JP2023034652A - 三次元造形物の製造方法、および、三次元造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出口のクリーニングが行われる三次元造形物の製造方法において、ユーザーの利便性を向上させる。【解決手段】三次元造形物の製造方法が提供される。この製造方法は、三次元造形物の造形モードの選択を受け付ける第１工程と、三次元造形物を造形するための造形データに基づいて、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第２工程と、第１工程で受け付けた造形モードに応じて、ノズルのクリーニングを制御する第３工程と、を有する。【選択図】図７

Description

本開示は、三次元造形物の製造方法、および、三次元造形装置に関する。

特許文献１には、造形ヘッドのノズルに空気を吹き付けて、空気の勢いでノズルに付着した異物を除去する三次元造形装置が開示されている。

特開２０１８－８９９５６号公報

上記のようにノズルをクリーニングすることで、三次元造形物を高精度に造形することができる。しかし、三次元造形物に求められる精度は様々であり、それほど精度が要求されない三次元造形物の造形時にノズルのクリーニングが頻繁に実行されると、造形時間が長時間化し、ユーザーの利便性を損なう可能性があった。

本開示の第１の形態によれば、三次元造形物の製造方法が提供される。この製造方法は三次元造形物の造形モードの指定を受け付ける第１工程と、前記三次元造形物を造形するための造形データに基づいて、ノズルから造形材料を吐出して前記三次元造形物を造形する第２工程と、前記第１工程で受け付けた造形モードに応じて、前記ノズルのクリーニングを制御する第３工程と、を有する。

本開示の第２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、三次元造形物を造形するための造形データに基づいて、ノズルから造形材料を吐出させて前記三次元造形物を造形する造形処理部と、指定された造形モードに応じて、前記ノズルのクリーニングを制御するクリーニング制御部と、を備える。

三次元造形システムの概略構成を示す説明図である。 吐出部の概略構成を示す図である。 スクリューの構成を示す概略斜視図である。 バレルの構成を示す上面図である。 クリーニング機構の概略構成を示す説明図である。 三次元造形物が造形されていく様子を模式的に示す説明図である。 三次元造形処理のフローチャートである。 造形モードとクリーニング処理内容の対応関係を示す図である。 第２実施形態における三次元造形処理のフローチャートである。

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における三次元造形システム５の概略構成を示す説明図である。三次元造形システム５は、三次元造形装置１０と情報処理装置１１とを備える。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。－Ｚ方向は、鉛直方向であり、＋Ｚ方向は、鉛直方向とは逆向きの方向である。－Ｚ方向のことを「下」ともいい、＋Ｚ方向のことを「上」ともいう。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。

情報処理装置１１は、制御部としてのＣＰＵ１２と、メモリー１３と、記憶装置１４とを備えるコンピューターである。記憶装置１４には、造形データが記憶される。造形データは、三次元造形物を造形するためのデータである。造形データには、三次元造形装置１０に備えられたノズル６０の移動経路を表す移動経路情報と、移動経路における造形材料の吐出量を表す吐出量情報とが含まれる。これらの情報は、造形データ内に各種のコマンドとして記述されている。情報処理装置１１は、造形データを三次元造形装置１０に供給し、三次元造形装置１０は、情報処理装置１１から供給された造形データに基づき三次元造形物を造形する。

情報処理装置１１に備えられたＣＰＵ１２は、記憶装置１４からメモリー１３上に所定のプログラムを読み込んで実行することによって、受付部１５として機能する。受付部１５は、情報処理装置１１に備えられた入力装置を介してユーザーから造形モードの指定を受け付ける。ＣＰＵ１２は、指定された造形モードを、造形データに付加することにより、三次元造形装置１０に通知する。

三次元造形装置１０は、吐出部１００と、材料収容部２０と、筐体１１０と、駆動部２１０と、ステージ２２０と、クリーニング機構２５０と、制御部３００と、を備える。

吐出部１００は、材料収容部２０から供給された原材料の少なくとも一部を可塑化して造形材料を生成する可塑化機構３０と、ノズル６０とを有している。吐出部１００は、可塑化機構３０によって可塑化された造形材料を、ノズル６０からステージ２２０に向かって吐出する。

本実施形態の三次元造形装置１０には、２つの吐出部１００が備えられている。一方の吐出部１００のノズル６０からは、三次元造形物を造形するための造形材料が吐出され、他方の吐出部１００のノズル６０からは、三次元造形物のオーバーハング部を支持するためのサポート材が吐出される。前者のノズル６０のことを、以下では、メインノズルともいい、後者のノズル６０のことを、以下では、サポートノズルともいう。なお、吐出部１００は、１つだけ備えられていてもよいし、３つ以上備えられてもよい。

筐体１１０は、内部に造形空間１１１を有する。造形空間１１１には、造形材料が積層されるステージ２２０が配置されている。筐体１１０には、例えば、造形空間１１１と外部とを連通させる開口部や、開口部を開閉する扉等が設けられていてもよい。ユーザーは、扉を開いて開口部を開状態とすることで、ステージ２２０で造形された造形物を開口部から取り出すことができる。

駆動部２１０は、吐出部１００とステージ２２０との相対的な位置を変更する。本実施形態では、駆動部２１０は、ステージ２２０をＺ方向に沿って移動させる第１駆動部２１１と、吐出部１００をＸ方向およびＹ方向に沿って移動させる第２駆動部２１２とを有する。第１駆動部２１１は、昇降装置として構成されており、ステージ２２０をＺ方向に移動させるためのモーターを備える。第２駆動部２１２は、水平搬送装置として構成されており、吐出部１００を、Ｘ方向に沿ってスライド移動させるためのモーターと、Ｙ方向に沿ってスライド移動させるためのモーターとを備える。各モーターは、制御部３００の制御下にて駆動される。なお、他の実施形態では、駆動部２１０は、ステージ２２０または吐出部１００をＸ，Ｙ，Ｚの３方向に移動させる構成であってもよいし、ステージ２２０をＸ方向およびＹ方向に沿って移動させて、吐出部１００をＺ方向に移動させる構成であってもよい。

クリーニング機構２５０は、ノズル６０を清掃するためのブラシ２５１およびブレード２５２を有する。クリーニング機構２５０は、水平方向において、ステージ２２０とは異なる領域に配置されている。クリーニング機構２５０は、鉛直方向において、ブラシ２５１およびブレード２５２がノズル６０と接触可能な高さに配置されている。クリーニング機構２５０の下方には、パージ廃材容器２６０が備えられている。パージ廃材容器２６０には、クリーニング機構２５０によって除去された樹脂ゴミが落下し、収集される。なお、ブレード２５２は、フリッカー板とも呼ばれる。クリーニング機構２５０は、チップワイプアセンブリーとも呼ばれる。図１には、２つの吐出部１００に対して、それぞれ、クリーニング機構２５０とパージ廃材容器２６０とが設けられた例を示しているが、クリーニング機構２５０とパージ廃材容器２６０とは、２つの吐出部１００に対して共通に設けられてもよい。

制御部３００は、ＣＰＵ３１０とメモリー３２０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３００に備えられたＣＰＵ３１０は、メモリー３２０上で所定のプログラムを実行することによって、造形処理部３１１およびクリーニング制御部３１２として機能する。造形処理部３１１は、情報処理装置１１から供給された造形データに基づいて、吐出部１００および駆動部２１０を制御し、ノズル６０から造形材料を吐出させて三次元造形物を造形する。クリーニング制御部３１２は、造形データに付加された造形モードに応じて、クリーニング機構２５０を用いたノズル６０のクリーニングを制御する。なお、制御部３００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。

図２は、吐出部１００の概略構成を示す図である。吐出部１００は、可塑化機構３０と、ノズル６０と、流量調整部７０とを備えている。可塑化機構３０は、材料搬送機構４０と、加熱ブロック９０とを有している。吐出部１００には、材料収容部２０に収容されている材料が供給される。吐出部１００は、制御部３００の制御下で、材料収容部２０から供給された材料の少なくとも一部を可塑化機構３０によって可塑化して造形材料を生成し、生成した造形材料をノズル６０からステージ２２０上に射出して積層させる。本実施形態において「可塑化」とは 、溶融を含む概念であり、固体から流動性を有する状態に変化させることである。具体的には、ガラス転移が起こる材料の場合、可塑化とは、材料の温度をガラス転移点以上にすることである。ガラス転移が起こらない材料の場合、可塑化とは、材料の温度を融点以上にすることである。

本実施形態の材料収容部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。本実施形態において、材料収容部２０に収容される材料は、ペレット状のＡＢＳ樹脂である。本実施形態の材料収容部２０は、ホッパーによって構成されている。材料収容部２０に収容された材料は、材料収容部２０と吐出部１００とを接続するように材料収容部２０の下方に設けられた供給路２２を介して、可塑化機構３０の材料搬送機構４０に供給される。

加熱ブロック９０は、ヒーター５８を有している。ヒーター５８は、制御部３００により制御され、材料を可塑化するための可塑化温度まで加熱される。可塑化温度は、使用する材料の種類に応じて異なり、例えば、その材料のガラス転移点または融点である。材料がＡＢＳ樹脂であれば、可塑化温度は、例えば、ＡＢＳ樹脂のガラス転移点である約１１０℃に設定される。加熱ブロック９０には、貫通孔８０が設けられている。貫通孔８０は、ノズル６０を着脱可能に構成されている。材料搬送機構４０は、加熱ブロック９０の貫通孔８０に取り付けられたノズル６０のノズル流路６１に向けて、造形材料を搬送する。可塑化機構３０は、材料収容部２０から材料搬送機構４０に供給された材料を、材料搬送機構４０によってノズル６０のノズル流路６１に向かって搬送しつつ、加熱ブロック９０の熱によって加熱しながら可塑化する。

本実施形態の材料搬送機構４０は、スクリューケース３１と、スクリューケース３１内に収容されたスクリュー４１と、スクリュー４１を駆動させる駆動モーター３２とを備えている。本実施形態の加熱ブロック９０は、開口部９４を有するケース部９１と、ケース部９１内に配置されたバレル５０とを備えている。バレル５０には連通孔５６が設けられている。本実施形態の貫通孔８０は、開口部９４と連通孔５６とが連通することによって形成されている。また、上述したヒーター５８は、バレル５０に内蔵されている。なお、本実施形態のスクリュー４１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４１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４１は、バレル５０に対向する面に、スクリュー溝４５が形成された溝形成面４２を有している。溝形成面４２は、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４１の回転軸と一致する。スクリュー４１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４１の溝形成面４２とは反対側の面に接続されている。駆動モーター３２は、制御部３００の制御下で駆動される。スクリュー４１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。なお、駆動モーター３２は、直接、スクリュー４１と接続されていなくてもよく、例えば、減速機を介して接続されていてもよい。

バレル５０は、スクリュー４１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。ケース部９１は、バレル５０のスクリュー対向面５２と反対側の面、すなわち、バレル５０の下面を覆うように配置されている。上述した連通孔５６および開口部９４は、スクリュー４１の中心軸ＲＸと重なる位置に設けられている。すなわち、貫通孔８０は、中心軸ＲＸと重なる位置に位置している。

ノズル６０は、上述したように、加熱ブロック９０の貫通孔８０に着脱可能に取り付けられる。ノズル６０は、ノズルチップとも呼ばれる。ノズル６０には、上述したノズル流路６１が設けられている。ノズル流路６１は、ノズル６０の先端にノズル開口６３を有し、ノズル６０の後端に流入口６５を有している。ノズル開口６３は、流入口６５の－Ｚ方向の位置に位置している。本実施形態のノズル６０は、連通孔５６と流入口６５とを介してノズル流路６１に流入した材料を、ノズル開口６３から、ステージ２２０に向けて吐出する。

流量調整部７０は、ノズル流路６１内で回転することによりノズル流路６１の開度を変化させる。本実施形態において、流量調整部７０は、バタフライバルブによって構成されている。流量調整部７０は、制御部３００による制御下において、バルブ駆動部７４によって駆動される。バルブ駆動部７４は、例えば、ステッピングモーターによって構成される。制御部３００は、バルブ駆動部７４を用いて、バタフライバルブの回転角度を制御することによって、材料搬送機構４０からノズル６０に流れる造形材料の流量、つまり、ノズル６０から吐出される造形材料の流量を調整することができる。流量調整部７０は、造形材料の流量を調整すると共に、造形材料の流出のオン／オフを制御する。

図３は、スクリュー４１の溝形成面４２側の構成を示す概略斜視図である。図３には、スクリュー４１の中心軸ＲＸの位置が一点鎖線で示されている。上述したように、溝形成面４２には、スクリュー溝４５が設けられている。スクリュー４１の溝形成面４２の中央部であるスクリュー中央部４７は、スクリュー溝４５の一端が接続されている窪みとして構成されている。スクリュー中央部４７は、バレル５０の連通孔５６に対向する。スクリュー中央部４７は、中心軸ＲＸと交差する。

スクリュー４１のスクリュー溝４５は、いわゆるスクロール溝を構成する。スクリュー溝４５は、スクリュー中央部４７から、スクリュー４１の外周に向かって弧を描くように渦状に延びている。スクリュー溝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、スクリュー溝４５の側壁部を構成し、各スクリュー溝４５に沿って延びている凸条部４６が設けられている。スクリュー溝４５は、スクリュー４１の側面４３に形成された材料導入口４４まで連続している。材料導入口４４は、材料収容部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３には、３つのスクリュー溝４５と、３つの凸条部４６と、を有するスクリュー４１の例が示されている。スクリュー４１に設けられるスクリュー溝４５や凸条部４６の数は、３つには限定されず、１つのスクリュー溝４５のみが設けられていてもよいし、２以上の複数のスクリュー溝４５が設けられていてもよい。また、図３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４１の例が図示されている。スクリュー４１に設けられる材料導入口４４の数は、３箇所に限定されず、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４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、案内溝５４の一端は連通孔５６に接続されていなくてもよい。また、バレル５０には案内溝５４が形成されていなくてもよい。

図５は、クリーニング機構２５０の概略構成を示す説明図である。クリーニング機構２５０は、上述のとおり、ブラシ２５１およびブレード２５２を有する。ブラシ２５１は、複数の毛束がＹ方向に沿って並ぶことにより構成されている。ブレード２５２は、Ｚ方向およびＹ方向に沿う平板状の部材である。ブラシ２５１の先端およびブレード２５２の先端は、＋Ｚ方向を向いている。ブレード２５２の先端は、ブラシ２５１の先端よりも下方に配置されている。上述したように、ブラシ２５１およびブレード２５２はノズル６０と接触可能な高さに配置されている。本実施形態では、ブラシ２５１とブレード２５２とが、固定具２５８によって一体化されており、消耗時に同時に交換することが可能である。なお、ブラシ２５１とブレード２５２とは、個別に交換可能であってもよい。

クリーニング機構２５０は、更に、パージ部２５３を備えている。パージ部２５３は、パージレッジとも呼ばれる。本実施形態では、パージ部２５３とブレード２５２とブラシ２５１とが、この順で水平方向に並んでいる。つまり、ブレード２５２が、パージ部２５３とブラシ２５１との間に配置されている。パージ部２５３の＋Ｚ方向の先端は、ブレード２５２の先端よりも低い。パージ部２５３上には、ノズル６０から射出された廃材料としての造形材料が落下してパージ部２５３上で球状にまとめられ、パージ廃材容器２６０に落下する。パージ部２５３の上面は、廃材料の落下を促進するために、傾斜面として構成されている。より具体的には、パージ部２５３は、ブレード２５２から遠い順、かつ、鉛直方向における位置が低い順に、第１傾斜面２５４と第２傾斜面２５５と第３傾斜面２５６とを有する。本実施形態では、第２傾斜面２５５および第３傾斜面２５６の水平面からの傾斜角度は、第１傾斜面２５４の水平面からの傾斜角度よりも大きい。

なお、本実施形態におけるクリーニング機構２５０は、ブラシ２５１とブレード２５２とパージ部２５３とを備えているが、例えば、パージ部２５３を省略した構成であってもよい。また、例えば、クリーニング機構２５０は、ブラシ２５１のみ、あるいは、ブレード２５２のみ、を備える構成であってもよい。

図６は、三次元造形装置１０において三次元造形物が造形されていく様子を模式的に示す説明図である。三次元造形装置１０では、上述したように、吐出部１００において、回転しているスクリュー４１のスクリュー溝４５に供給された固体状態の原材料が溶融されて造形材料ＭＭが生成される。制御部３００は、ステージ２２０上の造形面２２１とノズル６０との距離を保持したまま、駆動部２１０を制御してステージ２２０の造形面２２１に沿った方向に、ステージ２２０に対するノズル６０の位置を変えながら、ノズル６０から造形材料ＭＭを吐出させる。ノズル６０から吐出された造形材料ＭＭは、ノズル６０の移動方向に連続して堆積されていき、層ＭＬが形成される。制御部３００は、１つの層ＭＬを形成した後、ステージ２２０を下降させてステージ２２０に対するノズル６０の位置を、相対的に＋Ｚ方向に移動させる。そして、これまでに形成された層ＭＬの上に、更に層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。

制御部３００は、例えば、一層分の層ＭＬを完了した場合のノズル６０のＺ方向への移動や、各層で独立する複数の造形領域がある場合には、ノズル６０からの造形材料の吐出を一時的に中断させることがある。この場合、制御部３００は、流量調整部７０によってノズル流路６１を閉塞させて、ノズル開口６３からの造形材料ＭＭの吐出を停止させる。制御部３００は、ノズル６０の位置を変更した後、流量調整部７０によってノズル流路６１を開くことによって、変更後のノズル６０の位置から造形材料ＭＭの堆積を再開させる。

図７は、三次元造形物の製造方法を表す三次元造形処理のフローチャートである。ステップＳ１００において、情報処理装置１１の受付部１５が、造形モードの指定を受け付ける。ステップＳ１００のことを、第１工程ともいう。例えば、情報処理装置１１は、情報処理装置１１に接続された表示装置に複数の造形モードを表示し、ユーザーは、その中から、マウス等の入力装置を用いて所望の造形モードを選択して指定する。

ステップＳ１１０において、情報処理装置１１は、指定された造形モードを、記憶装置１４に記憶された造形データに付加し、その造形データを三次元造形装置１０に供給する。造形モードを付加するとは、詳しくは、造形モードを表す識別子を造形データに付加することをいう。

ステップＳ１２０において、三次元造形装置１０の造形処理部３１１は、造形処理を実行する。この造形処理では、造形処理部３１１は、情報処理装置１１から供給された造形データに従って、ノズル６０を移動させつつノズル６０から造形材料を吐出させて複数の層を積層することにより三次元造形物を造形する。ステップＳ１２０のことを第２工程ともいう。

ステップＳ１２０の造形処理中には、クリーニング制御部３１２により、造形データに付加された識別子が表す造形モードに従って、ステップＳ１２５としてクリーニング処理が実行される。ステップＳ１２５のことを、第３工程ともいう。ステップＳ１２５では、クリーニング制御部３１２は、造形モードに予め対応付けられたクリーニング処理内容に基づき、ノズルのクリーニングを行う。

図８は、造形モードとクリーニング処理内容の対応関係を示す図である。本実施形態において、ユーザーは、三次元造形物の造形精度に関するモードと、三次元造形物の造形時間に関するモードを含む複数のモードの中から、造形モードを選択することができる。図８には、高精細モード、標準モード、高速モード、の３つのモードが挙げられている。高精細モードは、造形精度に関するモードであり、高速モードは造形時間に関するモードである。高精度モードとは、高速モードおよび標準モードよりも三次元造形物を精度よく造形するためのモードである。高速モードとは、高精度モードおよび標準モードよりも三次元造形物を高速に造形するためのモードである。ユーザーは、上記ステップＳ１００において、これら３つのモードの中から所望のモードを選択して指定する。

各モードにおけるクリーニング処理内容としては、第１クリーニングタイミング、第２クリーニングタイミング、クリーニング対象ノズル、クリーニング時間、クリーニング回数、が定められている。

造形モードとして、高精度モードが指定された場合、クリーニング制御部３１２は、第１クリーニングタイミングとして、造形時間が５分経過する度、および、使用するノズル６０を１回切り換える度にクリーニング処理を行う。また、第２クリーニングタイミングとして、ノズル６０の切換時において、ノズル６０の使用前と使用後の両方においてクリーニング処理を行う。そして、クリーニング対象ノズルを、メインノズルとサポートノズルの両方のノズル６０とする。更に、クリーニング時間を１５秒とし、クリーニング回数を３回とする。クリーニング時間とは、クリーニング処理において、一連のクリーニング工程に費やす時間をいい、クリーニング回数とは一連のクリーニング工程を実施する回数のことをいう。一連のクリーニング工程とは、例えば、ノズル６０からパージ部２５３上で所定量の造形材料を排出させた後に、ノズル６０の先端がブレード２５２に接触するようにブレード２５２上を通過させ、ノズル６０の先端をブラシ２５１に接触させながらブラシ２５１上を所定回数往復動作させる、といった工程である。本実施形態において、クリーニング時間を長くすることは、これらの一連の工程のうち、ノズル６０から造形材料を排出する時間を長くすることによって実現される。本実施形態において、クリーニング回数は、クリーニングの強度を表す。つまり、クリーニング回数が多いほど、強度の高いクリーニングが行われることになる。なお、クリーニングの強度は、例えば、パージ部２５３上で造形材料を排出する際のスクリューの回転数や吐出圧力によって表してもよい。

造形モードとして、標準モードが指定された場合、クリーニング制御部３１２は、第１クリーニングタイミングとして、使用するノズル６０を１回切り換える度にクリーニング処理を行い、第２クリーニングタイミングとして、ノズル６０の切換時において、ノズル６０の使用前にのみクリーニング処理を行う。そして、クリーニング対象ノズルを、メインノズルのみとして、更に、クリーニング時間を１０秒、クリーニング回数を２回とする。

造形モードとして、高速モードが指定された場合、クリーニング制御部３１２は、第１クリーニングタイミングとして、使用するノズル６０を２回切り換える度にクリーニング処理を行い、第２クリーニングタイミングとして、ノズル６０の切換時において、ノズル６０の使用前にのみクリーニング処理を行う。そして、クリーニング対象ノズルをメインノズルのみとする。更に、クリーニング時間を５秒、クリーニング回数を１回とする。

上記のように、高精度モードでは、標準モードおよび高速モードと比較して、１回の三次元造形処理において、クリーニング処理が実行される回数が多くなる。そのため、三次元造形物を精度よく造形することができる。また、高速モードでは、標準モードおよび高精度モードと比較して、１回の三次元造形処理において、クリーニング処理が実行される回数が少なくなる。そのため、三次元造形物を高速に造形することができる。

上述したステップＳ１１０に先立ち、情報処理装置１１は、造形データを生成する造形データ生成処理を実行してもよい。この造形データ生成処理では、情報処理装置１１は、三次元造形物の形状を表す三次元ＣＡＤデータなどの形状データを取得し、その形状データを解析して、三次元造形物の形状をＸＹ平面に沿って複数の層にスライスする。そして、情報処理装置１１は、各層の外殻および内部領域を埋めるためのノズル６０の移動経路を表す移動経路情報を生成する。移動経路情報は、直線状の複数の移動経路を表すデータを含んでいる。移動経路情報に含まれる各移動経路には、その移動経路において吐出される造形材料の吐出量を表す吐出量情報が含まれる。情報処理装置１１は、全ての層について移動経路情報および吐出量情報を生成することによって造形データを生成する。造形データは、例えば、Ｇコードによって表される。

以上で説明した第１実施形態によれば、ユーザーが選択した造形モードに応じてノズル６０のクリーニングが制御されるため、例えば、精度が要求されない三次元造形物の造形時にクリーニングが頻繁に実行されるといった事態が生じることがない。そのため、意図せずに造形時間が長時間化するようなことがなく、ユーザーの利便性を向上させることができる。

また、本実施形態では、造形モードとして、高精度モードが選択された場合、造形モードとして標準モードが選択された場合と比較して、クリーニング工程において、クリーニング回数、クリーニング時間、クリーニング強度、クリーニング対象ノズルの少なくともいずれかを異ならせる。具体的には、高精度モードが選択された場合には、造形モードとして標準モードが選択された場合と比較して、（Ａ）クリーニング回数を多くすること、（Ｂ）クリーニング時間を長くすること、（Ｃ）クリーニング強度を高くすること、（Ｄ）クリーニング対象ノズルを増加させること、のうちの少なくともいずれかが行われる。そのため、高精度モードにおいて、ノズル６０の清浄度を高めることができ、三次元造形物を高精度に造形することができる。

また、本実施形態では、クリーニング時間を長くすることは、ノズル６０から造形材料を排出する時間を長くすることによって実現される。そのため、クリーニング時間を容易に長くすることができる。なお、他の実施形態では、ノズル６０をブラシ２５１上で往復動作させる回数、すなわち、ノズル６０をブラッシングする回数を増加させることによって、クリーニング時間を長くしてもよい。こうすることによってもクリーニング時間を容易に長くすることができる。

なお、本実施形態では、各モードにおけるクリーニング処理内容は、図８に示したように、第１クリーニングタイミング、第２クリーニングタイミング、クリーニング対象ノズル、クリーニング時間、および、クリーニング回数、の５項目により定められている。これに対して、これらの項目の全てが規定されていなくてもよく、各モードにおいて、これらの項目のうちの少なくとも１つが規定されていればよい。

また、本実施形態では、標準モードにおいて、クリーニング対象ノズルをメインノズルのみとしたが、標準モードにおいて、クリーニング対象ノズルをメインノズルとサポートノズルの両方としてもよい。この場合、造形モードとして、高速モードが選択された場合、造形モードとして標準モードが選択された場合と比較して、クリーニング工程において、サポートノズルのクリーニング回数が少なくなる。サポート材による造形の精度は、三次元造形物の精度に与える影響が小さい。そのため、サポートノズルのクリーニング回数を少なくすることで三次元造形物の造形精度に与える影響を抑えつつ、高速な造形を行うことができる。

本実施形態において、高精度モードでは、他のモードよりもクリーニング処理の回数が多くなり造形時間が長くなる。そのため、高精細モードのことを、低速モードと呼ぶこともできる。また、高速モードでは、他のモードよりもクリーニング処理の回数が少なくなり造形精度が低くなる。そのため、高速モードのことを、低精度モードと呼ぶこともできる。

Ｂ．第２実施形態：
図９は、第２実施形態における三次元造形処理のフローチャートである。第１実施形態の三次元造形処理と、第２実施形態の三次元造形処理とでは、造形モード受付後に造形データにクリーニングコマンドが追加される点が異なる。

第１実施形態におけるステップＳ１００と同様に、第２実施形態のステップＳ２００では、情報処理装置１１の受付部１５が、造形モードの指定を受け付ける。

第２実施形態では、続くステップＳ２０５において、情報処理装置１１のＣＰＵ１２が、クリーニングコマンド追加処理を実行する。このクリーニングコマンド追加処理は、ステップＳ２００で受け付けた造形モードに応じたクリーニングコマンドを造形データに追加する処理である。具体的には、ＣＰＵ１２は、このクリーニングコマンド追加処理において、ステップＳ２００で受け付けた造形モードに応じて、図８に示したクリーニング処理内容を実現するためのコマンドを造形データに追加する。例えば、高精度モードが指定された場合、５分経過する毎にノズル６０がクリーニングされるよう、造形データにクリーニングコマンドを追加し、更に、ノズル６０が切り換えられる度にその前後でクリーニングが実行されるよう、各ノズル切換コマンドの前後にクリーニングコマンドを追加する。このように、クリーニングコマンドの追加を行えば、例えば、造形モードとして、高精度モード、または、低速モードが指定された場合、造形モードとして標準モードが指定された場合と比較して、造形データに追加されるクリーニングコマンドの数が増える、または、造形データに対して標準モードで追加されるクリーニングコマンドよりも強力な強度のクリーニングコマンドが追加される。

ステップＳ２１０において、情報処理装置１１は、クリーニングコマンドの追加された造形データを三次元造形装置１０に供給する。

ステップＳ２２０において、三次元造形装置１０の造形処理部３１１は、造形処理を実行する。この造形処理では、造形データに従って三次元造形物が造形される。三次元造形物の造形しながら、クリーニング制御部３１２は、造形データ中に追加されたクリーニングコマンドを解釈し、そのクリーニングコマンドが表す動作に従って、ステップＳ２２５においてクリーニング処理を制御する。

以上で説明した第２実施形態によれば、情報処理装置１１において、造形データに対して、造形モードに応じたクリーニングコマンドが追加されるため、三次元造形装置１０は、そのクリーニングコマンドに従ってノズル６０を動作させるだけで造形モードに応じたクリーニングを行うことができる。そのため、三次元造形装置１０におけるクリーニング処理の負担が軽減される。

上述した第２実施形態において、情報処理装置１１のＣＰＵ１２は、造形モードに応じたクリーニングコマンドを造形データに追加する処理を実行している。これに対して、ユーザーから指定された造形モードに応じて、造形モードに応じたクリーニングコマンドを含む造形データを生成してもよい。造形モードに応じたクリーニングコマンドを後から追加することを必要とせず、迅速に造形モードに応じたクリーニングコマンドを含む造形データを生成することができる。

Ｃ．他の実施形態：
（Ｃ１）上述した第１実施形態では、情報処理装置１１において造形モードの指定が受け付けられる。これに対して、造形モードの指定は、三次元造形装置１０が、三次元造形装置１０に備えられた所定の操作ボタンを通じて受け付けてもよい。この場合、図７に示したステップＳ１００では、情報処理装置１１ではなく、三次元造形装置１０が造形モードの指定を受け付け、ステップＳ１１０では、造形データに対する造形モードの付加は行われない。こうすることによっても、第１実施形態と同様に、ユーザーの利便性を向上させることができる。

（Ｃ２）上述した実施形態において、情報処理装置１１のＣＰＵ１２は、ユーザーから指定された造形モードに応じて、造形データを生成してもよい。例えば、高精度モードが指定された場合、ＣＰＵ１２は、標準モードと比較して、積層ピッチを小さくしたり、吐出される造形材料の線幅を小さくしたりする。こうすることによって、造形モードに応じてクリーニング処理の内容だけではなく、積層ピッチや線幅を変更できるので、ユーザーの利便性をより向上させることができる。

（Ｃ３）上述した実施形態において、可塑化機構３０は、スクリュー４１としてフラットスクリューを備えている。これに対して、可塑化機構３０は、インラインスクリューを備えてもよい。また、吐出部１００は、ステージ２２０に対して相対的にノズル６０を移動させながら造形材料を吐出可能であればよく、例えば、ＦＤＭ方式、バインダージェット方式、インクジェット方式など、種々の方式の吐出部を採用可能である。

（Ｃ４）上記実施形態では、造形材料の原材料として、ペレット状のＡＢＳ樹脂が用いられる。これに対して、三次元造形装置１０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、主材料と共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、可塑化機構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、可塑化機構３０において、スクリュー４１の回転とヒーター５８の加熱によって可塑化されて溶融した状態に転化される。熱可塑性を有する材料の溶融によって生成された造形材料は、ノズル６０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６０から射出されることが望ましい。例えば、ＡＢＳ樹脂は、ガラス転移点が約１１０℃であり、ノズル６０からの射出時には約２００℃であることが望ましい。

三次元造形装置１０では、上述した熱可塑性を有する材料の代わりに、例えば、以下の金属材料が主材料として用いられてもよい。この場合には、下記の金属材料を粉末状にした粉末材料に、造形材料の生成の際に溶融する成分が混合されて、原材料として可塑化機構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１０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２２０に配置された造形材料はレーザーの照射や温風などによる焼結によって硬化されてもよい。

材料収容部２０に原材料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、可塑化機構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。

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

Ｄ．他の形態：
本開示は、上述の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構成で実現することができる。例えば、以下に記載する各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部また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、三次元造形物の製造方法が提供される。この製造方法は三次元造形物の造形モードの指定を受け付ける第１工程と、前記三次元造形物を造形するための造形データに基づいて、ノズルから造形材料を吐出して前記三次元造形物を造形する第２工程と、前記第１工程で受け付けた造形モードに応じて、前記ノズルのクリーニングを制御する第３工程と、を有する。
このような形態によれば、ユーザーが選択した造形モードに応じてノズルのクリーニングが制御されるため、ユーザーの利便性を向上させることができる。

（２）上記形態において、前記第１工程において、三次元造形物の造形精度に関するモード、および、三次元造形物の造形時間に関するモードを含む複数のモードの中から前記造形モードが指定されてもよい。このような形態であれば、造形精度や造形時間に応じた造形モードを選択できる。

（３）上記形態において、前記造形モードとして、三次元造形物を高精度に造形する高精度モード、または、三次元造形物を低速で造形する低速モードが指定された場合、前記造形モードとして標準モードが指定された場合と比較して、前記第３工程において、クリーニング回数、クリーニング時間、クリーニング強度、クリーニング対象ノズルの少なくともいずれかを異ならせてもよい。

（４）上記形態において、前記造形モードとして、前記高精度モードまたは前記低速モードが指定された場合、前記造形モードとして前記標準モードが指定された場合と比較して、（Ａ）クリーニング回数を多くすること、（Ｂ）クリーニング時間を長くすること、（Ｃ）クリーニング強度を高くすること、（Ｄ）クリーニング対象ノズルを増加させること、のうちの少なくともいずれかが行われてもよい。このような形態であれば、高精度モードや低速モードにおいて、ノズルの清浄度を高めることができる。

（５）上記形態において、前記（Ｂ）クリーニング時間を長くすることは、前記ノズルから造形材料を排出する時間を長くすること、または、前記ノズルをブラッシングする回数を増加させること、によって実現されてもよい。このような形態であれば、クリーニング時間を容易に長くすることができる。

（６）上記形態において、前記造形モードとして、三次元造形物を低精度に造形する低精度モード、または、三次元造形物を高速に造形する高速モードが指定された場合、前記造形モードとして標準モードが指定された場合と比較して、前記第３工程において、サポート材を吐出するノズルのクリーニング回数が少なくてもよい。サポート材による造形の精度は、三次元造形物の精度に与える影響が小さい。そのため、サポート材を吐出するノズルのクリーニング回数を少なくすることで高速な造形を行うことができる。

（７）上記形態において、前記第１工程において受け付けた造形モードに応じて、前記造形データにクリーニングコマンドを追加し、前記第３工程では、前記造形データ中の前記クリーニングコマンドに応じてクリーニングを制御してもよい。

（８）上記形態において、前記造形モードとして、三次元造形物を高精度に造形する高精度モード、または、三次元造形物を低速で造形する低速モードが指定された場合、前記造形モードとして標準モードが指定された場合と比較して、前記造形データに追加されるクリーニングコマンドの数が増えてもよく、または、前記造形データに対して前記標準モードで追加されるクリーニングコマンドよりも強力な強度のクリーニングコマンドが追加されてもよい。

（９）本開示の第２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、三次元造形物を造形するための造形データに基づいて、ノズルから造形材料を吐出させて前記三次元造形物を造形する造形処理部と、指定された造形モードに応じて、前記ノズルのクリーニングを制御するクリーニング制御部と、を備える。

（１０）本開示の第３の形態によれば、情報処理装置が提供される。この情報処理装置は、三次元造形物の造形モードの選択を受け付ける受付部と、前記三次元造形物を造形するための造形データに前記造形モードを付加、または、前記造形データに前記造形モードに応じたクリーニングコマンドを追加し、前記造形データを、前記造形モードに応じてノズルのクリーニングを制御する三次元造形装置に供給する制御部と、を備える。

５…三次元造形システム、１０…三次元造形装置、１１…情報処理装置、１２…ＣＰＵ、１３…メモリー、１４…記憶装置、１５…受付部、２０…材料収容部、２２…供給路、３０…可塑化機構、３１…スクリューケース、３２…駆動モーター、４０…材料搬送機構、４１…スクリュー、４２…溝形成面、４３…側面、４４…材料導入口、４５…スクリュー溝、４６…凸条部、４７…スクリュー中央部、５０…バレル、５２…スクリュー対向面、５４…案内溝、５６…連通孔、５８…ヒーター、６０…ノズル、６１…ノズル流路、６３…ノズル開口、６５…流入口、７０…流量調整部、７４…バルブ駆動部、８０…貫通孔、９０…加熱ブロック、９１…ケース部、９４…開口部、１００…吐出部、１１０…筐体、１１１…造形空間、２１０…駆動部、２１１…第１駆動部、２１２…第２駆動部、２２０…ステージ、２２１…造形面、２５０…クリーニング機構、２５１…ブラシ、２５２…ブレード、２５３…パージ部、２５４…第１傾斜面、２５５…第２傾斜面、２５６…第３傾斜面、２５８…固定具、２６０…パージ廃材容器、３００…制御部、３１０…ＣＰＵ、３１１…造形処理部、３１２…クリーニング制御部、３２０…メモリー

Claims (9)

1. 三次元造形物の造形モードの指定を受け付ける第１工程と、
   前記三次元造形物を造形するための造形データに基づいて、ノズルから造形材料を吐出して前記三次元造形物を造形する第２工程と、
   前記第１工程で受け付けた造形モードに応じて、前記ノズルのクリーニングを制御する第３工程と、
   を有する三次元造形物の製造方法。
2. 請求項１に記載の三次元造形物の製造方法であって、
   前記第１工程において、三次元造形物の造形精度に関するモード、および、三次元造形物の造形時間に関するモードを含む複数のモードの中から前記造形モードが指定される、
   三次元造形物の製造方法。
3. 請求項２に記載の三次元造形物の製造方法であって、
   前記造形モードとして、三次元造形物を高精度に造形する高精度モード、または、三次元造形物を低速で造形する低速モードが指定された場合、前記造形モードとして標準モードが指定された場合と比較して、前記第３工程において、クリーニング回数、クリーニング時間、クリーニング強度、クリーニング対象ノズルの少なくともいずれかを異ならせる、三次元造形物の製造方法。
4. 請求項３に記載の三次元造形物の製造方法であって、
   前記造形モードとして、前記高精度モードまたは前記低速モードが指定された場合、前記造形モードとして前記標準モードが指定された場合と比較して、（１）クリーニング回数を多くすること、（２）クリーニング時間を長くすること、（３）クリーニング強度を高くすること、（４）クリーニング対象ノズルを増加させること、のうちの少なくともいずれかが行われる、三次元造形物の製造方法。
5. 請求項４に記載の三次元造形物の製造方法であって、
   前記（２）クリーニング時間を長くすることは、前記ノズルから造形材料を排出する時間を長くすること、または、前記ノズルをブラッシングする回数を増加させること、によって実現される、三次元造形物の製造方法。
6. 請求項２に記載の三次元造形物の製造方法であって、
   前記造形モードとして、三次元造形物を低精度に造形する低精度モード、または、三次元造形物を高速に造形する高速モードが指定された場合、前記造形モードとして標準モードが指定された場合と比較して、前記第３工程において、サポート材を吐出するノズルのクリーニング回数が少ない、三次元造形物の製造方法。
7. 請求項１から６までのいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法であって、
   前記第１工程において受け付けた造形モードに応じて、前記造形データにクリーニングコマンドを追加し、前記第３工程では、前記造形データ中の前記クリーニングコマンドに応じてクリーニングを制御する、三次元造形物の製造方法。
8. 請求項７に記載の三次元造形物の製造方法であって、
   前記造形モードとして、三次元造形物を高精度に造形する高精度モード、または、三次元造形物を低速で造形する低速モードが指定された場合、前記造形モードとして標準モードが指定された場合と比較して、前記造形データに追加されるクリーニングコマンドの数が増える、または、前記造形データに対して前記標準モードで追加されるクリーニングコマンドよりも強力な強度のクリーニングコマンドが追加される、三次元造形物の製造方法。
9. 三次元造形物を造形するための造形データに基づいて、ノズルから造形材料を吐出させて前記三次元造形物を造形する造形処理部と、
   指定された造形モードに応じて、前記ノズルのクリーニングを制御するクリーニング制御部と、
   を備える三次元造形装置。

Images