JP2020175628A - 三次元造形装置及び三次元造形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】造形材料の堆積速度を変動させても制御の複雑化を抑制して物体の造形が行える三次元造形装置を提供する。【解決手段】ヘッド２から延出する造形材料Ｍをテーブル３の上に堆積させて三次元の物体Ｏを造形する三次元造形装置であって、ヘッド２とテーブル３を相対的に移動させるロボットアーム９を備えておい、造形材料Ｍは、ロボットアーム９の動力によりヘッド２に対しテーブル３が相対的に移動することによってヘッド２から引き出されるように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、三次元の物体を造形する三次元造形装置及び三次元造形方法に関する。

従来、三次元造形装置及び三次元造形方法として、例えば、特表２０１６−５３６１７８号公報に記載されるように、線状の造形材料（フィラメント）を複数のロータで挟み込んでヘッドのノズル側へ送り出し、ノズルから造形材料を吐出しプレート上に堆積させて三次元の物体を造形する装置及び方法が知られている。このような装置にあっては、造形材料のノズル側への送り速度と造形材料のプレート上への堆積速度を対応させる必要がある。

特表２０１６−５３６１７８号公報

ところで、この種の三次元造形装置及び三次元造形方法として、プレートに対してヘッドを傾倒させ、またはヘッドに対してプレートを傾斜させて物体の造形することが考えられる。例えば、プレートに対しヘッドを傾倒させ、造形材料の吐出方向を変えて造形することが考えられる。

この場合、造形の制御が複雑となり円滑に造形が行えないおそれがある。例えば、図１３に示すように、造形材料１０１のプレート１０２上への堆積速度（プレート１０２に対するヘッド１０４の移動速度）を一定とし、ヘッド１０４の外部からノズル１０３側への造形材料１０１の送り速度を一定として造形することが考えられる。堆積速度を一定とするためには、プレート１０２の表面で曲率の大きい箇所でヘッド１０４の向きを瞬時に変えてヘッド１０４を移動させる必要がある。このようにヘッド１０４を移動させるのは困難である。これに対し、プレート１０２の表面で曲率の大きい箇所では造形材料１０１の堆積速度を遅くすることが考えられる。しかしながら、造形材料１０１の堆積速度の変化に応じて造形材料１０１の送り速度を同調させる必要がある。また、プレート１０２の曲率に応じて造形材料１０１の堆積速度を変化させる必要もあり、造形の制御が複雑なものとなる。

そこで、造形材料の堆積速度の変動に対応可能な三次元造形装置及び三次元造形方法の開発が望まれている。

本開示の一態様に係る三次元造形装置は、ヘッドから延出する造形材料をテーブルの上に堆積させて三次元の物体を造形する三次元造形装置において、ヘッドとテーブルを相対的に移動させる駆動部を備え、造形材料は、駆動部の動力によりヘッドから引き出されるように構成されている。この三次元造形装置によれば、造形材料が駆動部の動力によりヘッドから引き出されるため、造形材料の堆積速度を変動させても堆積速度の変動に対応して造形を行うことができる。

また、本開示の一態様に係る三次元造形装置において、造形材料は、先端側がテーブルに堆積した状態でヘッドとテーブルが相対的に移動することによってヘッドから延出し、駆動部の動力によりヘッドから引き出されてもよい。この場合、造形材料の先端側がテーブルに堆積した状態でヘッドとテーブルが相対的に移動することによって造形材料がヘッドから引き出される。このため、堆積速度の変動に対応して造形を行うことができる。

また、本開示の一態様に係る三次元造形装置において、造形材料を収容し、ヘッドに対し造形材料を供給するための収容部を備え、収容部とヘッドの間の造形材料に対しヘッド側への移送力を付与しないように構成されていてもよい。この場合、収容部とヘッドの間の造形材料に対しヘッド側への移送力を付与しない。従って、造形材料の堆積速度を変動させても堆積速度の変動に対応して造形を行うことができる。

また、本開示の一態様に係る三次元造形装置において、収容部とヘッドの間に設けられ、収容部とヘッドの間の造形材料に対し移送力を与えることにより造形材料をヘッド側へ移送可能とし、移送力の解除を可能とした移送機構を備えていてもよい。この場合、造形前において、移送機構により造形材料を収容部からヘッド側へ移送して造形材料の先端側をテーブルに付着させることができる。そして、造形中において移送機構の移送力を解除し、ヘッドとテーブルの相対移動によって造形材料をヘッドから引き出すことができ、堆積速度の変動に対応して造形を行うことができる。

また、本開示の一態様に係る三次元造形装置において、収容部とヘッドの間に設けられ、造形材料と当接する当接部材を備え、当接部材は、弾性部材を介して取り付けられ、ヘッドに対し相対的に移動可能となっていてもよい。この場合、造形中において、ヘッドから造形材料が引き出される速度や力が変動しても、弾性部材を介して取り付けられている当接部材の移動により、収容部から造形材料が過剰に引き出されることが抑制される。

本開示の一態様に係る三次元造形方法は、ヘッドから延出する造形材料をテーブルの上に堆積させて三次元の物体を造形する三次元造形方法において、ヘッドから延出する造形材料の先端部をテーブル上に付着させる付着工程と、駆動部によりヘッドとテーブルを相対的に移動させ、駆動部の動力によりヘッドから造形材料を引き出してテーブル上に堆積させる造形工程とを含んで構成されている。この三次元造形方法によれば、造形材料が駆動物の動力によりヘッドから引き出されるため、造形材料の堆積速度の変動に対応して造形を行うことができる。

本開示によれば、造形材料の堆積速度を変動させても制御の複雑化を抑制して物体の造形を行うことができる。

本開示の第一実施形態に係る三次元造形装置の構成概要図である。 図１の三次元造形装置におけるヘッドの説明図である。 図１の三次元造形装置における抵抗部の説明図である。 図１の三次元造形装置におけるロボットアームの説明図である。 図１の三次元造形装置の動作及び第一実施形態に係る三次元造形方法を示すフローチャートである。 図１の三次元造形装置の動作及び第一実施形態に係る三次元造形方法における付着工程の説明図である。 図１の三次元造形装置の動作及び第一実施形態に係る三次元造形方法における造形工程の説明図である。 図１の三次元造形装置の動作及び第一実施形態に係る三次元造形方法における造形工程の説明図である。 図１の三次元造形装置の動作及び第一実施形態に係る三次元造形方法における造形工程の説明図である。 図１の三次元造形装置の動作及び第一実施形態に係る三次元造形方法における造形工程の説明図である。 第二実施形態に係る三次元造形装置の構成概要図である。 第三実施形態に係る三次元造形装置の説明図である。 背景技術の説明図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

（第一実施形態）
図１は、本開示の第一実施形態に係る三次元造形装置の構成概要図である。図２は、第一実施形態に係る三次元造形装置のテーブル及びヘッド周辺の構成概要図である。図１に示すように、三次元造形装置１は、ヘッド２から延出する造形材料Ｍをテーブル３の上に堆積させ、三次元の物体を造形する装置である。本実施形態の三次元造形装置１は、いわゆる熱溶解積層（ＦＤＭ：Fused Deposition Modeling）方式のＡＭ（Additive Manufacturing）装置に適用したものである。つまり、三次元造形装置１は、ヘッド２から加熱した造形材料Ｍを延出させ、テーブル３上に造形材料Ｍを堆積（積層又は付着）させて、物体を造形する。ここで、「テーブル３上に造形材料Ｍを堆積する」とは、テーブル３上に堆積された造形材料Ｍの上に造形材料Ｍを堆積する場合も含む。また、「テーブル３上に造形材料Ｍを堆積する」とは、テーブル３に設置されたサポート部材３１上に造形材料Ｍを堆積すること、およびサポート部材３１上に堆積された造形材料Ｍの上に造形材料Ｍを堆積することを含む。

造形材料Ｍとしては、例えば繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber-Reinforced Plastics）を含む材料が用いられる。具体的には、造形材料Ｍは、繊維材料と樹脂材料を含むものが用いられる。より具体的には、造形材料Ｍは、繊維材料に樹脂材料を含浸したものが用いられる。造形材料Ｍの加熱により、樹脂材料の部分が溶融し、この溶融した樹脂材料と繊維材料がヘッド２から供給される。ヘッド２から供給された溶融した樹脂材料と繊維材料は、テーブル３上に付着され、造形材料Ｍの構造物をなす。樹脂材料としては、例えば加熱により軟化する熱可塑性の樹脂が用いられる。

この三次元造形装置１において、ヘッド２とテーブル３の相対的な移動の方向に沿って繊維の方向が向けられて、造形材料Ｍがテーブル３上に配置される。つまり、テーブル３に対向したヘッド２におけるテーブル３に対する軌跡に対応し、造形材料Ｍがテーブル３上に配置される。繊維強化プラスチックとしては、ガラス繊維やカーボン繊維などを用いたものが含まれる。また、繊維強化プラスチックとしては、不連続繊維や連続繊維を用いたものが含まれる。また、造形材料Ｍとしては、繊維強化プラスチック以外の材料を含むものを用いてもよい。例えば、造形材料Ｍとして、ＦＤＭ方式で造形可能な樹脂（例えば、ナイロン、ＡＢＳ、ＰＣ、ＰＥＥＫ、ＰＥＩ）などを用いてもよい。

三次元造形装置１は、収容部４０を備えている。収容部４０は、造形材料Ｍを収容し、ヘッド２に対し造形材料Ｍを供給するための部位である。収容部４０としては、例えば造形材料Ｍを巻回して収容するリールが用いられる。この場合、造形材料Ｍの先端側が引っ張られると、収容部４０が回転して造形材料Ｍが収容部４０から引き出される。収容部４０とヘッド２の間には、移送部４１及び抵抗部４２が設けられている。移送部４１は、収容部４０とヘッド２の間の造形材料Ｍに対し移送力を与える機構である。移送部４１としては、造形材料Ｍに対し移送力を与えることにより造形材料Ｍをヘッド２側へ移送可能とし、移送力の付与を解除可能とした移送機構が用いられる。

図２に示すように、移送部４１としては、例えば、一対のローラ４１ａにより造形材料Ｍを挟み込み、ローラ４１ａの回転により造形材料Ｍに移送力を与える移送機構が用いられる。この移送部４１において、ローラ４１ａの間を離間させることにより、造形材料Ｍへの移送力の付与が解除される。移送部４１は、例えば、造形の開始前に用いられ、それ以降の造形時には用いられない。すなわち、造形の開始前において、造形材料Ｍの先端をテーブル３に付着させるために移送部４１が用いられる。移送部４１の作動により、造形材料Ｍの先端がヘッド２のノズル２１から延出され、テーブル３上に付着される。その後、移送部４１の作動が停止され、移送力の付与が解除される。このとき、移送部４１は、収容部４０とヘッド２の間の造形材料Ｍに対しヘッド２側への移送力を付与しない。すなわち、ローラ４１ａの間が離間した状態とされる。そして、テーブル３とヘッド２が相対的に移動することにより、造形材料Ｍがノズル２１から引き出される。つまり、造形材料Ｍは、先端側がテーブル３に堆積（付着）した状態でヘッド２とテーブル３が相対的に移動することによってヘッド２から引き出される。

抵抗部４２は、収容部４０から造形材料Ｍが過剰に引き出されることを抑制する部位であり、例えば収容部４０とヘッド２の間の造形材料Ｍに対し移送の抵抗を与える。仮に、収容部４０とヘッド２の間の造形材料Ｍに対し移送の抵抗がないとすると、ノズル２１から造形材料Ｍが引き出されたときに、収容部４０から造形材料Ｍが過剰に引き出されるおそれがある。これに対し、抵抗部４２を備えることにより、ノズル２１から造形材料Ｍが引き出されて造形材料Ｍに引張力が生じたとしても、造形材料Ｍの移送力に対しその反対向きに抵抗力が生ずるため、収容部４０から造形材料Ｍが過剰に引き出されることを抑制することができる。抵抗部４２としては、例えば、屈曲し又は湾曲した管体が用いられる。この場合、抵抗部４２に造形材料Ｍが挿通されて配置される。このため、造形材料Ｍが移送されるときに、抵抗部４２の内面との接触により移送に対する摩擦抵抗が生じ、造形材料Ｍが過剰に引き出されることを抑制することができる。

また、抵抗部４２としては、図３に示すように、樹脂製のパッド４２１を用いたものであってもよい。パッド４２１は、造形材料Ｍを挿通可能に構成されている。造形材料Ｍが移送されるときに、パッド４２１は、造形材料Ｍが接触することにより移送に対する摩擦抵抗を与える。なお、抵抗部４２としては、造形材料Ｍの移送に対し抵抗力を与えられるものであれば、上述した形態以外の機構を用いてもよい。

図２に示すように、ヘッド２の下部には、ノズル２１が形成されている。ノズル２１は、造形材料Ｍを延出する部位であり、例えば先細りの形状に形成されている。ノズル２１は、下方に向けて造形材料Ｍを延出する。ヘッド２の内部には、ヒータ２２が設けられている。ヒータ２２は、造形材料Ｍを加熱する加熱部として機能する。ヒータ２２は、造形材料Ｍを加熱し、造形材料Ｍの樹脂の部分を溶融させる。

図１において、収容部４０、移送部４１、抵抗部４２及びヘッド２は、枠体８３に取り付けられている。枠体８３は、ベース部材８１上に設けられている。例えば、枠体８３は、二つの柱部材８３ａの上部に梁部材８３ｂを架設して構成されている。収容部４０、移送部４１、抵抗部４２及びヘッド２は、梁部材８３ｂに取り付けられている。ヘッド２は、梁部材８３ｂに固定されている。ヘッド２のノズル２１は、鉛直下方向に開口している。

三次元造形装置１は、ロボットアーム９を備えている。ロボットアーム９は、ヘッド２とテーブル３を相対的に移動させる駆動部として機能する。ここでいうテーブル３は、サポート部材３１を含む。サポート部材３１の詳細については、後述する。ロボットアーム９は、ベース部材８１に取り付けられ、先端にテーブル３を設けて構成されている。このロボットアーム９は、制御部６の制御信号に従って作動する。

図４は、ロボットアーム９の構成概要図である。ロボットアーム９は、例えば六自由度で動作するものが用いられ、ヘッド２に対しテーブル３の位置及び姿勢（向き）を変更可能に設けられている。具体的には、ロボットアーム９は、複数のリンク部９１〜９４及び複数の関節部９５〜９７を有し、テーブル３の位置及び姿勢を変更可能に構成されている。リンク部９１〜９４は、軸方向に延びる棒状の部材である。リンク部９１は鉛直方向に向けられ、その基端側がベース部材８１の上面に取り付けられている。リンク部９１は、このリンク部９１の軸線を中心に回転可能に構成されている。リンク部９１の先端側には、関節部９５を介してリンク部９２が取り付けられている。関節部９５は、水平方向の軸線を中心に回転可能に構成されている。関節部９５の回転動作により、リンク部９２が関節部９５の回転軸を中心に回転する。

リンク部９２の先端側には、関節部９６を介してリンク部９３が取り付けられている。関節部９６は、水平方向の軸線を中心に回転可能に構成されている。関節部９６の回転動作により、リンク部９３が関節部９６の回転軸を中心に回転する。リンク部９３は、このリンク部９３の軸線を中心に回転可能に構成されている。リンク部９３の先端側には、関節部９７を介してリンク部９４が取り付けられている。関節部９７は、水平方向の軸線を中心に回転可能に構成されている。関節部９７の回転動作により、リンク部９４が関節部９７の回転軸を中心に回転する。リンク部９４は、このリンク部９４の軸線を中心に回転可能に構成されている。

リンク部９４の先端側には、テーブル３が取り付けられている。テーブル３は、造形材料Ｍを堆積させて物体Ｏを造形させる部位である。テーブル３は、サポート部材３１を含んで構成される。テーブル３の上面には、サポート部材３１が取り付けられている。サポート部材３１は、物体Ｏの形状に応じた形状とされ、物体Ｏの支持部材として機能する。サポート部材３１は、例えば、四角錐台に形成されている。また、サポート部材３１は、法線方向の異なる複数の表面を有している。ここでいう法線方向は、サポート部材３１の表面における平面部分と垂直な方向及び曲面部分と垂直な方向を意味する。なお、テーブル３上にサポート部材３１を取り付けず、テーブル３上に直接造形材料Ｍを堆積させて造形を行ってもよい。また、テーブル３の上面を物体Ｏの形状に応じた形状とし、テーブル３を支持部材として機能させてもよい。

ロボットアーム９は、制御部６からの制御信号に応じて作動する。ロボットアーム９は、テーブル３をヘッド２に対し移動させつつ、ヘッド２の造形材料Ｍの延出方向に対しテーブル３の上面が垂直になるようにテーブル３の姿勢を調整する。つまり、ロボットアーム９は、テーブル３の並進と傾動の動作を行う。このとき、ロボットアーム９は、ヘッド２から引き出される造形材料Ｍの引き出し方向がテーブル３の表面の法線方向となるようにテーブル３の姿勢を調整する。そして、ロボットアーム９は、ヘッド２に対しテーブル３の複数の表面を順次沿わせてテーブル３を移動させる。本実施形態では、ヘッド２は固定されており、位置及び姿勢が変更されないため、ヘッド２からの造形材料Ｍの引き出し方向は常に下方を向いている。ロボットアーム９は、ヘッド２に対しテーブル３を移動させるとき、ヘッド２とテーブル３の間を所定の間隔に維持しつつ、テーブル３を移動させてもよい。ここで、所定の間隔とは、予め設定される間隔であって、例えば一定の間隔とされる。

ロボットアーム９にはテーブル３が取り付けられている。ロボットアーム９が作動することにより、ヘッド２とテーブル３が相対的に移動する。そして、図２に示すように、ヘッド２とテーブル３が相対的に移動することにより、造形材料Ｍがヘッド２のノズル２１から引き出される。すなわち、造形材料Ｍの先端側がテーブル３に堆積（付着）した状態で、ヘッド２とテーブル３を相対的に移動させることによって、ノズル２１から造形材料Ｍが引き出されることとなる。つまり、ヘッド２とテーブル３を相対移動させるロボットアーム９は、造形材料Ｍの供給の動力部として機能する。造形の開始段階では移送部４１の作動により造形材料Ｍがテーブル３へ供給されるが、造形材料Ｍがテーブル３に付着した後はロボットアーム９の作動により造形材料Ｍがテーブル３へ供給され、造形材料Ｍの供給の動力が切り替わる。

詳しく説明すると、図２において、造形の開始段階では、一対のローラ４１ａにより造形材料Ｍが挟み込まれ、造形材料Ｍの収容部４０への巻戻りが抑制される初期状態とされる。この初期状態では、ヘッド２から造形材料Ｍが突出しておらず、あるいは突出していても樹脂の部分が硬化した状態である。次いで、ヘッド２において造形材料Ｍが加熱され、一対のローラ４１ａが回転し造形材料Ｍに移送力が与えられる。これにより、樹脂の部分が溶融した造形材料Ｍがヘッド２から送り出されテーブル３に供給される。つまり、この時点では、移送部４１の一対のローラ４１ａが造形材料Ｍの供給の動力部となっている。そして、造形材料Ｍがテーブル３に付着し冷却される。これにより、造形材料Ｍの先端側がテーブル３に付着する。なお、付着領域を広くするために、ローラ４１ａによる移送速度に合わせてヘッド２とテーブル３を所定の距離だけ相対移動させてもよい。造形材料Ｍの先端部分がテーブル３に付着したら、一対のローラ４１ａを離間させる。これにより、造形材料Ｍの供給の動力部が一対のローラ４１ａからロボットアーム９に切り替わる。すなわち、収容部４０とヘッド２の間で作動していた造形材料Ｍの供給の動力部が、ヘッドの外側に移る。このため、収容部４０とヘッド２の間には、造形材料Ｍを供給する動力を付与する機構を備えない状態となる。

図１において、三次元造形装置１には、制御部６及びＨＭＩ（Human Machine Interface）７を備えている。制御部６は、三次元造形装置１の作動制御を行う電子制御ユニットであり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを含んで構成される。制御部６は、ロボットアーム９と電気的に接続され、ロボットアーム９の作動を制御する。例えば、制御部６は、ロボットアーム９に対し制御信号を出力してロボットアーム９を作動させ、物体Ｏの造形に応じてテーブル３を移動させテーブル３の姿勢（向き）を調整する。また、制御部６は、ヘッド２及び移送部４１に電気的に接続されている。制御部６は、ヒータ２２の加熱制御を行う。また、制御部６は、移送部４１における移送力付与及び移送力付与解除を制御する。

制御部６は、物体Ｏの造形データを記憶する。例えば、制御部６は、造形すべき物体Ｏの三次元ＣＡＤ（Computer-Aided Design）データを記憶している。そして、制御部６は、物体Ｏの形状に応じてテーブル３の移動位置及び姿勢状態などが設定される。造形時におけるテーブル３の移動位置のデータは、テーブル３の移動軌跡データとして設定されてもよい。

ＨＭＩ７は、三次元造形装置１に対する入出力機器であり、例えば操作ボタン、キーボード、マウスなど操作入力やデータ入力を行う入力部、スピーカやモニタなど出力部などが該当する。なお、このＨＭＩ７は、制御部６と一体に構成されていてもよい。

次に、本実施形態に係る三次元造形装置１の動作及び三次元造形方法について説明する。

図５は、三次元造形装置１の動作及び三次元造形方法を示すフローチャートである。図５における制御処理は、例えば制御部６により実行される。まず、図５のＳ１０において、データの設定処理が行われる。この設定処理は、造形すべき物体Ｏの形状データを記憶し、物体Ｏの形状に応じて造形時におけるテーブル３の位置データ及びテーブル３の姿勢データ（姿勢データ又は向きデータ）の設定などを行う処理である。

そして、Ｓ１２に処理が移行し、動作指示の処理が行われる。この処理は、造形に関する動作を指示する処理である。例えば、制御部６は、物体Ｏを造形するにあたり、必要な動作のデータを読み込み、ヘッド２及びロボットアーム９などに制御信号を出力する。

そして、Ｓ１４に処理が移行し、造形材料Ｍの付着処理が行われる。この付着処理は、造形材料Ｍをテーブル３に付着させる処理である。制御部６は、移送部４１に制御信号を出力し、移送部４１を作動させる。すなわち、図６に示すように、ローラ４１ａにより造形材料Ｍが挟み込まれ、ローラ４１ａの回転により、造形材料Ｍがヘッド２側へ移送される。これにより、造形材料Ｍの先端は、ノズル２１から延出され、テーブル３の表面に付着する。制御部６は、造形材料Ｍの先端がテーブル３の表面に付着したら、移送部４１に制御信号を出力し、造形材料Ｍの移送力の付与解除を行う。例えば、図７に示すように、ローラ４１ａを移動させて、ローラ４１ａとローラ４１ａを離間させる。これにより、造形材料Ｍがフリーな状態となり、造形材料Ｍに対し移送部４１による移送力が与えられない解除状態となる。なお、この付着処理は、移送部４１を用いずに手動で造形材料Ｍをノズル２１から延出させてもよい。

そして、Ｓ１６に処理が移行し、造形処理が行われる。造形処理は、テーブル３上に造形材料Ｍを堆積させて物体Ｏを造形していく処理である。制御部６は、ロボットアーム９に制御信号を出力し、物体Ｏの形状に応じてロボットアーム９を作動させ、テーブル３を移動させつつテーブル３の姿勢を調整する。図８に示すように、ヘッド２に対しテーブル３が移動して、造形材料Ｍの付着位置がヘッド２から遠ざかることにより、造形材料Ｍがテーブル側から引っ張られる。このため、ノズル２１から造形材料Ｍが引き出されていく。このとき、移送部４１によって収容部４０とヘッド２の間の造形材料Ｍに対し移送力が与えられていない。しかしながら、ヘッド２とテーブル３の相対的な移動に応じてロボットアーム９の動力により造形材料Ｍがノズル２１から引き出される。従って、ヘッド２の上流側の移送経路において、造形材料Ｍに対し移送力の制御を行うことが不要となる。

図９に示すように、物体Ｏの造形において、角部などのテーブル３の表面の曲率の大きい箇所を造形する場合もある。このとき、造形材料Ｍの堆積速度を一定速度として造形を行うと、曲率の大きい箇所でテーブル３を瞬時に移動又は姿勢変更させる必要があり、駆動部であるロボットアーム９の動作が困難となる。このため、テーブル３の表面の曲率が所定以上の箇所では、造形材料Ｍの堆積速度を遅くして造形が行われる。このとき、造形材料Ｍの堆積速度の変化に対しノズル２１から引き出される造形材料Ｍの引出速度を同調させる必要があり、三次元造形装置１の制御が複雑となる。

これに対し、本実施形態に係る三次元造形装置１は、ヘッド２とテーブル３が相対的に移動することによってヘッド２から引き出される。すなわち、三次元造形装置１は、ヘッド２から能動的に造形材料Ｍを吐出するのではなく、ヘッド２とテーブル３の相対移動に応じて受動的に造形材料Ｍをノズル２１から引き出している。このため、造形材料Ｍの堆積速度を変化させれば、その堆積速度に応じて造形材料Ｍがノズル２１から引き出される。つまり、造形材料Ｍの送り制御が不要であり、造形材料Ｍの送り速度を調整する必要がない。従って、造形材料Ｍの堆積速度の変動に対応した物体Ｏの造形を行うことができる。

そして、図１０に示すように、ロボットアーム９を作動させて、造形材料Ｍをテーブル３上に順次堆積させて、物体Ｏが造形されていく。

そして、図５のＳ１８に処理が移行し、物体Ｏの造形が終了したか否かが判定される。例えば、予め設定された造形材料Ｍの造形データ等に従って物体Ｏの造形動作が完了したか否かによって物体Ｏの造形が終了したか否かが判定される。Ｓ１８において、物体Ｏの造形が終了していないと判定された場合、Ｓ１２に戻り、Ｓ１２〜Ｓ１６の処理が行われる。一方、Ｓ１８において、物体Ｏの造形が終了したと判定された場合、図５に示される一連の制御処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態に係る三次元造形装置１及び三次元造形方法によれば、物体Ｏの造形中において、ロボットアーム９の動力により造形材料Ｍがヘッド２から引き出される。このため、造形材料Ｍの堆積速度の変動に対応した物体Ｏの造形を行うことができる。

また、本実施形態に係る三次元造形装置１及び三次元造形方法によれば、造形材料Ｍの先端側がテーブル３に堆積した状態でヘッド２とテーブル３が相対的に移動することによって造形材料Ｍがヘッド２から引き出される。このため、造形材料Ｍの堆積速度の変動に対応した物体Ｏの造形を容易に行うことができる。

また、本実施形態に係る三次元造形装置１及び三次元造形方法によれば、物体Ｏの造形中において、収容部４０とヘッド２の間の造形材料Ｍに対しヘッド２側への移送力を付与しない。このため、造形材料Ｍの堆積速度の変動に対応した物体Ｏの造形を行うことができる。

また、本実施形態に係る三次元造形装置１及び三次元造形方法によれば、物体Ｏの造形前において、移送部４１により造形材料Ｍを収容部４０からヘッド２側へ移送して造形材料Ｍの先端側をテーブル３に付着させることができる。そして、造形中において移送部４１の移送力を解除し、ヘッド２とテーブル３の相対移動によって造形材料Ｍをヘッド２から引き出すことができる。

（第二実施形態）
次に、第二実施形態に係る三次元造形装置及び三次元造形方法について説明する。

図１１は、第二実施形態に係る三次元造形装置１ａの構成概要図である。本実施形態に係る三次元造形装置１ａは、上述した第一実施形態に係る三次元造形装置１と同様に熱溶解積層方式の造形装置である。この三次元造形装置１ａは、テーブル３が移動しないように固定され、テーブル３に対しヘッド２が移動し姿勢を変えてテーブル３上に物体を造形する点で、第一実施形態に係る三次元造形装置１と異なっている。

テーブル３は、ベース部材８１に取り付けられている。ヘッド２は、ロボットアーム９の先端に取り付けられている。ロボットアーム９は、ヘッド２とテーブル３を相対的に移動させる駆動部として機能する。ロボットアーム９は、第一実施形態で説明したものと同様なものを用いることができる。すなわち、ロボットアーム９として、例えば六自由度で動作するものが用いられ、テーブル３に対しヘッド２の位置及び姿勢（向き）を変更可能なものが用いられる。なお、図１１には図示を省略しているが、三次元造形装置１ａには、第一実施形態と同様に、収容部４０及び移送部４１が設けられている。

このような三次元造形装置１ａにおいても、第一実施形態に係る三次元造形装置１と同様な作用効果を得ることができる。すなわち、物体Ｏの造形中において、ロボットアーム９の動力により造形材料Ｍがヘッド２から引き出されるように構成されることにより、造形材料Ｍをヘッド２へ送り出す送り制御が不要となる。従って、造形材料Ｍの堆積速度の変動に対応した物体Ｏの造形を行うことができる。

また、本実施形態に係る三次元造形装置１ａにおいて、造形材料Ｍの先端側がテーブル３に堆積した状態でヘッド２とテーブル３が相対的に移動することによって造形材料Ｍがヘッド２から引き出される。このため、造形材料Ｍの堆積速度の変動に対応した物体Ｏの造形を容易に行うことができる。

また、本実施形態に係る三次元造形装置１ａにおいて、物体Ｏの造形中にて、収容部４０とヘッド２の間の造形材料Ｍに対しヘッド２側への移送力を付与しない構成となっている。従って、造形材料Ｍの堆積速度の変動に対応した物体Ｏの造形を容易に行うことができる。

また、本実施形態に係る三次元造形装置１ａにおいて、物体Ｏの造形前において、移送部４１により造形材料Ｍを収容部４０からヘッド２側へ移送して造形材料Ｍの先端側をテーブル３に付着させることができる。そして、造形中において移送部４１の移送力を解除し、ヘッド２とテーブル３の相対移動によって造形材料Ｍをヘッド２から引き出すことができる。

（第三実施形態）
次に、第三実施形態に係る三次元造形装置及び三次元造形方法について説明する。

図１２は、第三実施形態に係る三次元造形装置１ｂにおける抵抗部４２の構成概要図である。本実施形態に係る三次元造形装置１ｂは、上述した第一実施形態に係る三次元造形装置１と同様に熱溶解積層方式の造形装置である。この三次元造形装置１ｂは、抵抗部４２として、収容部４０とヘッド２の間の造形材料Ｍに対し張力を生じさせることにより、収容部４０から造形材料Ｍが過剰に引き出されることを抑制する点で、第一実施形態に係る三次元造形装置１と異なっている。三次元造形装置１ｂは、抵抗部４２以外において、第一実施形態に係る三次元造形装置１と同様に構成されている。

図１２に示すように、抵抗部４２は、造形材料Ｍの張力調整部として機能するものであり、ローラ４２ａ、ローラ４２ｂ及びバネ（弾性部材）４２ｃを備えている。つまり、ローラ４２ｂは、造形材料Ｍと当接する当接部材であり、弾性部材を介し取り付けられており、ヘッド２に対し移動可能となっている。ローラ４２ａ及びローラ４２ｂは、収容部４０とヘッド２の間の造形材料Ｍの移送経路に設けられている。また、ローラ４２ａ及びローラ４２ｂは、移送部４１に対し上流側に設けられている。すなわち、ローラ４２ａ及びローラ４２ｂは、造形材料Ｍの移送経路において移送部４１より収容部４０に近い側に設けられている。このように移送部４１をヘッド２に近い位置に配置することにより造形材料Ｍを安定して移送することができる。ローラ４２ａ及びローラ４２ｂは、収容部４０側からローラ４２ａ、ローラ４２ｂの順で配置されている。造形材料Ｍは、ローラ４２ａ及びローラ４２ｂに巻き掛けられている。例えば、造形材料Ｍは、ローラ４２ａの下側に巻き掛けられ、ローラ４２ｂの上側に巻き掛けられている。ローラ４２ａは、例えば水平方向に向けた回転軸を中心に回転自在に設けられている。ローラ４２ａの回転軸は、移動しないように固定されている。ローラ４２ｂは、例えば水平方向に向けた回転軸を中心に回転自在に設けられている。ローラ４２ｂの回転軸は、上下方向に対し移動可能に設けられている。

バネ４２ｃは、ローラ４２ｂを上方へ向けて付勢する弾性部材である。例えば、バネ４２ｃは、ローラ４２ｂの上方に設けられる梁部材８３ｃとローラ４２ｂの回転軸の間に取り付けられ、ローラ４２ｂの回転軸を上方へ引き上げるように設置されている。梁部材８３ｃは、枠体８３を構成する部材であり、梁部材８３ｂと平行に向けられ、梁部材８３ｂの上方位置に設けられている。造形材料Ｍは、ローラ４２ｂに巻き掛けられることにより、所定の張力が与えられる。このため、造形中において、ヘッド２から造形材料Ｍが引き出される速度や力が変動しても、ローラ４２ｂの移動により、収容部４０から造形材料Ｍが過剰に引き出されることが抑制される。

このような三次元造形装置１ｂにおいても、第一実施形態に係る三次元造形装置１と同様な作用効果を得ることができる。すなわち、物体Ｏの造形中において、ロボットアーム９の動力により造形材料Ｍがヘッド２から引き出されるように構成されることにより、造形材料Ｍの堆積速度の変動に対応した物体Ｏの造形を行うことができる。

また、本実施形態に係る三次元造形装置１ｂにおいて、造形材料Ｍの先端側がテーブル３に堆積した状態でヘッド２とテーブル３が相対的に移動することによって造形材料Ｍがヘッド２から引き出される。このため、造形材料Ｍの堆積速度の変動に対応した物体Ｏの造形を容易に行うことができる。

また、本実施形態に係る三次元造形装置１ｂにおいて、物体Ｏの造形中にて、収容部４０とヘッド２の間の造形材料Ｍに対しヘッド２側への移送力を付与しないことにより、造形中において造形材料Ｍの堆積速度の変動に対応した物体Ｏの造形を容易に行うことができる。

また、本実施形態に係る三次元造形装置１ｂにおいて、物体Ｏの造形前において、移送部４１により造形材料Ｍを収容部４０からヘッド２側へ移送して造形材料Ｍの先端側をテーブル３に付着させることができる。そして、造形中において移送部４１の移送力を解除し、ヘッド２とテーブル３の相対移動によって造形材料Ｍをヘッド２から引き出すことができる。

さらに、本実施形態に係る三次元造形装置１ｂにおいて、抵抗部４２が造形材料Ｍに対し所定の張力を与えている。このため、造形中において、ヘッド２から造形材料Ｍが引き出される速度や力が変動しても、ローラ４２ｂの移動により、収容部４０から造形材料Ｍが過剰に引き出されることが抑制される。従って、物体Ｏの造形が安定して行える。

以上のように本開示の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲の記載の要旨を逸脱しない範囲で様々な変形態様を取ることができる。

例えば、上述した第一実施形態ではヘッド２に対してテーブル３が相対移動する装置を説明し、第二実施形態ではテーブル３に対しヘッド２が相対移動する装置を説明した。しかしながら、ヘッド２とテーブル３が相対移動する装置であれば、その他形態により構成されていてもよい。例えば、ヘッド２が上下左右に移動可能に構成され、テーブル３が垂直方向及び水平方向の軸線を中心に回転して姿勢変更できる装置であってもよい。このような三次元造形装置であっても、上述した三次元造形装置１及び三次元造形装置１ａと同様な作用効果が得られる。

また、本開示で示した実施形態は、いずれも造形時において移送部４１の移送力を解除している。つまり、造形時において収容部４０からヘッド２に供給される造形材料Ｍの供給量を制御する送り制御部などを備えない構成となっている。しかしながら、本開示において、必ずしも、造形時において送り制御を行う制御部等を排するものではない。

１ 三次元造形装置
１ａ 三次元造形装置
２ ヘッド
３ テーブル
６ 制御部
７ ＨＭＩ
９ ロボットアーム（駆動部）
２１ ノズル
２２ ヒータ
３１ サポート部材
４０ 収容部
４１ 移送部（移送機構）
４１ａ ローラ
４２ 抵抗部
４２ａ ローラ
４２ｂ ローラ
４２ｃ バネ
８１ ベース部材
８３ 枠体
Ｍ 造形材料
Ｏ 物体
Ｓ１４ 付着工程
Ｓ１６ 造形工程

Claims (6)

1. ヘッドから延出する造形材料をテーブルの上に堆積させて三次元の物体を造形する三次元造形装置において、
   前記ヘッドと前記テーブルを相対的に移動させる駆動部を備え、
   前記造形材料は、前記駆動部の動力により前記ヘッドから引き出される、
   三次元造形装置。
2. 前記造形材料は、先端側が前記テーブルに堆積した状態で前記ヘッドと前記テーブルが相対的に移動することによって前記ヘッドから延出し、前記駆動部の動力により前記ヘッドから引き出される、
   請求項１に記載の三次元造形装置。
3. 前記造形材料を収容し、前記ヘッドに対し前記造形材料を供給するための収容部を備え、
   前記収容部と前記ヘッドの間の前記造形材料に対し前記ヘッド側への移送力を付与しない、
   請求項１又は２に記載の三次元造形装置。
4. 前記収容部と前記ヘッドの間に設けられ、前記収容部と前記ヘッドの間の前記造形材料に対し移送力を与えることにより前記造形材料を前記ヘッド側へ移送可能とし、前記移送力の解除を可能とした移送機構を備える、
   請求項３に記載の三次元造形装置。
5. 前記収容部と前記ヘッドの間に設けられ、前記造形材料と当接する当接部材を備え、
   前記当接部材は、弾性部材を介して取り付けられ、前記ヘッドに対し相対的に移動可能となっている、
   請求項３又は４に記載の三次元造形装置。
6. ヘッドから延出する造形材料をテーブルの上に堆積させて三次元の物体を造形する三次元造形方法において、
   前記ヘッドから延出する前記造形材料の先端部を前記テーブル上に付着させる付着工程と、
   駆動部により前記ヘッドと前記テーブルを相対的に移動させ、前記駆動部の動力により前記ヘッドから前記造形材料を引き出して前記テーブル上に堆積させる造形工程と、
   を含む三次元造形方法。

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