JP2018192625A - 造形台および三次元造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元造形装置において、材料を安定して積層可能な技術を提供する。
【解決手段】三次元造形装置用の造形台は、基部と、基部の上方に配列された複数の線状体と、を備える。そして、複数の線状体の上端部によって、三次元物体が積層される造形面が構成されている。
【選択図】図１４

Description

本発明は、造形台および三次元造形装置に関する。

特許文献１には、可塑化した材料を積層して三次元物体を造形する三次元造形装置が開示されている。

特開２００６−１９２７１０号公報

この種の三次元造形装置は、可塑化した材料が積層される造形台を備えている。造形台上で材料の温度が低下すると、材料は収縮する。そのため、従来、材料の収縮に伴って材料が造形台から剥離し、材料を安定して積層させることが困難な場合があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の第一の形態によれば、三次元造形装置用の造形台が提供される。この造形台は、基部と；前記基部の上方に配列された複数の線状体と；を備え、前記複数の線状体の上端部によって、材料が積層される造形面が構成されていることを特徴とする。このような形態の造形台であれば、造形面が複数の線状体の上端部によって構成されているので、造形台上で材料が収縮しても、その収縮に造形面の形状を追従させることができる。そのため、材料が造形台から剥離することが抑制され、材料を安定して積層させることができる。この結果、三次元物体の造形精度を向上させることができる。また、材料と造形台との接触面積を減らすことができるので、造形後の三次元物体を造形台から容易に取り外すことができる。

（２）本発明の第二の形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、材料を可塑化する可塑化部と；可塑化した前記材料を吐出するためのノズルを有する吐出部と；前記ノズルから吐出された材料が積層される、上記第一の形態の造形台と、を備えることを特徴とする。このような形態の三次元造形装置によれば、造形台の造形面が複数の線状体の上端部によって構成されているので、造形台上で材料が収縮しても、その収縮に造形面の形状を追従させることができる。そのため、材料が造形台から剥離することが抑制され、材料を安定して積層することができる。この結果、三次元物体の造形精度を向上させることができる。また、材料と造形台との接触面積を減らすことができるので、造形後の三次元物体を造形台から容易に取り外すことができる。

（３）上記形態の三次元造形装置において、隣り合う少なくとも３つの前記線状体に外周が接する仮想円の直径の方が、前記ノズルの径よりも小さくてもよい。このような形態であれば、ノズルから吐出された材料が、線状体間に入り込むことを抑制できる。

（４）上記形態の三次元造形装置は、更に、前記造形面に沿った方向から前記複数の線状体間に送風を行う送風機を備えてもよい。このような形態であれば、造形面に積層された材料の温度を迅速に低下させることができるので、材料が自重によって変形することを抑制できる。

（５）上記形態の三次元造形装置は、更に、前記複数の線状体を加熱するヒーターを備えてもよい。このような形態であれば、造形面に積層された材料の温度が急激に低下して変形することを抑制できる。

本発明は、上述した造形台や三次元造形装置としての形態以外にも、種々の形態で実現することが可能である。例えば、三次元物体を製造する製造方法や、三次元物体を製造するためのコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムが記録された一時的でない有形な記録媒体等の形態で実現することができる。

第１実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。 フラットスクリューの斜視図である。 加熱部の平面図である。 送風ユニットの概略構造を示す断面斜視図である。 送風ユニットの下面の構造を示す斜視図である。 第１実施形態の効果を説明するための図である。 第１実施形態の効果を説明するための図である。 第１実施形態の効果を説明するための図である。 第２実施形態における送風ユニットの概要を示す説明図である。 制御部による送風量制御の概念を示す説明図である。 制御部による送風量制御の概念を示す説明図である。 第３実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。 第４実施形態における造形台の概略構成を示す斜視図である。 図１３のＸ部分の拡大図である。 線状体同士の好ましい間隔を示す図である。 線状体の形状のバリエーションを示す図である。 第４実施形態の他の構成を示す図である。 第４実施形態の他の構成を示す図である。

Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態における三次元造形装置１０の概略構成を示す説明図である。三次元造形装置１０は、吐出ユニット１００と、造形台２００と、制御部３００とを備える。図１には、互いに垂直な３つの方向Ｘ，Ｙ，Ｚが示されている。Ｘ方向とＹ方向は水平方向であり、＋Ｚ方向は鉛直上向きの方向である。他の図においても必要に応じてこれらの方向を図示している。以下では、＋Ｚ方向側を「上側」、−Ｚ方向側を「下側」と呼ぶ場合がある。

吐出ユニット１００は、スクリューケース１５と、材料を収容するホッパー２０と、駆動モーター３０と、フラットスクリュー４０と、加熱部５０と、溶融材料を吐出するためのノズル６１を有する吐出部６０と、送風ユニット７０と、を有する。フラットスクリュー４０と加熱部５０は、熱可塑性の材料を可塑化して溶融材料に転化させる可塑化部９０を構成している。「可塑化」とは、材料に熱が加わり溶融することを意味する。

ホッパー２０には、熱可塑性の材料が投入される。材料としては、例えば、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリ乳酸樹脂（ＰＬＡ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等を使用可能である。また、材料の形状としては、ペレットや粉末等の固体材料を使用可能である。また、熱可塑性の材料とは、熱可塑性の材料とその他の成分を含む組成物であってもよい。

可塑化部９０のフラットスクリュー４０は、スクリューケース１５内に収納されており、駆動モーター３０によって回転する。フラットスクリュー４０の側面には、連通路２２を介して、ホッパー２０から材料が供給される。材料は、フラットスクリュー４０の下面と加熱部５０の上面との間の空間において、フラットスクリュー４０の回転および加熱部５０による加熱によって可塑化されて溶融材料となる。加熱部５０には、材料を加熱するためのヒーター５８が埋め込まれている。溶融材料は、加熱部５０の中心に設けられた連通孔５６を介して、吐出部６０に供給され、ノズル６１から吐出される。ノズル６１の径は、例えば、０．０７〜２．０ｍｍであり、ノズル６１から吐出される溶融材料の線径も、０．０７〜２．０ｍｍである。

造形台２００は、ノズル６１から吐出された溶融材料が積層される台である。本実施形態において、造形台２００は、平板状の形状を有している。造形台２００は、移動機構２２０により、Ｘ方向とＹ方向とＺ方向の３軸方向に移動させることが可能である。移動機構２２０は、吐出部６０と造形台２００との相対的な位置関係を変更する機能を有する。移動機構２２０を用いて吐出部６０と造形台２００との相対的な位置関係を変更することにより、任意の形状の三次元物体ＯＢを製造できる。本実施形態では、移動機構２２０は、造形台２００を三次元的に移動させているが、移動機構２２０としては、吐出部６０（すなわち吐出ユニット１００）を三次元的に移動させる機構を採用してもよい。或いは、吐出部６０（すなわち吐出ユニット１００）と造形台２００の一方を１軸又は２軸方向に移動させ、他方を残りの軸方向に移動させる移動機構を採用してもよい。

制御部３００は、吐出ユニット１００の駆動モーター３０と、移動機構２２０の制御を実行することにより、造形台２００に対する吐出部６０の位置を制御して造形台２００上で溶融材料が積層される位置を制御する。また、制御部３００は、送風ユニット７０による送風の制御を行う。本実施形態において、制御部３００は、吐出部６０から溶融材料を吐出する場合には、送風ユニット７０に送風を行わせ、吐出部６０から溶融材料を吐出しない場合には、送風ユニット７０からの送風を停止させる。制御部３００は、例えば、ＣＰＵなどのプロセッサーと、メモリーとを含むコンピューターで実現可能である。メモリーには、三次元造形装置１０を制御するためのコンピュータープログラムが格納されている。コンピュータープログラムは、コンピューターが読み取り可能な一時的でない有形な記録媒体に格納されてもよい。

図２は、フラットスクリュー４０の下面側の面を示す斜視図である。フラットスクリュー４０は、軸線方向の高さが直径よりも小さい略円柱状のスクリューである。フラットスクリュー４０は、加熱部５０（図１）に対向する面に、複数のスクロール溝４２を有する。スクロール溝４２が形成されている面を、「スクロール溝形成面４８」と呼ぶ。スクロール溝４２は、スクロール溝形成面４８の中央部４６に向かって、フラットスクリュー４０の外周から渦巻状又は螺旋状に形成されている。スクロール溝４２は、フラットスクリュー４０の側面に形成された材料流入口４４に連続している。この材料流入口４４は、ホッパー２０から連通路２２を介して供給された材料を受け入れる部分である。フラットスクリュー４０が回転すると、材料が加熱されながら可塑化される。

図３は、加熱部５０の平面図である。加熱部５０は、フラットスクリュー４０のスクロール溝形成面４８に対向するスクリュー対向面５２を有する。スクリュー対向面５２には、渦巻状又は螺旋状に形成された複数の案内溝５４が形成されている。スクリュー対向面５２の中心には、溶融材料を吐出部６０に供給するための連通孔５６が形成されている。複数の案内溝５４は、溶融材料を連通孔５６に導く機能を有する。図１に示したように、加熱部５０には、材料を加熱するためのヒーター５８が埋め込まれている。材料の可塑化は、このヒーター５８による加熱と、フラットスクリュー４０の回転とによって実現される。可塑化された溶融材料は、ガラス転移点以上の温度に加熱されて完全に溶融した状態で、連通孔５６を通り、吐出部６０から吐出される。

図４は、送風ユニット７０の概略構造を示す断面斜視図である。図５は、送風ユニット７０の下面の構造を示す斜視図である。送風ユニット７０は、第１送風部７１と第２送風部８１とを有する。第１送風部７１および第２送風部８１から送出される空気の温度は、本実施形態では、室温（２０℃）である。

第１送風部７１は、ノズル６１から吐出された溶融材料に向けてノズル６１の周囲から送風を行う。本実施形態の第１送風部７１は、ノズル６１の先端よりも上側の位置から溶融材料に向けて送風を行う。本実施形態において、第１送風部７１は、円柱状の吐出部６０の周囲に固定される略円筒状の第１部材７２を備える。第１部材７２の外周には、フランジ状の凸部７３が設けられている。凸部７３よりも先端側（−Ｚ方向側）には、先端中心が開口した略円錐状の第１導風部材７４が設けられている。第１導風部材７４の開口部からは、吐出部６０の円錐状の先端部が−Ｚ側に突出している。

第１部材７２の内部には、吐出部６０の外周に沿うように、螺旋状の流路７５が形成されている。流路７５の上端には、圧縮空気が導入される第１導入口７６が設けられている。流路７５を流れた空気は、ノズル６１の周囲に設けられた第１導風部材７４に沿って、ノズル６１から吐出された溶融材料に向けて送出される。圧縮空気は螺旋状の流路７５を流れるため、第１送風部７１から送出される空気は、乱流になり得る。そのため、溶融材料の温度を効率的に低下させることができる。第１送風部７１からの送風量（流量）は、例えば、３〜５０Ｌ／ｍｉｎである。この送風量は、ノズル６１から吐出された溶融材料の温度（例えば、２００℃）が、その材料のガラス転移点よりも５〜３０℃、好ましくは、１０〜２０℃高い温度まで低下するように設定されている。なお、流路７５は、二重螺旋構造になっていてもよい。また、流路７５は螺旋状に限らず、例えば、円筒状の流路であってもよい。

上記のように構成された本実施形態の第１送風部７１は、ノズル６１の周囲全周から送風を行う。これに対して、第１送風部７１は、ノズル６１の周囲に等角度間隔に３つ以上、好ましくは４つ以上設けられた送風口から溶融材料に向けて送風を行うように構成されていてもよい。このような構成であっても、ノズル６１の周囲から送風を行っているといえる。

第２送風部８１は、第１送風部７１の周囲から造形台２００側に向かう方向に送風を行う。造形台２００側に向かう方向とは、造形台２００側に向かう方向の成分を有する方向であり、造形台２００の上面に垂直な方向であることが好ましい。本実施形態において、第２送風部８１は、凸部７３の周囲に固定される環状部材８３と、環状部材８３の下面（−Ｚ方向側の面）から第１導風部材７４の開口部の周囲まで延びる略円錐形の第２導風部材８４とを有している。環状部材８３には、圧縮空気が導入される第２導入口８５が設けられている。第２導入口８５から導入された空気は、第１導風部材７４と第２導風部材８４との間に形成された空間を流れて、第２導風部材８４の開口部から造形台２００側に向けて送出される。第２導風部材８４の開口部と第１導風部材７４の開口部とは、ノズル６１の中心に対して同心円状に配置されている。第２送風部８１からの送風量は特に限定されないが、層流を形成可能な送風量であることが好ましい。

上記のように構成された本実施形態の第２送風部８１は、第１送風部７１の周囲全周から送風を行う。これに対して、第２送風部８１は、第１送風部７１の周囲に等角度間隔に３つ以上、好ましくは４つ以上設けられた送風口から送風を行うように構成されていてもよい。このような構成であっても、第１送風部７１の周囲から送風を行っているといえる。

本実施形態において、三次元物体ＯＢは、概ね次のような手順で製造される。すなわち、本実施形態における三次元物体の製造方法は、
（１）熱可塑性の材料を可塑化して溶融材料に転化させ、
（２）溶融材料を、吐出部６０に設けられたノズル６１から吐出させ、
（３）ノズル６１から吐出された溶融材料に向けてノズル６１の周囲から送風を行い、
（４）吐出部６０と造形台２００との相対的な位置関係を変更しながら、造形台２００にノズル６１から吐出された溶融材料を積層する、
という製造方法である。

図６〜８は、本実施形態の効果を説明するための図である。図６は、溶融材料に対して送風を行わずに、三次元物体として中空の箱体を製造した様子を示している。溶融材料に対して送風を行わない場合には、図６に示すように、箱体の天面がその自重により垂れ下がった。これは、積層後の材料の温度が高すぎ、形状を維持できないためである。これに対して、送風ユニット７０によって送風を行いつつ箱体を製造したところ、図７に示すように、天面が垂れ下がることなく製造を行うことができた。また、溶融材料に対して送風を行うことにより、図８に示すように、空間中に単線を描画することも可能であった。これは、溶融材料の温度を送風ユニット７０によって低下させることにより、材料同士の接着効果と形状の維持との両立を図ることができたためである。なお、図６〜８に示した三次元物体は、いずれもガラス転移点が８９℃のＡＢＳ樹脂を線径１．０ｍｍ、温度２００℃の溶融材料に転化して製造を行った。また、図７，８に示した三次元物体は、その溶融材料の温度を送風ユニット７０によって１００℃程度まで低下させて積層を行った。なお、送風前の溶融材料の温度（２００℃）は、ノズル６１内における材料の温度であり、送風後の温度（１００℃）は、ノズル６１から材料が吐出されて造形台２００または既に形成された層に積層が行われる時点での材料の温度である。

以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１０によれば、ノズル６１から吐出された溶融材料の温度を、第１送風部７１によって低下させた上で積層を行うことができるので、積層後に材料が自重等により変形することを抑制できる。この結果、三次元物体の造形精度を向上させることができる。また、本実施形態によれば、図８に示した三次元物体のように、オーバーハング部分を、サポート材なしで造形することが可能である。サポート材とは、三次元物体の製造時に、オーバーハング部分を下方から支持するための材料であり、三次元物体の製造後に除去される材料である。

また、本実施形態では、ノズル６１の周囲から溶融材料に向けて送風を行うため、溶融材料の吐出方向を安定させることができる。そのため、三次元物体の造形精度をより向上させることができる。

また、本実施形態では、第２送風部８１から造形台２００に向けた送風によって、吐出部６０の周囲の気流の変化を遮ることができるので、ノズル６１から吐出される材料の吐出方向が外乱要因によって変動することを抑制できる。そのため、三次元物体の造形精度を更に向上させることができる。

また、本実施形態の三次元造形装置１０によれば、フラットスクリュー４０を有する可塑化部９０で材料の可塑化を行うので、装置の高さを小さくすることができ、装置全体を小型化することが可能である。また、本実施形態では、フラットスクリュー４０を用いて材料を可塑化して溶融状態に変化させ、その溶融材料をノズル６１から吐出して三次元物体ＯＢを製造するので、多様な材質及び形状の材料を用いて三次元造形物を製造可能である。この点は、通常のＦＤＭ方式（熱融解積層方式）の三次元造形装置が、材料のフィラメントを必要とするのに対して大きな利点である。

なお、本実施形態の送風ユニット７０は、第１送風部７１と第２送風部８１の二つの送風部を備えているが、第２送風部８１は省略することも可能である。また、本実施形態では、送風ユニット７０による送風の有無を制御部３００により制御するものとしたが、送風ユニット７０による送風は、手動あるいは他の装置によって制御してもよい。

Ｂ．第２実施形態：
第１実施形態では、送風ユニット７０によって、ノズル６１の周囲全体から一律に送風が行われている。これに対して、第２実施形態では、送風ユニットによる送風方向が制御部３００によって制御される。

図９は、第２実施形態における送風ユニット７０ａの概要を示す説明図である。図９には、送風ユニット７０ａの吹出口の配置を上側（＋Ｚ方向側）から見た様子を示している。本実施形態における第１送風部７１ａは、ノズル６１から吐出された溶融材料に向けて送風を行う第１吹出口７７をノズル６１の周囲に複数備え、第１吹出口７７ごとに送風量を調整可能に構成されている。本実施形態では、ノズル６１の周りに、等角度間隔で８個の第１吹出口７７が備えられている。各第１吹出口７７には、それぞれ、配管を通じて圧縮空気が供給される。制御部３００は、各配管に設けられた弁を制御することにより、第１吹出口７７ごとの送風のオン・オフおよび送風量を制御する。

また、本実施形態における第２送風部８１ａは、造形台２００側に向けて送風を行う第２吹出口８７を第１送風部７１ａの周囲に複数備え、第２吹出口８７ごとに送風量を調整可能に構成されている。本実施形態では、第１送風部７１ａの周囲に、等角度間隔で８個の第２吹出口８７が備えられている。各第２吹出口８７には、それぞれ、配管を通じて圧縮空気が供給される。制御部３００は、各配管に設けられた弁を制御することにより、第２吹出口８７ごとの送風のオン・オフおよび送風量を制御する。

本実施形態において、制御部３００は、吐出部６０の造形台２００に対する移動方向に応じて、第１吹出口７７ごとの送風量を制御する。また、制御部３００は、吐出部６０の造形台２００に対する移動方向に応じて、第２吹出口８７ごとの送風量を制御する。

図１０および図１１は、制御部３００による送風量制御の概念を示す説明図である。図１０には、図８に示した三次元物体を製造する場合における、吐出部６０の移動方向を示している。図１０に示した１番目の方向は、吐出部６０が−Ｙ方向に移動する方向である。２番目の方向は、吐出部６０が−Ｘ方向に移動する方向である。３番目の方向は、吐出部６０が＋Ｙ方向に移動する方向である。４番目の方向は、吐出部６０が＋Ｘ方向に移動する方向である。５番目の方向は、吐出部６０が＋Ｘ方向かつ−Ｙ方向に移動する方向である。

図１１には、吐出部６０の移動方向に応じた各第１吹出口７７および各第２吹出口８７の送風量（流量）を示している。また、図１１には、積層された線状の溶融材料に対して風が当たる方向を、溶融材料の断面に対して示している。図１０および図１１に示すように、本実施形態では、制御部３００は、吐出部６０が移動する先の方向および移動方向の横側の方向に該当する第１吹出口７７および第２吹出口８７の送風量を大きくする。これに対して、制御部３００は、吐出部６０の移動方向に対して後ろ側の方向ほど、第１吹出口７７および第２吹出口８７の送風量を小さくする。

本実施形態によれば、各第１吹出口７７および各第２吹出口８７の送風量を上記の制御することで、吐出部６０の移動に伴う吐出部６０周囲の気流の変化が、ノズル６１から吐出される溶融材料の吐出方向に影響を及ぼすことを抑制することができる。そのため、三次元物体をより精度よく製造することができる。

なお、本実施形態では、第１送風部７１ａおよび第２送風部８１ａの両方について、各吹出口の送風量を制御したが、第１送風部７１ａおよび第２送風部８１ａのいずれか一方の吹出口について制御してもよい。

また、本実施形態では、第１吹出口７７および第２吹出口８７がそれぞれ８個ずつ備えられている例を示したが、これらは、より少ない数（例えば、４個ずつ）であってもよいし、より多い数（例えば、１６個ずつ）であってもよい。

また、本実施形態では、図１１に示したように、送風量を、３段階（流量小、流量中、流量大）で調整したが、２段階、すなわち、送風するか送風しないかのいずれか、に調整することとしてもよい。

Ｃ．第３実施形態：
図１２は、本発明の第３実施形態における三次元造形装置１０ｂの概略構成を示す説明図である。第３実施形態と他の実施形態とでは、送風ユニットの構成が異なる。

図１２に示すように、本実施形態における送風ユニット７０ｂは、ノズル６１（吐出部６０）の周囲に等角度間隔に４本のチューブ７９を備えている。図１２では、図示の都合上、２本のチューブ７９のみが示されている。これらのチューブ７９は、例えば、吐出部６０やスクリューケース１５に対して、クランプ９１等によって固定される。各チューブ７９は、第１実施形態における第１送風部７１に相当する機能を有する。そのため、各チューブ７９には、圧縮空気が導入され、ノズル６１から吐出された溶融材料に向けてそれぞれのチューブ７９の先端から、送風が行われる。

本実施形態のように、送風ユニット７０ｂをチューブ７９によって構成することによっても、ノズル６１から吐出される溶融材料の温度を低下させることができるので、三次元物体ＯＢの造形精度を向上させることができる。このような構成によれば、三次元造形装置１０ｂの構成を簡素化することができるので、三次元造形装置１０ｂの製造コストを低減することが可能である。

なお、本実施形態では、チューブ７９を４本備えるものとしたが、チューブ７９の本数は４本以上であってもよい。例えば、第３実施形態と同様に、ノズル６１の周囲に等角度間隔に８本配置してもよい。また、それらのチューブ７９の周囲に、等角度間隔に複数のチューブを配置すれば、第１送風部７１と第２送風部８１とをそれぞれチューブによって構成することが可能である。

Ｄ．第４実施形態：
図１３は、第４実施形態における造形台２００ｃの概略構成を示す斜視図である。上記実施形態では、造形台２００は平板状の形状を有している。これに対して、本実施形態の造形台２００ｃは、移動機構２２０に固定される基部２１０と、基部２１０の上方に配置された無数の線状体２１２とを備えている。なお、本実施形態では、吐出ユニット１００および制御部３００の構成は第１〜第３実施形態と同様である。

図１４は、図１３のＸ部分の拡大図である。図１４に示すように、基部２１０の上方には、複数の線状体２１２がブラシ状に配列されている。各線状体２１２は、それぞれ、細長い円柱状の部材であり、例えば、ＳＵＳ、銅、真鍮など、熱伝導性に優れる金属によって形成されていることが好ましい。各線状体２１２の直径は、例えば、０．３〜１．０ｍｍである。また、線状体２１２の密度は、６０〜８０％程度である。密度は、基部２１０上で線状体２１２全体を囲む平面の面積に対する、各線状体２１２の断面積の合計の割合である。また、各線状体２１２のＺ方向における長さは、２０〜３０ｍｍである。線状体２１２の素材、径、長さ、密度は、線状体２１２の柔軟性と強度とを確保可能な値を実験やシミュレーションによって求められることで予め定められている。これら複数の線状体２１２の上端部によって、三次元物体の材料あるいはサポート材が積層される造形面２１１が構成される。なお、線状体２１２は、直線状に限らず、一部が屈曲あるいは傾斜していてもよく、基部から上端部にむけて直径が漸減又は漸増してもよい。また、断面形状は、円、楕円、三角形、正方形、長方形、ひし形、多角形でもよく、断面内部に空洞を有していてもよい。

以上で説明した第４実施形態によれば、材料が積層される造形面２１１が、複数の線状体２１２の上端部によって構成されているので、造形台２００上で溶融材料が収縮しても、その収縮に伴って、各線状体２１２がしなり、造形面２１１の形状を材料の収縮に追従させることができる。そのため、材料が造形台２００から剥離することが抑制され、材料を安定して積層させることができる。この結果、三次元物体の造形精度を向上させることができる。また、材料と造形台２００との接触面積を減らすことができるので、造形後の三次元物体を造形台２００から容易に取り外すことができる。また、本実施形態では、造形面２１１がブラシ状に構成されているので、送風ユニット７０からの気流の流れが造形面２１１の表面で荒れることを抑制できる。そのため、材料を精度よく積層させることができる。

図１５は、線状体２１２同士の好ましい間隔を示す図である。図１５には、各線状体２１２を上側から見た状態を示している。例えば、図中の配置Ａのように、各線状体２１２の中心が、正三角形の頂点の位置に配置される位置関係を有する場合、隣り合う３つの線状体２１２に外周が接する仮想円の直径Ｒ１の方が、ノズル６１の径よりも小さいことが好ましい。また、図中の配置Ｂのように、各線状体２１２の中心が、正方形の頂点の位置に配置される位置関係を有する場合、隣り合う４つの線状体２１２に外周が接する仮想円の直径Ｒ２の方が、ノズル６１の径よりも小さいことが好ましい。つまり、線状体２１２の配置にかかわらず、隣り合う少なくとも３つの線状体２１２に外周が接する仮想円の直径の方が、ノズル６１の径よりも小さいことが好ましい。線状体２１２同士がこのような間隔で配置されていれば、ノズル６１から吐出された材料が、線状体２１２の間に入り込むことを抑制することができる。

図１６は、線状体２１２の形状のバリエーションを示す図である。図中の形状（１）は、図１４に示した形状と同じであり、各線状体２１２は円柱状である。形状（２）は、線状体２１２の上端部が皿状に形成されている。形状（３）は、線状体２１２の上端部が球状に形成されている。形状（４）は、基部２１０に隣接する部分の形状が上端部よりも大きく形成されている。このように、線状体２１２の形状は、種々の形状を採用することが可能である。なお、図中の形状（４）は、例えば、線状体２１２の基部２１０に隣接する部分のそれぞれが、磁力等によって互いに反発することによって、線状体２１２同士の間隔が変更されるように構成されていてもよい。

図１７および図１８は、第４実施形態の他の構成を示す図である。図１７に示すように、本実施形態における三次元造形装置１０ｃは、造形面２１１に沿った方向から複数の線状体２１２間に送風を行う送風機２１６を備えてもよい。このような構成であれば、造形面２１１に積層された材料の温度を迅速に低下させることができるので、材料が自重によって変形することを抑制できる。また、図１８に示すように、三次元造形装置１０ｃは、複数の線状体２１２を加熱するヒーター２１８を備えてもよい。このような構成であれば、造形面２１１に積層された材料の温度が急激に低下して変形することを抑制できる。なお、三次元造形装置１０ｃは、送風機２１６とヒーター２１８の両方を備えてもよい。この場合、例えば、外部のヒーター２１８によって暖めた空気を送風機２１６によって線状体２１２間に流してもよい。

なお、本実施形態の造形台２００ｃは、第１〜第３実施形態における三次元造形装置以外の三次元造形装置にも適用可能である。例えば、送風ユニット７０を備えない三次元造形装置や、材料を完全に溶融させない三次元造形装置、一般的なＦＤＭ方式の三次元造形装置など、種々の三次元造形装置に適用可能である。

Ｅ．変形例：
＜変形例１＞
上記実施形態では、三次元物体を構成する材料（構成材料）に対して送風を行っているが、構成材料を支持するためのサポート材に対して送風を行ってもよい。つまり、本発明は、三次元物体を製造するために用いる材料であれば、構成材料に限らず、サポート材の積層時にも適用可能である。

＜変形例２＞
上記実施形態では、フラットスクリュー４０を用いて材料を可塑化しているが、材料を可塑化して吐出可能であれば、吐出ユニット１００の構成は、フラットスクリュー４０を用いたものに限られない。例えば、材料を予熱器で溶融し、溶融した材料を長尺スクリューの回転を用いて押出ノズルから押し出す構成であってもよい。

＜変形例３＞
上記実施形態では、三次元造形装置１０は、吐出ユニット１００と造形台２００と制御部３００とによって構成されている。これに対して、吐出ユニット１００のみを狭義の三次元造形装置として捉えることも可能である。

＜変形例４＞
上記実施形態の三次元造形装置１０は、吐出ユニット１００を１つ備えている。これに対して、三次元造形装置１０は、吐出ユニット１００を複数備えてもよい。例えば、吐出ユニット１００を２つ備えた構成では、一方の吐出ユニット１００から、三次元物体ＯＢを支持するためのサポート材を吐出させ、他方の吐出ユニット１００から、三次元物体ＯＢの構成材料を吐出させてもよい。また、各吐出ユニット１００から異なる色、あるいは、異なる材質の溶融材料を吐出させてもよい。

＜変形例５＞
上記実施形態では、ホッパー２０が吐出ユニット１００に備えられているが、ホッパー２０は、吐出ユニット１００の外部に設けられてもよい。また、上記実施形態では、ホッパー２０から材料が供給されるものとしたが、フラットスクリュー４０に対して材料が供給可能であれば、材料供給手段はホッパー２０でなくても構わない。

＜変形例６＞
上記実施形態において、第１送風部７１からの送風量は、ノズル６１の径に応じて変更してもよい。つまり、ノズル６１から吐出される溶融材料の線径に応じて送風量を調整してもよい。例えば、線径が大きいほど、送風量を大きくすることにより、効率的に溶融材料の温度を低下させることができる。また、ノズル６１の径（溶融材料の線径）に応じて、送出する空気の温度を調整してもよい。例えば、線径が大きいほど、送出する空気の温度を低くすれば、効率的に溶融材料の温度を低下させることが可能である。また、送風ユニット７０から送出するガスは、空気に限らず、例えば、窒素などの不活性ガスであってもよい。ガスの種類は、溶融材料の種類に応じて適宜変更可能である。

＜変形例７＞
上記実施形態において、送風ユニット７０からの送風量は、吐出部６０の移動速度に応じて変更してもよい。例えば、制御部３００は、吐出部６０の移動速度が速いほど第１送風部７１からの送風量を小さくし、吐出部６０の移動速度が遅いほど第１送風部７１からの送風量を大きくしてもよい。こうすることで、例えば、三次元物体の角部等を造形するために吐出部６０の移動速度が遅くなった場合に送風量を大きくすることができる。この結果、角部を造形する際に、迅速に溶融材料の温度を低下させることができるので、角部の造形精度を高めることができる。

＜変形例８＞
上記実施形態において、制御部３００は、造形台２００に直接的に接触する溶融材料を吐出する際には、送風ユニット７０からの送風を停止させてもよい。このようにすることで、溶融材料が造形台２００から剥離することを抑制することができる。

本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０，１０ｂ，１０ｃ…三次元造形装置、１５…スクリューケース、２０…ホッパー、２２…連通路、３０…駆動モーター、４０…フラットスクリュー、４２…スクロール溝、４４…材料流入口、４６…中央部、４８…スクロール溝形成面、５０…加熱部、５２…スクリュー対向面、５４…案内溝、５６…連通孔、５８…ヒーター、６０…吐出部、６１…ノズル、７０，７０ａ，７０ｂ…送風ユニット、７１，７１ａ…第１送風部、７２…第１部材、７３…凸部、７４…第１導風部材、７５…流路、７６…第１導入口、７７…第１吹出口、７９…チューブ、８１，８１ａ…第２送風部、８３…環状部材、８４…第２導風部材、８５…第２導入口、８７…第２吹出口、９０…可塑化部、９１…クランプ、１００…吐出ユニット、２００，２００ｃ…造形台、２１０…基部、２１１…造形面、２１２…線状体、２１６…送風機、２１８…ヒーター、２２０…移動機構、３００…制御部、ＯＢ…三次元物体。

Claims (5)

1. 三次元造形装置用の造形台であって、
   基部と、
   前記基部の上方に配列された複数の線状体と、を備え、
   前記複数の線状体の上端部によって、材料が積層される造形面が構成されている、
   造形台。
2. 三次元物体を造形する三次元造形装置であって、
   材料を可塑化する可塑化部と、
   可塑化した前記材料を吐出するためのノズルを有する吐出部と
   前記ノズルから吐出された材料が積層される、請求項１記載の造形台と、
   を備える三次元造形装置。
3. 請求項２に記載の三次元造形装置であって、
   隣り合う少なくとも３つの前記線状体に外周が接する仮想円の直径の方が、前記ノズルの径よりも小さい、三次元造形装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の三次元造形装置であって、更に、
   前記造形面に沿った方向から前記複数の線状体間に送風を行う送風機を備える、三次元造形装置。
5. 請求項２から請求項４までのいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、更に、
   前記複数の線状体を加熱するヒーターを備える、三次元造形装置。

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