JP7139873B2 - 三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法に関する。

従来から、様々な三次元造形物の製造装置が使用されている。このうち、流動性の構成材料を用いて層を積層して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置がある。
例えば、特許文献１には、造形材の吐出量を部分的に変化させるなど、造形材の吐出量を変えることで、段差のある層を形成することが可能な三次元造形装置が開示されている。

特開２０１５－２１２０４２号公報

層を積層して三次元造形物を製造する場合、各層間の密着不良が生じる場合がある。各層間の密着不良が生じると、三次元造形物が変形したり、強度が低下したりする場合がある。特許文献１の三次元造形装置は、段差のある層を形成することが可能なため、積層される層と層との間の接触面積が増加することでアンカー効果が発生し密着不良を抑制できるかもしれないが、造形材の吐出量を部分的に変化させるなど、複雑な射出制御を行う必要がある。このため、層を積層して三次元造形物を製造する際における各層間の密着不良を複雑な射出制御を行うことなく抑制することが望まれている。

上記課題を解決するための本発明の三次元造形物の製造装置は、層を積層して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置であって、熱可塑性の構成材料を溶融する溶融部と、ノズルを有し、溶融状態の前記構成材料を前記ノズルから射出しながら移動して前記層を形成する射出部と、溶融状態の前記構成材料と接触して前記層の積層方向の表面に凹凸を形成する凹凸形成部と、を備えることを特徴とする。

本発明の実施例１に係る三次元造形物の製造装置の構成を表す概略構成図。 本発明の実施例１に係る三次元造形物の製造装置のフラットスクリューを表す概略図。 本発明の実施例１に係る三次元造形物の製造装置のフラットスクリューに構成材料が充填されている状態を表す概略図。 本発明の実施例１に係る三次元造形物の製造装置のバレルを表す概略図。 本発明の実施例１に係る三次元造形物の製造装置の射出部を表す概略底面図。 本発明の実施例１に係る三次元造形物の製造装置の射出部を表す概略側面断面図であり、ｎ－１層目の層の上にｎ層目の層を形成する直前の状態を表している。 本発明の実施例１に係る三次元造形物の製造装置を用いて行う三次元造形物の製造方法のフローチャート。 本発明の実施例２に係る三次元造形物の製造装置の射出部を表す概略底面図。 本発明の実施例２に係る三次元造形物の製造装置の射出部を表す概略側面断面図であり、ｎ－１層目の層の上にｎ層目の層を形成する直前の状態を表している。 本発明の実施例３に係る三次元造形物の製造装置の射出部を表す概略側面断面図であり、ｎ－１層目の層の上にｎ層目の層を形成する直前の状態を表している。 本発明の実施例４に係る三次元造形物の製造装置の射出部を表す概略側面断面図であり、ｎ－１層目の層の上にｎ層目の層を形成する直前の状態を表している。 本発明の実施例５に係る三次元造形物の製造装置の射出部を表す概略側面断面図であり、ｎ－１層目の層の上にｎ層目の層を形成する直前の状態を表している。

最初に、本発明について概略的に説明する。
上記課題を解決するための本発明の第１の態様の三次元造形物の製造装置は、層を積層して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置であって、熱可塑性の構成材料を溶融する溶融部と、ノズルを有し、溶融状態の前記構成材料を前記ノズルから射出しながら移動して前記層を形成する射出部と、溶融状態の前記構成材料と接触して前記層の積層方向の表面に凹凸を形成する凹凸形成部と、を備えることを特徴とする。

本態様によれば、層の積層方向の表面に凹凸を形成する凹凸形成部を備えるので、ノズルから射出された材料と既に形成されている前層との間に生じるアンカー効果による密着力を増やすことで密着不良を抑制できる。また、凹凸形成部は溶融状態の構成材料と接触する構成であるので、柔らかい状態の構成材料に簡単に凹凸を設けることができるとともに、複雑な射出制御を行う必要もない。したがって、層を積層して三次元造形物を製造する際における各層間の密着不良を複雑な射出制御を行うことなく抑制することができる。

本発明の第２の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１の態様において、前記射出部には、前記ノズルの周囲に前記凹凸形成部としての突起が設けられており、前記突起は、前記層を形成するために前記射出部を移動させることに伴って、前記表面に接触することで前記凹凸を形成することを特徴とする。

本態様によれば、射出部のノズルの周囲に凹凸形成部としての突起が設けられている。このため、ノズルと凹凸形成部との距離を近くでき、特に簡単に、所望の位置に凹凸を形成することができる。

本発明の第３の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１の態様において、前記射出部の周囲には、突起が形成された前記凹凸形成部が設けられており、前記凹凸形成部は、前記層を形成するために前記射出部を移動させることに伴って、前記突起を前記表面に接触させることで前記凹凸を形成することを特徴とする。

本態様によれば、射出部とは別に凹凸形成部を備えるので、凹凸を形成する層に対する突起の位置の調整を簡単に行うことができる。

本発明の第４の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第２または第３の態様において、前記突起は、溶融状態の前記構成材料の付着を抑制する表面処理がされていることを特徴とする。

本態様によれば、突起は溶融状態の構成材料の付着を抑制する表面処理がされているので、層に凹凸を形成することに伴う突起への構成材料の付着を抑制することができる。

本発明の第５の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第２から第４のいずれか１つの態様において、前記突起は、曲面で形成されていることを特徴とする。

本態様によれば、突起は曲面で形成されているので、層に凹凸を形成する際の抵抗を小さくすることができる。

本発明の第６の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第２から第５のいずれか１つの態様において、前記突起は、先端部に向かって広がっていることを特徴とする。

本態様によれば、突起は先端部に向かって広がっているので、各層間のアンカー効果による密着力を特に強くでき、各層間の密着不良を効果的に抑制できる。

本発明の第７の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第２から第５のいずれか１つの態様において、前記突起は、先端部に向かって狭まっていることを特徴とする。

本態様によれば、突起は先端部に向かって狭まっているので、簡単に、突起を製造できる。

本発明の第８の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第２から第７のいずれか１つの態様において、前記突起の突出方向と交差する方向の外径は、前記ノズルの内径よりも狭いことを特徴とする。

本態様によれば、突起の突出方向と交差する方向の外径はノズルの内径よりも狭いので、例えば高精細な三次元造形物を製造する場合においても、微細な各層の表面に凹凸を形成することができ、高精度かつ高強度な三次元造形物を得ることができる。

本発明の第９の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第２から第７のいずれか１つの態様において、前記突起として、第１突起と、前記第１突起よりも前記ノズルから遠く前記第１突起よりも突出方向における長さが長い第２突起と、を有することを特徴とする。

射出幅方向に溶融状態の構成材料が流れると断面形状が丸みを帯び、丸みを帯びた形状の構成材料が隣接されることで該隣接された部分に空間を生じる虞が生じる。本態様によれば、層を形成する際に射出幅方向に溶融状態の構成材料が流れすぎて射出幅方向の端部が丸みを帯びることを効果的に抑制でき、構成材料が隣接する部分に空間が生じることを抑制できる。

本発明の第１０の態様の三次元造形物の製造方法は、層を積層して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、熱可塑性の構成材料を溶融する溶融工程と、溶融状態の前記構成材料をノズルから射出しながら移動する射出部を用いて前記層を形成する層形成工程と、溶融状態の前記構成材料に対して凹凸形成部を接触させて前記層の積層方向の表面に凹凸を形成する凹凸形成工程と、を有することを特徴とする。

本態様によれば、層の積層方向の表面に凹凸を形成する凹凸形成工程を有するので、各層間のアンカー効果による密着力を増やすことで密着不良を抑制できる。また、凹凸形成部は溶融状態の構成材料と接触する構成であるので、柔らかい状態の構成材料に簡単に凹凸を設けることができるとともに、複雑な射出制御を行う必要もない。したがって、層を積層して三次元造形物を製造する際における各層間の密着不良を複雑な射出制御を行うことなく抑制することができる。

本発明の第１１の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１０の態様において、前記射出部には、前記ノズルの周囲に突起が設けられており、前記凹凸形成工程は、前記層形成工程で前記射出部を移動させることに伴って、前記突起を前記表面に接触させることで前記凹凸を形成することを特徴とする。

本態様によれば、射出部のノズルの周囲に凹凸形成部としての突起が設けられている。このため、ノズルと凹凸形成部との距離を近くでき、特に簡単に、所望の位置に凹凸を形成することができる。

本発明の第１２の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１０の態様において、前記射出部の周囲には、突起が形成された前記凹凸形成部が設けられており、前記凹凸形成工程は、前記層形成工程で前記射出部を移動させることに伴って、前記突起を前記表面に接触させることで前記凹凸を形成することを特徴とする。

本態様によれば、射出部とは別に凹凸形成部を備えるので、凹凸を形成する層に対する突起の位置の調整を簡単に行うことができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
［実施例１］（図１から図７）
最初に、本発明の実施例１に係る三次元造形物の製造装置１の概要について図１から図４を参照して説明する。
ここで、図中のＸ方向は水平方向であり、Ｙ方向は水平方向であるとともにＸ方向と直交する方向である。また、Ｚ方向は鉛直方向であり図６で表される構成材料の層２４の積層方向に対応する。

なお、本明細書における「三次元造形」とは、いわゆる立体造形物を形成することを示すものであって、例えば、平板状、例えば１層分の層２４で構成される形状のように、いわゆる二次元形状の形状であっても厚さを有する形状を形成することも含まれる。また、「支持する」とは、下側から支持する場合の他、横側から支持する場合や、場合によっては上側から支持する場合も含む意味である。

図１で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、三次元造形物を構成する構成材料としてのペレット１９を収容するホッパー２を備えている。ホッパー２に収容されたペレット１９は、供給管３を介して、略円柱状のフラットスクリュー４の円周面４ａに供給される。

図２で表されるように、フラットスクリュー４の底面には、円周面４ａから中央部分４ｃまで至る螺旋状の切欠き４ｂが形成されている。このため、フラットスクリュー４を図１で表されるモーター６でＺ方向に沿う方向を回転軸として回転させることにより、図３で表されるように、ペレット１９が円周面４ａから中央部分４ｃまで送られる。

図１で表されるように、フラットスクリュー４の底面と対向する位置には、バレル５が所定の間隔を有して設けられている。そして、バレル５の上面近傍には、ヒーター７及びヒーター８が設けられている。フラットスクリュー４とバレル５とがこのような構成をしていることにより、フラットスクリュー４を回転させることで、フラットスクリュー４の底面とバレル５の上面との間に形成される切欠き４ｂによる空間部分２０にペレット１９は供給され、円周面４ａから中央部分４ｃに移動する。なお、ペレット１９が切欠き４ｂによる空間部分２０を移動する際、ペレット１９は、ヒーター７及びヒーター８の熱により溶融すなわち可塑化され、また、狭い空間部分２０を移動することに伴う圧力で加圧される。こうして、ペレット１９が可塑化されることで、流動性の構成材料がノズル１０ａから射出される。

図１及び図４で表されるように、平面視でバレル５の中央部分には、溶融したペレット１９である構成材料の移動経路５ａが形成されている。図１で表されるように、移動経路５ａは、構成材料を射出する射出部１０のノズル１０ａと繋がっている。なお、図４で表されるように、バレル５の上面には移動経路５ａに繋がる溝５ｂが複数形成されており、構成材料が移動経路５ａに向かって集まり易くなっている。

射出部１０は、流体状態の構成材料をノズル１０ａから連続的に射出することが可能な構成になっている。なお、図１で表されるように、射出部１０には、構成材料を所望の粘度にするためのヒーター９が設けられている。射出部１０から射出される構成材料は、線形の形状で射出される。そして、射出部１０から線状に構成材料を射出することで構成材料の層２４を形成する。なお、本実施例の三次元造形物の製造装置１の要部である射出部１０の詳細な構成については後述する。

本実施例の三次元造形物の製造装置１では、ホッパー２、供給管３、フラットスクリュー４、バレル５、モーター６及び射出部１０などで射出ユニット２１を形成している。なお、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、構成材料を射出する射出ユニット２１を１つ備える構成であるが、構成材料を射出する射出ユニット２１を複数備える構成としてもよいし、支持材料を射出する射出ユニット２１を備えていてもよい。ここで、支持材料とは、構成材料の層２４を支持するための支持材料の層を形成するための材料である。

また、図１で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、射出ユニット２１から射出されることで形成される層２４を載置するためのステージユニット２２を備えている。ステージユニット２２は、実際に層２４が載置されるプレート１１を備えている。また、ステージユニット２２は、プレート１１が載置され、第１駆動部１５を駆動することによりＹ方向に沿って位置を変更可能な第１ステージ１２を備えている。また、ステージユニット２２は、第１ステージ１２が載置され、第２駆動部１６を駆動することによりＸ方向に沿って位置を変更可能な第２ステージ１３を備えている。そして、ステージユニット２２は、第３駆動部１７を駆動することによりＺ方向に沿って第２ステージ１３の位置を変更可能な基体部１４を備えている。

また、図１で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、射出ユニット２１の各種駆動及びステージユニット２２の各種駆動を制御する、制御ユニット１８と電気的に接続されている。

次に、本実施例の三次元造形物の製造装置１の要部である射出部１０について、図５及び図６を用いて説明する。なお、図５及び図６においては、後述する突起２３の形状などを見やすくするために各構成部材の大きさの割合を実物とは変えて表している。同様に、後述する図８から図１０においても、突起２３の形状などを見やすくするために各構成部材の大きさの割合を実物とは変えて表している。

図５及び図６で表されるように、本実施例の射出部１０は、ノズル１０ａの周囲に層形成時における射出部１０の移動に伴って層２４と接触する突起２３が形成されている。別の表現をすると、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、溶融状態の構成材料と接触して層２４の積層方向の表面に凹凸を形成する凹凸形成部としての突起２３を備えている。図６はｎ－１層目の層２４の上にｎ層目の層２４を形成する直前の状態を表しているが、ｎ－１層目の層２４の表面には、本実施例の三次元造形物の製造装置１がｎ－１層目の層２４を形成する際に突起２３と接触することにより形成された、凹部２４ａが形成されている。

なお、図６では積層方向に揃った位置に突起２３とｎ－１層目の層２４における凹部２４ａとが配置されているが、突起２３により凹部２４ａが形成されたことを分かり易くしただけであり、実際は、突起２３とｎ－１層目の層２４における凹部２４ａとが積層方向に揃っていない位置に配置されることは十分有り得る。後述する図９から図１２についても同様である。

図５で表されるように、本実施例の射出部１０は、ノズル１０ａの周囲に該ノズル１０ａの中心を基準にして４５°間隔で合計８個の突起２３が形成されている。このため、本実施例の三次元造形物の製造装置１を用いて層２４を形成する場合、８個の突起２３のうちの複数の突起２３が層２４と接触する。すなわち、突起２３と接触している数だけ凹部２４ａは形成される。図６では、複数の突起２３と接触して形成された凹部２４ａのうちの２つのみを表している。

層２４に複数の凹部２４ａが形成されて凹凸形成されることで、各層間の摩擦力が大きくなってアンカー効果による密着力が強くなる。さらに、各層の形成時において射出された構成材料が射出幅方向に広がり易くなり、かつ、射出された構成材料が表面張力により全体的に断面形状が丸みを帯びることが低減され、射出された構成材料が隣接する部分に空間が発生することを低減できる。ここで、「射出幅方向」とは、積層方向と交差する方向であるとともに層形成時における射出部１０の移動方向とも交差する方向である。

ここで一旦まとめると、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、層２４を積層して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置である。熱可塑性の構成材料であるペレット１９を溶融する溶融部としてのヒーター７、ヒーター８及びヒーター９を備えている。また、ノズル１０ａを有し、積層方向と交差する方向に移動しながら溶融状態の構成材料をノズル１０ａから射出して層２４を形成する射出部１０を備えている。さらに、溶融状態の構成材料と接触して層２４の積層方向の表面に凹凸を形成する凹凸形成部としての突起２３を備えている。

上記のように、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、層２４の積層方向の表面に凹凸を形成する突起２３を備えるので、ノズル１０ａから射出された構成材料と既に形成されている前層との間に生じる各層間のアンカー効果による密着力を増やすことで密着不良を抑制できる。また、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、突起２３が溶融状態の構成材料と接触する構成であるので、柔らかい状態の構成材料に簡単に凹凸を設けることができるとともに、複雑な射出制御を行う必要もない。したがって、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、層２４を積層して三次元造形物を製造する際における各層間の密着不良を複雑な射出制御を行うことなく抑制することができる。

ここで、図５及び図６で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造装置１においては、突起２３は、半円形状の突起２３ａであり、別の表現をすると、曲面で形成されている。このように、突起２３を曲面で形成することで、層２４に凹凸を形成する際の抵抗を小さくすることができる。なお、本実施例においては、突起２３は半円形状であるが、「曲面で形成されている」構成は、半円形状に限定されない。また、「半円」とは、真円の半円だけでなく楕円の半円も含む意味である。

また、突起２３は、半円形状であるので、先端部に向かって狭まっている構成である。このように、突起２３を先端部に向かって狭まっている形状とすることで、突起２３の製造が簡単になる。

ここで、本実施例の射出部１０の大きさについて説明する。射出部１０の外径長さＬ１は、２ｍｍである。ノズル１０ａの内径Ｌ２は２００μｍである。突起２３は、積層方向に対応する突出方向の長さ及び突出方向と交差する方向の長さＬ３は共に５０μｍである。ｎ－１層目の層２４の表面にｎ層目の層２４を形成する直前における突起２３の先端とｎ－１層目の層２４との間の間隔Ｌ４は１００μｍであり、射出部１０とｎ－１層目の層２４との間の間隔Ｌ５は１５０μｍである。なお、射出部１０とｎ－１層目の層２４との間の間隔Ｌ５は各層２４の層厚に対応する。

上記のように、本実施例の三次元造形物の製造装置１においては、突起２３の突出方向と交差する方向の外径は５０μｍであり、ノズル１０ａの内径である２００μｍよりも狭い。このため、例えば高精細な三次元造形物を製造する場合においても、微細な各層の表面に凹凸を形成することができ、高精度かつ高強度な三次元造形物を得ることができる。

なお、本実施例の三次元造形物の製造装置１においては、各々の突起２３は、溶融状態の構成材料の付着を抑制する表面処理がされている。このため、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、層２４に凹凸を形成することに伴う突起２３への構成材料の付着を抑制することができる構成になっている。なお、本実施例においては、突起２３はフッ素コーティングがなされているが、「表面処理」はフッ素コーティングなどの他材料のコーティングに限定されず、突起２３の表面をコーティングすることのほか突起２３の表面の形状を構成材料が付着しづらい形状としてもよい。

次に、本実施例の三次元造形物の製造装置１を用いて行う三次元造形物の製造方法について、図７のフローチャート用いて説明する。

本実施例の三次元造形物の製造方法においては、最初に、図７のフローチャートで表されるように、ステップＳ１１０で、製造する三次元造形物の造形データを入力する。三次元造形物の造形データの入力元に特に限定はないが、ＰＣなどを用いて造形データを三次元造形物の製造装置１に入力できる。

次に、ステップＳ１２０で、モーター６を回転させることにより、構成材料であるペレット１９のホッパー２から射出部１０への移動を開始する。モーター６の回転開始に伴い、ステップＳ１３０で、ペレット１９がヒーター７、ヒーター８及びヒーター９により溶融する。そして、射出部１０まで移動してきた溶融状態の構成材料を、ステップＳ１４０で、ノズル１０ａから射出することで層２４を形成する。ステップＳ１４０での層形成に伴って射出部１０は移動するので、ステップＳ１５０で、層形成に伴う射出部１０の移動に伴い突起２３を形成中の層２４に接触させることで、該形成中の層２４に凹凸形成をする。次に、ステップＳ１６０で、ステップＳ１１０で入力した造形データに基づく層形成が全て終了したかどうかを判断する。層形成が全て終了していないと判断した場合、ステップＳ１２０に戻り、次の層２４を形成する。一方、層形成が全て終了したと判断した場合、本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。

上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、層２４を積層して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法である。そして、ステップＳ１３０に対応し、熱可塑性の構成材料を溶融する溶融工程と、ステップＳ１４０に対応し、溶融状態の構成材料をノズル１０ａから射出しながら移動する射出部１０を用いて層２４を形成する層形成工程と、ステップＳ１５０に対応し、溶融状態の構成材料に対して凹凸形成部である突起２３を接触させて層２４の積層方向の表面に凹凸を形成する凹凸形成工程と、を有する。

上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、層２４の積層方向の表面に凹凸を形成する凹凸形成工程を有するので、各層間のアンカー効果による密着力を増やすことで密着不良を抑制できる。また、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、突起２３は溶融状態の構成材料と接触するので、柔らかい状態の構成材料に簡単に凹凸を設けることができるとともに、複雑な射出制御を行う必要もない。したがって、本実施例の三次元造形物の製造方法は、層２４を積層して三次元造形物を製造する際における各層間の密着不良を複雑な射出制御を行うことなく抑制することができる。

上記のように、射出部１０には、ノズル１０ａの周囲に突起２３が設けられており、凹凸形成工程では、層形成工程で射出部１０を移動させることに伴って、突起２３を層２４の表面に接触させることで凹凸を形成する。このため、ノズル１０ａと凹凸形成部である突起２３との距離を近くでき、特に簡単に、所望の位置に凹凸を形成することができる。

別の表現をすると、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、射出部１０のノズル１０ａの周囲に凹凸形成部としての突起２３が設けられており、突起２３は層２４を形成するために射出部１０を移動させることに伴って層２４の表面に接触することで凹凸を形成する構成になっている。そして、このような構成であるため、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、ノズル１０ａと凹凸形成部との距離を近くでき、特に簡単に、所望の位置に凹凸を形成することができる構成になっている。

ただし、本発明はこのような構成に限定されない。以下に、射出部１０とは別に凹凸形成部を備える実施例２の三次元造形物の製造装置１について説明する。

［実施例２］（図８及び図９参照）
図８は、本実施例の三次元造形物の製造装置１の射出部１０を表す概略底面図であり、実施例１の三次元造形物の製造装置１の射出部１０を表す図５に対応する図である。また、図９は、本実施例の三次元造形物の製造装置１の射出部１０を表す概略側面断面図であって、ｎ－１層目の層２４の上にｎ層目の層２４を形成する直前の状態を表しており、実施例１の三次元造形物の製造装置１の射出部１０を表す図６に対応する図である。なお、上記実施例１と共通する構成部材は同じ符号で示しており、詳細な説明は省略する。ここで、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、射出部１０とは別に凹凸形成部２５を備える構成となっていること以外は、実施例１の三次元造形物の製造装置１と同様の構成である。

図８及び図９で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、射出部１０の周囲に、実施例１の三次元造形物の製造装置１における突起２３である半円形状の突起２３ａと同様の突起を複数備えた凹凸形成部２５を備えている。そして、凹凸形成部２５は、射出部１０と共に移動可能に構成されており、層２４を形成するために射出部１０を移動させることに伴って、突起２３を層２４の表面に接触させることで該層２４の表面に凹凸を形成する構成になっている。このように、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、射出部１０とは別に凹凸形成部２５を備えるので、凹凸形成部２５を射出部１０に対して積層方向に沿って移動可能な構成にするなどして、凹凸を形成する層２４に対する突起２３の位置の調整を簡単に行うことができる。

本実施例の三次元造形物の製造装置１を用いた三次元造形物の製造方法の観点から説明すると、射出部１０の周囲には、突起２３が形成された凹凸形成部２５が設けられているので、凹凸形成工程では、層形成工程で射出部１０を移動させることに伴って、突起２３を層２４の表面に接触させることで該層２４の表面に凹凸を形成することができる。本実施例の三次元造形物の製造装置１を用いて三次元造形物の製造方法を実行すれば、本実施例の三次元造形物の製造装置１は射出部１０とは別に凹凸形成部２５を備えるので、凹凸を形成する層２４に対する突起２３の位置の調整を簡単に行うことができる。

なお、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、凹凸形成部２５を射出部１０に対して積層方向に沿って移動可能な構成である。このため、凹凸形成部２５と射出部１０との間には隙間Ｇがあるが、該隙間Ｇは、該隙間Ｇに溶融状態の構成材料が入り込みにくい間隔になっている。

また、本実施例の三次元造形物の製造装置１においては、凹凸形成部２５は、ノズル１０ａの周囲に該ノズル１０ａの中心を基準にして１５°間隔で合計２４個の突起２３が形成されている。このため、本実施例の三次元造形物の製造装置１を用いて層２４を形成する場合、２４個の突起２３のうちの複数の突起２３が層２４と接触する。すなわち、突起２３と接触している数だけ凹部２４ａは形成される。図９では、複数の突起２３と接触して形成された凹部２４ａのうちの２つのみを表している。

ここで、本実施例の射出部１０の大きさについて説明する。射出部１０の外径長さＬ６は、１ｍｍである。ノズル１０ａの内径Ｌ７は２００μｍである。突起２３は、積層方向に対応する突出方向の長さ及び突出方向と交差する方向の長さＬ８は共に５０μｍである。ｎ－１層目の層２４の表面にｎ層目の層２４を形成する直前における突起２３の先端とｎ－１層目の層２４との間の間隔Ｌ９は１００μｍであり、射出部１０とｎ－１層目の層２４との間の間隔Ｌ１０は１５０μｍである。なお、射出部１０とｎ－１層目の層２４との間の間隔Ｌ１０は各層２４の層厚に対応する。

なお、実施例１及び実施例２の三次元造形物の製造装置１における突起２３は、何れも半円形状の突起２３ａであった。ただし、突起２３の形状は半円形状に限定されない。以下に、突起２３の形状が半円形状でない三次元造形物の製造装置１の実施例３及び実施例４について説明する。

［実施例３］（図１０参照）
図１０は、本実施例の三次元造形物の製造装置１の射出部１０を表す概略側面断面図であって、ｎ－１層目の層２４の上にｎ層目の層２４を形成する直前の状態を表しており、実施例１の三次元造形物の製造装置１の射出部１０を表す図６に対応する図である。なお、上記実施例１及び実施例２と共通する構成部材は同じ符号で示しており、詳細な説明は省略する。ここで、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、突起２３の形状以外は、突起２３の形成位置なども含め、実施例１の三次元造形物の製造装置１と同様の構成である。

本実施例の三次元造形物の製造装置１における突起２３は、四角錐台形状であって２つの平行面のうちの面積の小さい側の面が射出部１０に接続された形状である先端側広がり形状突起２３ｂをしている。このように、突起２３が、先端部に向かって広がっている形状となっていることで、図１０で表されるように突起２３により形成される凹部２４ａの形状を先端側が狭くなった鍵型の形状とでき、このことで各層間のアンカー効果による密着力を特に強くでき、各層間の密着不良を効果的に抑制できる。なお、本実施例の先端側広がり形状突起２３ｂは、四角錐台形状であるが、突起２３が先端部に向かって広がっている形状のその他の例としては、四角錐台形状以外の多角錐台形状や円錐台形状などが挙げられる。

［実施例４］（図１１参照）
図１１は、本実施例の三次元造形物の製造装置１の射出部１０を表す概略側面断面図であって、ｎ－１層目の層２４の上にｎ層目の層２４を形成する直前の状態を表しており、実施例１の三次元造形物の製造装置１の射出部１０を表す図６に対応する図である。なお、上記実施例１から実施例３と共通する構成部材は同じ符号で示しており、詳細な説明は省略する。ここで、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、突起２３の形状以外は、突起２３の形成位置なども含め、実施例１の三次元造形物の製造装置１と同様の構成である。

本実施例の三次元造形物の製造装置１における突起２３は、四角錐台形状であって２つの平行面のうちの面積の大きい側の面が射出部１０に接続された形状である先端側狭まり形状突起２３ｃをしている。このように、突起２３が、先端部に向かって狭まっている形状となっていることで、突起２３を簡単に製造できる。特に、本実施例の三次元造形物の製造装置１における突起２３は、四角錐台形状であり、平面を組み合わせて形成可能な形状であるので、特に突起２３を簡単に製造できる。なお、本実施例の先端側狭まり形状突起２３ｃは、四角錐台形状であるが、突起２３が先端部に向かって狭まっている形状のその他の例としては、四角錐台形状以外の多角錐台形状や円錐台形状などが挙げられる。

なお、実施例１から実施例４の三次元造形物の製造装置１は、射出部１０が積層方向と交差する方向に３６０°移動可能な構成であるとともに、射出部１０を積層方向から見て回転方向に回転させない構成である。このため、実施例１から実施例４の三次元造形物の製造装置１は、いずれも突起２３が積層方向から見て射出部１０の周囲全体に構成されていた。しかしながら、突起２３は射出部１０の移動方向においてノズル１０ａよりも下流側に有れば層２４の表面に凹凸を形成できるので、射出部１０が積層方向から見て回転方向に回転な構成や、射出部１０の移動方向が限定されている構成などにおいては、突起２３は射出部１０の移動方向においてノズル１０ａよりも下流側に有ればよい。以下に、突起２３が射出部１０の移動方向においてノズル１０ａよりも下流側に有る三次元造形物の製造装置１の実施例５について説明する。

［実施例５］（図１２参照）
図１２は、本実施例の三次元造形物の製造装置１の射出部１０を表す概略側面断面図であって、ｎ－１層目の層２４の上にｎ層目の層２４を形成する直前の状態を表しており、実施例１の三次元造形物の製造装置１の射出部１０を表す図６に対応する図である。なお、上記実施例１から実施例３と共通する構成部材は同じ符号で示しており、詳細な説明は省略する。ここで、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、射出部１０が積層方向から見て回転方向に回転可能であり、突起２３を射出部１０の移動方向においてノズル１０ａよりも下流側に位置させることが可能な構成である。そして、このような構成以外の構成に関しては、実施例１の三次元造形物の製造装置１と同様の構成である。

本実施例の三次元造形物の製造装置１は、図１２で表されるように積層方向と交差する方向から見て、ノズル１０ａに近い側に２つの半円形状の突起２３ａが形成され、ノズル１０ａから遠い側に半円形状の突起２３ａよりも突出長さの長い２つの半円形状の突起２３ｄが形成されている。別の表現をすると、射出幅方向における外側に、突起２３ａの先端と層２４との間の間隔Ｌ４よりも短い間隔である突起２３ｄの先端と層２４との間の間隔Ｌ１１を形成している。なお、図１２における射出部１０の移動方向は方向Ｙに沿う方向である。そして、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、射出部１０を回転させながら積層方向と交差する方向に移動させてノズル１０ａから構成材料を射出することで、突起２３を射出部１０の移動方向においてノズル１０ａよりも下流側に位置させながら層２４を形成しつつ凹凸を該層２４の表面に形成することが可能になっている。

すなわち、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、突起２３として、第１突起である突起２３ａと、突起２３ａよりもノズル１０ａから遠く突起２３ａよりも突出方向における長さが長い第２突起である突起２３ｄと、を有している。ノズル１０ａからの射出幅方向に溶融状態の構成材料が流れると断面形状が丸みを帯び、丸みを帯びた形状の構成材料が隣接されることで該隣接された部分に空間を生じる虞が生じる。しかしながら、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、突起２３ａよりも突出方向における長さが長い突起２３ｄにより、層２４を形成する際に射出幅方向に溶融状態の構成材料が流れすぎて射出幅方向の端部が丸みを帯びることを効果的に抑制でき、構成材料が隣接する部分に空間が生じることを抑制できる構成になっている。

本発明は、上述の実施例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。発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、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。

１…三次元造形物の製造装置、２…ホッパー、３…供給管、４…フラットスクリュー、
４ａ…円周面、４ｂ…切欠き、４ｃ…中央部分、５…バレル、５ａ…移動経路、
５ｂ…溝、６…モーター、７…ヒーター（溶融部）、８…ヒーター（溶融部）、
９…ヒーター（溶融部）、１０…射出部、１０ａ…ノズル、１１…プレート、
１２…第１ステージ、１３…第２ステージ、１４…基体部、１５…第１駆動部、
１６…第２駆動部、１７…第３駆動部、１８…制御ユニット、
１９…ペレット（構成材料）、２０…空間部分、２１…射出ユニット、
２２…ステージユニット、２３…突起（凹凸形成部）、
２３ａ…半円形状の突起（第１突起）、２３ｂ…先端側広がり形状突起、
２３ｃ…先端側狭まり形状突起、２３ｄ…半円形状の突起（第２突起）、２４…層、
２４ａ…凹部、Ｇ…隙間、Ｌ１…射出部１０の外径長さ、Ｌ２…ノズル１０ａの内径、
Ｌ３…突起２３の突出方向と交差する方向の長さ、
Ｌ４…突起２３の先端と層２４との間の間隔、
Ｌ５…射出部１０と層２４との間の間隔、Ｌ６…射出部１０の外径長さ、
Ｌ７…ノズル１０ａの内径、Ｌ８…突起２３の突出方向と交差する方向の長さ、
Ｌ９…突起２３の先端と層２４との間の間隔、
Ｌ１０…射出部１０と層２４との間の間隔、
Ｌ１１…突起２３ｄの先端と層２４との間の間隔

Claims (10)

1. 層を積層して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置であって、
   熱可塑性の構成材料を溶融する溶融部と、
   ノズルを有し、溶融状態の前記構成材料を前記ノズルから射出しながら移動して前記層を形成する射出部と、
   溶融状態の前記構成材料と接触して前記層の積層方向の表面に凹凸を形成する凹凸形成部と、
   を備え、
   前記射出部の前記ノズルの周囲または前記射出部の周囲には、前記凹凸形成部としての突起が設けられており、
   前記突起は、先端部に向かって広がっていることを特徴とする三次元造形物の製造装置。
2. 請求項１に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記射出部には、前記ノズルの周囲に前記凹凸形成部としての前記突起が設けられており、
   前記突起は、前記層を形成するために前記射出部を移動させることに伴って、前記表面に接触することで前記凹凸を形成することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
3. 請求項１に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記射出部の周囲には、前記突起が形成された前記凹凸形成部が設けられており、
   前記凹凸形成部は、前記層を形成するために前記射出部を移動させることに伴って、前記突起を前記表面に接触させることで前記凹凸を形成することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記突起は、溶融状態の前記構成材料の付着を抑制する表面処理がされていることを特徴とする三次元造形物の製造装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記突起は、曲面で形成されていることを特徴とする三次元造形物の製造装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記突起の突出方向と交差する方向の外径は、前記ノズルの内径よりも狭いことを特徴とする三次元造形物の製造装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記突起として、第１突起と、前記第１突起よりも前記ノズルから遠く前記第１突起よりも突出方向における長さが長い第２突起と、を有することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
8. 層を積層して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
   熱可塑性の構成材料を溶融する溶融工程と、
   溶融状態の前記構成材料をノズルから射出しながら移動する射出部を用いて前記層を形成する層形成工程と、
   溶融状態の前記構成材料に対して凹凸形成部を接触させて前記層の積層方向の表面に凹凸を形成する凹凸形成工程と、
   を有し、
   前記射出部の前記ノズルの周囲または前記射出部の周囲には、前記凹凸形成部としての突起が設けられており、
   前記突起は、先端部に向かって広がっていることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
9. 請求項８に記載された三次元造形物の製造方法において、
   前記射出部には、前記ノズルの周囲に前記突起が設けられており、
   前記凹凸形成工程は、前記層形成工程で前記射出部を移動させることに伴って、前記突起を前記表面に接触させることで前記凹凸を形成することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
10. 請求項９に記載された三次元造形物の製造方法において、
    前記射出部の周囲には、前記突起が形成された前記凹凸形成部が設けられており、
    前記凹凸形成工程は、前記層形成工程で前記射出部を移動させることに伴って、前記突起を前記表面に接触させることで前記凹凸を形成することを特徴とする三次元造形物の製造方法。

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