WO2024262192A1 - 積層造形方法及び積層造形装置並びにプログラム - Google Patents

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    • B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials

Definitions

  • the present invention relates to an additive manufacturing method, an additive manufacturing device, and a program.
  • 3D (three-dimensional) printers that use fused deposition modeling, in which resin in a plasticized state by heat is stacked layer by layer along a modeling path, are known as additive manufacturing devices that mold objects with three-dimensional shapes. In addition to being able to mold three-dimensional shapes without the need for molds or jigs, these 3D printers can also mold three-dimensional objects that are difficult to form using conventional injection molding technology.
  • the strand described in Patent Document 1 is a filament used as a modeling material in a 3D printer, in which fibers or fiber bundles are impregnated and twisted in a base material whose main component is a thermoplastic resin.
  • This increases the flexibility of the filament itself, improving its ease of handling.
  • objects created using the filament with a 3D printer have excellent impact strength. In this way, the filament described above makes it possible to easily create objects with excellent impact strength using a 3D printer.
  • filaments reinforced with continuous fibers having a twist rate of 10 turns/m to 200 turns/m may have a risk of the reinforcing fiber's spread width decreasing or becoming unstable when the modeling material obtained by heating and melting the filament is discharged along the modeling path from a nozzle (discharge unit) provided in the head unit of the 3D printer. This is particularly evident in certain shapes of modeling paths when the twist rate given to the reinforcing fiber is large.
  • the fusion of the modeling materials ejected from the nozzle between adjacent modeling passes is reduced, making it easier for voids to form. This reduces the mechanical strength between the lines and layers of the modeling passes, requiring time and effort such as revising the modeling plan to avoid this reduction in mechanical strength.
  • the present invention aims to provide an additive manufacturing method, additive manufacturing device, and program that can create an object without causing a decrease in mechanical strength between the lines and layers of the modeling path.
  • the present invention comprises the following configurations.
  • a layered manufacturing method in which a modeling material obtained by heating and melting a linear continuous fiber reinforced filament is ejected from a nozzle along a modeling path on a modeling surface to model a curved or bent shape on the modeling surface,
  • the continuous fiber reinforced filament includes a substrate including a thermoplastic resin and at least one fiber bundle including continuous fibers impregnated in the substrate and extending in an axial direction;
  • the continuous fibers of the fiber bundle are twisted about an axial core of the continuous fiber reinforced filament at 20 turns/m or more and 100 turns/m or less,
  • the shaping path on the shaping surface is a path for discharging the shaping material while curving or bending it to the right side toward the front of the shaping direction
  • the shaping path is a path for discharging the shaping material while curving or bending it to the left side toward the front of the shaping direction, thereby forming the curved or bent shape.
  • An additive manufacturing device including: a head unit that discharges a modeling material obtained by heating and melting a linear continuous fiber reinforced filament from a nozzle; a drive mechanism that moves the nozzle of the head unit relative to a modeling surface; and a control unit that drives the drive mechanism to discharge the modeling material along a set modeling path
  • the continuous fiber reinforced filament includes a substrate including a thermoplastic resin and at least one fiber bundle including continuous fibers impregnated in the substrate and extending in an axial direction;
  • the continuous fibers of the fiber bundle are twisted about an axial core of the continuous fiber reinforced filament at 20 turns/m or more and 100 turns/m or less,
  • the control unit sets the modeling path on the modeling surface to a path in which the modeling material is discharged while curving or bending the fiber bundle to the right side toward the front of the modeling direction when the fiber bundle is Z-twisted, and sets the modeling path to a path in which the modeling material is discharged while curving or bending the fiber bundle
  • Additive manufacturing equipment (3) A program for executing an additive manufacturing procedure in which a modeling material obtained by heating and melting a linear continuous fiber reinforced filament is ejected from a nozzle along a modeling path on a modeling surface to model a curved or bent shape on the modeling surface,
  • the continuous fiber reinforced filament includes a substrate including a thermoplastic resin and at least one fiber bundle including continuous fibers impregnated in the substrate and extending in an axial direction;
  • the continuous fibers of the fiber bundle are twisted about an axial core of the continuous fiber reinforced filament at 20 turns/m or more and 100 turns/m or less,
  • the modeling path on the modeling surface is a path for discharging the modeling material while curving or bending it to the right side toward the front of the modeling direction
  • the modeling path is a path for discharging the modeling material while curving or bending it to the left side toward the front of the modeling direction, thereby executing a procedure for modeling the curved shape or the bent
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an FDM-type additive manufacturing device.
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of a radial direction perpendicular to the axial direction of the filament.
  • FIG. 2B is a side view taken along the axial direction of the filament.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a filament manufacturing device.
  • FIG. 4A is a diagram showing a schematic diagram of a molding material formed by dissolving a filament being ejected onto a molding surface from a nozzle (not shown), and is an explanatory diagram showing a vertical cross section of the filament.
  • FIG. 4A is a diagram showing a schematic diagram of a molding material formed by dissolving a filament being ejected onto a molding surface from a nozzle (not shown), and is an explanatory diagram showing a vertical cross section of the filament.
  • FIG. 4A is a diagram showing a schematic diagram of a molding material formed by dissolving a filament being ejected onto
  • FIG. 4B is a schematic diagram showing how a modeling material made of molten filaments is ejected onto a modeling surface from a nozzle (not shown), and is a schematic plan view showing a partial cross section of FIG. 4A when viewed in plan.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a schematic diagram of the twist direction when the reinforcing fibers of the fiber bundles in the filament are Z-twisted.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a schematic diagram of the twist direction when the reinforcing fibers of the fiber bundles in the filament are S-twisted.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the direction in which the Z-twisted reinforcing fibers of the fiber bundle in the shaping material rotate in position as the filament is fed at the same nozzle position.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a schematic diagram of the twist direction when the reinforcing fibers of the fiber bundles in the filament are Z-twisted.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a schematic diagram of
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the direction in which the arrangement position of the S-twisted reinforcing fibers in the fiber bundle in the shaping material rotates as the filament is fed at the same nozzle position.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing the case where the reinforcing fibers are Z-twisted and the movement direction of the head unit is a clockwise modeling pass and a counterclockwise modeling pass.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing the case where the reinforcing fibers are S-twisted and the movement direction of the head unit is a clockwise modeling pass and a counterclockwise modeling pass.
  • ⁇ Configuration of additive manufacturing device> 1 is a schematic diagram of an FDM-type additive manufacturing apparatus 100.
  • the additive manufacturing apparatus 100 includes a filament feeder 13 that feeds a continuous fiber-reinforced resin filament 11 (hereinafter also referred to as a filament), a head unit 15, a table 17, a molding drive unit 19, and a control unit 21.
  • the filament feed unit 13 includes a pair of drive rollers 13a that sandwich the filament 11, and a drive unit (not shown) such as a motor that rotates and drives at least one of the drive rollers 13a.
  • the head unit 15 includes a heating unit (not shown) that thermally melts the fed filament 11, and a nozzle 15a that ejects the molding material melted by the heating unit.
  • the head unit 15 may also be provided with a cutting unit such as a cutter or laser cutting device that cuts the reinforcing fibers contained in the filament 11.
  • the table 17 is disposed opposite the nozzle 15a of the head unit 15 and has a modeling surface 17a on which the model is stacked.
  • the molding drive unit 19 moves the head unit 15 and the table 17 relative to each other to form the modeling material discharged from the nozzle 15a of the head unit 15 along a desired path.
  • the table 17 driven by the molding drive unit 19 may be configured to include, for example, a two-axis drive mechanism that moves the head unit 15 within the plane of the modeling surface 17a of the table 17, and a lifting mechanism that drives the table 17 up and down to adjust the stacking height.
  • the table 17 and the molding drive unit 19 function as a drive mechanism that moves the nozzle 15a of the head unit 15 relative to the modeling surface 17a.
  • the drive mechanism may be a mechanism that moves the head unit 15 with the table 17 as a fixed side, or a mechanism that operates both the table 17 and the head unit 15.
  • the control unit 21 has a function to control the feeding of the filament 11 by the filament feeding unit 13 and the relative movement of the head unit 15 by the drive mechanism, as well as a function to control each of the other units.
  • a modeling program that controls each unit including the filament feeding unit 13 and the molding drive unit 19 is input to the control unit 21, and the input modeling program is executed by the control unit 21 to layer-by-layer manufacture an object of a desired shape.
  • the control unit 21 is configured by hardware using an information processing device such as a PC (Personal Computer). Each function of the control unit 21 is realized when a control device such as a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or MPU (Micro Processor Unit), or a dedicated circuit reads out and executes a program having a specific function stored in a storage device (not shown). Examples of storage devices include memories such as RAM (Random Access Memory), which is a volatile storage area, ROM (Read Only Memory), which is a non-volatile storage area, and storage such as HDD (Hard Disk Drive) and SSD (Solid State Drive). In addition to the above forms, the control unit 21 may be another computer that is remotely connected to the additive manufacturing device 100 via a network or the like.
  • a control device such as a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or MPU (Micro Processor Unit), or a dedicated circuit reads out and executes a program having a specific function stored in a storage device (not shown). Examples of storage
  • the control unit 21 outputs a drive signal to the filament feeder 13, which causes the filament feeder 13 to rotate the drive roller 13a and feed the filament 11 to the head unit 15 at a specified feed speed.
  • the head unit 15 heats and thermally melts the fed filament 11.
  • the control unit 21 then outputs a drive signal to the molding drive unit 19, which ejects the modeling material melted by the head unit 15 from the nozzle 15a while moving the head unit 15 and the table 17 relative to each other.
  • the nozzle 15a of the head unit 15 is driven to move relative to the table 17 along a modeling path created according to the shape of the object.
  • new modeling material is ejected from the nozzle 15a along the modeling path and layered on the modeling surface 17a of the table 17 or on the modeling material of the previous layer (existing layer).
  • the modeling program contains information on the modeling path described above, as well as information on various modeling conditions required for modeling, such as the feed speed of the filament 11.
  • the control unit 21 reads the information on these modeling conditions from the modeling program described above, and layers the modeling material in a specified procedure to form the object.
  • Fig. 2A is a schematic cross-sectional view in a radial direction perpendicular to the axial direction of the filament 11.
  • Fig. 2B is a side view along the axial direction of the filament 11.
  • the same members or parts are denoted by the same reference numerals to simplify or omit the description thereof.
  • the filament 11 is a linear resin material used as a modeling material for a 3D printer such as the additive manufacturing device 100 described above.
  • a thermoplastic matrix resin 25 is impregnated into a fiber bundle 23 containing continuous fibers (hereinafter also referred to as "reinforcing fibers").
  • a matrix resin 27 is formed with a predetermined thickness on the radial outside of the fiber bundle 23 so as to cover the fiber bundle 23.
  • These matrix resins 25, 27 (hereinafter also referred to as “resin”) serve as the base material of the filament 11.
  • the matrix resins 25, 27 may be thermoplastic resins, other resin materials such as thermosetting resins and photocurable resins, or materials obtained by kneading multiple types of materials.
  • the fiber bundles 23 in the filament 11 are arranged along the filament central axis O and are twisted around the filament central axis O.
  • the diameter of the filament 11 is preferably, for example, 0.5 mm or more and 1 mm or less, and the smaller the diameter, the more accurately the finer the shape of the molded object can be reproduced. Also, it is preferable that the fiber bundle 23 contains 1,500 or more and 6,000 or less continuous fibers. In this case, the continuous fibers are arranged at a high density in the molded object, and the strength of the molded object can be sufficiently improved.
  • the above numerical ranges are merely examples and are not restrictive.
  • the number of twists of the continuous fibers of the fiber bundle 23 is 20 times/m or more and 100 times/m or less along the axial direction of the filament 11, the effect of increasing stable fiber opening and improving the molding accuracy is achieved when molding in the molding direction described in detail below.
  • the number of twists is more preferably 25 times/m or more, and even more preferably 30 times/m or more.
  • the number of twists is more preferably 80 times/m or less, and even more preferably 70 times/m or less.
  • the reinforcing fibers that make up the fiber bundle 23 can be organic fibers such as polyethylene fibers, aramid fibers, and Zylon fibers, or inorganic fibers such as boron fibers, glass fibers, carbon fibers, metal fibers, and rock fibers. Surface-treated fibers can be used as the reinforcing fibers to improve the adhesive strength between the resin and the fibers.
  • the fiber bundle 23 may be formed of a single bundle as shown in FIG. 2A, but may also be an assembly of multiple fiber bundles, in which case the reinforcing fibers of each fiber bundle may be twisted together or each fiber bundle may be twisted individually.
  • examples of the material for the matrix resins 25, 27 include polyolefin resins such as polypropylene or polyethylene, acrylonitrile butadiene styrene resin, polystyrene resin, polyester resins such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, or polylactic acid, polyamide resins, aromatic polyamide resins, polyetherimide, polyarylimide, polyarylate, polyether ether ketone, polyaryl ether ketone, polybenzimidazole, polyethersulfone, polysulfone, polyvinylidene fluoride resin, liquid crystal polymer, polycarbonate resin, polyacetal, or polyphenylene sulfide.
  • polyolefin resins such as polypropylene or polyethylene, acrylonitrile butadiene styrene resin, polystyrene resin, polyester resins such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, or polylactic acid, polyamide
  • thermoplastic resins may be used alone, or may be blends of multiple resins to improve the heat resistance, heat distortion temperature, heat aging, tensile properties, bending properties, creep properties, compression properties, fatigue properties, impact properties, and sliding properties of the thermoplastic resin.
  • thermoplastic resins include polyether ether ketone resin (PEEK)/polytetrafluoroethylene (PTFE), PEEK/polybenzimidazole (PBI), etc.
  • Thermoplastic resins may also be resins to which short fibers such as carbon fiber and glass fiber, talc, etc. have been added.
  • antioxidants such as phenols, thioethers, and phosphites
  • ultraviolet absorbers such as benzotriazoles or triazines
  • metal deactivators such as hydrazides or amides
  • thermoplastic resins improves their flexibility, improving the molding accuracy during molding and the flexibility of the molded object.
  • thermoplastic resins can improve the flame retardancy of the molded object.
  • thermoplastic resins can control thermal expansion during molding, improving molding accuracy.
  • thermoplastic resins can improve the antistatic properties of the molded object.
  • the filament By adding lubricants such as hydrocarbon-based or metal soap-based lubricants to thermoplastic resins and improving the lubricity of the continuous fiber reinforced filament, the filament can be smoothly fed out during molding.
  • lubricants such as hydrocarbon-based or metal soap-based lubricants
  • the filament 11 used in the above-mentioned 3D printer is formed by twisting the reinforcing fibers of the fiber bundle 23, so that the orientation angle of the reinforcing fibers is inclined with respect to the axial direction.
  • An example of a method for producing such a filament 11 will be described. Note that the configuration of the filament production device shown here is one example, and is not limited to this.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of the filament manufacturing apparatus 200.
  • the filament manufacturing apparatus 200 includes a fiber material supply section 31 , a kneading extruder 33 , a resin bath section 35 , a cooling section 37 , and a twisting section 39 .
  • the fiber material supply section 31 delivers one or more fiber bundles 23 wound in a coil shape at a predetermined speed.
  • the kneading extruder 33 is provided with a screw shaft (not shown) having kneading blades rotatably in a hollow chamber 33a, and melts and plasticizes the resin fed from a hopper 33b.
  • the resin bath section 35 impregnates the fiber bundle 23 delivered from the fiber material supply section 31 with the resin plasticized by the kneading extruder 33.
  • the cooling section 37 is disposed downstream of the resin bath section 35, and cools the composite 41 delivered from the resin bath section 35.
  • the twisting section 39 mainly twists the fiber bundle 23 before cooling around the axial center.
  • the resin bath section 35 is formed into a cylindrical shape with the cylinder axis oriented vertically. Resin 43 plasticized by the kneading extruder 33 is supplied and stored inside the cylinder. The upper end of the resin bath section 35 is open, and the fiber bundle 23 guided by the guide rollers 45 is pulled into the resin 43 stored in the resin bath section 35 from the opening at the upper end.
  • the fiber bundle 23 introduced from the opening at the upper end of the resin bath section 35 is passed around each impregnation roll in turn and sent to the outlet section 47 located at the lower end of the resin bath section 35.
  • the outlet section 47 is provided with a die 49 that shapes the outer periphery of the filament 11 when the composite 41 of the resin 43 and the fiber bundle 23 is drawn out of the resin bath section 35. Depending on the opening shape of the die 49, it is possible to form irregularities such as grooves and ridges on the outer periphery of the filament 11.
  • the cooling section 37 is a long water tank arranged along the direction in which the composite 41 is pulled out of the resin bath section 35, and cooling water 51 is stored in the tank. In this cooling section 37, the resin impregnated in the fiber bundles 23 of the composite 41 is cooled in the cooling water 51 and hardened.
  • the twisting section 39 is disposed downstream of the cooling section 37 and has a pair of upper and lower take-up rolls 53, 55 that are in contact with each other's outer circumferential surfaces.
  • the twisting section 39 can employ various mechanisms. For example, although not shown, it may be a mechanism that rotates a bobbin that winds the filament 11 around the axis of the filament 11.
  • the take-up rolls 53, 55 have the function of drawing the fiber bundle 23 from the fiber material supply section 31 to the resin bath section 35, and further drawing out the composite 41 from the resin bath section 35 to the cooling section 37 and twisting section 39.
  • a separate winding section (not shown) such as a bobbin is provided downstream of the twisting section 39 to wind up the manufactured filament 11.
  • the procedure for producing the filament 11 using the above-described filament production apparatus 200 is as follows.
  • the impregnation process is carried out in the resin bath section 35 of the filament manufacturing device 200. Specifically, the resin supplied from the hopper 33b is kneaded in the kneading extruder 33, and the molten resin is stored in the resin bath section 35.
  • the fiber bundle 23 is supplied from the fiber material supply section 31 to this resin bath section 35.
  • the fiber bundle 23 impregnated with the molten resin in the resin bath section 35 is passed through a die 49 disposed in the outlet section 47 to adjust the amount of resin impregnation.
  • This resin impregnation results in a state in which the matrix resin is present in the gaps in the fiber bundle 23 and around the radial outer periphery of the fiber bundle 23.
  • the composite 41 of the matrix resin and the fiber bundle 23 obtained in this manner is cooled in the cooling section 37.
  • twisting process In the twisting process, the twisting unit 39 twists the fiber bundle 23 impregnated with the resin in the resin bath unit 35. Specifically, while rotating the take-up rolls 53, 55 of the twisting unit 39, the composite 41 that has passed through the cooling unit 37 is passed between the take-up rolls 53, 55. This imparts a twist to the continuous fibers of the fiber bundle 23.
  • the number of twists and the twist angle can be adjusted by adjusting the inclination angle of the take-up rolls 53, 55 with respect to the take-up direction.
  • the matrix resin 25 containing a thermoplastic resin is impregnated into the fiber bundles 23 arranged along the central axis O of the filament, thereby obtaining a filament 11 in which the matrix resin 27 is formed on the radially outer periphery of the fiber bundles 23 so as to cover the fiber bundles 23.
  • each of the fiber bundles supplied from the multiple fiber material supply units 31 may be twisted individually, or each fiber bundle may be twisted collectively.
  • FIGS. 4A and 4B are schematic diagrams showing how a molding material formed by melting a filament 11 is discharged onto a printing surface from a nozzle (not shown), with Fig. 4A being an explanatory diagram showing a vertical cross section of the filament 11, and Fig. 4B being a schematic plan view showing a partial cross section when Fig. 4A is viewed in plan.
  • the filament 11 is fed and supplied in the vertical direction, and the melted molding material is discharged onto the printing surface 17a along the printing direction WD.
  • the fiber bundles 23 in the molding material are spread to a width W wider than the width W0 of the filament 11 before it is melted.
  • the fibers may not be fully opened even after the molding material is discharged.
  • the fusion between the molding material and the molding surface 17a or base of the table 17 shown in Figure 1 may be incomplete, or the reinforcing fibers may be unevenly dispersed during molding, affecting the strength of the molded object. Therefore, during molding, it is preferable to discharge the molding material while untwisting the fiber bundle 23.
  • the open state of the fiber bundle 23 changes depending on the number of twists of the reinforcing fibers in the original fiber bundle 23 and the direction of the molding pass (molding direction).
  • Z twist and S twist are commonly known as twist directions.
  • Fig. 5 is an explanatory diagram showing a typical twist direction when the reinforcing fibers of the fiber bundle 23 in the filament 11 are Z-twisted.
  • Fig. 6 is an explanatory diagram showing a typical twist direction when the reinforcing fibers of the fiber bundle 23 in the filament 11 are S-twisted.
  • Figs. 5 and 6 show three long fibers twisted in a spiral shape along the central axis O of the filament, together with layers L1 to L6 of each cross section along the longitudinal direction of the filament 11 (fiber bundle 23).
  • the vertical downward direction is considered to be the discharge side from the nozzle 15a (FIG. 1) which is the front of the filament feed direction FD.
  • the reinforcing fiber passing the position of the nozzle 15a rotates counterclockwise.
  • the layers L 1 to L 6 of the filament 11 are sequentially arranged at the discharge position from the nozzle 15a.
  • the position of the fiber F moves counterclockwise from the position of the fiber F in the layer L 1 when the layer L 2 reaches the position of the nozzle 15a as the filament 11 is fed.
  • the feeding of the filament 11 proceeds to the layers L 3 to L 6 , the arrangement of the fiber F in each layer rotates counterclockwise around the central axis O of the filament.
  • Figure 7 is an explanatory diagram showing the direction in which the Z-twisted reinforcing fibers of the fiber bundle 23 in the shaping material rotate in position as the filament 11 is fed at the same nozzle position.
  • Figure 8 is an explanatory diagram showing the direction in which the S-twisted reinforcing fibers of the fiber bundle 23 in the shaping material rotate in position as the filament 11 is fed at the same nozzle position.
  • the twisted reinforcing fibers of the fiber bundle 23 are continuously supplied at the nozzle 15a while rotating counterclockwise as the filament 11 is fed. Also, when the reinforcing fibers of the fiber bundle 23 are S-twisted as shown in FIG. 8, the twisted reinforcing fibers of the fiber bundle 23 are continuously supplied at the nozzle 15a while rotating clockwise as the filament 11 is fed.
  • the shaping direction of the shaping pass PS_R is curved in the opposite direction to the twist direction (counterclockwise) of the reinforcing fibers, so the reinforcing fibers are easily untwisted. Therefore, in the case of Z-twist, if the shaping direction is set to the direction of the shaping pass PS_R, it is easy to obtain a good open state as shown in FIG. 4B.
  • the control unit 21 sets a modeling path with a preferred modeling direction according to the determination result. Specifically, a modeling path for Z-twist and a modeling path for S-twist may be prepared in the modeling program, and the control unit 21 may selectively use one of the modeling paths to perform modeling.
  • test example A1 the twist angle ⁇ was 3° and the number of twists N was 33 turns/m
  • test example A2 the twist angle ⁇ was 7° and the number of twists N was 78 turns/m
  • test example B1 the twist angle ⁇ was 10° and the number of twists N was 112 turns/m. In this way, the filaments of test examples A1, A2, and B1 were formed.
  • test examples A5, A6 and B3 the same thermoplastic resin and filament manufacturing device 200 as in test examples A1, A2 and B1 were used, and a single fiber bundle consisting of 6,000 Pyrofil (registered trademark) TR50S 6L (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) fibers was used as the reinforcing fiber. In this way, a fiber-reinforced resin filament (cross-sectional diameter 1 mm) with a fiber content of 40% by mass was produced.
  • twist angle ⁇ and twist number N of the composite 41 were set in the same manner as above.
  • the twist angle ⁇ was 6° and the twist number N per meter was 33 turns/m
  • the twist angle ⁇ was 10° and the twist number N per meter was 56 turns/m
  • the twist angle ⁇ was 20° and the twist number N was 116 turns/m.
  • the filaments of test examples A5, A6, and B3 were formed.
  • the obtained various filaments were used as filaments for a 3D printer as shown in FIG. 1, and a one-layer molded object was obtained under the conditions of a nozzle temperature of 260°C, a table temperature of 60°C, and a printing speed of 5 mm/sec. This molding was performed based on a circular curved molding model (molding path) with a radius of 5 mm. The spread width of the reinforcing fibers was measured from the captured image of a circular molded object molded on the molding surface, which was imaged with a laser microscope.
  • the radius of curvature of the curved modeling path is smaller than, for example, 2.5 mm, which is half the filament diameter, the radius of curvature of the modeling path becomes too close to the spread width, causing the model to fold over on the inner side of the model, reducing the reproducibility of the shape of the set curved model. Therefore, this evaluation is limited to cases where the radius of curvature of the curved modeling path (bending) is larger than the radius of the filament.
  • the maximum possible spread width corresponds to the total width of the modeling material on the modeling surface when the modeling material, which is the thermally melted matrix resins 25, 27 contained in the filament 11, is ejected from the nozzle 15a and spreads out on the modeling surface in a direction perpendicular to the modeling direction.
  • a layered manufacturing method in which a modeling material obtained by heating and melting a linear continuous fiber reinforced filament is discharged from a nozzle along a modeling path on a modeling surface to model a curved or bent shape on the modeling surface,
  • the continuous fiber reinforced filament includes a substrate including a thermoplastic resin and at least one fiber bundle including continuous fibers impregnated in the substrate and extending in an axial direction;
  • the continuous fibers of the fiber bundle are twisted about an axial core of the continuous fiber reinforced filament at 20 turns/m or more and 100 turns/m or less,
  • the shaping path on the shaping surface is a path for discharging the shaping material while curving or bending it to the right side toward the front of the shaping direction
  • the shaping path is a path for discharging the shaping material while curving or bending it to the left side toward the front of the shaping direction, thereby forming the curved or bent shape.
  • Additive manufacturing methods when a continuous fiber reinforced filament having a fiber bundle is molded using a molten molding material, the filament is molded in the opposite direction to the twist direction of the continuous fibers of the fiber bundle, thereby improving the spreadability without reducing the molding accuracy.
  • the twist number of the continuous fibers is 20 times/m or more and 100 times/m or less, the effect is remarkable.
  • the adhesion between adjacent molding materials can be improved, and a decrease in the strength of the molded object can be suppressed.
  • An additive manufacturing device including: a head unit that discharges a modeling material obtained by heating and melting a linear continuous fiber reinforced filament from a nozzle; a drive mechanism that moves the nozzle of the head unit relatively to a modeling surface; and a control unit that drives the drive mechanism to discharge the modeling material along a set modeling path
  • the continuous fiber reinforced filament includes a substrate including a thermoplastic resin and at least one fiber bundle including continuous fibers impregnated in the substrate and extending in an axial direction;
  • the continuous fibers of the fiber bundle are twisted about an axial core of the continuous fiber reinforced filament at 20 turns/m or more and 100 turns/m or less
  • the control unit of the additive manufacturing device when forming a curved or bent shape on the manufacturing surface, sets the manufacturing path on the manufacturing surface to a path that ejects the manufacturing material while curving or bending the fiber bundle to the right toward the front in the manufacturing direction when the fiber bundle is Z-twisted, and sets the manufacturing path to a path that ejects the manufacturing material while curving or bending the
  • this additive manufacturing device when a continuous fiber reinforced filament having a fiber bundle is molded using a molten molding material, the filament is molded in the opposite direction to the twist direction of the continuous fibers of the fiber bundle, thereby improving the spreadability without reducing the molding accuracy.
  • the twist number of the continuous fibers is 20 turns/m or more and 100 turns/m or less, the effect is remarkable.
  • the adhesion between adjacent molding materials can be improved, and a decrease in the strength of the molded object can be suppressed.
  • a program for executing an additive manufacturing procedure in which a modeling material obtained by heating and melting a linear continuous fiber reinforced filament is ejected from a nozzle along a modeling path on a modeling surface to model a curved or bent shape on the modeling surface,
  • the continuous fiber reinforced filament includes a substrate including a thermoplastic resin and at least one fiber bundle including continuous fibers impregnated in the substrate and extending in an axial direction;
  • the continuous fibers of the fiber bundle are twisted about an axial core of the continuous fiber reinforced filament at 20 turns/m or more and 100 turns/m or less
  • a program that executes a procedure for forming the curved or bent shape by setting the modeling path on the modeling surface to a path that ejects the modeling material while curving or bending the fiber bundle to the right toward the front in the modeling direction when the fiber bundle is Z-twisted, and setting the modeling path on the modeling surface to a path that ejects the modeling material while curving or bending the fiber bundle to the left toward the front in the modeling direction when the fiber bundle
  • the filament is molded in the opposite direction to the twist direction of the continuous fibers of the fiber bundle, thereby improving the spreadability without reducing the molding accuracy.
  • the number of twists of the continuous fibers is 20 times/m or more and 100 times/m or less, the effect is remarkable.
  • the adhesion between adjacent molding materials can be improved, and a decrease in the strength of the molded object can be suppressed.
  • Filament continuous fiber reinforced resin filament
  • Filament feeding section 13a Drive roller 15 Head section 15a Nozzle 17 Table 17a Modeling surface 19 Forming drive section 21 Control section 23 Fiber bundle 25 Matrix resin 27 Matrix resin 31 Fiber material supply section 33 Kneading extruder 33a Chamber 33b Hopper 35 Resin bath section 37 Cooling section 39 Twisting section 41 Composite 43 Resin 45 Guide roller 47 Outlet section 49 Die 51 Cooling water 53, 55 Take-up roll 100 Layered modeling device 200 Filament manufacturing device

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Abstract

連続繊維強化樹脂フィラメントは、熱可塑性樹脂を含む基材と、基材中に含浸されて軸方向に延在する連続繊維を含む少なくとも１つの繊維束を備える。繊維束の連続繊維には、連続繊維強化樹脂フィラメントの軸芯を中心に２０回／ｍ～１００回／ｍの撚りが付与されている。造形面における造形パスを、繊維束がＺ撚りの場合には、造形方向前方に向けて右側へ湾曲又は屈曲させながら造形材を吐出させるパスにし、繊維束がＳ撚りの場合には、造形方向前方向けて左側へ湾曲又は屈曲させながら造形材を吐出させるパスにして湾曲形状又は屈曲形状を造形する。

Description

積層造形方法及び積層造形装置並びにプログラム
　本発明は、積層造形方法及び積層造形装置並びにプログラムに関する。
　立体的な形状を有する物体を成形する積層造形装置として、熱で可塑化状態にある樹脂を造形パスに沿って１層ずつ積み重ねていく熱融解積層方式を採用した３Ｄ（三次元）プリンタが知られている。この３Ｄプリンタは、金型、治具等を必要とすることなく三次元形状を成形できることに加え、従来の射出成形技術では形成が困難な三次元形状の物体であっても造形できる。
　例えば、特許文献１に記載のストランドは、３Ｄプリンタの造形原料として用いられるフィラメントであり、繊維又は繊維束が熱可塑性樹脂を主成分とする基材中に含浸され、撚られている。これにより、フィラメント自体の可撓性が高められ、取扱性が向上している。加えて、フィラメント内の繊維又は繊維束が撚られていることにより、そのフィラメントを用いて３Ｄプリンタにより造形した造形物は、衝撃強度に優れたものとなる。このように、上記したフィラメントは、衝撃強度に優れた造形物を簡便に３Ｄプリンタで形成することを可能とする。
日本国特開２０２１－１２３０２６号公報
　しかしながら、特許文献１に示されるような撚り数が１０回／ｍ～２００回／ｍの連続繊維で強化されたフィラメントは、３Ｄプリンタのヘッド部に設けられたノズル（吐出部）から、フィラメントを加熱溶融した造形材を造形パスに沿って吐出する際、強化用繊維の開繊幅が低下あるいは不安定化するおそれがあることがわかった。このことは、特に強化用繊維に付与された撚り数が大きい場合に、造形パスの特定の形状において発現が顕著となっていた。
　強化繊維の開繊が不十分であると、互いに隣接する造形パス同士の間で、ノズルから吐出された造形材同士の融着性が低下し、空隙が生成されやすくなる。これにより、造形パスの線間及び層間での力学強度が低下するため、このような力学強度の低下を生じさせない造形計画に改める等の手間を要していた。
　そこで本発明は、造形パスの線間及び層間で力学的強度の低下を生じさせずに造形物を造形できる積層造形方法、積層造形装置及びプログラムを提供することを目的とする。
　本発明は下記の構成からなる。
（１）　線状の連続繊維強化フィラメントを加熱溶融した造形材を、造形面上で造形パスに沿ってノズルから吐出させて、前記造形面上に湾曲形状又は屈曲形状を造形する積層造形方法であって、
　前記連続繊維強化フィラメントは、熱可塑性樹脂を含む基材と、前記基材中に含浸されて軸方向に延在する連続繊維を含む少なくとも１つの繊維束とを備え、
　前記繊維束の前記連続繊維には、前記連続繊維強化フィラメントの軸芯を中心に２０回／ｍ以上、１００回／ｍ以下の撚りが付与されており、
　前記造形面における前記造形パスを、前記繊維束がＺ撚りの場合には、造形方向前方に向けて右側へ湾曲又は屈曲させながら前記造形材を吐出させるパスにし、前記繊維束がＳ撚りの場合には、造形方向前方向けて左側へ湾曲又は屈曲させながら前記造形材を吐出させるパスにして前記湾曲形状又は前記屈曲形状を造形する、
積層造形方法。
（２）　線状の連続繊維強化フィラメントを加熱溶融した造形材をノズルから吐出するヘッド部と、前記ヘッド部の前記ノズルを造形面に対して相対移動させる駆動機構と、設定された造形パスに沿って前記造形材を吐出させるように前記駆動機構を駆動する制御部と、を備える積層造形装置であって、
　前記連続繊維強化フィラメントは、熱可塑性樹脂を含む基材と、前記基材中に含浸されて軸方向に延在する連続繊維を含む少なくとも１つの繊維束とを備え、
　前記繊維束の前記連続繊維には、前記連続繊維強化フィラメントの軸芯を中心に２０回／ｍ以上、１００回／ｍ以下の撚りが付与されており、
　前記制御部は、前記造形面上に湾曲形状又は屈曲形状を造形する際、前記造形面における前記造形パスを、前記繊維束がＺ撚りの場合には、造形方向前方に向けて右側へ湾曲又は屈曲させながら前記造形材を吐出させるパスにし、前記繊維束がＳ撚りの場合には、造形方向前方向けて左側へ湾曲又は屈曲させながら前記造形材を吐出させるパスにして、前記湾曲形状又は前記屈曲形状を造形させる、
積層造形装置。
（３）　線状の連続繊維強化フィラメントを加熱溶融した造形材を、造形面上で造形パスに沿ってノズルから吐出させて、前記造形面上に湾曲形状又は屈曲形状を造形する積層造形手順を実行するプログラムであって、
　前記連続繊維強化フィラメントは、熱可塑性樹脂を含む基材と、前記基材中に含浸されて軸方向に延在する連続繊維を含む少なくとも１つの繊維束とを備え、
　前記繊維束の前記連続繊維には、前記連続繊維強化フィラメントの軸芯を中心に２０回／ｍ以上、１００回／ｍ以下の撚りが付与されており、
　コンピュータに、
　前記造形面における前記造形パスを、前記繊維束がＺ撚りの場合には、造形方向前方に向けて右側へ湾曲又は屈曲させながら前記造形材を吐出させるパスにし、前記繊維束がＳ撚りの場合には、造形方向前方向けて左側へ湾曲又は屈曲させながら前記造形材を吐出させるパスにして前記湾曲形状又は前記屈曲形状を造形する手順を実行させる、
プログラム。
　本発明によれば、造形パスの線間及び層間で力学的強度の低下を生じさせずに造形物を積層造形できる。
図１は、ＦＤＭ方式の積層造形装置の概略構成図である。 図２Ａは、フィラメントの軸方向に直交する径方向の概略断面図である。 図２Ｂは、フィラメントの軸方向に沿った側面図である。 図３は、フィラメント製造装置の模式的な構成図である。 図４Ａは、不図示のノズルからフィラメントを溶解した造形材が造形面上に吐出される様子を模式的に示す図であって、フィラメントの鉛直方向の断面を示す説明図である。 図４Ｂは、不図示のノズルからフィラメントを溶解した造形材が造形面上に吐出される様子を模式的に示す図であって、図４Ａを平面視した場合の一部断面で示す概略平面図である。 図５は、フィラメント内の繊維束の強化用繊維をＺ撚りにした場合の撚り方向を模式的に示す説明図である。 図６は、フィラメント内の繊維束の強化用繊維をＳ撚りにした場合の撚り方向を模式的に示す説明図である。 図７は、同じノズル位置における造形材内の繊維束のＺ撚りされた強化用繊維が、フィラメントの送給に伴って、その配置位置が回転する方向を示す説明図である。 図８は、同じノズル位置における造形材内の繊維束のＳ撚りされた強化用繊維が、フィラメントの送給に伴って、その配置位置が回転する方向を示す説明図である。 図９は、強化用繊維がＺ撚りの場合に、ヘッド部の移動方向が、時計回りの造形パスの場合と、反時計回りの造形パスの場合を示す説明図である。 図１０は、強化用繊維がＳ撚りの場合に、ヘッド部の移動方向が、時計回りの造形パスの場合と、反時計回りの造形パスの場合を示す説明図である。
　以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず、積層造形装置である３Ｄプリンタの構成を簡単に説明する。ここではＦＤＭ（Fused Deposition Modeling）方式の構成を例示するが、これに限らず他の方式の構成であってもよい。
＜積層造形装置の構成＞
　図１は、ＦＤＭ方式の積層造形装置１００の概略構成図である。積層造形装置１００は、連続繊維強化樹脂フィラメント１１（以下、フィラメントともいう。）を送給するフィラメント送給部１３と、ヘッド部１５と、テーブル１７と、成形駆動部１９と、制御部２１とを備える。
　フィラメント送給部１３は、フィラメント１１を挟み込む一対の駆動ローラ１３ａと、少なくとも一方の駆動ローラ１３ａを回転駆動させるモータ等の駆動部（不図示）とを備える。ヘッド部１５は、送給されたフィラメント１１を熱溶解する不図示の加熱部と、加熱部により溶解した造形材を吐出するノズル１５ａとを有する。また、図示はしないが、ヘッド部１５にはフィラメント１１に含まれる強化用繊維を切断するカッター、レーザー切断装置等の切断部が設けられていてもよい。
　テーブル１７は、ヘッド部１５のノズル１５ａに対向して配置され、造形物を積層する造形面１７ａを有する。成形駆動部１９は、ヘッド部１５とテーブル１７とを相対移動させて、ヘッド部１５のノズル１５ａから吐出される造形材を所望のパスに沿って形成する。成形駆動部１９により駆動されるテーブル１７は、例えば、ヘッド部１５をテーブル１７の造形面１７ａの面内で移動させる２軸駆動機構と、テーブル１７を昇降駆動して積層高さを調整する昇降機構とを備えた構成であってもよい。本構成においては、テーブル１７と成形駆動部１９とが、ヘッド部１５のノズル１５ａを造形面１７ａに対して相対移動させる駆動機構として機能する。なお、駆動機構は、テーブル１７を固定側として、ヘッド部１５を移動させる機構であってもよく、テーブル１７とヘッド部１５とを共に動作させる機構であってもよい。
　制御部２１は、フィラメント送給部１３によるフィラメント１１の送給と、駆動機構によるヘッド部１５の相対移動とを制御する機能と、その他の各部を統括して制御する機能とを有する。制御部２１には、フィラメント送給部１３と成形駆動部１９を含む各部を制御する造形プログラムが入力され、入力された造形プログラムを制御部２１が実行することで、所望の形状の造形物が積層造形される。
　制御部２１は、例えば、ＰＣ（Personal Computer）等の情報処理装置を用いたハードウェアにより構成される。制御部２１の各機能は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）等のプロセッサ、又は専用回路等の制御デイバイスが、不図示の記憶装置に記憶された特定の機能を有するプログラムを読み出し、これを実行することで実現される。記憶装置としては、揮発性の記憶領域であるＲＡＭ（Random Access Memory）、不揮発性の記憶領域であるＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等のストレージを例示できる。この制御部２１は、上記した形態のほか、ネットワーク等を介して積層造形装置１００に遠隔から接続される他のコンピュータであってもよい。
＜造形物の製造方法＞
　本構成の積層造形装置１００においては、制御部２１がフィラメント送給部１３に駆動信号を出力することにより、フィラメント送給部１３が駆動ローラ１３ａを回転駆動して、フィラメント１１を指定された送給速度でヘッド部１５に送給する。ヘッド部１５は、送給されたフィラメント１１を加熱して熱溶解させる。そして、制御部２１は、成形駆動部１９に駆動信号を出力し、ヘッド部１５で溶解した造形材を、ヘッド部１５とテーブル１７とを相対移動させながらノズル１５ａから吐出させる。
　本構成のように、ヘッド部１５が固定側でテーブル１７が可動側となる場合、テーブル１７を、造形物の形状に応じて作成された造形パスに沿ってヘッド部１５のノズル１５ａが相対移動するように駆動する。これにより、テーブル１７の造形面１７ａ上、又は前層（既設の層）の造形材上で、造形パスに沿って新たな造形材がノズル１５ａから吐出されて積層される。これにより、所望の形状の造形物が造形される。造形プログラムには、上記した造形パスの情報、フィラメント１１の送給速度等の造形に必要な各種の造形条件の情報が含まれている。制御部２１は、上記した造形プログラムからこれら造形条件の情報を読み込み、指定された手順で造形材を積層して造形物を造形する。
＜フィラメントの構成＞
　次に、上記した積層造形装置１００で用いるフィラメント１１の構成を説明する。
　図２Ａは、フィラメント１１の軸方向に直交する径方向の概略断面図である。図２Ｂは、フィラメント１１の軸方向に沿った側面図である。以下の説明では、同一の部材又は部位に対しては同一の符号を付与することで、その説明を簡単化又は省略する。
 　図２Ａ及び図２Ｂに示すように、フィラメント１１は、上記した積層造形装置１００のような３Ｄプリンタの造形原料として用いられる線状の樹脂材料である。このフィラメント１１は、連続繊維（以下、「強化用繊維」ともいう。）を含む繊維束２３に、熱可塑性のマトリクス樹脂２５が含浸され、さらに、繊維束２３の径方向外側に、繊維束２３を覆うようにマトリクス樹脂２７が所定の厚さで形成されている。これらマトリクス樹脂２５，２７（以下、「樹脂」ともいう。）は、フィラメント１１の基材となる。マトリクス樹脂２５，２７は、熱可塑性樹脂のほか、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等の他の樹脂材料、又は複数種の材料を混練した材料であってもよい。フィラメント１１内の繊維束２３は、フィラメント中心軸Ｏに沿って配置され、フィラメント中心軸Ｏを中心とする撚りが付与されている。
　フィラメント１１の直径は、例えば０．５ｍｍ以上、１ｍｍ以下であるのが好ましく、直径が細いほど造形物の細かな形状を正確に再現できる。また、繊維束２３は、１５００本以上、６０００本以下の連続繊維を含むことが好ましい。その場合、連続繊維が造形物中に高い密度で配置され、造形物の強度を十分に向上できる。ただし、上記の数値範囲は一例であって、これに制約されることはない。
　繊維束２３の連続繊維の撚り回数は、フィラメント１１軸方向に沿って２０回／ｍ以上、１００回／ｍ以下にすると、詳細を後述する造形方向で造形する場合に、安定した開繊の増大効果と、造形精度の向上効果が発揮される。撚り回数は２５回／ｍ以上がより好ましく、３０回／ｍ以上がさらに好ましい。また、撚り回数は８０回／ｍ以下がより好ましく、７０回／ｍ以下がさらに好ましい。
　繊維束２３を構成する強化用繊維には、ポリエチレン繊維、アラミド繊維、ザイロン繊維等の有機繊維、ボロン繊維、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、岩石繊維等の無機繊維が使用できる。強化用繊維には、樹脂と繊維との密着強度を向上させる為に、表面処理を施した繊維を使用できる。
　繊維束２３は、図２Ａに示すように１束で形成されていてもよいが、複数束の繊維束の集合体であってもよく、その場合、各繊維束の強化用繊維は、纏めて撚られていてもよく、それぞれの繊維束が個別に撚られていてもよい。
　主成分を熱可塑性樹脂とした場合のマトリクス樹脂２５，２７の材料としては、ポリプロピレン又はポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート又はポリ乳酸等のポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、芳香族ポリアミド系樹脂、ポリエーテルイミド、ポリアリルイミド、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリルエーテルケトン、ポリベンズイミダゾール、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデン樹脂、液晶ポリマー、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール、又はポリフェニレンサルファイド等が挙げられる。
　これら熱可塑性樹脂は、樹脂単独で用いてもよく、熱可塑性樹脂の耐熱性、熱変形温度、熱老化、引張特性、曲げ特性、クリープ特性、圧縮特性、疲労特性、衝撃特性、摺動特性を向上させる為に、複数の樹脂をブレンドした熱可塑性樹脂を用いてもよい。熱可塑性樹脂の一例として、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）／ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ＰＥＥＫ／ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）等が挙げられる。また、熱可塑性樹脂は、炭素繊維、ガラス繊維等の短繊維、タルク等を樹脂に添加したものであってもよい。
　また、熱可塑性樹脂に、フェノール系、チオエーテル系、ホスファイト系等の酸化防止剤、ベンゾトリアゾール系又はトリアジン系等の紫外線吸収剤、ヒドラジド系又はアミド系等の金属不活性化剤等を添加して、造形物の耐久性を向上させてもよい。
　フタル酸系、ポリエスル系等の可塑剤を熱可塑性樹脂に添加すると、柔軟性が向上し、造形時の造形精度と、造形物の柔軟性とを向上できる。
　ハロゲン系、リン酸エステル系、無機系、イントメッセント系の難燃剤を熱可塑性樹脂に添加すると、造形物の難燃性を向上できる。
　リン酸エステル金属塩系、ソルビトール等の核材を熱可塑性樹脂に添加すると、造形時の熱膨張を制御して造形精度を向上できる。
　非イオン径、アニオン系、カチオン系等の永久帯電防止剤を熱可塑性樹脂に添加すると、造形物の静電気防止性を向上できる。
　炭化水素系、金属石鹸系等の滑剤を熱可塑性樹脂に添加し、連続繊維強化フィラメントの滑性を向上させることで、造形時のフィラメントの送り出しを円滑にできる。
＜フィラメントの製法＞
　上記した３Ｄプリンタに用いられるフィラメント１１は、繊維束２３の強化用繊維に撚りが付与されて、強化用繊維の配向角が軸方向に対して傾斜している。このようなフィラメント１１の製法例について説明する。なお、ここで示すフィラメント製造装置の構成は一例であって、これに限らない。
　図３は、フィラメント製造装置２００の模式的な構成図である。
　フィラメント製造装置２００は、繊維材料供給部３１と、混練押出機３３と、樹脂浴部３５と、冷却部３７と、撚り部３９とを備える。
　繊維材料供給部３１は、コイル状に巻かれた１つ又は複数の繊維束２３を所定の速度で送り出す。混練押出機３３は、内部が空洞とされたチャンバ３３ａ内に混練翼を有するスクリュシャフト（不図示）を回転自在に備えており、ホッパ３３ｂから投入された樹脂を融解して可塑化する。樹脂浴部３５は、繊維材料供給部３１から送り出された繊維束２３に、混練押出機３３で可塑化された樹脂を含浸させる。冷却部３７は、樹脂浴部３５の下流側に配設され、樹脂浴部３５から送り出される複合体４１を冷却する。撚り部３９は、主として冷却前の繊維束２３に軸中心周りの撚りを付与させる。
　樹脂浴部３５は、筒軸方向を上下に向けた円筒状に形成されている。その筒内部には、混練押出機３３で可塑化された樹脂４３が供給され貯留される。樹脂浴部３５の上端部は開口しており、この上端部の開口から、樹脂浴部３５内に貯留された樹脂４３に対して、ガイドローラ４５によって案内された繊維束２３を引き入れる。
　樹脂浴部３５の内部には、軸芯を水平方向へ向けて回転自在に保持された複数本の含浸ロール（図示略）が設けられる。樹脂浴部３５の上端部の開口から導入された繊維束２３は、各含浸ロールを順番に架け渡されて樹脂浴部３５の下端部に配置された出口部４７に送られる。出口部４７には、樹脂４３と繊維束２３との複合体４１を樹脂浴部３５の外部に引き出す際のフィラメント１１の外周を整形するダイス４９が設けられる。ダイス４９は、その開口形状によってフィラメント１１の外周面に溝や凸条等の凹凸を形成できる。
　冷却部３７は、樹脂浴部３５から複合体４１が引き出される方向に沿って配置された長尺状の水槽であり、その槽内に冷却水５１が貯留される。この冷却部３７では、複合体４１の繊維束２３に含浸された樹脂を冷却水５１中で冷却し、硬化させる。
　撚り部３９は、冷却部３７の下流側に配設され、互いの外周面を接触させた上下一対の引き取りロール５３，５５を有する。撚り部３９は、引き取りロール５３，５５を備える構成のほか、様々な機構が採用可能である。例えば、図示を省略するが、フィラメント１１を巻き取るボビンをフィラメント１１の軸心周りに回転させる機構であってもよい。
　引き取りロール５３，５５は、繊維材料供給部３１から樹脂浴部３５へと繊維束２３を引き込み、さらに樹脂浴部３５から冷却部３７及び撚り部３９へと複合体４１を引き出す機能を兼ね備える。そして、撚り部３９の下流側には、別途、ボビン等の巻取部（不図示）を設けて、製造されたフィラメント１１を巻き取る。
　上記したフィラメント製造装置２００を用いたフィラメント１１の製造手順は、次のとおりである。
（含浸工程）
　含浸工程は、フィラメント製造装置２００の樹脂浴部３５により実施する。具体的には、ホッパ３３ｂから供給された樹脂を混練押出機３３で混練し、融解状態の樹脂を樹脂浴部３５に貯留する。この樹脂浴部３５に繊維材料供給部３１から繊維束２３を供給する。そして、樹脂浴部３５内で融解状態の樹脂を含浸させた繊維束２３に、出口部４７に配置されたダイス４９を通過させることで、樹脂の含浸量を調整する。この樹脂の含浸により、繊維束２３内の隙間、繊維束２３の径方向外側の周囲にマトリクス樹脂が存在した状態となる。このようにして得られたマトリクス樹脂と繊維束２３との複合体４１を冷却部３７で冷却する。
（撚り工程）
　撚り工程では、撚り部３９によって、樹脂浴部３５内で樹脂が含浸された状態の繊維束２３に撚りを付与する。具体的には、撚り部３９の引き取りロール５３，５５を回転させながら、冷却部３７を通過した複合体４１を引き取りロール５３，５５同士の間に通過させる。これにより、繊維束２３の連続繊維に撚りが付与される。上記の引き取りロール５３，５５の引き取り方向に対する傾斜角度を調整することで、撚り回数及び撚り角度を調整できる。
　このようにして、熱可塑性樹脂を含むマトリクス樹脂２５が、フィラメント中心軸Ｏに沿って設けられた繊維束２３に含浸されることで、繊維束２３の径方向外側の外周部に、繊維束２３を覆うようにマトリクス樹脂２７が形成されたフィラメント１１が得られる。なお、フィラメント１１を製造する際、複数の繊維材料供給部３１から供給される繊維束それぞれに、個別に撚りを付与してもよく、各繊維束を纏めて撚りを付与してもよい。
＜造形時における繊維束の開繊状態＞
　上記したフィラメント１１を用いて熱溶解積層方式により造形物を造形する際、繊維束２３の強化用繊維に付与された撚り数が大きい場合には、ノズル１５ａから吐出される繊維束２３の開繊幅が、造形パスの形状によっては低下又は不安定化しやすくなる。
　図４Ａ，図４Ｂは、不図示のノズルからフィラメント１１を溶解した造形材が造形面上に吐出される様子を模式的に示す図であって、図４Ａはフィラメント１１の鉛直方向の断面を示す説明図、図４Ｂは、図４Ａを平面視した場合の一部断面で示す概略平面図である。図４Ａに示すように、フィラメント１１は鉛直方向に繰り出されて供給され、溶解した造形材が造形方向ＷＤに沿って造形面１７ａ上に吐出される。造形材内の繊維束２３は、図４Ｂに示すようにフィラメント１１の溶解前の幅Ｗ０よりも広い幅Ｗに開繊される。
　繊維束２３の強化用繊維の撚り数が大きい場合には、造形材の吐出後にも開繊が不十分になることが生じうる。その場合、図１に示すテーブル１７の造形面１７ａ又は下地と、造形材との融着が不完全となったり、造形中に強化用繊維が不均一に分散したりするので、造形物の強度に影響が及ぶ。そこで、造形時には、繊維束２３の撚りを解しながら造形材を吐出させることが好ましい。
　繊維束２３の開繊状態は、元々の繊維束２３の強化用繊維の撚り数と、造形パスの向き（造形方向）に応じて変化する。撚りの方向には、一般にＺ撚りとＳ撚りが知られている。
　図５は、フィラメント１１内の繊維束２３の強化用繊維をＺ撚りにした場合の撚り方向を模式的に示す説明図である。図６は、フィラメント１１内の繊維束２３の強化用繊維をＳ撚りにした場合の撚り方向を模式的に示す説明図である。図５、図６は、３本の長繊維がフィラメント中心軸Ｏに沿って螺旋状に撚られた様子を、フィラメント１１（繊維束２３）の長手方向に沿った各断面の層Ｌ１～Ｌ６と共に示している。
　図５に示すＺ撚りの場合、鉛直方向下方を、フィラメント送給方向ＦＤの先方となるノズル１５ａ（図１）からの吐出側であると考える。この場合、フィラメント１１がノズル１５ａに送給されると、ノズル１５ａの位置を通過する強化用繊維は左回りに回転する。つまり、フィラメント１１がノズル１５ａへ送給されるにしたがって、ノズル１５ａからの吐出位置にフィラメント１１の層Ｌ１～Ｌ６が順次に配置される。その場合、特定の繊維Ｆに着目すると、繊維Ｆは、層Ｌ１内での繊維Ｆの位置から、フィラメント１１の送給に伴い、層Ｌ２がノズル１５ａの位置に到達したときには、繊維Ｆの位置が反時計方向に移動する。そして、層Ｌ３～Ｌ６までフィラメント１１の送給が進むと、各層内での繊維Ｆの配置はフィラメント中心軸Ｏを中心に反時計方向に回転する。
　同様に、図６に示すＳ撚りの場合でも、フィラメント１１の送給に伴って、各層内での繊維Ｆの配置はフィラメント中心軸Ｏを中心に時計方向に回転する。
　図７は、同じノズル位置における造形材内の繊維束２３のＺ撚りされた強化用繊維が、フィラメント１１の送給に伴って、その配置位置が回転する方向を示す説明図である。図８は、同じノズル位置における造形材内の繊維束２３のＳ撚りされた強化用繊維が、フィラメント１１の送給に伴って、その配置位置が回転する方向を示す説明図である。
　図７に示すように繊維束２３の強化用繊維がＺ撚りの場合には、ノズル１５ａの位置において、撚られた強化用繊維はフィラメント１１の送給に伴って反時計方向に回転しながら連続供給される。また、図８に示すようにＳ撚りの場合には、ノズル１５ａの位置において、繊維束２３の撚られた強化用繊維はフィラメント１１の送給に伴って時計方向に回転しながら連続供給される。
　上記のように撚られた強化用繊維は、造形時にノズル１５ａから回転しながら供給されることになる。次に、強化用繊維の回転方向（撚り方向）と造形方向ＷＤとの関係を説明する。
　図９は、強化用繊維がＺ撚りの場合に、ヘッド部１５の移動方向が、時計回り（右側へ湾曲）の造形パスＰＳ＿Ｒの場合と、反時計回り（左側へ湾曲）の造形パスＰＳ＿Ｌの場合を示す説明図である。Ｚ撚りの場合では、造形パスＰＳ＿Ｌの造形方向では、強化用繊維の撚りの方向（反時計回り）と同じ方向に湾曲するため、強化用繊維の撚りが解消されにくく、従って開繊しにくくなる。一方、造形パスＰＳ＿Ｒの造形方向では、強化用繊維の撚りの方向（反時計回り）と逆の方向に湾曲するため、強化用繊維の撚りが解消されやすくなる。そのため、Ｚ撚りの場合には、造形方向を造形パスＰＳ＿Ｒの方向にすると、図４Ｂに示す良好な開繊状態が得やすくなる。
　図１０は、強化用繊維がＳ撚りの場合に、ヘッド部１５の移動方向が、時計回り（右側へ湾曲）の造形パスＰＳ＿Ｒの場合と、反時計回り（左側へ湾曲）の造形パスＰＳ＿Ｌの場合を示す説明図である。Ｓ撚りの場合では、造形パスＰＳ＿Ｒの造形方向では、強化用繊維の撚りの方向（時計回り）と同じ方向に湾曲するため、強化用繊維の撚りが解消されにくく、従って開繊しにくくなる。一方、造形パスＰＳ＿Ｌの造形方向では、強化用繊維の撚りの方向（時計回り）と逆の方向に湾曲するため、強化用繊維の撚りが解消されやすくなる。そのため、Ｓ撚りの場合には、造形方向を造形パスＰＳ＿Ｌの方向にすると、図４Ｂに示す良好な開繊状態が得やすくなる。
　ここでいう造形パスの湾曲の曲率半径は、ノズル１５ａから吐出される造形材同士が重ならないように、造形材の幅Ｗ０（図４Ｂ）よりも大きく設定するのが好ましく、例えば、造形パスの湾曲の曲率半径は、１．５ｍｍ以上が好ましく、２ｍｍ以上がより好ましく、２．５ｍｍ以上がさらに好ましい。また、曲率半径の上限値は、造形材の重なりが生じない値であればよい。なお、本明細書においては、造形パスの湾曲部分の長さが極端に短い場合に「湾曲」を「屈曲」と表しているが、いずれの場合でも好ましい造形方向は同じ方向となる。
　つまり、制御部２１は、造形面１７ａ上に湾曲形状又は屈曲形状を造形する際、造形面１７ａ上において、繊維束２３がＺ撚りの場合には、造形方向前方に向けて左側へ湾曲又は屈曲させながら造形材を吐出させる造形パスにする。また、繊維束２３がＳ撚りの場合には、造形方向前方向けて右側へ湾曲又は屈曲させながら造形材を吐出させる造形パスにする。こうして、湾曲形状又は屈曲形状を造形させる。上記した造形パスは、使用するフィラメント１１に応じて制御部２１が設定してもよく、使用するフィラメント１１に応じて切り替えるように造形プログラムを設定しておくことでもよい。
　例えば、積層造形装置１００に使用するフィラメント１１がＺ撚りであるか、Ｓ撚りであるかを作業者が判別、又はセンサ等により自動判別する。その判別結果を制御部２１に入力する。制御部２１は、その判別結果に応じて好ましい造形方向の造形パスを設定する。具体的には、造形ブログラムにＺ撚りの場合の造形パスと、Ｓ撚りの場合の造形パスとをそれぞれ用意しておき、制御部２１が、いずれかの造形パスを選択的に使用して造形を行うことでもよい。
　ここでは、構成の異なる複数種のフィラメントを用い、繊維束の強化用繊維の撚り方向と同じ方向、及びその逆方向に湾曲した造形パスに沿ってそれぞれ造形した。そして、線状に形成された造形材における強化用繊維の開繊幅と、円形の造形パスで作成した円形の造形物の真円度とを評価した。各フィラメントの構成とその評価結果について表１に纏めて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　試験例Ａ１、Ａ２、及び試験例Ｂ１では、熱可塑性樹脂としてＵＢＥナイロン（登録商標）１０１０Ｘ１（ＵＢＥ株式会社製）を用い、強化用繊維として１５００本のＴＡＩＲＹＦＩＬ　ＴＣ－３３（ＦＯＲＭＯＳＡ　ＰＬＡＳＴＩＣＳ　ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ製）からなる１つの繊維束を用い、繊維含有率が４０質量％の繊維強化樹脂フィラメント（断面径０．５ｍｍ）を製造した。
　繊維強化樹脂フィラメントの製造には、図１に示すようなフィラメント製造装置２００を用いた。融解状態の熱可塑性樹脂に繊維材料を含浸させ、複合体４１を撚り部３９の一対の引き取りロール５３，５５の引き取り方向に対する傾斜角度を調整することで、上記の複合体４１における撚り角θ（図１参照）、及び１ｍ当たりの撚り数Ｎをそれぞれ設定した。
　試験例Ａ１では、撚り角θが３°、撚り数Ｎが３３回／ｍ、試験例Ａ２では、撚り角θが７°、撚り数Ｎが７８回／ｍ、試験例Ｂ１では、撚り角θが１０°、撚り数Ｎが１１２回／ｍとなるようにそれぞれ撚りを付与した。こうして、試験例Ａ１，Ａ２及び試験例Ｂ１のフィラメントを形成した。
　試験例Ａ３、Ａ４及び試験例Ｂ２では、試験例Ａ１，Ａ２及び試験例Ｂ１の場合と同様の熱可塑性樹脂と、フィラメント製造装置２００を使用し、強化用繊維として３０００本のパイロフィル（登録商標）　ＴＲ３０Ｓ　３Ｌ（三菱ケミカル株式会社製）からなる１つの繊維束を用いた。こうして、繊維含有率が４０質量％の繊維強化樹脂フィラメント（断面径０．７ｍｍ）を製造した。
　また、一対の引き取りロール５３，５５の引き取り方向に対する傾斜角度を調整することで、複合体４１における上記した撚り角θ及び撚り数Ｎをそれぞれ設定した。
　試験例Ａ３では、撚り角θが３°、撚り数Ｎが２４回／ｍ、試験例Ａ４では、撚り角θが７°、撚り数Ｎが５６回／ｍ、試験例Ｂ２では、撚り角θが１３°、撚り数Ｎが１０５回／ｍの撚りを付与した。こうして、試験例Ａ３、Ａ４及び試験例Ｂ２のフィラメントを形成した。
　試験例Ａ５，Ａ６及び試験例Ｂ３では、試験例Ａ１、Ａ２及び試験例Ｂ１の場合と同様の熱可塑性樹脂と、フィラメント製造装置２００を使用し、強化用繊維として６０００本のパイロフィル（登録商標）　ＴＲ５０Ｓ　６Ｌ（三菱ケミカル株式会社製）からなる１つの繊維束を用いた。こうして、繊維含有率４０質量％の繊維強化樹脂フィラメント（断面径１ｍｍ）を製造した。
　また、上記と同様に複合体４１における上記した撚り角θ及び撚り数Ｎをそれぞれ設定した。試験例Ａ５では、撚り角θが６°、１ｍ当たりの撚り数Ｎが３３回／ｍ、試験例Ａ６では、撚り角θが１０°、１ｍ当たりの撚り数Ｎが５６回／ｍ、試験例Ｂ３では、撚り角θが２０°、撚り数Ｎが１１６回／ｍの撚りを付与した。こうして、試験例Ａ５、Ａ６及び試験例Ｂ３のフィラメントを形成した。
（開繊性の評価）
　得られた各種のフィラメントを図１に示すような３Ｄプリンタ用のフィラメントとして使用し、ノズル温度２６０℃、テーブル温度６０℃、印刷速度５ｍｍ／ｓｅｃの条件で１層からなる造形物を得た。この造形には、半径が５ｍｍの円形状の曲線造形モデル（造形パス）に基づき実施した。強化用繊維の開繊幅については、造形面上に造形した円形状の造形物をレーザー顕微鏡により撮像し、その撮像画像から計測した。具体的には、画像処理ソフトウェアを用いて造形物の円周方向に沿った複数箇所で、造形物内の強化用繊維の径方向幅を計測し、その平均値を開繊幅とした。そして、時計回り又は反時計回りに湾曲した造形パスに沿った造形方向（印刷方向）ごとに開繊幅を比較し、造形方向を強化用繊維の撚りの解消方向に設定したことによる開繊幅の増大効果が認められた場合には、方向優位性を「有」と示し、増大効果が認められない場合には、方向優位性を「無」とした。
　なお、造形パスの湾曲の曲率半径が、例えば、フィラメント径の１／２である半径２．５ｍｍより小径である場合は、造形パスの曲率半径が開繊幅に接近し過ぎるため、造形物の内周側で折り重なって、設定した曲線造形モデルの形状の再現性が低下する。そのため、本評価は、造形パスの湾曲（屈曲）の曲率半径がフィラメントの半径より大きい場合に限定される。なお、開繊幅の採り得る最大幅は、フィラメント１１に含まれるマトリクス樹脂２５，２７が熱溶解した造形材が、ノズル１５ａから吐出されて造形面上で造形方向に直交する方向に広がったときの、造形面上での造形材の全幅に相当する。
（造形精度の評価）
　上記の開繊性を評価した造形物について、前述したレーザー顕微鏡及び画像処理ソフトウェアを用い、円形状の外周及び内周の真円度をそれぞれ算出し、内周と外周との平均値を求めた。求めた真円度の平均値を、造形方向（印刷方向）が時計回りに湾曲した場合と反時計回りに湾曲した場合とで比較して、設定した円軌道（円形の造形パス）からのずれの大小より造形精度を評価した。造形方向を強化用繊維の撚りの解消方向に設定したことによる造形精度の向上効果が認められた場合には、方向優位性を「有」と示し、造形精度の向上効果が認められない場合には、方向優位性を「無」と示した。
（評価結果）
　その結果、試験例Ａ１～Ａ５及び試験例Ｂ１～Ｂ３においては、開繊幅に関して、撚りの解消方向に湾曲する造形方向での測定結果が、撚り方向に湾曲する造形方向での測定結果より大きくなった。真円度に関しては、試験例Ａ１～Ａ５において、撚りの解消方向に湾曲する造形方向での測定結果が、撚り方向に湾曲する造形方向での測定結果より大きくなった。一方、試験例Ｂ１～Ｂ３においては、撚りの解消方向に湾曲する造形方向での測定結果が、撚り方向に湾曲する造形方向での測定結果より小さくなった。
　上記の結果によれば、試験例Ａ１～Ａ６のように、繊維束の強化用繊維に１ｍ当たり２０回以上、１００回以下の撚りを付与したフィラメントで湾曲形状又は屈曲形状を造形する場合には、フィラメントの繊維束の強化用繊維の撚り方向と反対方向に湾曲又は屈曲する方向に沿って造形することで、造形精度を低下させずに開繊性を向上できた。つまり、互いに隣接する造形パスにより造形された造形材同士の密着性が向上し、造形体が多層構造である場合には層間の密着性も向上して、高い形状精度を維持しつつ造形物の強度低下を抑制できることが示された。
　本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
　以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）　線状の連続繊維強化フィラメントを加熱溶融した造形材を、造形面上で造形パスに沿ってノズルから吐出させて、前記造形面上に湾曲形状又は屈曲形状を造形する積層造形方法であって、
　前記連続繊維強化フィラメントは、熱可塑性樹脂を含む基材と、前記基材中に含浸されて軸方向に延在する連続繊維を含む少なくとも１つの繊維束とを備え、
　前記繊維束の前記連続繊維には、前記連続繊維強化フィラメントの軸芯を中心に２０回／ｍ以上、１００回／ｍ以下の撚りが付与されており、
　前記造形面における前記造形パスを、前記繊維束がＺ撚りの場合には、造形方向前方に向けて右側へ湾曲又は屈曲させながら前記造形材を吐出させるパスにし、前記繊維束がＳ撚りの場合には、造形方向前方向けて左側へ湾曲又は屈曲させながら前記造形材を吐出させるパスにして前記湾曲形状又は前記屈曲形状を造形する、
積層造形方法。
　この積層造形方法によれば、繊維束を有する連続繊維強化フィラメントを溶解した造形材により造形する際に、繊維束の連続繊維の撚り方向と反対方向に造形することで、造形精度を低下させずに開繊性を向上できる。特に、連続繊維の撚り数が２０回／ｍ以上、１００回／ｍ以下であると、その効果が顕著となる。その結果、隣接する造形材同士の密着性を向上でき、造形物の強度低下を抑制できる。
（２）　前記湾曲形状又は前記屈曲形状の曲率半径は、前記造形面上に吐出された前記造形材の造形方向に直交する幅よりも大きい、（１）に記載の積層造形方法。
　この積層造形方法によれば、ノズルから吐出された造形材が重なり合うことがなく、高い造形精度を維持できる。
（３）　前記繊維束は、１５００本以上、６０００本以下の連続繊維を含む、（１）又は（２）に記載の積層造形方法。
　この積層造形方法によれば、連続繊維が造形物中に高い密度で配置されるため、造形物の強度を十分に向上できる。
（４）前記連続繊維強化フィラメントの直径は、０．５ｍｍ以上、１ｍｍ以下である、（１）から（３）のいずれか１つに記載の積層造形方法。
　この積層造形方法によれば、造形物の細かな形状を正確に再現できる。
（５）　線状の連続繊維強化フィラメントを加熱溶融した造形材をノズルから吐出するヘッド部と、前記ヘッド部の前記ノズルを造形面に対して相対移動させる駆動機構と、設定された造形パスに沿って前記造形材を吐出させるように前記駆動機構を駆動する制御部と、を備える積層造形装置であって、
　前記連続繊維強化フィラメントは、熱可塑性樹脂を含む基材と、前記基材中に含浸されて軸方向に延在する連続繊維を含む少なくとも１つの繊維束とを備え、
　前記繊維束の前記連続繊維には、前記連続繊維強化フィラメントの軸芯を中心に２０回／ｍ以上、１００回／ｍ以下の撚りが付与されており、
　前記制御部は、前記造形面上に湾曲形状又は屈曲形状を造形する際、前記造形面における前記造形パスを、前記繊維束がＺ撚りの場合には、造形方向前方に向けて右側へ湾曲又は屈曲させながら前記造形材を吐出させるパスにし、前記繊維束がＳ撚りの場合には、造形方向前方向けて左側へ湾曲又は屈曲させながら前記造形材を吐出させるパスにして、前記湾曲形状又は前記屈曲形状を造形させる、積層造形装置。
　この積層造形装置によれば、繊維束を有する連続繊維強化フィラメントを溶解した造形材により造形する際に、繊維束の連続繊維の撚り方向と反対方向に造形することで、造形精度を低下させずに開繊性を向上できる。特に、連続繊維の撚り数が２０回／ｍ以上、１００回／ｍ以下であると、その効果が顕著となる。その結果、隣接する造形材同士の密着性を向上でき、造形物の強度低下を抑制できる。
（６）　線状の連続繊維強化フィラメントを加熱溶融した造形材を、造形面上で造形パスに沿ってノズルから吐出させて、前記造形面上に湾曲形状又は屈曲形状を造形する積層造形手順を実行するプログラムであって、
　前記連続繊維強化フィラメントは、熱可塑性樹脂を含む基材と、前記基材中に含浸されて軸方向に延在する連続繊維を含む少なくとも１つの繊維束とを備え、
　前記繊維束の前記連続繊維には、前記連続繊維強化フィラメントの軸芯を中心に２０回／ｍ以上、１００回／ｍ以下の撚りが付与されており、
　コンピュータに、
　前記造形面における前記造形パスを、前記繊維束がＺ撚りの場合には、造形方向前方に向けて右側へ湾曲又は屈曲させながら前記造形材を吐出させるパスにし、前記繊維束がＳ撚りの場合には、造形方向前方向けて左側へ湾曲又は屈曲させながら前記造形材を吐出させるパスにして前記湾曲形状又は前記屈曲形状を造形する手順を実行させる、プログラム。
　このプログラムによれば、繊維束を有する連続繊維強化フィラメントを溶解した造形材により造形する際に、繊維束の連続繊維の撚り方向と反対方向に造形することで、造形精度を低下させずに開繊性を向上できる。特に、連続繊維の撚り数が２０回／ｍ以上、１００回／ｍ以下であると、その効果が顕著となる。その結果、隣接する造形材同士の密着性を向上でき、造形物の強度低下を抑制できる。
　なお、本出願は、２０２３年６月２３日出願の日本特許出願（特願２０２３－１０３５５７）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
　１１　フィラメント（連続繊維強化樹脂フィラメント）
　１３　フィラメント送給部
　１３ａ　駆動ローラ
　１５　ヘッド部
　１５ａ　ノズル
　１７　テーブル
　１７ａ　造形面
　１９　成形駆動部
　２１　制御部
　２３　繊維束
　２５　マトリクス樹脂
　２７　マトリクス樹脂
　３１　繊維材料供給部
　３３　混練押出機
　３３ａ　チャンバ
　３３ｂ　ホッパ
　３５　樹脂浴部
　３７　冷却部
　３９　撚り部
　４１　複合体
　４３　樹脂
　４５　ガイドローラ
　４７　出口部
　４９　ダイス
　５１　冷却水
　５３，５５　引き取りロール
１００　積層造形装置
２００　フィラメント製造装置

Claims (6)

  1. 　線状の連続繊維強化フィラメントを加熱溶融した造形材を、造形面上で造形パスに沿ってノズルから吐出させて、前記造形面上に湾曲形状又は屈曲形状を造形する積層造形方法であって、
    　前記連続繊維強化フィラメントは、熱可塑性樹脂を含む基材と、前記基材中に含浸されて軸方向に延在する連続繊維を含む少なくとも１つの繊維束とを備え、
    　前記繊維束の前記連続繊維には、前記連続繊維強化フィラメントの軸芯を中心に２０回／ｍ以上、１００回／ｍ以下の撚りが付与されており、
    　前記造形面における前記造形パスを、前記繊維束がＺ撚りの場合には、造形方向前方に向けて右側へ湾曲又は屈曲させながら前記造形材を吐出させるパスにし、前記繊維束がＳ撚りの場合には、造形方向前方向けて左側へ湾曲又は屈曲させながら前記造形材を吐出させるパスにして前記湾曲形状又は前記屈曲形状を造形する、
    積層造形方法。
  2. 　前記湾曲形状又は前記屈曲形状の曲率半径は、前記造形面上に吐出された前記造形材の造形方向に直交する幅よりも大きい、
    請求項１に記載の積層造形方法。
  3. 　前記繊維束は、１５００本以上、６０００本以下の連続繊維を含む、
    請求項１又は２に記載の積層造形方法。
  4. 　前記連続繊維強化フィラメントの直径は、０．５ｍｍ以上、１ｍｍ以下である、
    請求項１又は２に記載の積層造形方法。
  5. 　線状の連続繊維強化フィラメントを加熱溶融した造形材をノズルから吐出するヘッド部と、前記ヘッド部の前記ノズルを造形面に対して相対移動させる駆動機構と、設定された造形パスに沿って前記造形材を吐出させるように前記駆動機構を駆動する制御部と、を備える積層造形装置であって、
    　前記連続繊維強化フィラメントは、熱可塑性樹脂を含む基材と、前記基材中に含浸されて軸方向に延在する連続繊維を含む少なくとも１つの繊維束とを備え、
    　前記繊維束の前記連続繊維には、前記連続繊維強化フィラメントの軸芯を中心に２０回／ｍ以上、１００回／ｍ以下の撚りが付与されており、
    　前記制御部は、前記造形面上に湾曲形状又は屈曲形状を造形する際、前記造形面における前記造形パスを、前記繊維束がＺ撚りの場合には、造形方向前方に向けて右側へ湾曲又は屈曲させながら前記造形材を吐出させるパスにし、前記繊維束がＳ撚りの場合には、造形方向前方向けて左側へ湾曲又は屈曲させながら前記造形材を吐出させるパスにして、前記湾曲形状又は前記屈曲形状を造形させる、
    積層造形装置。
  6. 　線状の連続繊維強化フィラメントを加熱溶融した造形材を、造形面上で造形パスに沿ってノズルから吐出させて、前記造形面上に湾曲形状又は屈曲形状を造形する積層造形手順を実行するプログラムであって、
    　前記連続繊維強化フィラメントは、熱可塑性樹脂を含む基材と、前記基材中に含浸されて軸方向に延在する連続繊維を含む少なくとも１つの繊維束とを備え、
    　前記繊維束の前記連続繊維には、前記連続繊維強化フィラメントの軸芯を中心に２０回／ｍ以上、１００回／ｍ以下の撚りが付与されており、
    　コンピュータに、
    　前記造形面における前記造形パスを、前記繊維束がＺ撚りの場合には、造形方向前方に向けて右側へ湾曲又は屈曲させながら前記造形材を吐出させるパスにし、前記繊維束がＳ撚りの場合には、造形方向前方向けて左側へ湾曲又は屈曲させながら前記造形材を吐出させるパスにして前記湾曲形状又は前記屈曲形状を造形する手順を実行させる、
    プログラム。
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