JP6834431B2 - 造形装置、造形制御プログラム及び造形方法 - Google Patents

Description

本発明は、造形装置、造形制御プログラム及び造形方法に関する。

近年、試作品などの造形に利用される造形装置が知られている。当該造形装置には、様々な方式のものがある。例えば、熱で溶かした樹脂をノズルから造形ステージに押し出して積み上げ、造形ステージ上に堆積させた樹脂によって物体の形を造り出す造形方法が知られている。この造形方法は、「材料押出堆積法」、または、熱溶解積層法（ＦＤＭ：Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）と呼ばれる。ＦＤＭにより得られる造形物は、耐久性が高く、耐熱性を得やすい、という特徴がある。

ＦＤＭを利用した造形装置において、造形材であるフィラメントを、ガイドチューブを介して押出ヘッドに連続的に供給するように構成した装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１に開示されている技術のように、フィラメントを加熱して、押出口であるノズルから造形ステージに連続的に押し出す構成は、チューブ等を用いて移動経路を構成する必要がある。このような構成において、複数のフィラメントを用いて造形する場合、フィラメントの種類を変更するにはチューブにフィラメントを挿通し直して、フィラメントを造形開始可能地点にまで移動し直さなければならない。フィラメントの径は細く、チューブの内径も細いので、フィラメントをチューブに挿通させる作業は煩雑である。

また、フィラメントは、ノズルから押し出す手前において加熱して溶解する必要がある。その最適な加熱温度は、フィラメントの素材によって異なる。したがって、フィラメントの素材を確認した上で、手作業で、最適な加熱温度を適宜設定しなければならない。また、加熱温度を最適な温度に設定したとしても、実際に、加熱されて溶解したフィラメントをノズルから押し出してみないと、設定温度が妥当かどうか判断できない。そこで、利用者はフィラメントの素材に合わせて加熱温度を設定した上で、一旦、造形動作を試行しなければ、加熱温度の適否を確認することはできない。この場合、加熱温度の設定と造形動作の試行を繰り返しながら行う必要がある。

加熱温度が不適な場合、フィラメントのノズルからの押出度合いが適切な状態にならず、チューブ内においてフィラメントが弛んだり、突っ張ったりし、好適な押出状態を維持することが困難になる。

したがって、特許文献１に開示されている技術のような従来技術を用いた造形装置では、人手によって、加熱温度の調整とフィラメントの押出状態との関係を試行錯誤しながら最適な造形環境を整えなければならず、造形を効率的に行うには課題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、造形処理の効率化を図ることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、造形装置に関するものであって、造形材を加熱する加熱部と、加熱された前記造形材を造形ステージに押し出す押出口を備える押出部と、前記造形材を前記加熱部および前記押出部に対し移動させる移動部と、前記押出部に対する前記造形材の移動方向における上流側に、前記押出部に対する移動の途中における前記造形材の弛みの状態を検知する弛みセンサ及び前記押出部に対する移動の途中における前記造形材の突っ張りの状態を検知する突っ張りセンサを備える移動状態検知部と、前記移動状態検知部において検知される前記造形材の弛み又は突っ張りの状態に応じて、前記移動部における前記造形材の移動方向と前記加熱部における前記造形材への加熱を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、造形処理の効率化を図ることができる。

本発明に係る造形装置の実施形態における全体構成の例を示す全体図である。 本実施形態に係るヘッド部分の構造を示す概略図である。 本実施形態に係るセンサの配置例を示す概略図である。 本実施形態に係るモーターの配置例を示す概略図である。 本実施形態に係る制御系のハードウェア構成を示すブロック図である。 本発明に係る造形制御プログラムの機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明に係る造形装置及び造形プログラムの動作の一例を説明するフローチャートである。 本実施形態に係る動作を詳細に説明するフローチャートである。 本実施形態に係る動作を詳細に説明するフローチャートである。 本実施形態に係る動作を詳細に説明するフローチャートである。

以下、本発明に係る造形装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るＦＤＭ（ＦＤＭ：Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）装置１の全体構成を示す図である。図１に示すように、ＦＤＭ装置１は、ヘッド１００と、センサ２００と、モーター３００と、チューブ４００と、フィラメントリール５００と、造形ステージ６００と、を備えている。

ヘッド１００は、造形材であるフィラメント７００を加熱して溶かし、造形ステージ６００に向けて押し出す。ヘッド１００は、溶かされたフィラメント７００が押し出される押出口を備える。即ち、ヘッド１００は押出部を構成する。ヘッド１００は、水平の二方向に当該ヘッド１００を移動させるための水平駆動機構を備える。この水平駆動機構は、後述する制御部によって、その動作が制御される。ヘッド１００から押し出されたフィラメント７００は、造形部を構成する造形ステージ６００に堆積する。造形ステージ６００に堆積したフィラメント７００が固まることで造形物が形成される。

センサ２００は、フィラメント７００の移動状態を検知する移動状態検知部を構成する。ここで「移動状態」とは、フィラメント７００の移動経路を構成するチューブ４００の内部空間におけるフィラメント７００の位置や、フィラメント７００に加わっている外力の大きさなどによるフィラメント７００の屈曲状態を含む。例えば、センサ２００は、チューブ４００の内部空間において、フィラメント７００に「弛み」や「突っ張り」が生じていることを検知する。

モーター３００は、チューブ４００の内部を挿通するフィラメント７００をヘッド１００の方向に移動させるための移動部である。モーター３００とフィラメント７００との関係については、後述する。

チューブ４００は、フィラメントリール５００とヘッド１００とを繋ぐ移動経路を構成する。チューブ４００は、フィラメント７００を内部空間に挿通させることができる管状部材であって、可撓性を備える部材からなる。

フィラメントリール５００は、フィラメント７００を連続的にヘッド１００へと移動できる状態を形成できるように、フィラメント７００を保持している造形部材供給部を構成する。フィラメントリール５００は、フィラメント７００を連続的に供給できるように巻き付けた部材であって、ＦＤＭ装置１の壁面に保持されている。

造形ステージ６００は、ヘッド１００において加熱されて溶けたフィラメント７００を堆積する。造形ステージ６００は、ヘッド１００におけるフィラメント７００の押し出し口との距離を変化できるように、鉛直方向に駆動する鉛直駆動機構を備えている。造形ステージ６００は、後述する制御部により動作が制御される。ヘッド１００の水平駆動機構と造形ステージ６００の鉛直駆動機構を連携して駆動させることにより、造形ステージ６００上において、フィラメント７００を３次元的に堆積させて造形させることができる。

ＦＤＭ装置１は、ヘッド１００におけるフィラメント７００の押し出し状態が正常であるか否かの判定を、チューブ４００の内部におけるフィラメント７００の移動状態に基づいて行う。そのため、フィラメント７００の移動経路の途中にセンサ２００を備えている。また、ＦＤＭ装置１は、センサ２００の検知に応じてヘッド１００におけるフィラメント７００の加熱と、チューブ４００の内部におけるフィラメント７００の移動状態と、を自動的に最適な状態へと調整する制御部１１０（図５参照）を備えている。

［ヘッド１００の構成］
次に、本実施形態に係るヘッド１００の構成について、図２を用いて説明する。ヘッド１００は、フィラメント７００の押出口であるノズル１０１と、フィラメント７００を溶解させる加熱部を構成するヒーター１０２と、冷却器１０３と、移動路の一部を形成し、チューブ４００とヘッド１００との接合部であるジョイント１０４と、を備える。

ノズル１０１とヒーター１０２との間隔は１０ｍｍ程度であって、ヒーター１０２において加熱されて溶解したフィラメント７００がノズル１０１から押し出されて、造形ステージに堆積される（図１参照）。

ヒーター１０２は、フィラメント７００が挿通されるジョイント１０４の外壁からジョイント１０４を加熱し、その伝熱によってジョイント１０４の内部のフィラメント７００を熱する電気ヒーターである。ヒーター１０２からの加熱によってフィラメント７００は柔らかくなり、造形しやすい状態になる。

冷却器１０３は、ヒーター１０２によって加熱されて柔らかくなったフィラメント７００をノズル１０１の方向に押し出すときに、加熱されていない部分の「硬さ」を維持するためにフィラメント７００を冷却する冷却機構である。冷却器１０３によって、フィラメント７００を冷却しなければ、ジョイント１０４内部のフィラメントが全体的に柔らかくなり、ノズル１０１からの押出力が加わりにくくなる。

ジョイント１０４は、金属製の管状部材であって、チューブ４００によって移動されてきたフィラメント７００をノズル１０１から押し出すための移動経路を形成する。また、ジョイント１０４は、前述した冷却器１０３を外壁に備えていて、フィラメント７００を一定の硬さに保てるように維持する。また、ジョイント１０４は、冷却器１０３よりもノズル１０１側の外壁にヒーター１０２を備える。なお、ノズル１０１は、ジョイント１０４の先端部分に備わる。

［センサ２００の構成］
次に、本実施形態に係るセンサ２００について図３を用いて説明する。センサ２００は、第一センサ２１０と、第二センサ２２０と、を含む。例えば、第一センサ２１０が弛みセンサであって、第二センサ２２０が突っ張りセンサである。

まず、フィラメント７００の移動状態について説明する。移動経路であるチューブ４００の内部空間におけるフィラメント７００の位置は、当該内部空間の中央付近であることを理想とし、この状態であれば、ノズル１０１からのフィラメント７００の押出状況も安定する。しかし実際には、ヒーター１０２におけるフィラメント７００への加熱温度、およびモーター３００によるフィラメント７００の移動速度に応じて、チューブ４００の内部空間におけるフィラメント７００の位置は変位する。例えば、ヒーター１０２の温度が低いとノズル１０１からの押出速度が移動速度よりも遅くなる。この場合、チューブ４００の内部空間においてフィラメント７００は弛むことになる。一方、ヒーター１０２の温度が高く押出速度が移動速度よりも速くなり始めると、チューブ４００の内部空間においてフィラメント７００は突っ張ることになる。また、ヒーター１０２の温度が低いときに、フィラメント７００を逆行させると、ノズル１０１においてフィラメント７００が引っかかる。即ち、フィラメント７００が突っ張り状態になる。

このような、弛みや突っ張りは、ヒーター１０２におけるフィラメント７００の温度が最適ではなく、フィラメント７００への加熱が最適な設定になっていないときに発生する。加熱の設定が不適であるとフィラメントの温度が不適になり、フィラメント７００が硬すぎたり柔らかすぎたりし、ヘッド１００と造形ステージ６００に対する駆動制御のタイミングとフィラメント７００の造形ステージ６００への堆積タイミングが不一致になる。即ち、フィラメント７００に弛みや突っ張りが生じた状態では、ノズル１０１から造形ステージ６００に向けてフィラメント７００を上手く押し出すことができず、所定の造形動作が行われない状態になる。

フィラメント７００に弛みや突っ張りが生ずると、チューブ４００の内部空間におけるフィラメント７００の位置が中央付近から内壁面に片寄った状態になり、フィラメント７００がチューブ４００の内壁に押し付けられた状態になる。また、弛みと突っ張りによってフィラメント７００の変位する方向は異なる。そこで、本実施形態に係るセンサ２００は、弛みセンサとして機能する第一センサ２１０と、突っ張りセンサとして機能する第二センサ２２０と、を備える。

第一センサ２１０と第二センサ２２０は、例えば、フォトインタラプタであって、チューブ４００の外周において、チューブ４００の直径の対向位置に発光部と受光部が配置される。フォトインタラプタは、発光部から発せられた光を受光部が受光できるか否かを検知することで、発光部と受光部の間に物体であるフィラメント７００が存在するか否かを検知することができる。例えば、発光部からの光がフィラメント７００によって遮られる状態を正常と検知できるように、チューブ４００に取り付ければよい。

例えば、第一センサ２１０において、発光部からの光が受光部において検知されないとき、フィラメント７００の移動状態が「弛み」であるように、第一センサ２１０をチューブ４００に配置する。即ち、第一センサ２１０を弛みセンサとして用いる。一方、第二センサ２２０において、発光部からの光が受光部において検知されないとき、フィラメント７００の移動状態を「突っ張り」であるように、第二センサ２２０をチューブ４００に配置する。即ち、第二センサ２２０を突っ張りセンサとして用いる。

図３では、ヘッド１００に近い側から順番に並ぶように第二センサ２２０と第一センサ２１０を配置している。なお、第一センサ２１０と第二センサ２２０の配置は、これに限るものではなく、図３に例示した順番の逆の順番に第一センサ２１０と第二センサ２２０を配置してもよい。また、第一センサ２１０と第二センサ２２０をそれぞれ複数配置してもよい。なお、センサ２００としてフォトインタラプタを用いる他に、フィラメント７００とチューブ４００の内壁との距離に応じて変化する静電容量を検知する静電容量センサを用いてもよい。

その他、センサ２００は特定の形式や方式に限られるものではなく、上述したように、チューブ４００の内部空間におけるフィラメント７００の移動状態を検知できるものであればよい。

［モーター３００の構成］
次に、本実施形態に係るモーター３００について、図４を用いて説明する。モーター３００は、例えば、電動モーターであって、軸部３０２にギア３０１が取り付けられて構成されている。軸部３０２は、電動モーターに電源を接続することで所定の方向に回転する。チューブ４００の一部には孔が形成されていて、この孔からギア３０１がチューブ４００の内部空間に進入した状態で保持される。ギア３０１は、軸部３０２の回転に基づいて回転する。ギア３０１は、フィラメント７００の外壁に接する回転部材であって、その歯先はフィラメント７００の周面に直に接触するようになっている。

図４に示すように、モーター３００の軸部３０２が回転してギア３０１が回転することで、ギア３０１の歯先がフィラメント７００の外壁を押し、これによって、フィラメント７００全体が矢印Ａの方向に押し出されるように移動する。このモーター３００の軸部３０２の回転方向に応じた方向に、フィラメント７００は移動するので、軸部３０２を逆回転させれば、フィラメント７００は矢印Ａの逆方向に移動する。即ち、モーター３００における回転方向を制御することで、フィラメント７００の移動方向を制御することができる。

なお、図１に示したように、本実施形態に係るＦＤＭ装置１は、モーター３００は、フィラメントリール５００からフィラメント７００を送り出すための第一モーターである送出モーターと、チューブ４００の内部を移動するための第二モーターである移動モーターと、を備えている。

［フィラメント７００の説明］
造形材として用いるフィラメント７００は、主に樹脂を素材とするものである。例えば、ＡＢＳ樹脂、ＰＣ（ポリカーボネート：ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＰＣ／ＡＢＳ、ＰＰＳＵ（ポリフェニルスルホン）、ＰＬＡ（ポリ乳酸）などである。

［制御部１１０の構成］
次に、本実施形態に係るＦＤＭ１の全体の動作を制御する制御部１１０のハードウェア構成について説明する。図６に示すように、本実施形態に係る制御部１１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１１２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１１３、ＸＹ駆動Ｉ／Ｆ（ＩｎｔｅｒＦａｃｅ）１１４、Ｚ駆動Ｉ／Ｆ１１５、センサＩ／Ｆ１１６、ヒーターＩ／Ｆ１１７及びモーターＩ／Ｆ１１８が、バス１１９を介して接続され構成されている。

ＸＹ駆動Ｉ／Ｆ１１４には、ヘッド１００をＸ方向とＹ方向の２つの水平方向に駆動させるＸＹ駆動機構が接続されている。Ｚ駆動Ｉ／Ｆ１１５には、造形ステージ６００を鉛直方向に駆動させるＺ駆動機構が接続されている。センサＩ／Ｆ１１６には、第一センサ２１０と第二センサ２２０が接続されている。ヒーターＩ／Ｆ１１７には、ヒーター１０２が接続されている。モーターＩ／Ｆ１１８には、モーター３００が接続されている。

ＣＰＵ１１１は演算手段であり、ＦＤＭ１全体の動作を制御する。ＲＯＭ１１２は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体であり、後述する造形制御プログラムやファームウェア等が格納されている。ＲＡＭ１１３は、情報の高速な読み書きが可能な揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ１１１が情報を処理する際の作業領域として用いられる。

ＸＹ駆動Ｉ／Ｆ１１４は、ＣＰＵ１１１が演算処理の結果に応じて生成した制御信号であってヘッド１００に対する水平２方向の駆動を制御するための水平制御信号を、ヘッド１００の水平駆動部に出力する。Ｚ駆動Ｉ／Ｆ１１５は、ＣＰＵ１１１が演算処理の結果に応じて生成した制御信号であって造形ステージ６００に対する鉛直方向の駆動を制御するための垂直制御信号を、造形ステージの鉛直駆動部に出力する。

センサＩ／Ｆ１１６は、第一センサ２１０及び第二センサ２２０からの検知信号を取得してＣＰＵ１１１に通知する。センサＩ／Ｆ１１６を介して取得される検知信号に基づいて、ＣＰＵ１１１は演算処理を実行し、その演算処理の結果に応じて、フィラメント７００の移動状態を検知する。

ヒーターＩ／Ｆ１１７は、ＣＰＵ１１１における演算処理の結果に応じて出力される温度設定信号をヒーター１０２に対して出力し、また、ヒーター１０２がフィラメント７００に加熱する温度の設定を検知してＣＰＵ１１１に対し、温度計測信号を通知する。即ち、ヒーター１０２は、ＣＰＵ１１１の演算処理によって加熱の温度が制御される。

モーターＩ／Ｆ１１８は、ＣＰＵ１１１が演算処理の結果に応じて生成した制御信号であってフィラメント７００をノズル１０１に向けて移動する動作を制御するための回転駆動信号を、モーター３００に出力する。回転駆動信号は、モーター３００の回転速度及び回転方向を設定する信号である。即ち、モーター３００は、ＣＰＵ１１１の演算処理によって回転速度と回転方向が制御される。

以上説明したハードウェア構成において、ＲＯＭ１１２に格納された造形制御プログラムに従ってＣＰＵ１１１が演算処理を実行することにより、ソフトウェア制御部が構成される。このようにして構成されたソフトウェア制御部と、ハードウェアとの組み合わせによって、本実施形態に係るＦＤＭ１の機能を実現する機能ブロックが構成される。

［ＦＤＭ１の機能構成］
次に、本発明に係る造形制御プログラムにおいて実現される機能構成について説明する。図６は、本実施形態に係る制御プログラム１０の構成を示す機能ブロック図である。図６に示す様に、制御プログラム１０は、移動制御部１１と、移動状態判定部１２と、加熱制御部１３と、ＸＹ駆動制御部１４と、Ｚ駆動制御部１５と、を含む。

移動制御部１１は、モーターＩ／Ｆ１１８を介してモーター３００の回転速度と回転方向を制御する。これによって、フィラメント７００の押し出し状態が変動する。また、移動制御部１１は、フィラメント７００の押し出し状態に合わせてヘッド１００の水平駆動と造形ステージ６００の鉛直駆動が連動するように、それぞれに対する制御信号を生成する。移動制御部１１は、移動状態判定部１２からの通知と加熱制御部１３からの設定温度に基づいて、モーター３００の動作を制御する制御信号を生成する。

移動状態判定部１２は、センサＩ／Ｆ１１６を介して、センサ２００から取得した検知信号に基づいて、フィラメント７００の移動状態が「弛み」であるか「突っ張り」であるか「正常」であるかを判定する。判定した結果を移動制御部１１と加熱制御部１３に通知する。

加熱制御部１３は、移動制御部１１における移動制御に応じて、ヒーター１０２の加熱温度の設定を制御する。また、加熱制御部１３は、移動制御部１１に対して、ヒーター１０２の温度の設定を通知する。

ＸＹ駆動制御部１４は、移動制御部１１により生成された水平制御信号に基づいて、ＸＹ駆動Ｉ／Ｆ１１４を介してヘッド１００の水平駆動部に水平制御信号を出力する。

Ｚ駆動制御部１５は、移動制御部１１により生成された鉛直制御信号に基づいて、Ｚ駆動Ｉ／Ｆ１１５を介して造形ステージ６００の鉛直駆動部に鉛直制御信号を出力する。

以上の構成を備える本実施形態に係る制御プログラム１０によれば、移動状態判定部１２において検知されるフィラメント７００の移動状態に応じて、移動制御部１１がモーター３００の回転速度を調整する。また、フィラメント７００の移動状態に応じて、加熱制御部１３がヒーター１０２の加熱温度の設定を調整する。モーター３００の回転速度とヒーター１０２の加熱温度を調整することで、フィラメント７００の移動状態を自動的に調整できる。これによって、フィラメント７００の材質を変更したとしても、煩雑な設定作業を低減でき、造形処理の効率化を図ることができる。

［造形方法における処理の流れ］
次に、本発明に係る造形方法の実施形態について説明する。まず、ヒーター１０２の温度を所定の設定温度に上昇させる初期設定処理が実行される（Ｓ７０１）。Ｓ７０１の詳細は後述する。次に、Ｓ７０１において設定された温度においてフィラメント７００を移動した場合に弛みが生ずるか否かを判定する初期状態判定処理が実行される（Ｓ７０２）。Ｓ７０２の処理の詳細は後述する。次に、Ｓ７０２において、初期状態における弛みが生じていなければ、フィラメント７００をノズル１０１まで移動したときの移動状態を正常状態にするための微調整処理が実行される（Ｓ７０３）。Ｓ７０３の処理の詳細は後述する。

《初期設定処理》
次に、Ｓ７０１における初期設定処理の詳細について、図８のフローチャートを用いて説明する。フィラメントリール５００をＦＤＭ１にセットして動作を開始させることにより、加熱制御部１３によってヒーター１０２の加熱処理が開始される（Ｓ８０１）。ヒーター１０２の設定温度は予め指定してあり、当該設定温度にヒーター１０２の温度が達するまで、加熱処理を継続させる（ＳＳ８０２／ＮＯ）。

ヒーター１０２の温度が設定温度に至れば（Ｓ８０２／ＹＥＳ）、初期設定処理は終了する。

《初期状態判定処理》
次に、Ｓ７０２における初期状態判定処理の詳細について、図９のフローチャートを用いて説明する。ヒーター１０２が設定温度（例えば、１５０℃）に達している状態において、移動制御部１１がモーター３００の駆動を制御して、フィラメント７００をヒーター１０２の位置に移動する第一移動処理を実行する（Ｓ９０１）。

続いて、センサ２００からの検知信号に基づいて、移動状態判定部１２が、フィラメント７００に弛みが生じているか否かを判定する弛み検知処理を実行する（Ｓ９０２）。Ｓ９０２において、フィラメント７００に弛みが検知されなければ（Ｓ９０２／ＮＯ）、初期状態判定処理は終了する。

Ｓ９０２において、フィラメント７００に弛みが検知されれば（Ｓ９０２／ＹＥＳ）、加熱制御部１３においてヒーター１０２の温度を上昇させるヒーター温度上昇処理を実行する（Ｓ９０３）。Ｓ９０３において、ヒーター１０２の温度設定を例えば５℃程度あげる。

Ｓ９０３に続いて、Ｓ９０４において、フィラメント巻き取り処理を実行する（Ｓ９０４）。Ｓ９０４において、移動制御部１１はモーター３００を第一移動処理（Ｓ９０１）とは逆方向にモーター３００を動作させて、フィラメント７００をノズル１０１の位置からヒーター１０２の位置に移動する。これによって、フィラメント７００に対してさらに加熱することができ、弛みを解消することができる。Ｓ９０４に続いて、処理をＳ９０２に戻し、センサ２００からの検知信号に基づいて、移動状態判定部１２において、弛み検知処理が実行される（Ｓ９０２）。

Ｓ９０２において、フィラメント７００の弛みが検知されなくなるまで、ヒーター１０２の温度を上昇させながらフィラメント７００の移動状態を検知する処理を繰り返す。以上のように、初期状態判定処理が実行される。

《微調整処理》
次に、Ｓ７０３における微調整処理の詳細について、図１０のフローチャートを用いて説明する。初期設定においてフィラメント７００の弛みが解消した状態で、移動制御部１１がモーター３００の駆動を制御して、フィラメント７００をヒーター１０２からノズル１０１の位置にまで移動する第二移動処理を実行する（Ｓ１００１）。

続いて、センサ２００からの検知信号に基づいて、移動状態判定部１２が、フィラメント７００において弛みが生じているか否かを判定する弛み検知処理を実行する（Ｓ１００２）。Ｓ１００２において、フィラメント７００に弛みが検知されたとき（Ｓ１００２／ＹＥＳ）、加熱制御部１３においてヒーター１０２の温度を上昇させるヒーター温度上昇処理を実行する（Ｓ１００７）。Ｓ１００７において、ヒーター１０２の温度設定を例えば１℃程度あげ、その後、処理をＳ１００１に戻す。微調整処理（Ｓ７０３）におけるヒーター温度上昇処理（Ｓ１００７）は、初期設定判定処理におけるヒーター温度上昇処理（Ｓ９０３）よりも、温度設定の上昇度合いを小さくして、ヒーター１０２の温度設定を細かく制御する。

Ｓ１００２において、フィラメント７００に弛みが検知されなければ（Ｓ１００２／ＮＯ）、移動制御部１１がフィラメント巻き取り処理を実行する（Ｓ１００３）。Ｓ１００３において、移動制御部１１はモーター３００を第二移動処理（Ｓ１００１）とは逆方向にモーター３００を動作させて、フィラメント７００をノズル１０１の位置からヒーター１０２の位置に巻き戻す。

Ｓ１００３に続いて、センサ２００からの検知信号に基づいて、移動状態判定部１２は、フィラメント７００に突っ張りが生じているか否かを判定する突っ張り検知処理を実行する（Ｓ１００４）。Ｓ１００４において、フィラメント７００に突っ張りが検知されたとき（Ｓ１００４／ＹＥＳ）、加熱制御部１３においてヒーター１０２の温度を上昇させるヒーター温度上昇処理を実行する（Ｓ１００７）。Ｓ１００７において、ヒーター１０２の温度設定を例えば１℃程度あげ、その後、処理をＳ１００１に戻す。このように、フィラメント７００の移動状態において突っ張りが生じているときは、ヒーター１０２の温度を少し上げて、フィラメント７００の加熱度合いを増すことで、突っ張りを解消することができる。

Ｓ１００４において、フィラメント７００に突っ張りが検知されなければ（Ｓ１００４／ＮＯ）、フィラメント７００の移動状態は「正常状態」にある。即ち、ヒーター１０２の温度は最適状態にある。そこで、移動状態判定部１２は、温度設定有効カウントを管理する変数の加算処理を実行し（Ｓ１００５）、加算された後の温度設定有効カウントが所定の閾値を超えていることを判定する（Ｓ１００６）。Ｓ１００６によって、ヒーター１０２の温度設定が正常で安定していることを複数回検知することで、移動状態が「正常状態」であることを判定する。ここでの閾値は、例えば「１００」とする。

Ｓ１００６において、温度設定有効カウントが閾値である「１００」を超えるまでは（Ｓ１００６／ＮＯ）、弛み検知処理（Ｓ１００２）と突っ張り検知処理（Ｓ１００４）において、フィラメント７００の移動状態が正常であることを繰り返し判定する。温度設定有効カウントが閾値を超えたとき（Ｓ１００６／ＹＥＳ）、当該処理を終了する。

［本実施形態の効果］
以上説明をした本実施形態によれば、造形材であるフィラメント７００をセッティングした後、造形処理を開始できる状態にするまでの設定処理を自動的に行うことができる。本実施形態に係る造形方法によれば、フィラメント７００のセッティングに際し、二段階に分けた移動処理と、これに伴う温度設定の調整を行うことができる。これによって、従来は、利用者がフィラメント７００の材質に合わせて、ヒーター１０２の温度設定と造形の試行を繰り返していた手間を省くことができる。これによって、ＦＤＭ装置１を用いた造形処理の効率化を図ることができる。

本実施形態において、フィラメント７００を造形開始可能地点であるヒーター１０２にまで挿し込んで、正常に移動できる状態にするまでの「フィラメントロード」において、移動動作を２段階に分けて実行する。第一移動段階において、フィラメントロードの前段における弛みを解消し、その後、第二移動段階において、フィラメントロードにおける弛みと突っ張りを解消する。このように、複数の移動段階を設けて、各段階においてヒーター１０２の設定温度の調整幅を変更することで、より素早くフィラメントロードを実行することができる。

１ ＦＤＭ装置
１０ 制御プログラム
１１ 移動制御部
１２ 移動状態判定部
１３ 加熱制御部
１４ ＸＹ駆動制御部
１５ Ｚ駆動制御部
７０ 制御手段
１００ ヘッド
１０１ ノズル
１０２ ヒーター
１０３ 冷却器
１０４ ジョイント
１１０ 制御部
１１１ ＣＰＵ
１１２ ＲＯＭ
１１３ ＲＡＭ
１１４ ＸＹ駆動Ｉ／Ｆ
１１５ Ｚ駆動Ｉ／Ｆ
１１６ センサＩ／Ｆ
１１７ ヒーターＩ／Ｆ
１１８ モーターＩ／Ｆ
１１９ バス
２００ センサ
２１０ 第一センサ
２２０ 第二センサ
３００ モーター
３０１ ギア
３０２ 軸部
４００ チューブ
５００ フィラメントリール
６００ 造形ステージ
７００ フィラメント

特表２０１１−５１１７１９号公報

Claims (13)

1. 造形材を加熱する加熱部と、
   加熱された前記造形材を造形ステージに押し出す押出口を備える押出部と、
   前記造形材を前記加熱部および前記押出部に対し移動させる移動部と、
   前記押出部に対する前記造形材の移動方向における上流側に、前記押出部に対する移動の途中における前記造形材の弛みの状態を検知する弛みセンサ及び前記押出部に対する移動の途中における前記造形材の突っ張りの状態を検知する突っ張りセンサを備える移動状態検知部と、
   前記移動状態検知部において検知される前記造形材の弛み又は突っ張りの状態に応じて、前記移動部における前記造形材の移動方向と前記加熱部における前記造形材への加熱を制御する制御部と、を備えることを特徴とする造形装置。
2. 前記造形材を前記押出部に移動させる移動経路を形成する部材であって、前記造形材を挿通させて保持する管状部材、を備える、
   請求項１に記載の造形装置。
3. 前記移動部は、前記造形材の外壁に接する回転部材を備える電動モーターであって、前記回転部材の回転方向に応じて前記造形材を移動させる、
   請求項１または２に記載の造形装置。
4. 前記加熱部は、電気ヒーターである、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の造形装置。
5. 前記弛みセンサと、前記突っ張りセンサは、前記押出部に対する移動の途中における前記造形材の位置を検知するフォトインタラプタである、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の造形装置。
6. 前記制御部は、前記移動部における前記造形材の移動を二段階に分けて制御し、
   第一移動段階において、前記造形材の先端部分を前記加熱部に移動させ、
   第二移動段階において、前記造形材の先端部分を前記押出口に移動させる、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の造形装置。
7. 前記制御部は、前記第一移動段階において前記造形材の状態が弛み状態であるとき、前記加熱部の温度を高める、
   請求項６に記載の造形装置。
8. 前記制御部は、前記第一移動段階において前記造形材の状態が弛み状態であるとき、前記加熱部の温度を高め、かつ、前記造形材の先端を前記押出口から前記加熱部に移動させるように前記移動部を動作させる、
   ことを特徴とする請求項６に記載の造形装置。
9. 前記制御部は、前記第二移動段階において前記造形材の状態が弛み状態であるとき、前記加熱部の温度を高める、
   請求項６乃至８のいずれか一項に記載の造形装置。
10. 前記制御部は、前記第二移動段階における前記造形材の状態が弛み状態でないとき、前記造形材の先端を前記押出口から前記加熱部に移動させるように前記移動部を動作させ、
    当該造形材の先端が前記押出口から前記加熱部に移動するときの前記造形材の状態が突っ張り状態であるとき、前記加熱部の温度を高める、
    請求項６乃至８のいずれか一項に記載の造形装置。
11. 前記制御部は、前記第二移動段階における前記造形材の状態が弛み状態でなく、突っ張り状態でもないことを、前記移動状態検知部が複数回検知したとき、前記第二移動段階を終了する、
    請求項６乃至８のいずれか一項に記載の造形装置。
12. 造形材を加熱する加熱部と、加熱された前記造形材を造形ステージに押し出す押出口を備える押出部と、前記造形材を前記加熱部に対し移動させる移動部と、前記押出部に対する前記造形材の移動方向における上流側に、前記押出部に対する移動の途中における前記造形材の弛みの状態を検知する弛みセンサ及び前記押出部に対する移動の途中における前記造形材の突っ張りの状態を検知する突っ張りセンサを備える移動状態検知部と、前記移動状態検知部において検知される前記造形材の弛み又は突っ張りの状態に応じて、前記移動部における前記造形材の移動方向と前記加熱部における前記造形材への加熱を制御する制御部と、を備える造形装置において、
    前記加熱部において前記造形材を加熱するステップと、
    加熱された前記造形材を前記造形ステージにむけて押し出すステップと、
    前記造形材が前記造形ステージから押し出されるまでの移動中における当該造形材の弛みや突っ張りの状態を検知する移動状態検知ステップと、
    検知された前記造形材の弛み又は突っ張りの状態に応じて、前記移動部における前記造形材の移動方向と前記加熱部における前記造形材への加熱を制御する制御ステップと、を実行させることを特徴とする造形制御プログラム。
13. 造形材を加熱する加熱部と、加熱された前記造形材を造形ステージに押し出す押出口を備える押出部と、前記造形材を前記加熱部および前記押出部に対し移動させる移動部と、前記押出部に対する前記造形材の移動方向における上流側に、前記押出部に対する移動の途中における前記造形材の弛みの状態を検知する弛みセンサ及び前記押出部に対する移動の途中における前記造形材の突っ張りの状態を検知する突っ張りセンサを備える移動状態検知部と、前記移動状態検知部において検知される前記造形材の弛み又は突っ張りの状態に応じて、前記移動部における前記造形材の移動方向と前記加熱部における前記造形材への加熱を制御する制御部と、を備える造形装置を用いた造形方法であって、
    前記造形材を加熱し、
    加熱された前記造形材を造形ステージに押し出すように、当該造形材を前記加熱部および前記押出部に対し移動させ、
    前記押出部に対する移動の途中における前記造形材の弛み又は突っ張りの状態を検知し、
    検知された前記造形材の弛み又は突っ張りの状態に応じて、前記造形材の移動方向と前記加熱部における前記造形材への加熱を制御する、ことを特徴とする造形方法。