(57)【要約】【課題】小径のノズルを用いた三次元造形装置における生産性の向上を課題とする。【解決手段】三次元造形装置は、材料を溶融させて造形材料とする第１材料溶融部、および、第１材料溶融部に第１連通孔を介して連通し、第１材料溶融部から供給された造形材料を吐出する第１ノズルを有する第１吐出ユニットと、材料を溶融させて造形材料とする第２材料溶融部、および、第２材料溶融部に第２連通孔を介して連通し、第２材料溶融部から供給された造形材料を吐出する第２ノズルを有する第２吐出ユニットと、第１吐出ユニットおよび第２吐出ユニットを制御して、三次元造形物を造形する制御部とを備える。第１ノズルのノズル径は、第２ノズルのノズル径よりも小さい。制御部は、三次元造形物を造形する場合に、第１吐出ユニットおよび第２吐出ユニットを制御することによって、第１連通孔内の造形材料の圧力を、第２連通孔内の造形材料の圧力よりも大きくする。【選択図】図１
2020029036.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とする第１材料溶融部、および、前記第１材料溶融部に第１連通孔を介して連通し、前記第１材料溶融部から供給された前記造形材料を吐出する第１ノズルを有する第１吐出ユニットと、
材料を溶融させて造形材料とする第２材料溶融部、および、前記第２材料溶融部に第２連通孔を介して連通し、前記第２材料溶融部から供給された前記造形材料を吐出する第２ノズルを有する第２吐出ユニットと、
前記第１吐出ユニットおよび前記第２吐出ユニットを制御して、三次元造形物を造形する制御部と、
を備え、
前記第１ノズルのノズル径は、前記第２ノズルのノズル径よりも小さく、
前記制御部は、前記三次元造形物を造形する場合に、前記第１吐出ユニットおよび前記第２吐出ユニットを制御することによって、前記第１連通孔内の前記造形材料の圧力を、前記第２連通孔内の前記造形材料の圧力よりも大きくする、
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、
前記第１材料溶融部および前記第２材料溶融部は、それぞれ、スクリューを有し、回転する前記スクリューによって材料を溶融させて造形材料とし、
前記制御部は、前記第１材料溶融部および前記第２材料溶融部を制御することによって、材料を溶融させる際の前記第１材料溶融部の前記スクリューの回転数を、材料を溶融させる際の前記第２材料溶融部の前記スクリューの回転数よりも高くする、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、
前記第１ノズルおよび前記第２ノズルは、ぞれぞれ、第１ヒーターを有し、
前記制御部は、前記第１ノズルの前記第１ヒーターおよび前記第２ノズルの前記第１ヒーターを制御することによって、前記第１ノズル内の前記造形材料の温度を、前記第２ノズル内の前記造形材料の温度よりも高くする、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、
前記第１材料溶融部および前記第２材料溶融部は、それぞれ、スクリューを有し、回転する前記スクリューによって材料を溶融させて造形材料とし、
前記第１材料溶融部の前記スクリューは、渦状の溝部が形成され、中心に前記第１連通孔が形成されたバレルと対面する溝形成面を有し、
前記第２材料溶融部の前記スクリューは、渦状の溝部が形成され、中心に前記第２連通孔が形成されたバレルと対面する溝形成面を有する、三次元造形装置。
【請求項５】
請求項４に記載の三次元造形装置であって、
前記第１材料溶融部の前記スクリューの前記溝部の容積は、前記第２材料溶融部の前記スクリューの前記溝部の容積よりも小さい、三次元造形装置。
【請求項６】
請求項４に記載の三次元造形装置であって、
前記第１材料溶融部の前記スクリューが有する前記溝部の断面における前記溝部の幅に対する前記溝部の深さの比であるアスペクト比は、前記第２材料溶融部の前記スクリューが有する前記溝部の断面における前記溝部の幅に対する前記溝部の深さの比であるアスペクト比よりも小さい、三次元造形装置。
【請求項７】
請求項４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、
前記第１材料溶融部の前記スクリューの前記溝部の長さは、前記第２材料溶融部の前記スクリューの前記溝部の長さよりも長い、三次元造形装置。
【請求項８】
請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記第１材料溶融部および前記第２材料溶融部は、それぞれ、第２ヒーターを有し、
前記制御部は、前記第１材料溶融部の前記第２ヒーターおよび前記第２材料溶融部の前記第２ヒーターを制御することによって、前記第１材料溶融部の前記スクリューにおける前記溝部内の前記造形材料の温度を、前記第２材料溶融部の前記スクリューにおける前記溝部内の前記造形材料の温度よりも低くする、三次元造形装置。
【請求項９】
吐出ユニットであって、
材料を溶融させて造形材料とする第１材料溶融部、および、前記第１材料溶融部に第１連通孔を介して連通し、前記第１材料溶融部から供給された前記造形材料を吐出する第１ノズルと、
材料を溶融させて造形材料とする第２材料溶融部、および、前記第２材料溶融部に第２連通孔を介して連通し、前記第２材料溶融部から供給された前記造形材料を吐出する第２ノズルと、
を備え、
前記第１ノズルのノズル径は、前記第２ノズルのノズル径よりも小さく、
三次元造形物を造形する場合に、前記第１連通孔内の前記造形材料の圧力が、前記第２連通孔内の前記造形材料の圧力よりも大きくなるように制御される、吐出ユニット。
【請求項１０】
三次元造形装置を用いた三次元造形物の製造方法であって、
前記三次元造形装置は、
材料を溶融させて造形材料とする第１材料溶融部、および、前記第１材料溶融部に第１連通孔を介して連通し、前記第１材料溶融部から供給された前記造形材料を吐出する第１ノズルを有する第１吐出ユニットと、
材料を溶融させて造形材料とする第２材料溶融部、および、前記第２材料溶融部に第２連通孔を介して連通し、前記第２材料溶融部から供給された前記造形材料を吐出する第２ノズルを有する第２吐出ユニットと、
を備え、
前記第１ノズルのノズル径は、前記第２ノズルのノズル径よりも小さく、
前記第１ノズルから前記造形材料を吐出する場合に前記第１連通孔内の前記造形材料に対して与えられる圧力は、前記第２ノズルから前記造形材料を吐出する場合に前記第２連通孔内の前記造形材料に対して与えられる圧力よりも大きい、三次元造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形装置、吐出ユニットおよび三次元造形物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、予熱器で加熱されて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において、より小径のノズルを用いて造形した場合には、三次元造形物の寸法精度を高めることができる反面、生産性は低下する。一方、より大径のノズルを用いて造形した場合には、三次元造形物の生産性を高めることができる反面、寸法精度は低下する。より小径のノズルを用いた場合に生産性が低下する要因について、ノズル径が小さくなるほど、ノズル内の圧力損失が大きくなって、ノズルからの造形材料の吐出量が少なくなるためであると本願の発明者は考えた。そこで、本願は、小径のノズルを用いた三次元造形装置における生産性の向上を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一形態によれば、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とする第１材料溶融部、および、前記第１材料溶融部に第１連通孔を介して連通し、前記第１材料溶融部から供給された前記造形材料を吐出する第１ノズルを有する第１吐出ユニットと、材料を溶融させて造形材料とする第２材料溶融部、および、前記第２材料溶融部に第２連通孔を介して連通し、前記第２材料溶融部から供給された前記造形材料を吐出する第２ノズルを有する第２吐出ユニットと、前記第１吐出ユニットおよび前記第２吐出ユニットを制御して、三次元造形物を造形する制御部と、を備える。前記第１ノズルのノズル径は、前記第２ノズルのノズル径よりも小さく、前記制御部は、前記三次元造形物を造形する場合に、前記第１吐出ユニットおよび前記第２吐出ユニットを制御することによって、前記第１連通孔内の前記造形材料の圧力を、前記第２連通孔内の前記造形材料の圧力よりも大きくする。
【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】フラットスクリューの溝部の構成を示す斜視図。
【図４】バレルのスクリュー対向面の構成を示す上面図。
【図５】第１吐出ユニットおよび第２吐出ユニットの溝部とノズル径とを示す説明図。
【図６】フラットスクリューの溝部を単純化した矩形管モデルの説明図。
【図７】矩形管のVII−VII線断面図。
【図８】矩形管内の造形材料の流れを示す第１の説明図。
【図９】矩形管内の造形材料の流れを示す第２の説明図。
【図１０】矩形管内の造形材料の流れを示す第３の説明図。
【図１１】第２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１２】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。
【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５の概略構成を示す説明図である。図１には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向に沿った矢印が表されている。Ｘ方向およびＹ方向は、水平方向に沿った方向であり、Ｚ方向は、鉛直方向に沿った方向である。他の図においても、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に沿った矢印が、適宜、表されている。図１におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向と、他の図におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向とは、同じ方向を表している。
【０００８】
本実施形態の三次元造形装置５は、第１吐出ユニット１００ａと、第２吐出ユニット１００ｂと、造形テーブル２２０と、移動機構２１０と、制御部３００とを備えている。第１吐出ユニット１００ａは、材料を溶融させて造形材料とする第１材料溶融部９０ａと、第１材料溶融部９０ａに第１連通孔５６ａを介して連通し、第１材料溶融部９０ａから供給された造形材料が吐出される第１ノズル６０ａとを有する。第２吐出ユニット１００ｂは、材料を溶融させて造形材料とする第２材料溶融部９０ｂと、第２材料溶融部９０ｂに第２連通孔５６ｂを介して連通し、第２材料溶融部９０ｂから供給された造形材料が吐出される第２ノズル６０ｂとを有する。第１ノズル６０ａのノズル径Ｄｎ１は、第２ノズル６０ｂのノズル径Ｄｎ２よりも小さい。制御部３００は、第１吐出ユニット１００ａおよび第２吐出ユニット１００ｂを制御する。
【０００９】
第１ノズル６０ａや第２ノズル６０ｂから吐出された造形材料が造形テーブル２２０上に積層されることによって、造形テーブル２２０上にて三次元造形物が造形される。第１吐出ユニット１００ａおよび第２吐出ユニット１００ｂについての、より具体的な構成は、図２を用いて後述する。
【００１０】
移動機構２１０は、造形テーブル２２０と第１吐出ユニット１００ａと第２吐出ユニット１００ｂとの相対的な位置を変化させる。本実施形態では、移動機構２１０は、第１吐出ユニット１００ａと第２吐出ユニット１００ｂとに対して、造形テーブル２２０を移動させる。本実施形態の移動機構２１０は、３つのモーターの駆動力によって、造形テーブル２２０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。各モーターは、後述する制御部３００の制御下にて駆動する。
【００１１】
移動機構２１０は、造形テーブル２２０を移動させる構成ではなく、造形テーブル２２０を移動させずに、第１吐出ユニット１００ａと第２吐出ユニット１００ｂとを移動させる構成であってもよい。この場合、移動機構２１０は、第１吐出ユニット１００ａと第２吐出ユニット１００ｂとの相対的な位置を変化させない構成であってもよいし、第１吐出ユニット１００ａと第２吐出ユニット１００ｂとの相対的な位置を変化させる構成であってもよい。また、移動機構２１０は、造形テーブル２２０と第１吐出ユニット１００ａと第２吐出ユニット１００ｂとの、それぞれを移動させる構成であってもよい。造形テーブル２２０と第１吐出ユニット１００ａと第２吐出ユニット１００ｂとの相対的な位置を変化させられる構成であればよい。
【００１２】
制御部３００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３００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、第１吐出ユニット１００ａと、第２吐出ユニット１００ｂと、移動機構２１０との動作を制御して、三次元造形物を造形する造形処理を実行する。動作には、造形テーブル２２０に対する第１吐出ユニット１００ａと第２吐出ユニット１００ｂとの三次元の相対的な位置の移動が含まれる。尚、制御部３００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。
【００１３】
図２は、吐出ユニット１００の概略構成を示す説明図である。図２には、第１吐出ユニット１００ａの構成を示している。第２吐出ユニット１００ｂの構成は、特に説明しない限り、第１吐出ユニット１００ａと同じである。以下の説明において、第１吐出ユニット１００ａと、第２吐出ユニット１００ｂとを、特に区別せずに説明する場合は、単に、吐出ユニット１００と呼ぶ。第１材料溶融部９０ａと、第２材料溶融部９０ｂとを、特に区別せずに説明する場合は、単に、材料溶融部９０と呼ぶ。第１連通孔５６ａと、第２連通孔５６ｂとを、特に区別せずに説明する場合は、単に、連通孔５６と呼ぶ。第１ノズル６０ａと、第２ノズル６０ｂとを、特に区別せずに説明する場合は、単に、ノズル６０と呼ぶ。第１吐出ユニット１００ａに係る構成要素には、符号の末尾に「ａ」を付し、第２吐出ユニット１００ｂに係る構成要素には、符号の末尾に「ｂ」を付す。各構成要素の所属を特に区別せずに説明する場合には、符号の末尾に「ａ」や「ｂ」を付さずに説明する。
【００１４】
吐出ユニット１００は、材料供給部２０と、材料溶融部９０と、ノズル６０とを備えている。材料供給部２０と材料溶融部９０との間は、供給路２２によって接続されている。材料溶融部９０とノズル６０との間は、連通孔５６によって接続されている。吐出ユニット１００は、固体状態の材料の少なくとも一部を溶融させてペースト状にした造形材料を造形テーブル２２０上に積層する。
【００１５】
材料供給部２０には、ペレットや粉末等の状態の材料が収容されている。本実施形態の材料は、ペレット状のＡＢＳ樹脂である。本実施形態の材料供給部２０は、ホッパーによって構成されている。材料供給部２０に収容された材料は、材料供給部２０の下方に設けられた供給路２２を介して、材料溶融部９０に供給される。
【００１６】
材料溶融部９０は、スクリューケース１０と、スクリューケース１０内に収容されたフラットスクリュー４０と、フラットスクリュー４０を駆動させる駆動モーター３０と、スクリューケース１０内におけるフラットスクリュー４０よりも下方に固定されたバレル５０とを備えている。
【００１７】
フラットスクリュー４０は、扁平な円柱形状を有し、円柱の外周から円柱の中心軸ＡＸに向かう渦状の溝部４２が円柱の底面に形成されたスクリューである。扁平とは、直径よりも高さの方が小さいことを意味している。フラットスクリュー４０の底面のことを、溝形成面４１と呼ぶ。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配置されている。フラットスクリュー４０の上面側には、制御部３００の制御下において駆動する駆動モーター３０が接続されている。駆動モーター３０が発生させるトルクによって、フラットスクリュー４０は、スクリューケース１０内において回転する。尚、フラットスクリュー４０の詳細な形状は、図３を用いて後述する。
【００１８】
バレル５０は、フラットスクリュー４０の溝形成面４１に対向するスクリュー対向面５２を有している。スクリュー対向面５２には、フラットスクリュー４０の中心軸ＡＸ上の位置に、連通孔５６が設けられている。バレル５０には、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３００によって制御される。尚、バレル５０の詳細な形状は、図４を用いて後述する。
【００１９】
回転しているフラットスクリュー４０の溝部４２と、バレル５０のスクリュー対向面５２との間に供給された材料は、フラットスクリュー４０の回転と、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。造形材料は、フラットスクリュー４０の回転によって、バレル５０に設けられた連通孔５６へと、溝部４２に沿って輸送される。
【００２０】
ノズル６０は、連通孔５６に接続されている。材料溶融部９０から連通孔５６を介してノズル６０に供給された造形材料は、ノズル６０から造形テーブル２２０に向かって吐出される。尚、ノズル６０から吐出される造形材料の流量のことを吐出量と呼ぶ。
【００２１】
図３は、フラットスクリュー４０の溝部４２の構成を示す斜視図である。図３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、図２に示した上面と底面との位置関係を、鉛直方向において逆向きとした状態で示されている。本実施形態のフラットスクリュー４０は、溝形成面４１に１条の溝部４２を有している。溝形成面４１には、中心軸ＡＸの周りに中央部４６が設けられている。中央部４６は、溝部４２の一端に接続された窪みである。中央部４６は、図２に示したバレル５０に設けられた連通孔５６に対向する。
【００２２】
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、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。溝部４２は、フラットスクリュー４０の側面４３に形成された材料流入口４４まで連続している。材料供給部２０から供給された材料は、材料流入口４４から溝部４２内へと導入される。
【００２３】
図４は、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。スクリュー対向面５２には、複数の案内溝５４が形成されている。この案内溝５４は、スクリュー対向面５２の中心に形成された連通孔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は、造形材料を連通孔５６に導く機能を有する。
【００２４】
図５は、本実施形態の第１吐出ユニット１００ａと第２吐出ユニット１００ｂとにおける、フラットスクリュー４０の溝部４２の長さＬと、溝部４２の断面の形状と、ノズル径Ｄｎとを示す説明図である。図５において、溝部４２の断面の形状については、溝部４２ａにおける断面積が最小となる断面の形状と、溝部４２ｂにおける断面積が最小となる断面の形状とを表しており、ノズル径Ｄｎについては、第１ノズル６０ａにおける最小径と、第２ノズル６０ｂにおける最小径とを表している。尚、溝部４２の断面とは、溝部４２の渦状の線に垂直な断面のことを意味する。溝部４２の長さＬとは、材料流入口４４から中央部４６までの渦状の溝に沿った長さである。
【００２５】
本実施形態では、第１吐出ユニット１００ａのフラットスクリュー４０ａにおける溝部４２ａの長さＬ１と、第２吐出ユニット１００ｂのフラットスクリュー４０ｂにおける溝部４２ｂの長さＬ２とは、同じである。溝部４２ａの幅ａ１と、溝部４２ｂの幅ａ２とは、同じである。溝部４２ａの深さｂ１は、溝部４２ｂの深さｂ２よりも浅い。また、上述したとおり、第１ノズル６０ａのノズル径Ｄｎ１は、第２ノズル６０ｂのノズル径Ｄｎ２よりも小さい。尚、溝部４２ａの長さＬ１と、溝部４２ｂの長さＬ２とを比較する場合には、対応する部位の長さを比較する。例えば、図５に表したように、溝部４２内の各断面の幅方向における中心同士を結んだ渦状の線の長さ同士を比較する。溝部４２ａの幅ａ１と、溝部４２ｂの幅ａ２とを比較する場合には、溝部４２ａの各断面のうち断面積が最小となる断面における幅と、溝部４２ｂの各断面のうち断面積が最小となる断面における幅とを比較する。溝部４２ａの深さｂ１と、溝部４２ｂの深さｂ２とを比較する場合には、溝部４２ａの各断面のうち断面積が最小となる断面における深さと、溝部４２ｂの各断面のうち断面積が最小となる断面における深さとを比較する。第１ノズル６０ａのノズル径Ｄｎ１と、第２ノズル６０ｂのノズル径Ｄｎ２とを比較する場合には、第１ノズル６０ａにおける最小径と、第２ノズル６０ｂにおける最小径とを比較する。
【００２６】
溝部４２ａの幅ａ１と溝部４２ｂの幅ａ２とが同じであり、溝部４２ａの深さｂ１が溝部４２ｂの深さｂ２よりも浅いため、溝部４２ａのアスペクト比ｂ１／ａ１は、溝部４２ｂのアスペクト比ｂ２／ａ２よりも小さい。尚、アスペクト比ｂ／ａとは、溝部４２の幅ａに対する溝部４２の深さｂの比である。溝部４２ａの断面積Ａ１は、溝部４２ｂの断面積Ａ２よりも小さい。本実施形態では、溝部４２ａの断面の形状が矩形であるため、溝部４２ａの断面積Ａ１は、溝部４２ａの幅ａ１と溝部４２ａの深さｂ１との積によって求めることができる。溝部４２ｂの断面の形状が矩形であるため、溝部４２ｂの断面積Ａ２は、溝部４２ｂの幅ａ２と溝部４２ｂの深さｂ２との積によって求めることができる。溝部４２ａの長さＬ１と溝部４２ｂの長さＬ２とが同じであるため、溝部４２ａの容積Ｖ１は、溝部４２ｂの容積Ｖ２よりも小さい。溝部４２の容積Ｖについては、例えば、溝部４２における材料流入口４４との接続部と、溝部４２における中央部４６との接続部とを堰き止めた状態で、溝部４２内を水で満たし、溝部４２内に蓄えられた水の体積を測定することによって得ることができる。
【００２７】
本実施形態では、第１連通孔５６ａの寸法と、第２連通孔５６ｂの寸法とは同じである。フラットスクリュー４０ａの外径と、フラットスクリュー４０ｂの外径とは同じである。材料を溶融させる際には、フラットスクリュー４０ａの回転数とフラットスクリュー４０ｂの回転数とが同じになるように、制御部３００は、駆動モーター３０ａおよび駆動モーター３０ｂを制御する。材料を溶融させる際には、フラットスクリュー４０ａを回転させる駆動モーター３０ａのトルクが、フラットスクリュー４０ｂを回転させる駆動モーター３０ｂのトルクよりも大きくなるように、制御部３００は、駆動モーター３０ａおよび駆動モーター３０ｂを制御する。
【００２８】
本実施形態では、フラットスクリュー４０ａの溝部４２ａ内における造形材料の温度は、フラットスクリュー４０ｂの溝部４２ｂ内における造形材料の温度と同じになるように、バレル５０ａに内蔵されたヒーター５８ａと、バレル５０ｂに内蔵されたヒーター５８ｂの温度が制御部３００によって制御されている。また、本実施形態では、第１ノズル６０ａ内における造形材料の温度は、第２ノズル６０ｂ内における造形材料の温度と同じである。
【００２９】
図６は、フラットスクリュー４０の溝部４２を単純化したモデル４００の説明図である。このモデル４００では、渦状のフラットスクリュー４０の溝部４２と、バレル５０のスクリュー対向面５２とによって囲まれた空間が、一定断面を有する直線状の矩形管４１０として表されている。矩形管４１０は、長さＬを有している。矩形管４１０の長さＬは、渦状の溝部４２を直線状に展開した長さと同じである。この矩形管４１０内を造形材料が流れる。
【００３０】
矩形管４１０は、造形材料が流入する入口部４１１と、造形材料が流出する出口部４１２とを有している。実際の吐出ユニット１００では、ノズル６０のノズル径Ｄｎに比べて連通孔５６の内径は十分に大きい。そのため、このモデル４００では、連通孔５６の流路抵抗は無視できるとして、矩形管４１０の出口部４１２には、造形材料が吐出されるノズル部４２０が直結されている。ノズル部４２０内の流路抵抗は、矩形管４１０内の流路抵抗Ｒよりも大きい。
【００３１】
このモデル４００では、矩形管４１０の底面であるバレル部４１３が、矩形管４１０の入口部４１１から出口部４１２に向かって一定の速度ｖで移動することによって、実際の吐出ユニット１００におけるフラットスクリュー４０とバレル５０との相対的な移動が表されている。速度ｖは、回転するフラットスクリュー４０の角速度と、溝部４２の断面の幅方向における中心からフラットスクリュー４０の中心軸ＡＸまでの距離の平均値とを用いて設定される。
【００３２】
図７は、図６における矩形管４１０のVII−VII線断面図である。矩形管４１０は、幅ａ、高さｂを有している。矩形管４１０の幅ａは、溝部４２の幅と同じである。矩形管４１０の高さｂは、溝部４２とバレル５０とによって囲まれる空間の高さと同じである。
【００３３】
図８から図１０は、上述したモデル４００における矩形管４１０内の造形材料の流れを示す説明図である。図８から図１０には、矩形管４１０の幅方向から見た、矩形管４１０内の造形材料の流量の分布を表している。このモデル４００では、造形材料の流量は、矩形管４１０の幅方向について一様である。
【００３４】
図８は、矩形管４１０内の造形材料の流れを示す第１の説明図である。バレル部４１３が速度ｖで移動することによって、矩形管４１０内の造形材料には、せん断流れが発生する。このせん断流れによって、入口部４１１から出口部４１２へと向かって、矩形管４１０内を造形材料が輸送される。バレル部４１３の移動によって矩形管４１０内を輸送される造形材料の流量を輸送量Ｑｗａｌｌと呼ぶ。
【００３５】
図９は、矩形管４１０内の造形材料の流れを示す第２の説明図である。ノズル部４２０の流路抵抗が矩形管４１０内の流路抵抗Ｒよりも大きいため、矩形管４１０内を造形材料が輸送されるにつれて、矩形管４１０内の出口部４１２における造形材料の圧力である背圧が上昇する。背圧が上昇して入口部４１１と出口部４１２との間に差圧ΔＰが生じることによって、輸送された造形材料の一部が、出口部４１２側から入口部４１１側に向かって矩形管４１０内を逆流する。矩形管４１０内を逆流する造形材料の流量を逆流量Ｑｒｅｖと呼ぶ。
【００３６】
図１０は、矩形管４１０内の造形材料の流れを示す第３の説明図である。さらに背圧が上昇すると、入口部４１１と出口部４１２との間の差圧ΔＰがさらに大きくなるため、矩形管４１０内の逆流量Ｑｒｅｖは増加する。
【００３７】
輸送量Ｑｗａｌｌは、下式（１）によって表される。
Ｑｗａｌｌ＝１／２×ａ×ｂ×ｖ  ・・・（１）
逆流量Ｑｒｅｖは、矩形管４１０内からノズル部４２０へと流出する造形材料の流量である流出量Ｑｏｕｔを用いて、下式（２）によって表される。
Ｑｒｅｖ＝Ｑｗａｌｌ−Ｑｏｕｔ  ・・・（２）
矩形管４１０内の流路抵抗Ｒは、造形材料の粘度μと、矩形管４１０の長さＬと、矩形管４１０の幅ａと、矩形管４１０の高さｂとを用いて、下式（３Ａ）および下式（３Ｂ）によって表される。
Ｒ＝６４×μ×Ｌ／（ａ×ｂ３×Ｘ）  ・・・（３Ａ）
Ｘ＝１６／３−（１０２４／π５）×（ｂ／ａ）×［ｔａｎｈ｛π×ａ／（２×ｂ）｝＋１／３５×ｔａｎｈ｛３×π×ａ／（２×ｂ）｝］  ・・・（３Ｂ）
入口部４１１と出口部４１２との差圧ΔＰは、下式（４）によって表される。
ΔＰ＝Ｒ×Ｑｒｅｖ  ・・・（４）
【００３８】
上式（３Ａ）および上式（３Ｂ）より、矩形管４１０の長さＬが長いほど、流路抵抗Ｒは大きい。矩形管４１０の高さｂが小さいほど、流路抵抗Ｒは大きい。矩形管４１０のアスペクト比ｂ／ａが小さいほど、流路抵抗Ｒは大きい。換言すれば、矩形管４１０が扁平であるほど、流路抵抗Ｒは大きい。また、上式（４）より、矩形管４１０内の流路抵抗Ｒが大きいほど、矩形管４１０内の出口部４１２における背圧は高い。
【００３９】
したがって、実際の吐出ユニット１００において、溝部４２の流路抵抗が高くなるほど、連通孔５６内の造形材料の圧力は大きくなる。連通孔５６内の造形材料の圧力が大きくなるほど、ノズル６０から吐出される造形材料の吐出量は増加する。
【００４０】
図５を用いて説明したとおり、本実施形態では、第１吐出ユニット１００ａのフラットスクリュー４０ａにおける溝部４２ａのアスペクト比ｂ１／ａ１の方が、第２吐出ユニット１００ｂのフラットスクリュー４０ｂにおける溝部４２ｂのアスペクト比ｂ２／ａ２よりも小さく設定されている。また、第１吐出ユニット１００ａのフラットスクリュー４０ａにおける溝部４２ａの容積Ｖ１の方が、第２吐出ユニット１００ｂのフラットスクリュー４０ｂにおける溝部４２ｂの容積Ｖ２よりも小さく設定されている。そのため、第１ノズル６０ａから造形材料を吐出させる場合に第１連通孔５６ａ内の造形材料に働く圧力は、第２ノズル６０ｂから造形材料を吐出させる際の第２連通孔５６ｂ内の造形材料に働く圧力よりも大きくなる。
【００４１】
以上で説明した本実施形態の三次元造形装置５によれば、第１吐出ユニット１００ａの第１連通孔５６ａ内における造形材料の圧力は、第２吐出ユニット１００ｂの第２連通孔５６ｂ内における造形材料の圧力よりも大きい。そのため、小径の第１ノズル６０ａからの造形材料の吐出量が、大径の第２ノズル６０ｂからの造形材料の吐出量よりも小さくなることを抑制できる。したがって、小径のノズルによって造形した場合であっても、ノズルからの吐出量の減少を抑制できるため、小径のノズルを用いた三次元造形装置における生産性の向上を図ることができる。
【００４２】
また、本実施形態では、第１材料溶融部９０ａおよび第２材料溶融部９０ｂは、扁平なフラットスクリュー４０によって材料を溶融させて造形材料を生成する。そのため、第１材料溶融部９０ａおよび第２材料溶融部９０ｂが長尺なスクリューによって材料を溶融させて造形材料を生成する形態よりも、第１吐出ユニット１００ａおよび第２吐出ユニット１００ｂを小型化できる。
【００４３】
また、本実施形態では、小径の第１ノズル６０ａを有する第１吐出ユニット１００ａのフラットスクリュー４０ｂにおける溝部４２ａの容積Ｖ１の方が、大径の第２ノズル６０ｂを有する第２吐出ユニット１００ｂのフラットスクリュー４０ｂにおける溝部４２ｂの容積Ｖ２よりも小さい。つまり、フラットスクリュー４０ｂの体積の方が、フラットスクリュー４０ａの体積よりも小さい。そのため、第２吐出ユニット１００ｂに、第１吐出ユニット１００ａと同じフラットスクリュー４０を用いた形態よりも、第２吐出ユニット１００ｂを軽量化できる。
【００４４】
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１００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。
【００４５】
主材料として熱可塑性を有する材料を用いる場合には、材料溶融部９０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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、材料溶融部９０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６０から吐出された後、温度の低下によって硬化する。
【００４８】
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６０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６０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６０の周囲にはヒーターが設けられてもよい。
【００４９】
吐出ユニット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、造形材料の生成の際に溶融する成分が混合されて、材料溶融部９０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。
【００５０】
吐出ユニット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、造形テーブル２２０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。
【００５１】
材料供給部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、材料溶融部９０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。
【００５２】
材料供給部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。
【００５３】
その他に、材料供給部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。
【００５４】
Ｂ．第２実施形態：
図１１は、第２実施形態の三次元造形装置５Ｂの概略構成を示す説明図である。本実施形態の三次元造形装置５Ｂは、第１ノズル６０ａ近傍に、第１ノズルヒーター６１ａを備えており、第２ノズル６０ｂの近傍に、第２ノズルヒーター６１ｂを備えていることが第１実施形態と異なる。第２実施形態における三次元造形装置５Ｂのその他の構成は、特に説明しない限り第１実施形態と同じである。
【００５５】
第１ノズルヒーター６１ａは、制御部３００の制御下において、第１ノズル６０ａ内の造形材料を調温する。第２ノズルヒーター６１ｂは、制御部３００の制御下において、第２ノズル６０ｂ内の造形材料を調温する。本実施形態では、第１ノズル６０ａ内の造形材料の温度が、第２ノズル６０ｂ内の造形材料の温度よりも高くなるように、第１ノズルヒーター６１ａと第２ノズルヒーター６１ｂとが制御される。
【００５６】
以上で説明した本実施形態の三次元造形装置５Ｂによれば、第１ノズルヒーター６１ａによって、小径の第１ノズル６０ａ内の造形材料の温度が、大径の第２ノズル６０ｂ内の造形材料の温度よりも高くされることによって、第１ノズル６０ａ内の造形材料の流動性が、第２ノズル６０ｂ内の造形材料の流動性よりも高くされている。そのため、小径の第１ノズル６０ａからの造形材料の吐出量が、大径の第２ノズル６０ｂからの造形材料の吐出量よりも小さくなることを抑制できる。
【００５７】
Ｃ．第３実施形態：
図１２は、第３実施形態の吐出ユニット１００の概略構成を示す説明図である。本実施形態の三次元造形装置５Ｃは、第１吐出ユニット１００ａの第１材料溶融部９０ａと、第２吐出ユニット１００ｂの第２材料溶融部９０ｂとの構成が第１実施形態と異なる。第３実施形態における三次元造形装置５Ｃのその他の構成は、特に説明しない限り第１実施形態と同じである。
【００５８】
本実施形態の材料溶融部９０は、フラットスクリュー４０ではなく、インラインスクリュー１４０を備えている。インラインスクリュー１４０は、中心軸ＡＸを有する長尺のスクリューである。インラインスクリュー１４０は、溝部１４２を備えている。インラインスクリュー１４０は、長手方向における一方の端部に接続された駆動モーター３０によって回転させられる。
【００５９】
本実施形態のバレル５０は、インラインスクリュー１４０の外周を覆うように、円筒状の形態を有している。バレル５０は、円筒の側面に、インラインスクリュー１４０に対向するスクリュー対向面５２を有している。円筒状のバレル５０の底面には、インラインスクリュー１４０の中心軸ＡＸ上に、連通孔５６が設けられている。
【００６０】
回転しているインラインスクリュー１４０の溝部１４２と、バレル５０のスクリュー対向面５２との間に供給された材料は、インラインスクリュー１４０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。造形材料は、インラインスクリュー１４０の回転によって、バレル５０に設けられた連通孔５６へと、溝部１４２に沿って輸送される。
【００６１】
本実施形態では、第１材料溶融部９０ａのインラインスクリュー１４０ａの回転数が、第２材料溶融部９０ｂのインラインスクリュー１４０ｂの回転数よりも高くなるように、駆動モーター３０ａおよび駆動モーター３０ｂが制御される。
【００６２】
以上で説明した本実施形態の三次元造形装置５Ｃによれば、第１吐出ユニット１００ａのインラインスクリュー１４０ａの溝部１４２ａ内を輸送される造形材料の輸送量が、第２吐出ユニット１００ｂのインラインスクリュー１４０ｂの溝部１４２ｂ内を輸送される造形材料の輸送量よりも多くなることによって、溝部１４２ａ内の背圧が、溝部１４２ｂ内の背圧よりも高くなる。そのため、第１連通孔５６ａの圧力が、第２連通孔５６ｂ内の圧力よりも大きくなり、小径の第１ノズル６０ａからの造形材料の吐出量が、大径の第２ノズル６０ｂからの造形材料の吐出量よりも小さくなることを抑制できる。
【００６３】
尚、本実施形態と、第２実施形態とを組み合わせてもよい。つまり、本実施形態の三次元造形装置５Ｃにおいて、図１１に示したように、第１ノズル６０ａ近傍に第１ノズルヒーター６１ａを備え、第２ノズル６０ｂ近傍に第２ノズルヒーター６１ｂを備えてもよい。
【００６４】
Ｄ．他の実施形態：
（Ｄ１）上述した第１実施形態の三次元造形装置５および第２実施形態の三次元造形装置５Ｂにおいて、第１吐出ユニット１００ａのフラットスクリュー４０ａの回転数は、第２吐出ユニット１００ｂのフラットスクリュー４０ｂの回転数と同じである。これに対して、第１吐出ユニット１００ａのフラットスクリュー４０ａの回転数は、第２吐出ユニット１００ｂのフラットスクリュー４０ｂの回転数よりも高くてもよい。この場合、第１吐出ユニット１００ａのフラットスクリュー４０ａの溝部４２ａ内を輸送される造形材料の輸送量が多くなることによって、溝部４２ａ内の背圧が高くなる。そのため、第１連通孔５６ａの圧力を大きくすることができる。
【００６５】
（Ｄ２）上述した第１実施形態の三次元造形装置５および第２実施形態の三次元造形装置５Ｂにおいて、第１吐出ユニット１００ａのフラットスクリュー４０ａの溝部４２ａの長さＬ１は、第２吐出ユニット１００ｂのフラットスクリュー４０ｂの溝部４２ｂの長さＬ２と同じである。これに対して、第１吐出ユニット１００ａのフラットスクリュー４０ａの溝部４２ａの長さＬ１は、第２吐出ユニット１００ｂのフラットスクリュー４０ｂの溝部４２ｂの長さＬ２よりも長くてもよい。この場合、第１吐出ユニット１００ａのフラットスクリュー４０ａの溝部４２内の流路抵抗が大きくなることによって、溝部４２ａ内の背圧が高くなる。そのため、第１連通孔５６ａの圧力を大きくすることができる。さらに、第１吐出ユニット１００ａのフラットスクリュー４０ａの回転数を、第２吐出ユニット１００ｂのフラットスクリュー４０ｂの回転数よりも高くしてもよい。
【００６６】
（Ｄ３）上述した第１実施形態の三次元造形装置５および第２実施形態の三次元造形装置５Ｂにおいて、フラットスクリュー４０ａにおける溝部４２ａ内の造形材料の温度は、フラットスクリュー４０ｂにおける溝部４２ｂ内の造形材料の温度と同じである。これに対して、フラットスクリュー４０ａにおける溝部４２ａ内の造形材料の温度は、フラットスクリュー４０ｂにおける溝部４２ｂ内の造形材料の温度よりも低くてもよい。この場合、第１吐出ユニット１００ａのフラットスクリュー４０ａの溝部４２内の造形材料の流動性が低くなることによって、溝部４２ａ内の背圧が高くなる。そのため、第１連通孔５６ａの圧力を大きくすることができる。さらに、第１吐出ユニット１００ａのフラットスクリュー４０ａの回転数を、第２吐出ユニット１００ｂのフラットスクリュー４０ｂの回転数よりも高くしてもよい。また、第１吐出ユニット１００ａのフラットスクリュー４０ａの回転数を、第２吐出ユニット１００ｂのフラットスクリュー４０ｂの回転数よりも高くするとともに、フラットスクリュー４０ａにおける溝部４２ａ内の造形材料の温度は、フラットスクリュー４０ｂにおける溝部４２ｂ内の造形材料の温度よりも低くしてもよい。
【００６７】
（Ｄ４）上述した第１実施形態の三次元造形装置５および第２実施形態の三次元造形装置５Ｂにおいて、フラットスクリュー４０は、溝形成面４１に１条の溝部４２を有している。これに対して、フラットスクリュー４０は、溝形成面４１に複数条の溝部４２を有してもよい。
【００６８】
（Ｄ５）上述した各実施形態の三次元造形装置５は、第１吐出ユニット１００ａと第２吐出ユニット１００ｂとを備えている。これに対して、三次元造形装置５は、材料を溶融させて造形材料とする第１材料溶融部９０ａと、第１材料溶融部９０ａに第１連通孔５６ａを介して連通し、第１材料溶融部９０ａから供給された造形材料が吐出される第１ノズル６０ａと、材料を溶融させて造形材料とする第２材料溶融部９０ｂと、第２材料溶融部９０ｂに第２連通孔５６ｂを介して連通し、第２材料溶融部９０ｂから供給された造形材料が吐出される第２ノズル６０ｂとを有する１つの吐出ユニットを備えてもよい。
【００６９】
（Ｄ６）上述した各実施形態の三次元造形装置５は、第１吐出ユニット１００ａと第２吐出ユニット１００ｂとを備えている。これに対して、三次元造形装置５は、さらに、材料を溶融させて造形材料とする第３材料溶融部、および、第３材料溶融部に第３連通孔を介して連通し、第３材料溶融部から供給された造形材料が吐出される第３ノズルを有する第３吐出ユニットを備えてもよい。第３ノズルのノズル径が、第１ノズル６０ａのノズル径Ｄｎ１よりも小さい場合、第３材料溶融部のフラットスクリューの溝部の背圧が、第１材料溶融部９０ａのフラットスクリュー４０ａの溝部４２ａの背圧よりも高くなるように、第３材料溶融部のフラットスクリューの溝部の長さや、溝部の断面形状を設定することによって、小径の第３ノズルからの吐出量が、第３ノズルよりも大径の第１ノズル６０ａからの吐出量よりも小さくなることを抑制できる。
【００７０】
Ｅ．他の形態：
本発明は、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、本発明は、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。
【００７１】
（１）本発明の一形態によれば、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とする第１材料溶融部、および、前記第１材料溶融部に第１連通孔を介して連通し、前記第１材料溶融部から供給された前記造形材料を吐出する第１ノズルを有する第１吐出ユニットと、材料を溶融させて造形材料とする第２材料溶融部、および、前記第２材料溶融部に第２連通孔を介して連通し、前記第２材料溶融部から供給された前記造形材料を吐出する第２ノズルを有する第２吐出ユニットと、前記第１吐出ユニットおよび前記第２吐出ユニットを制御して、三次元造形物を造形する制御部と、を備える。前記第１ノズルのノズル径は、前記第２ノズルのノズル径よりも小さく、前記制御部は、前記三次元造形物を造形する場合に、前記第１吐出ユニットおよび前記第２吐出ユニットを制御することによって、前記第１連通孔内の前記造形材料の圧力を、前記第２連通孔内の前記造形材料の圧力よりも大きくする。
この形態の三次元造形装置によれば、小径の第１ノズルから吐出される造形材料の流量が、大径の第２ノズルから吐出される造形材料の流量よりも小さくなることを抑制できる。そのため、小径のノズルによって造形した場合であっても、ノズルからの吐出量の減少を抑制できるため、小径のノズルを用いた三次元造形装置における生産性の向上を図ることができる。
【００７２】
（２）上記形態の三次元造形装置において、前記第１材料溶融部および前記第２材料溶融部は、それぞれ、スクリューを有し、回転する前記スクリューによって材料を溶融させて造形材料とし、前記制御部は、前記第１材料溶融部および前記第２材料溶融部を制御することによって、材料を溶融させる際の前記第１材料溶融部の前記スクリューの回転数を、材料を溶融させる際の前記第２材料溶融部の前記スクリューの回転数よりも高くしてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、スクリューの回転によって、第１連通孔内の造形材料の圧力を、第２連通孔内の造形材料の圧力よりも大きくすることができるため、小径の第１ノズルから吐出される造形材料の流量が、大径の第２ノズルから吐出される造形材料の流量よりも小さくなることを抑制できる。
【００７３】
（３）上記形態の三次元造形装置において、前記第１ノズルおよび前記第２ノズルは、ぞれぞれ、第１ヒーターを有し、前記制御部は、前記第１ノズルの前記第１ヒーターおよび前記第２ノズルの前記第１ヒーターを制御することによって、前記第１ノズル内の前記造形材料の温度を、前記第２ノズル内の前記造形材料の温度よりも高くしてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、第１ノズル内の造形材料の流動性を、第２ノズル内の造形材料の流動性よりも高くすることができる。そのため、小径の第１ノズルから吐出される造形材料の流量が、大径の第２ノズルから吐出される造形材料の流量よりも小さくなることを抑制できる。
【００７４】
（４）上記形態の三次元造形装置において、前記第１材料溶融部および前記第２材料溶融部は、それぞれ、スクリューを有し、回転する前記スクリューによって材料を溶融させて造形材料とし、前記第１材料溶融部の前記スクリューは、渦状の溝部が形成され、中心に前記第１連通孔が形成されたバレルと対面する溝形成面を有し、前記第２材料溶融部の前記スクリューは、渦状の溝部が形成され、中心に前記第２連通孔が形成されたバレルと対面する溝形成面を有してもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、第１材料溶融部および第２材料溶融部が長尺なスクリューを備える形態よりも、第１材料溶融部および第２材料溶融部を小型化できる。そのため、吐出ユニットを小型化できる。
【００７５】
（５）上記形態の三次元造形装置において、前記第１材料溶融部の前記スクリューの前記溝部の容積は、前記第２材料溶融部の前記スクリューの前記溝部の容積よりも小さくてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、第１材料溶融部のスクリューの溝部の流路抵抗が、第２材料溶融部のスクリューの溝部の流路抵抗よりも大きくなる。そのため、第１連通孔内の造形材料の圧力を、第２連通孔内の造形材料の圧力よりも大きくできる。
【００７６】
（６）上記形態の三次元造形装置において、前記第１材料溶融部の前記スクリューが有する前記溝部の断面における前記溝部の幅に対する前記溝部の深さの比であるアスペクト比は、前記第２材料溶融部の前記スクリューが有する前記溝部の断面における前記溝部の幅に対する前記溝部の深さの比であるアスペクト比よりも小さくてもよい。
この形態の三次元造形装置によっても、第１材料溶融部のスクリューの溝部の流路抵抗を、第２材料溶融部のスクリューの溝部の流路抵抗よりも大きくできる。
【００７７】
（７）上記形態の三次元造形装置において、前記第１材料溶融部の前記スクリューの前記溝部の長さは、前記第２材料溶融部の前記スクリューの前記溝部の長さよりも長くてもよい。
この形態の三次元造形装置によっても、第１材料溶融部のスクリューの溝部の流路抵抗を、第２材料溶融部のスクリューの溝部の流路抵抗よりも大きくできる。
【００７８】
（８）上記形態の三次元造形装置において、前記第１材料溶融部および前記第２材料溶融部は、それぞれ、第２ヒーターを有し、前記制御部は、前記第１材料溶融部の前記第２ヒーターおよび前記第２材料溶融部の前記第２ヒーターを制御することによって、前記第１材料溶融部の前記スクリューにおける前記溝部内の前記造形材料の温度を、前記第２材料溶融部の前記スクリューにおける前記溝部内の前記造形材料の温度よりも低くてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、第１材料溶融部のスクリューの溝部内の造形材料の流動性が、第２材料溶融部のスクリューの溝部内の造形材料の流動性よりも低くなる。そのため、第１連通孔内の造形材料の圧力を、第２連通孔内の造形材料の圧力よりも大きくできる。
【００７９】
本発明は、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、吐出ユニットや三次元造形方法、その制御方法を実現する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等の形態で実現することができる。
【符号の説明】
【００８０】
５，５Ｂ，５Ｃ…三次元造形装置、１０…スクリューケース、２０…材料供給部、２２…供給路、３０，３０ａ，３０ｂ…駆動モーター、４０，４０ａ，４０ｂ…フラットスクリュー、４１…溝形成面、４２，４２ａ，４２ｂ…溝部、４３…側面、４４…材料流入口、４６…中央部、５０…バレル、５２…スクリュー対向面、５４…案内溝、５６…連通孔、５６ａ…第１連通孔、５６ｂ…第２連通孔、５８…ヒーター、６０…ノズル、６０ａ…第１ノズル、６０ｂ…第２ノズル、６１ａ…第１ノズルヒーター、６１ｂ…第２ノズルヒーター、９０…材料溶融部、９０ａ…第１材料溶融部、９０ｂ…第２材料溶融部、１００…吐出ユニット、１００ａ…第１吐出ユニット、１００ｂ…第２吐出ユニット、１４０，１４０ａ，１４０ｂ…インラインスクリュー、１４２，１４２ａ，１４２ｂ…溝部、２１０…移動機構、２２０…造形テーブル、３００…制御部、４００…モデル、４１０…矩形管、４１１…入口部、４１２…出口部、４１３…バレル部、４２０…ノズル部。
【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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【図１２】
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