JP7347610B2 - 三次元造形装置および三次元造形物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、三次元造形装置および三次元造形物の製造方法に関する。

流動性を有する材料を所望の位置に配置して三次元造形物を造形する三次元造形装置が提案されている。このような三次元造形装置では、例えば、平面上の位置を順にずらして材料の吐出を繰り返すことにより、三次元形状の物体が平面状に形成される。形成された平面の上面側に更に材料を吐出し、層状に材料を堆積させることによって三次元造形物が形成される。三次元造形装置において、例えば、ノズルからの材料の吐出を断続することによる余分な造形が行われないように、材料を吐出するノズル孔に、複数の突起部を放射状に形成したり、複数の角部を有する多角形の形状を採用したりすることが提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１６－２１５５８１号公報

しかし、こうしたノズル孔の形状の工夫は、余分な造形を回避できるに留まり、平面を形成する際に平面上に隣接する材料との間に空隙が残ってしまうことについては考慮されていない。三次元造形物の内部に過剰な空隙が残ることは好ましくない。

本開示の一形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、造形テーブルに向かって開口部から造形材料を吐出する吐出部と、前記造形テーブルと前記吐出部との相対位置を変更する移動部と、前記吐出部及び前記移動部を制御して三次元造形物を造形する制御部と、を備える。前記吐出部は、前記開口部を有する先端面を備える。前記制御部は、前記三次元造形物を造形する場合に、前記先端面と、前記吐出部から前記造形材料が吐出される予定部位との距離（Ｇｐ）が、下記式（１）を満たすように前記移動部を制御する。
０．５＜（Ｓｑ１×Ｇｐ）／Ｖｔ＜１．０ …（１）
（Ｓｑ１は、前記開口部の面積であり、Ｖｔは、前記吐出部が単位移動量ごとに吐出する前記造形材料の体積を示し、（Ｓｑ１×Ｇｐ）の単位と、Ｖｔの単位とが互いに同一である。）
本開示の第二の形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、造形テーブルに向かって開口部から造形材料を吐出する吐出部と、前記造形テーブルと前記吐出部との相対位置を変更する移動部と、前記吐出部及び前記移動部を制御して三次元造形物を造形する制御部と、を備える。前記吐出部は、前記開口部を有する先端面を備える。前記制御部は、前記三次元造形物を造形する場合に、前記先端面と、前記吐出部から前記造形材料が吐出される予定部位との距離（Ｇｐ）が、下記式（２）および下記式（３）を満たすように前記移動部を制御する。
（Ｓｑ１×Ｇｐ）／Ｖｔ＜１．０ …（２）
（Ｓｑ２×Ｇｐ）／Ｖｔ＞１．０ …（３）
（Ｓｑ１は、前記開口部の面積であり、Ｖｔは、前記吐出部が単位移動量ごとに吐出する前記造形材料の体積を示し、（Ｓｑ１×Ｇｐ）の単位と、Ｖｔの単位とが互いに同一であり、Ｓｑ２は、前記先端面の面積であり、（Ｓｑ２×Ｇｐ）の単位と、Ｖｔの単位とが互いに同一である。）
本開示の第三の形態によれば、吐出部の先端面に設けられた開口部から造形材料を吐出して三次元造形物を造形する三次元造形物の製造方法が提供される。この三次元造形物の製造方法は、前記先端面と、前記吐出部から前記造形材料が吐出される予定部位との距離（Ｇｐ）が、下記式（４）および下記式（５）を満たすように三次元造形物を造形する。
（Ｓｑ１×Ｇｐ）／Ｖｔ＜１．０ …（４）
（Ｓｑ２×Ｇｐ）／Ｖｔ＞１．０ …（５）
（Ｓｑ１は、前記開口部の面積であり、Ｖｔは、前記吐出部が単位移動量ごとに吐出する前記造形材料の体積を示し、（Ｓｑ１×Ｇｐ）の単位と、Ｖｔの単位とが互いに同一であり、Ｓｑ２は、前記先端面の面積であり、（Ｓｑ２×Ｇｐ）の単位と、Ｖｔの単位とが互いに同一である。）
本開示の第四の形態によれば、吐出部の先端面に設けられた開口部から造形材料を吐出して三次元造形物を造形する三次元造形物の製造方法が提供される。この三次元造形物の製造方法は、前記先端面と、前記吐出部から前記造形材料が吐出される予定部位との距離（Ｇｐ）が、下記式（６）を満たすように三次元造形物を造形する。
０．５＜（Ｓｑ１×Ｇｐ）／Ｖｔ＜１．０ …（６）
（Ｓｑ１は、前記開口部の面積であり、Ｖｔは、前記吐出部が単位移動量ごとに吐出する前記造形材料の体積を示し、（Ｓｑ１×Ｇｐ）の単位と、Ｖｔの単位とが互いに同一である。）

第１実施形態の三次元造形装置の概略構成を示す説明図。 三次元造形ユニットの構成を示す概略図。 フラットスクリューの下面側の構成を示す概略斜視図。 スクリュー対面部の上面側を示す概略平面図。 本実施形態の造形ユニットに備えられるノズルの構成を表す正面図。 吐出処理によって造形物を造形していく様子を模式的に示す概略図。 図６のノズルの先端の近傍を表した拡大図。 制御部が実行する造形処理の制御を表すフロー図。 吐出処理によって堆積された造形層を模式的に表す側面図。 距離を変化させて形成した造形物の空隙率を測定した実験データ。 ノズルの平面部の構成を表す側面図。

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態の三次元造形装置１０の概略構成を示す説明図である。本実施形態での三次元造形装置１０は、制御部９０と、造形テーブル８１と、移動機構８０と、三次元造形ユニット１００と、切削ユニット９９と、を備える。以下では、「三次元造形ユニット」を単に「造形ユニット」とも呼び、三次元造形物を単に「造形物」とも呼ぶ。

三次元造形装置１０は、移動機構８０によって移動される造形テーブル８１に、造形ユニット１００によって造形材料を堆積させて造形物を造形する。図１には、造形テーブル８１上に造形物ＯＢが形成された状態が模式的に示されている。

制御部９０は、造形ユニット１００と、切削ユニット９９と、移動機構８０との動作を制御して、造形物を造形する造形処理を実行する制御装置である。動作には、造形テーブル８１に対する造形ユニット１００および切削ユニット９９の三次元の相対的な位置の移動が含まれる。この移動方向は、図１に、互いに垂直な３つの方向Ｘ，Ｙ，Ｚとして示した。Ｘ方向とＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は重力方向と逆向きの方向である。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印は、他の参照図においても、図示の方向が図１と対応するように適宜、図示してある。

本実施形態では、制御部９０は、１以上のプロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェースとを備えるコンピューターによって構成される。制御部９０は、主記憶装置上に読み込んだプログラムや命令をプロセッサーが実行することによって、種々の機能を発揮する。なお、制御部９０は、そうしたコンピューターによって構成される代わりに、各機能の少なくとも一部を実現するための複数の回路を組み合わせた構成により実現されてもよい。

造形テーブル８１は、造形材料を堆積させるための平面状の部材である。造形テーブル８１は、造形ユニット１００の吐出部６０に対向する位置に配置される。移動機構８０は、制御部９０の制御下において、吐出部６０と造形テーブル８１との相対的な位置関係を変更する移動部である。移動機構８０は、３つのモーターの駆動力によって、造形テーブル８１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。

切削ユニット９９は、ヘッド先端の軸に取り付けられた切削工具９６を回転させて造形物ＯＢの切削を行う切削装置である。切削工具９６には、例えば、フラットエンドミル、ボールエンドミル等が採用できる。切削ユニット９９は、一般的な位置検出センサーによって切削工具９６の先端の位置を検出し、検出結果を制御部９０に送信する。制御部９０は、この検出結果を利用し、後述する移動機構８０によって、切削工具９６と造形物ＯＢとの相対的な位置関係を制御して切削を行う。

図２は、第１実施形態における三次元造形物の造形を行う造形ユニット１００の構成を一部の部材を断面視して示す概略図である。造形ユニット１００は、固体状態の材料の少なくとも一部を溶融させてペースト状にした造形材料を造形テーブル８１上に配置する。造形ユニット１００は、吐出部６０の他、材料供給部２０と、造形材料生成部３０と、を備える。

材料供給部２０は、造形材料生成部３０に材料を供給する。材料供給部２０は、例えば、材料を収容するホッパーによって構成される。材料供給部２０は、下方に排出口を有している。この排出口は、連通路２２を介して、造形材料生成部３０に接続されている。材料は、ペレットや粉末等の形態で材料供給部２０に投入される。本実施形態では、ペレット状のＡＢＳ樹脂の材料が用いられる。

造形材料生成部３０は、材料供給部２０から供給された材料の少なくとも一部を溶融させた流動性を有するペースト状の造形材料を生成し、吐出部６０へと導く。造形材料生成部３０は、スクリューケース３１と、駆動モーター３２と、フラットスクリュー４０と、スクリュー対面部５０と、を有する。フラットスクリュー４０及びスクリュー対面部５０の具体的な構成は、後述する図３および図４の各々に示した。

フラットスクリュー４０は、その中心軸に沿った方向である軸線方向における高さが直径よりも小さい略円柱状を有する。フラットスクリュー４０は、その軸線方向がＺ方向に平行になるように配置され、円周方向に沿って回転する。フラットスクリュー４０の中心軸は、その回転軸ＲＸと一致する。図２には、フラットスクリュー４０の回転軸ＲＸを一点鎖線で図示してある。

フラットスクリュー４０は、スクリューケース３１内に収納されている。フラットスクリュー４０の上面Ｆａ側は駆動モーター３２に連結されており、フラットスクリュー４０は、駆動モーター３２が発生させる回転駆動力によって、スクリューケース３１内で回転する。駆動モーター３２は、制御部９０の制御下において駆動する。

フラットスクリュー４０は、回転軸ＲＸと交差する面である下面Ｆｂに、溝部４２が形成されている。上述した材料供給部２０の連通路２２は、フラットスクリュー４０の側面から、当該溝部４２に接続されている。

フラットスクリュー４０の下面Ｆｂは、スクリュー対面部５０の上面Ｇａに面しており、フラットスクリュー４０の下面Ｆｂの溝部４２と、スクリュー対面部５０の上面Ｇａとの間には空間が形成される。造形ユニット１００では、フラットスクリュー４０とスクリュー対面部５０との間のこの空間に、材料供給部２０から材料が供給される。フラットスクリュー４０およびその溝部４２の具体的な構成については図３を用いて後述する。

スクリュー対面部５０には、材料を加熱するためのヒーター５８が埋め込まれている。回転しているフラットスクリュー４０の溝部４２内に供給された材料は、フラットスクリュー４０の回転によって、少なくとも一部が溶融されつつ、溝部４２に沿って流動し、フラットスクリュー４０の中央部４６へと導かれる。中央部４６に流入したペースト状の材料は、スクリュー対面部５０の中心に設けられた連通孔５６を介して、造形材料として吐出部６０に供給される。

吐出部６０は、ノズル６１と、流路６５と、を有する。ノズル６１は、流路６５を通じて、スクリュー対面部５０の連通孔５６に接続されている。流路６５は、フラットスクリュー４０とノズル６１との間の造形材料の流路である。ノズル６１は、造形材料生成部３０において生成された造形材料を、先端の開口部６２から造形テーブル８１に向かって吐出する。本実施形態のノズル６１の詳細については後述する。

移動機構８０は、上述したように、造形テーブル８１とノズル６１との相対位置を変化させる。造形テーブル８１は、ノズル６１の開口部６２に対向する位置に配置されている。造形テーブル８１は、Ｘ，Ｙ方向に平行に配置される上面Ｔｓを有している。本実施形態では、移動機構８０は、３つのモーターＭの駆動力によって、造形テーブル８１をノズル６１に対して移動させる。

造形ユニット１００では、移動機構８０によって造形テーブル８１を移動させる構成の代わりに、造形テーブル８１の位置が固定された状態で、移動機構８０が造形テーブル８１に対してノズル６１を移動させる構成が採用されてもよい。こうした構成であっても、ノズル６１と造形テーブル８１との相対的な位置関係が変更可能である。以下の説明において、「ノズル６１の移動距離」というときは、造形テーブル８１に対してノズル６１が相対的に移動する距離を意味する。

図３は、フラットスクリュー４０の下面Ｆｂ側の構成を示す概略斜視図である。図３に示したフラットスクリュー４０は、技術の理解を容易にするため、図２に示した上面Ｆａと下面Ｆｂとの位置関係を、鉛直方向において逆向きとした状態で示されている。図３には、造形材料生成部３０において回転するときのフラットスクリュー４０の回転軸ＲＸの位置が一点鎖線で図示されている。図２を参照して説明したように、スクリュー対面部５０に対向するフラットスクリュー４０の下面Ｆｂには、溝部４２が設けられている。以下、下面Ｆｂを、「溝形成面Ｆｂ」とも呼ぶ。

フラットスクリュー４０の溝形成面Ｆｂの中央部４６は、溝部４２の一端が接続されている凹部として構成されている。中央部４６は、図２に図示されているスクリュー対面部５０の連通孔５６に対向する。本実施形態において、中央部４６は、回転軸ＲＸと交差する。

フラットスクリュー４０の溝部４２は、いわゆるスクロール溝を構成する。溝部４２は、中央部４６から、フラットスクリュー４０の外周に向かって弧を描くように渦状に延びている。溝部４２は、インボリュート曲線状や螺旋状に延びるように構成されているとしてもよい。溝形成面Ｆｂには、溝部４２の側壁部を構成し、各溝部４２に沿って延びている凸条部４３が設けられている。

溝部４２は、フラットスクリュー４０の側面に形成された材料流入口４４まで連続している。材料流入口４４は、材料供給部２０の連通路２２を介して供給された材料を受け入れる部分である。

フラットスクリュー４０が回転すると、材料流入口４４から供給された材料の少なくとも一部が、溝部４２内において後述するヒーター５８によって加熱されながら溶融し、流動性が高まっていく。そして、その材料は、溝部４２を通じて中央部４６へと流動し、中央部４６に集まり、そこで生じる内圧により、スクリュー対面部５０の連通孔５６へと押し出される。

図３に示したように、フラットスクリュー４０は、３つの溝部４２と、３つの凸条部４３と、３つの材料流入口４４とを有する。フラットスクリュー４０に設けられる溝部４２、凸条部４３および材料流入口４４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４２のみが設けられていてもよいし、２以上の複数の溝部４２が設けられていてもよい。また、溝部４２の数に合わせた数の凸条部４３および材料流入口４４が設けられてもよい。

図４は、スクリュー対面部５０の上面Ｇａ側を示す概略平面図である。スクリュー対面部５０の上面Ｇａは、上述したように、フラットスクリュー４０の溝形成面Ｆｂに対向する。以下、この上面Ｇａを、「スクリュー対向面Ｇａ」とも呼ぶ。

スクリュー対向面Ｇａには、複数の案内溝５４が形成されている。この案内溝５４は、スクリュー対向面Ｇａの中心に形成された連通孔５６に接続され、連通孔５６から外周に向かって渦状に延びている。複数の案内溝５４は、造形材料を連通孔５６に導く機能を有する。図２を参照して説明したように、スクリュー対面部５０には、材料を加熱するためのヒーター５８が埋め込まれている。造形材料生成部３０における材料の溶融は、ヒーター５８による加熱と、フラットスクリュー４０の回転と、によって実現される。溶融された材料は、スクリュー対面部５０の連通孔５６を介して、吐出部６０の流路６５へと押し出されてノズル６１へと導かれる。ノズル６１に導かれた材料は、最終的に開口部６２から吐出される。

造形ユニット１００では、Ｚ方向に小型なサイズを有するフラットスクリュー４０を利用していることによって、材料の少なくとも一部を溶融してノズル６１まで導くための経路がＺ方向において占める範囲が小さくなっている（図２参照）。このように、造形ユニット１００では、フラットスクリュー４０を利用していることによって、造形材料の生成機構が小型化されている。また、フラットスクリュー４０の利用によって、ノズル６１からの造形材料の吐出制御の精度が高められ、吐出工程による造形物の造形を、容易かつ効率的に行える。

造形ユニット１００では、フラットスクリュー４０を利用していることによって、流動性を有する状態にされた造形材料をノズル６１へと圧送する構成が簡易に実現されている。この構成により、ノズル６１の開口部６２からの造形材料の吐出量の制御がフラットスクリュー４０の回転数の制御によって可能であり、開口部６２からの造形材料の吐出制御が容易化されている。「開口部６２からの造形材料の吐出量」とは、ノズル６１の開口部６２から流出する造形材料の流量を意味する。

図５を用いて、ノズル６１の開口部６２の形状について説明する。図５は、本実施形態の造形ユニット１００に備えられるノズル６１の構成を表す正面図である。ノズル６１の先端は円形の面で構成され、その面には、開口部６２と、平面部６３とが備えられる。本実施形態において、ノズル６１の先端の面は、直径Ｄｍの円形である。この「ノズル６１の先端に形成された面」は、造形材料を層状に吐出する際のノズル６１の移動方向に沿った面であり、本実施形態においてＸＹ平面に平行な面である。

開口部６２は、ノズル６１先端の面に備えられる開口である。本実施形態において、開口部６２の形状は正方形である。本明細書において、「開口部６２の形状」とは、造形材料の吐出方向に垂直な面におけるノズル６１の先端の開口の断面形状であり、開口の外形の形状を表す。なお、開口部６２の形状は、正方形には限定されず、例えば五角形や六角形などの複数の隅部を備える種々の多角形も採用できる。多角形の各隅部は、必ずしも直線で構成される必要はなく、少なくとも一部が丸まっていてもよい。本実施形態において、平面部６３の中心と開口部６２の中心とは重なっている。平面部６３の詳細については後述する。

図５には、開口部６２のＸ方向に沿った辺Ｓ１と、辺Ｓ１の長さＤ１と、開口部６２のＹ方向に沿った辺Ｓ２と、辺Ｓ２の長さＤ２とが示されている。本実施形態の開口部６２は正方形であり長さＤ１と長さＤ２とは互いに等しい。以下、図５とともに図６および図７を参照しながら本実施形態の造形ユニット１００による吐出処理について説明する。

図６は、造形ユニット１００が実行する吐出処理によって造形物を造形していく様子を模式的に示す概略図である。図７は、図６のノズル６１の先端の近傍を表した拡大図である。以下の説明において、「ノズル６１の走査方向」とは、ノズル６１が造形材料を吐出しながら造形テーブル８１の上面Ｔｓ対してノズル６１の位置が相対的に移動する方向を表す。本実施形態では、造形テーブル８１の上面Ｔｓは水平に配置されているため、ノズル６１の走査方向がＸ方向またはＹ方向に平行である場合、ノズル６１の走査方向は水平方向に平行である。図６では、Ｘ方向をノズル６１の走査方向として造形材料ＭＭを吐出している状態が示されている。

造形ユニット１００が実行する吐出処理では、造形材料生成部３０において、回転しているフラットスクリュー４０に供給された固体状態の材料の少なくとも一部が溶融されて造形材料ＭＭが生成される。そして、移動機構８０によって、造形テーブル８１の上面Ｔｓに沿った走査方向に、造形テーブル８１に対してノズル６１の位置を相対的に変えながら、予定部位ＭＬｔに向かって、ノズル６１から造形材料ＭＭが吐出される。予定部位ＭＬｔは、造形材料ＭＭを造形層ＭＬの上に堆積する場合、造形材料ＭＭが堆積されるノズル６１の下に位置する造形層ＭＬの上面であり、造形テーブル８１に堆積される場合には、上面Ｔｓである。吐出処理では、ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭは、ノズル６１の走査方向に沿って連続して堆積されていく。

制御部９０は、移動機構８０を制御して、ノズル６１の位置を、造形テーブル８１に対してＺ方向に相対的に移動させ、これまでの吐出処理で形成された造形層ＭＬの上に、さらに造形材料ＭＭを積み重ねることによって、造形物を造形していく。以下では、造形テーブル８１の上面Ｔｓに対してノズル６１の吐出処理によって堆積された造形材料ＭＭによって構成される層を「造形層ＭＬ」とも呼ぶ。造形層ＭＬとは、ノズル６１の単位移動量を１ＶｏｘｅｌとするＶｏｘｅｌ単位に分解した吐出データのうち、Ｚ方向の１Ｖｏｘｅｌに相当する造形材料の層を表す。すなわち、造形層ＭＬは、ノズル６１からの吐出の方法によって定まるものではない。例えば、ノズル６１から造形材料をＸ方向に沿って移動させながら連続的に吐出し、吐出を止めることなく端部で折り返しＸ方向と逆向きに移動させながら連続的に吐出させた場合、Ｘ方向に沿って堆積した造形層と、この造形層の上面にさらにＸ方向とは逆向きに堆積した造形層との２層分の造形層ＭＬが得られる。造形ユニット１００では、造形物は、造形層ＭＬの積層によって造形される。

造形層ＭＬを形成する際には、ノズル６１の先端の平面部６３と、ノズル６１の直下の位置の近傍において開口部６２から吐出された造形材料ＭＭが堆積される予定部位ＭＬｔとの間に、後述する距離Ｇｐのギャップが保持されている。

造形材料ＭＭが、ノズル６１の移動に伴って開口部６２から吐出される様子を図６、図７を用いて説明する。開口部６２からＺ方向の逆方向である重力方向に吐出された造形材料ＭＭは、予定部位ＭＬｔに接した後、ノズル６１の移動に伴い、予定部位ＭＬｔの表面に沿って堆積される。ノズル６１から吐出される造形材料ＭＭは、可塑化された樹脂であり、所定の粘性を有する。そのため、吐出された造形材料ＭＭは、図５に示した開口部６２の形状に倣った断面形状を有し、開口部６２の形状をある程度保った柱状体として扱うことができる。ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭは、ノズル６１の移動に伴って、その柱状体としての形状を予定部位ＭＬｔに沿って折り曲げられることになる。したがって、ノズル６１と予定部位ＭＬｔとの間に十分な距離（空間）があれば、造形材料ＭＭは、折り曲げられて堆積されることによって、開口部６２から押し出された直後の柱状体のＸ方向の幅の大きさを、開口部６２の辺Ｓ１の長さＤ１に相当するＺ方向の高さとして備えた状態で堆積されることになる。

実際のノズル６１では、予定部位ＭＬｔとノズル６１先端の平面部６３との距離Ｇｐは、開口部６２の各辺Ｓ１，Ｓ２の長さＤ１，Ｄ２よりも小さくされている。このため、予定部位ＭＬｔに堆積される造形材料ＭＭの高さは、長さＤ１やＤ２とはならず、距離Ｇｐによって規制された高さとなる。

図７を用いて、本実施形態の造形ユニット１００が実行する三次元造形物の吐出方法について説明する。図７には、平面部６３と造形材料ＭＭが堆積される予定部位ＭＬｔとのギャップの距離Ｇｐと、吐出された造形材料ＭＭの断面形状における仮想上の高さＨｔとが示されている。上述したように、この高さＨｔは、ノズル６１の開口部６２の形状と、ノズル６１の走査方向とによって変化する。なお、図７において、ノズル６１の走査方向はＸ方向に平行である。高さＨｔは、ノズル６１と予定部位ＭＬｔとの間に十分な距離（空間）がある場合の造形材料ＭＭの断面形状における高さであり、開口部６２の長さＤ１に応じて予め定められる高さである。

本実施形態の造形ユニット１００は、造形材料ＭＭを吐出する際の先端である平面部６３から、造形材料ＭＭが堆積される面である予定部位ＭＬｔまでの距離Ｇｐを、高さＨｔの０．７倍となる位置に維持した状態でノズル６１の移動と、開口部６２からの造形材料ＭＭの吐出とを繰り返す。すなわち、ノズル６１の平面部６３の一部によって造形材料ＭＭを押圧しながら吐出処理が実行される。このように、本実施形態の造形ユニット１００では、ノズル６１の先端と造形材料ＭＭの堆積される予定部位ＭＬｔとの距離が、吐出された造形材料の高さＨｔよりも小さい状態で、三次元造形が行われる。

図８は、本実施形態の造形ユニット１００の制御部９０が実行する造形処理の制御を表すフロー図である。図８に示した造形処理は、造形ユニット１００の図示しない造形開始ボタンが押されるなど、造形の開始が指示されることによって実行される。造形しようとしている造形物の形状は、専用のプログラムでノズル６１の単位移動量を１ＶｏｘｅｌとするＶｏｘｅｌ単位に分解されて、造形する各層の造形材料ＭＭの吐出データに変換されている。

制御部９０のコンピューターは、吐出データを確認し、造形物の各層の形成において、吐出部６０がどのように移動すれば、効率的に造形材料ＭＭの堆積が行われるかという走査経路データの演算を完了する（ステップＳ１０）。本実施形態において、ノズル６１の走査方向は、Ｘ方向のみに設定されている。制御部９０のコンピューターは、移動機構８０を制御して距離Ｇｐを変更する（ステップＳ２０）。距離Ｇｐの値は、予め設定され、制御部９０の記憶装置に格納されている。制御部９０のコンピューターは、この記憶装置の設定値を読み出す。これにより、ノズル６１を走査方向に制御する場合、制御部９０は、距離Ｇｐを走査方向に応じて高さＨｔの０．７倍となるように設定する。

制御部９０のコンピューターは、走査方向のＸ方向に向かって吐出処理を実行して造形物を造形する（ステップＳ３０）。制御部９０のコンピューターは、移動機構８０による造形テーブル８１の制御と、切削ユニット９９の制御とを実行して、吐出後に硬化した造形材料の表面の凹部を切削して平坦化させる（ステップＳ４０）。これにより、三次元造形物の内部の空隙率をさらに低減させることができる。また、寸法精度の高い三次元造形物を得ることができる。

制御部９０のコンピューターは、全ての吐出処理が終了した場合（Ｓ５０：ＹＥＳ）、「ＥＮＤ」に抜けて図８の処理を完了する。全ての吐出処理が終了していない場合（Ｓ５０：ＮＯ）、制御部９０による処理はステップＳ３０に戻り、吐出処理による造形を継続する。以上のように、本実施形態の造形ユニット１００は、制御部９０によって、ノズル６１の先端と造形材料の堆積される予定部位ＭＬｔとの距離Ｇｐが、吐出された造形材料の高さよりも小さい状態で、三次元造形が行われる。

図９は、本実施形態の造形ユニット１００の吐出処理によって堆積された造形層ＭＬを模式的に表す側面図である。図９には、Ｘ方向をノズル６１の走査方向として造形テーブル８１の上面Ｔｓに堆積した３列の造形層ＭＬを、上面Ｔｓの垂直方向に３層分を格子状に堆積した状態が例示されている。技術の理解を容易にするため、図９の造形層ＭＬは、切削工程を実行されていない。図９には、一つの造形層ＭＬの高さＤ１１と、幅Ｄ１２と、造形層ＭＬ間の空隙Ｓｐとが示されている。

上述した制御部９０の制御によって、ノズル６１の先端と造形材料ＭＭの堆積される予定部位ＭＬｔとの距離Ｇｐが、吐出された造形材料ＭＭの高さＨｔよりも小さい状態で、三次元造形が行われる。本実施形態の造形ユニット１００のノズル６１の開口部６２には正方形が採用されており、開口部６２の外形の面積を面積Ｓｑ１、ノズル６１の単位移動量ごとに吐出される造形材料ＭＭの体積を体積Ｖｔ、としたとき、体積Ｖｔは、以下の式（１）によって求めることができる。面積Ｓｑ１は、開口部６２の形状の面積であり、開口部６２の外形によって囲まれる部分の面積である。
体積Ｖｔ＝面積Ｓｑ１×高さＨｔ …（１）
このとき、距離Ｇｐは、以下の式（２）を満たす値として求めることができる。
（面積Ｓｑ１×距離Ｇｐ）／体積Ｖｔ＜１．０ …（２）
これにより、ノズル６１の開口部６２から吐出される造形材料は、例えば、材料の堆積される予定部位ＭＬｔが造形テーブル８１の上面Ｔｓの表面状である場合、造形材料ＭＭは、造形テーブル８１の上面Ｔｓでノズル６１の平面部６３によって加圧されながら堆積される。そのため、造形層ＭＬの断面形状は正方形状とはならず、高さＤ１１は、幅Ｄ１２に対して小さい。これにより、隣接する位置にすでに配置されている造形材料の壁面や、下層にすでに配置されている造形材料の壁面に追従させながら材料が堆積されることができる。その結果、堆積される予定部位ＭＬｔの近傍の空隙を埋めるようにして造形材料が堆積される。

図１０は、開口部６２の形状ごとに距離Ｇｐを変化させて形成した各造形物の空隙率を測定した実験データである。開口部６２の外形の形状には、直径１．０ｍｍの円形と、長さＤ１＝長さＤ２＝１．００ｍｍの正方形との２種類の形状を採用した。距離Ｇｐは、１．０ｍｍと、０．７ｍｍと、０．５ｍｍとの３条件を採用し、開口部６２の形状ごとに造形物の空隙率を取得した。開口部６２の形状が、直径１．０ｍｍの円形である場合、造形材料ＭＭの高さＨｔは略１．００ｍｍであり、長さＤ１＝長さＤ２＝１．００ｍｍの正方形である場合の高さＨｔは、略１．００ｍｍである。上述の式（１）で示したように、体積Ｖｔは、開口部６２の形状ごとで一定である。すなわち、開口部６２の形状ごとの距離Ｇｐの変化によらず体積Ｖｔは一定である。

開口部６２の形状に正方形を採用した場合、開口部６２が円形である場合と比較して空隙率の小さい三次元造形物が得られる。これは、上述したように、ノズル６１から吐出される造形材料ＭＭの断面形状が略四角形状となり、ノズル６１の開口部６２の形状が円形である場合に比べて、空隙Ｓｐが小さくなったためである。

開口部６２の形状を幅１．０ｍｍの正方形と設定し、距離Ｇｐを０．７ｍｍと設定した場合、造形物の空隙率は０．０３％であり、空隙率は最も小さくなる。一方、開口部６２の形状を正方形と設定しても、距離Ｇｐを０．５ｍｍと設定した場合、造形物の空隙率は、０．４１％であり、距離Ｇｐを１．０ｍｍとしたときよりも空隙率は大きい。吐出した造形材料ＭＭが平面部６３の加圧によって平面部６３の端部からはみ出し、造形材料ＭＭの断面形状が四角形状から崩れてしまったためである。このように、開口部６２の形状が正方形である場合、距離Ｇｐは、０．５倍より大きく、１．０倍未満であることが好ましい。すなわち、距離Ｇｐは、以下の式（３）を満たす値として求めることができる。
０．５＜（面積Ｓｑ１×距離Ｇｐ）／Ｖｔ＜１．０ …（３）
したがって、空隙率の小さい三次元造形物が得られ、三次元造形物の強度の低下を抑制できる。

図１１は、ノズル６１の平面部６３の構成を表す側面図である。図１１には、上述した制御部９０の制御によって、ノズル６１の走査方向をＸ方向として造形材料ＭＭを吐出する状態が示されている。このとき、開口部６２から吐出された造形材料ＭＭは、平面部６３によって加圧された状態である。

ここで、ノズル６１の先端の面と、堆積される予定部位ＭＬｔとの間の距離Ｇｐに応じた空間の体積を体積Ｖｎとしたとき、体積Ｖｎは、図５に示した直径Ｄｍとする平面部６３の外形の面積（以下、「面積Ｓｑ２」とも呼ぶ）と距離Ｇｐとによって求められる。造形材料ＭＭは、この体積Ｖｎとする空間に向けて吐出される。ノズル６１の単位移動量ごとにこの空間に吐出される造形材料ＭＭの体積を体積Ｖｔとしたとき、体積Ｖｔが体積Ｖｎよりも大きい場合には、ノズルの平面部６３の端部から造形材料ＭＭがはみ出してしまう不具合が生じる場合がある。本実施形態の造形ユニット１００では、体積Ｖｎが体積Ｖｔよりも大きくなるようにして、平面部６３の直径Ｄｍが設定される。すなわち、本実施形態の造形ユニット１００は、制御部９０によって移動機構８０を制御して下記の式（４）を満たすようにして、距離Ｇｐを制御する。
（面積Ｓｑ２×距離Ｇｐ）／体積Ｖｔ＞１．０ …（４）
これにより、吐出した造形材料ＭＭがノズル６１の先端面の端部からはみ出してしまう不具合の発生が抑制される。なお、高さＨｔは、上述したように、開口部６２の形状およびその向きと、ノズル６１の走査方向とによって変化する。そのため、開口部６２の形状およびその向きと、ノズル６１の走査方向との条件ごとに、式（１）から式（４）による各項目の算出を行う必要がある。

本実施形態では、ペレット状のＡＢＳ樹脂の材料が用いられたが、造形ユニット１００において用いられる材料としては、例えば、熱可塑性を有する材料や、金属材料、セラミック材料等の種々の材料を主材料として造形物を造形する材料を採用することもできる。ここで、「主材料」とは、造形物の形状を形作っている中心となる材料を意味し、造形物において５０重量％以上の含有率を占める材料を意味する。上述した造形材料には、それらの主材料を単体で溶融したものや、主材料とともに含有される一部の成分が溶融してペースト状にされたものが含まれる。

主材料として熱可塑性を有する材料を用いる場合には、造形材料生成部３０において、当該材料が可塑化することによって造形材料ＭＭが生成される。「可塑化」とは、熱可塑性を有する材料に熱が加わり溶融することを意味する。

熱可塑性を有する材料としては、例えば、下記のいずれか一つまたは２以上を組み合わせた熱可塑性樹脂材料を用いることができる。
＜熱可塑性樹脂材料の例＞
ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリ乳酸樹脂（ＰＬＡ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチック、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチック

熱可塑性を有する材料には、顔料や、金属、セラミック、その他に、ワックス、難燃剤、酸化防止剤、熱安定剤などの添加剤等が混入されていてもよい。熱可塑性を有する材料は、造形材料生成部３０において、フラットスクリュー４０の回転とヒーター５８の加熱によって可塑化されて溶融した状態に転化される。また、そのように生成された造形材料ＭＭは、ノズル６１から吐出された後、温度の低下によって硬化する。

熱可塑性を有する材料は、そのガラス転移点以上に加熱されて完全に溶融した状態でノズル６１から射出されることが望ましい。例えば、ＡＢＳ樹脂は、ガラス転移点が約１２０℃であり、ノズル６１からの射出時には約２００℃であることが望ましい。このように高温の状態で造形材料ＭＭを射出するために、ノズル６１の周囲にはヒーターが設けられてもよい。

造形ユニット１００では、上述した熱可塑性を有する材料の代わりに、例えば、以下の金属材料が主材料として用いられてもよい。この場合には、下記の金属材料を粉末状にした粉末材料に、造形材料ＭＭの生成の際に溶融する成分が混合されて、造形材料生成部３０に投入されることが望ましい。
＜金属材料の例＞
マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）やクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）の単一の金属、もしくはこれらの金属を１つ以上含む合金
＜合金の例＞
マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金

造形ユニット１００においては、上記の金属材料の代わりに、セラミック材料を主材料として用いることが可能である。セラミック材料としては、例えば、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどの酸化物セラミックスや、窒化アルミニウムなどの非酸化物セラミックスなどが使用可能である。主材料として、上述したような金属材料やセラミック材料を用いる場合には、造形テーブル８１に配置された造形材料ＭＭは、例えばレーザーの照射や温風などによる焼結によって硬化されてもよい。

材料供給部２０に投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料は、単一の金属の粉末や合金の粉末、セラミック材料の粉末を、複数種類、混合した混合材料であってもよい。また、金属材料やセラミック材料の粉末材料は、例えば、上で例示したような熱可塑性樹脂、あるいは、それ以外の熱可塑性樹脂によってコーティングされていてもよい。この場合には、造形材料生成部３０において、その熱可塑性樹脂が溶融して流動性が発現されるものとしてもよい。

材料供給部２０に投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、以下のような溶剤を添加することもできる。溶剤は、下記の中から選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
＜溶剤の例＞
水；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の（ポリ）アルキレングリコールモノアルキルエーテル類；酢酸エチル、酢酸ｎ－プロピル、酢酸ｉｓｏ－プロピル、酢酸ｎ－ブチル、酢酸ｉｓｏ－ブチル等の酢酸エステル類；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル－ｎ－ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類；エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類；テトラアルキルアンモニウムアセテート類；ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤；ピリジン、γ－ピコリン、２，６－ルチジン等のピリジン系溶剤；テトラアルキルアンモニウムアセテート（例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等）；ブチルカルビトールアセテート等のイオン液体等

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

Ｂ．他の実施形態：
（Ｂ１）上記実施形態では、ノズル６１先端の面の形状は直径Ｄｍとする円形である。これに対して、ノズル６１の先端の面の形状は円形には限定されない。ノズルの先端の面の形状は、多角形などの種々の形状を適用でき、ノズルの先端に面が備えられる態様であればよい。

（Ｂ２）上記実施形態では、平面部６３の中心と開口部６２の中心とは重なっている。これに対して、平面部の中心と開口部の中心とが重なっていなくてもよい。このような態様においては、開口部から吐出された材料が平面部の端部からはみ出さない位置に配置されることが好ましい。

（Ｂ３）上記実施形態では、造形ユニット１００は、フラットスクリュー４０を備えている。これに対して、造形ヘッドは、フラットスクリューを備えず、スクリュー方式、プランジャー方式、プリプラ方式といった種々の方式を採用した造形ヘッドであってもよい。

（Ｂ４）上記実施形態では、移動機構８０は、３つのモーターＭの駆動力によって、造形テーブル８１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。これに対して、例えば、造形ユニットがＺ方向の移動を行う機構を備える等、造形テーブル以外の構成が３軸方向に移動する機構を備えることによってノズルと造形台との相対位置を変える態様としてもよい。造形テーブルと造形テーブル以外の構成が、それぞれ３軸方向に移動する機構を備えてもよいし、造形テーブルの移動機構と造形テーブル以外の構成との組み合わせによってノズルと造形台との３軸方向における相対位置を変える態様であってもよい。造形テーブルよりも高い機械精度を備える構成との組み合わせた態様の造形ユニットであれば、より高い精度の三次元造形物を製造することができる。造形テーブルと造形テーブル以外の構成とのそれぞれが同時に３軸方向に移動できる態様であれば、造形テーブルの予め定められた位置にノズルを相対的に移動させる速度が速められることができる。

（Ｂ５）上記実施形態において、ノズルは、造形材料を送出する方向を中心軸として回転される機構を備えられていてもよい。造形ユニットが回転されることによってノズルが回転される態様であってもよい。このような態様であれば、造形材料が堆積されていく向きの変更に合わせて、ノズルの開口部の向きを変更することができる。したがって、開口部の形状が、例えば長方形のように辺の長さが異なる形状（すなわち、長さＤ１≠長さＤ２となる四角形状）である場合であっても、ノズルの開口部の向きを走査方向に応じて変更することによって、走査方向ごとに上記実施形態と同様な効果が得られる。

（Ｂ６）上記実施形態では、制御部９０の制御において、ノズル６１の走査方向をＸ方向に固定して設定されている例を示した。これに対して、ノズルの走査方向は、Ｘ方向に限らずＹ方向であってもよく３つの方向Ｘ，Ｙ，Ｚ方向を組み合わせた方向であってもよい。このような態様においては、予め求められた走査経路データから走査方向を確認し、各層の吐出データに応じて効率的に造形材料を堆積できるように走査方向を変えることが好ましい。このとき、ノズル６１の走査方向に合わせて、走査方向ごとに距離Ｇｐを変更する態様であってもよい。このような態様においては、開口部の形状が、例えば長方形のように辺の長さが異なる形状である場合であっても、距離Ｇｐをノズルの走査方向に対応する開口部の辺の長さに応じた値に変更することによって、走査方向によらず上記実施形態と同様な効果が得られる。

（Ｂ７）上記実施形態の三次元造形装置１０は、切削ユニット９９を備える。これに対して、切削ユニット９９は備えられない態様であってもよく、別工程によって造形材料が切削されてもよい。また、切削ユニット９９に代えて、硬化した造形材料の表面を研磨する研磨装置が備えられてもよい。

（Ｂ８）上記実施形態の制御部９０は、ステップＳ２０において、移動機構８０を制御して距離Ｇｐを変更したうえでステップＳ３０の造形処理を開始する。これに対して、例えば、距離Ｇｐの変更は、三次元造形物の造形を完了させる全造形処理のうち一部分の造形を実行するなど、部分的に距離Ｇｐを変更する態様であってもよい。このような形態においては、例えば、造形物のデザインによって空隙が必要となる場合であっても、制御部９０の制御によって、すでに形成された造形層との間の空隙を意図的に形成することができる。

Ｃ．他の形態：
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実現することができる。例えば、本発明は、以下の形態（aspect）によっても実現可能である。以下に記載した各形態中の技術的特徴に対応する上記実施形態中の技術的特徴は、本発明の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本発明の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

（１）本開示の一形態によれば、本開示の一形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は：造形テーブルに向かって開口部から造形材料を吐出する吐出部と；前記造形テーブルと前記吐出部との相対位置を変更する移動部と；前記吐出部及び前記移動部を制御して三次元造形物を造形する制御部と；を備える。前記吐出部は、前記開口部を有する先端面を備えてよい。前記開口部の外形は多角形であり、前記制御部は、前記三次元造形物を造形する場合に、前記先端面と、前記吐出部から前記造形材料が吐出される予定部位との距離（Ｇｐ）が、下記式（１）を満たすように前記移動部を制御してよい。
（Ｓｑ１×Ｇｐ）／Ｖｔ＜１．０ …（１）
（Ｓｑ１は、前記開口部の面積であり、Ｖｔは、前記吐出部が単位移動量ごとに吐出する前記造形材料の体積を示す。）
この形態の三次元造形装置によれば、制御部の制御によって、ノズル先端と造形材料の堆積される予定部位との距離が、吐出された造形材料の高さよりも小さい状態で、三次元造形が行われる。そのため、ノズルから吐出される造形材料は、例えば、材料の堆積される予定部位である造形テーブルの表面上に、ノズルの先端の面によって加圧されながら堆積される。これにより、隣接する位置にすでに配置されている造形材料や下層にすでに配置されている造形材料の壁面に追従させながら材料が堆積されることができる。すなわち、堆積される予定部位の近傍の空隙を埋めるようにして造形材料が堆積される。したがって、空隙率の小さい三次元造形物が得られ、三次元造形物の強度の低下が抑制されることができる。

（２）上記形態の三次元造形装置において、前記開口部の外形は、四角形状であってもよい。この形態の三次元造形装置によれば、ノズルから吐出される造形材料の断面積が略四角形状となり、ノズル形状が円形である場合に比べて空隙率の小さい三次元造形物が得られる。

（３）上記形態の三次元造形装置において、前記制御部は、前記三次元造形物を造形する際に、前記距離が、下記式（２）を満たすように前記移動部を制御してもよい。
０．５＜（Ｓｑ１×Ｇｐ）／Ｖｔ＜１．０ …（２）
（Ｓｑ１は、前記開口部の面積であり、Ｖｔは、前記吐出部が単位移動量ごとに吐出する前記造形材料の体積を示す。）
この形態の三次元造形装置によれば、三次元造形物の空隙率をより小さくすることができる。

（４）上記形態の三次元造形装置において、前記制御部は、前記三次元造形物を造形する際に、前記距離が、下記式（３）を満たすように前記移動部を制御してもよい。
（Ｓｑ２×Ｇｐ）／Ｖｔ＞１．０ …（３）
（Ｓｑ２は、前記先端面の面積であり、Ｖｔは、前記吐出部が単位移動量ごとに吐出する前記造形材料の体積を示す。）
この形態の三次元造形装置によれば、ノズル先端面と造形材料を堆積する面と間の空間の体積が、ノズルからの造形材料の吐出量よりも大きくなるようにして設計される。したがって、ノズル先端面の端部から造形材料がはみ出してしまう不具合の発生が抑制される。

（５）上記形態の三次元造形装置において、フラットスクリューを有し、回転している前記フラットスクリューに供給された材料の少なくとも一部を溶融させて、前記造形材料を生成する材料生成部を備えてもよい。この形態の三次元造形装置によれば、更にフラットスクリューが備えられる。これにより造形材料を生成する機構を小型化し、装置全体が小型化されることができる。また、フラットスクリューの利用によって、ノズルからの造形材料の吐出制御の精度が高められ、吐出工程による造形物の造形を、容易かつ効率的に行える。

（６）上記形態の三次元造形装置において、前記造形材料を吐出して硬化した後に前記造形材料の表面を切削する切削部を備えてもよい。前記制御部は、前記切削部を制御して前記硬化した前記造形材料の表面を平坦化する。この形態の造形装置によれば、吐出後に硬化した造形材料が切削されることができる。したがって、例えば、堆積した材料の各層ごとの表面の凹部を切削して平坦化させることによって、三次元造形物の内部の空隙率をさらに低減させることができる。また、より寸法精度の高い三次元造形物が得られる。

（７）本開示の他の形態によれば、吐出部の開口部から造形材料を吐出して三次元造形物を造形する三次元造形物の製造方法が提供される。この三次元造形物の製造方法は：前記吐出部の先端に、先端面を設け、前記先端面に、前記造形材料を吐出する開口部であって、多角形の外形を有する開口部を備え、前記先端面と、前記吐出部から前記造形材料が吐出される予定部位との距離（Ｇｐ）が、下記式（４）を満たすように三次元造形物を造形する。
（Ｓｑ１×Ｇｐ）／Ｖｔ＜１．０ …（４）
（Ｓｑ１は、前記開口部の面積であり、Ｖｔは、前記吐出部が単位移動量ごとに吐出する前記造形材料の体積を示す。）
この形態の三次元造形物の製造方法によれば、ノズル先端と造形材料の堆積される予定部位との距離が、吐出された造形材料の高さよりも小さい状態で、三次元造形が行われる。そのため、ノズルから吐出される造形材料は、例えば、材料の堆積される予定部位である造形テーブルの表面上に、ノズルの先端の面によって加圧されながら堆積される。したがって、空隙率の小さい三次元造形物が得られ、三次元造形物の強度の低下が抑制されることができる。

本開示は、三次元造形装置や三次元造形物の製造方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、前記の製造方法や三次元造形装置によって造形された三次元造形物や、造形装置の制御方法、造形装置の制御装置、三次元造形物を構成する造形材料の堆積方法、前記の造形ユニットを採用した射出成形機、などの形態で実現することができる。また、前述の方法や制御方法を実現するためのコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムを記録した一時的でない記録媒体（non-transitory storage medium）等の形態で実現することができる。

１０…三次元造形装置、２０…材料供給部、２２…連通路、３０…造形材料生成部、３１…スクリューケース、３２…駆動モーター、４０…フラットスクリュー、４２…溝部、４３…凸条部、４４…材料流入口、４６…中央部、５０…スクリュー対面部、５４…案内溝、５６…連通孔、５８…ヒーター、６０…吐出部、６１…ノズル、６２…開口部、６３…平面部、６５…流路、８０…移動機構、８１…造形テーブル、９０…制御部、９６…切削工具、９９…切削ユニット、１００…三次元造形ユニット

Claims (6)

1. 造形テーブルに向かって開口部から造形材料を吐出する吐出部と、
   前記造形テーブルと前記吐出部との相対位置を変更する移動部と、
   前記吐出部及び前記移動部を制御して三次元造形物を造形する制御部と、を備え、
   前記吐出部は、前記開口部を有する先端面を備え、
   前記制御部は、前記三次元造形物を造形する場合に、前記先端面と、前記吐出部から前記造形材料が吐出される予定部位との距離（Ｇｐ）が、下記式（１）を満たすように前記移動部を制御する、三次元造形装置。
   ０．５＜（Ｓｑ１×Ｇｐ）／Ｖｔ＜１．０ …（１）
   （Ｓｑ１は、前記開口部の面積であり、Ｖｔは、前記吐出部が単位移動量ごとに吐出する前記造形材料の体積を示し、（Ｓｑ１×Ｇｐ）の単位と、Ｖｔの単位とが互いに同一である。）
2. 造形テーブルに向かって開口部から造形材料を吐出する吐出部と、
   前記造形テーブルと前記吐出部との相対位置を変更する移動部と、
   前記吐出部及び前記移動部を制御して三次元造形物を造形する制御部と、を備え、
   前記吐出部は、前記開口部を有する先端面を備え、
   前記制御部は、前記三次元造形物を造形する場合に、前記先端面と、前記吐出部から前記造形材料が吐出される予定部位との距離（Ｇｐ）が、下記式（２）および下記式（３）を満たすように前記移動部を制御する、三次元造形装置。
   （Ｓｑ１×Ｇｐ）／Ｖｔ＜１．０ …（２）
   （Ｓｑ２×Ｇｐ）／Ｖｔ＞１．０ …（３）
   （Ｓｑ１は、前記開口部の面積であり、Ｖｔは、前記吐出部が単位移動量ごとに吐出する前記造形材料の体積を示し、（Ｓｑ１×Ｇｐ）の単位と、Ｖｔの単位とが互いに同一であり、Ｓｑ２は、前記先端面の面積であり、（Ｓｑ２×Ｇｐ）の単位と、Ｖｔの単位とが互いに同一である。）
3. 溝が形成された溝形成面を有し、回転軸を中心にして回転するフラットスクリューを有し、
   前記フラットスクリューは、前記回転軸に沿った方向における長さが、前記回転軸に垂直な方向における長さよりも短い、請求項１または請求項２に記載の三次元造形装置。
4. 前記溝の深さは、前記溝形成面の中心に向かって浅くなる、請求項３に記載の三次元造形装置。
5. 吐出部の先端面に設けられた開口部から造形材料を吐出して三次元造形物を造形する三次元造形物の製造方法であって、
   前記先端面と、前記吐出部から前記造形材料が吐出される予定部位との距離（Ｇｐ）が、下記式（４）および下記式（５）を満たすように三次元造形物を造形する、
   三次元造形物の製造方法。
   （Ｓｑ１×Ｇｐ）／Ｖｔ＜１．０ …（４）
   （Ｓｑ２×Ｇｐ）／Ｖｔ＞１．０ …（５）
   （Ｓｑ１は、前記開口部の面積であり、Ｖｔは、前記吐出部が単位移動量ごとに吐出する前記造形材料の体積を示し、（Ｓｑ１×Ｇｐ）の単位と、Ｖｔの単位とが互いに同一であり、Ｓｑ２は、前記先端面の面積であり、（Ｓｑ２×Ｇｐ）の単位と、Ｖｔの単位とが互いに同一である。）
6. 吐出部の先端面に設けられた開口部から造形材料を吐出して三次元造形物を造形する三次元造形物の製造方法であって、
   前記先端面と、前記吐出部から前記造形材料が吐出される予定部位との距離（Ｇｐ）が、下記式（６）を満たすように三次元造形物を造形する、
   三次元造形物の製造方法。
   ０．５＜（Ｓｑ１×Ｇｐ）／Ｖｔ＜１．０ …（６）
   （Ｓｑ１は、前記開口部の面積であり、Ｖｔは、前記吐出部が単位移動量ごとに吐出する前記造形材料の体積を示し、（Ｓｑ１×Ｇｐ）の単位と、Ｖｔの単位とが互いに同一である。）

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