(57)【要約】【課題】三次元造形物の造形ステージからの分離を容易化できる技術を提供する。【解決手段】三次元造形装置は、造形材料を吐出する吐出部と、前記吐出部から吐出された前記造形材料が堆積される造形ステージと、前記造形ステージに設けられ、前記造形ステージの温度を調整する温度調整部と、制御部とを備える。前記制御部は、前記吐出部と前記造形ステージとの相対的な位置を変えながら前記造形ステージの上に前記造形材料を堆積させて三次元造形物を造形し、硬化した後、前記温度調整部を制御して前記造形ステージの温度を調整することによって、硬化した前記三次元造形物の前記造形ステージに接している部位を、加熱、または、冷却する。【選択図】図１
2020049791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元造形装置であって、
造形材料を吐出する吐出部と、
前記吐出部から吐出された前記造形材料が堆積される造形ステージと、
前記吐出部と前記造形ステージとの相対的な位置を変更する移動部と、
前記造形ステージに設けられ、前記造形ステージの温度を調整する温度調整部と、
前記吐出部、前記移動部、および、前記温度調整部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記吐出部と前記造形ステージとの相対的な位置を変えながら前記造形ステージの上に前記造形材料を堆積させて三次元造形物を造形し、硬化させた後、前記温度調整部を制御して前記造形ステージの温度を調整することによって、硬化した前記三次元造形物の前記造形ステージに接している部位を、加熱、または、冷却する、三次元造形装置。
【請求項２】
請求項１記載の三次元造形装置であって、
前記造形材料は、熱可塑性樹脂を含み、
前記制御部は、前記温度調整部を制御して、前記三次元造形物の前記造形ステージに接している部位を、前記熱可塑性樹脂のガラス転移点より高く、前記熱可塑性樹脂の融点より低い温度に加熱する、三次元造形装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の三次元造形装置であって、
前記造形ステージは、前記造形材料が堆積される領域内に、複数の穴部または複数の溝部を有する、三次元造形装置。
【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三次元造形装置であって、
前記造形ステージは、前記造形材料が堆積される領域の少なくとも一部を被覆し、前記造形ステージの他の部位よりも熱伝導率が高い被覆層を有する、三次元造形装置。
【請求項５】
請求項３に従属する請求項４記載の三次元造形装置であって、
前記被覆層は、前記穴部の内壁面または前記溝部の内壁面を被覆している、三次元造形装置。
【請求項６】
請求項３記載の三次元造形装置であって、
前記温度調整部は、前記穴部または前記溝部の外周に沿って配置されている、三次元造形装置。
【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三次元造形装置であって、さらに、
前記造形ステージ上に造形された前記三次元造形物を冷却する冷却部を備え、
前記制御部は、硬化した前記三次元造形物の前記造形ステージに接している部位を、前記温度調整部によって加熱しながら、硬化した前記三次元造形物の他の部位を前記冷却部によって冷却する、三次元造形装置。
【請求項８】
三次元造形物の製造方法であって、
吐出部と造形ステージとの相対的な位置を変えながら、前記吐出部から前記造形ステージに向かって造形材料を吐出させて堆積させることによって、前記造形ステージの上に三次元造形物を造形し、硬化させる工程と、
硬化した前記三次元造形物の前記造形ステージに接している部位を加熱または冷却して、前記三次元造形物を前記造形ステージから分離する工程と、
を備える、製造方法。
【請求項９】
三次元造形装置であって、
造形材料を吐出する吐出部と、
前記吐出部から吐出された前記造形材料が堆積される造形ステージと、
前記吐出部と前記造形ステージとの相対的な位置を変更する移動部と、
前記造形材料を溶解する溶剤が貯留された溶剤貯留部と、
前記造形ステージを前記溶剤貯留部に搬送する搬送部と、
前記吐出部、前記移動部、および、前記搬送部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記吐出部と前記造形ステージとの相対的な位置を変えながら、前記造形ステージの上に前記造形材料を堆積させて三次元造形物を造形し、硬化させた後、前記搬送部によって、硬化した前記三次元造形物が配置されている前記造形ステージを前記溶剤貯留部へと搬送して、前記三次元造形物の前記造形ステージに接している部位に前記溶剤を接触させる、三次元造形装置。
【請求項１０】
三次元造形物の製造方法であって、
吐出部と造形ステージとの相対的な位置を変えながら、前記吐出部から前記造形ステージに向かって造形材料を吐出させて堆積させることによって、前記造形ステージ上に三次元造形物を造形し、硬化させる工程と、
前記三次元造形物が硬化した後に、前記造形材料を溶解させる溶剤によって、硬化した前記三次元造形物の前記造形ステージに接している部位を溶解させて、前記三次元造形物を前記造形ステージから分離する工程と、
を備える、製造方法。
【請求項１１】
請求項８または請求項１０記載の製造方法であって、さらに、
前記三次元造形物を前記造形ステージから分離させた後、前記三次元造形物の前記造形ステージに接していた底面を切削または研磨する工程を備える、製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、三次元造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、造形ステージの上に押出ノズルから押し出した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三次元造形装置が開示されている。
【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】
そうした三次元造形装置においては、三次元造形物の造形の完了後に、三次元造形物を構成する造形材料と造形ステージとの密着性が高いと、造形ステージから三次元造形物を分離させる際に、三次元造形物に、変形や破損が生じる場合があった。本願は、三次元造形装置において、造形後の三次元造形物の造形ステージからの分離を容易化できる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の技術の一形態は、三次元造形装置として提供される。この三次元造形装置は、造形材料を吐出する吐出部と、前記吐出部から吐出された前記造形材料が堆積される造形ステージと、前記吐出部と前記造形ステージとの相対的な位置を変更する移動部と、前記造形ステージに設けられ、前記造形ステージの温度を調整する温度調整部と、前記吐出部、前記移動部、および、前記温度調整部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記吐出部と前記造形ステージとの相対的な位置を変えながら前記造形ステージの上に前記造形材料を堆積させて三次元造形物を造形し、硬化させた後、前記温度調整部によって硬化した前記三次元造形物の前記造形ステージに接している部位を、加熱、または、冷却する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【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】造形処理の様子を模式的に示す概略図。
【図５】第１実施形態の造形工程のフローを示す説明図。
【図６】第２実施形態の造形工程のフローを示す説明図。
【図７】第３実施形態の造形ステージを示す概略図。
【図８Ａ】第３実施形態の造形ステージを示す概略断面図。
【図８Ｂ】第３実施形態の造形ステージからの三次元造形物の分離工程を示す概略図。
【図９】第４実施形態の造形ステージを示す概略図。
【図１０Ａ】第４実施形態の造形ステージを示す概略断面。
【図１０Ｂ】第４実施形態の造形ステージからの三次元造形物の分離工程を示す概略図。
【図１１】第５実施形態の造形ステージを示す概略断面図。
【図１２】第６実施形態の造形ステージを示す概略断面図。
【図１３】第７実施形態の造形ステージを示す概略断面図。
【図１４】第８実施形態の造形ステージを示す概略断面図。
【図１５】第９実施形態の三次元造形装置が備える冷却部を示す概略図。
【図１６】第１０実施形態の三次元造形装置が備える溶解部を示す概略図。
【図１７】第１０実施形態の造形工程のフローを示す説明図。
【図１８】第１１実施形態の三次元造形装置が備える溶解部を示す概略図。
【図１９】他の実施形態における温度調整部の構成を示す概略断面図。
【図２０】他の実施形態における温度調整部の構成を示す概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
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。矢印Ｘが示すＸ方向および矢印Ｙが示すＹ方向は、水平面に平行な方向である。矢印Ｚが示すＺ方向は、鉛直方向とは反対の方向である。鉛直方向は、重力方向と言い換えてもよい。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印は、他の参照図においても、図１と対応するように適宜、図示してある。
【０００８】
三次元造形装置１００は、造形ステージ１１０の造形面１１１に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。本明細書において、造形面１１１の「面」は、平面として構成された面だけではなく、全体として見たときに一定の領域を占める面として把握されるものを含む概念であり、例えば、その表面に凹凸が形成されていてもよい。
【０００９】
造形装置１００は、造形ステージ１１０の他に、造形装置１００の全体を制御する制御部１０１と、造形材料を生成して吐出する造形部１０５と、造形ステージ１１０上での造形材料の堆積位置を制御する移動部１３０と、を備える。
【００１０】
制御部１０１は、造形装置１００全体の動作を制御する。第１実施形態では、制御部１０１は、少なくとも１つのプロセッサーと、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の機能の少なくとも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は、後述する造形工程において、造形物を表す造形データに従って、造形部１０５と移動部１３０とを制御して、造形ステージ１１０の造形面１１１上に造形材料を堆積させて造形物を造形する造形処理を実行する。また、後述するように、制御部１０１は、造形工程において、造形ステージ１１０からの造形物の分離を容易にするために、造形ステージ１１０の温度を変化させる処理を実行する。
【００１２】
造形部１０５は、造形材料の原料となる材料ＭＲの供給源である材料供給部２０と、材料ＭＲの少なくとも一部を可塑化させた造形材料を生成する生成部３０と、造形材料を吐出する吐出部６０と、を備える。本明細書において「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。以下の説明において、「材料ＭＲを可塑化する」、または、「材料ＭＲを溶融する」と言うときは、材料ＭＲが全体として流動性を有するように、材料ＭＲに含まれている熱可塑性の材料を可塑化させて溶融させることを意味する。
【００１３】
材料供給部２０は、例えば、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、生成部３０に接続されている。第１実施形態では、材料ＭＲとして、加熱したときに、含有成分のうちの少なくとも一部が可塑化して軟化するものが用いられる。第１実施形態では、材料ＭＲには、そうした加熱により軟化する成分として、ＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂が含まれている。材料ＭＲは、例えばペレットなどの状態でホッパーに収容される。材料ＭＲの具体例については後述する。
【００１４】
生成部３０は、材料供給部２０から供給された材料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。生成部３０は、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、ローターの一種であり、その中心軸に沿った方向である軸線方向における寸法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、Ｚ方向とは反対の方向に開口している中空のケース３１内に収納されている。フラットスクリュー４０の上面４７側はケース３１の天面部を介して駆動モーター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、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、スクロール溝４２が形成されている。以下では、フラットスクリュー４０の下面４８を「溝形成面４８」とも呼ぶ。後に参照する図２において図示されているように、スクロール溝４２は、フラットスクリュー４０の外周側面４１において開口する材料流入口４４に接続されている。スクロール溝４２は、材料流入口４４からフラットスクリュー４０の回転軸ＲＸが通り、Ｚ方向に窪んでいる中央部４６に向かって渦巻き状に延びている。
【００１８】
フラットスクリュー４０の溝形成面４８は、スクリュー対面部５０の上面５２に面しており、溝形成面４８のスクロール溝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。上述した材料供給部２０の連通路２２は、材料流入口４４を通じてスクロール溝４２に接続されている。造形部１０５では、スクロール溝４２とスクリュー対面部５０との間の前述の空間に、材料供給部２０から連通路２２を通じて材料ＭＲが供給される。フラットスクリュー４０およびそのスクロール溝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のスクロール溝４２内に供給された材料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のスクロール溝４２内に供給された材料ＭＲは、スクロール溝４２内において溶融されながら、フラットスクリュー４０の回転によってスクロール溝４２に沿って中央部４６に向かって流動しつつ、造形材料へと転化される。中央部４６へと導かれ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、生成部３０で生成された造形材料をノズル６１に導く流路６５と、を備える。ノズル６１は、Ｚ方向に沿って設けられた流路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。流路６５には、造形材料の流れを制御する弁機構などが設けられていてもよい。ノズル６１は、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から造形ステージ１１０に向かって吐出する。
【００２１】
造形ステージ１１０は、例えば、金属板などの基材によって構成される。造形ステージ１１０は、造形面１１１がノズル６１の吐出口６２に対向するように、吐出部６０の下方に配置されている。第１実施形態では、造形ステージ１１０は、造形面１１１がほぼ水平になるように、つまり、Ｘ，Ｙ方向に平行になるように配置される。
【００２２】
造形ステージ１１０の内部には、制御部１０１の制御下において、造形面１１１の温度を調整する温度調整部１１５が設けられている。第１実施形態では、温度調整部１１５は造形面１１１を下方から加熱する加熱部によって構成されている。温度調整部１１５は、例えば、ヒーターによって構成される。温度調整部１１５による造形ステージ１１０の温度制御については後述する。
【００２３】
移動部１３０は、制御部１０１の制御下において、造形ステージ１１０とノズル６１との相対的な位置関係を変化させる。第１実施形態では、ノズル６１の位置が固定されており、移動部１３０は、造形ステージ１１０を移動させる。移動部１３０は、３つのモーターＭの駆動力によって、造形ステージ１１０をＸ，Ｙ，Ｚ方向の３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。造形ステージ１１０は、移動部１３０に対して着脱可能に構成されている。
【００２４】
他の実施形態では、移動部１３０によって造形ステージ１１０を移動させる構成の代わりに、造形ステージ１１０の位置が固定された状態で、移動部１３０が造形ステージ１１０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、造形ステージ１１０に対するノズル６１の相対的な位置を変化させることができる。また、他の実施形態では、２つの移動部１３０が、造形ステージ１１０とノズル６１とをそれぞれ移動させて、造形ステージ１１０とノズル６１との相対的な位置を変化させる構成が採用されてもよい。
【００２５】
図２は、フラットスクリュー４０の溝形成面４８側の構成を示す概略斜視図である。図２には、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。
【００２６】
フラットスクリュー４０の溝形成面４８の中央部４６は、スクロール溝４２の一端が接続されている凹部として構成されている。第１実施形態では、中央部４６は、回転軸ＲＸと交差し、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。スクロール溝４２は、中央部４６から、フラットスクリュー４０の外周側面の材料流入口４４に向かって弧を描くように渦状に形成されている。スクロール溝４２は、螺旋状に形成されているとしてもよい。溝形成面４８には、各スクロール溝４２に沿った凸条部４３が設けられている。凸条部４３は、スクロール溝４２の側壁部を構成する。なお、スクロール溝４２は、その流路断面積が、材料流入口４４から中央部４６に向かうにつれて小さくなるように構成されていることが望ましい。これにより、材料ＭＲを可塑化する際の中央部４６の圧力をより高めることができる。
【００２７】
第１実施形態では、フラットスクリュー４０は、３つのスクロール溝４２と、３つの凸条部４３と、を有している。他の実施形態では、フラットスクリュー４０に設けられるスクロール溝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つのスクロール溝４２のみが設けられていてもよいし、２以上の複数のスクロール溝４２が設けられていてもよい。また、スクロール溝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。
【００２８】
第１実施形態では、フラットスクリュー４０には、材料流入口４４が３箇所に形成されている。他の実施形態では、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。
【００２９】
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、「対向面５２」とも呼ぶ。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。対向面５２には、外周から連通孔５６に向かって弧を描きながら集合する渦状の複数の案内溝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。生成部３０における材料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。
【００３０】
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から供給された材料ＭＲが、スクロール溝４２内において加熱されながら、スクロール溝４２に誘導されて中央部４６に向かって移動する。材料ＭＲは、中央部４６に近づくほど溶融して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。
【００３１】
フラットスクリュー４０を用いている生成部３０によれば、材料ＭＲの可塑化の際に、スクロール溝４２内の圧力が中央部４６に近づくほど高くなるため、最終的に生成される造形材料の混練度が高められる。また、材料ＭＲの空隙に存在する空気が、スクロール溝４２内に生じる圧力によって材料流入口４４側へと押し出されるため、造形材料の脱気が促進される。
【００３２】
生成部３０では、Ｚ方向のサイズが小型なフラットスクリュー４０の採用によって、材料ＭＲを溶融してノズル６１まで導くための経路が占める範囲がＺ方向において小さくなっている。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。
【００３３】
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を容易化することができる。
【００３４】
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。制御部１０１は、造形ステージ１１０の造形面１１１に沿った方向に、造形ステージ１１０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を吐出させて造形材料ＭＭを堆積させる走査を繰り返して材料層ＭＬを形成する。制御部１０１は、材料層ＭＬをＺ方向に積み重ねることによって造形物を造形していく。
【００３５】
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、造形材料ＭＭが堆積される予定部位ＭＬｔとの間には、ノズル６１の孔径Ｄｎより大きいギャップＧが形成される。これにより、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状態で堆積され、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が抑制されるため、造形物の面粗さを低減できる。また、ノズル６１の周囲にヒーターが設けられている構成では、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、そうした過熱による堆積後の造形材料ＭＭの変色や劣化を抑制できる。
【００３６】
図５は、第１実施形態における造形工程のフローを示す説明図である。第１実施形態では、上述の三次元造形装置１００を用いて、以下の工程によって造形物が製造される。
【００３７】
工程Ｐ１では、三次元造形装置１００によって、造形ステージ１１０上に造形物が造形される。より具体的には、図４を参照して説明したように、吐出部６０のノズル６１と造形ステージ１１０との相対的な位置が変えられながら、造形ステージ１１０の造形面１１１上に造形材料を堆積されて造形物が造形される。
【００３８】
吐出部６０が造形材料を造形面１１１に堆積させる工程の間、制御部１０１は、温度調整部１１５を制御して、造形ステージ１１０の造形面１１１を加熱してもよい。この場合には、制御部１０１は、温度調整部１１５を制御して、造形面１１１の温度を、造形材料に含まれる熱可塑性を有する材料のガラス転移点より高く、融点より低い温度に調整することが望ましい。これによって、造形面１１１に接している造形材料の降温による収縮が抑制され、造形物が変形することが抑制される。
【００３９】
工程Ｐ１では、吐出部６０が造形材料を造形ステージ１１０に堆積させて造形物を造形する工程が完了した後、造形ステージ１１０の造形物を硬化させる。具体的には、造形物全体の温度が、造形材料に含まれる熱可塑性を有する材料のガラス転移点より低い温度まで低下し、造形物全体の硬度が高まるまで待機する。この硬化工程では、造形物の温度が室温とほぼ等しくなるまで待機するものとしてもよい。
【００４０】
工程Ｐ２は、造形物を造形ステージ１１０から分離させるために、造形物を硬化させた後に実行される準備工程である。工程Ｐ２では、三次元造形装置１００の制御部１０１は、図１に示す温度調整部１１５を制御して、造形ステージ１１０の造形面１１１を瞬間的に加熱する。これによって、硬化した造形物の造形ステージ１１０に接している部位が瞬間的に加熱され、当該部位の温度が、造形物が硬化した後の温度から局所的に高められる。温度調整部１１５による加熱時間は、例えば、１０秒程度としてよい。第１実施形態では、制御部１０１は、硬化した造形物の造形ステージ１１０に接している部位が、造形材料に含まれる可塑性樹脂のガラス転移点より高く、融点より低い温度になるように、温度調整部１１５によって加熱する。
【００４１】
工程Ｐ３では、造形物が造形ステージ１１０から分離される。前述の工程Ｐ２での温度調整部１１５による加熱により、造形物の造形ステージ１１０に接している部位が軟化しているため、造形ステージ１１０から造形物を、小さい外力で容易に分離することができる。また、造形物の造形ステージ１１０に接している部位は局所的に軟化しているため、造形ステージ１１０から造形物を分離する際に造形物に加えられる外力によって、造形物が変形したり破損したりすることが抑制される。特に、第１実施形態では、上述したように、工程Ｐ２において、造形物の造形ステージ１１０に接している部位が、造形材料に含まれる可塑性樹脂のガラス転移点より高く、融点より低い温度になるように加熱されており、より軟化した状態にされている。よって、造形ステージ１１０からの造形物の分離がより一層、容易化されている。
【００４２】
工程Ｐ４では、造形ステージ１１０の造形面１１１に面していた造形物の底面に対して、例えば、切削加工や研磨加工などの仕上げ加工が施される。これにより、造形物の底面の荒れが抑制される。他の実施形態では、工程Ｐ４は省略されてもよい。
【００４３】
以上のように、第１実施形態における造形装置１００および造形物の造形方法によれば、造形ステージ１１０から硬化後の造形物を分離する際に、温度調整部１１５による加熱によって、造形物の造形ステージ１１０に接している部位が軟化される。そのため、造形ステージ１１０からの造形物の分離が容易化され、造形ステージ１１０から造形物を分離させるための外力によって、造形物が変形・破損することが抑制される。その他に、第１実施形態における造形装置１００および造形物の造形方法によれば、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。
【００４４】
２．第２実施形態：
図６は、第２実施形態における造形工程のフローを示す説明図である。第２実施形態の造形工程で用いられる造形装置の構成は、温度調整部１１５が、造形面１１１を加熱および冷却するように構成されている点以外は、図１に示した第１実施形態の造形装置１００の構成とほぼ同じである。第２実施形態では、温度調整部１１５は、例えば、加熱のための熱流体や、冷却のための液体窒素などの冷媒が流れる熱交換チューブによって構成される。他の実施形態では、温度調整部１１５は、ペルチェ素子によって構成されてもよい。なお、第２実施形態では、材料ＭＲは、熱可塑性樹脂を含むものには限定されない。ただし、造形物を構成したときに、冷却により熱収縮しやすい材料であることが望ましい。
【００４５】
第２実施形態の造形工程のフローは、第１実施形態で説明した工程Ｐ２に代えて、工程Ｐ２ａが実行される点以外は、図５に示した第１実施形態の造形工程とほぼ同じであるため、工程Ｐ２ａ以外の工程Ｐ１，Ｐ３，Ｐ４の説明は省略する。なお、第２実施形態の工程Ｐ１では、第１実施形態でも説明したように、温度調整部１１５によって、造形面１１１が加熱された状態で造形物が造形されてもよい。工程Ｐ１において温度調整部１１５による加熱をおこなわない場合には、温度調整部１１５は、冷却部としての機能のみを発揮できるように構成されてよい。
【００４６】
第２実施形態の工程Ｐ２ａでは、制御部１０１は、硬化した造形物の造形ステージ１１０に接している部位を温度調整部１１５によって瞬間的に冷却し、当該部位の温度を、造形物の硬化が完了した後の温度よりさらに低下させる。制御部１０１は、化した造形物の造形ステージ１１０に接している部位の温度を、例えば、室温より低い温度まで低下させるものとしてもよい。これによって、造形ステージ１１０に接している造形物の部位が収縮し、造形ステージ１１０に対する造形物の底面の密着性を低下させることができる。よって、工程Ｐ３での造形ステージ１１０からの造形物の分離が容易化される。第２実施形態における造形装置および造形物の造形方法によれば、本第２実施形態中で説明した作用効果に加えて、第１実施形態中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。
【００４７】
３．第３実施形態：
図７は、第３実施形態の造形装置が備える造形ステージ１１０ａの造形面１１１側を示す概略図である。第３実施形態の造形装置の構成は、造形ステージ１１０の代わりに第３実施形態の造形ステージ１１０ａを備えている点以外は、図１に示した第１実施形態の造形装置１００の構成とほぼ同じである。
【００４８】
造形ステージ１１０ａには、造形面１１１側に、造形工程において造形材料が堆積される領域内に複数の穴部１１２が設けられている。第１実施形態では、各穴部１１２は、例えば、正円形状の開口形状を有している。第１実施形態では、各穴部１１２は、造形面１１１内の全体にわたって、ほぼ均一に分布している。各穴部１１２の開口径は、例えば、１〜１０μｍ程度としてよく、その深さは、例えば、１〜１０μｍ程度としてよい。また、隣り合う穴部１１２同士の間隔は、例えば、０．１〜１ｍｍ程度としてよい。各穴部１１２は、例えば、フォトリソグラフィー法によって形成することができる。なお、他の実施形態では、各穴部１１２の開口形状や寸法は特に限定されない。また、各穴部１１２は、造形面１１１上の一部の領域にのみ設けられていてもよいし、造形面１１１面内において不均一に分布していてもよい。
【００４９】
図８Ａおよび図８Ｂは、造形ステージ１１０ａの図７に示す８−８切断における概略断面図である。図８Ａは、造形物ＯＢが造形された直後の状態を示しており、図８Ｂは、造形物ＯＢが分離されるときの様子を模式的に示している。第３実施形態では、造形物ＯＢは、第１実施形態と同様に、図５に示す造形工程のフローによって造形される。
【００５０】
図８Ａを参照する。工程Ｐ１では、造形ステージ１１０ａ上に造形物ＯＢが造形される際に、造形物ＯＢの最下層の材料層を構成する造形材料ＭＭの一部が造形ステージ１１０ａの穴部１１２に入り込むことによるアンカー効果が得られる。よって、造形面１１１に対する造形材料ＭＭの固定性が高められ、造形面１１１上で造形材料ＭＭが、予定位置からずれた位置に流動することが抑制される。また、造形材料ＭＭが硬化するときに、造形物ＯＢの最下層の材料層が造形面１１１に沿った方向に収縮することが抑制され、造形物ＯＢの底面に反りが生じることが抑制される。このように、第３実施形態の造形工程では、造形ステージ１１０ａに穴部１１２が設けられていることによって、造形物の造形精度が高められている。
【００５１】
図８Ａおよび図８Ｂを参照する。工程Ｐ２では、第１実施形態で説明したように、造形ステージ１１０ａに設けられている温度調整部１１５によって、造形物ＯＢの造形ステージ１１０ａに接している部位が加熱される。これによって、造形物ＯＢのうち、造形ステージ１１０ａの穴部１１２に入り込んでいる部位と、その周囲において造形面１１１に接している部位と、が軟化する。図８Ｂでは、造形物ＯＢにおいて軟化している部位に、斜線ハッチングを付してある。そうした造形物ＯＢの下端部での部分的な軟化により、造形ステージ１１０ａに対して働いていた造形物ＯＢのアンカー効果が低減される。よって、工程Ｐ３において、造形ステージ１１０ａから造形物ＯＢを分離させやすくなり、造形物ＯＢに変形や破損が生じることを抑制できる。
【００５２】
以上のように、第３実施形態の造形装置および造形物の製造方法によれば、造形途中での造形物ＯＢの変形を抑制できるとともに、造形完了後に造形ステージ１１０ａから造形物ＯＢを分離させる際の造形物ＯＢの変形や破損を抑制することができる。その他に、第３実施形態の造形装置および造形物の製造方法によれば、本第３実施形態中において説明した種々の作用効果に加えて、第１実施形態中において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。
【００５３】
４．第４実施形態：
図９は、第４実施形態の造形装置が備える造形ステージ１１０ｂの造形面１１１側を示す概略図である。第４実施形態の造形装置の構成は、造形ステージ１１０の代わりに第４実施形態の造形ステージ１１０ｂを備えている点以外は、図１に示した第１実施形態の造形装置１００の構成とほぼ同じである。第４実施形態の造形ステージ１１０ｂの構成は、造形材料が堆積される領域に、複数の穴部１１２の代わりに、複数の溝部１１３が設けられている点以外は、第３実施形態の造形ステージ１１０ａの構成とほぼ同じである。
【００５４】
第４実施形態の造形ステージ１１０ｂでは、複数の直線状の溝部１１３が、造形ステージ１１０ｂの中央において交差するように放射状に配列されている。溝部１１３は、造形面１１１全体にわたって形成されている。隣り合う溝部１１３同士が交差する角度は均一であることが望ましい。各溝部１１３の溝幅は、例えば、１〜１０μｍ程度としてよい。各溝部１１３は、例えば、フォトリソグラフィー法によって形成することができる。なお、他の実施形態では、各溝部１１３の形状や、溝幅、配列パターン、形成範囲は特に限定されない。溝部１１３は直線状ではなく、例えば、曲線状や波状に形成されていてもよい。溝部１１３は、部位ごとに幅が異なっていてもよい。溝部１１３は、放射状に配列されていなくてもよく、例えば、格子状に配列されていてもよい。溝部１１３は、造形面１１１内の一部にのみ設けられていてもよい。
【００５５】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、造形ステージ１１０ｂの図９に示す１０−１０切断における概略断面図である。図１０Ａは、造形物ＯＢが造形された直後の状態を示しており、図１０Ｂは、造形物ＯＢが分離されるときの様子を模式的に示している。第４実施形態では、造形物ＯＢは、第１実施形態と同様に、図５に示す造形工程のフローによって造形される。
【００５６】
図１０Ａを参照する。工程Ｐ１では、造形物ＯＢの最下層の材料層を構成する造形材料ＭＭの一部が溝部１１３に入り込むことによるアンカー効果によって、造形面１１１に対する造形材料ＭＭの固定性が高められるため、造形物ＯＢの造形精度が高められる。第４実施形態では、各溝部１１３は、底部から溝開口に近づくにつれて溝幅が小さくなるように構成されている。そのため、各溝部１１３の溝幅がＺ方向に一定である場合よりも高いアンカー効果を得ることができ、造形面１１１に対する造形材料ＭＭの固定性がより一層、高められている。
【００５７】
図１０Ａおよび図１０Ｂを参照する。工程Ｐ２では、造形ステージ１１０ｂに設けられている温度調整部１１５による加熱よって、造形物ＯＢのうち、溝部１１３に入り込んでいる部位と、その周囲において造形面１１１に接している部位と、が軟化する。図１０Ｂでは、造形物ＯＢにおいて軟化している部位に、斜線ハッチングを付してある。工程Ｐ２では、第３実施形態と同様に、そうした造形物ＯＢの下端部における部分的な軟化により、造形ステージ１１０ｂからの造形物ＯＢの分離が容易化される。また、上記のように、Ｚ方向に溝幅が縮小している構成であっても、溝部１１３内に入り込んでいる部位を軟化されるため、造形ステージ１１０ｂからの造形物ＯＢの分離が容易である。
【００５８】
以上のように、第４実施形態の造形装置および造形物の製造方法によれば、造形途中での造形物ＯＢの変形を抑制できるとともに、造形完了後に造形ステージ１１０ｂから造形物ＯＢを分離させる際の造形物ＯＢの変形や破損を抑制することができる。その他に、第４実施形態の造形装置および造形物の製造方法によれば、本第４実施形態中において説明した種々の作用効果に加えて、第１実施形態や第３実施形態中において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。
【００５９】
５．第５実施形態：
図１１は、第５実施形態の造形装置が備える造形ステージ１１０ｃを示す概略断面図である。第５実施形態の造形装置の構成は、造形ステージ１１０の代わりに第５実施形態の造形ステージ１１０ｃを備えている点以外は、図１に示した第１実施形態の造形装置１００の構成とほぼ同じである。第５実施形態の造形ステージ１１０ｃの構成は、造形面１１１に、被覆層１１７が設けられている点以外は、第３実施形態の造形ステージ１１０ａの構成とほぼ同じである。
【００６０】
第５実施形態の造形ステージ１１０ｃでは、各穴部１１２の周縁部における造形ステージ１１０ｃの表面を、造形ステージ１１０ｃの他の部位よりも熱伝導率が相対的に高い材料で被覆した被覆層１１７が形成されている。被覆層１１７は、各穴部１１２の間の平面領域、つまり、造形面１１１内の穴部１１２以外の領域を覆っている。第５実施形態では、被覆層１１７は、造形ステージ１１０ｃの基材よりも熱伝導率が高い材料によって構成されている。被覆層１１７は、造形ステージ１１０ｃの基材に対するめっき処理によって形成される。造形ステージ１１０ｃの基材が、例えば、ステンレス鋼やニッケルである場合、被覆層１１７は銅や銀などを採用することができる。造形ステージ１１０ｃでは、被覆層１１７を有していることによって、温度調整部１１５と被覆層１１７との間に熱伝導率の勾配が形成されている。そのため、温度調整部１１５による加熱をおこなう場合には、温度調整部１１５から被覆層１１７へと熱が伝わりやすくなっている。よって、造形物の被覆層１１７に接している部位の温度調整部１１５による温度制御を効率よく短時間でおこなうことができる。
【００６１】
第５実施形態では、第１実施形態と同様に、図５に示す造形工程のフローによって造形物が造形される。第５実施形態の造形工程では、造形ステージ１１０ｃを用いていることによって、工程Ｐ２において、温度調整部１１５によって、造形物のうちで、熱伝導率が高い被覆層１１７に接している部位を、他の部位よりも効率よく短時間で昇温させることができる。よって、造形物において、造形ステージ１１０に対する密着性が相対的に高くなっている穴部１１２の周縁部に接している部位を、より軟化した状態にすることができ、造形ステージ１１０からの造形物の分離が容易化される。その他に、第５実施形態の造形装置および造形物の製造方法によれば、本第５実施形態中で説明した作用効果に加えて、第１実施形態や第３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。
【００６２】
６．第６実施形態：
図１２は、第６実施形態の造形装置が備える造形ステージ１１０ｄを示す概略断面図である。第６実施形態の造形装置の構成は、造形ステージ１１０の代わりに第６実施形態の造形ステージ１１０ｄを備えている点以外は、図１に示した第１実施形態の造形装置１００の構成とほぼ同じである。第６実施形態の造形ステージ１１０ｄの構成は、造形面１１１に、第５実施形態で説明したのと同様な被覆層１１７が設けられている点以外は、第４実施形態の造形ステージ１１０ｂの構成とほぼ同じである。
【００６３】
第６実施形態では、被覆層１１７は、造形ステージ１１０ｄの溝部１１３周縁の平面領域、つまり、造形面１１１内の溝部１１３以外の領域を覆っている。第６実施形態では、第１実施形態と同様に、図５に示す造形工程のフローによって造形物が造形される。第６実施形態の造形工程においても、第５実施形態で説明したのと同様に、工程Ｐ２において、温度調整部１１５によって、造形物のうちで、熱伝導率が高い被覆層１１７に接している部位を他の部位よりも効率よく短時間で昇温させることができる。よって、続く工程Ｐ３において、造形ステージ１１０からの造形物の分離がより一層、容易化される。その他に、第６実施形態の造形装置および造形物の製造方法によれば、本第６実施形態中で説明した作用効果に加えて、第１実施形態や第４実施形態、第５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。
【００６４】
７．第７実施形態：
図１３は、第７実施形態の造形装置が備える造形ステージ１１０ｅを示す概略断面図である。第７実施形態の造形装置の構成は、造形ステージ１１０の代わりに第７実施形態の造形ステージ１１０ｅを備えている点以外は、図１に示した第１実施形態の造形装置１００の構成とほぼ同じである。第７実施形態の造形ステージ１１０ｅの構成は、被覆層１１７が設けられている領域が異なっている点以外は、図１１に示した第５実施形態の造形ステージ１１０ｃの構成とほぼ同じである。第７実施形態では、第１実施形態と同様に、図５に示す造形工程のフローによって造形物が造形される。
【００６５】
第７実施形態の造形ステージ１１０ｅでは、被覆層１１７は、穴部１１２の周縁部ではなく、各穴部１１２内の側壁面を覆っている。被覆層１１７は、各穴部１１２の底面も覆っていてもよい。各穴部１１２内に被覆層１１７が設けられていることによって、工程Ｐ２での温度調整部１１５の加熱によって、造形物のうちの各穴部１１２内に入り込んでいる部位を他の部位よりも効率よく短時間で昇温させて軟化させることができる。よって、工程Ｐ３の前に造形物に対して働いているアンカー効果を効率よく緩和させることができ、工程Ｐ３での造形ステージ１１０ｅからの造形物の分離がより一層、容易化される。その他に、第７実施形態の造形装置および造形物の製造方法によれば、本第７実施形態中で説明した作用効果に加えて、第１実施形態や第３実施形態、第５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。
【００６６】
８．第８実施形態：
図１４は、第８実施形態の造形装置が備える造形ステージ１１０ｆを示す概略断面図である。第８実施形態の造形装置の構成は、造形ステージ１１０の代わりに第８実施形態の造形ステージ１１０ｆを備えている点以外は、図１に示した第１実施形態の造形装置１００の構成とほぼ同じである。第８実施形態の造形ステージ１１０ｆの構成は、被覆層１１７が設けられている領域が異なっている点以外は、図１２に示した溝部１１３を有する第６実施形態の造形ステージ１１０ｄの構成とほぼ同じである。第８実施形態では、第１実施形態と同様に、図５に示す造形工程のフローによって造形物が造形される。
【００６７】
第８実施形態の造形ステージ１１０ｆでは、被覆層１１７が各溝部１１３の側壁面および底面を含む内壁面を覆っている。これによって、工程Ｐ２での温度調整部１１５の加熱によって、造形物のうちの各溝部１１３内に入り込んでいる部位を他の部位よりも効率よく短時間で昇温させて軟化させることができる。よって、各溝部１１３が、底部から溝開口に近づくにつれて溝幅が小さくなるように構成されている構成においても、工程Ｐ３での造形ステージ１１０ｆからの造形物の分離を、より一層、容易におこなえる。その他に、第８実施形態の造形装置および造形物の製造方法によれば、本第８実施形態中で説明した作用効果に加えて、第１実施形態や第４実施形態、第５実施形態、第６実施形態、第７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。
【００６８】
９．第９実施形態：
図１５は、第９実施形態の造形装置１００ｇが備える冷却部７０を示す概略図である。第９実施形態の造形装置１００ｇの構成は、冷却部７０が追加されている点以外は、第１実施形態の造形装置１００とほぼ同じである。冷却部７０は、造形ステージ１１０より上方に設けられており、制御部１０１の制御下において、造形ステージ１１０上に造形された造形物ＯＢを冷却する。冷却部７０は、例えば、送風ファンによって構成される。
【００６９】
第９実施形態での造形物を造形する造形工程は、工程Ｐ２が冷却部７０による冷却工程を含んでいる点以外は、第１実施形態で説明した図５の造形工程とほぼ同じである。工程Ｐ２では、制御部１０１は、硬化後の造形物ＯＢを、冷却部７０からの送風によって冷却しながら、造形ステージ１１０の温度調整部１１５によって、造形物ＯＢの造形ステージ１１０に接している下端部を加熱する。図１５では、便宜上、造形物ＯＢの下端部を、斜線ハッチングを付して示してある。冷却部７０による冷却によって、造形物ＯＢの下端部より上方の部位が温度調整部１１５の加熱の影響によって軟化してしまうが抑制される。よって、造形物ＯＢの熱変形による造形精度の低下を抑制することができる。第９実施形態の造形装置および造形物の製造方法によれば、第９実施形態中で説明した種々の作用効果に加えて、上記第１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。
【００７０】
１０．第１０実施形態：
図１６は、第１０実施形態の造形装置１００ｈを示す概略図である。第１０実施形態の造形装置１００ｈの構成は、造形ステージ１１０ａの代わりに、造形ステージ１１０ｈを備えている点と、溶解部７５が追加されている点以外は、図１に示す第１実施形態の造形装置１００とほぼ同じである。ただし、図１６では、第１０実施形態の造形装置１００ｈが備える溶解部７５と造形ステージ１１０ｈ以外の構成部の図示は、便宜上、省略されている。第１０実施形態の造形ステージ１１０ｈは、温度調整部１１５が省略されている点と、穴部１１２が貫通穴として構成されている点以外は、第３実施形態の造形ステージ１１０ｃの構成とほぼ同じである。
【００７１】
溶解部７５は、造形材料を溶解する溶剤ＳＶが貯留された溶剤貯留部７６と、造形ステージ１１０ｈを搬送する搬送部７７と、を備える。溶剤貯留部７６の溶剤ＳＶとしては、例えば、アセトンなどの有機溶剤を採用してよい。その他に、溶剤ＳＶとしては、以下のように、造形材料に含まれる樹脂材料の種類に応じて適宜選択したものを採用してもよい。例えば、造形材料にＡＢＳ樹脂が含まれる場合には、溶剤ＳＶとしてメチルエチルケトンを採用することができる。造形材料にスチロール樹脂が含まれる場合には、溶剤ＳＶとしてトリクロルエタンを採用することができる。造形材料にポリ塩化ビニル樹脂が含まれる場合には、溶剤ＳＶとしてテトラヒドルフランを採用することができる。造形材料にセルロール樹脂が含まれる場合には、溶剤ＳＶとして酢酸イソアミルを採用することができる。
【００７２】
搬送部７７は、例えば、チャック部を備えるロボットアームなどによって構成される。搬送部７７は、制御部１０１の制御下において、造形ステージ１１０ｈを移動部１３０から分離させて、溶剤貯留部７６へと搬送し、造形ステージ１１０ｈを溶剤ＳＶに浸漬させる。
【００７３】
図１６に加えて、図１７を参照して、第１０実施形態の造形工程を説明する。図１７は、第１０実施形態における造形工程のフローを示す説明図である。第１０実施形態での造形工程は、工程Ｐ２の代わりに、溶解部７５を利用する工程Ｐ２ｈを備えている点以外は、第１実施形態で説明した図５の造形工程とほぼ同じである。
【００７４】
工程Ｐ１において、造形ステージ１１０ｈ上に造形物ＯＢが造形された後、制御部１０１は、工程Ｐ２ｈにおいて、溶解部７５によって、造形物ＯＢの造形ステージ１１０ｈに接している部位に溶剤ＳＶを接触させる。制御部１０１は、溶解部７５の搬送部７７に、造形面１１１上に造形物ＯＢが配置されている造形ステージ１１０ｈを溶剤貯留部７６へと搬送させる。搬送部７７は、造形ステージ１１０ｈを溶剤貯留部７６の溶剤ＳＶの中に浸漬させて、造形物ＯＢの造形ステージ１１０ｈに接している部位に溶剤ＳＶを接触させる。造形ステージ１１０ｈでは、穴部１１２が貫通穴として構成されているため、造形物ＯＢによって造形面１１１側の開口が閉塞されている穴部１１２内にも、造形面１１１とは反対側の面の開口から、溶剤ＳＶを入り込ませることができる。
【００７５】
溶剤ＳＶの接触によって、造形物ＯＢの造形ステージ１１０ｈに接している部位が溶解されて軟化するため、造形ステージ１１０ｈに対する造形物ＯＢの密着性を低下させることができる。よって、工程Ｐ３において、造形物ＯＢを造形ステージ１１０ｈから容易に分離することができる。その他に、第１０実施形態の造形装置および造形物の製造方法によれば、第１０実施形態中で説明した種々の作用効果に加えて、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。
【００７６】
１１．第１１実施形態：
図１８は、第１１実施形態の造形装置１００ｉを示す概略図である。第１０実施形態の造形装置１００ｉの構成は、造形ステージ１１０ｈの代わりに、第１１実施形態の造形ステージ１１０ｉを備えている点以外は、第１０実施形態の造形装置１００ｈとほぼ同じである。第１１実施形態の造形ステージ１１０ｉの構成は、穴部１１２の代わりに第４実施形態で説明したのと同様な溝部１１３が設けられている点以外は、第１０実施形態の造形ステージ１１０ｈとほぼ同じである。
【００７７】
第１１実施形態での造形工程は、第１０実施形態で説明したフローとほぼ同じであり、溶解部７５によって造形物ＯＢの造形ステージ１１０ｉと接している部位を溶解させた後に、造形ステージ１１０ｉから造形物ＯＢが分離される。第１１実施形態の造形ステージ１１０ｉであれば、溶解部７５の溶剤ＳＶを、造形ステージ１１０ｉの溝部１１３を伝わせて、造形物ＯＢの溝部１１３内に入り込んでいる部位に接触させることができる。その他に、第１１実施形態の造形装置および造形物の製造方法によれば、第１１実施形態中で説明した種々の作用効果に加えて、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。
【００７８】
１２．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、以下のように変更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、上記の各実施形態や上記の各実施形態中で他の実施形態として説明した構成と同様、本開示の技術を実施するための形態の一例として位置づけられる。
【００７９】
（１）他の実施形態１：
上記第３実施形態、第４実施形態、第５実施形態、第６実施形態、第７実施形態、および、第８実施形態の造形装置において、温度調整部１１５は、第２実施形態で説明したように造形物を冷却してもよい。このようにしても、造形物の造形ステージ１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅ，１１０ｆに接している部位の熱収縮によって、造形面１１１に対する造形物の密着性を低下させることができる。よって、造形ステージ１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅ，１１０ｆからの造形物の分離を容易におこなうことができる。特に、第５実施形態、第６実施形態、第７実施形態、および、第８実施形態の造形ステージ１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅ，１１０ｆであれば、温度調整部１１５によって、造形物の被覆層１１７に接している部位を効率よく短時間で冷却することができる。
【００８０】
（２）他の実施形態２：
図１９および図２０はそれぞれ、他の実施形態としての温度調整部１１５ｊを有する造形ステージ１１０ａ，１１０ｂを示す概略断面図である。上記第３実施形態、第４実施形態において、造形ステージ１１０ａ，１１０ｂには、温度調整部１１５の代わりに、穴部１１２や溝部１１３の外周に沿って配置され、加熱部と冷却部の少なくとも一方の機能を発揮する温度調整部１１５ｊによって構成されてもよい。温度調整部１１５ｊは、例えば、電熱線や、熱流体や冷媒が流れる熱交換チューブ、ペルチェ素子などによって構成される。温度調整部１１５ｊを用いることによって、穴部１１２や溝部１１３の内壁面を、造形ステージ１１０ａ，１１０ｂの他の部位よりも温度が高くなるように加熱、または、造形ステージ１１０ａ，１１０ｂの他の部位よりも温度が低くなるように冷却することができる。上記の第５実施形態、第６実施形態、第７実施形態、および、第８実施形態の造形装置に、本実施形態での温度調整部１１５ｊの構成が適用されてもよい。
【００８１】
（３）他の実施形態３：
第５実施形態で説明した被覆層１１７を、第１実施形態の造形ステージ１１０に適用してもよい。この場合には、被覆層１１７は、造形ステージ１１０の造形面１１１の一部または全部の領域を覆うものとしてもよい。上記の第５実施形態および第６実施形態の造形ステージ１１０ｃ，１１０ｄにおいて、被覆層１１７は、穴部１１２の周縁部、または、溝部１１３の周縁部に加えて、穴部１１２の内壁面、または、溝部１１３の内壁面を覆ってもよい。
【００８２】
（４）他の実施形態４：
上記の第９実施形態で説明した冷却部７０は、上記第３実施形態、第４実施形態、第５実施形態、第６実施形態、第７実施形態、および、第８実施形態の造形装置に適用されてもよい。これにより、温度調整部１１５の加熱によって造形物ＯＢの下端部以外の部位が変形してしまうことを抑制できる。冷却部７０は、工程Ｐ１において、造形物を硬化させるために用いられてもよい。
【００８３】
（５）他の実施形態５：
上記第１０実施形態および第１１実施形態において、造形ステージ１１０ｈ，１１０ｉの穴部１１２や溝部１１３は省略されてもよい。この場合でも、造形ステージ１１０ｈ，１１０ｉと造形物ＯＢとの境界に、溶剤ＳＶが、造形物の下端部の外周端から進入していくことにより、造形ステージ１１０ｈ，１１０ｉに対する造形物ＯＢの密着性を低下させることができる。上記第１０実施形態および第１１実施形態において、溶解部７５は、造形面１１１上に溶剤ＳＶを供給し、溶剤ＳＶを造形面１１１上に伝わせることによって、造形物ＯＢの造形ステージ１１０ｈ，１１０ｉと接触している部位に溶剤ＳＶを接触させる構成を有していてもよい。上記第１０実施形態および第１１実施形態において、造形ステージ１１０ｈ，１１０ｉの表面は、溶剤ＳＶによる造形ステージ１１０ｈ，１１０ｉの溶解を抑制するための保護層によって被覆されてもよい。
【００８４】
（６）他の実施形態６：
上記の各実施形態において、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。また、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解させ、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。
【００８５】
（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のスクロール溝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。
【００８６】
（８）他の実施形態８：
上記各実施形態の造形装置においては、以下に説明する材料から適宜選択したものを、材料ＭＲとして用いてもよい。ただし、温度調整部１１５によって造形物ＯＢの下端部が加熱または冷却される構成においては、温度調整部１１５による加熱または冷却によって熱変形するものが選択されることが望ましい。また、溶解部７５の溶剤ＳＶによって、造形物ＯＢの下端部を溶解させる構成においては、溶剤ＳＶによる溶解が可能な材料が選択されることが望ましい。
【００８７】
上記各実施形態の造形装置において造形される造形物は、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。
【００８８】
主材料として熱可塑性を有する材料を用いる場合には、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が生成される。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。
【００８９】
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、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。
【００９０】
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からの吐出時には約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を吐出するために、ノズル６１の周囲にはヒーターが設けられてもよい。
【００９１】
造形装置１００では、上述した熱可塑性を有する材料に、例えば、以下の金属材料を粉末状にした粉末材料が混入されてもよい。
＜混入される金属材料の例＞
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。
【００９２】
造形装置１００においては、上記の金属材料の代わりに、セラミック材料の粉末を混入させ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。
【００９３】
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、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。
【００９４】
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。
【００９５】
その他に、材料供給部２０に材料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。
【００９６】
１３．他の形態：
本開示の技術は、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によって実現することができる。例えば、本開示の技術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、本開示の技術が有する課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本開示の技術が奏する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。
【００９７】
（１）第１の形態は、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は、造形材料を吐出する吐出部と、前記吐出部から吐出された前記造形材料が堆積される造形ステージと、前記吐出部と前記造形ステージとの相対的な位置を変更する移動部と、前記造形ステージに設けられ、前記造形ステージの温度を調整する温度調整部と、前記吐出部、前記移動部、および、前記温度調整部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記吐出部と前記造形ステージとの相対的な位置を変えながら前記造形ステージの上に前記造形材料を堆積させて三次元造形物を造形し、硬化させた後、前記温度調整部を制御して前記造形ステージの温度を調整することによって、硬化した前記三次元造形物の前記造形ステージに接している部位を、加熱、または、冷却する。
この形態の三次元造形装置によれば、三次元造形物の造形ステージに接している部位を加熱して軟化させ、あるいは、冷却して熱収縮させることによって、造形ステージに対する三次元造形物の密着性を低下させることができる。よって、造形ステージからの三次元造形物の分離を容易に行うことができ、三次元造形物の変形や破損の発生を抑制することができる。
【００９８】
（２）上記形態の三次元造形装置において、前記造形材料は、熱可塑性樹脂を含み、前記制御部は、前記温度調整部を制御して、前記三次元造形物の前記造形ステージに接している部位を、前記熱可塑性樹脂のガラス転移点より高く、前記熱可塑性樹脂の融点より低い温度に加熱してよい。
この形態の三次元造形装置によれば、温度調整部による加熱によって、三次元造形物の造形ステージに接している部位をより一層、軟化させることができる。よって、造形ステージからの三次元造形物の分離を、より容易に行うことができる。
【００９９】
（３）上記形態の三次元造形装置において、前記造形ステージは、前記造形材料が堆積される領域内に、複数の穴部または複数の溝部を有してよい。
この形態の三次元造形装置によれば、造形物の造形中に、造形ステージの穴部または溝部に造形材料の一部が入り込むことによって、造形ステージに対する造形材料の固定性を高めることができるため、造形物の造形精度を高めることができる。
【０１００】
（４）上記形態の三次元造形装置において、前記造形ステージは、前記造形材料が堆積される領域の少なくとも一部を被覆し、前記造形ステージの他の部位よりも熱伝導率が相対的に高い被覆層を有してよい。
この形態の三次元造形装置によれば、造形物の被覆部に接している部位を、温度調整部によって効率よく加熱、または、冷却することができる。
【０１０１】
（５）上記形態の三次元造形装置において、前記被覆層は、前記穴部の内壁面または前記溝部の内壁面を被覆してよい。
この形態の三次元造形装置によれば、穴部または溝部に入り込んでいる造形物の部位を、温度調整部によって効率よく、加熱、または、冷却することができる。そのため、加熱によって軟化、または、冷却によって収縮した当該部位を、溝部または穴部から離間させやすくできる。
【０１０２】
（６）上記形態の三次元造形装置において、前記温度調整部は、前記穴部または前記溝部の外周に沿って配置されてよい。
この形態の三次元造形装置によれば、造形ステージの穴部または溝部に入り込んでいる造形物の部位を、温度調整部によって、加熱、または、冷却しやすいため、造形ステージからの造形物の分離を容易におこなえるようにできる。
【０１０３】
（７）上記形態の三次元造形装置は、さらに、前記造形ステージ上に造形された前記三次元造形物を冷却する冷却部を備え、前記制御部は、硬化した前記三次元造形物の前記造形ステージに接している部位を前記温度調整部によって加熱しながら、硬化した前記三次元造形物を前記冷却部によって冷却してよい。
この形態の三次元造形装置によれば、温度調整部の加熱によって、造形物の造形ステージに接している部位以外の部位が軟化して変形してしまうことを抑制できる。
【０１０４】
（８）第２の形態は、三次元造形物の製造方法として提供される。この形態の製造方法は、吐出部と造形ステージとの相対的な位置を変えながら、前記吐出部から前記造形ステージに向かって造形材料を吐出させて堆積させることによって、前記造形ステージの上に三次元造形物を造形し、硬化させる工程と、硬化した前記三次元造形物の前記造形ステージに接している部位を加熱または冷却して、前記三次元造形物を前記造形ステージから分離する工程と、を備える。
この形態の三次元造形物の製造方法によれば、三次元造形物の造形ステージに接している部位を加熱して軟化させ、あるいは、冷却して熱収縮させることによって、造形ステージに対する三次元造形物の密着性を低下させることができる。よって、造形ステージからの三次元造形物の分離を容易に行うことができ、三次元造形物の変形や破損の発生を抑制することができる。
【０１０５】
（９）第３の形態は、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は、造形材料を吐出する吐出部と、前記吐出部から吐出された前記造形材料が堆積される造形ステージと、前記吐出部と前記造形ステージとの相対的な位置を変更する移動部と、前記造形材料を溶解する溶剤が貯留された溶剤貯留部と、前記造形ステージを前記溶剤貯留部に搬送する搬送部と、前記吐出部、前記移動部、および、前記搬送部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記吐出部と前記造形ステージとの相対的な位置を変えながら、前記造形ステージの上に前記造形材料を堆積させて三次元造形物を造形し、硬化させた後、前記搬送部によって、硬化した前記三次元造形物が配置されている前記造形ステージを前記溶剤貯留部へと搬送して、前記三次元造形物の前記造形ステージに接している部位に前記溶剤を接触させる。
この形態の三次元造形装置によれば、三次元造形物の造形ステージに接している部位を溶解させることによって、造形ステージに対する三次元造形物の密着性を低下させることができる。よって、造形ステージからの三次元造形物の分離を容易に行うことができ、三次元造形物の変形や破損の発生を抑制することができる。
【０１０６】
（１０）第４の形態は、三次元造形物の製造方法であって、吐出部と造形ステージとの相対的な位置を変えながら、前記吐出部から前記造形ステージに向かって造形材料を吐出させて堆積させることによって、前記造形ステージ上に三次元造形物を造形し、硬化させる工程と、前記三次元造形物が硬化した後に、前記造形材料を溶解させる溶剤によって、硬化した前記三次元造形物の前記造形ステージに接している部位を溶解させて、前記三次元造形物を前記造形ステージから分離する工程と、を備える。
この形態の三次元造形物の製造方法によれば、三次元造形物の造形ステージに接している部位を溶解させることによって、造形ステージに対する三次元造形物の密着性を低下させることができる。よって、造形ステージからの三次元造形物の分離を容易に行うことができ、三次元造形物の変形や破損の発生を抑制することができる。
【０１０７】
（１１）上記形態の三次元造形物の製造方法は、さらに、前記三次元造形物を前記造形ステージから分離させた後、前記三次元造形物の前記造形ステージに接していた底面を切削または研磨する工程を備えてよい。
この形態の製造方法によれば、三次元造形物の造形精度を高めることができる。
【符号の説明】
【０１０８】
２０…材料供給部、２２…連通路、３０…生成部、３１…ケース、３２…駆動モーター、４０…フラットスクリュー、４１…外周側面、４２…スクロール溝、４３…凸条部、４４…材料流入口、４６…中央部、４８…溝形成面、５０…スクリュー対面部、５２…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…冷却部、７５…溶解部、７６…溶剤貯留部、７７…搬送部、１００…三次元造形装置、１００ｇ…三次元造形装置、１００ｈ…三次元造形装置、１００ｉ…三次元造形装置、１０１…制御部、１０５…造形部、１１０…造形ステージ、１１０ａ…造形ステージ、１１０ｂ…造形ステージ、１１０ｃ…造形ステージ、１１０ｄ…造形ステージ、１１０ｅ…造形ステージ、１１０ｆ…造形ステージ、１１０ｈ…造形ステージ、１１０ｉ…造形ステージ、１１１…造形面、１１２…穴部、１１３…溝部、１１５…温度調整部、１１５ｊ…温度調整部、１１７…被覆層、１３０…移動部、Ｍ…モーター、ＭＬ…材料層、ＭＬｔ…予定部位、ＭＭ…造形材料、ＭＲ…材料、ＯＢ…造形物、ＲＸ…回転軸、ＳＶ…溶剤
【図１】
2020049791.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020049791.tif 000009
【図８Ａ】
2020049791.tif 000010
【図８Ｂ】
2020049791.tif 000011
【図９】
2020049791.tif 000012
【図１０Ａ】
2020049791.tif 000013
【図１０Ｂ】
2020049791.tif 000014
【図１１】
2020049791.tif 000015
【図１２】
2020049791.tif 000016
【図１３】
2020049791.tif 000017
【図１４】
2020049791.tif 000018
【図１５】
2020049791.tif 000019
【図１６】
2020049791.tif 000020
【図１７】
2020049791.tif 000021
【図１８】
2020049791.tif 000022
【図１９】
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【図２０】
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