(57)【要約】【課題】改質部の移動を短くすることを可能にする。【解決手段】溶融した造形材料を吐出する吐出部と、吐出部により造形材料が吐出される造形台とを、第１の移動部が相対的に移動する。改質部は、吐出部が吐出した造形材料により形成される層を改質する。第２の移動部は、吐出部に対して改質部を相対的に移動する。この際、第２の移動部は、３軸の直交座標系に対して改質部の向きを保つ移動経路で改質部を移動する。これにより、改質部の移動を短くすることができる。【選択図】図１
2020124904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融した造形材料を吐出する吐出部と、
前記吐出部と、前記吐出部により造形材料が吐出される造形台とを、相対的に移動する第１の移動部と、
前記吐出部が吐出した前記造形材料により形成される層を改質する改質部と、
前記改質部を前記吐出部に対して相対的に移動する第２の移動部と、
を有し、
前記第２の移動部は、３軸の直交座標系に対して前記改質部の向きを保つ移動経路で前記改質部を移動すること
を特徴とする造形装置。
【請求項２】
前記第２の移動部は、前記改質部を前記吐出部の進行方向に応じて移動すること
を特徴とする請求項１に記載の造形装置。
【請求項３】
前記第２の移動部は、前記吐出部に対して前記改質部を前記吐出部の吐出位置から前記吐出部が任意の方向に進行する場合の改質位置を示す曲線で移動すること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の造形装置。
【請求項４】
前記改質部と、前記改質部に対応する前記第２の移動部とを、複数有すること
を特徴とする請求項１から請求項３のうち、いずれか一項に記載の造形装置。
【請求項５】
複数の前記改質部として第１の改質部と第２の改質部とを有し、
前記第１の改質部及び前記第２の改質部は、前記吐出部の進行方向に応じてどちらか一方が移動されること
を特徴とする請求項４に記載の造形装置。
【請求項６】
前記吐出部は、複数の吐出ノズルを有し、
前記第２の移動部は、前記複数の吐出ノズルに共通して有し、前記造形材料が吐出される吐出ノズル毎に、前記第２の移動部に対応する前記改質部を移動すること
を特徴とする請求項１から請求項５のうち、いずれか一項に記載の造形装置。
【請求項７】
前記吐出部は、モデル材料とサポート材料とを吐出することによりモデル部材とサポート部材とを造形すること
を特徴とする請求項１から請求項６のうち、いずれか一項に記載の造形装置。
【請求項８】
前記改質部は、前記造形材料により形成された前記層の所定の領域を選択的に改質すること
を特徴とする請求項１から請求項７のうち、いずれか一項に記載の造形装置。
【請求項９】
前記造形材料により形成された前記層の温度を測定する測定部を有し、
前記改質部は、前記測定部によって測定された温度に基づいて、前記層を加熱すること
を特徴とする請求項１から請求項８のうち、いずれか一項に記載の造形装置。
【請求項１０】
前記改質部は光照射部であること
を特徴とする請求項１から請求項９のうち、いずれか一項に記載の造形装置。
【請求項１１】
前記改質部は送風部であること
を特徴とする請求項１から請求項１０のうち、いずれか一項に記載の造形装置。
【請求項１２】
前記改質部は、前記造形材料により形成された前記層を加熱する加熱部であること
を特徴とする請求項１から請求項１１のうち、いずれか一項に記載の造形装置。
【請求項１３】
前記第１の移動部及び前記第２の移動部は、前記吐出部の移動方向を他の方向に切り替える場合に、前記吐出部が移動方向を切り替える軌跡上を前記吐出部の移動に先行又は後追いで前記改質部が移動するように、前記吐出部及び前記改質部を移動させること
を特徴とする請求項１に記載の造形装置。
【請求項１４】
前記第１の移動部及び前記第２の移動部は、前記造形台に対して前記吐出部の移動方向を他の方向に切り替える場合に、前記造形台に対して前記吐出部が移動する速度ベクトルと前記吐出部に対して前記改質部が移動する速度ベクトルとの、共に同じ時点における前記改質部での合成ベクトルが、前記吐出部が移動する軌跡上を移動するように、前記吐出部及び前記改質部を移動させること
を特徴とする請求項１に記載の造形装置。
【請求項１５】
前記第２の移動部は、前記造形台に対して前記吐出部の移動方向を他の方向に切り替える場合に、前記第１の移動部による前記吐出部の前記他の方向への切り替えに先行して前記改質部の前記他の方向への移動を開始すること
を特徴とする請求項１４に記載の造形装置。
【請求項１６】
前記第１の移動部は、前記吐出部を所定の速度で移動し、
前記第２の移動部は、前記改質部を前記吐出部の前記軌跡上を前記吐出部に先行して移動させると共に前記他の方向に切り替える切替位置をショートカットするように移動させること
を特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の造形装置。
【請求項１７】
前記第２の移動部は、前記吐出部の移動速度及び前記他の方向への切り替え角度に応じて、前記改質部の前記他の方向への移動を開始するタイミングと移動開始後の前記改質部の速度とを調整すること
を特徴とする請求項１６に記載の造形装置。
【請求項１８】
前記第１の移動部及び前記第２の移動部は、前記造形台に対して前記吐出部の移動方向を他の方向に切り替える場合に、前記吐出部と同時に前記改質部の前記他の方向への切り替えを完了させること
を特徴とする請求項１３から請求項１５のうち、いずれか一項に記載の造形装置。
【請求項１９】
前記第１の移動部及び前記第２の移動部は、
前記吐出部の往復走査において、前記吐出部を中心に対向配置した２つの改質部により前記２つの改質部を交代で使用して改質すること
を特徴とする請求項１３から請求項１５のうち、いずれか一項に記載の造形装置。
【請求項２０】
吐出部が吐出した造形材料により形成される層を改質する改質部と、
前記改質部を前記吐出部に対して相対的に移動する移動部と、
を有し、
前記移動部は、３軸の直交座標系に対して前記改質部の向きを保つ移動経路で前記改質部を移動すること
を特徴とする造形装置。
【請求項２１】
複数の前記改質部として、少なくとも第１の改質部及び第２の改質部を有し、
前記第２の移動部は、前記第１の改質部及び前記第２の改質部のうち、一方の改質部を、前記吐出部の所定分前方に位置させて前記吐出部と共に移動し、他方の改質部を、前記吐出部の所定分後方に位置させて前記吐出部と共に移動し、前記一方の改質部が所定の角部の造形位置まで移動した際に、前記吐出部の所定分前方に位置していた前記一方の改質部を、前記吐出部の所定分後方に位置するように移動させると共に、前記吐出部の所定分後方に位置していた前記他方の改質部を、前記吐出部の所定分前方に位置するように移動させる交替制御を行うこと
を特徴とする請求項４に記載の造形装置。
【請求項２２】
前記所定の角部は、それぞれ造形物の対角線上に位置する２つの角部であり、
前記第２の移動部は、前記一方の改質部又は前記他方の改質部が、前記一方の改質部又は前記他方の改質部が、対角線上に位置するいずれかの角部の造形位置まで移動した際に前記交替制御を行うこと
を特徴とする請求項２１に記載の造形装置。
【請求項２３】
前記一方の改質部及び前記他方の改質部は、前記造形材料により形成される層を改質する改質機能、及び、改質された層を冷却する冷却機能を、それぞれ備えており、
前記一方の改質部及び前記他方の改質部のうち、前記吐出部の所定分前方に位置する改質部を前記改質機能で動作させ、前記吐出部の所定分後方に位置する改質部を前記冷却機能で動作させる機能制御部を、さらに備えること
を特徴とする請求項２１又は請求項２２に記載の造形装置。
【請求項２４】
溶融した造形材料を吐出部により吐出して層を積層する工程において、
改質部を、前記改質部の向きを３軸の直交座標系に対して保つ移動経路で移動する工程と、
前記吐出部の進行方向の下層を前記改質部で改質する工程と、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
層を積み上げて造形する三次元造形装置において、三次元造形物の積層方向における強度の低下を防止するために層の表面を改質して積層する技術が既に知られている。
【０００３】
層の表面を改質するために、層の表面を改質する改質部を回転テーブルに配置して、回転テーブルの駆動により円周に沿って改質部を改質する位置に移動する構成が開示されている（特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、層の表面を改質するには改質部の移動が必要になるため生産時間に影響する。そのため、改質部の移動を短くするための改善が望まれる。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、改質部の移動を短くすることが可能な造形装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の造形装置は、溶融した造形材料を吐出する吐出部と、吐出部及び吐出部により造形材料が吐出される造形台を、相対的に移動させる第１の移動部と、吐出部が吐出した造形材料により形成される層を改質する改質部と、改質部を吐出部に対して相対的に移動する第２の移動部と、を有し、第２の移動部は、３軸の直交座標系に対して改質部の向きを保つ移動経路で改質部を移動させる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、改質部の移動を短くすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、三次元造形装置の構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、吐出モジュールの構成を示す断面図である。
【図３】図３は、改質モジュールの構成の一例を示す図である。
【図４】図４は、レーザ光源の取り付け角度について説明する図である。
【図５】図５は、ＸＹステージの構成の一例を示す図である。
【図６】図６は、三次元造形装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図７】図７は、改質モジュールが移動する移動範囲について説明する図である。
【図８】図８は、吐出ノズルの造形方向に伴い改質モジュールが移動する様子を示した模式図である。
【図９】図９は、改質モジュールをＸＹステージで移動する場合と、回転テーブルで移動させる場合との効果の違いについて説明する図である。
【図１０】図１０は、モデル材を吐出する第１の吐出ノズルとサポート材を吐出する第２の吐出ノズルとに対して共通の改質モジュールを組み合わせる場合の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、上層形成時の造形物の状態を示す模式図である。
【図１２】図１２は、上層形成時の造形物の状態を示す模式図である。
【図１３】図１３は、上層形成時の造形物の状態を示す模式図である。
【図１４】図１４は、上層形成時の造形物の状態を示す模式図である。
【図１５】図１５は、改質モジュールによる再加熱範囲の一例を示す模式図である。
【図１６】図１６は、三次元造形装置の造形動作全体の一例を示すフロー図である。
【図１７】図１７は、改質制御の一例を示すフロー図である。
【図１８】図１８は、移動制御パターン１の説明図である。
【図１９】図１９は、移動制御パターン２の説明図である。
【図２０】図２０は、移動制御パターン３の説明図である。
【図２１】図２１は、移動制御パターン４の説明図である。
【図２２】図２２は、移動制御パターン５の説明図である。
【図２３】図２３は、移動制御パターン６の説明図である。
【図２４】図２４は、移動制御パターン７の説明図である。
【図２５】図２５は、ノズル周辺部及び一対のＸＹステージの詳細な斜視図である。
【図２６】図２６は、移動制御パターン８における、吐出モジュール及びＸＹステージの移動座標系を示す図である。
【図２７】図２７は、レーザ光を照射するＸＹステージの決定の仕方を説明するための図である。
【図２８】図２８は、各ＸＹステージの反時計回りの移動経路及びレーザ光の照射を担当するＸＹステージの交替タイミングを示す図である。
【図２９】図２９は、各ＸＹステージの時計回りの移動経路及びレーザ光の照射を担当するＸＹステージの交替タイミングを示す図である。
【図３０】図３０は、レーザ光の照射を担当するＸＹステージの交替を行わない角部における、後方ＸＹステージが移動する座標（レーザ光の照射を行うレーザ座標）を示す図である。
【図３１】図３１は、ノズル座標系（０，０）にレーザ照射点が移動した後の、後方ステージ座標系における、後方ＸＹステージのレーザ照射点の移動制御を示す図である。
【図３２】図３２は、レーザ光の照射を担当するＸＹステージの交替を行う角部における、各ＸＹステージの交替の様子を示す図である。
【図３３】図３３は、各ＸＹステージのレーザ照射及び空冷の交替制御が不要の場合における、レーザ光の照射位置、空冷用のエアの送風位置及び吐出モジュールの移動位置を示す図である。
【図３４】図３４は、各ＸＹステージのレーザ照射及び空冷の交替制御が必要な場合における、レーザ光の照射位置、空冷用のエアの送風位置及び吐出モジュールの移動位置を示す図である。
【図３５】図３５は、変形例１に設けられている温風源により改質動作を行う場合の一例を示す図である。
【図３６】図３６は、変形例２に設けられている改質モジュールにより改質動作を行う場合の一例を示す図である。
【図３７】図３７は、三次元造形装置で造形した引張試験片を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、実施の形態となる三次元造形装置の説明をする。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１０】
（実施の形態）
一例ではあるが、実施の形態の三次元造形装置は、熱溶解積層法（ＦＦＦ(Fused  Filament  Fabrication)）により三次元造形物を造形する。なお、三次元造形装置は、熱溶解積層法（ＦＦＦ）以外の造形方式で三次元造形物を造形してもよい。
【００１１】
図１及び図２は、実施の形態の三次元造形装置の構成を示す図である。図１は、三次元造形装置の構成の一例を示す図である。図２は、図１に示す吐出モジュール１０の構成を示す断面図である。ここでは説明を分かり易くするために三次元造形物の造形材料としてモデル材を使用する場合を一例に説明する。なお、モデル材とサポート材とを使って三次元造形物を造形することもある。サポート材は、通常、三次元造形物を構成するモデル材とは異なる材料である。サポート材により造形されるサポート部材は、最終的にはモデル材により造形されるモデル部材から除去される。そこで、以下では、モデル材とサポート材とを使用する場合の構成について、必要に応じて適宜説明する。
【００１２】
まず、図１及び図２を参照しながら三次元造形装置の構成について説明する。三次元造形装置１における筐体２の内部は、三次元造形物ＭＯを造形するための処理空間となっている。筐体２の内部には造形用の台（造形台）としての造形テーブル３が設けられており、造形テーブル３上に三次元造形物ＭＯが層の積み上げによって造形される。
【００１３】
造形には、造形材料として熱可塑性樹脂をマトリックスとした樹脂組成物からなる長尺のフィラメントＦを用いてもよい。フィラメントＦは、細長いワイヤー形状の固体材料であり、筐体２の外部のリール４に巻き回された状態でセットされている。リール４は、フィラメントＦの駆動部であるエクストルーダ１１の回転に引っ張られることで、大きく抵抗力を働かせることなく自転する。
【００１４】
筐体２の内部の造形テーブル３の上方には、造形材料を吐出する吐出モジュール１０（「吐出部」の一例）が設けられている。吐出モジュール１０には、２つの吐出ノズルが設けられている。第１の吐出ノズルは、三次元造形物ＭＯを構成するモデル材のフィラメントを溶融して吐出し、第２の吐出ノズルは、そのモデル材を支持するサポート材のフィラメントを溶融して吐出する。図１において、第１の吐出ノズルは手前側に配置され、第２の吐出ノズルは奥側に配置されている。なお、吐出ノズルの数は２個に限らず任意であってよい。
【００１５】
第１の吐出ノズルと第２の吐出ノズルの構成は、共に同様に説明することができる。以下では、説明を簡単にするために第１の吐出ノズルについての構成を取り上げて説明する。第２の吐出ノズルについては必要に応じて随所で図示して説明する。
【００１６】
吐出モジュール１０は、図２に示すようにエクストルーダ１１、冷却ブロック１２、フィラメントガイド１４、加熱ブロック１５、吐出ノズル１８、撮像モジュール１０１、ねじり回転機構１０２、及びその他の部品によってモジュール化されている。フィラメントＦは、エクストルーダ１１によって引き込まれることで吐出モジュール１０へ順次供給される。
【００１７】
撮像モジュール１０１は、吐出モジュール１０に引き込まれたフィラメントＦの通過部分の全方位の画像（３６０°像）を撮像する。撮像モジュール１０１は、一例としては、レンズなどの結像光学系と、ＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）センサなどの撮像素子と、を備えたカメラなどである。なお、図２に示す例では、吐出モジュール１０に２つの撮像モジュール１０１を設けているが、例えば、反射板を用いて、１つの撮像モジュール１０１によりフィラメントＦの３６０°像を撮像してもよい。
【００１８】
ねじり回転機構１０２は、ローラにより構築されており、吐出モジュール１０に引き込まれるフィラメントＦを、幅方向に回転させることでフィラメントＦの方向を規制する。加熱ブロック１５は、ヒータなどの熱源１６と、熱源１６の温度を制御するための熱電対１７と、を有し、加熱ブロック１５に供給されたフィラメントＦを加熱溶融する。加熱ブロック１５は、加熱溶融後、造形材料としてフィラメントＦＭを吐出ノズル１８へ供給する。
【００１９】
冷却ブロック１２は、加熱ブロック１５の上部に設けられる。冷却ブロック１２は、冷却源１３を有し、溶融したフィラメントＦＭの吐出モジュール１０内の上部への逆流、フィラメントＦを押し出す抵抗の増大、あるいは、フィラメントＦＭの固化による移送路内での詰まりを防ぐ。加熱ブロック１５と冷却ブロック１２との間には、フィラメントガイド１４が設けられている。
【００２０】
吐出モジュール１０は、筐体２内部において３軸直交座標系（ＸＹＺ直交座標系）のＸＹ平面のＸ軸方向とＹ軸方向へ移動可能に保持されている。具体的に、吐出モジュール１０は、筐体２の対向する２つの側面に渡し架けられたＸ軸駆動軸３１（図１のＸ軸方向に延びる駆動軸）に連結されキャリッジ３０に保持されている。キャリッジ３０は、Ｘ軸駆動軸３１の回転によりＸ軸方向にスライド移動する連結部を有する。Ｘ軸駆動モータ３２の駆動力でＸ軸駆動軸３１が回転することにより、キャリッジ３０と一体に吐出モジュール１０がＸ軸の正又は負の方向へ移動する。
【００２１】
また、Ｘ軸駆動軸３１とそのＸ軸駆動モータ３２は、筐体２の２つの側面に沿ってＹ軸方向に渡し架けられたＹ軸駆動軸（図１のＹ軸方向に延びる駆動軸）に同じようにスライド移動可能に保持されている。従って吐出モジュール１０は、Ｙ軸駆動モータ３３の駆動力によりＸ軸駆動軸３１やキャリッジ３０などと一体にＹ軸の正又は負の方向へ移動する。
【００２２】
造形テーブル３は、Ｚ軸駆動軸３４（図１のＺ軸方向に延びる駆動軸）及びガイド軸３５に通され、Ｚ軸駆動軸３４に昇降可能に保持されている。造形テーブル３は、Ｚ軸駆動モータ３６の駆動力により昇降する。なお、造形テーブル３には、積層された造形物を加熱する加熱部を設けてもよい。上述したＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向へ移動させる移動部の構成は、「第１の移動部」の一例である。ここでは、吐出モジュール１０をＸ軸方向とＹ軸方向へ移動し、造形テーブル３をＺ軸方向へ昇降させる構成を示しているが、「第１の移動部」は、この構成に限らず、吐出モジュール１０と造形テーブル３とを相対的に移動することができる構成であればよい。
【００２３】
図１及び図２に示すように、吐出モジュール１０の下端部に、造形材料であるフィラメントＦＭを吐出する吐出ノズル１８が設けられている。吐出ノズル１８は、加熱ブロック１５から供給された溶融状態あるいは半溶融のフィラメントＦＭを造形テーブル３上に線状に押し出すようにして吐出する。吐出されたフィラメントＦＭは、冷却固化され、三次元造形物ＭＯの一つの層が形成される。吐出ノズル１８は、形成後の層に、溶融状態あるいは半溶融状態のフィラメントＦＭを、線状に押し出すようにして吐出する操作を繰り返し、新たな層を順次積み上げていく。これにより三次元造形物ＭＯが得られる。
【００２４】
改質モジュール２０は、吐出モジュール１０により形成中の層の下層を改質させるものである。ここで改質とは、既に固化した下層を再度軟化させることを意味する。ここでは一例として、吐出モジュール１０により上層の造形を行っている際に、造形中の層の直下の層（下層）の対象位置、具体的にはフィラメントＦＭが吐出される直前の領域に、改質部により光を照射して再加熱する。この再加熱は、溶融したフィラメントＦＭが冷却されて固化した後の再加熱を意味する。再加熱の温度は、特に限定されないが、下層のフィラメントＦＭが溶融（再溶融）する温度以上であることが好ましい。下層の表面を再加熱することにより、再加熱された層と、その表面に吐出されたフィラメントＦＭとの温度差が小さくなり、下層と吐出されたフィラメントＦＭとが混ざり合い、積層方向の接着性が向上する。
【００２５】
改質部としては、例えばレーザを用いた光照射部が適しており、ここでは一例としてレーザを照射するレーザ光源２１を設けた場合を示している。レーザ光源２１には、一例としては半導体レーザを使用することができる。レーザの照射波長には４４５ｎｍなどを使用することができる。なお、レーザ光源や照射波長は一例であり、これに限定するものではない。
【００２６】
改質部は、光ではなく、その他の、熱を加えることができるものに変更してもよい。また、改質部は、造形材料の種類に応じて、改質が可能なものに変更してもよい。
【００２７】
改質モジュール２０は、キャリッジ３０に支持されるなどして吐出モジュール１０の近傍に設けられている。改質モジュール２０は、吐出モジュール１０と一定の配置を保ち吐出モジュール１０とともにＸＹ平面を移動する。また、改質モジュール２０は、吐出モジュール１０に対して位置を移動させる移動部を備える。移動部は「第２の移動部」、「移動部」の一例である。この移動部により、吐出モジュール１０の造形方向（造形中の進行方向）に応じて吐出モジュール１０に対して相対的にＸＹ方向へ移動する。
【００２８】
従って、吐出モジュール１０は、Ｘ軸駆動モータ３２とＹ軸駆動モータ３３の駆動によりキャリッジ３０に保持されてＸＹ平面の各位置に移動する。改質モジュール２０は、キャリッジ３０に保持されて吐出モジュール１０と一体に移動するが、キャリッジ３０の移動とは独立に、移動部の制御により吐出モジュール１０に対し相対的にＸＹ方向へ移動することもできる。上記移動部の構成については後に図を用いて詳しく説明する。
【００２９】
なお、フィラメントの溶融と吐出を経時で続けると、吐出ノズル１８の周辺部が溶融した樹脂で汚れることがある。これに対して、三次元造形装置１に設けられたクリーニングブラシ３７により、吐出ノズル１８の周辺部に対し定期的にクリーニング動作を行うことで、吐出ノズル１８の先端に樹脂が固着することを防ぐことができる。好ましくは、クリーニング動作は、固着防止の観点から、樹脂の温度が下がりきらないうちに実行されることが好ましい。この場合、クリーニングブラシ３７は、耐熱性部材からなることが好ましい。クリーニング動作時に生じる研磨粉については、三次元造形装置１に設けられたダストボックス３８に集積させて、定期的に捨ててもよいし、あるいは吸引路を設けて、外部へ排出させてもよい。
【００３０】
＜改質モジュール＞
図３は、改質モジュール２０の構成の一例を示す図である。図１に示す２つの改質モジュール２０（第１の改質モジュール２０と第２の改質モジュール２０）は、キャリッジ３０への取り付けの向きが異なるだけで、構成は共に同じである。各改質モジュール２０は独立して動くことができる。図３には、１つの改質モジュール２０の構成を模式的に示している。
【００３１】
図３に示すように、改質モジュール２０は、改質部の一例であるレーザ光源２１と、ここでは、さらにレーザ光源２１が照射する領域の温度を測定する温度センサ１０４を備える。温度センサ１０４は「測定部」の一例である。また、上述した移動部としてＸＹステージ２２を備える。レーザ光源２１と温度センサ１０４は、支持部材に対して所定の向きで固定され、その支持部材はＸＹステージ２２に固定されている。ＸＹステージ２２は、吐出モジュール１０を保持するキャリッジ３０に固定されている。
【００３２】
図４は、レーザ光源２１の取り付け角度について説明する図である。図４には、吐出モジュール１０が、溶融されたフィラメントＦＭを吐出ノズル１８から押し出して三次元造形物ＭＯの３層目を形成する途中の状態を示している。図４に示す矢印Ｌは吐出モジュール１０の造形方向（進行方向）を示している。改質モジュール２０は、キャリッジ３０の移動により吐出モジュール１０と一体に造形方向Ｌに移動する。改質モジュール２０のレーザ光源２１は、下層（この例では２層目）に照射方向を傾けて支持部材に固定されている。レーザ光源２１は、支持部材に固定された状態で、ＸＹステージ２２により、ＸＹＺ直交座標系に対してレーザ光源２１の向きを保つ移動経路（向きと移動経路については後述する）で移動される。この例では、吐出ノズル１８からこれからフィラメントＦＭが押し出される位置（領域）にＸＹステージ２２により移動され、図４に破線で示すように吐出ノズル１８からフィラメントＦＭが押し出される直前の下層領域をレーザ照射で再加熱して改質する。
【００３３】
加熱前の下層温度は、温度センサ１０４により、センシングされる。温度センサ１０４の位置は、加熱前の下層面（加熱する直前の位置に限らない）をセンシング可能な任意の位置に配置される。加熱前の下層温度を温度センサ１０４によりセンシングして、センシングの結果に基づいてレーザ光源２１が照射するレーザの出力を調整し、下層を所定の温度以上に再加熱する。別の方法として、再加熱中の下層温度を温度センサ１０４によりセンシングして、センシングの結果が所定の温度以上になるまで、レーザにより下層へ熱エネルギーの入力を行い続けてもよい。その際には、温度センサ１０４の位置は、加熱面をセンシング可能な任意の位置に配置するものとする。温度センサ１０４としては、接触式や非接触式の任意の温度装置を使用してよい。例えば熱電対を用いたものなどを使用する。
【００３４】
図３には、温度センサ１０４を支持部材に固定してレーザ光源２１と共にＸＹ平面内を移動させる構成を示しているが、この構成に限らない。造形テーブル３や筐体２側に設けてもよい。
【００３５】
図５は、ＸＹステージ２２の構成の一例を示す図である。図５には、図４のＸＹステージ２２を下側から見たときの斜視図を示している。図５に示すＸＹステージ２２は、Ｘ軸駆動モータ２０１の駆動によりＸ軸方向へ移動し、Ｙ軸駆動モータ２５１の駆動によりＹ軸方向へ移動する。この例では、Ｘ軸駆動モータ２０１の出力軸２０２に回転運動を直線運動に変換する変換ユニット２０３が接続されている。変換ユニット２０３には固定部材２１０が固定され、固定部材２１０にＹ軸方向への移動部（Ｙ軸駆動モータ２５１と変換ユニット２５３）が取り付けられている。
【００３６】
Ｘ軸駆動モータ２０１の出力軸２０２が回転すると変換ユニット２０３と固定部材２１０とがスライド部材２１１にガイドされながらＸ軸の正又は負の方向に移動する。
【００３７】
Ｙ軸駆動モータ２５１と変換ユニット２５３は、Ｙ軸駆動モータ２５１の出力軸２５２により接続されている。変換ユニット２５３は回転運動を直線運動に変換する変換ユニットである。変換ユニット２５３は、固定部材２１０に対してスライド可能に保持されている。Ｙ軸駆動モータ２５１の出力軸２５２が回転すると変換ユニット２５３が固定部材２１０にガイドされながらＹ軸の正又又は負の方向に移動する。このようにＸ軸駆動モータ２０１とＹ軸駆動モータ２５１の駆動を制御することによりＸＹステージ（可動ステージ部分）２２はＸ軸方向とＹ軸方向に移動する。レーザ光源２１と温度センサ１０４の支持部材は可動ステージ部分の平面に対して垂直（Ｚ軸方向）に取り付けられている。
【００３８】
＜ハードウェア構成＞
図６は、三次元造形装置のハードウェア構成の一例を示す図である。三次元造形装置１は、制御部１００を有する。制御部１００は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）などを含むコンピュータ構成のものあるいは回路などで構築されたものであり、図６に示す各部と電気的に接続されている。制御部１００は、各部に制御信号を出力したり、各部から信号を受信したりするなどして造形処理において各部を統括的に制御する。
【００３９】
ここでは、既に説明済みの箇所についての説明は適宜省略し、説明していない主な箇所について説明する。
【００４０】
制御部１００は、吐出モジュール１０のＸ軸方向位置を検知するＸ軸座標検知機構から得た検知結果に基づいてＸ軸駆動モータ３２の駆動を制御する。この制御により、キャリッジ３０ごと（吐出モジュール１０及び改質モジュール２０を含む）Ｘ軸方向へ移動し、吐出モジュール１０を目標のＸ軸方向位置へ移動する。また、制御部１００は、吐出モジュール１０のＹ軸方向位置を検知するＹ軸座標検知機構から得た検知結果に基づいてＹ軸駆動モータ３３の駆動を制御する。この制御により、キャリッジ３０ごと（吐出モジュール１０及び改質モジュール２０を含む）Ｙ軸方向へ移動し、吐出モジュール１０を目標のＹ軸方向位置へ移動する。さらに、制御部１００は、造形テーブル３のＺ軸方向位置を検知するＺ軸座標検知機構から得た検知結果に基づいてＺ軸駆動モータ３６の駆動を制御し、造形テーブル３を目標のＺ軸方向位置へ移動させる。
【００４１】
つまり、制御部１００は、吐出モジュール１０のＸＹ平面内の移動と、造形テーブル３のＺ軸方向への昇降移動とを制御することにより、吐出モジュール１０を造形テーブル３に対して相対的に目標の三次元位置に移動させる。
【００４２】
制御部１００は、吐出モジュール１０を目標の三次元位置に移動する際、造形データから得られる造形方向を示す情報に基づき、次の目標の三次元位置に移動する吐出モジュール１０の移動方向に応じて改質モジュール２０をＸＹステージ２２の移動で適宜先回りさせる。制御部１００は、Ｘ軸駆動モータ３２とＹ軸駆動モータ３３とは独立に、ＸＹステージ２２の駆動モータ（Ｘ軸駆動モータ２０１とＹ軸駆動モータ２５１）を駆動して改質モジュール２０を移動させる。例えば、ＸＹステージ２２のＸ軸方向位置を検知するＸ軸座標検知機構から得た検知結果に基づいてＸ軸駆動モータ２０１の駆動を制御し、ＸＹステージ２２のＹ軸方向位置を検知するＹ軸座標検知機構から得た検知結果に基づいてＹ軸駆動モータ２５１の駆動を制御する。
【００４３】
また、制御部１００は、温度センサ１０４から下層の温度を取得し、取得した温度に基づいてレーザ光源２１のレーザの出力を制御する。
【００４４】
また、制御部１００は、造形データに基づいて、造形材料を吐出ノズル１８から吐出する制御を行う。
【００４５】
径測定部１０３は、撮像モジュール１０１により撮像されたフィラメントＦの画像から、Ｘ軸、Ｙ軸の２方向におけるフィラメントＦのエッジ間の幅を、それぞれ径として測定し、規格外の径を検出した際、エラー情報を出力する。エラー情報の出力先は、ディスプレイであってもよいし、スピーカであってもよいし、他の装置であってもよい。径測定部１０３は、回路であってもよいし、ＣＰＵの処理によって実現される機能であってもよい。
【００４６】
なお、その他の主な箇所については説明済みのため、ここでの説明を省略する。
【００４７】
＜改質モジュールの移動経路＞
図７〜図９は、造形処理時における改質モジュールの移動経路について説明する図である。なお「移動経路」を「軌跡」として説明する場合もある。図７は、改質モジュール２０が移動する移動範囲について説明する図である。図７には、造形テーブル３側から吐出モジュール１０が有る上方（図１に示す＋Ｚ軸側）を平面視した場合の図を示している。ここでは説明を分かり易くするために吐出モジュール１０として吐出ノズル１８のみを示し、その他の部分については図示を省略した。
【００４８】
図７に示すように、１つの吐出ノズル１８に対し２組の改質モジュール２０を備えている。図７には、それぞれの改質モジュール２０を区別するため第１の改質モジュールについては符号「２０Ａ」とし、第２の改質モジュールについては符号「２０Ｂ」として示している。
【００４９】
吐出ノズル１８による吐出位置１８０の周囲に示す曲線（この例では円）２３は、吐出ノズル１８（つまり吐出モジュール１０）がＸＹ平面の任意の方向へ進行した場合にレーザ光源２１を先回りさせて進行方向において照射する照射位置（改質位置）であり、全方位へ進行した場合のすべての点をまとめて円で表している。円２３の半径は一例として２ｍｍとする。第１の改質モジュール２０ＡのＸＹステージ２２を、図７に示すように、円２３の左側半分の円弧と同じカーブの円弧（この例では半径２ｍｍの円弧）２４Ａ上に位置するようにＸＹ方向に制御する。これにより、円２３の左側半分の円弧上の任意の点（及びその近傍領域）は第１の改質モジュール２０ＡのＸＹステージ２２のＸＹ方向の移動だけで照射可能となる。また、第２の改質モジュール２０ＢのＸＹステージ２２を、図７に示すように、円２３の右側半分の円弧と同じカーブの円弧（半径２ｍｍの円弧）２４Ｂ上に位置するようにＸＹ方向に制御する。これにより、円２３の右側半分の円弧上の任意の点（及びその近傍領域）は第２の改質モジュール２０ＢのＸＹステージ２２のＸＹ方向の移動だけで照射可能となる。
【００５０】
なお、この例は、吐出ノズル１８（つまり吐出モジュール１０）を任意の方向（すべての方向）に移動して造形を行う場合の構成である。吐出ノズル１８（つまり吐出モジュール１０）の移動方向を制限して造形を行う場合にはこの限りではない。例えば、円２３の左側半分の円弧が示されている方向に吐出ノズル１８（つまり吐出モジュール１０）を移動させるときにのみ造形を行う場合は、１つの吐出ノズル１８に対し１組の改質モジュール２０（この場合、第１の改質モジュール２０Ａ）を備えるだけでもよいことになる。
【００５１】
また、この例では、円２３の左側半分の円弧と右側半分の円弧とに分けて２組の改質モジュール２０を備えたが、円２３を例えば１２０°毎など、更に細分化した場合は、それぞれに対応する改質モジュール（つまり３組以上の改質モジュール）を設けてもよい。
【００５２】
この例において改質モジュール２０は吐出ノズル１８の移動に先回りして、吐出中の位置から２ｍｍの位置を照射する。具体的には、レーザ光源２１が、ＸＹステージ２２により、ＸＹＺ直交座標系に対してレーザ光源２１の照射向きを所定の向きに保つ移動経路で移動され、先回りした先で、所定の向きのままレーザを照射する。
【００５３】
図８は、吐出ノズル１８の造形方向に伴い改質モジュール２０が移動する様子を示した模式図である。図８には、造形テーブル３を斜め上方から見た場合の吐出モジュール１０の造形方向と、この造形方向に対応する１つの改質モジュール２０のレーザ光源２１の位置とを示している。なお、レーザ光源２１は、ＸＹステージ２２の移動と共に照射向きを変えずに保ちながら移動する。このため、レーザ光源２１が移動する軌跡も、ＸＹステージ２２の移動の軌跡（円弧２４Ａ又は円弧２４Ｂ）と同じである。
【００５４】
一例として、吐出ノズル１８が図７に示す円２３の右側半分の円弧が示される方に進行して造形する場合について示す。ここでは、図７の＋Ｙ軸方向を０度と定義し、吐出ノズル１８の造形方向を反時計回りに、０度、６０度、９０度、１５０度と変化させたときのレーザ光源２１の各位置を示している。レーザ光源２１がＡ〜Ｄに移動する軌跡（図８中に示す円弧）は円弧２４Ｂに対応する。
【００５５】
各図において造形テーブル３上には少なくとも１層が形成されており、その上方を吐出モジュール１０がフィラメントＦＭを押し出しながらそれぞれの造形方向Ｌに進み造形する。ここで、層の上面から吐出モジュール１０の下端（吐出ノズルの吐出面）までの高さは造形テーブル３の昇降により略同じに調節されるものとする。なお、図８の各図には、各パターンにおけるレーザ光源２１の照射位置が分かるように照射光の光軸の向きを矢印Ｐで示した。
【００５６】
吐出モジュール１０の造形方向が０度方向である場合（図８（ａ）参照）、レーザ光源２１は、軌跡上のＡ点にある。吐出モジュール１０の造形方向が６０度方向に変わる場合（図８（ｂ）参照）、レーザ光源２１は、軌跡に沿ってＢ点に移動する。吐出モジュール１０の造形方向が９０度方向に変わる場合には（図８（ｃ）参照）、レーザ光源２１は、軌跡に沿ってＣ点に移動する。吐出モジュール１０の造形方向が１５０度方向に変わる場合には（図８（ｄ）参照）、レーザ光源２１は、軌跡に沿ってＤ点に移動する。なお、ここでは、吐出ノズル１８の造形方向を反時計回りに、０度、６０度、９０度、１５０度と変化させたときのレーザ光源２１の移動について説明したが、時計回りに変化させる場合は、軌跡に沿ってＤ点、Ｃ点、Ｂ点、Ａ点と移動する。
【００５７】
このように、レーザ光源２１は、円２３と同じカーブの軌跡をＸＹステージ２２側で２軸の駆動により移動し、移動先の円周上の座標に停止する。これにより、レーザ光源２１は、吐出ノズル１８の造形方向がその他の方向に変わっても、吐出ノズル１８がフィラメントＦＭを吐出する位置に即座に先回りして、その下層をレーザ光により改質することができる。
【００５８】
図９は、一例として、改質モジュール２０を上述したＸＹステージ２２で移動する場合と、これとは異なる構成の回転テーブルで移動させる場合との効果の違いについて説明する図である。
【００５９】
図９には、回転テーブルで移動する場合のレーザ光源２１の軌跡の半径をｒＢで示し、ＸＹステージ２２で移動する場合のレーザ光源２１の軌跡の半径をｒＡで示している。ここで、半径ｒＡは、レーザ光源２１により照射させる全方位の位置を示す円２３の半径に等しい。回転テーブルでレーザ光源２１を移動する場合、レーザ光源２１の軌跡は、円２３の半径よりも大きくなる。つまり、ｒＡ＜ｒＢである。
【００６０】
ここでは一例として、ｒＡ＝２［ｍｍ］、ｒＢ＝４０［ｍｍ］とした場合に２つのレーザ光源２１が移動する移動量を求める。ＸＹステージ２２の場合と回転テーブルの場合のそれぞれの移動量ｌＡ、ｌＢは以下のように計算される。
【００６１】
ｌＡ＝２×ｒＡ×π＝１２．６［ｍｍ］
ｌＢ＝２×ｒＢ×π＝２５１．２［ｍｍ］
【００６２】
この計算結果の例では、回転テーブルと比較してＸＹステージ２２では１／２０の移動量でレーザ光源２１を先回りさせることができることが分かる。つまりレーザ光源２１の移動が短くなる。また、図９に示されるレーザ光源２１の移動範囲から、回転テーブルでは半径ｒＢのスペースを必要とするが、ＸＹステージ２２では、それよりも少ないスペースで実現することができることが分かる。
【００６３】
＜第１の吐出ノズルと第２の吐出ノズルに共通の改質モジュールの構成＞
図１０は、モデル材を吐出する第１の吐出ノズルとサポート材を吐出する第２の吐出ノズルとに対して共通の改質モジュール２０を組み合わせる場合の一例を示す図である。図１０には、各吐出ノズル（第１の吐出ノズル１８−１、第２の吐出ノズル１８−２）の両サイドに共通の改質モジュール（改質モジュール２０Ａ、２０Ｂ）を構成した例を示している。
【００６４】
図１０に示す両サイドの改質モジュール（改質モジュール２０Ａ、２０Ｂ）は、２つの吐出モジュール（第１の吐出ノズル１８−１、第２の吐出ノズル１８−２）のそれぞれの円（第１の円２３−１、第２の円２３−２）にレーザを照射することができるようにＹ軸方向への移動範囲を大きく設計している。第１の吐出ノズル１８−１からモデル材を吐出した後で、第２の吐出ノズル１８−２からサポート材を吐出する場合は、各改質モジュール（改質モジュール２０Ａ、２０Ｂ）をＸＹステージ２２の駆動により−Ｙ軸方向のみに移動する。これにより、第１の円２３−１の制御範囲から第２の円２３−２の制御範囲に移動する。そして、第２の円２３−２の制御範囲においてＸＹステージ２２を上述した円弧２４Ａ又は円弧２４Ｂに沿ってＸＹ方向に制御する。
【００６５】
また、第２の吐出ノズル１８−２からサポート材を吐出した後で、第１の吐出ノズル１８−１からモデル材を吐出する場合は、その逆の制御となる。つまり、各改質モジュール（改質モジュール２０Ａ、２０Ｂ）をＸＹステージ２２の駆動により＋Ｙ軸方向のみに移動する。これにより、第２の円２３−２の制御範囲から第１の円２３−１の制御範囲に移動する。そして、第１の円２３−１の制御範囲においてＸＹステージ２２を上述した円弧２４Ａ又は円弧２４Ｂに沿ってＸＹ方向に制御する。
【００６６】
各吐出モジュール（第１の吐出ノズル１８−１、第２の吐出ノズル１８−２）毎にそれぞれに対応する改質モジュール２０を設ける構成については、これまでの説明で明らかなので、ここでの更なる説明を省略する。
【００６７】
＜造形方法＞
続いて、三次元造形装置１による造形方法について説明する。図１１は、上層形成時の造形物の状態を示す模式図である。以下、吐出モジュール１０により造形中の層を上層Ｌｎ、造形中の層の一つ下の層を下層Ｌｎ−１、下層Ｌｎ−１の一つ下の層を下層Ｌｎ−２と表す。図１１〜図１４中の実線矢印は、吐出モジュール１０の移動経路（ツールパス）を示す。図１１以降では、吐出モジュール１０のツールパスが分かるように、吐出されたフィラメントを楕円柱で表している。このため、フィラメントとフィラメントとの間に空隙が形成されているが、実際は、強度の点で空隙が形成されないように造形することが好ましい。
【００６８】
図１１の（Ａ）は、下層を再加熱せずに上層を形成するときの造形物を示す模式図である。図１１中の実線矢印が示す向きに、吐出ノズル１８が移動して造形物を形成していく。下層Ｌｎ−１を再加熱せずに上層Ｌｎを形成すると、下層Ｌｎ−１が固化した状態で上層Ｌｎを形成できるため、外形面ＯＳの変形は、生じない。ただし、この場合、上層Ｌｎと下層Ｌｎ−１との間（接着面ＡＳ）で十分な接着強度が得られない。
【００６９】
図１１の（Ｂ）は、下層を再加熱しながら上層を形成するときの造形物を示す模式図である。下層Ｌｎ−１を再加熱しながら上層Ｌｎを形成すると、接着性はあるものの、下層Ｌｎ−１が溶融した状態で、上層Ｌｎを形成できるため外形面ＯＳが変形する。
【００７０】
図１１の（Ｃ）は、下層を再加熱しながら上層を形成するときの造形物を示す模式図である。図１１の（Ｃ）の例では、モデル部Ｍの下層Ｌｎ−１を再加熱しながら上層Ｌｎを形成しても、接着性もあり、サポート部Ｓによりモデル部Ｍは支えらえるため、モデル部Ｍの外形面ＯＳは変形しない。
【００７１】
本実施の形態では、下層Ｌｎ−１を部分的に再溶融させた状態で上層Ｌｎ層を形成する。これにより、上層Ｌｎと、下層Ｌｎ−１との間の高分子の絡み合いが促進され、造形物の強度が向上する。また、再溶融の条件を適切に設定することで、形状精度とモデル部Ｍの積層方向強度の両立を図ることができる。
【００７２】
なお、モデル材とサポート材とは、同じ材料であってもよいし、異なっていてもよい。例えば、モデル部Ｍとサポート部Ｓとを同じ材料で形成した場合でも、これらの界面の強度をコントロールすることで、造形後に分離することができる。
【００７３】
図１２は、上層形成時の造形物の状態を示す模式図である。図１２の（Ａ）の造形方法では、三次元造形装置１は、下層Ｌｎ−１におけるモデル部Ｍの表面及びサポート部Ｓにおける外周部を除く表面を再加熱し、再溶融部ＲＭを形成して、上層Ｌｎを形成する。
【００７４】
この方法によると、モデル部Ｍにおける外形面ＯＳ側の領域を再溶融させて造形するので、層間の接着性が向上し、積層方向の強度が向上する。また、外形面ＯＳ側を溶融させることで、サポート部Ｓとモデル部Ｍとの造形中の剥がれが生じにくくなり、造形精度が向上する。
【００７５】
ただし、サポート部Ｓとモデル部Ｍとの接着性が高くなりすぎると、造形後のサポート部Ｓの離型性が低下する。さらに、加熱温度によっては、モデル部Ｍの中にサポート部Ｓが混ざり合うことで、モデル部Ｍの強度が減少することもある。材料の混ざり合いは、積層面に対し非接触により加熱する方法を用いたり、接触して加熱する場合には、接触部材の動きを工夫したり、接触部材をクリーニングしたりすることで、防止することができる。
【００７６】
また、サポート部Ｓの離型性については、サポート材として、モデル材と異なる材料であり、モデル材よりも融点が低い材料を用いることで、改良される。
【００７７】
図１２（Ｂ）の造形方法では、三次元造形装置１は、モデル材及びサポート材を用いてサポート部Ｓを形成する。この場合、三次元造形装置１は、サポート部Ｓにおけるモデル部Ｍ側の領域Ｓｓにサポート材を配置し、外周側の領域Ｓｍにモデル材を配置する。この場合、三次元造形装置１は、モデル部Ｍ及びサポート部Ｓにおける領域Ｓｍをモデル材により形成し、続いて、モデル材の隙間にサポート材を流し込むことで造形してもよい。続いて、三次元造形装置１は、下層Ｌｎ−１におけるモデル部Ｍの表面、ならびにサポート部Ｓの外周部を除く表面を再加熱しながら上層Ｌｎを形成する。
【００７８】
図１２（Ｂ）の造形方法は、サポート部Ｓの離型性に優れる場合に適している。また、図１２（Ｂ）の造形方法は、領域Ｓｓの形状精度や構造体としての強度が低い場合でも、領域Ｓｍが、領域Ｓｓを支えることで、領域Ｓｓの形状精度や強度を補える点で好ましい。
【００７９】
図１２の（Ｃ）の造形方法では、三次元造形装置１は、モデル部Ｍにおける外形面ＯＳ近傍を除く表面を再加熱しながら上層Ｌｎを形成する。この方法によると、再溶融時に、モデル部Ｍの熱はサポート部Ｓに伝わりにくいので、サポート部Ｓの形状が安定する。図１２の（Ｃ）の造形方法は、モデル部Ｍの形状を維持しやすく、モデル部Ｍとサポート部Ｓとの離型性を確保しやすい点で有効であるが、モデル部Ｍの表面の全体を再溶融する造形方法と比較すると、積層方向の強度は弱くなる。従って、図１２の（Ｃ）の造形方法は、内部構造が強固な造形物を造形する場合や、造形精度や離型性に重点を置く場合に有効である。
【００８０】
図１３は、上層形成時の造形物の状態を示す模式図である。図１３の（Ａ）の造形方法は、モデル部Ｍの表面における再溶融しない領域を外形面ＯＳからより離れた位置まで広げて、再溶融部ＲＭをより小さくした点で図１２の（Ｃ）の造形方法と異なる。図１３の（Ａ）の造形方法によると、図１２の（Ｃ）の造形方法と比較して、サポート部Ｓの形状が安定するので、モデル部Ｍの形状を維持できる点でより有効である一方で、モデル部Ｍにおける積層方向の強度はより小さくなる。
【００８１】
図１３の（Ｂ）の造形方法は、モデル部Ｍにおける外形面ＯＳ近傍まで下層Ｌｎ−１の表面を再加熱する点で、図１２の（Ｃ）の造形方法と異なる。図１３の（Ｂ）の造形方法は、モデル材よりもサポート材の融点が高い場合に有効である。図１３の（Ｂ）の造形方法によると、図１２の（Ｃ）の造形方法と比較して、モデル部Ｍにおける積層方向の強度が大きくなる。
【００８２】
図１３の（Ｃ）の造形方法では、三次元造形装置１は、先に上層Ｌｎのサポート材を吐出してサポート部Ｓを形成してから、下層Ｌｎ−１のモデル部Ｍを再溶融させて、上層Ｌｎのモデル部Ｍを形成する。サポート部Ｓは、造形後に最終的には除去されるため、造形中に剥がれない程度の強度を有していればよく、モデル材ほどの強度は要求されない。このため、サポート材としては、モデル材もより高精度に積層可能な材料を選択することが好ましい。下層Ｌｎ−１が固化している状態で上層Ｌｎのサポート部Ｓを形成することで、サポート部Ｓの造形精度は向上する。
【００８３】
図１３の（Ｃ）の造形方法によると、サポート部Ｓとモデル部Ｍとを独立して形成する。このため、三次元造形装置１は、サポート部Ｓの積層ピッチをモデル部Ｍの積層ピッチよりも細かくすることもできる。例えば、図１３の（Ｃ）の構成では、サポート部Ｓの積層ピッチは、モデル部Ｍの積層ピッチの１／２となっている。溶融したモデル材はサポート部Ｓの形状にならうため、サポート部Ｓの積層ピッチを細かくすることで、モデル部Ｍの外形面ＯＳがより滑らかになる。モデル部Ｍに比べサポート部Ｓの方が精度よく造形できる場合には、図１３の（Ｃ）の方法は好適である。
【００８４】
図１４は、上層形成時の造形物の状態を示す模式図である。図１４の（Ａ）の造形方法は、先に上層Ｌｎにおけるサポート部Ｓを形成してから、上層Ｌｎにおけるモデル部Ｍを形成する点で、図１３の（Ｂ）と異なる。モデル材よりもサポート材の融点が高い場合、モデル部Ｍにおける外形面ＯＳの近傍まで加熱しても、サポート部Ｓは溶融しない。図１４の（Ａ）の造形方法によると、離型性に優れ、積層方向の強度が高い造形物が得られ、造形精度が向上する。
【００８５】
図１４の（Ｂ）の造形方法は、先に上層Ｌｎにおけるサポート部Ｓを形成してから、上層Ｌｎにおけるモデル部Ｍを形成する点で、図１２の（Ｂ）の方法と異なる。図１４の（Ｂ）の方法によると、領域Ｓｓの形状精度や構造体としての強度が低い場合でも、領域Ｓｍが、領域Ｓｓを支えることで、領域Ｓｓの形状精度や構造体としての強度を補える。ただし、図１４の（Ｂ）の造形方法によると、再溶融時に領域Ｓｓが溶融すると、サポート部Ｓの離型性が低下することもある。
【００８６】
図１４の（Ｃ）の造形方法は、先に上層Ｌｎにおけるモデル部Ｍの外周側を形成してから、上層におけるモデル部Ｍの残りの部分を造形する点で図１３の（Ａ）と異なる。図１４の（Ｃ）の造形方法によると、モデル部Ｍのみで造形するので、形状が安定し、造形精度が向上する。また、上層Ｌｎにおけるモデル部Ｍの側面の一部を再溶融させながら造形するためモデル部Ｍの強度も向上する。
【００８７】
図１５は、改質モジュール２０（レーザ光源２１）による再加熱範囲の一例を示す模式図である。三次元造形装置１は、外形形状維持を目的として、三次元造形物ＭＯにおける外周部を再加熱せず、再溶融部ＲＭを意図的に狭めることで、造形物の形状を維持しつつ、積層間の密着性を向上させる。なお、外周部を再加熱してもよい。これにより、より狭い領域に対して強度を出すことができる。
【００８８】
＜三次元造形装置の造形動作＞
続いて、三次元造形装置１の造形動作について説明する。三次元造形装置１の制御部１００は、立体モデルのデータの入力を受け付ける。立体モデルのデータは、立体モデルを所定間隔でスライスしたときの層ごとの画像データによって構築される。制御部１００は、その画像データを解析し、予め指定された造形方法に基づき吐出ノズルや造形経路などを設定する。そして、制御部１００は、その順序データに基づき、Ｘ軸駆動モータ３２又はＹ軸駆動モータ３３を駆動して吐出モジュール１０を移動し、造形経路に従って造形テーブル３上に溶融されたフィラメントＦＭを吐出する。以下では、特に説明しないが、吐出モジュール１０が造形経路に沿って移動する際に、指定された吐出ノズルから対象位置にフィラメントＦＭが順次吐出されるものとする。また、造形テーブル３が順次下降することにより一つ上の層が形成されるものとする。
【００８９】
図１６は、三次元造形装置の造形動作全体の一例を示すフロー図である。三次元造形装置１の制御部１００は、先ず、層番号を示すパラメータｎを、１層目（最下層）を示す「１」に設定する（ステップＳ１１）。
【００９０】
そして、制御部１００は、最下層の順序データに従って各部を制御することにより、造形テーブル３上に最下層のスライス画像の層を形成する（ステップＳ１２）。
【００９１】
最下層の形成が終わると、続いて制御部１００は、次の層を形成するためにパラメータｎを１つインクリメントする（ステップＳ１３）。
【００９２】
そして、制御部１００は、ｎ＝ｎ＋１（ここではｎ＝２）の層の順序データに従って各部を制御することにより、造形テーブル３上に形成した下層の上にｎ＝ｎ＋１のスライス画像の層を形成する（ステップＳ１４）。制御部１００は、上層（ｎ＝２以上）を形成する場合、直下の層（下層）を改質するための改質制御を行う。改質制御については、図１７を用いて説明する。
【００９３】
ｎ＝ｎ＋１の層の形成が終わると、制御部１００は、その層の形成が再表層の層の形成であったかを判定する（ステップＳ１５）。その層の形成が再表層の層の形成でないと判定した場合（ステップＳ１５：Ｎｏ判定）、制御部１００は、ステップＳ１３に移行し、次の層を形成するためにパラメータｎを１つインクリメントする。つまり、ステップＳ１３〜ステップＳ１５を繰り返すことにより、各層が上に積み上げられていく。
【００９４】
そして、再表層の層の形成が終わると（ステップＳ１５：Ｙｅｓ判定）、造形動作を終了する。
【００９５】
図１７は、ステップＳ１４で行われる改質制御の一例を示すフロー図である。先ず、制御部１００は、層形成を行う前に層形成を行う造形方向へＸＹステージ２２を移動させる（ステップＳ１４１）。具体的には、制御部１００はＸＹステージ２２のＸ軸駆動モータ２０１とＹ軸駆動モータ２５１とを制御することにより、レーザ光源２１が造形方向に照射できるように先回りさせる。
【００９６】
続いて、制御部１００は、レーザ光源２１と共に先回りさせた温度センサ１０４により加熱前の下層面の温度（下層温度）をセンシングさせて、その結果（下層温度の情報）を取得する（ステップＳ１４２）。
【００９７】
続いて、制御部１００は、センシング結果に基づいてレーザ光源２１の照射制御を行う（ステップＳ１４３）。
【００９８】
続いて、制御部１００は、次の位置で造形方向が変わるかを判定する（ステップＳ１４４）。次の位置で造形方向が変わるかは、順序データから予測して判定することができる。
【００９９】
制御部１００は、次の位置で造形方向が変わらないと判定した場合（ステップＳ１４４：Ｎｏ判定）、続いてｎ番目の層の形成が終了したかを判定する（ステップＳ１４５）。ｎ番目の層の形成が終了していない場合（ステップＳ１４５：Ｎｏ判定）、ステップＳ１４２に移行し、ステップＳ１４２から同様の制御を行い、各位置において下層温度を取得して最適な出力で照射制御を行う。
【０１００】
一方、ステップＳ１４４において、次の位置で造形方向が変わると判定された場合は（ステップＳ１４４：Ｙｅｓ判定）ステップＳ１４１に移行されて、制御部１００はレーザ光源２１を造形方向に照射できるように、その変わる方向へ先回りさせる。
【０１０１】
制御部１００は、ｎ層目の形成が終了すると（ステップＳ１４５：Ｙｅｓ判定）、レーザ光源２１の照射を停止するなどして改質制御を終了する。
【０１０２】
なお、制御部１００は、図１２の（Ｃ）、図１３の（Ａ）、（Ｃ）、図１４の（Ｃ）の造形方法のように、画像データの示す範囲の内部にレーザを照射させてもよい。あるいは、制御部１００は、例えば、図１２の（Ａ）、（Ｂ）、図１４の（Ｂ）の造形方法のように、画像データの示す範囲を超えて、レーザを照射させてもよい。ステップＳ１４３における下層の加熱温度は、フィラメントの溶融温度以上に制御される。
【０１０３】
＜改質部の移動制御パターン＞
続いて、保持部であるキャリッジ３０と一体に移動する吐出モジュール１０の切替方向に応じた改質部の移動制御パターンの一例について説明する。改質とは、下層に上層を密着させるための下層表面の再溶融や、造形物の強度を出すために造形物の外周部に対して行う再加熱や、吐出後の造形表面の温度を冷やすために行う冷却などである。ここでは、各種の改質を行う場合の移動制御パターンを示すが、各種の改質を行う移動制御パターンをこれらに限定するものではない。なお、分かり易くするために、以下では吐出モジュール１０の吐出ノズル１８と、吐出ノズル１８に対して移動制御するように選択されている改質モジュール２０のレーザ光源２１との１組を例に説明するがこれに限定されない。また、レーザ光源２１を複数利用する場合は、その都度、レーザ光源２１を複数利用していることを明示する。
【０１０４】
＜移動制御パターン１＞
図１８は、移動制御パターン１の説明図である。図１８には、三次元造形物の一例として直方体の造形途中の様子を上面側から示している。矩形の破線は、直方体の外周部を示している。この例は、吐出ノズル１８が直方体の一辺（長手方向の直線）を造形方向に移動しながら造形材料であるフィラメントを吐出し、直方体の角部で進行方向（造形方向）を９０度方向に切り替えて進行する場合を想定している。
【０１０５】
図１８（Ａ）〜図１８（Ｆ）までの図は、直方体の造形動作の一部を直方体の上方から見た場合の図である。各図には、吐出ノズル１８が造形方向に移動しながら造形材料を吐出する位置（吐出位置１８００）と、吐出ノズル１８よりも先行してレーザ光源２１がレーザを照射する改質位置（レーザ照射位置２１００）とを模式的に、時間を追って示している。以下、吐出モジュール１０（つまり吐出ノズル１８）を移動するキャリッジ３０の移動制御とキャリッジ３０に対してレーザ光源２１を移動する移動部の移動制御とについて、吐出ノズル１８の吐出位置１８００とレーザ光源２１のレーザ光が照射されるレーザ照射位置２１００とを参照しながら順を追って説明する。なお、以下において吐出ノズル１８の位置（ノズル位置）と吐出位置１８００とは同じ位置のことを指しているものとする。また、後述する各移動制御パターンについても同様とする。
【０１０６】
先ず、外周部の長手方向の直線上において、吐出ノズル１８は移動しながら造形材料であるフィラメントを吐出する。レーザ光源２１は、吐出ノズル１８の吐出位置１８００から当該ノズルの進行方向（直線上の進行方向）に先行させるレーザ照射位置２１００に向け、レーザ光を照射する（図１８（Ａ））。この例では吐出位置１８００から距離Ｒだけ先行する位置をレーザ照射位置に指定している。ここで距離Ｒは、例えば図７においては、円２３の半径で示される距離に対応する。
【０１０７】
その後、距離Ｒだけ先行しているレーザ照射位置２１００が、吐出ノズル１８が到達により進行方向を９０度方向に変える位置（切替位置）に先行して達すると（図１８（Ｂ））、移動部（本例ではＸＹステージ２２）が、キャリッジ３０に対してレーザ光源２１の位置を相対的に移動する制御を行って、吐出ノズル１８に先行して９０度方向にレーザ照射位置２１００を切り替える移動を開始する（図１８（Ｃ））。この段階では、吐出ノズル１８は切替位置から距離Ｒ手前に位置し、その後も切替位置までは直線上（長手方向の直線上）を進行して造形を行う。
【０１０８】
吐出ノズル１８とレーザ光源２１は、同じ保持部材（キャリッジ３０）で保持されている。吐出ノズル１８は切替位置までの残りの距離Ｒを移動して切替位置において９０度方向に向きを変え、その後は９０度方向に移動する。
【０１０９】
具体的には、長手の直線方向に進行する吐出ノズル１８の速度ベクトル（図１８に示す「ノズルの速度ベクトル」に対応）と、吐出ノズル１８に対するレーザ光源２１の速度ベクトル（図１８に示す「レーザの速度ベクトル」に対応）との、共に同じ時点におけるレーザ照射位置２１００における合成ベクトル（図１８に示す「レーザの移動ベクトル」に対応）が、ノズル位置が動く軌跡（つまり吐出位置１８００の軌跡）上をノズル位置から距離Ｒだけ先行して動くようにする。この制御は、例えば、長手方向へ進行する吐出ノズル１８の移動速度（つまりキャリッジ３０の移動速度）と移動部によるレーザ光源２１の移動速度（ＸＹステージ２２のＸ方向及びＹ方向の移動速度）との制御により実施する。
【０１１０】
例えば、図１８（Ａ）〜図１８（Ｂ）では、合成ベクトルはノズルの速度ベクトルの成分のみでレーザの速度ベクトルの大きさを０とする。つまり、キャリッジ３０の直進方向の移動制御のみとする。この制御により、レーザ照射位置２１００での合成ベクトルは、キャリッジ３０の一方向の移動によるノズルの速度ベクトルのみで表され、吐出位置１８００の一方向の軌跡上をノズル位置から距離Ｒだけ先行して動く。図１８（Ｃ）〜図１８（Ｄ）では、吐出ノズル１８は一方向に直進したままで、切替位置に先に達したレーザ照射位置２１００は移動部により９０度方向に向きが切り替わる制御が行われる。具体的には、長手方向に直進する吐出ノズル１８の速度ベクトルと、９０度方向にレーザ照射位置２１００を先行して移動させるように制御されたレーザ光源２１の速度ベクトルとの合成ベクトルが常に９０度方向を向くようにする。この速度制御により、吐出ノズル１８が造形方向を９０度方向に切り替える場合（例えば直方体の角部での切り替え）においても、９０度方向に向きを変える際のノズル位置の軌跡（つまり吐出位置１８００の軌跡）と同じ軌跡上をレーザ照射位置２１００が先行して移動する。従って、吐出ノズル１８が造形材料を吐出する吐出位置１８００を、つまり意図通りの軌跡を、常に距離Ｒだけ先行する位置（先行位置）で改質することができる。
【０１１１】
さらに、ノズル位置が切替位置までの距離Ｒを移動する時間と、９０度方向にレーザ照射位置２１００が距離Ｒだけ移動する時間とが同じ、つまり、それぞれにより他の方向へ切り替える移動を同時に完了するように、吐出ノズル１８の移動速度と移動部によるレーザ光源２１の移動速度とを制御することが好ましい。例えば、図１８（Ｄ）から図１８（Ｅ）に示すように、吐出ノズル１８の速度ベクトルと、９０度方向に進むレーザ光源２１の合成ベクトルとが常に同じ大きさになるようにレーザ光源２１の移動速度（ＸＹステージ２２のＸ方向及びＹ方向の移動速度）を制御する。このようにすることにより、吐出ノズル１８が切替位置に到達する前後を含む期間に、吐出ノズル１８やレーザ光源２１がタイミングを合わせるために移動を停止して待機することのないようにすることができる。
【０１１２】
そして、吐出ノズル１８の造形方向が９０度方向へ切り替わった後も吐出ノズル１８の進行方向（この場合、直方体の短手方向）の距離Ｒ先をレーザ光源２１のレーザ照射位置２１００が先行して改質し、その軌跡上を吐出ノズル１８が移動して造形材料であるフィラメントを吐出する（図１８（Ｆ））。
【０１１３】
なお、ここでは造形方向を９０度方向に切り替える場合について説明したが、これは一例であり、切り替える方向を９０度に限定するものではない。一例として移動制御パターン３では、吐出ノズル１８が進行方向を４５度方向に切り替える場合について説明している。
【０１１４】
このように、吐出ノズル１８の移動速度とレーザ光源２１の移動速度とを上述した条件で制御することにより、図１８（Ｇ）に示すように吐出ノズル１８（つまり吐出位置１８００）が移動する軌跡上に先行してレーザ光源２１によりレーザ照射を行うことが可能になる。例えば９０度方向など角部でも正確に下層の改質を行うことが可能である。
【０１１５】
＜移動制御パターン２＞
移動制御パターン１では、距離Ｒだけ先行しているレーザ照射位置２１００が、吐出ノズル１８が到達により進行方向を変える切替位置に先行して達すると、その切替られる方向にレーザ照射位置２１００の移動を開始する場合について説明した。移動制御パターン２では、吐出ノズル１８が切替位置に到達するのを待ってからレーザ照射位置２１００の移動を開始する場合について説明する。
【０１１６】
図１９は、移動制御パターン２の説明図である。ここでは主に、移動制御パターン１とは異なる箇所について説明し、共通する箇所の説明は適宜省略する。図１９（Ａ）〜図１９（Ｇ）までの図は、図１８と同様に三次元造形物ＭＯ（図１５参照）の造形途中を上面から見た場合の図である。図１９（Ａ）〜図１９（Ｂ）は、図１８（Ａ）〜図１８（Ｂ）に対応している。
【０１１７】
移動制御パターン２では、図１９（Ｂ）〜図１９（Ｃ）に示すように、レーザ照射位置２１００が距離Ｒだけ先行して切替位置に到達した後も、吐出ノズル１８が切替位置に到達するまで引き続き直線上の造形の制御を行う。
【０１１８】
そして、吐出ノズル１８が切替位置に到達すると、移動部により図１９（Ｄ）に矢印で示すようにレーザ照射位置２１００の移動を開始し、造形方向が切り替わる方向（一例として９０度方向とする）に吐出ノズル１８よりもレーザ照射位置２１００を先行させる（図１９（Ｅ））。
【０１１９】
続いて、レーザ照射位置２１００が切替位置から開始されるように、キャリッジ３０を移動し、図１９（Ｅ）に矢印で示すように吐出ノズル１８及びレーザ照射位置２１００を９０度方向に対して後退させる。この例では、吐出ノズル１８は一度直方体の外側に位置する。
【０１２０】
その位置から、吐出ノズル１８の造形方向（９０度方向）の距離Ｒ先をレーザ照射しながら、吐出ノズル１８による造形材料の吐出により９０度方向の直線上の造形を開始する（図１９（Ｇ））。
【０１２１】
図１９（Ｈ）には、造形方向を切り替える際のノズル位置とレーザ照射位置２１００との一連の軌跡を示している。移動制御パターン２では、移動制御パターン１に比べて吐出ノズル１８の移動に余分な移動が必要になり、レーザ照射位置２１００の移動にも時間がかかる。また、切替位置での軌跡の正確性が移動制御パターン１に比べて劣るため、精度を上げる必要性がある場合は、移動制御パターン１の制御を選択することが望ましい。
【０１２２】
＜移動制御パターン３＞
移動制御パターン１では、吐出ノズル１８が進行方向を９０度方向に切り替える場合について説明した。移動制御パターン３では、吐出ノズル１８が進行方向を４５度方向に切り替える場合について説明する。
【０１２３】
図２０は、移動制御パターン３の説明図である。基本的には、切替方向が９０度方向の場合と同様の制御になる。ここでは主に、移動制御パターン１とは異なる箇所について説明し、共通する箇所の説明は適宜省略する。
【０１２４】
図２０（Ａ）〜図２０（Ｆ）は、図１８（Ａ）〜図１８（Ｆ）の状態に対応している。図２０（Ａ）〜図２０（Ｆ）は、切替方向が４５度方向とされている点を除き、基本的には図１８（Ａ）〜図１８（Ｆ）と同様の状態を説明する図となっている。
【０１２５】
ここでの主な違いは、図１８（Ｃ）〜図１８（Ｄ）に示すように、ノズル位置の移動速度を示すベクトルとレーザ照射位置２１００の移動速度を示すベクトルの合成ベクトルが常に４５度方向を向くように吐出ノズル１８の移動速度と移動部によるレーザ光源２１の移動速度とを制御することである。このような速度制御により、吐出ノズル１８が造形方向を４５度方向に切り替える場合でも、吐出ノズル１８が移動する４５度方向の軌跡上を先行してレーザ光源２１が照射することが可能になる。つまり、４５度方向のノズル位置の軌跡とレーザ照射位置２１００の軌跡とが同じになる（図２０（Ｇ））。
【０１２６】
なお、吐出ノズル１８が切替位置に達すると同時に移動部による移動制御も完了するように、吐出ノズル１８の移動速度と移動部によるレーザ光源２１の移動速度とを制御することが好ましい。
【０１２７】
４５度方向の場合、９０度方向よりも切り替える角度が緩やかであるため、レーザ光源２１を移動する移動距離はさらに短くなる。
【０１２８】
＜移動制御パターン４＞
移動制御パターン１では、吐出ノズル１８の進行方向をレーザ光で改質する場合について説明した。これに対し、吐出ノズル１８の進行方向の後ろ、つまり吐出後の造形表面を改質する場合について説明する。例えば、吐出後の造形表面の温度を冷やすために、風を送るなどして改質する改質部を構成する場合がある。その場合、吐出ノズル１８の進行方向に当たる先行位置ではなく、吐出ノズル１８の進行方向の後方に当たる後方位置（後追い位置）で、吐出ノズル１８を後追いしながら改質する。そこで、移動制御パターン４では、吐出ノズル１８の進行方向の後ろを改質部（一例としてファンなどの送風部）で改質する場合の制御について説明する。
【０１２９】
図２１は、移動制御パターン４の説明図である。後追いの場合も、先回りの場合と同様の考え方を適用する。違いは、吐出ノズル１８の吐出位置１８００を後追いで冷風などのエアを吹き付ける点である。従って、図２１においてエア位置に重ねて示すベクトルの方向が異なっている。
【０１３０】
具体的には、先ず、直方体の外周部の直線上において、吐出ノズル１８は移動しながら造形材料であるフィラメントを吐出し、吐出ノズル１８の吐出位置１８００から吐出ノズル１８の進行方向（直線上の進行方向）の後方の距離Ｒの位置に送風部がエアを吹き付ける（図２１（Ａ））。なお、距離Ｒは適宜決めて良い。
【０１３１】
その後、吐出ノズル１８が９０度方向に切り替える位置（切替位置）に達すると（図２１（Ｂ））、吐出ノズル１８を保持するキャリッジ３０が９０度方向に移動する制御を開始し、キャリッジ３０に保持されている移動部（本例ではＸＹステージ２２）が、キャリッジ３０に対して送風部の位置を相対的に移動する制御を開始する。この段階ではエア位置が吐出ノズル１８の切替位置から距離Ｒ手前に位置している。このため、移動部は、エア位置が切替位置にくるまでエア位置を直線上に進行させるように送風部の位置の移動を制御する。
【０１３２】
図２１（Ｂ）〜図２１（Ｄ）には、そのときの送風部の移動をエア位置に重ねて速度ベクトルを使って示している。図２１（Ｂ）〜図２１（Ｃ）では、送風部を、吐出ノズル１８が９０度方向へ移動する速度ベクトルとキャリッジ３０に対する送風部の速度ベクトルとの合成ベクトルが９０度方向の切替前の直線方向を常に向くように吐出ノズル１８の移動速度と移動部による送風部の移動速度とを制御する。図２１（Ｄ）の位置では、移動部による送風部の移動を停止し、図２１（Ｄ）〜図２１（Ｅ）では、キャリッジ３０の移動により吐出ノズル１８と送風部とを距離Ｒを保って９０度方向へ移動させる。
【０１３３】
図２１（Ｄ）〜図２１（Ｅ）では、９０度方向を直線的に吐出ノズル１８が造形を行うと共に吐出ノズル１８の距離Ｒ後ろを後追いで送風部が冷風を吹き付ける。
【０１３４】
なお、吐出ノズル１８が切替位置から９０度方向の距離Ｒの位置に達すると同時に移動部による移動制御も完了するように、吐出ノズル１８の移動速度と移動部によるレーザ光源２１の移動速度とを制御することが好ましい。
【０１３５】
このような速度制御により、吐出ノズル１８が造形方向を９０度方向に切り替える場合でも、図２１（Ｆ）に示すように、吐出ノズル１８が造形材料を吐出しながら移動するノズル位置の軌跡に対し、エアを吹き付けるエア位置が常に後追いで重なるようになる。つまり、直方体の角部などでも吐出された造形材料に対して正確に改質を行うことが可能になる。
【０１３６】
＜移動制御パターン５＞
続いて、吐出ノズル１８が進行方向を１８０度方向に切り替える場合について説明する。例えばインフィル部分（造形物の内側部分）を造形する場合には、往復走査を伴い、吐出ノズル１８の進行方向がその都度反対の向きに切り替わる。このように進行方向を１８０度方向に切り替える際は、同じ種類の２つの改質部（第１の改質部と第２の改質部）を併用した方が効率がよい。そこで、２つの改質部を、それぞれの改質対象の位置が走査ライン（パス、ツールパス）上で吐出ノズル１８を中心として対向配置になる位置で固定し、その位置を移動させずに保ったまま、交代でつまり進行方向に応じて２つの改質部を切り替えて使用する。
【０１３７】
図２２は、移動制御パターン５の説明図である。この構成では、吐出ノズル１８の進行方向の前後に２つの改質部として２つのレーザ光源２１を構成している。図２２には、ノズル位置の進行方向の前後に各レーザ光源２１のレーザ照射位置２１００（第１のレーザ照射位置２１０１及び第２のレーザ照射位置２１０２）を示している。
【０１３８】
図２２（Ａ）に矢印で示す造形方向では、吐出ノズル１８の進行方向の第１のレーザ光源を使って、ノズル位置の進行方向の距離Ｒの位置に示すレーザ照射位置２１０１にレーザを照射する。
【０１３９】
第２のレーザ光源が、第２のレーザ光源によるレーザ照射位置２１０２に達すると、キャリッジ３０の制御により走査ラインを変える（図２２（Ｂ）〜図２２（Ｄ））。この間、第１のレーザ光源によるレーザ照射は停止させる。
【０１４０】
そして、移動先の走査ラインでは、折り返しの向きにおいて、ノズル位置から距離Ｒの位置のレーザ照射位置２１０２に、第２のレーザ光源を使ってレーザを照射し、その向き（折り返しの方向）に吐出ノズル１８を移動させて造形する（図２２（Ｅ））。
【０１４１】
＜移動制御パターン６＞
切替位置の近傍の改質が不要である場合の制御方法について説明する。図２３は、移動制御パターン６の説明図である。ここでは主に、移動制御パターン１とは異なる箇所について説明し、共通する箇所の説明は適宜省略する。
【０１４２】
図２３（Ａ）〜図２３（Ｆ）は、図１８（Ａ）〜図１８（Ｆ）の各状態に対応している。図２３（Ａ）〜図２３（Ｆ）は、切替位置の近傍において速度制御が異なる。具体的には、図２３（Ｂ）に示すように、レーザ照射位置２１００が吐出ノズル１８の切替位置に達する前に、先行してレーザ照射位置２１００の９０度方向への移動制御を開始する。従って、図２３（Ｂ）〜図２３（Ｄ）に示すように、吐出ノズル１８の移動速度つまりノズル位置の移動速度を示すベクトルとレーザ照射位置２１００の移動速度を示すベクトルの合成ベクトルが９０度方向よりも小さな角度を指すように移動速度の制御を行う。この場合、レーザ照射位置２１００は、切替位置には向かわずに、９０度方向の直線上にショートカットして到達する。なお、レーザ照射位置２１００の移動開始のタイミング及び移動開始後の速度は、吐出ノズル１８の移動速度、及び切替方向の角度に応じて適宜変更してよい。
【０１４３】
ショートカットした後は、図２３（Ｅ）に示すレーザ照射位置２１００から改質しながら９０度方向の直線上の造形を行う（図２３（Ｅ）〜図２３（Ｆ））。
【０１４４】
図２３（Ｇ）には、造形方向を切り替える際のノズル位置とレーザ照射位置２１００との一連の軌跡を示している。移動制御パターン６では、切替位置の近傍の改質を不要としたことにより、ノズル位置の軌跡が切替位置を通る軌跡であるのに対し、レーザ照射位置２１００の軌跡が切替位置に達する前に９０度方向へ移動を開始し、切替位置を通らないショートカットする軌跡になる。なお、切替位置の近傍とする範囲は、切替位置において求められる改質の精度に応じて適宜設定してよい。
【０１４５】
なお、吐出ノズル１８が切替位置に達する前又は同時に移動部による移動制御も完了するように、移動部によるレーザ光源２１の移動速度を制御することが好ましい。
【０１４６】
このように方向切替時に切替位置の近傍の改質を行わない場合には、レーザ光源の移動をショートカットしてもよい。例えば、造形形状により、端部は形状維持のために改質を行わない場合がある。そのような場合、移動制御パターン６で制御を行うことは有効である。吐出ノズル１８の移動速度は制御する必要性がないため、所定の速度でよく、より高い生産性も実現できる。
【０１４７】
また、切替位置の近傍を改質しない場合、切替位置の近傍においてノズル位置の軌跡に対してレーザ照射位置２１００の軌跡は正確な軌跡を描く必要がない。そのため、ここではレーザの照射制御に関しては特に言及しなかったが、ショートカットする移動経路において照射強度を小さくしたり照射ＯＦＦにしたりするなどの照射制御も考えられる。
【０１４８】
＜移動制御パターン７＞
移動制御パターン６では、吐出ノズル１８が進行方向を９０度方向に切り替える場合について説明した。移動制御パターン７では、吐出ノズル１８が進行方向を４５度方向に切り替える場合について説明する。
【０１４９】
図２４は、移動制御パターン７の説明図である。基本的には、切替方向が９０度方向の場合と同様の制御になる。図２４（Ａ）〜図２４（Ｆ）は、図２３（Ａ）〜図２３（Ｆ）の状態に対応している。図２４（Ａ）〜図２４（Ｆ）は、切替方向が４５度方向とされている点を除き、基本的には図２３（Ａ）〜図２３（Ｆ）と同様の状態を説明する図となっている。つまり、レーザ照射位置２１００は４５度方向への切替位置に達する前に４５度方向への移動を開始し、切替位置を通らずに４５度方向の直線上にショートカットする。また、図２４（Ｇ）には、４５度方向に造形方向を切り替える際のノズル位置とレーザ照射位置２１００との一連の軌跡を示している。これ以上の説明は、移動制御パターン６の繰り返しの説明になるため説明を省略する。
【０１５０】
＜移動制御パターン８＞
次に、実施の形態の三次元造形装置１における移動制御パターン８の説明をする。実施の形態の三次元造形装置１は、図１及び図１０等に例示したように、例えば一対のＸＹステージ２２を有している。そして、実施の形態の三次元造形装置１は、造形しながら長方形又は正方形等の９０度角の箇所にレーザを照射する場合、レーザの照射を担当させるＸＹステージ２２を、造形する辺に基づいて、一方のＸＹステージ２２から他方のＸＹステージ２２に、又は、他方のＸＹステージ２２から一方のＸＹステージ２２に交替制御する。なお、ＸＹステージ２２は、一つでもよいし、３つ以上でもよい。以下、ＸＹステージ２２は、一対であることとして説明を進める。
【０１５１】
具体的に説明すると、まず、図２５にノズル周辺部及び一対のＸＹステージ２２を詳細に図示した斜視図を示す。図２５（ａ）は、ノズル周辺部の斜視図である。図２５（ｂ）は、三次元造形装置１の筐体２の前方に設けられている前方ＸＹステージ２２ａ（第１の改質部の一例）の斜視図である。図２５（ｃ）は、三次元造形装置１の筐体２の後方に設けられている後方ＸＹステージ２２ｂ（第２の改質部の一例）の斜視図である。
【０１５２】
上述したが、吐出モジュール１０は、図２５（ａ）に示すように、２つの吐出ノズルが設けられている。第１の吐出ノズルは、三次元造形物ＭＯを構成するモデル材のフィラメントを溶融して吐出する第１の吐出ノズル１０ａ、及び、モデル材を支持するサポート材のフィラメントを溶融して吐出する第２の吐出ノズル１０ｂを有している。
【０１５３】
また、前方ＸＹステージ２２ａには、図２５（ｂ）に示すように、三次元造形物ＭＯにレーザ光を照射するためのレーザ光源２１ａ（改質機能の一例）の他、三次元造形物ＭＯにエアを吹き付けて空冷するための空冷ノズル２９ａ（冷却機能の一例）が設けられている。同様に、後方ＸＹステージ２２ｂには、図２５（ｃ）に示すように、三次元造形物ＭＯにレーザ光を照射するためのレーザ光源２１ｂの他、三次元造形物ＭＯにエアを吹き付けて空冷するための空冷ノズル２９ｂが設けられている。各ＸＹステージ２２ａ、２２ｂは、各吐出ノズル１０ａ、１０ｂの進行方向に対してやや先に対してレーザ照射を行い、各吐出ノズル１０ａ、１０ｂのやや後ろとなる位置を空冷する構成となっている。
【０１５４】
図２６は、吐出モジュール１０及び各ＸＹステージ２２ａ、２２ｂの移動座標系を示す図である。この図２６に示すように、吐出モジュール１０は、Ｘ軸方向、Ｘ軸方向に２次元上で直交する方向であるＹ軸方向、及び、Ｘ軸及びＹ軸に対して垂直となるＺ軸方向に、いわば３次元的に移動可能となっている。
【０１５５】
また、前方ＸＹステージ２２ａは、吐出モジュール１０が移動するＸ軸方向に沿った方向となるＸ０軸方向、及び、吐出モジュール１０が移動するＹ軸方向に沿った方向となるＹ０軸方向に移動可能となっている。図２５に示すレーザＸ０モータ３９Ｘ０は、前方ＸＹステージ２２ａをＸ０軸方向へ移動させる。また、図２５に示すレーザＹ０モータ３９Ｙ０は、前方ＸＹステージ２２ｂをＹ０軸方向へ移動させる。
【０１５６】
同様に、後方ＸＹステージ２２ｂは、吐出モジュール１０が移動するＸ軸方向に沿った方向となるＸ１軸方向、及び、吐出モジュール１０が移動するＹ軸方向に沿った方向となるＹ１軸方向に移動可能となっている。図２５に示すレーザＸ１モータ３９Ｘ１は、前方ＸＹステージ２２ａをＸ１軸方向へ移動させる。また、図２５に示すレーザＹ１モータ３９Ｙ１は、前方ＸＹステージ２２ｂをＹ１軸方向へ移動させる。
【０１５７】
各ＸＹステージ２２ａ、２２ｂは、図２６に示す各座標系に基づいて移動先が指定される。また、レーザ光源２１ａ、２１ｂは、図２６に示す各座標系において、自由に移動可能となっている。
【０１５８】
各ＸＹステージ２２ａ、２２ｂのうち、三次元造形物ＭＯに対してレーザ光を照射するＸＹステージは、図２７に示すように、吐出モジュール１０の移動方向に基づいて決定されるようになっている。一例ではあるが、図２７に示す例は、吐出モジュール１０をＹ軸方向に移動させた際のＹ成分が「０（ゼロ）未満」である場合、前方ＸＹステージ２２ａにより、三次元造形物ＭＯに対するレーザ光の照射が行われることを示している。また、吐出モジュール１０をＹ軸方向に移動させた際のＹ成分が「０（ゼロ）以上」である場合、後方ＸＹステージ２２ｂにより、三次元造形物ＭＯに対するレーザ光（及びエア）の照射が行われることを示している。
【０１５９】
すなわち、吐出モジュール１０の移動方向に基づいて、レーザ光の照射を担当するステージ２２（前方又は後方）が決定される。レーザ光の照射を担当しないＸＹステージ２２は、エアによる空冷制御を担当する。
【０１６０】
図２８は、各ＸＹステージ２２ａ、２２ｂを「反時計回り」に移動させて長方形の三次元造形物ＭＯを造形した際における、各ＸＹステージ２２ａ、２２ｂの移動経路、レーザ光の照射を担当するＸＹステージ、及び、空冷を担当するＸＹステージの交替タイミングを示す図である。同様に、図２９は、各ＸＹステージ２２ａ、２２ｂを「時計回り」に移動させて長方形の三次元造形物ＭＯを造形した際における、各ＸＹステージ２２ａ、２２ｂの移動経路、レーザ光の照射を担当するＸＹステージ、及び、空冷を担当するＸＹステージの交替タイミングを示す図である。
【０１６１】
図２８の例の場合、左上角部４０Ｒ１を介して反時計回りに連続する第１の長辺部４１ａ及び第１の短辺部４２ａを前方ＸＹステージ２２ａで形成する。左下角部４０Ｒ２まで三次元造形物ＭＯの造形が完了すると、レーザ光の照射を担当するＸＹステージを、前方ＸＹステージ２２ａから後方ＸＹステージ２２ｂに交替する。次に、後方ＸＹステージ２２ｂで、右下角部４０Ｒ３を介して反時計回りに連続する第２の長辺部４１ｂ及び第２の短辺部４２ｂを形成する。右上角部４０Ｒ４まで三次元造形物ＭＯの造形が完了すると、レーザ光の照射を担当するＸＹステージを、後方ＸＹステージ２２ｂから前方ＸＹステージ２２ａに交替する。なお、左下角部４０Ｒ２及び右上角部４０Ｒ４は、造形物の対角線上に位置する２つの角部の一例である。
【０１６２】
図２９の例の場合は、後方ＸＹステージ２２ｂを時計回り方向に移動させながら、右上角部４０Ｒ４まで第１の長辺部４１ａの形成が完了すると、レーザ光の照射を担当するＸＹステージを、後方ＸＹステージ２２ｂから前方ＸＹステージ２２ａに交替する。次に、前方ＸＹステージ２２ａで、右下角部４０Ｒ３を介して時計回りに連続する及び第２の短辺部４２ｂ及び第２の長辺部４１ｂを形成する。左下角部４０Ｒ２まで三次元造形物ＭＯの造形が完了すると、レーザ光の照射を担当するＸＹステージを、前方ＸＹステージ２２ａから後方ＸＹステージ２２ｂに交替する。そして、後方ＸＹステージ２２ｂで、三次元造形物ＭＯの第１の短辺部４２ａを形成する。
【０１６３】
図３０は、図２８の右下角部４０Ｒ３又は図２９の左上角部４０Ｒ１のように、レーザ光の照射を担当するＸＹステージ２２の交替を行わない角部における、後方ＸＹステージ２２ｂが移動する座標（レーザ光の照射を行うレーザ座標）を示す図である。この図３０において、点線は、吐出モジュール１０の移動経路に対応する座標系（ノズル座標系）を示し、実線は、後方ＸＹステージ２２ｂのレーザ座標を示している。
【０１６４】
この図３０からわかるように、吐出モジュール１０がノズル座標系（−２，０）に移動した時点で、後方ＸＹステージ２２ｂのレーザ照射点は、ノズル座標系原点（０，０）となる。図６に示す制御部１００（第２の移動部の一例）は、吐出モジュール１０がノズル座標系（−２，０）からノズル座標系原点（０，０）に移動すると、後方ＸＹステージ２２ｂのレーザ照射点を、ノズル座標系原点（０，０）からノズル座標系（２，０）に移動するように、後方ＸＹステージ２２ｂを制御する。これにより、ノズル座標系原点（０，０）含めてもれなく、レーザ光の照射を行うことができる。
【０１６５】
図３１は、ノズル座標系（０，０）にレーザ照射点が移動した後の、後方ステージ座標系における、後方ＸＹステージ２２ｂのレーザ照射点の移動制御を示す図である。この図３１に示すように、制御部１００は、ノズル座標系（０，０）にレーザ照射点が移動すると、後方ＸＹステージ２２ｂを、後方ステージ座標系（２，０）から後方ステージ座標系（０，２）に移動制御する。この際、制御部１００は、後方ステージＸ軸−方向及び後方ステージＹ軸＋方向の各軸速度成分が、ノズル座標系における吐出モジュール１０の移動速度と同じ速度で移動するように、後方ＸＹステージ２２ｂを制御する。これにより、吐出モジュール１０をノズル座標系のＸ軸＋方向に移動し続けても、レーザ照射点をＹ軸＋方向に沿って移動して、レーザ光の照射を継続することができる。
【０１６６】
図３２は、図２８及び図２９の左下角部４０Ｒ２、右上角部４０Ｒ４のように、レーザ光の照射を担当するＸＹステージ２２の交替を行う角部における、各ＸＹステージ２２ａ、２２ｂの交替の様子を示す図である。この場合、制御部１００は、吐出モジュール１０からのフィラメントＦＭの吐出は止めることなく、吐出モジュール１０がノズル座標系（０，２）に移動した際に、空冷を担当している側のＸＹステージ２２の空冷を停止制御する。そして、制御部１００は、ノズル座標系Ｘ軸＋方向に対する吐出モジュール１０の移動制御に備えて、各ＸＹステージ２２ａ、２２ｂの交替制御を行う。そして、制御部１００は、前方ＸＹステージ２２ａ及び後方ＸＹステージ２２ｂを、それぞれ図３２に示す軌跡に沿って、ノズル座標系における吐出モジュール１０の移動速度と同じ移動速度で移動制御する。
【０１６７】
これにより、吐出モジュール１０がノズル座標系原点（０，０）に移動した時点で、各ＸＹステージ２２ａ、２２ｂにおける、レーザ照射／空冷の交替制御は完了させることができ、ノズル座標系Ｘ軸＋方向に造形された三次元造形物ＭＯに対してレーザ光を照射可能とすることができる。
【０１６８】
（交替制御が不要の場合）
図３３は、各ＸＹステージ２２ａ、２２ｂのレーザ照射及び空冷の交替制御が不要の場合における、レーザ光の照射位置、空冷用のエアの送風位置及び吐出モジュール１０の移動位置を示す。この図３３において、黒丸「●」のマークは、レーザ光の照射位置を示し、白丸「○」のマークは、吐出モジュール１０の移動位置を示し、三角「△」のマークは、空冷用のエアの照射位置を示している。図３３（ａ）に示すように、吐出モジュール１０の移動位置の、例えば２ｍｍ先等の数ｍｍ先にレーザ光を照射し、吐出モジュール１０の移動位置の、例えば２ｍｍ後等の数ｍｍ後を、エアで空冷するようになっている。
【０１６９】
図３３（ｂ）に示すように、レーザ光の照射位置が、吐出モジュール１０の方向切り替え位置である、右下角部４０Ｒ３まで移動すると、制御部１００は、図３３（ｃ）に示すように、レーザ光の照射を担当しているＸＹステージ２２を、マイナスＸ軸方向及びプラスＹ軸方向に、吐出モジュール１０の移動速度と同じ速度で移動制御する。これにより、吐出モジュール１０が移動する右下角部４０Ｒ３等の角部に対して、漏れなくレーザ光を照射することができる。そして、図３３（ｄ）に示すように、吐出モジュール１０が、方向切り替え位置である右下角部４０Ｒ３に移動した後も、図３３（ｅ）に示すように、吐出モジュール１０の移動位置の数ｍｍ先に対するレーザ光の照射を、継続して行うことができる。
【０１７０】
（交替制御が必要な場合）
図３４は、各ＸＹステージ２２ａ、２２ｂのレーザ照射及び空冷の交替制御が必要な場合における、レーザ光の照射位置、空冷用のエアの送風位置及び吐出モジュール１０の移動位置を示す。この図３４も、図３３と同様に、黒丸「●」のマークは、レーザ光の照射位置を示し、白丸「○」のマークは、吐出モジュール１０の移動位置を示し、三角「△」のマークは、空冷用のエアの照射位置を示している。また、図３４（ａ）に示すように、吐出モジュール１０の移動位置の、例えば２ｍｍ先等の数ｍｍ先にレーザ光を照射し、吐出モジュール１０の移動位置の、例えば２ｍｍ後等の数ｍｍ後を、エアで空冷するようになっている。
【０１７１】
図３４（ｂ）に示すように、レーザ光の照射位置が、吐出モジュール１０の方向切り替え位置である、左下角部４０Ｒ２に移動する手前で、制御部１００は、空冷を担当しているＸＹステージ２２及びレーザ照射を担当しているＸＹステージ２２を、それぞれ停止制御する。また、制御部１００は、図３４（ｃ）に示すように、それまで空冷を担当していたＸＹステージ２２を、吐出モジュール１０の数ｍｍ先にレーザ光を照射可能な位置に移動制御する。また、これと共に、制御部１００は、図３４（ｃ）に示すように、それまでレーザ照射を担当していたＸＹステージ２２を、吐出モジュール１０の数ｍｍ後を空冷可能な位置に移動制御する（図３２参照）。
【０１７２】
次に、図３４（ｄ）に示すように、吐出モジュール１０が、方向切り替え位置である、左下角部４０Ｒ２に移動すると、制御部１００は、それまで空冷を担当していたＸＹステージ２２を、レーザ光の照射を担当するように切り替え制御し、また、それまでレーザ光の照射を担当していたＸＹステージ２２を、空冷を担当するように切り替え制御する。これにより、吐出モジュール１０が左下角部４０Ｒ２に移動した後は、図３４（ｅ）に示すように、それまで空冷を担当していたＸＹステージ２２で、吐出モジュール１０の数ｍｍ先に対するレーザ光の照射が行われ、また、それまでレーザ光の照射を担当していたＸＹステージ２２で、吐出モジュール１０の数ｍｍ後に対する空冷が行われる。
【０１７３】
なお、制御部１００は、９０度角の左下角部４０Ｒ２の辺（０，０）〜（２，０）部分に対するレーザの照射は行わず、吐出モジュール１０の移動方向を変更した際に、直ちにフィラメントＦＭの吐出を開始制御する。
【０１７４】
（移動制御パターン８の効果）
このように、移動制御パターン８においては、制御部１００が、吐出モジュール１０の前方（例えば数ｍｍ前）にレーザ光を照射するように一方のＸＹステージ２２を制御し、吐出モジュール１０の後方（例えば数ｍｍ後）を空冷するように他方のＸＹステージ２２を制御しながら三次元造形物ＭＯの造形を行う。
【０１７５】
また、制御部１００は、三次元造形物ＭＯの角部に吐出モジュール１０が移動する前（例えば角部の直前等）に、各ＸＹステージ２２のレーザ照射及び空冷を停止制御すると共に、それまでレーザ照射を行っていた一方のＸＹステージ２２を、吐出モジュール１０の後方（例えば数ｍｍ後）を空冷する位置に移動制御する。また、制御部１００は、それまで空冷を行っていた他方のＸＹステージ２２を、吐出モジュール１０の前方（例えば数ｍｍ前）にレーザ光を照射する位置に移動制御する。そして、制御部１００は、三次元造形物ＭＯの角部に吐出モジュール１０が移動した際に、一方のＸＹステージ２２をレーザ照射から空冷に切り替えて駆動し、他方のＸＹステージ２２を空冷からレーザ照射に切り替えて駆動する。
【０１７６】
これにより、例えば直方体又は立方体等の所定の角部（図２８、図２９の角部４０Ｒ２，４０Ｒ４）の造形時に、各ＸＹステージ２２をレーザ照射から空冷に切り替え、又は、空冷からレーザ照射に切り替えながら三次元造形物ＭＯを造形できる。
【０１７７】
（実施の形態の変形例１）
続いて、実施の形態の変形例１について上記の実施の形態と異なる点を説明する。変形例１として改質モジュール２０のレーザ光源２１を温風源（「送風部」の一例）に替えた例を示す。
【０１７８】
図３５は、変形例１に設けられている温風源により改質動作を行う場合の一例を示す図である。図３５に示すように、改質モジュール２０は、温風源２１´を有する。温風源２１´としては、ヒータ及びファンが例示される。図３５に示すように、温風源２１´は高温の温風を吹き付けることにより下層を加熱して再溶融する。このように、変形例１ではレーザ光源２１のような光の代りに温風で下層を加熱する。なお、送風部をファンで構成し、吐出ノズル１８が造形材料であるフィラメントを吐出した後に、送風部から冷風を吹き付けて吐出後の造形表面の温度を冷やす改質を行うように使用してもよい。
【０１７９】
（実施の形態の変形例２）
続いて、実施の形態の変形例２について上記の実施の形態と異なる点を説明する。変形例２として改質モジュール２０の変形例を示す。
【０１８０】
図３６は、変形例２に設けられている改質モジュールにより改質動作を行う場合の一例を示す図である。図３６に示す改質モジュール２０´（「加熱部」の一例」）は、三次元造形物ＭＯにおける下層を加熱及び加圧する加熱プレート２８と、加熱プレート２８を加熱する加熱ブロック２５と、加熱ブロック２５からの熱伝導を防ぐための冷却ブロック５０と、を備える。加熱ブロック２５は、ヒータなどの熱源２６と、加熱プレート２８の温度を制御するための熱電対２７と、を備える。冷却ブロック５０は、冷却源５１を備える。加熱ブロック２５と冷却ブロック５０との間には、ガイド５３が設けられている。
【０１８１】
改質モジュール２０´は、ＸＹステージ２２（図３参照）により保持されている。改質モジュール２０´は、加熱ブロック２５によって加熱されて高温になる。その熱がキャリッジ３０からＸ軸駆動モータ３２（図１参照）に伝わるのを低減するため、フィラメントガイド１４等を含めた移送路又はガイド５３は、低熱伝導性であることが好ましい。
【０１８２】
改質モジュール２０´において、加熱プレート２８の下端は、吐出ノズル１８の下端よりも、１層分低くなるように配置されている。吐出モジュール１０及び改質モジュール２０´は図３５に示す造形方向（白抜きの矢印で示す方向）に移動しながら、吐出モジュール１０が吐出ノズル１８からフィラメントＦＭを吐出すると同時に、加熱プレート２８が、造形中の層の一つ下の層（下層）を再加熱する。これにより、造形中の層と、一つ下の層との温度差が小さくなり、層間で材料が混ざり合うので、造形物の層間強度が向上する。
【０１８３】
（三次元造形物の引張強度実験の一例）
実施の形態及び各変形例に示す三次元造形装置１を使用し、後述するように比較実験を実施して造形物の最大引張強度を測定した。なお、造形物の最大引張強度の測定に際してはオートグラフＡＧＳ−５ｋＮＸ（島津製作所製）を用いた。
【０１８４】
図３７は、引張試験片を示す図である。この引張試験片は、ＡＳＴＭ  Ｄ６３８−０２ａ  Ｔｙｐｅ−Ｖに準拠している。この引張試験片は、三次元造形装置１を使用して後述する設定で、造形テーブル３に対して造形材料を垂直上方ＳＴに積層して造形したものであり、図３７に示す長辺方向に層が積層されてなる。オートグラフに、この引張試験片の積層下面と積層上面をチャックして２００ｍｍ／ｍｉｎで上下方向Ｔ１，Ｔ２に引っ張ることで、造形物の最大引張強度プロファイルを得る。
【０１８５】
（設定１）
三次元造形装置１により下層の再溶融の動作を実行せずに引張試験片の造形を行う設定を示す。この設定では、造形材料であるフィラメントとして、熱で溶解する樹脂を用いた。吐出モジュール１０の導入部にはφ１２のＳＵＳ３０４製の対となるローラを用いた。吐出モジュール１０の移送路の寸法形状は断面が円の棒状とする。先端の吐出ノズル１８は真鍮で作製し、先端の開口径を０．５ｍｍとした。移送路となる部分はφ２．５ｍｍの空洞となるようにした。冷却ブロック１２はＳＵＳ３０４製とし、水冷管を通しておき、チラーに接続した。チラーの設定温度は１０℃とした。加熱ブロック１５も冷却ブロック１２と同様にＳＵＳ３０４製とした。加熱ブロック１５には、熱源１６となるカートリッジヒータを通しておき、フィラメントと対称となる側に熱電対１７を配置し、温度制御を行った。カートリッジヒータの設定温度は樹脂の溶融温度以上とした。造形時の吐出ノズル１８の走査速度を１０ｍｍ／ｓｅｃとして、図３７に示すような引張試験片を造形した。加えて、造形テーブル３は、テーブルに吐出材料が固着できる温度範囲に設定した。造形物の積層方向の解像度としてのＺ軸方向の１層の厚みは０．２５ｍｍとした。
【０１８６】
（設定２）
設定２では、造形材料であるフィラメントとして、熱で溶解する樹脂を用いた。吐出モジュール１０の導入部にはφ１２のＳＵＳ３０４製の対となるローラを用いた。吐出モジュール１０の移送路の寸法形状は断面が円の棒状とする。先端の吐出ノズル１８は真鍮で作製し、先端の開口径を０．５ｍｍとした。移送路となる部分はφ２．５ｍｍの空洞となるようにした。冷却ブロック１２はＳＵＳ３０４製とし、水冷管を通しておき、チラーに接続した。チラーの設定温度は１０℃とした。加熱ブロック１５も冷却ブロック１２と同様にＳＵＳ３０４製とした。加熱ブロック１５には、熱源１６となるカートリッジヒータを通しておき、フィラメントと対称となる側に熱電対１７を配置し、温度制御を行った。カートリッジヒータの設定温度は樹脂の溶融温度以上とした。造形時の吐出ノズル１８の走査速度を５０ｍｍ／ｓｅｃとして、図３７に示すような引張試験片を造形した。加えて、造形テーブル３は、テーブルに吐出材料が固着できる温度範囲に設定した。造形物の積層方向の解像度としてのＺ軸方向の１層の厚みは０．２５ｍｍとした。
【０１８７】
（比較実験１）
三次元造形装置１により、設定１の設定（利用する画像データ、温度、走査速度）で改質制御を実施して引張試験片を造形した。つまり、下層が冷却した後、フィラメントの融点よりも高い温度に再加熱して下層の表面を再溶融し、上層を形成する処理を繰り返した。
【０１８８】
（比較実験２）
三次元造形装置１により、設定２の設定（利用する画像データ、温度、走査速度）で改質制御を実施して引張試験片を造形した。
【０１８９】
比較実験１と比較実験２とを実施した結果、下層の再溶融の動作を実行しなかった場合の設定１と設定２の結果を何れの場合も上回る最大引張強度を得ることができた。従って、本実施の形態の一例として示す三次元造形装置１により層の積層と共に改質制御を行えば三次元造形物の積層方向の強度を高めることが可能となることを確認できた。
【０１９０】
＜実施の形態及び変形例の主な効果＞
以上のように、実施の形態の三次元造形装置１（造形装置の一例）の吐出モジュール１０（吐出部の一例）は、溶融したフィラメント（造形材料の一例）を吐出して、造形材料層を形成する。三次元造形装置１の改質モジュール２０（改質部の一例）は、形成された造形材料層を改質する。３軸の直交座標系に対してレーザ照射方向などの向きを保つ移動経路で移動するため、その移動距離が短くなり、生産性を向上させることも可能になる。
【０１９１】
三次元造形装置１の改質モジュール２０が下層の造形材料層を加熱により改質する制御を行う場合、吐出モジュール１０は、加熱された造形材料層に対し、溶融したフィラメントを吐出することで、造形材料層を積層させて造形する。このように、再溶融し造形材料層（下層）にフィラメントを吐出して造形材料層（上層）を積層させることで、層間の材料が混ざり合うので、造形物における積層方向の強度を向上させることができる。また、上層を積層させる処理により、外形の視認性に影響を与えることなく、造形することができる。
【０１９２】
また、三次元造形装置１のＸＹステージ２２は、所定位置に対し三次元造形装置１のＸＹ平面、ＹＺ平面、ＸＺ平面のうち少なくとも２つの平面に対して一定の角度を保つように改質部を移動させる。これにより、改質部は、吐出モジュール１０の移動に追従して、造形材料層を加熱することが可能となる。
【０１９３】
また、三次元造形装置１は改質モジュール２０を吐出モジュール１０の移動に先行して駆動する制御を行うことで、効率的に造形材料層を加熱しながら造形することができる。
【０１９４】
また、三次元造形装置１の改質モジュール２０は、造形材料層の所定の領域を選択的に加熱することもできる。これにより、造形物の形状を維持しながら造形することが可能となる。
【０１９５】
また、三次元造形装置１は改質部によって加熱される造形材料層の温度を測定する温度センサ１０４（測定部の一例）を備える。改質部は、温度センサ１０４によって測定された温度に基づいて、造形材料層を加熱する。これにより、三次元造形装置１は、層間の接着強度あるいは造形精度などの所望の特性に応じて、適切に造形材料層を再加熱することができる。
【０１９６】
また、改質部は、レーザ光を照射するレーザ光源２１（「光照射部」の一例）であってもよい。これにより、改質部は、造形物に接触することなく、選択的に造形物を加熱することができる。
【０１９７】
また、改質部は、加熱した空気を送風する温風源（「送風部」の一例）であってもよい。これにより、改質部は、造形物に接触することなく、造形物を選択的に加熱することができる。この場合、層間の材料を物理的に混ぜる事で、層間の界面の密着力を向上させることができる。また、造形物の外形を崩さずに、選択的に下層を加熱し、下層が再溶融している間に次の吐出を行うことで、界面の密着力が向上する。
【０１９８】
また、改質モジュールとして造形材料層に接触して加熱する加熱プレート２８又はタップノズル（「加熱部」の一例）であってもよい。これにより、改質モジュールは、造形物を選択的に加熱することができる。
【０１９９】
また、三次元造形装置１は、複数の改質モジュールを備えていてもよい。これにより、吐出モジュール１０の走査方向が変わっても、いずれかの改質モジュールにより造形物を加熱できるようになるので、造形時間が短縮される。
【０２００】
また、三次元造形装置１に、造形材料により形成される加熱した層や造形物の外周部などを冷却する冷却部を設けてもよい。冷却する方法としては、雰囲気温度を設定する方法、所定の時間放置する方法、もしくは、ファンなどを利用する方法などが例示される。これにより、三次元造形装置１は、造形物の形状を維持したまま造形することができる。
【０２０１】
また、フィラメントには、粘度の異なる複数の材料が配置されている。これにより、吐出モジュール１０は、制御部１００による制御に基づいて、外周部により粘度の低い材料が配置されるように、フィラメントを吐出することが可能となる。
【０２０２】
また、三次元造形装置１は、形成された造形材料層を支持するアシスト機構を設けても良い。これにより、形成された造形材料層の形状を維持しながら造形することが可能となる。
【０２０３】
また、三次元造形装置１は、射出成形では金型が複雑になる、あるいは、射出成形できないような三次元造形物を造形することができる。
【０２０４】
また、三次元造形物ＭＯの角部に吐出モジュール１０が移動する前（例えば角部の直前等）に、各ＸＹステージ２２のレーザ照射及び空冷を停止制御すると共に、それまでレーザ照射を行っていた一方のＸＹステージ２２を、吐出モジュール１０の後方（例えば数ｍｍ後）を空冷する位置に移動制御する。また、それまで空冷を行っていた他方のＸＹステージ２２を、吐出モジュール１０の前方（例えば数ｍｍ前）にレーザ光を照射する位置に移動制御する。そして、三次元造形物ＭＯの角部に吐出モジュール１０が移動した際に、一方のＸＹステージ２２をレーザ照射から空冷に切り替えて駆動し、他方のＸＹステージ２２を空冷からレーザ照射に切り替えて駆動する。
【０２０５】
これにより、例えば直方体又は立方体等の所定の角部（図２８、図２９の角部４０Ｒ２，４０Ｒ４）の造形時に、各ＸＹステージ２２をレーザ照射から空冷に切り替え、又は、空冷からレーザ照射に切り替えながら三次元造形物ＭＯを造形できる。
【０２０６】
最後に、上述の各実施の形態は、一例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な各実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことも可能である。また、各実施の形態及び各実施の形態の変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０２０７】
１  三次元造形装置
２  筐体
３  造形テーブル
１０  吐出モジュール
１８  吐出ノズル
２０  改質モジュール
２１  レーザ光源
２２  ＸＹステージ
３０  キャリッジ
３１  Ｘ軸駆動軸
３２  Ｘ軸駆動モータ
３３  Ｙ軸駆動モータ
３４  Ｚ軸駆動軸
３６  Ｚ軸駆動モータ
１０４  温度センサ
Ｆ  フィラメント
ＦＭ  フィラメント
ＭＯ  三次元造形物
【先行技術文献】
【特許文献】
【０２０８】
【特許文献１】特開２０１８−１２２４５４号公報
【図１】
2020124904.tif 000003
【図２】
2020124904.tif 000004
【図３】
2020124904.tif 000005
【図４】
2020124904.tif 000006
【図５】
2020124904.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
2020124904.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2020124904.tif 000012
【図１１】
2020124904.tif 000013
【図１２】
2020124904.tif 000014
【図１３】
2020124904.tif 000015
【図１４】
2020124904.tif 000016
【図１５】
2020124904.tif 000017
【図１６】
2020124904.tif 000018
【図１７】
2020124904.tif 000019
【図１８】
2020124904.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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