JP2023182086A - 三次元造形装置、および、三次元造形物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元造形装置において、プランジャーを移動させるためのスペースの不足により所望のプランジャー操作を行えないことを抑制する。【解決手段】三次元造形装置は、ノズル開口から造形材料をステージに向けて吐出するノズルとステージとの相対的な位置を変化させる位置変更部と、流路の開口面積を変更することで吐出量を調整する吐出量調整部と、吐出量調整部とノズル開口との間の流路に接続された分岐流路と、分岐流路内を移動するプランジャーとを有する圧力調整部と、位置変更部、吐出量調整部及び圧力調整部を制御する制御部とを備える。制御部は、一の連続する線状の部分造形物を造形する場合に、プランジャーを移動させることで造形材料を分岐流路内に吸引する操作と吸引した造形材料を流路に送出する操作とを実行し、部分造形物の造形区間の開始端と終了端とでプランジャーの位置が一致するようにプランジャーの移動を制御する。【選択図】図１

Description

本開示は、三次元造形装置、および、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、流路に設けられたバタフライバルブ、および、流路に接続されたシリンダーとその内部に配置されたプランジャーとを有する吸引機構を備える装置が開示されている。特許文献１の装置では、プランジャーを流路から遠ざかるように引くことで流路内の材料をシリンダー内へ吸引し、プランジャーを流路に近付くように押すことでシリンダー内の材料を流路へと押し出すことができる。

特開２０２１－６２５６６号公報

特許文献１のようにプランジャーを備える装置では、プランジャーの操作によりプランジャーの分岐流路内における位置が変化するため、プランジャーを移動させるためのスペースの不足により、すぐに所望のプランジャー操作を行えない場合があった。例えば、連続してプランジャーを引いた後に更にプランジャーを引く場合、いったん造形を中断し、プランジャーを押して材料を外部に排出する等して、シリンダー内でプランジャーを更に引くためのスペースを確保することを要した。

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、ノズル開口を有し、前記ノズル開口から造形材料をステージに向けて吐出するノズルと、前記ノズルと前記ステージとの相対的な位置を変化させる位置変更部と、前記ノズル開口に連通し、前記造形材料が流れる流路に設けられ、前記流路の開口面積を変更することによって、前記ノズル開口からの前記造形材料の吐出量を調整する吐出量調整部と、前記吐出量調整部と前記ノズル開口との間の前記流路に接続された分岐流路と、前記分岐流路内を移動するプランジャーと、を有する圧力調整部と、前記位置変更部、前記吐出量調整部および前記圧力調整部を制御する制御部と、を備える。前記制御部は、一の連続する線状の部分造形物を造形する場合に、前記プランジャーを移動させることで、前記流路内の前記造形材料を前記分岐流路内に吸引する操作と、前記分岐流路内に吸引した前記造形材料を前記流路に送出する操作と、を実行し、前記部分造形物を造形するための造形区間の開始端と終了端とで、前記プランジャーの前記分岐流路内における位置が一致するように、前記プランジャーの移動を制御する。

本開示の第２の形態によれば、ノズル開口を有し、前記ノズル開口から造形材料をステージに向けて吐出するノズルと、前記ノズルと前記ステージとの相対的な位置を変化させる位置変更部と、前記ノズル開口に連通し、前記造形材料が流れる流路に設けられ、前記流路の開口面積を変更することによって、前記ノズル開口からの前記造形材料の吐出量を調整する吐出量調整部と、前記吐出量調整部と前記ノズル開口との間の前記流路に接続された分岐流路と、前記分岐流路内を移動するプランジャーと、を有する圧力調整部と、を備える、三次元造形装置におけ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、一の連続する線状の部分造形物を造形する場合に、前記プランジャーを移動させることで、前記流路内の前記造形材料を前記分岐流路内に吸引する工程と、前記分岐流路内に吸引した前記造形材料を前記流路に送出する工程と、を備え、前記部分造形物を造形するための造形区間の開始端と終了端とで、前記プランジャーの前記分岐流路内における位置が一致するように、前記プランジャーを移動させる。

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説明図。 スクリューの概略構成を示す斜視図。 バレルを示す概略平面図。 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。 三次元造形処理のフローチャート。 部分造形物の例を示す説明図。 走査速度、流路の開度、および、プランジャーの位置の変化を説明する図。 第２実施形態における流路の開度の変化を説明する図。

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装置１００の概略構成を示す説明図である。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。以下では、＋Ｚ方向のことを「上」、－Ｚ方向のことを「下」ともいう。

三次元造形装置１００は、三次元造形装置１００を制御する制御部１０１と、造形材料を生成して吐出する吐出部２００と、三次元造形物の基台となる造形用のステージ２１０と、造形材料の吐出位置を制御する位置変更部２３０とを備える。

吐出部２００は、制御部１０１の制御下において、固体状態の材料を溶融させてペースト状にした造形材料をステージ２１０上に吐出する。吐出部２００は、造形材料に転化される前の材料の供給源である材料供給部２０と、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部３０と、生成された造形材料が流れる流路６９と、流路６９に連通し造形材料を吐出するノズル６１と、流路６９に設けられた吐出量調整部７０と、流路６９に設けられた圧力調整部７５とを備える。流路６９は、後述するノズル６１のノズル開口６２に連通している。

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。

可塑化部３０は、スクリューケース３１と、駆動モーター３２と、スクリュー４０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する。そして、可塑化部３０は、生成した造形材料をノズル６１に供給する。「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。本実施形態におけるスクリュー４０は、フラットスクリューや、スクロールと呼ばれることもある。

図２は、スクリュー４０の概略構成を示す斜視図である。図３は、バレル５０を示す概略平面図である。スクリュー４０は、その中心軸ＲＸに沿った方向である軸線方向における長さが軸線方向に直交する方向における長さよりも小さい略円柱状を有する。スクリュー４０は、その回転中心となる中心軸ＲＸがＺ方向に平行になるように配置される。

図１に示すように、スクリュー４０は、スクリューケース３１内に収納されている。スクリュー４０の上面４１側は駆動モーター３２に連結されており、スクリュー４０は、駆動モーター３２が発生させる回転駆動力によって、スクリューケース３１内で回転する。駆動モーター３２は、制御部１０１の制御下において駆動する。なお、スクリュー４０は、減速機を介して駆動モーター３２によって駆動されてもよい。

図２に示すように、スクリュー下面４２には、渦状の溝部４５が形成されている。上述した材料供給部２０の供給路２２は、スクリュー４０の側面４３から、溝部４５に連通する。溝部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に示すように、本実施形態では、溝部４５は、凸条部４６によって隔てられて３本分形成されている。なお、溝部４５の数は、３本に限られず、１本でもよいし、２本以上であってもよい。溝部４５は、渦状に限らず、螺旋状あるいはインボリュート曲線状であってもよいし、中央部４７から外周に向かって弧を描くように延びる形状であってもよい。

図１に示すように、バレル５０は、スクリュー４０の下方に配置されている。バレル上面５２は、スクリュー下面４２に面しており、スクリュー下面４２の溝部４５と、バレル上面５２との間には空間が形成される。バレル５０には、スクリュー４０の中心軸ＲＸ上に、後述するノズル６１に連通する連通孔５６が設けられている。本実施形態では、連通孔５６は、上述した流路６９の一部を形成している。バレル５０には、スクリュー４０の溝部４５に対向する位置にヒーター５８が内蔵されている。ヒーター５８の温度は、制御部１０１によって制御される。

スクリュー４０の溝部４５内に供給された材料は、溝部４５内において溶融されながら、スクリュー４０の回転によって溝部４５に沿って流動し、造形材料としてスクリュー４０の中央部４７へと導かれる。中央部４７に流入した流動性を発現しているペースト状の造形材料は、連通孔５６を介してノズル６１に供給される。なお、造形材料では、造形材料を構成する全ての種類の物質が溶融していなくてもよい。造形材料は、造形材料を構成する物質のうちの少なくとも一部の種類の物質が溶融することによって、全体として流動性を有する状態に転化されていればよい。

図１に示すように、ノズル６１は、ノズル流路６５と、ノズル開口６２が設けられた先端面６３とを備えている。ノズル流路６５は、ノズル６１内に形成された造形材料の流路であり、上述した流路６９の一部を形成している。先端面６３は、ノズル６１の、造形面２１１に向かって－Ｚ方向に突出した先端部分を構成する面である。ノズル開口６２は、ノズル流路６５の大気に連通する側の端部、つまり、先端面６３側の端部に設けられた、ノズル流路６５の流路断面が縮小された部分である。可塑化部３０によって生成された造形材料は、流路６９を介して、ノズル開口６２から吐出される。ノズル６１の周囲には、ステージ２１０上に吐出された造形材料の温度低下を抑制するヒーターが配置されてもよい。

吐出量調整部７０は、流路６９の開口面積を変更することによって、吐出量を調整する。本実施形態における吐出量調整部７０は、バタフライバルブによって構成されており、ノズル流路６５に設けられている。吐出量調整部７０は、ノズル流路６５内で回転することによりノズル流路６５の開度を変化させる。吐出量調整部７０は、制御部１０１による制御下において、第１駆動部７４によって駆動される。第１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１０１は、第１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、流路６９を流れる造形材料の量を調整する。これにより、可塑化部３０からノズル６１に流れる造形材料の流量を調整でき、吐出量を調整できる。吐出量調整部７０は、造形材料の流量を調整するとともに、造形材料の流出のオン／オフを制御する。

圧力調整部７５は、分岐流路７６と、プランジャー７７と、第２駆動部７８とを有している。分岐流路７６は、吐出量調整部７０とノズル開口６２との間の流路６９に、つまり、流路６９のうち吐出量調整部７０とノズル開口６２との間の部分に接続されている。本実施形態では、分岐流路７６は、ノズル流路６５に接続されたシリンダーによって形成され、ノズル流路６５との接続部分から－Ｘ方向に延びている。プランジャー７７は、分岐流路７６内を移動する。より詳細には、プランジャー７７は、制御部１０１による制御下において、第２駆動部７８によって駆動される。第２駆動部７８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７７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。

制御部１０１は、後述する部分造形物を造形する場合に、圧力調整部７５を制御してプランジャー７７を分岐流路７６内で移動させることによって、吸引操作と送出操作とを実行する。吸引操作とは、流路６９内の造形材料を分岐流路７６内に吸引する操作のことを指す。送出操作とは、分岐流路７６内に吸引した造形材料を流路６９に送出する操作のことを指す。本実施形態では、制御部１０１は、吸引操作において、プランジャー７７をノズル流路６５から遠ざかる方向へと後退させ、送出操作において、プランジャー７７をノズル流路６５へと近付く方向に前進させる。

吸引操作が行われた場合、ノズル流路６５内の造形材料が圧力調整部７５へと吸引されるため、ノズル流路６５内の圧力は減少する。送出操作が行われた場合、圧力調整部７５からノズル流路６５へと造形材料が排出されるため、ノズル流路６５内の圧力は増加する。このように、圧力調整部７５は、流路６９内の圧力を調整する。

なお、吸引操作を実行して流路６９内の圧力を減少させることにより、造形材料がノズル開口６２から糸を引くように垂れる尾引き現象を抑制することも可能である。この場合、制御部１０１は、吐出量調整部７０によってノズル流路６５の開度をゼロとした後に吸引操作を実行することで、尾引き現象をより効果的に抑制できる。また、送出操作を実行して流路６９内の圧力を増加させることにより、ノズル開口６２からの造形材料の送出の応答性を高めることも可能である。この場合、制御部１０１は、吐出量調整部７０によってノズル流路６５の開度をゼロより大きくする前に送出操作を実行することで、造形材料の送出の応答性をより高めることができる。

ステージ２１０は、ノズル６１に対向する位置に配置されている。三次元造形装置１００は、ノズル開口６２からステージ２１０の造形面２１１に向けて造形材料を吐出させて層を積層することによって三次元造形物を造形する。造形面２１１および造形面２１１よりも上方の領域のうち、三次元造形物が造形される領域のことを、造形領域とも呼ぶ。

位置変更部２３０は、ノズル６１とステージ２１０との相対的な位置を変更する。本実施形態では、位置変更部２３０は、ノズル６１に対してステージ２１０を移動させる。なお、ステージ２１０に対するノズル６１の相対的な位置の変化を、単に、ノズル６１の移動や走査と呼ぶこともある。本実施形態では、例えば、ステージ２１０を＋Ｘ方向に移動させたことを、ノズル６１を－Ｘ方向に移動させたと言い換えることもできる。また、ステージ２１０に対するノズル６１の相対的な移動速度のことを、ノズル６１の相対移動速度とも呼ぶ。また、ノズル６１の相対移動速度のことを、単に、ノズル６１の移動速度や走査速度とも呼ぶ。本実施形態における位置変更部２３０は、３つのモーターの駆動力によって、ステージ２１０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１０１の制御下にて駆動する。なお、位置変更部２３０は、ステージ２１０を移動させる構成ではなく、ステージ２１０を移動させずにノズル６１を移動させる構成であってもよい。また、位置変更部２３０は、ステージ２１０とノズル６１との両方を移動させる構成であってもよい。

制御部１０１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イス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１０１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が実行することによって、三次元造形物を造形するための三次元造形処理を実行する機能等の種々の機能を発揮する。なお、制御部１０１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。

制御部１０１は、三次元造形処理において、造形データに従って吐出部２００と位置変更部２３０とを制御して、造形面２１１上の造形領域に造形物を造形する。造形データには、ノズル６１のステージ２１０に対する相対的な移動の移動経路を表す造形パスデータと、造形パスデータに関連付けられた吐出量を表す吐出量データとが含まれる。吐出量とは、ノズル開口６２から吐出される造形材料の量のことを指す。

図４は、三次元造形装置１００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１００では、上述したように、可塑化部３０において、回転しているスクリュー４０の溝部４５に供給された固体状態の材料が溶融されて造形材料ＭＭが生成される。制御部１０１は、ステージ２１０の造形面２１１とノズル６１との距離を保持したまま、ステージ２１０の造形面２１１に沿った方向に、ステージ２１０に対するノズル６１の位置を変えながら、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、ノズル６１の移動方向に連続して堆積されていく。こうしたノズル６１による走査によって、ノズル６１の走査経路に沿って線状に延びる造形部位が造形される。このように、三次元造形物のうち、一の連続する線状の造形部位のことを部分造形物Ｏｐとも呼ぶ。

制御部１０１は、上記のノズル６１による走査を繰り返して層ＭＬを形成する。制御部１０１は、１つの層ＭＬを形成した後、ステージ２１０に対するノズル６１の位置を、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、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。制御部１０１は、造形材料の層を積層する際、ノズル６１と吐出目標との間の距離を保持したまま、ノズル６１から造形材料を吐出させる。吐出目標は、造形面２１１上に造形材料を吐出する場合は造形面２１１であり、既に吐出された造形材料上に造形材料を吐出する場合は、既に吐出された造形材料の上面である。ノズル６１と吐出目標との間の距離のことを、ギャップＧｐと呼ぶこともある。

上述した部分造形物Ｏｐの幅のことを線幅とも呼び、部分造形物Ｏｐの高さのことを積層ピッチとも呼ぶ。線幅および積層ピッチは、上述したギャップＧｐの大きさと、単位移動量あたりにノズル６１から吐出される造形材料の量とによって定まる。例えば、ギャップＧｐが小さい場合、ギャップＧｐが大きい場合と比較して、ノズル６１から吐出された造形材料がノズル６１によってより吐出目標に押しつけられるため、積層ピッチが小さく、かつ、線幅が大きくなる。単位移動量あたりにノズル６１から吐出される造形材料の量は、ノズル６１の移動速度と、単位時間あたりにノズル６１から吐出される造形材料の量とによって定まる。単位時間あたりにノズル６１から吐出される造形材料の量は、例えば、ノズル開口６２の大きさや、流路６９内を流れる造形材料の流量、流路６９内の圧力等によって定まる。

図５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のフローチャートである。まず、ステップＳ１１０にて、制御部１０１は、外部のコンピューターや記録媒体などから三次元造形物の形状を表す形状データを取得する。制御部１０１は、例えば、ネットワークや記録媒体を通じて、外部から三次元ＣＡＤデータなどの形状データを取得する。

次に、ステップＳ１２０にて、制御部１０１は、ステップＳ１１０で取得した三次元データに基づいて、その三次元データに表された三次元造形物を造形するための造形データを生成する。より詳細には、制御部１０１は、ステップＳ１２０において、上述した造形パスデータと吐出量データとを生成する。なお、他の実施形態では、制御部１０１は、ステップＳ１１０およびステップＳ１２０を実行して造形データを生成するのに代えて、例えば、造形データを、ネットワークや記録媒体を通じて外部から取得してもよい。

ステップＳ１３０にて、制御部１０１は、移動速度データおよび吐出制御パラメーターを決定する。移動速度データは、造形パスデータに含まれる各移動経路におけるノズル６１の移動速度を表す。吐出制御パラメーターとは、各移動経路における、吐出量調整部７０および圧力調整部７５を制御するためのパラメーターを表す。吐出制御パラメーターの詳細については後述する。ステップＳ１３０において決定される移動速度データや吐出制御パラメーターは、造形データに含まれてもよいし、造形データとは別のデータとして生成されてもよい。

次に、ステップＳ１４０にて、制御部１０１は、ステップＳ１２０で生成された造形データ、並びに、ステップＳ１３０で生成された移動速度データおよび吐出制御パラメーターに基づいて、吐出部２００および位置変更部２３０を制御して、三次元造形物の１層を造形する。より詳細には、制御部１０１は、ステップＳ１４０において、三次元造形物の１層を構成する１又は複数の部分造形物を、造形面２１１上の造形領域に造形する。ステップＳ１５０にて、制御部１０１は、三次元造形物の全層の造形が完了したか否かを判定する。制御部１０１は、三次元造形物の全層分の造形が完了していないと判断した場合、ステップＳ１４０に処理を戻し、次の層の造形を実行する。制御部１０１は、全層の造形が完了したと判定した場合、三次元造形処理を終了させる。

図６は、本実施形態における部分造形物の例を示す説明図である。図６には、三次元造形物のある一層を形成する部分造形物の例として、第１部分造形物Ｏｐ１と、第２部分造形物Ｏｐ２とが模式的に示されている。また、図６には、部分造形物を造形するための造形区間として、第１部分造形物Ｏｐ１を造形するための造形区間である第１造形区間Ｍｓ１と、第２部分造形物Ｏｐ２を造形するための造形区間である第２造形区間Ｍｓ２とが示されている。第１造形区間Ｍｓ１は、造形パスデータに含まれる移動経路のうち、第１部分造形物Ｏｐ１を造形するための移動経路によって表される。第２造形区間Ｍｓ２は、造形パスデータに含まれる移動経路のうち、第２部分造形物Ｏｐ２を造形するための移動経路によって表される。なお、図６では、ノズル６１の移動経路のうち、ノズル６１が造形材料を吐出しながら移動する移動経路が実線によって示され、ノズル６１が造形材料を吐出せずに移動する移動経路が破線によって示されている。

図７は、部分造形物を造形する際のノズル６１の走査速度、流路６９の開度、および、プランジャー７７の位置の変化を説明する図である。図７は、図６に示した第１部分造形物Ｏｐ１と第２部分造形物Ｏｐ２とを造形する際の、走査速度、流路６９の開度、および、プランジャー７７の位置の時間に対する変化を示している。より詳細には、図７の上段には、横軸を時間とし、縦軸を走査速度とする模式的なグラフが示されている。なお、図７の上段では、各造形区間同士の間の区間、つまり、ノズル６１が造形材料を吐出せずに移動する区間における走査速度の遷移は、省略されている。図７の中段には、同様に横軸を時間とし、縦軸を流路６９の開度とするグラフが示されている。図７の下段には、同様に横軸を時間とし、縦軸をプランジャー位置とするグラフが示されている。図７の下段におけるプランジャー位置は、図１に示したプランジャー７７の＋Ｘ方向側の端面７９の、Ｘ方向における位置座標を表している。本実施形態において、プランジャー位置がゼロである場合、端面７９は、端面７９の移動可能範囲の中間地点に位置する。つまり、端面７９が中間地点よりも流路６９側に位置している場合、図７に示したプランジャー位置は、正の値をとる。端面７９が中間地点よりも流路６９と反対側に位置している場合、図７に示したプランジャー位置は、負の値をとる。従って、図７に示したプランジャー位置の値が大きいほど、プランジャー７７は、流路６９の近くに位置する。

ノズル開口６２は、図７に示した時刻ｔ１～ｔ６のそれぞれにおいて、図６に示した地点Ｐ１～Ｐ６のそれぞれに位置する。地点Ｐ１および地点Ｐ４は、それぞれ、第１造形区間Ｍｓ１の開始端Ｓｔ１および終了端Ｅｄ１に相当する。また、地点Ｐ５および地点Ｐ６は、それぞれ、第２造形区間Ｍｓ２の開始端Ｓｔ２および終了端Ｅｄ２に相当する。

本実施形態では、図６および図７に示した第１造形区間Ｍｓ１は、３つの指定区間を有している。指定区間とは、造形区間のうち、一定の移動速度でのステージ２１０に対するノズル６１の相対的な移動を指示される区間のことを指す。より詳細には、第１造形区間Ｍｓ１は、指定区間として、第１指定区間Ｓｃ１と、第２指定区間Ｓｃ２と、第３指定区間Ｓｃ３とを有している。第１指定区間Ｓｃ１～第３指定区間Ｓｃ３は、それぞれ、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの区間、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの区間、時刻ｔ３から時刻ｔｓ４までの区間に相当する。第１指定区間Ｓｃ１および第３指定区間Ｓｃ３では、第１走査速度ｖ１でのノズル６１の走査が指示される。第２指定区間Ｓｃ２では、第２走査速度ｖ２でのノズル６１の走査が指示される。第１走査速度ｖ１および第２走査速度ｖ２は、ノズル６１のステージ２１０に対する相対移動の速度の大きさを表す。第２走査速度ｖ２は、第１走査速度ｖ１よりも遅い。

本実施形態では、第１造形区間Ｍｓ１は、２つの加速区間と、２つの減速区間とを有している。加速区間とは、造形区間のうち、ノズル６１の走査速度が加速される区間のことを指す。減速区間とは、造形区間のうち、ノズル６１の走査速度が減速される区間のことを指す。より詳細には、第１造形区間Ｍｓ１は、加速区間として、第１加速区間Ａｓ１と、第２加速区間Ａｓ２とを有している。第１加速区間Ａｓ１では、ノズル６１の走査速度がゼロから第１走査速度ｖ１へと加速される。本実施形態では、第１加速区間Ａｓ１は、第１指定区間Ｓｃ１に含まれている。第１加速区間Ａｓ１の開始端は、第１指定区間Ｓｃ１の開始端、および、第１造形区間Ｍｓ１の開始端Ｓｔ１に相当する。第２加速区間Ａｓ２では、走査速度が第２走査速度ｖ２から第１走査速度ｖ１へと加速される。第２加速区間Ａｓ２は、第３指定区間Ｓｃ３に含まれている。

第１造形区間Ｍｓ１は、減速区間として、第１減速区間Ｄｓ１と、第２減速区間Ｄｓ２とを有している。第１減速区間Ｄｓ１では、ノズル６１の走査速度が第１走査速度ｖ１から第２走査速度ｖ２へと減速される。本実施形態では、第１減速区間Ｄｓ１は、第２指定区間Ｓｃ２に含まれている。第２減速区間Ｄｓ２では、ノズル６１の走査速度が第１走査速度ｖ１からゼロへと減速される。本実施形態では、第２減速区間Ｄｓ２は、第３指定区間Ｓｃ３に含まれている。第２減速区間Ｄｓ２の終了端は、第３指定区間Ｓｃ３の終了端、および、第１造形区間Ｍｓ１の終了端Ｅｄ１に相当する。

同様に、第２造形区間Ｍｓ２は、指定区間として、第４指定区間Ｓｃ４を有している。第４指定区間Ｓｃ４は、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの区間に相当する。第４指定区間Ｓｃ４では、第２走査速度ｖ２でのノズル６１の走査が指示される。また、第２造形区間Ｍｓ２は、加速区間として第３加速区間Ａｓ３を有し、減速区間として第３減速区間Ｄｓ３を有している。第３加速区間Ａｓ３および第３減速区間Ｄｓ３は、第４指定区間Ｓｃ４に含まれている。第３加速区間Ａｓ３では、ノズル６１の走査速度が、ゼロから第２走査速度ｖ２へと加速される。本実施形態では、第３加速区間Ａｓ３の開始端は、第４指定区間Ｓｃ４の開始端および第２造形区間Ｍｓ２の開始端に相当する。第３減速区間Ｄｓ３では、走査速度が、第２走査速度ｖ２からゼロへと減速される。第３減速区間Ｄｓ３の終了端は、第３指定区間Ｓｃ３の終了端および第２造形区間Ｍｓ２の終了端Ｅｄ２に相当する。

本実施形態では、制御部１０１は、指定区間において、第１操作と、第２操作と、第３操作とのうち、少なくともいずれかを実行する。第１操作とは、圧力調整部７５を制御せず、かつ、吐出量調整部７０によって流路６９を開口させた状態で造形材料をノズル開口６２から吐出する操作のことを指す。第２操作とは、吐出量調整部７０によって流路６９を開口させた状態で、圧力調整部７５を制御して送出操作を実行することで、造形材料をノズル開口６２から吐出する操作のことを指す。第３操作とは、吐出量調整部７０によって流路６９を閉じた状態で、圧力調整部７５を制御して送出操作を実行することで、造形材料をノズル開口６２から吐出する操作のことを指す。

図７に示すように、本実施形態では、制御部１０１は、加速区間に対応して上述した第２操作を実行し、減速区間に対応して第４操作を実行する。第４操作とは、吐出量調整部７０によって流路６９を開口させた状態で吸引操作を実行する操作のことを指す。また制御部１０１は、各指定区間のうち、第２操作および第４操作を実行する区間を除く区間において、第１操作を実行する。従って、本実施形態では、第１指定区間Ｓｃ１では、第１加速区間Ａｓ１において第２操作が実行された後に、第１操作が実行される。第２指定区間Ｓｃ２では、第１減速区間Ｄｓ１において第４操作が実行された後に、第１操作が実行される。第３指定区間Ｓｃ３では、第２加速区間Ａｓ２において第２操作が実行された後に、第１操作が実行され、その後、第２減速区間Ｄｓ２において第４操作が実行される。第４指定区間Ｓｃ４では、第３加速区間Ａｓ３において第２操作が実行された後に、第１操作が実行され、その後、第３減速区間Ｄｓ３において第４操作が実行される。このように、本実施形態では、第２操作は、第１操作の前に実行される。

本実施形態では、制御部１０１は、図７に示すように、第１操作において、流路６９を開いた状態でその開度を一定とし、かつ、プランジャー７７の位置を変更することなく、ノズル開口６２から造形材料を吐出させる。制御部１０１は、第２操作において、つまり、加速区間において、吐出量調整部７０を制御して流路６９の開度を徐々に大きくするとともに、圧力調整部７５を制御してプランジャー７７を徐々に流路６９に近付くように前進させる。本実施形態では、制御部１０１は、吐出量調整部７０を制御することによって、第２操作における開口面積を、第１操作における開口面積よりも小さくする。第１操作や第２操作における開口面積とは、その操作が開始されてから終了されるまでの間における、開口面積の時間平均値のことを指す。また、制御部１０１は、第４操作において、つまり、減速区間において、吐出量調整部７０を制御して流路６９の開度を徐々に小さくするとともに、圧力調整部７５を制御してプランジャー７７を徐々に流路６９から遠ざかるように後退させる。

制御部１０１は、ステップＳ１３０において、造形区間の開始端と終了端とで、プランジャー７７の分岐流路７６内における位置が一致するように、プランジャー７７の移動を制御する。本実施形態では、制御部１０１は、このような開始端と終了端とにおけるプランジャー７７の位置の制御を、ある造形区間における各加速区間に対応するプランジャー７７の移動によるプランジャー７７の変位の総和と、各減速区間に対応するプランジャー７７の移動によるプランジャー７７の変位の総和とを制御することによって実現する。より詳細には、制御部１０１は、ある造形区間における各加速区間に対応するプランジャー７７の移動によるプランジャー７７の変位の総和と、各減速区間に対応するプランジャー７７の移動によるプランジャー７７の変位の総和とが相殺するようにプランジャー７７の移動を制御する。プランジャー７７の変位は、ベクトル量として表され、プランジャー７７が流路６９に近付くように移動した場合、正の値をとり、プランジャー７７が流路６９から遠ざかるように移動した場合、負の値をとる。本実施形態では、制御部１０１は、各加速区間に対応して、送出操作と吸引操作とのうち送出操作のみを実行し、各減速区間に対応して、送出操作と吸引操作とのうち吸引操作のみを実行する。従って、本実施形態では、各加速区間に対応するプランジャー７７の変位の総和と各減速区間に対応するプランジャー７７の変位の総和とを相殺させることは、各加速区間に対応するプランジャー７７の移動量の総和と各減速区間に対応するプランジャー７７の移動量の総和とを一致させることと同義である。

なお、制御部１０１は、造形区間の開始端と終了端とでプランジャー７７の位置が一致するようにプランジャー７７の移動を制御する場合に、造形区間の開始端と終了端とでプランジャー７７の位置を完全に一致させることを要しない。より詳細には、ある造形区間の開始端と終了端とにおけるプランジャー７７の位置の差が、プランジャー７７の分岐流路７６内における可動距離の２０％以下である場合、その造形区間の開始端と終了端とでプランジャー７７の位置が一致していると解釈できる。なお、造形区間の開始端と終了端とにおけるプランジャー７７の位置の差は、１０％以下であるとより好ましく、５％以下であると更に好ましい。

本実施形態では、制御部１０１は、ステップＳ１３０において、第１区間に対応するプランジャー７７の移動量と、第２区間におけるプランジャー７７の移動量とが一致するように、プランジャー７７の移動を制御する。第１区間とは、走査速度が第１速度から第１速度よりも速い第２速度へと加速される区間のことを指す。制御部１０１は、第１区間に対応して、吸引操作と送出操作とのいずれか一方を実行する。第２区間とは、走査速度が第２速度から第１速度へと減速される区間のことを指す。制御部１０１は、第２区間に対応して、吸引操作と送出操作とのうち第１区間において実行される操作とは異なるいずれか他方の操作を実行する。つまり、制御部１０１は、第１区間に対応して吸引操作が実行される場合、第２区間に対応して送出操作を実行し、第１区間に対応して送出操作が実行される場合、第２区間に対応して吸引操作を実行する。

例えば、図７の例において、第１加速区間Ａｓ１を第１区間とした場合、第２減速区間Ｄｓ２が第２区間に相当する。この場合、走査速度ゼロが第１速度に相当し、第１走査速度ｖ１が第２速度に相当する。制御部１０１は、第１区間である第１加速区間Ａｓ１で実行される送出操作におけるプランジャー７７の＋Ｘ方向への移動量と、第２区間である第２減速区間Ｄｓ２で実行される吸引操作におけるプランジャー７７の－Ｘ方向への移動量とが一致するように、プランジャー７７の移動を制御する。これにより、第１加速区間Ａｓ１の開始端と、第２減速区間Ｄｓ２の終了端とでプランジャー７７の位置が一致する。また、例えば、第２加速区間Ａｓ２を第１区間とした場合、第１減速区間Ｄｓ１が第２区間に相当する。この場合、第２走査速度ｖ２が第１速度に相当し、第１走査速度ｖ１が第２速度に相当する。そして、第１区間である第２加速区間Ａｓ２で実行される送出操作におけるプランジャー７７の＋Ｘ方向への移動量と、第２区間である第１減速区間Ｄｓ１におけるプランジャー７７の－Ｘ方向への移動量とが一致するようにプランジャー７７の移動が制御される。これにより、第１減速区間Ｄｓ１の開始端と、第２加速区間Ａｓ２の終了端とでプランジャー７７の位置が一致する。このように、制御部１０１は、第１区間と第２区間とで、走査速度を互いに逆に変化させ、第１区間と第２区間とのそれぞれに対応してプランジャー７７を互いに逆に同じ移動量だけ移動させるとも言える。なお、上記と同様に、第３加速区間Ａｓ３を第１区間とした場合、第３減速区間Ｄｓ３が第２区間に相当する。

なお、本実施形態では、「ある区間に対応するプランジャー７７の移動」は、その区間内におけるプランジャー７７の移動に相当する。他の実施形態では、「ある区間に対応するプランジャー７７の移動」は、その区間外におけるプランジャー７７の移動を含んでいてもよい。例えば、第１区間に対応するプランジャー７７の移動は、第１区間より前に開始されて第１区間の途中や第１区間よりも後に完了される移動であってもよいし、第１区間の途中で開始されて第１区間よりも後に完了される移動であってもよい。

本実施形態では、制御部１０１は、各造形区間において、略一定の線幅が実現されるように、上述した吐出制御パラメーターを決定して、吐出量調整部７０および圧力調整部７５を制御する。制御部１０１は、吐出制御パラメーターとして、吐出量調整部７０による流路６９の開度や開度の調整速度や調整タイミング、および、プランジャー７７の移動量や移動タイミング、移動速度を決定する。例えば、制御部１０１は、吐出量調整部７０によって流路６９の開度をより大きくすることで、吐出量をより大きくでき、線幅をより大きくできる。また、制御部１０１は、加速区間では、流路６９の開度を大きくし始めるタイミングを早めることや、その調整速度を大きくすること、つまり、単位時間あたりの開度の変化量を大きくすることによって、吐出量をより大きくでき、線幅をより大きくできる。制御部１０１は、減速区間では、流路６９の開度を小さくし始めるタイミングを遅くすることや、その調整速度小さくすること、つまり、単位時間あたりの開度の変化量を小さくすることによって、吐出量をより大きくでき、線幅をより大きくできる。また、制御部１０１は、送出操作や吸引操作において、プランジャー７７の移動量や、プランジャー７７の制御タイミング、プランジャー７７の移動速度を制御することによって、吐出量を調整でき、線幅を調整できる。加速区間や減速区間における、吐出量調整部７０による流路６９の開度の調整量や、調整速度、調整タイミング、および、プランジャー７７の移動量や移動タイミング、移動速度は、例えば、造形材料の種類や、線幅、ヒーター５８の設定温度、スクリュー４０の回転数等に応じて決定されてもよい。

本実施形態では、制御部１０１は、上述したステップＳ１３０において吐出制御パラメーターを決定する際に、第２区間を設定した後に、その第２区間に対応する第１区間を設定する。例えば、制御部１０１は、第１造形区間Ｍｓ１における吐出制御パラメーターを決定する際、まず、図６および図７に示した第２減速区間Ｄｓ２を設定する。制御部１０１は、第２減速区間Ｄｓ２を設定する際、第２減速区間Ｄｓ２において一定の線幅が実現され、かつ、第１造形区間Ｍｓ１の終了端Ｅｄ１における尾引きが抑制されるように、第２減速区間Ｄｓ２における、吐出量調整部７０による開度の調整タイミング等、および、第２減速区間Ｄｓ２において実行される吸引操作におけるプランジャー７７の移動量を決定する。次に、制御部１０１は、第１加速区間Ａｓ１を設定する。制御部１０１は、第１加速区間Ａｓ１を設定する際、第２減速区間Ｄｓ２におけるプランジャー７７の移動量と一致するように、第１加速区間Ａｓ１において実行される送出操作におけるプランジャー７７の移動量を決定する。また、制御部１０１は、決定されたプランジャー７７の移動量に応じて、第１加速区間Ａｓ１において一定の線幅が実現されるように、吐出量調整部７０による開度の調整タイミングや調整速度等を決定する。例えば、図７の中段の例では、加速区間において、仮に送出操作が実行されなかった場合の理想的な開度の調整速度よりも、開度の調整速度が遅く調整された様子が示されている。なお、図７の中段の破線は、送出操作が実行されない場合の理想的な開度の変化を示している。上記と同様に、制御部１０１は、第１減速区間Ｄｓ１を設定した後に、第２加速区間Ａｓ２を設定し、第３減速区間Ｄｓ３を設定した後に、第３加速区間Ａｓ３を設定する。他の実施形態では、制御部１０１は、吐出制御パラメーターを決定する際に、第１区間を設定した後に、その第１区間に対応する第２区間を設定してもよい。

以上のように構成された本実施形態における三次元造形装置１００によれば、制御部１０１は、部分造形物を造形する場合にプランジャー７７を移動させることで吸引操作と送出操作とを実行し、部分造形物を造形するための造形区間の開始端と終了端とでプランジャー７７の位置が一致するように、プランジャー７７の移動を制御する。これに対して、ある造形区間の開始端と終了端とでプランジャー７７の位置が一致するようにプランジャー７７を制御しない場合、その造形区間において所望のプランジャー操作を実行できても、次以降の造形区間において直ちに所望のプランジャー操作を実行できない可能性がある。例えば、ある造形区間の終了端において、プランジャー７７が、その造形区間の開始端におけるプランジャー７７の位置よりも流路６９から遠くに位置する程、次の造形区間の開始端等において、プランジャー７７を移動させるスペースの不足により、直ちに吸引操作を実行できない可能性が高まる。吸引操作を実行するためのスペースが不足している場合、吸引操作を実行するためには、例えば、造形を一時的に中止した上で、ノズル６１を造形領域とは異なる領域に位置させた上で送出操作を実行し、プランジャー７７を移動させるためのスペースを確保することを要する。本実施形態では、造形区間の開始端と終了端とでプランジャー７７の位置が一致するようにプランジャー７７の移動を制御するので、造形を中断することなく、各造形区間においてプランジャー７７を移動させるためのスペースの不足を抑制でき、所望のプランジャー操作を実行できる可能性が高まる。

また、本実施形態では、制御部１０１は、各加速区間に対応するプランジャー７７の移動による変位の総和と、各減速区間に対応するプランジャー７７の移動による変位の総和とを制御することによって、部分造形物を造形するための造形区間の開始端と終了端とでプランジャー７７の位置を一致させる。そのため、簡易な方法によって、造形区間の開始端と終了端とでプランジャー７７の位置を一致させることができる。

また、本実施形態では、制御部１０１は、走査速度が第１速度から第２速度へと加速される第１区間に対応して吸引操作と送出操作とのいずれか一方を実行し、走査速度が第２速度から第１速度へと減速される第２区間に対応して吸引操作と送出操作とのいずれか他方を実行し、第１区間に対応するプランジャー７７の移動量と、第２区間に対応するプランジャー７７の移動量とが一致するように、プランジャー７７の移動を制御する。これにより、走査速度の変化の絶対量が同じ区間同士に対応するプランジャー７７の移動量がそれぞれ一致するようにプランジャー７７の移動を制御するので、より簡易に、各加速区間に対応するプランジャー７７の移動による変位の総和と、各減速区間に対応するプランジャー７７の移動による変位の総和とが相殺するように、プランジャー７７の移動を制御できる。そのため、より簡易に、造形区間の開始端と終了端とでプランジャー７７の位置を一致させることができる。

また、制御部１０１は、吐出量調整部７０を制御することによって、第２操作における流路６９の開口面積を、第１操作における開口面積よりも小さくする。これにより、例えば、第１操作と第２操作とで開口面積を同じにする場合や、第２操作における開口面積を第１操作における開口面積よりも大きくする場合と比較して、第２操作において実行される送出操作による流路６９の圧力の上昇に起因して吐出量が過剰となることを抑制できる。

また、本実施形態では、制御部１０１は、第１操作の前に第２操作を実行する。そのため、例えば、ノズル６１が一定の速度で移動している間に第１操作を実行し、その第１操作に先立ってノズル６１を減速または加速させる際に第２操作を実行することで、ノズル６１を減速または加速させる際の吐出量を精度良く制御できる。なお、他の実施形態では、制御部１０１は、第１操作の前に第３操作を実行してもよいし、第１操作の前に第２操作と第３操作とを実行してもよい。この場合にも、上記と同様に、例えば、ノズル６１を減速または加速させる際の吐出量を精度良く制御できる。

Ｂ．第２実施形態：
図８は、第２実施形態における流路６９の開度の変化を説明する図である。図８には、図７の中段と同様に、図６に示した部分造形物を造形する際の流路６９の開度の変化が示されている。本実施形態では、制御部１０１は、第１実施形態とは異なり、吐出量を増加させる場合に、吐出量調整部７０を制御することによって、流路６９の開口面積を段階的に大きくする操作を実行する。三次元造形装置１００の構成のうち、特に説明しない部分については、第１実施形態と同様である。

本実施形態では、制御部１０１は、加速区間に対応して吐出量を増加させる場合に、吐出量調整部７０を制御することによって、流路６９の開口面積を３段階で大きくする。例えば、制御部１０１は、図８に示すように、第１加速区間Ａｓ１では、流路６９の開度を、まずゼロから開度ａｐ１へと大きくし、次いで開度ａｐ１から開度ａｐ２へと大きくし、更に開度ａｐ２から開度ａｐ３へと大きくする。

以上で説明した第２実施形態によれば、制御部１０１は、吐出量を増加させる場合に、吐出量調整部７０を制御することによって、流路６９の開口面積を段階的に大きくする操作を実行する。これに対して、例えば、流路６９の開口面積を目標の開口面積まで一度に大きくした場合、流路６９における吐出量調整部７０よりも上流の部分と下流の部分とにおける圧力差により、上流の部分から下流の部分へと造形材料が一気に流れ出す場合がある。特に、流路６９の開度がゼロである状態で造形材料が生成された場合、流路６９の吐出量調整部７０よりも上流の部分における圧力が高まるため、この状態で流路６９の開度を一度に大きくした場合、吐出量調整部７０よりも上流の部分から下流の部分へと造形材料が一気に流れ出しやすい。本実施形態では、吐出量を増加させる場合に、流路６９の開口面積を段階的に大きくする操作を実行することで、このように、流路６９における吐出量調整部７０よりも上流の部分から下流の部分へと造形材料が一気に流れ出ることを抑制できる。そのため、吐出量をより精度良く制御できる。また、例えば、加速区間等において、吐出量を増加させながら吸引操作や送出操作を実行する場合、段階的に大きくなる流路６９の開口面積に応じてプランジャー７７の位置を段階的に変化させることで、吐出量をより緻密に制御できる可能性が高まる。

他の実施形態では、制御部１０１は、吐出量を増加させる場合に、例えば、流路６９の開口面積を２段階や、４段階以上で大きくしてもよい。また、吐出量を増加させる全ての場合において開口面積を段階的に大きくしなくてもよい。また、制御部１０１は、吐出量を増加させる場合において、開口面積を段階的に大きくするか否かや、開口面積を段階的に大きくする場合の段階数を、例えば、現在の開度または開口面積や、現在の開度または開口面積と目標の開度または開口面積との差、開口面積を大きくする制御を実行するタイミング等に基づいて決定してもよい。

Ｃ．他の実施形態：
（Ｃ－１）上記実施形態において、吐出量調整部７０は、ピストンが流路６９内に突出して流路６９の開口面積を変化させるプランジャーを用いた機構や、流路６９に交差する方向に移動して流路６９の開口面積を変化させるシャッターを用いた機構によって構成されてもよい。吐出量調整部７０は、上記実施形態のバタフライバルブや、上述のシャッター機構、プランジャー機構のうちの２つ以上を組み合わせて構成されてもよい。

（Ｃ－２）上記実施形態において、制御部１０１は、第１区間に対応するプランジャー７７の移動量と、第２区間に対応するプランジャー７７の移動量とが一致するように、プランジャー７７の移動を制御している。これに対して、制御部１０１は、このようにプランジャー７７の移動を制御しなくてもよい。例えば、制御部１０１は、第１区間に対応するプランジャー７７の移動量と第２区間に対応するプランジャー７７の移動量とを一致させずに、単に、各加速区間に対応するプランジャー７７の移動によるプランジャー７７の変位の総和と、各減速区間に対応するプランジャー７７の移動によるプランジャー７７の変位の総和とが相殺するようにプランジャー７７の移動を制御してもよい。

（Ｃ－３）上記実施形態では、制御部１０１は、各加速区間におけるプランジャー７７の移動による変位の総和と、各減速区間におけるプランジャー７７の移動による変位の総和とを制御することによって、造形区間の開始端と終了端とでプランジャー７７の位置を一致させているが、このようにプランジャー７７の移動を制御しなくてもよい。例えば、制御部１０１は、加速区間や減速区間において吸引操作や送出操作を実行した後に、ノズル６１の加速や減速を実行しない区間において、造形精度に影響を及ぼさない程度に少しずつプランジャー７７の位置を変化させるように吸引操作や送出操作を実行することによって、造形区間の開始端と終了端とでプランジャー７７の位置が一致するようにプランジャー７７の移動を制御してもよい。この場合、例えば、制御部１０１は、プランジャー７７を少しずつ移動させる区間において一定の線幅が実現されるように、吐出量調整部７０によって流路６９の開度を調整してもよい。

（Ｃ－４）上記実施形態では、制御部１０１は、指定区間において、第１操作と第２操作と第３操作とのうち少なくともいずれかを実行している。これに対して、制御部１０１は、ある指定区間において、例えば、第４操作を実行することによって、吸引操作を実行しながらノズル開口６２から造形材料を吐出させてもよい。

（Ｃ－５）上記実施形態では、制御部１０１は、第２操作における開口面積を第１操作における開口面積よりも小さくしている。これに対して、制御部１０１は、このように開口面積を制御しなくてもよく、例えば、第１操作と第２操作とにおいて開口面積を同じとし、かつ、第２操作におけるスクリュー４０の回転数を、第１操作におけるスクリュー４０の回転数よりも小さくしてもよい。

（Ｃ－６）上記実施形態では、スクリュー４０はフラットスクリューとして構成されている。これに対して、スクリュー４０は、フラットスクリューとして構成されていなくてもよく、インラインスクリューとして構成されていてもよい。

（Ｃ－７）上記実施形態では、材料供給部２０に供給される原材料として、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１００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。「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樹脂は、ガラス転移点が約１２０℃であり、ノズル６１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、原材料として可塑化部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２１０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。

材料供給部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、材料供給部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）或いはその他の熱可塑性樹脂。

Ｄ．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、ノズル開口を有し、前記ノズル開口から造形材料をステージに向けて吐出するノズルと、前記ノズルと前記ステージとの相対的な位置を変化させる位置変更部と、前記ノズル開口に連通し、前記造形材料が流れる流路に設けられ、前記流路の開口面積を変更することによって、前記ノズル開口からの前記造形材料の吐出量を調整する吐出量調整部と、前記吐出量調整部と前記ノズル開口との間の前記流路に接続された分岐流路と、前記分岐流路内を移動するプランジャーと、を有する圧力調整部と、前記位置変更部、前記吐出量調整部および前記圧力調整部を制御する制御部と、を備える。前記制御部は、一の連続する線状の部分造形物を造形する場合に、前記プランジャーを移動させることで、前記流路内の前記造形材料を前記分岐流路内に吸引する吸引操作と、前記分岐流路内に吸引した前記造形材料を前記流路に送出する送出操作と、を実行し、前記部分造形物を造形するための造形区間の開始端と終了端とで、前記プランジャーの前記分岐流路内における位置が一致するように、前記プランジャーの移動を制御する。
このような形態によれば、造形区間の開始端と終了端とでプランジャーの位置が一致するようにプランジャーの移動を制御するので、造形を中断することなく、各造形区間においてプランジャーを移動させるためのスペースの不足を抑制でき、所望のプランジャー操作を実行できる可能性が高まる。

（２）上記形態では、前記造形区間は、前記ノズルの前記ステージに対する相対移動速度が加速される１又は複数の加速区間と、前記相対移動速度が減速される１又は複数の減速区間と、を有し、前記制御部は、各前記加速区間に対応する前記プランジャーの移動による変位の総和と、各前記減速区間に対応する前記プランジャーの移動による変位の総和とを制御することによって、前記造形区間の開始端と終了端とで、前記プランジャーの前記分岐流路内における位置を一致させてもよい。このような形態によれば、簡易な方法によって、造形区間の開始端と終了端とでプランジャーの位置を一致させることができる。

（３）上記形態では、前記制御部は、前記相対移動速度が第１速度から第２速度へと加速される第１区間に対応して、前記吸引操作と前記送出操作とのいずれか一方を実行し、前記相対移動速度が前記第２速度から前記第１速度へと減速される第２区間に対応して、前記第１区間に対応して前記吸引操作が実行される場合に前記送出操作を実行し、前記第１区間に対応して前記送出操作が実行される場合に前記吸引操作を実行し、前記第１区間に対応する前記プランジャーの移動量と、前記第２区間に対応する前記プランジャーの移動量と、が一致するように、前記プランジャーの移動を制御してもよい。このような形態によれば、ノズルの移動速度の変化の絶対量が同じ区間同士に対応するプランジャーの移動量がそれぞれ一致するようにプランジャーの移動を制御するので、より簡易に、造形区間の開始端と終了端とでプランジャーの位置を一致させることができる。

（４）上記形態では、前記制御部は、前記造形区間のうち、一定の移動速度での前記ステージに対する前記ノズルの相対的な移動を指示される指定区間において、前記吐出量調整部によって前記流路を開口させた状態で、前記圧力調整部を制御せずに前記造形材料を前記ノズル開口から吐出する第１操作と、前記吐出量調整部によって前記流路を開口させた状態で、前記圧力調整部を制御して前記送出操作を実行することで、前記造形材料を前記ノズル開口から吐出する第２操作と、前記吐出量調整部によって前記流路を閉じた状態で、前記圧力調整部を制御して前記送出操作を実行することで、前記造形材料を前記ノズル開口から吐出する第３操作と、の少なくともいずれかを実行してもよい。

（５）上記形態では、前記制御部は、前記吐出量調整部を制御することによって、前記第２操作における前記開口面積を、前記第１操作における前記開口面積よりも小さくしていてもよい。このような形態によれば、例えば、第１操作と第２操作とで開口面積を同じにする場合や、第２操作における開口面積を第１操作における開口面積よりも大きくする場合と比較して、第２操作において実行される送出操作による流路の圧力の上昇に起因して吐出量が過剰となることを抑制できる。

（６）上記形態では、前記制御部は、前記第１操作の前に、前記第２操作と前記第３操作との少なくともいずれか一方を実行してもよい。このような形態によれば、例えば、ノズル６１が一定の速度で移動している間に第１操作を実行し、その第１操作に先立ってノズル６１を減速または加速させる際に第２操作や第３操作を実行することで、ノズルを減速または加速させる際の吐出量を精度良く制御できる。

（７）上記形態では、前記制御部は、前記吐出量を増加させる場合に、前記吐出量調整部を制御することによって、前記開口面積を段階的に大きくする操作を実行してもよい。このような形態によれば、例えば、流路の開口面積を目標の開口面積まで一度に大きくする場合と比較して、流路における吐出量調整部よりも上流の部分から下流の部分へと造形材料が一気に流れ出ることを抑制できる。

（８）本開示の第２の形態によれば、ノズル開口を有し、前記ノズル開口から造形材料をステージに向けて吐出するノズルと、前記ノズルと前記ステージとの相対的な位置を変化させる位置変更部と、前記ノズル開口に連通し、前記造形材料が流れる流路に設けられ、前記流路の開口面積を変更することによって、前記ノズル開口からの前記造形材料の吐出量を調整する吐出量調整部と、前記吐出量調整部と前記ノズル開口との間の前記流路に接続された分岐流路と、前記分岐流路内を移動するプランジャーと、を有する圧力調整部と、を備える、三次元造形装置におけ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、一の連続する線状の部分造形物を造形する場合に、前記プランジャーを移動させることで、前記流路内の前記造形材料を前記分岐流路内に吸引する工程と、前記分岐流路内に吸引した前記造形材料を前記流路に送出する工程と、を備え、前記部分造形物を造形するための造形区間の開始端と終了端とで、前記プランジャーの前記分岐流路内における位置が一致するように、前記プランジャーを移動させる。

２０…材料供給部、２２…供給路、３０…可塑化部、３１…スクリューケース、３２…駆動モーター、４０…スクリュー、４１…上面、４２…スクリュー下面、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…バレル上面、５６…連通孔、５８…ヒーター、６１…ノズル、６２…ノズル開口、６３…先端面、６５…ノズル流路、６９…流路、７０…吐出量調整部、７４…第１駆動部、７５…圧力調整部、７６…分岐流路、７７…プランジャー、７８…第２駆動部、７９…端面、１００…三次元造形装置、１０１…制御部、２００…吐出部、２１０…ステージ、２１１…造形面、２３０…位置変更部

Claims (8)

1. ノズル開口を有し、前記ノズル開口から造形材料をステージに向けて吐出するノズルと、
   前記ノズルと前記ステージとの相対的な位置を変化させる位置変更部と、
   前記ノズル開口に連通し、前記造形材料が流れる流路に設けられ、前記流路の開口面積を変更することによって、前記ノズル開口からの前記造形材料の吐出量を調整する吐出量調整部と、
   前記吐出量調整部と前記ノズル開口との間の前記流路に接続された分岐流路と、前記分岐流路内を移動するプランジャーと、を有する圧力調整部と、
   前記位置変更部、前記吐出量調整部および前記圧力調整部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   一の連続する線状の部分造形物を造形する場合に、前記プランジャーを移動させることで、前記流路内の前記造形材料を前記分岐流路内に吸引する吸引操作と、前記分岐流路内に吸引した前記造形材料を前記流路に送出する送出操作と、を実行し、
   前記部分造形物を造形するための造形区間の開始端と終了端とで、前記プランジャーの前記分岐流路内における位置が一致するように、前記プランジャーの移動を制御する、
   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、
   前記造形区間は、前記ノズルの前記ステージに対する相対移動速度が加速される１又は複数の加速区間と、前記相対移動速度が減速される１又は複数の減速区間と、を有し、
   前記制御部は、各前記加速区間に対応する前記プランジャーの移動による変位の総和と、各前記減速区間に対応する前記プランジャーの移動による変位の総和とを制御することによって、前記造形区間の開始端と終了端とで、前記プランジャーの前記分岐流路内における位置を一致させる、三次元造形装置。
3. 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、
   前記相対移動速度が第１速度から第２速度へと加速される第１区間に対応して、前記吸引操作と前記送出操作とのいずれか一方を実行し、
   前記相対移動速度が前記第２速度から前記第１速度へと減速される第２区間に対応して、前記第１区間に対応して前記吸引操作が実行される場合に前記送出操作を実行し、前記第１区間に対応して前記送出操作が実行される場合に前記吸引操作を実行し、
   前記第１区間に対応する前記プランジャーの移動量と、前記第２区間に対応する前記プランジャーの移動量と、が一致するように、前記プランジャーの移動を制御する、三次元造形装置。
4. 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、前記造形区間のうち、一定の移動速度での前記ステージに対する前記ノズルの相対的な移動を指示される指定区間において、
   前記吐出量調整部によって前記流路を開口させた状態で、前記圧力調整部を制御せずに前記造形材料を前記ノズル開口から吐出する第１操作と、
   前記吐出量調整部によって前記流路を開口させた状態で、前記圧力調整部を制御して前記送出操作を実行することで、前記造形材料を前記ノズル開口から吐出する第２操作と、
   前記吐出量調整部によって前記流路を閉じた状態で、前記圧力調整部を制御して前記送出操作を実行することで、前記造形材料を前記ノズル開口から吐出する第３操作と、の少なくともいずれかを実行する、
   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、
   前記制御部は、前記吐出量調整部を制御することによって、前記第２操作における前記開口面積を、前記第１操作における前記開口面積よりも小さくする、三次元造形装置。
6. 請求項４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操作の前に、前記第２操作と前記第３操作との少なくともいずれか一方を実行する、三次元造形装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
   前記制御部は、前記吐出量を増加させる場合に、前記吐出量調整部を制御することによって、前記開口面積を段階的に大きくする操作を実行する、三次元造形装置。
8. ノズル開口を有し、前記ノズル開口から造形材料をステージに向けて吐出するノズルと、
   前記ノズルと前記ステージとの相対的な位置を変化させる位置変更部と、
   前記ノズル開口に連通し、前記造形材料が流れる流路に設けられ、前記流路の開口面積を変更することによって、前記ノズル開口からの前記造形材料の吐出量を調整する吐出量調整部と、
   前記吐出量調整部と前記ノズル開口との間の前記流路に接続された分岐流路と、前記分岐流路内を移動するプランジャーと、を有する圧力調整部と、を備える、三次元造形装置における三次元造形物の製造方法であって、
   一の連続する線状の部分造形物を造形する場合に、前記プランジャーを移動させることで、前記流路内の前記造形材料を前記分岐流路内に吸引する工程と、
   前記分岐流路内に吸引した前記造形材料を前記流路に送出する工程と、を備え、
   前記部分造形物を造形するための造形区間の開始端と終了端とで、前記プランジャーの前記分岐流路内における位置が一致するように、前記プランジャーを移動させる、三次元造形物の製造方法。

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