(57)【要約】【課題】三次元造形装置において、三次元造形物の品質の低下が生じることを抑制する。【解決手段】三次元造形装置は、材料を溶融させて造形材料にする溶融部と、溶融部に連通し、造形材料が流通する第１流路と、第１流路に連通し、造形材料を吐出するノズルと、第１流路に設けられ、ノズルからの造形材料の吐出量を調節する吐出量調節機構と、造形材料が積層される造形テーブルと、ノズルと造形テーブルとの相対位置を変化させる移動機構と、制御部とを備える。制御部は、三次元造形物を造形する期間内に、吐出量調節機構を制御することによって、ノズルからの造形材料の吐出を停止させた後、ノズルから造形領域への造形材料の吐出の再開に先立って、溶融部および吐出量調節機構を制御することによって、溶融部に残留する造形材料を造形領域とは異なる領域に排出させる材料パージ処理を実行する。【選択図】図７
2020082464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元造形装置であって、
材料を溶融させて造形材料にする溶融部と、
前記溶融部に連通し、前記造形材料が流通する第１流路と、
前記第１流路に連通し、前記造形材料を吐出するノズルと、
前記第１流路に設けられ、前記ノズルからの前記造形材料の吐出量を調節する吐出量調節機構と、
前記ノズルから吐出された前記造形材料が積層される造形テーブルと、
前記ノズルと前記造形テーブルとの相対位置を変化させる移動機構と、
前記溶融部と前記吐出量調節機構と前記移動機構とを制御することによって、前記造形テーブルの造形領域に三次元造形物を造形する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記三次元造形物を造形する期間内において、
前記吐出量調節機構を制御することによって、前記ノズルからの前記造形材料の吐出を停止させた後、前記ノズルから前記造形領域への前記造形材料の吐出の再開に先立って、
前記溶融部および前記吐出量調節機構を制御することによって、前記溶融部に残留する前記造形材料を前記造形領域とは異なる領域に排出させる材料パージ処理を実行する、
三次元造形装置。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元造形装置であって、
前記材料は、熱可塑性樹脂を含み、
前記制御部は、前記吐出量調節機構を制御することによって、前記ノズルからの前記造形材料の吐出を停止させた後、前記熱可塑性樹脂のガラス転移点に応じて定められた待機期間が経過した場合に、前記材料パージ処理を実行し、
前記待機期間は、第１熱可塑性樹脂のガラス転移点に応じて定められる場合の長さよりも、前記第１熱可塑性樹脂よりもガラス転移点の低い第２熱可塑性樹脂のガラス転移点に応じて定められる場合の長さの方が短い、三次元造形装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の三次元造形装置であって、
さらに、前記溶融部にパージ材を供給するパージ材供給機構を備え、
前記制御部は、前記材料パージ処理において、前記移動機構と前記パージ材供給機構とを制御することによって、前記溶融部に前記パージ材を供給し、前記パージ材を用いて、前記溶融部に残留する前記造形材料を前記造形領域とは異なる領域に排出させる、三次元造形装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の三次元造形装置であって、
さらに、前記第１流路における前記吐出量調節機構と前記ノズルとの間に、圧縮空気を供給する空気供給機構を備え、
前記制御部は、前記材料パージ処理において、前記溶融部に残留する前記造形材料の排出に先立って、前記空気供給機構を制御することによって、前記圧縮空気を用いて、前記第１流路に残留する前記造形材料を前記造形領域とは異なる領域に排出させる、三次元造形装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記溶融部は、溝を有するスクリューと、前記材料を加熱する加熱部とを備え、前記スクリューの回転、および、前記加熱部による加熱によって前記材料を溶融させて前記造形材料とし、
前記制御部は、前記ノズルからの前記造形材料の吐出を停止させた後であり、かつ、前記溶融部に残留する前記造形材料を前記造形領域とは異なる領域に排出させる前または後に、前記スクリューの回転を停止させる、三次元造形装置。
【請求項６】
請求項５に記載の三次元造形装置であって、
前記溶融部は、
前記スクリューとして、前記溝を形成された溝形成面を有するフラットスクリューと、
前記溝形成面に対向し、中央に前記第１流路に連通する連通孔が形成されたスクリュー対向面、および、前記加熱部を有するバレルと、
を備え、前記フラットスクリューの回転、および、前記加熱部による加熱によって前記材料を溶融させて前記造形材料として、前記連通孔から前記第１流路に前記造形材料を供給する、三次元造形装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の三次元造形装置であって、
前記制御部は、前記ノズルからの前記造形材料の吐出を停止させた後であり、かつ、前記溶融部に残留する前記造形材料を前記造形領域とは異なる領域に排出させる前または後に、前記加熱部による加熱を停止させる、三次元造形装置。
【請求項８】
三次元造形装置であって、
溝を有するスクリューを有し、前記スクリューの回転によって材料の少なくとも一部を溶融させて造形材料とする溶融部と、
前記溶融部に連通し、前記造形材料が流通する第１流路と、
前記第１流路に連通し、前記造形材料を吐出するノズルと、
前記第１流路に設けられ、前記ノズルからの前記造形材料の吐出量を調節する吐出量調節機構と、
前記ノズルから吐出された前記造形材料が積層される造形テーブルと、
前記ノズルと前記造形テーブルとの相対位置を変化させる移動機構と、
前記溶融部と前記吐出量調節機構と前記移動機構とを制御することによって、前記造形テーブルの造形領域に三次元造形物を造形する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記三次元造形物を造形する期間内において、
前記吐出量調節機構を制御することによって前記ノズルからの前記造形材料の吐出を停止させた後、かつ、前記ノズルから前記造形領域への前記造形材料の吐出を再開させる前に、前記スクリューの回転を停止させる、三次元造形装置。
【請求項９】
三次元造形装置であって、
材料を加熱する加熱部を有し、前記加熱部による加熱によって前記材料の少なくとも一部を溶融させて造形材料にする溶融部と、
前記溶融部に連通し、前記造形材料が流通する第１流路と、
前記第１流路に連通し、前記造形材料を吐出するノズルと、
前記第１流路に設けられ、前記ノズルからの前記造形材料の吐出量を調節する吐出量調節機構と、
前記ノズルから吐出された前記造形材料が積層される造形テーブルと、
前記ノズルと前記造形テーブルとの相対位置を変化させる移動機構と、
前記溶融部と前記吐出量調節機構と前記移動機構とを制御することによって、前記造形テーブルの造形領域に三次元造形物を造形する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記三次元造形物を造形する期間内において、
前記吐出量調節機構を制御することによって前記ノズルからの前記造形材料の吐出を停止させた後、かつ、前記ノズルから前記造形領域への前記造形材料の吐出を再開させる前に、前記加熱部による前記材料の加熱を停止させる、三次元造形装置。
【請求項１０】
三次元造形装置の制御方法であって、
前記三次元造形装置は、
材料を溶融させて造形材料にする溶融部と、
前記溶融部に連通し、前記造形材料が流通する第１流路と、
前記第１流路に連通し、前記造形材料を吐出するノズルと、
前記第１流路に設けられ、前記ノズルからの前記造形材料の吐出量を調節する吐出量調節機構と、
前記ノズルから吐出された前記造形材料が積層される造形テーブルと、
前記ノズルと前記造形テーブルとの相対位置を変化させる移動機構と、
を備え、
前記溶融部と前記吐出量調節機構と前記移動機構とを制御することによって、前記造形テーブルの造形領域に三次元造形物を造形し、
前記三次元造形物を造形する期間内に、前記吐出量調節機構を制御することによって、前記ノズルから前記造形材料の吐出を停止させた後、前記ノズルから前記造形領域への前記造形材料の吐出の再開に先立って、前記溶融部および前記吐出量調節機構を制御することによって、前記溶融部に残留する前記造形材料を前記造形領域とは異なる領域に排出させる、三次元造形装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、三次元造形装置および三次元造形装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、溶融した熱可塑性の材料を、予め設定された形状データにしたがって走査する押出ノズルから基台上に押し出し、その基台上で硬化した材料の上に更に溶融した材料を積層して三次元造形物を作成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】
上述した三次元造形装置では、ノズルからの材料の吐出を長時間停止させた後、吐出を再開させる場合、溶融部に残留する材料が熱や酸化によって変性して、三次元造形物の品質に影響を与える可能性があることを、本願の発明者らは見出した。そこで、本願は、このような場合であっても、三次元造形物の品質が低下することを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、材料を溶融させて造形材料にする溶融部と、前記溶融部に連通し、前記造形材料が流通する第１流路と、前記第１流路に連通し、前記造形材料を吐出するノズルと、前記第１流路に設けられ、前記ノズルからの前記造形材料の吐出量を調節する吐出量調節機構と、前記ノズルから吐出された前記造形材料が積層される造形テーブルと、前記ノズルと前記造形テーブルとの相対位置を変化させる移動機構と、前記溶融部と前記吐出量調節機構と前記移動機構とを制御することによって、前記造形テーブルの造形領域に三次元造形物を造形する制御部と、を備える。前記制御部は、前記三次元造形物を造形する期間内において、前記吐出量調節機構を制御することによって、前記ノズルからの前記造形材料の吐出を停止させた後、前記ノズルから前記造形領域への前記造形材料の吐出の再開に先立って、前記溶融部および前記吐出量調節機構を制御することによって、前記溶融部に残留する前記造形材料を前記造形領域とは異なる領域に排出させる材料パージ処理を実行する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図。
【図２】第１実施形態における吐出ユニットの概略構成を示す説明図。
【図３】第１実施形態における吸引部の概略構成を示す説明図。
【図４】第１実施形態におけるフラットスクリューの溝形成面の構成を示す斜視図。
【図５】第１実施形態におけるバレルのスクリュー対向面の構成を示す上面図。
【図６】第１実施形態における造形処理の内容を示すフローチャート。
【図７】第１実施形態における材料パージ処理の内容を示すフローチャート。
【図８】第２実施形態における材料パージ処理の内容を示すフローチャート。
【図９】第３実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図。
【図１０】第３実施形態における材料パージ処理の内容を示すフローチャート。
【図１１】第４実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
Ａ．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の概略構成を示す説明図である。本実施形態における三次元造形装置１００は、吐出ユニット２００と、造形テーブル３００と、移動機構４００と、材料供給機構５００と、廃棄材料収容部６００と、制御部７００とを備えている。三次元造形装置１００は、制御部７００の制御下で、吐出ユニット２００に設けられたノズル６５から、造形テーブル３００に向かって造形材料を吐出しつつ、移動機構４００によって、ノズル６５と造形テーブル３００との相対的な位置を変化させることによって、造形テーブル３００上に所望の形状の三次元造形物を造形する。尚、吐出ユニット２００の詳細な構成については、図２を用いて後述する。
【０００８】
移動機構４００は、吐出ユニット２００と造形テーブル３００とのそれぞれを移動させることによって、ノズル６５と造形テーブル３００との三次元的な相対的な位置を変化させる。本実施形態では、移動機構４００は、吐出ユニット２００を移動させる第１移動機構４１０と、造形テーブル３００を移動させる第２移動機構４２０とによって構成されている。第１移動機構４１０は、吐出ユニット２００をＸ方向とＹ方向との２軸方向に移動可能に構成されている。第２移動機構４２０は、造形テーブル３００をＺ方向に移動可能に構成されている。第１移動機構４１０は、モーターの駆動力によって、吐出ユニット２００を移動させる。第２移動機構４２０は、モーターの駆動力によって、造形テーブル３００を移動させる。各モーターは、制御部７００の制御下で駆動する。
【０００９】
材料供給機構５００は、三次元造形装置１００における吐出ユニット２００よりも上方に設けられている。材料供給機構５００は、第１移動機構４１０によって材料供給機構５００の下方に移動した吐出ユニット２００に対して、三次元造形物の造形に用いられる材料を供給する。材料供給機構５００は、材料を貯蔵する貯蔵部５１０と、貯蔵部５１０の下方に設けられた供給口５２０とを、複数組有している。供給口５２０の開閉によって、材料の供給のオンオフが切替えられる。例えば、制御部７００の制御下で駆動するモーターによって開閉されるシャッターによって、供給口５２０が開閉される。
【００１０】
本実施形態では、複数の貯蔵部５１０には、それぞれ異なる種類の材料が貯蔵されている。貯蔵部５１０には、例えば、三次元造形物の造形材料の元となる材料や、三次元造形物の形状を保持するための材料であるサポート材や、吐出ユニット２００内に残留する造形材料や炭化物を除去するための材料であるパージ材が貯蔵されている。吐出ユニット２００は、所望の材料を貯蔵する貯蔵部５１０の供給口５２０から、材料の供給を受ける。尚、材料供給機構５００のことを、サポート材供給機構や、パージ材供給機構と呼ぶこともある。パージ材として、ポリオレフィン樹脂に添加剤が配合された洗浄剤や、ポリプロピレン樹脂等を用いることができる。パージ材は、例えば、吐出ユニット２００内の古い造形材料を、新しい造形材料に入れ替える場合や、吐出ユニット２００内の造形材料を、異なる種類の造形材料に入れ替える場合に用いられる。パージ材は、吐出ユニット２００内の造形材料が入れ替えられた後、ノズル６５から排出される。
【００１１】
廃棄材料収容部６００は、造形テーブル３００に隣接して設けられている。本実施形態では、廃棄材料収容部６００は、上方に向かって開口した箱である。廃棄材料収容部６００は、第１移動機構４１０によって廃棄材料収容部６００の上方に移動した吐出ユニット２００のノズル６５から排出された造形材料を収容する。尚、廃棄材料収容部６００は、ノズル６５から排出された造形材料の他に、ノズル６５から排出されたサポート材やパージ材を収容してもよい。
【００１２】
本実施形態では、廃棄材料収容部６００における開口の外周部分に、ノズル６５の先端部分を清掃するためのノズル清掃部材６１０が設けられている。本実施形態におけるノズル清掃部材６１０は、毛先が上方を向くように配置されたブラシである。尚、ノズル清掃部材６１０は、樹脂製や合成皮革製のシートであってもよい。
【００１３】
制御部７００は、１以上のプロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェースとを備えるコンピューターによって構成されている。本実施形態では、制御部７００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。尚、制御部７００は、コンピューターではなく、複数の回路の組み合わせによって構成されてもよい。
【００１４】
図２は、本実施形態における吐出ユニット２００の概略構成を示す説明図である。本実施形態における吐出ユニット２００は、材料貯留部２０と、溶融部３０と、吐出部６０と、吸引部８０とを備えている。
【００１５】
材料貯留部２０は、材料供給機構５００から供給されたペレットや粉末等の状態の材料を貯留する。本実施形態における材料は、ペレット状のＡＢＳ樹脂である。本実施形態における材料貯留部２０は、ホッパーによって構成されている。材料貯留部２０と溶融部３０との間は、材料貯留部２０の下方に設けられた供給路２２によって接続されている。材料貯留部２０に貯留された材料は、供給路２２を介して、溶融部３０に供給される。
【００１６】
溶融部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、バレル５０とを備えている。溶融部３０は、材料貯留部２０から供給された固体状態の材料の少なくとも一部を溶融させて流動性を有するペースト状の造形材料にして、ノズル６５に供給する。尚、フラットスクリュー４０のことを単にスクリューと呼ぶこともある。
【００１７】
スクリューケース３１は、フラットスクリュー４０を収容する筐体である。スクリューケース３１の上面には、駆動モーター３２が固定されている。駆動モーター３２は、フラットスクリュー４０の上面４１に接続されている。
【００１８】
フラットスクリュー４０は、中心軸ＡＸに沿った方向の高さが直径よりも小さい略円柱形状を有している。フラットスクリュー４０は、中心軸ＡＸがＺ方向に平行になるように、スクリューケース３１内に配置されている。フラットスクリュー４０は、駆動モーター３２が発生させるトルクによって、スクリューケース３１内において、中心軸ＡＸを中心に回転する。
【００１９】
フラットスクリュー４０は、中心軸ＡＸに沿った方向における上面４１とは反対側に溝形成面４２を有している。溝形成面４２には、溝部４５が形成されている。フラットスクリュー４０の溝形成面４２の詳細な形状は、図４を用いて後述する。
【００２０】
バレル５０は、フラットスクリュー４０の下方に設けられている。バレル５０は、フラットスクリュー４０の溝形成面４２に対向するスクリュー対向面５２を有している。バレル５０には、フラットスクリュー４０の溝部４５に対向する位置にヒーター５８が内蔵されている。ヒーター５８の温度は、制御部７００によって制御される。尚、ヒーター５８のことを加熱部と呼ぶこともある。
【００２１】
スクリュー対向面５２の中心には、連通孔５６が設けられている。連通孔５６は、吐出部６０に連通している。尚、バレル５０のスクリュー対向面５２の詳細な形状については、図５を用いて後述する。
【００２２】
吐出部６０は、第１流路６１と、吐出量調節機構７０と、ノズル６５とを備えている。第１流路６１は、溶融部３０の連通孔５６に連通する。第１流路６１には、溶融部３０から供給された造形材料が流通する。ノズル６５は、第１流路６１に連通する。ノズル６５には、第１流路６１を介して造形材料が供給される。ノズル６５は、先端部分に設けられたノズル孔６７から造形材料を吐出する。本実施形態では、吐出部６０には、ノズル６５を加熱するノズルヒーター９１が設けられている。ノズルヒーター９１の温度は、制御部７００によって制御される。ノズル６５における造形材料の流動性を高めるために、ノズルヒーター９１の温度は、バレル５０のヒーター５８の温度よりも高く設定される。
【００２３】
吐出量調節機構７０は、第１流路６１に設けられている。吐出量調節機構７０は、第１流路６１の流路抵抗を変化させることによって、ノズル６５からの造形材料の吐出量を調節する。本実施形態における吐出量調節機構７０は、バタフライバルブによって構成されている。本実施形態における吐出量調節機構７０は、軸状部材である駆動軸７１と、駆動軸７１の回転に伴って回転する板状の弁体７２とを備えている。駆動軸７１の中心軸に沿った方向と、第１流路６１における造形材料の流れ方向とが交差するように、駆動軸７１が配置されている。弁体７２は、第１流路６１を横断するように配置されている。駆動軸７１は、制御部７００の制御下で駆動するモーターによって回転させられる。図２に示すように、弁体７２の板状の面が、第１流路６１における造形材料の流れ方向と平行な状態では、溶融部３０とノズル６５との間が連通状態となるためノズル６５から造形材料が吐出される。駆動軸７１が中心軸を中心に回転することによって、弁体７２が第１流路内において回転する。弁体７２の回転角に応じて、第１流路６１の流路断面積は変化する。第１流路６１の流路断面積は減少に応じて、ノズル６５からの造形材料の吐出量減少する。図２に破線で示すように、弁体７２の板状の面が、第１流路６１における造形材料の流れ方向と垂直な状態、換言すれば、弁体７２によって第１流路６１の流路断面積がゼロにされた状態では、溶融部３０とノズル６５との間が非連通状態となるためノズル６５からの造形材料の吐出は停止される。
【００２４】
本実施形態では、第１流路６１における吐出量調節機構７０とノズル６５との間に、吸引部８０が設けられている。
【００２５】
図３は、吸引部８０の概略構成を示す説明図である。本実施形態では、吸引部８０は、第１流路６１に接続された円筒状のシリンダー８１と、シリンダー８１内に収容されたプランジャー８２と、プランジャー８２を駆動させるプランジャー駆動部８３とを備えている。本実施形態では、プランジャー駆動部８３は、制御部７００の制御下で駆動するモーターと、モーターの回転をシリンダー８１の軸方向に沿った並進方向の移動に変換するラックアンドピニオンによって構成されている。尚、プランジャー駆動部８３は、制御部７００の制御下で駆動するモーターと、モーターの回転をシリンダー８１の軸方向に沿った並進方向の移動に変換するボール螺子によって構成されてもよいし、ソレノイド機構やピエゾ素子等のアクチュエーターによって構成されてもよい。
【００２６】
図３に矢印を用いて表したように、プランジャー８２が第１流路６１から遠ざかる方向に移動した場合には、シリンダー８１内が負圧となるため、第１流路６１からノズル６５にかけての造形材料は、シリンダー８１内に吸引される。一方、プランジャー８２が第１流路６１に近付く方向に移動した場合には、シリンダー８１内の造形材料は、プランジャー８２によって第１流路６１に押し出される。
【００２７】
図４は、本実施形態におけるフラットスクリュー４０の溝形成面４２の構成を示す斜視図である。図４に示したフラットスクリュー４０は、技術の理解を容易にするために、図２に示した上下の位置関係を逆向きとした状態で示されている。フラットスクリュー４０の溝形成面４２には、上述したとおり、溝部４５が形成されている。溝部４５は、中央部４６と、渦状部４７と、材料導入部４８とを有している。
【００２８】
中央部４６は、フラットスクリュー４０の中心軸ＡＸの周りに形成された円形の窪みである。中央部４６は、バレル５０に設けられた連通孔５６に対向する。
【００２９】
渦状部４７は、中央部４６を中心として、溝形成面４２の外周に向かって弧を描くように渦状に延びる溝である。渦状部４７は、インボリュート曲線状や螺旋状に延びるように構成されてもよい。渦状部４７の一端は、中央部４６に接続されている。渦状部４７の他端は、材料導入部４８に接続されている。
【００３０】
材料導入部４８は、スクリュー対向面５２の外周縁に設けられた渦状部４７よりも幅広な溝である。材料導入部４８は、フラットスクリュー４０の側面４３まで連続している。材料導入部４８は、供給路２２を介して材料貯留部２０から供給された材料を、渦状部４７に導入する。
【００３１】
図５は、本実施形態におけるバレル５０のスクリュー対向面５２の構成を示す上面図である。上述したとおり、スクリュー対向面５２の中央には、ノズル６５に連通する連通孔５６が形成されている。スクリュー対向面５２における連通孔５６の周りには、複数の案内溝５４が形成されている。それぞれの案内溝５４は、一端が連通孔５６に接続され、連通孔５６からスクリュー対向面５２の外周に向かって渦状に延びている。それぞれの案内溝５４は、造形材料を連通孔５６に導く機能を有している。
【００３２】
上述した三次元造形装置１００の構成によれば、材料供給機構５００から供給されて、材料貯留部２０内に貯留された材料は、供給路２２を通って、回転しているフラットスクリュー４０の側面４３から材料導入部４８に供給される。材料導入部４８内に供給された材料は、フラットスクリュー４０の回転によって、渦状部４７内へと搬送される。
【００３３】
渦状部４７内に搬送された材料は、フラットスクリュー４０の回転と、バレル５０に内蔵されたヒーター５８による加熱とによって、少なくとも一部が溶融されて、流動性を有するペースト状の造形材料となる。
【００３４】
フラットスクリュー４０の回転によって、渦状部４７内を中央部４６に向かって造形材料が搬送される。中央部４６に搬送された造形材料は、連通孔５６から第１流路６１を介してノズル６５に送出され、ノズル６５から造形テーブル３００に向かって吐出される。このようにして、造形テーブル３００上に造形材料が積層されることによって、三次元造形物が造形される。
【００３５】
図６は、三次元造形物の造形を実現するための造形処理の内容を示すフローチャートである。この処理は、三次元造形装置１００に設けられた操作パネルや、三次元造形装置１００に接続されたコンピューターに対して、所定の開始操作がユーザーによって行われた場合に実行される。
【００３６】
まず、ステップＳ１１０にて、制御部７００は、溶融部３０と、吐出量調節機構７０と、第１移動機構４１０と、第２移動機構４２０とを制御することによって、ノズル６５から造形材料を吐出して、造形テーブル３００の造形領域に三次元造形物を造形する。造形領域とは、三次元造形物が造形される領域である。造形領域は、三次元造形物の造形を行うためのＧコードに含まれる造形パスデータによって設定される。
【００３７】
次に、ステップＳ１２０にて、制御部７００は、連続した造形パスの末端であるか否かを判定する。連続した造形パスの末端であるか否かは、三次元造形物の造形を行うためのＧコードに含まれる造形パスデータを用いて判断できる。ステップＳ１２０にて、連続した造形パスの末端であると判断されなかった場合、制御部７００は、ステップＳ１２０の処理を繰り返しながら、三次元造形物の造形を継続する。
【００３８】
一方、ステップＳ１２０にて、連続した造形パスの末端であると判断された場合、ステップＳ１３０にて、制御部７００は、吐出量調節機構７０を制御することによって、溶融部３０とノズル６５との間を非連通状態にし、さらに、吸引部８０を制御することによって、第１流路６１からノズル６５にかけての造形材料を吸引する。ノズル６５からの造形材料の吐出が停止されるタイミングは、吐出量調節機構７０によって溶融部３０とノズル６５との間が非連通状態にされたタイミングから遅れる。そのため、制御部７００は、連続した造形パスの末端において、造形材料の過不足が生じないように、吐出量調節機構７０と、吸引部８０とを制御する。
【００３９】
吐出量調節機構７０を制御することによって、ノズル６５からの造形材料の吐出を停止させた後、ステップＳ１４０にて、制御部７００は、予め定められた期間以上に亘ってノズル６５からの造形材料の吐出を停止させた後に再開させるか否かを判定する。尚、ノズル６５からの造形材料の吐出を停止させることには、三次元造形物の電源がオフにされることによって、ノズル６５からの造形材料の吐出を停止させることは含まれない。
【００４０】
予め定められた期間は、造形材料の変性が進行する速さに応じて設定できる。例えば、予め行われる試験によって、ノズル６５からの造形材料の吐出を停止させてから、造形材料の変性によって三次元造形物の品質低下が生じるまでの期間を調べることによって、上記期間を設定できる。また、材料に熱可塑性樹脂が含まれる場合には、熱可塑性樹脂のガラス転移点に応じて、上記期間を設定してもよい。この場合、材料に含まれる熱可塑性樹脂のガラス転移点が低いほど、上記期間は短く設定される。つまり、第１熱可塑性樹脂のガラス転移点よりも、第２熱可塑性樹脂のガラス転移点の方が低い場合、材料に第１熱可塑性樹脂が含まれる場合の上記期間よりも、材料に第２熱可塑性樹脂が含まれる場合の上記期間の方が短く設定される。本実施形態では、材料として熱可塑性樹脂であるＡＢＳ樹脂が用いられるため、ＡＢＳ樹脂のガラス転移点に応じた期間が設定されている。尚、上記期間は、材料の種類に応じて設定できる。材料に複数種類の熱可塑性樹脂が含まれる場合には、複数種類の熱可塑性樹脂の内、最も物質量の大きい熱可塑性樹脂のガラス転移点を用いて、上記期間を設定してもよい。上記期間のことを待機期間と呼ぶこともある。
【００４１】
ノズル６５からの造形材料の吐出を停止させる場合には、例えば、材料供給機構５００から材料の供給を受けるために、ノズル６５からの造形材料の吐出を一時的に停止させる場合等がある。この場合、ノズル６５からの造形材料の吐出を停止させる期間は、吐出ユニット２００が材料供給機構５００の下方まで移動するために必要な時間と、吐出ユニット２００が材料供給機構５００から材料の供給を受けるために必要な時間とを合算することによって算出できる。吐出ユニット２００の移動のために必要な時間は、吐出ユニット２００の現在位置と、材料供給機構５００の位置と、吐出ユニット２００によって次に造形を行う位置と、吐出ユニット２００の移動速度とを用いて算出できる。吐出ユニット２００が材料供給機構５００から材料の供給を受けるために必要な時間は、制御部７００に予め記憶させることができる。
【００４２】
ステップＳ１４０にて、予め定められた期間以上に亘ってノズル６５からの造形材料の吐出を停止した後に再開させると判断されなかった場合、制御部７００は、この造形パスの造形処理を終了し、次の造形パスの造形を行うために、ステップＳ１１０から造形処理を再開する。
【００４３】
一方、ステップＳ１４０にて、予め定められた期間以上に亘ってノズル６５からの造形材料の吐出を停止させた後に再開させると判断された場合、制御部７００は、ステップＳ２００にて、材料パージ処理を実行した後に、この造形パスの造形処理を終了し、次の造形パスの造形を行うために、ステップＳ１１０から造形処理を再開する。制御部７００は、三次元造形物の造形が完了するまで、この処理を繰り返す。
【００４４】
図７は、本実施形態における材料パージ処理の内容を示すフローチャートである。この処理は、三次元造形物を造形する期間内において、制御部７００によって実行される。三次元造形物を造形する期間内とは、制御部７００によって、三次元造形物の造形を実現するための造形処理が開始されてから、三次元造形物の造形が完了して造形処理が終了されるまでの期間内のことを意味する。材料パージ処理が開始されると、まず、ステップＳ２１０にて、制御部７００は、駆動モーター３２を制御することによって、フラットスクリュー４０の回転を停止させ、さらに、バレル５０のヒーター５８を制御することによって、バレル５０の加熱を停止させる。
【００４５】
次に、ステップＳ２２０にて、制御部７００は、ノズル６５からの造形材料の吐出を再開させるか否かを判定する。制御部７００は、例えば、三次元造形物の造形を行うためのＧコードに含まれる吐出量調節機構７０の開閉フラグを用いて、ノズル６５からの造形材料の吐出を再開させるか否かを判定できる。
【００４６】
ステップＳ２２０にて、ノズル６５からの造形材料の吐出を再開させると判断されなかった場合、制御部７００は、ノズル６５からの造形材料の吐出を再開させると判断されるまで、ステップＳ２２０の処理を繰り返す。
【００４７】
一方、ステップＳ２２０にて、ノズル６５からの造形材料の吐出を再開させると判断された場合、制御部７００は、ステップＳ２３０にて、第１移動機構４１０を制御することによって、吐出ユニット２００を廃棄材料収容部６００の上方に移動させる。
【００４８】
ステップＳ２４０にて、制御部７００は、吸引部８０を制御することによって、吸引部８０のシリンダー８１内に残留する造形材料を第１流路６１に押し出し、さらに、吐出量調節機構７０を制御することによって、溶融部３０とノズル６５との間を連通状態にする。
【００４９】
ステップＳ２５０にて、制御部７００は、駆動モーター３２を制御することによって、フラットスクリュー４０の回転を再開させ、さらに、バレル５０のヒーター５８を制御することによって、バレル５０の加熱を再開させて、溶融部３０からノズル６５にかけて残留した造形材料を、ノズル６５から廃棄材料収容部６００に向かって排出させる。つまり、本実施形態では、制御部７００は、溶融部３０からノズル６５にかけて残留する造形材料を、造形領域とは異なる領域である廃棄材料収容部６００に向かって排出させる。溶融部３０とノズル６５との間が連通状態にされているため、フラットスクリュー４０の回転によって、溶融部３０からノズル６５に新しい造形材料が供給される。供給された新しい造形材料によって、ノズル６５から古い造形材料が押し出されて、廃棄材料収容部６００に排出される。そのため、溶融部３０からノズル６５にかけて残留する古い造形材料は、新しい造形材料に置換される。この際に、溶融部３０からノズル６５にかけて残留する古い造形材料が新しい造形材料に確実に置換されるように、制御部７００は、溶融部３０からノズル６５にかけての容積以上の造形材料を、ノズル６５から排出させることが好ましい。ノズル６５から排出された造形材料は、廃棄材料収容部６００に収容される。
【００５０】
ステップＳ２６０にて、制御部７００は、吐出量調節機構７０を制御することによって、溶融部３０とノズル６５との間を非連通状態にし、さらに、吸引部８０を制御することによって、第１流路６１からノズル６５にかけての造形材料を吸引部８０のシリンダー８１内に吸引する。そのため、吐出ユニット２００が廃棄材料収容部６００の上方から造形テーブル３００の上方に移動する間に、ノズル６５から造形材料が漏洩することが抑制される。
【００５１】
ステップＳ２７０にて、制御部７００は、第１移動機構４１０を制御することによって、ノズル６５の先端部分を、ノズル清掃部材６１０に擦りつけて、ノズル６５の先端部分に付着した造形材料を除去する。ステップＳ２８０にて、制御部７００は、第１移動機構４１０を制御することによって、吐出ユニット２００を造形テーブル３００の上方に移動させる。その後、制御部７００は、この処理を終了し、造形処理を再開する。
【００５２】
以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００によれば、制御部７００は、ノズル６５からの造形材料の吐出が長期間に亘って停止された後、再開される場合には、造形領域への造形材料の吐出の再開に先立って、溶融部３０からノズル６５にかけて残留する古い造形材料を排出する。そのため、変性の進んだ古い造形材料によって、三次元造形物の品質が低下することを抑制できる。
【００５３】
また、本実施形態では、制御部７００は、材料に含まれる熱可塑性樹脂のガラス転移点が低いほど早期に、溶融部３０からノズル６５にかけて残留する古い造形材料を排出させる。つまり、制御部７００は、造形材料の耐熱性が低いほど早期に、溶融部３０からノズル６５にかけて残留する古い造形材料を排出させる。そのため、三次元造形物の品質が低下することを、より確実に抑制できる。
【００５４】
また、本実施形態では、ノズル６５からの造形材料の吐出が長期間に亘って停止される場合、制御部７００がフラットスクリュー４０の回転を停止させるため、造形材料の変性を抑制できる。
【００５５】
また、本実施形態では、ノズル６５からの造形材料の吐出が長期間に亘って停止される場合、制御部７００がヒーター５８によるバレル５０の加熱を停止させるため、造形材料の変性を抑制できる。
【００５６】
また、本実施形態では、ノズル清掃部材６１０によって、ノズル６５の先端部分に付着した造形材料を除去できるため、ノズル６５の目詰まりが生じることや、三次元造形物の品質が低下することを、より抑制できる。
【００５７】
尚、本実施形態では、ペレット状のＡＢＳ樹脂の材料が用いられたが、吐出ユニット２００において用いられる材料としては、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三次元造形物を造形する材料を採用することもできる。ここで、「主材料」とは、三次元造形物の形状を形作っている中心となる材料を意味し、三次元造形物において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。
【００５８】
主材料として熱可塑性を有する材料を用いる場合には、溶融部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。「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。
【００５９】
熱可塑性を有する材料としては、例えば、下記のいずれか一つまたは２以上を組み合わせた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。
【００６０】
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、溶融部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。また、そのように生成された造形材料は、ノズル孔６７から吐出された後、温度の低下によって硬化する。
【００６１】
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孔６７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、ノズル孔６７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を射出するために、ノズル孔６７の周囲にはヒーターが設けられてもよい。
【００６２】
吐出ユニット２００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、造形材料の生成の際に溶融する成分が混合されて、溶融部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。
＜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。
【００６３】
吐出ユニット２００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、造形テーブル３００に配置された造形材料は、例えばレーザーの照射や温風などによる焼結によって硬化されてもよい。
【００６４】
材料貯留部２０に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、溶融部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。
【００６５】
材料貯留部２０に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。
【００６６】
その他に、材料貯留部２０に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。
【００６７】
Ｂ．第２実施形態：
図８は、第２実施形態における材料パージ処理の内容を示すフローチャートである。第２実施形態の三次元造形装置１００では、材料パージ処理の内容が第１実施形態と異なる。その他の構成は、特に説明しない限り、図１に示した第１実施形態と同じである。
【００６８】
本実施形態では、材料パージ処理が開始されると、まず、ステップＳ３０５にて、制御部７００は、第１移動機構４１０を制御することによって、吐出ユニット２００を材料供給機構５００の下方に移動させる。
【００６９】
次に、ステップＳ３１０にて、制御部７００は、材料供給機構５００を制御することによって、パージ材が貯蔵された貯蔵部５１０の供給口５２０から、吐出ユニット２００の材料貯留部２０にパージ材を供給する。
【００７０】
吐出ユニット２００へのパージ材の供給が終了した後、ステップＳ３１５にて、制御部７００は、第１移動機構４１０を制御することによって、吐出ユニット２００を廃棄材料収容部６００の上方に移動させる。
【００７１】
ステップＳ３２０にて、制御部７００は、吸引部８０を制御することによって、吸引部８０のシリンダー８１内に残留する造形材料を第１流路６１に押し出し、さらに、吐出量調節機構７０を制御することによって、溶融部３０とノズル６５との間を連通状態にする。
【００７２】
ステップＳ３２５にて、制御部７００は、フラットスクリュー４０の回転によって、パージ材をノズル６５に供給し、溶融部３０からノズル６５にかけて残留する造形材料をノズル６５から排出する。つまり、制御部７００は、フラットスクリュー４０の回転によって、溶融部３０からノズル６５にかけて残留する造形材料を、パージ材に置換する。ノズル６５から排出された造形材料やパージ材は、廃棄材料収容部６００に収容される。
【００７３】
残留する造形材料をパージ材に置換した後、ステップＳ３３０にて、制御部７００は、吐出量調節機構７０を制御することによって、溶融部３０とノズル６５との間を非連通状態にする。そのため、ノズル６５からの造形材料やパージ材の排出が停止される。尚、制御部７００が吐出量調節機構７０を制御することによって、溶融部３０とノズル６５との間を非連通状態にするタイミングは、後述するステップＳ３３５よりも後からステップＳ３４５よりも前であってもよい。
【００７４】
ステップＳ３３５にて、制御部７００は、駆動モーター３２を制御することによって、フラットスクリュー４０の回転を停止させ、さらに、バレル５０のヒーター５８を制御することによって、バレル５０の加熱を停止させる。
【００７５】
ステップＳ３４０にて、制御部７００は、ノズル６５からの造形材料の吐出を再開するか否かを判定する。ステップＳ３４０にて、ノズル６５からの造形材料の吐出を再開すると判断されなかった場合、制御部７００は、ノズル６５からの造形材料の吐出を再開すると判断されるまで、ステップＳ３４０の処理を繰り返す。
【００７６】
一方、ステップＳ３４０にて、ノズル６５からの造形材料の吐出を再開すると判断された場合、ステップＳ３４５にて、制御部７００は、第１移動機構４１０を制御することによって、吐出ユニット２００を材料供給機構５００の下方に移動させる。
【００７７】
ステップＳ３５０にて、制御部７００は、材料供給機構５００を制御することによって、造形材料の元となる材料が貯蔵された貯蔵部５１０の供給口５２０から、吐出ユニット２００の材料貯留部２０に造形材料の元となる材料を供給させる。
【００７８】
ステップＳ３５５にて、制御部７００は、第１移動機構４１０を制御することによって、吐出ユニット２００を廃棄材料収容部６００の上方に移動させる。
【００７９】
ステップＳ３６０にて、制御部７００は、吐出量調節機構７０を制御することによって、溶融部３０とノズル６５との間を連通状態にする。
【００８０】
ステップＳ３６５にて、制御部７００は、駆動モーター３２を制御することによって、フラットスクリュー４０の回転を再開させ、さらに、バレル５０のヒーター５８を制御することによって、バレル５０の加熱を再開させることによって、造形材料をノズル６５に供給し、溶融部３０からノズル６５にかけて残留するパージ材をノズル６５から排出させる。つまり、制御部７００は、フラットスクリュー４０の回転によって、溶融部３０からノズル６５にかけて残留するパージ材を、造形材料に置換する。ノズル６５から排出された造形材料やパージ材は、廃棄材料収容部６００に収容される。
【００８１】
ステップＳ３７０にて、吐出量調節機構７０を制御することによって、溶融部３０とノズル６５とを非連通状態にし、さらに、吸引部８０を制御することによって、第１流路６１からノズル６５にかけての造形材料を吸引する。そのため、吐出ユニット２００が廃棄材料収容部６００の上方から造形テーブル３００の上方に移動する間に、ノズル６５から造形材料が漏洩することが抑制される。
【００８２】
ステップＳ３７５にて、制御部７００は、第１移動機構４１０を制御することによって、ノズル６５の先端部分を、ノズル清掃部材６１０に擦りつけて、ノズル６５の先端部分に付着した造形材料を除去する。ステップＳ３８０にて、制御部７００は、第１移動機構４１０を制御することによって、吐出ユニット２００を造形テーブル３００の上方に移動させる。その後、制御部７００は、この処理を終了し、造形処理を再開する。
【００８３】
以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００によれば、制御部７００は、長期間に亘ってノズル６５からの造形材料の吐出を停止させる場合には、溶融部３０からノズル６５にかけて残留する造形材料をパージ材に置換する。その後、ノズル６５からの造形材料の吐出を再開させる場合には、溶融部３０からノズル６５にかけて残留するパージ材を新しい造形材料に置換する。そのため、溶融部３０からノズル６５にかけて造形材料が残留することが抑制されるとともに、パージ材によって溶融部３０からノズル６５にかけて洗浄できるので、三次元造形物の品質が低下することを、より抑制できる。
【００８４】
Ｃ．第３実施形態：
図９は、第３実施形態の三次元造形装置１００ｃの概略構成を示す説明図である。第３実施形態の三次元造形装置１００ｃは、空気供給機構８００を備えていることが第１実施形態と異なる。また、第３実施形態の三次元造形装置１００ｃでは、材料パージ処理の内容が第１実施形態と異なる。その他の構成は、特に説明しない限り、図１に示した第１実施形態と同じである。
【００８５】
空気供給機構８００は、コンプレッサー８１０と、空気供給流路８２０と、開閉弁８３０とを備えている。コンプレッサー８１０は、空気を加圧して圧縮空気にする。空気供給流路８２０は、コンプレッサー８１０と、第１流路６１における吐出量調節機構７０と吸引部８０との間とを接続する。空気供給流路８２０における第１流路６１との接続部の近傍には、開閉弁８３０が設けられている。開閉弁８３０は、制御部７００の制御下で駆動するモーターによって開閉され、コンプレッサー８１０と第１流路６１との連通状態と非連通状態とを切替える。
【００８６】
図１０は、第３実施形態における材料パージ処理の内容を示すフローチャートである。材料パージ処理が開始されると、まず、ステップＳ４１０にて、制御部７００は、第１移動機構４１０を制御することによって、吐出ユニット２００を廃棄材料収容部６００の上方に移動させる。
【００８７】
次に、ステップＳ４２０にて、制御部７００は、吸引部８０を制御することによって、吸引部８０のシリンダー８１内に残留する造形材料を第１流路６１に押し出す。
【００８８】
ステップＳ４３０にて、制御部７００は、駆動モーター３２を制御することによって、フラットスクリュー４０の回転を停止させる。
【００８９】
ステップＳ４４０にて、制御部７００は、コンプレッサー８１０と開閉弁８３０とを制御して、空気供給流路８２０を介して、第１流路６１に圧縮空気を噴射させることによって、第１流路６１からノズル６５にかけて残留する造形材料を、ノズル６５から排出させる。尚、ステップＳ４２０にて、吸引部８０のプランジャー８２が第１流路６１側に移動しているため、シリンダー８１内に圧縮空気が逃げることが抑制される。開閉弁８３０は、圧縮空気の噴射前に開弁され、圧縮空気の噴射後に閉弁される。
【００９０】
ステップＳ４５０にて、制御部７００は、ノズル６５からの造形材料の吐出を再開するか否かを判定する。ステップＳ４５０にて、ノズル６５からの造形材料の吐出を再開すると判断されなかった場合、制御部７００は、ノズル６５からの造形材料の吐出を再開すると判断されるまで、ステップＳ４５０の処理を繰り返す。
【００９１】
一方、ステップＳ４５０にて、ノズル６５からの造形材料の吐出を再開すると判断された場合、ステップＳ４６０にて、制御部７００は、吐出量調節機構７０を制御することによって、溶融部３０とノズル６５との間を連通状態にする。
【００９２】
ステップＳ４７０にて、制御部７００は、フラットスクリュー４０の回転によって、造形材料をノズル６５に供給し、溶融部３０に残留する造形材料をノズル６５から排出させる。ノズル６５から排出された造形材料は、廃棄材料収容部６００に収容される。
【００９３】
ステップＳ４８０にて、制御部７００は、吐出量調節機構７０を制御することによって、溶融部３０とノズル６５とを非連通状態にし、さらに、吸引部８０を制御することによって、第１流路６１からノズル６５にかけての造形材料を吸引する。そのため、吐出ユニット２００が廃棄材料収容部６００の上方から造形テーブル３００の上方に移動する間に、ノズル６５から造形材料が漏洩することが抑制される。
【００９４】
ステップＳ４９０にて、制御部７００は、第１移動機構４１０を制御することによって、ノズル６５の先端部分を、ノズル清掃部材６１０に擦りつけて、ノズル６５の先端部分に付着した造形材料を除去する。ステップＳ４９５にて、制御部７００は、第１移動機構４１０を制御することによって、吐出ユニット２００を造形テーブル３００の上方に移動させる。その後、制御部７００は、この処理を終了し、造形処理を再開する。
【００９５】
以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００ｃによれば、制御部７００は、長期間に亘ってノズル６５からの造形材料の吐出を停止させる場合には、第１流路６１からノズル６５にかけて残留する造形材料を圧縮空気によって、ノズル６５から排出する。その後、ノズル６５からの造形材料の吐出を再開する場合には、溶融部３０に残留する古い造形材料を新しい造形材料に置換する。そのため、三次元造形物の品質が低下することを、より抑制できる。特に、本実施形態では、ノズルヒーター９１による加熱に伴って、変性が進行しやすいノズル６５に残留する造形材料を、変性が進行する前に圧縮空気によって排出できる。そのため、ノズル６５の目詰まりが生じることや、三次元造形物の品質が低下することを、効果的に抑制できる。
【００９６】
Ｄ．第４実施形態：
図１１は、第４実施形態の三次元造形装置１００ｄの概略構成を示す説明図である。第４実施形態の三次元造形装置１００ｄは、第１吐出ユニット２００Ａと第２吐出ユニット２００Ｂとを備えていることが第１実施形態と異なる。その他の構成は、特に説明しない限り、図１に示した第１実施形態と同じである。
【００９７】
第１吐出ユニット２００Ａの構成は、第２吐出ユニット２００Ｂの構成と同じである。第１吐出ユニット２００Ａの構成、および、第２吐出ユニット２００Ｂの構成は、図２に示した第１実施形態の吐出ユニット２００の構成と同じである。尚、以下の説明において、第１吐出ユニット２００Ａに係る構成要素には符号の末尾に「Ａ」を付して説明し、第２吐出ユニット２００Ｂに係る構成要素には符号の末尾に「Ｂ」を付して説明する。また、第１吐出ユニット２００Ａの備えるノズル６５Ａのことを、第１ノズル６５Ａと呼び、第２吐出ユニット２００Ｂの備えるノズル６５Ｂのことを第２ノズル６５Ｂと呼ぶ。
【００９８】
本実施形態では、第１移動機構４１０は、第１吐出ユニット２００Ａと第２吐出ユニット２００Ｂとのそれぞれを独立して移動可能に構成されている。本実施形態では、第１吐出ユニット２００Ａには、材料供給機構５００から造形材料が供給される。第２吐出ユニット２００Ｂには、材料供給機構５００からサポート材が供給される。制御部７００は、第１吐出ユニット２００Ａの第１ノズル６５Ａから造形テーブル３００の造形領域に造形材料を吐出させ、第２吐出ユニット２００Ｂの第２ノズル６５Ｂから造形テーブル３００の造形領域にサポート材を吐出させることによって、三次元造形物を造形する。
【００９９】
本実施形態では、第２吐出ユニット２００Ｂの第２ノズル６５Ｂからサポート材が吐出されている間は、第１吐出ユニット２００Ａの第１ノズル６５Ａからの造形材料の吐出が停止されている。予め定められた期間以上に亘って第１ノズル６５Ａからの造形材料の吐出を停止させた後に再開させると判断された場合、第１実施形態と同様にして、制御部７００は、第１吐出ユニット２００Ａに対して材料パージ処理を実行する。一方、第１吐出ユニット２００Ａの第１ノズル６５Ａから造形材料が吐出されている間は、第２吐出ユニット２００Ｂの第２ノズル６５Ｂからのサポート材の吐出が停止されている。予め定められた期間以上に亘って第２ノズル６５Ｂからのサポート材の吐出を停止させた後に再開させると判断された場合、第１実施形態と同様にして、制御部７００は、第２吐出ユニット２００Ｂに対して材料パージ処理を実行する。
【０１００】
以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００ｄによれば、第２吐出ユニット２００Ｂの第２ノズル６５Ｂからのサポート材の吐出に伴って、第１吐出ユニット２００Ａの第１ノズル６５Ａからの造形材料の吐出が長期間に亘って停止された後、再開される場合には、制御部７００は、造形領域への造形材料の吐出の再開に先立って、溶融部３０Ａから第１ノズル６５Ａにかけて残留する古い造形材料を排出させる。また、第１吐出ユニット２００Ａの第１ノズル６５Ａからの造形材料の吐出に伴って、第２吐出ユニット２００Ｂの第２ノズル６５Ｂからのサポート材の吐出が長期間に亘って停止された後、再開される場合には、制御部７００は、造形領域へのサポート材の吐出の再開に先立って、溶融部３０Ｂから第２ノズル６５Ｂにかけて残留する古いサポート材を排出させる。そのため、変性の進んだ古い造形材料やサポート材によって、三次元造形物の品質が低下することを抑制できる。
【０１０１】
尚、三次元造形装置１００ｄにおいて、制御部７００は、第２実施形態と同様の材料パージ処理を実行してもよい。また、三次元造形装置１００ｄは、さらに、空気供給機構８００を備え、制御部７００は、第３実施形態と同様の材料パージ処理を実行してもよい。
【０１０２】
Ｅ．他の実施形態：
（Ｅ１）上述した各実施形態の三次元造形装置１００，１００ｃ，１００ｄでは、制御部７００は、材料パージ処理において、フラットスクリュー４０の回転を停止させるとともに、バレル５０のヒーター５８の加熱を停止させている。これに対して、制御部７００は、材料パージ処理において、フラットスクリュー４０の回転、または、バレル５０のヒーター５８の加熱を停止させなくてもよい。制御部７００は、材料パージ処理において、フラットスクリュー４０の回転を停止させずに、かつ、バレル５０のヒーター５８の加熱を停止させなくてもよい。
【０１０３】
（Ｅ２）上述した各実施形態の三次元造形装置１００，１００ｃ，１００ｄでは、制御部７００は、ノズル６５から造形材料を排出させる前に、フラットスクリュー４０の回転を停止させるとともに、バレル５０のヒーター５８の加熱を停止させている。これに対して、制御部７００は、ノズル６５から造形材料を排出させた後に、フラットスクリュー４０の回転、または、バレル５０のヒーター５８の加熱を停止させてもよい。制御部７００は、ノズル６５から造形材料を排出させた後に、フラットスクリュー４０の回転を停止させるとともに、バレル５０のヒーター５８の加熱を停止させてもよい。この場合、ノズル６５から造形材料を排出させた後、ノズル６５からの造形材料の吐出を停止させてから再開させるまでの間における、造形材料の変性を抑制できる。
【０１０４】
（Ｅ３）上述した各実施形態の三次元造形装置１００，１００ｃ，１００ｄでは、制御部７００は、ノズル６５からの造形材料の吐出を停止させてから再開させるまでの期間内において、ノズル６５から造形材料を排出させるとともに、フラットスクリュー４０の回転を停止させ、バレル５０のヒーター５８の加熱を停止させている。これに対して、制御部７００は、ノズル６５からの造形材料の吐出を停止させてから再開させるまでの期間内において、ノズル６５から造形材料を排出させなくてもよい。制御部７００は、ノズル６５からの造形材料の吐出を停止させてから再開させるまでの期間内において、ノズル６５から造形材料を排出させずに、フラットスクリュー４０の回転を停止させるのみでもよいし、バレル５０のヒーター５８の加熱を停止させるのみでもよい。制御部７００は、ノズル６５からの造形材料の吐出を停止させてから再開させるまでの期間内において、ノズル６５から造形材料を排出させずに、フラットスクリュー４０の回転を停止させるとともに、バレル５０のヒーター５８の加熱を停止させてもよい。この場合であっても、残留する造形材料の変性を抑制できるため、三次元造形物の品質が低下することを抑制できる。
【０１０５】
（Ｅ４）上述した各実施形態の三次元造形装置１００，１００ｃ，１００ｄでは、吐出部６０には、ノズルヒーター９１が設けられている。これに対して、吐出部６０には、ノズルヒーター９１が設けられていなくてもよい。
【０１０６】
（Ｅ５）上述した各実施形態の三次元造形装置１００，１００ｃ，１００ｄにおいて、溶融部３０は、フラットスクリュー４０を備えている。これに対して、溶融部３０は、フラットスクリュー４０の代わりに、Ｚ方向においてフラットスクリュー４０よりも長尺のインラインスクリューを備えてもよい。また、溶融部３０は、フラットスクリュー４０やインラインスクリューを備えておらず、ヒーター等の加熱部による加熱によって材料を溶融させる形態であってもよい。
【０１０７】
（Ｅ６）上述した各実施形態の三次元造形装置１００，１００ｃ，１００ｄにおいて、移動機構４００は、吐出ユニット２００をＸ方向とＹ方向との２軸方向に移動させる第１移動機構４１０と、造形テーブル３００をＺ方向に移動させる第２移動機構４２０とによって構成されている。これに対して、移動機構４００は、吐出ユニット２００を、Ｘ方向とＹ方向とＺ方向との３軸方向に移動させる形態であってもよい。また、移動機構４００は、吐出ユニット２００を移動させずに、造形テーブル３００および廃棄材料収容部６００をＸ方向とＹ方向とＺ方向との３軸方向に移動させる形態であってもよい。この場合、移動機構４００は、材料供給機構５００を移動させて吐出ユニット２００に材料を供給可能に構成されていればよい。
【０１０８】
（Ｅ７）上述した各実施形態の三次元造形装置１００，１００ｃ，１００ｄにおいて、制御部７００は、パージ処理において、溶融部３０からノズル６５にかけて残留した造形材料を、造形領域とは異なる領域である廃棄材料収容部６００に向かって排出させる。これに対して、制御部７００は、パージ処理において、溶融部３０からノズル６５にかけて残留した造形材料を、造形領域とは異なる造形テーブル３００上の領域に向かって排出させてもよい。
【０１０９】
（Ｅ８）上述した各実施形態の三次元造形装置１００，１００ｃ，１００ｄにおいて、制御部７００は、予め定められた期間以上に亘ってノズル６５からの造形材料の吐出を停止させた後に再開させると判断された場合に、材料パージ処理を実行する。これに対して、制御部７００は、予め定められた期間を用いずに、ノズル６５からの造形材料の吐出を停止させた後に再開させるまでの間に、造形材料の変性が進行したと判断した場合に、材料パージ処理を実行してもよい。例えば、フラットスクリュー４０を回転させる駆動モーター３２の回転数の変化によって、造形材料の変性が進行したか否かを判断してもよい。その他、各種センサーによって、造形材料の物性の変化を検出することによって、造形材料の変性が進行したか否かを判断してもよい。
【０１１０】
（Ｅ９）上述した各実施形態の三次元造形装置１００，１００ｃ，１００ｄにおいて、制御部７００は、ノズル６５からの造形材料の吐出を停止させてから予め定められた期間が経過したタイミングにて、材料パージ処理を実行してもよい。例えば、制御部７００は、ノズル６５からの造形材料の吐出を停止させてから予め定められた期間が経過したか否かを判定し、ノズル６５からの造形材料の吐出を停止させてから予め定められた期間が経過したと判断された場合に、材料パージ処理を実行してもよい。
【０１１１】
（Ｅ１０）上述した各実施形態の三次元造形装置１００，１００ｃ，１００ｄは、ノズル清掃部材６１０を備えなくてもよい。
【０１１２】
Ｆ．他の形態：
本開示は、上述した実施形態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で実現することができる。例えば、本開示は、以下の形態によっても実現可能である。以下に記載した各形態中の技術的特徴に対応する上記実施形態中の技術的特徴は、本開示の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必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【０１１３】
（１）本開示の第１の形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、材料を溶融させて造形材料にする溶融部と、前記溶融部に連通し、前記造形材料が流通する第１流路と、前記第１流路に連通し、前記造形材料を吐出するノズルと、前記第１流路に設けられ、前記ノズルからの前記造形材料の吐出量を調節する吐出量調節機構と、前記ノズルから吐出された前記造形材料が積層される造形テーブルと、前記ノズルと前記造形テーブルとの相対位置を変化させる移動機構と、前記溶融部と前記吐出量調節機構と前記移動機構とを制御することによって、前記造形テーブルの造形領域に三次元造形物を造形する制御部と、を備える。前記制御部は、前記三次元造形物を造形する期間内において、前記吐出量調節機構を制御することによって、前記ノズルからの前記造形材料の吐出を停止させた後、前記ノズルから前記造形領域への前記造形材料の吐出の再開に先立って、前記溶融部および前記吐出量調節機構を制御することによって、前記溶融部に残留する前記造形材料を前記造形領域とは異なる領域に排出させる材料パージ処理を実行する。
この形態の三次元造形装置によれば、ノズルからの造形材料の吐出が停止された後、再開される場合には、造形領域への造形材料の吐出の再開に先立って、溶融部からノズルにかけて残留する造形材料が排出される。そのため、三次元造形物の品質が低下することを抑制できる。
【０１１４】
（２）上記形態の三次元造形装置において、前記材料は、熱可塑性樹脂を含み、前記制御部は、前記吐出量調節機構を制御することによって、前記ノズルからの前記造形材料の吐出を停止させた後、前記熱可塑性樹脂のガラス転移点に応じて定められた待機期間が経過した場合に、前記材料パージ処理を実行し、前記待機期間は、第１熱可塑性樹脂のガラス転移点に応じて定められる場合の長さよりも、前記第１熱可塑性樹脂よりもガラス転移点の低い第２熱可塑性樹脂のガラス転移点に応じて定められる場合の長さの方が短くてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、造形材料の耐熱性の指標となるガラス転移点が低いほど早期に、残留する造形材料が排出される。そのため、三次元造形物の品質が低下することを、より確実に抑制できる。
【０１１５】
（３）上記形態の三次元造形装置は、さらに、前記溶融部にパージ材を供給するパージ材供給機構を備え、前記制御部は、前記材料パージ処理において、前記移動機構と前記パージ材供給機構とを制御することによって、前記溶融部に前記パージ材を供給し、前記パージ材を用いて、前記溶融部に残留する前記造形材料を前記造形領域とは異なる領域に排出させてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、材料パージ処理において、溶融部からノズルにかけて残留する造形材料がパージ材に置換される。そのため、溶融部からノズルにかけて造形材料が残留することを抑制できるとともに、溶融部からノズルにかけてパージ材によって洗浄できる。
【０１１６】
（４）上記形態の三次元造形装置は、さらに、前記第１流路における前記吐出量調節機構と前記ノズルとの間に、圧縮空気を供給する空気供給機構を備え、前記制御部は、前記材料パージ処理において、前記溶融部に残留する前記造形材料の排出に先立って、前記空気供給機構を制御することによって、前記圧縮空気を用いて、前記第１流路に残留する前記造形材料を前記造形領域とは異なる領域に排出させてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、材料パージ処理において、溶融部に残留する造形材料の排出に先立って、第１流路からノズルにかけて残留する造形材料が空気に置換される。そのため、第１流路からノズルにかけて造形材料が残留することを抑制できるとともに、ノズルの目詰まりが生じることを抑制できる。
【０１１７】
（５）上記形態の三次元造形装置において、前記溶融部は、溝を有するスクリューと、前記材料を加熱する加熱部とを備え、前記スクリューの回転、および、前記加熱部による加熱によって前記材料を溶融させて前記造形材料とし、前記制御部は、前記ノズルからの前記造形材料の吐出を停止させた後であり、かつ、前記溶融部に残留する前記造形材料を前記造形領域とは異なる領域に排出させる前または後に、前記スクリューの回転を停止させてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、スクリューの回転を停止させることによって、溶融部における造形材料の変性を抑制できる。
【０１１８】
（６）上記形態の三次元造形装置において、前記溶融部は、前記スクリューとして、前記溝を形成された溝形成面を有するフラットスクリューと、前記溝形成面に対向し、中央に前記第１流路に連通する連通孔が形成されたスクリュー対向面、および、前記加熱部を有するバレルと、を備え、前記フラットスクリューの回転、および、前記加熱部による加熱によって前記材料を溶融させて前記造形材料として、前記連通孔から前記第１流路に前記造形材料を供給してもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、小型なフラットスクリューによって造形材料を溶融させるため、三次元造形装置を小型化できる。
【０１１９】
（７）上記形態の三次元造形装置において、前記制御部は、前記ノズルからの前記造形材料の吐出を停止させた後であり、かつ、前記溶融部に残留する前記造形材料を前記造形領域とは異なる領域に排出させる前または後に、前記加熱部による加熱を停止させてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、加熱部による材料の加熱を停止させることによって、溶融部における造形材料の変性を抑制できる。
【０１２０】
（８）本開示の第２の形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、溝を有するスクリューを有し、前記スクリューの回転によって材料の少なくとも一部を溶融させて造形材料とする溶融部と、前記溶融部に連通し、前記造形材料が流通する第１流路と、前記第１流路に連通し、前記造形材料を吐出するノズルと、前記第１流路に設けられ、前記ノズルからの前記造形材料の吐出量を調節する吐出量調節機構と、前記ノズルから吐出された前記造形材料が積層される造形テーブルと、前記ノズルと前記造形テーブルとの相対位置を変化させる移動機構と、前記溶融部と前記吐出量調節機構と前記移動機構とを制御することによって、前記造形テーブルの造形領域に三次元造形物を造形する制御部と、を備える。前記制御部は、前記三次元造形物を造形する期間内において、前記吐出量調節機構を制御することによって前記ノズルからの前記造形材料の吐出を停止させた後、かつ、前記ノズルから前記造形領域への前記造形材料の吐出を再開させる前に、前記スクリューの回転を停止させる。
この形態の三次元造形装置によれば、ノズルからの造形材料の吐出が停止された後、再開される場合には、スクリューの回転を停止させることによって、溶融部における造形材料の変性を抑制できる。そのため、三次元造形物の品質が低下することを抑制できる。
【０１２１】
（９）本開示の第３の形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、材料を加熱する加熱部を有し、前記加熱部による加熱によって前記材料の少なくとも一部を溶融させて造形材料にする溶融部と、前記溶融部に連通し、前記造形材料が流通する第１流路と、前記第１流路に連通し、前記造形材料を吐出するノズルと、前記第１流路に設けられ、前記ノズルからの前記造形材料の吐出量を調節する吐出量調節機構と、前記ノズルから吐出された前記造形材料が積層される造形テーブルと、前記ノズルと前記造形テーブルとの相対位置を変化させる移動機構と、前記溶融部と前記吐出量調節機構と前記移動機構とを制御することによって、前記造形テーブルの造形領域に三次元造形物を造形する制御部と、を備える。前記制御部は、前記三次元造形物を造形する期間内において、前記吐出量調節機構を制御することによって前記ノズルからの前記造形材料の吐出を停止させた後、かつ、前記ノズルから前記造形領域への前記造形材料の吐出を再開させる前に、前記加熱部による前記材料の加熱を停止させる。
この形態の三次元造形装置によれば、ノズルからの造形材料の吐出が停止された後、再開される場合には、加熱部による材料の加熱を停止させることによって、溶融部における造形材料の変性を抑制できる。そのため、三次元造形物の品質が低下することを抑制できる。
【０１２２】
本開示は、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、三次元造形装置の制御方法、造形材料のパージ方法等の形態で実現することができる。
【符号の説明】
【０１２３】
２０…材料貯留部、２２…供給路、３０…溶融部、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、４１…上面、４２…溝形成面、４３…側面、４５…溝部、４６…中央部、４７…渦状部、４８…材料導入部、５０…バレル、５２…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…第１流路、６５…ノズル、６５Ａ…第１ノズル、６５Ｂ…第２ノズル、６７…ノズル孔、７０…吐出量調節機構、７１…駆動軸、７２…弁体、８０…吸引部、８１…シリンダー、８２…プランジャー、８３…プランジャー駆動部、９１…ノズルヒーター、１００，１００ｃ，１００ｄ…三次元造形装置、２００…吐出ユニット、２００Ａ…第１吐出ユニット、２００Ｂ…第２吐出ユニット、３００…造形テーブル、４００…移動機構、４１０…第１移動機構、４２０…第２移動機構、５００…材料供給機構、５１０…貯蔵部、５２０…供給口、６００…廃棄材料収容部、６１０…ノズル清掃部材、７００…制御部、８００…空気供給機構、８１０…コンプレッサー、８２０…空気供給流路、８３０…開閉弁、ＡＸ…中心軸。
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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