(57)【要約】【課題】三次元造形物の機械的強度を効率良く高める技術を提供する。【解決手段】三次元造形物の製造方法は、テーブルとノズルとの相対的な位置を変えながら、前記ノズルから前記テーブルに向かって造形材料を吐出することによって、前記テーブルから前記ノズルに向かう方向に開口する凹部を有する第１造形部位を造形する第１工程と、前記凹部を埋めるように、前記ノズルから前記凹部に前記造形材料を吐出して、第２造形部位を造形する第２工程と、を備える。前記第２工程において単位体積の前記第２造形部位を造形する際の前記テーブルと前記ノズルとの相対的な移動距離は、前記第１工程において単位体積の前記第１造形部位を造形する際の前記テーブルと前記ノズルとの相対的な移動距離よりも小さい。【選択図】図７Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元造形物の製造方法であって、
テーブルとノズルとの相対的な位置を変えながら、前記ノズルから前記テーブルに向かって造形材料を吐出することによって、前記テーブルから前記ノズルに向かう方向に開口する凹部を有する第１造形部位を造形する第１工程と、
前記凹部を埋めるように、前記ノズルから前記凹部に前記造形材料を吐出して、第２造形部位を造形する第２工程と、
を備え、
前記第２工程において、単位体積の前記第２造形部位を造形する際における前記テーブルと前記ノズルとの相対的な移動距離は、前記第１工程において単位体積の前記第１造形部位を造形する際における前記テーブルと前記ノズルとの相対的な移動距離よりも小さい、製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法であって、
前記第２工程における前記テーブルと前記ノズルとの相対的な移動速度は、前記第１工程における前記テーブルと前記ノズルとの相対的な移動速度よりも小さい、製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の製造方法であって、
前記第２工程における前記テーブルと前記ノズルとの相対的な移動速度は、前記造形材料の粘度が低いほど小さい、製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の製造方法であって、
前記第１工程は、前記テーブルと前記ノズルとの相対的な位置を前記テーブルの面に沿った方向に変えながら前記ノズルから前記造形材料を吐出することによって形成される材料層を、前記テーブルから前記ノズルに向かう方向に、複数、積層することによって前記第１造形部位を形成する工程であり、
前記第２工程は、前記第１造形部位において複数の前記材料層にわたって形成された前記凹部を埋めるように前記第２造形部位を造形する工程である、製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の製造方法であって、
前記第２工程は、前記第２造形部位を構成し、前記第１造形部位の前記材料層同士の境界に跨がる凹部内材料層を形成する工程を含む、製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の製造方法であって、
前記第２工程における単位時間あたりの前記ノズルからの前記造形材料の吐出量は、前記第１工程における単位時間あたりの前記ノズルからの前記造形材料の吐出量よりも大きい、製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の製造方法であって、
前記第２工程は、前記テーブルに対する前記ノズルの位置を固定したまま前記ノズルから前記造形材料を吐出して前記凹部内に前記造形材料を堆積させる工程を含む、製造方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の製造方法であって、
前記第１造形部位は、前記三次元造形物の表層を構成し、前記第２造形部位は、前記表層によって覆われる内部構造を構成する、製造方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の製造方法であって、
前記第１工程および前記第２工程において、回転しているフラットスクリューの溝内で溶融された前記造形材料を前記ノズルから吐出させる、製造方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の製造方法であって、
前記第２工程では、前記第１造形部位の前記凹部における空間体積に相当する量の前記造形材料によって、前記第２造形部位を造形する、製造方法。
【請求項１１】
三次元造形装置であって、
造形材料を吐出するノズルを有する吐出部と、
前記ノズルから吐出された前記造形材料が堆積されるテーブルと、
前記テーブルと前記ノズルとの相対的な位置を変化させる移動機構と、
前記吐出部と、前記移動機構と、を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記テーブルと前記ノズルとの相対的な位置を変えながら、前記ノズルから前記テーブルに向かって前記造形材料を吐出することによって、前記テーブルから前記ノズルに向かう方向に開口する凹部を有する第１造形部位を造形し、前記凹部を埋めるように、前記ノズルから前記凹部に前記造形材料を吐出して、第２造形部位を造形する造形処理を実行し、
前記造形処理において、単位体積の前記第２造形部位を造形する際における前記テーブルと前記ノズルとの相対的な移動距離は、単位体積の前記第１造形部位を造形する際における前記テーブルと前記ノズルとの相対的な移動距離よりも小さい、三次元造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形物の製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元造形物の製造方法としては、例えば、下記の特許文献１に、ノズルをテーブルである基台に対して走査させながら、ノズルから、造形材料として溶融させた材料を基台上に押し出して三次元造形物を造形する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９２７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術のように、ノズルから造形材料を吐出させて三次元造形物を造形する場合、ノズルの走査経路の間に、造形材料が充填されないままの隙間が形成されてしまう場合がある。そうした隙間が形成されないように、ノズルの走査をきめ細かくして造形をおこなうと、ノズルの走査経路ごとに造形される線状の造形部位同士の境界が増加する。一般的に、そうした境界では造形材料同士の乖離が生じやすく、そうした境界の増加は、三次元造形物の機械的強度の低下につながるおそれがある。
【０００５】
特許文献１の技術では、基台上において硬化した造形材料同士の間に形成された間隙を、周りの造形材料を溶剤で溶解させて流動させることによって埋めている。しかしながら、特許文献１のような方法では、溶剤を塗布する工程が増加する分だけ、造形工程の作業効率が低下してしまう可能性がある。三次元造形の技術分野においては、三次元造形物の機械的強度を効率良く高めることについて、依然として改善の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態は、三次元造形物の製造方法であって；テーブルとノズルとの相対的な位置を変えながら、前記ノズルから前記テーブルに向かって造形材料を吐出することによって、前記テーブルから前記ノズルに向かう方向に開口する凹部を有する第１造形部位を造形する第１工程と；前記凹部を埋めるように、前記ノズルから前記凹部に前記造形材料を吐出して、第２造形部位を造形する第２工程と；を備え；前記第２工程において単位体積の前記第２造形部位を造形する際における前記テーブルと前記ノズルとの相対的な移動距離は、前記第１工程において単位体積の前記第１造形部位を造形する際における前記テーブルと前記ノズルとの相対的な移動距離よりも小さい、三次元造形方法として提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】三次元造形装置の構成を示す概略図。
【図２】フラットスクリューの構成を示す概略斜視図。
【図３】スクリュー対面部の構成を示す概略平面図。
【図４】三次元造形物が造形されていく様子を模式的に示す概略図。
【図５】第１実施形態における造形処理のフローを示す説明図。
【図６】第１造形部位の一例を示す模式図。
【図７Ａ】第２造形部位の一例を示す模式図。
【図７Ｂ】第２工程においてノズルから造形材料が吐出される様子を示す模式図。
【図７Ｃ】異なる形状の凹部を埋める第２造形部位の造形工程例を示す模式図。
【図８Ａ】第２実施形態における第２工程を示す模式図。
【図８Ｂ】第２実施形態の第２工程においてノズルから造形材料が吐出される様子を示す模式図。
【図９】第３実施形態における造形処理のフローを示す説明図。
【図１０】第３実施形態において用いられるマップの一例を示す模式図。
【図１１】第４実施形態における造形処理のフローを示す説明図。
【図１２】第４実施形態における第２工程を示す模式図。
【図１３】第５実施形態における第２工程を示す模式図。
【図１４】第６実施形態における造形処理のフローを示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
１．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における三次元造形物の製造方法を実行する三次元造形装置１００の構成を示す概略図である。図１には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印が示されている。Ｘ方向およびＹ方向は、水平面に平行な方向であり、Ｚ方向は、重力方向（鉛直方向）とは反対の方向である。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印は、他の参照図においても、図示の方向が図１と対応するように適宜、図示してある。
【０００９】
三次元造形装置１００は、造形材料を堆積させることによって三次元造形物を造形する。以下では、「三次元造形装置」を単に「造形装置」とも呼び、三次元造形物を単に「造形物」とも呼ぶ。「造形材料」については後述する。造形装置１００は、造形装置１００を制御する制御部１０１と、造形材料を生成し、吐出する造形部１１０と、造形物の基台となる造形用のテーブル２１０と、造形材料の吐出位置を制御する移動機構２３０と、を備える。
【００１０】
制御部１０１は、造形装置１００全体の動作を制御して、造形物を造形する造形処理を実行する。第１実施形態では、制御部１０１は、１つ、または、複数のプロセッサーと、主記憶装置と、を備えるコンピューターによって構成される。制御部１０１は、主記憶装置上に読み込んだプログラムや命令をプロセッサーが実行することによって、種々の機能を発揮する。なお、制御部１０１の機能の一部を、ハードウェア回路により実現するようにしてもよい。
【００１１】
制御部１０１が実行する造形処理では、制御部１０１は、造形物の造形データに従って、造形部１１０と移動機構２３０とを制御する。造形データは、造形物の形状を表す３次元ＣＡＤデータなどの形状データに基づいて生成されたものであり、造形材料の吐出位置やその吐出位置に堆積させる造形材料の量を含む造形材料の吐出制御データを含む。なお、制御部１０１は、造形処理の開始前に、外部から入力された形状データを解析して、後述する第１造形部位と第２造形部位とを造形するための吐出制御データを含む造形データを生成する機能を有するものとしてもよい。
【００１２】
造形部１１０は、制御部１０１の制御下において、固体状態の材料を溶融させてペースト状にした造形材料をテーブル２１０上の目標位置に吐出する。造形部１１０は、造形材料に転化される前の材料の供給源である材料供給部２０と、材料を造形材料へと転化させる造形材料生成部３０と、造形材料を吐出する吐出部６０と、を備える。
【００１３】
材料供給部２０は、造形材料生成部３０に、造形材料を生成するための原材料ＭＲを供給する。材料供給部２０は、例えば、原材料ＭＲを収容するホッパーによって構成される。材料供給部２０は、下方に排出口を有している。当該排出口は、連通路２２を介して、造形材料生成部３０に接続されている。原材料ＭＲは、ペレットや粉末等の形態で材料供給部２０に投入される。
【００１４】
造形材料生成部３０は、材料供給部２０から供給された原材料ＭＲを溶融させて流動性を発現させたペースト状の造形材料を生成し、吐出部６０へと導く。造形材料生成部３０は、スクリューケース３１と、駆動モーター３２と、フラットスクリュー４０と、スクリュー対面部５０と、を有する。
【００１５】
フラットスクリュー４０は、その中心軸に沿った方向である軸線方向における高さが直径よりも小さい略円柱状を有する。フラットスクリュー４０は、その軸線方向がＺ方向に平行になるように配置され、円周方向に沿って回転する。第１実施形態では、フラットスクリュー４０の中心軸は、その回転軸ＲＸと一致する。図１には、フラットスクリュー４０の回転軸ＲＸを一点鎖線で図示してある。
【００１６】
フラットスクリュー４０は、スクリューケース３１内に収納されている。フラットスクリュー４０の上面４７側は駆動モーター３２に連結されており、フラットスクリュー４０は、駆動モーター３２が発生させる回転駆動力によって、スクリューケース３１内において回転する。駆動モーター３２は、制御部１０１の制御下において駆動する。
【００１７】
フラットスクリュー４０は、回転軸ＲＸと交差する面である下面４８に、溝部４２が形成されている。上述した材料供給部２０の連通路２２は、フラットスクリュー４０の側面から、当該溝部４２に接続されている。
【００１８】
フラットスクリュー４０の下面４８は、スクリュー対面部５０の上面５２に面しており、フラットスクリュー４０の下面４８の溝部４２と、スクリュー対面部５０の上面５２との間には空間が形成される。造形部１１０では、フラットスクリュー４０とスクリュー対面部５０との間のこの空間に、材料供給部２０から原材料ＭＲが供給される。フラットスクリュー４０およびその溝部４２の具体的な構成については後述する。
【００１９】
スクリュー対面部５０には、回転しているフラットスクリュー４０の溝部４２内に供給された原材料ＭＲを加熱するためのヒーター５８が埋め込まれている。フラットスクリュー４０の溝部４２内に供給された原材料ＭＲは、溝部４２内において溶融されながら、フラットスクリュー４０の回転によって溝部４２に沿って流動し、造形材料としてフラットスクリュー４０の中央部４６へと導かれる。中央部４６に流入した流動性を発現しているペースト状の造形材料は、スクリュー対面部５０の中心に設けられた連通孔５６を介して吐出部６０に供給される。なお、造形材料では、造形材料を構成する全ての種類の物質が溶融していなくてもよい。造形材料は、造形材料を構成する物質のうちの少なくとも一部の種類の物質が溶融することによって、全体として流動性を有する状態に転化されていればよい。
【００２０】
吐出部６０は、造形材料を吐出するノズル６１と、フラットスクリュー４０とノズル６１との間に設けられた造形材料の流路６５と、流路６５を開閉する開閉機構７０と、を有する。ノズル６１は、流路６５を通じて、スクリュー対面部５０の連通孔５６に接続されている。ノズル６１は、造形材料生成部３０において生成された造形材料を、先端の吐出口６２からテーブル２１０に向かって吐出する。なお、本明細書において、「造形材料を吐出する」とは、流動性を有する状態の造形材料に圧力を加えて流出させることを意味する。
【００２１】
第１実施形態では、ノズル６１の吐出口６２は、孔径Ｄｎを有する。ノズル６１の孔径Ｄｎは、ノズル６１の走査方向における吐出口６２の開口幅の最大値である。なお、「ノズル６１の走査方向」とは、ノズル６１が、造形材料を吐出しながら、テーブル２１０の面２１１に沿ってテーブル２１０に対して相対的に移動する方向である。吐出口６２が正円状の形状を有している場合には、孔径Ｄｎは吐出口６２の直径に相当する。吐出口６２が正円状以外の形状を有している場合には、孔径Ｄｎは走査方向において最も離れた位置にある吐出口６２の端部同士間の距離に相当する。吐出口６２が複数の微小な開口が配列された構成を有している場合には、孔径Ｄｎは走査方向において最も外側に配列されている２つの微小開口における外側の端部同士間の距離に相当する。
【００２２】
開閉機構７０は、流路６５を開閉して、ノズル６１からの造形材料の流出を制御する。第１実施形態では、開閉機構７０は、バタフライバルブによって構成されている。開閉機構７０は、一方向に延びる軸状部材である駆動軸７２と、駆動軸７２の回転により回動する弁体７３と、駆動軸７２の回転駆動力を発生するバルブ駆動部７４と、を備える。
【００２３】
駆動軸７２は、流路６５の出口において、造形材料の流れ方向に交差するように取り付けられている。第１実施形態では、駆動軸７２は流路６５に対して垂直に取り付けられている。図１では、駆動軸７２は、Ｙ方向に平行に配置されている構成が図示されている。駆動軸７２は、その中心軸を中心に回転可能に取り付けられている。
【００２４】
弁体７３は、流路６５内において回転する板状部材である。第１実施形態では、弁体７３は、駆動軸７２の流路６５内に配置されている部位を板状に加工することによって形成されている。弁体７３を、その板面に垂直な方向に見たときの形状は、弁体７３が配置されている部位における流路６５の開口形状とほぼ一致する。
【００２５】
バルブ駆動部７４は、制御部１０１の制御下において、駆動軸７２を回転させる。バルブ駆動部７４は、例えば、ステッピングモーターによって構成される。駆動軸７２の回転によって弁体７３が流路６５内において回転する。
【００２６】
弁体７３の板面が、図１に示されているように、流路６５における造形材料の流れ方向に沿っている状態が、流路６５が開かれている状態である。この状態では、流路６５からノズル６１への造形材料の流入が許容され、吐出口６２から造形材料が流出する。弁体７３の板面が、流路６５における造形材料の流れ方向に対して垂直にされた状態が、流路６５が閉じられた状態である。この状態では、流路６５からノズル６１への造形材料の流入が遮断され、吐出口６２からの造形材料の流出が停止される。
【００２７】
テーブル２１０は、ノズル６１の吐出口６２に対向する位置に配置されている。第１実施形態では、ノズル６１の吐出口６２に対向するテーブル２１０の面２１１は、水平に、つまり、Ｘ，Ｙ方向に平行に、配置される。後述するように、造形装置１００は、造形処理において、テーブル２１０の面２１１に造形材料を堆積することによって造形物を造形する。
【００２８】
移動機構２３０は、テーブル２１０とノズル６１との相対位置を変化させる。第１実施形態では、ノズル６１の位置が固定されており、移動機構２３０は、テーブル２１０を移動させる。移動機構２３０は、３つのモーターＭの駆動力によって、テーブル２１０をＸ，Ｙ，Ｚ方向の３軸方向に移動させる３軸ポジショナーによって構成される。移動機構２３０は、制御部１０１の制御下において、ノズル６１とテーブル２１０との相対的な位置関係を変更する。
【００２９】
なお、他の実施形態では、移動機構２３０によってテーブル２１０を移動させる構成の代わりに、テーブル２１０の位置が固定された状態で、移動機構２３０がテーブル２１０に対してノズル６１を移動させる構成が採用されてもよい。こうした構成であっても、テーブル２１０とノズル６１との相対位置を変化させることができる。また、他の実施形態では、移動機構２３０が、テーブル２１０とノズル６１とをそれぞれ移動させ、両者の相対的な位置を変化させる構成が採用されてもよい。以下の説明において、「ノズル６１の移動速度」というときは、特に断らなければ、テーブル２１０とノズル６１との相対的な移動速度を意味する。また、「ノズル６１の移動距離」というときは、特に断らなければ、テーブル２１０とノズル６１との相対的な移動距離を意味する。
【００３０】
図２は、フラットスクリュー４０の下面４８側の構成を示す概略斜視図である。図２には、造形材料生成部３０でのフラットスクリュー４０の回転軸ＲＸの位置が一点鎖線で図示されている。図１を参照して説明したように、スクリュー対面部５０に対向するフラットスクリュー４０の下面４８には、溝部４２が設けられている。以下、下面４８を、「溝形成面４８」とも呼ぶ。
【００３１】
フラットスクリュー４０の溝形成面４８の中央部４６は、溝部４２の一端が接続されている凹部として構成されている。中央部４６は、図１に図示されているスクリュー対面部５０の連通孔５６に対向する。第１実施形態では、中央部４６は、回転軸ＲＸと交差する。
【００３２】
フラットスクリュー４０の溝部４２は、いわゆるスクロール溝を構成する。溝部４２は、中央部４６から、フラットスクリュー４０の外周に向かって弧を描くように渦状に延びている。溝部４２は、螺旋状に延びるように構成されているとしてもよい。溝形成面４８には、溝部４２の側壁部を構成し、各溝部４２に沿って延びている凸条部４３が設けられている。
【００３３】
溝部４２は、フラットスクリュー４０の側面に形成された材料流入口４４まで連続している。この材料流入口４４は、材料供給部２０の連通路２２を介して供給された原材料ＭＲを受け入れる部分である。
【００３４】
図２には、３つの溝部４２と、３つの凸条部４３と、を有するフラットスクリュー４０の例が図示されている。フラットスクリュー４０に設けられる溝部４２や凸条部４３の数は、３つには限定されない。フラットスクリュー４０には、１つの溝部４２のみが設けられていてもよいし、２以上の複数の溝部４２が設けられていてもよい。また、溝部４２の数に合わせて任意の数の凸条部４３が設けられてもよい。
【００３５】
図２には、材料流入口４４が３箇所に形成されているフラットスクリュー４０の例が図示されている。フラットスクリュー４０に設けられる材料流入口４４の数は、３箇所に限定されない。フラットスクリュー４０には、材料流入口４４が１箇所にのみ設けられていてもよいし、２箇所以上の複数の箇所に設けられていてもよい。
【００３６】
図３は、スクリュー対面部５０の上面５２側を示す概略平面図である。スクリュー対面部５０の上面５２は、上述したように、フラットスクリュー４０の溝形成面４８に対向する。以下、この上面５２を、「スクリュー対向面５２」とも呼ぶ。スクリュー対向面５２の中心には、造形材料をノズル６１に供給するための上述した連通孔５６が形成されている。
【００３７】
スクリュー対向面５２には、連通孔５６に接続され、連通孔５６から外周に向かって渦状に延びている複数の案内溝５４が形成されている。複数の案内溝５４は、フラットスクリュー４０の中央部４６に流入した造形材料を連通孔５６に導く機能を有する。図１を参照して説明したように、スクリュー対面部５０には、ヒーター５８が埋め込まれている。造形材料生成部３０における原材料ＭＲの溶融は、ヒーター５８による加熱と、フラットスクリュー４０の回転と、によって実現される。
【００３８】
図１および図２を参照する。フラットスクリュー４０が回転すると、材料流入口４４から供給された原材料ＭＲが、溝部４２に誘導されて、溝部４２内において加熱されながら中央部４６に向かって移動する。原材料ＭＲは、中央部４６に近づくほど、溶融し、流動性が高まっていき、造形材料へと転化する。中央部４６に集められた造形材料は、中央部４６で生じる内圧により、連通孔５６を通じてノズル６１の流路６５へと導かれ、吐出口６２から吐出される。
【００３９】
図１を参照する。造形部１１０では、Ｚ方向に小型なサイズを有するフラットスクリュー４０の採用によって、原材料ＭＲを溶融してノズル６１まで導くための経路がＺ方向に占める範囲が小さくなっている。このように、造形装置１００では、フラットスクリュー４０を利用していることによって、造形材料の生成機構が小型化されている。
【００４０】
造形装置１００では、フラットスクリュー４０を利用していることによって、流動性を有する造形材料を生成し、ノズル６１へと圧送する構成が簡易に実現されている。この構成によれば、ノズル６１からの造形材料の吐出量の制御がフラットスクリュー４０の回転数の制御によって可能であり、ノズル６１からの造形材料の吐出量の制御が容易化されている。「ノズル６１からの造形材料の吐出量」とは、ノズル６１の吐出口６２から流出する造形材料の流量を意味する。
【００４１】
フラットスクリュー４０を利用した造形材料の生成機構を有している造形装置１００では、流動性が発現した状態の造形材料が流路６５を通じてノズル６１へと導かれる。造形装置１００では、こうした流路６５を有していることによって、簡易な構成の開閉機構７０による造形材料の吐出制御が可能になっている。
【００４２】
図４は、造形装置１００において造形物が造形されていく様子を模式的に示す概略図である。造形装置１００では、上述したように、造形材料生成部３０において、回転しているフラットスクリュー４０の溝部４２に供給された固体状態の原材料ＭＲが溶融されて造形材料ＭＭが生成される。制御部１０１は、テーブル２１０の面２１１とノズル６１との距離を保持したまま、テーブル２１０の面２１１に沿った方向に、テーブル２１０に対するノズル６１の位置を変えながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させる。ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭは、ノズル６１の移動方向に連続して堆積されていく。こうしたノズル６１による走査によって、ノズル６１の走査経路に沿って線状に延びる造形部位である線状部位ＬＰが造形される。
【００４３】
制御部１０１は、上記のノズル６１による走査を繰り返して材料層ＭＬを形成する。制御部１０１は、１つの材料層ＭＬを形成した後、ノズル６１の位置を、テーブル２１０からノズル６１に向かう方向であるＺ方向に移動させる。そして、これまでに形成された材料層ＭＬの上に、さらに材料層ＭＬを積み重ねることによって造形物を造形していく。
【００４４】
ところで、材料層ＭＬを形成する際には、ノズル６１の先端の吐出口６２と、ノズル６１の直下の位置近傍においてノズル６１から吐出された造形材料ＭＭが堆積される予定部位ＭＬｔとの間に、下記のギャップＧが保持されていることが望ましい。なお、造形材料ＭＭが材料層ＭＬの上に堆積される場合には、造形材料ＭＭが堆積される予定部位ＭＬｔは、ノズル６１の直下、つまり、ノズル６１の吐出口６２に対向する位置にある材料層ＭＬの上面である。最下層の材料層ＭＬが形成される場合には、造形材料ＭＭが堆積される予定部位ＭＬｔはテーブル２１０の面２１１である。
【００４５】
ギャップＧの大きさは、図１を参照して説明したノズル６１の吐出口６２における孔径Ｄｎ以上とすることが望ましく、孔径Ｄｎの１．１倍以上とすることがより好ましい。こうすれば、ノズル６１の吐出口６２から吐出される造形材料ＭＭが、予定部位ＭＬｔに押しつけられない自由な状態で堆積される。この結果、ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭの横断面形状が潰れてしまうことを抑制でき、造形物の面粗さを低減することが可能である。また、ノズル６１の周囲にヒーターが設けられた構成においては、ギャップＧを形成することにより、当該ヒーターによる造形材料ＭＭの過熱を防止でき、堆積後の造形材料ＭＭの過熱による変色や劣化が抑制される。一方、ギャップＧの大きさは、孔径Ｄｎの１．５倍以下とすることが好ましく、１．３倍以下とすることが特に好ましい。これによって、予定部位ＭＬｔに対する造形材料ＭＭの堆積位置の位置ずれや、材料層ＭＬ同士の密着性の低下が抑制される。
【００４６】
制御部１０１は、ノズル６１からの造形材料の吐出を一時的に中断させて、テーブル２１０に対するノズル６１の位置を変更する場合には、開閉機構７０の弁体７３によって流路６５を閉塞させて、吐出口６２からの造形材料ＭＭの吐出を停止させる。制御部１０１は、ノズル６１の位置を変更した後、開閉機構７０の弁体７３によって流路６５を開くことによって、変更後のノズル６１の位置から造形材料ＭＭの堆積を再開させる。造形装置１００によれば、開閉機構７０を有することによって、ノズル６１による造形材料ＭＭの堆積位置を簡易に制御することができる。
【００４７】
造形装置１００において用いられる造形物の材料について説明する。造形装置１００では、例えば、熱可塑性を有する材料や、金属材料、セラミック材料等の種々の材料を主材料として造形物を造形することができる。ここで、「主材料」とは、造形物の形状を形作っている中心となる材料を意味し、造形物において５０重量％以上の含有率を占める材料を意味する。上述した造形材料ＭＭには、それらの主材料を単体で溶融したものや、主材料とともに含有される一部の成分が溶融してペースト状にされたものが含まれる。
【００４８】
主材料として熱可塑性を有する材料を用いる場合には、造形材料生成部３０において、当該材料が可塑化することによって造形材料ＭＭが生成される。「可塑化」とは、熱可塑性を有する材料に熱が加わり溶融することを意味する。
【００４９】
熱可塑性を有する材料としては、例えば、下記の熱可塑性樹脂材料を用いることができる。
＜熱可塑性樹脂材料の例＞
ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリ乳酸樹脂（ＰＬＡ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチック、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチック
【００５０】
熱可塑性を有する材料には、顔料や、金属、セラミック、その他に、ワックス、難燃剤、酸化防止剤、熱安定剤などの添加剤等が混入されていてもよい。熱可塑性を有する材料は、造形材料生成部３０において、フラットスクリュー４０の回転とヒーター５８の加熱によって可塑化されて溶融した状態に転化される。熱可塑性を有する材料の溶融によって生成された造形材料ＭＭは、ノズル６１から吐出された後、温度の低下によって硬化する。
【００５１】
熱可塑性を有する材料は、そのガラス転移点以上に加熱されて完全に溶融した状態でノズル６１から射出されることが望ましい。例えば、ＡＢＳ樹脂は、ガラス転移点が約１２０℃であり、ノズル６１からの射出時には約２００℃であることが望ましい。このように高温の状態で造形材料ＭＭを射出するために、ノズル６１の周囲にはヒーターが設けられてもよい。
【００５２】
造形装置１００では、上述した熱可塑性を有する材料の代わりに、例えば、以下の金属材料が主材料として用いられてもよい。この場合には、下記の金属材料を粉末状にした粉末材料に、造形材料ＭＭの生成の際に溶融する成分が混合されて、原材料ＭＲとして造形材料生成部３０に投入されることが望ましい。
＜金属材料の例＞
マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）やクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）の単一の金属、もしくはこれらの金属を１つ以上含む合金
＜前記合金の例＞
マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金
【００５３】
造形装置１００においては、上記の金属材料の代わりに、セラミック材料を主材料として用いることが可能である。セラミック材料としては、例えば、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどの酸化物セラミックスや、窒化アルミニウムなどの非酸化物セラミックスなどが使用可能である。主材料として、上述したような金属材料やセラミック材料を用いる場合には、テーブル２１０に配置された造形材料ＭＭは焼結によって硬化されてもよい。
【００５４】
材料供給部２０に原材料ＭＲとして投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料は、単一の金属の粉末や合金の粉末、セラミック材料の粉末を、複数種類、混合した混合材料であってもよい。また、金属材料やセラミック材料の粉末材料は、例えば、上で例示したような熱可塑性樹脂、あるいは、それ以外の熱可塑性樹脂によってコーティングされていてもよい。この場合には、造形材料生成部３０において、その熱可塑性樹脂が溶融して流動性が発現されるものとしてもよい。
【００５５】
材料供給部２０に原材料ＭＲとして投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、以下のような溶剤を添加することもできる。溶剤は、下記の中から選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
＜溶剤の例＞
水；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の（ポリ）アルキレングリコールモノアルキルエーテル類；酢酸エチル、酢酸ｎ−プロピル、酢酸ｉｓｏ−プロピル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸ｉｓｏ−ブチル等の酢酸エステル類；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル−ｎ−ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類；エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類；テトラアルキルアンモニウムアセテート類；ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤；ピリジン、γ−ピコリン、２，６−ルチジン等のピリジン系溶剤；テトラアルキルアンモニウムアセテート（例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等）；ブチルカルビトールアセテート等のイオン液体等
【００５６】
その他に、材料供給部２０に原材料ＭＲとして投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、以下のようなバインダーを添加することもできる。
＜バインダーの例＞
アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）或いはその他の熱可塑性樹脂。
【００５７】
図５は、第１実施形態における造形処理のフローを示す説明図である。造形装置１００は、制御部１０１の制御下において、以下に説明する造形処理を実行することにより、機械的強度が高められた造形物を、高い造形精度で効率良く製造するこができる。
【００５８】
図６を参照して、第１造形部位ＭＰｆを造形する第１工程Ｓ１０を説明する。図６は、第１工程Ｓ１０において造形される第１造形部位ＭＰｆの一例を、テーブル２１０の面２１１に正対する方向に見たときの模式図である。図６には、第１造形部位ＭＰｆを造形する際におけるノズル６１の走査経路ＳＲの一例が破線の矢印で図示されている。
【００５９】
第１工程Ｓ１０では、制御部１０１は、吐出部６０と移動機構２３０とを制御して、テーブル２１０に対するノズル６１の位置を変えながら、ノズル６１からテーブル２１０に向かって造形材料ＭＭを吐出させて、第１造形部位ＭＰｆを造形する。第１造形部位ＭＰｆは、テーブル２１０からノズル６１に向かう方向であるＺ方向に開口する凹部ＲＣを有するように造形される。第１実施形態では、第１造形部位ＭＰｆは、１層分の材料層ＭＬによって構成されている。図６の例では、ノズル６１を、その走査経路が重ならないように、複数回、周回させることによって、ノズル６１の走査経路に沿って線状に延びるように形成された造形部位である線状部位ＬＰに囲まれた凹部ＲＣを有する第１造形部位ＭＰｆが造形されている。凹部ＲＣの開口幅は、テーブル２１０の面２１１に沿ったいずれの方向においても、ノズル６１の孔径Ｄｎより大きい。なお、凹部ＲＣの開口幅は、テーブル２１０の面２１１に沿ったいずれの方向においても、ノズル６１の孔径Ｄｎの１０倍以下であるとしてよい。
【００６０】
図７Ａおよび図７Ｂを参照して、第２造形部位ＭＰｓを造形する第２工程Ｓ２０を説明する。図７Ａは、第１造形部位ＭＰｆの凹部ＲＣ内に形成された第２造形部位ＭＰｓの例を、テーブル２１０の面２１１に正対する方向に見たときの模式図である。図７Ａには、第２造形部位ＭＰｓを造形する際におけるノズル６１の吐出口６２の位置を破線で例示してある。また、図７Ａには、第２造形部位ＭＰｓを造形する際のノズル６１から吐出された造形材料ＭＭの流動する方向を示す矢印を図示してある。図７Ｂは、第２工程Ｓ２０においてノズル６１から造形材料ＭＭが吐出される様子を示す模式図である。
【００６１】
第２工程Ｓ２０では、制御部１０１は、第１造形部位ＭＰｆの凹部ＲＣを埋めるように造形材料ＭＭを吐出して、第２造形部位ＭＰｓを造形する。第１工程Ｓ１０の完了後、制御部１０１は、移動機構２３０を制御して、ノズル６１を凹部ＲＣの上に移動させる。制御部１０１は、テーブル２１０に対するノズル６１の位置を固定したまま、ノズル６１から凹部ＲＣ内に造形材料ＭＭを吐出させる。造形材料ＭＭは、凹部ＲＣ内の予定部位ＭＬｔ上において流動して、テーブル２１０の面２１１に沿った方向に広がる。なお、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出している間、テーブル２１０に対するノズル６１の位置は、僅かに、例えば、１ｍｍ以下の範囲で、移動されてもよい。
【００６２】
第２工程Ｓ２０では、制御部１０１は、造形材料ＭＭによって凹部ＲＣの内部空間が満たされるように、吐出部６０に凹部ＲＣの空間体積に相当する量の造形材料ＭＭを吐出させることが望ましい。これによって、造形材料ＭＭの充填密度が高い第２造形部位ＭＰｓを造形することができる。
【００６３】
第２工程Ｓ２０では、上記のように、ノズル６１を走査させることなく、第２造形部位ＭＰｓが造形される。そのため、単位体積の第２造形部位ＭＰｓを造形する際におけるノズル６１の移動距離は、単位体積の第１造形部位ＭＰｆを造形する際におけるノズル６１の移動距離よりも小さい。ここで、「単位体積の造形部位を造形する際におけるノズル６１の移動距離」とは、当該造形部位の造形のためにノズル６１からの造形材料の吐出を開始した後、ノズル６１からの造形材料の吐出を停止させて当該造形部位の造形を完了するまでの間におけるノズル６１の合計移動距離を、当該造形部位の体積で割った値に相当する。なお、第２造形部位ＭＰｓの造形の際における単位体積あたりのノズル６１の移動距離は、第１造形部位ＭＰｆの造形の際における単位体積あたりのノズル６１の移動距離よりも小さいと言い換えてもよい。第１実施形態の第２工程Ｓ２０であれば、第２造形部位ＭＰｓを造形する際のノズル６１の移動距離が低減される分だけ、第２造形部位ＭＰｓの造形のために造形装置１００において消費されるエネルギーや時間を低減させることができるため、効率的である。また、簡易に、第２造形部位ＭＰｓを造形することができる。そして、この造形方法で造形される第２造形部位ＭＰｓであれば、ノズル６１の走査によって形成される線状部位ＬＰ同士の境界を内部に有しておらず、高い機械的強度を実現することができる。
【００６４】
図７Ｃは、図７Ａと同様な模式図であり、図７Ａとは異なる形状の凹部ＲＣを埋める第２造形部位ＭＰｓの造形工程を例示している。図７Ｃの第１造形部位ＭＰｆが有する凹部ＲＣは、鋭角な角部を有する略三角形状の開口断面を有している。上述した第２工程Ｓ２０であれば、凹部ＲＣが、図７Ｃに示したようなノズル６１の孔径Ｄｎより小さいサイズの微細な角部を有する場合であっても、ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭを流動させて、そうした角部を埋めることが可能である。よって、第１造形部位ＭＰｆと第２造形部位ＭＰｓとの間に隙間が残って造形物の機械的強度が低下してしまうことが抑制される。
【００６５】
第２工程Ｓ２０では、制御部１０１は、第２工程Ｓ２０でのフラットスクリュー４０の回転数を、第１工程Ｓ１０のときより増大させて、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出量を、第１工程Ｓ１０のときより増大させることが望ましい。これによって、第１造形部位ＭＰｆの凹部ＲＣを、より迅速に埋めることができ、造形時間を短縮することができる。また、造形材料ＭＭが押し出される圧力が高まるため、凹部ＲＣをより隙間なく埋めることができる。
【００６６】
制御部１０１は、終了判定工程Ｓ３０において、造形データに基づいて、造形物の造形が完了したか否かを判定する。制御部１０１は、造形物の造形が完了するまで、第１工程Ｓ１０と第２工程Ｓ２０とを繰り返す。第１工程Ｓ１０と第２工程Ｓ２０の繰り返しにより、造形物が造形される。なお、第１実施形態では、造形物の同じ高さ位置の層に、複数の凹部ＲＣを有する第１造形部位ＭＰｆが含まれるように造形されてもよい。
【００６７】
以上のように、第１実施形態の造形物の製造方法およびそれを実行する造形装置１００によれば、ノズル６１を走査させることなく、高い機械的強度を有する第２造形部位ＭＰｓを効率的に造形することができる。よって、造形物の機械的強度を効率良く高めることができる。その他に、第１実施形態の造形物の製造方法およびそれを実行する造形装置１００によれば、第１実施形態中で説明した種々の作用効果を奏することができる。
【００６８】
２．第２実施形態：
図８Ａおよび図８Ｂを参照して、第２実施形態における第２工程Ｓ２０を説明する。図８Ａは、第１造形部位ＭＰｆと第２造形部位ＭＰｓの一例を、テーブル２１０の面２１１に正対する方向に見たときの模式図である。図８Ａでは、第１造形部位ＭＰｆを構成する線状部位ＬＰの境界を破線で示してある。また、図８Ａでは、第２造形部位ＭＰｓを造形する際におけるノズル６１の走査経路の一例が破線の矢印で図示されている。図８Ｂは、第２工程Ｓ２０においてノズル６１から造形材料ＭＭが吐出される様子を、ノズル６１の走査方向ＭＤに見たときの模式図である。
【００６９】
第２実施形態の造形処理は、図１〜図４に示されている第１実施形態で説明したのと同じ構成を有する造形装置１００において実行される。第２実施形態の造形処理は、以下に説明する点以外は、第１実施形態で説明した造形処理とほぼ同じであり、図３に示されているのと同じフローで実行される。
【００７０】
図８Ａを参照する。第２実施形態では、第１工程Ｓ１０において、第１実施形態で説明したのよりも開口幅が大きい凹部ＲＣを有する第１造形部位ＭＰｆが造形される。凹部ＲＣは、例えば、テーブル２１０の面２１１に沿った少なくとも１つの方向において、ノズル６１の孔径Ｄｎの１０倍より大きい開口幅を有している。制御部１０１は、第２工程Ｓ２０において、吐出部６０と移動機構２３０とを制御して、その開口幅が大きい凹部ＲＣを、造形材料ＭＭによって埋めるように、ノズル６１を走査させる。
【００７１】
第２工程Ｓ２０では、制御部１０１は、ノズル６１によって凹部ＲＣ内の領域を走査して第２造形部位ＭＰｓを造形する。このとき、制御部１０１は、第２工程Ｓ２０においてノズル６１の走査によって造形される線状部位ＬＰの幅Ｗ２が、第１工程Ｓ１０においてノズル６１の走査によって造形された線状部位ＬＰの幅Ｗ１よりも大きくなるように制御する。制御部１０１は、ノズル６１の移動速度と、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出量と、のうちの少なくとも一方を制御する。ここで、第１実施形態において、制御部１０１が、第１工程Ｓ１０や第２工程Ｓ２０で制御する「ノズル６１の移動速度」は、ノズル６１を走査させるときに生じる一定の速度領域での速度である。この移動速度は、ノズル６１が移動を開始した後、加速している間の速度ではなく、その加速後の速度を意味する。また、ノズル６１が走査方向を変更するため、あるいは、停止するために減速を開始する前におけるノズル６１の移動速度を意味する。制御部１０１が制御する「ノズル６１の移動速度」は、ノズル６１を走査させるときのノズル６１の最大速度であるとしてもよい。なお、他の実施形態では、制御部１０１は、ノズル６１を走査させるときの平均移動速度を制御するものとしてもよい。
【００７２】
制御部１０１は、例えば、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出量を第１工程Ｓ１０のときよりも低下させることなく、線状部位ＬＰを造形する際のノズル６１の移動速度を第１工程Ｓ１０のときよりも低下させる。制御部１０１は、例えば、線状部位ＬＰを造形するときのノズル６１の移動速度を、予め決められた割合だけ低下させるものとしてもよい。これによって、図８Ｂに示すように、ノズル６１の直下の予定部位ＭＬｔにおいて造形材料ＭＭを第１工程Ｓ１０のときより広範囲に広がるように流動させながら、ノズル６１を走査することができる。そのため、造形材料ＭＭのノズル６１の走査方向ＭＤに直交する方向における堆積範囲の幅である線状部位ＬＰの幅Ｗ２を、第１工程Ｓ１０のときの幅Ｗ１よりも増大させることができる。
【００７３】
上記のノズル６１の速度制御に代えて、あるいは、上記のノズル６１の速度制御とともに、制御部１０１は、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出量を増大させる制御をおこなってもよい。このようにすれば、ノズル６１の走査の際に、ノズル６１の直下に堆積される造形材料ＭＭの量を増加させることができる。そのため、図８Ｂに示すように、第２工程Ｓ２０においてノズル６１の走査によって造形される線状部位ＬＰの幅Ｗ２を、第１工程Ｓ１０においてノズル６１の走査によって造形される線状部位ＬＰの幅Ｗ１よりも大きくすることができる。
【００７４】
制御部１０１は、ノズル６１の移動速度と造形材料ＭＭの吐出量の少なくとも一方を、上記のように制御して、線状部位ＬＰの幅Ｗ２を増大させた状態で、凹部ＲＣ内に隙間が生じないようにノズル６１を走査する。このようにすれば、線状部位ＬＰの幅Ｗ２の増加分だけ、第２造形部位ＭＰｓを造形する際における単位体積あたりのノズル６１の移動距離を、第１造形部位ＭＰｆを造形する際における単位体積あたりのノズル６１の移動距離よりも小さくすることができる。よって、少ないノズル６１の移動量で、第２造形部位ＭＰｓを効率良く造形することができる。また、第２造形部位ＭＰｓにおいて単位体積あたりに含まれる線状部位ＬＰ同士の境界の面積を、第１造形部位ＭＰｆにおいて単位体積あたりに含まれる線状部位ＬＰ同士の境界の面積を低減させることができる。よって、第２造形部位ＭＰｓの機械的強度を高めることができる。
【００７５】
第２工程Ｓ２０において、制御部１０１は、ノズル６１の移動速度を、第１工程Ｓ１０のときよりも低下させ、かつ、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出量を、第１工程Ｓ１０のときよりも増大させてもよい。このようにすれば、第２造形部位ＭＰｓをより短時間で造形することができ、造形物の造形時間を短縮することができる。また、予定部位ＭＬｔでの造形材料ＭＭの流動範囲を、より広げることができるため、第１造形部位ＭＰｆの凹部ＲＣ内に隙間が残ってしまうことがより抑制される。
【００７６】
以上のように、第２実施形態の造形物の製造方法およびそれを実行する造形装置１００によれば、第１造形部位ＭＰｆの凹部ＲＣの開口幅が大きい場合であっても、機械的強度の高い第２造形部位ＭＰｓを、効率良く造形することができる。その他に、第２実施形態の造形物の製造方法およびそれを実行する造形装置１００によれば、第２実施形態中で説明した種々の作用効果に加えて、第１実施形態と同様な種々の作用効果を奏することができる。
【００７７】
３．第３実施形態：
図９は、第３実施形態における造形処理のフローを示す説明図である。第３実施形態の造形処理は、図１〜図４に示されている第１実施形態で説明したのと同じ構成を有する造形装置１００において実行される。第３実施形態の造形処理は、第２工程Ｓ２０ａにおいてノズル６１の移動速度が造形材料の粘度に応じて設定されている点以外は、第２実施形態の造形処理とほぼ同じである。
【００７８】
第３実施形態の第２工程Ｓ２０ａでは、制御部１０１は、第２造形部位ＭＰｓを、造形材料の粘度に応じたノズル６１の移動速度で、ノズル６１を走査させて造形する。制御部１０１は、造形処理の開始前に、ユーザーから造形材料の粘度の入力を受け付ける。そして、その粘度に応じたノズル６１の移動速度の制御値を取得する。制御部１０１は、第２工程Ｓ２０ａにおいて、その制御値の移動速度でノズル６１を走査する。なお、第２工程Ｓ２０ａでのノズル６１の移動速度は、第２実施形態の第２工程Ｓ２０と同様に、第１工程Ｓ１０でのノズル６１の移動速度以下である。
【００７９】
図１０は、制御部１０１が、ノズル６１の移動速度の制御値Ｖを取得するために用いるマップ１０２の一例を示す模式図である。マップ１０２は、造形装置１００が備える図示しない記憶部に格納されている。マップ１０２には、入力される粘度ＭＶが低いほど、小さい速度の制御値Ｖが出力される関係が設定されている。なお、造形材料の粘度ＭＶは、ノズル６１から吐出されるときの造形材料の想定温度での値であり、実験的に予め定められた値でよい。この制御値Ｖを用いることにより、第２工程Ｓ２０ａでは、造形材料の粘度ＭＶが低いほど、ノズル６１の移動速度が小さくなるように移動機構２３０が制御される。
【００８０】
線状部位ＬＰの幅は、造形材料の粘度と、ノズル６１の移動速度と、に応じて変化する。そのため、制御部１０１は、第２工程Ｓ２０ａでのノズル６１の移動速度の制御値に応じて、第２工程Ｓ２０ａでのノズル６１の走査ピッチを設定することが望ましい。ノズル６１の走査ピッチとは、１つの材料層ＭＬにおいて隣り合って並列に配列される線状部位ＬＰを造形する際におけるノズル６１の走査経路間の距離である。走査ピッチによって、造形物における造形材料ＭＭの充填密度が定まる。制御部１０１は、造形材料の粘度が低く、ノズル６１の移動速度の制御値が小さいほど、ノズル６１の走査ピッチを大きくする。
【００８１】
第３実施形態の第２工程Ｓ２０ａによれば、造形材料の粘度が低く、その流動性が高いほど、ノズル６１の移動速度が小さくなるように制御されるため、部位ＭＬｔに吐出された造形材料の流動範囲をより広げることができる。そのため、凹部ＲＣを埋めるためのノズル６１の走査ピッチをより大きくすることができ、第２造形部位ＭＰｓの単位体積あたりにおけるノズル６１の移動距離を、より低減させることができる。一方、造形材料の粘度が高く、その流動性が低い場合には、ノズル６１の移動速度が大きくなるように制御されるため、第２造形部位ＭＰｓの造形時間が増大してしまうことが抑制される。
【００８２】
以上のように、第３実施形態の造形物の製造方法およびそれを実行する造形装置１００によれば、第２造形部位ＭＰｓの造形材料の粘度に応じて、ノズル６１の移動速度が制御されるため、第２造形部位ＭＰｓを、より効率的に造形することができる。その他に、第３実施形態の造形物の製造方法およびそれを実行する造形装置１００によれば、上記の第１実施形態や第２実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。
【００８３】
４．第４実施形態：
図１１は、第４実施形態における造形処理のフローを示す説明図である。第４実施形態の造形処理は、図１〜図４に示されている第１実施形態で説明したのと同じ構成を有する造形装置１００において実行される。第４実施形態の造形処理での第１工程Ｓ１０ｂおよび第２工程Ｓ２０ｂは、以下に説明する点以外は、第１実施形態の造形処理とほぼ同じである。
【００８４】
図１２を参照して、第４実施形態での第１工程Ｓ１０ｂおよび第２工程Ｓ２０ｂを説明する。図１２は、第４実施形態の第２工程Ｓ２０ｂにおいて、ノズル６１から造形材料ＭＭが吐出されている様子を示す模式図である。
【００８５】
第４実施形態の第１工程Ｓ１０ｂでは、複数の材料層ＭＬをＺ方向に積層して第１造形部位ＭＰｆが造形される。第１造形部位ＭＰｆの凹部ＲＣは、複数の材料層ＭＬにわたって形成されている。
【００８６】
第２工程Ｓ２０ｂでは、複数の材料層ＭＬにわたって形成された凹部ＲＣを埋めるように、第２造形部位ＭＰｓが造形される。第１工程Ｓ１０ｂの完了後、制御部１０１は、Ｚ方向において凹部ＲＣと重なる位置にノズル６１を移動させ、その位置においてノズル６１から凹部ＲＣ内に造形材料ＭＭを吐出させることによって、凹部ＲＣ内に造形材料ＭＭを充填する。この工程によって、第２造形部位ＭＰｓを構成する材料層ＭＬである凹部内材料層ＭＬｒが造形される。
【００８７】
凹部内材料層ＭＬｒは、第１造形部位ＭＰｆにおける材料層ＭＬ同士の境界を跨ぐように径瀬尾されており、その側面において当該材料層ＭＬ同士の境界に面している。第４実施形態では、凹部内材料層ＭＬｒは、第１造形部位ＭＰｆのＺ方向における厚みと同じ厚みを有している。第４実施形態では、複数の材料層ＭＬで構成される第１造形部位ＭＰｆに対して、第２造形部位ＭＰｓは、凹部内材料層ＭＬｒ単層で構成される。
【００８８】
第４実施形態の第２工程Ｓ２０ｂによれば、第１造形部位ＭＰｆが１つの材料層ＭＬで構成され、材料層ＭＬを造形するたびに、その凹部ＲＣを埋める場合よりも、時間間隔をあけずに第２造形部位ＭＰｓを造形することができるため、効率的である。また、第２造形部位ＭＰｓが、そのように時間間隔をあけずに造形されているため、時間間隔をあけて造形された部位を含む場合よりも第２造形部位ＭＰｓを構成する造形材料同士の結合力が高められており、第２造形部位ＭＰｓの機械的強度が高められている。
【００８９】
第４実施形態の第２工程Ｓ２０ｂにおいて造形される凹部内材料層ＭＬｒは、第１造形部位ＭＰｆにおける材料層ＭＬ同士の境界に跨がっており、当該材料層ＭＬ同士を積層方向に連結する連結部として機能する。よって、第４実施形態の造形処理によって造形された凹部内材料層ＭＬｒを含む造形物であれば、その積層方向における機械的強度が高められている。
【００９０】
以上のように、第４実施形態の造形物の製造方法およびそれを実行する造形装置１００によれば、第１造形部位ＭＰｆを構成する複数の材料層ＭＬの凹部ＲＣを埋める第２造形部位ＭＰｓを、時間間隔をあけることなく、効率的に造形できる。また、高い機械的強度を有する第２造形部位ＭＰｓを、第１造形部位ＭＰｆを構成する複数の材料層ＭＬの連結部として機能させることができ、造形物の材料層ＭＬの積層方向における機械的強度を高めることができる。その他に、第４実施形態の造形物の製造方法およびそれを実行する造形装置１００によれば、上記の各実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。
【００９１】
５．第５実施形態：
図１３は、第５実施形態の造形処理における第２工程Ｓ２０ｂにおいて、ノズル６１から造形材料ＭＭが吐出されている様子を示す模式図である。第５実施形態の造形処理は、図１〜図４に示されている第１実施形態で説明したのと同じ構成を有する造形装置１００において実行される。第５実施形態の造形処理は、第１工程Ｓ１０ｂにおいて開口幅の大きい凹部ＲＣを有する第１造形部位ＭＰｆが造形される点と、第２工程Ｓ２０ｂにおいて、ノズル６１を走査させる点以外は、図１１に示されている第４実施形態の造形処理とほぼ同じである。
【００９２】
第５実施形態の第１工程Ｓ１０ｂでは、第１造形部位ＭＰｆが、第４実施形態で説明したのと同様に、複数の材料層ＭＬを積層することによって造形される。第５実施形態において造形される第１造形部位ＭＰｆの凹部ＲＣは、第２実施形態で説明したのと同様な開口幅を有している。
【００９３】
第５実施形態の第２工程Ｓ２０ｂでは、第４実施形態と同様に、複数の材料層ＭＬによって構成される第１造形部位ＭＰｆが造形された後に、その複数の材料層ＭＬに跨がる第２造形部位ＭＰｓが造形される。第５実施形態の第２工程Ｓ２０ｂでは、凹部ＲＣを埋めるように、ノズル６１が走査される。このとき、ノズル６１の移動速度と、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出量と、のうちの少なくとも１つが、第２実施形態で説明したのと同様に制御される。
【００９４】
第５実施形態では、複数の凹部内材料層ＭＬｒが積層されて第２造形部位ＭＰｓが造形される。複数の凹部内材料層ＭＬｒには、材料層ＭＬとは異なる厚みを有するものが含まれる。そのため、第２造形部位ＭＰｓを構成する凹部内材料層ＭＬｒ同士の境界位置と、第１造形部位ＭＰｆを構成する材料層ＭＬ同士の境界位置とは、積層方向においてずれている。第２造形部位ＭＰｓを構成する凹部内材料層ＭＬｒには、側面が第１造形部位ＭＰｆを構成する材料層ＭＬ同士の境界に面するように、当該材料層ＭＬ同士の境界に跨がって形成されたものが含まれている。
【００９５】
第５実施形態の造形物の製造方法およびそれを実行する造形装置１００によれば、第１造形部位ＭＰｆよりも単位体積あたりに含まれる線状部位ＬＰの境界面積が少ない第２造形部位ＭＰｓによって、第１造形部位ＭＰｆの開口幅が大きい凹部ＲＣを埋めることができる。よって、造形物の機械的強度を効率的に高めることができる。
【００９６】
特に、第２造形部位ＭＰｓが、第１造形部位ＭＰｆを構成する材料層ＭＬ同士の境界に跨がって形成され、当該材料層ＭＬ同士の連結部として機能する凹部内材料層ＭＬｒを含んでいるため、材料層ＭＬの積層方向における造形物の機械的強度が、より高められている。その他に、第５実施形態の造形物の製造方法およびそれを実行する造形装置１００によれば、上記の各実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。
【００９７】
６．第６実施形態：
図１４は、第６実施形態における造形処理のフローを示す説明図である。第６実施形態の造形処理は、図１〜図４に示されている第１実施形態で説明したのと同じ構成を有する造形装置１００において実行される。第６実施形態の造形処理は、以下の点以外は、第５実施形態の造形処理とほぼ同じである。
【００９８】
上記の各実施形態では、第１造形部位ＭＰｆは造形物の表層に限定されず、造形物における種々の部位を構成している。これに対して、本第６実施形態の第１工程Ｓ１０ｃでは、造形物の表層を構成する第１造形部位ＭＰｆが造形される。第１造形部位ＭＰｆの造形精度は、造形物の外観に大きく影響するため、第１造形部位ＭＰｆは、より高い精度で、きめ細かく造形されることが望ましい。第６実施形態の第２工程Ｓ２０ｃでは、第１造形部位ＭＰｆが構成する造形物の表層に覆われる、インフィルとも呼ばれる内部構造を構成する第２造形部位ＭＰｓが、図１３に示される方法により造形される。
【００９９】
第６実施形態によれば、第１造形部位ＭＰｆによって、造形物の外部を高い造形精度で造形する一方で、第２造形部位ＭＰｓによって構成される充填密度が高く、機械的強度が高い内部構造を、ノズル６１の短い移動距離で、迅速に効率的に造形することができる。その他に、第６実施形態の造形物の製造方法およびそれを実行する造形装置１００によれば、上記の各実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。
【０１００】
７．他の実施形態：
上記の各実施形態で説明した種々の構成は、例えば、以下のように改変することが可能である。以下に説明する他の実施形態はいずれも、上記の各実施形態と同様に、発明を実施するための形態の一例として位置づけられる。
【０１０１】
（１）他の実施形態１：
上記各実施形態の第２工程Ｓ２０，Ｓ２０ｂ，Ｓ２０ｃにおいて、テーブル２１０に対するノズル６１の移動と、ノズル６１の移動を停止した状態でのノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出と、を交互に繰り返して、第２造形部位ＭＰｓを造形するようにしてもよい。
【０１０２】
（２）他の実施形態２：
上記第５実施形態や第６実施形態の第２工程Ｓ２０ｂ，Ｓ２０ｃにおいて、第３実施形態で説明したように、ノズル６１を走査させるときのノズル６１の移動速度を、造形材料ＭＭの粘度に応じて変更してもよい。
【０１０３】
（３）他の実施形態３：
第１実施形態や、第２実施形態、第３実施形態、および、第４実施形態で説明した造形処理のフローによって、第６実施形態で説明したように、造形物の表層を構成する第１造形部位ＭＰｆと、内部構造を構成する第２造形部位ＭＰｓと、が造形されてもよい。
【０１０４】
（４）他の実施形態４：
第６実施形態において、第１造形部位ＭＰｆにおける材料層ＭＬと同じ厚みを有する凹部内材料層ＭＬｒのみによって構成される第２造形部位ＭＰｓが造形されてもよい。この場合には、第１造形部位ＭＰｆの材料層ＭＬ同士の境界位置と、第２造形部位ＭＰｓにおける凹部内材料層ＭＬｒ同士の境界位置とがＺ方向において揃うことになる。
【０１０５】
（５）他の実施形態５：
造形材料生成部３０は、フラットスクリュー４０を利用している構成の代わりに、例えば、Ｚ方向の長さが直径よりも長いインラインスクリューを回転させてノズル６１から造形材料を押し出す構成を有していてもよい。造形装置１００は、フラットスクリュー４０や上述したインラインスクリューを用いる構成ではなく、通常のＦＤＭ方式（熱融解積層方式）を採用していてもよい。造形装置１００では、熱可塑性樹脂からなるフィラメントが巻き回されたボビンから、ノズルへと、フィラメントを繰り出し、ノズル内に設けられたヒーターによって、そのフィラメントを溶融させ、造形材料としてノズルから吐出させる構成が採用されてもよい。
【０１０６】
（６）他の実施形態６：
造形装置１００の開閉機構７０は、ピストンが流路６５内に突出して流路６５を閉塞するプランジャーを用いた機構や、流路６５に交差する方向に移動して流路６５を閉塞するシャッターを用いた機構によって構成されてもよい。開閉機構７０は、上記実施形態のバタフライバルブや、上述のシャッター機構、プランジャー機構のうちの２つ以上を組み合わせて構成されてもよい。造形装置１００，１００Ａ，１００Ｂにおいて、開閉機構７０は省略されてもよい。
【０１０７】
（７）他の実施形態７：
上記の各実施形態において、材料供給部２０は、複数のホッパーを備える構成を有していてもよい。この場合には、各ホッパーからフラットスクリュー４０へと異なる材料が供給され、フラットスクリュー４０の溝部４２内において混合されて、造形材料が生成されてもよい。例えば、上記実施形態で説明した主材料となる粉末材料と、それに添加される溶媒やバインダーなどが別々のホッパーから並行してフラットスクリュー４０に供給されてもよい。
【０１０８】
（８）他の実施形態８：
上記実施形態において、ソフトウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ハードウェアによって実現されてもよい。また、ハードウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ソフトウェアによって実現されてもよい。ハードウェアとしては、例えば、集積回路、ディスクリート回路、または、それらの回路を組み合わせた回路モジュールなど、各種回路を用いることができる。
【０１０９】
８．他の形態：
本発明は、上述の各実施形態や実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態（aspect）によって実現することができる。例えば、本発明は以下の形態として実現可能である。以下に記載する各形態中の技術的特徴に対応する上記の各実施形態中の技術的特徴は、本発明の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本発明の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中において必須であると説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【０１１０】
（１）第１の形態は、三次元造形物の製造方法であって；テーブルとノズルとの相対的な位置を変えながら、前記ノズルから前記テーブルに向かって造形材料を吐出することによって、前記テーブルから前記ノズルに向かう方向に開口する凹部を有する第１造形部位を造形する第１工程と；前記凹部を埋めるように、前記ノズルから前記凹部に前記造形材料を吐出して、第２造形部位を造形する第２工程と；を備え；前記第２工程において単位体積の前記第２造形部位を造形する際における前記テーブルと前記ノズルとの相対的な移動距離は、前記第１工程において単位体積の前記第１造形部位を造形する際における前記テーブルと前記ノズルとの相対的な移動距離よりも小さい、三次元造形方法として提供される。
この形態の製造方法によれば、第２造形部位を、ノズルの移動距離が低減された効率の良い工程で造形できるとともに、第２造形部位の内部に含まれるノズルの走査によって形成される造形部位同士の境界を低減することができる。よって、三次元造形物の機械的強度を効率良く高めることができる。
【０１１１】
（２）上記形態において、前記第２工程における前記テーブルと前記ノズルとの相対的な移動速度は、前記第１工程における前記テーブルと前記ノズルとの相対的な移動速度よりも小さくてよい。
この形態の製造方法によれば、第２造形部位を造形する際のノズルの走査により造形される部位の幅を第１工程のときより増大させることができ、第２造形部位を造形する際における単位体積あたりのノズルの移動距離を、第１工程のときより短くできる。
【０１１２】
（３）上記形態において、前記第２工程における前記テーブルと前記ノズルとの相対的な移動速度は、前記造形材料の粘度が低いほど小さくてよい。
この形態の製造方法によれば、凹部内に吐出された造形材料の流動性が高いほど、テーブルに対してノズルが遅く移動するように制御される。よって、第２造形部位を造形する際のノズルの走査により造形される部位の幅をより増大させることができ、第２造形部位を造形する際における単位体積あたりのノズルの移動距離を、さらに短くすることができる。
【０１１３】
（４）上記形態において、前記第１工程は、前記テーブルと前記ノズルとの相対的な位置を前記テーブルの面に沿った方向に変えながら前記ノズルから前記造形材料を吐出することによって形成される材料層を、前記テーブルから前記ノズルに向かう方向に、複数、積層することによって前記第１造形部位を形成する工程であり；前記第２工程は、前記第１造形部位において複数の前記材料層にわたって形成された前記凹部を埋めるように前記第２造形部位を造形する工程であってよい。
この形態の製造方法によれば、１つの材料層で構成された第１造形部位を形成するたびに、その凹部を埋めるように第２造形部位を造形する場合よりも、複数の材料層に跨がる第２造形部位を、時間間隔をあけずに造形することができるため効率的である。また、そのように時間間隔をあけずに形成される第２造形部位であれば、時間間隔をあけて形成された場合よりも、第２造形部位内での造形材料同士の密着性が高まるため、第２造形部位の機械的強度を高めることができる。
【０１１４】
（５）上記形態において、前記第２工程は、前記第２造形部位を構成し、前記第１造形部位の前記材料層同士の境界に跨がる凹部内材料層を形成する工程を含んでよい。
この形態の製造方法によれば、第１造形部位を構成する材料層同士の積層方向への乖離が、第１造形部位の材料層同士の境界に跨がって形成された単層構造の凹部内材料層によって抑制される。
【０１１５】
（６）上記形態において、前記第２工程における単位時間あたりの前記ノズルからの前記造形材料の吐出量は前記第１工程における単位時間あたりの前記ノズルからの前記造形材料の吐出量よりも大きくてよい。
この形態の製造方法によれば、第２造形部位を造形する際のノズルの走査により造形される部位の幅を第１工程のときより増大させることができ、第２造形部位を造形する際における単位体積あたりのノズルの移動距離を、第１工程のときより短くできる。
【０１１６】
（７）上記形態において、前記第２工程は、前記テーブルに対する前記ノズルの位置を固定したまま前記ノズルから前記造形材料を吐出して前記凹部内に前記造形材料を堆積させる工程を含んでよい。
この形態の製造方法によれば、第２造形部位を簡易に造形できる。また、凹部に隙間が残ることを抑制できる。
【０１１７】
（８）上記形態において、前記第１造形部位は、前記三次元造形物の表層を構成し、前記第２造形部位は、前記表層によって覆われる内部構造を構成してよい。
この形態の製造方法によれば、第１造形部位をきめ細かく造形して、三次元造形物の造形精度を高めることができる一方で、機械的強度の高い第２造形部位を効率良く造形して、三次元造形物全体での機械的強度を高めることができる。
【０１１８】
（９）上記形態において、回転しているフラットスクリューの溝内で溶融された前記造形材料を前記ノズルから吐出させてよい。
この形態の製造方法によれば、フラットスクリューを利用していることによって、装置構成を小型化することができる。また、流動性を有する造形材料を簡易に生成しながら、ノズルからの造形材料の吐出を、より高い精度で簡易に制御することができる。
【０１１９】
（１０）上記形態において、前記第２工程では、前記第１造形部位の前記凹部における空間体積に相当する量の前記造形材料によって、前記第２造形部位を造形してよい。
この形態の製造方法によれば、材料の充填密度が高い第２造形部位が造形されるため、造形物の機械的強度を高めることができる。
【０１２０】
（１１）第２の形態は、三次元造形装置であって；造形材料を吐出するノズルを有する吐出部と；前記ノズルから吐出された前記造形材料が堆積されるテーブルと；前記テーブルと前記ノズルとの相対的な位置を変化させる移動機構と；前記吐出部と、前記移動機構と、を制御する制御部と；を備え；前記制御部は、前記テーブルと前記ノズルとの相対的な位置を変えながら、前記ノズルから前記テーブルに向かって前記造形材料を吐出することによって、前記テーブルから前記ノズルに向かう方向に開口する凹部を有する第１造形部位を造形し、前記凹部を埋めるように、前記ノズルから前記凹部に前記造形材料を吐出して、第２造形部位を造形する造形処理を実行し；前記造形処理において、単位体積の前記第２造形部位を造形する際における前記テーブルと前記ノズルとの相対的な移動距離は、単位体積の前記第１造形部位を造形する際における前記テーブルと前記ノズルとの相対的な移動距離よりも小さい、三次元造形装置として提供される。
この形態の三次元造形装置によれば、第２造形部位を、ノズルの移動距離が低減された効率の良い工程で造形できるとともに、第２造形部位の内部に含まれるノズルの走査によって形成される造形部位同士の境界を低減することができる。よって、三次元造形物の機械的強度を効率良く高めることができる。
【０１２１】
本発明は、三次元造形物の製造方法や三次元造形装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、前記の製造方法や装置によって造形された三次元造形物や、その三次元造形物の構造、三次元造形物の造形方法、造形材料の吐出方法、三次元造形装置の制御方法などの形態で実現することができる。また、前述の方法を実現するための制御装置やコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムを記録した一時的でない記録媒体（non-transitory storage medium）等の形態で実現することができる。
【符号の説明】
【０１２２】
２０…材料供給部、２２…連通路、３０…造形材料生成部、３１…スクリューケース、３２…駆動モーター、４０…フラットスクリュー、４２…溝部、４３…凸条部、４４…材料流入口、４６…中央部、４７…上面、４８…下面／溝形成面、５０…スクリュー対面部、５２…上面／スクリュー対向面、５４…案内溝、５６…連通孔、５８…ヒーター、６０…吐出部、６１…ノズル、６２…吐出口、６５…流路、７０…開閉機構、７２…駆動軸、７３…弁体、７４…バルブ駆動部、１００…三次元造形装置、１０１…制御部、１０２…マップ、１１０…造形部、２１０…テーブル、２１１…面、２３０…移動機構、Ｄｎ…孔径、Ｇ…ギャップ、ＬＰ…線状部位、Ｍ…モーター、ＭＤ…走査方向、ＭＬ…材料層、ＭＬｒ…凹部内材料層、ＭＬｔ…予定部位、ＭＭ…造形材料、ＭＰｆ…第１造形部位、ＭＰｓ…第２造形部位、ＭＲ…原材料、ＭＶ…粘度、ＲＣ…凹部、ＲＸ…回転軸、Ｓ１０，Ｓ１０ｂ，Ｓ１０ｂ…第１工程、Ｓ２０，Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂ，Ｓ２０ｃ…第２工程、Ｓ３０…終了判定工程、ＳＲ…走査経路、Ｖ…制御値、Ｗ１，Ｗ２…幅
【図１】
2020006519.tif 000003
【図２】
2020006519.tif 000004
【図３】
2020006519.tif 000005
【図４】
2020006519.tif 000006
【図５】
2020006519.tif 000007
【図６】
2020006519.tif 000008
【図７Ａ】
2020006519.tif 000009
【図７Ｂ】
2020006519.tif 000010
【図７Ｃ】
2020006519.tif 000011
【図８Ａ】
2020006519.tif 000012
【図８Ｂ】
2020006519.tif 000013
【図９】
2020006519.tif 000014
【図１０】
2020006519.tif 000015
【図１１】
2020006519.tif 000016
【図１２】
2020006519.tif 000017
【図１３】
2020006519.tif 000018
【図１４】
2020006519.tif 000019