JP2021154609A - 三次元造形装置及び三次元造形物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元造形物の造形精度の低下を抑制しつつ造形時間を短縮する。【解決手段】造形材料が流れる流路１０ｂと、流路１０ｂと連通し造形材料をテーブル１４に向けて吐出する吐出口１０ａと、を有するノズル１０と、ノズル１０とテーブル１４との相対的な位置を変更する位置変更機構２６と、造形材料の移動経路の圧力を測定する圧力測定部１１と、吐出口１０ａをクリーニングするクリーニング機構２４と、ノズル１０及び位置変更機構２６を制御して、テーブル１４に造形材料の層を積層して三次元造形物を造形する造形処理を実行する制御部２３と、を備え、制御部２３は、造形処理の実行中に圧力測定部１１によって測定される圧力が第１基準値以上である場合、造形処理を中断してノズル１０をクリーニング機構２４にクリーニングさせるクリーニング処理を実行する三次元造形装置１。【選択図】図１

Description

本発明は、三次元造形装置及び三次元造形物の製造方法に関する。

従来から、テーブルにノズルから造形材料を吐出して三次元造形物を造形する三次元造形装置が使用されている。このうち、三次元造形物の造形精度の低下を抑制するため、ノズルから造形材料が正常に吐出されているかを確認し、ノズルから造形材料が正常に吐出されていない場合は、クリーニング機構でノズルをクリーニングしてから三次元造形物の造形処理工程を実行することが可能な三次元造形装置がある。例えば、特許文献１には、三次元造形物の造形途中でノズルからの硬化液の吐出不良を、所定の位置までノズルを移動させて確認し、必要に応じてノズルのクリーニングを実行する三次元造形装置が開示されている。

特開２０１９−７７１５２号公報

しかしながら、特許文献１に開示される三次元造形装置では、ノズルからの硬化液の吐出不良を所定の位置までノズルを移動させて確認するので、吐出不良の発生直後の検出が難しい。一方、吐出不良の発生直後の検出を可能にするために、ノズルからの硬化液の吐出不良の有無の確認頻度を増やすと、三次元造形物の造形時間が長くなり、三次元造形物の生産性が低下する。

上記課題を解決するための本発明の三次元造形装置は、造形材料が流れる流路と、前記流路と連通し前記造形材料をテーブルに向けて吐出する吐出口と、を有するノズルと、前記ノズルと前記テーブルとの相対的な位置を変更する位置変更機構と、前記造形材料の移動経路の圧力を測定する圧力測定部と、前記吐出口をクリーニングするクリーニング機構と、前記ノズル及び前記位置変更機構を制御して、前記テーブルに前記造形材料の層を積層して三次元造形物を造形する造形処理を実行する制御部と、を備え、前記制御部は、前記造形処理の実行中に前記圧力測定部によって測定される前記圧力が第１基準値以上である場合、前記造形処理を中断して前記ノズルを前記クリーニング機構にクリーニングさせるクリーニング処理を実行することを特徴とする。

本発明の一実施形態の三次元造形装置の構成を示す概略断面図。 本発明の一実施形態の三次元造形装置におけるフラットスクリューの構成を示す概略斜視図。 本発明の一実施形態の三次元造形装置におけるバレルの構成を示す概略平面図。 本発明の一実施形態の三次元造形装置におけるノズルの周辺部分の構成を示す概略断面図。 第１耐熱部材の外観構造を示す平面図である。 第２耐熱部材の外観構造を示す斜視図である。 本発明の一実施形態の三次元造形装置を用いて行う三次元造形物の製造方法の手順を示すフローチャート。

最初に、本発明について概略的に説明する。
上記課題を解決するための本発明の第１の態様の三次元造形装置は、造形材料が流れる流路と、前記流路と連通し前記造形材料をテーブルに向けて吐出する吐出口と、を有するノズルと、前記ノズルと前記テーブルとの相対的な位置を変更する位置変更機構と、前記造形材料の移動経路の圧力を測定する圧力測定部と、前記吐出口をクリーニングするクリーニング機構と、前記ノズル及び前記位置変更機構を制御して、前記テーブルに前記造形材料の層を積層して三次元造形物を造形する造形処理を実行する制御部と、を備え、前記制御部は、前記造形処理の実行中に前記圧力測定部によって測定される前記圧力が第１基準値以上である場合、前記造形処理を中断して前記ノズルを前記クリーニング機構にクリーニングさせるクリーニング処理を実行することを特徴とする。

吐出不良が発生すると造形材料の移動経路の圧力が増加するが、本態様によれば、造形処理の実行中に圧力測定部によって測定される圧力が第１基準値以上である場合、造形処理を中断してクリーニング処理を実行する。このため、造形処理の実行中に吐出不良の検出を可能なので、吐出不良が発生した直後に吐出不良の検出ができる。したがって、三次元造形物の造形精度の低下を抑制しつつ造形時間を短縮することができる。

本発明の第２の態様の三次元造形装置は、前記第１の態様において、材料を可塑化して前記造形材料を生成する可塑化部を、備え、前記圧力測定部は、前記可塑化部と前記吐出口との間の位置における前記流路、或いは、前記可塑化部における前記造形材料の移動経路の圧力を測定することを特徴とする。

本態様によれば、可塑化部を備えることで、該可塑化部で材料を可塑化して造形材料を簡単に生成できる。また、ノズルの流路或いは可塑化部における造形材料の移動経路の圧力に基づいて吐出不良の検出を可能なので、高い精度で吐出不良を検出することができる。

本発明の第３の態様の三次元造形装置は、前記第２の態様において、前記可塑化部と前記吐出口との間に、前記吐出口からの前記造形材料の吐出の停止及び再開を切り替える吐出調整機構を備え、前記圧力測定部は、前記可塑化部と前記吐出調整機構との間の位置における前記流路の圧力を測定することを特徴とする。

本態様によれば、吐出口からの造形材料の吐出の停止及び再開を切り替える吐出調整機構を備えるので、簡単に、流路中の造形材料の移動および造形材料の停止を切り替えることができる。また、圧力測定部は可塑化部と吐出調整機構との間の位置における流路の圧力を測定するので、吐出不良を精度よく検出できる。

本発明の第４の態様の三次元造形装置は、前記第３の態様において、前記制御部は、前記吐出調整機構の動作時には前記クリーニング処理の実行開始判断をしないことを特徴とする。

吐出調整機構の動作時には流路中の圧力が不安定になる場合があるが、本態様によれば、吐出調整機構の動作時にはクリーニング処理の実行開始判断をしない。このため、吐出不良の誤検出を抑制することができる。

本発明の第５の態様の三次元造形装置は、前記第２から第４のいずれか１つの態様において、前記可塑化部は、駆動モーターと、前記駆動モーターによって回転し、螺旋状の溝が形成された溝形成面を有するスクリューと、前記溝形成面に対向する対向面を有し、連通孔が設けられたバレルと、前記スクリュー及び前記バレルの少なくとも一方を加熱する加熱部と、を備えることを特徴とする。

本態様によれば、このような構成の可塑化部とすることで、造形材料を効果的に可塑化させることができる。

本発明の第６の態様の三次元造形装置は、前記第１から第５のいずれか１つの態様において、前記制御部は、所定の時間内での前記圧力測定部によって測定される平均圧力に基づいて前記クリーニング処理の実行開始判断をすることを特徴とする。

本態様によれば、所定の時間内での平均圧力に基づいてクリーニング処理の実行開始判断をする。造形処理の開始直後などにおいては造形材料の移動経路の圧力が不安定になる場合があるが、所定範囲内の時間の平均圧力に基づいてクリーニング処理の実行開始判断をすることで、吐出不良を誤検出して吐出不良でない場合に無駄にクリーニング処理を実行してしまうことを抑制できる。

本発明の第７の態様の三次元造形装置は、前記第１から第６のいずれか１つの態様において、前記制御部は、前記クリーニング処理の実行後に前記圧力測定部によって前記圧力が第２基準値未満であると測定された場合、前記造形処理を再開することを特徴とする。

本態様によれば、クリーニング処理の実行後に圧力測定部によって圧力が第２基準値未満であると測定された場合に造形処理を再開する。このため、造形処理の再開のときに、ノズルから造形材料が漏れ出て、三次元造形物に付着することを抑制できる。これにより三次元造形物の造形精度が低下することを抑制できる。

本発明の第８の態様の三次元造形装置は、前記第１から第７のいずれか１つの態様において、前記クリーニング処理は、前記吐出口から吐出された前記造形材料の線幅及び前記吐出口から吐出される前記造形材料の吐出量の少なくとも一方を用いて前記ノズルからの前記造形材料の吐出量の調整を行う吐出量調整処理を含む、ことを特徴とする。

本態様によれば、クリーニング処理において、吐出口から吐出された造形材料の線幅及び吐出口から吐出される造形材料の吐出量の少なくとも一方を用いて吐出量調整処理がなされる。このため、クリーニング処理を実行するとともに、吐出量の調整を行うことができる。

本発明の第９の態様の三次元造形装置は、前記第１から第８のいずれか１つの態様において、内部の温度を調整可能なチャンバーを備え、前記クリーニング機構は、前記チャンバー内に設けられていることを特徴とする。

本態様によれば、温度を調整可能なチャンバーを備え、クリーニング機構が該チャンバー内に設けられている。このため、クリーニング機構を温度調節してクリーニング性能を向上させることができる。

本発明の第１０の態様の三次元造形装置は、前記第９の態様において、前記チャンバーは、内部に温風導入口を有し、前記クリーニング機構は、前記温風導入口から温風が導入される位置に、前記吐出口に接触するブラシを有していることを特徴とする。

本態様によれば、温風導入口から温風が導入される位置に吐出口に接触するブラシを有している。このため、クリーニング位置を温度調整しつつ、該ブラシを用いて効果的にノズルのクリーニングを実行することができる。

本発明の第１１の態様の三次元造形物の製造方法は、造形材料が流れる流路に連通するノズルの吐出口から、前記造形材料を吐出して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、テーブルに前記造形材料の層を積層して前記三次元造形物を造形する造形処理工程と、前記造形処理工程の実行中に、前記造形材料の移動経路の圧力を測定する圧力測定工程と、前記圧力測定工程で測定される前記圧力が第１基準値以上である場合、前記造形処理工程を中断して前記ノズルをクリーニングさせるクリーニング処理工程と、を有する、ことを特徴とする。

本態様によれば、造形処理の実行中に圧力測定部によって測定される圧力が第１基準値以上である場合、造形処理を中断してクリーニング処理を実行する。このため、造形処理の実行中に吐出不良の検出を可能なので、吐出不良が発生した直後に吐出不良の検出ができる。したがって、三次元造形物の造形精度の低下を抑制しつつ造形時間を短縮することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。なお、以下の図はいずれも概略図であり、一部構成部材を省略または簡略化して表している。また、各図中のＸ軸方向は水平方向であり、Ｙ軸方向は水平方向であるとともにＸ軸方向と直交する方向であり、Ｚ軸方向は鉛直方向である。

最初に、本発明の１実施形態である三次元造形装置１の全体構成について図１から図５を参照して説明する。本実施形態の三次元造形装置１は、造形台としてのテーブル１４に造形材料の層を積層して三次元造形物を造形する三次元造形装置である。なお、本明細書における「三次元造形」とは、いわゆる立体造形物を形成することを示すものであって、例えば、平板状、例えば１層分の層で構成される形状のように、いわゆる二次元形状の形状であっても厚さを有する形状を形成することも含まれる。また、「支持する」とは、下側から支持する場合の他、横側から支持する場合や、場合によっては上側から支持する場合も含む意味である。

図１で表されるように、本実施形態の三次元造形装置１は可塑化部２７を備えている。可塑化部２７は、三次元造形物を構成する固形材料としてのペレット１９を収容するホッパー２を備えている。ホッパー２に収容されたペレット１９は、供給管３を介して、駆動モーター６の駆動力によりＺ軸方向を回転軸として回転する略円柱状のフラットスクリュー４の材料流入口４５に供給される。

図２で表されるように、フラットスクリュー４の溝形成面４１の中央部４２は、溝４４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４２は、図１及び図３に示すバレル５の連通孔５１に対向する。フラットスクリュー４の溝４４は、いわゆるスクロール溝で構成され、中央部４２からフラットスクリュー４の外周面側に向かって弧を描くように渦状に形成されている。溝４４は、螺旋状に構成されていてもよい。溝形成面４１には、溝４４の側壁部を構成し、各溝４４に沿って延びている凸状部４３が設けられている。

本実施例におけるフラットスクリュー４の溝形成面４１には、３つの溝４４と３つの凸状部４３とが形成されているが、３つに限らず、１つまたは２つ以上の任意の数の溝４４と凸状部４３とがそれぞれ形成されていてもよい。また、溝４４の数に合わせて任意の数の凸状部４３が設けられてもよい。また、本実施例におけるフラットスクリュー４の外周面には、３つの材料流入口４５が周方向に沿って等間隔に並んで形成されている。なお、３つに限らず、１つまたは２つ以上の任意の数の材料流入口４５が形成されていてもよく、等間隔に限らず互いに異なる間隔で並んで形成されていてもよい。

図３で表されるように、バレル５は、略円板状の外観形状を有し、フラットスクリュー４の溝形成面４１と対向して配置されている。バレル５には、材料を加熱するための加熱部である円形のヒーター７が埋め込まれている。バレル５には、連通孔５１が形成されている。連通孔５１は、造形材料をノズル１０へと導く流路として機能する。連通孔５１は、対向面５２の中心に形成されている。対向面５２には、連通孔５１に接続され、連通孔５１から外周に向かって渦状に延びる複数の案内溝５３が形成されている。複数の案内溝５３は、フラットスクリュー４の中央部４２に流入した造形材料を連通孔５１に導く機能を有する。なお、造形材料を効率良く連通孔５１へと導くために、バレル５には案内溝５３が形成されていると好ましいが、案内溝５３が形成されていなくてもよい。

フラットスクリュー４とバレル５とがこのような構成をしていることにより、フラットスクリュー４を回転させることで、溝４４の位置に対応するとともにフラットスクリュー４の溝形成面４１とバレル５の対向面５２との間に形成される空間部分にペレット１９は供給され、ペレット１９は材料流入口４５から中央部４２に移動する。なお、ペレット１９が溝４４による空間部分を移動する際、ペレット１９は、ヒーター７の熱により溶融される。また、ペレット１９は、狭い空間部分を移動することに伴う圧力で加圧される。こうして、ペレット１９は、可塑化され、連通孔５１を介してノズル１０に供給されて吐出口１０ａから射出される。なお、本実施例では、ヒーター７がバレル５に埋め込まれているが、ペレット１９が溶融されればヒーター７はどこに配置されていても良く、例えばヒーター７はフラットスクリュー４に埋め込まれていても良い。

また、図１で表されるように、ノズル１０は、連通孔５１と接続され、先端部分に吐出口１０ａを有する流路１０ｂが形成されている。すなわち、連通孔５１と流路１０ｂとで、可塑化部２７で生成された造形材料の移動経路を構成している。そして、ノズル１０の周囲には、流路１０ｂを流れる造形材料を加熱するヒーター９と、流路１０ｂの内部圧力を測定する圧力測定部１１と、流路１０ｂを流れる造形材料の流量調節機構１２と、流路１０ｂの内部圧力を開放する吸引部１３と、が設けられている。

図４で表されるように、流量調節機構１２は、バタフライバルブ１２１と、バルブ駆動部１２２と、駆動軸１２３と、を備える。流量調節機構１２は、流路１０ｂに設けられており、流路１０ｂを移動する造形材料の流量を制御する。バタフライバルブ１２１は、駆動軸１２３の一部が板状に加工された板状部材である。バタフライバルブ１２１は、流路１０ｂ内において回転可能に配される。駆動軸１２３は、流路１０ｂと垂直となるように備えられた軸状部材であり、流路１０ｂと垂直に交わっている。駆動軸１２３は、バタフライバルブ１２１の位置が、この駆動軸１２３と流路１０ｂとが交わる位置になるように、備えられている。

バルブ駆動部１２２は、駆動軸１２３を回転させる機構を有する駆動部である。バルブ駆動部１２２が発生させる駆動軸１２３の回転駆動力によって、バタフライバルブ１２１が回転される。具体的には、バタフライバルブ１２１は、駆動軸１２３が回転されることによって、流路１０ｂ内における造形材料の移動方向（−Ｚ方向）とバタフライバルブ１２１の面方向とが略垂直となる第１位置と、流路１０ｂ内における造形材料の移動方向とバタフライバルブ１２１の面方向とが略平行となる第２位置と、流路１０ｂ内における造形材料の移動方向とバタフライバルブ１２１の面方向とが０度より大きく９０度より小さい角度のうちいずれかの角度となる第３位置と、のいずれかの位置になるように回転される。図４では、バタフライバルブ１２１の位置が第１位置である状態が示されている。

バタフライバルブ１２１の回転により、流路１０ｂ中に形成される開口の面積が調節される。この開口の面積が調節されることによって、流路１０ｂを移動する造形材料の流量が調節される。また、この開口の面積がゼロの状態（バタフライバルブ１２１が流路１０ｂの流路を塞いだ状態）とすることによって、流路１０ｂを移動する造形材料の流量がゼロの状態とすることもできる。すなわち、流量調節機構１２は、流路１０ｂを移動する造形材料の流通の開始および停止と、造形材料の流量の調節とを制御することができる。

吸引部１３ は、流路１０ｂにおいてバタフライバルブ１２１と吐出口１０ａとの間に接続されている。吸引部１３は、ノズル１０からの造形材料の停止時に、流路１０ｂ中の造形材料を一時的に吸引することによって、造形材料がノズル１０から糸を引くように垂れる尾引きを抑制する。本実施形態において、吸引部１３は、プランジャーにより構成されている。吸引部１３は、制御部２３による制御下において、吸引部駆動部１３２によって駆動される。吸引部駆動部１３２は、例えば、ステッピングモーターや、ステッピングモーターの回転力をプランジャーの並進運動に変換するラックアンドピニオン機構等によって構成される。

送出口１３３は、流路１０ｂに設けられた開口である。送出路１３１は、直線状に延びて流路１０ｂに交差する貫通孔によって構成されている。送出路１３１は、吸引部駆動部１３２と送出口１３３とに接続された、気体の流路である。吸引部駆動部１３２から送出された気体は、送出路１３１を通って、送出口１３３から流路１０ｂ内に送り込まれる。流路１０ｂ内に供給された気体は、吸引部駆動部１３２からさらに気体が連続的に供給されることによって、流路１０ｂ内に残留した造形材料を吐出口１０ａ側へ圧送する。圧送された造形材料は、吐出口１０ａから吐出される。

このような構成により、本実施形態の三次元造形装置１は、流路１０ｂ内の造形材料を吐出口１０ａから迅速に吐出させることができる。また、吐出口１０ａからの造形融材料の吐出を迅速に停止させることができる。なお、流路１０ｂに接続される送出口１３３の開口の形状は、流路１０ｂ内の造形材料の移動方向に垂直な断面の形状に対して小さい。これにより、流路１０ｂ内を移動する造形材料が、送出口１３３から流入して送出路１３１ の内部を逆流することを防止している。

本実施形態の三次元造形装置１は、上記のように可塑化部２７やノズル１０などを備えており、これらを吐出ユニット１００としてＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って移動可能である。吐出ユニット１００は、制御部２３が位置変更機構２６を制御することにより、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って移動する。なお、図１で表されるように、本実施形態の三次元造形装置１は内部の温度を調整可能なチャンバー１６を備えており、吐出口１０ａはチャンバー１６の内部に配置される。そして、吐出口１０ａと対向する位置には、三次元造形物を造形するためのテーブル１４が設けられている。なお、テーブル１４は、移動機構１５を介してＺ軸方向に沿って移動可能であるとともに、三次元造形物の造形面１４ａがチャンバー１６の内部に位置するように配置される。なお、本実施形態のチャンバー１６は、チャンバー１６の内部に向けて送風方向Ｆに温風を導入する温風導入口２２を備える構成になっているが、このような構成のチャンバー１６に限定されず、例えば、チャンバー１６の内部にヒーターを備える構成であってもよい。

図１で表されるように、三次元造形装置１は、吐出口１０ａがチャンバー１６の内部に配置される吐出ユニット１００がＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って移動できるとともに、チャンバー１６の内部の熱をチャンバー１６の外部に逃がさないように第１耐熱部材１７を備えている。また、造形面１４ａがチャンバー１６の内部に配置されるテーブル１４がＺ軸方向に沿って移動できるとともに、チャンバー１６の内部の熱をチャンバー１６の外部に逃がさないように第２耐熱部材２１を備えている。

第１耐熱部材１７は、吐出ユニット１００の水平方向への移動に応じて水平方向に伸縮する構造を備える。図５で表されるように、三次元造形装置１は、Ｙ軸方向に沿ってスライド移動可能な２本のレール２８が、Ｘ軸方向に沿って掛け渡されており、吐出ユニット１００は、それらの２本のレール２８の間に、Ｘ軸方向に沿ってスライド移動可能に取り付けられている。第１耐熱部材１７は、Ｘ軸方向に伸縮する第１カバー１７ａとＹ軸方向に伸縮する第２カバー１７ｂとから構成される。本実施形態において、第１カバー１７ａおよび第２カバー１７ｂは、それぞれ、チャンバー１６の内部の温度に耐え得る耐熱性能を有しており、蛇腹状の伸縮構造を有している。第１カバー１７ａは、２本のレール２８の間において吐出ユニット１００をＸ軸方向に挟むように、１組、配置されている。第２カバー１７ｂは、２本のレール２８の外側において吐出ユニット１００をＹ軸方向に挟むように１組、配置されている。本実施形態では、第１耐熱部材１７は、ガラス繊維の織布にシリコーンコーティングを施すことにより構成されている。なお、第１耐熱部材１７の構成はこれに限らず、例えば、シリコーンに代えてフッ素樹脂をガラス繊維の織布にコーティングすることによって構成されてもよい。

第２耐熱部材２１は、配置方向以外は第１耐熱部材１７と同様の形状および材質で構成されている。具体的には、チャンバー１６の内部の温度に耐え得る耐熱性能を有しており、蛇腹状の伸縮構造を有している。図６で表されるようにテーブル１４矩形であるが、テーブル１４の４つの各辺に対応して第２耐熱部材２１は設けられている。

なお、本実施形態の三次元造形装置１は、造形材料を射出する吐出ユニット１００を１つ備える構成であるが、造形材料を射出する吐出ユニット１００を複数備える構成としてもよいし、支持材料を射出する吐出ユニット１００を備えていてもよい。ここで、支持材料とは、造形材料層を支持するための支持材料層を形成するための材料である。

本実施形態の三次元造形装置１は、図１で表されるように、吐出ユニット１００を移動させることで吐出口１０ａをクリーニングするクリーニング機構としてのブラシ２４を備えている。ただし、クリーニング機構の構成に限定はなく、ワイパーブレードなど、ブラシ以外の構成のクリーニング機構を備えていてもよい。

また、図１で表されるように、本実施形態の三次元造形装置１は制御部２３を備えているが、制御部２３は三次元造形装置１の各種駆動を制御する、制御部２３は、吐出ユニット１００、位置変更機構２６、移動機構１５及びチャンバー１６の温度調整機構と電気的に接続されている。制御部２３の制御により、三次元造形装置１の各構成部材は駆動され、造形処理やクリーニング処理などが実行される。

次に、本実施形態の三次元造形装置１を用いて実行される三次元造形物の製造方法について図７を参照して説明する。なお、上記のように、本実施形態の三次元造形装置１は、造形材料が流れる流路１０ｂと、流路１０ｂと連通し造形材料をテーブル１４に向けて吐出する吐出口１０ａと、を有するノズル１０を備えている。また、ノズル１０とテーブル１４との相対的な位置を変更する位置変更機構２６と、造形材料の移動経路の圧力を測定する圧力測定部１１と、吐出口１０ａをクリーニングするクリーニング機構としてのブラシ２４と、を備えている。ここで、圧力測定部１１は、圧力センサーによって構成され、流路１０ｂに設けられている。圧力測定部１１によって測定された圧力の値は、制御部２３に送信される。

本実施例の三次元造形物の製造方法を開始すると、最初に、ステップＳ１１０において、造形する三次元造形物のデータを入力する。そして、ステップＳ１２０で、造形処理工程を開始する。なお、上記のように、本実施形態の三次元造形装置１は、制御部２３を備えるが、制御部２３によりノズル１０及び位置変更機構２６を制御して、テーブル１４に造形材料の層を積層して三次元造形物を造形する造形処理工程を実行する。

次に、ステップＳ１３０において、制御部２３は圧力測定部１１による流路１０ｂ中の圧力の測定結果が第１基準値以上か否かを判断する。すなわち、吐出口１０ａが適切に造形材料を吐出することが可能な状態にあるか否かを判断する。流路１０ｂ中の吐出口１０ａ近傍で造形材料が詰まり吐出口１０ａが適切に造形材料を吐出することができない状態だと、流路１０ｂ中の圧力が上昇するためである。そして、流路１０ｂ中の圧力の測定結果が第１基準値以上と判断した場合はステップＳ１４０に進み、流路１０ｂ中の圧力の測定結果が第１基準値未満と判断した場合はステップＳ１８０に進む。

ステップＳ１４０においては、制御部２３の制御により、造形処理工程を中断する。そして、ステップＳ１５０に進み、クリーニング処理工程を実行する。ステップＳ１５０のクリーニング処理工程においては、吐出ユニット１００をクリーニング位置であるブラシ２４との接触位置に移動させ、吐出口１０ａをブラシ２４でブラッシングする。ステップＳ１５０のクリーニング処理工程が終了すると、ステップＳ１６０に進む。なお、クリーニング処理に特に限定はなく、吐出口１０ａをブラシ２４でブラッシングする代わりに、例えば、クリーニング処理として、ノズル１０から造形材料をパージさせるなどしてもよい。

ステップＳ１６０においては、制御部２３は圧力測定部１１による流路１０ｂ中の圧力の測定結果が第２基準値未満か否かを判断する。なお、本実施例においては、第２基準値を第１基準値と同じ圧力にしているが、第２基準値を第１基準値と異なる圧力に設定してもよい。そして、流路１０ｂ中の圧力の測定結果が第２基準値以下と判断するまでステップＳ１６０を繰り返すことで待機し、流路１０ｂ中の圧力の測定結果が第２基準値未満と判断した場合はステップＳ１７０に進み造形処理工程を再開する。ここで、流路１０ｂ中の吐出口１０ａ近傍の造形材料の詰まりが解消されると、流路１０ｂ中の圧力が下降する。そこで、ステップＳ１６０において、ステップＳ１５０のクリーニング処理工程の実行により吐出口１０ａが適切にクリーニングされたか否かを判断することとし、流路１０ｂ中の圧力の測定結果が第２基準値未満と判断した場合はステップＳ１７０に進み造形処理工程を再開し、流路１０ｂ中の圧力の測定結果が第２基準値以上と判断した場合はステップＳ１５０に戻り、再度、クリーニング処理工程を実行させてもよい。

そして、ステップＳ１８０において、制御部２３はステップＳ１１０において入力したデータに基づく造形が終了したかを判断する。制御部２３により造形が終了したと判断された場合は、本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。一方、制御部２３により造形がまだ終了していないと判断された場合は、ステップＳ１３０に戻り、ステップＳ１８０において造形が終了したと判断されるまで、ステップＳ１３０からステップＳ１８０を繰り返す。なお、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、例えば、ステップＳ１３０からステップＳ１８０までのフローを１層分の造形処理工程とすることができる。

上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、制御部２３の制御により、テーブル１４に造形材料の層を積層して三次元造形物を造形する造形処理工程（ステップＳ１２０からステップＳ１８０）と、造形処理工程の実行中に圧力測定部１１によって圧力が第１基準値以上であると測定された場合、造形処理工程を中断してノズル１０をクリーニング機構としてのブラシ２４にクリーニングさせるクリーニング処理工程（ステップＳ１５０）と、を実行する。このように、造形処理の実行中に圧力測定部１１によって測定される圧力が第１基準値以上であると場合に、造形処理を中断してクリーニング処理工程を実行することで、造形処理の実行中に吐出不良の検出が可能となり、吐出不良が発生した直後に吐出不良の検出ができる。したがって、本実施例の三次元造形物の製造方法を実行することで、三次元造形物の造形精度の低下を抑制しつつ造形時間を短縮することができる。

上記のように、本実施形態の三次元造形装置１は、固形材料を可塑化して造形材料を生成する可塑化部２７を備えている。可塑化部２７を備えることで、該可塑化部２７で固形材料を可塑化して造形材料を簡単に生成できる。また、本実施形態の三次元造形装置１においては、圧力測定部１１は、可塑化部２７と吐出口１０ａとの間の位置における流路１０ｂの圧力を測定する。ただし、圧力測定部１１の形成位置に特に限定はない。例えば、圧力測定部１１は、連通孔５１など、可塑化部２７における造形材料の移動経路の圧力を測定する構成であってもよい。ノズル１０の流路１０ｂ或いは可塑化部２７における造形材料の移動経路の圧力に基づいて吐出不良の検出をすることで、高い精度で吐出不良を検出することができる。

上記のように、本実施形態の三次元造形装置１は、流量調節機構１２及び吸引部１３を備えている。流量調節機構１２及び吸引部１３は、可塑化部２７と吐出口１０ａとの間に設けられ、吐出口１０ａからの造形材料の吐出の停止及び再開を切り替える吐出調整機構としての役割をしている。そして、圧力測定部１１は、可塑化部２７と該吐出調整機構との間の位置における流路１０ｂの圧力を測定する構成となっている。このように、吐出口１０ａからの造形材料の吐出の停止及び再開を切り替える吐出調整機構を備えることで、簡単に、流路１０ｂ中の造形材料の移動および造形材料の停止を切り替えることができる。また、圧力測定部１１が可塑化部２７と吐出調整機構との間の位置における流路１０ｂの圧力を測定する構成とすることで、吐出不良を精度よく検出できる。

ここで、制御部２３は、ステップＳ１２０からステップＳ１８０までの造形処理工程において吐出調整機構の動作を行わせることができるが、吐出調整機構の動作時には吐出調整機構の動作終了を待ってステップＳ１５０のクリーニング処理工程を実行させる。すなわち、制御部２３は、吐出調整機構の動作時にはクリーニング処理工程の実行開始判断をしない。吐出調整機構の動作時には流路１０ｂ中の圧力が不安定になる場合があるが、吐出調整機構の動作時にはクリーニング処理工程の実行開始判断をしないことで、吐出不良の誤検出を抑制することができる。

また、制御部２３は、ステップＳ１３０において、所定の時間内での圧力測定部によって測定される平均圧力に基づいてステップＳ１５０のクリーニング処理工程の実行開始判断をすることができる。造形処理の開始直後などにおいては造形材料の移動経路の圧力が不安定になる場合があるが、所定範囲内の時間の平均圧力に基づいてクリーニング処理工程の実行開始判断をすることで、吐出不良を誤検出して吐出不良でない場合に無駄にクリーニング処理工程を実行してしまうことを抑制できる。

また、上記のように、制御部２３は、ステップＳ１５０のクリーニング処理工程の実行後にステップＳ１６０において圧力測定部１１によって測定される圧力が第２基準値未満であると測定された場合にステップＳ１７０で造形処理を再開する。このため、造形処理の再開のときに、ノズル１０から造形材料が漏れ出て、三次元造形物に付着することを抑制できる。これにより三次元造形物の造形精度が低下することを抑制できる。

また、ステップＳ１５０のクリーニング処理工程は、吐出口１０ａから吐出された造形材料の線幅及び吐出口から吐出される造形材料の吐出量の少なくとも一方を用いてノズル１０からの造形材料の吐出量の調整を行う吐出量調整処理を含んでいてもよい。クリーニング処理工程において、吐出口１０ａから吐出された造形材料の線幅及び吐出口１０ａから吐出される造形材料の吐出量の少なくとも一方を用いて吐出量調整処理がなされることで、クリーニング処理工程を実行するとともに、吐出量の調整を行うことができる。ここで、「線幅」とは、ノズル１０から連続的に造形材料が吐出された場合の造形材料の吐出幅を意味する。

また、上記のように、本実施形態の三次元造形装置１においては、可塑化部２７は、駆動モーター６と、駆動モーター６によって回転し、螺旋状の溝４４が形成された溝形成面４１を有するフラットスクリュー４と、溝形成面４１に対向する対向面５２を有し、連通孔５１が設けられたバレル５と、バレル５を加熱するヒーター７と、を備えている。可塑化部２７を、このような構成の可塑化部とすることで、造形材料を効果的に可塑化させることができる。なお、本実施形態の三次元造形装置１においては、加熱部としてバレル５を加熱するヒーター７を備えているが、フラットスクリュー４を加熱する加熱部を備えていてもよい。

また、上記のように、本実施形態の三次元造形装置１は、内部の温度を調整可能なチャンバー１６を備え、クリーニング機構としてのブラシ２４は、チャンバー１６内に設けられている。このため、ブラシ２４を加熱することができる。すなわち、クリーニング機構を温度調節してクリーニング性能を向上させることができる。

また、図１で表されるように、本実施形態の三次元造形装置１においては、チャンバー１６は、内部に温風導入口２２を有しており、温風導入口２２の送風方向Ｆの延長線上にブラシ２４が設けられている。すなわち、温風導入口２２から温風が導入される位置に、吐出口１０ａに接触するブラシを有している。このため、本実施形態の三次元造形装置１は、クリーニング位置を温度調整しつつ、該ブラシ２４を用いて効果的にノズル１０のクリーニングを実行することができる。

本発明は、上述の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構成で実現することができる。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。

１…三次元造形装置、２…ホッパー、３…供給管、４…フラットスクリュー、
５…バレル、６…駆動モーター、７…ヒーター（加熱部）、９…ヒーター、
１０…ノズル、１０ａ…吐出口、１０ｂ…流路（造形材料の移動経路）、
１１…圧力測定部、１２…流量調節機構（吐出調整機構）、
１３…吸引部（吐出調整機構）、１４…テーブル、１４ａ…造形面、１５…移動機構、
１６…チャンバー、１７…第１耐熱部材、１７ａ…第１カバー、１７ｂ…第２カバー、
１９…ペレット、２１…第２耐熱部材、２２…温風導入口、２３…制御部、
２４…ブラシ（クリーニング機構）、２６…位置変更機構、２７…可塑化部、
２８…レール、４１…溝形成面、４２…中央部、４３…凸状部、４４…溝、
４５…材料流入口、５１…連通孔（造形材料の移動経路）、５２…対向面、
５３…案内溝、１００…吐出ユニット、１２１…バタフライバルブ、
１２２…バルブ駆動部、１２３…駆動軸、１３１…送出路、１３２…吸引部駆動部、
１３３…送出口

Claims (11)

1. 造形材料が流れる流路と、前記流路と連通し前記造形材料をテーブルに向けて吐出する吐出口と、を有するノズルと、
   前記ノズルと前記テーブルとの相対的な位置を変更する位置変更機構と、
   前記造形材料の移動経路の圧力を測定する圧力測定部と、
   前記吐出口をクリーニングするクリーニング機構と、
   前記ノズル及び前記位置変更機構を制御して、前記テーブルに前記造形材料の層を積層して三次元造形物を造形する造形処理を実行する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記造形処理の実行中に前記圧力測定部によって測定される前記圧力が第１基準値以上である場合、前記造形処理を中断して前記ノズルを前記クリーニング機構にクリーニングさせるクリーニング処理を実行することを特徴とする三次元造形装置。
2. 請求項１に記載の三次元造形装置において、
   材料を可塑化して前記造形材料を生成する可塑化部を、備え、
   前記圧力測定部は、前記可塑化部と前記吐出口との間の位置における前記流路、或いは、前記可塑化部における前記造形材料の移動経路の圧力を測定することを特徴とする三次元造形装置。
3. 請求項２に記載の三次元造形装置において、
   前記可塑化部と前記吐出口との間に、前記吐出口からの前記造形材料の吐出の停止及び再開を切り替える吐出調整機構を備え、
   前記圧力測定部は、前記可塑化部と前記吐出調整機構との間の位置における前記流路の圧力を測定することを特徴とする三次元造形装置。
4. 請求項３に記載の三次元造形装置において、
   前記制御部は、前記吐出調整機構の動作時には前記クリーニング処理の実行開始判断をしないことを特徴とする三次元造形装置。
5. 請求項２から４のいずれか１項に記載の三次元造形装置において、
   前記可塑化部は、
   駆動モーターと、
   前記駆動モーターによって回転し、螺旋状の溝が形成された溝形成面を有するスクリューと、
   前記溝形成面に対向する対向面を有し、連通孔が設けられたバレルと、
   前記スクリュー及び前記バレルの少なくとも一方を加熱する加熱部と、
   を備えることを特徴とする三次元造形装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の三次元造形装置において、
   前記制御部は、所定の時間内での前記圧力測定部によって測定される平均圧力に基づいて前記クリーニング処理の実行開始判断をすることを特徴とする三次元造形装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の三次元造形装置において、
   前記制御部は、前記クリーニング処理の実行後に前記圧力測定部によって前記圧力が第２基準値未満であると測定された場合、前記造形処理を再開することを特徴とする三次元造形装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の三次元造形装置において、
   前記クリーニング処理は、前記吐出口から吐出された前記造形材料の線幅及び前記吐出口から吐出される前記造形材料の吐出量の少なくとも一方を用いて前記ノズルからの前記造形材料の吐出量の調整を行う吐出量調整処理を含む、ことを特徴とする三次元造形装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の三次元造形装置において、
   内部の温度を調整可能なチャンバーを備え、
   前記クリーニング機構は、前記チャンバー内に設けられていることを特徴とする三次元造形装置。
10. 請求項９に記載の三次元造形装置において、
    前記チャンバーは、内部に温風導入口を有し、
    前記クリーニング機構は、前記温風導入口から温風が導入される位置に、前記吐出口に接触するブラシを有していることを特徴とする三次元造形装置。
11. 造形材料が流れる流路に連通するノズルの吐出口から、前記造形材料を吐出して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
    テーブルに前記造形材料の層を積層して前記三次元造形物を造形する造形処理工程と、
    前記造形処理工程の実行中に、前記造形材料の移動経路の圧力を測定する圧力測定工程と、
    前記圧力測定工程で測定される前記圧力が第１基準値以上である場合、前記造形処理工程を中断して前記ノズルをクリーニングさせるクリーニング処理工程と、を有する、
    ことを特徴とする三次元造形物の製造方法。

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