JP2022166949A - 三次元造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】造形材料を吐出することで三次元造形物を製造する場合、吐出された造形材料を圧縮する構成が複雑になる虞がある。【解決手段】三次元造形装置１００は、材料ＭＲの少なくとも一部を可塑化して造形材料ＭＭを生成する可塑化部３０と、造形材料ＭＭを最上層ＭＬａに向けて吐出するノズル６１と、ノズル６１と造形材料ＭＭを最上層ＭＬａとの相対位置を変化させる移動機構４００と、造形材料ＭＭがノズル６１から最上層ＭＬａに向けて吐出されるように、移動機構４００を制御する制御部５００と、ノズル６１を囲む形状を備える接触面１５５を有し、最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭに接触面１５５が接触することで、造形材料ＭＭを圧縮可能な圧縮部１５０と、を備える。【選択図】図８

Description

本発明は、三次元造形装置に関する。

特許文献１には、材料を稠密化し、隙間または気泡を除去し、および／または層間の接着を増強するために、熱可塑性材料を付与した後の層に圧力を加えるように構成された圧力源を備える三次元造形装置が開示されている。圧力源は、例えば圧縮ガスである点についても開示されている。

特表２０１７－５２３０６３号公報

特許文献１に記載の三次元造形装置では、圧力源は支持アームを介してヘッドに連結されており、層に沿ったノズルの移動方向が変更されると、圧力源の姿勢を変更し、後続層に圧力を加える位置をノズルに対して移動させる必要がある。よって、圧力源の複雑な制御が必要となる虞がある。

三次元造形装置は、テーブル上の被吐出面に向けて造形材料を吐出して積層方向に層を積層することで三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、材料の少なくとも一部を可塑化して前記造形材料を生成する可塑化部と、ノズル孔が開口するノズル先端面を有し、前記ノズル孔から前記造形材料を前記被吐出面に向けて吐出するノズルと、前記ノズルと前記被吐出面との相対位置を変化させる移動機構と、前記造形材料が前記ノズルから前記被吐出面に向けて吐出されるように、前記移動機構を制御する制御部と、前記積層方向から見たときに前記ノズルを囲む形状を有する接触面を有し、前記被吐出面に吐出された前記造形材料に前記接触面が接触することで、前記造形材料を圧縮可能な圧縮部と、を備える。

本開示の一実施形態としての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溝形成面側の構成を示す概略斜視図。 バレルのスクリュー対向面側の構成を示す上面図。 加熱部および圧縮部の構成を模式的に示す概略図。 加熱部および圧縮部の動作を模式的に示す概略図。 加熱部と圧縮部の構成を示す概略斜視図。 ノズルから造形材料が吐出されて三次元造形物が造形されていく様子を模式的に示す概略図。 吐出された造形材料を圧縮部が圧縮する様子を模式的に示す概略図。 吐出された造形材料から圧縮部が離れた様子を模式的に示す概略図。 圧縮部が造形材料の圧縮を繰り返す様子を模式的に示す概略図。 造形材料の吐出が終了した様子を模式的に示す概略図。 切削部が三次元造形物を切削する様子を模式的に示す概略図。 他の実施形態においてノズルから造形材料が吐出されて三次元造形物が造形されていく様子を模式的に示す概略図。

以下、本発明を実施形態に基づいて説明する。各図において同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

また、各図においてＸ、Ｙ、Ｚは、互いに直交する３つの空間軸を表している。本明細書では、これらの軸に沿った方向をＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向とする。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合を併用し、各図の矢印が向かう向きを＋方向、矢印の反対方向を－方向として説明する。Ｘ方向およびＹ方向は水平方向に沿う方向であり、Ｚ方向は鉛直方向を示す。また、＋Ｚ方向は鉛直下向き、－Ｚ方向は鉛直上向きを示す。さらに、正方向及び負方向を限定しない３つのＸ、Ｙ、Ｚの空間軸については、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸として説明する。

１．実施形態１
図１に示すように、本実施形態において、三次元造形装置１００は、造形ユニット２００と、テーブル３００と、移動機構４００と、切削部６００と、制御部５００とを、備える。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に設けられる吐出部６０からテーブル３００に向かって後述する造形材料ＭＭを吐出しつつ、造形ユニット２００および移動機構４００のいずれかを駆動させて吐出部６０とテーブル３００との相対的な位置を変化させることによって、テーブル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。造形面３１１は、ノズル６１から造形材料ＭＭが吐出される被吐出面の一例である。

また、三次元造形装置１００は、必要に応じて、三次元造形物の造形途中、または三次元造形物の造形後に、制御部５００の制御下で、切削部６００を駆動制御することによって、三次元造形物を切削する。造形ユニット２００の詳細な構成については後述する。

移動機構４００は、吐出部６０と造形面３１１との相対的な位置を変化させる。例えば、移動機構４００は、造形ユニット２００に対してテーブル３００を移動させることによって、吐出部６０と造形面３１１との相対的な位置を変化させる。なお、造形面３１１に対する吐出部６０の相対的な位置の変化を、吐出部６０の移動と呼ぶこともある。また、造形面３１１に対する吐出部６０の相対的な移動速度を、吐出部６０の移動速度と呼ぶこともある。本実施形態では、例えば、テーブル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。

移動機構４００は、３つのモーターの駆動力によって、テーブル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てもよい。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４００は、テーブル３００を移動させる構成ではなく、造形ユニット２００を移動させることによって、吐出部６０と造形面３１１との相対的な位置を変化させる構成であってもよい。本実施形態の移動機構４００は、テーブル３００と造形ユニット２００との両方を移動させることによって、吐出部６０と造形面３１１との相対的な位置を変化させる構成である。

切削部６００は、造形面３１１に向けて吐出された造形材料ＭＭで形成された三次元造形物を切削する。また、切削部６００は、造形面３１１に吐出された造形材料ＭＭを切削可能である。切削部６００は、切削工具６０３を保持する保持アーム６０２と、切削駆動部６０１と、を備える。保持アーム６０２は、切削工具６０３をＸ，Ｙ，Ｚ方向の３軸方向に移動可能に保持する。切削駆動部６０１は、保持アーム６０２の移動駆動、および切削工具６０３の切削駆動を行う。切削部６００は、切削駆動部６０１が制御部５００に制御されることで、三次元造形物を所望の形状に切削する。

制御部５００は、１以上のプロセッサーと、記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力部とを備えるコンピューターによって構成されている。本実施形態では、制御部５００は、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、造形ユニット２００と移動機構４００との動作を制御して、三次元造形物を造形するための造形処理を実行する。動作には、造形ユニット２００とテーブル３００との三次元の相対的な位置を変化させることが含まれる。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。

造形ユニット２００は、材料ＭＲ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ＭＲの少なくとも一部を可塑化して造形材料ＭＭにする可塑化部３０と、可塑化部３０から供給された造形材料ＭＭを吐出するノズル６１を有する吐出部６０と、ノズル６１から吐出する造形材料ＭＭの流量を調節する吐出量調節機構７０と、吸引部８０と、加熱部１２０と、圧縮部１５０と、を備える。

材料供給部２０には、ペレットや粉末等の状態の材料ＭＲ（不図示）が収容されている。本実施形態では、例えば、ペレット状に形成された熱可塑性樹脂が材料ＭＲ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との間を接続する接続路２２が設けられている。材料供給部２０は、接続路２２を介して、可塑化部３０に材料ＭＲを供給する。なお、材料ＭＲの詳細については後述する。

可塑化部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、バレル５０とを有する。フラットスクリュー４０はスクリューの一例である。可塑化部３０は、材料供給部２０から供給された固体状態の材料ＭＲを可塑化させて流動性を発現させたペースト状の造形材料ＭＭ（不図示）を生成し、吐出部６０に向けて供給する。なお、造形材料ＭＭのことを溶融材料と呼ぶこともある。

本実施形態において、「可塑化」とは、熱可塑性を有する材料ＭＲに熱が加わり溶融することを意味する。また、「溶融」とは、熱可塑性を有する材料ＭＲ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ＭＲ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。

スクリューケース３１は、フラットスクリュー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、フラットスクリュー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。駆動モーター３２の回転軸は、フラットスクリュー４０の上面４１側に接続されている。駆動モーター３２は、制御部５００の制御下で駆動される。

フラットスクリュー４０は、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している。フラットスクリュー４０は、中心軸ＲＸがＺ軸に平行になるように、スクリューケース３１内に配置される。駆動モーター３２が発生させるトルクによって、フラットスクリュー４０は、スクリューケース３１内にて、中心軸ＲＸを中心に回転する。フラットスクリュー４０は、中心軸ＲＸに沿った方向における上面４１とは反対側に、溝部４５が形成された溝形成面４２を有する。

図２に示すように、フラットスクリュー４０の溝形成面４２の中央部４７は、溝部４５の一端が接続されている窪みとして構成されている。図２には、フラットスクリュー４０の中心軸ＲＸの位置が一点鎖線で示されている。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。

フラットスクリュー４０の溝部４５は、いわゆるスクロール溝を構成する。溝部４５は、中央部４７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。溝部４５は、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、溝部４５の側壁部を構成し、各溝部４５に沿って延びている凸条部４６が設けられている。

溝部４５は、フラットスクリュー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の接続路２２を介して供給された材料ＭＲを受け入れる部分である。

図２には、３つの溝部４５と、３つの凸条部４６と、を有するフラットスクリュー４０の例が示されている。フラットスクリュー４０に設けられる溝部４５や凸条部４６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つの溝部４５のみが設けられていてもよいし、２以上の複数の溝部４５が設けられていてもよい。また、溝部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に設けられる材料導入口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。

バレル５０は、フラットスクリュー４０の下方に配置される。バレル５０は、フラットスクリュー４０の溝形成面４２に対向するスクリュー対向面５２を有する。バレル５０には、フラットスクリュー４０の中心軸ＲＸ上に、吐出部６０に連通する連通孔５６が設けられる。バレル５０には、フラットスクリュー４０の溝部４５に対向する位置に可塑化部ヒーター５８が内蔵されている。可塑化部ヒーター５８の温度は、制御部５００によって制御される。

図３に示すように、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ＭＭを連通孔５６に導く機能を有している。

三次元造形装置１００では、上述したように、可塑化部３０は、回転しているフラットスクリュー４０の溝部４５に供給された固体状態の材料ＭＲを可塑化させ、造形材料ＭＭを生成し、吐出部６０に向けて供給する。造形材料ＭＭを吐出部６０に向けて供給する単位時間あたりの供給量は、フラットスクリュー４０の単位時間あたりの回転数を調整することにより変更可能である。例えば、フラットスクリュー４０の単位時間あたりの回転数を多くすると、吐出部６０に向けて供給される造形材料ＭＭの単位時間あたりの供給量が多くなる。

吐出部６０は、バレル５０の下面に固定されている。吐出部６０は、供給流路６２と、ノズル６１とを、有する。供給流路６２は、可塑化部３０とノズル６１との間をつなぎ、可塑化部３０からノズル６１に造形材料ＭＭを供給する。

供給流路６２は、第１供給口６５と、交差孔６６と、第２供給口６７とを有する。第１供給口６５および第２供給口６７は、Ｚ軸方向に延びている。交差孔６６は、第１供給口６５および第２供給口６７と交差するＹ軸方向に延びている。第１供給口６５の上端は、バレル５０の連通孔５６に接続されており、第１供給口６５の下端は、交差孔６６に接続されている。第２供給口６７の上端は、交差孔６６に接続されており、第２供給口６７の下端は、ノズル６１に接続されている。交差孔６６には、後述する吐出量調節機構７０が収容されている。バレル５０の連通孔５６から第１供給口６５に供給された造形材料ＭＭは、交差孔６６、第２供給口６７、ノズル６１の順に流れる。

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、第２供給口６７に接続されている。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。第２供給口６７からノズル流路６８に供給された造形材料ＭＭは、ノズル孔６９から吐出される。ノズル孔６９は、図４、図６に示すように、ノズル６１のノズル先端面６９Ｓに開口する。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。

吐出量調節機構７０は、供給流路６２内に設けられており、ノズル６１から吐出される造形材料ＭＭの量を調節する。単位時間あたりにノズル６１から吐出される造形材料ＭＭの量を、吐出量と呼ぶこともある。本実施形態における吐出量調節機構７０は、バタフライバルブによって構成されている。吐出量調節機構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ＭＭの流れ方向とが交差するように、交差孔６６内に挿し通されている。

吐出量調節機構７０は、供給流路６２内を流れる造形材料ＭＭの流量を調節する流量調節機構として機能する。具体的には、吐出量調節機構７０は、弁体７２の回転角を変化させて、供給流路６２内における造形材料ＭＭの流れ易さを調整することで、供給流路６２内を流れる造形材料ＭＭの流量を調節する。供給流路６２内を流れる造形材料ＭＭの流量が調節されることによって、吐出量が調節される。弁体７２は調整弁の一例である。

吐出量調節機構７０を制御して吐出量を増加させることを、吐出量調節機構７０を開くと呼ぶこともある。また、吐出量調節機構７０を制御して吐出量を減少させることを、吐出量調節機構７０を閉じると呼ぶこともある。また弁体７２の回転度合いを開度と呼ぶこともある。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ＭＭの流れ方向と垂直となった場合、開度は０となり、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ＭＭ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ＭＭの流れ方向と平行となった場合、開度は１００となり、可塑化部３０とノズル６１とが連通し、造形材料ＭＭが吐出される。このように、吐出量調節機構７０は、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出開始と吐出停止も制御する。

吸引部８０は、供給流路６２内の造形材料ＭＭを吸引可能に構成される。吸引部８０は、供給流路６２内の造形材料ＭＭを吸引することで、吐出量調節機構７０の弁体７２が閉じた後の供給流路６２内の残圧を低下させ、造形材料ＭＭの吐出を停止したノズル６１からの造形材料ＭＭの漏出を抑制する。吸引部８０は、円筒状のシリンダー８１と、シリンダー８１内に収容されるプランジャー８２と、プランジャー８２を駆動するプランジャー駆動部８３と、を有する。シリンダー８１は、供給流路６２における弁体７２とノズル孔６９との間となる位置に接続される。

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の軸方向であるＸ軸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る。なお、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。

プランジャー８２が供給流路６２から遠ざかる－Ｘ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における弁体７２とノズル孔６９との間となる領域の造形材料ＭＭは、シリンダー８１内に向かって吸引される。一方、プランジャー８２が供給流路６２に近付く＋Ｘ方向に移動した場合には、シリンダー８１内の造形材料ＭＭは、プランジャー８２によって供給流路６２に押し出される。

加熱部１２０は、図７に示すように、造形面３１１上の最上層ＭＬａを加熱する。最上層ＭＬａについては後述するが、最上層ＭＬａは、ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭによって形成される層ＭＬのうち、最も－Ｚ方向側に位置する層ＭＬである。図１に示すように、加熱部１２０は、吐出部６０における吐出量調節機構７０に対して＋Ｚ方向側となる位置に設けられる。図１、図４、図５に示すように、加熱部１２０は、導入流路１２１と、温風生成部１２２と、温風供給流路１２４と、環状流路１２５と、吹出口１２６と、を備える。

導入流路１２１は円筒状の管である。導入流路１２１の一端には、導入流路１２１内に気体を導入するための導入開口が設けられている。導入流路１２１の導入開口と逆側の端部は、温風生成部１２２に接続されている。なお、図示しないが、本実施形態では、流量調整された空気が、図５に破線で示すように、導入流路１２１へと導入される。導入流路１２１への空気の導入には、例えば、エアーポンプを用いることができる。また、導入流路１２１へと導入される気体は空気でなく、他の不活性ガスであってもよい。例えば、窒素であってもよい。

温風生成部１２２は、導入流路１２１から導入される気体を加熱する。温風生成部１２２には発熱部１２３が設けられる。発熱部１２３は例えばコイル状の電熱線である。温風生成部１２２に導入された空気は、発熱部１２３によって加熱され、図５に破線で示すように、温風供給流路１２４を介して環状流路１２５へと流れる。

環状流路１２５は、ノズル６１のノズル孔６９を中心とし、図４、図６に示す外周部１２８に沿うように形成された環状の流路である。環状流路１２５は、－Ｚ方向側に位置する流路の上部において、温風供給流路１２４と接続されている。環状流路１２５は、図５に破線で示すように、温風供給流路１２４から供給された温風を、環状流路１２５と連通する吹出口１２６へと供給する。

ノズル６１と環状流路１２５の内周部１２７との間には隙間が設けられている。内周部１２７はノズル６１と環状流路１２５とを隔絶するとともに、ノズル６１と内周部１２７との間の隙間に存在する空気によって、ノズル６１と環状流路１２５とを断熱する。なお、ノズル６１と内周部１２７との間の隙間に、断熱材として、グラスウール等を固定してもよい。

吹出口１２６が開口する加熱面１２６Ｓは、Ｚ軸方向に沿う方向から見たとき、ノズル６１を囲む形状を有する。吹出口１２６は、ノズル６１の周囲に配置されている。図６に示すように、本実施形態では、８個の吹出口１２６が、ノズル６１を中心とする円周上に一定の間隔で配置されている。図４、図５において、ノズル６１より＋Ｘ方向側に位置する吹出口１２６は、８個の吹出口１２６のうち最も＋Ｘ方向側に位置する吹出口１２６であり、ノズル６１より－Ｘ方向側に位置する吹出口１２６は、８個の吹出口１２６のうち最も－Ｘ方向側に位置する吹出口１２６である。吹出口１２６は、図５に破線で示すように、環状流路１２５から供給された温風を加熱面１２６Ｓの＋Ｚ方向側に送風し、図７に示すように、造形面３１１上の最上層ＭＬａに向かって送風する。

図４、図５に示すように、それぞれの吹出口１２６には、調節弁１２９が設けられている。調節弁１２９は、円板状の弁部と回転軸とを有するバタフライバルブである。調節弁１２９の回転によって、吹出口１２６が開閉され、吹出口１２６から送風される温風の送風量が調節される。また、調節弁１２９は、制御部５００によってそれぞれ別個に制御される。すなわち、調節弁１２９は、吹出口１２６ごとに送風量を調節可能な送風量調節機構として機能する。

図５に示すノズル６１より－Ｘ方向側に位置する吹出口１２６の調節弁１２９のように、Ｘ軸と平行となる水平姿勢になった場合に、送風量は最小の０となる。また、図５に示すノズル６１より＋Ｘ方向側に位置する吹出口１２６の調節弁１２９のように、Ｚ軸と平行となる垂直姿勢になった場合に、送風量は最大となる。他の実施形態では、送風量調節機構として、例えば、１枚または複数枚の板状の部材で吹出口１２６を開閉するシャッターであってもよい。

圧縮部１５０は、ノズル６１から後述する最上層ＭＬａに向けて吐出された造形材料ＭＭを圧縮する。これにより、最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭ内の空隙、最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭと最上層ＭＬａとの間に発生する隙間、最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭどうしの間に発生する隙間等を低減できる。図１に示すように、圧縮部１５０は、吐出部６０における吐出量調節機構７０に対して＋Ｚ方向側となる位置に固定される。図１、図４、図５に示すように、圧縮部１５０は、圧縮部材１５１と、圧縮部移動機構１５２と、を備える。

圧縮部１５０は、図８に示すように、最上層ＭＬａ上の線状造形物ＬＰに接触面１５５が接触することで、最上層ＭＬａと接触面１５５との間に位置する線状造形物ＬＰに圧力を加え、線状造形物ＬＰを圧縮する。線状造形物ＬＰはノズル６１から被吐出面に吐出された造形材料ＭＭの一例である。図６に示すように、圧縮部材１５１の＋Ｚ方向側の面である接触面１５５は、加熱部１２０の加熱面１２６Ｓを囲む形状を備える。よって、接触面１５５は、Ｚ軸方向に沿う方向から見たとき、ノズル６１および加熱面１２６Ｓを囲む形状を備える。これによれば、ノズル６１を移動させながら最上層ＭＬａに造形材料ＭＭを吐出するとき、最上層ＭＬａに沿うノズル６１の移動における移動方向が変更された場合も、移動方向に応じて圧縮部材１５１を移動させる必要がないので、造形材料ＭＭを容易に圧縮することができる。

図４、図５に示すように、圧縮部材１５１には接触面１５５の温度を調節可能なヒーター１５４が設けられる。本実施形態のヒーター１５４は圧縮部材１５１内に設けられる。ヒーター１５４は接触面１５５の温度を調節可能であれば採用可能であり、セラミックヒーター、シーズヒーター、カーボンヒーター等が採用できる。また、ヒーター１５４は、接触面１５５の温度を調節可能であれば、圧縮部材１５１の－Ｚ方向側の面に設けてもよい。

例えば、ヒーター１５４は、制御部５００に制御されて、接触面１５５の温度を高くすることで、接触面１５５が被吐出面に吐出された造形材料ＭＭに接触することによる造形材料ＭＭの温度低下、特に急激な温度低下を抑制できる。なお、接触面１５５の温度が最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭの温度より高い状態で、接触面１５５が造形材料ＭＭに接触すると、造形材料ＭＭが接触面１５５に付着して糸引き状態になる虞がある。このため、接触面１５５が最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭに接触するとき、接触面１５５の温度は最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭの温度より低く設定される。

圧縮部移動機構１５２は、圧縮部材１５１を、Ｚ軸方向に移動可能に保持する。圧縮部移動機構１５２は、圧縮部モーター１５３を含む。圧縮部移動機構１５２は、制御部５００の制御下で駆動する圧縮部モーター１５３の回転を、Ｚ軸方向に沿う並進移動に変換する偏芯カム機構によって構成される。なお、圧縮部移動機構１５２は、圧縮部モーター１５３の回転を、Ｚ軸方向に沿う並進移動に変換するボール螺子やリンク機構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。

圧縮部移動機構１５２は、圧縮部材１５１をＺ軸方向に移動させることで、図５に示す接触位置と、図４に示す離隔位置と、に移動させる。なお、図５では、離隔位置にある圧縮部材１５１を二点鎖線で示している。接触位置は、図８、図１０に示すように、圧縮部材１５１の接触面１５５が最上層ＭＬａ上の線状造形物ＬＰに接触する位置である。離隔位置は、図７、図９、図１１に示すように、圧縮部材１５１の接触面１５５が最上層ＭＬａ上の線状造形物ＬＰから離れた位置である。

接触位置における接触面１５５と最上層ＭＬａとの間のＺ軸方向における距離は変更可能である。これによれば、例えば、造形材料ＭＭの種類に応じて、造形材料ＭＭを圧縮する程度を変更することができる。この場合、例えば、造形材料ＭＭがＡＢＳ樹脂である場合、造形材料ＭＭがＰＰＳ樹脂である場合より、造形材料ＭＭを圧縮する程度を高くしてもよい。また、例えば、造形材料ＭＭがガラス繊維を加えたＡＢＳ樹脂である場合、造形材料ＭＭがＡＢＳ樹脂である場合より、造形材料ＭＭを圧縮する程度を低くしてもよい。図８、図１０に示すように、接触面１５５は、接触位置において、造形材料ＭＭを圧縮するとき、ノズル６１より＋Ｚ方向側となる最上層ＭＬａ側に位置する。

図７に示すように、三次元造形装置１００の制御部５００は、吐出部６０を移動させながら、吐出部６０のノズル６１から最上層ＭＬａに向かって造形材料ＭＭを吐出させる。具体的には、制御部５００は、最上層ＭＬａとノズル６１との距離を保持したまま、＋Ｘ方向に、ノズル６１を最上層ＭＬａに沿って移動させながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させる。なお、最上層ＭＬａに沿う方向は造形面３１１に沿う方向である。ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭは、ノズル６１の移動方向に連続して堆積されていく。これによって、ノズル６１の移動経路に沿って線状に延びる線状造形物ＬＰが造形される。上述のように、線状造形物ＬＰは最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭの一例である。なお、ノズル６１が造形材料ＭＭを吐出しながら移動することを、走査と呼ぶこともある。また、ノズル６１の走査の方向を走査方向と呼ぶこともある。なお、最上層ＭＬａに沿う方向は、被吐出面に沿う方向であり、造形面３１１に沿う方向と言い換えることもできる。

制御部５００は、上述のノズル６１による走査を繰り返して層ＭＬを形成する。制御部５００は、例えば、積層された層ＭＬのうち、最も－Ｚ方向側に位置する最上層ＭＬａを形成した後、ノズル６１を含む造形ユニット２００を、－Ｚ方向に移動させる。その後、制御部５００は、最上層ＭＬａの上に、線状造形物ＬＰを造形することで、さらに層ＭＬを積み重ねることによって三次元造形物を造形していく。換言すると、三次元造形装置１００は、被吐出面に向けて造形材料ＭＭを吐出して積層方向に層ＭＬを積層することで三次元造形物を造形する。この場合、最上層ＭＬａは、線状造形物ＬＰを造形するための造形材料ＭＭが吐出される層ＭＬである。最上層ＭＬａは、線状造形物ＬＰを造形するための造形材料ＭＭより先にノズル６１から吐出された造形材料ＭＭによって形成される。最上層ＭＬａは、ノズル６１から造形材料ＭＭが吐出される被吐出面の一例である。

ノズル６１から最上層ＭＬａに向けて造形材料ＭＭを吐出することで三次元造形物を造形する場合、最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭ内、最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭと最上層ＭＬａとの間、最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭどうしの間、等に空隙が発生する虞がある。空隙が発生すると、造形された三次元造形物の強度、弾性率の低下に加え、機械的特性の異方性が発生し、造形された三次元造形物が、構造部材としての所望の機能を発現しない虞がある。

本実施形態の三次元造形装置１００は、ノズル６１を囲む形状を備える接触面１５５を有し、最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭに接触面１５５が接触することで、最上層ＭＬａと接触面１５５との間に位置する造形材料ＭＭに圧力を加え、造形材料ＭＭを圧縮可能な圧縮部１５０を備える。これによれば、最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭ内の空隙、最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭと最上層ＭＬａとの間に発生する隙間、最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭどうしの間に発生する隙間を低減できる。よって、本実施形態の三次元造形装置１００は、構造部材としての所望の機能を有する三次元造形物を提供することができる。

また、接触面１５５はノズル６１を囲む形状を備えるので、ノズル６１を最上層ＭＬａに沿う方向に移動させながら最上層ＭＬａに造形材料ＭＭを吐出するとき、ノズル６１の移動方向に応じて圧縮部１５０を最上層ＭＬａに沿う方向に移動させる必要がないので、造形材料ＭＭを容易に圧縮することができる。

次に、本実施形態において、制御部５００が三次元造形物の造形処理を実行するときの動作の流れについて説明する。ここでは、図７から図１２を参照して、最上層ＭＬａに線状造形物ＬＰを造形する動作を例にして説明する。三次元造形物の造形処理は、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に接続された外部コンピューターに対して、所定の開始操作がユーザーによって行われた場合に、制御部５００によって実行される。造形処理が実行されることによって、三次元造形装置１００による三次元造形物の製造が開始される。

図７に示すように、制御部５００は、造形材料ＭＭがノズル６１から最上層ＭＬａに向けて吐出されるように、移動機構４００を制御して、ノズル６１と最上層ＭＬａとの相対位置を変化させる。そして、図７に白抜きの矢印で示すように、制御部５００は、ノズル６１を移動させながら、ノズル６１から最上層ＭＬａの－Ｚ方向側に造形材料ＭＭを吐出させる。具体的には、制御部５００は、最上層ＭＬａとノズル６１との距離を保持したまま、造形ユニット２００を最上層ＭＬａに沿う＋Ｘ方向に相対移動させることで、ノズル６１を移動させながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させる。

ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭは、最上層ＭＬａの上に、ノズル６１の移動方向に連続して堆積されていく。これによって、ノズル６１の移動経路に沿って線状に延びる線状造形物ＬＰが造形される。図７に示すように、ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭ、すなわち線状造形物ＬＰのＺ軸方向の寸法ｈｅは、先に形成されて圧縮部１５０により圧縮された最上層ＭＬａのＺ軸方向の寸法ｈｃより大きい。

制御部５００は、＋Ｘ方向に造形ユニット２００を相対移動させながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させつつ、加熱部１２０に最上層ＭＬａを加熱させる。具体的には、制御部５００は、加熱部１２０を制御して、図７に破線の矢印で示すように、環状流路１２５から供給された温風を、吹出口１２６から、ノズル６１より＋Ｘ方向側に位置する最上層ＭＬａに向かって送風する。このとき、本実施形態では、ノズル６１より＋Ｘ方向側に位置する吹出口１２６の調節弁１２９を開状態、その他の吹出口１２６の調節弁１２９を閉状態にしている。これにより、造形材料ＭＭは、加熱された最上層ＭＬａに対してノズル６１から吐出される。

また、図８に示すように、制御部５００は、＋Ｘ方向に造形ユニット２００を相対移動させながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させつつ、圧縮部１５０に線状造形物ＬＰを圧縮させる。具体的には、制御部５００は、圧縮部１５０を制御して、図８に黒塗りの矢印で示すように、圧縮部材１５１を離隔位置から接触位置に移動させることで、圧縮部材１５１の＋Ｚ方向側に位置する線状造形物ＬＰに接触面１５５を接触させて、線状造形物ＬＰを圧縮する。接触面１５５の温度は、少なくとも接触面１５５が線状造形物ＬＰに接触するとき、線状造形物ＬＰの温度より低く設定されている。また、圧縮部１５０により線状造形物ＬＰを圧縮している間、線状造形物ＬＰの温度に対して、少なくとも最上層ＭＬａにおける線状造形物ＬＰが造形された領域の温度が低くなるように、制御部５００は、加熱部１２０を制御する。

制御部５００は、＋Ｘ方向に造形ユニット２００を相対移動させながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させつつ、図８から図１１に黒塗りの矢印で示すように、離隔位置と接触位置との間での圧縮部材１５１の往復移動を繰り返すことで、最上層ＭＬａ上に造形される線状造形物ＬＰを圧縮する。単位時間あたりにノズル６１から吐出される造形材料ＭＭの量を吐出量、ノズル６１が最上層ＭＬａに向けて造形材料ＭＭを吐出しながら最上層ＭＬａに沿って移動するときの移動速度を走査速度、としたとき、制御部５００は、吐出量、走査速度、および造形材料ＭＭの種類のうち少なくともいずれかに基づいて、接触面１５５の往復移動における移動速度を調整する。

圧縮部１５０により圧縮された線状造形物ＬＰのＺ軸方向の寸法ｈは、最上層ＭＬａのＺ軸方向の寸法と同じ、寸法ｈｃとなる。寸法ｈｃは、圧縮部１５０により圧縮される前の線状造形物ＬＰのＺ軸方向の寸法ｈｅと、造形材料ＭＭの種類に対応して設定される造形材料ＭＭを圧縮する程度と、により決定される。

三次元造形物の造形処理を途中で中断する、または三次元造形物の造形処理を終了する場合、図１１に示すように、制御部５００は、造形ユニット２００を層ＭＬから＋Ｘ方向側に離れた位置に移動させる。制御部５００は、ノズル６１が最上層ＭＬａの＋Ｘ方向側に移動すると、吐出量調節機構７０の弁体７２を閉じ、さらに吸引部８０のプランジャー８２を供給流路６２から遠ざかる－Ｘ方向に移動させる。

その後、図１２に示すように、制御部５００は、必要に応じて、三次元造形物の造形途中、または三次元造形物の造形後に、切削部６００を駆動制御することによって、層ＭＬを切削し、所望の三次元造形物に仕上げる。

以上述べたように、実施形態１に係る三次元造形装置１００によれば、以下の効果を得ることができる。

三次元造形装置１００は、テーブル３００上の最上層ＭＬａに向けて造形材料ＭＭを吐出して積層方向に層ＭＬを積層することで三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、材料ＭＲの少なくとも一部を可塑化して造形材料ＭＭを生成する可塑化部３０と、ノズル孔６９が開口するノズル先端面６９Ｓを有し、ノズル孔６９から造形材料ＭＭを最上層ＭＬａに向けて吐出するノズル６１と、ノズル６１と最上層ＭＬａとの相対位置を変化させる移動機構４００と、造形材料ＭＭがノズル６１から最上層ＭＬａに向けて吐出されるように、移動機構４００を制御する制御部５００と、積層方向から見たときにノズル６１を囲む形状を有する接触面１５５を有し、最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭに接触面１５５が接触することで、造形材料ＭＭを圧縮可能な圧縮部１５０と、を備える。これによれば、ノズル６１を移動させながら最上層ＭＬａに造形材料ＭＭを吐出するとき、ノズル６１の移動方向に応じて圧縮部１５０を移動させる必要がないので、造形材料ＭＭを容易に圧縮することができる。

接触面１５５は、少なくとも造形材料ＭＭを圧縮するとき、ノズル孔６９より最上層ＭＬａ側に位置する。これによれば、造形材料ＭＭを容易に圧縮することができる。

圧縮部１５０は、最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭに接触する接触位置と、造形材料ＭＭから離れた離隔位置と、に接触面１５５を移動可能な圧縮部移動機構１５２を備える。これによれば、接触面１５５を造形材料ＭＭから離れた離隔位置に容易に移動できる。

圧縮部移動機構１５２は、前記接触位置における接触面１５５と最上層ＭＬａとの間の距離を変更可能である。これによれば、例えば、造形材料ＭＭの種類に応じて、造形材料ＭＭを圧縮する程度を変更することができる。

単位時間あたりにノズル６１から吐出される造形材料ＭＭの量を吐出量、ノズル６１が最上層ＭＬａに向けて造形材料ＭＭを吐出しながら最上層ＭＬａに沿って移動するときの移動速度を走査速度、としたとき、制御部５００は、圧縮部移動機構１５２を制御して、接触面１５５を前記接触位置と前記離隔位置との間で往復移動させ、吐出量、走査速度、および造形材料ＭＭの種類の少なくともいずれかに基づいて、接触面１５５の往復移動における移動速度を調整する。これによれば、接触面１５５が造形材料ＭＭに繰り返し接触するときの移動速度を調整することで、最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭ内の空隙、最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭと最上層ＭＬａとの間に発生する隙間、最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭどうしの間に発生する隙間を低減できる。

圧縮部１５０によって造形材料ＭＭを圧縮している間、接触面１５５の温度は造形材料ＭＭの温度よりも低い。これによれば、接触面１５５が造形材料ＭＭに接触した後、造形材料ＭＭが接触面１５５に付着して糸引き状態になることを抑制できる。

圧縮部１５０はヒーター１５４を有する。これによれば、例えば、ヒーター１５４により、接触面１５５の温度を高くすることで、接触面１５５が最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭに接触することによる造形材料ＭＭの温度低下を抑制できる。

三次元造形装置１００は、最上層ＭＬａを加熱可能な加熱部１２０を備える。これによれば、最上層ＭＬａを加熱することで、最上層ＭＬａに吐出される造形材料ＭＭと最上層ＭＬａとの接着力を向上させることができる。

積層方向から見たときに、加熱部１２０は、ノズル６１を囲む形状を有する加熱面１２６Ｓを備え、接触面１５５はノズル６１および加熱面１２６Ｓを囲む形状を備える。これによれば、ノズル６１を移動させながら最上層ＭＬａに造形材料ＭＭを吐出するとき、ノズル６１の移動方向に関わらず、最上層ＭＬａを容易に加熱することができる。また、ノズル６１の移動方向に関わらず、加熱した最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭを容易に圧縮することができる。

制御部５００は、ノズル６１から被吐出面としての最上層ＭＬａに向けて造形材料ＭＭが吐出されるとき、接触面１５５が接触する造形材料ＭＭの温度に対して、最上層ＭＬａの温度が低くなるように、加熱部１２０を制御する。これによれば、造形材料ＭＭを圧縮することによって、被吐出面としての最上層ＭＬａが変形することを抑制できる。なお、この場合、被吐出面として造形面３１１は含まない。

三次元造形装置１００は、三次元造形物を切削可能な切削部６００を備える。これによれば、造形途中または造形後の三次元造形物を容易に切削することができる。

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ＭＲ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ＭＲ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ＭＭ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ＭＭ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、ガラス繊維、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、フラットスクリュー４０の回転と可塑化部ヒーター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ＭＭ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樹脂を用いる場合、ノズル６１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ＭＭ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。
＜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、造形面３１１に向けて吐出された造形材料ＭＭ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。

２．実施形態２
次に、本開示の一実施形態としての実施形態２において、制御部５００が三次元造形物の造形処理を実行するときの動作について説明する。ここでは、図１３を参照して、最上層ＭＬａに線状造形物ＬＰを造形する動作を例にして説明する。なお、実施形態１の三次元造形装置１００と共通する部分については、同一符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態の三次元造形装置１００は実施形態１の三次元造形装置１００と同じである。本実施形態において制御部５００が三次元造形物の造形処理を実行するときの動作は、ノズル６１から最上層ＭＬａに向けて造形材料ＭＭが吐出されるときのノズル先端面６９Ｓと最上層ＭＬａとの間のＺ軸方向における距離が異なる以外は同じである。

実施形態１において、制御部５００が、＋Ｘ方向に造形ユニット２００を相対移動させることで、ノズル６１を移動させながら、ノズル６１から最上層ＭＬａの－Ｚ方向側に造形材料ＭＭを吐出させるとき、図７に示すように、ノズル先端面６９Ｓと最上層ＭＬａとの間のＺ軸方向における距離は線状造形物ＬＰのＺ軸方向における寸法ｈｅより大きい。すなわち、実施形態１において、ノズル６１から最上層ＭＬａに向けて造形材料ＭＭが吐出されるときのノズル先端面６９Ｓと最上層ＭＬａとの間のＺ軸方向における距離は、最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭにノズル先端面６９Ｓが接触しないように設定されている。

これに対して、本実施形態では、制御部５００が、＋Ｘ方向に造形ユニット２００を相対移動させることで、ノズル６１を移動させながら、ノズル６１から最上層ＭＬａの－Ｚ方向側に造形材料ＭＭを吐出させるとき、図１３に示すように、ノズル先端面６９Ｓはノズル６１から最上層ＭＬａに向けて吐出される造形材料ＭＭに接触する。換言すると、ノズル６１から最上層ＭＬａに向けて造形材料ＭＭが吐出されるとき、ノズル先端面６９Ｓと最上層ＭＬａとの間の距離は、最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭにノズル先端面６９Ｓが接触するように設定される。その結果、ノズル６１から吐出されつつ、ノズル先端面６９Ｓが接触して圧力を加えられた造形材料ＭＭ、すなわち線状造形物ＬＰのＺ軸方向の寸法ｈｆは、図７に示す線状造形物ＬＰのＺ軸方向における寸法ｈｅより小さい。

すなわち、本実施形態において、圧縮部１５０における圧縮部材１５１の接触面１５５を第１の接触面としたとき、ノズル６１のノズル先端面６９Ｓは、最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭに接触することで、造形材料ＭＭを圧縮可能な第２の接触面としての機能を有する。本実施形態では、ノズル先端面６９Ｓが接触することで、圧縮された線状造形物ＬＰのＺ軸方向の寸法ｈｆは、先に形成されて圧縮部１５０により圧縮された最上層ＭＬａのＺ軸方向の寸法ｈｃより大きい。本実施形態では、この後、制御部５００は、実施形態１と同様に、図８から図１２に示す三次元造形物の造形処理を実行する。

以上述べたように、実施形態２に係る三次元造形装置１００によれば、以下の効果を得ることができる。

三次元造形装置１００において、ノズル６１は、ノズル６１から最上層ＭＬａに向けて造形材料ＭＭが吐出されるとき、ノズル先端面６９Ｓと最上層ＭＬａとの間の距離は、最上層ＭＬａに吐出された造形材料ＭＭにノズル先端面６９Ｓが接触するように設定される。これによれば、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出しながら、吐出した造形材料ＭＭを、ノズル先端面６９Ｓと最上層ＭＬａとの間で圧縮することができる。

本発明の上記実施形態に係る三次元造形装置１００は、以上述べたような構成を有することを基本とするものであるが、本願発明の要旨を逸脱しない範囲内での部分的構成の変更や省略等を行うことも勿論可能である。また、上記実施形態および以下に説明する他の実施形態は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。以下、他の実施形態について説明する。

上記実施形態において、制御部５００は、ノズル６１から最上層ＭＬａに吐出される造形材料ＭＭを、圧縮部１５０によって圧縮する程度は、造形材料ＭＭの種類に加え、上述の吐出量、走査速度、吐出される造形材料ＭＭの温度、最上層ＭＬａの温度、および雰囲気温度のうちいずれかに基づいて、変更してもよい。

上記実施形態において、制御部５００は、最上層ＭＬａに沿って、造形ユニット２００を移動させながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させつつ、離隔位置と接触位置との間での圧縮部材１５１の往復移動を繰り返すことで、最上層ＭＬａ上に造形される線状造形物ＬＰを圧縮するとき、上述の吐出量、走査速度、造形材料ＭＭの種類、吐出される造形材料ＭＭの温度、最上層ＭＬａの温度、および雰囲気温度のうちの少なくともいずれかに基づいて、接触面１５５の往復移動における移動速度を調整してもよい。

上記実施形態において、制御部５００は、最上層ＭＬａに沿って造形ユニット２００を移動させながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させつつ、最上層ＭＬａ上に造形される線状造形物ＬＰを圧縮した後、最上層ＭＬａに沿って造形ユニット２００を移動させながら、再度、最上層ＭＬａ上に造形された線状造形物ＬＰを圧縮してもよい。

上記実施形態において、制御部５００は、最上層ＭＬａに沿って造形ユニット２００を移動させながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させつつ、最上層ＭＬａ上に造形される線状造形物ＬＰを圧縮しなくてもよい。この場合、例えば、制御部５００は、最上層ＭＬａに沿って造形ユニット２００を移動させながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させた後、造形材料ＭＭが硬化する前に、最上層ＭＬａに沿って、造形ユニット２００を移動させながら、最上層ＭＬａ上に造形された線状造形物ＬＰを圧縮してもよい。また、例えば、制御部５００は、最上層ＭＬａに沿って造形ユニット２００を移動させながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させて最上層ＭＬａの上に最新層ＭＬｂを形成した後、最新層ＭＬｂが硬化する前に、最新層ＭＬｂに沿って、造形ユニット２００を移動させながら、最上層ＭＬａ上に造形された最新層ＭＬｂを圧縮してもよい。

上記実施形態において、圧縮部移動機構１５２は、圧縮部モーター１５３を含まなくてもよい。この場合、圧縮部材１５１の接触面１５５のＺ軸方向における位置を少なくとも接触位置で固定可能な固定部材を設け、オペレーターが固定部材を操作して、接触面１５５を所望の位置に固定してもよい。

上記実施形態において、圧縮部１５０は、圧縮部移動機構１５２を備えなくてもよい。この場合、圧縮部材１５１の接触面１５５は接触位置に固定される。

上記実施形態において、圧縮部１５０は、ヒーター１５４を備えなくてもよい。

上記実施形態において、制御部５００は、＋Ｘ方向に造形ユニット２００を移動させながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させつつ、加熱部１２０に最上層ＭＬａを加熱させるとき、加熱部１２０における、ノズル６１より＋Ｘ方向側に位置する吹出口１２６の調節弁１２９を開状態、その他の吹出口１２６の調節弁１２９を閉状態にして、温風を最上層ＭＬａに向けて送風しなくてもよい。この場合、例えば、制御部５００は、加熱部１２０における、最も＋Ｘ方向側に位置する吹出口１２６の調節弁１２９を開状態、その他の吹出口１２６の調節弁１２９を閉状態にして、温風をノズル６１より＋Ｘ方向側に位置する最上層ＭＬａに向けて送風してもよい。

上記実施形態において、制御部５００は、＋Ｘ方向に造形ユニット２００を移動させながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させつつ、加熱部１２０にノズル６１より＋Ｘ方向側に位置する最上層ＭＬａを加熱させなくてもよい。この場合、例えば、制御部５００は、加熱部１２０における、全ての吹出口１２６の調節弁１２９を開状態にして、温風を最上層ＭＬａに向けて送風してもよい。

上記実施形態において、制御部５００は、＋Ｘ方向に造形ユニット２００を移動させながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させつつ、加熱部１２０に最上層ＭＬａを加熱させるとき、加熱部１２０における、最も－Ｘ方向側に位置する吹出口１２６の調節弁１２９を開状態にして、温風を線状造形物ＬＰに向けて送風し、風圧によって線状造形物ＬＰを圧縮してもよい。

上記実施形態において、吐出される造形材料ＭＭと被吐出面との接着力を向上させる必要がない場合、制御部５００は、加熱部１２０に被吐出面を加熱させなくてもよい。例えば、造形面３１１に対して造形材料ＭＭを吐出して層ＭＬを形成する場合、造形面３１１を加熱しなくてもよい。また、例えば、造形面３１１上に固定したサポート部材に対して造形材料ＭＭを吐出して層ＭＬを形成する場合、サポート部材を加熱しなくてもよい。

上記実施形態において、加熱部１２０は、調節弁１２９を備えなくてもよい。

上記実施形態において、三次元造形装置１００は、加熱部１２０を備えなくてもよい。

上記実施形態において、三次元造形装置１００は、切削部６００を備えなくてもよい。

２０…材料供給部、２２…接続路、３０…可塑化部、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、４１…上面、４２…溝形成面、４３…側面、４４…材料導入口、４５…溝部、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、５８…可塑化部ヒーター、６０…吐出部、６１…ノズル、６２…供給流路、６５…第１供給口、６６…交差孔、６７…第２供給口、６８…ノズル流路、６９…ノズル孔、６９Ｓ…ノズル先端面、７０…吐出量調節機構、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、１００…三次元造形装置、１２０…加熱部、１２１…導入流路、１２２…温風生成部、１２３…発熱部、１２４…温風供給流路、１２５…環状流路、１２６…吹出口、１２６Ｓ…加熱面、１２７…内周部、１２８…外周部、１２９…調節弁、１５０…圧縮部、１５１…圧縮部材、１５２…圧縮部移動機構、１５３…圧縮部モーター、１５４…ヒーター、１５５…接触面、２００…造形ユニット、３００…テーブル、３１１…造形面、４００…移動機構、５００…制御部、６００…切削部、６０１…切削駆動部、６０２…保持アーム、６０３…切削工具。

Claims (12)

1. テーブル上の被吐出面に向けて造形材料を吐出して積層方向に層を積層することで三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
   材料の少なくとも一部を可塑化して前記造形材料を生成する可塑化部と、
   ノズル孔が開口するノズル先端面を有し、前記ノズル孔から前記造形材料を前記被吐出面に向けて吐出するノズルと、
   前記ノズルと前記被吐出面との相対位置を変化させる移動機構と、
   前記造形材料が前記ノズルから前記被吐出面に向けて吐出されるように、前記移動機構を制御する制御部と、
   前記積層方向から見たときに前記ノズルを囲む形状を有する接触面を有し、前記被吐出面に吐出された前記造形材料に前記接触面が接触することで、前記造形材料を圧縮可能な圧縮部と、
   を備える、
   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、
   前記接触面は、少なくとも前記造形材料を圧縮するとき、前記ノズル先端面より前記被吐出面側に位置する、
   三次元造形装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の三次元造形装置であって、
   前記圧縮部は、前記被吐出面に吐出された前記造形材料に接触する接触位置と、前記造形材料から離れた離隔位置と、に前記接触面を移動可能な圧縮部移動機構を備える、
   三次元造形装置。
4. 請求項３に記載の三次元造形装置であって、
   前記圧縮部移動機構は、前記接触位置における前記接触面と前記被吐出面との間の距離を変更可能である、
   三次元造形装置。
5. 請求項３または請求項４に記載の三次元造形装置であって、
   単位時間あたりに前記ノズルから吐出される前記造形材料の量を吐出量、前記ノズルが前記被吐出面に向けて前記造形材料を吐出しながら前記被吐出面に沿って移動するときの移動速度を走査速度、としたとき、
   前記制御部は、前記圧縮部移動機構を制御して、前記接触面を前記接触位置と前記離隔位置との間で往復移動させ、前記吐出量、前記走査速度、および前記造形材料の種類の少なくともいずれかに基づいて、前記接触面の前記往復移動における移動速度を調整する、
   三次元造形装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
   前記圧縮部によって前記造形材料を圧縮している間、前記接触面の温度は前記造形材料の温度よりも低い、
   三次元造形装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
   前記圧縮部はヒーターを有する、
   三次元造形装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
   前記被吐出面を加熱可能な加熱部を備える、
   三次元造形装置。
9. 請求項８に記載の三次元造形装置であって、
   前記積層方向から見たときに、
   前記加熱部は、前記ノズルを囲む形状を有する加熱面を備え、前記接触面は前記ノズルおよび前記加熱面を囲む形状を備える、
   三次元造形装置。
10. 請求項８または請求項９に記載の三次元造形装置であって、
    前記制御部は、前記ノズルから前記被吐出面に向けて前記造形材料が吐出されるとき、前記接触面が接触する前記造形材料の温度に対して、前記被吐出面の温度が低くなるように、前記加熱部を制御する、
    三次元造形装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
    前記三次元造形物を切削可能な切削部を備える、
    三次元造形装置。
12. 請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
    前記ノズルから前記被吐出面に向けて前記造形材料が吐出されるとき、前記ノズル先端面と前記被吐出面との間の距離は、前記被吐出面に吐出された前記造形材料に前記ノズル先端面が接触するように設定される、
    三次元造形装置。

Images