JP2020029019A - 造形ステージ、三次元造形装置、および、三次元造形装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元造形物の造形が完了した後の三次元造形物の造形ステージからの分離を容易化することを、より簡易な構成で実現できる技術を提供する。【解決手段】造形ステージは、造形材料が堆積される造形面を有し、三次元造形装置において温度制御されて用いられる。造形ステージは、複数の凹部または貫通部、及び、前記凹部または前記貫通部の周縁にあり、前記造形面に含まれる第１造形面部を有する第１部材と、前記凹部または前記貫通部の内部に配置され、前記造形面に含まれる第２造形面部を有し、前記第１部材とは異なる熱膨張係数を有する第２部材と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、三次元造形装置の造形ステージに関する。

従来から、造形ステージの上に造形材料を堆積させることによって三次元造形物を造形する種々の三次元造形装置が提案されている。例えば、特許文献１には、造形ステージを、複数の貫通穴を有する上部プレートと、上部プレートの下に配置され、上部プレートの貫通孔に挿通される凸部を有する下部プレートと、で構成した三次元造形装置が開示されている。特許文献１の三次元造形装置では、上部プレートの表面に貫通穴を通じて下部プレートの凸部を突き出させた状態で上部プレート上に三次元造形物を造形している。そして、三次元造形物の造形完了後に、上部プレートから下部プレートを離間させて、三次元造形物の底面から下部プレートの凸部を抜き取ることによって、三次元造形物を造形ステージから分離しやすくしている。

特開２０１７−２００７２７号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、造形ステージが上部プレートと下部プレートとで構成され、さらに、上部プレートと下部プレートとを移動させる機械的な機構を設ける必要があるため、三次元造形装置の構成が大型化したり複雑化したりする可能性がある。本願は、三次元造形装置において、造形後の三次元造形物の造形ステージからの分離を容易化することを、より簡素な構成で実現することを課題とする。

本開示の技術の一形態は、造形材料が堆積される造形面を有し、温度制御されて三次元造形に用いられる造形ステージとして提供される。前記造形ステージは、複数の凹部または貫通部、及び、前記凹部または前記貫通部の周縁にあり、前記造形面に含まれる第１造形面部を有する第１部材と、前記凹部または前記貫通部の内部空間に配置され、前記造形面に含まれる第２造形面部を有し、前記第１部材とは異なる熱膨張係数を有する第２部材と、を備える。

三次元造形装置の構成を示す概略図。 フラットスクリューの構成を示す概略斜視図。 スクリュー対面部の構成を示す概略平面図。 第１実施形態における造形ステージの造形面側を示す概略平面図。 第１実施形態における造形ステージの概略断面図。 造形工程のフローを示す説明図。 第１実施形態における造形処理の様子を模式的に示す概略図。 第１実施形態における三次元造形物の分離工程を模式的に示す概略図。 造形ステージの製造方法の一例における第１工程を示す模式図。 造形ステージの製造方法の一例における第２工程を示す模式図。 造形ステージの製造方法の一例における第３工程を示す模式図。 造形ステージの製造方法の一例における第４工程を示す模式図。 造形ステージの製造方法の一例における第５工程を示す模式図。 造形ステージの製造方法の一例における第６工程を示す模式図。 第２実施形態における造形処理の様子を模式的に示す概略図。 第２実施形態における三次元造形物の分離工程を模式的に示す概略図。 第３実施形態の造形装置の構成を示す概略図。 第４実施形態の三次元造形装置の構成を示す第１の概略図。 第４実施形態の三次元造形装置の構成を示す第２の概略図。 第５実施形態の造形ステージの造形面側を示す概略平面図。 第６実施形態の造形ステージの造形面側を示す概略平面図。 第６実施形態の造形ステージの温度制御後の状態の一例を概略断面図。 第７実施形態の造形ステージを示す概略断面図。 他の実施形態の造形工程における造形ステージの状態を示す概略図。

１．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における造形ステージ１０を備える三次元造形装置１００の構成を示す概略図である。図１には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印が示されている。Ｘ方向およびＹ方向は、水平面に平行な方向であり、Ｚ方向は、鉛直方向とは反対の方向である。鉛直方向は、重力方向と言い換えてもよい。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印は、他の参照図においても、図示の方向が図１と対応するように適宜、図示してある。

三次元造形装置１００は、造形ステージ１０の造形面１１に造形材料を堆積させることによって三次元造形物を造形する。以下では、「三次元造形装置」を単に「造形装置」とも呼び、三次元造形物を単に「造形物」とも呼ぶ。「造形材料」については後述する。また、本明細書において、造形面１１での「面」は、平面だけで構成された面だけではなく、一定の領域を占める面として把握可能なものを含む概念であり、例えば、その表面に凹凸が形成されていてもよい。

第１実施形態の造形ステージ１０は、造形ステージ１０の温度に応じて造形面１１における凹凸構造が変形するように構成されている。造形ステージ１０の構成については、造形装置１００が備える他の構成部の説明をした後に説明する。

造形装置１００は、造形ステージ１０の他に、造形装置１００を制御する制御部１０１と、造形材料を生成して造形ステージ１０に堆積させる造形部１１０と、造形ステージ１０を支持する基台２１０と、造形材料の堆積位置を制御する移動機構２３０と、を備える。

制御部１０１は、造形装置１００全体の動作を制御する。第１実施形態では、制御部１０１は、１つ、または、複数のプロセッサーと、主記憶装置と、を備えるコンピューターによって構成される。制御部１０１は、主記憶装置上に読み込んだプログラムや命令をプロセッサーが実行することによって、種々の機能を発揮する。なお、制御部１０１の機能の少なくとも一部をハードウェア回路により実現するようにしてもよい。

制御部１０１は、後述する造形工程において、造形物を表す造形データに従って、造形部１１０と移動機構２３０とを制御して、造形ステージ１０の造形面１１上に造形材料を堆積させて造形物を造形する造形処理を実行する。また、後述するように、制御部１０１は、造形工程において、温度制御部２５０を制御して、造形ステージ１０の温度を調整し、造形ステージ１０の造形面１１における凹凸構造を変化させる。

造形部１１０は、制御部１０１の制御下において、溶融されたペースト状の造形材料を生成し、造形面１１上の目標位置に堆積させる。造形部１１０は、原材料ＭＲの供給源である材料供給部２０と、原材料ＭＲを造形材料へと転化させる生成部３０と、造形材料を吐出する吐出部６０と、を備える。

材料供給部２０は、生成部３０に、造形材料を生成するための原材料ＭＲを供給する。材料供給部２０は、例えば、原材料ＭＲを収容するホッパーによって構成される。材料供給部２０は、下方に排出口を有している。当該排出口は、連通路２２を介して、生成部３０に接続されている。第１実施形態では、原材料ＭＲは、ペレットや粉末等の形態で材料供給部２０に投入される。

生成部３０は、材料供給部２０から供給された原材料ＭＲを溶融させて流動性を発現させたペースト状の造形材料を生成し、吐出部６０へと導く。生成部３０は、スクリューケース３１と、駆動モーター３２と、フラットスクリュー４０と、スクリュー対面部５０と、を有する。

フラットスクリュー４０は、その中心軸に沿った方向である軸線方向における高さが直径よりも小さい略円柱状を有する。フラットスクリュー４０は、その軸線方向がＺ方向に平行になるように配置され、円周方向に沿って回転する。第１実施形態では、フラットスクリュー４０の中心軸は、その回転軸ＲＸと一致する。図１には、フラットスクリュー４０の回転軸ＲＸを一点鎖線で図示してある。

フラットスクリュー４０は、スクリューケース３１内に収納されている。フラットスクリュー４０の上面４７側は駆動モーター３２に連結されており、フラットスクリュー４０は、駆動モーター３２が発生させる回転駆動力によって、スクリューケース３１内において回転する。駆動モーター３２は、制御部１０１の制御下において駆動する。

フラットスクリュー４０は、回転軸ＲＸと交差する面である下面４８に、スクロール溝４２が形成されている。以下では、フラットスクリュー４０の下面４８を「溝形成面４８」とも呼ぶ。後に参照する図２において図示されているように、スクロール溝４２は、フラットスクリュー４０の外周側面において開口する材料流入口４４に接続されている。スクロール溝４２は、材料流入口４４からフラットスクリュー４０の回転軸ＲＸが通る中央部４６に向かって渦巻き状に延びている。

フラットスクリュー４０の溝形成面４８は、スクリュー対面部５０の上面５２に面しており、溝形成面４８のスクロール溝４２と、スクリュー対面部５０の上面５２との間には空間が形成される。上述した材料供給部２０の連通路２２は、材料流入口４４を通じてスクロール溝４２に接続されている。造形部１１０では、スクロール溝４２とスクリュー対面部５０との間の前述の空間に、材料供給部２０から連通路２２を通じて原材料ＭＲが供給される。フラットスクリュー４０およびそのスクロール溝４２の具体的な構成については後述する。

スクリュー対面部５０には、回転しているフラットスクリュー４０のスクロール溝４２内に供給された原材料ＭＲを加熱するためのヒーター５８が埋め込まれている。フラットスクリュー４０のスクロール溝４２内に供給された原材料ＭＲは、スクロール溝４２内において溶融されながら、フラットスクリュー４０の回転によってスクロール溝４２に沿って流動し、造形材料としてフラットスクリュー４０の中央部４６へと導かれる。中央部４６に流入した流動性を発現しているペースト状の造形材料は、スクリュー対面部５０の中心に設けられた連通孔５６を介して吐出部６０に供給される。なお、造形材料では、造形材料を構成する全ての種類の物質が溶融していなくてもよい。造形材料は、造形材料を構成する物質のうちの少なくとも一部の種類の物質が溶融することによって、全体として流動性を有する状態に転化されていればよい。

吐出部６０は、造形材料を吐出するノズル６１と、生成部３０で生成された造形材料をノズル６１に導く流路６５と、を備える。ノズル６１は、流路６５を通じて、スクリュー対面部５０の連通孔５６に接続されている。ノズル６１は、生成部３０において生成された造形材料を、先端の吐出口６２から基台２１０上の造形ステージ１０に向かって吐出する。第１実施形態では、流路６５はＺ方向に沿って延びており、流路６５とノズル６１とはＺ方向に沿って配列されている。流路６５には、造形材料の流れを制御する弁機構などが設けられていてもよい。

基台２１０は、ノズル６１の下方に配置されている。造形ステージ１０は、上述したように、基台２１０の上に載置されており、造形ステージ１０の造形面１１は、ノズル６１の吐出口６２に対向する。第１実施形態では、造形ステージ１０は、造形面１１がほぼ水平になるように、つまり、Ｘ，Ｙ方向に平行になるように基台２１０上に配置される。

移動機構２３０は、制御部１０１の制御下において、基台２１０とノズル６１との相対的な位置関係、つまり、造形ステージ１０とノズル６１との相対的な位置関係を変化させる。第１実施形態では、ノズル６１の位置が固定されており、移動機構２３０は、基台２１０を移動させる。移動機構２３０は、３つのモーターＭの駆動力によって、基台２１０をＸ，Ｙ，Ｚ方向の３軸方向に移動させる３軸ポジショナーによって構成される。

なお、他の実施形態では、移動機構２３０によって造形ステージ１０を移動させる構成の代わりに、基台２１０および造形ステージ１０の位置が固定された状態で、移動機構２３０が造形ステージ１０に対してノズル６１を移動させる構成が採用されてもよい。こうした構成であっても、造形ステージ１０に対するノズル６１の相対的な位置を変化させることができる。また、他の実施形態では、移動機構２３０が、基台２１０とノズル６１とをそれぞれ移動させ、造形ステージ１０とノズル６１との相対的な位置を変化させる構成が採用されてもよい。

造形装置１００は、さらに、造形をおこなう処理室であるチャンバー２４０と、チャンバー２４０内の室温を制御する温度制御部２５０と、を備える。上述の造形部１１０と、基台２１０と、移動機構２３０とは、チャンバー２４０に収容されている。造形装置１００では、チャンバー２４０内で造形物が造形される。

チャンバー２４０内には、さらに、温度制御部２５０が収容されている。温度制御部２５０は、例えば、内部に温度調整された冷媒が流れる熱交換器によって構成される。制御部１０１は、温度制御部２５０によって、チャンバー２４０内の温度を調整し、造形ステージ１０の温度を制御する。温度制御部２５０は、造形ステージ１０の温度制御性を高めるために、造形ステージ１０の近傍に配置されてもよい。

図２は、フラットスクリュー４０の溝形成面４８側の構成を示す概略斜視図である。図２には、生成部３０でのフラットスクリュー４０の回転軸ＲＸの位置が一点鎖線で図示されている。

フラットスクリュー４０の溝形成面４８の中央部４６は、スクロール溝４２の一端が接続されている凹部として構成されている。中央部４６は、図１に図示されているスクリュー対面部５０の連通孔５６に対向する。第１実施形態では、中央部４６は、回転軸ＲＸと交差する。スクロール溝４２は、中央部４６から、フラットスクリュー４０の外周に向かって弧を描くように渦状に延びている。スクロール溝４２は、螺旋状に延びるように構成されているとしてもよい。スクロール溝４２は、フラットスクリュー４０の外周側面に形成された材料流入口４４まで連続している。溝形成面４８には、スクロール溝４２の側壁部を構成し、各スクロール溝４２に沿って延びている凸条部４３が設けられている。なお、スクロール溝４２は、スクロール溝４２の中心軸に直交する断面における断面積が、材料流入口４４から中央部４６に向かうにつれて小さくなるように構成されていることが望ましい。これにより、原材料ＭＲを可塑化する際の中央部４６の圧力をより高めることができる。

図２には、３つのスクロール溝４２と、３つの凸条部４３と、を有するフラットスクリュー４０の例が図示されている。フラットスクリュー４０に設けられるスクロール溝４２や凸条部４３の数は、３つには限定されない。フラットスクリュー４０には、１つのスクロール溝４２のみが設けられていてもよいし、２以上の複数のスクロール溝４２が設けられていてもよい。また、スクロール溝４２の数に合わせて任意の数の凸条部４３が設けられてもよい。図２には、材料流入口４４が３箇所に形成されているフラットスクリュー４０の例が図示されている。フラットスクリュー４０に設けられる材料流入口４４の数は、３箇所に限定されない。フラットスクリュー４０には、材料流入口４４が１箇所にのみ設けられていてもよいし、２箇所以上の複数の箇所に設けられていてもよい。

図３は、スクリュー対面部５０の上面５２側を示す概略平面図である。スクリュー対面部５０の上面５２は、上述したように、フラットスクリュー４０の溝形成面４８に対向する。以下、この上面５２を、「スクリュー対向面５２」とも呼ぶ。スクリュー対向面５２の中心には、造形材料をノズル６１に供給するための上述した連通孔５６が形成されている。スクリュー対向面５２には、連通孔５６に接続され、連通孔５６から外周に向かって渦状に延びている複数の案内溝５４が形成されている。複数の案内溝５４は、フラットスクリュー４０の中央部４６に流入した造形材料を連通孔５６に導く機能を有する。図１を参照して説明したように、スクリュー対面部５０には、ヒーター５８が埋め込まれている。生成部３０における原材料ＭＲの溶融は、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。

図１および図２を参照する。フラットスクリュー４０が回転すると、材料流入口４４から供給された原材料ＭＲが、スクロール溝４２内において加熱されながら、スクロール溝４２に誘導されて中央部４６に向かって移動する。原材料ＭＲは、中央部４６に近づくほど溶融して流動性が高まっていき、造形材料へと転化する。中央部４６に集められた造形材料は、中央部４６で生じる内圧により、連通孔５６を通じてノズル６１の流路６５へと導かれ、吐出口６２から吐出される。

フラットスクリュー４０を用いている生成部３０によれば、原材料ＭＲの可塑化の際に、スクロール溝４２内の圧力が中央部４６に近づくほど高くなるため、最終的に生成される造形材料の混練度が高められる。また、原材料ＭＲの空隙に存在する空気が、スクロール溝４２内に生じる圧力によって材料流入口４４側へと押し出されるため、造形材料の脱気が促進される。

図１を参照する。生成部３０では、Ｚ方向に小型なサイズを有するフラットスクリュー４０の採用によって、原材料ＭＲを溶融してノズル６１まで導くための経路がＺ方向に占める範囲が小さくなっている。このように、造形装置１００では、フラットスクリュー４０を利用していることによって、造形材料の生成機構が小型化されている。

造形装置１００では、フラットスクリュー４０を利用していることによって、流動性を有する造形材料を生成し、ノズル６１へと圧送する構成が簡易に実現されている。この構成によれば、ノズル６１からの造形材料の吐出量の制御がフラットスクリュー４０の回転数の制御によって可能であり、ノズル６１からの造形材料の吐出量の制御を容易化することができる。

造形装置１００において用いられる造形物の材料について説明する。造形装置１００では、例えば、熱可塑性を有する材料や、金属材料、セラミック材料等の種々の材料を主材料として造形物を造形することができる。ここで、「主材料」とは、造形物の形状を形作っている中心となる材料を意味し、造形物において５０重量％以上の含有率を占める材料を意味する。上述した造形材料には、それらの主材料を単体で溶融したものや、主材料とともに含有される一部の成分が溶融してペースト状にされたものが含まれる。

主材料として熱可塑性を有する材料を用いる場合には、生成部３０において、当該材料が可塑化することによって造形材料が生成される。「可塑化」とは、熱可塑性を有する材料に熱が加わり溶融することを意味する。

熱可塑性を有する材料としては、例えば、下記の熱可塑性樹脂材料を用いることができる。
＜熱可塑性樹脂材料の例＞
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）、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチック、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチック。

熱可塑性を有する材料には、顔料や、金属、セラミック、その他に、ワックス、難燃剤、酸化防止剤、熱安定剤などの添加剤等が混入されていてもよい。熱可塑性を有する材料は、生成部３０において、フラットスクリュー４０の回転とヒーター５８の加熱によって可塑化されて溶融した状態に転化される。熱可塑性を有する材料の溶融によって生成された造形材料は、ノズル６１から吐出された後、温度の低下によって硬化する。

熱可塑性を有する材料は、そのガラス転移点以上に加熱されて完全に溶融した状態でノズル６１から射出されることが望ましい。例えば、ＡＢＳ樹脂は、ガラス転移点が約１２０℃であり、ノズル６１からの吐出時には約２００℃であることが望ましい。このように高温の状態で造形材料を吐出するために、ノズル６１の周囲にはヒーターが設けられてもよい。

造形装置１００では、上述した熱可塑性を有する材料の代わりに、例えば、以下の金属材料が主材料として用いられてもよい。この場合には、下記の金属材料を粉末状にした粉末材料に、造形材料の生成の際に溶融する成分が混合されて、原材料ＭＲとして生成部３０に投入されることが望ましい。
＜金属材料の例＞
マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）やクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）の単一の金属、もしくはこれらの金属を１つ以上含む合金。
＜前記合金の例＞
マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金。

造形装置１００においては、上記の金属材料の代わりに、セラミック材料を主材料として用いることが可能である。セラミック材料としては、例えば、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどの酸化物セラミックスや、窒化アルミニウムなどの非酸化物セラミックスなどが使用可能である。主材料として、上述したような金属材料やセラミック材料を用いる場合には、基台２１０に配置された造形材料は焼結によって硬化されてもよい。

材料供給部２０に原材料ＭＲとして投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料は、単一の金属の粉末や合金の粉末、セラミック材料の粉末を、複数種類、混合した混合材料であってもよい。また、金属材料やセラミック材料の粉末材料は、例えば、上で例示したような熱可塑性樹脂、あるいは、それ以外の熱可塑性樹脂によってコーティングされていてもよい。この場合には、生成部３０において、その熱可塑性樹脂が溶融して流動性が発現されるものとしてもよい。

材料供給部２０に原材料ＭＲとして投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、以下のような溶剤を添加することもできる。溶剤は、下記の中から選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
＜溶剤の例＞
水、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の（ポリ）アルキレングリコールモノアルキルエーテル類、酢酸エチル、酢酸ｎ−プロピル、酢酸ｉｓｏ−プロピル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸ｉｓｏ−ブチル等の酢酸エステル類、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル−ｎ−ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類、テトラアルキルアンモニウムアセテート類、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤、ピリジン、γ−ピコリン、２，６−ルチジン等のピリジン系溶剤、テトラアルキルアンモニウムアセテート（例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等）、ブチルカルビトールアセテート等のイオン液体等。

その他に、材料供給部２０に原材料ＭＲとして投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、以下のようなバインダーを添加することもできる。
＜バインダーの例＞
アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）或いはその他の熱可塑性樹脂。

図１、図４Ａおよび図４Ｂを参照して、造形ステージ１０の構成を説明する。図４Ａは、造形ステージ１０の造形面１１側を示す概略平面図である。図４Ｂは、図４Ａに示す４Ｂ−４Ｂ切断における造形ステージ１０の概略断面図である。

造形ステージ１０は、本体部を構成する第１部材１２と、第１部材１２を支持する基板１５と、を備える。第１実施形態では、第１部材１２は、１〜１０ｍｍ程度の厚みを有する板状部材によって構成される。第１実施形態では、第１部材１２は、樹脂材料によって構成される。第１部材１２は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やＡＢＳ樹脂などによって構成される。

図４Ｂに示すように、第１部材１２は、複数の貫通部１４と、貫通部１４の周縁にあり、造形面１１に含まれる第１造形面部１１ａと、を有する。第１造形面部１１ａは、各貫通部１４の周縁部を構成する第１部材１２の表面によって構成される。第１実施形態では、貫通部１４は、図４Ａに示すように、正円状の開口形状を有する貫通穴である。本明細書において、「貫通部」とは、無底の穴部の他に、無底の溝部やスリットなどを含む概念である。貫通部１４の開口径は、例えば、１〜１０μｍ程度でよい。第１実施形態では、貫通部１４は、造形面１１の全体にわたって二次元的に配列されている。貫通部１４は、Ｘ方向およびＹ方向に格子状に等間隔で配列されている。貫通部１４同士の間隔は、例えば、０．１〜１ｍｍ程度でよい。

なお、貫通部１４の配列構成は、図４Ａに例示されている格子状の配列構成には限定されない。他の実施形態では、貫通部１４は、同心円状に配列されていてもよいし、貫通部１４の配列間隔が、造形面１１の領域ごとに変更されていてもよい。例えば、貫通部１４は、中央部側の領域よりも外周縁側の領域ほど密度が高くなるように配列されていてもよい。また、貫通部１４は、造形面１１上に不規則に点在されていてもよい。他の実施形態では、貫通部１４の開口形状は正円状でなくてもよく、楕円状であってもよいし、三角形状や四角形状、その他の多角形状であってもよい。

基板１５は、厚みが一定の平板状の部材であり、第１部材１２の第１造形面部１１ａとは反対側の下面を覆うように配置されている。基板１５は、例えばＮｉなどの金属によって構成される。第１部材１２と基板１５とは接合されて一体化されていることが望ましい。これによって、第１部材１２の造形面１１に沿った方向における熱膨張変形が抑制される。ただし、他の実施形態では、基板１５は省略されてもよい。

造形ステージ１０は、さらに、第１部材１２とは異なる熱膨張係数を有し、第１部材１２の各貫通部１４の内部空間に配置されている第２部材１３を備えている。第１実施形態では、第２部材１３は、貫通穴である貫通部１４の深さ方向、つまり、第１部材１２の厚み方向に沿って配置された柱状部材によって構成されている。第１実施形態では、貫通部１４の深さ方向および第１部材１２の厚み方向は、Ｚ方向に平行な方向である。第２部材１３は、造形面１１に含まれる第２造形面部１１ｂを有している。第２造形面部１１ｂは、第２部材１３の基板１５とは反対側の先端面によって構成される。第１実施形態では、造形ステージ１０の造形面１１は、第１部材１２の第１造形面部１１ａと、第２部材１３の第２造形面部１１ｂと、を有している。

第１実施形態では、造形ステージ１０は、造形ステージ１０の温度が予め決められた基準温度であるときに、第２部材１３が有する第２造形面部１１ｂが、図１や図４Ｂに示すように、第１部材１２が有する第１造形面部１１ａよりも突き出るように構成されている。予め決められた基準温度は、例えば、室温を基準として、１８〜２８℃程度としてよい。また、第２部材１３の第２造形面部１１ｂは、造形ステージ１０が基準温度のときに、例えば、第１部材１２の第１造形面部１１ａよりも、第１部材１２の厚み方向に５〜１０μｍ程度、突き出るものとしてもよい。

第１実施形態では、第２部材１３の熱膨張係数は、第１部材１２よりも小さい。第１部材１２と第２部材１３の熱膨張係数の差は、例えば、５０〜１００×１０^−６／Ｋ程度としてもよい。第１実施形態では、第１部材１２を樹脂材料で構成し、第２部材１３を金属材料で構成することによって、そうした熱膨張係数の差を設けている。第２部材１３の熱膨張係数が第１部材１２より小さいことによって、造形ステージ１０を昇温させたときに、第１部材１２の熱膨張によるＺ方向における厚みの増加量の方が、第２部材１３の熱膨張によるＺ方向における長さの増加量よりも大きくなっている。

このように、造形ステージ１０では、基準温度であるときに、第１部材１２とその貫通部１４に配置された第２部材１３とによって、造形面１１に凹凸構造が形成される。そして、第１部材１２と第２部材１３の熱膨張係数の差によって、造形ステージ１０の温度を変化させたときに、第１造形面部１１ａに対する第２造形面部１１ｂの位置が相対的に変化し、造形面１１における凹凸構造が変化する。

ここで、例えば、第１部材１２をＰＴＦＥによって構成し、第２部材１３をニッケル（Ｎｉ）によって構成したとする。そして、造形ステージ１０が基準温度２５℃であるときの第１部材１２の厚みを１ｍｍとし、第２部材１３が貫通部１４から突き出る高さを２．４μｍとする。なお、ＰＴＦＥの熱膨張係数は１００×１０^−６／Ｋであり、Ｎｉの熱膨張係数は１２．８×１０^−６／Ｋであり、第１部材１２と第２部材１３の間での熱膨張係数の差は８７×１０^−６／Ｋである。このように構成すれば、造形ステージ１０を、例えば、基準温度２５℃から８０℃まで５５℃程度昇温させたときに、第１部材１２の厚みが第２部材１３の長さよりも大きくなる。そのため、第２部材１３の第２造形面部１１ｂが貫通部１４内に収容され、造形面１１における凹凸構造の凹凸が反転する。

以下に説明するように、造形装置１００は、造形工程において、造形完了後に、造形ステージ１０の温度を変化させて、造形面１１における凹凸構造を変化させることによって、造形面１１から造形物を分離しやすくしている。また、第１実施形態では、造形中に、造形面１１に、第１造形面部１１ａと第２造形面部１１ｂとの高低差が設けられた状態で造形していることによって、造形面１１に対する造形材料の固定性が高められている。

図５、図６Ａ、図６Ｂを参照して、第１実施形態の造形装置１００が実行する造形工程を説明する。図５は、造形工程のフローを示す説明図である。造形装置１００では、制御部１０１が第１実施形態の制御方法による制御を実行して、以下のように造形工程を実行する。この造形工程では、温度制御部２５０は、造形中の処理温度である第１温度と、造形完了後の制御温度である第２温度との温度差が予め決められた温度差以上となるように造形ステージ１０の温度制御を実行する。

工程Ｓ１０は、造形ステージ１０の温度を造形処理のための温度に調整する工程である。第１実施形態では、制御部１０１は、温度制御部２５０を用いてチャンバー２４０内の温度を変更することによって、造形ステージ１０の温度を調整する。制御部１０１は、チャンバー２４０内の温度を、予め決められた第１温度である処理温度に温度制御部２５０を用いて制御する。処理温度は、造形ステージ１０の基準温度に応じて予め決められた温度である。例えば、基準温度が１８〜２５℃であった場合、処理温度は１２〜３０℃程度の温度に決められてよい。制御部１０１はチャンバー２４０内の温度を処理温度に制御した後、造形ステージ１０の温度が基準温度に到達するまでの期間、待機するものとしてもよい。第１実施形態では、造形ステージ１０が基準温度に調整されることによって、造形面１１において第２部材１３の第２造形面部１１ｂが第１部材１２の第１造形面部１１ａより突き出た状態にされる。

図６Ａは、工程Ｓ２０の造形処理において造形物が造形されていく様子を模式的に示す概略図である。図６Ａには、便宜上、造形物を構成する材料層ＭＬの境界を図示してある。

工程Ｓ２０の造形処理では、制御部１０１は、以下のように造形物を造形する。制御部１０１は、造形データに従って、造形ステージ１０に対するノズル６１の位置を、ノズル６１から造形ステージ１０に向かう方向に交差する方向に変えながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させる。これによって造形材料ＭＭを造形面１１上に堆積させて材料層ＭＬを形成する。

制御部１０１は、１つの材料層ＭＬを形成した後、ノズル６１の位置を、造形面１１から離れる方向であるＺ方向に移動させ、これまでに形成された材料層ＭＬの上に、さらに材料層ＭＬを形成して積み重ねていく。制御部１０１は、こうした材料層ＭＬの積層を繰り返して造形物を造形していく。

ここで、工程Ｓ２０が実行される際には、上述したように、造形面１１には第１部材１２の第１造形面部１１ａよりも第２部材１３の第２造形面部１１ｂが突き出た凹凸構造が形成されている。そのため、造形物の造形中には、凹凸構造の凸部を構成する第２部材１３のアンカー効果によって、最下層の材料層ＭＬを構成する造形材料ＭＭの造形面１１に対する固定性が高められる。これにより、最下層の材料層ＭＬの造形材料ＭＭが、造形面１１に沿った方向に流動してしまうことが抑制され、予定位置からずれた位置に造形材料ＭＭが配置されることが抑制される。また、造形材料ＭＭが硬化するときに、最下層の材料層ＭＬが造形面１１に沿った方向に収縮することが抑制され、造形物の底面に反りが生じることが抑制される。このように、工程Ｓ２０の造形処理では、造形ステージ１０の温度制御により造形面１１に生じさせた凹凸構造によって、造形ステージ１０に対する造形材料ＭＭの固定性が高められるため、造形物の造形精度が高められる。

図６Ｂは、造形ステージ１０から造形完了後の造形物ＯＢを分離させる工程を模式的に示す概略図である。図６Ｂには、便宜上、造形ステージ１０から分離された造形物ＯＢを破線で示してある。

工程Ｓ３０は、造形ステージ１０の温度を、造形完了後の造形物ＯＢを造形ステージ１０から分離させるための予め決められた第２温度に調整する工程である。制御部１０１は、造形物ＯＢの造形が完了した後、温度制御部２５０を用いて、チャンバー２４０内の温度を、工程Ｓ１０で設定した温度より高い予め定められた高温に設定して、造形ステージ１０を昇温させる。これによって、造形物ＯＢの造形中と造形物ＯＢの造形完了後とで予め決められた温度以上の温度差を造形ステージ１０に生じさせ、造形ステージ１０の第１部材１２と第２部材１３とをそれぞれ熱膨張させる。この温度差は、第１部材１２の熱膨張量が第２部材１３の熱膨張量よりも予め定めた量だけ大きくなるように定められる。第１実施形態では、その温度差は、例えば、５０〜６０℃程度としてよい。

上記のように造形ステージ１０が低温の状態から高温の状態に昇温されることによって、図６Ｂにおいて示すように、第１部材１２の厚みが増して、第１部材１２の第１造形面部１１ａより突き出ていた第２部材１３の高さが低減される。第１実施形態では、第２部材１３の第２造形面部１１ｂが第１部材１２の第１造形面部１１ａより窪み、造形面１１に形成されている凹凸構造の凹凸が反転するまで造形ステージ１０が昇温される。これによって、造形物ＯＢの底面に突き刺さっていた第２部材１３が造形物ＯＢの底面から離間するため、造形物ＯＢを造形ステージ１０から分離させやすい状態となる。工程Ｓ４０では、この状態で、図６Ｂの破線で示すように、造形ステージ１０から造形物が分離される。なお、造形物の底面の凹凸は、工程Ｓ４０の後に、研磨加工などによって除去されてもよい。

図７Ａ〜図７Ｆを参照して、造形ステージ１０の製造方法の一例を説明する。図７Ａ〜図７Ｆはそれぞれ、造形ステージ１０の製造工程の内容が模式的に示されている。

図７Ａに示す第１工程では、基板１５を構成する金属プレート１５ｐと、第１部材１２の基材である樹脂プレート１２ｐと、を準備し、互いに接着または融着する。図７Ｂに示す第２工程では、樹脂プレート１２ｐの表面にフォトレジストＰＲを塗布する。図７Ｃに示す第３工程では、フォトリソグラフィー法によって、フォトレジストＰＲを露光・現像して、第１部材１２における貫通部１４の配列パターン１４Ｐをパターニングする。なお、このパターニングは、フォトリソグラフィー法の代わりに、インプリント法などによっておこなわれてもよい。

図７Ｄに示す第４工程では、フォトレジストＰＲをマスクとして、エッチングにより、樹脂プレート１２ｐを貫通する貫通孔１２ｈを形成する。この貫通孔１２ｈが第１部材１２における貫通部１４となる。図７Ｅに示す第５工程では、貫通孔１２ｈ内に第２部材１３を構成する金属基材１３ｐが配置される。第１実施形態では、金属基材１３ｐを、例えば、電鋳などのめっき法を利用して一度に形成する。他の実施形態では、金属基材１３ｐを１本ずつ、対応する貫通孔１２ｈ内に挿入するものとしてもよい。金属基材１３ｐの長さは、樹脂プレート１２ｐと金属基材１３ｐのそれぞれの熱膨張係数、樹脂プレート１２ｐの厚み、予め決められた造形ステージ１０の基準温度、その基準温度での第１造形面部１１ａに対する第２造形面部１１ｂの位置、を考慮して適切に設定されればよい。図７Ｆに示す第６工程では、剥離液を用いてフォトレジストＰＲを剥離する。以上の工程により、造形ステージ１０が完成する。

以上のように、第１実施形態の造形ステージ１０、造形装置１００、および、造形装置１００の制御方法によれば、造形ステージ１０の温度制御により、造形工程の段階に合わせて簡易に造形面１１における凹凸構造を変化させることができる。よって、造形完了後に、造形ステージ１０の造形面１１における凹凸構造を変化させることにより、造形物を造形面１１から分離を容易化することができる。また、第１実施形態では、造形物の造形中にも第１造形面部１１ａと第２造形面部１１ｂとの高低差を設けているため、造形面１１での造形材料の固定性が高められており、その流動や収縮変形が抑制される。第１実施形態の造形ステージ１０、造形装置１００、および、造形装置１００の制御方法であれば、複雑な機械的機構の追加が抑制された簡素な構成でそうした効果を得ることができる。その他に、第１実施形態の造形ステージ１０、造形装置１００、および、造形装置１００の制御方法によれば、第１実施形態中で説明した種々の作用効果を奏することができる。

２．第２実施形態：
図８Ａおよび図８Ｂを参照して、制御部１０１が実行する第２実施形態の制御方法による造形工程を説明する。第２実施形態の制御方法は、第１実施形態で説明したのと同じ構成の造形装置１００によって実行される。第２実施形態においても、造形装置１００は、第１実施形態で説明したのと同じ造形ステージ１０を備えている。第２実施形態の造形工程は、工程Ｓ１０および工程Ｓ３０において設定される温度の高低が入れ替えられる点以外は、第１実施形態で説明した造形工程と同じである。第２実施形態の造形工程では、図５のフローに沿って、工程Ｓ１０〜工程Ｓ４０が実行される。

図８Ａは、第２実施形態の工程Ｓ２０の造形処理において造形物が造形されていく様子を模式的に示す概略図である。工程Ｓ１０では、制御部１０１は、温度制御部２５０によって、チャンバー２４０内の温度を造形ステージ１０の基準温度よりも高温の予め決められた処理温度に設定する。造形ステージ１０の基準温度が室温を基準とした１８〜２５℃である場合、工程Ｓ１０での処理温度は、例えば、７０〜９０℃程度としてもよい。このチャンバー２４０内の処理温度の調整によって、造形ステージ１０が基準温度よりも高い温度に調整される。これによって、造形ステージ１０が図８Ａに示すように、第１部材１２の厚みが第２部材１３の長さよりも長くなる状態にされる。この状態の造形ステージ１０では、第２部材１３の全体が貫通部１４内に入り込み、第２造形面部１１ｂが第１造形面部１１ａよりも窪んだ位置に位置することによって、造形面１１に凹凸構造が形成される。第２実施形態の工程Ｓ２０では、最下層の材料層ＭＬを構成する造形材料ＭＭの一部が、前述の凹凸構造を構成している貫通部１４に入り込むことによって、造形面１１に対する造形材料ＭＭの固定性が高められる。よって、造形処理における造形物の造形精度が高められる。

図８Ｂは、第２実施形態の工程Ｓ３０〜Ｓ４０での造形ステージ１０からの造形物の分離工程を模式的に示す概略図である。第２実施形態の工程Ｓ３０では、造形物の造形が完了した後、制御部１０１は、造形ステージ１０の温度を基準温度まで低下させる。制御部１０１は、温度制御部２５０によって、チャンバー２４０内の温度を、工程Ｓ１０で設定した高温の処理温度から、造形ステージ１０の基準温度以下の低温まで低下させる。これによって、造形物の造形中と造形物の造形完了後とで予め決められた温度以上の温度差を造形ステージ１０に生じさせる。この温度差は、少なくとも、第１部材１２の熱収縮量が第２部材１３の熱収縮量よりも予め定められた量だけ大きくなるように定められる。制御部１０１は、造形ステージ１０を、工程Ｓ１０で調整した温度から、例えば、５０〜６０℃程度降温させる。

造形ステージ１０の温度が低下することによって、図８Ｂにおいて示すように、第１部材１２の厚みが、第２部材１３の長さよりも低減され、第２造形面部１１ｂが第１造形面部１１ａから突き出た状態となる。これによって、造形物ＯＢを第２部材１３の先端の第２造形面部１１ｂに支持させながら、造形物ＯＢの底面を第１部材１２の第２造形面部１１ｂから離間させることができ、造形物ＯＢを造形ステージ１０から分離させやすい状態にすることができる。工程Ｓ４０では、この状態で、造形ステージ１０から造形物ＯＢを分離させる。なお、造形物ＯＢの底面の凹凸は、工程Ｓ４０の後に、研磨加工などによって除去されてもよい。

以上のように、第２実施形態における造形装置１００の制御方法であっても、造形ステージ１０の温度制御により、造形完了後の造形物の造形面１１からの分離を容易化することができる。また、造形物の造形中には、造形面１１に対する造形材料ＭＭの固定性を高めることもできる。その他に、第２実施形態の造形ステージ１０、造形装置１００、および、造形装置１００の制御方法によれば、第１実施形態中で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。

３．第３実施形態：
図９は、第３実施形態の造形装置１００ａの構成を示す概略図である。第３実施形態の造形装置１００ａは、チャンバー２４０を備えておらず、第１実施形態で説明した温度制御部２５０の代わりに、基台２１０内部に、第３実施形態の温度制御部２５３が内蔵されている点が第１実施形態の造形装置１００と異なっている。第３実施形態の造形装置１００ａは、第１実施形態で説明した造形ステージ１０を備えており、第１実施形態で説明した図５の造形工程を実行する。

第３実施形態の温度制御部２５３は基台２１０内部に設けられた熱交換器によって構成されている。温度制御部２５３は、外部から供給される冷媒との熱交換によって、基台２１０の上に載置されている造形ステージ１０を加熱、または、冷却することができる。

制御部１０１は、工程Ｓ１０において、温度制御部２５３によって、造形ステージ１０を予め決められた基準温度に調整する。これによって、造形面１１に、第２造形面部１１ｂが第１造形面部１１ａより突き出た図９に例示された凹凸構造が形成され、造形物の造形中に、造形面１１に対する造形材料の固定性が高められる。制御部１０１は、工程Ｓ２０の造形処理が完了した後、工程Ｓ３０において、温度制御部２５３によって、造形ステージ１０を基準温度以上の予め決められた高温まで昇温させる。これによって、造形面１１の凹凸構造が、図６Ｂに示されているような第２造形面部１１ｂが第１造形面部１１ａより窪んだ状態に変化し、造形物ＯＢの底面から第２部材１３が離間した造形物ＯＢを造形ステージ１０から分離させやすい状態になる。なお、他の実施形態では、第３実施形態の造形装置１００ａの制御部１０１は、第２実施形態で説明したように、工程Ｓ１０において造形ステージ１０を基準温度以上の高温にし、工程Ｓ３０において造形ステージ１０の温度を低下させてもよい。

第３実施形態の造形装置１００ａであれば、温度制御部２５３によって、造形ステージ１０に接している基台２１０を介して造形ステージ１０の温度を変更できるため、造形ステージ１０の温度制御を効率よく、また、より精度よくおこなうことができる。その他に、第３実施形態の造形ステージ１０、造形装置１００ａ、および、造形装置１００ａの制御方法によれば、上記の各実施形態中で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。

４．第４実施形態：
図１０Ａおよび図１０Ｂは、第４実施形態の造形装置１００ｂの構成および造形工程を説明するための概略図である。図１０Ａは、造形物ＯＢの造形中の様子を示しており、図１０Ｂは、造形物ＯＢの造形が完了した後の様子を示している。図１０Ａおよび図１０Ｂでは、便宜上、基台２１０と、その上の造形ステージ１０と、吐出部６０のノズル６１のみを図示してあり、他の構成部の図示は省略されている。第４実施形態の造形装置１００ｂは、第３実施形態の温度制御部２５３の代わりに第４実施形態の温度制御部２５４が基台２１０に内蔵されている点のみが第３実施形態の造形装置１００ａと異なっている。第４実施形態の造形装置１００ｂの制御部１０１は、造形工程を図５のフローに従って実行する。

第４実施形態の温度制御部２５４は、基台２１０に載置されている造形ステージ１０の温度制御の際に、造形面１１上における複数の領域の温度をそれぞれ独立に調整することができる。温度制御部２５４は、例えば、基台２１０の内部において配列された複数の発熱素子によって構成される。制御部１０１は、工程Ｓ１０や工程Ｓ３０を実行する際に、造形データに基づいて、造形面１１内の造形物ＯＢが造形される領域を特定する。そして、温度制御部２５４によって、その特定された領域を温度制御する。このようにすれば、造形面１１上の全ての領域を一律に制御する場合よりも、造形ステージ１０の温度制御のためのエネルギー消費を節約することができ、効率的である。

例えば、制御部１０１は、工程Ｓ１０において、造形ステージ１０の温度を基準温度に制御して、第１造形面部１１ａから第２造形面部１１ｂが突き出た図１０Ａの状態にして、造形面１１に対する造形材料ＭＭの固定性を高める。このとき、制御部１０１は、造形物ＯＢの底面における外周領域に近い部位ほど、第２造形面部１１ｂが第１造形面部１１ａより突き出るように領域ごとに温度を制御する。これによって、造形中に造形物ＯＢの底面の外周領域ほどより固定された状態となり、造形物ＯＢの収縮による反りの発生を抑制できる。

制御部１０１は、工程Ｓ３０において、造形物ＯＢが造形された領域のみを基準温度より高い予め決められた温度まで昇温させることによって、当該領域の第２造形面部１１ｂを第１造形面部１１ａよりも窪んだ位置に位置させる。これによって、造形物ＯＢの底面が第１造形面部１１ａに持ち上げられて、第２部材１３の第２造形面部１１ｂから離間するため、造形ステージ１０から造形物ＯＢを分離させやすくなる。

なお、他の実施形態では、制御部１０１は、例えば、図１０Ａに例示したのとは異なり、工程Ｓ１０において、造形物ＯＢの造形領域のみを加熱して、第２造形面部１１ｂが第１造形面部１１ａよりも窪んだ状態にしてもよい。そして、工程Ｓ３０において、造形物ＯＢの底面から第１造形面部１１ａが離間するように、造形ステージ１０における造形物ＯＢの造形領域の温度を基準温度まで低下させてもよい。

第４実施形態の造形ステージ１０、造形装置１００ｂ、および、造形装置１００ｂの制御方法によれば、上記の各実施形態中で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。

５．第５実施形態：
図１１は、第５実施形態の造形ステージ１０ａの造形面１１側を示す概略平面図である。図１１では、便宜上、第２造形面部１１ｂにハッチングを付してある。第５実施形態の造形ステージ１０ａは、以下に説明する点以外は、第１実施形態の造形ステージ１０の構成とほぼ同じである。

第５実施形態の造形ステージ１０ａは、点在する複数の貫通穴として構成された貫通部１４の代わりに、縦溝と横溝とが格子状に配列された複数の無底の溝部、つまり、スリットによって構成された貫通部１４ａが設けられた第１部材１２ａを備えている。また、柱状部材で構成された第２部材１３の代わりに、貫通部１４ａに沿って配置された線状部材によって構成され、格子状に配列されている第２部材１３ａを備えている。これによって、第５実施形態の造形ステージ１０ａでは、造形面１１において、第２造形面部１１ｂが格子状に配列されている。

第５実施形態の造形ステージ１０ａであっても、第１実施形態の造形ステージ１０と同様に、温度制御によって造形面１１における凹凸構造を変化させることができる。よって、第５実施形態の造形ステージ１０ａを、上記の各実施形態で説明した造形装置１００，１００ａ，１００ｂで用いることによって、造形完了後の造形物の造形面１１からの分離を容易化することができる。また、造形物の造形中に造形面１１に対する造形材料ＭＭの固定性を高めることができる。その他に、第５実施形態の造形ステージ１０ａ、それを用いた造形装置１００，１００ａ，１００ｂ、その造形装置１００，１００ａ，１００ｂの制御方法によれば、上記の各実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。

６．第６実施形態：
図１２Ａは、第６実施形態の造形ステージ１０ｂの造形面１１側を示す概略平面図である。図１２Ｂは、図１２Ａの１２Ｂ−１２Ｂ切断における第６実施形態の造形ステージ１０ｂの概略断面図であり、第６実施形態の造形ステージ１０ｂが温度制御されたときの状態を例示している。第６実施形態の造形ステージ１０ｂは、以下に説明する点以外は、第１実施形態の造形ステージ１０の構成とほぼ同じである。

第６実施形態の造形ステージ１０ｂでは、第１部材１２の熱膨張係数は、第２部材１３の熱膨張係数よりも小さい。第６実施形態では、第１部材１２が金属板によって構成され、第２部材１３が樹脂材料によって構成されているとしてもよい。

また、第６実施形態の造形ステージ１０ｂでは、一部の第２部材１３が、第１部材１２と第２部材１３とは異なる熱膨張係数を有する第３部材１８に代えられている。第３部材１８は、第２部材１３と同様な形状を有しており、貫通部１４のうち、第２部材１３が配置されていない貫通部１４に配置されている。第１部材１２と第３部材１８の熱膨張係数の差は、第１部材１２と第２部材１３の熱膨張係数の差より大きい。

第３部材１８は、貫通部１４から露出する先端部に、造形面１１に含まれる第３造形面部１１ｃを有している。第６実施形態の造形ステージ１０ｂでは、造形面１１は、第１部材１２の第１造形面部１１ａと、第２部材１３の第２造形面部１１ｂと、第３部材１８の第３造形面部１１ｃと、で構成される。

造形面１１は、第１部材１２の第１造形面部１１ａと第２部材１３の第２造形面部１１ｂとを有する第１領域ＡＦと、第１部材１２の第１造形面部１１ａと第３部材１８の第３造形面部１１ｃとを有する第２領域ＡＳと、を有する。第１領域ＡＦは、造形面１１の中央部側に位置し、第２領域ＡＳは、第１領域ＡＦの外周を囲んでいる。なお、他の実施形態では、第１領域ＡＦおよび第２領域ＡＳには、第６実施形態で説明した格子状の溝部によって構成された貫通部１４ａが設けられ、貫通部１４ａ内に、線状の第２部材１３や第３部材１８が格子状に配列されていてもよい。

第６実施形態の造形ステージ１０ｂによれば、造形ステージ１０ｂの温度を変化させたときに、図１２Ｂに例示しているように、第２領域ＡＳでの凹凸構造の高低差の変化量を、第１領域ＡＦよりも大きくすることができる。よって、例えば、造形物の底面における中央側部位を凹凸構造の高低差が小さい第１領域ＡＦで造形し、外周縁側部位を凹凸構造の高低差が大きい第２領域ＡＳで造形するようにすれば、外周縁側部位を中央部側部位よりも固定された状態で造形することができる。この方法によれば、造形物の底面で反りが発生することを抑制でき、造形物の造形精度を高めることができる。

第６実施形態の造形ステージ１０ｂを、上記の各実施形態で説明した造形装置１００，１００ａ，１００ｂで用いれば、造形完了後の造形物の造形面１１からの分離を容易化することができる。また、造形物の造形中にも、造形面１１に対する造形材料ＭＭの固定性を高めることができる。その他に、第６実施形態の造形ステージ１０ｂ、それを用いた造形装置１００，１００ａ，１００ｂ、その造形装置１００，１００ａ，１００ｂの制御方法によれば、上記の各実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。

７．第７実施形態：
図１３は、第７実施形態の造形ステージ１０ｃの概略断面図である。第７実施形態の造形ステージ１０ｃの構成は、第１部材１２に貫通部１４の代わりに、凹部１４ｃが設けられている点以外は、第１実施形態の造形ステージ１０とほぼ同じである。凹部１４ｃは、有底の穴部によって構成され、凹部１４ｃの周縁部は、第１造形面部１１ａによって構成されている。第２部材１３は、凹部１４ｃの内部空間に配置される。第７実施形態の造形ステージ１０ｃは、上記の各実施形態で説明した上記の各実施形態で説明した造形装置１００，１００ａ，１００ｂや造形工程において用いることができる。第７実施形態の造形ステージ１０ｃであっても、上記の各実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。なお、他の実施形態では、凹部１４ｃは、穴部として構成される代わりに、有底の溝部によって構成されてもよい。当該有底の溝部は、格子状に配列されていてもよいし、他の配列構成を有していてもよい。

８．他の実施形態：
上記の各実施形態で説明した種々の構成は、例えば、以下のように変更することが可能である。以下に説明する他の実施形態はいずれも、上記の各実施形態や上記の各実施形態中で他の実施形態として説明した構成と同様、本開示の技術を実施するための形態の一例として位置づけられる。

（１）他の実施形態１：
上記の第６実施形態以外の各実施形態において、第１部材１２，１２ａを、第２部材１３，１３ａよりも熱膨張係数が小さい材料で構成してもよい。この場合、例えば、第１部材１２，１２ａ，１２ｂを金属材料で構成し、第２部材１３，１３ａを樹脂材料で構成してもよい。このような構成の造形ステージであっても、その温度を変化させれば、造形面１１における凹凸構造を変化させることが可能である。上記の第６実施形態において、第１部材１２，１２ａを、第２部材１３，１３ａよりも熱膨張係数が大きい材料で構成してもよい。上記の各実施形態において、第１部材１２，１２ａと第２部材１３，１３ａの両方を熱膨張係数の異なる樹脂材料によって構成してもよいし、第１部材１２，１２ａと第２部材１３，１３ａの両方を熱膨張係数の異なる金属材料によって形成してもよい。第１部材１２，１２ａと第２部材１３，１３ａとは、樹脂材料や金属材料以外の材料によって構成されてもよい。例えば、第１部材１２，１２ａ，１２ｂと第２部材１３，１３ａのうちの一方がセラミックスによって構成されてもよい。

（２）他の実施形態２：
上記の各実施形態において、造形ステージ１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、異なる開口形状を有する複数の貫通部１４や凹部１４ｃを有していてもよい。上記の各実施形態において、第１部材１２に、複数の溝状の貫通部１４や凹部１４ｃを設ける場合、当該溝状の貫通部１４や凹部１４ｃは格子状に配列されていなくてもよい。溝状の貫通部１４や溝状の凹部１４ｃは、交差することなく並列に配列されていてもよい。また、造形面１１の中心から放射状に延びるように配列されていてもよい。

（３）他の実施形態３：
上記の各実施形態の造形工程では、造形ステージ１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃの温度を、低温から高温に、または、低温から高温に変化させることによって、造形物の造形中と造形完了後とで、造形面１１に形成されている凹凸構造の凹凸を反転させている。これに対して、造形面１１に形成されている凹凸構造の凹凸は反転までされなくてもよく、凹凸構造の凸部の相対的な高さが低下するだけでもよい。例えば、上記の第１実施形態において、凹部１４ｃから突き出ている第２部材１３の高さが、造形物ＯＢの分離前に小さくなるようにされるだけでもよい。

（４）他の実施形態４：
上記の各実施形態の造形装置１００，１００ａ，１００ｂは、チャンバー２４０内の温度を制御する温度制御部２５０、及び、基台２１０に設けられる温度制御部２５３または温度制御部２５４の両方を備え、制御部１０１は、その両方を用いて、造形ステージ１０，１０ａ，１０ｂ、１０ｃの温度制御をおこなってもよい。

（５）他の実施形態５：
図１４は、他の実施形態４での造形ステージ１０の温度制御を説明するための造形ステージ１０の概略断面図である。上記の各実施形態の造形工程において、工程Ｓ３０での温度制御により、造形ステージ１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃの造形面１１を、図６Ａの状態から、図１４に示すように、凹凸構造をなくした平坦な状態にしてもよい。このようにしても、造形物ＯＢの底面と造形面１１との接触面積を低減させることができるため、工程Ｓ４０において、造形物を造形ステージ１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃから分離させやすくなる。あるいは、工程Ｓ１０での温度制御により造形面１１を、図１４に示した凹凸構造をなくした平坦な状態にして、工程Ｓ２０の造形処理で造形物を造形し、工程Ｓ３０において、造形面１１に凹凸構造を生じさせるように温度制御がおこなわれてもよい。こうした制御方法であっても、少なくとも、造形ステージ１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃからの造形物の分離が容易化される。

（６）他の実施形態６：
生成部３０は、フラットスクリュー４０を利用している構成の代わりに、例えば、Ｚ方向の長さが直径よりも長いインラインスクリューを回転させてノズル６１から造形材料を押し出す構成を有していてもよい。また、造形装置１００は、フラットスクリュー４０や上述したインラインスクリューを用いる構成ではなく、通常のＦＤＭ方式（熱融解積層方式）を採用していてもよい。造形装置１００では、熱可塑性樹脂からなるフィラメントが巻き回されたボビンから、ノズルへと、フィラメントを繰り出し、ノズル内に設けられたヒーターによって、そのフィラメントを溶融させ、造形材料としてノズルから吐出させる構成が採用されてもよい。

（７）他の実施形態７：
上記の各実施形態において、材料供給部２０は、複数のホッパーを備える構成を有していてもよい。この場合には、各ホッパーからフラットスクリュー４０へと異なる材料が供給され、フラットスクリュー４０のスクロール溝４２内において混合されて、造形材料が生成されてもよい。例えば、上記実施形態で説明した主材料となる粉末材料と、それに添加される溶媒やバインダーなどが別々のホッパーから並行してフラットスクリュー４０に供給されてもよい。

９．他の形態：
本開示の技術は、上述の各実施形態や実施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形態（aspect）によって実現することができる。例えば、本開示の技術は以下の形態として実現可能である。以下に記載する各形態中の技術的特徴に対応する上記の各実施形態中の技術的特徴は、本開示の技術が有する課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本開示の技術が奏する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おいて必須であると説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

（１）第１の形態は、造形材料が堆積される造形面を有し、温度制御されて三次元造形に用いられる造形ステージであって、複数の凹部または貫通部、及び、前記凹部または前記貫通部の周縁にあり、前記造形面に含まれる第１造形面部を有する第１部材と、前記凹部または前記貫通部の内部空間に配置され、前記造形面に含まれる第２造形面部を有し、前記第１部材とは異なる熱膨張係数を有する第２部材と、を備える、造形ステージとして提供される。
この形態の造形ステージによれば、第１部材と第２部材の熱膨張係数が異なるため、造形ステージの温度を変更することにより、造形面における凹凸構造の高低差を変化させたり、凹凸構造の凹凸を反転させたりすることができる。よって、例えば、三次元造形物の造形が完了した後に、造形ステージの温度を調整することによって、その凹凸構造の高低差を変化させたり、凹凸構造の凹凸を反転させたりすることによって、造形面から三次元造形物を分離させやすくすることができる。

（２）上記形態の造形ステージにおいて、前記第２造形面部は、前記造形面において格子状に配列されていてよい。
この形態の造形ステージによれば、造形面に格子状の凹凸構造を形成することができる。

（３）上記形態の造形ステージにおいて、前記造形面に前記造形材料が堆積される際に、前記造形面は、前記第２造形面部が前記第１造形面部より窪んだ位置にあることにより、または、前記第２造形面部が前記第１造形面部から突き出た位置にあることによって凹凸構造となってよい。
この形態の造形ステージによれば、造形物の造形中に造形面に形成される凹凸構造によるアンカー効果によって、造形面に対する造形材料の固定性を高めることができ、造形物の造形精度を高めることができる。

（４）上記形態の造形ステージにおいて、前記第１部材は、樹脂材料で構成され、前記第２部材は金属材料で構成されてよい。
この形態の造形ステージによれば、樹脂材料と金属材料との組み合わせによって、温度制御により造形面の凹凸構造を変化させることができる造形ステージを、簡易に構成することができる。

（５）上記形態の造形ステージは、さらに、前記第１部材および前記第２部材とは異なる熱膨張係数を有し、複数の前記凹部または前記貫通部のうち、前記第２部材が配置されていない前記凹部または前記貫通部に配置され、前記造形面に含まれる第３造形面部を有する第３部材を備え、前記第１部材の熱膨張係数と前記第３部材の熱膨張係数との差は、前記第１部材の熱膨張係数と前記第２部材の熱膨張係数との差より大きく、前記造形面は、前記第１造形面部と前記第２造形面部とを有する第１領域と、前記第１領域を囲み、前記第１造形面部と前記第３造形面部とを有する第２領域と、を含んでよい。
この形態の造形ステージによれば、造形ステージの温度を変化させたときに、第２領域での凹凸構造の変形量を、第１領域よりも大きくすることができる。この形態の造形ステージを用いて、例えば、三次元造形物の底面における中央側部位を第１領域で造形し、外周縁側部位を第２領域で造形すれば、外周縁側部位を中央部側部位よりも固定された状態で造形することができる。このようにすれば、三次元造形物の底面で反りが発生することを抑制できる。

（６）第２の形態は、三次元造形装置であって、造形材料を吐出する吐出部と、前記造形材料が堆積されて三次元造形物が造形される造形ステージと、前記造形ステージの温度を制御する温度制御部と、を備え、前記造形ステージは、複数の凹部または貫通部、及び、前記凹部または前記貫通部の周縁にあり、前記造形面に含まれる第１造形面部を有する第１部材と、前記凹部または前記貫通部の内部空間に配置され、前造形面に含まれる第２造形面部を有し、前記第１部材とは異なる熱膨張係数を有する第２部材と、を備え、前記温度制御部は、前記三次元造形物の造形中は、前記造形ステージを第１温度に制御し、前記三次元造形物の造形が完了した後は、前記造形ステージを第２温度に制御し、前記第１温度と前記第２温度との温度差が、予め決められた温度以上の温度差となるように、前記造形ステージの温度を制御する、三次元造形装置として提供される。
この形態の三次元造形装置によれば、三次元造形物の造形完了後に、造形ステージを温度制御して、造形面の凹凸構造を変化させることによって、造形面からの三次元造形物の分離を容易にすることができる。

（７）上記形態の三次元造形装置は、さらに、前記吐出部と前記造形ステージとを収容するチャンバーを備え、前記温度制御部は、前記チャンバー内の室温を変更することによって、前記造形ステージの温度を制御してよい。
この形態の三次元造形装置によれば、チャンバー内の温度制御によって、造形ステージの造形面における凹凸構造を簡易に変化させることができる。

（８）上記形態の三次元造形装置は、さらに、前記造形ステージが配置される基台を備え、前記温度制御部は、前記基台に設けられ、前記基台上の前記造形ステージの温度を制御してよい。
この形態の三次元造形装置によれば、造形ステージに接している基台を介して造形ステージの温度を変更できるため、造形ステージの温度制御を効率良く、かつ、精度良くおこなうことができる。

（９）上記形態の三次元造形装置において、前記温度制御部は、前記造形面上における複数の領域の温度をそれぞれ制御してよい。
この形態の三次元造形装置によれば、造形ステージの造形面上における複数の領域ごとに、造形材料の固定性や分離のさせやすさを変化させることができる。

（１０）第３の形態は、三次元造形装置の制御方法であって、造形材料が堆積される造形面を有する造形ステージであって、複数の凹部または貫通部と、前記凹部または前記貫通部の周縁にあり、前記造形面に含まれる第１造形面部と、を有する第１部材と、前記凹部または前記貫通部の内部空間に配置され、前記造形面に含まれる第２造形面部を有し、前記第１部材とは異なる熱膨張係数を有する第２部材と、を備える造形ステージに、吐出部から造形材料を吐出させて、前記造形材料を堆積させることによって三次元造形物を造形する工程と、前記造形ステージの温度を制御する温度制御部によって、前記三次元造形物の造形中と、前記三次元造形物の造形が完了した後と、で予め決められた温度以上の温度差で、前記造形ステージの温度を制御する工程と、を備える、制御方法として提供される。
この形態の三次元造形装置の制御方法によれば、三次元造形物の造形完了後に、造形ステージを温度制御することにより、造形面の凹凸構造を変化させることによって、造形面からの三次元造形物の分離を容易にすることができる。

本開示の技術は、造形ステージ、三次元造形装置、および、三次元造形装置の制御方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、三次元造形物の造形方法や製造方法、造形ステージの製造方法、造形ステージの制御方法、造形ステージや三次元造形装置の制御方法を実現するためのプログラム、そのプログラムを記録した記録媒体などの形態で実現することができる。

１０…造形ステージ、１０ａ…造形ステージ、１０ｂ…造形ステージ、１０ｃ…造形ステージ、１１…造形面、１１ａ…第１造形面部、１１ｂ…第２造形面部、１１ｃ…第３造形面部、１２…第１部材、１２ａ…第１部材、１２ｈ…貫通孔、１２ｐ…樹脂プレート、１３…第２部材、１３ａ…第２部材、１３ｐ…金属基材、１４…貫通部、１４ａ…貫通部、１４ｃ…凹部、１４Ｐ…配列パターン、１５…基板、１５ｐ…金属プレート、１８…第３部材、２０…材料供給部、２２…連通路、３０…生成部、３１…スクリューケース、３２…駆動モーター、４０…フラットスクリュー、４２…スクロール溝、４３…凸条部、４４…材料流入口、４６…中央部、４８…溝形成面、５０…スクリュー対面部、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、６２…吐出口、６５…流路、１００…三次元造形装置、１００ａ…三次元造形装置、１００ｂ…三次元造形装置、１０１…制御部、１１０…造形部、２１０…基台、２３０…移動機構、２４０…チャンバー、２５０…温度制御部、２５３…温度制御部、２５４…温度制御部、ＡＦ…第１領域、ＡＳ…第２領域、Ｍ…モーター、ＭＬ…材料層、ＭＭ…造形材料、ＭＲ…原材料、ＯＢ…造形物、ＰＲ…フォトレジスト、ＲＸ…回転軸

Claims (10)

1. 造形材料が堆積される造形面を有し、温度制御されて三次元造形に用いられる造形ステージであって、
   複数の凹部または貫通部、及び、前記凹部または前記貫通部の周縁にあり、前記造形面に含まれる第１造形面部を有する第１部材と、
   前記凹部または前記貫通部の内部空間に配置され、前記造形面に含まれる第２造形面部を有し、前記第１部材とは異なる熱膨張係数を有する第２部材と、
   を備える、造形ステージ。
2. 請求項１記載の造形ステージであって、
   前記第２造形面部は、前記造形面において格子状に配列されている、造形ステージ。
3. 請求項１または請求項２記載の造形ステージであって、
   前記造形面に前記造形材料が堆積される際に、前記造形面は、前記第２造形面部が前記第１造形面部より窪んだ位置にあることにより、または、前記第２造形面部が前記第１造形面部から突き出た位置にあることによって凹凸構造となっている、造形ステージ。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の造形ステージであって、
   前記第１部材は、樹脂材料で構成され、前記第２部材は金属材料で構成されている、造形ステージ。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の造形ステージであって、さらに、
   前記第１部材および前記第２部材とは異なる熱膨張係数を有し、複数の前記凹部または前記貫通部のうち、前記第２部材が配置されていない前記凹部または前記貫通部に配置され、前記造形面に含まれる第３造形面部を有する第３部材を備え、
   前記第１部材の熱膨張係数と前記第３部材の熱膨張係数との差は、前記第１部材の熱膨張係数と前記第２部材の熱膨張係数との差より大きく、
   前記造形面は、
   前記第１造形面部と前記第２造形面部とを有する第１領域と、
   前記第１領域を囲み、前記第１造形面部と前記第３造形面部とを有する第２領域と、
   を含む、造形ステージ。
6. 三次元造形装置であって、
   造形材料を吐出する吐出部と、
   前記造形材料が堆積されて三次元造形物が造形される造形面を有する造形ステージと、
   前記造形ステージの温度を制御する温度制御部と、
   を備え、
   前記造形ステージは、
   複数の凹部または貫通部、及び、前記凹部または前記貫通部の周縁にあり、前記造形面に含まれる第１造形面部を有する第１部材と、
   前記凹部または前記貫通部の内部空間に配置され、前造形面に含まれる第２造形面部を有し、前記第１部材とは異なる熱膨張係数を有する第２部材と、
   を備え、
   前記温度制御部は、前記三次元造形物の造形中は、前記造形ステージを第１温度に制御し、前記三次元造形物の造形が完了した後は、前記造形ステージを第２温度に制御し、前記第１温度と前記第２温度の温度差が予め決められた温度以上の温度差となるように前記造形ステージを温度制御する、三次元造形装置。
7. 請求項６記載の三次元造形装置であって、さらに、
   前記吐出部と前記造形ステージとを収容するチャンバーを備え、
   前記温度制御部は、前記チャンバー内の室温を変更することによって、前記造形ステージの温度を制御する、三次元造形装置。
8. 請求項６記載の三次元造形装置であって、さらに、
   前記造形ステージが配置される基台を備え、
   前記温度制御部は、前記基台に設けられ、前記基台上の前記造形ステージの温度を制御する、三次元造形装置。
9. 請求項８記載の三次元造形装置であって、
   前記温度制御部は、前記造形面上における複数の領域の温度をそれぞれ制御する、三次元造形装置。
10. 三次元造形装置の制御方法であって、
    造形材料が堆積される造形面を有する造形ステージであって、複数の凹部または貫通部と、前記凹部または前記貫通部の周縁にあり、前記造形面に含まれる第１造形面部と、を有する第１部材と、前記凹部または前記貫通部の内部空間に配置され、前記造形面に含まれる第２造形面部を有し、前記第１部材とは異なる熱膨張係数を有する第２部材と、を備える造形ステージに、吐出部から造形材料を吐出させて、前記造形材料を堆積させることによって三次元造形物を造形する工程と、
    前記造形ステージの温度を制御する温度制御部によって、前記三次元造形物の造形中と、前記三次元造形物の造形が完了した後と、で予め決められた温度以上の温度差で、前記造形ステージの温度を制御する工程と、
    を備える、制御方法。

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