(57)【要約】【課題】積層物を成す材料とは異なる材料の異種材料部材がインサートされた成形品を得ることができる３次元プリンタによる成形品の製造方法を提供する。【解決手段】吐出手段から吐出した材料を受け部材上で積層させて積層物を得る第１積層工程Ｓ１と、第１積層工程Ｓ１で得られた積層物に対し、切削加工手段により切削加工して当該積層物の所定位置に凹部を形成する切削加工工程Ｓ２と、切削加工工程Ｓ２で形成された凹部に対し、吐出手段で吐出する材料とは異なる材料から成る異種材料部材を嵌入させる異種材料部材嵌入工程Ｓ３と、異種材料嵌入工程Ｓ３で異種材料部材が嵌入された積層物を加熱手段によって加熱する加熱工程Ｓ４と、加熱工程Ｓ４で加熱された積層物上に吐出手段から吐出した材料を積層させて異種材料部材がインサートされた成形品を得る第２積層工程Ｓ５とを有する。【選択図】図１
2020029066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の材料を吐出させ得る吐出手段と、
該吐出手段から吐出した材料を受け得る受け部材が取り付けられるとともに、当該受け部材の載置面上に材料を積層させ得るテーブルと、
前記吐出手段及びテーブルを互いに直交する方向であるＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対して相対的に移動可能な移動手段と、
前記移動手段を作動させることにより、前記吐出手段から吐出した材料を積層して前記受け部材上に所望形状の積層物を成形し得る制御手段と、
前記受け部材上の積層物を切削加工可能な刃具を具備し、前記受け部材上の積層物の任意部位を当該刃具にて切削加工可能な切削加工手段と、
前記受け部材上の積層物を加熱し、冷却固化した積層物に対し前記吐出手段からの所定の材料を更に積層可能とする加熱手段と、
を具備した３次元プリンタによる成形品の製造方法において、
前記吐出手段から吐出した材料を前記受け部材上で積層させて積層物を得る第１積層工程と、
前記第１積層工程で得られた積層物に対し、前記切削加工手段により切削加工して当該積層物の所定位置に凹部を形成する切削加工工程と、
前記切削加工工程で形成された凹部に対し、前記吐出手段で吐出する材料とは異なる材料から成る異種材料部材を嵌入させる異種材料部材嵌入工程と、
前記異種材料嵌入工程で前記異種材料部材が嵌入された積層物を前記加熱手段によって加熱する加熱工程と、
前記加熱工程で加熱された積層物上に前記吐出手段から吐出した材料を積層させて前記異種材料部材がインサートされた成形品を得る第２積層工程と、
を有することを特徴とする３次元プリンタによる成形品の製造方法。
【請求項２】
前記第１積層工程及び第２積層工程で積層させる材料は、所定の樹脂材料から成るとともに、前記異種材料部材は、所定の金属材料から成ることを特徴とする請求項１記載の３次元プリンタによる成形品の製造方法。
【請求項３】
前記第１積層工程又は第２積層工程で得られる積層物は、前記異種材料部材がインサートされた部位以外に所定形状の空間が形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の３次元プリンタによる成形品の製造方法。
【請求項４】
前記切削加工工程において、前記凹部とは異なる位置に凹形状を形成するとともに、前記第２積層工程において、前記吐出手段から吐出した材料を前記凹形状内に充填させることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の３次元プリンタによる成形品の製造方法。
【請求項５】
前記凹形状は、前記所定の材料の積層方向に対して傾斜した方向に延びる穴形状であることを特徴とする請求項４記載の３次元プリンタによる成形品の製造方法。
【請求項６】
前記第１積層工程で積層させる材料と第２積層工程で積層させる材料とが異なる材料であることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の３次元プリンタによる成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の材料を積層して所望形状の積層物を成形し得る３次元プリンタによる成形品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
３次元プリンタは、通常、溶融樹脂を吐出させ得るノズルと、ノズルから吐出した溶融樹脂を順次受けて上方に積層させ得るテーブルとを有し、ノズル及びテーブルを互いに直交する方向であるＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対して相対的に移動させることにより、テーブル上に所望形状の積層物を成形し得るよう構成されていた。さらに、テーブルをＢ軸回りに（テーブルの載置面に対して略平行な軸を中心として）揺動させてテーブル上の積層物を任意角度に傾斜させ、且つ、テーブルを回転させてテーブル上の積層物をＣ軸回りに（テーブルの載置面に対して略直交する軸を中心として）回転させてテーブル上の積層物を回転させてノズルから溶融樹脂を吐出させることにより、アンダーカット部を有する積層物を精度よく成形し得るものが提案されている。
【０００３】
しかるに、本出願人は、ノズルから溶融樹脂材料を吐出して積層物を成形する過程で、当該成形を一旦中断し、再びノズルから溶融樹脂材料を吐出して続きの積層を行う際、中断によって冷却固化した積層部を加熱して溶融させ、更なる積層を可能とする加熱手段を具備した３次元プリンタを提案している（例えば特許文献１参照）。かかる従来の３次元プリンタは、成形を中断して積層物が冷却固化した後、ノズルから再び溶融樹脂材料を吐出して積層を再開させる際、更に積層させるべき部位を加熱して溶融させ得るよう構成されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−６９５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の３次元プリンタによれば、従来の樹脂成形装置では成形するのが困難な形状（例えば、内部にハニカム形状等の複雑な空間が形成されたもの等）を得ることができるものの、近時においては、３次元プリンタを用いるが故に得られる更なる新しい成形品のニーズが高まりつつある。こうしたニーズが高まっていることを考慮し、本出願人は、３次元プリンタを用いて従来の加工装置では得ることが難しい成形品の製造を種々検討するに至った。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、積層物を成す材料とは異なる材料の異種材料部材がインサートされた成形品を得ることができる３次元プリンタによる成形品の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、所定の材料を吐出させ得る吐出手段と、該吐出手段から吐出した材料を受け得る受け部材が取り付けられるとともに、当該受け部材の載置面上に材料を積層させ得るテーブルと、前記吐出手段及びテーブルを互いに直交する方向であるＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対して相対的に移動可能な移動手段と、前記移動手段を作動させることにより、前記吐出手段から吐出した材料を積層して前記受け部材上に所望形状の積層物を成形し得る制御手段と、前記受け部材上の積層物を切削加工可能な刃具を具備し、前記受け部材上の積層物の任意部位を当該刃具にて切削加工可能な切削加工手段と、前記受け部材上の積層物を加熱し、冷却固化した積層物に対し前記吐出手段からの所定の材料を更に積層可能とする加熱手段とを具備した３次元プリンタによる成形品の製造方法において、前記吐出手段から吐出した材料を前記受け部材上で積層させて積層物を得る第１積層工程と、前記第１積層工程で得られた積層物に対し、前記切削加工手段により切削加工して当該積層物の所定位置に凹部を形成する切削加工工程と、前記切削加工工程で形成された凹部に対し、前記吐出手段で吐出する材料とは異なる材料から成る異種材料部材を嵌入させる異種材料部材嵌入工程と、前記異種材料嵌入工程で前記異種材料部材が嵌入された積層物を前記加熱手段によって加熱する加熱工程と、前記加熱工程で加熱された積層物上に前記吐出手段から吐出した材料を積層させて前記異種材料部材がインサートされた成形品を得る第２積層工程とを有することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の３次元プリンタによる成形品の製造方法において、前記第１積層工程及び第２積層工程で積層させる材料は、所定の樹脂材料から成るとともに、前記異種材料部材は、所定の金属材料から成ることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の３次元プリンタによる成形品の製造方法において、前記第１積層工程又は第２積層工程で得られる積層物は、前記異種材料部材がインサートされた部位以外に所定形状の空間が形成されたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか１つに記載の３次元プリンタによる成形品の製造方法において、前記切削加工工程において、前記凹部とは異なる位置に凹形状を形成するとともに、前記第２積層工程において、前記吐出手段から吐出した材料を前記凹形状内に充填させることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の３次元プリンタによる成形品の製造方法において、前記凹形状は、前記所定の材料の積層方向に対して傾斜した方向に延びる穴形状であることを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項４又は請求項５記載の３次元プリンタによる成形品の製造方法において、前記第１積層工程で積層させる材料と第２積層工程で積層させる材料とが異なる材料であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、第１積層工程、切削加工工程、異種材料部材嵌入工程、加熱工程及び第２積層工程を経ることにより、積層物を成す材料とは異なる材料の異種材料部材がインサートされた成形品を得ることができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、第１積層工程及び第２積層工程で積層させる材料は、所定の樹脂材料から成るとともに、異種材料部材は、所定の金属材料から成るので、金属製の異種材料部材がインサートされた樹脂成形品を容易且つ円滑に得ることができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、第１積層工程又は第２積層工程で得られる積層物は、異種材料部材がインサートされた部位以外に所定形状の空間が形成されたので、所定形状の空間によって軽量化を図ることができるとともに、空間をハニカム形状等の複雑な形状とすることにより強度の低下を抑制することができる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、切削加工工程において、凹部とは異なる位置に凹形状を形成するとともに、第２積層工程において、吐出手段から吐出した材料を凹形状内に充填させるので、第１積層工程で得られた積層物と第２積層工程で得られた積層物とを強固に接合して一体化させることができる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、凹形状は、所定の材料の積層方向に対して傾斜した方向に延びる穴形状であるので、当該穴形状に充填された材料によって第１積層工程で得られた積層物と第２積層工程で得られた積層物との間の抜け止めを図ることができ、これら第１積層工程で得られた積層物と第２積層工程で得られた積層物との接合をより強固にすることができる。
【００１８】
請求項６の発明によれば、第１積層工程で積層させる材料と第２積層工程で積層させる材料とが異なる材料であるので、第１積層工程で積層させる積層物と、第２積層工程で積層させる積層物と、異種材料部材とを互いに異なる材料とすることができ、互いに異なる３つの材料から成るインサート成形品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る３次元プリンタによる成形品の製造方法を示すフローチャート
【図２】同３次元プリンタによる成形品の製造方法を説明するための模式図
【図３】同３次元プリンタによる成形品の製造方法を説明するための模式図
【図４】同３次元プリンタによる成形品の製造方法を説明するための模式図
【図５】同３次元プリンタによる成形品の製造方法を説明するための模式図
【図６】本発明の第２の実施形態に係る３次元プリンタによる成形品の製造方法を説明するための模式図
【図７】同３次元プリンタによる成形品の製造方法を説明するための模式図
【図８】同３次元プリンタによる成形品の製造方法を説明するための模式図
【図９】同３次元プリンタによる成形品の製造方法を説明するための模式図
【図１０】同３次元プリンタによる成形品の製造方法を説明するための模式図
【図１１】同３次元プリンタによる成形品の製造方法を説明するための模式図
【図１２】同３次元プリンタによる成形品の製造方法を説明するための模式図
【図１３】同３次元プリンタによる成形品の製造方法を説明するための模式図
【図１４】同３次元プリンタによる成形品の製造方法を説明するための模式図
【図１５】同３次元プリンタによる成形品の製造方法を説明するための模式図
【図１６】本発明の第３の実施形態に係る３次元プリンタによる成形品の製造方法を説明するための模式図
【図１７】同３次元プリンタによる成形品の製造方法を説明するための模式図
【図１８】同３次元プリンタによる成形品の製造方法を説明するための模式図
【図１９】本発明の第４の実施形態に係る３次元プリンタによる成形品の製造方法を説明するための模式図
【図２０】同３次元プリンタによる成形品の製造方法を説明するための模式図
【図２１】同３次元プリンタによる成形品の製造方法を説明するための模式図
【図２２】本発明の実施形態に適用される３次元プリンタの内部構成を示す正面図
【図２３】同３次元プリンタの内部構成を示す上面図
【図２４】同３次元プリンタの内部構成を示す側面図
【図２５】同３次元プリンタの内部構成を示す斜視図
【図２６】同３次元プリンタにおける吐出手段及び刃具を示す正面図及び側面図
【図２７】同３次元プリンタにおける吐出手段及び刃具を示す斜視図
【図２８】同３次元プリンタにおけるテーブル及びその保持手段を示す平面図及び側面図
【図２９】同３次元プリンタにおけるテーブル及びその保持手段を示す平面図及び側面図であて、テーブルに受け部材を取り付けた状態を示す図
【図３０】同３次元プリンタにおけるテーブル及びその保持手段の内部構成を示す正面図
【図３１】同３次元プリンタにおけるテーブルに取り付けられるサブテーブルの構成を示す模式図
【図３２】同３次元プリンタにおける加熱手段（収容手段の移動前及びテーブルの揺動前）を示す側面図
【図３３】同３次元プリンタにおける加熱手段を示す正面図
【図３４】同３次元プリンタにおける加熱手段を示す斜視図
【図３５】同３次元プリンタにおける加熱手段（収容手段の移動前及びテーブルの揺動後）を示す側面図
【図３６】同３次元プリンタにおける加熱手段（収容手段の移動後及びテーブルの揺動後）を示す側面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に適用される３次元プリンタは、所定の樹脂材料を積層して所望形状の積層物（ワーク）を成形し得るもので、図２２〜２５に示すように、吐出手段２と、テーブル３と、移動手段としてのＸ軸用移動手段４、Ｙ軸用移動手段５及びＺ軸用移動手段６と、Ｂ軸揺動手段７と、Ｃ軸回転手段８と、制御手段９と、加熱手段１０と、刃具１１及び主軸Ｓを有した切削加工手段とを主に有して構成されている。
【００２１】
本実施形態に係る３次元プリンタ１は、その内部に収容可能な空間が形成される筐体Ｋを有しており、当該筐体Ｋの収容空間に上記の構成要素が収容される（図２２〜２５参照）とともに、正面側には閉塞又は開放可能な開閉扉が形成されており、当該開閉扉を開放させることによって、内部の構成要素の設定や得られた積層物（ワーク）の取り出し等を行わせ得るようになっている。
【００２２】
吐出手段２は、筐体Ｋ内の収容空間における上部に取り付けられたもので、溶融した所定の樹脂材料をテーブル３の載置面３ａに向かって吐出させ得るよう構成されている。具体的には、吐出手段２は、図２６、２７に示すように、溶融材料を吐出させるノズル部２ａと、線状（紐状）に成形された固形の樹脂材料を溶融するための溶融部２ｂと、線状に成形された固形の樹脂材料をノズル部２ａ及び溶融部２ｂに向かって順次送り込む圧送部２ｃとを有している。
【００２３】
すなわち、線状に成形された固形の樹脂材料は、圧送部２ｃにて順次溶融部２ｂに圧送されて溶融状態とされ、ノズル部２ａによってテーブル３の載置面３ａに向かって吐出されるのである。本実施形態に係る吐出手段２は、線状に成形された固形の樹脂材料が巻かれた追従リールＥを有しており、吐出手段２の移動に伴って追従リールＥを追従させるとともに、当該追従リールＥに巻かれた固形の樹脂材料が必要量だけノズル部２ａに供給されるよう構成されている。なお、本実施形態においては、追従リールＲに加え、線状に成形された他の径の固形の樹脂材料を巻くための複数のリールＲが筐体Ｋの上部に配設されている。
【００２４】
テーブル３は、図２８〜３０に示すように、吐出手段２のノズル部２ａから吐出した材料を受け得る受け部材１４が取り付けられるとともに、当該受け部材１４の載置面１４ａ上に材料を積層させ得るよう構成されている。また、テーブル３は、保持手段１２にて保持されるとともに、当該保持手段１２には、Ｂ軸αを中心としてテーブル３を揺動可能とするＢ軸揺動手段７と、Ｃ軸βを中心としてテーブル３を回転可能とするＣ軸回転手段８とが配設されている。
【００２５】
すなわち、図３０に示すように、モータＭ２及び減速機Ｇ２にてＢ軸揺動手段７が構成されており、モータＭ２を駆動させることにより、Ｂ軸αを中心としてテーブル３が保持手段１２に対して揺動するとともに、モータＭ１及び減速機Ｇ１にてＣ軸回転手段８が構成されており、モータＭ１を駆動させることにより、Ｃ軸βを中心としてテーブル３が保持手段１２に対して回転するよう構成されている。
【００２６】
ここで、Ｂ軸αとは、図３２で示す状態（受け部材１４の載置面１４ａが上方を向いた状態である通常の加工状態）において、載置面１４ａに対して略平行な方向（Ｙ軸方向）であるとともに、Ｃ軸βとは、載置面１４ａに対して略直交する方向（Ｚ軸方向）である。Ｂ軸αをＹ軸方向に代えてＸ軸方向としてもよい。なお、３次元プリンタ１が設置された空間において、互いに直交する方向をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向と称するものとする。
【００２７】
一方、保持手段１２は、図２８、２９に示すように、左右一対の突出部１２ａ、１２ｂを有しており、それら突出部１２ａ、１２ｂの間にテーブル３が回転自在に取り付けられている。すなわち、テーブル３は、保持手段１２に対して突出部１２ａ、１２ｂにて両持ちで支持されているのである。また、保持手段１２は、図２２〜２４に示すように、Ｚ軸用移動手段６に対して片持ちで支持されており、受け部材１４上の積層物の重量で保持手段１２が撓む方向（図２８中矢印γで示す方向）とＢ軸揺動手段７でテーブル３を揺動させる方向（Ｂ軸αを中心とした揺動方向）とが合致するようになっている。
【００２８】
受け部材１４は、図３１に示すように、テーブル３に対してボルト等の締結手段によって固定され、吐出手段２（ノズル部２ａ）から吐出した材料を載置面１４ａにて受けて積層させ得るもので、Ｂ軸揺動手段７によってテーブル３と共に揺動し、Ｃ軸回転手段８によってテーブル３と共に回転し得るよう構成されている。また、受け部材１４には、ヒータｈが取り付けられており、載置面１４ａ上に予め取り付けられた固着材料（吐出手段２から吐出される樹脂材料と同一種類の樹脂材料から成る固形材料）をヒータｈからの熱で溶融し得るようになっている。しかして、吐出手段２から吐出された材料は、固着材料上で積層されて任意形状の積層物が形成されるようになっている。
【００２９】
移動手段は、吐出手段２及びテーブル３をＸ軸方向に対して相対的に移動可能なもので、本実施形態においては、Ｘ軸用移動手段４、Ｙ軸用移動手段５及びＺ軸用移動手段６とで構成されている。このうち、Ｘ軸用移動手段４及びＹ軸用移動手段５は、筐体Ｋの上部に位置するフレームＦ２に取り付けられており、吐出手段２及び後述する刃具１１をＸ方向及びＹ方向に移動可能とするとともに、Ｚ軸用移動手段６は、筐体Ｋの側部に位置するフレームＦ１に取り付けられており、保持手段１２をＺ方向に移動可能とするものである。
【００３０】
具体的には、Ｘ軸用移動手段４は、図２２、２４に示すように、モータｍ１等のアクチュエータの駆動で回転するボールネジＮ１と、ボールネジＮ１の回転によってレールＬ１に沿って摺動するスライド部材Ｔ１とを有して構成されている。また、Ｙ軸用移動手段５は、同図に示すように、モータｍ２等のアクチュエータの駆動で回転するボールネジＮ２と、ボールネジＮ２の回転によってレールＬ２に沿って摺動するスライド部材Ｔ２とを有して構成されている。
【００３１】
レールＬ１は、筐体ＫのフレームＦ２においてＸ軸方向に延設されており、ボールネジＮ１の回転によってスライド部材Ｔ１をレールＬ１に沿ってＸ軸方向に移動可能とされるとともに、レールＬ２は、スライド部材Ｔ１においてＹ軸方向に延設されており、ボールネジＮ２の回転によってスライド部材Ｔ２をレールＬ２に沿ってＹ軸方向に移動可能とされている。また、スライド部材Ｔ２には、吐出手段２及び刃具１１が取り付けられた取付部材Ｂ１が固定されており、ボールネジＮ１を回転駆動させることにより、吐出手段２及び刃具１１をＸ軸方向に移動させるとともに、ボールネジＮ２を回転駆動させることにより、吐出手段２及び刃具１１をＹ軸方向に移動させ得るようになっている。
【００３２】
さらに、Ｚ軸用移動手段６は、図２２、２３に示すように、モータｍ３等のアクチュエータの駆動で回転するボールネジＮ３によって取付部材Ｂ２を上下に移動させ得るよう構成されており、当該取付部材Ｂ２に保持手段１２が固定されている。これにより、モータｍ３を駆動させることにより、保持手段１２がテーブル３及び受け部材１４と共に上下方向（Ｚ方向）に移動し得るよう構成されている。
【００３３】
制御手段９は、筐体Ｋの隣接位置に設置された制御盤収容部Ｕ内における例えば所定のプログラムを内蔵したマイコン等から成るもので、移動手段（Ｘ軸用移動手段４、Ｙ軸用移動手段５及びＺ軸用移動手段６）、Ｂ軸揺動手段７及びＣ軸回転手段８を任意選択的に作動させることにより、吐出手段２のノズル部２ａから吐出した樹脂材料を受け部材１４上に積層して所望形状の積層物を成形し得るものである。すなわち、制御手段９による指示によって、移動手段（Ｘ軸用移動手段４、Ｙ軸用移動手段５及びＺ軸用移動手段６）、Ｂ軸揺動手段７及びＣ軸回転手段８を任意選択的に作動させ、吐出手段２及びテーブル３を相対的に移動させることにより、受け部材１４上に所望形状の積層物を成形させることができるのである。
【００３４】
特に、Ｂ軸揺動手段７及びＣ軸回転手段８を任意選択的に作動させることにより、積層物を所定角度だけ傾斜させて回転させつつ樹脂材料を積層させることができるので、上方に向かって幅広となる部位（アンダーカット部）を有する積層物を成形する場合であっても、当該アンダーカット部の成形時、溶融樹脂が重力にて下方に垂れ下がってしまうのを防止でき、製品として不要なサポート構造（支持構造）の成形を不要とすることができる。
【００３５】
さらに、本実施形態に係る取付部材Ｂ１には、図２６、２７に示すように、吐出手段２と共に切削加工手段を構成する主軸（スピンドル）Ｓが取り付けられている。かかる主軸Ｓには、受け部材１４上の積層物を切削可能な刃具（バイト）１１が取り付け可能とされており、当該主軸Ｓを駆動させることにより刃具１１が回転して所定の切削加工が行われるようになっている。
【００３６】
また、筐体Ｋ内には、図２２、２３、２５等に示すように、オートツールチェンジャ（ＡＴＣ）のマガジン１５が配設されている。かかるマガジン１５には、主軸Ｓに取り付け可能な複数種類の刃具１１が収容されており、積層物を切削加工する際は、移動手段を任意選択的に作動させて、取付部材Ｂ１の主軸Ｓをマガジン１５の位置まで移動させ、自動的に当該主軸Ｓに所望の刃具１１を取り付けることが可能とされている。
【００３７】
加熱手段１０は、吐出手段２のノズル部２ａから溶融樹脂材料を吐出して積層物を成形する過程で、例えば刃具１１による切削加工のために当該成形を一旦中断し、再びノズルから溶融樹脂材料を吐出して続きの積層を行う際、中断によって冷却固化した積層物を加熱して溶融させ、更なる積層を可能とするものである。ここで、本実施形態に係る加熱手段１０は、図３２〜３６に示すように、受け部材１４上の積層物を収容可能な箱形の収容手段１０ａと、当該収容手段１０ａに収容された積層物を加熱可能なヒータ１０ｂとを有して構成されている。
【００３８】
具体的には、収容手段１０ａは、開口Ａにて内部の収容空間を側方に臨ませた箱形の部材から成り、開口Ａから積層物を挿通させて内部の収容空間に収容可能とされるとともに、通電によって発熱することにより内部の収容空間を加熱するためのヒータ１０ｂが取り付けられている。これにより、収容手段１０ａの内部に受け部材１４上の積層物を収容するとともに、その収容された積層物をヒータ１０ｂによる発熱で加熱することができる。
【００３９】
また、本実施形態に係る加熱手段１０は、図３２〜３６に示すように、駆動機構Ｐによって移動可能とされている。かかる駆動機構Ｐは、シリンダＳ１等のアクチュエータにて移動可能なピニオンＰ１と、収容手段１０ａと連結された移動部材Ｈ１に取り付けられてピニオンＰ１の上部で噛み合ったラックＰ２と、固定部材Ｈ２に取り付けられてピニオンＰ１の下部にて噛み合ったラックＰ３とを有して構成されている。そして、シリンダＳを駆動させてピニオンＰ１が回転しつつ移動することにより、収容手段１０ａが待機位置（図３２、３５参照）から収容位置（図３６参照）まで移動し得るようになっている。
【００４０】
さらに、本実施形態に係る加熱手段１０は、図２５、３２、３５、３６等に示すように、筐体Ｋに設置（本実施形態においてはマガジン１５と隣接した位置に設置）されたカバー部材１３内に配設されており、駆動機構Ｐを駆動させることにより、カバー部材１３の所定位置に形成された開口部１３ａを介して、収容手段１０ａがカバー部材１３の内部の待機位置とカバー部材１３の外部の収容位置との間を移動し得るようになっている。
【００４１】
しかるに、本実施形態においては、図３２に示すように、加熱手段１０の収容手段１０ａが開口する方向にテーブル３（及び受け部材１４）が配設されるとともに、図３５に示すように、Ｂ軸揺動手段７でテーブル３を略９０度だけ揺動させて受け部材１４上の積層物を収容手段１０の開口Ａと対峙させた状態とし、駆動機構Ｐを駆動させることにより収容手段１０ａを待機位置から収容位置まで移動することで、図３６に示すように、積層物を収容手段１０ａの開口Ａから挿入させて収容可能とされている。
【００４２】
このように、収容手段１０ａ内に積層物を収容させた状態において、Ｃ軸回転手段８でテーブル３を回転させることにより、受け部材１４上の積層物を回転しつつヒータ１０ｂにて加熱可能とされている。特に、本実施形態においては、収容手段１０ａの開口Ａをテーブル３（受け部材１４でもよい）で覆うことにより当該収容手段１０ａ内を略密閉状態としつつヒータ１０ｂにて積層物を加熱可能とされている。なお、厳密には、テーブル３と収容手段１０ａの開口Ａの周縁との間に僅かなクリアランスが形成されているが、収容手段１０ａを略密閉状態とすることができれば足りる。
【００４３】
またさらに、本実施形態に係る加熱手段１０は、収容手段１０ａ内に外気を導入してヒータ１０ｂで加熱された空気を当該収容手段１０ａ内で流通させ得るファン１０ｃを具備している。かかるファン１０ｃは、ヒータ１０ｂが取り付けられた収容手段１０ａの壁部に取り付けられており、通電によって作動して外気を収容手段１０ａ内に導入することで、ヒータ１０ｂで加熱された収容手段１０ａ内の空気を積層物の周囲で循環させ得るようになっている。
【００４４】
しかして、加熱手段１０による加熱が終了すると、駆動機構Ｐを駆動させて収容手段１０ａを加熱位置（図３６参照）から待機位置（図３５参照）に移動させた後、Ｂ軸揺動手段７を作動させてテーブル３を元の通常状態まで揺動し（図３２参照）、加熱された積層物上に更に吐出手段２から吐出した溶融樹脂を積層させる。なお、カバー部材１３には、開口部１３ａを塞ぐシャッター１３ｂ（図２５参照）が取り付けられており、積層物の加熱時以外はシャッター１３が閉じた状態とされている。これにより、切削加工時に生じた切り屑等が収容手段１０ａの開口Ａから内部に入り込まないようになっている。
【００４５】
本実施形態によれば、加熱手段１０は、受け部材１４上の積層物を収容可能な箱形の収容手段１０ａと、当該収容手段１０ａで収容された積層物を加熱可能なヒータ１０ｂとを有するので、例えば刃具１１による切削加工によって所定の材料の吐出及び積層を中断させた後において、積層物を十分且つ均等に加熱して、更なる積層を精度よく行わせることができる。
【００４６】
ここで、上記のような３次元プリンタを使用して成形品を製造する方法について、以下に説明する。
第１の実施形態に係る３次元プリンタによる成形品の製造方法は、図１に示すように、第１積層工程Ｓ１と、切削加工工程Ｓ２と、異種材料部材嵌入工程Ｓ３と、加熱工程Ｓ４と、第２積層工程Ｓ５とを有している。
【００４７】
第１積層工程Ｓ１は、吐出手段２から吐出した材料を受け部材１４上で積層させて積層物を得る工程であり、例えば図２に示すように、吐出手段２から所定の樹脂材料を吐出して、その樹脂材料が積層して成る積層物Ｗ１を得ることができる。この積層物Ｗ１を受け部材１４上に載置した状態で冷却固化した後、次工程である切削加工工程Ｓ２が行われることとなる。
【００４８】
切削加工工程Ｓ２は、第１積層工程Ｓ１で得られた積層物Ｗ１に対し、切削加工手段の刃具１１により切削加工して当該積層物Ｗ１の所定位置に凹部を形成する工程であり、例えば図３に示すように、冷却固化した積層物Ｗ１の所望位置に凹部Ｗ１ａを形成することができる。かかる凹部Ｗ１は、成形品にインサートする異種材料部材Ａ１に倣った形状とされている。
【００４９】
異種材料部材嵌入工程Ｓ３は、切削加工工程Ｓ２で形成された凹部Ｗ１ａに対し、吐出手段２で吐出する材料とは異なる材料（本実施形態においては所定の金属材料）から成る異種材料部材を嵌入させる工程であり、例えば図４に示すように、凹部Ｗ１ａに異種材料部材Ａ１を嵌め込むことにより、積層物Ｗ１の表面に異種材料部材Ａ１を固定させることができる。
【００５０】
加熱工程Ｓ４は、異種材料嵌入工程Ｓ３で異種材料部材Ａ１が嵌入された積層物Ｗ１を加熱手段１０によって加熱する工程であり、かかる加熱工程Ｓ４を経ることにより、冷却固化状態の積層物Ｗ１が加熱されて軟化し、更なる積層を可能とすることができる。また、本実施形態に係る加熱工程Ｓ４によれば、積層物Ｗ１を受け部材１４に載置した状態で、収容手段１０ａ内に収容されてヒータ１０ｂにて加熱されることとなる。そして、加熱工程Ｓ４が終了すると、受け部材１４が収容手段１０ａの外部に移動して、吐出手段２の吐出による積層が可能とされる。
【００５１】
第２積層工程Ｓ５は、加熱工程Ｓ４で加熱された積層物Ｗ１上に吐出手段２から吐出した材料を積層させて異種材料部材Ａ１がインサートされた成形品を得る工程であり、例えば図５に示すように、吐出手段２から所定の樹脂材料（第１積層工程Ｓ１にて吐出された材料と同一）を吐出して、その樹脂材料が積層して成る積層物Ｗ２を得ることができる。このように、積層物Ｗ１、Ｗ２の間に異種材料部材Ａ１を埋め込んだ状態とすることにより、樹脂材料内に所望形状の金属材料（異種材料部材Ａ１）がインサートされた樹脂成形品を得ることができる。
【００５２】
次に、第２の実施形態に係る３次元プリンタによる成形品の製造方法について説明する。
本実施形態に係る３次元プリンタによる成形品の製造方法は、第１の実施形態と同様、図１に示すように、吐出手段２から吐出した材料を受け部材１４上で積層させて積層物を得る第１積層工程Ｓ１と、第１積層工程Ｓ１で得られた積層物に対し、切削加工手段により切削加工して当該積層物の所定位置に凹部を形成する切削加工工程Ｓ２と、切削加工工程Ｓ２で形成された凹部に対し、吐出手段２で吐出する材料とは異なる材料から成る異種材料部材Ａ２を嵌入させる異種材料部材嵌入工程Ｓ３と、異種材料嵌入工程Ｓ３で異種材料部材Ａ２が嵌入された積層物を加熱手段１０によって加熱する加熱工程Ｓ４と、加熱工程Ｓ４で加熱された積層物上に吐出手段２から吐出した材料を積層させて異種材料部材Ａ２がインサートされた成形品を得る第２積層工程Ｓ５とを有している。なお、第１の実施形態と同様の内容については、詳細な説明を省略する。
【００５３】
本実施形態においては、第１積層工程Ｓ１にて、図６、７に示すように、矩形状の空間Ｑ１と、格子状の空間Ｑ２とを有した所定の樹脂材料から成る積層物Ｗ１を得る。そして、積層物Ｗ１を冷却固化させた後、切削加工工程Ｓ２にて、図８、９に示すように、凹部Ｗ１ｂを切削加工する。かかる凹部Ｗ１ｂは、図１０、１１に示すような異種材料部材Ａ２の形状に倣ったものとされており、図１２、１３に示すように、異種材料部材嵌入工程Ｓ３にて当該異種材料部材Ａ２を凹部Ｗ１ｂに嵌入させる。本実施形態においては、異種材料部材Ａ２が所定の金属材料とされている。
【００５４】
その後、加熱工程Ｓ４において、加熱手段１０によって異種材料部材Ａ２が嵌入された積層物Ｗ１を加熱して軟化させ、図１４、１５に示すように、第２積層工程Ｓ５において、積層物Ｗ１上に吐出手段２から所定の樹脂材料（第１積層工程Ｓ１にて吐出された材料と同一）を吐出して、その樹脂材料が積層して成る積層物Ｗ２を得る。しかして、第１積層工程Ｓ１で得られる積層物Ｗ１は、異種材料部材Ａ２がインサートされた部位以外に所定形状の空間（Ｑ１、Ｑ２）が形成されている。なお、所定形状の空間（Ｑ１、Ｑ２）の何れか一方、又は他の形状の空間を有するものであってもよい。
【００５５】
このように、積層物Ｗ１、Ｗ２の間に異種材料部材Ａ２を埋め込んだ状態とすることにより、樹脂材料内に所望形状の金属材料（異種材料部材Ａ２）がインサートされ、且つ、所定形状の空間（Ｑ１、Ｑ２）を有する樹脂成形品を得ることができる。なお、本実施形態においては、第１積層工程Ｓ１で得られる積層物Ｗ１に所定形状の空間（Ｑ１、Ｑ２）が形成されているが、それに加え或いは代えて、第２積層工程Ｓ５で得られる積層物Ｗ１に所定形状の空間（Ｑ１、Ｑ２）が形成されるものとしてもよい。
【００５６】
本実施形態によれば、異種材料部材Ａ２がインサートされた部位以外に所定形状の空間（Ｑ１、Ｑ２）が形成されたので、所定形状の空間（Ｑ１、Ｑ２）によって軽量化を図ることができるとともに、空間をハニカム形状等の複雑な形状とすることにより強度の低下を抑制することができる。なお、所定形状の空間の形成数若しくは形成位置は、他の形態としてもよい。
【００５７】
次に、第３の実施形態に係る３次元プリンタによる成形品の製造方法について説明する。
本実施形態に係る３次元プリンタによる成形品の製造方法は、第１の実施形態と同様、図１に示すように、吐出手段２から吐出した材料を受け部材１４上で積層させて積層物を得る第１積層工程Ｓ１と、第１積層工程Ｓ１で得られた積層物に対し、切削加工手段により切削加工して当該積層物の所定位置に凹部を形成する切削加工工程Ｓ２と、切削加工工程Ｓ２で形成された凹部に対し、吐出手段２で吐出する材料とは異なる材料から成る異種材料部材Ａ３を嵌入させる異種材料部材嵌入工程Ｓ３と、異種材料嵌入工程Ｓ３で異種材料部材Ａ３が嵌入された積層物を加熱手段１０によって加熱する加熱工程Ｓ４と、加熱工程Ｓ４で加熱された積層物上に吐出手段２から吐出した材料を積層させて異種材料部材Ａ２がインサートされた成形品を得る第２積層工程Ｓ５とを有している。なお、第１の実施形態と同様の内容については、詳細な説明を省略する。
【００５８】
本実施形態においては、切削加工工程Ｓ２にて、図１６に示すように、異種材料部材Ａ３を嵌入させるための凹部Ｗ１ｃとは異なる位置に凹形状Ｊ１を形成し、図１７に示すように、異種材料部材嵌入工程Ｓ３にて凹部Ｗ１ｃに異種材料部材Ａ３を嵌入させる。なお、本実施形態においては、積層物Ｗ１、Ｗ２が所定の樹脂材料から成るものとされ、異種材料部材Ａ２が所定の金属材料から成るものとされている。
【００５９】
そして、加熱工程Ｓ４を経た後、第２積層工程Ｓ５において、図１８に示すように、吐出手段２から吐出した材料を凹形状Ｊ１内に充填させつつ積層物Ｗ２を得るようになっている。このように、積層物Ｗ１、Ｗ２の間に異種材料部材Ａ３を埋め込んだ状態とすることにより、樹脂材料内に所望形状の金属材料（異種材料部材Ａ３）がインサートされ、且つ、凹形状Ｊ１に樹脂が充填されて積層物Ｗ１と積層物Ｗ２とが一体化された樹脂成形品を得ることができる。
【００６０】
本実施形態によれば、切削加工工程Ｓ２において、凹部Ｗ１ｃとは異なる位置に凹形状Ｊ１を形成するとともに、第２積層工程Ｓ５において、吐出手段２から吐出した材料を凹形状Ｊ１内に充填させるので、第１積層工程Ｓ１で得られた積層物Ｗ１と第２積層工程Ｓ５で得られた積層物Ｗ２とを強固に接合して一体化させることができる。なお、凹形状Ｊ１の形成数及び形成位置は、他の形態としてもよい。
【００６１】
次に、第４の実施形態に係る３次元プリンタによる成形品の製造方法について説明する。
本実施形態に係る３次元プリンタによる成形品の製造方法は、第１の実施形態と同様、図１に示すように、吐出手段２から吐出した材料を受け部材１４上で積層させて積層物を得る第１積層工程Ｓ１と、第１積層工程Ｓ１で得られた積層物に対し、切削加工手段により切削加工して当該積層物の所定位置に凹部を形成する切削加工工程Ｓ２と、切削加工工程Ｓ２で形成された凹部に対し、吐出手段２で吐出する材料とは異なる材料から成る異種材料部材Ａ４を嵌入させる異種材料部材嵌入工程Ｓ３と、異種材料嵌入工程Ｓ３で異種材料部材Ａ４が嵌入された積層物を加熱手段１０によって加熱する加熱工程Ｓ４と、加熱工程Ｓ４で加熱された積層物上に吐出手段２から吐出した材料を積層させて異種材料部材Ａ２がインサートされた成形品を得る第２積層工程Ｓ５とを有している。なお、第１の実施形態と同様の内容については、詳細な説明を省略する。
【００６２】
本実施形態においては、切削加工工程Ｓ２にて、図１９に示すように、異種材料部材Ａ３を嵌入させるための凹部Ｗ１ｃとは異なる位置に凹形状Ｊ２を形成し、図２０に示すように、異種材料部材嵌入工程Ｓ３にて凹部Ｗ１ｃに異種材料部材Ａ３を嵌入させる。本実施形態に係る凹形状Ｊ２は、所定の材料の積層方向ａに対して傾斜した方向に延びる穴形状とされており、アンダーカットした部位を有している。なお、本実施形態においては、積層物Ｗ１、Ｗ２が所定の樹脂材料から成るものとされ、異種材料部材Ａ２が所定の金属材料から成るものとされている。
【００６３】
そして、加熱工程Ｓ４を経た後、第２積層工程Ｓ５において、図２１に示すように、吐出手段２から吐出した材料を凹形状Ｊ２内に充填させつつ積層物Ｗ２を得るようになっている。このように、積層物Ｗ１、Ｗ２の間に異種材料部材Ａ４を埋め込んだ状態とすることにより、樹脂材料内に所望形状の金属材料（異種材料部材Ａ４）がインサートされ、且つ、凹形状Ｊ２に樹脂が充填されて積層物Ｗ１と積層物Ｗ２とが一体化された樹脂成形品を得ることができる。
【００６４】
本実施形態によれば、切削加工工程Ｓ２において、凹部Ｗ１ｄとは異なる位置に凹形状Ｊ２を形成するとともに、第２積層工程Ｓ５において、吐出手段２から吐出した材料を凹形状Ｊ２内に充填させるので、第３の実施形態と同様、第１積層工程Ｓ１で得られた積層物Ｗ１と第２積層工程Ｓ５で得られた積層物Ｗ２とを強固に接合して一体化させることができる。特に、本実施形態によれば、凹形状Ｊ２は、所定の材料の積層方向ａに対して傾斜した方向に延びる穴形状であるので、当該穴形状に充填された材料によって第１積層工程Ｓ１で得られた積層物Ｗ１と第２積層工程Ｓ５で得られた積層物Ｗ２との間の抜け止めを図ることができ、これら第１積層工程Ｓ１で得られた積層物Ｗ１と第２積層工程Ｓ５で得られた積層物Ｗ２との接合をより強固にすることができる。なお、凹形状Ｊ２の形成数及び形成位置は、他の形態としてもよい。
【００６５】
上記第１〜４実施形態によれば、第１積層工程Ｓ１、切削加工工程Ｓ２、異種材料部材嵌入工程Ｓ３、加熱工程Ｓ４及び第２積層工程Ｓ５を経ることにより、積層物（Ｗ１、Ｗ２）を成す材料とは異なる材料の異種材料部材（Ａ１〜Ａ４）がインサートされた成形品を得ることができる。また、第１積層工程Ｓ１及び第２積層工程Ｓ５で積層させる材料は、所定の樹脂材料から成るとともに、異種材料部材（Ａ１〜Ａ４）は、所定の金属材料から成るので、金属製の異種材料部材（Ａ１〜Ａ４）がインサートされた樹脂成形品を容易且つ円滑に得ることができる。
【００６６】
以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば第１積層工程Ｓ１で積層させる材料と第２積層工程Ｓ５で積層させる材料とが異なる材料であってもよく、その場合、第１積層工程Ｓ１で積層させる積層物Ｗ１と、第２積層工程Ｓ５で積層させる積層物Ｗ２と、異種材料部材（Ａ１〜Ａ４）とを互いに異なる材料とすることができ、互いに異なる３つの材料から成るインサート成形品を得ることができる。なお、積層物（Ｗ１、Ｗ２）及び異種材料部材（Ａ１〜Ａ４）を上記実施形態とは異なる材料（例えば積層物（Ｗ１、Ｗ２）を金属材料にて形成するもの、異種材料部材（Ａ１〜Ａ４）を樹脂材料にて形成するもの等）としてもよい。
【００６７】
また、適用される３次元プリンタは、上記実施形態のものに限らず、第１積層工程Ｓ１、切削加工工程Ｓ２、異種材料部材嵌入工程Ｓ３、加熱工程Ｓ４及び第２積層工程Ｓ５を行わせることができる３次元プリンタであれば足りる。なお、本実施形態においては、Ｂ軸揺動手段７によりテーブル３を９０度揺動させて積層物を横向きとした状態で収容手段１０ａ内に収容させているが、テーブル３を通常状態（載置面１４ａが略水平状態）とし、上方から収容手段１０ａを移動させて内部に収容させるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
吐出手段から吐出した材料を受け部材上で積層させて積層物を得る第１積層工程と、第１積層工程で得られた積層物に対し、切削加工手段により切削加工して当該積層物の所定位置に凹部を形成する切削加工工程と、切削加工工程で形成された凹部に対し、吐出手段で吐出する材料とは異なる材料から成る異種材料部材を嵌入させる異種材料部材嵌入工程と、異種材料嵌入工程で異種材料部材が嵌入された積層物を加熱手段によって加熱する加熱工程と、加熱工程で加熱された積層物上に吐出手段から吐出した材料を積層させて異種材料部材がインサートされた成形品を得る第２積層工程とを有する３次元プリンタによる成形品の製造方法であれば、他の形態であってもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１    ３次元プリンタ
２    吐出手段
２ａ    ノズル部
３    テーブル
４    Ｘ軸用移動手段
５    Ｙ軸用移動手段
６    Ｚ軸用移動手段
７    Ｂ軸揺動手段
８    Ｃ軸回転手段
９    制御手段
１０  加熱手段
１０ａ  収容手段
１０ｂ  ヒータ
１０ｃ  ファン
１１  刃具
１２  保持手段
１３  カバー部材
１３ａ  開口部
１３ｂ  シャッター
１４  受け部材
１４ａ  載置面
１５    マガジン
α    Ｂ軸
β    Ｃ軸
γ    撓み方向
Ｋ    筐体
Ｔ    開閉扉
Ｕ    制御盤収容部
Ｓ    主軸（スピンドル）
Ｆ１、Ｆ２    フレーム
Ｐ  駆動機構
Ｒ    リール
Ｅ    追従リール
Ａ  開口
Ｂ１    取付部材
Ｂ２    取付部材
ｈ    ヒータ
Ａ１〜Ａ４  異種材料部材
Ｗ１ａ〜Ｗ１ｄ  凹部
【図１】
2020029066.tif 000003
【図２】
2020029066.tif 000004
【図３】
2020029066.tif 000005
【図４】
2020029066.tif 000006
【図５】
2020029066.tif 000007
【図６】
2020029066.tif 000008
【図７】
2020029066.tif 000009
【図８】
2020029066.tif 000010
【図９】
2020029066.tif 000011
【図１０】
2020029066.tif 000012
【図１１】
2020029066.tif 000013
【図１２】
2020029066.tif 000014
【図１３】
2020029066.tif 000015
【図１４】
2020029066.tif 000016
【図１５】
2020029066.tif 000017
【図１６】
2020029066.tif 000018
【図１７】
2020029066.tif 000019
【図１８】
2020029066.tif 000020
【図１９】
2020029066.tif 000021
【図２０】
2020029066.tif 000022
【図２１】
2020029066.tif 000023
【図２２】
2020029066.tif 000024
【図２３】
2020029066.tif 000025
【図２４】
2020029066.tif 000026
【図２５】
2020029066.tif 000027
【図２６】
2020029066.tif 000028
【図２７】
2020029066.tif 000029
【図２８】
2020029066.tif 000030
【図２９】
2020029066.tif 000031
【図３０】
2020029066.tif 000032
【図３１】
2020029066.tif 000033
【図３２】
2020029066.tif 000034
【図３３】
2020029066.tif 000035
【図３４】
2020029066.tif 000036
【図３５】
2020029066.tif 000037
【図３６】
2020029066.tif 000038