(57)【要約】【課題】簡便かつ効率的に造形不良突出部を除去することができる造形方法の提供。【解決手段】造形材料による造形層の積層を造形ステージ上で繰り返すことにより、立体造形物を造形する造形方法であって、前記造形材料をノズルから吐出して前記造形層を前記造形ステージに造形する層造形工程と、前記層造形工程において前記造形層に形成された造形不良突出部を、前記ノズル及び前記造形ステージの少なくともいずれかを傾けて切断する切断工程と、を含む造形方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形材料による造形層の積層を造形ステージ上で繰り返すことにより、立体造形物を造形する造形方法であって、
前記造形材料をノズルから吐出して前記造形層を前記造形ステージに造形する層造形工程と、
前記層造形工程において前記造形層に形成された造形不良突出部を、前記ノズル及び前記造形ステージの少なくともいずれかを傾けて切断する切断工程と、
を含むことを特徴とする造形方法。
【請求項２】
前記造形不良突出部に前記ノズルの先端が当接して、前記造形不良突出部を切断するように、前記ノズル及び前記造形ステージの少なくともいずれかを傾ける請求項１に記載の造形方法。
【請求項３】
前記ノズルを傾けることが可能なノズル傾斜機構により、前記ノズルを傾ける請求項１から２のいずれかに記載の造形方法。
【請求項４】
前記造形材料が、ポリフタルアミド、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン及びポリテトラフルオロエチレンから選択される少なくとも１種である請求項１から３のいずれかに記載の造形方法。
【請求項５】
前記層造形工程において吐出した前記造形材料を冷却する冷却工程を更に含む請求項１から４のいずれかに記載の造形方法。
【請求項６】
造形材料による造形層の積層を造形ステージ上で繰り返すことにより、立体造形物を造形する造形装置であって、
前記造形材料をノズルから吐出して前記造形層を前記造形ステージに造形する層造形手段と、
前記層造形手段により前記造形層に形成された造形不良突出部を、前記ノズル及び前記造形ステージの少なくともいずれかを傾けて切断する切断手段と、
を有することを特徴とする造形装置。
【請求項７】
前記切断手段が、前記ノズルを傾けることができるノズル傾斜機構であり、
前記ノズル傾斜機構が、ボールジョイントによる可動部又は二軸の可動部を有する請求項６に記載の造形装置。
【請求項８】
前記ノズル傾斜機構が、前記層造形手段への前記造形材料の供給を阻害しないように前記ノズルを傾ける請求項７に記載の造形装置。
【請求項９】
前記可動部が、前記ノズルの上部に位置する請求項７から８のいずれかに記載の造形装置。
【請求項１０】
前記層造形手段が吐出した前記造形材料を冷却する冷却手段を更に有する請求項６から９のいずれかに記載の造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形方法及び造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、金型などを用いずに立体造形物を造形する装置として、３Ｄ（３−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）プリンタと称される造形装置が普及しつつある。
【０００３】
このような造形装置としては、例えば、造形材料をノズルから吐出する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、簡便かつ効率的に造形不良突出部を除去することができる造形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するための手段としての本発明の造形方法は、造形材料による造形層の積層を造形ステージ上で繰り返すことにより、立体造形物を造形する造形方法であって、前記造形材料をノズルから吐出して前記造形層を前記造形ステージに造形する層造形工程と、前記層造形工程において前記造形層に形成された造形不良突出部を、前記ノズル及び前記造形ステージの少なくともいずれかを傾けて切断する切断工程と、を含む。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によると、簡便かつ効率的に造形不良突出部を除去することができる造形方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の造形装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】図２は、層造形手段が造形層を造形する様子の一例を示す模式図である。
【図３Ａ】図３Ａは、従来の造形装置において、造形材料の糸引きが発生した様子の一例を示す模式図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、従来の造形装置において、造形材料の糸引きが発生したまま固化した様子の一例を示す模式図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の一実施形態に係る造形装置において、造形材料の吐出後にノズルを傾けた様子を示す模式図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の一実施形態に係る造形装置において、傾けたノズルを戻した様子を示す模式図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の一実施形態に係る造形装置において、造形材料の吐出後に造形ステージを傾けた様子を示す模式図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の一実施形態に係る造形装置において、傾けた造形ステージを戻した様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（造形方法及び造形装置）
本発明の造形方法は、造形材料による造形層の積層を造形ステージ上で繰り返すことにより、立体造形物を造形する造形方法であって、造形材料をノズルから吐出して造形層を造形ステージに造形する層造形工程と、層造形工程において造形層に形成された造形不良突出部を、ノズル及び前記造形ステージの少なくともいずれかを傾けて切断する切断工程と、を含み、更に必要に応じてその他の工程を含む。
本発明の造形装置は、造形材料による造形層の積層を造形ステージ上で繰り返すことにより、立体造形物を造形する造形装置であって、造形材料をノズルから吐出して造形層を造形ステージに造形する層造形手段と、層造形手段により造形層に形成された造形不良突出部を、ノズル及び前記造形ステージの少なくともいずれかを傾けて切断する切断手段と、を有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。
本発明の造形方法は本発明の造形装置により好適に行うことができ、層造形工程は層造形手段により好適に行うことができ、切断工程は切断手段により好適に行うことができ、その他の工程はその他の手段により行うことができる。
【０００９】
ここで、「造形不良突出部」とは、完成品である立体造形物には不要な部分であり、例えば、「糸引き」（糸を引き伸ばしたような状態をいう）などにより、意図せずはみ出して形成された部分を意味する。「造形層」とは単層を意味し、「造形物」とは複数の造形層の集合体を意味し、「立体造形物」とは完成品を意味する。
【００１０】
造形材料による造形層の積層を造形ステージ上で繰り返すことにより、立体造形物を造形する造形方法では、造形層を造形した後、造形材料の吐出を停止させてノズルを移動させる毎に、造形した造形層から造形材料の糸引きが発生する場合がある。造形層から糸引きが発生すると、造形層の糸引き部、即ち造形不良突出部がバリとなり、このバリを立体造形物から除去する作業が発生してしまう。このバリを発生させないようにする目的において、ノズルの内部に弁を設けるようにした特許文献１に記載の技術では、以下のような問題がある。
【００１１】
具体的には、特許文献１に記載の技術のようにノズルの内部に弁を設けても、弁より下流に位置するノズル先端の造形材料と造形ステージに吐出した造形材料とを切断できないため、糸引きなどにより発生する造形不良突出部に対して有効ではないという問題がある。また、造形材料としてスーパーエンジニアリングプラスチックなどの高粘度かつ高温で溶融する樹脂を用いる場合には、弁のシール部（圧着部）にゴムなどを用いることができず、弁を機能させることが難しいという問題がある。また、弁の可動部に造形材料が入り込み、ノズル内で滞留した造形材料が高温で炭化や焦げ付きなどで変質すると、弁の動きを阻害する場合があり、更には変質した造形材料が吐出されて立体造形物の品質を悪化させてしまうという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明の造形方法は、造形層を造形ステージに造形した後に、ノズル及び造形ステージの少なくともいずれかを傾けて、糸引きなどにより発生する造形不良突出部を切断する。これにより、本発明の造形方法では、スーパーエンジニアリングプラスチックなどの高温かつ高粘度で溶融する造形材料であっても、造形不良突出部をノズルの先端に付着させて切断できるため、簡便かつ効率的に造形不良突出部を除去することができる。
なお、以下では、スーパーエンジニアリングプラスチックを「スーパーエンプラ」と称することがある。
【００１３】
＜層造形工程及び層造形手段＞
層造形工程は、造形材料をノズルから吐出して造形層を造形ステージに造形する工程である。
層造形手段は、造形材料をノズルから吐出して造形層を造形ステージに造形する手段である。
具体的には、層造形工程及び層造形手段は、立体造形物のスライスデータに基づき、立体造形物の断面を形成するように、造形材料をノズルから吐出して造形ステージ上に造形層を造形する。
なお、立体造形物のスライスデータとは、立体造形物の３Ｄデータに基づいて加工されたものであり、造形層毎で造形材料を吐出する箇所を示す座標データを意味する。
【００１４】
層造形手段としては、造形材料を吐出するノズルを有していれば特に制限はなく、目的に応じて選択することができる。
層造形手段としては、例えば、フィラメント状の造形材料を溶融して流動化させ、造形材料をノズルから吐出する吐出モジュール（ヘッド）などが挙げられる。
層造形手段の形状、構造、大きさ及び材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、造形装置に複数設けられていてもよく、１つの層造形手段に複数のノズルが配されていてもよい。
【００１５】
＜＜ノズル＞＞
ノズルの形状、構造、大きさ及び材質としては、造形材料を吐出できるものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
ノズルの吐出口の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、略円形であることが好ましい。
ノズルの吐出口の径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、吐出する造形材料や、立体造形物の滑らかさや解像度などの品質に応じて変更することができる。ここで、吐出口の径とは、吐出口の形状が略円形である場合は、吐出口の直径を意味する。吐出口の形状が略円形である場合には、ノズルの吐出口の径としては、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下が好ましく、０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下がより好ましく、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下が更に好ましい。
【００１６】
＜＜造形材料＞＞
造形材料としては、特に制限はなく、目的に応じて選択することができ、例えば、熱可塑性樹脂、ガラス、金属などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、熱可塑性樹脂が好ましい。
また、造形材料は、立体造形物における所望の形状を有する部分であるモデル部となるモデル材と、モデル部を支持するサポート部となるサポート材とに分かれていてもよい。また、それぞれの造形材料が層造形手段の別のノズルから吐出されてもよい。なお、モデル材とサポート材とは、同一の造形材料を用いてもよく、異なる造形材料を用いてもよい。
【００１７】
−熱可塑性樹脂−
熱可塑性樹脂とは、熱を加えると可塑化し、溶融する樹脂を意味する。
熱可塑性樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、結晶性樹脂、非結晶性樹脂、液晶樹脂などが挙げられる。これらの中でも、「スーパーエンプラ」と称されている、ポリフタルアミド、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリテトラフルオロエチレンから選択される少なくとも１種であることが好ましい。熱可塑性樹脂がスーパーエンプラであると、造形する立体造形物の引張強度、耐熱性、耐薬品性、及び難燃性を向上することができ、立体造形物を工業用途にも使用可能になる点で有利である。
【００１８】
層造形手段に供給する際の造形材料の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、フィラメント状などが挙げられる。
【００１９】
＜＜造形ステージ＞＞
造形ステージとしては、層造形手段が造形材料を吐出できる土台であり、造形層を積層できれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
造形ステージの形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、平面状であることが好ましい。このとき、造形ステージの法線方向としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、層造形手段が造形材料を吐出する方向が好ましい。
造形ステージの構造、大きさ及び材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００２０】
ノズルから造形材料を吐出する際の、造形ステージあるいは造形層とノズルとの空隙としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下が好ましい。この場合、ノズルの吐出口の径よりも、空隙のほうが狭いときが多く、吐出する造形材料における造形ステージあるいは造形層との接着力を高めることができる点で有利である。
【００２１】
＜＜その他の部＞＞
その他の部としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、供給された造形材料の逆流を抑制する逆流抑制部や、供給された造形材料を流動化させる流動化部を有することが好ましい。
【００２２】
−逆流抑制部−
逆流抑制部は、造形材料を冷却することにより、層造形手段における造形材料の逆流を抑制する。これにより、逆流抑制部は、造形材料が層造形手段内で詰まることによる吐出不良を抑制することができる。
逆流抑制部としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、公知の冷却装置などが挙げられる。
なお、層造形手段において造形材料が逆流する量は、逆流抑制部の温度分布や層造形手段の流路の形状などにより、制御することができる。
【００２３】
逆流抑制部が動作するタイミングとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、層造形手段が造形材料を吐出する際に常に動作してもよいし、層造形手段が造形ステージから離れる方向に移動する際に動作してもよい。また、層造形手段が造形ステージから離れる方向に移動する際には、逆流抑制部は、造形材料の冷却をより強めるようにしてもよい。これにより、造形ステージから離れる方向に移動する際（造形中に層造形手段をリトラクト（退避）させる際など）における造形材料の逆流を、より確実に抑制することができる。
【００２４】
−流動化部−
流動化部としては、例えば、造形材料が熱可塑性樹脂であれば、熱可塑性樹脂を溶融可能な公知の熱源などが挙げられる。
【００２５】
また、切断手段は、層造形手段への造形材料の供給を阻害しないようにノズルを傾けることが好ましい。これにより、切断手段がノズルを傾けても、スムーズに造形材料を層造形手段に供給することができる。
【００２６】
＜切断工程及び切断手段＞
切断工程は、層造形工程において造形層に形成された造形不良突出部を、ノズル及び造形ステージの少なくともいずれかを傾けて切断する工程である。
切断手段は、層造形手段により造形層に形成された造形不良突出部を、ノズル及び造形ステージの少なくともいずれかを傾けて切断する手段である。
なお、造形ステージを傾けることは、造形ステージ上の造形層又は造形物を傾けることと同じ意味であり、造形物に積層された造形層に造形不良突出部が造形された場合には、造形ステージを傾けることで造形不良突出部を切断することができる。
【００２７】
切断手段は、造形不良突出部にノズルの先端が当接して、造形不良突出部を切断するように、ノズル及び造形ステージの少なくともいずれかを傾けることが好ましい。
ここで、「ノズルの先端」とは、ノズルの先端における吐出面及び側面を意味する。「ノズルの吐出面」とは、ノズルの吐出口を含む面を意味する。
【００２８】
切断手段の形状、構造、大きさ及び材質としては、ノズル及び造形ステージの少なくともいずれかを傾けて造形層の造形不良突出部を切断できれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
切断手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ノズル傾斜機構や傾斜調整機構が好ましい。
【００２９】
−ノズル傾斜機構−
ノズル傾斜機構は、ノズルを傾けることができる機構であり、層造形手段がノズルを一体とする場合には、層造形手段を傾けることができる機構である。
ノズル傾斜機構としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ノズルを傾斜させるためのモータなどの駆動源と、ノズルの可動軸となる可動部とを有することが好ましい。
可動部としては、ボールジョイントによる可動部又は二軸の可動部が好ましい。これにより、ノズル傾斜機構は、ノズルを傾ける方向が制限されない点で有利である。
可動部の設置位置としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ノズルの上部に位置することが好ましい。可動部がノズルの上部に位置すると、ノズルを傾ける前後において、フィラメント状の造形材料を供給するためのノズルの挿入口の位置の移動が少なくなるため、スムーズにフィラメント状の造形材料をノズルに供給することができる。
【００３０】
−傾斜調整機構−
傾斜調整機構は、造形ステージの傾斜を調整する手段である。
傾斜調整機構としては、特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができ、例えば、平面視したときに四角形である造形ステージにおいて、四隅の高さをそれぞれ調整できる機構などが挙げられる。
【００３１】
＜その他の工程及びその他の手段＞
その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、冷却工程、クリーニング工程、制御工程などが挙げられる。
その他の手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、冷却手段、クリーニング手段、制御手段などが挙げられる。
冷却工程は冷却手段により好適に行うことができ、クリーニング工程はクリーニング手段により好適に行うことができ、制御工程は制御手段により好適に行うことができる。
【００３２】
＜＜冷却工程及び冷却手段＞＞
冷却工程は、層造形工程において造形材料を吐出した造形材料を冷却する工程である。これにより、冷却工程では、造形材料の温度を下げることで粘度を低減させることができるため、造形材料の糸引きを発生しにくくすることができる。
冷却手段は、層造形手段が吐出した造形材料を冷却する手段である。
冷却手段としては、例えば、層造形手段が吐出した造形材料に対し送風する送風手段、熱伝導性の良い材料やヒートパイプなど直接造形物に接触させて冷却する接触手段などが挙げられる。
【００３３】
＜＜クリーニング工程及びクリーニング手段＞＞
クリーニング工程は、ノズルの先端をクリーニングする工程である。これにより、ノズルの先端をクリーニングできるため、ノズルの先端に付着させた造形材料が造形層、造形物又は立体造形物に付着することを抑制でき、立体造形物の品質を維持することができる。
クリーニング手段は、ノズルの先端をクリーニングする手段である。
クリーニング手段としては、例えば、ノズルの先端を固定された金属板やブラシなどに移動させて払拭する払拭手段などが挙げられる。
【００３４】
＜＜制御工程及び制御手段＞＞
制御工程は、各種プログラムを実行し、造形装置全体の動作を制御する工程である。
制御手段は、各種プログラムを実行し、造形装置全体の動作を制御する手段である。
制御手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）などが挙げられる。
【００３５】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
【００３６】
本発明の一実施形態として、熱溶解積層法（ＦＦＦ；Ｆｕｓｅｄ  Ｆｉｌａｍｅｎｔ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）により立体造形物を造形する立体造形装置について説明する。なお、本発明における造形装置は、熱溶解積層法を用いたものに限定されるものではなく、ノズルから造形材料を吐出して造形ステージに造形層が積層することにより立体造形物を造形する任意の造形装置を用いることができる。
【００３７】
図１は、本発明の造形装置の一実施形態を示す模式図である。
図１に示すように、造形装置１は、エクストルーダ１０と、層造形手段としての吐出モジュール２０と、ノズル傾斜機構（切断手段）の可動部としての可動軸３１と、造形ステージ４０とを有する。造形材料としてのフィラメント状の造形材料Ｆは、熱可塑性樹脂をマトリックスとした樹脂組成物からなる紐状の固体材料であり、エクストルーダ１０によって引き込まれることで、吐出モジュール２０に供給される。
【００３８】
エクストルーダ１０は、送りローラ１１，１２と、モータ１３とを有する。送りローラ１１，１２は、モータ１３により駆動され、造形材料Ｆを挟持して吐出モジュール２０に供給する。
なお、本実施形態では、エクストルーダ１０は、吐出モジュール２０と一体として傾けることができないように固定されている。
【００３９】
吐出モジュール２０は、エクストルーダ１０から供給された造形材料Ｆを、上部の開口部で受けて内部の移送路２０ａを介し、溶融して造形材料を逆流させないようにして吐出する。
吐出モジュール２０は、逆流抑制部としての冷却ブロック２１と、ガイド２２と、流動化部としての加熱ブロック２３と、ノズル２４とを有する。
【００４０】
冷却ブロック２１は、吐出モジュール２０の最上部に設けられており、造形材料Ｆを冷却する冷却源を有する。これにより、冷却ブロック２１は、造形材料の吐出モジュール２０の上部への逆流、造形材料を押し出す抵抗の増大、あるいは、造形材料の固化による移送路２０ａ内での詰まりを防ぐ。
加熱ブロック２３と冷却ブロック２１との間には、ガイド２２が設けられている。
【００４１】
加熱ブロック２３は、造形材料の移送方向におけるガイド２２の下流に配置されており、ヒータなどの熱源と、ヒータの温度を制御するための熱電対とを有する。加熱ブロック２３は、ガイド２２を介して移送された造形材料Ｆを加熱溶融させ、ノズル２４に供給する。
【００４２】
ノズル２４は、吐出モジュール２０の最下部に設けられており、その下面は吐出口を含む吐出面２４ａである。ノズル２４は、加熱ブロック２３から供給された溶融状態あるいは半溶融の造形材料を造形ステージ４０上に線状に押し出すようにして吐出する。吐出された造形材料は、冷却固化されて所定の形状の造形層が造形される。さらに、ノズル２４は、造形した造形層に、溶融状態あるいは半溶融状態の造形材料を、線状に押し出すようにして吐出する操作を繰り返すことで、新たな造形層を積層させる。このようにして、造形装置１は、立体造形物を造形する。
【００４３】
ノズル傾斜機構の可動部としての可動軸３１は、吐出モジュール２０の上部に配置されている。これにより、可動軸３１と吐出モジュール２０の開口部との位置が近いことから、吐出モジュール２０が傾いても開口部の位置が大きく移動することがないため、エクストルーダ１０からの造形材料Ｆの供給を阻害しないようにノズル２４を傾けることができる。また、ノズル傾斜機構は、駆動パルス信号を入力されたモータなどからの駆動力により、可動軸３１を中心に吐出モジュール２０（ノズル２４含む）を図１中Ｒ１で示す方向に傾けることができる。
【００４４】
なお、吐出モジュール２０は、エクストルーダ１０から供給される造形材料Ｆの軸（移送路２０ａ）を回転軸として図１中Ｒ２で示す方向に、エクストルーダ１０から独立して回転することができる。これは、エクストルーダ１０が造形材料Ｆを挟持していることから、吐出モジュール２０と一体として回転などの移動をすると造形材料Ｆも移動してしまうと、配置や構造によっては造形材料Ｆの供給を阻害する場合がある。このため、吐出モジュール２０を固定されているエクストルーダ１０から独立して回転できるようにすることで、エクストルーダ１０からの造形材料Ｆの供給を阻害しないようにすることができる。また、吐出モジュール２０が方向Ｒ２に回転できることから、糸を引いた造形材料を付着させるノズル２４先端の箇所を同じにできるため、クリーニング手段でクリーニングする箇所をノズル２４の一部に限定でき、クリーニングが容易になる。
【００４５】
なお、本実施形態では、エクストルーダ１０が傾斜及び回転しないようにしているが、これに限ることなく、エクストルーダ１０が傾斜及び回転できるようにしてもよい。この場合には、エクストルーダ１０の傾斜及び回転が造形材料Ｆの供給を阻害しないようにすることに留意することが必要である。
また、吐出モジュール２０を傾けるか否かは、例えば、造形材料Ｆの材質や温度などから判定するようにしてもよい。吐出モジュール２０を傾ける制御方法としては、例えば、吐出モジュール２０を造形ステージ４０外に退避させるリトラクト命令が入力されたら、直前の吐出方向及び／又は走査方向に基づき、ノズル２４を傾ける向きと傾き量を算出し、傾けさせてもよい。あるいは、立体造形物の３Ｄデータに基づき、ノズル２４を傾ける向きと傾き量を算出して傾けるようにしてもよい。
【００４６】
図２は、層造形手段が造形層を造形する様子の一例を示す模式図である。
図２に示すように、ノズル２４は、造形材料ＦＭを造形ステージ４０側に向かって吐出しながら走査することで、造形層Ｌを造形する。このように、造形材料ＦＭを吐出すると、吐出された造形材料ＦＭはノズル２４の移動に沿って１本の線状となって造形される。また、ノズル２４は、造形材料ＦＭを吐出して造形ステージ４０上に押し付けて造形層Ｌを造形する。これにより、造形ステージ４０と造形層Ｌ間の接着力、あるいは造形層Ｌ間の接着力を向上させ、造形層Ｌの剥離を抑制することができる。
なお、図２では、造形ステージ４０上に造形材料ＦＭを吐出しているが、造形物を造形する際には、造形層Ｌ上に造形材料ＦＭを吐出して造形層を積層する。
【００４７】
次に、従来の造形装置において、造形材料の糸引きが発生する様子について図３Ａ及び図３Ｂを用いて説明する。
【００４８】
図３Ａは、従来の造形装置において、造形材料の糸引きが発生した様子の一例を示す模式図である。図３Ｂは、従来の造形装置において、造形材料の糸引きが発生したまま固化した様子の一例を示す模式図である。
図３Ａでは、ノズル２４が造形材料ＦＭの吐出を始めて造形ステージ４０に押し付けながら吐出停止位置Ｅで吐出を停止させ、リトラクト動作を行った後、次の動作に向けてノズル２４が移動し始めている。このとき、ノズル２４は、吐出停止位置Ｅよりも図３Ａ中右側に位置しており、吐出停止後にも造形材料ＦＭがノズル２４から吐出され、糸引きが発生している。図３Ｂでは、図３Ａで示した状態よりも、更にノズル２４を図３Ａ中右側に移動させた状態を示している。このため、造形層Ｌの端部に造形材料ＦＭの糸引き形状がそのまま残り（図３Ｂ中Ｓで示す糸引き部）、これが固化するとバリとなる。
このように、造形層Ｌとノズル２４内に残る造形材料ＦＭとを切り離すプロセスがないために造形材料ＦＭの糸引きが発生してしまい、造形層Ｌの端部に残った造形材料ＦＭの糸引き形状がバリとなってしまう。
【００４９】
図４Ａは、本発明の一実施形態に係る造形装置において、造形材料の吐出後にノズル２４を傾けた様子を示す模式図である。図４Ｂは、本発明の一実施形態に係る造形装置において、傾けたノズル２４を戻した様子を示す模式図である。
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、本発明の一実施形態に係る造形装置では、ノズル２４を図４Ａ中Ｒ１で示す方向に傾けることにより、図３Ａ及び図３Ｂで示した糸引き部Ｓをノズル２４の先端に付着させることができる。このため、本発明の一実施形態に係る造形装置では、簡便かつ効率的に糸引き部Ｓを除去することができる。
なお、ノズル２４の先端に付着させた造形材料ＦＭにより、造形層、造形物、立体造形物又は装置内を汚さないように、クリーニング手段などを設けるようにしてもよい。
【００５０】
なお、本実施形態では、簡便かつ効率的に糸引き部Ｓを除去するためにノズル２４を傾けたが、これに限ることはない。例えば、吐出停止位置Ｅで吐出を停止しリトラクト動作を実行すると同時にノズル２４と造形ステージ４０の空隙を広げ（相対的にノズル２４を上にあげる動作）、ノズル２４を回転させてから再度空隙を狭くして、造形材料ＦＭの糸引きを切断するようにしてもよい。あるいは、図１中Ｒ２で示した方向にノズル２４を回転させることにより造形材料ＦＭの糸引きを切断するようにしてもよく、回転した後にノズル２４の直線動作で切断するようにしてもよい。この場合、直線動作としては、上方から下方に向けて移動してもよく、左右に移動してもよい。また、ノズル２４の回転動作と直線動作を組み合わせるようにしてもよい。切断のタイミングとしては、吐出停止位置Ｅで吐出を停止した後、直ちに切断してもよく、冷却手段による冷却時間を設けてから切断してもよい。
【００５１】
また、本実施形態では、簡便かつ効率的に造形不良突出部を除去するために、ノズル２４を傾けるようにしたが、これに限ることはない。例えば、造形材料Ｆの吐出後に、図５Ａに示すように傾斜調整機構により造形ステージ４０を傾けることにより、図５Ｂに示すように造形材料の糸引きを切断するようにしてもよい。
【００５２】
以上説明したように、本発明の造形方法は、造形材料による造形層の積層を造形ステージ上で繰り返すことにより、立体造形物を造形する造形方法であって、造形材料をノズルから吐出して造形層を造形ステージに造形する層造形工程と、層造形工程において造形層に形成された造形不良突出部を、ノズル及び造形ステージの少なくともいずれかを傾けて切断する切断工程と、を含む。
これにより、本発明の造形方法は、簡便かつ効率的に造形不良突出部を除去することができる。
【００５３】
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
＜１＞  造形材料による造形層の積層を造形ステージ上で繰り返すことにより、立体造形物を造形する造形方法であって、
前記造形材料をノズルから吐出して前記造形層を前記造形ステージに造形する層造形工程と、
前記層造形工程において前記造形層に形成された造形不良突出部を、前記ノズル及び前記造形ステージの少なくともいずれかを傾けて切断する切断工程と、
を含むことを特徴とする造形方法である。
＜２＞  前記造形不良突出部に前記ノズルの先端が当接して、前記造形不良突出部を切断するように、前記ノズル及び前記造形ステージの少なくともいずれかを傾ける前記＜１＞に記載の造形方法である。
＜３＞  前記ノズルを傾けることが可能なノズル傾斜機構により、前記ノズルを傾ける前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の造形方法である。
＜４＞  前記造形材料が、ポリフタルアミド、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン及びポリテトラフルオロエチレンから選択される少なくとも１種である前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の造形方法である。
＜５＞  前記層造形工程において吐出した前記造形材料を冷却する冷却工程を更に含む前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の造形方法である。
＜６＞  造形材料による造形層の積層を造形ステージ上で繰り返すことにより、立体造形物を造形する造形装置であって、
前記造形材料をノズルから吐出して前記造形層を前記造形ステージに造形する層造形手段と、
前記層造形手段により前記造形層に形成された造形不良突出部を、前記ノズル及び前記造形ステージの少なくともいずれかを傾けて切断する切断手段と、
を有することを特徴とする造形装置である。
＜７＞  前記切断手段が、前記ノズルを傾けることができるノズル傾斜機構であり、
前記ノズル傾斜機構が、ボールジョイントによる可動部又は二軸の可動部を有する前記＜６＞に記載の造形装置である。
＜８＞  前記ノズル傾斜機構が、前記層造形手段への前記造形材料の供給を阻害しないように前記ノズルを傾ける前記＜７＞に記載の造形装置である。
＜９＞  前記可動部が、前記ノズルの上部に位置する前記＜７＞から＜８＞のいずれかに記載の造形装置である。
＜１０＞  前記層造形手段が吐出した前記造形材料を冷却する冷却手段を更に有する前記＜６＞から＜９＞のいずれかに記載の造形装置である。
【００５４】
前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の造形方法、及び前記＜６＞から＜１０＞のいずれかに記載の造形装置によると、従来における諸問題を解決し、本発明の目的を達成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５５】
【特許文献１】特開２０１８−１５４０６１号公報
【符号の説明】
【００５６】
１    造形装置
１０    エクストルーダ
２０    吐出モジュール（層造形手段）
２０ａ  移送路
２１    冷却ブロック
２３    加熱ブロック
２４    ノズル
２４ａ  吐出面
３１    可動軸（可動部）
４０    造形ステージ
Ｅ    吐出停止位置
Ｆ    造形材料
ＦＭ  造形材料
Ｌ    造形層
Ｓ    糸引き部（造形不良突出部）
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
2020199724.tif 000009
【図５Ｂ】
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