(57)【要約】【課題】  材料の変質や形状崩れ等の発生を抑制し、層間の接着性を向上させることができる装置、方法およびシステムを提供する。【解決手段】  造形装置は、造形材料を吐出し、造形材料層を形成する吐出手段と、形成された造形材料層を加熱する加熱手段と、加熱手段が加熱した造形材料層に対し、吐出手段が造形材料を吐出することにより造形材料層を積層する際、加熱する造形材料層の加熱範囲もしくは該造形材料層に与える加熱エネルギーまたはその両方を制御する制御手段とを含む。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体物を造形する造形装置であって、
造形材料を吐出し、造形材料層を形成する吐出手段と、
形成された前記造形材料層を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段が加熱した前記造形材料層に対し、前記吐出手段が造形材料を吐出することにより造形材料層を積層する際、加熱する造形材料層の加熱範囲もしくは該造形材料層に与える加熱エネルギーまたはその両方を制御する制御手段と
を含む、造形装置。
【請求項２】
前記加熱する造形材料層の温度を検知する検知手段と、
前記検知手段により検知された前記温度に基づき、加熱する造形材料層の範囲を決定する決定手段と
を含み、
前記制御手段は、前記決定手段により決定された前記範囲に前記加熱範囲を変更する、請求項１に記載の造形装置。
【請求項３】
前記決定手段は、入力された前記立体物の形状情報、設定された前記造形材料の種類の情報、設定された前記造形材料の色の情報、設定された前記造形材料の吐出幅の情報の少なくとも１つに基づき、前記範囲を決定する、請求項２に記載の造形装置。
【請求項４】
前記加熱手段は、レーザ光源であり、前記制御手段は、レーザ光の照射範囲を変更することにより前記加熱範囲を変更する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の造形装置。
【請求項５】
前記レーザ光源は、複数のレンズからなるレンズ群を含み、前記制御手段は、前記レンズ群の位置を変更する、請求項４に記載の造形装置。
【請求項６】
前記レーザ光源は、複数のレンズを含み、前記制御手段は、前記複数のレンズのレンズ間の間隔を変更する、請求項４に記載の造形装置。
【請求項７】
前記レーザ光源は、複数のレンズを含み、前記制御手段は、新たなレンズを追加し、または前記複数のレンズの少なくとも１つを取り除くことにより前記レーザ光の照射範囲を変更する、請求項４に記載の造形装置。
【請求項８】
前記加熱手段は、温風源であり、前記制御手段は、温風の吹き出し口の大きさを変更することにより前記加熱範囲を変更する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の造形装置。
【請求項９】
前記加熱手段は、板状物を押し当てて加熱する装置であり、前記制御手段は、前記板状物の大きさを変更することにより前記加熱範囲を変更する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の造形装置。
【請求項１０】
前記加熱手段は、赤外線ランプであり、前記制御手段は、前記赤外線ランプの位置を変更することにより前記加熱範囲を変更する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の造形装置。
【請求項１１】
前記吐出手段を移動させる第１の移動手段と、
前記加熱手段を移動させる第２の移動手段と
を含み、
前記第１の移動手段が、前記加熱手段と前記第２の移動手段とを搭載し、
前記制御手段が、前記吐出手段に対して前記加熱手段が一定時間先行して移動するように前記第２の移動手段を制御する、請求項１に記載の造形装置。
【請求項１２】
複数の前記加熱手段を含み、
前記制御手段は、前記吐出手段の位置に応じて、前記造形材料層を加熱する加熱手段を切り替える、請求項１１に記載の造形装置。
【請求項１３】
前記制御手段は、前記加熱手段の移動速度、前記造形材料層の温度、前記造形材料層の形状の少なくとも１つに応じて、前記造形材料層の加熱範囲もしくは該造形材料層に与える加熱エネルギーまたはその両方を制御する、請求項１１または１２に記載の造形装置。
【請求項１４】
前記制御手段は、前記吐出手段と前記加熱範囲とが干渉する場合、前記吐出手段に対して前記加熱手段が所定の距離で先行して移動するように前記加熱範囲もしくは前記加熱エネルギーまたはその両方を変更する、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の造形装置。
【請求項１５】
前記加熱手段は、レーザ光源であり、前記立体物が造形される平面に対して一定の角度でレーザ光を照射し、
前記レーザ光源は、前記加熱範囲の形状を変形するレンズを介してレーザ光を照射する、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の造形装置。
【請求項１６】
前記第２の移動手段に搭載され、前記吐出手段から吐出された造形材料を冷却する冷却手段を含む、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の造形装置。
【請求項１７】
立体物を造形する方法であって、
造形材料を吐出し、造形材料層を形成するステップと、
形成された前記造形材料層を加熱するステップと
を含み、
加熱された前記造形材料層に対し、造形材料を吐出することにより造形材料層を積層する際、加熱する造形材料層の加熱範囲もしくは該造形材料層に与える加熱エネルギーまたはその両方を制御するステップ
をさらに含む、造形方法。
【請求項１８】
立体物を造形する造形システムであって、
造形材料を吐出し、造形材料層を形成する吐出手段と、
形成された前記造形材料層を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段が加熱した前記造形材料層に対し、前記吐出手段が造形材料を吐出することにより造形材料層を積層する際、加熱する造形材料層の加熱範囲もしくは該造形材料層に与える加熱エネルギーまたはその両方を制御する制御手段と
を含む、造形システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体物を造形する装置、方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
３Ｄプリンタ等の立体物を造形する造形装置は、金型等を使用せず、材料を積層することにより立体物を造形する。その造形方式として、光造形法、粉末焼結積層造形法、熱溶解積層法、インクジェット法等が知られている。これらの方式では、造形材料に対してレーザ光等を当て、造形材料を溶融して造形材料層間を接着し、または造形材料を硬化させて、１層ずつ造形する。
【０００３】
例えば、熱溶解積層法を利用した造形技術として、層間の溶着強度を高める目的で、ある段の層を形成するために吐出手段から溶融樹脂を押し出す際に、前の段の層を形成している樹脂材料を加熱する技術が提案されている（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】
しかしながら、上記の技術では、材料を加熱するためにレーザ光等により熱エネルギーを入力するが、入力する熱エネルギーが過剰であると、材料が変質し、過少であると、層間の接着性が低下するという問題があった。
【０００５】
また、造形面の形状等は、各層によって異なるため、熱エネルギーを入力する範囲を各層によって変更しないと、形状崩れ等が発生するという問題もあった。
【０００６】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、材料の変質や形状崩れ等の発生を抑制し、層間の接着性を向上させることができる装置、方法およびシステム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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、立体物を造形する造形装置であって、
造形材料を吐出し、造形材料層を形成する吐出手段と、
形成された造形材料層を加熱する加熱手段と、
加熱手段が加熱した造形材料層に対し、吐出手段が造形材料を吐出することにより造形材料層を積層する際、加熱する造形材料層の加熱範囲もしくは該造形材料層に与える加熱エネルギーまたはその両方を制御する制御手段と
を含む、造形装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、材料の変質や形状崩れ等の発生を抑制し、層間の接着性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る造形装置の構成例を示した図。
【図２】造形装置が備える吐出モジュールの構成例を示した図。
【図３】造形装置のハードウェア構成の一例を示した図。
【図４】下層を加熱する動作の一例を示した図。
【図５】非接触式のサーモグラフィを検知手段として用いる場合のサーモグラフィの配置例を示した図。
【図６】接触式の熱電対を検知手段として用いる場合の熱電対の配置例を示した図。
【図７】造形装置が備える加熱モジュールを造形テーブル側から見た平面図。
【図８】制御部の構成例を示したブロック図。
【図９】制御部による下層の加熱処理の第１の例を示したフローチャート。
【図１０】制御部による下層の加熱処理の第２の例を示したフローチャート。
【図１１】制御部による下層の加熱処理の第３の例を示したフローチャート。
【図１２】制御部による下層の加熱処理の第４の例を示したフローチャート。
【図１３】積層界面温度と時間との関係を示した図。
【図１４】加熱範囲を説明する図。
【図１５】加熱範囲の変更例を示した図。
【図１６】形状を考慮した加熱の一例を示した図。
【図１７】加熱範囲を変更する方法の第１の例を示した図。
【図１８】加熱範囲を変更する方法の第２の例を示した図。
【図１９】加熱範囲を変更する方法の第３の例を示した図。
【図２０】温風ノズルを用いた加熱範囲を変更する方法の一例を示した図。
【図２１】アイロンを用いた加熱範囲を変更する方法の一例を示した図。
【図２２】ハロゲンランプを用いた加熱範囲を変更する方法の一例を示した図。
【図２３】下層の加熱する動作の別の例を示した図。
【図２４】材料構成を偏在させたフィラメントの一例を示した図。
【図２５】規制手段を備えた造形装置の一例を示した図。
【図２６】フィラメントの方向を規制する処理の一例を示したフローチャート。
【図２７】造形装置により造形される造形物の一例を示した図。
【図２８】レーザが照射された部分の表面温度と経過時間との関係を示したグラフ。
【図２９】造形装置の別の構成例を示した図。
【図３０】ノズルの移動をＸＹ座標系で３点切り出した図。
【図３１】ノズルの中心に対するレーザを照射する位置について説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本実施形態に係る造形装置の構成例を示した図である。造形装置は、立体物を造形する装置で、造形装置に対して三次元形状情報、使用する材料や材料を吐出する幅等の設定情報等を造形情報として入力する情報処理装置とともに使用され、造形システムを構成する。造形装置と情報処理装置は、ケーブル等を使用して有線により、または無線ＬＡＮ等を使用して無線により接続される。なお、情報処理装置と、造形装置とは、ネットワークを介して接続されていてもよい。
【００１１】
造形システムは、１つの筐体内に、情報処理装置が備える機能と、立体物を造形する造形手段とが収納された１つの機器で構成されていてもよい。また、造形システムは、情報処理装置が備える機能を２以上の機器に分散し、造形装置を含め、３以上の機器から構成されていてもよい。
【００１２】
図１に示す造形装置１０は、例えば熱熔解積層法により造形を行う装置である。しかしながら、造形方式は、このような熱溶解積層法に限定されるものではなく、他の熱可塑性の材料を積層する方式であってもよい。造形装置１０は、立体物（造形物）を、金型を使用することなく、造形情報に基づき、造形材料を吐出して造形材料層を形成し、その造形材料層を積層することにより造形する。
【００１３】
造形装置１０は、筐体１１を含み、筐体１１は、造形物を造形するための処理空間を提供する。筐体１１内には、載置台としての造形テーブル１２が設けられ、造形物は、造形テーブル１２上で造形される。造形テーブル１２には、造形された造形物を加熱するための加熱部が設けられていてもよい。
【００１４】
造形装置１０は、筐体１１内に、造形材料を吐出する吐出手段としての吐出モジュール１３を含む。造形材料には、一例として熱可塑性の樹脂組成物が使用される。造形装置１０は、固体で、細長い線状の樹脂組成物（フィラメント）１４を使用し、フィラメント１４を溶融状態（液の状態）または半溶融状態（固液共存状態）にし、それを押し出し吐出して、造形材料層を形成する。このため、造形装置１０は、筐体１１の外部に、フィラメント１４が巻かれ、吐出モジュール１３によるフィラメントの引き込みに伴って自転するリール１５を備えている。
【００１５】
造形装置１０は、吐出モジュール１３を水平方向であって、任意の方向（Ｘ軸方向）へスライド可能に保持するＸ軸駆動軸１６と、吐出モジュール１３をＸ軸方向へ移動させるＸ軸駆動モータ１７とを備える。また、造形装置１０は、水平方向であって、Ｘ軸方向に対して垂直方向（Ｙ軸方向）へＸ軸駆動軸１６およびＸ軸駆動モータ１７を移動させるＹ軸駆動モータ１８も備える。
【００１６】
造形装置１０は、造形テーブル１２を鉛直方向（Ｚ軸方向）へスライド可能に保持するＺ軸駆動軸１９と、造形テーブル１２をＺ軸方向へ移動させるＺ軸駆動モータ２０とを備える。また、造形装置１０は、造形テーブル１２がＺ軸方向へ移動する際、造形テーブル１２が傾かないように、造形テーブル１２の縁部を貫通してＺ軸方向へ延びるガイド軸２１を備えている。
【００１７】
造形装置１０は、これらの機構を備えることにより、吐出モジュール１３の水平方向の吐出位置を変えながらフィラメント１４を吐出して１層形成するごとに造形テーブル１２を１段下げる操作を繰り返して、三次元形状の造形物２２を造形することができる。
【００１８】
造形物２２は、造形材料層を積層することにより造形されるが、固まった下層の上に、溶融状態または半溶融状態のフィラメント１４を吐出して、その下層に隣接する上層を形成しても、層間の接着性が低い。接着性は、下層を加熱して吐出するフィラメント１４の温度との差を小さくし、下層とフィラメント１４が混ざり合う状態にすることで向上させることができる。
【００１９】
このため、造形装置１０は、筐体１１内に、造形テーブル１２上に形成されたフィラメント１４の層を加熱するための加熱モジュール２３を備える。加熱モジュール２３は、吐出モジュール１３と連結され、吐出モジュール１３とともに水平方向へ移動し、吐出モジュール１３がフィラメント１４を吐出し、造形材料層を形成する際、直前に形成した造形材料層（下層）を加熱する。
【００２０】
造形装置１０は、そのほか、クリーニングブラシ２４を備えることができる。クリーニングブラシ２４は、フィラメント１４の溶融と吐出を経時で続けた場合に、溶融した樹脂で汚れた吐出モジュール１３の吐出ノズル周辺を清掃する。これにより、吐出ノズルの先端に樹脂が固着することを防ぎ、適切な幅での樹脂の吐出が可能となる。クリーニングブラシ２４を使用したクリーニング動作は、樹脂の固着防止の観点から、樹脂の温度が下がりきらないうちに実行されることが好ましい。このため、クリーニングブラシ２４は、耐熱性部材からなることが好ましい。
【００２１】
クリーニング動作では、取り除かれた樹脂が固まり、研磨粉が発生する。このため、造形装置１０は、発生した研磨粉を集積させるためのダストボックス２５を備えることができる。造形装置１０は、ダストボックス２５を設けて研磨粉を定期的に廃棄する構成に限らず、吸引路を設け、発生した研磨粉を吸引し、外部へ排出させる構成等を採用してもよい。
【００２２】
図２は、吐出モジュール１３の構成例を示した図である。吐出モジュール１３は、造形テーブル１２の上方に設けられ、エクストルーダ３０と、冷却ブロック３１と、フィラメントガイド３２と、加熱ブロック３３と、吐出ノズル３４とを含んで構成される。吐出モジュール１３は、その他の部品を含むことができ、例えば撮像モジュール３５やねじり回転機構３６等を含むことができる。
【００２３】
エクストルーダ３０は、フィラメント１４の駆動手段として機能し、自身が回転し、リール１５からフィラメント１４を引き込み、下方の造形テーブル１２へ向けて供給する。
【００２４】
冷却ブロック３１は、加熱ブロック３３の上部に、加熱ブロック３３から離間して設けられる。冷却ブロック３１は、冷却源３７を有し、エクストルーダ３０により供給されるフィラメント１４を冷却する。これにより、下方の加熱ブロック３３により加熱され、溶融したフィラメント１４の上部への逆流、フィラメント１４を押し出す抵抗の増大、フィラメント１４の固化による移送路内での詰まりを防ぐ。
【００２５】
フィラメントガイド３２は、冷却ブロック３１と加熱ブロック３３との間に設けられ、断熱性の材料からなり、加熱ブロック３３の熱が上部へ伝搬するのを抑制する。
【００２６】
加熱ブロック３３は、ヒータ等の熱源３８と、熱源３８の温度を計測する温度計測手段の１つである熱電対３９とを有する。加熱ブロック３３は、冷却ブロック３１、フィラメントガイド３２とともに、フィラメント１４が通る移送路を形成し、移送路を介して供給されたフィラメント１４を加熱し、フィラメント１４を溶融状態または半溶融状態にして、吐出ノズル３４へ送る。
【００２７】
吐出ノズル３４は、造形テーブル１２の上面に対向して設けられ、加熱ブロック３３から供給されたフィラメント１４を、造形テーブル１２上に線状に押し出すようにして吐出する。なお、吐出されたフィラメント１４は、自然冷却されて固化し、所定の形状の層を形成する。吐出ノズル３４は、形成した層の上に、再びフィラメント１４を線状に押し出すようにして吐出することを繰り返し、層を積み上げて、三次元形状の造形物を造形する。
【００２８】
吐出ノズル３４は、１つであってもよいし、２以上設けてもよい。吐出ノズル３４を２つ設ける場合、第１のノズルは、造形物を構成するモデル材のフィラメントを吐出するためのノズルとし、第２のノズルは、モデル材を支持するサポート材のフィラメントを吐出するためのノズルとすることができる。モデル材とサポート材は、通常、異なる材料とされ、サポート材は、最終的に除去される。
【００２９】
撮像モジュール３５は、必要に応じて設けられ、吐出モジュール１３に引き込まれるフィラメント１４の全方位画像を撮像する。図２に示す例では、撮像モジュール３５がフィラメント１４を挟んで２つ設けられているが、これに限られるものではない。例えば、反射板を用いる等して１つの撮像モジュールで３６０°像を撮像してもよいし、３つ以上の撮像モジュールで分担して撮像し、それを組み合わせて３６０°像としてもよい。撮像モジュール３５としては、レンズ等の結像光学系と、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)センサやＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサ等の撮像素子とを備えたカメラを用いることができる。
【００３０】
ねじり回転機構３６は、ローラにより構成され、必要に応じて設けられる。ねじり回転機構３６は、吐出モジュール１３に引き込まれるフィラメント１４をその幅方向に回転させることにより、フィラメント１４の方向を規制する。
【００３１】
図３は、レーザ光源とその駆動部を除く造形装置１０のハードウェア構成の一例を示した図である。造形装置１０は、ハードウェアとして、造形テーブル１２、吐出モジュール１３、Ｘ軸駆動モータ１７、Ｙ軸駆動モータ１８、Ｚ軸駆動モータ２０、クリーニングブラシ２４を備える。加えて、造形装置１０は、制御部２６、側面冷却部２７、吐出モジュール位置検知部２８、造形テーブル位置検知部２９を備える。
【００３２】
吐出モジュール１３は、図２に示したように、エクストルーダ３０、冷却ブロック３１、加熱ブロック３３、吐出ノズル３４、撮像モジュール３５、ねじり回転機構３６を含み、さらに、径測定部４０を含む。径測定部４０は、撮像モジュール３５により撮像されたフィラメント１４の画像から、Ｘ軸、Ｙ軸の２方向におけるフィラメント１４のエッジ間の幅を径として測定し、基準から外れた規格外の径を検出した場合、エラー情報を出力する。
【００３３】
造形テーブル１２には、必要に応じて加熱部４１が設けられる。加熱モジュール２３は、回転ステージ４２、温度センサ４３、レーザ光源４４を含む。側面冷却部２７は、ファン等とされ、必要に応じて設けられる。側面冷却部２７は、造形物の形状を維持しつつフィラメント１４を積層するため、加熱モジュール２３による加熱の際、造形物の側面を冷却する。
【００３４】
制御部２６は、ＣＰＵやメモリ等により構成され、各部と電気的に接続される。吐出モジュール位置検知部２８は、位置検知センサ等とされ、吐出モジュール１３のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置を検知する。造形テーブル位置検知部２９も、位置検知センサ等とされ、造形テーブル１２のＺ軸方向の位置を検知する。制御部２６は、これらの検知結果を受けて、Ｘ軸駆動モータ１７、Ｙ軸駆動モータ１８、Ｚ軸駆動モータ２０の駆動を制御し、吐出モジュール１３および造形テーブル１２を目標の位置へ移動させる。
【００３５】
図４は、下層を加熱する動作の一例を示した図である。ここでは、レーザ光４５を用いて加熱する方法について説明する。吐出モジュール１３により上層４６を造形する際、レーザ光源４４は、上層４６の直ぐ下の下層４７における、フィラメント１４が吐出される直前の位置にレーザ光４５を照射し、その部分を加熱する。直前の位置とは、矢線に示す方向に移動する吐出ノズル３４の現在の位置から所定の距離以内の、矢線に示す方向へわずかに移動した位置をいう。この場合、溶融したフィラメント１４を吐出して下層４７を形成し、冷却固化した後の下層４７を加熱することになる。
【００３６】
下層４７の加熱温度は、特に限定はないが、下層４７を構成するフィラメント１４の溶融温度以上であることが好ましい。
【００３７】
下層４７の加熱前に、温度センサ４３で加熱する部分の温度を計測する。温度センサ４３は、加熱前の下層面の温度を計測可能な任意の位置に配置される。図４に示す例では、レーザ光源４４の垂直上方に温度センサ４３が配置されている。制御部２６は、温度センサ４３により計測された温度を取得し、取得した温度に基づき、レーザ光源４４の出力を制御する。これにより、下層４７の温度を所定の温度に加熱することができる。
【００３８】
別の方法として、加熱中の下層４７の温度を温度センサ４３で計測し、計測結果が所定の温度になるまでレーザ光源４４からレーザを出力するように制御してもよい。その場合、温度センサ４３の位置は、加熱面を計測可能な任意の位置とすることができる。温度センサ４３は、これまでに知られたいかなる装置でも使用することができ、接触式のものであってもよいし、非接触式のものであってもよい。
【００３９】
図５は、非接触式の温度センサ４３としてサーモグラフィを用いた例を示す図である。サーモグラフィは、計測対象の下層４７から放射される赤外線を分析し、熱分布として画像で表示する装置である。図６は、接触式の温度センサ４３として熱電対を用いた例を示す図である。熱電対は、二種類の異なる導体の両端を接合し、一方の接点を一定の温度に保持し、他方の接点の温度を変化させたときに生じる電流の大きさから温度を計測する温度センサである。
【００４０】
図７は、造形テーブル１２側から上部の加熱モジュール２３を見た平面図である。加熱モジュール２３は、回転ステージ４２に取り付けられる。回転ステージ４２は、吐出ノズル３４を中心に一定方向に回転する。
【００４１】
レーザ光源４４は、回転ステージ４２に少なくとも１つ取り付けられ、回転ステージ４２の回転に伴って回転移動する。このため、レーザ光源４４は、吐出ノズル３４の移動方向が変化しても、吐出ノズル３４の吐出位置に先回りして、下層４７に対し、レーザ光を照射することができる。
【００４２】
図８は、制御部２６により実現される機能について説明する図である。制御部２６は、ＣＰＵがプログラムを実行することで各機能を実現するための機能部を生成し、その機能部として、伝熱計算部５０と、決定部５１と、加熱制御部５２とを含む。なお、機能部の一部または全部が、回路等のハードウェアで実現されてもよい。
【００４３】
伝熱計算部５０は、各種の温度センサ４３、５３、５４からの入力を受け付け、各種の設定データ５５〜５７の入力を受け付ける。温度センサ５３は、吐出ノズル３４から吐出される材料の吐出温度を計測するセンサである。温度センサ５４は、筐体１１内の造形雰囲気温度を計測するセンサである。設定データ５５は、材料の種類を表すデータで、設定データ５６は、材料の色を表すデータで、設定データ５７は、材料の吐出幅を規定するデータである。
【００４４】
また、伝熱計算部５０は、造形形状を表す三次元形状データ（３Ｄデータ）５８や造形の進捗状況を造形位置で表す位置データ５９の入力も受け付ける。位置データ５９は、図３に示した吐出モジュール位置検知部２８および造形テーブル位置検知部２９から入力される。なお、ここで示した情報は一例であり、これら以外の情報を含んでいてもよいし、一部の情報を変更してもよい。
【００４５】
伝熱計算部５０は、入力された情報を用いて、下層４７の加熱に必要な熱量を計算する。下層４７の加熱に必要な熱量は、下層温度、材料吐出温度、造形雰囲気温度、造形形状、造形位置によって変わるからである。ちなみに、造形雰囲気温度は、下層温度や材料吐出温度に影響を与え、造形形状は、例えば細い形状と太い形状では熱容量が異なり、造形位置は、例えば端部と中心部では熱の拡散の状態が異なる。
【００４６】
下層４７の加熱に必要な熱量は、例えば下層温度、材料吐出温度、造形雰囲気温度を基に、上層４６と下層４７の界面の温度（積層界面温度）あるいは下層４７の熱吸収量を算出し、算出した積層界面温度あるいは熱吸収量を基に熱エネルギーとして計算することができる。積層界面温度または熱吸収量は、材料の熱容量を用いて算出することができ、熱量は、下記に説明するように、積層界面温度を材料のガラス遷移点以上の任意の温度にするために必要な熱量として計算される。これらを計算するための計算式としては、これまで知られたいかなる計算式でも使用することができる。なお、熱量は、材料の種類や色によって熱吸収率が変わり、吐出幅によって加熱する面積が変わってくるので、これらの設定情報も用いて計算される。
【００４７】
決定部５１は、伝熱計算部５０により計算された熱量に基づき、下層４７の加熱範囲を決定する。加熱制御部５２は、決定された加熱範囲を加熱するように加熱モジュール２３を制御する。
【００４８】
図９は、下層４７を加熱する処理の第１の例を示したフローチャートである。この処理は、ステップ１００から開始し、ステップ１０１では、造形テーブル１２上に溶融したフィラメント１４を吐出し、１層目（第１層）を形成する。層の形成は、３Ｄデータを輪切りにして生成された各層の造形データに基づいて行われる。
【００４９】
ステップ１０２では、形成された層の上に材料を吐出して上層４６を形成する際、下層４７の材料吐出直前の温度を、温度センサ４３により計測する。
【００５０】
ステップ１０３では、伝熱計算部５０が、計測された温度データを基に、下層４７の加熱に必要な熱量を計算する。ステップ１０４では、決定部５１が、伝熱計算部５０により計算された熱量に基づき、下層４７の加熱範囲を決定する。ステップ１０５では、加熱制御部５２が、決定部５１により決定された加熱範囲を加熱するように加熱源である加熱モジュール２３に対して加熱を指示する。
【００５１】
ステップ１０６では、加熱モジュール２３が、加熱制御部５２から受けた指示に従って、指示された加熱範囲にレーザ光を照射する等して、その加熱範囲を加熱する。そして、ステップ１０７で、加熱後の加熱範囲の温度を、温度センサ４３により計測する。
【００５２】
ステップ１０８では、加熱制御部５２が、計測された温度が指定された温度に達したかどうかを確認する。達していない場合、再びステップ１０３に戻り、加熱に必要な熱量を計算する。すなわち、指定された温度に達するまでフィードバックする。一方、達した場合は、ステップ１０９へ進み、加熱処理を終了する。
【００５３】
図１０は、下層４７を加熱する処理の第２の例を示したフローチャートである。この処理は、図９のようなフィードバックを行わない、フィードフォワード処理である。ステップ２００から開始し、ステップ２０１で、造形テーブル１２上に溶融したフィラメント１４を吐出し、第１層を形成する。ステップ２０２では、上層４６を形成する際、下層４７の材料吐出直前の温度を、温度センサ４３により計測する。
【００５４】
ステップ２０３では、伝熱計算部５０が、入力された３Ｄデータ５８と位置データ５９とに基づき、ステップ２０２の温度の計測から加熱を行うまでの時間を計算する。ステップ２０４では、伝熱計算部５０が、計算した時間に基づき、加熱されるまでに下層温度が何度低下するかを計算する。ステップ２０５で、伝熱計算部５０が、計算した温度から、下層４７の加熱に必要な熱量を計算する。加熱までに下がる温度を考慮して熱量を計算するため、加熱に必要な正確な熱量を計算することができ、図９のようなフィードバックが不要となる。
【００５５】
ステップ２０６では、決定部５１が、伝熱計算部５０により計算された熱量に基づき、下層の加熱範囲を決定する。そして、ステップ２０７では、加熱制御部５２が、決定部５１により決定された加熱範囲を加熱するように加熱モジュール２３に対して加熱を指示する。
【００５６】
ステップ２０８では、加熱モジュール２３が、加熱制御部５２から受けた指示に従って、指示された加熱範囲にレーザ光を照射する等して、その加熱範囲を加熱し、ステップ２０９で、加熱処理を終了する。
【００５７】
図１１は、下層４７を加熱する処理の第３の例を示したフローチャートである。この処理も、図１０に示した処理と同様、フィードフォワード処理である。ステップ３００から開始し、ステップ３０１で、造形テーブル１２上に溶融したフィラメント１４を吐出し、第１層を形成する。ステップ３０２では、上層４６を形成する際、フィラメント１４を吐出する位置から、吐出ノズル３４の移動方向へ任意の距離だけ離間した吐出前の下層４７の位置の温度を、温度センサ４３により計測する。
【００５８】
ステップ３０３では、伝熱計算部５０が、入力された３Ｄデータ５８と位置データ５９とに基づき、ステップ３０２の温度の計測から加熱を行うまでの時間を計算する。ステップ３０４では、伝熱計算部５０が、計算した時間に基づき、加熱されるまでに下層温度が何度低下するかを計算する。ステップ３０５で、伝熱計算部５０が、計算した温度から、下層４７の加熱に必要な熱量を計算する。
【００５９】
ステップ３０６では、決定部５１が、伝熱計算部５０により計算された熱量に基づき、下層４７の加熱範囲を決定する。そして、ステップ３０７では、加熱制御部５２が、決定部５１により決定された加熱範囲を加熱するように加熱モジュール２３に対して加熱を指示する。
【００６０】
ステップ３０８では、加熱モジュール２３が、加熱制御部５２から受けた指示に従って、指示された加熱範囲にレーザ光を照射する等して、その加熱範囲を加熱し、ステップ３０９で、加熱処理を終了する。
【００６１】
図１２は、下層４７を加熱する処理の第４の例を示したフローチャートである。この処理も、図１０や図１１に示した処理と同様、フィードフォワード処理である。ステップ４００から開始し、ステップ４０１で、造形テーブル１２上に溶融したフィラメント１４を吐出し、第１層を形成する。ステップ４０２では、上層４６を形成する際、吐出直前の下層４７の温度を、温度センサ４３により計測する。
【００６２】
ステップ４０３では、伝熱計算部５０が、計測された温度データを基に、下層４７の加熱に必要な熱量を計算する。ステップ４０４では、決定部５１が、伝熱計算部５０により計算された熱量に基づき、下層４７の加熱範囲を決定する。ステップ４０５では、加熱制御部５２が、決定部５１により決定された加熱範囲を加熱するように加熱モジュール２３に対して加熱を指示する。
【００６３】
ステップ４０６では、加熱モジュール２３が、加熱制御部５２から受けた指示に従って、指示された加熱範囲にレーザ光を照射する等して、その加熱範囲を加熱し、ステップ４０７で、加熱処理を終了する。
【００６４】
第４の例は、図９に示した第１の例と同様、吐出直前の下層４７の温度を計測し、その温度データを基に熱量を計算するものである。フィードバックを行わないことから、処理は簡素化されるが、下層を確実に溶融状態または半溶融状態にするため、熱量に一定の余裕をみて計算する必要がある。
【００６５】
図１３は、熱量を計算するために使用される、積層界面温度と時間との関係を示した図である。積層界面温度と時間は、形成された層の強度発現に起因する重要なパラメータである。積層界面温度は、ガラス転移点以上で、ある任意の温度であった際、ある時間をかけると、積層界面の樹脂同士が混ざり合い、積層界面強度を向上させることができる。ガラス転移点は、造形材料の剛性と粘度が低下し、流動性が増す温度である。図１３中、強度発現ラインは、積層界面強度が発現する境界を示している。したがって、ある温度と時間をかけた際の合計が、図１３に曲線で示す強度発現ラインを超えることで、積層界面強度を向上させることができる。
【００６６】
伝熱計算部５０は、強度発現ラインを超えるように、加熱に必要な熱量を計算する。熱量は、例えば加熱しないで材料を吐出した場合の積層界面温度を、計測した材料吐出温度、下層温度、雰囲気温度等から算出し、その積層界面温度を、強度発現ラインを超える任意の温度にするために必要な熱量として計算することができる。
【００６７】
図１４は、加熱範囲について説明する図である。図１４（ａ）は、造形テーブル１２上に材料を吐出する直前の下層４７を加熱しているところを例示した正面図で、図１４（ｂ）は、造形している層を上から見た平面図である。
【００６８】
図１４（ｂ）に示す例は、１本の吐出ライン６０に対して、加熱範囲６１がどのようになっているかを示している。この例では、約３本分の吐出ラインにより形成された下層４７の上に、上層４６を構成する吐出ライン６０の形成が行われており、現在の吐出位置より吐出ノズル３４が進む方向の先の位置に、加熱範囲６１が存在している。ここでは、加熱範囲６１は、円形で表され、計算された熱量に応じた範囲を規定する円の直径が、ほぼ材料の吐出幅となっている。なお、加熱範囲６１の形状は、円形に限られるものではなく、他の形状であってもよい。
【００６９】
図１５は、加熱範囲の変更例を示した図である。加熱範囲６１は、計算された熱量に応じて変更され、その形状を円形とすると、その直径を用い、吐出ライン（吐出幅）との比で示すことができる。吐出ラインが任意の幅を基準として１と規定すると、加熱範囲の直径が吐出ラインと同じであれば、加熱範囲は１となり、吐出ラインが基準の２倍の幅の２で、加熱範囲の直径が吐出ラインと同じであれば、加熱範囲は２となる。
【００７０】
図１５に示す例１は、吐出ライン１に対して加熱範囲１で加熱した例を示している。例２は、吐出ライン２に対して加熱範囲２で加熱した例を示している。例３は、吐出ライン３に対して加熱範囲３で加熱した例を示している。例２、３は、吐出幅を考慮して計算された熱量に応じて、加熱範囲がそれぞれ２、３とされた例である。
【００７１】
例４は、吐出ライン１に対して加熱範囲２で加熱した例を示している。加熱対象の下層４７の材料の種類や色が吐出ライン１のものとは異なる等で、計算された熱量が例１に比較して大きく、その結果、加熱範囲２とされた例である。ここでは、材料の種類や色が異なることにより熱量が変わることを説明したが、これに限られるものではない。
【００７２】
例５は、吐出ライン１に対して加熱範囲０．５で加熱した例を示している。吐出位置が造形している層の中心部ではなく、端部である場合、固体内の方が速く熱が拡散するので、中心部の方が速く拡散し、端部は拡散が遅い。このため、計算される熱量は、中心部に吐出ラインを形成した場合に比較して小さくなる。例５は、このように熱量が例１に比較して小さく、その結果、加熱範囲０．５とされた例である。ここでは、造形位置によって熱量が変わることを説明したが、これに限られるものではない。なお、これらの比は一例であり、吐出ライン１に対して加熱範囲０．７等、任意に変更することができる。
【００７３】
図１６は、造形形状の情報を用いて熱量を計算し、計算した熱量から加熱範囲を決定し、決定した範囲に加熱範囲を変更する例を示した図である。造形形状は、上側に行くにつれて造形材料層の面積が大きくなり、吐出モジュール１３の動作方向に先細りした形状となっている。このような形状では、吐出モジュール１３の動作方向の各層の先端部分は、下側に層が存在しないため、加熱範囲６１が吐出幅と同じか、吐出幅より大きいと、先端部分の全体が溶融して、外形形状を崩してしまう。
【００７４】
そこで、下側に層が存在する部分については、図１５に示した例１のように、吐出ライン１に対して加熱範囲１で加熱する。一方、下側に層が存在しない外形形状に近い先端部分については、その輪郭を構成するエッジ部分を除き、その中心部分のみを溶融するように加熱範囲を変更し、図１５に示した例５のように、吐出ライン１に対して加熱範囲０．５で加熱する。ここで示した加熱範囲は一例であり、エッジ部分を除き、その中心部分のみを溶融することができれば、加熱範囲は０．４や０．６等であってもよい。このように、造形形状の情報を用いて計算を行うことで、造形形状に応じて加熱範囲を変更することができる。
【００７５】
図１７は、レンズ群を移動することで、加熱範囲を変更する例を示した図である。図１７では、加熱範囲を変更する手段として、加熱モジュール２３に搭載されたレンズ群の位置を変更する手段が採用されている。この例では、加熱モジュール２３は、レーザ光源４４として説明するが、レーザ光源４４に限定されるものではない。
【００７６】
レーザを用いる加熱の加熱範囲の変更は、レーザ光を集光させる光学系の焦点から、光軸方向を基準として前後に移動させることにより実施することができる。図１７に示す例では、レーザ光源４４のレーザ光学系のレンズ群を、矢線に示す焦点位置から離す方向に移動させることで、加熱範囲を変更する。焦点位置から離せば離すほど、レンズ群の焦点が下層４７から離れていき、図１５に示した円形の加熱範囲の大きさが大きくなる。
【００７７】
図１８は、レンズ間の距離（間隔）を変更することにより加熱範囲を変更する例を示した図である。図１８では、加熱範囲を変更する手段として、加熱モジュール２３に搭載されたレンズ間の距離を変更する手段が採用されている。この例でも、加熱モジュール２３は、レーザ光源４４として説明するが、レーザ光源４４に限定されるものではない。
【００７８】
レーザを用いる加熱の加熱範囲の変更は、レーザ光を集光させる光学系の焦点から、光軸方向を基準として前後に移動させることにより実施することができる。図１８に示す例では、レーザ光源４４のレーザ光学系のレンズ群内のレンズ６２、６３を移動させ、意図的に焦点位置から離す方向に変更することで、加熱範囲を変更する。
【００７９】
図１９は、レンズを追加し、追加したレンズを移動させて加熱範囲を変更する例を示した図である。図１９では、加熱範囲を変更する手段として、加熱モジュール２３に搭載されたレンズ群に、新たにレンズ６４を追加し、追加したレンズ６４を移動させる手段が採用されている。この例でも、加熱モジュール２３は、レーザ光源４４として説明するが、レーザ光源４４に限定されるものではない。
【００８０】
レーザを用いる加熱の加熱範囲の変更は、レーザ光を集光させる光学系の焦点から、光軸方向を基準として前後に移動させることにより実施することができる。図１９に示す例では、新たに追加したレンズ６４を、光軸方向に対して垂直方向に移動させ、意図的に焦点位置から離す方向に変更することで、加熱範囲を変更する。
【００８１】
図１９に示す例では、レンズ６４を新たに追加する例を示したが、これに限られるものではなく、既に搭載されたレンズ群を構成する複数のレンズの１つを取り除くように移動させ、さらにはそのレンズを取り除くことで、加熱範囲を変更することも可能である。
【００８２】
これまで、加熱モジュール２３にレーザ光源４４を用いた例を説明してきたが、レーザ光源４４以外の装置を加熱モジュール２３として用い、加熱範囲を変更する例について説明する。
【００８３】
図２０は、加熱モジュール２３として温風源７０を用い、加熱範囲を変更する例を示した図である。温風源７０は、温風を発生させる装置で、例えば空気の取り込み口と、取り込んだ空気を加熱するヒータとを含む構成とすることができる。温風源７０は、吐出ノズル３４から材料が吐出される直前の下層４７に向けて温風７１を吹き出し、加熱する。
【００８４】
図２０では、加熱範囲を変更する手段として、温風源７０の先端に、交換可能に取り付けられる複数の温風ノズル７２が採用される。温風ノズル７２は、吹き出し口の大きさが、例えば３段階で変えられるように３つ用意される。吹き出し口が最も小さいノズルを小とし、最も大きいノズルを大とし、その間の大きさのノズルを中とすることができる。なお、温風ノズル７２は、３つに限られるものではなく、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。
【００８５】
図２０に示す例では、温風ノズル７２を小から中、中から大に変更することで、加熱範囲を大きくすることができ、大から中、中から小に変更することで、加熱範囲を小さくすることができる。なお、図７に示す回転ステージ４２に、温風ノズル７２の大、中、小をそれぞれ取り付けた３つの温風源７０を取り付けておき、決定部５１で決定された加熱範囲に応じて、いずれの温風源７０を使用するかを選択し、その温風源７０に切り替えて使用することも可能である。
【００８６】
図２１は、加熱モジュール２３として接触式の加熱手段、例えばアイロン８０を用い、加熱範囲を変更する例を示した図である。アイロン８０は、吐出モジュール１３と同様、冷却ブロック８１と、冷却源８２と、加熱ブロック８３と、熱源８４と、熱電対８５と、冷却ブロック８１と加熱ブロック８３を繋ぎ、加熱ブロック８３の熱が上部へ伝搬するのを抑制する断熱性を有するガイド８６とを含んで構成される。アイロン８０は、加熱ブロック８３の下面に取り付けられる加熱プレート８７と、加熱プレート８７の先端に、交換可能に取り付けられる板状物としての加熱範囲変更プレート８８とを含む。
【００８７】
アイロン８０は、熱源８４で発生した熱を加熱ブロック８３から加熱プレート８７を介して加熱範囲変更プレート８８へ伝える。加熱範囲変更プレート８８は、吐出ノズル３４から材料が吐出される直前の下層と接触しており、伝達された熱を下層４７に与え、接触する面を加熱範囲として加熱する。
【００８８】
図２１では、加熱範囲を変更する手段として、複数の加熱範囲変更プレート８８が採用される。加熱範囲変更プレート８８は、図２１に示した温風ノズル７２と同様、接触する面積に応じて、例えば３段階で変えられるように３つ用意される。接触する面積が最も小さいプレートを小とし、最も大きいプレートを大とし、その間の大きさのプレートを中とすることができる。なお、加熱範囲変更プレート８８は、３つに限られるものではなく、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。
【００８９】
図２１に示す例では、加熱範囲変更プレート８８を小から中、中から大に変更することで、加熱範囲を大きくすることができ、大から中、中から小に変更することで、加熱範囲を小さくすることができる。この場合も、図７に示す回転ステージ４２に、加熱範囲変更プレート８８の大、中、小をそれぞれ取り付けた３つのアイロン８０を取り付けておき、決定部５１で決定された加熱範囲に応じて、いずれのアイロン８０を使用するかを選択し、そのアイロン８０に切り替えて使用することも可能である。
【００９０】
図２２は、加熱モジュール２３としてハロゲンランプ９０を用い、加熱範囲を変更する例を示した図である。ハロゲンランプ９０は、ガラス球内にハロゲンガスが封入され、赤外線を発生させる赤外線ランプである。赤外線は、対象物に熱を与える効果を有する、可視光線より波長が長い電磁波である。ハロゲンランプ９０は、前方以外の周囲をカバーにより覆われ、発生した赤外線９１が前方の開口から放出されるように構成されている。カバーの内面は、赤外線を開口から適切に放出させるため、赤外線を反射する部材で覆われる。
【００９１】
ハロゲンランプ９０は、レーザ光源４４と同様の造形テーブル１２の上方に取り付けられ、吐出ノズル３４から材料が吐出される直前の下層４７に向け、斜め下方に赤外線９１を放出し、下層４７を加熱する。
【００９２】
図２２では、加熱範囲を変更する手段が、ハロゲンランプ９０を移動する手段とされ、ハロゲンランプ９０の位置を斜め上方に移動することにより、加熱範囲を変更する。
【００９３】
ここでは、ハロゲンランプ９０を移動して加熱範囲を変更したが、これに限られるものではなく、ハロゲンランプ９０を覆うカバーの開口部の大きさを変えることにより加熱範囲を変更してもよい。この場合、カバーを、上記の温風ノズル７２や加熱範囲変更プレート８８と同様、３つ用意し、３段階に変更してもよいし、２つまたは４つ以上用意し、２段階または４段階以上に変更してもよい。
【００９４】
以上のようにして、加熱範囲を変更し、変更した加熱範囲を加熱モジュール２３で加熱し、加熱した下層４７に吐出モジュール１３から材料を吐出して、造形材料層を積層し、これを繰り返して、造形物を造形することができる。造形形状や造形位置等によって加熱範囲を変更することができるので、材料の変質や形状崩れ等の発生を抑制し、また、下層を溶融または半溶融し、その上に材料を吐出して積層することができるので、層間の接着性を向上させることができる。
【００９５】
加熱範囲の変更により、形状崩れの発生を抑制することができるが、特に外形が崩れるのをより効果的に抑制し、造形精度を向上させるため、図２３に示すように、側面冷却部２７を用い、造形物２２の側面、すなわちＺ軸に対して平行な面を冷却しつつ、加熱モジュール２３により加熱範囲を加熱することができる。
【００９６】
また、外形が崩れるのをより効果的に抑制し、造形精度を向上させるため、図２４に示すように、材料構成を偏在させたフィラメント１４を用いて造形してもよい。図２４は、材料構成を偏在させたフィラメント１４の一例を示した断面図である。
【００９７】
図２４（ａ）に示す例では、フィラメント１４の両側に高粘性の樹脂１００が配置され、中心部には低粘性の樹脂１０１が配置されている。高粘性の樹脂１００としては、特に限定されないが、アルミナ、カーボンブラック、カーボンファイバー、ガラスファイバー等のフィラーを配合することで高粘性とした樹脂が挙げられる。フィラーが所望の機能を阻害する場合は、高粘性の樹脂１００として分子量を制御した樹脂を用いてもよい。低粘性の樹脂１０１としては、特に限定されないが、低分子量の樹脂が挙げられる。
【００９８】
図２４（ｂ）は、図２４（ａ）に示したフィラメント１４の吐出物の断面図である。この造形物は、低粘性の樹脂１０１の外周を取り囲むように高粘性の樹脂１００が配置されるため、造形物が崩れにくくなる。
【００９９】
低粘性の樹脂１０１は、一般的に融点が低く、高粘性の樹脂１００は、融点が高い。この構成では、高粘性の樹脂１００が周囲のみに配置され、Ｚ軸方向の上下には配置されないため、低粘性の樹脂１０１が溶融する程度に加熱し、その上に吐出することで、外形を崩すことなく、造形物を造形することができる。
【０１００】
また、外周部の積層方向の密着力を向上させるため、外周部を加熱する場合、造形物の横から板等を直接当て、外形が崩れるのを防ぎつつ加熱することができる。図２５は、加熱により粘性が低下し、樹脂が水平方向へ移動するのを板等の規制手段により、その移動を規制する造形装置の構成例を示した図である。この造形装置は、規制手段として、樹脂の移動を規制する薄い板１１０を有するアシスト機構１１１を備えている。
【０１０１】
板１１０は、形成される層の厚さに応じた厚さの板とされ、厚さは、例えば０．１〜０．３ｍｍとされる。アシスト機構１１１は、吐出モジュール１３または吐出モジュール１３に対して間接的に固定されたブラケットに固定される。
【０１０２】
板１１０は、常温であってもよいが、常温より高い温度に加熱されているほうが望ましい。これは、材料が結晶性の樹脂である場合、常温の板１１０が接触すると、急冷され、結晶構造を持たない非晶質（アモルファス）化が進行し、所望の強度が得られなくなるからである。
【０１０３】
図２５に示した規制手段を用いてフィラメント１４の方向を規制する処理を、図２６を参照して簡単に説明する。この処理では、撮像モジュール３５とねじり回転機構３６を使用する。
【０１０４】
ステップ５００から処理を開始し、ステップ５０１では、撮像モジュール３５が、吐出モジュール１３へ導入されるフィラメント１４を撮像する。撮像された画像データは、制御部２６へ送られる。ステップ５０２では、制御部２６が、画像データを受信し、解析し、回転量を計算する。回転量の計算方法としては、例えばフィラメント１４における高粘度の樹脂１００と低粘度の樹脂１０１の境界を規定する境界線が延びる方向が所定の方向のときを基準（０°）とし、その境界線が基準に対してどの程度傾いているかを計算する方法を一例として挙げることができる。この方法は一例であるので、これまでに知られた他の方法を採用してもよい。
【０１０５】
制御部２６は、計算した回転量に基づき、フィラメント１４を回転させるための信号を生成し、その信号をねじり回転機構３６へ送信する。
【０１０６】
ステップ５０３では、ねじり回転機構３６が、制御部２６から送信された信号を受信し、その信号に基づき、フィラメント１４を回転させ、フィラメント１４の方向を規制する。フィラメント１４の方向を規制したところで、ステップ５０４へ進み、この処理を終了する。
【０１０７】
ここに、造形装置１０により造形された造形物２２の最大引張強度を測定し、各層の接着性について行った試験結果を示す。試験は、実施例１、２の２つのケースについて行い、比較のために、比較例１、２の２つのケースについても行った。なお、造形物の最大引張強度の測定に際しては、オートグラフＡＧＳ−５ｋＮＸ（島津製作所製）を用いた。
【０１０８】
図２７は、実施例１、２および比較例１、２で造形された造形物２２の形状を示した図である。造形物２２は、ＡＳＴＭ  Ｄ６３８−０２ａＴｙｐｅ−Ｖに準拠したものである。造形装置１０により、造形テーブル１２に対して造形材料を吐出して造形材料層を形成し、これを繰り返して、造形材料層を積層し、長辺方向に層が積層されてなる引張試験片１２０を造形した。そして、オートグラフにおいて、造形した引張試験片１２０の積層下部と積層上部を掴み、２００ｍｍ／ｍｉｎの速度で上下のＴ１とＴ２の方向に引っ張ることで、造形物の最大引張強度を測定した。
【０１０９】
比較例１では、加熱モジュール２３で下層４７を加熱することなく、造形材料層を積層し、引張試験片１２０を造形した。造形材料であるフィラメント１４には、熱で溶融する樹脂を使用した。吐出モジュール１３の導入部には、１２ｍｍ径のステンレス製の対となるローラを用い、吐出モジュール１３の移送路の寸法形状は、断面が円の棒状のものとした。先端の吐出ノズル３４は、真鍮で作製し、先端の開口径を０．５ｍｍとした。移送路となる部分は、２．５ｍｍ径の空洞となるようにした。
【０１１０】
冷却ブロック３１は、ステンレス製とし、冷却源３７となる水冷管を通し、チラーに接続した。チラーは、水の温度を調節して循環させる装置である。チラーで調節する水の温度は、１０℃とした。加熱ブロック３３も、ステンレス製とし、熱源３８となるカートリッジヒータを通し、フィラメント１４と対称となる側に熱電対３９を配置し、温度制御を行った。カートリッジヒータの設定温度は、樹脂の溶融温度以上とした。造形時の吐出ノズル３４の移動速度を１０ｍｍ／ｓｅｃとし、図２７に示したような引張試験片１２０を造形した。
【０１１１】
造形テーブル１２は、テーブル上に造形材料が固着することができる温度範囲に設定し、加熱部４１によりその温度範囲に制御した。造形物２２の積層方向の解像度であるＺ軸方向の１層の厚さは、０．２５ｍｍとした。
【０１１２】
比較例２は、比較例１と同じ条件とし、造形時の吐出ノズル３４の移動速度のみを変更し、５０ｍｍ／ｓｅｃとした。
【０１１３】
実施例１は、比較例１と同じ条件とし、吐出ノズル３４から造形材料を吐出する際、吐出直前の下層４７を、加熱モジュール２３により加熱し、図２７に示したような引張試験片１２０を造形した。このとき、下層４７が冷却した後、伝熱計算部５０により下層４７の加熱に必要な熱量を計算し、計算された熱量を基に決定部５１により加熱範囲６１を決定し、決定した加熱範囲６１を加熱モジュール２３により加熱させた。加熱範囲６１は、フィラメント１４のガラス転移点より高い温度に加熱した。
【０１１４】
実施例２は、比較例２と同じ条件とし、吐出ノズル３４から造形材料を吐出する際、吐出直前の下層４７を、加熱モジュール２３により加熱し、図２７に示したような引張試験片１２０を造形した。このとき、下層４７が冷却した後、伝熱計算部５０により下層４７の加熱に必要な熱量を計算し、計算された熱量を基に決定部５１により加熱範囲６１を決定し、決定した加熱範囲６１を加熱モジュール２３により加熱させた。加熱範囲６１は、フィラメント１４のガラス転移点より高い温度に加熱した。
【０１１５】
実施例１、２のいずれにおいても、比較例１、２を上回る最大引張強度を得ることができた。また、造形材料の変質（焦げ）や形状崩れの発生も抑制することができた。
【０１１６】
以上のことから、上記に構成の造形装置１０を提供することで、造形物２２の積層方向の強度を高める、すなわち接着性を向上させることが可能で、造形材料の変質（焦げ）や形状崩れの発生も抑制することができる。
【０１１７】
これまで、レーザ光源４４が、吐出ノズル（単にノズルとも呼ばれる。）３４を中心に一定方向に回転する回転ステージ４２に取り付けられ、ノズルの移動方向が変化しても、ノズルの吐出位置に先回りして、下層４７にレーザ光（単にレーザとも呼ばれる。）を照射可能な構成を説明してきた。しかしながら、この構成では、ノズル速度が変化（特に低下）したときに、下層４７を加熱してから、その上に造形材料を吐出するまでの時間が予定していた時間より長くなり、下層４７の温度が目標温度から低下してしまうという問題があった。この場合、レーザ出力をノズル速度に応じて変更する必要があるが、ノズルに先回りしてレーザを照射するため、ノズル速度を大きく変更することができないという問題もあった。
【０１１８】
ここで、図２８を参照して、レーザを照射したときの各造形材料（樹脂）の温度変化について説明する。図２８は、複数種類の材料の表面にレーザを照射したときの、レーザが照射された部分の表面温度（℃）と時間（秒）との関係を示したグラフである。レーザは、２秒のみ照射し、その後は照射を停止している。このときの環境温度は、常温（約２５℃）である。
【０１１９】
図２８を参照すると、レーザを照射しているときは表面温度が上昇している。レーザの照射を停止すると、時間の経過とともに冷却され、温度が低下している。
【０１２０】
レーザを照射して材料を過熱する際の上限温度は、過熱する材料の変質が起きない、または許容できる範囲に収まる温度として決定される。一方、下限温度は、造形物に所望の強度が発生する温度として決定される。レーザの照射範囲は、造形物の形状が保てる範囲にすることが望ましい。
【０１２１】
図２８は、４つの材料についての測定結果を示している。材料Ａは、スーパーエンプラと呼ばれる吐出温度が３００℃を超える樹脂である。このような高温で吐出する樹脂は、レーザを照射した後の冷却速度も速い。樹脂を目標温度に保つには、レーザを照射してすぐに吐出する必要があり、ノズルとレーザとの距離を数ｍｍ程度に近づける必要がある。
【０１２２】
このような材料を使用する場合、例えばチャンバーを使用し、環境温度を上げ、レーザによる過熱温度を相対的に下げる方法を用いることができる。しかしながら、チャンバーを使用し、環境全体を暖めてしまうと、材料Ａのような樹脂の場合、ノズルから高粘度の樹脂を押し潰しつつ下層に押し付けて造形する際、造形物の形状が保てなくなってしまう。また、環境温度にも上限があり、この方法だけでは、造形物の形状を維持しつつ積層強度を向上させることはできない。
【０１２３】
このような問題を解決するべく、レーザ光源４４を、レーザ光源４４を駆動する駆動源ごとキャリッジに搭載する構成とする。キャリッジは、吐出モジュール１３を三次元的に移動させる移動手段で、図１に示すＸ軸駆動軸１６、Ｘ軸駆動モータ１７、Ｙ軸駆動モータ１８、Ｚ軸駆動軸１９、Ｚ軸駆動モータ２０等から構成されるものである。
【０１２４】
このようにレーザ光源４４を駆動源とともにキャリッジに搭載することで、レーザ光源４４が、ノズルとともに移動するので、ノズルが大きく動くすぐ横を精度良く狙って照射することが可能となる。これにより、レーザ光源４４がノズルとは別個に移動する構成（別駆動）の場合に生じていた、積み上げ公差が大きくなり、複数駆動による干渉や制御誤差による衝突が発生するという問題を解決することができる。
【０１２５】
図２９を参照して、具体的な構成について説明する。図２９は、造形物１３０を積層する土台であるビルドプレート１３１上に材料を積層しているところを示した図である。図２９では、材料を２層積層し、３層目をレーザ照射しながら吐出ノズル３４が矢線Ｅに示す方向に移動しているところを示している。
【０１２６】
図２９に示す例では、レーザ光源４４は、左右に２つあり、レーザ光源４４を移動させる移動手段としての駆動源とともにキャリッジ１３２に搭載されている。駆動源は、Ｘ軸方向に駆動するＸ駆動部と、Ｙ軸方向に駆動するＹ駆動部とを有する。これにより、レーザ光源４４は、キャリッジ１３２内を二次元的に移動する。
【０１２７】
Ｘ駆動部は、レーザＸ軸駆動モータと、レーザＸ軸リードスクリューと、レーザＸ軸駆動軸１３３と、レーザＸ軸ＨＰ（ホームポジション）センサ１３４とを含み、キャリッジ１３２に搭載されたレーザ光源４４をキャリッジ１３２に対してＸ軸方向に移動させる。レーザＸ軸駆動モータは、レーザＸ軸リードスクリューを回転させる。レーザＸ軸リードスクリューは、回転運動を直線運動に変換し、レーザＸ軸駆動軸１３３をＸ方向に移動させる。レーザＸ軸ＨＰセンサ１３４は、初期位置に対するレーザＸ軸駆動軸１３３の現在の位置を検出する。すなわち、レーザＸ軸ＨＰセンサ１３４は、レーザＸ軸駆動軸１３３がＸ軸方向へどれだけ移動したかを検出する。
【０１２８】
Ｙ駆動部は、Ｘ駆動部と同様、キャリッジ１３２に搭載され、レーザＹ軸駆動モータ１３５と、レーザＹ軸リードスクリュー１３６と、レーザＹ軸駆動軸１３７と、レーザＹ軸ＨＰセンサ１３８とを含む。Ｙ駆動部は、キャリッジ１３２に搭載されたレーザ光源４４をキャリッジ１３２に対してＹ軸方向に移動させる。レーザＹ軸駆動モータ１３５等は、移動方向が異なるのみで、レーザＸ軸駆動モータ等と同様のものである。
【０１２９】
図２９に示す例では、Ｘ駆動部とＹ駆動部という直動駆動部を２つ組み合わせてレーザ光源４４をキャリッジ１３２内で二次元的に移動させているが、この構成に限定されるものではない。レーザ光源４４をキャリッジ１３２内で二次元的に移動させることができれば、直動駆動以外に回転駆動やデルタ式駆動を組み合わせてもよい。デルタ式駆動は、並列に連結された複数のリンクを並列に動きを制御する方式である。
【０１３０】
吐出ノズル３４とレーザＸ軸ＨＰセンサ１３４およびレーザＹ軸ＨＰセンサ１３８は、キャリッジ１３２内の基準となる部品の位置を基に位置決めされ、ノズルとレーザ光源４４の相対的な位置関係を精密に構成することが望ましい。基準となる部品は、水平方向への移動の基準となる部品であることから、水平方向へは移動しないＺ軸駆動軸１９等とすることができる。また、レーザ照射位置とノズル位置を測定し、または治具等で位置決めし、補正値を持たせる等の方法を用いてもよい。補正値は、工場で出荷前に求めることもできるし、オンサイトでサービスマンがメンテナンスを実施する際に求めることもできるし、ユーザ自身が求めてもよい。また、ユーザ自身が調整できるようになっていてもよい。
【０１３１】
ノズルは、造形物を造形するために、造形物以上の移動幅が必要である。一般的には、５００ｍｍ平方を移動できるように設計される。このような広い範囲を移動すると、位置決め精度が低くなり、振動が発生する。
【０１３２】
例えば、振動するノズルに追従しながら別駆動で振動するレーザをノズル近傍に照射するには、ノズルとレーザの振動分の余裕（マージン）を余分に設ける必要がある。
【０１３３】
しかしながら、上記のように同じキャリッジ１３２にレーザ光源４４と駆動源とを搭載することで、キャリッジ１３２内でのレーザの移動が数ｍｍ程度で良いため、レーザの振動を大きく抑えることができる。また、ノズルの振動も、レーザと同じように振動しているため、相対的には振動していないのと同じ結果となり、ノズルの振動を考慮することなく、ノズル近傍を狙ってレーザを照射することができる。
【０１３４】
別駆動の場合、駆動源がキャリッジ１３２外に構成され、大きく移動するノズルの近傍を３６０°角度を変えながら追従するため、ノズルと駆動源との干渉を回避することが難しく、回避するためには非常に煩雑で大掛かりな構成になってしまう。これに対し、レーザ光源４４と駆動源とを同じキャリッジ１３２に構成することで、駆動源が干渉を避けて組みやすくなり、小型化することができる。
【０１３５】
なお、レーザ光源４４を１つのみにすると、ノズル近傍を照射するために、照射する角度によってはノズルの反対側に回り込む必要があり、移動範囲が大きくなる。また、エクストルーダ３０やノズル等との干渉を避けるためには、装置が複雑になる。レーザ光源４４の移動範囲を小さくするため、レーザ光源４４の姿勢を変えずにＸＹ平面を動かすことができるが、この場合、反対側に回り込むことができない。反対側に回り込むためには、レーザ光源４４のＸＹ面の投影上の角度を変更しなければならない。レーザ光源４４を１つのみにすると、上記の問題が発生するため、これを回避するべく、図２９に示す例では、レーザ光源４４を左右に１つずつ、計２つ設けている。レーザ光源４４の数は、２つに限られるものではなく、３以上であってもよい。
【０１３６】
ただし、このように複数のレーザ光源４４を設けると、造形中に次々と変わるノズル移動方向やノズル速度に合わせて、キャリッジ１３２に搭載し、ノズルと一体として動きながら、レーザをノズル近傍の所望の位置に照射しなければならない。また、複数のレーザ光源４４を切り替える方法も必要となり、制御が複雑になるという問題がある。この問題を解決するための制御方法を、図３０および図３１を参照して詳細に説明する。
【０１３７】
図３０は、ノズルの移動をＸＹ座標系で３点切り出した図である。ノズルからの材料の吐出は、レーザの照射により昇温した材料の表面温度が目標温度以下になる前に実施される。このため、目標温度以下になる前であれば、二次元方向のいかなる方向への移動であってもよい。図３０では、造形中のn-1番目、n番目、n+1番目のノズルの目標座標を（Xn-1,Yn-1）、（Xn,Yn）、（Xn+1,Yn+1）とし、これら３点がなす２つの直線を移動している。
【０１３８】
図３１は、ノズルの中心に対するレーザを照射する位置について説明する図である。２つのレーザ光源４４は、ノズルを挟むように配置され、その中心は、それぞれＸ０軸とＹ０軸との交点、Ｘ１軸とＹ１軸との交点である。ＸＹ平面で表される座標系は、ノズル（キャリッジ）の位置を示すためのノズル（キャリッジ）座標系であり、Ｘ０Ｙ０平面およびＸ１Ｙ１平面で表される座標系は、２つのレーザ光源４４の各々の位置を示すための前方および後方ステージ座標系である。
【０１３９】
ここで、レーザ座標は、吐出ノズル３４の中心を原点として定義される。レーザの位置は、ＸＹ平面に対するレーザの照射位置の中心とされる。したがって、レーザ座標の原点は、吐出ノズル３４の移動に伴って変化する。２つのレーザ光源４４の座標系（前方および後方ステージ座標系）は、いずれも吐出ノズル３４の中心が原点で同一とされる。
【０１４０】
以下、一定時間ノズルに先行する制御の具体的な方法を説明する。ここでは、熱溶解積層（ＦＦＦ）方式の３Ｄプリンタで最も一般的であるＸＹ座標を指定し、直線で移動する場合を例に挙げて説明する。ノズルから吐出させる材料としては、相対的に温度や粘度が低い一般的な樹脂は、そこまで厳密な制御は不要であるため、吐出温度が高く、粘度も高いスーパーエンプラ等の樹脂（図２８に示した材料Ａ）を用いるものとして説明する。
【０１４１】
材料Ａのレーザ照射による加熱の目標温度は、一定のマージンを見込み、材料が変質しない３２０℃とされる。また、下限温度は、強度が出る約２５０℃とされる。雰囲気温度が常温の場合、レーザを照射して表面温度を３２０℃にし、その照射を停止すると、約０．３秒で２５０℃にまで下がる。したがって、約０．３秒以内に材料を吐出しなければならない。
【０１４２】
図３０に示すように３点がなす２つの直線を移動する場合、ある時刻ｔでのノズル座標をX(t)、Y(t)とすると、レーザがノズルに対して０．３秒先行するものとすると、レーザはX(t+0.3)、Y(t+0.3)の座標の位置にあればよい。レーザ座標(Nx(t),Ny(t))は、吐出ノズル３４の中心を原点と定義するため、ノズル位置とレーザの位置との差分となる。したがって、レーザ座標は、下記式１を用いて算出される。
【０１４３】
【数１】
2020131700.tif 000003
【０１４４】
次に、左右の２つのレーザの切り替え制御について説明する。座標間の移動は、レーザが先行する時間である０．３秒以上かかるものとして説明する。この条件の下でレーザが切り替わるのは、以下の２つの条件のいずれかのときである。なお、下記式２は、Ｙ軸の符号が変わるときの条件式を示し、下記式３は、Ｘ軸上の移動から抜けるときの条件式を示す。
【０１４５】
【数２】
2020131700.tif 000004
【０１４６】
【数３】
2020131700.tif 000005
【０１４７】
さらに、Ｙ軸の符号が変わる場合には、図１０に示す２本目の直線を移動中にノズルとレーザの座標がＸ軸と平行になったタイミングで切り替わる。また、Ｘ軸上の移動から抜ける場合は、直線の最初でレーザが切り替わる。このようにレーザの切り替えが発生するタイミングは、直線の最初から切り替わる場合と途中で切り替わる場合の２種類存在する。
【０１４８】
次に、短い直線の移動が入る場合、すなわち座標間の移動が０．３秒未満の場合について説明する。この場合も、本質的に０．３秒以上かかる場合と同様で、吐出ノズル３４とレーザ光源４４が並んだとき、次の吐出ノズル３４とレーザ光源４４の位置関係でどちらのレーザを使用するか、すなわち切り替えが発生するかが決まる。切り替えが発生する時間ｔは、下記式４または式５に示す条件を満たした場合である。なお、下記式４は、Ｙ軸の符号が変わるときの条件式を示し、下記式５は、Ｙ方向の速度がノズルとレーザとで異なるときの条件式を示す。
【０１４９】
【数４】
2020131700.tif 000006
【０１５０】
【数５】
2020131700.tif 000007
【０１５１】
上記式５を変形すると、dY(t)/dt-dY(t+0.3)/dtとなる。この式から得られる値の符号によってどちらのレーザを使用するかを決定することができる。なお、レーザの切り替えは、現状と違うレーザを使用する場合に行われる。このような切り替えの考え方は、レーザ光源４４がノズルを挟んで２つ付いている構成では、移動が曲線である場合等であっても同様である。
【０１５２】
以上に説明してきたように、レーザ位置を適切に制御することで、レーザ照射により加熱された材料の温度低下を制御することができる。また、この制御により温度低下のばらつきのマージンも小さくなるので、目標値に余裕が生まれる。
【０１５３】
これまでは、図２８に示した２秒レーザを照射し、加熱した後の温度低下に対し、レーザ位置をどのように制御するかについて説明してきた。ノズルからの吐出までにレーザにより加熱した温度が目標温度以上であれば、レーザ位置の制御以外であってもよい。したがって、例えばレーザ照射による加熱側の制御であってもよい。
【０１５４】
レーザにより加熱温度（材料との接触温度）の目標値は、レーザの移動に伴う材料の冷却、その他のばらつき等を考慮し、造形強度が向上する温度として決定される。造形強度が向上する温度とは、材料を構成する分子の絡み合いが充分に促進される温度である。さらに、目標値は、材料が変質せず、変質するにしても許容範囲の温度として決定される。なお、加熱範囲は、造形物の形状が保てる範囲でなければならない。
【０１５５】
以上のことから、レーザ照射による加熱側では、加熱エネルギー、加熱範囲、加熱時間（レーザ速度）、加熱対象（材料）の熱容量、レーザ光の吸収率、造形物（下層４７）の形状による熱の伝播（熱の逃げ方）等のパラメータを制御することで、造形物の形状を維持しつつ加熱温度を目標値になるように制御することができる。
【０１５６】
加熱エネルギーは、レーザ照射強度の時間積分として表される。加熱エネルギーは、大まかに言えば、レーザの照射範囲と、レーザの移動時間（どれだけ照射するか）とによって決定することができる。
【０１５７】
このため、同じ範囲を同じ強度でレーザを照射し続けると、ノズル速度が遅くなり、レーザ照射速度が遅くなった場合、造形物へ入力されるエネルギーが過剰になり、加熱し過ぎてしまう。
【０１５８】
そこで、レーザ照射速度が変化した場合、レーザの照射範囲もしくはレーザ強度またはその両方を適宜制御して、造形物の加熱温度をより精密に制御することができる。
【０１５９】
造形物の加熱前の温度は、造形手順により変化する。造形手順によって材料が吐出されてから経過した時間が異なるからである。したがって、加熱前の温度も考慮して、レーザの照射範囲もしくはレーザ強度またはその両方を制御することができる。
【０１６０】
造形物の加熱前の温度は、実際に加熱直前の温度を測定する方法や、１層積層するごと等の任意のタイミングで測定し、測定結果と造形物の形状等から予測する方法等を使用して取得することができる。これらの方法は一例であるので、加熱前の温度を取得することができればこれら以外の方法であってもよい。
【０１６１】
ノズルからの吐出までにレーザにより加熱した温度が目標温度以上であれば、レーザ照射後から材料の吐出までの時間を一定に保つ構成にしてもよい。この構成では、ノズル速度が速くなると、ノズルとレーザ照射位置が離れ、ノズル速度が遅くなると、ノズルとレーザ照射位置が近づくように制御する。
【０１６２】
ただし、ノズルとレーザ照射位置とがあまりに近づき過ぎると、ノズルや周辺部品との干渉という問題が発生する。このような場合、ノズルとレーザ照射位置との距離に閾値を設け、閾値を超えたときに加熱方法を変更することが望ましい。加熱方法の変更としては、上記の加熱範囲の変更や加熱エネルギーの変更等が挙げられる。
【０１６３】
図２９に示したように、出来るだけレーザの移動範囲を小さくするため、レーザ光源４４の姿勢（ＸＹ平面への投影上の角度）を変えずに、レーザ光源４４とノズルとをキャリッジ１３２により移動させている。したがって、レーザ光源４４の移動は、レーザ照射範囲の移動と一致し、レーザ照射範囲の移動は、ノズルに対して０．３秒だけ先行する範囲となっている。このため、レーザ光源４４の移動は、非常に狭い範囲で良い。
【０１６４】
一方、レーザ光源４４の姿勢を変えずに動作させ続けると、ノズルの反対側に回り込むことができない。このため、ノズルの全方向の移動に対応するためには、レーザ光源４４を複数搭載しなければならない。図２９に示した構成では、レーザ光源４４を２つ搭載し、このような問題に対処している。
【０１６５】
図２９に示すように、ノズルに先行した位置であって、ノズルから近い位置にレーザを照射するため、ノズルとレーザ光源４４とを近い位置の配置する必要がある。しかしながら、ノズルおよびレーザ光源４４は、一定の径を有し、近い位置に配置するとしても限度がある。したがって、レーザ光源４４は、造形物が造形される平面に対してレーザを一定の角度で（斜めから）目的の照射位置へ照射するように配置される。
【０１６６】
レーザ光源４４は、レーザをレンズで集光させ、目的の照射位置へ照射するように構成される。そのレンズに一般的なレンズを使用すると、照射面において照射方向へ向けて長い楕円形状になってしまう。照射面でレーザ照射範囲が楕円形状になると、楕円形状の長軸方向へ移動する場合と、短軸方向へ移動する場合とでは、加熱範囲と加熱時間にむらが出来てしまう。
【０１６７】
そこで、アナモフィックな（照射範囲の形状を縦長または横長に変形する）レンズを使用する。このレンズは、照射面において楕円形状のレーザ照射範囲を、縦方向もしくは横方向に圧縮もしくは伸長して円形に変換する。
【０１６８】
図２９に示す例では、複数のレーザ光源４４をキャリッジ１３２に搭載し、レーザ光源４４を切り替えて使用している。したがって、レーザ光源４４は、常に１つのみが使用され、その他は使用されない。レーザ光源４４は、駆動源により駆動することができ、レーザ光源４４が使用されない間でも駆動させることは可能である。
【０１６９】
そこで、駆動源に造形物を冷却するための冷却手段を取り付け、レーザ光源４４が使用されない間、ノズルから吐出直後の材料を冷却することができる。一方のレーザ光源４４はノズルに先行してレーザを照射し、他方のレーザ光源４４はその間、使用されない。他方のレーザ光源４４の駆動源に取り付けた冷却手段は、一方のレーザ光源４４からレーザを照射して下層４７が加熱され、その上にノズルから材料が吐出された後、吐出された材料を冷却する。冷却手段は、例えば複数の羽根からなる送風手段を有し、材料に対して冷風を送り、空冷する。なお、冷却手段は、このような構成に限定されるものではない。
【０１７０】
レーザ光源４４を切り替え、他方のレーザ光源４４からレーザを照射して下層４７を加熱する場合も同様で、その上にノズルから材料が吐出された後、一方のレーザ光源４４を駆動する駆動源に取り付けられた冷却手段により吐出された材料を冷却する。
【０１７１】
このように吐出する直前の吐出される側の材料（下層４７）を加熱することで、界面強度を強化することができる一方で、吐出直後の材料を冷却することで、形状の安定化を図ることができる。
【０１７２】
これまで本発明を、造形装置、造形方法および造形システムとして上述した実施の形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。したがって、他の実施の形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１７３】
１０…造形装置
１１…筐体
１２…造形テーブル
１３…吐出モジュール
１４…フィラメント
１５…リール
１６…Ｘ軸駆動軸
１７…Ｘ軸駆動モータ
１８…Ｙ軸駆動モータ
１９…Ｚ軸駆動軸
２０…Ｚ軸駆動モータ
２１…ガイド軸
２２…造形物
２３…加熱モジュール
２４…クリーニングブラシ
２５…ダストボックス
２６…制御部
２７…側面冷却部
２８…吐出モジュール位置検出部
２９…造形テーブル位置検出部
３０…エクストルーダ
３１…冷却ブロック
３２…フィラメントガイド
３３…加熱ブロック
３４…吐出ノズル
３５…撮像モジュール
３６…ねじり回転機構
３７…冷却源
３８…熱源
３９…熱電対
４０…径測定部
４１…加熱部
４２…回転ステージ
４３…温度センサ
４４…レーザ光源
４５…レーザ光
４６…上層
４７…下層
５０…伝熱計算部
５１…決定部
５２…加熱制御部
５３、５４…温度センサ
５５〜５７…設定データ
５８…３Ｄデータ
５９…位置データ
６０…吐出ライン
６１…加熱範囲
６２〜６４…レンズ
７０…温風源
７１…温風
７２…温風ノズル
８０…アイロン
８１…冷却ブロック
８２…冷却源
８３…加熱ブロック
８４…熱源
８５…熱電対
８６…ガイド
８７…加熱プレート
８８…加熱範囲変更プレート
９０…ハロゲンランプ
９１…赤外線
１００、１０１…樹脂
１１０…板
１１１…アシスト機構
１２０…引張試験片
１３０…造形物
１３１…ビルドプレート
１３２…キャリッジ
１３３…レーザＸ軸駆動軸
１３４…レーザＸ軸ＨＰセンサ
１３５…レーザＹ軸駆動モータ
１３６…レーザＹ軸リードスクリュー
１３７…レーザＹ軸駆動軸
１３８…レーザＹ軸ＨＰセンサ
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１７４】
【特許文献１】特開２００５−３３５３８０号公報
【図１】
2020131700.tif 000008
【図２】
2020131700.tif 000009
【図３】
2020131700.tif 000010
【図４】
2020131700.tif 000011
【図５】
2020131700.tif 000012
【図６】
2020131700.tif 000013
【図７】
2020131700.tif 000014
【図８】
2020131700.tif 000015
【図９】
2020131700.tif 000016
【図１０】
2020131700.tif 000017
【図１１】
2020131700.tif 000018
【図１２】
2020131700.tif 000019
【図１３】
2020131700.tif 000020
【図１４】
2020131700.tif 000021
【図１５】
2020131700.tif 000022
【図１６】
2020131700.tif 000023
【図１７】
2020131700.tif 000024
【図１８】
2020131700.tif 000025
【図１９】
2020131700.tif 000026
【図２０】
2020131700.tif 000027
【図２１】
2020131700.tif 000028
【図２２】
2020131700.tif 000029
【図２３】
2020131700.tif 000030
【図２４】
2020131700.tif 000031
【図２５】
2020131700.tif 000032
【図２６】
2020131700.tif 000033
【図２７】
2020131700.tif 000034
【図２８】
2020131700.tif 000035
【図２９】
2020131700.tif 000036
【図３０】
2020131700.tif 000037
【図３１】
2020131700.tif 000038