JP7491038B2 - 可塑化装置、三次元造形装置、および射出成形装置 - Google Patents

可塑化装置、三次元造形装置、および射出成形装置 Download PDF

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Description

本発明は、可塑化装置、三次元造形装置、および射出成形装置に関する。
材料を可塑化する可塑化装置が知られている。
例えば特許文献１には、材料流入通路が一端面に開口するバレルと、バレルの一端面に対して摺接する端面を有するローターと、ローターの端面に形成された螺旋溝と、を備えた可塑化送出装置が記載されている。螺旋溝は、径方向外側端部から材料が供給されるとともに、径方向内側端部がバレルの材料流入通路の開口端に連通している。
特開２０１０－２４１０１６号公報
上記のようなローターを備えた可塑化送出装置では、材料の搬送と材料の溶融とのバランスによって、安定して材料を可塑化することができる。理想的には、螺旋溝の径方向外側端部である材料の供給部では、材料が固体の状態であり、螺旋溝の径方向内側端部に向かうにつれて、材料が溶融した状態となっていることが望ましい。例えば供給部で材料が溶融した状態であると、溶融した材料が供給部から外側に漏れてしまい、安定して材料を可塑化できない場合がある。
本発明に可塑化装置の一態様は、
材料を可塑化する可塑化装置であって、
駆動モーターと、
前記駆動モーターによって回転され、溝が設けられた溝形成面を有するスクリューと、
前記溝形成面に対向する対向面を有し、前記対向面に前記溝と連通する連通孔が設けられたバレルと、
前記溝に供給された前記材料を加熱する第１加熱部と、
前記溝の温度を測定する温度センサーと、
前記駆動モーターおよび前記第１加熱部を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを第１回転速度で回転させる第１処理と、
前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを前記第１回転速度よりも大きい第２回転速度で回転させる第２処理と、
を行い、
前記制御部は、前記第１処理を行う場合および前記第２処理を行う場合に、前記温度センサーで測定される温度が所定の範囲内となるように、前記第１加熱部を制御する。
本発明に可塑化装置の一態様は、
材料を可塑化する可塑化装置であって、
駆動モーターと、
前記駆動モーターによって回転され、溝が設けられた溝形成面を有するスクリューと、
前記溝形成面に対応する対向面を有し、前記対向面に前記溝と連通する連通孔が設けられたバレルと、
前記溝に供給された前記材料を冷却する冷却部と、
前記溝の温度を測定する温度センサーと、
前記駆動モーターおよび前記冷却部を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを第１回転速度で回転させる第１処理と、
前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを前記第１回転速度よりも大きい第２回転速度で回転させる第２処理と、
を行い、
前記制御部は、前記第１処理を行う場合および前記第２処理を行う場合に、前記温度センサーで測定される温度が所定の範囲内となるように、前記冷却部を制御する。
本発明に三次元造形装置の一態様は、
三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
材料を可塑化して溶融材料にする可塑化部と、
前記可塑化部から供給された前記溶融材料をステージに向かって吐出するノズルと、
を含み、
前記可塑化部は、
駆動モーターと、
前記駆動モーターによって回転され、溝が設けられた溝形成面を有するスクリューと、
前記溝形成面に対向する対向面を有し、前記対向面に前記溝と連通する連通孔が設けられたバレルと、
前記溝に供給された前記材料を加熱する加熱部と、
前記溝の温度を測定する温度センサーと、
前記駆動モーターおよび前記加熱部を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを第１回転速度で回転させる第１処理と、
前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを前記第１回転速度よりも大きい第２回転速度で回転させる第２処理と、
を行い、
前記制御部は、前記第１処理を行う場合および前記第２処理を行う場合に、前記温度センサーで測定される温度が所定の範囲内となるように、前記加熱部を制御する。
本発明に射出成形装置の一態様は、
材料を可塑化して溶融材料にする可塑化部と、
前記可塑化部から供給された前記溶融材料を金型に射出するノズルと、
を含み、
前記可塑化部は、
駆動モーターと、
前記駆動モーターによって回転され、溝が設けられた溝形成面を有するスクリューと、
前記溝形成面に対向する対向面を有し、前記対向面に前記溝と連通する連通孔が設けられたバレルと、
前記溝に供給された前記材料を加熱する加熱部と、
前記溝の温度を測定する温度センサーと、
前記駆動モーターおよび前記加熱部を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを第１回転速度で回転させる第１処理と、
前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを前記第１回転速度よりも大きい第２回転速度で回転させる第２処理と、
を行い、
前記制御部は、前記第１処理を行う場合および前記第２処理を行う場合に、前記温度センサーで測定される温度が所定の範囲内となるように、前記加熱部を制御する。
本実施形態に係る三次元造形装置を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る三次元造形装置のフラットスクリューを模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る三次元造形装置のフラットスクリューを模式的に示す平面図。 本実施形態に係る三次元造形装置のバレルを模式的に示す平面図。 本実施形態に係る三次元造形装置を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る三次元造形装置の造形処理を説明するためのフローチャート。 本実施形態に係る三次元造形装置によって造形される三次元造形物を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る三次元造形装置によって造形される三次元造形物を模式的に示す平面図。 本実施形態の第１変形例に係る三次元造形装置を模式的に示す断面図。 本実施形態の第２変形例に係る三次元造形装置を模式的に示す断面図。 本実施形態の第３変形例に係る三次元造形装置を模式的に示す断面図。 本実施形態の第４変形例に係る三次元造形装置のフラットスクリューを模式的に示す平面図。 本実施形態に係る射出成形装置を模式的に示す断面図。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
１． 三次元造形装置
１．１． 構成
まず、本実施形態に係る三次元造形装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る三次元造形装置１００を模式的に示す断面図である。なお、図１では、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を示している。Ｘ軸方向およびＹ軸方向は、例えば、水平方向である。Ｚ軸方向は、例えば、鉛直方向である。
三次元造形装置１００は、図１に示すように、例えば、造形ユニット１０と、ステージ２０と、移動機構３０と、を含む。
三次元造形装置１００は、造形ユニット１０のノズル１７０からステージ２０に溶融材料を吐出させつつ、移動機構３０を駆動して、ノズル１７０とステージ２０との相対的な位置を変化させる。これにより、三次元造形装置１００は、ステージ２０上に所望の形状の三次元造形物を造形する。造形ユニット１０の詳細な構成は、後述する。
ステージ２０は、移動機構３０によって移動される。三次元造形物は、ステージ２０の造形面２２に形成される。
移動機構３０は、造形ユニット１０とステージ２０との相対的な位置を変化させる。図示の例では、移動機構３０は、造形ユニット１０に対して、ステージ２０を移動させる。移動機構３０は、例えば、３つのモーター３２の駆動力によって、ステージ２０をＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ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。モーター３２は、制御部１８０によって制御される。
なお、移動機構３０は、ステージ２０を移動させずに、造形ユニット１０を移動させる構成であってもよい。または、移動機構３０は、造形ユニット１０およびステージ２０の両方を移動させる構成であってもよい。
１．２． 造形ユニット
造形ユニット１０は、図１に示すように、例えば、材料投入部１１０と、可塑化部（可塑化装置）１２０と、ノズル１７０と、を有している。
材料投入部１１０には、ペレット状や粉末状の材料が投入される。ペレット状の材料としては、例えば、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）が挙げられる。材料投入部１１０は、例えば、ホッパーによって構成されている。材料投入部１１０と可塑化部１２０とは、材料投入部１１０の下方に設けられた供給路１１２によって接続されている。材料投入部１１０に投入された材料は、供給路１１２を介して、可塑化部１２０に供給される。
可塑化部１２０は、例えば、スクリューケース１２２と、駆動モーター１２４と、フラットスクリュー１３０と、バレル１４０と、第１加熱部１５０と、第２加熱部１５２と、冷却部１５４と、温度センサー１６０と、制御部１８０と、を有している。可塑化部１２０は、材料投入部１１０から供給された固体状態の材料を可塑化して、流動性を有するペースト状の溶融材料にして、ノズル１７０に供給する。
なお、可塑化は溶融を含む概念であり、ガラス転移温度を示す材料の場合、可塑化は、材料の温度をガラス転移点温度以上にすることであり、ガラス転移点を示さない材料の場合、可塑化は、材料の温度を融点以上にすることであり、固体から流動性の有する状態に変化させることを溶融または可塑化という。
スクリューケース１２２は、フラットスクリュー１３０を収容する筐体である。スクリューケース１２２の下面には、バレル１４０が固定されている。スクリューケース１２２とバレル１４０とによって囲まれた空間に、フラットスクリュー１３０が収容されている。
駆動モーター１２４は、スクリューケース１２２の上面に固定されている。駆動モーター１２４のシャフト１２６は、フラットスクリュー１３０の上面１３１側に接続されている。駆動モーター１２４は、制御部１８０によって制御される。
フラットスクリュー１３０は、回転軸ＲＡ方向の大きさが、回転軸ＲＡ方向と直交する方向の大きさよりも小さい略円柱形状を有している。図示の例では、回転軸ＲＡは、Ｚ軸と平行である。駆動モーター１２４が発生させるトルクによって、フラットスクリュー１３０は、回転軸ＲＡを中心に回転される。
フラットスクリュー１３０は、上面１３１と、上面１３１とは反対側の溝形成面１３２と、上面１３１と溝形成面１３２とを接続する側面１３３と、を有している。溝形成面１３２には、第１溝１３４が設けられている。ここで、図２は、フラットスクリュー１３０を模式的に示す斜視図である。図３は、フラットスクリュー１３０を模式的に示す平面図である。なお、便宜上、図２および図３では、図１に示した状態とは上下の位置関係を逆向きとした状態を示している。
フラットスクリュー１３０の第１溝１３４は、図２および図３に示すように、例えば、中央部１３５と、接続部１３６と、材料供給部１３７と、を有している。
中央部１３５は、バレル１４０に設けられた連通孔１４６と対向している部分である。中央部１３５は、連通孔１４６と連通している。中央部１３５の形状は、例えば、Ｚ軸方向からみて、円形である。
接続部１３６は、中央部１３５と材料供給部１３７とを接続する部分である。図示の例では、接続部１３６の形状は、Ｚ軸方向からみて、中央部１３５の周りを周る渦巻状である。接続部１３６は、中央部１３５から溝形成面１３２の外周に向かって渦状に設けられている。
材料供給部１３７は、溝形成面１３２の外周に設けられた部分である。すなわち、材料供給部１３７は、フラットスクリュー１３０の側面１３３に設けられた部分である。言い換えると、材料供給部１３７は、側面１３３が開放された部分であり、フラットスクリュー１３０の側方から見える部分である。材料供給部１３７の深さは、接続部１３６の深さよりも大きくてもよい。材料投入部１１０から投入された材料は、材料供給部１３７から第１溝１３４に供給される。供給された材料は、接続部１３６および中央部１３５を通り、バレル１４０に設けられた連通孔１４６に供給される。
バレル１４０は、図１に示すように、フラットスクリュー１３０の下方に設けられている。バレル１４０は、フラットスクリュー１３０の溝形成面１３２に対向する対向面１４２を有している。対向面１４２の中心には、連通孔１４６が設けられている。連通孔１４６は、ノズル流路１７２に連通している。ここで、図４は、バレル１４０を模式的に示す平面図である。
バレル１４０の対向面１４２には、図４に示すように、第２溝１４４と、連通孔１４６と、が設けられている。第２溝１４４は、複数設けられている。図示の例では、６つの第２溝１４４が設けられているが、その数は、特に限定されない。複数の第２溝１４４は、Ｚ軸方向からみて、連通孔１４６の周りに設けられている。第２溝１４４は、一端が連通孔１４６に接続され、連通孔１４６から対向面１４２の外周に１４８向かって渦状に延びている。第２溝１４４は、溶融材料を連通孔１４６に導く機能を有している。なお、第２溝１４４の形状は、特に限定されず、例えば、直線状であってもよい。また、連通孔１４６に溶融材料を効果的に導くことができるため、対向面１４２に第２溝１４４が設けられていることが好ましいが、対向面１４２に第２溝１４４は、設けられていなくてもよい。
第１加熱部１５０および第２加熱部１５２は、図１に示すように、バレル１４０の内部に設けられている。加熱部１５０，１５２は、材料投入部１１０から第１溝１３４に供給された材料を加熱する。第１加熱部１５０の温度は、第２加熱部１５２の温度よりも低い。第１加熱部１５０の温度は、例えば、供給される材料の融点未満である。第２加熱部１５２の温度は、例えば、供給される材料の融点以上である。ここで、図５は、三次元造形装置１００を模式的に示す図１のＶ－Ｖ線断面図である。
第１加熱部１５０および第２加熱部１５２は、図５に示すように、例えば、棒ヒーターである。加熱部１５０，１５２は、セラミックヒーターであってもよいし、電熱線ヒーターであってもよい。図示の例では、第１加熱部１５０および第２加熱部１５２は、２つずつ設けられている。２つの第１加熱部１５０の間に、連通孔１４６および２つの第２加熱部１５２が位置している。２つの第２加熱部１５２の間に、連通孔１４６が位置している。
第１加熱部１５０と連通孔１４６との間の距離Ｄ１は、第２加熱部１５２と連通孔１４６との間の距離Ｄ２よりも大きい。距離Ｄ１は、第１加熱部１５０と連通孔１４６との間の最短距離である。距離Ｄ２は、第２加熱部１５２と連通孔１４６との間の最短距離である。なお、三次元造形装置１００が有する加熱部の数は、特に限定されない。例えば、三次元造形装置１００は、第１加熱部１５０および第２加熱部１５２の他に第３加熱部を有していてもよい。また、第１加熱部１５０が設けられていれば、第２加熱部１５２は設けられていなくてもよい。
冷却部１５４は、バレル１４０の内部に設けられている。冷却部１５４は、例えば、冷却流路１５４ａと、入口１５４ｂと、出口１５４ｃと、を有している。図示の例では、冷却流路１５４ａは、バレル１４０の外周に沿って設けられている。Ｚ軸方向からみて、冷却流路１５４ａは、連通孔１４６および加熱部１５０，１５２を取り囲むように設けられている。冷却部１５４は、材料投入部１１０から第１溝１３４に供給された材料を冷却する。加熱部１５０，１５２および冷却部１５４によって、バレル１４０の外側から内側に向けて徐々に温度が高くなる温度勾配が形成される。
冷却流路１５４ａには、入口１５４ｂから冷媒が導入される。入口１５４ｂから導入された冷媒は、冷却流路１５４ａを流れ、出口１５４ｃから排出される。冷却部１５４は、図示はしないが、入口１５４ｂおよび出口１５４ｃに接続された冷媒循環装置を有している。該冷媒循環装置は、冷媒を冷却させながら、出口１５４ｃから入口１５４ｂへと循環させる。冷媒としては、例えば、水、工業用水などが挙げられる。
なお、加熱部１５０，１５２および冷却部１５４が設けられる位置は、特に限定されない。加熱部１５０，１５２および冷却部１５４は、スクリューケース１２２に設けられもよいし、フラットスクリュー１３０に設けられてもよい。
温度センサー１６０は、図１に示すように、バレル１４０に設けられている。図示の例では、温度センサー１６０は、フラットスクリュー１３０の中心側よりも側面１３３側に設けられている。図示はしないが、温度センサー１６０は、バレル１４０の連通孔１４６に設けられていてもよい。温度センサー１６０は、第１溝１３４の温度を測定する。温度センサー１６０は、例えば、第１溝１３４の材料供給部１３７の温度を測定する。図示の例では、温度センサー１６０は、バレル１４０の温度を介して、第１溝１３４の温度を測定する。温度センサー１６０は、例えば、熱電対、サーミスター、赤外線センサーなどである。なお、温度センサー１６０の数は、特に限定されない。
ノズル１７０は、バレル１４０の下方に設けられている。ノズル１７０は、可塑化部１２０から供給された溶融材料を、ステージ２０に向かって吐出する。ノズル１７０には、ノズル流路１７２と、ノズル孔１７４と、が設けられている。ノズル流路１７２は、連通孔１４６に連通している。ノズル孔１７４は、ノズル流路１７２に連通している。ノズル孔１７４は、ノズル１７０の先端部分に設けられた開口である。ノズル孔１７４の平面形状は、例えば、円形である。連通孔１４６からノズル流路１７２に供給された溶融材料は、ノズル孔１７４から吐出される。
制御部１８０は、例えば、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、を有するコンピューターによって構成されている。制御部１８０は、例えば、主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、種々の機能を発揮する。制御部１８０は、駆動モーター１２４、加熱部１５０，１５２、冷却部１５４、および移動機構３０を制御する。なお、制御部１８０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。
１．３． 造形処理
次に、本実施形態に係る三次元造形装置１００の造形処理について説明する。図６は、本実施形態に係る三次元造形装置１００の造形処理を説明するためのフローチャートである。制御部１８０は、所定の開始操作を受け付けた場合に、三次元造形物ＯＢを造形するための造形処理を開始する。以下、制御部１８０の造形処理について、順に説明する。
１．３．１． ステップＳ１
まず、制御部１８０は、図６に示すように、三次元造形物ＯＢを造形するための造形データを取得する処理を行う。造形データは、ステージ２０の造形面２２に対するノズル１７０の移動経路、ノズル１７０から吐出される溶融材料の量、フラットスクリュー１３０の回転速度、加熱部１５０，１５２の温度、および冷却部１５４の温度など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、例えば、三次元ＣＡＤ（Computer-Aided Design）ソフトや三次元ＣＧ（Computer Graphics）ソフトを用いて作成された三次元造形物ＯＢの形状を表す形状データを読み込み、三次元造形物ＯＢの形状を所定の厚さの層に分割して、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は、ＳＴＬ（Standard Triangulated Language）形式、ＩＧＥＳ（Initial Graphics Exchange Specification）形式、ＳＴＥＰ（Standard for the Exchange of Product）形式などのデータである。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１８０は、三次元造形装置１００に接続されたコンピューターや、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリーなどの記録媒体から造形データを取得する。
１．３．２． ステップＳ２
次に、制御部１８０は、溶融材料を生成し、生成した溶融材料を吐出する処理を行う。具体的には、まず、制御部１８０は、取得した造形データに基づいて、フラットスクリュー１３０の回転、加熱部１５０，１５２の温度、および冷却部１５４の温度を制御することによって、材料を可塑化して溶融材料を生成する。
フラットスクリュー１３０の回転によって、材料投入部１１０から投入された材料が、フラットスクリュー１３０の材料供給部１３７から第１溝１３４に供給される。第１溝１３４に導入された材料は、第１溝１３４の経路に沿って中央部１３５へと搬送される。第１溝１３４を搬送される間、材料は、フラットスクリュー１３０とバレル１４０との相対的な回転によるせん断、および加熱部１５０，１５２による加熱によって溶融されて、流動性を有するペースト状の溶融材料になる。中央部１３５に集められた溶融材料は、連通孔１４６からノズル１７０に圧送される。
次に、制御部１８０は、図７に示すように、取得した造形データに基づいて、移動機構３０を制御してノズル１７０と造形面２２との相対的な位置を変化させつつ、ノズル１７０から造形面２２に向かって溶融材料を吐出させる処理を行う。これにより、例えば、三次元造形物ＯＢの１層目が造形される。なお、図７は、三次元造形装置１００の造形処理を説明するための図であり、三次元造形装置１００によって三次元造形物ＯＢが造形される様子を模式的に示している。
制御部１８０は、ステップＳ２において、造形データに基づいて駆動モーター１２４を制御して、フラットスクリュー１３０を第１回転速度で回転させる第１処理を行う。制御部１８０は、第１処理を行う場合に、温度センサー１６０で測定される温度が所定の範囲内となるように、第１加熱部１５０を制御する。具体的には、制御部１８０は、第１処理を行う場合に、第１温度で第１加熱部１５０を制御する。制御部１８０は、第１処理を行う場合に、第１加熱部１５０の温度が第１温度となるように第１加熱部１５０を制御する。
制御部１８０は、さらに、ステップＳ２において、造形データに基づいて駆動モーター１２４を制御して、フラットスクリュー１３０を第１回転速度よりも大きい第２回転速度で回転させる第２処理を行う。制御部１８０は、第２処理を行う場合に、温度センサー１６０で測定される温度が所定の範囲内となるように、第１加熱部１５０を制御する。具体的には、制御部１８０は、第２処理を行う場合に、第１温度よりも低い第２温度で第１加熱部１５０を制御する。制御部１８０は、第２処理を行う場合に、第１加熱部１５０の温度が第２温度となるように第１加熱部１５０を制御する。
制御部１８０は、第１処理を行う場合および第２処理を行う場合に、例えば、第１加熱部１５０の制御に加えて、冷却部１５４を制御する。これにより、第２処理を行う場合に、温度センサー１６０で測定される温度をより短時間で第２温度にすることができる。
制御部１８０は、第１処理を行う場合および第２処理を行う場合に、例えば、第２加熱部１５２の温度を、材料のガラス転移温度以上に保ちつつ、第１加熱部１５０を材料のガラス転移温度未満の範囲で制御する。これにより、第１溝１３４の材料供給部１３７では、材料を固体の状態にさせ易く、かつ、連通孔１４６では、材料を溶融させた状態にさせ易くすることできる。
制御部１８０は、第１処理を行う場合および第２処理を行う場合に、フラットスクリュー１３０の回転速度と第１加熱部１５０の温度とが特定されたテーブルを読み出し、該テーブルに基づいて、第１温度および第２温度を決定してもよい。該テーブルは、図示しない記憶部に記憶されていてもよい。第１温度および第２温度は、供給される材料に基づいて、適宜決定されていてもよい。
ここで、図８は、三次元造形装置１００の造形処理を説明するための図であり、三次元造形装置１００によって１層目の造形が終了した時点での三次元造形物ＯＢを模式的に平面図である。制御部１８０は、図８に示すように、例えば、三次元造形物ＯＢの外縁Ｅを造形する際に、上記の第１処理を行い、三次元造形物ＯＢの内部Ｂを造形する際に、上記の第２処理を行う。
１．３．３． ステップＳ３
次に、制御部１８０は、図６に示すように、取得した造形データに基づいて、三次元造形物ＯＢの全ての層の造形が完了したか否か判定する処理を行う。三次元造形物ＯＢの全ての層の造形が完了したと判定しなかった場合（ステップＳ３で「ＮＯ」）、制御部１８０は、ステップＳ２に戻り、例えば三次元造形物ＯＢの２層目を造形する。一方、三次元造形物ＯＢの全ての層の造形が完了したと判定した場合（ステップＳ３で「ＹＥＳ」）、制御部１８０は、造形処理を終了する。制御部１８０は、ステップＳ３において、三次元造形物ＯＢの全ての層の造形が完了したと判定するまで、ステップＳ２およびステップＳ３の処理を繰り返し行うことによって、三次元造形物ＯＢを造形する。
なお、上記の第１処理および第２処理は、三次元造形物ＯＢの全ての層の各々を造形する際に行ってもよいし、三次元造形物ＯＢの層いずれかを造形する際に行われてもよい。また、第１処理および第２処理は、三次元造形物ＯＢの層の異なる層を造形する際に行われてもよい。例えば、三次元造形物ＯＢの層の１層目で第１処理を行い、三次元造形物ＯＢの層の２層目で第２処理を行ってもよい。
１．４． 作用効果
可塑化部１２０では、制御部１８０は、駆動モーター１２４を制御して、フラットスクリュー１３０を第１回転速度で回転させる第１処理と、駆動モーター１２４を制御して、フラットスクリュー１３０を第１回転速度よりも大きい第２回転速度で回転させる第２処理と、を行う。さらに、制御部１８０は、第１処理を行う場合および第２処理を行う場合に、温度センサー１６０で測定される温度が所定の範囲内となるように、第１加熱部１５０を制御する。
ここで、下記式（１）は、溶融した材料の移動による熱輸送、熱伝導、およびせん断発熱を考慮したエネルギー方程式である。
Figure 0007491038000001
せん断発熱による温度上昇は、下記式（２）のようになる。
Figure 0007491038000002
文献「PRINCIPLES OF POLYMER PROCESSING」（Z.Tadmor and C. G. Gogos著）によると、矩形管内のせん断流れの流量は、下記式（３）のようになる。
Figure 0007491038000003
なお、式（３）において、Ｖｂｚは、バレル速度の矩形管の進行方向に沿った成分である。Ｗは、矩形管幅である。Ｈは、矩形管高さである。Ｆｄは、形状因子であって下記式（４）で表され、矩形管形状ＷおよびＨの関数である。
Figure 0007491038000004
フラットスクリューに設けられた溝の螺旋角をθとすると、Ｖｂｚは、バレルの周速度Ｖｂのｃｏｓθ成分であり、下記式(５)で表される。
Figure 0007491038000005
フラットスクリューにおいて、半径ｒは、バレル外半径とは限らず、フラットスクリューに設けられた溝の接続部の任意の位置における半径となる。式（５）から、フラットスクリューの周速度は、溝の中央部に近づくほど遅くなる。
せん断速度は、フラットスクリュー１３０の回転速度に依存するので、式（２）より、回転速度が大きいほど、せん断発熱による温度上昇が大きいことになる。
上記のように、可塑化部１２０では、制御部１８０は、第１処理を行う場合および第２処理を行う場合に、温度センサー１６０で測定される温度が所定の範囲内となるように、第１加熱部１５０を制御する。そのため、温度センサーで測定される温度が所定の範囲内となるように第１加熱部を制御しない場合に比べて、第１回転速度よりも大きい第２回転速度で回転させる第２処理を行っても、特にせん断速度が大きくなるフラットスクリュー１３０の外周近傍における第１溝１３４の温度上昇を抑えることができる。これにより、第１溝１３４に固体の状態で材料を供給させ易く、安定して材料を可塑化することができる。その結果、溶融した材料がフラットスクリュー１３０の外側に漏れてしまって新たな材料が供給されないブリッジ現象を防ぐことができる。第１溝１３４の材料供給部１３７の圧力は第１溝１３４の接続部１３６の圧力よりも小さいため、材料供給部１３７で材料が溶融すると、材料がフラットスクリュー１３０の外側に漏れ易い。
可塑化部１２０では、温度センサー１６０は、バレル１４０に設けられている。そのため、可塑化部１２０では、バレル１４０の温度を介して、第１溝１３４の温度を測定することができる。
可塑化部１２０では、制御部１８０は、第１処理を行う場合に、第１温度で第１加熱部１５０を制御し、第２処理を行う場合に、第１温度よりも低い第２温度で第１加熱部１５０を制御する。そのため、可塑化部１２０では、第２処理を行う場合に第１加熱部を制御しない場合に比べて、フラットスクリュー１３０の外周近傍における第１溝１３４の温度上昇を抑えることができる。
可塑化部１２０では、第１溝１３４に供給された材料を加熱する第２加熱部１５２を含み、第１加熱部１５０と連通孔１４６との間の距離Ｄ１は、第２加熱部１５２と連通孔１４６との間の距離Ｄ２よりも大きい。そのため、可塑化部１２０の制御部１８０は、第２加熱部１５２の温度を材料のガラス転移温度以上に保ちつつ、第１処理および第２処理において第１加熱部１５０を制御することができる。これにより、溶融した材料を連通孔１４６に供給させ易い。
可塑化部１２０では、第１溝１３４は、連通孔１４６と対向する中央部１３５と、溝形成面１３２の外周に設けられ、材料が供給される材料供給部１３７と、中央部１３５と材料供給部１３７とを接続する接続部１３６と、を有する。そのため、可塑化部１２０では、第１処理および第２処理により、材料供給部１３７の温度上昇を抑えることができる。
三次元造形装置１００では、制御部１８０は、三次元造形物ＯＢの外縁Ｅを造形する場合に、第１処理を行い、三次元造形物ＯＢの内部Ｂを造形する場合に、第２処理を行う。第１処理は、第２処理に比べてフラットスクリュー１３０の回転速度が小さいため、可塑化部１２０から吐出される溶融材料の量が少ない。そのため、三次元造形装置１００では、目視される外縁Ｅを第１処理によって高い精度で造形しつつ、目視されない内部Ｂを第２処理によって短時間で造形することができる。
２． 三次元造形装置の変形例
２．１． 第１変形例
次に、本実施形態の第１変形例に係る三次元造形装置について、図面を参照しながら説明する。図９は、本実施形態の第１変形例に係る三次元造形装置２００を模式的に示す断面図である。
以下、本実施形態の第１変形例に係る三次元造形装置２００において、上述した本実施形態の第１変形例に係る三次元造形装置２００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。このことは、以下に示す本実施形態の第２～第６変形例に係る三次元造形装置において同様である。
上述した三次元造形装置１００では、図１に示すように、温度センサー１６０は、バレル１４０に設けられていた。
これに対し、三次元造形装置２００では、図９に示すように、温度センサー１６０は、フラットスクリュー１３０に設けられている。そのため、三次元造形装置２００では、フラットスクリュー１３０の温度を介して、第１溝１３４の温度を測定することができる。
なお、温度センサー１６０は、第１溝１３４の温度を測定することができれば、設けられる場所は特に限定されない。温度センサー１６０は、例えば、スクリューケース１２２に設けられていてもよい。
２．２． 第２変形例
次に、本実施形態の第２変形例に係る三次元造形装置について、図面を参照しながら説明する。図１０は、本実施形態の第２変形例に係る三次元造形装置３００のバレル１４０を模式的に示す平面図である。
上述した三次元造形装置３００では、図５に示すように、第１加熱部１５０は、棒ヒーターであった。
これに対し、三次元造形装置３００では、図１０に示すように、第１加熱部１５０は、リングヒーターである。第１加熱部１５０の形状は、Ｚ軸方向からみて、連通孔１４６を囲む形状である。図示の例では、第１加熱部１５０の形状は、環状である。第１加熱部１５０の中心は、連通孔１４６に位置している。図示はしないが、三次元造形装置３００は、リングヒーターである第２加熱部を有していてもよい。この場合、第１加熱部１５０は、第２加熱部を囲んで設けられている。
三次元造形装置３００では、第１加熱部１５０の形状は、Ｚ軸方向からみて、連通孔１４６を囲む形状である。そのため、三次元造形装置３００では、第１加熱部１５０の外側の温度を第１加熱部１５０の内側の温度よりも低くすることができる。これにより、バレル１４０の外側から内側に向けて徐々に温度が高くなる温度勾配を容易に形成することができる。
また、バレル１４０の外側から内側に向けて徐々に温度が高くなる温度勾配を容易に形成するために、第１加熱部１５０の形状は、Ｚ軸方向からみて、連通孔１４６を囲む環状であることがより好ましいが、第１加熱部１５０の形状は、Ｚ軸方向からみて、連通孔１４６を囲む多角形状であってもよく、八角形または十角形等の環状に近い多角形状であってもよい。この場合でも、同様にバレル１４０の温度勾配を容易に形成することができる。
２．３． 第３変形例
次に、本実施形態の第３変形例に係る三次元造形装置について、図面を参照しながら説明する。図１１は、本実施形態の第３変形例に係る三次元造形装置４００を模式的に示す断面図である。
三次元造形装置４００では、図１１に示すように、フラットスクリュー１３０の回転速度を測定する回転センサー１６２を含む点において、上述した三次元造形装置１００と異なる。
制御部１８０は、第1処理を行う場合に、回転センサー１６２の測定結果に基づいて、フラットスクリュー１３０の回転速度が第１回転速度となったか否か判定する。フラットスクリュー１３０の回転速度が第１回転速度となっていないと判定した場合、制御部１８０は、フラットスクリュー１３０の回転速度が第１回転速度となったと判定するまで、駆動モーター１２４を制御する第１処理を繰り返す。
制御部１８０は、第２処理を行う場合に、回転センサー１６２の測定結果に基づいて、フラットスクリュー１３０の回転速度が第２回転速度となったか否か判定する。フラットスクリュー１３０の回転速度が第２回転速度となっていないと判定した場合、制御部１８０は、フラットスクリュー１３０の回転速度が第２回転速度となったと判定するまで、駆動モーター１２４を制御する第２処理を繰り返す。
三次元造形装置４００では、上記のように、制御部１８０は、第1処理を行う場合に、回転センサー１６２の測定結果に基づいて、フラットスクリュー１３０の回転速度が第１回転速度となったか否か判定し、第２処理を行う場合に、回転センサー１６２の測定結果に基づいて、フラットスクリュー１３０の回転速度が第２回転速度となったか否か判定する。そのため、三次元造形装置４００では、フラットスクリュー１３０の回転速度を、より高い精度で制御することができる。
２．４． 第４変形例
次に、本実施形態の第４変形例に係る三次元造形装置について、図面を参照しながら説明する。図１２は、本実施形態の第４変形例に係る三次元造形装置５００のフラットスクリュー１３０を模式的に示す平面図である。
上述した三次元造形装置１００では、図３に示すように、第１溝１３４は、１つの接続部１３６および１つの材料供給部１３７を有していた。
これに対し、三次元造形装置５００では、図１２に示すように、第１溝１３４は、複数の接続部１３６および複数の材料供給部１３７を有している。図示の例では、第１溝１３４は、２つの接続部１３６および２つの材料供給部１３７を有している。なお、接続部１３６の数および材料供給部１３７の数は、特に限定されない。
２．５． 第５変形例
次に、本実施形態の第５変形例に係る三次元造形装置について説明する。上述した三次元造形装置１００では、第１処理を行う場合および第２処理を行う場合に、温度センサー１６０で測定される温度が所定の範囲内となるように、第１加熱部１５０を制御した。
これに対し、本実施形態の第５変形例に係る三次元造形装置では、第１処理を行う場合および第２処理を行う場合に、温度センサー１６０で測定される温度が所定の範囲内となるように、冷却部１５４を制御する。これにより、三次元造形装置１００と同様に、安定して材料を可塑化することができる。
２．６． 第６変形例
次に、本実施形態の第６変形例に係る三次元造形装置について説明する。上述した三次元造形装置１００では、三次元造形物を造形するための材料として、ペレット状のＡＢＳが用いられていた。
これに対し、本実施形態の第６変形例に係る三次元造形装置は、可塑化部１２０において用いられる材料として、例えば、ＡＢＳ以外の熱可塑性を有する材料、金属材料、セラミック材料等の種々の材料を主材料とした材料を挙げることができる。ここで、「主材料」とは、三次元造形物の形状を形作っている中心となる材料を意味し、三次元造形物において５０重量％以上の含有率を占める材料を意味する。上述した材料には、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。
熱可塑性を有する材料としては、例えば、熱可塑性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアセタール（ＰＯＭ ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリアミド（ＰＡ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、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（ＰＥＥＫ）などのエンジニアリングプラスチックが挙げられる。
熱可塑性を有する材料には、顔料や、金属、セラミック、その他に、ワックス、難燃剤、酸化防止剤、熱安定剤などの添加剤等が混入されていてもよい。熱可塑性を有する材料は、可塑化部１２０において、フラットスクリュー１３０の回転と、加熱部１５０，１５２の加熱と、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溶融材料は、ノズル１７０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１７０から吐出されることが望ましい。例えば、ＡＢＳは、ガラス転移点が約１２０℃であり、ノズル１７０からの吐出時には約２００℃であることが望ましい。
可塑化部１２０では、上述した熱可塑性を有する材料の代わりに、例えば、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、金属材料を粉末状にした粉末材料に、溶融材料の生成の際に溶融する成分が混合されて、可塑化部１２０に投入されることが望ましい。
金属材料としては、例えば、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（Ｎ
ｉ）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、また、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が挙げられる。
可塑化部１２０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挙げられる。
材料投入部１１０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、上述の熱可塑性樹脂、あるいは、それ以外の熱可塑性樹脂によってコーティングされていてもよい。この場合には、可塑化部１２０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。
材料投入部１１０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、溶剤を添加することもできる。溶剤としては、例えば、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が挙げられる。
その他に、材料投入部１１０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、バインダーが添加されていてもよい。バインダーとしては、例えば、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または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）、あるいはその他の熱可塑性樹脂が挙げられる。
３． 射出成形装置
次に、本実施形態に係る射出成形装置について、図面を参照しながら説明する。図１３は、本実施形態に係る射出成形装置９００を模式的に示す断面図である。
射出成形装置９００は、図１３に示すように、例えば、上述した可塑化部１２０を含む。射出成形装置９００は、さらに、例えば、材料投入部１１０と、ノズル１７０と、射出機構９１０と、金型部９２０と、型締装置９３０と、を含む。
可塑化部１２０は、フラットスクリュー１３０の第１溝１３４に供給された材料を可塑化し、流動性を有するペースト状の溶融材料を生成して連通孔１４６から射出機構９１０へと導く。
射出機構９１０は、射出シリンダー９１２と、プランジャー９１４と、プランジャー駆動部９１６と、を有している。射出機構９１０は、射出シリンダー９１２内の溶融材料をキャビティーＣｖに射出する機能を有している。制御部１８０は、ノズル１７０からの溶融材料の射出量を制御する。射出シリンダー９１２は、バレル１４０の連通孔１４６に接続された略円筒状の部材である。プランジャー９１４は、射出シリンダー９１２の内部を摺動し、射出シリンダー９１２内の溶融材料を、可塑化部１２０に接続されたノズル１７０側に圧送する。プランジャー９１４は、モーターによって構成されるプランジャー駆動部９１６により駆動される。
金型部９２０は、可動金型９２２と、固定金型９２４と、を有している。可動金型９２２と固定金型９２４とは、互いに対向して設けられている。可動金型９２２と固定金型９２４との間には、成形品の形状に応じた空間であるキャビティーＣｖが設けられている。キャビティーＣｖには、溶融材料が射出機構９１０によって圧送される。ノズル１７０は、溶融材料を金型部９２０に吐出する。
型締装置９３０は、金型駆動部９３２を有している。金型駆動部９３２は、可動金型９２２と固定金型９２４との開閉を行う機能を有している。型締装置９３０は、金型駆動部９３２を駆動して可動金型９２２を移動させて金型部９２０を開閉させる。
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成、例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
上述した実施形態から以下の内容が導き出される。
可塑化装置の一態様は、
材料を可塑化する可塑化装置であって、
駆動モーターと、
前記駆動モーターによって回転され、溝が設けられた溝形成面を有するスクリューと、
前記溝形成面に対向する対向面を有し、前記対向面に前記溝と連通する連通孔が設けられたバレルと、
前記溝に供給された前記材料を加熱する第１加熱部と、
前記溝の温度を測定する温度センサーと、
前記駆動モーターおよび前記第１加熱部を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを第１回転速度で回転させる第１処理と、
前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを前記第１回転速度よりも大きい第２回転速度で回転させる第２処理と、
を行い、
前記制御部は、前記第１処理を行う場合および前記第２処理を行う場合に、前記温度センサーで測定される温度が所定の範囲内となるように、前記第１加熱部を制御する。
この可塑化装置によれば、第１処理を行う場合および第２処理を行う場合に第１加熱部を制御しない場合に比べて、第１回転速度よりも大きい第２回転速度で回転させる第２処理を行っても、特にせん断速度が大きくなるスクリューの外周近傍における溝の温度上昇を抑えることができる。これにより、溝に固体の状態で材料を供給させて易く、安定して材料を可塑化することができる。
前記可塑化装置の一態様において、
前記温度センサーは、前記バレルに設けられていてもよい。
この可塑化装置によれば、バレルの温度を介して、溝の温度を測定することができる。
前記可塑化装置の一態様において、
前記温度センサーは、前記スクリューに設けられていてもよい。
この可塑化装置によれば、スクリューの温度を介して、溝の温度を測定することができる。
前記可塑化装置の一態様において、
前記制御部は、
前記第１処理を行う場合に、第１温度で前記第１加熱部を制御し、
前記第２処理を行う場合に、前記第１温度よりも低い第２温度で前記第１加熱部を制御してもよい。
この可塑化装置によれば、第２処理を行う場合に第１加熱部を制御しない場合に比べて、スクリューの外周近傍における溝の温度上昇を抑えることができる。
前記可塑化装置の一態様において、
前記溝に供給された前記材料を加熱する第２加熱部を含み、
前記第１加熱部と前記連通孔との間の距離は、前記第２加熱部と前記連通孔との間の距離よりも大きくてもよい。
この可塑化装置によれば、制御部は、第２加熱部の温度を材料のガラス転移温度以上に保ちつつ、第１処理および第２処理において第１加熱部を制御することができる。
前記可塑化装置の一態様において、
前記第１加熱部の形状は、前記スクリューの回転軸方向からみて、前記連通孔を囲む形状であってもよい。
この可塑化装置によれば、第１加熱部の外側の温度を第１加熱部の内側の温度よりも低くすることができ、バレルの外側から内側に向けて徐々に温度が高くなる温度勾配を容易に形成することができる。
前記可塑化装置の一態様において、
前記スクリューの回転速度を測定する回転センサーを含み、
前記制御部は、
前記第1処理を行う場合に、前記回転センサーの測定結果に基づいて、前記スクリューの回転速度が前記第１回転速度となったか否か判定し、
前記第２処理を行う場合に、前記回転センサーの測定結果に基づいて、前記スクリューの回転速度が前記第２回転速度となったか否か判定してもよい。
この可塑化装置によれば、スクリューの回転速度を、より高い精度で制御することができる。
前記可塑化装置の一態様において、
前記溝は、
前記連通孔と対向する中央部と、
前記溝形成面の外周に設けられ、前記材料が供給される材料供給部と、
前記中央部と前記材料供給部とを接続する接続部と、
を有してもよい。
この可塑化装置によれば、第１処理および第２処理により、材料供給部の温度上昇を抑えることができる。
可塑化装置の一態様は、
材料を可塑化する可塑化装置であって、
駆動モーターと、
前記駆動モーターによって回転され、溝が設けられた溝形成面を有するスクリューと、
前記溝形成面に対応する対向面を有し、前記対向面に前記溝と連通する連通孔が設けられたバレルと、
前記溝に供給された前記材料を冷却する冷却部と、
前記溝の温度を測定する温度センサーと、
前記駆動モーターおよび前記冷却部を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを第１回転速度で回転させる第１処理と、
前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを前記第１回転速度よりも大きい第２回転速度で回転させる第２処理と、
を行い、
前記制御部は、前記第１処理を行う場合および前記第２処理を行う場合に、前記温度センサーで測定される温度が所定の範囲内となるように、前記冷却部を制御する。
この可塑化装置によれば、安定して材料を可塑化することができる。
三次元造形装置の一態様は、
三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
材料を可塑化して溶融材料にする可塑化部と、
前記可塑化部から供給された前記溶融材料をステージに向かって吐出するノズルと、
を含み、
前記可塑化部は、
駆動モーターと、
前記駆動モーターによって回転され、溝が設けられた溝形成面を有するスクリューと、
前記溝形成面に対向する対向面を有し、前記対向面に前記溝と連通する連通孔が設けられたバレルと、
前記溝に供給された前記材料を加熱する加熱部と、
前記溝の温度を測定する温度センサーと、
前記駆動モーターおよび前記加熱部を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを第１回転速度で回転させる第１処理と、
前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを前記第１回転速度よりも大きい第２回転速度で回転させる第２処理と、
を行い、
前記制御部は、前記第１処理を行う場合および前記第２処理を行う場合に、前記温度センサーで測定される温度が所定の範囲内となるように、前記加熱部を制御する。
この三次元造形装置によれば、安定して材料を可塑化することができる。
前記三次元造形装置の一態様において、
前記制御部は、
前記三次元造形物の外縁を造形する場合に、前記第１処理を行い、
前記三次元造形物の内部を造形する場合に、前記第２処理を行ってもよい。
この三次元造形装置によれば、目視される外縁を第１処理によって高い精度で造形しつつ、目視されない内部を第２処理によって短時間で造形することができる。
射出成形装置の一態様は、
材料を可塑化して溶融材料にする可塑化部と、
前記可塑化部から供給された前記溶融材料を金型に射出するノズルと、
を含み、
前記可塑化部は、
駆動モーターと、
前記駆動モーターによって回転され、溝が設けられた溝形成面を有するスクリューと、
前記溝形成面に対向する対向面を有し、前記対向面に前記溝と連通する連通孔が設けられたバレルと、
前記溝に供給された前記材料を加熱する加熱部と、
前記溝の温度を測定する温度センサーと、
前記駆動モーターおよび前記加熱部を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを第１回転速度で回転させる第１処理と、
前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを前記第１回転速度よりも大きい第２回転速度で回転させる第２処理と、
を行い、
前記制御部は、前記第１処理を行う場合および前記第２処理を行う場合に、前記温度センサーで測定される温度が所定の範囲内となるように、前記加熱部を制御する。
この射出成形装置によれば、安定して材料を可塑化することができる。
１０…造形ユニット、２０…ステージ、２２…造形面、３０…移動機構、１００…三次元造形装置、１１０…材料投入部、１１２…供給路、１２０…可塑化部、１２２…スクリューケース、１２４…駆動モーター、１２６…シャフト、１３０…フラットスクリュー、１３１…上面、１３２…溝形成面、１３３…側面、１３４…第１溝、１３５…中央部、１３６…接続部、１３７…材料供給部、１４０…バレル、１４２…対向面、１４４…第２溝、１４６…連通孔、１４８…外周、１５０…第１加熱部、１５２…第２加熱部、１５４…冷却部、１５４ａ…冷却流路、１５４ｂ…入口、１５４ｃ…出口、１６０…温度センサー、１６２…回転センサー、１７０…ノズル、１７２…ノズル流路、１７４…ノズル孔、２００，３００，４００…三次元造形装置、９００…射出成形装置、９１０…射出機構、９１２…射出シリンダー、９１４…プランジャー、９１６…プランジャー駆動部、９２０…金型部、９２２…可動金型、９２４…固定金型、９３０…型締装置、９３２…金型駆動部

Claims (12)

  1. 材料を可塑化する可塑化装置であって、
    駆動モーターと、
    前記駆動モーターによって回転され、溝が設けられた溝形成面を有するスクリューと、
    前記溝形成面に対向する対向面を有し、前記対向面に前記溝と連通する連通孔が設けら
    れたバレルと、
    前記溝に供給された前記材料を加熱する第１加熱部と、
    前記溝の温度を測定する温度センサーと、
    前記駆動モーターおよび前記第１加熱部を制御する制御部と、
    前記溝に供給された前記材料を冷却する冷却部と、を含み、
    前記制御部は、前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを第１回転速度で回転さ
    せる第１処理と、前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを前記第１回転速度より
    も大きい第２回転速度で回転させる第２処理と、を行い、
    前記制御部は、前記第１処理を行う場合および前記第２処理を行う場合に、前記温度セ
    ンサーで測定される温度が所定の範囲内となるように、前記第１加熱部を制御し、
    前記冷却部は、前記スクリューの回転軸に沿って見たときに、前記連通孔および前記第
    １加熱部を囲む冷却流路を有し、前記制御部は、前記第１処理を行う場合および前記第２
    処理を行う場合に、前記第１加熱部および前記冷却部を制御する、可塑化装置。
  2. 材料を可塑化する可塑化装置であって、
    駆動モーターと、
    前記駆動モーターによって回転され、溝が設けられた溝形成面を有するスクリューと、
    前記溝形成面に対向する対向面を有し、前記対向面に前記溝と連通する連通孔が設けら
    れたバレルと、
    前記溝に供給された前記材料を加熱する第１加熱部と、
    前記溝の温度を測定する温度センサーと、
    前記駆動モーターおよび前記第１加熱部を制御する制御部と、を含み、
    前記制御部は、前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを第１回転速度で回転さ
    せる第１処理と、前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを前記第１回転速度より
    も大きい第２回転速度で回転させる第２処理と、を行い、
    前記制御部は、前記第１処理を行う場合および前記第２処理を行う場合に、前記温度セ
    ンサーで測定される温度が所定の範囲内となるように、前記第１加熱部を制御し、
    前記第１加熱部の形状は、前記スクリューの回転軸方向からみて、前記連通孔を囲む形
    状である、可塑化装置。
  3. 材料を可塑化する可塑化装置であって、
    駆動モーターと、
    前記駆動モーターによって回転され、溝が設けられた溝形成面を有するスクリューと、
    前記溝形成面に対向する対向面を有し、前記対向面に前記溝と連通する連通孔が設けら
    れたバレルと、
    前記溝に供給された前記材料を加熱する第１加熱部と、
    前記溝の温度を測定する温度センサーと、
    前記駆動モーターおよび前記第１加熱部を制御する制御部と、
    前記スクリューの回転速度を測定する回転センサーと、を含み、
    前記制御部は、前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを第１回転速度で回転さ
    せる第１処理と、前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを前記第１回転速度より
    も大きい第２回転速度で回転させる第２処理と、を行い、
    前記制御部は、前記第１処理を行う場合および前記第２処理を行う場合に、前記温度セ
    ンサーで測定される温度が所定の範囲内となるように、前記第１加熱部を制御し、
    前記制御部は、前記第１処理を行う場合に、前記回転センサーの測定結果に基づいて、
    前記スクリューの回転速度が前記第１回転速度となったか否か判定し、前記第２処理を行
    う場合に、前記回転センサーの測定結果に基づいて、前記スクリューの回転速度が前記第
    ２回転速度となったか否か判定する、可塑化装置。
  4. 材料を可塑化する可塑化装置であって、
    駆動モーターと、
    前記駆動モーターによって回転され、溝が設けられた溝形成面を有するスクリューと、
    前記溝形成面に対向する対向面を有し、前記対向面に前記溝と連通する連通孔が設けら
    れたバレルと、
    前記溝に供給された前記材料を加熱する第１加熱部と、
    前記溝の温度を測定する温度センサーと、
    前記駆動モーターおよび前記第１加熱部を制御する制御部と、を含み、
    前記制御部は、前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを第１回転速度で回転さ
    せる第１処理と、前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを前記第１回転速度より
    も大きい第２回転速度で回転させる第２処理と、を行い、
    前記制御部は、前記第１処理を行う場合および前記第２処理を行う場合に、前記温度セ
    ンサーで測定される温度が所定の範囲内となるように、前記第１加熱部を制御し、
    前記溝は、前記連通孔と対向する中央部と、前記溝形成面の外周に設けられ、前記材料
    が供給される材料供給部と、前記中央部と前記材料供給部とを接続する接続部と、を有し
    、前記温度センサーは、前記材料供給部の温度を測定する、可塑化装置。
  5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
    前記温度センサーは、前記バレル又は前記スクリューに設けられている、可塑化装置。
  6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、
    前記制御部は、前記第１処理を行う場合に、第１温度で前記第１加熱部を制御し、前記
    第２処理を行う場合に、前記第１温度よりも低い第２温度で前記第１加熱部を制御する、
    可塑化装置。
  7. 請求項１ないし６のいずれか１項において、
    前記溝に供給された前記材料を加熱する第２加熱部を含み、前記第１加熱部と前記連通
    孔との間の距離は、前記第２加熱部と前記連通孔との間の距離よりも大きい、可塑化装置
    。
  8. 請求項７において、
    前記制御部は、前記第１処理を行う場合および前記第２処理を行う場合に、前記第１加
    熱部の温度が前記材料のガラス転移温度未満の温度となるように前記第１加熱部を制御し
    、前記第２加熱部の温度が前記材料のガラス転移温度以上の温度となるように前記第２加
    熱部を制御する、可塑化装置。
  9. 材料を可塑化する可塑化装置であって、
    駆動モーターと、
    前記駆動モーターによって回転され、溝が設けられた溝形成面を有するスクリューと、
    前記溝形成面に対応する対向面を有し、前記対向面に前記溝と連通する連通孔が設けられ
    たバレルと、
    前記溝に供給された前記材料を冷却する冷却部と、
    前記溝の温度を測定する温度センサーと、
    前記駆動モーターおよび前記冷却部を制御する制御部と、を含み、
    前記制御部は、前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを第１回転速度で回転さ
    せる第１処理と、前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを前記第１回転速度より
    も大きい第２回転速度で回転させる第２処理と、を行い、前記制御部は、前記第１処理を
    行う場合および前記第２処理を行う場合に、前記温度センサーで測定される温度が所定の
    範囲内となるように、前記冷却部を制御する、可塑化装置。
  10. 三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
    駆動モーターと、前記駆動モーターによって回転され、溝が設けられた溝形成面を有す
    るスクリューと、前記溝形成面に対向する対向面を有し前記対向面に前記溝と連通する連
    通孔が設けられたバレルと、前記溝に供給された材料を加熱する第１加熱部と、前記溝の
    温度を測定する温度センサーと、前記駆動モーターおよび前記第１加熱部を制御する制御
    部と、を含む可塑化装置と、
    前記可塑化装置で可塑化された前記材料をステージに向かって吐出するノズルと、を備
    え、
    前記制御部は、前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを第１回転速度で回転さ
    せる第１処理と、前記駆動モーターを制御して、前記スクリューを前記第１回転速度より
    も大きい第２回転速度で回転させる第２処理と、を行い、
    前記制御部は、前記第１処理を行う場合および前記第２処理を行う場合に、前記温度セ
    ンサーで測定される温度が所定の範囲内となるように、前記第１加熱部を制御する、三次
    元造形装置。
  11. 請求項１０において、
    前記制御部は、前記三次元造形物の外縁を造形する場合に、前記第１処理を行い、前記
    三次元造形物の内部を造形する場合に、前記第２処理を行う、三次元造形装置。
  12. 請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の可塑化装置と、
    前記可塑化装置で可塑化された前記材料を金型に射出するノズルと、を含む、射出成形
    装置。
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