部を下方側に位置させるとともに平面部を上方側に位置させ、上記上方部材の上記平面部と上記下方部材の上記平面部との間に上記重量測定手段を狭持するようにしたものである。

また、本発明によるフィラメント残量管理装置は、上記した本発明によるフィラメント残量管理装置において、上記重量測定手段は、ひずみゲージである。

また、本発明による三次元造形装置は、三次元造形データに基づき相対的な位置関係を三次元で変化させるとともにフィラメントを溶解した溶解樹脂を吐出するヘッド機構を備え、上記ヘッド機構から吐出された上記溶解樹脂を積層して三次元造形物を作製する三次元造形装置において、上記した本発明によるフィラメント残量管理装置を備えるようにしたものである。

また、本発明によるフィラメント残量管理方法は、三次元造形データに基づき相対的な位置関係を三次元で変化させるとともにフィラメントを溶解した溶解樹脂を吐出するヘッド機構を備え、上記ヘッド機構から吐出された上記溶解樹脂を積層して三次元造形物を作製する三次元造形装置における、上記フィラメントの残量を管理するフィラメント残量管理方法において、フィラメントを巻回したフィラメントリールを支持するとともに上記フィラメントリールの重量を測定する重量測定手段を備えたフィラメントリールホルダーにより、上記フィラメントリールの重量を測定する測定処理と、上記第１の処理により測定された上記フィラメントリールの重量から予め設定されたフィラメントリール重量を減算してフィラメント重量を算出する重量算出処理とを有するようにしたものである。

また、本発明によるフィラメント残量管理方法は、上記した本発明によるフィラメント残量管理方法において、上記重量算出処理により三次元造形物の作製前後における上記フィラメント重量の変化量を取得し、上記三次元造形物の上記作製に用いた三次元造形データに基づいて、上記溶解樹脂を吐出しながら相対的に三次元で移動した上記ヘッド機構の移動距離を取得し、上記変化量を上記移動距離で除算して、上記ヘッド機構の単位移動距離あたりに上記フィラメントが消費された重量たる上記単位消費重量を取得する単位消費重量取得処理と、作製予定の三次元造形物の三次元造形データに基づいて、上記作製予定の三次元造形物を作製する際に上記ヘッド機構が上記溶解樹脂を吐出しながら相対的に三次元で移動する総距離を取得し、上記総距離と上記単位消費重量取得処理により取得した上記単位消費重量とを乗算し、上記作製予定の三次元造形物の三次元造形処理において使用される上記フィラメント予想使用重量を取得し、上記重量算出処理で算出したフィラメント重量と上記予想使用重量とを比較する比較処理とを有するようにしたものである。

また、本発明によるフィラメント残量管理方法は、上記した本発明によるフィラメント残量管理方法において、上記比較処理の比較結果に応じて、表示装置の表示を制御する表示制御処理とを有するようにしたものである。

本発明は、以上説明したように構成されているので、フィラメントが巻回されたフィラメントリールとしてメーカー純正品でないものを使用した場合でも、そのフィラメントの残量を管理することができるようになるという優れた効果を奏するものである。

図１は、従来の技術による三次元造形装置の概略構成斜視説明図である。 図２は、本発明の実施の形態の一例によるフィラメント残量管理装置を備えた三次元造形装置の概略構成斜視説明図である。 図３（ａ）は、フィラメントリールの斜視説明図である。図３（ｂ）は、フィラメントリールホルダーの分解斜視説明図である。図３（ｃ）は、フィラメントリールをフィラメントリールホルダーにセットした状態におけるＡ矢視説明図である。 図４は、マイクロコンピューターの本発明の実施に関連する機能的構成をあらわすブロック構成説明図である。 図５は、フィラメントの単位消費重量を取得する際に実行する単位消費重量取得処理ルーチンの実施の形態の一例を示すフローチャートである。 図６は、三次元造形装置に配設されているフィラメントリールに巻回されているフィラメントのみで、三次元造形物を造形可能か否かを判定する際に実行する比較処理ルーチンの実施の形態の一例を示すフローチャートである。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるフィラメント残量管理装置、三次元造形装置およびフィラメント残量管理方法の実施の形態の一例を詳細に説明する。

なお、図１を参照しながら説明した従来の三次元造形装置における構成と同一あるいは相当する構成については、同一の符号を付して示すことにより、それぞれの構成や作用の詳細な説明は省略する。

（Ｉ）本発明によるフィラメント残量管理装置を備えた三次元造形装置の説明
図２には、本発明の実施の形態の一例によるフィラメント残量管理装置を備えた三次元造形装置の概略構成斜視説明図が示されている。また、図３（ａ）には、フィラメントリールの斜視説明図が示されている。また、図３（ｂ）には、フィラメントリールホルダーの分解斜視説明図が示されている。また、図３（ｃ）には、フィラメントリールをフィラメントリールホルダーにセットした状態におけるＡ矢視説明図が示されている。これら図２および図３（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照しながら説明する。

本発明による、三次元造形装置１０は、従来の三次元造形装置１００と比較すると、フィラメントリールホルダー１２にかかわる構成および作用が異なる点と表示装置３０を備えている点を除き、従来の三次元造形装置１００と異なるところがない。即ち、三次元造形装置１０は、カバー１４により筐体１０２内部が遮蔽されているように図示することにより、筐体１０２内部の構成の図示を省略したが、従来の三次元造形装置１００と同様に、筐体１０２内部には、ガイドレール１０４、テーブル１０６、ガイドレール１０８、移動部材１１０、ノズル１１２、ヘッド機構１１４およびケース１１６が配設されている。

表示装置３０は、後述するように、フィラメントリール２０２に巻回されているフィラメント２００で三次元造形物を作成可能であるか否かを表示する。

（ＩＩ）フィラメントリールおよびフィラメントリールホルダーの説明
三次元造形装置１０における筐体１０２の左側面部１０２ａには、Ｘ軸方向に沿って左方側に突出形成されたフィラメントリールホルダー１２が配設されている。フィラメントリールホルダー１２には、フィラメントリール２０２がＸ軸周り（矢印Ｂを参照する。）に回転自在に支持されて配設されている。

フィラメントリール２０２は、従来より公知のフィラメントリールと異なるところはない。フィラメントリール２０２は、図３（ａ）に示すように、ボビン様の形態を備えている。即ち、フィラメントリール２０２は、内径面２０４ａが円筒形状に形成された中空の胴部２０４と、胴部２０４の円筒形状における軸方向の両端部にそれぞれ配設された円環形状の縁部２０６、２０８とを備えている。胴部２０４の外周面２０４ｂの外径と縁部２０６、２０８の内径側縁部２０６ａ、２０８ａの内径とは略同径に構成されており、胴部２０４の軸方向における両端部と内径縁部２０６ａ、２０８ａとが嵌合するように配設されている。フィラメント２００は、胴部２０４の外周面２０４ｂに巻回されて、フィラメントリール２０２に保持される。フィラメントリール２０２は、内径面２０４ａをフィラメントリールホルダー１２に挿入することにより、フィラメントリールホルダー１２に対してＸ軸周り（矢印Ｂを参照する。）に回転自在に配設される。

フィラメントリールホルダー１２は、半円柱形状の上方部材１６と、半円柱形状の下方部材１８と、上方部材１６と下方部材１８との間に配置された重量測定手段たる重量計としてのひずみゲージ２０とを有して構成されている。上方部材１６は、曲面部１６ａを上方側に位置させるとともに、平面部１６ｂをＸＹ平面に平行にして下方側に位置させている。一方、下方部材１８は、曲面部１８ａを下方側に位置させるとともに、平面部１８ｂをＸＹ平面に平行にして上方側に位置させている。

ひずみゲージ２０は、上方部材１６の平面部１６ｂと下方部材１８の平面部１８ｂとの間に狭持されている。従って、ひずみゲージ２０は、上方部材１６に荷重が加わると歪んで、その信号がマイクロコンピューター１１８に送られる。マイクロコンピューター１１８は、ひずみゲージ２０から送られた信号から上方部材１６に加えられた荷重を演算する。これにより、上方部材１６にかかる重量を測定することができる。なお、こうしたひずみゲージ２０を用いて重量を測定する演算手法などは、従来より公知の技術であるのでその詳細な説明は省略する。

ここで、フィラメントリール２０２における胴部２０４の内径面２０４ａの内径寸法Ｄ１、即ち、穴径Ｄ１とフィラメントリールホルダー１２の外径寸法Ｄ２との関係は、内径寸法Ｄ１の方が外径寸法Ｄ２より大きくなるように寸法設定されている。従って、フィラメントリール２０２をフィラメントリールホルダー１２に挿入した際に、フィラメントリール２０２の胴部２０４の内径面２０４ａとフィラメントリールホルダー１２との間に空間Ｂが形成され、巻回されたフィラメント２００を含むフィラメントリール２０２の全重量が上方部材１６に加えられることになる。これにより、ひずみゲージ２０によってフィラメント２００が巻回された状態のフィラメントリール２０２の重量を測定することができる。

三次元造形装置１０においては、上方部材１６、下方部材１８およびひずみゲージ２０を有して構成されるフィラメントフォルダー１２とマイクロコンピューター１１８とにより、フィラメント残量管理装置が構成される。

（ＩＩＩ）フィラメント残量管理装置の動作の説明
以上の構成において、本発明による三次元造形装置１０においても、従来の三次元造形装置１００と同様に、所望の三次元造形物を作製するための三次元造形データに基づいて、ヘッド機構１１４のノズル１１２とテーブル１０６との相対的な位置関係を三次元で変化させながら、ノズル１１２から溶解樹脂を吐出する。これにより、テーブル１０６上に三次元造形データに基づき形成される硬化層が積層され、この硬化層の積層により所望の三次元造形物が作製される。

（ＩＶ）マイクロコンピューターの機能的構成をあらわすブロック構成説明図
ここで、図４には、三次元造形装置１０におけるマイクロコンピューター１１８の本発明の実施に関連する機能的構成をあらわすブロック構成説明図が示されている。

マイクロコンピューター１１８は、重量算出部１１８ａと、記憶部１１８ｂと、単位消費重量取得部１１８ｃ、比較部１１８ｄ、表示制御部１１８ｅとを有して構築される。

重量算出部１１８ａは、ひずみゲージ２０から送られた信号から上方部材１６に加えられた重量を算出するとともに、当該算出した重量から記憶部１１８ｂに記憶されているフィラメントリール重量（本明細書において「フィラメントリール重量」とは、フィラメント２００が巻回されていない状態のフィラメントリール２０２自体の重量」を意味するものとする。）を減算し、その減算結果をフィラメントリール２０２に巻回されているフィラメント２００のみの重量たるフィラメント重量として算出する。即ち、フィラメントリール２０２をフィラメントリールホルダー１２に挿入した際には、巻回されたフィラメント２００を含むフィラメントリール２０２の全重量が上方部材１６に加えられることになり、重量算出部１１８ａは巻回されたフィラメント２００を含むフィラメントリール２０２の重量を算出する。重量算出部１１８ａは、この算出した重量からフィラメントリール重量を減算することにより、フィラメント重量を算出する。

記憶部１１８ｂは、フィラメントリール重量を記憶するとともに、重量算出部１１８ａが算出したフィラメント重量を記憶する。なお、本願発明者の調査によれば、フィラメントリール重量は、一般的に広く使用されている大きさのものであれば、いずれのメーカーのものも概ね２５０ｇ程度で共通している。従って、例えば、重めに見積もって３００ｇをフィラメントリール重量として予め設定しておけばよく、記憶部１１８ｂはこの予め設定された値を記憶しておく。

単位消費重量取得部１１８ｃは、三次元造形装置１０における三次元造形物の作製前後におけるフィラメント重量の変化量を取得する。また、当該三次元造形物の作製に用いた三次元造形データに基づいて、溶解樹脂を吐出しながらヘッド機構１１４が相対的に三次元で移動した移動距離を取得する。取得した変化量を移動距離で除算して、ヘッド機構１１４の単位移動距離あたりにフィラメント２００が消費された重量たる単位消費重量を取得する。取得した単位消費重量は、記憶部１１８ｂに記憶される。なお、三次元造形装置１０における三次元造形物の作製前後におけるフィラメント重量は、重量算出部１１８ａで算出して記憶部１１８ｂに記憶しておく。

比較部１１８ｄは、これから作製しようとする作製予定の三次元造形物の三次元造形データに基づいて、当該三次元造形物を作製する際にヘッド機構１１４が溶解樹脂を吐出しながら相対的に三次元で移動する総距離を取得し、取得した総距離と記憶部１１８ｂに記憶されている単位消費重量とを乗算する。この乗算結果が、これから作製しようとする三次元造形物の三次元造形処理において使用されるフィラメント２００の予想使用重量となる。比較部１１８ｄは、三次元造形装置１０に取り付けられているフィラメントリール２０２にかかるフィラメント重量と予想使用重量とを比較して、フィラメント重量の方が予想使用重量より重いか否かを判定する。

表示制御部１１８ｅは、比較部１１８ｄの比較結果たる判定結果に応じた表示を行うように、表示装置３０を制御する。即ち、比較部１１８ｄの判定結果が「フィラメント重量の方が予想使用重量より重い」場合には、表示装置３０が三次元造形処理が可能である旨を表示するように制御する。一方、比較部１１８ｄの判定結果が「フィラメント重量の方が予想使用重量より重くない」場合には、表示装置３０が警告表示を表示するように制御する。この警告表示は、例えば、三次元造形処理の途中でフィラメントが全て消費されてしまう恐れがある旨の表示である。

（Ｖ）単位消費重量取得処理ルーチンの説明
ここで、図５には、フィラメントの単位消費重量を取得する際に実行する単位消費重量取得処理ルーチンの実施の形態の一例を示すフローチャートがあらわされている。単位消費重量取得処理ルーチンは、単位消費重量取得部１１８ｃが行う処理ルーチンを示すものである。

この単位消費重量取得処理ルーチンは、単位消費重量が取得されていないフィラメントリール２０２、例えば、新品フィラメントリールを用いて三次元造形処理を行う際に、新品フィラメントリールを用いた三次元造形処理の処理ルーチンとともに起動されて実行される。

単位消費重量取得処理ルーチンが起動されると、まず、ステップＳ５０２の処理において、重量算出部１１８ａにより三次元造形処理前におけるフィラメント重量（本明細書においては、「三次元造形処理前におけるフィラメント重量」を「三次元造形処理前フィラメント重量」と称する。）を算出して、三次元造形処理前フィラメント重量を記憶部１１８ｂに記憶する。

ステップＳ５０２の処理を終了すると、ステップＳ５０４の処理へ進み、重量算出部１１８ａにより三次元造形処理後におけるフィラメント重量（本明細書においては、「三次元造形処理後におけるフィラメント重量」を「三次元造形処理後フィラメント重量」と称する。）を算出して、三次元造形処理後フィラメント重量を記憶部１１８ｂに記憶する。

ステップＳ５０４の処理を終了すると、ステップＳ５０６の処理へ進み、三次元造形処理において用いた三次元造形データに基づき、ヘッド機構１１４が溶解樹脂を吐出しながら相対的に三次元で移動した移動距離を取得する。

ステップＳ５０６の処理を終了すると、ステップＳ５０８の処理へ進む、ステップＳ５０８の処理においては、ステップＳ５０２の処理で算出した三次元造形処理前フィラメント重量からステップＳ５０４の処理で算出した三次元造形処理後フィラメント重量を減算して、その減算結果たる三次元造形物の作製前後におけるフィラメント重量の変化量を取得する。そして、その変化量をステップＳ５０６の処理で取得した移動距離で除算して単位消費重量を取得し、取得した単位消費重量を記憶部１１８ｂに記憶する。

ステップＳ５０８の処理を終了すると、単位消費重量取得処理ルーチンの処理を終了する。

（ＶＩ）比較処理ルーチンの説明
次に、図６には、三次元造形装置に配設されているフィラメントリールに巻回されているフィラメントのみで、三次元造形物を造形可能か否かを判定する際に実行する比較処理ルーチンの実施の形態の一例を示すフローチャートがあらわされている。比較処理ルーチンは、比較部１１８ｄならびに表示制御部１１８ｅが行う処理ルーチンを示すものである。

この比較処理ルーチンは、単位消費重量が取得されているフィラメントリール２０２を用いて三次元造形処理を行う際に、三次元造形処理の処理ルーチンに先だって実行される。従って、上記した単位消費重量取得処理ルーチンを取得した後に、引き続きそのままのフィラメントリール２０２を用いて新たな三次元造形処理を行う際などに実行される。

比較処理ルーチンが起動されると、まず、ステップＳ６０２の処理において、重量算出部１１８ａによりフィラメントリールホルダー１２に取り付けられているフィラメントリール２０２におけるフィラメント重量を算出して、算出したフィラメント重量を記憶部１１８ｂに記憶する。

ステップＳ６０２の処理を終了すると、ステップＳ６０４の処理へ進み、処理対象の三次元造形物の三次元造形データに基づいて、当該三次元造形物を作製する際にヘッド機構１１４が溶解樹脂を吐出しながら相対的に三次元で移動する総距離を取得する。

ステップＳ６０４の処理を終了すると、ステップＳ６０６の処理へ進み、ステップＳ６０２で取得した総距離と記憶部１１８ｂに記憶されている単位消費重量とを乗算し、乗算結果を予想使用重量として取得する。

ステップＳ６０６の処理を終了すると、ステップＳ６０８の処理へ進み、ステップＳ６０２の処理で算出したフィラメントリール重量とステップＳ６０６の処理で取得した予想使用重量とを比較して、フィラメント重量の方が予想使用重量より重いか否かを判定する。

ステップＳ６０８の比較結果たる判定結果が、フィラメント重量の方が予想使用重量より重いと判定された場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ６１０の処理へ進み、表示装置３０が三次元造形処理が可能である旨を表示するに制御して、表示装置３０に三次元造形処理が可能である旨を表示させる。このステップＳ６１０の処理を終了すると、比較処理ルーチンの処理を終了する。

一方、ステップＳ６０８の比較結果たる判定結果が、フィラメント重量の方が予想使用重量より重くないと判定された場合（Ｎｏ）には、表示装置３０が警告表示を表示するように制御して、表示装置３０に警告表示を表示させる。このステップＳ６１２の処理を終了すると、比較処理ルーチンの処理を終了する。

（ＶＩＩ）フィラメント残量管理装置の作用効果の説明
以上において説明したように、本発明によれば、フィラメントが巻回されたフィラメントリールの重量を直接測定してフィラメントの残量を算出して管理するようにしたので、フィラメントが巻回されたフィラメントリールとしてメーカー純正品でないものを使用した場合でも、そのフィラメント残量を管理することができるようになる。

また、本発明によれば、所望の三次元造形物を作製するための三次元造形処理の開始前に、三次元造形物の作製の途中でフィラメントリールの交換作業を行う必要があるか否かを確認することができるようになる。

（ＶＩＩＩ）他の実施の形態および変形例の説明
なお、上記した実施の形態は例示に過ぎないものであり、本発明は他の種々の形態で実施することができる。即ち、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

例えば、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（６）に示すように変形するようにしてもよい。

（１）上記した実施の形態においては、フィラメントリールホルダー１２は、三次元造形装置１０の筐体１０２に取り付けることにより、三次元造形装置１０と一体に配設したが、これに限られるものではないことは勿論である。例えば、フィラメントリールホルダー１２を三次元造形装置１０とは別体に構成し、三次元造形装置１０から独立させてフィラメントリールホルダー１２を配置してもよい。なお、このように三次元造形装置１０から独立させてフィラメントリールホルダー１２を配置する場合には、公知のフィラメントリールホルダースタンドなどを利用してもよい。

（２）上記した実施の形態においては、重量測定手段たる重量計としてひずみゲージ２０を用いた場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論である。重量計として、ひずみゲージ以外の重量計，例えば、電磁力平衡方式による重量計などを用いてもよい。

（３）上記した実施の形態においては、詳細な説明は省略したが、マイクロコンピューター１１８は、三次元造形装置１０の内部構成として組み込まれていてもよいし、あるいは、三次元造形装置１０に接続されたパーソナルコンピューターなどにより構成されるようにしてもよい。

（４）上記した実施の形態においては、比較部１１８ｄならびに表示制御部１１８ｅは、フィラメント重量の方が予想使用重量より重いと判定したときに、表示装置３０に三次元造形処理が可能である旨を表示させ、フィラメント重量の方が予想使用重量より重くないと判定したときに、表示装置３０に警告表示を表示させるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。例えば、比較部１１８ｄならびに表示制御部１１８ｅは、フィラメント重量が予想使用重量以上の重量であると判定したときに、表示装置３０に三次元造形処理が可能である旨を表示させ、フィラメント重量は予想使用重量未満であると判定したときに、警告表示を表示させるようにしてもよい。また、比較部１１８ｄならびに表示制御部１１８ｅは、フィラメント重量の方が予想使用重量よりも予め設定された値以上重いと判定したときに、表示装置３０に三次元造形処理が可能である旨を表示させ、フィラメント重量の方が予想使用重量よりも予め設定された値以上重くない判定したときに、警告表示を表示させるようにしてもよい。また、表示装置３０は、三次元造形装置１０の内部構成として組み込むのではなく、三次元造形装置１０に接続されたパーソナルコンピューターなどのディスプレイにより構成してもよい。

（５）上記した実施の形態においては、比較部１１８ｄの比較結果に応じて表示装置３０の表示を変化させるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。例えば、比較部１１８ｄの比較結果に応じた音声を発するようにしてもよい、あるいは、比較部１１８ｄの比較結果を携帯端末などの各種の受信装置に送信するようにしてもよい。

（６）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（５）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

本発明は、溶解したフィラメント樹脂を積層して三次元造形物を作製する三次元造形装置に用いて好適である。

１０ 三次元造形装置、１２ フィラメントリールホルダー、１４ カバー、１６ 上方部材、１６ａ 曲面部、１６ｂ 平面部、１８ 下方部材、１８ａ 曲面部、１８ｂ 平面部、２０ ひずみゲージ（重量測定手段）、３０ 表示装置、１００ 三次元造形装置、１０２ 筐体、１０２ａ 左側面部、１０２ｂ 右側面部、１０４ ガイドレール、１０６ テーブル、１０８ ガイドレール、１１０ 移動部材、１１２ ノズル、１１４ ヘッド機構、１１６ ケース、１１８ マイクロコンピューター、１１８ａ 重量算出部（重量算出手段）、１１８ｂ 記憶部（記憶手段）、１１８ｃ 単位消費重量取得部（単位消費重量取得手段）、１１８ｄ 比較部（比較手段）、１１８ｅ 表示制御部（表示制御手段）、２００ フィラメント、２０２ フィラメントリール、２０４ 胴部、２０４ａ 内径面、２０４ｂ 外周面、２０６ 縁部、２０６ａ 内径側縁部、２０８ 縁部、２０８ａ 内径側縁部、Ｄ１ フィラメントリールにおける胴部の内径面の内径寸法（穴径）、
Ｄ２ フィラメントリールホルダーの外径寸法

Claims (9)

1. 三次元造形データに基づき相対的な位置関係を三次元で変化させるとともにフィラメントを溶解した溶解樹脂を吐出するヘッド機構を備え、前記ヘッド機構から吐出された前記溶解樹脂を積層して三次元造形物を作製する三次元造形装置における、前記フィラメントの残量を管理するフィラメント残量管理装置において、
   フィラメントを巻回したフィラメントリールを支持するとともに、前記フィラメントリールの重量を測定する重量測定手段を備えたフィラメントリールホルダーと、
   予め設定されたフィラメントリール重量を記憶する記憶手段と、
   前記重量測定手段により測定された前記フィラメントリールの重量から前記記憶手段に記憶されたフィラメントリール重量を減算してフィラメント重量を算出する重量算出手段と
   を有することを特徴とするフィラメント残量管理装置。
2. 請求項１に記載のフィラメント残量管理装置において、
   前記重量算出手段で算出した三次元造形物の作製前後における前記フィラメント重量の変化量を取得し、前記三次元造形物の前記作製に用いた三次元造形データに基づいて、前記溶解樹脂を吐出しながら相対的に三次元で移動した前記ヘッド機構の移動距離を取得し、前記変化量を前記移動距離で除算して、前記ヘッド機構の単位移動距離あたりに前記フィラメントが消費された重量たる前記単位消費重量を取得する単位消費重量取得手段と、
   作製予定の三次元造形物の三次元造形データに基づいて、前記作製予定の三次元造形物を作製する際に前記ヘッド機構が前記溶解樹脂を吐出しながら相対的に三次元で移動する総距離を取得し、前記総距離と前記単位消費重量取得手段により取得した前記単位消費重量とを乗算し、前記作製予定の三次元造形物の三次元造形処理において使用される前記フィラメント予想使用重量を取得し、前記重量算出手段で算出したフィラメント重量と前記予想使用重量とを比較する比較手段と
   を有することを特徴とするフィラメント残量管理装置。
3. 請求項２に記載のフィラメント残量管理装置において、
   表示装置と、
   前記比較手段の比較結果に応じて、前記表示装置の表示を制御する表示制御手段と
   を有することを特徴とするフィラメント残量管理装置。
4. 請求項１、２または３のいずれか１項に記載のフィラメント残量管理装置において、
   前記フィラメントリールホルダーは、半円柱形状の上方部材と、半円柱形状の下方部材と、前記上方部材と前記下方部材との間に配置された重量測定手段とを有し、
   前記上方部材１６の曲面部を上方側に位置させるとともに平面部を下方側に位置させ、前記下方部材の曲面部を下方側に位置させるとともに平面部を上方側に位置させ、前記上方部材の前記平面部と前記下方部材の前記平面部との間に前記重量測定手段を狭持した
   ことを特徴とするフィラメント残量管理装置。
5. 請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載のフィラメント残量管理装置において、
   前記重量測定手段は、ひずみゲージである
   ことを特徴とするフィラメント残量管理装置。
6. 三次元造形データに基づき相対的な位置関係を三次元で変化させるとともにフィラメントを溶解した溶解樹脂を吐出するヘッド機構を備え、前記ヘッド機構から吐出された前記溶解樹脂を積層して三次元造形物を作製する三次元造形装置において、
   請求項１、２、３、４または５のいずれか１項に記載のフィラメント残量管理装置を備えた
   ことを特徴とする三次元造形装置。
7. 三次元造形データに基づき相対的な位置関係を三次元で変化させるとともにフィラメントを溶解した溶解樹脂を吐出するヘッド機構を備え、前記ヘッド機構から吐出された前記溶解樹脂を積層して三次元造形物を作製する三次元造形装置における、前記フィラメントの残量を管理するフィラメント残量管理方法において、
   フィラメントを巻回したフィラメントリールを支持するとともに前記フィラメントリールの重量を測定する重量測定手段を備えたフィラメントリールホルダーにより、前記フィラメントリールの重量を測定する測定処理と、
   前記第１の処理により測定された前記フィラメントリールの重量から予め設定されたフィラメントリール重量を減算してフィラメント重量を算出する重量算出処理と
   を有することを特徴とするフィラメント残量管理方法。
8. 請求項７に記載のフィラメント残量管理方法において、
   前記重量算出処理により三次元造形物の作製前後における前記フィラメント重量の変化量を取得し、前記三次元造形物の前記作製に用いた三次元造形データに基づいて、前記溶解樹脂を吐出しながら相対的に三次元で移動した前記ヘッド機構の移動距離を取得し、前記変化量を前記移動距離で除算して、前記ヘッド機構の単位移動距離あたりに前記フィラメントが消費された重量たる前記単位消費重量を取得する単位消費重量取得処理と、
   作製予定の三次元造形物の三次元造形データに基づいて、前記作製予定の三次元造形物を作製する際に前記ヘッド機構が前記溶解樹脂を吐出しながら相対的に三次元で移動する総距離を取得し、前記総距離と前記単位消費重量取得処理により取得した前記単位消費重量とを乗算し、前記作製予定の三次元造形物の三次元造形処理において使用される前記フィラメント予想使用重量を取得し、前記重量算出処理で算出したフィラメント重量と前記予想使用重量とを比較する比較処理と
   を有するフィラメント残量管理方法。
9. 請求項８に記載のフィラメント残量管理方法において、
   前記比較処理の比較結果に応じて、表示装置の表示を制御する表示制御処理と
   を有することを特徴とするフィラメント残量管理方法。

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