JP2024064472A - Three-dimensional modeling device and method for manufacturing three-dimensional object - Google Patents

Three-dimensional modeling device and method for manufacturing three-dimensional object Download PDF

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Abstract

Figure 2024064472000001

【課題】模様を有する造形物を三次元造形装置によって造形する場合において、造形時間を短縮でき、かつ、装置にかかる負担を抑制できる技術を提供する。
【解決手段】三次元造形装置は、材料を可塑化して造形材料を生成する可塑化部と、ノズル開口を有し、造形材料をステージに向けて吐出するノズルと、ノズル開口に連通し造形材料が流れる流路に設けられ、流路内の造形材料に振動を付与する振動付与部と、可塑化部及び振動付与部を制御して三次元造形物を造形する制御部と、を備え、制御部は、振動付与部を制御して流路内の造形材料に振動を付与しながら三次元造形物の外郭領域の少なくとも一部を造形する。
【選択図】図1

Figure 2024064472000001

A technique is provided that, when a 3D modeling device is used to model a shaped object having a pattern, can shorten the modeling time and reduce the burden on the device.
[Solution] The three-dimensional modeling device includes a plasticization unit that plasticizes a material to generate a modeling material, a nozzle having a nozzle opening and ejecting the modeling material toward a stage, a vibration imparting unit that is connected to the nozzle opening and is provided in a flow path through which the modeling material flows and that imparts vibrations to the modeling material in the flow path, and a control unit that controls the plasticization unit and the vibration imparting unit to form a three-dimensional object, and the control unit controls the vibration imparting unit to impart vibrations to the modeling material in the flow path while forming at least a portion of the outer region of the three-dimensional object.
[Selected Figure] Figure 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。 This disclosure relates to a three-dimensional modeling device and a method for manufacturing a three-dimensional object.

特許文献1には、下地となるシート上に、3Dプリンターを用いて立体模様を造形する造形工程と、立体模様が造形されたシートを、接着剤を介して物品の所定の面に貼着する貼着工程とを備える立体模様製造方法が開示されている。 Patent Document 1 discloses a method for producing a three-dimensional pattern, which includes a forming process in which a three-dimensional pattern is formed on a base sheet using a 3D printer, and an attachment process in which the sheet on which the three-dimensional pattern is formed is attached to a predetermined surface of an article using an adhesive.

特開2022-38975号公報JP 2022-38975 A

模様を有する造形物を三次元造形装置によって造形する場合、模様部分の造形に時間がかかり、全体の造形が完了するまでの造形時間が長期化する可能性があった。また、模様部分を造形するための細かなノズルの位置制御が必要となって、装置の負担が増大する可能性があった。 When creating a model with a pattern using a three-dimensional modeling device, it can take time to create the pattern, which can extend the time it takes to complete the entire model. In addition, precise control of the nozzle position is required to create the pattern, which can increase the burden on the device.

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、材料を可塑化して造形材料を生成する可塑化部と、ノズル開口を有し、前記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、前記流路内の前記造形材料に振動を付与する振動付与部と、前記可塑化部及び前記振動付与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、前記振動付与部を制御して前記流路内の前記造形材料に前記振動を付与しながら前記三次元造形物の外郭領域の少なくとも一部を造形する。 According to a first aspect of the present disclosure, a three-dimensional modeling device is provided. The three-dimensional modeling device includes a plasticizing unit that plasticizes a material to generate a modeling material, a nozzle having a nozzle opening and discharging the modeling material toward a stage, a vibration imparting unit that is connected to the nozzle opening and is provided in a flow path through which the modeling material flows and that imparts vibration to the modeling material in the flow path, and a control unit that controls the plasticizing unit and the vibration imparting unit to form a three-dimensional object, and the control unit controls the vibration imparting unit to impart the vibration to the modeling material in the flow path while forming at least a portion of the outer region of the three-dimensional object.

本開示の第2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、材料を可塑化して造形材料を生成する第1工程と、ノズルに設けられたノズル開口から前記造形材料をステージに向けて吐出することにより、三次元造形物を造形する第2工程と、を備え、前記第2工程は、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、前記流路内の前記造形材料に振動を付与する振動付与部を制御して、前記流路内の前記造形材料に前記振動を付与しながら前記三次元造形物の外郭領域の少なくとも一部を造形する工程を含む。 According to a second aspect of the present disclosure, a method for manufacturing a three-dimensional object is provided. This manufacturing method includes a first step of plasticizing a material to generate a modeling material, and a second step of forming a three-dimensional object by ejecting the modeling material from a nozzle opening provided in a nozzle toward a stage, the second step including a step of controlling a vibration imparting unit provided in a flow path through which the modeling material flows and communicating with the nozzle opening, which imparts vibration to the modeling material in the flow path, and forming at least a part of the outer region of the three-dimensional object while imparting the vibration to the modeling material in the flow path.

三次元造形装置の概略構成を示す説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a three-dimensional modeling apparatus. フラットスクリューの構成を示す概略斜視図。FIG. 2 is a schematic perspective view showing the configuration of a flat screw. バレルの構成を示す上面図。FIG. 吐出調整部の構成を示す斜視図。FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of a discharge adjustment unit. 吐出調整部及び吸引送出部の構成を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of a discharge adjustment unit and a suction delivery unit. バタフライバルブの動作を示す第1の説明図。FIG. 4 is a first explanatory diagram showing the operation of a butterfly valve. バタフライバルブの動作を示す第2の説明図。FIG. 4 is a second explanatory diagram showing the operation of the butterfly valve. プランジャーの動作を示す説明図。FIG. 三次元造形処理のフローチャート。4 is a flowchart of a three-dimensional modeling process. 三次元造形物が造形される様子を模式的に示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a process of forming a three-dimensional object. 外郭領域を造形するためのノズルの移動経路の一部を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a part of a movement path of a nozzle for forming an outer region. 造形材料に振動を付与した実験の結果を示す図。13A and 13B are diagrams showing the results of an experiment in which vibration was applied to a modeling material. 圧力調節処理のフローチャート。4 is a flowchart of a pressure adjustment process. ノズルの移動によって模様を形成するためのノズルの移動経路を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a nozzle movement path for forming a pattern by nozzle movement. 造形材料の圧力変化の例を示す図。5A to 5C are diagrams showing examples of pressure changes of a modeling material. 圧力変化を打ち消す逆位相の波形の例を示す図。FIG. 13 is a diagram showing an example of an antiphase waveform that cancels out a pressure change. 振動を付与するための波形の例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of a waveform for applying vibration. 制御波形の例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of a control waveform.

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方向及びY方向は、水平方向に沿った方向であり、Z方向は、鉛直方向に沿った方向である。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。
A. First embodiment:
Fig. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a three-dimensional modeling apparatus 100 in a first embodiment. Fig. 1 shows arrows along X, Y, and Z directions that are orthogonal to each other. The X and Y directions are horizontal directions, and the Z direction is vertical directions. Arrows along the X, Y, and Z directions are also shown appropriately in other figures. The X, Y, and Z directions in Fig. 1 and the X, Y, and Z directions in other figures show the same directions.

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400と、制御部500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に設けられたノズル開口69からステージ300の造形面310に向かって造形材料を吐出しつつ、移動機構400を駆動させてノズル開口69と造形面310との相対的な位置を変化させることによって、造形面310上に造形材料の層が積層された三次元造形物を造形する。尚、造形材料のことを可塑化材料と呼ぶこともある。造形ユニット200の詳細な構成については後述する。 The three-dimensional modeling device 100 in this embodiment includes a modeling unit 200, a stage 300, a moving mechanism 400, and a control unit 500. Under the control of the control unit 500, the three-dimensional modeling device 100 ejects modeling material from a nozzle opening 69 provided in the modeling unit 200 toward the modeling surface 310 of the stage 300, while driving the moving mechanism 400 to change the relative position between the nozzle opening 69 and the modeling surface 310, thereby forming a three-dimensional object in which layers of modeling material are stacked on the modeling surface 310. The modeling material is sometimes called a plasticized material. The detailed configuration of the modeling unit 200 will be described later.

移動機構400は、上述したとおり、ノズル開口69と造形面310との相対的な位置を変化させる。本実施形態では、移動機構400は、ステージ300を支持しており、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、ノズル開口69と造形面310との相対的な位置を変化させる。本実施形態における移動機構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。尚、移動機構400は、ステージ300を移動させる構成ではなく、ステージ300を移動させずに造形ユニット200を移動させることによって、ノズル開口69と造形面310との相対的な位置を変化させる構成であってもよい。また、移動機構400は、ステージ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、ノズル開口69と造形面310との相対的な位置を変化させる構成であってもよい。 As described above, the moving mechanism 400 changes the relative position between the nozzle opening 69 and the modeling surface 310. In this embodiment, the moving mechanism 400 supports the stage 300 and changes the relative position between the nozzle opening 69 and the modeling surface 310 by moving the stage 300 relative to the modeling unit 200. The moving mechanism 400 in this embodiment is configured with a three-axis positioner that moves the stage 300 in three axial directions, the X, Y, and Z directions, by the driving forces of three motors. Each motor is driven under the control of the control unit 500. Note that the moving mechanism 400 may be configured to change the relative position between the nozzle opening 69 and the modeling surface 310 by moving the modeling unit 200 without moving the stage 300, rather than by moving the stage 300. The moving mechanism 400 may also be configured to change the relative position between the nozzle opening 69 and the modeling surface 310 by moving both the stage 300 and the modeling unit 200.

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。本実施形態では、制御部500は、記憶装置に読み込んだプログラム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三次元造形処理を実行する。尚、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。 The control unit 500 is configured by a computer equipped with one or more processors, a storage device, and an input/output interface for inputting and outputting signals from and to the outside. In this embodiment, the control unit 500 controls the operation of the modeling unit 200 and the movement mechanism 400 by the processor executing a program loaded into the storage device, and executes a three-dimensional modeling process for modeling a three-dimensional object. Note that the control unit 500 may be configured by a combination of multiple circuits instead of a computer.

造形ユニット200は、材料の供給源である材料供給部20と、駆動部35と、材料供給部20から供給された材料を可塑化して造形材料にする可塑化部30と、可塑化部30から供給された造形材料を吐出するノズル開口69を有するノズル61と、ノズル61に供給される造形材料の流量を調節する吐出調整部70と、造形材料の圧力を測定する圧力センサー80と、造形材料を吸引及び送出する吸引送出部90とを備えている。ここで、「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。 The modeling unit 200 includes a material supply section 20, which is a material supply source, a drive section 35, a plasticizing section 30 that plasticizes the material supplied from the material supply section 20 to make it a modeling material, a nozzle 61 having a nozzle opening 69 that discharges the modeling material supplied from the plasticizing section 30, a discharge adjustment section 70 that adjusts the flow rate of the modeling material supplied to the nozzle 61, a pressure sensor 80 that measures the pressure of the modeling material, and a suction and delivery section 90 that sucks and delivers the modeling material. Here, "plasticization" is a concept that includes melting, and refers to changing from a solid to a fluid state. Specifically, in the case of a material that undergoes a glass transition, plasticization refers to raising the temperature of the material to or above the glass transition point. In the case of a material that does not undergo a glass transition, plasticization refers to raising the temperature of the material to or above the melting point.

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。材料としては、例えば、ABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン)やPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PP(ポリプロピレン)などの樹脂材料が用いられる。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。 The material supply unit 20 contains materials in the form of pellets, powder, etc. Examples of materials that can be used include resin materials such as ABS (acrylonitrile butadiene styrene), PEEK (polyether ether ketone), and PP (polypropylene). In this embodiment, the material supply unit 20 is configured as a hopper. Below the material supply unit 20, a supply path 22 is provided that connects the material supply unit 20 and the plasticization unit 30. The material supply unit 20 supplies material to the plasticization unit 30 via the supply path 22.

本実施形態では、駆動部35は、駆動モーター36を備えている。駆動モーター36は、後述するスクリューケース31の上面に固定されている。駆動モーター36の回転軸は、後述するフラットスクリュー40の上面41に接続されている。駆動モーター36は、制御部500の制御下で駆動されて、フラットスクリュー40を回転させる。尚、駆動部35は、駆動モーター36の回転数を減速させる減速機を備えてもよく、駆動モーター36は、減速機を介してフラットスクリュー40に接続されてもよい。 In this embodiment, the drive unit 35 includes a drive motor 36. The drive motor 36 is fixed to the upper surface of the screw case 31, which will be described later. The rotation shaft of the drive motor 36 is connected to the upper surface 41 of the flat screw 40, which will be described later. The drive motor 36 is driven under the control of the control unit 500 to rotate the flat screw 40. The drive unit 35 may include a reducer that reduces the rotation speed of the drive motor 36, and the drive motor 36 may be connected to the flat screw 40 via the reducer.

可塑化部30は、スクリューケース31と、フラットスクリュー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から供給された固体状態の材料の少なくとも一部を可塑化させて流動性を有するペースト状の造形材料にして、ノズル61に供給する。 The plasticizing unit 30 includes a screw case 31, a flat screw 40, and a barrel 50. The plasticizing unit 30 plasticizes at least a portion of the solid-state material supplied from the material supply unit 20 to produce a paste-like modeling material with fluidity, and supplies the plasticized material to the nozzle 61.

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。 The screw case 31 is a housing for housing the flat screw 40. A barrel 50 is fixed to the underside of the screw case 31, and the flat screw 40 is housed in the space enclosed by the screw case 31 and the barrel 50.

フラットスクリュー40は、中心軸RXに沿った方向の長さが、中心軸RXに垂直な方向における長さよりも小さい略円柱形状を有している。フラットスクリュー40は、中心軸RXがZ方向に平行になるように、スクリューケース31内に配置されている。駆動モーター36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を有している。フラットスクリュー40の具体的な構成については後述する。 The flat screw 40 has a generally cylindrical shape with a length along the central axis RX that is smaller than the length in a direction perpendicular to the central axis RX. The flat screw 40 is arranged in the screw case 31 so that the central axis RX is parallel to the Z direction. The flat screw 40 rotates around the central axis RX within the screw case 31 due to the torque generated by the drive motor 36. The flat screw 40 has a groove forming surface 42 on which a groove portion 45 is formed on the opposite side to the top surface 41 in the direction along the central axis RX. The specific configuration of the flat screw 40 will be described later.

バレル50は、フラットスクリュー40の下方に配置されている。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を有している。バレル50には、スクリュー対向面52の中央に開口部を有し、Z方向に沿ってバレル50を貫通する流路56と、流路56に交差するようにY方向に沿って延びる交差穴57とが設けられている。流路56は、ノズル開口69に連通し、その内部に造形材料が流れる。流路56のことを、貫通孔ともいう。バレル50の具体的な構成については後述する。 The barrel 50 is disposed below the flat screw 40. The barrel 50 has a screw-facing surface 52 that faces the groove forming surface 42 of the flat screw 40. The barrel 50 has an opening at the center of the screw-facing surface 52, a flow path 56 that passes through the barrel 50 along the Z direction, and a cross hole 57 that extends along the Y direction so as to cross the flow path 56. The flow path 56 communicates with the nozzle opening 69, and the modeling material flows inside it. The flow path 56 is also called a through hole. The specific configuration of the barrel 50 will be described later.

バレル50には、フラットスクリュー40の溝部45に供給された材料を加熱するヒーター58が埋設されている。本実施形態では、4本の棒状のヒーター58がY方向に沿って配置されている。各ヒーター58は、スクリュー対向面52の下方に配置されている。各ヒーター58の温度は、制御部500によって制御される。 A heater 58 is embedded in the barrel 50 to heat the material supplied to the groove 45 of the flat screw 40. In this embodiment, four rod-shaped heaters 58 are arranged along the Y direction. Each heater 58 is arranged below the screw facing surface 52. The temperature of each heater 58 is controlled by the control unit 500.

バレル50には、ヒーター58よりも流路56から離れた位置に、冷媒が流れる冷媒配管59が埋設されている。冷媒配管59は、スクリュー対向面52の外周縁の近傍を通るように配置されている。冷媒配管59は、冷媒ポンプ103に接続されている。冷媒ポンプ103は、冷媒配管59に冷媒を供給する。冷媒ポンプ103は、制御部500の制御下で駆動される。冷媒として、例えば、水や油等の液体や、二酸化炭素等の気体を用いることができる。冷媒配管59に冷媒が流れることによって、フラットスクリュー40やバレル50の温度が高くなりすぎることを抑制できる。尚、冷媒配管59と冷媒ポンプ103のことを冷却部と呼ぶこともある。 A refrigerant pipe 59 through which a refrigerant flows is embedded in the barrel 50 at a position farther from the flow path 56 than the heater 58. The refrigerant pipe 59 is arranged to pass near the outer periphery of the screw facing surface 52. The refrigerant pipe 59 is connected to a refrigerant pump 103. The refrigerant pump 103 supplies refrigerant to the refrigerant pipe 59. The refrigerant pump 103 is driven under the control of the control unit 500. For example, liquids such as water and oil, or gases such as carbon dioxide can be used as the refrigerant. The refrigerant flowing through the refrigerant pipe 59 can prevent the temperatures of the flat screw 40 and the barrel 50 from becoming too high. The refrigerant pipe 59 and the refrigerant pump 103 are sometimes referred to as a cooling unit.

吐出調整部70は、流路56に設けられている。吐出調整部70は、流路56の開口面積を調整することによってノズル開口69からの造形材料の吐出量を調整する。吐出調整部70は、バタフライバルブ75と、バタフライバルブ75を回転させる弁駆動部101とを備えている。バタフライバルブ75は、流路56内で回転することによって、ノズル61に供給される造形材料の流量を調節する。弁駆動部101は、ステッピングモーター等のアクチュエーターによって構成されており、制御部500の制御下でバタフライバルブ75を回転させる。バレル50に形成された造形材料の流路56のうち、バタフライバルブ75よりもスクリュー対向面52に近い部分のことを第1流路151と呼び、バタフライバルブ75よりもスクリュー対向面52から離れた部分のことを第2流路152と呼ぶ。以下において、第1流路151と第2流路152とを区別なく呼ぶときは、単に、流路56と呼ぶ。吐出調整部70の具体的な構成については後述する。 The discharge adjustment unit 70 is provided in the flow path 56. The discharge adjustment unit 70 adjusts the amount of modeling material discharged from the nozzle opening 69 by adjusting the opening area of the flow path 56. The discharge adjustment unit 70 includes a butterfly valve 75 and a valve drive unit 101 that rotates the butterfly valve 75. The butterfly valve 75 adjusts the flow rate of the modeling material supplied to the nozzle 61 by rotating in the flow path 56. The valve drive unit 101 is composed of an actuator such as a stepping motor, and rotates the butterfly valve 75 under the control of the control unit 500. Of the modeling material flow paths 56 formed in the barrel 50, a portion closer to the screw facing surface 52 than the butterfly valve 75 is called the first flow path 151, and a portion farther from the screw facing surface 52 than the butterfly valve 75 is called the second flow path 152. In the following, when the first flow path 151 and the second flow path 152 are referred to without distinction, they are simply called the flow path 56. The specific configuration of the discharge adjustment unit 70 will be described later.

圧力センサー80は、第1流路151に設けられている。圧力センサー80は、第1流路151内の造形材料の圧力を測定する。圧力センサー80によって測定された造形材料の圧力の値は、制御部500に送信される。 The pressure sensor 80 is provided in the first flow path 151. The pressure sensor 80 measures the pressure of the modeling material in the first flow path 151. The value of the modeling material pressure measured by the pressure sensor 80 is transmitted to the control unit 500.

吸引送出部90は、第2流路152に接続されている。吸引送出部90は、第2流路152から造形材料を吸引し、吸引した造形材料を第2流路152に対して送出する。吸引送出部90の具体的な構成については後述する。 The suction and delivery unit 90 is connected to the second flow path 152. The suction and delivery unit 90 sucks the modeling material from the second flow path 152 and delivers the sucked modeling material to the second flow path 152. The specific configuration of the suction and delivery unit 90 will be described later.

ノズル61は、バレル50の下面に接続されている。ノズル61には、ノズル流路68と、ノズル開口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、第2流路152に接続されている。ノズル開口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流路152からノズル流路68に流入した造形材料は、ノズル開口69から吐出される。ノズル開口69から吐出される造形材料の流量は、吐出調整部70によって調節される。ノズル61から吐出される造形材料の流量のことを吐出量とも呼ぶ。 The nozzle 61 is connected to the bottom surface of the barrel 50. The nozzle 61 is provided with a nozzle flow path 68 and a nozzle opening 69. The nozzle flow path 68 is a flow path provided within the nozzle 61. The nozzle flow path 68 is connected to the second flow path 152. The nozzle opening 69 is a portion with a reduced flow path cross section provided at the end of the nozzle flow path 68 that communicates with the atmosphere. The modeling material that flows from the second flow path 152 into the nozzle flow path 68 is discharged from the nozzle opening 69. The flow rate of the modeling material discharged from the nozzle opening 69 is adjusted by the discharge adjustment unit 70. The flow rate of the modeling material discharged from the nozzle 61 is also called the discharge amount.

ノズル61には、板状の上部ヒーター60が取り付けられている。上部ヒーター60は、ノズル開口69よりも上方に配置されている。上部ヒーター60は、ステージ300の造形面310に向けて吐出された造形材料を加熱する。より具体的には、上部ヒーター60は、ノズル開口69から造形材料が吐出されることによってステージ300の造形面310上に積層された層のうちの上部の層を加熱する。上部の層を上部ヒーター60によって加熱することで、層間の密着度を高めることができる。上部ヒーター60による加熱温度は、制御部500によって制御される。本実施形態では、ユーザーが指定した加熱温度となるように、制御部500によって上部ヒーター60が制御される。尚、上部ヒーター60のことを、加熱部ともいう。図1以降の図面では、上部ヒーター60の図示を省略している。 A plate-shaped upper heater 60 is attached to the nozzle 61. The upper heater 60 is disposed above the nozzle opening 69. The upper heater 60 heats the modeling material discharged toward the modeling surface 310 of the stage 300. More specifically, the upper heater 60 heats the upper layer of the layers stacked on the modeling surface 310 of the stage 300 by discharging the modeling material from the nozzle opening 69. By heating the upper layer with the upper heater 60, the degree of adhesion between the layers can be increased. The heating temperature by the upper heater 60 is controlled by the control unit 500. In this embodiment, the upper heater 60 is controlled by the control unit 500 so that the heating temperature is set to the heating temperature specified by the user. The upper heater 60 is also referred to as a heating unit. In the figures following FIG. 1, the upper heater 60 is not illustrated.

図2は、フラットスクリュー40の構成を示す概略斜視図である。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。図1を参照して説明したように、溝形成面42には、溝部45が設けられている。 Figure 2 is a schematic perspective view showing the configuration of the flat screw 40. In Figure 2, the position of the central axis RX of the flat screw 40 is indicated by a dashed line. As described with reference to Figure 1, the groove forming surface 42 is provided with a groove portion 45.

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。中央部47は、図1に示されているバレル50の流路56に対向する。中央部47は、中心軸RXと交差する。 The central portion 47 of the groove forming surface 42 of the flat screw 40 is configured as a recess to which one end of the groove portion 45 is connected. The central portion 47 faces the flow passage 56 of the barrel 50 shown in FIG. 1. The central portion 47 intersects with the central axis RX.

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の外周に向かって渦状に延びている。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。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。 The grooves 45 of the flat screw 40 form what is called a scroll groove. The grooves 45 extend in a spiral shape from the center 47 toward the outer periphery of the flat screw 40. The grooves 45 are not limited to a spiral shape, but may be in a spiral or involute curve shape, or may extend in an arc from the center toward the outer periphery. The groove forming surface 42 is provided with ridges 46 that form the side walls of the grooves 45 and extend along each groove 45.

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。 The groove 45 continues to the material inlet 44 formed on the side surface 43 of the flat screw 40. This material inlet 44 is the portion that receives the material supplied via the supply path 22 of the material supply section 20.

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。 Figure 2 shows an example of a flat screw 40 having three grooves 45 and three ridges 46. The number of grooves 45 and ridges 46 provided on the flat screw 40 is not limited to three. The flat screw 40 may have only one groove 45, or may have two or more grooves 45. In addition, any number of ridges 46 may be provided to match the number of grooves 45.

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。 Figure 2 shows an example of a flat screw 40 in which the material inlet 44 is formed in three places. The number of material inlet 44 provided on the flat screw 40 is not limited to three. The flat screw 40 may have only one material inlet 44 or may have two or more material inlet 44 provided in multiple places.

図3は、バレル50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、ノズル61に連通する流路56が形成されている。スクリュー対向面52における流路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、一端が流路56に接続され、流路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、造形材料を流路56に導く機能を有している。尚、案内溝54の一端は、流路56に接続されていなくてもよい。また、案内溝54は省略することも可能である。 Figure 3 is a top view showing the configuration of the barrel 50. As described above, a flow path 56 that communicates with the nozzle 61 is formed in the center of the screw-facing surface 52. A plurality of guide grooves 54 are formed around the flow path 56 in the screw-facing surface 52. One end of each guide groove 54 is connected to the flow path 56, and extends in a spiral shape from the flow path 56 toward the outer periphery of the screw-facing surface 52. Each guide groove 54 has the function of guiding the molding material to the flow path 56. Note that one end of the guide groove 54 does not have to be connected to the flow path 56. Also, the guide groove 54 can be omitted.

図4は、本実施形態における吐出調整部70の構成を示す斜視図である。図5は、本実施形態における吐出調整部70及び吸引送出部90の構成を示す説明図である。吐出調整部70は、交差穴57内に配置される円柱状の駆動軸73を有している。駆動軸73は、中心軸AX1を中心として回転可能である。駆動軸73の一部、具体的には、駆動軸73のうちの流路56内に位置する部分には、バタフライバルブ75が形成されている。バタフライバルブ75は、駆動軸73の一部が凹状に加工されることにより形成されている。バタフライバルブ75は、流路56内において回転可能に配される。駆動軸73は、バタフライバルブ75の位置が、駆動軸73と流路56とが交わる位置になるように、備えられている。バタフライバルブ75は、第1流路151と第2流路152との間に配置される。駆動軸73の-Y方向側の端部には、カップリング部77が設けられている。カップリング部77には、弁駆動部101が接続されている。弁駆動部101によるトルクがカップリング部77に加えられることによって、駆動軸73に形成されたバタフライバルブ75が回転する。バタフライバルブ75の形状は、流路56内で回転することによって流路56の開口面積を調整するものであればよく、例えば、板形状、又は、半球の形状であってもよい。バタフライバルブ75は、単にバルブとも呼ばれる。 Figure 4 is a perspective view showing the configuration of the discharge adjustment unit 70 in this embodiment. Figure 5 is an explanatory diagram showing the configuration of the discharge adjustment unit 70 and the suction delivery unit 90 in this embodiment. The discharge adjustment unit 70 has a cylindrical drive shaft 73 arranged in the cross hole 57. The drive shaft 73 is rotatable around the central axis AX1. A butterfly valve 75 is formed in a part of the drive shaft 73, specifically, in a part of the drive shaft 73 located in the flow path 56. The butterfly valve 75 is formed by machining a part of the drive shaft 73 into a concave shape. The butterfly valve 75 is rotatably arranged in the flow path 56. The drive shaft 73 is provided so that the butterfly valve 75 is positioned at the position where the drive shaft 73 and the flow path 56 intersect. The butterfly valve 75 is arranged between the first flow path 151 and the second flow path 152. A coupling part 77 is provided at the end of the drive shaft 73 on the -Y direction side. A valve drive part 101 is connected to the coupling part 77. When torque is applied to the coupling 77 by the valve drive unit 101, the butterfly valve 75 formed on the drive shaft 73 rotates. The shape of the butterfly valve 75 may be any shape that adjusts the opening area of the flow path 56 by rotating within the flow path 56, and may be, for example, a plate shape or a hemispherical shape. The butterfly valve 75 is also simply called a valve.

図6は、吐出調整部70のバタフライバルブ75の動作を示す第1の説明図である。図7は、吐出調整部70のバタフライバルブ75の動作を示す第2の説明図である。図6に示すように、バタフライバルブ75を形成する凹状部分の開放部が上方に位置するようにバタフライバルブ75が回転すると、第2流路152の開口部がバタフライバルブ75によって閉塞されて、第1流路151から第2流路152への造形材料の流入が遮断される。一方、図7に示すようにバタフライバルブ75の凹状部分が-X方向あるいは+X方向を向くようにバタフライバルブ75が回転すると、第1流路151と第2流路152との間が連通し、第1流路151から第2流路152に最大の流量で造形材料が流入する。バタフライバルブ75は、Y方向に沿った中心軸AX1を中心として回転して凹状部分の位置を変更することによって、第1流路151と第2流路152との間の流路断面積を変更して第1流路151から第2流路152に流入する造形材料の流量を調節する。尚、吐出調整部70は、バルブとして上述したバタフライバルブ75を備えた形態ではなく、例えば、ゲートバルブ、グローブバルブ、ボールバルブを備える形態でもよい。 Figure 6 is a first explanatory diagram showing the operation of the butterfly valve 75 of the discharge adjustment unit 70. Figure 7 is a second explanatory diagram showing the operation of the butterfly valve 75 of the discharge adjustment unit 70. As shown in Figure 6, when the butterfly valve 75 rotates so that the opening of the concave portion forming the butterfly valve 75 is positioned upward, the opening of the second flow path 152 is blocked by the butterfly valve 75, and the inflow of the modeling material from the first flow path 151 to the second flow path 152 is blocked. On the other hand, when the butterfly valve 75 rotates so that the concave portion of the butterfly valve 75 faces the -X direction or +X direction as shown in Figure 7, the first flow path 151 and the second flow path 152 are connected, and the modeling material flows from the first flow path 151 to the second flow path 152 at the maximum flow rate. The butterfly valve 75 rotates around a central axis AX1 along the Y direction to change the position of the concave portion, thereby changing the flow path cross-sectional area between the first flow path 151 and the second flow path 152, and adjusting the flow rate of the modeling material flowing from the first flow path 151 to the second flow path 152. Note that the discharge adjustment unit 70 may be in a form that includes, for example, a gate valve, a globe valve, or a ball valve, instead of the above-mentioned butterfly valve 75 as a valve.

図5に示すように、本実施形態における吸引送出部90は、バレル50に埋設された円筒状のシリンダー92と、シリンダー92内に収容された円柱状のプランジャー93と、プランジャー93をシリンダー92内で移動させるプランジャー駆動部102とを備えている。シリンダー92は、第2流路152に接続されている。プランジャー駆動部102は、制御部500の制御下で駆動されるステッピングモーターと、ステッピングモーターの回転をシリンダー92の中心軸AX2に沿った並進運動に変換するラックアンドピニオン機構によって構成されている。尚、プランジャー駆動部102は、制御部500の制御下で駆動されるステッピングモーターと、ステッピングモーターの回転をシリンダー92の中心軸AX2に沿った並進運動に変換するボール螺子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。 As shown in FIG. 5, the suction delivery unit 90 in this embodiment includes a cylindrical cylinder 92 embedded in the barrel 50, a cylindrical plunger 93 housed in the cylinder 92, and a plunger drive unit 102 that moves the plunger 93 within the cylinder 92. The cylinder 92 is connected to the second flow path 152. The plunger drive unit 102 is configured with a stepping motor driven under the control of the control unit 500 and a rack and pinion mechanism that converts the rotation of the stepping motor into translational motion along the central axis AX2 of the cylinder 92. The plunger drive unit 102 may be configured with a stepping motor driven under the control of the control unit 500 and a ball screw mechanism that converts the rotation of the stepping motor into translational motion along the central axis AX2 of the cylinder 92, or may be configured with an actuator such as a solenoid mechanism or a piezoelectric element.

図8は、吸引送出部90のプランジャー93の動作を示す説明図である。プランジャー93が第2流路152から遠ざかる方向に移動した場合には、シリンダー92内に負圧が生じるため、図8に矢印で表されたように、第2流路152内の造形材料がシリンダー92内に引き込まれる。第2流路152内の造形材料がシリンダー92内に引き込まれることによって、ノズル61内の造形材料は、第2流路152内に引き込まれる。そのため、ノズル開口69からの造形材料の吐出を停止する際に、第2流路152内の造形材料をシリンダー92内に吸引することによって、ノズル開口69から吐出された造形材料の尾切りを行うことができる。一方、プランジャー93が第2流路152に近付く方向に移動した場合には、シリンダー92内の造形材料は、プランジャー93によって第2流路152内に押し出される。そのため、ノズル開口69からの造形材料の吐出を再開する際に、シリンダー92内の造形材料を第2流路152内へと押し出すことによって、ノズル開口69からの造形材料の吐出の応答性を高めることができる。尚、シリンダー92内から造形材料が押し出される方向にプランジャー93を移動させることを、プランジャー93を前進させる、或いは、押すと呼ぶこともある。シリンダー92内に造形材料が引き込まれる方向にプランジャー93を移動させることを、プランジャー93を後退させる、或いは、引くと呼ぶこともある。 Figure 8 is an explanatory diagram showing the operation of the plunger 93 of the suction delivery unit 90. When the plunger 93 moves in a direction away from the second flow path 152, negative pressure is generated in the cylinder 92, and the modeling material in the second flow path 152 is drawn into the cylinder 92, as shown by the arrow in Figure 8. By drawing the modeling material in the second flow path 152 into the cylinder 92, the modeling material in the nozzle 61 is drawn into the second flow path 152. Therefore, when the discharge of the modeling material from the nozzle opening 69 is stopped, the modeling material in the second flow path 152 can be sucked into the cylinder 92 to cut off the tail of the modeling material discharged from the nozzle opening 69. On the other hand, when the plunger 93 moves in a direction approaching the second flow path 152, the modeling material in the cylinder 92 is pushed into the second flow path 152 by the plunger 93. Therefore, when the ejection of the modeling material from the nozzle opening 69 is resumed, the modeling material in the cylinder 92 is pushed out into the second flow path 152, thereby improving the responsiveness of the ejection of the modeling material from the nozzle opening 69. Note that moving the plunger 93 in the direction in which the modeling material is pushed out of the cylinder 92 is sometimes referred to as advancing or pushing the plunger 93. Moving the plunger 93 in the direction in which the modeling material is drawn into the cylinder 92 is sometimes referred to as retracting or pulling the plunger 93.

本実施形態では、吸引送出部90は振動付与部としても機能する。後述する三次元造形処理において、制御部500は、三次元造形物の外郭領域の造形時に、吸引送出部90を制御して、プランジャー93の位置を連続的又は段階的に変化させることで、流路56内の造形材料に振動を付与する。例えば、制御部500は、プランジャーの前進及び後退を交互に繰り返すことで、造形材料に振動を付与することができる。これにより、ノズル開口69から吐出される造形材料の線幅が連続的に変化し、例えば、三次元造形物の外郭領域にローレット状あるいはリブレット状の規則的な模様を形成できる。振動の態様は、前進と後退とを交互に繰り替えることに限らない。例えば、造形する模様に応じて、前進を複数回行った後に、後退を複数回行ってもよい。また、その他、2回前進、1回後退、2回前進、3回後退、のようなパターンを繰り返し実行してもよい。また、前進と停止、或いは、後退と停止、を繰り返すことにより、段階的にプランジャー93の位置を変化させることで振動を付与してもよい。 In this embodiment, the suction and delivery unit 90 also functions as a vibration applying unit. In the three-dimensional modeling process described later, the control unit 500 controls the suction and delivery unit 90 to continuously or stepwise change the position of the plunger 93 during modeling of the outer region of the three-dimensional model, thereby applying vibration to the modeling material in the flow path 56. For example, the control unit 500 can apply vibration to the modeling material by alternately repeating forward and backward movements of the plunger. This allows the line width of the modeling material discharged from the nozzle opening 69 to change continuously, and for example, a regular pattern in the form of a knurled or riblet shape can be formed in the outer region of the three-dimensional model. The mode of vibration is not limited to alternating forward and backward movements. For example, multiple forward movements may be performed and then multiple backward movements may be performed depending on the pattern to be modeled. In addition, a pattern such as two forward movements, one backward movement, two forward movements, and three backward movements may be repeatedly performed. Vibration can also be imparted by gradually changing the position of the plunger 93 by repeatedly moving forward and then stopping, or moving backward and then stopping.

図9は、三次元造形処理のフローチャートである。この処理は、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、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。制御部500によって三次元造形処理が実行されることにより、三次元造形物の製造方法が実現される。 Figure 9 is a flowchart of the three-dimensional modeling process. This process is executed by the control unit 500 when a predetermined start operation is performed by the user on an operation panel provided on the three-dimensional modeling device 100 or on a computer connected to the three-dimensional modeling device 100. The three-dimensional modeling process is executed by the control unit 500, thereby realizing a method for manufacturing a three-dimensional object.

制御部500は、ステップS110にて、三次元造形物を造形するための造形データを取得する。造形データとは、ステージ300に対するノズル61の移動経路や、ノズル61から吐出される造形材料の量、フラットスクリュー40を回転させる駆動モーター36の目標回転数、バレル50に内蔵されたヒーター58の目標温度、等に関する情報が表されたデータである。造形データは、例えば、三次元造形装置100に接続されたコンピューターにインストールされたスライサーソフトによって生成される。スライサーソフトは、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を読み込み、三次元造形物の形状を所定の厚みの層に分割して、造形データを生成する。スライサーソフトに読み込まれる形状データには、STL形式やAMF形式等のデータが用いられる。スライサーソフトによって作成された造形データは、GコードやMコード等によって表されている。制御部500は、三次元造形装置100に接続されたコンピューターや、USBメモリー等の記録媒体から造形データを取得する。 In step S110, the control unit 500 acquires modeling data for forming a three-dimensional object. The modeling data is data that represents information on the movement path of the nozzle 61 relative to the stage 300, the amount of modeling material discharged from the nozzle 61, the target rotation speed of the drive motor 36 that rotates the flat screw 40, the target temperature of the heater 58 built into the barrel 50, and the like. The modeling data is generated, for example, by slicer software installed in a computer connected to the three-dimensional modeling device 100. The slicer software reads shape data representing the shape of a three-dimensional object created using three-dimensional CAD software or three-dimensional CG software, divides the shape of the three-dimensional object into layers of a predetermined thickness, and generates modeling data. The shape data read into the slicer software uses data in STL format, AMF format, or the like. The modeling data created by the slicer software is expressed in G code, M code, or the like. The control unit 500 acquires modeling data from a computer connected to the three-dimensional modeling device 100 or a recording medium such as a USB memory.

ステップS120にて、制御部500は、造形材料の生成を開始する。制御部500は、フラットスクリュー40の回転、及び、バレル50に内蔵されたヒーター58の温度を制御することによって、材料を可塑化させて造形材料を生成する。フラットスクリュー40の回転によって、材料供給部20から供給された材料が、フラットスクリュー40の材料導入口44から溝部45内に導入される。溝部45内に導入された材料は、溝部45に沿って中央部47へと搬送される。溝部45内を搬送される材料は、フラットスクリュー40とバレル50との相対的な回転によるせん断、及び、ヒーター58による加熱によって、その少なくとも一部が可塑化されて、流動性を有するペースト状の造形材料になる。中央部47に集められた造形材料は、中央部47で生じる内圧によって第1流路151に供給される。尚、造形材料は、三次元造形処理が行われる間、生成され続ける。材料を可塑化して造形材料を生成する工程のことを、第1工程ともいう。 In step S120, the control unit 500 starts generating the modeling material. The control unit 500 generates the modeling material by plasticizing the material by controlling the rotation of the flat screw 40 and the temperature of the heater 58 built into the barrel 50. By the rotation of the flat screw 40, the material supplied from the material supply unit 20 is introduced into the groove portion 45 from the material inlet 44 of the flat screw 40. The material introduced into the groove portion 45 is transported along the groove portion 45 to the central portion 47. At least a portion of the material transported in the groove portion 45 is plasticized by shearing due to the relative rotation of the flat screw 40 and the barrel 50 and heating by the heater 58, and becomes a paste-like modeling material having fluidity. The modeling material collected in the central portion 47 is supplied to the first flow path 151 by the internal pressure generated in the central portion 47. The modeling material continues to be generated while the three-dimensional modeling process is being performed. The process of plasticizing the material to produce the modeling material is also called the first process.

ステップS120にて造形材料の生成が開始された後、制御部500は、ステップS125にて、第1流路151内の造形材料の圧力を安定化させる圧力調節処理の実行を開始する。圧力調節処理は、フラットスクリュー40が回転して、造形材料が生成されている間、造形処理と並行して実行される。圧力調節処理の具体的な内容については後述する。 After the generation of the modeling material is started in step S120, the control unit 500 starts executing a pressure adjustment process to stabilize the pressure of the modeling material in the first flow path 151 in step S125. The pressure adjustment process is executed in parallel with the modeling process while the flat screw 40 is rotating and the modeling material is being generated. The specific contents of the pressure adjustment process will be described later.

ステップS130にて、制御部500は、三次元造形物の造形を開始する。制御部500は、造形データに従って、移動機構400を制御して、ノズル開口69とステージ300との相対的な位置を変化させつつ、ノズル開口69からステージ300に向かって造形材料を吐出することによって、三次元造形物を造形する。三次元造形物の造形にあたり、制御部500は、弁駆動部101を制御してバタフライバルブ75を回転させることによって、第1流路151と第2流路152との間を連通させる。第1流路151と第2流路152との間が連通することによって、ノズル開口69からの造形材料の吐出が開始される。ノズル61に設けられたノズル開口69から造形材料をステージ300に向けて吐出することによって、三次元造形物を造形する工程のことを、第2工程ともいう。 In step S130, the control unit 500 starts forming a three-dimensional object. The control unit 500 controls the moving mechanism 400 according to the forming data to change the relative position between the nozzle opening 69 and the stage 300 while discharging the forming material from the nozzle opening 69 toward the stage 300, thereby forming a three-dimensional object. When forming a three-dimensional object, the control unit 500 controls the valve driving unit 101 to rotate the butterfly valve 75, thereby connecting the first flow path 151 and the second flow path 152. When the first flow path 151 and the second flow path 152 are connected, the discharge of the forming material from the nozzle opening 69 begins. The process of forming a three-dimensional object by discharging the forming material from the nozzle opening 69 provided in the nozzle 61 toward the stage 300 is also referred to as the second process.

図10は、三次元造形物OBが造形される様子を模式的に示す説明図である。制御部500は、ステージ300の造形面310とノズル61との距離を保持したまま、ステージ300の造形面310に沿った方向に、ステージ300に対するノズル61の位置を変えながら、ノズル61から可塑化材料を吐出させる。ノズル61から吐出された可塑化材料は、ノズル61の移動方向に連続して堆積されていく。 Figure 10 is an explanatory diagram that shows a schematic diagram of how a three-dimensional object OB is formed. The control unit 500 ejects plasticizing material from the nozzle 61 while changing the position of the nozzle 61 relative to the stage 300 in a direction along the modeling surface 310 of the stage 300, while maintaining the distance between the modeling surface 310 of the stage 300 and the nozzle 61. The plasticizing material ejected from the nozzle 61 is continuously deposited in the direction of movement of the nozzle 61.

制御部500は、ノズル61の移動を繰り返して層Lを形成する。制御部500は、1つの層Lを形成した後、ステージ300に対するノズル61の位置を、Z方向に相対移動させる。そして、これまでに形成された層Lの上に、更に層Lを積み重ねることによって造形物を造形していく。 The control unit 500 repeatedly moves the nozzle 61 to form layers L. After forming one layer L, the control unit 500 moves the position of the nozzle 61 relative to the stage 300 in the Z direction. Then, a model is formed by stacking further layers L on top of the layers L that have been formed so far.

各層Lは、外郭領域AR1と内部領域AR2とによって構成される。外郭領域AR1は、三次元造形物の外観に影響を与える領域である。内部領域AR2は、外郭領域AR1に囲われた領域である。内部領域AR2のことを、インフィル領域ともいう。本実施形態において、制御部500は、各層Lの造形にあたり、外郭領域AR1を造形した後に、その内側に位置する内部領域AR2を造形する。 Each layer L is composed of an outer region AR1 and an inner region AR2. The outer region AR1 is an area that affects the appearance of the three-dimensional object. The inner region AR2 is an area surrounded by the outer region AR1. The inner region AR2 is also called an infill region. In this embodiment, when forming each layer L, the control unit 500 forms the outer region AR1 first, and then forms the inner region AR2 located inside it.

図9のステップS140において、制御部500は、現在造形中の三次元造形物の造形箇所が、外郭領域AR1か内部領域AR2かを判断する。そして、制御部500は、外郭領域AR1を形成していると判断した場合に、吸引送出部90を制御して、流路56中の造形材料に振動を付与する。 In step S140 in FIG. 9, the control unit 500 determines whether the part of the three-dimensional object currently being modeled is the outer region AR1 or the inner region AR2. If the control unit 500 determines that the outer region AR1 is being formed, it controls the suction and delivery unit 90 to impart vibrations to the modeling material in the flow path 56.

図11は、外郭領域を造形するためのノズル61の移動経路の一部を示す図である。図11には、円柱状の三次元造形物の外郭領域AR1を造形するためのノズル61の移動経路の一部のX-Y座標を示している。本実施形態では、制御部500は、各層Lの外郭領域AR1を、最外周とその内側1周の2周分の経路によって造形する。外郭領域AR1を造形するための周数は、任意に設定可能である。各経路は、直線状の複数の部分的な経路が連続して接続されることで構成される。制御部500は、外郭領域AR1を造形するための各周の造形時に、造形材料に振動を付与する。制御部500は、造形材料に振動を付与しつつ、最外周の内側の周を先に造形し、その後に最外周を造形してもよい。こうすることにより、三次元造形物の外表面に形成される模様を際立たせることができる。尚、他の実施形態では、最外周の造形時のみに造形材料に振動を付与し、その内側の周の造形時には、造形材料に振動を付与しなくてもよい。 Figure 11 is a diagram showing a part of the movement path of the nozzle 61 for forming the outer region. Figure 11 shows the X-Y coordinates of a part of the movement path of the nozzle 61 for forming the outer region AR1 of a cylindrical three-dimensional object. In this embodiment, the control unit 500 forms the outer region AR1 of each layer L using a path for two revolutions, the outermost circumference and one revolution inside it. The number of revolutions for forming the outer region AR1 can be set arbitrarily. Each path is composed of multiple linear partial paths connected in succession. The control unit 500 applies vibration to the modeling material when forming each revolution to form the outer region AR1. The control unit 500 may apply vibration to the modeling material while first forming the inner circumference of the outermost circumference, and then forming the outermost circumference. This makes it possible to highlight the pattern formed on the outer surface of the three-dimensional object. In other embodiments, vibration may be applied to the modeling material only when the outermost circumference is being modeled, and vibration may not be applied to the modeling material when the inner circumference is being modeled.

図9のステップS150にて、制御部500は、ノズル開口69からの造形材料の吐出を停止するか否かを判定する。制御部500は、造形データを用いて、ノズル開口69からの造形材料の吐出を停止するか否かを判断する。例えば、現在造形を行っている領域から、同一の層Lの離れた領域にノズル61の目標位置が設定されている場合、或いは、新たな層Lの造形のためにノズル61をステージ300に対してZ方向に移動させる場合に、制御部500は、ノズル61からの造形材料の吐出を停止すると判断する。ステップS150において、ノズル61から造形材料の吐出を停止すると判断されなかった場合、制御部500は、ステップS140に処理を戻して、三次元造形物の造形を継続する。 In step S150 in FIG. 9, the control unit 500 determines whether to stop the ejection of the modeling material from the nozzle opening 69. The control unit 500 uses the modeling data to determine whether to stop the ejection of the modeling material from the nozzle opening 69. For example, when the target position of the nozzle 61 is set to an area of the same layer L away from the area currently being modeled, or when the nozzle 61 is moved in the Z direction relative to the stage 300 to model a new layer L, the control unit 500 determines to stop the ejection of the modeling material from the nozzle 61. If it is not determined in step S150 that the ejection of the modeling material from the nozzle 61 should be stopped, the control unit 500 returns to step S140 and continues modeling the three-dimensional object.

ステップS150にてノズル61からの造形材料の吐出を停止すると判断された場合、制御部500は、ステップS160にて、弁駆動部101を制御してバタフライバルブ75を回転させ、流路56の開口面積をゼロにすることによって、第1流路151から第2流路152への造形材料の流入を遮断する。第1流路151から第2流路152への造形材料の流入が遮断されることによって、ノズル61からの造形材料の吐出が停止される。ノズル61からの造形材料の吐出を停止する際に、制御部500は、ステップS165にて、プランジャー駆動部102を制御してプランジャー93を後退させることによって、第2流路152内の造形材料をシリンダー92内に吸引する。そのため、ノズル開口69からの造形材料の吐出が速やかに停止される。ノズル開口69からの造形材料の吐出が停止されている間、三次元造形物の造形は停止される。 When it is determined in step S150 that the ejection of the modeling material from the nozzle 61 is to be stopped, the control unit 500 controls the valve driving unit 101 to rotate the butterfly valve 75 in step S160, thereby making the opening area of the flow path 56 zero, thereby blocking the inflow of the modeling material from the first flow path 151 to the second flow path 152. By blocking the inflow of the modeling material from the first flow path 151 to the second flow path 152, the ejection of the modeling material from the nozzle 61 is stopped. When the ejection of the modeling material from the nozzle 61 is to be stopped, the control unit 500 controls the plunger driving unit 102 in step S165 to retract the plunger 93, thereby sucking the modeling material in the second flow path 152 into the cylinder 92. Therefore, the ejection of the modeling material from the nozzle opening 69 is promptly stopped. While the ejection of the modeling material from the nozzle opening 69 is stopped, the modeling of the three-dimensional object is stopped.

上記ステップS150において、外郭領域AR1の造形中に造形材料の吐出を停止すると判断された場合、すなわち、造形材料に振動を付与している期間中にノズル61からの造形材料の吐出を停止する場合、制御部500は、ステップS165において、吸引送出部90を制御して、シリンダー92内に造形材料を吸引する動作を行いながら、造形材料に振動を付与する。制御部500は、プランジャー93を前後方向に振動させつつ、プランジャー93を後退させることで、造形材料の吸引と造形材料に対する振動の付与とを同時に行う。 If it is determined in step S150 above that the ejection of the modeling material should be stopped during the modeling of the outer region AR1, i.e., if the ejection of the modeling material from the nozzle 61 should be stopped while the modeling material is being vibrated, the control unit 500 controls the suction delivery unit 90 in step S165 to impart vibration to the modeling material while sucking the modeling material into the cylinder 92. The control unit 500 vibrates the plunger 93 back and forth while retracting the plunger 93, thereby simultaneously sucking in the modeling material and imparting vibration to the modeling material.

ステップS170にて、制御部500は、ノズル61からの造形材料の吐出を再開するか否かを判定する。ステップS170にてノズル61からの造形材料の吐出を再開すると判断された場合、制御部500は、ステップS180にて、弁駆動部101を制御してバタフライバルブ75を回転させ、流路56の開口面積を大きくすることによって、第1流路151と第2流路152との間を連通させて、流路56に造形材料を流通させる。そして、その後、制御部500は、ステップS185にて、プランジャー駆動部102を制御してプランジャー93を前進させることによって、シリンダー92内の造形材料を第2流路152内へ送出する。こうすることで、ノズル開口69からの造形材料の吐出が速やかに再開される。その後、制御部500は、ステップS140に処理を戻して、三次元造形物の造形を再開する。 In step S170, the control unit 500 determines whether or not to resume the ejection of the modeling material from the nozzle 61. If it is determined in step S170 that the ejection of the modeling material from the nozzle 61 is to be resumed, the control unit 500 controls the valve driving unit 101 to rotate the butterfly valve 75 in step S180, thereby increasing the opening area of the flow path 56, thereby communicating between the first flow path 151 and the second flow path 152 and allowing the modeling material to flow through the flow path 56. Then, in step S185, the control unit 500 controls the plunger driving unit 102 to advance the plunger 93, thereby sending the modeling material in the cylinder 92 into the second flow path 152. In this way, the ejection of the modeling material from the nozzle opening 69 is promptly resumed. The control unit 500 then returns to step S140 and resumes the formation of the three-dimensional object.

上記ステップS170において、造形材料の吐出が停止されている状態から外郭領域AR1において造形材料の吐出を再開すると判断された場合、制御部500は、ステップS185において、吸引送出部90を制御して、シリンダー92から流路56に造形材料を送出する動作を行いながら、造形材料に振動を付与する。制御部500は、プランジャー93を前後方向に振動させつつ、プランジャー93を前進させることで、シリンダー92内の造形材料の送出と、流路56の造形材料に対する振動の付与とを同時に行う。 If it is determined in step S170 above that the ejection of the modeling material should be resumed in the outer region AR1 after the ejection of the modeling material was stopped, the control unit 500 controls the suction delivery unit 90 in step S185 to apply vibrations to the modeling material while ejecting the modeling material from the cylinder 92 to the flow path 56. The control unit 500 vibrates the plunger 93 back and forth while advancing the plunger 93, thereby simultaneously ejecting the modeling material from the cylinder 92 and applying vibrations to the modeling material in the flow path 56.

図12は、シリンダー92から流路56に造形材料を送出する動作を行いながら、造形材料に振動を付与した実験の結果を示す図である。図12には、シリンダー92内でプランジャー93を段階的に前進させて、造形材料を振動させた場合おける、シリンダー92内の圧力変化を示している。図12に示した例では、圧力が連続的に上下に変化しつつ徐々に上昇している。そのため、プランジャー93を振動させつつ前進させることで、シリンダー92内の造形材料を送出しつつ、造形材料に対して振動を付与することができる。 Figure 12 shows the results of an experiment in which vibrations were applied to the modeling material while the modeling material was being sent from the cylinder 92 to the flow path 56. Figure 12 shows the pressure change inside the cylinder 92 when the plunger 93 is advanced in stages inside the cylinder 92 to vibrate the modeling material. In the example shown in Figure 12, the pressure gradually rises while continuously changing up and down. Therefore, by advancing the plunger 93 while vibrating it, it is possible to apply vibrations to the modeling material while sending it out from the cylinder 92.

図9のステップS170にてノズル61からの造形材料の吐出を再開すると判断されなかった場合、制御部500は、ステップS190にて、三次元造形物の造形を終了するか否かを判定する。制御部500は、三次元造形物を構成する全ての層Lの造形が完了した場合に、三次元造形物の造形を終了すると判断する。ステップS190にて三次元造形物の造形を終了すると判断されなかった場合、制御部500は、ステップS170に処理を戻して、ノズル61からの造形材料の吐出を再開するか否かを再度判定する。一方、ステップS190にて三次元造形物の造形を終了すると判断された場合、制御部500は、三次元造形処理を終了する。 If it is not determined in step S170 of FIG. 9 that the ejection of the modeling material from the nozzle 61 should be resumed, the control unit 500 determines in step S190 whether or not to end the modeling of the three-dimensional object. The control unit 500 determines to end the modeling of the three-dimensional object when the modeling of all layers L that make up the three-dimensional object is completed. If it is not determined in step S190 that the modeling of the three-dimensional object should be terminated, the control unit 500 returns the process to step S170 and determines again whether or not to resume the ejection of the modeling material from the nozzle 61. On the other hand, if it is determined in step S190 that the modeling of the three-dimensional object should be terminated, the control unit 500 ends the three-dimensional modeling process.

図13は、図9に示した三次元造形処理のステップS125で開始される圧力調節処理のフローチャートである。 Figure 13 is a flowchart of the pressure adjustment process that begins in step S125 of the three-dimensional modeling process shown in Figure 9.

ステップS205にて、制御部500は、三次元造形物OBの造形に用いられる材料の種類と、収集時間Tと、目標圧力値Pbと、圧力許容差ΔPとを、圧力調節条件として設定する。収集時間Tとは、圧力センサー80によって第1流路151内の造形材料の圧力の値を収集するための時間のことを意味する。目標圧力値Pbとは、第1流路151内の造形材料の圧力の目標値のことを意味する。圧力許容差ΔPとは、第1流路151内の造形材料の圧力の、目標圧力値Pbからのずれの許容範囲のことを意味する。本実施形態では、ユーザーが三次元造形装置100に接続されたコンピューターを用いて、材料の種類と、収集時間Tと、目標圧力値Pbと、圧力許容差ΔPとを予め指定することによって、材料の種類と、収集時間Tと、目標圧力値Pbと、圧力許容差ΔPとが造形データに表されている。制御部500は、三次元造形装置100に接続されたコンピューターから造形データを取得することによって、材料の種類と、収集時間Tと、目標圧力値Pbと、圧力許容差ΔPとを取得する。 In step S205, the control unit 500 sets the type of material used in forming the three-dimensional object OB, the collection time T, the target pressure value Pb, and the pressure tolerance ΔP as pressure adjustment conditions. The collection time T means the time for the pressure sensor 80 to collect the pressure value of the forming material in the first flow path 151. The target pressure value Pb means the target value of the pressure of the forming material in the first flow path 151. The pressure tolerance ΔP means the allowable range of deviation of the pressure of the forming material in the first flow path 151 from the target pressure value Pb. In this embodiment, the user uses a computer connected to the three-dimensional forming device 100 to specify the type of material, the collection time T, the target pressure value Pb, and the pressure tolerance ΔP in advance, and the type of material, the collection time T, the target pressure value Pb, and the pressure tolerance ΔP are represented in the forming data. The control unit 500 acquires the material type, collection time T, target pressure value Pb, and pressure tolerance ΔP by acquiring modeling data from a computer connected to the three-dimensional modeling device 100.

ステップS210にて、制御部500は、バタフライバルブ75が開いているか否かを判定する。制御部500は、例えば、造形データに規定された吐出量を表す情報を用いて、バタフライバルブ75が開いているか否かを判断できる。ステップS210にてバタフライバルブ75が開いていると判断されなかった場合、制御部500は、ステップS255に処理を進めて、圧力調節処理を終了するか否かを判定する。本実施形態では、制御部500は、フラットスクリュー40の回転を停止させる指令があった場合に、圧力調節処理を終了すると判断する。圧力調節処理を終了すると判断された場合、制御部500は、圧力調節処理を終了する。一方、圧力調節処理を終了すると判断されなかった場合には、制御部500は、ステップS210に処理を戻して、再度、バタフライバルブ75が開いているか否かを判定する。 In step S210, the control unit 500 determines whether the butterfly valve 75 is open. The control unit 500 can determine whether the butterfly valve 75 is open, for example, by using information representing the discharge amount specified in the modeling data. If it is not determined that the butterfly valve 75 is open in step S210, the control unit 500 proceeds to step S255 to determine whether to end the pressure adjustment process. In this embodiment, the control unit 500 determines to end the pressure adjustment process when there is a command to stop the rotation of the flat screw 40. If it is determined to end the pressure adjustment process, the control unit 500 ends the pressure adjustment process. On the other hand, if it is not determined to end the pressure adjustment process, the control unit 500 returns to step S210 to determine again whether the butterfly valve 75 is open.

ステップS210にてバタフライバルブ75が開いていると判断された場合、制御部500は、ステップS215にて、圧力センサー80を用いて、第1流路151内の造形材料の圧力の値である圧力値Pを取得する。取得された圧力値Pは、制御部500の記憶装置に記憶される。その後、ステップS220にて、制御部500は、圧力値Pの取得を開始してからの時間tが収集時間T以上になったか否かを判定する。ステップS220にて時間tが収集時間T以上になったと判断されなかった場合、制御部500は、ステップS220にて時間tが収集時間T以上になったと判断されるまでステップS210からステップS220までの処理を繰り返して、予め設定された時間間隔で複数の圧力値Pのサンプルを取得する。この時間間隔は、例えば、1秒間に設定される。収集時間Tは、例えば、10秒間に設定される。この場合、制御部500は、1秒間に1回の頻度で10秒間、圧力値Pのサンプルを取得する。つまり、制御部500は、収集時間T内に、10個の圧力値Pのサンプルを取得する。尚、制御部500は、ステップS210にて、時間tが収集時間T以上になったか否かではなく、所定個数の圧力値Pのサンプルが取得されたか否かを判定してもよい。 If it is determined in step S210 that the butterfly valve 75 is open, the control unit 500 acquires a pressure value P, which is the pressure value of the modeling material in the first flow path 151, using the pressure sensor 80 in step S215. The acquired pressure value P is stored in the storage device of the control unit 500. Then, in step S220, the control unit 500 determines whether the time t from the start of acquisition of the pressure value P has become equal to or greater than the collection time T. If it is not determined in step S220 that the time t has become equal to or greater than the collection time T, the control unit 500 repeats the process from step S210 to step S220 until it is determined in step S220 that the time t has become equal to or greater than the collection time T, thereby acquiring multiple samples of the pressure value P at a preset time interval. This time interval is set to, for example, 1 second. The collection time T is set to, for example, 10 seconds. In this case, the control unit 500 acquires samples of the pressure value P once per second for 10 seconds. In other words, the control unit 500 acquires 10 samples of the pressure value P within the collection time T. In addition, in step S210, the control unit 500 may determine whether a predetermined number of samples of the pressure value P have been acquired, rather than whether the time t is equal to or greater than the collection time T.

ステップS220にて時間tが収集時間T以上になったと判断された場合、制御部500は、ステップS225にて、収集時間T内に取得した複数の圧力値Pの平均値を算出する。本実施形態では、制御部500は、1番目に取得した圧力値Pからn番目に取得した圧力値Pまでの合計値である合計圧力値ΣPと、収集時間T内に取得した圧力値Pのサンプル個数Nとを用いて、下式(1)で表される平均圧力値Paveを算出する。 When it is determined in step S220 that the time t is equal to or greater than the collection time T, the control unit 500 calculates in step S225 the average value of the multiple pressure values P acquired within the collection time T. In this embodiment, the control unit 500 calculates the average pressure value Pave expressed by the following formula (1) using a total pressure value ΣPn , which is the total value from the first acquired pressure value P1 to the nth acquired pressure value Pn, and the number N of samples of the pressure values P acquired within the collection time T.

Pave=ΣP/N ・・・(1) Pave=ΣP n /N (1)

本実施形態では、ステップS225にて、制御部500は、取得した複数の圧力値Pの移動平均を算出することによって、平均圧力値Paveを算出する。例えば、制御部500は、1番目の圧力値Pからn番目の圧力値Pまでを取得した場合には、PからPまでの合計値(P+P+P+・・・+P)をPからPまでのサンプル個数Nで割ることによって平均圧力値Paveを算出する。その後、制御部500は、n+1番目の圧力値Pn+1を取得した場合には、2番目の圧力値Pからn+1番目の圧力値Pn+1までの合計値(P+P+P+・・・+P+Pn+1)をサンプル個数Nで割ることによって平均圧力値Paveを算出する。 In this embodiment, in step S225, the control unit 500 calculates the average pressure value Pave by calculating a moving average of the acquired multiple pressure values P. For example, when the control unit 500 acquires the first pressure value P1 to the nth pressure value Pn , the control unit 500 calculates the average pressure value Pave by dividing the total value ( P1 + P2 + P3 +...+ Pn ) from P1 to Pn by the number of samples N from P1 to Pn . After that, when the control unit 500 acquires the n+1th pressure value Pn +1 , the control unit 500 calculates the average pressure value Pave by dividing the total value ( P2 + P3 + P4 +...+ Pn +Pn +1 ) from the second pressure value P2 to the n+1th pressure value Pn +1 by the number of samples N.

ステップS230にて、制御部500は、平均圧力値Paveが所定の許容範囲内であるか否かを判定する。制御部500は、平均圧力値Paveが目標圧力値Pbに圧力許容差ΔPを足し合わせた第1閾値以下であり、かつ、平均圧力値Paveが目標圧力値Pbから圧力許容差ΔPを差し引いた第2閾値以上である場合には、平均圧力値Paveが許容範囲内であると判断する。ステップS230にて平均圧力値Paveが許容範囲内であると判断された場合、制御部500は、ステップS255に処理を進めて、圧力調節処理を終了するか否かを判定する。一方、ステップS230にて平均圧力値Paveが許容範囲内であると判断されなかった場合、制御部500は、ステップS235にて、平均圧力値Paveと目標圧力値Pbとを用いて、下式(2)で表される圧力差Pdを算出する。 In step S230, the control unit 500 determines whether the average pressure value Pave is within a predetermined allowable range. If the average pressure value Pave is equal to or less than a first threshold value obtained by adding the pressure allowable difference ΔP to the target pressure value Pb, and equal to or greater than a second threshold value obtained by subtracting the pressure allowable difference ΔP from the target pressure value Pb, the control unit 500 determines that the average pressure value Pave is within the allowable range. If it is determined in step S230 that the average pressure value Pave is within the allowable range, the control unit 500 advances the process to step S255 and determines whether or not to end the pressure adjustment process. On the other hand, if it is not determined in step S230 that the average pressure value Pave is within the allowable range, the control unit 500 calculates the pressure difference Pd expressed by the following formula (2) using the average pressure value Pave and the target pressure value Pb in step S235.

Pd=Pave-Pb ・・・(2) Pd = Pave - Pb ... (2)

ステップS240にて、制御部500は、圧力差Pdが正の値であるか否かを判定する。ステップS240にて圧力差Pdが正の値であると判断された場合、換言すれば、平均圧力値Paveが目標圧力値Pbよりも大きな値であると判断された場合、制御部500は、ステップS245にて、圧力差Pdが0に近付くように、フラットスクリュー40の回転数を遅くする。フラットスクリュー40の回転数のことをスクリュー回転数と呼ぶ。回転数とは、単位時間当たりに物体が回転する回数のことを意味する。本実施形態では、制御部500は、ステップS240にて、スクリュー回転数と圧力との関係が表されたテーブルを参照することによって、スクリュー回転数の補正値を算出し、現状のスクリュー回転数から補正値を差し引いた新たなスクリュー回転数を算出する。スクリュー回転数と圧力との関係が表されたテーブルは、予め行われる実験やシミュレーションによって設定できる。制御部500は、新たなスクリュー回転数となるように駆動モーター36を制御することによって、スクリュー回転数を遅くする。尚、制御部500は、テーブルを参照するのではなく、予め設定された関数を用いて新たなスクリュー回転数を算出してもよい。 In step S240, the control unit 500 determines whether the pressure difference Pd is a positive value. If it is determined in step S240 that the pressure difference Pd is a positive value, in other words, if it is determined that the average pressure value Pave is a value greater than the target pressure value Pb, the control unit 500 slows down the rotation speed of the flat screw 40 in step S245 so that the pressure difference Pd approaches 0. The rotation speed of the flat screw 40 is called the screw rotation speed. The rotation speed means the number of times an object rotates per unit time. In this embodiment, in step S240, the control unit 500 calculates a correction value for the screw rotation speed by referring to a table showing the relationship between the screw rotation speed and the pressure, and calculates a new screw rotation speed by subtracting the correction value from the current screw rotation speed. The table showing the relationship between the screw rotation speed and the pressure can be set by experiments or simulations performed in advance. The control unit 500 slows down the screw rotation speed by controlling the drive motor 36 so as to obtain the new screw rotation speed. Additionally, the control unit 500 may calculate the new screw rotation speed using a preset function rather than referring to a table.

ステップS240にて圧力差Pdが正の値であると判断されなかった場合、換言すれば、平均圧力値Paveが目標圧力値Pbよりも小さな値であると判断された場合、制御部500は、ステップS250にて、圧力差Pdが0に近付くように、フラットスクリュー40の回転数を速くする。本実施形態では、制御部500は、ステップS245にて、スクリュー回転数と圧力との関係が表されたテーブルを参照することによって、スクリュー回転数の補正値を算出し、現状のスクリュー回転数に補正値を足し合わせた新たなスクリュー回転数を算出する。制御部500は、新たなスクリュー回転数となるように駆動モーター36を制御することによって、スクリュー回転数を速くする。 If it is not determined in step S240 that the pressure difference Pd is a positive value, in other words, if it is determined that the average pressure value Pave is a value smaller than the target pressure value Pb, the control unit 500 increases the rotation speed of the flat screw 40 in step S250 so that the pressure difference Pd approaches 0. In this embodiment, in step S245, the control unit 500 calculates a correction value for the screw rotation speed by referring to a table showing the relationship between the screw rotation speed and pressure, and calculates a new screw rotation speed by adding the correction value to the current screw rotation speed. The control unit 500 increases the screw rotation speed by controlling the drive motor 36 to achieve the new screw rotation speed.

吐出調整部70によってノズル61からの造形材料の吐出が停止されていない期間に制御部500によって行われる制御のことを第1制御と呼ぶこともあり、吐出調整部70によってノズル61からの造形材料の吐出が停止されている期間に制御部500によって行われる制御のことを第2制御と呼ぶこともある。本実施形態では、第1制御におけるフラットスクリュー40の回転の調節度合いよりも、第2制御におけるフラットスクリュー40の回転の調節度合いの方が小さい。フラットスクリュー40の回転の調節度合いとは、調節によるフラットスクリュー40の回転数の変化の大きさのことを意味する。フラットスクリュー40の回転の調節度合いが小さいとは、調節によるフラットスクリュー40の回転数の変化が小さいことのみならず、フラットスクリュー40の回転が調節されないことをも意味する。 The control performed by the control unit 500 during the period when the discharge of the modeling material from the nozzle 61 is not stopped by the discharge adjustment unit 70 is sometimes called the first control, and the control performed by the control unit 500 during the period when the discharge of the modeling material from the nozzle 61 is stopped by the discharge adjustment unit 70 is sometimes called the second control. In this embodiment, the degree of adjustment of the rotation of the flat screw 40 in the second control is smaller than the degree of adjustment of the rotation of the flat screw 40 in the first control. The degree of adjustment of the rotation of the flat screw 40 means the magnitude of the change in the rotation speed of the flat screw 40 due to the adjustment. A small degree of adjustment of the rotation of the flat screw 40 means not only that the change in the rotation speed of the flat screw 40 due to the adjustment is small, but also that the rotation of the flat screw 40 is not adjusted.

ステップS255にて、制御部500は、圧力調節処理を終了するか否かを判定する。上記のように、本実施形態では、制御部500は、フラットスクリュー40の回転を停止させる指令があった場合に、圧力調節処理を終了すると判断する。ステップS255にて圧力調節処理を終了すると判断された場合、制御部500は、当該圧力調節処理を終了する。一方、ステップS255にて圧力調節処理を終了すると判断されなかった場合、制御部500は、ステップS210に処理を戻して、再度、ステップS210からの処理を繰り返す。その際に、上述したとおり、制御部500は、取得した複数の圧力値Pの移動平均を算出することによって、平均圧力値Paveを算出する。そのため、例えば、ステップS215にて、n+1番目の圧力値Pn+1を取得した場合には、ステップS225にて、2番目の圧力値Pからn+1番目の圧力値Pn+1までの合計値(P+P+P+・・・+P+Pn+1)をサンプル個数Nで割ることによって平均圧力値Paveを算出する。 In step S255, the control unit 500 determines whether or not to end the pressure adjustment process. As described above, in this embodiment, the control unit 500 determines to end the pressure adjustment process when there is a command to stop the rotation of the flat screw 40. If it is determined in step S255 that the pressure adjustment process is to be ended, the control unit 500 ends the pressure adjustment process. On the other hand, if it is not determined in step S255 that the pressure adjustment process is to be ended, the control unit 500 returns the process to step S210 and repeats the process from step S210 again. At that time, as described above, the control unit 500 calculates the average pressure value Pave by calculating a moving average of the multiple acquired pressure values P. Therefore, for example, when the n+1th pressure value Pn +1 is acquired in step S215, in step S225, the average pressure value Pave is calculated by dividing the sum of the second pressure value P2 to the n+1th pressure value Pn +1 ( P2 + P3 + P4 + ... + Pn + Pn +1 ) by the number of samples N.

図14は、振動によって外郭領域AR1に模様を形成するのではなく、ノズル61の移動によって模様を形成する場合におけるノズル61の移動経路を示す図である。ノズル61の移動によって模様を形成する場合には、図14に示すように、模様の形状に合わせてノズル61の位置調整を細かく行う必要がある。そのため、模様部分の造形に時間がかかり、三次元造形物全体の造形が完了するまでの造形時間が長期化する可能性がある。また、模様部分を造形するための細かなノズル61の位置制御が必要となって、移動機構400に備えられたモーター等に負担がかかる。これに対して、上述した本実施形態の三次元造形装置100によれば、造形材料に振動を付与しながら三次元造形物の外郭領域を造形するので、ノズル61を細かく移動することなく模様を形成できる。そのため、外表面に模様を有する三次元造形物を、短時間に造形することができる。また、本実施形態によれば、模様部分を造形するためにノズル61の位置を細かく制御する必要がないので、移動機構400に備えられたモーター等に負担がかかることを抑制できる。 14 is a diagram showing the movement path of the nozzle 61 in the case where a pattern is formed by moving the nozzle 61, rather than forming a pattern in the outer region AR1 by vibration. When forming a pattern by moving the nozzle 61, as shown in FIG. 14, it is necessary to finely adjust the position of the nozzle 61 according to the shape of the pattern. Therefore, it may take time to form the pattern part, and the modeling time until the entire modeling of the three-dimensional object is completed may be extended. In addition, fine position control of the nozzle 61 is required to form the pattern part, which puts a strain on the motor and the like provided in the moving mechanism 400. In contrast, according to the three-dimensional modeling device 100 of the present embodiment described above, the outer region of the three-dimensional object is formed while applying vibration to the modeling material, so that the pattern can be formed without finely moving the nozzle 61. Therefore, a three-dimensional object having a pattern on its outer surface can be formed in a short time. In addition, according to the present embodiment, it is not necessary to finely control the position of the nozzle 61 to form the pattern part, so that the strain on the motor and the like provided in the moving mechanism 400 can be suppressed.

また、本実施形態の三次元造形装置100は、振動付与部として、流路56に接続された吸引送出部90を利用し、吸引送出部90に備えられたプランジャー93の位置を連続的或いは段階的に変化させることで流路56内の造形材料に振動を付与する。そのため、振動を付与するための新たな装置を追加することなく、造形材料に振動を付与して、三次元造形物に模様を形成することができる。 The three-dimensional modeling device 100 of this embodiment also uses the suction delivery unit 90 connected to the flow path 56 as the vibration applying unit, and applies vibration to the modeling material in the flow path 56 by continuously or stepwise changing the position of the plunger 93 provided in the suction delivery unit 90. Therefore, it is possible to apply vibration to the modeling material and form a pattern on the three-dimensional object without adding a new device for applying vibration.

また、本実施形態では、制御部500は、造形材料に振動を付与している期間中にノズル61からの造形材料の吐出を停止する場合、吸引送出部90を制御してシリンダー92内に造形材料を吸引する動作を行いながら、振動を付与する。そのため、ノズル61からの吐出停止時に、模様の形成が途切れることを抑制できる。 In addition, in this embodiment, when the control unit 500 stops the ejection of the modeling material from the nozzle 61 while the modeling material is being vibrated, the control unit 500 applies vibration while controlling the suction delivery unit 90 to suck the modeling material into the cylinder 92. This makes it possible to prevent the formation of the pattern from being interrupted when the ejection from the nozzle 61 stops.

また、本実施形態では、制御部500は、造形材料の吐出が停止されている状態から再開する場合に、吸引送出部90を制御してシリンダー92から流路56に造形材料を送出する動作を行いながら、造形材料に振動を付与する。そのため、ノズル61からの造形材料の吐出を再開する際に、模様が形成されない可能性を低減できる。特に、本実施形態では、造形材料の吐出が停止されている状態から再開する場合、制御部500は、吐出調整部70を制御して、造形材料の流路56への流通を再開させた後に、吸引送出部90を制御して、シリンダー92から流路56への造形材料の送出を行って、造形材料の吐出を再開させる。そのため、ノズル61から造形材料の吐出を再開する際に、流路56内の造形材料に振動を付与しやすくなる。 In addition, in this embodiment, when the ejection of the modeling material is resumed after being stopped, the control unit 500 applies vibration to the modeling material while controlling the suction and delivery unit 90 to send the modeling material from the cylinder 92 to the flow path 56. This reduces the possibility that a pattern will not be formed when the ejection of the modeling material from the nozzle 61 is resumed. In particular, in this embodiment, when the ejection of the modeling material is resumed after being stopped, the control unit 500 controls the ejection adjustment unit 70 to resume the flow of the modeling material to the flow path 56, and then controls the suction and delivery unit 90 to send the modeling material from the cylinder 92 to the flow path 56 and resume the ejection of the modeling material. This makes it easier to apply vibration to the modeling material in the flow path 56 when the ejection of the modeling material from the nozzle 61 is resumed.

また、本実施形態では、制御部500は、圧力センサー80による造形材料の圧力の検出値が予め定められた範囲内に収まるようにフラットスクリュー40の回転を制御する圧力調節処理を実行し、その圧力調整津処理が実行されている間に、流路56内の造形材料に振動を付与しながら三次元造形物の外郭を造形する。そのため、流路56に供給される造形材料の圧力を安定させつつ振動を付与することができ、これにより、外郭領域に模様を精度よく形成できる。 In addition, in this embodiment, the control unit 500 executes a pressure adjustment process that controls the rotation of the flat screw 40 so that the pressure of the modeling material detected by the pressure sensor 80 falls within a predetermined range, and while the pressure adjustment process is being executed, the outer periphery of the three-dimensional object is formed while imparting vibration to the modeling material in the flow path 56. Therefore, it is possible to impart vibration while stabilizing the pressure of the modeling material supplied to the flow path 56, which allows a pattern to be formed accurately in the outer periphery area.

B.他の実施形態:
(B1)上記実施形態において、上部ヒーター60による加熱温度は、ユーザーが指定した温度となるように、制御部500によって制御される。これに対して、制御部500は、造形材料に振動を付与する場合と付与しない場合とで、異なる温度で、加熱するように上部ヒーター60を制御してもよい。
B. Other embodiments:
(B1) In the above embodiment, the heating temperature of the upper heater 60 is controlled by the control unit 500 so as to be a temperature designated by the user. In contrast, the control unit 500 may control the upper heater 60 so as to heat the material at different temperatures depending on whether vibration is applied to the modeling material or not.

振動を付与する場合に、振動を付与しない場合よりも温度を高めるか低めるかは、材料の種類に応じて決定することができる。例えば、PEEKなどの結晶性樹脂の場合、結晶化度を高めるためにゆっくりと温度を低下させることが好ましい場合がある。そのため、例えば、材料が結晶性樹脂の場合には、振動を付与する場合の加熱温度を、振動を付与しない場合の加熱温度よりも高くする。これに対して、非晶性樹脂の場合、速やかに温度を低下させることにより、模様の形状を早期に固定できる。そのため、例えば、材料が非晶性樹脂の場合には、振動を付与する場合の加熱温度を、振動を付与しない場合の加熱温度よりも低くする。このように上部ヒーター60を制御することで、振動の付与によって形成された模様が三次元造形物から剥がれたり、形状が崩れたりすることを抑制できる。 Whether the temperature is increased or decreased when vibration is applied compared to when vibration is not applied can be determined according to the type of material. For example, in the case of a crystalline resin such as PEEK, it may be preferable to slowly lower the temperature in order to increase the degree of crystallinity. Therefore, for example, when the material is a crystalline resin, the heating temperature when vibration is applied is set higher than the heating temperature when vibration is not applied. In contrast, in the case of an amorphous resin, the shape of the pattern can be fixed early by quickly lowering the temperature. Therefore, for example, when the material is an amorphous resin, the heating temperature when vibration is applied is set lower than the heating temperature when vibration is not applied. By controlling the upper heater 60 in this way, it is possible to prevent the pattern formed by the application of vibration from peeling off from the three-dimensional object or losing its shape.

尚、造形中の三次元造形物を加熱する加熱部は、上部ヒーター60に限らず、例えば、ステージ300内に備えられてもよい。 The heating unit that heats the three-dimensional object being modeled is not limited to the upper heater 60, and may be provided, for example, within the stage 300.

(B2)上記実施形態において、三次元造形装置100は、流路56内の造形材料に振動を付与する振動付与部として吸引送出部90を用いている。これに対して、三次元造形装置100は、振動付与部として、吐出調整部70を用いてもよい。例えば、制御部500は、吐出調整部70に備えられたバタフライバルブ75の回転を制御して、流路56の開口面積を連続的或いは段階的に変化させることで、流路56内の造形材料に振動を付与することができる。 (B2) In the above embodiment, the three-dimensional modeling device 100 uses the suction delivery unit 90 as a vibration applying unit that applies vibrations to the modeling material in the flow path 56. In contrast, the three-dimensional modeling device 100 may use the discharge adjustment unit 70 as a vibration applying unit. For example, the control unit 500 can apply vibrations to the modeling material in the flow path 56 by controlling the rotation of the butterfly valve 75 provided in the discharge adjustment unit 70 and changing the opening area of the flow path 56 continuously or stepwise.

(B3)上記実施形態において、三次元造形装置100は、流路56内の造形材料に振動を付与する振動付与部として吸引送出部90を用いている。これに対して、三次元造形装置100は、振動付与部として、流路56の一部に、圧電素子やダイヤフラムを備えてもよい。制御部500は、圧電素子やダイヤフラムが振動するようにこれらに加える電圧や圧縮空気を制御することで、造形材料に振動を付与することができる。 (B3) In the above embodiment, the three-dimensional modeling device 100 uses the suction and delivery unit 90 as a vibration applying unit that applies vibrations to the modeling material in the flow path 56. In contrast, the three-dimensional modeling device 100 may be provided with a piezoelectric element or a diaphragm in part of the flow path 56 as a vibration applying unit. The control unit 500 can apply vibrations to the modeling material by controlling the voltage or compressed air applied to the piezoelectric element or the diaphragm so that they vibrate.

(B4)上記実施形態において、三次元造形装置100は、流路56内の造形材料に振動を付与する振動付与部として吸引送出部90を用いている。これに対して、三次元造形装置100は、振動付与部として、フラットスクリュー40を用いてもよい。例えば、制御部500は、フラットスクリュー40の回転速度を連続的又は段階的に変化させることで、流路56内の造形材料に振動を付与することが可能である。 (B4) In the above embodiment, the three-dimensional modeling device 100 uses the suction delivery unit 90 as a vibration imparting unit that imparts vibrations to the modeling material in the flow path 56. In contrast, the three-dimensional modeling device 100 may use a flat screw 40 as a vibration imparting unit. For example, the control unit 500 can impart vibrations to the modeling material in the flow path 56 by continuously or stepwise changing the rotation speed of the flat screw 40.

フラットスクリュー40の回転速度を変化させることにより造形材料に振動を付与する制御において、制御部500は、第1実施形態で説明した圧力調節処理を実行せず、以下に説明する波形生成処理を実行することで、造形材料の圧力の安定化と造形材料に対する振動の付与との両方を実現してもよい。 In controlling the application of vibration to the modeling material by changing the rotation speed of the flat screw 40, the control unit 500 may not execute the pressure adjustment process described in the first embodiment, but may execute the waveform generation process described below, thereby achieving both stabilization of the pressure of the modeling material and application of vibration to the modeling material.

以下、図15~図18を用いて、波形生成処理について説明する。まず、制御部500は、三次元造形処理の実行に先立ち、バタフライバルブ75を開いた状態で、フラットスクリュー40を回転させて造形材料を生成し、圧力センサー80を用いて、生成された造形材料の圧力変化を測定する。図15は、測定された造形材料の圧力変化の例を示す図である。尚、制御部500は、造形材料の圧力変化とフラットスクリュー40の回転角度との関係を予め測定しておくことにより、フラットスクリュー40の回転角度を測定することによって造形材料の圧力変化を推定してもよい。 The waveform generation process will be described below with reference to Figures 15 to 18. First, prior to executing the three-dimensional modeling process, the control unit 500 rotates the flat screw 40 with the butterfly valve 75 open to generate modeling material, and measures the pressure change of the generated modeling material using the pressure sensor 80. Figure 15 is a diagram showing an example of the measured pressure change of the modeling material. Note that the control unit 500 may estimate the pressure change of the modeling material by measuring the rotation angle of the flat screw 40 by measuring the relationship between the pressure change of the modeling material and the rotation angle of the flat screw 40 in advance.

続いて、制御部500は、測定された圧力変化を周波数解析し、その圧力変化を打ち消す逆位相の波形を生成する。図16は、圧力変化を打ち消す逆位相の波形の例を示す図である。制御部500は、こうして生成された逆位相の波形を制御部500内の記憶装置に記憶させる。更に、制御部500は、造形材料に振動を付与するための波形を生成し、記憶装置に記憶させる。図17は、振動を付与するための波形の例を示す図である。 The control unit 500 then performs frequency analysis on the measured pressure change and generates an opposite-phase waveform that cancels out the pressure change. FIG. 16 is a diagram showing an example of an opposite-phase waveform that cancels out the pressure change. The control unit 500 stores the opposite-phase waveform thus generated in a storage device within the control unit 500. Furthermore, the control unit 500 generates a waveform for imparting vibration to the modeling material and stores it in the storage device. FIG. 17 is a diagram showing an example of a waveform for imparting vibration.

制御部500は、図16に示した逆位相波形と、図17に示した振動波形とを合成し、フラットスクリュー40の回転を制御するための制御波形を生成する。図18は、こうして生成された制御波形の例を示す図である。尚、図16~図18に示した波形は、制御部500ではなく、三次元造形装置100と通信可能な他のコンピューターによって生成されてもよい。 The control unit 500 synthesizes the antiphase waveform shown in FIG. 16 with the vibration waveform shown in FIG. 17 to generate a control waveform for controlling the rotation of the flat screw 40. FIG. 18 is a diagram showing an example of the control waveform thus generated. Note that the waveforms shown in FIGS. 16 to 18 may be generated not by the control unit 500 but by another computer capable of communicating with the three-dimensional modeling device 100.

制御部500は、図9に示した三次元造形処理のステップS120以降において、フラットスクリュー40の回転の加減速を、図16に示した逆位相波形に基づいて制御する。こうすることで、フラットスクリュー40の回転に伴って生じる造形材料の圧力変化を打ち消すことができる。また、制御部500は、ステップS125の処理をスキップする。制御部500は、ステップS140において、外郭領域AR1の造形時において、フラットスクリュー40の回転の加減速を、図18に示した制御波形に基づいて制御することで、外郭領域AR1に模様を付与する。 After step S120 of the three-dimensional modeling process shown in FIG. 9, the control unit 500 controls the acceleration and deceleration of the rotation of the flat screw 40 based on the antiphase waveform shown in FIG. 16. This makes it possible to cancel out pressure changes in the modeling material that occur as the flat screw 40 rotates. The control unit 500 also skips the processing of step S125. In step S140, when the outer region AR1 is modeled, the control unit 500 imparts a pattern to the outer region AR1 by controlling the acceleration and deceleration of the rotation of the flat screw 40 based on the control waveform shown in FIG. 18.

以上で説明したように、図16に示した逆位相波形、及び、図18に示した制御波形を用いることにより、三次元造形装置100は、フラットスクリュー40の回転を制御することで、造形材料の圧力変化を抑制しつつ振動を付与することができる。この結果、三次元造形物に形成される模様を精度よく形成することが可能になる。 As described above, by using the antiphase waveform shown in FIG. 16 and the control waveform shown in FIG. 18, the three-dimensional modeling device 100 can apply vibration while suppressing pressure changes in the modeling material by controlling the rotation of the flat screw 40. As a result, it becomes possible to form the pattern formed on the three-dimensional object with high precision.

尚、造形材料に対する振動の付与は、吸引送出部90による振動の付与、吐出調整部70による振動の付与、フラットスクリュー40の回転による振動の付与、うちの2以上を組み合わせて行ってもよい。 The molding material may be subjected to vibration by a combination of two or more of the following: vibration by the suction delivery unit 90, vibration by the discharge adjustment unit 70, and vibration by the rotation of the flat screw 40.

(B5)上述した実施形態では、図9のステップS140において、制御部500は、現在造形中の三次元造形物の造形箇所が、外郭領域AR1か内部領域AR2かを判断し、外郭領域AR1を形成していると判断した場合に、吸引送出部90を制御して、流路中の造形材料に振動を付与している。これに対して、制御部500は、造形データを解析し、スライサーソフトによって記録された振動付与コマンドが対応付けられている移動経路の造形時に振動を付与してもよい。例えば、振動付与コマンドは、外郭領域AR1の全てではなく、一部の移動経路に対応付けられてもよい。こうすることで、外郭領域AR1のうちの一部の領域に対して、模様を形成できる。 (B5) In the above-described embodiment, in step S140 of FIG. 9, the control unit 500 determines whether the part of the three-dimensional object currently being modeled is the outer region AR1 or the inner region AR2, and if it determines that the outer region AR1 is being formed, it controls the suction and delivery unit 90 to impart vibration to the modeling material in the flow path. In response to this, the control unit 500 may analyze the modeling data and impart vibration during modeling of a movement path associated with a vibration imparting command recorded by the slicer software. For example, the vibration imparting command may be associated with part of the movement path, rather than the entire outer region AR1. In this way, a pattern can be formed in a portion of the outer region AR1.

(B6)上述した実施形態の三次元造形装置100において、可塑化部30は、端面に溝形成面42を有するフラットスクリュー40と、端面にスクリュー対向面52を有するバレル50とを備えている。これに対して、可塑化部30は、長尺な軸状の外形を有し、軸の側面に螺旋状の溝が形成されたインラインスクリューと、円筒状のスクリュー対向面を有するバレルとを備えてもよい。 (B6) In the three-dimensional modeling device 100 of the above-described embodiment, the plasticizing unit 30 includes a flat screw 40 having a groove forming surface 42 on its end surface, and a barrel 50 having a screw facing surface 52 on its end surface. In contrast, the plasticizing unit 30 may include an in-line screw having a long, axial outer shape with a spiral groove formed on the side of the shaft, and a barrel having a cylindrical screw facing surface.

(B7)上述した実施形態の三次元造形装置100において、圧力センサー80は、第2流路152に設けられてもよい。この場合、制御部500は、圧力センサー80によって測定した第2流路152内の造形材料の圧力を用いてフラットスクリュー40の回転数を調節してもよい。 (B7) In the three-dimensional modeling device 100 of the above-described embodiment, the pressure sensor 80 may be provided in the second flow path 152. In this case, the control unit 500 may adjust the rotation speed of the flat screw 40 using the pressure of the modeling material in the second flow path 152 measured by the pressure sensor 80.

(B8)上述した実施形態では、図9に示した三次元造形処理のステップS165及びステップS185において、制御部500は、外郭領域AR1の造形時における吐出停止時、あるいは、外郭領域AR1における吐出再開時において、造形材料に振動を付与している。これに対して、外郭領域AR1の造形時における吐出停止時、及び、外郭領域AR1における吐出再開時の両方又は一方において、制御部500は、造形材料に振動を付与しなくてもよい。 (B8) In the above-described embodiment, in steps S165 and S185 of the three-dimensional modeling process shown in FIG. 9, the control unit 500 applies vibration to the modeling material when dispensing is stopped during modeling of the outer region AR1 or when dispensing is resumed in the outer region AR1. In contrast, the control unit 500 does not need to apply vibration to the modeling material when dispensing is stopped during modeling of the outer region AR1 and/or when dispensing is resumed in the outer region AR1.

(B9)上述した実施形態では、図9に示した三次元造形処理のステップS125において、圧力調節処理を開始している。これに対して、圧力調節処理の実行は必須ではなく、ステップS125の処理は省略してもよい。 (B9) In the above-described embodiment, the pressure adjustment process is started in step S125 of the three-dimensional modeling process shown in FIG. 9. However, the execution of the pressure adjustment process is not essential, and the process of step S125 may be omitted.

C.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、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
C. Other Forms:
The present disclosure is not limited to the above-mentioned embodiments, and can be realized in various configurations without departing from the spirit of the present disclosure. For example, the technical features of the embodiments corresponding to the technical features in each form described below can be appropriately replaced or combined in order to solve some or all of the above-mentioned problems or to achieve some or all of the above-mentioned effects. Furthermore, if a technical feature is not described as essential in this specification, it can be appropriately deleted.

(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、材料を可塑化して造形材料を生成する可塑化部と、ノズル開口を有し、前記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、前記流路内の前記造形材料に振動を付与する振動付与部と、前記可塑化部及び前記振動付与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、前記振動付与部を制御して前記流路内の前記造形材料に前記振動を付与しながら前記三次元造形物の外郭領域の少なくとも一部を造形する。
このような形態によれば、造形材料に振動を付与しながら三次元造形物の外郭領域の少なくとも一部を造形するので、外表面に模様を有する三次元造形物を、短時間に造形することができる。また、模様部分を描画するためにノズルの位置を細かく制御する必要がないので、模様の形成のために装置の負担が増大することを抑制できる。
(1) According to a first aspect of the present disclosure, there is provided a three-dimensional modeling apparatus including: a plasticizing unit that plasticizes a material to generate a modeling material; a nozzle having a nozzle opening and discharging the modeling material toward a stage; a vibration imparting unit that is connected to the nozzle opening and is provided in a flow path through which the modeling material flows and that imparts vibrations to the modeling material in the flow path; and a control unit that controls the plasticizing unit and the vibration imparting unit to form a three-dimensional object, wherein the control unit controls the vibration imparting unit to impart the vibrations to the modeling material in the flow path while forming at least a part of an outer region of the three-dimensional object.
According to this embodiment, since at least a part of the outer region of the three-dimensional object is formed while applying vibration to the modeling material, it is possible to form a three-dimensional object having a pattern on its outer surface in a short time. In addition, since it is not necessary to precisely control the nozzle position to draw the pattern, it is possible to suppress an increase in the load on the device due to the formation of the pattern.

(2)上記形態の三次元造形装置において、前記振動付与部は、前記流路に接続されたシリンダー及び前記シリンダー内を移動するプランジャーを備える吸引送出部を有し、前記制御部は、前記プランジャーの位置を連続的又は段階的に変化させることで前記流路内の前記造形材料に前記振動を付与してもよい。このような形態によれば、造形材料を吸引或いは送出するためのプランジャーを利用して造形材料に振動を付与できる。 (2) In the three-dimensional modeling device of the above embodiment, the vibration applying unit may have a suction and delivery unit equipped with a cylinder connected to the flow path and a plunger that moves within the cylinder, and the control unit may apply the vibration to the modeling material in the flow path by continuously or stepwise changing the position of the plunger. According to this embodiment, the modeling material can be subjected to vibration by utilizing a plunger for sucking or delivering the modeling material.

(3)上記形態の三次元造形装置において、前記制御部は、前記プランジャーの前進及び後退を含むパターンを繰り返すことで前記振動を付与してもよい。このような形態によれば、三次元造形物の外郭領域に規則的な模様を形成できる。 (3) In the three-dimensional modeling device of the above embodiment, the control unit may apply the vibration by repeating a pattern that includes forward and backward movement of the plunger. According to this embodiment, a regular pattern can be formed in the outer region of the three-dimensional model.

(4)上記形態の三次元造形装置において、前記制御部は、前記振動を付与している期間中に前記ノズルからの前記造形材料の吐出を停止する場合、前記吸引送出部を制御して前記シリンダー内に前記造形材料を吸引する動作を行いながら、前記振動を付与してもよい。このような形態によれば、ノズルからの吐出停止時において、模様の形成が途切れることを抑制できる。 (4) In the three-dimensional modeling device of the above embodiment, when the control unit stops the ejection of the modeling material from the nozzle during the period in which the vibration is being applied, the control unit may apply the vibration while controlling the suction delivery unit to suck the modeling material into the cylinder. According to this embodiment, it is possible to prevent the formation of a pattern from being interrupted when the ejection from the nozzle is stopped.

(5)上記形態の三次元造形装置において、前記制御部は、前記造形材料の吐出が停止されている状態から前記外郭領域において前記造形材料の吐出を再開する場合、前記吸引送出部を制御して前記シリンダーから前記流路に前記造形材料を送出する動作を行いながら、前記振動を付与してもよい。このような形態によれば、ノズルからの造形材料の吐出を再開する際に、模様が形成されない可能性を低減できる。 (5) In the three-dimensional modeling device of the above embodiment, when the control unit resumes the ejection of the modeling material in the outer region from a state in which the ejection of the modeling material has been stopped, the control unit may apply the vibration while controlling the suction and delivery unit to eject the modeling material from the cylinder to the flow path. According to this embodiment, it is possible to reduce the possibility that a pattern will not be formed when the ejection of the modeling material from the nozzle is resumed.

(6)上記形態の三次元造形装置において、前記流路に設けられ、前記流路の開口面積を調整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調整部を備え、前記制御部は、前記吐出調整部を制御して前記造形材料の前記流路への流通を再開させた後に、前記吸引送出部を制御して前記シリンダーから前記流路への前記造形材料の送出を行うことで、前記造形材料の吐出を再開してもよい。このような形態によれば、ノズルからの造形材料の吐出を再開する際に、流路内の造形材料に振動を付与しやすい。 (6) In the three-dimensional modeling device of the above embodiment, a discharge adjustment unit is provided in the flow path and adjusts the amount of the modeling material discharged from the nozzle opening by adjusting the opening area of the flow path, and the control unit may control the discharge adjustment unit to resume the flow of the modeling material to the flow path, and then control the suction and delivery unit to send the modeling material from the cylinder to the flow path, thereby resuming the discharge of the modeling material. According to this embodiment, it is easy to impart vibration to the modeling material in the flow path when resuming the discharge of the modeling material from the nozzle.

(7)上記形態の三次元造形装置において、前記流路内の圧力を検出する圧力センサーを備え、前記可塑化部は、前記材料を可塑化するためのスクリューを有し、前記制御部は、前記圧力センサーによる前記圧力の検出値が予め定められた範囲内に収まるように前記スクリューの回転を制御する圧力調節処理を実行し、前記制御部は、前記圧力調節処理の実行中に、前記振動付与部を制御して前記流路内の前記造形材料に前記振動を付与しながら前記三次元造形物の外郭の少なくとも一部を造形してもよい。このような形態によれば、造形材料の圧力を安定させることができるので、外郭領域に模様を精度よく形成できる。 (7) In the three-dimensional modeling device of the above embodiment, a pressure sensor is provided for detecting the pressure in the flow path, the plasticizing unit has a screw for plasticizing the material, and the control unit executes a pressure adjustment process for controlling the rotation of the screw so that the pressure detected by the pressure sensor falls within a predetermined range, and the control unit may control the vibration applying unit to apply the vibration to the modeling material in the flow path while performing the pressure adjustment process, thereby modeling at least a portion of the outer periphery of the three-dimensional model. According to this embodiment, the pressure of the modeling material can be stabilized, so that a pattern can be formed in the outer periphery region with high precision.

(8)上記形態の三次元造形装置において、造形中の前記三次元造形物を加熱する加熱部を備え、前記制御部は、前記造形材料に前記振動を付与する場合と付与しない場合とで、異なる温度で前記三次元造形物を加熱するように前記加熱部を制御してもよい。このような形態によれば、造形材料に振動を付与して形成する模様の強度を高めることが可能になる。 (8) The three-dimensional printing device of the above embodiment may further include a heating unit that heats the three-dimensional object being printed, and the control unit may control the heating unit to heat the three-dimensional object at different temperatures when the vibration is applied to the printing material and when the vibration is not applied. This embodiment makes it possible to increase the strength of the pattern formed by applying vibration to the printing material.

(9)上記形態の三次元造形装置において、前記振動付与部は、前記流路の開口面積を調整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調整部を有し、前記制御部は、前記開口面積を連続的又は段階的に変化させることで前記流路内の前記造形材料に前記振動を付与してもよい。このような形態によれば、造形材料の吐出量を調整する吐出調整部を利用して造形材料に振動を付与できる。 (9) In the three-dimensional modeling device of the above embodiment, the vibration applying unit may have a discharge adjustment unit that adjusts the amount of the modeling material discharged from the nozzle opening by adjusting the opening area of the flow path, and the control unit may apply the vibration to the modeling material in the flow path by changing the opening area continuously or stepwise. According to this embodiment, the vibration can be applied to the modeling material by using the discharge adjustment unit that adjusts the amount of the modeling material discharged.

(10)本開示の第2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、材料を可塑化して造形材料を生成する第1工程と、ノズルに設けられたノズル開口から前記造形材料をステージに向けて吐出することにより、三次元造形物を造形する第2工程と、を備え、前記第2工程は、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、前記流路内の前記造形材料に振動を付与する振動付与部を制御して、前記流路内の前記造形材料に前記振動を付与しながら前記三次元造形物の外郭領域の少なくとも一部を造形する工程を含む。 (10) According to a second aspect of the present disclosure, a method for manufacturing a three-dimensional object is provided. The manufacturing method includes a first step of plasticizing a material to generate a modeling material, and a second step of forming a three-dimensional object by ejecting the modeling material from a nozzle opening provided in a nozzle toward a stage, the second step including a step of controlling a vibration imparting unit provided in a flow path through which the modeling material flows and communicating with the nozzle opening, which imparts vibration to the modeling material in the flow path, and forming at least a part of the outer region of the three-dimensional object while imparting the vibration to the modeling material in the flow path.

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、三次元造形システムや、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コンピューターが読み取り可能に記録した一時的でない有形な記録媒体など、種々の態様によって実現することが可能である。 The present disclosure is not limited to the above-mentioned three-dimensional printing device and method for manufacturing a three-dimensional object, but can be realized in various forms, such as a three-dimensional printing system, a computer program, and a non-transitory tangible recording medium on which a computer program is recorded in a computer-readable manner.

20…材料供給部、22…供給路、30…可塑化部、31…スクリューケース、35…駆動部、36…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…流路、57…交差穴、58…ヒーター、59…冷媒配管、60…上部ヒーター、61…ノズル、68…ノズル流路、69…ノズル開口、70…吐出調整部、73…駆動軸、75…バタフライバルブ、77…カップリング部、80…圧力センサー、90…吸引送出部、92…シリンダー、93…プランジャー、100…三次元造形装置、101…弁駆動部、102…プランジャー駆動部、103…冷媒ポンプ、151…第1流路、152…第2流路、200…造形ユニット、300…ステージ、310…造形面、400…移動機構、500…制御部 20...material supply section, 22...supply path, 30...plasticization section, 31...screw case, 35...drive section, 36...drive motor, 40...flat screw, 41...upper surface, 42...groove forming surface, 43...side, 44...material inlet, 45...groove section, 46...ridge section, 47...center, 50...barrel, 52...screw facing surface, 54...guide groove, 56...flow path, 57...cross hole, 58...heater, 59...refrigerant piping, 60...upper heater, 61...nozzle, 68...nozzle flow Path, 69... nozzle opening, 70... discharge adjustment section, 73... drive shaft, 75... butterfly valve, 77... coupling section, 80... pressure sensor, 90... suction delivery section, 92... cylinder, 93... plunger, 100... three-dimensional modeling device, 101... valve drive section, 102... plunger drive section, 103... refrigerant pump, 151... first flow path, 152... second flow path, 200... modeling unit, 300... stage, 310... modeling surface, 400... movement mechanism, 500... control section

Claims (10)

材料を可塑化して造形材料を生成する可塑化部と、
ノズル開口を有し、前記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、前記流路内の前記造形材料に振動を付与する振動付与部と、
前記可塑化部及び前記振動付与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、前記振動付与部を制御して前記流路内の前記造形材料に前記振動を付与しながら前記三次元造形物の外郭領域の少なくとも一部を造形する、
三次元造形装置。
A plasticizing unit that plasticizes the material to generate a modeling material;
a nozzle having a nozzle opening and discharging the modeling material toward a stage;
a vibration imparting unit provided in a flow path through which the modeling material flows and communicates with the nozzle opening, the vibration imparting unit imparting vibration to the modeling material in the flow path;
a control unit that controls the plasticizing unit and the vibration applying unit to form a three-dimensional object;
Equipped with
The control unit controls the vibration applying unit to apply the vibration to the modeling material in the flow channel to model at least a part of an outer region of the three-dimensional object.
Three-dimensional modeling device.
請求項1に記載の三次元造形装置であって、
前記振動付与部は、前記流路に接続されたシリンダー及び前記シリンダー内を移動するプランジャーを備える吸引送出部を有し、
前記制御部は、前記プランジャーの位置を連続的又は段階的に変化させることで前記流路内の前記造形材料に前記振動を付与する、三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1 ,
the vibration applying unit has a suction delivery unit including a cylinder connected to the flow path and a plunger moving within the cylinder,
The control unit applies the vibration to the modeling material in the flow path by continuously or stepwise changing the position of the plunger.
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、前記プランジャーの前進及び後退を含むパターンを繰り返すことで前記振動を付与する、三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 2,
The control unit applies the vibration by repeating a pattern including forward and backward movement of the plunger.
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、前記振動を付与している期間中に前記ノズルからの前記造形材料の吐出を停止する場合、前記吸引送出部を制御して前記シリンダー内に前記造形材料を吸引する動作を行いながら、前記振動を付与する、三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 2,
A three-dimensional printing device in which, when the control unit stops ejecting the modeling material from the nozzle during the period in which the vibration is being applied, the control unit applies the vibration while controlling the suction and delivery unit to suck the modeling material into the cylinder.
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、前記造形材料の吐出が停止されている状態から前記外郭領域において前記造形材料の吐出を再開する場合、前記吸引送出部を制御して前記シリンダーから前記流路に前記造形材料を送出する動作を行いながら、前記振動を付与する、三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 2,
When the control unit resumes the ejection of the modeling material in the outer region from a state in which the ejection of the modeling material has been stopped, the control unit applies the vibration while controlling the suction and delivery unit to eject the modeling material from the cylinder to the flow path.
請求項5に記載の三次元造形装置であって、
前記流路に設けられ、前記流路の開口面積を調整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調整部を備え、
前記制御部は、前記吐出調整部を制御して前記造形材料の前記流路への流通を再開させた後に、前記吸引送出部を制御して前記シリンダーから前記流路への前記造形材料の送出を行うことで、前記造形材料の吐出を再開する、三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 5 ,
a discharge adjustment unit provided in the flow path and configured to adjust an amount of the modeling material discharged from the nozzle opening by adjusting an opening area of the flow path;
The control unit controls the discharge adjustment unit to resume the flow of the modeling material to the flow path, and then controls the suction and delivery unit to send the modeling material from the cylinder to the flow path, thereby resuming the discharge of the modeling material.
請求項1に記載の三次元造形装置であって、
前記流路内の圧力を検出する圧力センサーを備え、
前記可塑化部は、前記材料を可塑化するためのスクリューを有し、
前記制御部は、前記圧力センサーによる前記圧力の検出値が予め定められた範囲内に収まるように前記スクリューの回転を制御する圧力調節処理を実行し、
前記制御部は、前記圧力調節処理の実行中に、前記振動付与部を制御して前記流路内の前記造形材料に前記振動を付与しながら前記三次元造形物の外郭の少なくとも一部を造形する、三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1 ,
a pressure sensor for detecting a pressure in the flow path;
The plasticizing section has a screw for plasticizing the material,
the control unit executes a pressure adjustment process to control rotation of the screw so that the pressure detection value by the pressure sensor falls within a predetermined range;
The control unit, during execution of the pressure adjustment process, controls the vibration imparting unit to impart the vibration to the modeling material in the flow path while modeling at least a portion of the outer contour of the three-dimensional model.
請求項1に記載の三次元造形装置であって、
造形中の前記三次元造形物を加熱する加熱部を備え、
前記制御部は、前記造形材料に前記振動を付与する場合と付与しない場合とで、異なる温度で前記三次元造形物を加熱するように前記加熱部を制御する、三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1 ,
A heating unit that heats the three-dimensional object during modeling,
The control unit controls the heating unit so as to heat the three-dimensional object to different temperatures when the vibration is applied to the modeling material and when the vibration is not applied to the modeling material.
請求項1に記載の三次元造形装置であって、
前記振動付与部は、前記流路の開口面積を調整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調整部を有し、
前記制御部は、前記開口面積を連続的又は段階的に変化させることで前記流路内の前記造形材料に前記振動を付与する、三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1 ,
the vibration applying unit has a discharge adjusting unit that adjusts the amount of the modeling material discharged from the nozzle opening by adjusting an opening area of the flow path,
The control unit applies the vibration to the modeling material in the flow path by changing the opening area continuously or stepwise.
材料を可塑化して造形材料を生成する第1工程と、
ノズルに設けられたノズル開口から前記造形材料をステージに向けて吐出することにより、三次元造形物を造形する第2工程と、
を備え、
前記第2工程は、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、前記流路内の前記造形材料に振動を付与する振動付与部を制御して、前記流路内の前記造形材料に前記振動を付与しながら前記三次元造形物の外郭領域の少なくとも一部を造形する工程を含む、
三次元造形物の製造方法。
A first step of plasticizing a material to produce a building material;
a second step of forming a three-dimensional object by ejecting the modeling material from a nozzle opening provided in a nozzle toward a stage;
Equipped with
the second step includes a step of controlling a vibration imparting unit that is provided in a flow path through which the modeling material flows and that communicates with the nozzle opening and that imparts vibration to the modeling material in the flow path, thereby forming at least a part of an outer region of the three-dimensional object while imparting the vibration to the modeling material in the flow path;
A method for manufacturing three-dimensional objects.
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