JP2021172024A - 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】造形途中の部品の交換に起因する造形品質の低下を抑制する。【解決手段】三次元造形装置は、駆動モーター、ヒーター、及び、駆動モーターによって回転するスクリューを有し、材料を可塑化して造形材料を生成する可塑化部と、造形材料をステージに向けて吐出する吐出部と、吐出部とステージとの相対的な位置を変更する移動機構部と、ヒーターの状態を観測する状態観測部の観測結果からヒーターの残寿命を予測する予測部と、可塑化部及び移動機構部を制御して三次元造形物を造形する制御部と、を備える。制御部は、ヒーターの温度を第１温度に設定する第１モードと、第１温度よりも低い温度に設定する第２モードと、を有し、ヒーターの温度を第１温度に設定した場合の第１残寿命が第１の値を超える場合に第１モードで三次元造形物を造形し、第１残寿命が第１の値以下である場合に第２モードで三次元造形物を造形する。【選択図】図１

Description

本開示は三次元造形装置、及び、三次元造形物の製造方法に関する。

三次元造形装置に関して、特許文献１には、ＵＶライトを照射することによって樹脂を硬化させて造形物を造形する装置が開示されている。この装置では、経年劣化によってＵＶライトの出力が低下し、ＵＶライトに対する電力の供給量を増加させても目標の出力値に達しない場合、ユーザーにＵＶライトを構成する部品の交換を促す。

米国特許出願公開第２０１６／０１１４５３５号明細書

上記文献のように、三次元造形装置の部品が経年劣化した場合、経年劣化した部品は、例えば、ユーザーによって交換される。しかしながら、経年劣化の度合いによっては造形物の造形途中に部品が寿命を迎え、造形途中に部品の交換を要する場合がある。造形途中に部品の交換が行われる場合、造形の中断や再開による造形品質の低下が生じる可能性がある。

本開示の第１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、駆動モーター、ヒーター、及び、前記駆動モーターによって回転するスクリューを有し、材料を可塑化して造形材料を生成する可塑化部と、前記造形材料をステージに向けて吐出する吐出部と、前記吐出部と前記ステージとの相対的な位置を変更する移動機構部と、前記ヒーターの状態を観測する状態観測部と、前記状態観測部の観測結果から、前記ヒーターの残寿命を予測する予測部と、前記可塑化部、及び、前記移動機構部を制御して三次元造形物を造形する制御部と、を備える。前記制御部は、前記ヒーターの温度を第１温度に設定する第１モードと、前記ヒーターの温度を前記第１温度よりも低い温度に設定する第２モードと、を有し、前記ヒーターの温度を前記第１温度に設定した場合の前記残寿命である第１残寿命が第１の値を超える場合に、前記第１モードで前記三次元造形物を造形し、前記第１残寿命が前記第１の値以下である場合に、前記第２モードで前記三次元造形物を造形する。

本開示の第２の形態によれば、駆動モーター、ヒーター、及び、前記駆動モーターによって回転するスクリューを有する可塑化部によって材料を可塑化して造形材料とし、吐出部からテーブルに向けて前記造形材料を吐出させて三次元造形物を造形する三次元造形物の製造方法が提供される。この製造方法は、前記ヒーターの状態を観測する第１工程と、前記ヒーターの観測結果から、前記ヒーターを第１温度で制御した場合の前記ヒーターの残寿命を予測する第２工程と、前記可塑化部と、前記吐出部と前記ステージとの相対的な位置を変更する移動機構部と、を制御して前記三次元造形物を造形する第３工程と、を備える。前記第３工程において、前記残寿命が第１の値を超える場合に、前記ヒーターの温度を前記第１温度に制御して前記三次元造形物を造形し、前記残寿命が第１の値以下である場合に、前記ヒーターの温度を前記第１温度よりも低い温度に制御して前記三次元造形物を造形する。

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図である。 スクリューの溝形成面側の構成を示す概略斜視図である。 バレルのスクリュー対向面側の構成を示す上面図である。 第１実施形態における三次元造形処理を示す工程図である。 横軸をヒーター電力量、縦軸をヒーター温度とするグラフである。 ヒーターの第１到達電力量の増加履歴を示す図である。 第２実施形態における三次元造形物の造形処理を示す工程図である。 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図である。 第４実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す図である。 第４実施形態における三次元造形物の造形処理を示す工程図である。 第５実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す図である。 第５実施形態における三次元造形物の造形処理を示す工程図である。 第６実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す図である。 第６実施形態における三次元造形物の造形処理を示す工程図である。 第７実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す図である。 第７実施形態における三次元造形物の造形処理を示す工程図である。 第８実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す図である。 吸引部の概略構成を示す図である。 第８実施形態における三次元造形物の造形処理を示す工程図である。

Ａ．第１実施形態：
図１は、本実施形態における三次元造形装置１００の概略構成を示す図である。図１には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向に沿った矢印が表されている。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向は、互いに直交する３つの空間軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿った方向であり、それぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿う一方側の方向と、その反対方向とを、両方含む。Ｘ軸およびＹ軸は、水平面に沿った軸であり、Ｚ軸は、鉛直線に沿った軸である。他の図においても、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に沿った矢印が、適宜、表されている。図１におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向と、他の図におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向とは、同じ方向を表している。以下の説明において、向きを特定する場合には、正の方向を「＋」、負の方向を「−」として、方向表記に正負の符号を併用する。

本実施形態における三次元造形装置１００は、造形ユニット２００と、ステージ３００と、移動機構部４００と、制御部５００と、報知部８００とを、備えている。三次元造形装置１００は、制御部５００の制御下で、造形ユニット２００の吐出部６０からステージ３００に向かって造形材料を吐出しつつ、移動機構部４００を駆動させて吐出部６０とステージ３００との相対的な位置を変化させることによって、ステージ３００の造形面３１１上に所望の形状の三次元造形物を造形する。なお、造形材料のことを溶融材料と呼ぶこともある。

移動機構部４００は、吐出部６０とステージ３００との相対的な位置を変更する。本実施形態では、移動機構部４００は、造形ユニット２００に対してステージ３００を移動させることによって、吐出部６０とステージ３００との相対的な位置を変化させる。なお、ステージ３００に対する吐出部６０の相対的な位置の変化を、単に、吐出部６０の移動と呼ぶこともある。本実施形態では、例えば、ステージ３００を＋Ｘ方向に移動させたことを、吐出部６０を−Ｘ方向に移動させたと言い換えることもできる。また、吐出部６０のステージ３００に対する相対的な移動速度のことを、単に移動速度と呼ぶこともある。

本実施形態における移動機構部４００は、３つのモーターの駆動力によって、ステージ３００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。各モーターは、制御部５００の制御下にて駆動する。なお、移動機構部４００は、ステージ３００を移動させる構成ではなく、ステージ３００を移動させずに吐出部６０を移動させる構成であってもよい。また、移動機構部４００は、ステージ３００と吐出部６０との両方を移動させる構成であってもよい。

造形ユニット２００は、材料の供給源である材料供給部２０と、材料供給部２０から供給された材料を溶融して造形材料にする可塑化部３０と、造形材料を吐出する吐出部６０とを、備えている。

材料供給部２０には、ペレットや粉末等の状態の材料が収容されている。本実施形態では、ペレット状に形成された樹脂が材料として用いられる。本実施形態における材料供給部２０は、ホッパーによって構成されている。材料供給部２０の下方には、材料供給部２０と可塑化部３０との間を接続する供給路２２が設けられている。材料供給部２０は、供給路２２を介して、可塑化部３０に材料を供給する。なお、材料の詳細については後述する。

可塑化部３０は、駆動モーター３２と、ヒーター３５と、スクリュー４０とを、備えている。本実施形態の可塑化部３０は、更に、スクリューケース３１と、バレル５０と、を備えている。可塑化部３０は、材料供給部２０から供給された材料の少なくとも一部を可塑化し、流動性を有するペースト状の造形材料を生成して、吐出部６０に供給する。「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。「溶融」とは、熱可塑性を有する材料が融点以上の温度に加熱されて液状になることのみならず、熱可塑性を有する材料がガラス転移点以上の温度に加熱されることにより軟化し、流動性が発現することをも意味する。なお、本実施形態のスクリュー４０は、いわゆるフラットスクリューであり、「スクロール」と呼ばれることもある。

スクリューケース３１は、スクリュー４０を収容するための筐体である。スクリューケース３１の下面には、バレル５０が固定されており、スクリューケース３１とバレル５０とによって囲まれた空間に、スクリュー４０が収容されている。スクリューケース３１の上面には、駆動モーター３２が固定されている。

スクリュー４０は、その中心軸ＲＸに沿った方向の高さが直径よりも小さい略円柱形状を有している。スクリュー４０は、バレル５０に対向する面に、溝４５が形成された溝形成面４２を有している。溝形成面４２は、具体的には、後述するバレル５０のスクリュー対向面５２と対向する。なお、本実施形態の中心軸ＲＸは、スクリュー４０の回転軸と一致する。また、スクリュー４０の溝形成面４２側の構成の詳細については後述する。

駆動モーター３２は、スクリュー４０の溝形成面４２とは反対側の面に接続されている。スクリュー４０は、駆動モーター３２の回転で生じるトルクによって、中心軸ＲＸを中心に回転する。駆動モーター３２は、制御部５００の制御下で駆動される。なお、駆動モーター３２は、直接スクリュー４０と接続されていなくてもよい。例えば、スクリュー４０と駆動モーター３２とは、減速機を介して接続されていてもよい。この場合、例えば、遊星歯車機構を有する減速機の遊星ギアに駆動モーター３２が接続され、太陽ギアにスクリュー４０が接続されていてもよい。

バレル５０は、スクリュー４０の下方に、スクリュー４０の溝形成面４２と対向して配置されている。バレル５０は、スクリュー４０の溝形成面４２に対向するスクリュー対向面５２を有している。バレル５０には、スクリュー４０の中心軸ＲＸ上に、連通孔５６が設けられている。可塑化部３０によって生成された造形材料は、連通孔５６を介して吐出部６０へと供給される。なお、バレル５０のスクリュー対向面５２側の構成の詳細については後述する。

本実施形態のヒーター３５は、バレル５０に埋設されている。本実施形態では、バレル５０には、Ｙ方向に沿って配置された２本の棒状のヒーター３５が設けられている。ヒーター３５は、制御部５００の制御下で、スクリュー４０とバレル５０との間に供給された材料を加熱する。

吐出部６０は、バレル５０の下方に配置されている。吐出部６０は、ステージ３００に向かって造形材料を吐出するノズル６１と、連通孔５６とノズル６１とを連通させる供給流路６２と、を備えている。

ノズル６１には、ノズル流路６８と、ノズル孔６９とが設けられている。ノズル流路６８は、ノズル６１内に設けられた流路である。ノズル流路６８は、供給流路６２を介して、バレル５０の連通孔５６と連通する。ノズル孔６９は、ノズル流路６８の大気に連通する側の端部に設けられた流路断面が縮小された部分である。可塑化部３０から供給流路６２を介してノズル流路６８に供給された造形材料は、ノズル孔６９から吐出される。本実施形態では、ノズル孔６９の開口形状は円形である。なお、ノズル孔６９の開口形状は円形に限られず、例えば、四角形や、四角形以外の多角形であってもよい。

図２は、スクリュー４０の溝形成面４２側の構成を示す概略斜視図である。図２には、スクリュー４０の中心軸ＲＸの位置が一点鎖線で示されている。図１を参照して説明したように、溝形成面４２には、溝４５が設けられている。

スクリュー４０の溝形成面４２の中央部４７は、溝４５の一端が接続されている窪みとして構成されている。中央部４７は、図１に示されているバレル５０の連通孔５６に対向する。中央部４７は、中心軸ＲＸと交差する。

スクリュー４０の溝４５は、いわゆるスクロール溝を構成する。溝４５は、中央部４７から、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。溝４５は、インボリュート曲線状や、螺旋状に延びるように構成されてもよい。溝形成面４２には、溝４５の側壁部を構成し、各溝４５に沿って延びている凸条部４６が設けられている。溝４５は、スクリュー４０の側面４３に形成された材料導入口４４まで連続している。この材料導入口４４は、材料供給部２０の供給路２２を介して供給された材料を受け入れる部分である。

図２には、３つの溝４５と、３つの凸条部４６と、を有するスクリュー４０の例が示されている。スクリュー４０に設けられる溝４５や凸条部４６の数は、３つには限定されない。スクリュー４０には、１つの溝４５のみが設けられていてもよいし、２以上の複数の溝４５が設けられていてもよい。また、溝４５の数に合わせて任意の数の凸条部４６が設けられてもよい。

図２には、材料導入口４４が３箇所に形成されているスクリュー４０の例が図示されている。スクリュー４０に設けられる材料導入口４４の数は、３箇所に限定されない。スクリュー４０には、材料導入口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、バレル５０のスクリュー対向面５２側の構成を示す上面図である。上述したとおり、スクリュー対向面５２の中央には、連通孔５６が形成されている。スクリュー対向面５２における連通孔５６の周りには、複数の案内溝５４が形成されている。それぞれの案内溝５４は、一端が連通孔５６に接続され、連通孔５６からスクリュー対向面５２の外周に向かって渦状に延びている。それぞれの案内溝５４は、造形材料を連通孔５６に導く機能を有している。なお、造形材料を効率良く連通孔５６へと到達させるために、バレル５０には案内溝５４が形成されていると好ましいが、案内溝５４が形成されていなくてもよい。

制御部５００は、１以上のプロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェースとを備えるコンピューターによって構成されている。制御部５００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によって実行することで、種々の機能を発揮する。例えば、制御部５００は、三次元造形処理を実行する機能のほか、後述する状態観測部６００や予測部７００としての機能等を発揮する。なお、制御部５００は、コンピューターではなく、複数の回路の組み合わせによって構成されてもよい。

三次元造形処理とは、三次元造形物を造形するための処理を指す。三次元造形処理のことを、単に造形処理と呼ぶこともある。制御部５００は、三次元造形処理において、可塑化部３０と移動機構部４００とを制御して、吐出部６０から造形面３１１に造形材料を吐出する。より具体的には、制御部５００は、造形面３１１上に吐出した造形材料を固化させつつ、造形材料の層を形成することによって、三次元造形物を造形する。造形材料の固化とは、吐出部６０から吐出された造形材料が流動性を失うことを指す。本実施形態では、造形材料は、冷えることによって可塑性を失って固化する。

本実施形態の制御部５００は、三次元造形処理において、造形データに従って三次元造形物を造形する。造形データとは、吐出部６０のステージ３００に対する相対的な移動経路と、移動経路における造形材料の線幅と、を含むデータである。制御部５００は、例えば、三次元ＣＡＤソフトや三次元ＣＧソフトを用いて作成された三次元造形物の形状を表す形状データ上の三次元造形物を所定の厚みの層に分割することによって、造形データを生成する。この場合、制御部５００は、例えば、三次元造形装置１００に接続された外部のコンピューター等から形状データを取得できる。また、制御部５００は、例えば、造形データを生成することなく、外部のコンピューター等から直接、造形データを取得してもよい。更に、例えば、スライサーソフト等によって造形データが生成されてもよい。

造形材料の線幅とは、造形面３１１に吐出された造形材料の、移動経路と交差する方向における幅のことを指す。線幅は、吐出部６０の単位移動量あたりに吐出部６０から吐出される造形材料の量である堆積量と、造形面３１１に吐出された造形材料の高さと、によって定まる。堆積量は、吐出部６０から単位時間あたりに吐出される造形材料の量である吐出量と、吐出部６０の移動速度と、によって変化する。例えば、吐出量が増加した場合や移動速度が低下した場合には、堆積量は増加する。なお、制御部５００は、吐出部６０と造形面３１１との間のＺ方向の距離であるギャップを一定に保ちながら造形材料を吐出することで、造形材料の高さを略一定に保つことができる。

状態観測部６００は、可塑化部３０に設けられたヒーター３５の状態を観測する、状態観測を行う。本実施形態の状態観測部６００は、ヒーター３５の実際の温度として測定又は算出されるヒーター温度と、ヒーター３５によって消費される電力として測定又は算出されるヒーター電力量と、に基づいて、ヒーター３５の状態観測を行う。状態観測部６００による状態観測の詳細については後述する。

本実施形態では、ヒーター温度及びヒーター電力量の測定は、温度センサーと電力計とを有するセンサー部５９によって行われる。センサー部５９の温度センサーは、例えば、熱電対によって構成されてもよいし、半導体温度センサー等の他の接触式の温度センサーや、非接触式の温度センサーによって構成されてもよい。なお、本実施形態では、センサー部５９の温度センサーによって取得されるヒーター温度は、制御部５００によるヒーター３５のフィードバック制御にも用いられる。

予測部７００は、状態観測部６００によって観測されたヒーター３５の観測結果からヒーター３５の残寿命を予測する、残寿命予測を行う。予測部７００による残寿命予測の詳細については後述する。

報知部８００は、ユーザーに情報を報知する。本実施形態の報知部８００は、制御部５００に接続された液晶モニターによって構成され、視覚情報を液晶モニターに表示することによって情報を報知する。報知部８００は、情報として、例えば、三次元造形装置１００の制御状態や、造形されている三次元造形物の造形状態、造形開始からの経過時間等を報知する。報知部８００は、例えば、三次元造形装置１００が筐体内に設置されている場合、筐体の外部から視認可能なモニターとして筐体の外壁面に配置されてもよい。

図４は、本実施形態における、三次元造形物の製造方法を実現する三次元造形処理を示す工程図である。三次元造形処理は、三次元造形装置１００に設けられた操作パネルや、三次元造形装置１００に接続されたコンピューターに対して、ユーザーによる開始操作が行われた場合に、制御部５００によって実行される。なお、本実施形態では、制御部５００は、三次元造形処理の開始直後に造形データを取得する。

制御部５００は、三次元造形処理において、ヒーター３５の温度を第１温度Ｔ１に設定する第１モードと、ヒーター３５の温度を第１温度Ｔ１よりも低い温度に設定する第２モードと、を有している。本実施形態では、制御部５００は、第２モードにおいて、ヒーター３５の温度を第１温度Ｔ１よりも低い第２温度Ｔ２に設定する。本実施形態では、制御部５００は、通常、可塑化部３０と移動機構部４００とを第１モードで制御する。

ステップＳ１０５にて、制御部５００は、可塑化部３０のヒーター３５の目標温度を判定温度に設定し、ヒーター３５への電力供給を開始する。制御部５００は、センサー部５９によって取得されるヒーター温度を参照して、ヒーター温度が目標温度として設定された判定温度に近付くよう、ヒーター３５をフィードバック制御する。本実施形態では、制御部５００は、ステップＳ１０５において、第１温度Ｔ１を判定温度として用いるため、ヒーター３５の目標温度を第１温度Ｔ１に設定する。これによって、ヒーター温度は、制御部５００の制御下で、第１温度Ｔ１に向かって変化する。例えば、室温下のヒーター３５の目標温度が２５０℃に設定された場合、ヒーター温度は、室温から２５０℃に向かって上昇する。また、本実施形態では、ステップＳ１０５が実行されることによって、制御部５００による制御が第１モードに設定される。

ステップＳ１１０にて、状態観測部６００は、第１到達電力量を算出する。到達電力量とは、ヒーター３５の温度が判定温度に到達するのに要する電力量を指す。第１到達電力量とは、ヒーター３５の温度が判定温度としての第１温度Ｔ１に到達するのに要する電力量を指す。本実施形態の状態観測部６００は、この第１到達電力量を算出することによって、ヒーター３５の状態観測を行う。ステップＳ１１０のように、ヒーター３５の状態を観測する工程を第１工程と呼ぶこともある。

図５は、横軸をヒーター電力量、縦軸をヒーター温度とするグラフである。図５には、観測時期ｔ１におけるヒーター温度に対するヒーター電力量の変化Ｘ１と、観測時期ｔ２におけるヒーター温度に対するヒーター電力量の変化Ｘ２とが、それぞれ示されている。観測時期とは、状態観測が実行された時期であり、観測時期ｔ２は、観測時期ｔ１よりも後の観測時期である。具体的には、観測時期ｔ２における変化Ｘ２は、観測時期ｔ１における変化Ｘ１が測定された三次元造形処理よりも後に実行される三次元造形処理において測定される。図５に示すように、観測時期ｔ１における第１到達電力量は電力量Ｐ１である。一方で、観測時期ｔ２における第１到達電力量は、電力量Ｐ１よりも大きい電力量Ｐ２である。従って、観測時期ｔ２では、観測時期ｔ１における場合よりも、ヒーター３５の劣化が進行している。

本実施形態の状態観測部６００は、ステップＳ１１０において、ヒーター温度が第１温度Ｔ１に到達する前の段階で、予測される第１到達電力量を算出する。具体的には、状態観測部６００は、ヒーター温度が第１温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ１ａとなるまでの、ヒーター電力量の変化を計測する。更に、状態観測部６００は、ヒーター温度が温度Ｔ１ａとなるまでのヒーター電力量の変化に基づいて、ヒーター温度がＴ１ａから第１温度Ｔ１まで上昇する際のヒーター電力量の変化を算出する。例えば、観測時期ｔ１では、ヒーター温度が温度Ｔ１ａとなるまでのヒーター電力量の変化Ｘ１ａに基づいて、ヒーター温度が温度Ｔ１ａから温度Ｔ１を超える温度まで昇温する際のヒーター電力量の変化Ｘ１ｂが算出される。すなわち、上述した観測時期ｔ１における変化Ｘ１は、変化Ｘ１ａが測定され、変化Ｘ１ｂが算出されることによって測定される。状態観測部６００は、例えば、ヒーター電力量の変化Ｘ１ａを適当な関数で近似し、近似された関数に基づいてヒーター電力量の変化Ｘ１ｂを算出できる。また、観測時期ｔ１における場合と同様に、観測時期ｔ２では、ヒーター温度が温度Ｔ１ａとなるまでのヒーター電力量の変化Ｘ２ａに基づいて、ヒーター温度が温度Ｔ１ａから温度Ｔ１を超える温度まで昇温する際のヒーター電力量の変化Ｘ２ｂが算出される。すなわち、上述した観測時期ｔ２における変化Ｘ２は、変化Ｘ２ａが測定され、変化Ｘ２ｂが算出されることによって測定される。

ステップＳ１１５にて、予測部７００は、ヒーター３５の第１残寿命を予測する。第１残寿命とは、ヒーター３５の温度を第１温度Ｔ１に設定した場合のヒーター３５の残寿命を指す。本実施形態の予測部７００は、到達電力量が図５に示した判定値Ｐｊを超える時期を予測することで、ヒーター３５の残寿命を予測する。本実施形態では、残寿命は、ヒーター３５が寿命に達するまでの時間として予測される。具体的には、残寿命は、後述する到達電力量の増加履歴を用いて予測される。なお、ステップＳ１１５のように、第１残寿命を予測する工程を第２工程と呼ぶこともある。

図６は、ヒーター３５の第１到達電力量の増加履歴を示す図である。図６には、ヒーター３５の累積消費電力の増加に対する、第１到達電力量の変化が示されている。図６には、観測時期ｔ１におけるヒーター３５の累積消費電力ＴＰ１と、第１到達電力量Ｐ１とが、履歴として記録された様子が示されている。また、観測時期ｔ２における累積消費電力ＴＰ２と、第１到達電力量Ｐ２とが、履歴として記録された様子が示されている。予測部７００は、例えば、ステップＳ１１０において観測時期ｔ２におけるヒーター３５の状態を観測した場合、観測時期ｔ２以前の増加履歴を用いて、観測時期ｔ２より後の第１到達電力量の増加を予測する。予測部７００は、例えば、観測時期ｔ２以前の増加履歴を関数Ｆｎで近似し、この関数Ｆｎに基づいて、観測時期ｔ２より後の累積消費電力の増加に対する第１到達電力量の増加を予測する。予測部７００は、このように観測時期ｔ２より後の第１到達電力量の増加を予測することで、第１到達電力量が判定値Ｐｊとなる時のヒーター３５の累積消費電力ＴＰｊを算出する。なお、図６には、観測時期ｔ０における増加履歴として、ヒーター３５を初めて稼働させた場合の第１到達電力量Ｐ０と累積消費電力ＴＰ０とが、記録されている。この場合、観測時期ｔ０における第１到達電力量Ｐ０と累積消費電力ＴＰ０との関係は、例えば、ヒーター３５の消費電力に対する温度変化の理論値から導出されてもよい。

更に、予測部７００は、算出した累積消費電力ＴＰｊと、観測時期ｔ２における累積消費電力ＴＰ２との差異から、第１残寿命を予測する。本実施形態では、予測部７００は、累積消費電力ＴＰ２と累積消費電力ＴＰｊとの差ＴＰ２−ＴＰｊを、ヒーター３５を第１温度Ｔ１で稼働させた場合の消費電力で除すことによって、第１残寿命を算出する。なお、図６に示した増加履歴では、時期ｔ３において、第１到達電力量が判定値Ｐｊとなることが示されている。また、例えば、ステップＳ１１０において観測された第１到達電力量が判定値Ｐｊを超えている場合、ステップＳ１１５において、図６に示した時期ｔ４における増加履歴のように、判定値Ｐｊを上回る第１到達電力量Ｐ４が記録される。時期ｔ４における累積消費電力はＴＰｊより大きいＴＰ４であり、このときの第１残寿命は０と予測される。

ステップＳ１２０にて、制御部５００は、第１造形時間を算出する。第１造形時間とは、造形データと、第１モードで可塑化部３０及び移動機構部４００を制御する場合の制御値と、に基づいて算出される、三次元造形物を造形するのに要する造形時間である。例えば、同じ造形データに基づいて造形時間が算出される場合であっても、移動機構部４００の制御値が変更され吐出部６０の移動速度が変化する場合と、吐出部６０の移動速度が変化しない場合とでは、算出される造形時間は異なる。本実施形態の制御部５００は、ステップＳ１２０において算出した第１造形時間を、後述する第１の値として定める。なお、本実施形態では、三次元造形処理の開始直後に造形データが取得されるが、他の実施形態では、ステップＳ１２０が実行されるまでの他のタイミングで造形データが取得されてもよい。

ステップＳ１２５にて、制御部５００は、第１残寿命が第１の値を超えるか否かを判定する。すなわち、本実施形態では、制御部５００は、第１残寿命が第１造形時間を超えるか否かを判定する。

ステップＳ１２５において第１残寿命が第１造形時間を超えると判定された場合、ステップＳ１３０にて、制御部５００は、ヒーター３５の目標温度を第２温度Ｔ２に設定する。これによって、ヒーター温度は、制御部５００の制御下で、第２温度Ｔ２に向かって変化する。また、ステップＳ１３０が実行されることによって、制御部５００による制御が第１モードから第２モードへと切り替わる。

ヒーター温度が第２温度Ｔ２である場合、ヒーター温度が第１温度Ｔ１である場合と比較して、可塑化部３０で材料が可塑化される温度が低下する。これによって、例えば、可塑化部３０で生成される造形材料の粘度が増加する場合がある。また、造形材料の粘度が増加することによって、造形材料の流動性が低下するため、造形材料の吐出量が減少する場合がある。更に、造形材料の吐出量が減少することによって、造形材料の堆積量や線幅が減少する場合がある。

ステップＳ１３５にて、制御部５００は、駆動モーター３２の回転数を変更する。制御部５００は、ステップＳ１３５において、上述した造形材料の流動性の低下による吐出量の低下を補うように、駆動モーター３２の回転数を変更する。本実施形態では、制御部５００は、駆動モーター３２の回転数を増加させることによって、可塑化部３０内の単位時間あたりの材料の流通量を増加させ、吐出量の低下を補う。

なお、他の実施形態では、制御部５００は、ステップＳ１３５において、駆動モーター３２の回転数を減少させることによって吐出量の低下を補うことができる場合、駆動モーター３２の回転数を減少させてもよい。例えば、駆動モーター３２の回転数の減少によって、造形材料が可塑化部３０内に滞在する期間が長くなる場合がある。この場合、造形材料の加熱時間が増大し、造形材料の流動性が向上することで、吐出量が向上する場合がある。また、制御部５００は、例えば、駆動モーター３２の回転数の増加と減少とのうち、吐出量の低下を補うのにより適した処理を選択し、選択した処理を実行してもよい。この場合、例えば、造形材料の種類と第２温度Ｔ２の高低との関係による吐出量の変化を調べた実験結果に基づいて処理を選択してもよい。

ステップＳ１４０にて、制御部５００は、状態観測部６００を制御して、第２到達電力量を算出する。第２到達電力量とは、ヒーター３５の温度が判定温度としての第２温度Ｔ２に到達するのに要する電力量を指す。本実施形態では、第２到達電力量は、第１到達電力量と同様に、図５に示したヒーター温度に対するヒーター電力量の変化に基づいて算出される。例えば、図５に示した観測時期ｔ２において、第２到達電力量はＰ３である。図５に示すように、第２温度Ｔ２は第１温度Ｔ１よりも低いため、観測時期ｔ２における第２到達電力量Ｐ３は、観測時期ｔ２における第１到達電力量Ｐ２よりも小さい。

ステップＳ１４５にて、制御部５００は、予測部７００を制御して、ヒーター３５の第２残寿命を予測する。第２残寿命とは、ヒーター３５の温度を第２温度Ｔ２に設定した場合のヒーター３５の寿命を指す。

予測部７００は、ステップＳ１４５において、第１到達電力量の増加履歴を用いて第１残寿命を予測するのと同様に、第２到達電力量の増加履歴を用いて第２残寿命を予測できる。すなわち、予測部７００は、第２到達電力量が判定値Ｐｊとなる時のヒーター３５の累積消費電力を算出し、算出した累積消費電力と観測時期ｔ２における累積消費電力との差異から、第２残寿命を予測できる。上述したように、ヒーター３５の温度を第２温度に設定した場合、第１温度Ｔ１に設定した場合と比較してヒーター３５の稼働に要する消費電力が小さくなるため、第２残寿命は第１残寿命より大きくなる。

ステップＳ１５０にて、制御部５００は、第２造形時間を算出する。第２造形時間とは、造形データと、第２モードで可塑化部３０及び移動機構部４００を制御する場合の制御値と、に基づいて算出される、三次元造形物を造形するのに要する造形時間である。なお、本実施形態では、第１モードと第２モードとで造形時間が異ならないため、第２造形時間は第１造形時間と等しい。この場合、制御部５００は、例えば、第１造形時間を第２時間と見なしてもよい。本実施形態の制御部５００は、ステップＳ１４５において算出した第２造形時間に基づいて、後述する第２の値を定める。なお、本実施形態では、第２造形時間が第２の値として定められる。

ステップＳ１５５にて、制御部５００は、第２残寿命が第２の値を超えるか否かを判定する。すなわち、本実施形態では、制御部５００は、第２残寿命が第２造形時間を超えるか否かを判定する。

ステップＳ１５５において第２残寿命が第２造形時間以下であると判定された場合、ステップＳ１６０にて、制御部５００は、報知部８００を制御して、ユーザーに情報を報知する。具体的には、ステップＳ１５５では、第２残寿命が第１の値以下であることを表す寿命情報がユーザーに報知される。これによって、例えば、ユーザーは、劣化したヒーター３５を、劣化していない別のヒーター３５に交換することができる。なお、ステップＳ１５５において、制御部５００は、例えば、ユーザーに対して、劣化したヒーター３５を劣化していない別のヒーター３５に交換するよう勧告してもよい。

ステップＳ１６５にて、制御部５００は、三次元造形物の造形を行う。ステップＳ１６５は、ステップＳ１６０の後に実行される他、ステップＳ１２５において第１残寿命が第１造形時間を超えると判定された場合、及び、ステップＳ１５５において第２残寿命が第２造形時間を超えると判定された場合にも実行される。ステップＳ１２５において第１残寿命が第１造形時間を超えると判定された場合、制御部５００は、ステップＳ１６５において、第１モードで三次元造形物を造形する。ステップＳ１５５において第２残寿命が第２造形時間を超えると判定された場合、制御部５００は、ステップＳ１６５において、第２モードで三次元造形物を造形する。このとき、ヒーター３５の温度は第２温度に設定され、駆動モーター３２の回転数は第１モードにおける回転数とは異なる。また、ステップＳ１６５がステップＳ１６０の後に実行される場合、例えば、劣化したヒーター３５がユーザーによって別のヒーターに交換されていれば、ヒーターが交換された後の状態で、三次元造形物が造形される。他の実施形態では、ヒーター３５が交換された場合、制御部５００は、ステップＳ１６５において、例えば、第１モードで三次元造形物を造形してもよい。なお、ステップＳ１６５のように、三次元造形物を造形する工程を、第３工程と呼ぶこともある。

以上で説明した三次元造形装置１００によれば、制御部５００は、第１残寿命が第１の値を超える場合に、ヒーター３５を第１温度Ｔ１に設定する第１モードで三次元造形物を造形し、第１残寿命が第１の値以下である場合に、ヒーター３５を第２温度に設定する第２モードで三次元造形物を造形する。これによって、ヒーター３５の劣化が進行している場合、ヒーター３５が第１温度Ｔ１よりも低い温度に設定されて三次元造形物が造形されるため、ヒーター３５が寿命に至るまでの期間が長くなる。そのため、ヒーター３５の劣化が進行している場合であっても、三次元造形物の造形途中にヒーター３５の交換を要する可能性が低下し、ヒーター３５の交換に伴う造形の中断や再開による造形品質の低下が抑制される。また、ヒーター３５の劣化が進行していない場合、ヒーター３５の設定温度を低下させることなく、三次元造形物を造形できる。

また、本実施形態では、制御部５００は、第１モードと第２モードとで駆動モーター３２の回転数を変更する。そのため、第２モードにおいて、ヒーター３５の温度低下によって造形材料の粘度が向上した場合であっても、駆動モーター３２の回転数が変更されることで、造形材料の吐出量の低下が抑制される。そのため、第２モードにおける造形品質が高まる。

また、本実施形態では、状態観測部６００は、ヒーター３５の状態として、ヒーター３５の到達電力量を観測し、予測部７００は、到達電力が判定値Ｐｊを超える時期を予測することで、残寿命を予測する。これによって、ヒーター３５の状態を、ヒーター３５の昇温時に簡易に観測できる。そのため、ヒーター３５の状態を効率的に観測し、ヒーター３５の残寿命を効率的に予測できる。

また、本実施形態では、スクリュー４０は、回転軸を中心に回転し、溝形成面４２を有し、可塑化部３０は、溝形成面４２に対抗するバレル５０を有する。これによって、可塑化部３０を小型化することができるため、三次元造形装置１００を小型化することができる。

また、本実施形態では、制御部５００は、造形データと、第１モードにおける可塑化部３０及び移動機構部４００を制御する場合の制御値と、に基づいて、第１造形時間を算出し、第１造形時間を第１の値として定める。これによって、第１寿命値が第１造形時間を超えるか否かの判定に基づいて、第１モードと第２モードとが選択される。そのため、ヒーター３５の劣化が進行している場合であっても、三次元造形物の造形途中にヒーター３５の交換を要する可能性がより低下し、ヒーター３５の交換に伴う造形の中断や再開による造形品質の低下がより抑制される。

また、本実施形態では、制御部５００は、造形データと、第２モードで可塑化部３０及び移動機構部４００を制御する場合の制御値と、に基づいて、三次元造形物の造形に要する第２造形時間を算出し、第２造形時間に基づいて第２の値を定める。また、制御部５００は、第２残寿命が第２の値以下である場合、三次元造形物を造形する前に、報知部８００を制御して、第２残寿命が第２の値以下であることを表す寿命情報を報知する。これによって、ユーザーは、寿命情報が報知された場合、例えば、劣化が進行したヒーター３５を劣化が進行していないヒーターに交換した後に、三次元造形物を造形できる。また、寿命情報が報知されない場合、第２モードで三次元造形物が造形される。そのため、三次元造形物の造形途中にヒーター３５の交換を要する可能性が低下し、ヒーター３５の交換に伴う造形の中断や再開による造形品質の低下が抑制される。

ここで、上述した三次元造形装置１００において用いられる三次元造形物の材料について説明する。三次元造形装置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三次元造形物を造形することができる。ここで、「主材料」とは、三次元造形物の形状を形作っている中心となる材料を意味し、三次元造形物において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、可塑化部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。

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、可塑化部３０において、スクリュー４０の回転とヒーター３５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吐出部６０から射出されることが望ましい。例えば、ＡＢＳ樹脂を用いる場合、吐出部６０からの吐出時には約２００℃であることが望ましい。

三次元造形装置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、材料ＭＲとして可塑化部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。

三次元造形装置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、ステージ３００上に吐出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、可塑化部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、セルロース系樹脂ある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）あるいはその他の熱可塑性樹脂。

Ｂ．第２実施形態：
図７は、第２実施形態における三次元造形物の造形処理を示す工程図である。第２実施形態では、制御部５００は、第２モードにおいて、吐出部６０のステージ３００に対する移動速度を変更する。なお、第２実施形態における三次元造形装置１００の構成については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

本実施形態では、制御部５００は、第１モードでは、吐出部６０をステージ３００に対して第１速度で相対的に移動させる。制御部５００は、第２モードでは、吐出部６０をステージ３００に対して第２速度で相対的に移動させる。第２速度とは、第１速度よりも遅い速度である。制御部５００は、第２モードにおいて、吐出部６０を第２速度で移動させることによって、吐出部６０を第１速度で移動させる場合と比較して堆積量を増加させることができる。第２速度は、例えば、第２モードにおけるヒーター温度の低下による堆積量の減少を補える速度として、実験によって定められる。

ステップＳ２０５からステップＳ２３０までについては、図４に示したステップＳ１０５からステップＳ１３０までと同様であるため、説明を省略する。なお、ステップＳ２２０では、第１造形時間として、吐出部６０を第１速度で移動させて三次元造形物を造形する場合の造形時間が算出される。

ステップＳ２３５にて、制御部５００は、移動速度を変更する。具体的には、制御部５００は、ステップＳ２３５において、吐出部６０の移動速度を第１移動速度から第２移動速度へと変更する。

ステップＳ２４０以降の処理については、図４に示したステップＳ１４０以降の処理と同様であるため、説明を省略する。なお、ステップＳ２５０では、第２造形時間として、吐出部６０を第２速度で移動させて三次元造形物を造形する場合の造形時間が算出される。第２速度は第１速度よりも遅い速度であるため、本実施形態では、第２造形時間は第１造形時間よりも長い時間となる。

以上で説明した第２実施形態の三次元造形装置１００によっても、ヒーター３５の劣化が進行している場合に、三次元造形物の造形途中にヒーター３５の交換を要する可能性が低下し、ヒーター３５の交換に伴う造形の中断や再開による造形品質の低下が抑制される。特に本実施形態では、第１モードでは吐出部６０を第１速度で移動させ、第２モードでは吐出部６０を第１速度よりも遅い第２速度で移動させる。これによって、ヒーター３５の温度低下によって造形材料の粘度が増加した場合であっても、造形材料の堆積量の低下が抑制され、線幅の減少が抑制される。そのため、第２モードにおける造形品質が高まる。

Ｃ．第３実施形態：
図８は、第３実施形態における三次元造形装置１００ｃの概略構成を示す図である。三次元造形装置１００ｃは、第１実施形態と異なり、温度取得部９０を備える。なお、三次元造形装置１００ｃの特に説明しない点については、第１実施形態と同様である。

温度取得部９０は、可塑化部３０外の温度である周囲温度を取得する。本実施形態では、温度取得部９０は温度センサーを備え、周囲温度として、三次元造形装置１００ｃが設置されている室内の温度を測定して取得する。温度取得部９０の温度センサーは、例えば、熱電対によって構成されてもよいし、半導体温度センサー等の他の接触式の温度センサーや、非接触式の温度センサーによって構成されてもよい。なお、他の実施形態では、例えば、可塑化部３０がチャンバー等の筐体内に収容されている場合、温度取得部９０は筐体内における可塑化部３０外の空間の温度を測定してもよい。

本実施形態では、制御部５００は、図４に示した処理と同様の三次元造形処理を実行する。本実施形態の制御部５００は、ステップＳ１１５及びステップＳ１４５における判定値を、温度取得部９０によって取得された周囲温度によって変化させる。具体的には、制御部５００は、周囲温度が第１周囲温度である場合、判定値を第１判定値に定め、周囲温度が第２周囲温度である場合、判定値を第２判定値に定める。第２周囲温度は第１周囲温度よりも高い温度であり、第２判定値は第１判定値よりも低い判定値である。

ヒーター温度の変化に対するヒーター電力量の変化の度合いは、ヒーター３５の周囲温度によって変化する。例えば、周囲温度が第２周囲温度である場合、周囲温度が第１周囲温度である場合と比較して、同じヒーター温度を実現するのに要するヒーター電力量は減少する。そのため、周囲温度が第２周囲温度である場合、周囲温度が第１周囲温度である場合と比較して、見かけ上、残寿命が長く予測される可能性がある。本実施形態では、上述したように周囲温度に応じて判定値が定められるため、残寿命予測に周囲温度の影響が加味される。なお、第１判定値や第２判定値は、例えば、周囲温度の変化に対する到達電力量の変化を調べる実験結果に基づいて、予め定められる。

以上で説明した第３実施形態の三次元造形装置１００ｃによっても、ヒーター３５の劣化が進行している場合に、三次元造形物の造形途中にヒーター３５の交換を要する可能性が低下し、ヒーター３５の交換に伴う造形の中断や再開による造形品質の低下が抑制される。特に本実施形態では、制御部５００は、周囲温度が第１周囲温度よりも高い第２周囲温度である場合、判定値を第１判定値よりも低い第２判定値に定める。これによって、予測部７００によるヒーター３５の残寿命予測に周囲温度の影響が加味され、残寿命がより適切に予測される。そのため、三次元造形物の造形途中にヒーター３５の交換を要する可能性がより低下し、ヒーター３５の交換に伴う造形の中断や再開による造形品質の低下がより抑制される。

Ｄ．第４実施形態：
図９は、第４実施形態における三次元造形装置１００ｄの概略構成を示す図である。三次元造形装置１００ｄは、第１実施形態と異なり、材料貯留部２５を備える。また、三次元造形装置１００ｄにおいて、制御部５００は、第１造形データと第２造形データとを取得する。更に、制御部５００は、第２モードにおいて、第１造形データに従って三次元造形物を造形するより前に、第２造形データに従って三次元造形物を造形する。なお、三次元造形装置１００ｄの特に説明しない点については、第１実施形態と同様である。

材料貯留部２５は、材料供給部２０に供給される材料を貯留する。材料貯留部２５は収容部２６と材料供給口２７とを備える。材料貯留部２５は、材料供給部２０の上方に配置されている。本実施形態には、収容部２６には、それぞれ異なる種類の第１材料Ｍ１と第２材料Ｍ２とが、混合することなく収容されている。材料供給口２７は、収容部２６の下方に設けられた開口であり、制御部５００によって開閉を制御される。材料貯留部２５は、制御部５００の制御下で、材料供給部２０に対して相対的に水平方向に沿って移動し、材料供給口２７を介して材料供給部２０に第１材料Ｍ１又は第２材料Ｍ２を供給する。第１材料Ｍ１は、第１ガラス転移温度を有する材料である。第２材料Ｍ２は、第１ガラス転移温度よりも低い第２ガラス転移温度を有する材料である。本実施形態では、第１材料Ｍ１はペレット状に形成されたＡＢＳ樹脂であり、第２材料Ｍ２はペレット状に形成されたＰＰ樹脂である。

本実施形態の制御部５００は、第１造形データと第２造形データとを取得する。第１造形データは、第１材料を用いて三次元造形物を造形するための造形データである。第２造形データは、第２材料を用いて三次元造形物を造形するための第２造形データである。第１造形データに従って造形される三次元造形物を第１造形物と呼び、第２造形データに従って造形される三次元造形物を第２造形物と呼ぶこともある。本実施形態では、第１造形データ及び第２造形データには、それぞれ造形に用いられる材料の種類を表す材料情報が含まれている。なお、他の実施形態では、第１造形データや第２造形データに、材料情報が含まれていなくてもよい。この場合、例えば、第１造形データや第２造形データとは別に存在する材料情報が、第１造形データや第２造形データと紐付けられてもよい。

上述したように、第２造形材料の第２ガラス転移温度は第１造形材料の第１ガラス転移温度よりも低いため、ヒーター３５の温度が第２温度Ｔ２に設定される第２モードであっても、第２造形材料は、第１造形材料よりも容易に可塑化されやすい。そのため、第２モードにおいて、第２造形物は、第１造形物と比較して、精度良く効率的に造形されやすい。

図１０は、第４実施形態における三次元造形物の造形処理を示す工程図である。図１０におけるステップＳ３０５からステップＳ３１５は、図４におけるステップＳ１０５からステップＳ１１５と同様であるため、説明を省略する。また、本実施形態では、制御部５００は、第１実施形態と異なり、ステップＳ３１５の第１残寿命予測処理の後に、第１造形時間を算出しない。

ステップＳ３２０にて、制御部５００は、第１残寿命が第１の値よりも大きいか否かを判定する。本実施形態では、第１の値は、三次元造形装置１００ｄを用いた三次元造形物の造形において十分に長い造形時間として、予め定められる。

ステップＳ３２０において第１残寿命が第１の値以下であると判定された場合、ステップＳ３２５にて、制御部５００は、図４に示したステップＳ１３０と同様に、ヒーター３５の温度を第２温度Ｔ２に設定する。ステップＳ３２５が実行されることによって、図４に示したステップＳ１２０と同様に、制御部５００による制御が第１モードから第２モードへと切り替わる。

ステップＳ３３０にて、制御部５００は第２造形物を造形する。その後、ステップＳ３３５にて、制御部５００は第１造形物を造形する。従って、この場合、制御部５００は、第１造形データに従って三次元造形物を造形するのに先立って、第２造形データに従って三次元造形物を造形する。

ステップＳ３２０において第１残寿命が第１の値より大きいと判定された場合、ステップＳ３４０にて、制御部５００は、第１モードで第１造形物を造形する。その後、ステップＳ３４５にて、制御部５００は、第１モードで第２造形物を造形する。

なお、制御部５００は、ステップＳ３３０やステップＳ３３５において、第１実施形態や第２実施形態と同様に、駆動モーター３２の回転数や吐出部６０の移動速度を変更して、第２造形物や第１造形物を造形してもよい。

以上で説明した第４実施形態の三次元造形装置１００ｄによっても、ヒーター３５の劣化が進行している場合に、三次元造形物の造形途中にヒーター３５の交換を要する可能性が低下し、ヒーター３５の交換に伴う造形の中断や再開による造形品質の低下が抑制される。特に本実施形態では、制御部５００は、第２モードにおいて、第１造形物を造形するのに先立って、第２造形物を造形する。これによって、第２造形物を第１造形物より後に造形する場合と比較して、第２造形物の造形途中にヒーター３５の交換を要する可能性が低下する。そのため、第２モードで精度よく効率的に造形されやすい第２造形物が優先的に造形され、かつ、第２造形物の造形精度や造形の効率が高まる。

Ｅ．第５実施形態：
図１１は、第５実施形態における三次元造形装置１００ｅの概略構成を示す図である。本実施形態の三次元造形装置１００ｅは、第１実施形態と異なり、チャンバー１１０を備えている。また、三次元造形装置１００ｅは、チャンバー１１０内に温度取得部９０ｂとチャンバー加熱部１１５とを備える。なお、三次元造形装置１００ｅの特に説明しない点については、第１実施形態と同様である。

チャンバー１１０は、三次元造形装置１００ｅの装置の一部を収容する筐体である。本実施形態では、チャンバー１１０には、造形ユニット２００と、ステージ３００と、移動機構部４００とが、収容されている。チャンバー１１０には、例えば、開口部や、開口部を開閉する扉等が、設けられていてもよい。この場合、ユーザーは、扉を開いて開口部を開状態とすることで、チャンバー１１０内の造形物を開口部から取り出すことができる。

温度取得部９０ｂは、第２実施形態の温度取得部９０と同様の温度センサーによって構成される。温度取得部９０ｂは、チャンバー１１０内の温度を取得する。

チャンバー加熱部１１５は、チャンバー１１０内に設けられている。チャンバー加熱部１１５はチャンバー１１０内の空間を加熱する。チャンバー加熱部１１５は、例えば、チャンバー１１０内を加熱するヒーターによって構成されていてもよいし、加熱された空気をチャンバー１１０外から取り入れつつチャンバー１１０内外で空気を循環させる循環装置によって構成されていてもよい。本実施形態のチャンバー加熱部１１５は、制御部５００によって制御される。制御部５００は、温度取得部９０ｂの取得する温度を参照しつつ、チャンバー加熱部１１５の出力を調整することによって、チャンバー１１０内の温度を調整する。

図１２は、第５実施形態における三次元造形物の造形処理を示す工程図である。本実施形態では、制御部５００は、第１実施形態と異なり、第１モードと第２モードとでチャンバー加熱部１１５の出力を変更する。なお、図１２におけるステップＳ４０５からステップＳ４３０は、図４におけるステップＳ１０５からステップＳ１３０と同様であるため、説明を省略する。また、ステップＳ４４０以降は、図４におけるステップＳ１４０以降と同様であるため、説明を省略する。

ステップＳ４３５にて、制御部５００は、チャンバー加熱部１１５の出力を変更し、チャンバー１１０内の温度を変更する。具体的には、制御部５００は、ステップＳ４３５において、チャンバー加熱部１１５の出力を高くすることによって、チャンバー１１０内の温度を高める。

ヒーター温度が第２温度Ｔ２である場合、ヒーター温度が第１温度Ｔ１である場合と比較して、吐出部６０から吐出される造形材料の温度は低下する。これによって、第２モードでは、造形面３１１上に吐出された造形材料は、第１モードと比較して、より早く固化する。そのため、第２モードでは、造形面３１１上の造形材料同士の密着性が低下し、三次元造形物の強度が低下する場合がある。制御部５００は、ステップＳ４３５においてチャンバー１１０内の温度を高めることで、第２モードにおいて造形面３１１上における造形材料の温度を高く保ち、造形材料同士の密着性の低下を抑制できる。第２モードにおけるチャンバー１１０内の温度は、例えば、第２モードにおけるヒーター温度の低下による密着性の減少を補える温度として、実験によって定められる。

以上で説明した第５実施形態の三次元造形装置１００ｅによっても、ヒーター３５の劣化が進行している場合に、三次元造形物の造形途中にヒーター３５の交換を要する可能性が低下し、ヒーター３５の交換に伴う造形の中断や再開による造形品質の低下が抑制される。特に本実施形態では、第２モードにおけるチャンバー加熱部１１５の出力が、第１モードにおけるチャンバー加熱部１１５の出力よりも高く制御される。これによって、ヒーター３５の温度低下によって吐出部６０から吐出される造形材料の温度が低下した場合であっても、造形面３１１上における造形材料同士の密着性の低下が抑制される。そのため、第２モードで造形される三次元造形物の強度が向上する。

Ｆ．第６実施形態：
図１３は、第６実施形態における三次元造形装置１００ｆの概略構成を示す図である。本実施形態の三次元造形装置１００ｆは、第１実施形態と異なり、送風部１０５を備える。なお、三次元造形装置１００ｆの特に説明しない点については、第１実施形態と同様である。

送風部１０５は、吐出部６０の周囲に等角度間隔に配置された４本のチューブ１０６を備えている。図１２では、図示の都合上、２本のチューブ１０６のみが示されている。これらのチューブ１０６は、例えば、吐出部６０やスクリューケース３１に対して、クランプ９１等によって固定される。各チューブ１０６には、圧縮空気が導入され、吐出部６０から造形面３１１上に吐出された造形材料に向けてそれぞれのチューブ１０６の先端から、送風が行われる。送風部１０５は、造形面３１１上の造形材料に対して送風を行うことで、造形面３１１上の造形材料の温度を低下させ、造形材料の固化を促進することができる。また、送風部１０５は、造形材料に対する送風量を調整することで、造形材料の温度低下の速さを調整し、造形材料の固化を調整することができる。送風部１０５からの送風量は、制御部５００によって調整される。具体的には、制御部５００は、チューブ１０６への圧縮空気の導入量を調整することによって、送風量を調整する。なお、例えば、造形面３１１上の造形材料の温度を測定するセンサーが設けられている場合、制御部５００は、造形面３１１上の造形材料の温度に応じて送風量を調節してもよい。

図１４は、第６実施形態における三次元造形物の造形処理を示す工程図である。本実施形態では、制御部５００は、第１実施形態と異なり、第１モードと第２モードとで送風部１０５からの送風量を変更する。なお、図１４におけるステップＳ５０５からステップＳ５３０は、図４におけるステップＳ１０５からステップＳ１３０と同様であるため、説明を省略する。また、ステップＳ５４０以降は、図４におけるステップＳ１４０以降と同様であるため、説明を省略する。

ステップＳ５３５にて、制御部５００は、送風部１０５の出力を変更する。具体的には、制御部５００は、ステップＳ５３５において、送風部１０５の出力を低くすることによって、造形面３１１上の造形材料に対する送風量を減少させる。制御部５００は、ステップＳ５３５において送風量を減少させることで、第２モードにおいて造形面３１１上の造形材料の温度低下を遅くし、造形材料同士の密着性の低下を抑制できる。第２モードにおける送風量は、例えば、第２モードにおけるヒーター温度の低下による密着性の減少を補える送風量として、実験によって定められる。

以上で説明した第６実施形態の三次元造形装置１００ｆによっても、ヒーター３５の劣化が進行している場合に、三次元造形物の造形途中にヒーター３５の交換を要する可能性が低下し、ヒーター３５の交換に伴う造形の中断や再開による造形品質の低下が抑制される。特に本実施形態では、第２モードにおける送風量が、第１モードにおける送風量よりも減少するよう制御される。これによって、ヒーター３５の温度低下によって吐出部６０から吐出される造形材料の温度が低下した場合であっても、造形面３１１上における造形材料同士の密着性の低下が抑制される。そのため、第２モードで造形される三次元造形物の強度が向上する。

Ｇ．第７実施形態：
図１５は、第７実施形態における三次元造形装置１００ｇの概略構成を示す図である。本実施形態の三次元造形装置１００ｇは、第１実施形態と異なり、可塑化部３０を冷却する冷却部１２０を備える。なお、三次元造形装置１００ｇの特に説明しない点については、第１実施形態と同様である。

本実施形態の冷却部１２０は、バレル５０の外周に沿って設けられた冷媒流路１２１と、冷媒流路１２１の内部へ冷媒を導入する入口部１２２と、冷媒流路１２１に連通し冷媒流路１２１の外部へ冷媒を排出する出口部１２３と、冷媒循環装置１２４とを、有する。本実施形態の冷媒循環装置１２４は、図示しないポンプと、冷媒を冷却するための冷凍機を備えている。なお、他の実施形態では、冷媒流路１２１がバレル５０に設けられていなくてもよく、例えば、スクリュー４０内に設けられていてもよい。

冷却部１２０は、制御部５００によって制御される。具体的には、制御部５００は、冷媒循環装置１２４を駆動することによって、入口部１２２及び出口部１２３を介して、冷媒流路１２１内外で冷媒を循環させつつ、冷媒循環装置１２４内で冷媒を冷却する。制御部５００は、このように冷媒を循環させることによって、可塑化部３０を冷却する。

制御部５００は、冷却部１２０の出力を調整することによって、可塑化部３０の温度を調整できる。例えば、冷却部１２０の出力が高められることによって、可塑化部３０における温度の過剰な上昇が抑制される。また、本実施形態のように、冷媒流路１２１がバレル５０の外周に沿って設けられている場合、制御部５００は、冷却部１２０の出力を調整することによって、バレル５０全体の温度上昇を抑制しつつ、バレル５０の外周付近において温度を低く保ち、バレル５０の中央部付近において温度を高く保つことができる。なお、制御部５００は、冷却部１２０の出力を調整する場合、例えば、冷媒循環装置１２４のポンプの出力を調整することによって冷却部１２０内の冷媒の流量を調整してもよいし、冷凍機の出力を調整することによって冷媒の温度を調整してもよい。

図１６は、第７実施形態における三次元造形物の造形処理を示す工程図である。本実施形態では、制御部５００は、第１実施形態と異なり、第１モードと第２モードとで冷却部１２０の出力を変更する。なお、図１６におけるステップＳ６０５からステップＳ６３０は、図４におけるステップＳ１０５からステップＳ１３０と同様であるため、説明を省略する。また、ステップＳ６４０以降は、図４におけるステップＳ１４０以降と同様であるため、説明を省略する。

ステップＳ６３５にて、制御部５００は、冷却部１２０の出力を変更する。具体的には、制御部５００は、ステップＳ６３５において、冷却部１２０の出力を低くすることによって、冷却部１２０による可塑化部３０の冷却効率を低下させる。制御部５００は、ステップＳ６３５において冷却部１２０の出力を低くすることで、第２モードにおいて可塑化部３０の温度が低下しすぎることを抑制し、造形材料の温度低下を抑制できる。第２モードにおける冷却部１２０の出力は、例えば、第２モードにおける可塑化部３０の温度低下を補える出力として、実験によって定められる。

以上で説明した第７実施形態の三次元造形装置１００ｇによっても、ヒーター３５の劣化が進行している場合に、三次元造形物の造形途中にヒーター３５の交換を要する可能性が低下し、ヒーター３５の交換に伴う造形の中断や再開による造形品質の低下が抑制される。特に本実施形態では、第２モードにおける冷却部１２０の出力が、第１モードにおける冷却部１２０の出力よりも低くなるように制御される。これによって、ヒーター３５の温度が低下した場合であっても、可塑化部３０の温度が低下しすぎることが抑制される。そのため、第２モードにおいて、可塑化部３０によって可塑化される造形材料の温度低下が抑制され、造形材料の粘度低下や、粘度低下に伴う吐出量の減少が抑制される。

Ｈ．第８実施形態：
図１７は、第８実施形態における三次元造形装置１００ｈの概略構成を示す図である。本実施形態の造形ユニット２００ｈの吐出部６０ｈは、第１実施形態と異なり、吐出量調節部７０と吸引部８０とを備える。なお、三次元造形装置１００ｈの特に説明しない点については、第１実施形態と同様である。

吐出量調節部７０は、供給流路６２内に設けられている。本実施形態の吐出量調節部７０は、バタフライバルブによって構成されている。吐出量調節部７０は、軸状部材である駆動軸７１と、駆動軸７１の回転に伴って回転する板状の弁体７２とを備えている。駆動軸７１は、駆動軸７１の中心軸に沿った方向と、供給流路６２における造形材料の流れ方向とが交差するように、交差孔６６内に挿通されている。

吐出量調節部７０は、供給流路６２内を流れる造形材料の流量を調節することによって、吐出量を調節する。具体的には、吐出量調節部７０は、弁体７２の回転角を変化させて、供給流路６２内を流れる造形材料の流量を調節する。弁体７２の回転度合いを、弁体７２の開弁率と呼ぶこともある。駆動軸７１が回転することによって、弁体７２の板状の面が供給流路６２における造形材料の流れ方向と垂直となった場合、開弁率は０となる。開弁率が０の場合、可塑化部３０とノズル６１とが連通せず、ノズル６１からの造形材料の吐出は停止される。弁体７２の板状の面が供給流路６２における造形材料の流れ方向と平行となった場合、開弁率は１００となる。本実施形態の吐出量調節部７０は、制御部５００によって制御される。

図１８は、吸引部８０の概略構成を示す図である。吸引部８０は、供給流路６２において吐出量調節部７０よりも下流に接続された円筒状のシリンダー８１と、シリンダー８１内に収容されたプランジャー８２と、プランジャー８２を駆動させるプランジャー駆動部８３とを備えている。本実施形態では、プランジャー駆動部８３は、制御部５００の制御下で駆動するモーターと、モーターの回転をシリンダー８１の軸方向に沿った並進方向の移動に変換するラックアンドピニオンによって構成されている。なお、プランジャー駆動部８３は、例えば、モーターの回転をシリンダー８１の軸方向に沿った並進方向の移動に変換するボール螺子によって構成されてもよいし、ソレノイド機構やピエゾ素子等のアクチュエーターによって構成されてもよい。

図１８において矢印を用いて表したように、プランジャー８２が供給流路６２から遠ざかる＋Ｙ方向に移動した場合には、シリンダー８１内が負圧となるため、供給流路６２からノズル６１にかけての造形材料は、シリンダー８１内に吸引される。一方、プランジャー８２が供給流路６２に近付く−Ｙ方向に移動した場合には、シリンダー８１内の造形材料は、プランジャー８２によって供給流路６２に押し出される。なお、プランジャー８２の、供給流路６２から遠ざかる方向に向かう移動のことを、プランジャー８２の後退と呼ぶこともある。また、プランジャー８２の供給流路６２に近付く方向に向かう移動のことを、プランジャー８２の前進と呼ぶこともある。

制御部５００は、吐出部６０ｈからの造形材料の吐出を停止する際に、プランジャー８２を後退させ、吐出部６０ｈから吐出された造形材料をシリンダー８１に向かって吸引することで、吐出部６０ｈのノズル孔６９から造形材料が糸を引くように垂れる尾引きを抑制できる。なお、この尾引きの抑制を尾切りと呼ぶこともある。制御部５００は、吐出量調節部７０と吸引部８０とを制御することによって、吐出部６０ｈからの造形材料の吐出の開始や停止を精度良く制御できる。例えば、制御部５００は、吐出量調節部７０を制御して吐出量調節部７０の上流から下流への造形材料の流動を停止させ、更に吸引部８０を制御して尾切りできる。

図１９は、第８実施形態における三次元造形物の造形処理を示す工程図である。本実施形態では、制御部５００は、第１実施形態と異なり、第１モードと第２モードとで、後述する吐出量調節部７０の開度倍率、及び、プランジャー８２の動作加速度を変更する。なお、図１９におけるステップＳ７０５からステップＳ７３０は、図４におけるステップＳ１０５からステップＳ１３０と同様であるため、説明を省略する。また、ステップＳ７４０以降は、図４におけるステップＳ１４０以降と同様であるため、説明を省略する。

吐出量調節部７０の開度倍率とは、吐出量調節部７０の開度に対する弁体７２の開弁率の変化の度合いを表す。例えば、吐出量調節部７０の開度が１００の時に弁体７２の開度が１００となる場合、開度倍率は１である。また、吐出量調節部７０の開度が５０の時に弁体７２の開度が１００となる場合、開度倍率は２である。なお、開弁率の最大値は１００であるため、開度倍率が２である場合、開度が５０を超えている時の開弁率は１００となる。

ステップＳ７３５にて、制御部５００は、吐出量調節部７０の開度倍率を変更する。具体的には、制御部５００は、ステップＳ７３５において、第２モードにおける吐出量調節部７０の開度倍率を大きくする。従って、第２モードにおける開弁率は、同じ開度であっても、第１モードにおける開弁率よりも大きくなる。

ヒーター温度が第２温度である場合、ヒーター温度が第１温度Ｔ１である場合と比較して、造形材料の温度が低下するため、吐出部６０ｈ内の造形材料の粘度が高まる。これによって、第２モードでは、第１モードと比較して、弁体７２の開弁率に対する吐出量の変化の応答性が低下する場合がある。特に、造形材料の粘度が高いため、吐出量を増加させるために開度を大きくした際の、開度の変化に対する造形材料の流動が遅れ、吐出量が減少する場合がある。制御部５００は、ステップＳ７３５において吐出量調節部７０の開度倍率を変更することで、第２モードにおいて、開度の変化に対する吐出量の応答性の低下を抑制し、吐出量の減少を抑制できる。第２モードにおける開度倍率は、例えば、第２モードにおける開度の変化に対する吐出量の応答性の低下を補える値として、実験によって定められる。なお、開度の変化に対する開弁率の変化が、例えば、係数を含む計算式によって定められている場合、制御部５００は、第２モードと第１モードとでこの係数の値を変更することで、動作倍率を変更してもよい。

ステップＳ７３７において、制御部５００は、プランジャー８２の動作加速度を変更する。具体的には、制御部５００は、ステップＳ７３７において、第２モードにおけるプランジャー８２の動作加速度を大きくする。

上述したように、第２モードでは、吐出部６０ｈ内の造形材料の粘度が高まる。これによって、第２モードでは、第１モードと比較して、プランジャー８２の移動に対する造形材料の流動の応答性が低下する場合がある。例えば、プランジャー８２の後退に対するシリンダー８１への造形材料の引き込みの応答性が低下する場合がある。この場合、プランジャー８２による尾引きの抑制が、有効に機能しない場合がある。制御部５００は、ステップＳ７３７においてプランジャー８２の動作加速度を変更することで、第２モードにおいて、プランジャー８２の移動に対する造形材料の流動の応答性の低下を抑制できる。これによって、例えば、第２モードにおいて、プランジャー８２による尾引きの抑制の精度が向上し、造形品質が高まる。第２モードにおける動作加速度は、例えば、第２モードにおけるプランジャー８２の移動に対する造形材料の流動の応答性の低下を補える値として、実験によって定められる。

以上で説明した第８実施形態の三次元造形装置１００ｈによっても、ヒーター３５の劣化が進行している場合に、三次元造形物の造形途中にヒーター３５の交換を要する可能性が低下し、ヒーター３５の交換に伴う造形の中断や再開による造形品質の低下が抑制される。特に本実施形態では、第２モードにおける吐出量調節部７０の開度倍率が、第１モードにおける開度倍率よりも高くなるように制御される。これによって、ヒーター３５の温度が低下した場合であっても、吐出量調節部７０の開度の変化に対する吐出量の変化の応答性の低下が抑制される。そのため、第２モードにおいて、吐出量の減少が抑制され、造形材料の線幅の減少が抑制される。

また、本実施形態では、第２モードにおけるプランジャー８２の動作加速度が、第１モードにおける動作か速度よりも大きくなるように制御される。これによって、ヒーター３５の温度が低下した場合であっても、プランジャー８２の移動に対する造形材料の流動の応答性の低下が抑制される。そのため、第２モードにおいて、プランジャー８２による尾引きの抑制の精度が向上し、造形品質が高まる。

なお、第８実施形態では、吐出量調節部７０の開度倍率が変更された後に、プランジャー８２の動作加速度が変更されている。これに対して、他の実施形態では、例えば、プランジャー８２の動作加速度が変更された後に、吐出量調節部７０の開度倍率が変更されてもよい。また、第２モードにおいて、吐出量調節部７０の開度倍率とプランジャー８２の動作加速度とのいずれか一方のみが変更されるように構成されていてもよい。更に、吐出量調節部７０とプランジャー８２とのいずれか一方のみが設けられていてもよい。

Ｉ．他の実施形態：
（Ｉ−１）上記実施形態では、状態観測部６００は、ヒーター温度が判定温度に到達する前の段階で、予測される到達電力量を算出している。これに対して、例えば、ヒーター温度が判定温度に達してから、実測値としての到達電力量を算出してもよい。

（Ｉ−２）上記実施形態では、状態観測部６００は、ヒーター３５の状態として、到達電力量を観測している。これに対して、状態観測部６００は、ヒーター３５の状態として、到達電力量ではなく、ヒーター３５の温度が判定温度に到達するのに要する到達時間を観測してもよい。具体的には、状態観測部６００は、図５に示した到達電力量の観測と同様に、ヒーター３５の稼働時間に対するヒーター温度の変化から、到達時間を観測できる。また、この場合、予測部７００は、到達時間が判定値を超える時期を予測することで、残寿命を予測してもよい。具体的には、予測部７００は、図６に示した到達電力量の増加履歴と同様に、到達時間の増加履歴を用いて残寿命を予測できる。更に、状態観測部６００は、ヒーター３５の状態として、到達電力量や到達時間を観測しなくてもよい。例えば、状態観測部６００は、ヒーター３５の状態として、ヒーター３５の累積消費電力を観測してもよい。この場合、予測部７００は、ヒーター３５の累積消費電力が、判定値を超える時期を予測することで、残寿命を予測してもよい。

（Ｉ−３）上実施形態では、制御部５００は、ヒーター３５の状態観測において、判定温度として第１温度Ｔ１を用いている。これに対して、制御部５００は、判定温度として第１温度Ｔ１を用いなくてもよい。例えば、判定温度として第１温度Ｔ１よりも低い温度を用いてもよいし、第１温度Ｔ１よりも高い温度を用いてもよい。従って、例えば、図４に示したステップＳ１０５において、制御部５００による制御が、第１モードに設定されなくてもよい。

（Ｉ−４）上記実施形態では、スクリュー４０は、フラットスクリューである。これに対して、スクリュー４０はフラットスクリューでなく、他のスクリューであってもよい。スクリュー４０は、例えば、駆動モーター３２によって回転するインラインスクリューであってもよい。この場合、可塑化部３０は、バレル５０を有していなくてもよい。

（Ｉ−５）上記実施形態では、予測部７００は、ヒーター３５の残寿命を、ヒーター３５が寿命に達するまでの時間として予測している。これに対して、ヒーター３５の残寿命は、ヒーター３５が寿命に達するまでの時間として予測しなくてもよい。例えば、ヒーター３５の残寿命は、ヒーター３５が寿命に達するまでの電力量として予測されてもよい。

（Ｉ−６）上記実施形態では、報知部８００は、視覚情報を表示する液晶モニターによって構成されている。これに対して、報知部８００は、液晶モニターによって構成されていなくてもよい。報知部８００は、例えば、音声情報を報知するスピーカーとして構成されていてもよい。また、報知部８００は、他のコンピューター等にメッセージを送信することで情報を報知する通信機器によって構成されていてもよい。更に、報知部８００は、上記のような報知手段を複数併用して情報を報知するように構成されていてもよい。

（Ｉ−７）上記実施形態では、報知部８００は、寿命情報を報知している。これに対して、報知部８００は、寿命情報を報知しなくてもよい。また、三次元造形装置１００に報知部８００が設けられていなくてもよい。

（Ｉ−８）上記実施形態では、２本の棒状のヒーター３５がバレル５０に埋設されている。これに対して、ヒーター３５は、バレル５０に埋設されていなくてもよい。例えば、ヒーター３５は、スクリュー４０に設けられていてもよい。また、ヒーター３５の個数は１個であっても、３個以上であってもよい。

（Ｉ−９）上記実施形態では、造形ユニット２００は、ペレット状の材料を可塑化して造形材料とし、造形材料をステージ３００上に積層させて三次元造形物を造形している。これに対して、造形ユニット２００は、例えば、フィラメント状の材料を可塑化して造形材料とし、造形材料をステージ３００上に積層させて三次元造形物を造形する、いわゆるＦＤＭ方式で三次元造形物を造形するように構成されていてもよい。

（Ｉ−１０）上記実施形態では、制御部５００が、状態観測部６００及び予測部７００としての機能を発揮している。これに対して、制御部５００が状態観測部６００及び予測部７００としての機能を発揮しなくてもよい。例えば、状態観測部６００や予測部７００は、制御部５００の機能の一部として構成されるのではなく、状態観測部６００や予測部７００それぞれが、１以上のプロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェースとを備えるコンピューターによって構成されていてもよい。

（Ｉ−１１）上記実施形態では、状態観測部６００はヒーター３５の状態を観測し、予測部７００はヒーター３５の寿命を予測している。これに対して、例えば、ヒーター３５以外の機構の状態が観測され、寿命が予測されてもよい。例えば、駆動モーター３２の状態として、駆動モーター３２の制御値に対する回転数が観測され、観測結果に基づいて駆動モーター３２の寿命が予測されてもよい。ここで、駆動モーター３２の寿命を延長するために駆動モーター３２の回転数を小さくする場合、回転数の減少による吐出量の減少を補うために、ヒーター３５の設定温度を変更してもよいし、回転数の減少による堆積量の減少を補うために、吐出部６０の移動速度を遅くしてもよい。また、例えば、第７実施形態のように冷却部１２０が設けられている場合、冷却部１２０の状態として、冷却部１２０内の冷媒の温度が観測され、観測結果に基づいて冷却部１２０の寿命が予測されてもよい。ここで、冷却部１２０の寿命を延長するために冷却部１２０の出力を低下させる場合、冷却部１２０の出力の低下による可塑化部３０の温度上昇を補うために、ヒーター３５の設定温度を低くしてもよい。更に、例えば、第８実施形態のように吐出量調節部７０や吸引部８０が設けられている場合、吐出量調節部７０や吸引部８０の状態として、対する吐出量調節部７０や吸引部８０の制御値に対する動作の応答性が観測され、観測結果に基づいて吐出量調節部７０や吸引部８０の寿命が予測されてもよい。ここで、吐出量調節部７０や吸引部８０の応答性が低下している場合、ヒーター３５の設定温度を高くして造形材料の粘度を低下させ、吐出量調節部７０や吸引部８０の動作に対する造形材料の流動の応答性を向上させてもよい。

Ｊ．他の形態：
本開示は、上述した実施形態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で実現することができる。例えば、本開示は、以下の形態によっても実現可能である。以下に記載した各形態中の技術的特徴に対応する上記実施形態中の技術的特徴は、本開示の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）本開示の第１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、駆動モーター、ヒーター、及び、前記駆動モーターによって回転するスクリューを有し、材料を可塑化して造形材料を生成する可塑化部と、前記造形材料をステージに向けて吐出する吐出部と、前記吐出部と前記ステージとの相対的な位置を変更する移動機構部と、前記ヒーターの状態を観測する状態観測部と、前記状態観測部の観測結果から、前記ヒーターの残寿命を予測する予測部と、前記可塑化部、及び、前記移動機構部を制御して三次元造形物を造形する制御部と、を備える。前記制御部は、前記ヒーターの温度を第１温度に設定する第１モードと、前記ヒーターの温度を前記第１温度よりも低い温度に設定する第２モードと、を有し、前記ヒーターの温度を前記第１温度に設定した場合の前記残寿命である第１残寿命が第１の値を超える場合に、前記第１モードで前記三次元造形物を造形し、前記第１残寿命が前記第１の値以下である場合に、前記第２モードで前記三次元造形物を造形する。
このような形態によれば、ヒーターの劣化が進行している場合、ヒーターが第１温度よりも低い温度に設定されて三次元造形物が造形されるため、ヒーターが寿命に至るまでの期間が長くなる。そのため、ヒーターの劣化が進行している場合であっても、三次元造形物の造形途中にヒーターの交換を要する可能性が低下し、ヒーターの交換に伴う造形の中断や再開による造形品質の低下が抑制される。また、ヒーターの劣化が進行していない場合、ヒーターの設定温度を低下させることなく、三次元造形物を造形できる。

（２）上記形態の三次元造形装置において、前記制御部は、前記第１モードと前記第２モードとで、前記駆動モーターの回転数を変更してもよい。このような形態によれば、第２モードにおいて、ヒーターの温度低下によって造形材料の粘度が向上した場合であっても、駆動モーターの回転数が変更されることで、造形材料の吐出量の低下が抑制される。そのため、第２モードにおける造形品質が高まる。

（３）上記形態の三次元造形装置において、前記制御部は、前記第１モードでは、前記吐出部を前記ステージに対して第１速度で相対的に移動させ、前記第２モードでは、前記吐出部を前記ステージに対して前記第１速度よりも遅い第２速度で相対的に移動させてもよい。このような形態によれば、ヒーターの温度低下によって造形材料の粘度が増加した場合であっても、造形材料の堆積量の低下が抑制され、線幅の減少が抑制される。そのため、第２モードにおける造形品質が高まる。

（４）上記形態の三次元造形装置において、前記状態観測部は、前記ヒーターの状態として、前記ヒーターの温度が判定温度に到達するのに要する到達時間、又は、前記ヒーターの温度が前記判定温度に到達するのに要する到達電力量を観測し、前記予測部は、前記到達時間又は前記到達電力量が判定値を超える時期を予測することで、前記残寿命を予測してもよい。このような形態によれば、ヒーターの状態を、ヒーターの昇温時に簡易に観測できる。そのため、ヒーターの状態を効率的に観測し、ヒーターの残寿命を効率的に予測できる。

（５）上記形態の三次元造形装置において、前記可塑化部外の温度である周囲温度を取得する温度取得部を備え、前記制御部は、前記周囲温度が第１周囲温度である場合、前記判定値を第１判定値に定め、前記周囲温度が第１周囲温度よりも高い第２周囲温度である場合、前記判定値を前記第１判定値よりも低い第２判定値に定めてもよい。このような形態によれば、予測部によるヒーターの残寿命予測に周囲温度の影響が加味され、残寿命がより適切に予測される。そのため、三次元造形物の造形途中にヒーターの交換を要する可能性がより低下し、ヒーターの交換に伴う造形の中断や再開による造形品質の低下がより抑制される。

（６）上記形態の三次元造形装置において、前記スクリューは、回転軸を中心に回転し、溝が形成された溝形成面を有し、前記可塑化部は、前記溝形成面に対向するバレルを有していてもよい。このような形態によれば、可塑化部を小型化することができるため、三次元造形装置を小型化することができる。

（７）上記形態の三次元造形装置において、前記予測部は、前記残寿命を、前記ヒーターが寿命に達するまでの時間として予測し、前記制御部は、前記吐出部の前記ステージに対する相対的な移動経路と、前記移動経路における前記造形材料の線幅と、を含む造形データに従って、前記三次元造形物を造形し、前記造形データと、前記第１モードで前記可塑化部及び前記移動機構部を制御する場合の制御値と、に基づいて、前記第１モードで前記三次元造形物を造形するのに要する第１造形時間を算出し、前記第１造形時間を前記第１の値として定めてもよい。このような形態によれば、第１寿命値が第１の値を超えるか否かの判定に基づいて、第１モードと第２モードとが選択される。そのため、ヒーターの劣化が進行している場合であっても、三次元造形物の造形途中にヒーターの交換を要する可能性がより低下し、ヒーターの交換に伴う造形の中断や再開による造形品質の低下がより抑制される。

（８）上記形態の三次元造形装置において、報知部を備え、前記予測部は、前記第１残寿命が前記第１の値以下である場合に、前記ヒーターを前記第１温度よりも低い第２温度で制御した場合の前記残寿命である第２残寿命を予測し、前記制御部は、前記第２モードにおいて、前記ヒーターの温度を前記第２温度Ｔ２に設定し、前記造形データと、前記第２モードで前記可塑化部及び前記移動機構部を制御する場合の制御値と、に基づいて、前記三次元造形物の造形に要する第２造形時間を算出し、前記第２造形時間として第２の値を定め、前記第２残寿命が前記第２の値以下である場合、前記三次元造形物を造形する前に、前記報知部を制御して、前記第２残寿命が前記第１の値以下であることを表す寿命情報を報知してもよい。このような形態によれば、ユーザーは、寿命情報が報知された場合、例えば、劣化が進行したヒーターを劣化が進行していないヒーターに交換した後に、三次元造形物を造形できる。また、寿命情報が報知されない場合、第２モードで三次元造形物が造形される。そのため、三次元造形物の造形途中にヒーターの交換を要する可能性が低下し、ヒーターの交換に伴う造形の中断や再開による造形品質の低下がより抑制される。

（９）上記形態の三次元造形装置において、前記制御部は、前記吐出部の前記ステージに対する移動経路と、前記移動経路における前記造形材料の線幅と、を含む造形データに従って、前記三次元造形物を造形し、前記制御部は、第１ガラス転移温度を有する第１材料を用いて前記三次元造形物を造形するための前記造形データである第１造形データと、前記第１ガラス転移温度よりも低い第２ガラス転移温度を有する第２材料を用いて前記三次元造形物を造形するための前記造形データである第２造形データと、を取得し、前記第２モードにおいて、前記第１造形データに従って前記三次元造形物を造形するのに先立って、前記第２造形データに従って前記三次元造形物を造形してもよい。このような形態によれば、第２造形データに従って三次元造形物を造形している途中にヒーター３５の交換を要する可能性が低下する。そのため、第２モードで精度よく効率的に造形されやすい三次元造形物が優先的に造形され、かつ、第２モードにおける三次元造形物の造形精度や造形効率が高まる。

（１０）本開示の第２の形態によれば、駆動モーター、ヒーター、及び、前記駆動モーターによって回転するスクリューを有する可塑化部によって材料を可塑化して造形材料とし、吐出部からテーブルに向けて前記造形材料を吐出させて三次元造形物を造形する三次元造形物の製造方法が提供される。この製造方法は、前記ヒーターの状態を観測する第１工程と、前記ヒーターの観測結果から、前記ヒーターを第１温度で制御した場合の前記ヒーターの残寿命を予測する第２工程と、前記可塑化部と、前記吐出部と前記ステージとの相対的な位置を変更する移動機構部と、を制御して前記三次元造形物を造形する第３工程と、を備える。前記第３工程において、前記残寿命が第１の値を超える場合に、前記ヒーターの温度を前記第１温度に制御して前記三次元造形物を造形し、前記残寿命が第１の値以下である場合に、前記ヒーターの温度を前記第１温度よりも低い温度に制御して前記三次元造形物を造形する。
このような形態によれば、ヒーターの劣化が進行している場合、ヒーターが第１温度よりも低い温度に設定されて三次元造形物が造形されるため、ヒーターが寿命に至るまでの期間が長くなる。そのため、ヒーターの劣化が進行している場合であっても、三次元造形物の造形途中にヒーターの交換を要する可能性が低下し、ヒーターの交換に伴う造形の中断や再開による造形品質の低下が抑制される。また、ヒーターの劣化が進行していない場合、ヒーターの設定温度を低下させることなく、三次元造形物を造形できる。

本開示は、上述した三次元造形装置や、三次元造形物の製造方法に限らず、種々の態様で実現可能である。例えば、三次元造形装置の制御方法、三次元造形物を造形するためのコンピュータープログラム、コンピュータープログラムを記録し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。

２０…材料供給部、２２…供給路、２５…材料貯留部、２６…収容部、２７…材料供給口、３０…可塑化部、３１…スクリューケース、３２…駆動モーター、３５…ヒーター、４０…スクリュー、４２…溝形成面、４３…側面、４４…材料導入口、４５…溝、４６…凸条部、４７…中央部、５０…バレル、５２…スクリュー対向面、５４…案内溝、５６…連通孔、５９…センサー部、６０，６０ｈ…吐出部、６１…ノズル、６２…供給流路、６６…交差孔、６８…ノズル流路、６９…ノズル孔、７０…吐出量調節部、７１…駆動軸、７２…弁体、８０…吸引部、８１…シリンダー、８２…プランジャー、８３…プランジャー駆動部、９０，９０ｂ…温度取得部、１００，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，１００ｆ，１００ｇ，１００ｈ…三次元造形装置、１０５…送風部、１０６…チューブ、１１０…チャンバー、１１５…チャンバー加熱部、１２０…冷却部、１２１…冷媒流路、１２２…入口部、１２３…出口部、１２４…冷媒循環装置、２００，２００ｈ…造形ユニット、３００…ステージ、３１１…造形面、４００…移動機構部、５００…制御部、６００…状態観測部、７００…予測部、８００…報知部

Claims (10)

1. 駆動モーター、ヒーター、及び、前記駆動モーターによって回転するスクリューを有し、材料を可塑化して造形材料を生成する可塑化部と、
   前記造形材料をステージに向けて吐出する吐出部と、
   前記吐出部と前記ステージとの相対的な位置を変更する移動機構部と、
   前記ヒーターの状態を観測する状態観測部と、
   前記状態観測部の観測結果から、前記ヒーターの残寿命を予測する予測部と、
   前記可塑化部、及び、前記移動機構部を制御して三次元造形物を造形する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記ヒーターの温度を第１温度に設定する第１モードと、前記ヒーターの温度を前記第１温度よりも低い温度に設定する第２モードと、を有し、
   前記ヒーターの温度を前記第１温度に設定した場合の前記残寿命である第１残寿命が第１の値を超える場合に、前記第１モードで前記三次元造形物を造形し、
   前記第１残寿命が前記第１の値以下である場合に、前記第２モードで前記三次元造形物を造形する、三次元造形装置。
2. 請求項１に記載の三次元造形装置であって、
   前記制御部は、前記第１モードと前記第２モードとで、前記駆動モーターの回転数を変更する、三次元造形装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の三次元造形装置であって、
   前記制御部は、前記第１モードでは、前記吐出部を前記ステージに対して第１速度で相対的に移動させ、前記第２モードでは、前記吐出部を前記ステージに対して前記第１速度よりも遅い第２速度で相対的に移動させる、三次元造形装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
   前記状態観測部は、前記状態として、前記ヒーターの温度が判定温度に到達するのに要する到達時間、又は、前記ヒーターの温度が前記判定温度に到達するのに要する到達電力量を観測し、
   前記予測部は、前記到達時間又は前記到達電力量が判定値を超える時期を予測することで、前記残寿命を予測する、三次元造形装置。
5. 請求項４に記載の三次元造形装置であって、
   前記可塑化部外の温度である周囲温度を取得する温度取得部を備え、
   前記制御部は、前記周囲温度が第１周囲温度である場合、前記判定値を第１判定値に定め、前記周囲温度が第１周囲温度よりも高い第２周囲温度である場合、前記判定値を前記第１判定値よりも低い第２判定値に定める、三次元造形装置。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
   前記スクリューは、回転軸を中心に回転し、溝が形成された溝形成面を有し、
   前記可塑化部は、前記溝形成面に対向するバレルを有する、三次元造形装置。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
   前記予測部は、前記残寿命を、前記ヒーターが寿命に達するまでの時間として予測し、
   前記制御部は、
   前記吐出部の前記ステージに対する相対的な移動経路と、前記移動経路における前記造形材料の線幅と、を含む造形データに従って、前記三次元造形物を造形し、
   前記造形データと、前記第１モードで前記可塑化部及び前記移動機構部を制御する場合の制御値と、に基づいて、前記第１モードで前記三次元造形物を造形するのに要する第１造形時間を算出し、前記第１造形時間を前記第１の値として定める、三次元造形装置。
8. 請求項７に記載の三次元造形装置であって、
   報知部を備え、
   前記予測部は、前記第１残寿命が前記第１の値以下である場合に、前記ヒーターを前記第１温度よりも低い第２温度で制御した場合の前記残寿命である第２残寿命を予測し、
   前記制御部は、
   前記第２モードにおいて、前記ヒーターの温度を前記第２温度に設定し、
   前記造形データと、前記第２モードで前記可塑化部及び前記移動機構部を制御する場合の制御値と、に基づいて、前記三次元造形物の造形に要する第２造形時間を算出し、前記第２造形時間として第２の値を定め、
   前記第２残寿命が前記第２の値以下である場合、前記三次元造形物を造形する前に、前記報知部を制御して、前記第２残寿命が前記第１の値以下であることを表す寿命情報を報知する、三次元造形装置。
9. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
   前記制御部は、前記吐出部の前記ステージに対する移動経路と、前記移動経路における前記造形材料の線幅と、を含む造形データに従って、前記三次元造形物を造形し、
   前記制御部は、第１ガラス転移温度を有する第１材料を用いて前記三次元造形物を造形するための前記造形データである第１造形データと、前記第１ガラス転移温度よりも低い第２ガラス転移温度を有する第２材料を用いて前記三次元造形物を造形するための前記造形データである第２造形データと、を取得し、
   前記第２モードにおいて、前記第１造形データに従って前記三次元造形物を造形するのに先立って、前記第２造形データに従って前記三次元造形物を造形する、三次元造形装置。
10. 駆動モーター、ヒーター、及び、前記駆動モーターによって回転するスクリューを有する可塑化部によって材料を可塑化して造形材料とし、吐出部からステージに向けて前記造形材料を吐出させて三次元造形物を造形する三次元造形物の製造方法であって、
    前記ヒーターの状態を観測する第１工程と、
    前記ヒーターの観測結果から、前記ヒーターを第１温度で制御した場合の前記ヒーターの残寿命を予測する第２工程と、
    前記可塑化部、及び、前記吐出部と前記ステージとの相対的な位置を変更する移動機構部を制御して前記三次元造形物を造形する第３工程と、を備え、
    前記第３工程において、
    前記残寿命が第１の値を超える場合に、前記ヒーターの温度を前記第１温度に制御して前記三次元造形物を造形し、
    前記残寿命が第１の値以下である場合に、前記ヒーターの温度を前記第１温度よりも低い温度に制御して前記三次元造形物を造形する、三次元造形物の製造方法。

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