WO2017150186A1 - ３次元プリンティング装置及び３次元プリンティング方法 - Google Patents

３次元プリンティング装置及び３次元プリンティング方法 Download PDF

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WO2017150186A1
WO2017150186A1 PCT/JP2017/005440 JP2017005440W WO2017150186A1 WO 2017150186 A1 WO2017150186 A1 WO 2017150186A1 JP 2017005440 W JP2017005440 W JP 2017005440W WO 2017150186 A1 WO2017150186 A1 WO 2017150186A1
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WO
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pressing
head
filament
nozzle
fiber
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PCT/JP2017/005440
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English (en)
French (fr)
Inventor
政人 上田
義鎭 平野
亮介 松崎
Original Assignee
学校法人日本大学
国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
学校法人東京理科大学
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C67/00—Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Definitions

  • the present invention relates to a three-dimensional printing apparatus and a three-dimensional printing method for forming a structure by continuously arranging a print material and then solidifying the print material.
  • a three-dimensional printing apparatus is known as an apparatus for modeling an object having a three-dimensional shape (see, for example, Patent Document 1).
  • the three-dimensional printing device can easily form a three-dimensional object without requiring a relatively expensive mold or jig, and a three-dimensional object that is difficult to form with existing technology. Can also be shaped.
  • the hot melt laminating method in which the resin melted by heat is stacked little by little, is used for prototyping parts in the manufacturing industry because the manufacturing cost of the apparatus is relatively low.
  • CFRP Carbon-fiber-reinforced plastics
  • CFRPP carbon fiber reinforced thermoplastics
  • the current hot melt lamination type three-dimensional printing apparatus has a mechanism for extruding a filament of resin and fiber softened by heating from the nozzle, but the nozzle may be clogged. That is, in this three-dimensional printing apparatus, in reality, tension is applied to the fibers impregnated in the resin by the viscosity of the resin on the surface of the filament discharged (attached) onto the discharge target object, and the nozzle There is a fact that the fiber is continuously pulled out from. If the filament is insufficiently bonded to the object to be ejected, the fiber cannot be pulled out well, and the fiber is clogged by the nozzle.
  • the filament when the filament is insufficiently bonded to the object to be ejected, the filament is peeled off from the object to be ejected when printing a right or sharp bend, and the filament is arranged along the bend. Becomes difficult. For this reason, a product having a complicated shape including a right-angled or acute-angled bent portion cannot be manufactured.
  • An object of an aspect according to the present invention is to provide a three-dimensional printing apparatus and a three-dimensional printing method capable of suppressing a supply failure of a print material and manufacturing a product having a complicated shape.
  • a head to which a linear print material is fed, drive means for performing relative movement between the head and the target surface, a controller, and the print material on the target surface And a pressing unit having a pressing surface arranged so as to be able to contact, wherein the pressing unit is configured to allow movement of the pressing surface with respect to the head.
  • the material is reliably arranged on the target surface by the pressing means.
  • the pressing means As a result, it is possible to obtain a three-dimensional printing apparatus that can suppress the supply failure of the print material and can manufacture a product having a complicated shape.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a three-dimensional printing apparatus according to an embodiment. It is a schematic diagram which shows the example of a pressing means. It is a schematic diagram which shows the example of a structure regarding a heating apparatus. It is a schematic diagram which shows the example of a structure provided with a some pressing body. It is sectional drawing which shows the structural example of the front-end
  • (A) It is a top view which shows the driving
  • the three-dimensional printing apparatus continuously arranges a linear (thread-like) print material (continuous material) on a platform that is a plate-like object to be ejected (target, target surface).
  • An apparatus for forming a structure In one example, the three-dimensional printing apparatus is an apparatus (3D printer, three-dimensional printing system) that mainly forms a three-dimensional structure by laminating a print material on a platform in a softened state and then solidifying the print material.
  • the discharge target object target, target surface
  • the discharge target object includes a laminated structure (structure) of print materials laminated on the object.
  • the print material (filament) that is a raw material of the structure mainly includes a resin, or can mainly include a resin and a fiber.
  • the resin (resin filament) include PLA resin (polylactic acid), ABS resin, nylon resin, PET resin (polyethylene terephthalate), acrylic resin, and the like.
  • the print material is formed by impregnating a thermoplastic resin with a reinforcing fiber such as carbon fiber or glass fiber to form a linear shape.
  • Thermoplastic resins other than those described above are also applicable as filaments.
  • a filament obtained by impregnating a resin in advance with a fiber is taken out from a storage state wound around a predetermined reel (bobbin) and supplied to a nozzle.
  • the print material can be a continuous material that extends continuously along the central axis.
  • the print material has the same cross-sectional shape throughout the axial direction.
  • the print material can have partially different cross-sectional shapes.
  • the cross-sectional shape of the print material is not limited to a circle (or an ellipse), and various shapes can be applied.
  • the accommodation state of the print material is not limited to the winding type.
  • the three-dimensional printing apparatus 1 includes a casing 2, a platform (support member, pad) 3 disposed in the casing 2, and a head (which supplies filament FL to the platform 3).
  • a printer head) 4, a control device (controller) 5, and pressing means (pressurizing means, smoother, pusher) 30 are included as main components.
  • an arrow Z indicates a vertical direction (up and down direction)
  • an arrow X indicates a horizontal direction
  • an arrow Y indicates a horizontal direction that is orthogonal to the Z direction and the X direction.
  • the head 4 includes a head body 6, a nozzle 7, and a material feed device (resin pushing device, material) that feeds a filament (resin material, base material, first continuous material containing resin) FL to the nozzle 7.
  • the three-dimensional printing apparatus 1 includes a cutting device (cutting unit, cutter, cutting means) 10 for cutting the carbon fiber FB, and a filament heating device (resin softening unit, heater, first heating unit) 21 for heating the filament FL. And have.
  • at least a part of the filament heating device 21 is provided in the nozzle 7.
  • the material feeding device 8 is configured to feed the filament FL while pushing the filament FL into the nozzle 7.
  • the casing 2 is a box-shaped housing.
  • a working window (opening) is provided on the front surface of the casing 2.
  • a platform 3, a head 4 and the like are accommodated.
  • the casing 2 can include an environment control unit (not shown) that controls the indoor environment as necessary.
  • the platform 3 has a rectangular plate (base plate) parallel to the bottom surface 2 a of the casing 2.
  • the platform 3 is disposed below the head 4 and in the vicinity of the bottom of the casing 2.
  • the platform 3 is driven by the platform drive device 11 so as to be vertically movable along the Z direction (vertical direction).
  • the platform 3 is provided with a platform heating device (not shown) for heating the arranged filament FL.
  • the platform 3 has a function of heating the filament FL disposed on the platform 3.
  • the platform heating device various mechanisms capable of controlling the temperature of the resin on the platform are applicable in addition to a plate heater, a surface heater, and the like.
  • the head 4 includes a mechanism as a discharge device (extrusion device) that arranges the filament FL at an arbitrary position on the platform 3.
  • the head 4 is configured such that a first material (filament FL) containing resin and a second material (carbon fiber FB) containing fibers are fed.
  • the head 4 (head body 6) is at least along a plane parallel to the platform 3 (a plane formed by the first axis (X axis) and the second axis (Y axis)) by the head driving device 13 (moving means). It is configured to be movable in two dimensions. Since the platform 3 is movable up and down, the distance (and relative positional relationship) between the nozzle 7 (head body 6) of the head 4 and the platform 3 can be freely adjusted.
  • the head driving device 13 drives the head 4 so that the head 4 can move to an arbitrary position on a plane parallel to the platform 3.
  • the platform 3 has a support surface orthogonal to the Z-axis direction (vertical direction), and the head driving device 13 moves the head 4 in the horizontal direction.
  • the head drive device 13 includes an X-axis drive device 14 for moving the head 4 in a first direction (X-axis direction) along a plane parallel to the platform 3, and a first along the plane parallel to the platform 3. And a Y-axis drive device 15 that moves in a second direction (Y-axis direction) orthogonal to the direction.
  • the X-axis drive device 14 and the Y-axis drive device 15 can have a configuration in which a stepping motor and a linear motion mechanism such as a ball screw are combined.
  • the head driving device 13 can have a robot arm.
  • the head 4 is movable along a plane parallel to the platform 3 using a robot arm.
  • the head 4 can be configured to be movable in three dimensions, or movable in six degrees of freedom (X, Y, Z, ⁇ X, ⁇ Y, ⁇ Z).
  • the head 4 is configured so that the attitude regarding at least a part of the tilt and the rotation angle can be adjusted. it can.
  • the head 4 is configured to discharge the softened filament FL with a predetermined thickness using the nozzle 7 after heating the filamentary filament FL to near the melting point of the filament by the filament heating device 21. .
  • the nozzle 7 can be applied in various shapes.
  • the nozzle 7 has a cylindrical portion 22 having a cylindrical shape and a tip portion 23 provided at one end of the cylindrical portion 22.
  • the distal end portion 23 is provided with a discharge port (opening, nozzle opening, outlet opening) 23a for discharging the filament FL.
  • the discharge port 23a (tip portion 23) is set according to the target thickness of the filament FL to be discharged.
  • the nozzle opening can be changed by replacing the nozzle 7 with another nozzle.
  • a pressing means 30 to be described later can be attached to the nozzle 7.
  • the nozzle 7 can be attached to the head body 6. Additionally and / or alternatively, a plurality of nozzles 7 can be provided in one head 4.
  • the number of inlets (inlet ports) and the number of outlets (outlet ports) in the head 4 may be the same or different.
  • filament heating device 21 can be applied.
  • at least a part of the filament heating device 21 is fixed to the outer peripheral surface of the cylindrical portion 22.
  • the heating method of the filament heating device 21 include hot plate heating (surface heater, plate heater, aluminum foil heater), high frequency heating, induction heating, ultrasonic heating, gas heating, laser heating, and the like.
  • the material feed device 8 is configured to feed the filament FL. In one example, the material feed device 8 is configured to push the filament FL into the inlet port of the nozzle 7. In one example, the material feeding device 8 includes a pair of filament driving rollers (gears) 16 and a motor 17 that drives at least one of the filament driving rollers 16. One of the drive rollers 16 may be replaced with a pusher pin (not shown), or a pusher pin may be provided as an auxiliary. In one example, a stepping motor is applied as the motor 17. In another example, various other motors such as a servo motor that can drive the filament driving roller 16 at an arbitrary speed are applicable as the motor 17. Additionally and / or alternatively, the material feeding device 8 can be configured to feed a plurality of filaments (a plurality of first continuous materials) FL to one head 4.
  • the filament driving roller 16 can include a tire-shaped roller and a filament holding groove formed on the outer peripheral surface of the roller and extending in the circumferential direction.
  • a gap for the filament FL is formed by the pair of filament holding grooves of the pair of filament driving rollers 16.
  • the filament driving roller 16 is disposed so that the filament FL disposed in the gap is sandwiched between the pair of rollers 16.
  • the rotational speed of the filament driving roller 16 is controlled according to the supply amount of the filament FL supplied from the nozzle 7 of the head 4, for example.
  • the fiber introduction device 9 is configured to feed the carbon fiber FB.
  • the carbon fiber FB is guided to the inlet of the nozzle 7 through the fiber introduction device 9.
  • the fiber introduction device 9 can have a fiber pushing structure similar to the filament pushing structure of the material feed device 8.
  • the fiber introduction device 9 includes a pair of fiber drive rollers (gears) 18 that function as a feeder for feeding fibers, and a motor 19 that drives at least one of the pair of fiber drive rollers 18.
  • the control device 5 is configured to control the material feed device 8 and the fiber introduction device 9 individually.
  • One of the drive rollers 18 may be replaced with a pusher pin, or a pusher pin may be provided as an auxiliary.
  • the motor 19 can be omitted.
  • a fiber element in the carbon fiber FB a PAN-based (Polyacrylonitrile) carbon fiber that is a carbon fiber using an acrylic fiber can be employed.
  • a Pitch-based carbon fiber can be used as the fiber element.
  • glass fiber, aramid fiber (such as Kevlar), or a fiber bundle made of fibers used for a fiber-reinforced composite material can be used.
  • the kind of fiber is not limited to the above.
  • the fiber introduction device 9 can be configured to feed a plurality of fibers FB (a plurality of second continuous materials) FB to one head 4.
  • the fiber introduction device 9 may have a comb member (not shown) arranged to arrange the flow of the fibers FB (or fiber elements).
  • the comb members are arranged to reduce or eliminate twisting of the fibers FB (or fiber elements), or arranged to align or bundle the plurality of fibers FB (or fiber elements).
  • the carbon fiber FB when the carbon fiber FB is introduced from between the material feed device 8 and the filament heating device 21, the filament FL and the carbon at the rear position (upstream position) with respect to the nozzle 7.
  • the fibers FB are combined.
  • the position (bonding position) for introducing the carbon fiber FB is not limited to this.
  • the carbon fiber FB may be introduced between the nozzle 7 and the platform 3 (front position (downstream position) with respect to the nozzle 7).
  • the carbon fiber (composite fiber) FB includes a plurality of fiber elements and a support member.
  • a plurality of fiber elements are wound around the peripheral surface of the support member.
  • a plurality of fiber elements are supported by a linear support member.
  • a plurality of carbon fibers are fixed to the outer peripheral surface of the support member with an adhesive or the like.
  • the material for the support member include a resin (including a synthetic resin and a fluororesin), a metal, and a composite material including a plurality of elements.
  • the support member is made of a plastic such as POM (polyacetal resin).
  • POM polyacetal resin
  • the support member may be fed onto the platform 3 as part of the printing material.
  • the support member may be separated from the print material (fiber element) so that the support member is not fed onto the platform 3.
  • the carbon fiber FB may have a structure in which a plurality of fiber elements and a plurality of support members are twisted together.
  • the carbon fiber FB can have a structure having a plurality of fiber elements and a hollow type support member.
  • the carbon fiber FB can have a structure having a plurality of fiber elements and a multilayer support member.
  • the carbon fiber FB may have a structure in which the fiber element is accommodated inside the support member, or a structure in which the fiber element is covered with the support member (coating material).
  • the carbon fiber FB can have a structure in which a plurality of fiber elements are accommodated inside the support member, or a structure in which a plurality of fiber elements are covered with a support member (coating material).
  • the carbon fiber FB can have a structure in which the support member is omitted.
  • the carbon fiber FB has a relatively dense twisted yarn structure of a plurality of fiber elements.
  • the carbon fiber FB has a relatively sparse twisted yarn structure of a plurality of fiber elements.
  • the cutting device 10 includes a cutting unit that cuts the carbon fiber FB introduced by the fiber introduction device 9.
  • the cutting device 10 has a cutting unit disposed on the downstream side of the fiber introduction device 9 and on the upstream side of the nozzle 7.
  • the cutting unit has a rear cutting position (upstream cutting position) arranged rearward (upstream) with respect to a coupling position (for example, the nozzle 7) where the filament FL and the carbon fiber FB are connected.
  • the cutting unit (cutting device 10) is configured to cut the carbon fiber FB fed (for example, pushed) from the fiber introduction device 9.
  • the cutting unit can cut the carbon fiber FB at a timing based on an instruction from the control device 5.
  • the cutting device 10 includes a cutting unit disposed on the downstream side of the nozzle 7.
  • the cutting unit has a front cutting position (downstream cutting position) arranged forward (downstream) with respect to a bonding position (for example, the nozzle 7) where the filament FL and the carbon fiber FB are connected.
  • the cutting unit is configured to cut the print material pushed out from the nozzle 7.
  • the cutting unit can cut the print material containing the carbon fiber FB or the print material not containing the carbon fiber at a timing based on an instruction from the control device 5.
  • the cutting device 10 can have both a first cutting unit having a rear cutting position (upstream cutting position) and a second cutting unit having a front cutting position (downstream cutting position).
  • the first cutting unit can cut the carbon fiber FB at a timing based on an instruction from the control device 5.
  • the second cutting unit can cut the print material containing the carbon fiber FB or the print material not containing the carbon fiber FB at a timing based on an instruction from the control device 5.
  • the control device 5 selectively uses either the first cutting unit or the second cutting unit when cutting the carbon fiber FB. Alternatively, the control device 5 uses both the first cutting unit and the second cutting unit substantially simultaneously when cutting the carbon fiber FB.
  • the cutting device 10 can be a laser cutting device using a laser such as a YAG laser.
  • the cutting device 10 can apply a mechanical structure (cutter, roller cutter) having a saw (electric circular saw or the like) or a blade.
  • an ultrasonic cutting machine can be applied to the cutting device 10 (cutting unit).
  • the cutting device 10 (cutting unit) can apply gas cutting, arc cutting, plasma cutting, or the like.
  • arc cutting a voltage is applied to an electrode adjacent to the carbon fiber FB, and an arc is generated between the electrode and the carbon fiber.
  • the carbon fiber FB can be cut by the thermal energy of the arc.
  • a configuration in which a part of heat energy at the time of cutting is reused for a heating process such as heating of the filament FL can be applied.
  • a relative speed difference between the nozzle 7 and the platform 3 may be used.
  • control device 5 is configured to centrally control an operation device including elements such as the head 4 (head drive device 13), the platform 3 (platform drive device 11), and the cutting device 10.
  • the control device 5 includes a control program for controlling an operation device including the head 4 and the like, a storage device for storing 3D data of a structure, and a processor (processor, processing circuitry, circuitry).
  • the pressing means 30 has a pressing surface (contact surface, movable surface) 41 arranged so as to be able to contact the print material PM on the target surface (for example, the upper surface of the platform 3) 3a. It has a body 31.
  • the pressing means 30 pressing body 31
  • the means 30) can move relative to the target surface 3a (for example, two-dimensional movement in the XY plane and movement in the Z direction).
  • the first driving device (head driving device) 13 and / or the second driving device (platform driving device) 11 performs relative movement between the head main body 6 and the target surface 3a, and the pressing body 31 and the target surface.
  • the relative movement to 3a is performed.
  • the pressing body 31 is attached to an object other than the head body 6, and the pressing body 31 and the target surface are driven by another driving device (third driving device) and / or the second driving device (platform driving device) 11.
  • Relative movement with respect to 3a (for example, two-dimensional movement in the XY plane and movement in the Z direction) can be performed.
  • the pressing body 31 moves relative to the target surface 3a (platform 3) (for example, two-dimensional movement in the XY plane) substantially synchronously and / or asynchronously with the head body 6 (head 4). And movement in the Z direction).
  • the pressing means 30 is configured to allow movement of the pressing surface 41 of the pressing body 31 with respect to the head 4 (head body 6).
  • the pressing body 31 is movably attached to the head body 6.
  • the pressing body 31 is attached to another object so that the pressing body 31 is movable with respect to the head body 6.
  • the pressing surface 41 is disposed so as to face the target surface 3a, and at least one of the position and posture of the pressing surface 41 with respect to the head 4 (head body 6, discharge position) can be changed.
  • the printing material PM is disposed between the pressing surface 41 and the target surface 3a in a state where the pressing surface 41 is in contact with the printing material PM.
  • the distance from the pressing surface 41 from the target surface 3a can be set to be equal to or smaller than the thickness of the printing material PM on the target surface 3a.
  • the pressing means 30 can be configured such that at least a part of the weight of the pressing means 30 acts on the print material PM on the target surface 3 a via the pressing surface 41.
  • the pressing means 30 can be configured such that the force from the pressurizing means (spring, elastic body, fluid pressure supply device, etc.) 37 acts on the print material PM on the target surface 3 a via the pressing surface 41.
  • the pressing surface 41 of the pressing body 31 moves in a predetermined direction with respect to the head main body 6.
  • the moving direction can have at least one of an X direction, a Y direction, a Z direction, a ⁇ X direction, a ⁇ Y direction, and a ⁇ Z direction. That is, in the pressing means 30, the position of the pressing surface 41 with respect to the head body 6 can be changed.
  • the posture of the pressing surface 41 of the pressing body 31 changes with respect to the head body 6.
  • the posture of the pressing surface 41 changes in a state where the position of the pressing body 31 with respect to the head body 6 is substantially fixed.
  • the position of the pressing body 31 changes and the posture of the pressing surface 41 changes.
  • the pressing means 30 can be configured such that the pressing body 31 can move freely without a driving device.
  • the pressing unit 30 can include a driving device 34 that drives the pressing body 31 and / or the contact surface 40a.
  • the pressing means 30 can be configured such that the pressing body 31 can freely move in a predetermined direction, and the movement of the pressing body 31 and / or the contact surface 40 a in another direction is controlled by the driving device 34.
  • the pressing surface 41 of the pressing body 31 rotates with respect to the head body 6.
  • a rotating body (roller, pressing roller, rotating contact body) 31 rotates about a predetermined point 6a on the head 4 (head body 6) or other object.
  • the rotating body 31 is rotatably arranged and has a pressing surface 41 that includes at least a part of the peripheral surface of the rotating body 31.
  • the pressing means 30 can be configured such that the rotating body 31 can be freely rotated without a driving device.
  • the pressing unit 30 can include a driving device 34 that drives the rotation of the pressing body 31.
  • the pressing means 30 can be configured such that the pressing body 31 can freely rotate in a predetermined direction and the rotation of the pressing body 31 in another direction is controlled by the drive device 34.
  • FIGS. 2A, 2B, and 2C can be appropriately combined.
  • the three-dimensional printing apparatus can have a heating unit (preheater, second heating unit) 50 for heating the print material PM on the target surface 3 a in the vicinity of the pressing body 31. At least a part of the heating unit 50 is provided separately from the filament heating device (first heating unit) 21.
  • the heating unit 50 can be configured to heat the pressing body 31. That is, the heating unit 50 can be configured to heat the print material PM mainly through the pressing surface 41 of the pressing body 31. The heat of the heating unit 50 is transmitted to the print material PM through the pressing surface 41 of the pressing body 31 and / or the surface in the vicinity thereof. As a result, the print material PM (resin) is softened and / or melted.
  • the heating unit 50 can be configured to heat the print material PM directly.
  • the three-dimensional printing apparatus can include a heating unit (preheater, third heating unit) 51 for mainly heating the carbon fiber FB. At least a part of the heating unit 51 is provided separately from the filament heating device (first heating unit) 21.
  • heating units 50 and 51 are applicable. Examples of the heating method include hot wire heating, high frequency heating, induction heating, ultrasonic heating, gas heating, laser heating and the like.
  • the heating units 50 and 51 can heat the pressing body 31 or the carbon fiber FB using a heating wire (such as a nichrome wire).
  • a heating wire such as a nichrome wire
  • a part in contact with the pressing body 31 or the carbon fiber FB is used as an electrode, and the carbon fiber FB is heated through the part.
  • the laser light from the laser unit is applied to the print material PM or the carbon fiber FB.
  • the heated gas is supplied directly to the print material PM or the carbon fiber FB.
  • the print material PM or the carbon fiber FB can be heated using the thermal energy of laser light or gas.
  • the laser unit can be used as a cutting unit for the carbon fiber FB by controlling the output.
  • the three-dimensional printing apparatus can include all the heating units 40, 50, 51 described above. In another example, the three-dimensional printing apparatus may include a heating unit 50 and omit at least one of the other heating units 40 and 51.
  • the configuration of the nozzle 7 can be simplified.
  • the nozzle 7 can be configured to use no cylindrical member (substantially nozzle-less structure or a configuration using a member (for example, a roller) other than the cylindrical member as the nozzle). This is advantageous for suppressing problems such as material clogging in the nozzle 7.
  • the pressing means 30 can have a plurality of pressing bodies 31. 4A, the pressing means 30 has a first pressing body 31A disposed at the front position and a second pressing body 31B disposed at the rear position in the print progress direction PD.
  • the pressing surface 41A of the first pressing body 31A comes into contact with the uppermost print material PM disposed on the target surface 3a in the past.
  • the pressing surface 41B of the second pressing body 31B comes into contact with the print material PM immediately after being disposed on the target surface 3a.
  • the three-dimensional printing apparatus includes a heating unit 50A for heating the print material PM on the target surface 3a in the vicinity of the first pressing body 31A and a target surface 3a in the vicinity of the second pressing body 31B.
  • a heating unit 50B for heating the printing material PM for heating the printing material PM.
  • the amount of heat supplied can be substantially the same between the heating unit 50A and the heating unit 50B.
  • a difference in the amount of supplied heat can be set between the heating unit 50A and the heating unit 50B.
  • the upper layer print layered by the heat from the heating unit 50B, mainly in the vicinity of the surface of the lower layer printing material PM, which is partially softened and / or melted by the heat from the heating unit 50A.
  • the material PM is set to be softened and / or melted as a whole. Controlling the amount of heat is advantageous for improving the adhesion and adhesion between the print materials PM.
  • the pressing means 30 has a second pressing body 31B and a third pressing body 31C, both of which are arranged at the rear position in the print progress direction PD.
  • the pressing surface 41B of the second pressing body 31B is in contact with the printing material PM
  • the pressing surface 41C of the third pressing body 31C is in contact with the printing material PM.
  • the second pressing body 31B has substantially the same shape as the third pressing body 31C.
  • the shape is different between the second pressing body 31B and the third pressing body 31C.
  • the second pressing body 31B can be a rotating body
  • the third pressing body 31C can be a rotating body having a larger or smaller diameter than the second pressing body 31B.
  • the pressing means 30 can be configured such that both pressing bodies 31B and 31C can move freely without a driving device.
  • the pressing unit 30 may include a driving device 34 that drives at least one of the pressing bodies 31B and 31C.
  • the pressing means 30 can be configured so that both weights of the pressing bodies 31B and 31C act on the print material PM without any pressurizing means.
  • the pressing unit 30 can be configured such that the force from the pressurizing unit 37 acts on the print material PM via at least one of the pressing bodies 31B and 31C.
  • the three-dimensional printing apparatus can include a heating unit 50 for heating the print material PM on the target surface 3a in the vicinity of one of the pressing bodies 31B and 31C.
  • the three-dimensional printing apparatus can include a heating unit 50 for heating the print material PM on the target surface 3a in the vicinity of each of the pressing bodies 31B and 31C.
  • the position of the pressing body 31, the pressure applied by the pressing body 31, the movement of the pressing body 31, the heating of the material in the vicinity of the pressing body 31, and the like can be comprehensively controlled by the control device 5.
  • the condition (pressing condition) when the pressing surface 41 of the pressing body 31 is pressed against the printing material PM is continuously maintained substantially constant as the printing process proceeds.
  • the pressing body 31 is constantly pressed against the printing material PM.
  • a temporary, periodic, vibrational, or intermittent pressing operation is set.
  • the pressurization value in the pressing operation or other conditions changes.
  • the pressurization is set to be relatively high, and as a result, the adhesion / adhesion of the print material PM Is improved.
  • the number of pressing bodies 31 can be 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 or more.
  • the pressing surface 41 of the pressing body 31 can be made flat or have a surface shape with irregularities. Unevenness on the surface of the pressing surface 41 is transferred to the print member PM.
  • the pressing surface 41 of the pressing body 31 can have a corrugated shape or a satin shape.
  • the pressing body 31 can have a shape like a gear tooth.
  • the pressing of the printing material PM by the pressing body 31 is advantageous for the material arrangement having high adhesion and adhesion on the target surface 3a. Further, as a result of prompting the supply of the print material from the head 4 toward the target surface 3a, the supply failure of the print material in the head 4 such as nozzle clogging is suppressed. Furthermore, such a pressing operation is advantageous for improving the quality (such as mechanical characteristics) of the molded product. For example, it is possible to improve the impregnation rate of the fibers with respect to the resin and to suppress the gaps between the print materials (voids in the laminated structure). Further, the smoothness of the surface properties of the laminated surface and the molded product can be improved, and the unevenness of fibers in the resin can be suppressed. Heating the printing material in the vicinity of the pressing body 31 is advantageous for speeding up the molding and simplifying the apparatus.
  • the pressing means 30 is attached to the tip portion 23 of the nozzle 7.
  • the pressing means 30 causes the platform to discharge the filament FL discharged from the discharge port 23 a behind and below the discharge port 23 a of the nozzle 7. 3 is pressed.
  • the pressing means 30 includes a rotating body 31 that is rotatably supported by the nozzle 7. A plurality of the rotators 31 are arranged around the discharge port 23a.
  • the plurality of rotating bodies 31 are arranged in an annular shape around the center O of the discharge port 23a.
  • the plurality of rotating bodies 31 are rotatably supported via the wire shaft 32.
  • the wire shaft 32 is formed in an annular shape that penetrates the plurality of rotating bodies 31. Portions facing the platform 3 on the peripheral surfaces (pressing surfaces) of the plurality of rotating bodies 31 are movable in the radial direction around the discharge port 23a. Further, the plurality of rotating bodies 31 can rotate independently of the wire shaft 32.
  • the main part of the wire shaft 32 is supported by a support member 33.
  • the support member 33 grips the wire shaft 32 exposed between the adjacent rotating bodies 31.
  • a plurality of the support members 33 are provided at intervals in the circumferential direction of the wire shaft 32.
  • the support member 33 is suspended downward from the side of the tip 23 of the nozzle 7.
  • the wire shaft 32 is detachably attached to the support member 33.
  • an arc-shaped fitting groove for example, a cylindrical member cut in a straight line along the axial direction and made elastically deformable so as to open the cut
  • the shaft 32 can be easily attached and detached.
  • Rotating body 31 is a roller having a circumferential surface with a predetermined width.
  • the filament FL can be uniformly pressed with a constant width without giving a discharge resistance.
  • a spherical shape, an elliptical shape, a barrel shape, or the like can be employed as the rotating body 31 .
  • the rotary body 31 you may arrange
  • a surface treatment or minute unevenness may be formed on the peripheral surface of the rotating body 31 so that the filament FL is easily separated from the peripheral surface of the rotating body 31.
  • the peripheral surface of the rotator 31 may be coated with fluorine, or the peripheral surface of the rotator 31 may be formed of a porous ceramic or the like, and minute irregularities may be formed on the peripheral surface of the rotator 31.
  • the peripheral surface of the rotating body 31 may have a dimple structure like the surface of a golf ball.
  • the rotating body 31 presses the filament FL discharged from the discharge port 23 a against the platform 3 below the discharge port 23 a of the nozzle 7. That is, the distance D2 from the lower end of the rotating body 31 to the platform 3 is smaller than the distance D1 from the discharge port 23a platform 3 to the discharge port 23a.
  • the distance D2 is managed to be smaller than the width W (the diameter of the discharge port 23a) in which the filament FL is discharged in order to press the filament FL against the platform 3.
  • the distance D2 is about 60% to 90% of the width W, and preferably about 70% to 80% of the width W.
  • the above numerical value is an example, and the present invention is not limited to this.
  • the user when using the three-dimensional printing apparatus 1, the user prepares three-dimensional data of a structure as shown in the flowchart of FIG. 7 (step 101).
  • the three-dimensional data may include various parameters (mixing parameters) for specifying the blending state of the filament and the carbon fiber, including the position where the carbon fiber is contained, in addition to the parameters that specify the shape of the structure. it can.
  • the user inputs the shape data of the structure to the storage device of the control device 5.
  • the shape data is three-dimensional data (three-dimensional model data), which is sliced by a control program and converted into a stack of two-dimensional data. Furthermore, the printing process in the two-dimensional data of each layer is determined by the control program.
  • the control program determines the travel route of the nozzle 7 based on the determined two-dimensional data.
  • control device 5 feeds the filament FL and the carbon fiber FB, and laminates the material on the platform 3 (step 102). That is, the control device 5 moves the head 4 by controlling the head driving device 13 in accordance with the determined travel path of the nozzle 7. At the same time, the material feed device 8 and the fiber introduction device 9 of the head 4 are controlled to discharge the filament FL and impregnate the filament FL with the carbon fiber FB. At this time, the filament FL can be softened by the filament heating device 21.
  • the fiber introduction device 9 is controlled so as to be synchronized with the material feed device 8, and the softened filament FL is impregnated into the carbon fiber FB introduced into the cylindrical portion 22 of the nozzle 7.
  • a filament FL containing carbon fibers softened print material
  • the print material is drawn and printed in a predetermined pattern on the platform 3.
  • the print material on the platform 3 is pressed against the pressing surface in a state where the movement of the pressing surface of the rotating body 31 with respect to the head 4 is allowed.
  • the filament FL disposed on the platform 3 is heated by a platform heating device (not shown), and the softened state of the filament FL is maintained.
  • control device 5 controls the cutting device 10 so that the carbon fiber FB is not supplied to a portion that does not require the carbon fiber. Specifically, the carbon fiber FB introduced from the fiber introduction device 9 is cut and the introduction of the carbon fiber FB is stopped based on the three-dimensional data in which the position to contain the carbon fiber is designated. Thereby, the structure containing the fiber part in which the carbon fiber FB is introduced and the resin part formed only with the resin can be manufactured. By solidifying the laminated structure formed by the lamination process, a three-dimensional structure (fiber-containing object) is formed (step 103).
  • FIG. 8 is a plan view showing an example of a travel route of the nozzle 7.
  • the travel path of the nozzle 7 is a right angle including the first straight line portion L1, the second straight line portion L2, and the bent portion L12 connecting the first straight line portion L1 and the second straight line portion L2. It is a travel route.
  • Fig.8 (a) shows the arrangement
  • FIG. 8B shows the travel path of the nozzle 7 not provided with the pressing means 30 and the arrangement state of the filaments FL discharged along the travel path.
  • the filament FL discharged from the nozzle 7 is caused by the viscosity of the resin on the surface when discharged onto the platform 3 (attracted). Tension is applied to the carbon fiber bundle C, and the carbon fiber bundle C is continuously pulled out from the nozzle 7.
  • the filament FL immediately after being discharged from the discharge port 23 a is in a state of being floated or lightly attracted to the platform 3. For this reason, when the nozzle 7 bends from the first straight line portion L1 to the second straight line portion L2, the filament FL that is floated or lightly attracted is pulled by the nozzle 7 and peeled off, and is spaced apart from the bent portion L12. It will be.
  • the pressing means 30 when the pressing means 30 is provided, the pressing means 30 is located behind and below the discharge port 23a of the nozzle 7 that continuously discharges the filament FL onto the platform 3 (see FIG. 8). 5), the filament FL discharged from the discharge port 23a is pressed against the platform 3. Thereby, the filament FL can be reliably bonded along the traveling path. Therefore, as shown in FIG. 8A, the filament FL can be disposed along the bent portion L12, and a product having a complicated shape including a right angle and an acute angle (for example, a honeycomb structure) can be manufactured. Become.
  • the carbon fiber bundle C can be satisfactorily pulled out from the nozzle 7 by reliably adhering the filament FL to the platform 3 by the pressing means 30, and clogging of the nozzle 7 is suppressed. be able to. Further, when a void (bubble) is included in the filament FL, the void can be released to the outside by the pressing of the pressing means 30, so that the quality of the product can be improved.
  • a void bubble
  • a plurality of rotating bodies 31 are arranged around the discharge port 23a, and the plurality of rotating bodies 31 are rotatable in a radial direction around the discharge port 23a. Even if the nozzle 7 moves in any direction on the plane, any one of the plurality of rotating bodies 31 is arranged behind the nozzle 7, and the filament FL discharged from the discharge port 23a can be pressed against the platform 3. .
  • the three-dimensional printing apparatus 1 includes the nozzle 7 capable of continuously discharging the filament FL on the platform 3 and the nozzle 7 at least intersecting the platform 3.
  • the header driving device 13 is moved relative to the plane formed along the plane formed by the first axis (X axis) and the second axis (Y axis), and the nozzle 7 is moved in the plane direction with respect to the platform 3 by the header driving device 13.
  • the three-dimensional printing apparatus 1 includes a pressing unit 30 ⁇ / b> A having a rotating body moving unit 34.
  • the rotating body moving means 34 changes the position of the rotating body 31 around the Z axis around the discharge port 23a of the nozzle 7 (roll movement of the rotating body 31 around the Z axis).
  • the pressing means 30 ⁇ / b> A has a single rotating body 31.
  • the nozzle 7 moves (movement of the head 4 in the XY plane)
  • the pressing body 31 moves around the nozzle 7 in the circumferential direction via the rotating body moving means 34 so that the print follows the nozzle 7.
  • a rotating body 31 is arranged behind the nozzle 7 in the traveling direction.
  • a bearing in which an inner ring is detachably fitted to the peripheral surface of the nozzle 7 can be exemplified.
  • a rotating body 31 is attached to the outer ring of the bearing.
  • the rotating body 31 can be moved to the rear of the nozzle 7.
  • the number of the rotary bodies 31 can be reduced and the weight of the nozzle 7 can be reduced.
  • the rotary body 31 can be brought close to the discharge outlet 23a compared with the form of FIG.
  • the rotating body moving means 34 employs a configuration in which a weight is attached to the rotating body 31 and the inertial force accompanying the movement of the nozzle 7 is used to promote the movement of the rotating body 1 to the rear of the nozzle 7. Also good. Further, as the rotating body moving means 34, a large disk is attached to both shaft portions of the rotating body 31, and the rotating body 31 is rotated on the platform 3 so that the rotating body 31 is a nozzle like a caster. 7 may be adopted. In addition, a configuration may be adopted in which a driving unit such as a motor is provided in the rotating body moving means 34 and the rotating body 31 is moved to the rear of the nozzle 7 by electrical driving.
  • a driving unit such as a motor
  • FIG. 10 shows a modification of the embodiment of FIG.
  • the same or equivalent components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.
  • the pressing means 30 ⁇ / b> B is configured such that the rotating body 31 can roll around the Z axis around the discharge port 23 a of the nozzle 7, and the rotating body 31 can swing around the axis orthogonal to the Z axis. It is comprised so that it may become.
  • the pressing unit 30 ⁇ / b> B includes a single rotating body 31, a rotating body moving unit 34 similar to that in FIG. 9, and a swing mechanism 35.
  • the swing mechanism 35 includes a swing arm 35 a having a first end that supports the central shaft of the rotating body 31 and a second end connected to the rotational movement means 34. At the second end, the swing arm 35 a is rotatably supported with respect to the rotational movement means 34. In the configuration of FIG.
  • the pressing body 31 comes into contact with the platform 3 or the print material PM on the platform 3, and the swing arm 35 a
  • the pressing body 31 supported by the first end of the swing arm 35a is swing-moved around the second end.
  • the rotating body 31 is disposed behind the nozzles 7 in the print traveling direction PD.
  • the weight of at least a part of the pressing means 30B acts on the print material PM on the target surface 3a via the pressing surface 41.
  • a pressing operation can be realized against the print material PM on the target surface 3 a with a simple configuration using one rotating body 31.
  • a material arrangement having high adhesion and adhesion on the target surface 3a is realized, and a printing material supply failure in the head 4 is suppressed.
  • a configuration may be adopted in which the wire shaft 32 described above is formed in a hollow structure and a rotating body 31 is heated by passing a heater (heating wire).
  • a heater heating wire
  • the several rotary body 31 is arrange
  • the structure which covers the clearance gap between the rotary bodies 31 with the outer side rotary body 31 may be sufficient.
  • the some rotary body 31 may have another rotating shaft, respectively. That is, a configuration in which the wire shaft 32 is divided may be employed.
  • the rotating body 31 is illustrated as the pressing unit 30.
  • a non-rotating pressing unit such as a leaf spring may be employed.
  • the platform 3 in order to enable the three-dimensional arrangement of the filament FL and the carbon fiber bundle C, the platform 3 can be moved up and down and the head 4 can be moved horizontally.
  • the head 4 in order to enable the three-dimensional arrangement of the filament FL and the carbon fiber bundle C, the head 4 is movable up and down and horizontally by, for example, a robot arm, while the platform 3 is fixed. It can be set as such a structure. Moreover, it is good also as a structure which fixes the head 4 while making the platform 3 movable vertically and horizontally.
  • Various configurations can be applied as a unit capable of freely controlling the relative position and posture (tilt, rotation angle, etc.) between the platform 3 and the head 4.
  • the carbon fiber is used as the fiber impregnated with the filament FL.
  • the fiber is not limited to this as long as it functions as a reinforcing material.
  • glass fiber, resin fiber, or aramid fiber can be used.
  • the fibers can include first fibers and second fibers that are different from each other.
  • the fibers can include first fibers and second fibers that are similar in material and have different shapes and / or structures and twisting conditions.
  • the fiber can also include three or more types of fiber elements.
  • Fiber is not limited to functioning as a reinforcing material.
  • Functions added / controlled by the fiber include, for example, physical functions (stiffness, weight, flexibility, toughness, extensibility, elasticity, bending strength, partial reinforcement (density, strength due to tissue structure), and wear resistance. ), Electrical functions (chargeability, conductivity, etc.), optical functions (transparency, gloss, color, UV cut, reflection, letters, patterns, appearance, etc.), chemical functions (flame retardant, antibacterial) Properties, acid resistance, alkali resistance, chemical resistance, substance absorbability, metal adsorption, weather resistance, thermal characteristics, heat retention, cold retention, etc.).
  • a plurality of fiber introduction devices 9 may be provided to introduce a plurality of carbon fibers FB into the filament FL.
  • the carbon fiber FB may be introduced from one fiber introduction device 9 and the glass fiber may be introduced from the other fiber introduction device 9.
  • carbon fiber can be introduced into a portion where rigidity is required, and glass fiber can be introduced into a portion where ductility is required.
  • a thermoplastic resin is used as the resin as the base body constituting the filament FL.
  • other resins can be used as long as the softened state and the cured state can be artificially controlled. is there.
  • a photo-curing resin may be employed and the softened resin may be cured by the action of light energy.
  • the resin as the base material can include a first resin and a second resin that are different from each other.
  • the resin as the base material may include a first resin and a second resin that are similar in material and have different shapes and / or structures.
  • the resin as the base material can also include three or more types of resin elements.
  • the filament FL as the first continuous material and the carbon fiber FB as the second continuous material are individually fed to the head 4, and the filament FL and the carbon fiber FB are inside or near the nozzle 7.
  • a configuration in which the coupling position is coupled to the head 4 rearward (upstream) can be applied.
  • a configuration in which a continuous material in which the filament FL and the carbon fiber FB are combined in advance is fed to the head 4 can be applied.
  • the carbon fiber FB is introduced into the filament FL.
  • the pressing means described above may be applied even when the filament FL (resin) alone is discharged. That is, the three-dimensional printing apparatus 1 can stop the introduction of the carbon fiber FB, and can manufacture a structure including a fiber part into which the carbon fiber FB is introduced and a resin part that is formed of only a resin.
  • voids of the resin filament can be reduced by pressing the pressing means, so that the strength of the structure can be improved.
  • the three-dimensional printing apparatus includes a nozzle capable of continuously discharging linear filaments including resin and fibers on an object to be ejected, and the nozzle at least on the object to be ejected.
  • the moving means that moves relatively in the plane direction along the plane formed by the first axis and the second axis that intersect each other,
  • a pressing unit that presses the filament discharged from the discharge port against the discharge target behind and below the discharge port of the nozzle.
  • the pressing means may include a rotating body that is rotatably supported by the nozzle.
  • a plurality of the rotating bodies may be disposed around the discharge ports, and the plurality of rotating bodies may be rotatable in a radial direction around the discharge ports.
  • the pressing unit may include a rotating body moving unit that moves the rotating body to the rear of the nozzle.
  • the pressing means disposed behind the nozzle that continuously discharges the linear filament containing the resin and the fiber onto the object to be discharged is located behind the nozzle outlet. And below, the filament discharged from the said discharge outlet is pressed against a to-be-discharged object.
  • the filament can be reliably bonded to the object to be discharged, the filament can be dragged out from the nozzle satisfactorily, and peeling of the filament from the object to be discharged can be suppressed. Therefore, clogging of a nozzle that discharges a linear filament containing resin and fibers is suppressed, and a three-dimensional printing apparatus that can manufacture a product having a complicated shape is obtained.
  • SYMBOLS 1 Three-dimensional printing apparatus, 4 ... Head, 5 ... Control apparatus (controller), 6 ... Head main body, 7 ... Nozzle, 9 ... Fiber introduction apparatus (fiber introduction means), 10 ... Cutting apparatus (cutting means), 11 ... Platform drive device, 13 ... head drive device (moving means), 23a ... discharge port, 30, 30A, 30B ... pressing means, 31 ... rotating body, 34 ... rotating body moving means, 41 ... pressing surface, FB ... carbon fiber ( Fiber), FL ... filament (resin), PM ... printing material.

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Abstract

３次元プリンティング装置（１）は、線状のプリント材料がフィードされるヘッド（４）と、ヘッド（４）とターゲット面（３ａ）との間の相対移動を行う駆動装置と、コントローラと、ターゲット面（３ａ）上のプリント材料に当接可能に配される押付面（４１）を有する押付手段（３０）と、を備える。押付手段（３０）は、ヘッド（４）に対する押付面（４１）の動きを許容するように構成されている。

Description

３次元プリンティング装置及び３次元プリンティング方法
　本発明は、プリント材料を連続的に配置した後、固化させることによって構造物を形成する３次元プリンティング装置及び３次元プリンティング方法に関する。
　本願は、２０１６年２月２９日に出願された特願２０１６－０３７４３７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　例えば、立体的な形状を有する物体を造形する装置として、３次元プリンティング装置が知られている（例えば特許文献１参照）。３次元プリンティング装置は、比較的高いコストのかかる金型や治具などを必要とせずに三次元形状の物体を容易に造形することができ、また、既存技術では形成が難しい三次元形状の物体も造形することができる。３次元プリンティング装置の中でも、熱で融解した樹脂を少しずつ積み重ねていく熱溶解積層方式は、装置の製造コストが比較的低いため、製造業において部品の試作などに使用されている。
　一方で、金属材料よりも比剛性や比強度に優れる炭素繊維強化プラスチック（Carbon-fiber-reinforced plastic，ＣＦＲＰ）や、炭素繊維強化熱可塑プラスチック（Carbon-fiber-reinforced thermoplastics，ＣＦＲＴＰ）は、例えば、燃費削減のために軽量化が求められる自動車への適用が進められている。３次元プリンティング装置を用いてＣＦＲＴＰ部品を成形することができれば、成形コストの削減を図ることはもちろん、複雑形状の造形も可能となる。
特表２００５－５３１４３９号公報
　ところで、現状の熱溶解積層方式の３次元プリンティング装置では、加熱して軟化した樹脂と繊維とのフィラメントをノズルから押し出す機構となっているが、ノズルが目詰まりを起こすことがあった。すなわち、この３次元プリンティング装置では、実際には、被吐出対象物の上に吐出された（引き付いた）フィラメントの表面にある樹脂の粘性によって当該樹脂に含浸した繊維に張力が付与され、ノズルから連続的に繊維を引きずり出しているという実態がある。フィラメントが被吐出対象物に対し接着不十分であると、繊維の引きずり出しが上手くいかず、繊維がノズルで目詰まりを起こす。
　また、フィラメントが被吐出対象物に対し接着不十分であると、直角や鋭角の曲がり部をプリントする際に、フィラメントが被吐出対象物から剥がれて、当該曲がり部に沿ってフィラメントを配置することが困難になる。このため、直角や鋭角の曲がり部を含む複雑形状の製品を製造することができなかった。
　本発明にかかる態様の目的は、プリント材料の供給不良を抑制し、複雑形状の製品を製造することができる３次元プリンティング装置及び３次元プリンティング方法を提供することにある。
　本発明の一態様によれば、線状のプリント材料がフィードされるヘッドと、前記ヘッドとターゲット面との間の相対移動を行う駆動手段と、コントローラと、前記ターゲット面上の前記プリント材料に当接可能に配される押付面を有する押付手段と、を備え、前記押付手段は、前記ヘッドに対する前記押付面の動きを許容するように構成されている、三次元プリンティング装置が提供される。
　本発明の別の態様によれば、３次元モデルデータを用意する工程と、３次元モデルデータに基づいて、プリント材料を積層する工程であり、前記プリント材料をヘッドにフィードする工程と、前記ヘッドからの前記プリント材料をターゲット面上に描画する工程であり、前記ヘッドに対する押付面の動きが許容された状態で、前記ターゲット面上の前記プリント材料が前記押付面に押し付けられる、前記工程と、を含む、３次元プリンティング方法が提供される。
　本発明にかかる態様によれば、押付手段によりターゲット面上に材料が確実に配置される。その結果、プリント材料の供給不良が抑制され、複雑形状の製品を製造することができる３次元プリンティング装置が得られる。
一実施形態における３次元プリンティング装置の全体構成図である。 押付手段の例を示す模式図である。 加熱装置に関する構成の例を示す模式図である。 複数の押付体を備える構成の例を示す模式図である。 ノズルの先端部の構成例を模式的に示す断面図である。 押付手段の一例を示す平面図である。 ３次元プリンティング方法の一例を示すフローチャート図である。 （ａ）押付手段を備えるノズルの走行経路及びプリント材料の配置状態と、（ｂ）押付手段を備えないノズルの走行経路及びプリント材料の配置状態を示す平面図である。 別の実施形態における３次元プリンティング装置の構成図である。 ３次元プリンティング装置の変形例を示す模式図である。
　以下、本発明の実施形態の３次元プリンティング装置について図面を参照して説明する。図面において、説明の便宜上、いくつかの部分が拡大され又は省略されているが、図面に表されている各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
　一実施形態において、３次元プリンティング装置は、線状（糸状）のプリント材料（連続材料）を板状の被吐出対象物（ターゲット、ターゲット面）であるプラットホームの上に連続的に配置することによって構造物を形成する装置である。一例において、３次元プリンティング装置は、プリント材料を軟化状態でプラットホームに積層した後、固化させることによって、主に三次元構造物を形成する装置（３Ｄプリンタ、３次元プリンティングシステム）である。被吐出対象物（ターゲット、ターゲット面）には、プラットホームの他に、物体上に積層されたプリント材料の積層構造体（構造物）も含まれる。
　構造物の原材料となるプリント材料（フィラメント）は、主に、樹脂を含む、又は主に樹脂及び繊維を含むことができる。樹脂（樹脂フィラメント）として、例えば、ＰＬＡ樹脂（polylactic acid、ポリ乳酸）、ＡＢＳ樹脂、ナイロン樹脂、ＰＥＴ樹脂（polyethylene terephthalate）、アクリル樹脂などが挙げられる。一例において、プリント材料は、熱可塑性樹脂に、炭素繊維やガラス繊維などの強化繊維を含浸させ、線状に形成したものである。上記以外の熱可塑性樹脂もフィラメントとして適用可能である。例えば、予め樹脂に繊維を含浸させたフィラメントが、所定のリール（ボビン）に巻回された収容状態から取り出され、ノズルに供給される。プリント材料は、中心軸に沿って連続的に延在した連続材料にできる。一例において、プリント材料は、軸方向の全体にわたり同じ断面形状を有する。他の例において、プリント材料は、部分的に異なる断面形状を有することができる。プリント材料の断面形状として、円（又は楕円）に限定されず、様々な形状が適用可能である。プリント材料の収容状態は、巻回タイプに限定されない。
　一実施形態において、図１に示すように、３次元プリンティング装置１は、ケーシング２と、ケーシング２内に配置されたプラットホーム（支持部材、パッド）３と、プラットホーム３にフィラメントＦＬを供給するヘッド（プリンタヘッド）４と、制御装置（コントローラ）５と、押付手段（加圧手段、スムーザ、プッシャ）３０と、を主な構成要素として有している。図１において、矢印Ｚは鉛直方向（上下方向）を示し、矢印Ｘは水平方向の一方向を示し、矢印Ｙは水平方向であってＺ方向及びＸ方向に直交する方向を示している。
　一実施形態において、ヘッド４は、ヘッド本体６と、ノズル７と、ノズル７にフィラメント（樹脂材料、ベース材料、樹脂を含む第１連続材料）ＦＬをフィードする材料フィード装置（樹脂押込装置、材料フィーダ、第１フィーダ）８と、連続的に形成された炭素繊維（炭素繊維束、繊維、機能材料、繊維を含む第２連続材料）ＦＢをフィラメントＦＬに供給する繊維導入装置（繊維ガイドユニット、繊維フィーダ、第２フィーダ、繊維導入手段）９とを有する。また、３次元プリンティング装置１は、炭素繊維ＦＢを切断する切断装置（切断ユニット、カッター、切断手段）１０と、フィラメントＦＬを加熱するフィラメント加熱装置（樹脂軟化ユニット、ヒータ、第１加熱ユニット）２１とを有している。一例において、フィラメント加熱装置２１の少なくとも一部がノズル７に設けられている。一例において、材料フィード装置８は、ノズル７にフィラメントＦＬを押し込みながらフィラメントＦＬをフィードするように構成される。
　一実施形態において、ケーシング２は、箱形状の筐体である。一例において、ケーシング２の前面に、作業用の窓（開口）が設けられる。ケーシング２内には、プラットホーム３、ヘッド４などが収容されている。ケーシング２は、必要に応じて室内の環境を制御する環境制御ユニット（不図示）を備えることができる。
　一実施形態において、プラットホーム３は、ケーシング２の底面２ａと平行な矩形板（ベースプレート）を有する。プラットホーム３は、ヘッド４の下方であって、ケーシング２の底部近傍に配置されている。一例において、プラットホーム３は、プラットホーム駆動装置１１によってＺ方向（鉛直方向）に沿って上下移動可能に駆動される。一例において、プラットホーム３には、配置されたフィラメントＦＬを加熱するためのプラットホーム加熱装置（図示せず）が設けられている。換言すれば、プラットホーム３は、プラットホーム３上に配置されたフィラメントＦＬを加熱する機能を有している。プラットフォーム加熱装置として、プレートヒータ、面ヒータ等の他、プラットフォーム上の樹脂の温度を制御可能な様々な機構が適用可能である。
　一実施形態において、ヘッド４は、プラットホーム３上の任意の位置にフィラメントＦＬを配置する吐出装置（押出装置）としての機構を備える。一例において、ヘッド４は、樹脂を含む第１材料（フィラメントＦＬ）と繊維を含む第２材料（炭素繊維ＦＢ）とがフィードされるように構成されている。ヘッド４（ヘッド本体６）は、ヘッド駆動装置１３（移動手段）によってプラットホーム３に平行な平面（第１軸（Ｘ軸）と第２軸（Ｙ軸）によって形成される平面）に沿って少なくとも二次元に移動可能に構成されている。プラットホーム３が上下動自在であることによって、ヘッド４のノズル７（ヘッド本体６）とプラットホーム３との距離（及び相対位置関係）は自在に調整可能である。
　一実施形態において、ヘッド駆動装置１３は、プラットホーム３と平行な面上の任意の位置にヘッド４が移動可能となるように、ヘッド４を駆動する。例えば、プラットホーム３は、Ｚ軸方向（鉛直方向）に直交する支持面を有しており、ヘッド駆動装置１３は、ヘッド４を水平方向に移動させる。
　ヘッド駆動装置１３は、ヘッド４をプラットホーム３と平行な面上に沿う第一方向（Ｘ軸方向）に移動させるＸ軸駆動装置１４と、ヘッド４をプラットホーム３と平行な面上に沿う第一方向と直交する第二方向（Ｙ軸方向）に移動させるＹ軸駆動装置１５とを有する。一例において、Ｘ軸駆動装置１４とＹ軸駆動装置１５とは、ステッピングモータと、ボールねじなどの直動機構を組み合わせた構成を有することができる。
　ヘッド駆動装置１３は、様々なタイプを適用できる。例えば、ヘッド駆動装置１３は、ロボットアームを有することができる。一例において、ロボットアームを用いて、ヘッド４がプラットホーム３と平行な面に沿って移動可能である。別の一例において、ヘッド４は、三次元に移動可能、あるいは６自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θＸ、θＹ、θＺ）に移動可能に構成できる。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向におけるヘッド４とプラットフォーム３との相対的な位置関係に加え、傾き及び回転角度の少なくとも一部に関する姿勢が調整可能となるように、ヘッド４を構成できる。
　一例において、ヘッド４は、糸状のフィラメントＦＬをフィラメント加熱装置２１によってフィラメントの融点近傍まで加熱した後、ノズル７を用いて、軟化状態のフィラメントＦＬを所定の太さで吐出するように構成される。
　ノズル７は様々な形状を適用可能である。一実施形態において、ノズル７は、円筒状を有する筒部２２と、筒部２２の一端に設けられた先端部２３とを有している。先端部２３には、フィラメントＦＬを吐出する吐出口（開口、ノズル開口、出口開口）２３ａが設けられている。吐出口２３ａ（先端部２３）は、吐出するフィラメントＦＬの目標太さに応じて設定される。例えば、ノズル７を別のノズルに交換することで、ノズル開口を変更することができる。一例において、ノズル７には、後述する押付手段３０が取り付け可能である。ノズル７は、ヘッド本体６に取り付けることができる。追加的及び／又は代替的に、複数のノズル７を１つのヘッド４に設けることができる。ヘッド４における入口（入口ポート）の数と出口（出口ポート）の数は同じでもよく異なってもよい。
　フィラメント加熱装置２１は様々なタイプが適用可能である。一例において、フィラメント加熱装置２１は、その少なくとも一部が筒部２２の外周面に固定されている。フィラメント加熱装置２１の加熱方法としては、例えば、熱板加熱（面ヒータ、プレートヒータ、アルミ箔ヒーター）、高周波加熱、誘導加熱、超音波加熱、ガス加熱、レーザ加熱などが挙げられる。
　一実施形態において、材料フィード装置８は、フィラメントＦＬをフィードするように構成される。一例において、材料フィード装置８は、フィラメントＦＬをノズル７の入口ポートに押し込むように構成される。一例において、材料フィード装置８は、一対のフィラメント駆動ローラ（ギア）１６と、フィラメント駆動ローラ１６の少なくとも１つを駆動するモータ１７と、を有している。駆動ローラ１６の１つをプッシャーピン（不図示）に置換してもよく、又は補助的にプッシャーピンを設けてもよい。一例において、モータ１７として、ステッピングモータが適用される。他の例において、モータ１７として、フィラメント駆動ローラ１６を任意の速度で駆動可能な、サーボモータなど他の様々なモータが適用可能である。追加的及び／又は代替的に、材料フィード装置８は、１つのヘッド４に対して、複数のフィラメント（複数の第１連続材料）ＦＬをフィードするように構成できる。
　一例において、フィラメント駆動ローラ１６は、タイヤ形状のローラと、ローラの外周面に形成された周方向に延びるフィラメント保持溝とを有することができる。一対のフィラメント駆動ローラ１６の一対のフィラメント保持溝によってフィラメントＦＬのためのギャップが形成される。そのギャップ内に配置されたフィラメントＦＬが一対のローラ１６に挟まれるように、フィラメント駆動ローラ１６が配置されている。フィラメント駆動ローラ１６の回転速度は、例えば、ヘッド４のノズル７から供給されるフィラメントＦＬの供給量に応じて制御されている。
　一実施形態において、繊維導入装置９は、炭素繊維ＦＢをフィードするように構成される。一例において、繊維導入装置９を介して炭素繊維ＦＢがノズル７の入口に案内される。繊維導入装置９は、材料フィード装置８のフィラメント押込構造と同様の繊維押込構造を有することができる。一例において、繊維導入装置９は、繊維を送るフィーダとして機能する一対の繊維駆動ローラ（ギア）１８と、一対の繊維駆動ローラ１８の少なくとも１つを駆動するモータ１９と、を有している。一例において、制御装置５は、材料フィード装置８と繊維導入装置９とを個別に制御するように構成される。駆動ローラ１８の１つをプッシャーピンに置換してもよく、又は補助的にプッシャーピンを設けてもよい。他の例において、材料フィード装置８の駆動力によって炭素繊維ＦＢがフィードされる場合、モータ１９を省く構成とすることができる。炭素繊維ＦＢにおける繊維要素としては、一例において、アクリル繊維を使用した炭素繊維であるＰＡＮ系（Polyacrylonitrile）炭素繊維を採用することができる。他の例において、繊維要素としては、Ｐｉｔｃｈ系炭素繊維を用いることができる。炭素繊維に換えて、ガラス繊維、アラミド繊維(ケブラー等)、又は繊維強化複合材料に使用される繊維からなる繊維束等を用いることが可能である。繊維の種類は、上記に限定されない。追加的及び／又は代替的に、繊維導入装置９は、１つのヘッド４に対して、複数の繊維ＦＢ（複数の第２連続材料）ＦＢをフィードするように構成できる。追加的に、繊維導入装置９は、繊維ＦＢ（又は繊維要素）の流れを整えるように配置された櫛部材（不図示）を有することができる。一例において、櫛部材は、繊維ＦＢ（又は繊維要素）の捻じれを緩和する又は解消するように配置される、あるいは、複数の繊維ＦＢ（又は複数の繊維要素）を揃える又は纏めるように配置される。
　繊維導入装置９において、材料フィード装置８とフィラメント加熱装置２１との間から炭素繊維ＦＢを導入するように構成されている場合、ノズル７に対して後方位置（上流位置）において、フィラメントＦＬと炭素繊維ＦＢとが結合される。なお、炭素繊維ＦＢを導入する位置（結合位置）は、これに限定されない。例えば、ノズル７とプラットホーム３との間（ノズル７に対して前方位置（下流位置））にて炭素繊維ＦＢを導入する構成としてもよい。
　一例において、炭素繊維（複合繊維）ＦＢは、複数の繊維要素とサポート部材とを有する。サポート部材の周面に、複数の繊維要素が巻かれている。複数の繊維要素が線状のサポート部材によって支持されている。一例において、複数の炭素繊維がサポート部材の外周面に接着剤などによって固定されている。サポート部材の材料としては、例えば、樹脂（合成樹脂、フッ素樹脂を含む）、金属、複数要素からなる複合材などが挙げられる。一例において、サポート部材は、ＰＯＭ（ポリアセタール樹脂）などのプラスチックによって形成されている。サポート部材を形成する材料としては、弾性を有するものが好ましく、金属製のワイヤなどの採用も可能である。なお、サポート部材は、プリント材料の一部としてプラットホーム３上にフィードされてもよい。あるいは、プリント材料（繊維要素）からサポート部材を分離して、サポート部材がプラットホーム３上にフィードされないようにしてもよい。別の例において、炭素繊維ＦＢは、複数の繊維要素と複数のサポート部材とが一緒に撚糸された構造を有することができる。あるいは、炭素繊維ＦＢは、複数の繊維要素と、中空タイプのサポート部材とを有する構造を有することができる。あるいは、炭素繊維ＦＢは、複数の繊維要素と、多層型のサポート部材とを有する構造を有することができる。さらに別の例において、炭素繊維ＦＢは、サポート部材の内側に繊維要素が収容された構造、又は繊維要素がサポート部材（コーティング材）で覆われた構造を有することができる。あるいは、炭素繊維ＦＢは、サポート部材の内側に複数の繊維要素が収容された構造、又は複数の繊維要素がサポート部材（コーティング材）で覆われた構造を有することができる。さらに別の例において、炭素繊維ＦＢは、サポート部材を省いた構造を有することができる。炭素繊維ＦＢは、複数の繊維要素の比較的密な撚糸構造を有する。あるいは、炭素繊維ＦＢは、複数の繊維要素の比較的疎な撚糸構造を有する。
　一実施形態において、切断装置１０は、繊維導入装置９によって導入される炭素繊維ＦＢを切断する切断ユニットを有する。一例において、切断装置１０は、繊維導入装置９の下流側かつノズル７の上流側に配置された切断ユニットを有する。この場合、切断ユニットは、フィラメントＦＬと炭素繊維ＦＢとが結びつく結合位置（例えばノズル７）に対して後方（上流側）に配される後方切断位置（上流切断位置）を有する。切断ユニット（切断装置１０）は、繊維導入装置９からフィードされる（例えば、押し込まれる）炭素繊維ＦＢを切断するように構成されている。切断ユニットは、制御装置５からの指示に基づくタイミングで、炭素繊維ＦＢを切断することができる。他の例において、切断装置１０は、ノズル７の下流側に配置された切断ユニットを有する。切断ユニットは、フィラメントＦＬと炭素繊維ＦＢとが結びつく結合位置（例えばノズル７）に対して前方（下流側）に配される前方切断位置（下流切断位置）を有する。この場合、切断ユニットは、ノズル７から押し出される、プリント材料を切断するように構成されている。切断ユニットは、制御装置５からの指示に基づくタイミングで、炭素繊維ＦＢを含むプリント材料又は炭素繊維を含まないプリント材料を切断することができる。さらに別の例において、切断装置１０は、後方切断位置（上流切断位置）を有する第１切断ユニットと、前方切断位置（下流切断位置）を有する第２切断ユニットとの両方を有することができる。第１切断ユニットは、制御装置５からの指示に基づくタイミングで、炭素繊維ＦＢを切断することができる。第２切断ユニットは、制御装置５からの指示に基づくタイミングで、炭素繊維ＦＢを含むプリント材料又は炭素繊維ＦＢを含まないプリント材料を切断することができる。制御装置５は、炭素繊維ＦＢの切断に際し、第１切断ユニット及び第２切断ユニットのいずれかを選択的に使用する。あるいは、制御装置５は、炭素繊維ＦＢの切断に際し、第１切断ユニット及び第２切断ユニットの両方を実質的同時に使用する。
　切断装置１０としては、炭素繊維ＦＢを切断可能な様々なタイプが適用可能である。一例において、切断装置１０（切断ユニット）は、ＹＡＧレーザなどのレーザを用いたレーザ切断装置を適用できる。別の例において、切断装置１０（切断ユニット）は、鋸（電動丸鋸など）又はブレードを有する機械的な構成（カッター、ローラカッター）を適用できる。さらに別の例において、切断装置１０（切断ユニット）は、超音波切断機を適用できる。さらに別の例において、切断装置１０（切断ユニット）は、ガス切断、アーク切断、プラズマ切断等を適用できる。アーク切断の一例において、炭素繊維ＦＢに近接した電極に電圧が与えられ、電極と炭素繊維の間にアークが発生する。アークの熱エネルギーにより炭素繊維ＦＢを切断することができる。一例において、切断時の熱エネルギーの一部を、フィラメントＦＬの加熱などの加熱プロセスに再利用する構成を適用できる。なお、炭素繊維ＦＢ（プリント材料）の切断において、後述するように、ノズル７とプラットホーム３の間の相対速度差を利用してもよい。
　一実施形態において、制御装置５は、ヘッド４（ヘッド駆動装置１３）、及びプラットホーム３（プラットホーム駆動装置１１）、切断装置１０などの要素を含む動作装置を統括的に制御するように構成されたコンピュータを有する。具体的には、制御装置５は、ヘッド４などを含む動作装置を制御する制御プログラム、構造物の３Ｄデータなどを記憶する記憶装置、及び制御プログラムを実行するためのプロセッサ（processor, processing circuitry, circuitry）を有する。
　図２に示すように、押付手段３０は、ターゲット面（例えば、プラットホーム３の上面）３ａ上のプリント材料ＰＭに当接可能に配される押付面（当接面、可動面）４１を有する押付体３１を有する。一例において、押付手段３０（押付体３１）がヘッド本体６（ヘッド４）に取り付けられ、ヘッド駆動装置１３及び／又はプラットホーム駆動装置１１によって、ヘッド本体６（ヘッド４）とともに、押付体３１（押付手段３０）がターゲット面３ａに対して相対移動（例えばＸＹ平面における２次元移動、及びＺ方向の移動）可能である。すなわち、第１駆動装置（ヘッド駆動装置）１３及び／又は第２駆動装置（プラットホーム駆動装置）１１は、ヘッド本体６とターゲット面３ａとの間の相対移動を行うとともに、押付体３１とターゲット面３ａとの間の相対移動を行う。他の例において、押付体３１がヘッド本体６以外の物体に取り付けられ、他の駆動装置（第３駆動装置）及び／又は第２駆動装置（プラットホーム駆動装置）１１によって、押付体３１とターゲット面３ａとの間の相対移動（例えばＸＹ平面における２次元移動、及びＺ方向の移動）を行うことができる。この場合、押付体３１（押付手段３０）は、ヘッド本体６（ヘッド４）と実質同期的及び／又は非同期に、ターゲット面３ａ（プラットホーム３）に対して相対移動（例えばＸＹ平面における２次元移動、及びＺ方向の移動）するように構成できる。
　図２において、押付手段３０は、ヘッド４（ヘッド本体６）に対する押付体３１における押付面４１の動きを許容するように構成されている。一例において、押付体３１がヘッド本体６に移動自在に取り付けられる。他の例において、ヘッド本体６に対して押付体３１が移動自在になるように、押付体３１が別の物体に取り付けられる。押付手段３０において、押付面４１がターゲット面３ａと対向するように配されるとともに、ヘッド４（ヘッド本体６、吐出位置）に対する押付面４１の位置及び姿勢の少なくとも１つが変化可能にできる。
　また、図２において、押付面４１がプリント材料ＰＭに接する状態において、押付面４１とターゲット面３ａとの間にプリント材料ＰＭが配される。また、押付面４１がプリント材料ＰＭに接する状態において、ターゲット面３ａからの押付面４１からの距離は、ターゲット面３ａ上のプリント材料ＰＭの厚みと同程度又は小さく設定できる。押付手段３０は、押付手段３０の少なくとも一部の重みが押付面４１を介してターゲット面３ａ上のプリント材料ＰＭに作用するように構成できる。あるいは、押付手段３０は、与圧手段（スプリング、弾性体、流体圧供給装置など）３７からの力が押付面４１を介してターゲット面３ａ上のプリント材料ＰＭに作用するように構成できる。
　図２（ａ）において、ヘッド本体６に対して押付体３１における押付面４１が所定方向に移動する。移動方向は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、θＸ方向、θＹ方向、及びθＺ方向の少なくとも１つを有することができる。すなわち、押付手段３０において、ヘッド本体６に対する押付面４１の位置が変化可能にできる。図２（ｂ）において、ヘッド本体６に対して押付体３１における押付面４１の姿勢が変化する。一例において、ヘッド本体６に対する押付体３１の位置が実質的に固定された状態で、押付面４１の姿勢が変化する。他の例において、押付体３１の位置が変化するとともに、押付面４１の姿勢が変化する。姿勢変化の向きや態様は任意に設定できる。図２（ａ）及び（ｂ）において、押付手段３０は、駆動装置無しで、押付体３１の動きが自由であるように、構成できる。あるいは、押付手段３０は、押付体３１及び／又は接触面４０ａを駆動する駆動装置３４を有することができる。一例において、押付手段３０は、押付体３１の所定方向の動きが自由であり、押付体３１及び／又は接触面４０ａの別の方向の動きが駆動装置３４によって制御されるように、構成できる。図２（ｃ）において、ヘッド本体６に対して押付体３１における押付面４１が回転運動する。一例において、ヘッド４（ヘッド本体６）又は他の物体上における所定点６ａを中心に、回転体（ローラ、押付ローラ、回転接触体）３１が回転運動する。回転体３１は、回転自在に配されるとともに、回転体３１の周面の少なくとも一部を含む押付面４１を有する。押付手段３０は、駆動装置無しで、回転体３１の回転が自由となるように、構成できる。あるいは、押付手段３０は、押付体３１の回転を駆動する駆動装置３４を有することができる。一例において、押付手段３０は、押付体３１の所定方向の回転が自由であり、押付体３１の別方向の回転が駆動装置３４によって制御されるように、構成できる。上記の図２（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）の例は、適宜組み合わせ可能である。
　図３に示すように、３次元プリンティング装置は、押付体３１の近傍における、ターゲット面３ａ上のプリント材料ＰＭを加熱するための加熱ユニット（プレヒータ、第２加熱ユニット）５０を有することができる。加熱ユニット５０は、その少なくとも一部がフィラメント加熱装置（第１加熱ユニット）２１とは別に設けられる。一例において、加熱ユニット５０は、押付体３１を加熱するように構成できる。すなわち、加熱ユニット５０は、主に押付体３１の押付面４１を介して、プリント材料ＰＭを加熱するように構成できる。加熱ユニット５０の熱は、押付体３１の押付面４１及び／又はその近傍の面を介してプリント材料ＰＭに伝わる。その結果、プリント材料ＰＭ（樹脂）が軟化及び／又は溶融する。他の例において、加熱ユニット５０は、直接的にプリント材料ＰＭを加熱するように構成できる。また、３次元プリンティング装置は、主に炭素繊維ＦＢを加熱するための加熱ユニット（プレヒータ、第３加熱ユニット）５１を有することができる。加熱ユニット５１の少なくとも一部がフィラメント加熱装置（第１加熱ユニット）２１とは別に設けられる。
　加熱ユニット５０、５１は、様々なタイプが適用可能である。加熱方法としては、例えば、熱線加熱、高周波加熱、誘導加熱、超音波加熱、ガス加熱、レーザ加熱などが挙げられる。一例において、加熱ユニット５０、５１は、電熱線（ニクロム線など）を用いて押付体３１又は炭素繊維ＦＢを加熱することができる。あるいは、押付体３１又は炭素繊維ＦＢに接する部品が電極とされ、その部品を介して炭素繊維ＦＢが加熱される。あるいは、レーザユニットからのレーザ光がプリント材料ＰＭ又は炭素繊維ＦＢに照射される。あるいは、加熱ガスがプリント材料ＰＭ又は炭素繊維ＦＢに直接的に供給される。レーザ光又はガスの熱エネルギーを用いて、プリント材料ＰＭ又は炭素繊維ＦＢを加熱することができる。なお、レーザユニットは、出力を制御することにより、炭素繊維ＦＢの切断ユニットとして流用することが可能である。
　一例において、３次元プリンティング装置は、上述したすべての加熱ユニット４０、５０、５１を備えることができる。他の例において、３次元プリンティング装置は、加熱ユニット５０を備え、他の加熱ユニット４０、５１の少なくとも１つを省く構成にできる。３次元プリンティング装置において、加熱ユニット４０が省略される又は加熱ユニット４０での必要熱量が低く設定される場合、ノズル７の構成を簡略化できる。例えば、ノズル７における、筒状部材を用いない構成（実質的なノズルレス構造、又は、筒状部材以外の部材（例えばローラ）をノズルとして用いる構成）にできる。これはノズル７における材料詰まり等の不具合の抑制に有利である。
　図４に示すように、押付手段３０は、複数の押付体３１を有することができる。図４（ａ）において、押付手段３０は、プリント進行方向ＰＤにおける、前方位置に配される第１押付体３１Ａと、後方位置に配される第２押付体３１Ｂとを有する。第１押付体３１Ａの押付面４１Ａがターゲット面３ａ上に過去に配置された最上層のプリント材料ＰＭに接触する。第２押付体３１Ｂの押付面４１Ｂがターゲット面３ａ上に配置された直後のプリント材料ＰＭに接触する。一例において、３次元プリンティング装置は、第１押付体３１Ａの近傍における、ターゲット面３ａ上のプリント材料ＰＭを加熱するための加熱ユニット５０Ａと、第２押付体３１Ｂの近傍における、ターゲット面３ａ上のプリント材料ＰＭを加熱するための加熱ユニット５０Ｂとを有することができる。加熱ユニット５０Ａと加熱ユニット５０Ｂとの間で、供給熱量は実質的に同じにできる。あるいは、加熱ユニット５０Ａと加熱ユニット５０Ｂとの間で、供給熱量の差を設定できる。例えば、積層される２層のうち、加熱ユニット５０Ａからの熱により下層のプリント材料ＰＭの主に表面付近が部分軟化及び／又は部分溶融し、加熱ユニット５０Ｂからの熱により積層される上層のプリント材料ＰＭが全体的に軟化及び／又は溶融するように設定される。熱量の制御は、プリント材料ＰＭ同士の密着性・接着性の向上に有利である。
　図４（ｂ）において、押付手段３０は、第２押付体３１Ｂと第３押付体３１Ｃとを有し、その両方がプリント進行方向ＰＤにおける後方位置に配される。プリント工程において、第２押付体３１Ｂの押付面４１Ｂがプリント材料ＰＭに接した後に、第３押付体３１Ｃの押付面４１Ｃがプリント材料ＰＭに接する。一例において、第２押付体３１Ｂは、第３押付体３１Ｃと実質的に同じ形状を有する。他の例において、第２押付体３１Ｂと第３押付体３１Ｃとの間で、形状が異なる。例えば、第２押付体３１Ｂが回転体であり、第３押付体３１Ｃが第２押付体３１Ｂに比べて大又は小の直径を有する回転体にできる。一例において、押付手段３０は、駆動装置無しで、両方の押付体３１Ｂ、３１Ｃの動きが自由であるように、構成できる。他の例において、押付手段３０は、押付体３１Ｂ、３１Ｃの少なくとも１つを駆動する駆動装置３４を有することができる。一例において、押付手段３０は、与圧手段無しで、押付体３１Ｂ、３１Ｃの両方の重みがプリント材料ＰＭにそれぞれ作用するように構成できる。他の例において、押付手段３０は、与圧手段３７からの力が、押付体３１Ｂ、３１Ｃの少なくとも１つを介してプリント材料ＰＭに作用するように構成できる。例えば、押付体３１Ｂ、３１Ｃの一方が自重によりプリント材料ＰＭに押接され、押付体３１Ｂ、３１Ｃの他方が与圧手段３７からの力によりプリント材料ＰＭに押接される。一例において、３次元プリンティング装置は、押付体３１Ｂ、３１Ｃの一方の近傍における、ターゲット面３ａ上のプリント材料ＰＭを加熱するための加熱ユニット５０を有することができる。他の例において、３次元プリンティング装置は、押付体３１Ｂ、３１Ｃの各々の近傍における、ターゲット面３ａ上のプリント材料ＰＭを加熱するための加熱ユニット５０を有することができる。
　押付体３１の位置、押付体３１による与圧、押付体３１の運動、押付体３１の近傍材料に対する加熱、などが制御装置５によって統括的に制御可能である。一例において、押付体３１の押付面４１がプリント材料ＰＭに押付される際の条件（押付条件）が、プリント工程の進行に伴って、実質的に一定のまま連続的に維持される。例えば、プリント工程において、プリント材料ＰＭに押付体３１が常時的に押付される。他の例において、一時的、周期的、振動的、又は間欠的な押付動作が設定される。あるいは、プリント工程において、押付動作における与圧値、又は他の条件が変化する。例えば、始点、非直線パターン、角部（直角、鋭角、曲がり部）、及び終点の少なくとも１つの描画時において、与圧が比較的高く設定され、その結果、プリント材料ＰＭの密着性・接着性の向上が図られる。あるいは、周期的に押付条件を変化させるなどにより、プリント材料ＰＭの表面形状（輪郭）及び／又は性状に変化を付与することができる。押付体３１の数は、１、２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０以上にできる。
　押付体３１の押付面４１は、平坦にできる、又は凹凸を有する表面形状にできる。押付面４１の表面の凹凸がプリント部材ＰＭに転写される。例えば、押付体３１の押付面４１は、波型形状、梨地形状を有することができる。あるいは、押付体３１は、ギア歯のような形状を有することができる。
　押付体３１によるプリント材料ＰＭの押付けは、ターゲット面３ａ上での高い密着性・接着性を有する材料配置に有利である。また、ターゲット面３ａに向けたヘッド４からのプリント材料の供給が促される結果、ノズル詰まりなど、ヘッド４でのプリント材料の供給不良が抑制される。さらに、こうした押付動作は、成形品の品質（力学特性など）の向上に有利である。例えば、樹脂に対する繊維の含浸率の向上や、プリント材料間の空隙（積層構造内の空隙）の抑制が図られる。また、積層面および成形品の表面性状の平滑性の向上や、樹脂内での繊維の偏りの抑制が図られる。押付体３１の近傍でのプリント材料の加熱は、成形の高速化や装置の簡素化に有利である。
　図５に示す詳細な構成例において、ノズル７の先端部２３に、押付手段３０が取り付けられている。押付手段３０は、ヘッダ駆動装置１３によってノズル７がプラットホーム３に対し平面方向に相対移動するとき、ノズル７の吐出口２３ａよりも後方且つ下方で、当該吐出口２３ａから吐出されたフィラメントＦＬをプラットホーム３に押し付けるものである。押付手段３０は、ノズル７に回転自在に支持された回転体３１を有する。回転体３１は、吐出口２３ａの周りに複数配置されている。
　図６に示すように、複数の回転体３１は、吐出口２３ａの中心Ｏを中心に円環状に配置されている。複数の回転体３１は、ワイヤー軸３２を介して回転自在に支持されている。ワイヤー軸３２は、複数の回転体３１を貫通する円環状に形成されている。複数の回転体３１の周面（押付面）におけるプラットホーム３に対向する部分が、吐出口２３ａを中心とした放射方向に移動可能である。また、複数の回転体３１は、それぞれ独立してワイヤー軸３２に対して回転自在である。このワイヤー軸３２の要所は、支持部材３３によって支持されている。
　支持部材３３は、隣り合う回転体３１の間において露出するワイヤー軸３２を把持するものである。この支持部材３３は、ワイヤー軸３２の周方向において間隔をあけて複数設けられている。支持部材３３は、図５に示すように、ノズル７の先端部２３の側部から下方に垂設されている。ワイヤー軸３２は、支持部材３３に対して着脱可能に取り付けられることが好ましい。例えば、支持部材３３の下端部に円弧状の嵌め込み溝（例えば、円筒部材に軸方向に沿って一直線に切り込みを入れ、当該切り込みを開くように弾性変形可能にしたもの）を設けることで、ワイヤー軸３２を容易に着脱することができる。
　回転体３１は、所定幅の周面を有するローラである。このように回転体３１をローラにすることで、フィラメントＦＬに吐出抵抗を与えることなく一定幅で均一に押し付けることができる。なお、回転体３１としては、他に、球形状や、楕円形状、樽型形状等を採用することができる。また、回転体３１としては、周面の幅が狭い円板部材として、ローラよりも密集して配置してもよい。また、フィラメントＦＬを押し付け後、フィラメントＦＬが回転体３１の周面から離れ易くなるように、回転体３１の周面に表面処理や微小な凹凸を形成してもよい。例えば、回転体３１の周面をフッ素コーティングしてもよいし、回転体３１の周面を多孔質体セラミック等から形成し、回転体３１の周面に微小な凹凸を形成してもよい。また、回転体３１の周面をゴルフボールの表面のようなディンプル構造にしてもよい。
　図５に示すように、回転体３１は、ノズル７の吐出口２３ａよりも下方で、当該吐出口２３ａから吐出されたフィラメントＦＬをプラットホーム３に押し付ける。すなわち、回転体３１の下端からプラットホーム３までの距離Ｄ２は、吐出口２３ａプラットホーム３から吐出口２３ａまでの距離Ｄ１よりも小さい。また、距離Ｄ２は、フィラメントＦＬをプラットホーム３に押し付けるため、フィラメントＦＬが吐出される幅Ｗ（吐出口２３ａの直径）よりも小さく管理されている。例えば、距離Ｄ２の大きさは、幅Ｗの６割～９割程度であり、好ましくは、幅Ｗの７割～８割程度である。上記数値は一例であり、これに限定されない。
　次に、３次元プリンティング装置１の動作の一例について説明する。
　一実施形態において、３次元プリンティング装置１の使用にあたっては、図７のフローチャート図に示すように、使用者は、構造物の三次元データを用意する（ステップ１０１）。三次元データは、構造物の形状を指定するパラメータに加え、炭素繊維を含有させる位置などを含む、フィラメントと炭素繊維との配合状態を指定するための様々なパラメータ（配合パラメータ）を含むことができる。
　使用者は、制御装置５の記憶装置に、構造物の形状データをインプットする。形状データは三次元データ（三次元モデルデータ）であり、制御プログラムによってスライスされ、二次元データを積層したものに変換される。さらに、制御プログラムによって、各層の二次元データにおける印刷行程が決定される。制御プログラムは、決定された二次元データに基づいて、ノズル７の走行経路を決定する。
　次に、制御装置５は、フィラメントＦＬと炭素繊維ＦＢとをフィードし、プラットフォーム３上で材料を積層する（ステップ１０２）。すなわち、制御装置５は、決定されたノズル７の走行経路に従って、ヘッド駆動装置１３を制御して、ヘッド４を移動させる。同時に、ヘッド４の材料フィード装置８、及び繊維導入装置９を制御して、フィラメントＦＬを吐出するとともに炭素繊維ＦＢをフィラメントＦＬに含浸させる。この際、フィラメントＦＬはフィラメント加熱装置２１によって軟化可能である。
　一方、繊維導入装置９は、材料フィード装置８と同期するように制御され、軟化されたフィラメントＦＬがノズル７の筒部２２に導入された炭素繊維ＦＢに含浸する。その結果、ノズル７の先端からは、炭素繊維を含んだフィラメントＦＬ（軟化状態のプリント材料）が吐出される。プラットホーム３とヘッド４との間の相対移動に伴い、プリント材料がプラットホーム３上に所定パターンで描画・プリントされる。このとき、ヘッド４に対する回転体３１の押付面の動きが許容された状態で、プラットホーム３上のプリント材料が押付面に押し付けられる。プラットホーム３に配置されたフィラメントＦＬは、図示しないプラットホーム加熱装置によって加熱され、フィラメントＦＬの軟化状態が保たれる。
　また、制御装置５は、炭素繊維を必要としない部位に炭素繊維ＦＢが供給されないように、切断装置１０を制御する。具体的には、炭素繊維を含有させる位置が指定された三次元データに基づいて、繊維導入装置９から導入される炭素繊維ＦＢを切断するとともに、炭素繊維ＦＢの導入を停止する。これにより、炭素繊維ＦＢが導入される繊維部と、樹脂のみにて形成される樹脂部と、を含む構造物を製造することができる。積層プロセスで形成された積層構造物を固化させることによって、三次元構造物（繊維入りオブジェクト）が形成される（ステップ１０３）。
　図８は、ノズル７の走行経路の一例を示す平面図である。このノズル７の走行経路は、第１の直線部Ｌ１と、第２の直線部Ｌ２と、第１の直線部Ｌ１と第２の直線部Ｌ２とを接続する曲がり部Ｌ１２と、を含む直角の走行経路である。図８（ａ）は、上述した押付手段３０を備えるノズル７の走行経路と、その走行経路に沿って吐出されるフィラメントＦＬの配置状態を示す。また、図８（ｂ）は、押付手段３０を備えないノズル７の走行経路と、その走行経路に沿って吐出されるフィラメントＦＬの配置状態を示す。
　図８（ｂ）に示すように、押付手段３０を備えない場合、ノズル７から吐出されるフィラメントＦＬは、プラットホーム３の上に吐出された（引き付いた）ときの表面にある樹脂の粘性によって炭素繊維束Ｃに張力が付与され、ノズル７から連続的に引きずり出される。吐出口２３ａから吐出された直後のフィラメントＦＬは、浮いている若しくはプラットホーム３に軽く引き付いた状態になっている。このため、ノズル７が第１の直線部Ｌ１から第２の直線部Ｌ２に曲がると、浮いた若しくは軽く引き付いたフィラメントＦＬが、ノズル７に引きずられて剥がれ、曲がり部Ｌ１２から離間して配置されてしまう。
　一方、図８（ａ）に示すように、押付手段３０を備える場合、押付手段３０が、プラットホーム３の上にフィラメントＦＬを連続して吐出するノズル７の吐出口２３ａよりも後方且つ下方（図５参照）で、当該吐出口２３ａから吐出されたフィラメントＦＬをプラットホーム３に押し付ける。これにより、フィラメントＦＬを走行経路に沿って確実に接着させることができる。したがって、図８（ａ）に示すように、曲がり部Ｌ１２に沿ってフィラメントＦＬを配置することができ、直角や鋭角を含む複雑形状の製品（例えばハニカム構造体等）を製造することが可能となる。
　また、図５に示すように、押付手段３０によって、フィラメントＦＬをプラットホーム３に確実に接着させることで、ノズル７から炭素繊維束Ｃを良好に引きずり出すことができ、ノズル７の目詰まりを抑制することができる。また、フィラメントＦＬにボイド（気泡）が含まれる場合、押付手段３０の押し付けによって、そのボイドを外に逃がすことができるため、製品の品質も向上させることができる。
　また、図６に示すように、回転体３１は、吐出口２３ａの周りに複数配置されており、複数の回転体３１は、吐出口２３ａを中心とした放射方向に回転自在であるため、ＸＹ平面上のあらゆる方向にノズル７が移動したとしても、複数の回転体３１のいずれかがノズル７の後方に配置され、吐出口２３ａから吐出されたフィラメントＦＬをプラットホーム３に押し付けることが可能となる。
　このように、上述した本実施形態によれば、３次元プリンティング装置１は、プラットホーム３の上にフィラメントＦＬを連続して吐出可能なノズル７と、ノズル７を、プラットホーム３に対し、少なくとも互いに交差する第１軸（Ｘ軸）と第２軸（Ｙ軸）によって形成される平面に沿う平面方向に相対移動させるヘッダ駆動装置１３と、ヘッダ駆動装置１３によってノズル７がプラットホーム３に対し平面方向に相対移動するとき、ノズル７の吐出口２３ａよりも後方且つ下方で、当該吐出口２３ａから吐出されたフィラメントＦＬをプラットホーム３に押し付ける押付手段３０と、を有する、という構成を採用することによって、ノズル７の目詰まりを抑制し、複雑形状の製品を製造することができる３次元プリンティング装置１が得られる。
　次に、図９に示す別の構成例について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。図９において、３次元プリンティング装置１は、回転体移動手段３４を有する押付手段３０Ａを備える。
　回転体移動手段３４は、ノズル７の吐出口２３ａを中心としたＺ軸周りの回転体３１の位置を変化させる（Ｚ軸周りの回転体３１のロール移動）ものである。複数の回転体を備える図５の形態と異なり、押付手段３０Ａは、一つの回転体３１を有する。ノズル７の移動（ヘッド４のＸＹ平面内での移動）に伴い、回転体移動手段３４を介して押付体３１がノズル７の周りを周方向に移動し、ノズル７に追従するように、プリント進行方向におけるノズル７の後方に回転体３１が配置される。回転体移動手段３４としては、ノズル７の周面に内輪が着脱自在に嵌め込まれたベアリングを例示することができる。ベアリングの外輪に回転体３１が取り付けられる。ることで、回転体３１をノズル７の後方に移動させることができる。これにより、回転体３１の個数を減らし、ノズル７の軽量化を図ることができる。また、この形態によれば、図５の形態に比べて回転体３１を吐出口２３ａに近づけることができる。
　なお、回転体移動手段３４としては、回転体３１に錘を取り付けて、ノズル７の移動に伴う慣性力を利用して、ノズル７の後方への回転体１の移動を促す構成を採用してもよい。また、回転体移動手段３４としては、回転体３１の両軸部に一回り大きな円板を取り付け、当該円板がプラットホーム３の上を回動することで、回転体３１をキャスターのようにノズル７の後方に移動させる構成を採用してもよい。また、回転体移動手段３４に、モータ等の駆動部を設けて、電気的な駆動により、回転体３１をノズル７の後方に移動させる構成を採用してもよい。
　図１０は、図９の形態の変形例を示す。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
　図１０において、押付手段３０Ｂは、ノズル７の吐出口２３ａを中心としてＺ軸周りに回転体３１がロール移動可能に、かつ、Ｚ軸と直交する軸を中心として回転体３１がスイング移動可能となるように、構成されている。押付手段３０Ｂは、１つの回転体３１と、図９と同様の回転体移動手段３４と、スイング機構３５とを有する。一例において、スイング機構３５は、回転体３１の中心シャフトを支持する第１端部と、回転移動手段３４に接続される第２端部と、を有するスイングアーム３５ａを有する。第２端部において、スイングアーム３５ａは、回転移動手段３４に対して回転自在に支持される。図１０の構成において、プリント動作の開始又は準備において、プラットホーム３に対してＺ方向にヘッド４が近づくと、プラットホーム３又はプラットホーム３上のプリント材料ＰＭに押付体３１が当接し、スイングアーム３５ａの第２端部を中心として、スイングアーム３５ａの第１端部に支持された押付体３１がスイング移動される。また、図９と同様に、ヘッド４（ノズル７）のヘッド４のＸＹ平面内での移動に伴い、プリント進行方向ＰＤにおけるノズル７の後方に回転体３１が配置される。描画工程において、押付手段３０Ｂの少なくとも一部（押付体３１、スイングアーム３５ａなど）の重みが押付面４１を介してターゲット面３ａ上のプリント材料ＰＭに作用する。図１０に示す３次元プリンティング装置において、１つの回転体３１を使った簡易な構成で、ターゲット面３ａのプリント材料ＰＭに対して押付動作を実現できる。また、ターゲット面３ａ上での高い密着性・接着性を有する材料配置が実現されるとともに、ヘッド４でのプリント材料の供給不良が抑制される。
　以上、代表的な様々な実施形態の内容について開示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。本発明は、添付の請求の範囲に規定された、本発明の精神と範囲内にあるすべての変形、代替、及び等価物を含むものとする。
　例えば、上記実施形態では、上述したワイヤー軸３２を中空構造にしてヒータ（電熱線）を通し、回転体３１を加熱する構成を採用してもよい。回転体３１を加熱することにより、フィラメントＦＬが冷えて固着することなく、回転体３１から離れ易くなる。
　また、上記実施形態では、一重の環状に複数の回転体３１を配置した構成を採用したが、半ピッチずらした二重の環状に複数の回転体３１を配置し、例えば内側の回転体３１と回転体３１の隙間を、外側の回転体３１でカバーする構成であってもよい。また、複数の回転体３１は、それぞれ別の回転軸を有していてもよい。すなわち、ワイヤー軸３２が分割されたような構成を採用してもよい。
　また、例えば、上記実施形態では、押付手段３０として回転体３１を例示したが、板バネ等の回転しない押付手段を採用してもよい。
　また、例えば、上記実施形態では、フィラメントＦＬ及び炭素繊維束Ｃの三次元的な配置を可能とするために、プラットホーム３を上下移動自在とするとともに、ヘッド４を水平移動自在とする構成とした。他の例において、フィラメントＦＬ及び炭素繊維束Ｃの三次元的な配置を可能とするために、ヘッド４を、例えばロボットアームにより、上下移動及び水平移動自在とする一方で、プラットホーム３を固定するような構成とすることができる。また、プラットホーム３を上下移動及び水平移動自在とする一方で、ヘッド４を固定するような構成としてもよい。プラットフォーム３とヘッド４との相対的な位置及び姿勢（傾き、回転角度など）を自在に制御可能なユニットとして、様々な構成が適用可能である。
　また、上記実施形態では、フィラメントＦＬを含浸させる繊維として炭素繊維を採用したが、強化材として機能する繊維であればこれに限ることはない。例えば、ガラス繊維、樹脂繊維、アラミド繊維の採用も可能である。繊維は、互いに材質が異なる第１繊維と第２繊維を含むことができる。繊維は、材質は同様でかつ形状及び／又は構造や撚糸条件が互いに異なる第１繊維及び第２繊維を含むことができる。繊維は、３種類以上の繊維要素を含むこともできる。
　繊維は強化材として機能することに限定されない。繊維により付加／制御される機能として、例えば、物理的機能（剛性、重量、柔軟性、靱性、伸び性、弾力性、曲げ強さ、部分的な補強（密度、組織構造による強度）、耐摩耗性など）、電気的機能（帯電性、導電性など）、光学的機能（透過性、光沢、色彩、紫外線カット、反射、文字、柄、外観性など）、化学的機能（難燃性、抗菌性、耐酸性、耐アルカリ性、耐薬品性、物質吸収性、金属吸着性、耐候性、熱特性、保温性、保冷性など）が挙げられる。
　また、繊維導入装置９を複数設けて、フィラメントＦＬに複数の炭素繊維ＦＢを導入する構成としてもよい。この場合、一方の繊維導入装置９から炭素繊維ＦＢを導入し、他方の繊維導入装置９からガラス繊維を導入する構成としてもよい。このような構成とすることによって、例えば、剛性が要求される部位に炭素繊維を導入するとともに、延性が要求される部位にガラス繊維を導入することができる。
　また、上記実施形態では、フィラメントＦＬを構成するベース体としての樹脂として熱可塑性樹脂を用いたが、人為的に軟化状態と硬化状態とを制御することができれば、他の樹脂の採用も可能である。例えば、光硬化性樹脂を採用して、軟化状態の樹脂を光エネルギーの作用で硬化させてもよい。ベース材としての樹脂は、互いに材質が異なる第１樹脂と第２樹脂を含むことができる。また、ベース材としての樹脂は、材質は同様でかつ形状及び／又は構造が互いに異なる第１樹脂及び第２樹脂を含むことができる。ベース材としての樹脂は、３種類以上の樹脂要素を含むこともできる。
　また、上記の実施形態では、第１連続材料としてのフィラメントＦＬと第２連続材料としての炭素繊維ＦＢが個別にヘッド４にフィードされ、ノズル７の内部又はその近傍でフィラメントＦＬと炭素繊維ＦＢが結合される。別の実施形態において、結合位置をヘッド４に対して後方（上流）で結合する構成を適用できる。あるいは、予めフィラメントＦＬと炭素繊維ＦＢとが結びついた連続材料がヘッド４にフィードされる構成を適用できる。
　また、上記実施形態では、フィラメントＦＬに炭素繊維ＦＢを導入させたが、フィラメントＦＬ（樹脂）単体を吐出する場合であっても、上述した押付手段を適用してもよい。すなわち、３次元プリンティング装置１は、炭素繊維ＦＢの導入を停止させ、炭素繊維ＦＢが導入される繊維部と、樹脂のみにて形成される樹脂部と、を含む構造物を製造することができるが、この樹脂のみのフィラメント（樹脂フィラメント）を吐出する場合においても、押付手段の押し付けによって樹脂フィラメントのボイドを低減できるため、構造物の強度向上が見込める。
　一実施形態において、３次元プリンティング装置は、被吐出対象物の上に樹脂と繊維を含む線状のフィラメントを連続して吐出可能なノズルと、前記ノズルを、前記被吐出対象物に対し、少なくとも互いに交差する第１軸と第２軸によって形成される平面に沿う平面方向に相対移動させる移動手段と、前記移動手段によって前記ノズルが前記被吐出対象物に対し前記平面方向に相対移動するとき、前記ノズルの吐出口よりも後方且つ下方で、当該吐出口から吐出された前記フィラメントを前記被吐出対象物に押し付ける押付手段と、を有する。上記３次元プリンティング装置において、前記押付手段は、前記ノズルに回転自在に支持された回転体を有してもよい。また、上記３次元プリンティング装置において、前記回転体は、前記吐出口の周りに複数配置されており、前記複数の回転体は、前記吐出口を中心とした放射方向に回転自在であってもよい。また、上記３次元プリンティング装置において、前記押付手段は、前記回転体を前記ノズルの後方に移動させる回転体移動手段を有してもよい。
　上記の３次元プリンティング装置によれば、被吐出対象物の上に樹脂と繊維を含む線状のフィラメントを連続して吐出するノズルの後方に配置された押付手段が、ノズルの吐出口よりも後方且つ下方で、当該吐出口から吐出されたフィラメントを被吐出対象物に押し付ける。これにより、フィラメントを被吐出対象物に確実に接着させることができるため、ノズルからフィラメントを良好に引きずり出すことができ、また、被吐出対象物からのフィラメントの剥がれを抑制することができる。したがって、樹脂と繊維を含む線状のフィラメントを吐出するノズルの目詰まりが抑制され、複雑形状の製品を製造することができる３次元プリンティング装置が得られる。
　１…３次元プリンティング装置、４…ヘッド、５…制御装置（コントローラ）、６…ヘッド本体、７…ノズル、９…繊維導入装置（繊維導入手段）、１０…切断装置（切断手段）、１１…プラットホーム駆動装置、１３…ヘッド駆動装置（移動手段）、２３ａ…吐出口、３０、３０Ａ、３０Ｂ…押付手段、３１…回転体、３４…回転体移動手段、４１…押付面、ＦＢ…炭素繊維（繊維）、ＦＬ…フィラメント（樹脂）、ＰＭ…プリント材料。

Claims (5)

  1. 　線状のプリント材料がフィードされるヘッドと、
    　前記ヘッドとターゲット面との間の相対移動を行う駆動手段と、
    　コントローラと、
    　前記ターゲット面上の前記プリント材料に当接可能に配される押付面を有する押付手段と、
    　を備え、
    　前記押付手段は、前記ヘッドに対する前記押付面の動きを許容するように構成されている、
    　三次元プリンティング装置。
  2. 　前記押付手段は、回転自在に配される回転体を有し、
    　前記押付面は、前記回転体の周面の少なくとも一部を含む、
    　請求項１に記載の３次元プリンティング装置。
  3. 　前記押付手段は、前記押付手段の少なくとも一部の重みが前記押付面を介して前記ターゲット面上の前記プリント材料に作用するように構成される、又は、与圧手段からの力が前記押付面を介して前記ターゲット面上の前記プリント材料に作用するように構成される、請求項１又は請求項２に記載の３次元プリンティング装置。
  4. 　前記押付面の近傍の前記プリント材料を加熱する加熱手段をさらに備える、請求項１から請求項３のいずれかに記載の３次元プリンティング装置。
  5. 　（ａ）３次元モデルデータを用意する工程と、
    　（ｂ）３次元モデルデータに基づいて、プリント材料を積層する工程であり、
    　　（ｂ１）前記プリント材料をヘッドにフィードする工程と、
    　　（ｂ２）前記ヘッドからの前記プリント材料をターゲット面上に描画する工程であり、前記ヘッドに対する押付面の動きが許容された状態で、前記ターゲット面上の前記プリント材料が前記押付面に押し付けられる、前記工程と、
    　　を有する前記工程と、
    　を含む、３次元プリンティング方法。
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