(57)【要約】【課題】三次元造形物の空隙の発生を抑制する。【解決手段】三次元造形装置は、造形テーブルに向かって開口部から造形材料を吐出する吐出部と、造形テーブルと吐出部との相対位置を変更する移動機構と、吐出部と移動機構とを制御して、三次元造形物を造形する造形処理を実行する制御部と、を備え、吐出部は、開口部を有する先端面を備え、制御部は、造形処理を実行する場合に、先端面と、吐出部から造形材料が吐出される予定部位との第１の距離（Ｇｐ１）が、以下の式（１）および式（２）を交互に満たすように移動機構を制御して造形テーブルと吐出部とのうちの少なくとも一方を往復動させる、三次元造形装置。  （Ｓｑ１×Ｇｐ１）／Ｖｔ＜１．０  …（１）  （Ｓｑ１×Ｇｐ１）／Ｖｔ≧１．０  …（２）  （Ｓｑ１は開口部の面積、Ｇｐ１は第１の距離、Ｖｔは単位移動量ごとに吐出部が吐出する造形材料の体積である。）【選択図】図９
2020011459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形テーブルに向かって開口部から造形材料を吐出する吐出部と、
前記造形テーブルと前記吐出部との相対位置を変更する移動機構と、
前記吐出部と前記移動機構とを制御して、三次元造形物を造形する造形処理を実行する制御部と、を備え、
前記吐出部は、前記開口部が形成された先端面を備え、
前記制御部は、前記造形処理を実行する場合に、前記先端面と、前記吐出部から前記造形材料が吐出される予定部位との第１の距離（Ｇｐ１）が、以下の式（１）および式（２）を交互に満たすように前記移動機構を制御して前記造形テーブルと前記吐出部とのうちの少なくとも一方を往復動させる、三次元造形装置。
（Ｓｑ１×Ｇｐ１）／Ｖｔ＜１．０  …（１）
（Ｓｑ１×Ｇｐ１）／Ｖｔ≧１．０  …（２）
（前記Ｓｑ１は前記開口部の面積、前記Ｇｐ１は前記第１の距離、前記Ｖｔは単位移動量ごとに前記吐出部が吐出する前記造形材料の体積である。）
【請求項２】
請求項１に記載の三次元造形装置において、
前記制御部は、前記造形処理を実行する場合に、前記式（１）かつ以下の式（３）を満たすように前記移動機構を制御する、三次元造形装置。
（Ｓｑ２×Ｇｐ１）／Ｖｔ＞１．０  …（３）
（前記Ｓｑ２は前記先端面の面積である。）
【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において、
前記吐出部は、前記先端面の面積が互いに異なる前記吐出部を取り付け交換可能であり、
前記制御部は、
取り付けられた前記吐出部の前記先端面の面積に応じて、前記往復動の速度を制御し、
前記先端面の面積が小さい前記吐出部ほど、前記往復動の速度を大きくする、
三次元造形装置。
【請求項４】
造形テーブルに向かって開口部から造形材料を吐出する吐出部と、
前記造形テーブルと前記吐出部との相対位置を変更する移動機構と、
前記吐出部の吐出方向に沿って往復動可能に構成され、前記吐出部から吐出された前記造形材料を、少なくとも前記吐出方向へと加圧する加圧部と、
前記吐出部と前記移動機構と前記加圧部とを制御して、三次元造形物を造形する造形処理を実行する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記造形処理を実行する場合、前記加圧部を前記吐出方向に沿って往復動させることにより、前記吐出部から吐出された前記造形材料の加圧と非加圧とを交互に実行する、
三次元造形装置。
【請求項５】
造形テーブルに向かって開口部から造形材料を吐出する吐出部と前記造形テーブルとの相対位置を変更しながら、前記吐出部の先端面に形成された開口部から前記造形材料を吐出する吐出工程を備え、
前記吐出工程では、前記先端面と、前記吐出部から前記造形材料が吐出される予定部位との第１の距離（Ｇｐ１）が、以下の式（１）および式（２）を交互に満たすように移動機構を制御して前記造形テーブルと前記吐出部とのうちの少なくとも一方を往復動させる、三次元造形物の製造方法。
（Ｓｑ１×Ｇｐ１）／Ｖｔ＜１．０  …（１）
（Ｓｑ１×Ｇｐ１）／Ｖｔ≧１．０  …（２）
（前記Ｓｑ１は前記開口部の面積、前記Ｇｐ１は前記第１の距離、前記Ｖｔは単位移動量ごとに前記吐出部が吐出する前記造形材料の体積である。）
【請求項６】
造形テーブルに向かって開口部から造形材料を吐出する吐出部と前記造形テーブルとの相対位置を変更しながら、前記吐出部の先端面に形成された開口部から前記造形材料を吐出する吐出工程と、
前記吐出部の吐出方向に沿って往復動可能に構成された加圧部を往復動させることにより、前記吐出部から吐出された前記造形材料の、少なくとも前記吐出方向への加圧と非加圧とを交互に実行する加圧工程と、を備える、
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、三次元造形技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
流動性を有する材料をノズルから吐出して硬化させることにより、三次元造形物を造形する三次元造形装置が知られている。特許文献１には、加熱溶融した熱可塑性の材料を、予め設定された形状のデータにしたがって走査するノズルから基台上に押し出し、基台上で硬化した材料の上にさらに材料を押し出して積層させることにより、三次元造形物を製造する方法が開示されている。
【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】
特許文献１に記載の製造方法では、走査するノズルから基台上に押し出される材料と、それ以前の走査において基台上に押し出された材料との間に空隙が発生する場合があり、三次元造形物の強度が低下するおそれがある。本願は、三次元造形物の空隙の発生を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一形態によれば、三次元造形物を造形する三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、造形テーブルに向かって造形材料を吐出する吐出部と、前記造形テーブルと前記吐出部との相対位置を変更する移動機構と、前記吐出部と前記移動機構とを制御して、三次元造形物を造形する造形処理を実行する制御部と、を備え、前記吐出部は、前記開口部が形成された先端面を備え、前記制御部は、前記造形処理を実行する場合に、前記先端面と、前記吐出部から前記造形材料が吐出される予定部位との第１の距離（Ｇｐ１）が、以下の式（１）および式（２）を交互に満たすように前記移動機構を制御して前記造形テーブルと前記吐出部とのうちの少なくとも一方を往復動させる。
（Ｓｑ１×Ｇｐ１）／Ｖｔ＜１．０  …（１）
（Ｓｑ１×Ｇｐ１）／Ｖｔ≧１．０  …（２）
（前記Ｓｑ１は前記開口部の面積、前記Ｇｐ１は前記第１の距離、前記Ｖｔは単位移動量ごとに前記吐出部が吐出する前記造形材料の体積である。）
【０００６】
本発明の他の形態によれば、三次元造形物を造形する三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、造形テーブルに向かって開口部から造形材料を吐出する吐出部と、前記造形テーブルと前記吐出部との相対位置を変更する移動機構と、前記吐出部の吐出方向に沿って往復動可能に構成され、前記吐出部から吐出された前記造形材料を、少なくとも前記吐出方向へと加圧する加圧部と、前記吐出部と前記移動機構と前記加圧部とを制御して、三次元造形物を造形する造形処理を実行する制御部と、を備え、前記制御部は、前記造形処理を実行する場合、前記加圧部を前記吐出方向に沿って往復動させることにより、前記吐出部から吐出された前記造形材料の加圧と非加圧とを交互に実行する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態としての三次元造形装置の概略構成を示す概略図である。
【図２】造形部の概略構成を示す断面図である。
【図３】造形処理によって造形物が造形される様子を示す模式図である。
【図４】距離が高さよりも大きい状態を示す説明図である。
【図５】距離が高さよりも小さい状態を示す説明図である。
【図６】距離に応じた先端面と予定部位との間の空間の体積と、ノズルの単位移動量ごとに吐出される造形材料の体積との関係を説明する説明図である。
【図７】三次元造形物の造形処理の手順を示す工程図である。
【図８】振動速度の影響を説明する説明図である。
【図９】造形材料が吐出される様子を示す模式図である。
【図１０】比較例における造形材料の形状を示す模式図である。
【図１１】第２実施形態の三次元造形装置の要部の構成を示す模式図である。
【図１２】第２実施形態の造形装置を用いた造形処理の手順を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．装置構成：
図１は、本発明の一実施形態としての三次元造形装置１００の概略構成を示す概略図である。三次元造形装置１００は、造形材料を堆積させることによって三次元造形物ＯＢを造形する。以下では、「三次元造形装置」を単に「造形装置」とも呼び、「三次元造形物」を単に「造形物」とも呼ぶ。造形装置１００は、造形テーブル７０の鉛直上方に造形部１０や切削部２００が位置するように載置される。図１には、相互に直交する座標軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が示されている。Ｘ−Ｙ平面は、水平面と平行な面である。本実施形態において、＋Ｚ方向および−Ｚ方向を合わせてＺ軸方向とも呼ぶ。同様に＋Ｘ方向および−Ｘ方向を合わせてＸ軸方向とも呼び、＋Ｙ方向および−Ｙ方向を合わせてＹ軸方向とも呼ぶ。図１のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、他の図のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸にそれぞれ対応する。
【０００９】
造形装置１００は、造形テーブル７０と、造形部１０と、切削部２００と、移動機構８０と、制御部９０と、を備える。
【００１０】
造形テーブル７０は、ＸＹ平面に平行な造形テーブル上面７１を有している。造形テーブル上面７１には、造形材料が堆積されて造形物ＯＢが造形される。
【００１１】
図２は、造形部１０の概略構成を示す断面図である。図２では、後述する吐出部６０の軸線ＲＸを含む断面において、鉛直方向に沿って造形部１０を切断した断面を模式的に示している。造形部１０は、固体状態の材料の少なくとも一部を溶融させて造形材料を生成し、生成された造形材料を造形テーブル上面７１に向かって吐出して積層する。造形部１０は、材料供給部２０と、造形材料生成部３０と、吐出部６０と、を備える。
【００１２】
材料供給部２０は、造形材料生成部３０に材料を供給する。材料供給部２０は、例えば、材料を収容するホッパーによって構成される。材料供給部２０は、下方に排出口を有している。当該排出口は、連通路２２を介して、造形材料生成部３０に接続されている。材料は、ペレットや粉末等の形態で材料供給部２０に投入される。材料供給部２０に投入される材料については後述する。
【００１３】
造形材料生成部３０は、材料供給部２０から供給された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を生成し、吐出部６０へと導く。造形材料生成部３０は、フラットスクリュー４０と、スクリューケース３１と、駆動モーター３２と、スクリュー対面部５０と、を有する。
【００１４】
フラットスクリュー４０は、軸線ＲＸに沿った高さが直径よりも小さい略円柱状の外観形状を有する。フラットスクリュー４０は、軸線ＲＸがＺ軸と平行になるように配置され、軸線ＲＸを中心軸として回転する。図１では、フラットスクリュー４０の軸線ＲＸを一点鎖線で示している。フラットスクリュー４０は、スクリューケース３１内に収納されている。フラットスクリュー４０の上面４７側は駆動モーター３２に連結されている。フラットスクリュー４０は、駆動モーター３２が発生させる回転駆動力によって、スクリューケース３１内において回転する。駆動モーター３２は、制御部９０の制御下において駆動する。
【００１５】
フラットスクリュー４０の、軸線ＲＸと交差する面である下面４８には、溝部４２が形成され、外周面には、材料流入口４４が形成されている。溝部４２は、いわゆるスクロール溝で構成され、軸線ＲＸの位置する中央部からフラットスクリュー４０の外周面側に向かって弧を描くように渦状に形成されている。溝部４２は、螺旋状に構成されていてもよい。溝部４２は、材料流入口４４まで連続している。材料流入口４４は、材料供給部２０の連通路２２から供給される材料を受け入れる。
【００１６】
スクリュー対面部５０は、略円板状の外観形状を有し、フラットスクリュー４０の下面４８と対向して配置されている。スクリュー対面部５０には、材料を加熱するためのヒーター５８が埋め込まれている。スクリュー対面部５０には、軸線ＲＸに沿って貫通する連通孔５６が形成されている。連通孔５６は、造形材料を吐出部６０へと導く流路として機能する。
【００１７】
フラットスクリュー４０の下面４８に形成された溝部４２と、スクリュー対面部５０の上面５２との間には、空間が形成されている。回転しているフラットスクリュー４０の溝部４２内に供給された材料は、フラットスクリュー４０の回転によって少なくとも一部が溶融されつつ、溝部４２に沿って流動し、フラットスクリュー４０の中央部４６へと導かれる。中央部４６に流入したペースト状の材料は、スクリュー対面部５０に形成された連通孔５６を介して、造形材料として吐出部６０に供給される。
【００１８】
吐出部６０は、スクリュー対面部５０の鉛直下方に配置されている。吐出部６０は、造形材料生成部３０において生成された造形材料を、造形テーブル上面７１に向かって吐出方向Ｄｖに沿って吐出する。本実施形態における吐出方向Ｄｖは、−Ｚ方向と一致している。吐出部６０には、軸線ＲＸに沿って貫通する流路６５が形成されている。流路６５は、スクリュー対面部５０の連通孔５６と連通している。吐出部６０は、造形材料を吐出するノズル６１を有する。ノズル６１には、図示しない位置検出センサーが設けられている。検出されたノズル６１の位置情報は、制御部９０に送信される。ノズル６１は、造形テーブル７０と対向する先端面６３を有する。先端面６３は、造形テーブル上面７１と平行である。このため、先端面６３は、ＸＹ平面に平行であり、吐出方向Ｄｖに垂直である。先端面６３の略中央には、流路６５と連通する開口部６２が形成されている。開口部６２は、造形材料の出口として機能する。
【００１９】
本実施形態において、ノズル６１の先端面６３は、略円形の平面視形状を有する。本実施形態において、開口部６２の形状は、略円形である。「開口部６２の形状」とは、吐出方向Ｄｖに垂直な面における開口部６２の外形の形状を意味する。先端面６３および開口部６２の形状は、それぞれ略円形に限らず、正方形、長方形、五角形、六角形等、複数の隅部を備える種々の多角形であってもよい。多角形の各隅部は、必ずしも直線で構成される必要はなく、少なくとも一部が丸まっていてもよい。
【００２０】
本実施形態では、吐出部６０として、先端面６３の面積が互いに異なる複数の吐出部のうちから選択された吐出部６０が交換可能に造形部１０に取り付けられている。より具体的には、吐出部６０は、吐出部６０のうち先端面６３側とは反対側の外周面に形成された図示しない雄ねじと、スクリューケース３１に形成された図示しない雌ねじとの螺合によって、造形部１０に取り付けられている。吐出部６０は、他の任意の構成によって交換可能に造形部１０に取り付けられてもよく、交換できない態様であってもよい。
【００２１】
図１に示す切削部２００は、切削工具２１０を有し、造形部１０によって造形された造形物ＯＢの切削を行う。切削工具２１０は、切削部２００の回転軸に取り付けられており、フラットエンドミル、ボールエンドミル等により構成されている。切削工具２１０のうち造形テーブル７０と対向する先端部には、図示しない位置検出センサーが設けられている。検出された、切削工具２１０と造形物ＯＢとの相対的な位置情報は、制御部９０に送信される。
【００２２】
移動機構８０は、制御部９０の制御下において、造形テーブル７０と吐出部６０との相対的な位置を変更する。また、制御部９０の制御下において、造形テーブル７０と切削工具２１０との相対的な位置を変更する。本実施形態において、移動機構８０は、固定配置された造形テーブル７０に対して造形部１０を移動させることにより、ノズル６１を走査方向に沿って走査させる。「ノズル６１の走査方向」とは、造形テーブル７０の造形テーブル上面７１に対してノズル６１の開口部６２の位置が相対的に移動する方向を表す。本実施形態において、ノズル６１の走査方向は、吐出方向Ｄｖに垂直な方向であり、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に平行な方向である。以下の説明において、「ノズル６１の移動速度」というときは、造形テーブル７０に対するノズル６１の相対的な速度を意味する。移動機構８０は、造形部１０と切削部２００とを、それぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と平行な３軸方向に移動させることが可能な３軸ポジショナーにより構成されている。
【００２３】
制御部９０は、造形部１０と移動機構８０とを制御して、造形物ＯＢを造形する造形処理を実行する。また、制御部９０は、切削部２００と移動機構８０とを制御して、造形された造形物ＯＢを切削する切削処理を実行する。本実施形態において、制御部９０は、１つまたは複数のプロセッサーと主記憶装置とを備えるコンピューターによって構成される。制御部９０は、主記憶装置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。制御部９０は、そうしたコンピューターによって構成される代わりに、各機能を実現するための複数の回路を組み合わせた構成により実現されてもよい。
【００２４】
図２に示すように、造形部１０は、フラットスクリュー４０を有する造形材料生成部３０を備えることにより、流動性を有する状態にされた造形材料をノズル６１へと容易に圧送できる。制御部９０は、フラットスクリュー４０の回転数を制御することにより、ノズル６１から吐出される造形材料の吐出量を容易に制御できる。
【００２５】
図３は、造形処理によって造形物ＯＢが造形される様子を示す模式図である。図３では、造形装置１００のうち、ノズル６１と造形テーブル７０とを抜き出して示している。造形処理では、図２に示す造形材料生成部３０において、回転しているフラットスクリュー４０に供給された固体状態の材料の少なくとも一部が溶融されて、造形材料ＭＭが生成される。生成された造形材料ＭＭは、吐出部６０のノズル６１から、造形テーブル７０の造形テーブル上面７１に向かう吐出方向Ｄｖに沿って吐出される。以下では、造形テーブル７０においてノズル６１から吐出された造形材料ＭＭが堆積される面を、「予定部位ＭＬｔ」とも呼ぶ。造形材料ＭＭの吐出は、移動機構８０によって、ノズル６１を走査方向Ｄｓに沿って走査させながら実行される。これにより、吐出された造形材料ＭＭは、ノズル６１の走査方向Ｄｓに沿って連続して堆積されていく。以下では、造形テーブル上面７１に対するノズル６１の高さが同一であるときの吐出によって構成される層を、「造形層ＭＬ」とも呼ぶ。造形層ＭＬは、ＸＹ平面に平行な層として構成される。造形層ＭＬは、吐出方向Ｄｖと交差する方向へのノズル６１の単位移動量を１Ｖｏｘｅｌ（ボクセル）とするＶｏｘｅｌ単位に分解した吐出データのうち、Ｚ軸方向の１Ｖｏｘｅｌに相当する造形材料ＭＭの層に相当する。
【００２６】
移動機構８０によって、ノズル６１の位置が造形テーブル７０に対して＋Ｚ方向に相対的に移動されることにより、造形層ＭＬの上にさらに造形材料ＭＭが吐出されて造形層ＭＬが積層される。造形材料ＭＭが造形テーブル上面７１に直接接して堆積される場合における予定部位ＭＬｔは、造形テーブル上面７１に相当する。造形材料ＭＭが造形層ＭＬの上に堆積される場合における予定部位ＭＬｔは、造形層ＭＬの上面に相当する。このようにして、造形物ＯＢは、造形層ＭＬの積層によって造形される。
【００２７】
造形層ＭＬを形成する際には、ノズル６１の先端面６３と予定部位ＭＬｔとの間に、吐出方向Ｄｖに沿った距離Ｇｐ１のギャップが保持されている。距離Ｇｐ１は、ゼロを超える値で表される。
【００２８】
ノズル６１の開口部６２から吐出された造形材料ＭＭは、開口部６２の直下に位置する予定部位ＭＬｔに接し、ノズル６１の走査に伴い予定部位ＭＬｔに沿って堆積される。ここで、ノズル６１から吐出される造形材料ＭＭは、所定の粘度を有する。このため、吐出された造形材料ＭＭは、開口部６２の形状に倣った断面形状を有し、開口部６２の形状をある程度保った柱状体とみなすことができる。ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭは、ノズル６１の走査に伴って、その柱状体としての形状を予定部位ＭＬｔに沿って折り曲げられることになる。したがって、ノズル６１と予定部位ＭＬｔとの間の距離Ｇｐ１、換言すると、ノズル６１と予定部位ＭＬｔとの間の空間が十分大きい場合において堆積される造形材料ＭＭのＺ軸方向、換言すると、吐出方向Ｄｖに沿った高さＨｔは、走査方向Ｄｓに沿った開口部６２の大きさと等しい。また、ノズル６１と予定部位ＭＬｔとの間の距離Ｇｐ１、換言すると、ノズル６１と予定部位ＭＬｔとの間の空間が十分大きい場合において堆積される造形材料ＭＭのＺ軸方向、換言すると、吐出方向Ｄｖに沿った断面の面積は、開口部６２の面積と等しい。
【００２９】
制御部９０は、造形処理において吐出部６０と移動機構８０とを制御して、造形テーブル７０に対してノズル６１を走査させながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させる。このとき、移動機構８０を制御して造形部１０を吐出方向Ｄｖに沿って細かく往復動させることにより、ノズル６１の先端面６３と予定部位ＭＬｔとの間の、吐出方向Ｄｖに沿った距離Ｇｐ１を変動させながらノズル６１を走査させて、造形材料ＭＭをノズル６１で潰しながら予定部位ＭＬｔに堆積させる。これにより、走査するノズル６１から予定部位ＭＬｔに吐出される造形材料ＭＭと、それ以前の走査において吐出された造形材料ＭＭとの間に、空隙が発生することを抑制する。なお、吐出方向Ｄｖに沿った造形部１０の細かな往復動は、換言すると、吐出方向Ｄｖに沿った造形部１０の振動とも言える。
【００３０】
図４は、距離Ｇｐ１が高さＨｔよりも大きい状態を示す説明図である。図４では、ノズル６１と予定部位ＭＬｔとを拡大して示し、往復動によって造形部１０が吐出方向Ｄｖに沿って鉛直上方向側に移動した状態を示している。図４には、ノズル６１の先端面６３と予定部位ＭＬｔとの間の吐出方向Ｄｖに沿った距離Ｇｐ１と、堆積される造形材料ＭＭの高さＨｔとが示されている。上述のように、ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭは、ノズル６１の走査に伴って予定部位ＭＬｔに沿って折り曲げられることになる。このため、造形材料ＭＭの高さＨｔは、走査方向Ｄｓに沿った開口部６２の大きさＤ１に依存する。したがって、開口部６２の形状が略円形以外の構成においては、高さＨｔは、ノズル６１の走査方向Ｄｓに応じて変化し得る。
【００３１】
開口部６２の面積を面積Ｓｑ１としたとき、吐出方向Ｄｖと交差する方向へのノズル６１の単位移動量ごとに吐出される造形材料ＭＭの体積Ｖｔは、以下の式（Ａ）によって求められる。開口部６２の面積Ｓｑ１とは、開口部６２の外形によって囲まれる部分の面積であり、吐出方向Ｄｖに垂直な面における面積を示している。
体積Ｖｔ＝面積Ｓｑ１×高さＨｔ  …（Ａ）
【００３２】
図４に示す状態において、距離Ｇｐ１は、高さＨｔよりも大きい。すなわち、以下の式（Ｂ）が成立している。
距離Ｇｐ１＞高さＨｔ  …（Ｂ）
【００３３】
上記式（Ａ）および式（Ｂ）により、図４に示す状態は、以下の式（Ｃ）で表される。
（面積Ｓｑ１×距離Ｇｐ１）／体積Ｖｔ＞１．０…（Ｃ）
【００３４】
図５は、距離Ｇｐ１が高さＨｔよりも小さい状態を示す説明図である。図５では、ノズル６１と予定部位ＭＬｔとを拡大して示し、往復動によって造形部１０が吐出方向Ｄｖに沿って鉛直下方向側に移動した状態を示している。また、図５では、図４の状態における高さＨｔを、仮想的に示している。図５に示す状態では、距離Ｇｐ１が高さＨｔよりも小さいため、堆積される造形材料ＭＭの高さは、距離Ｇｐ１の大きさと等しい。このため、造形材料ＭＭは、ノズル６１の先端面６３によって加圧されて潰された状態となっている。
【００３５】
図５に示す状態において、距離Ｇｐ１は、高さＨｔよりも小さい。すなわち、以下の式（Ｄ）が成立している。
距離Ｇｐ１＜高さＨｔ  …（Ｄ）
【００３６】
上記式（Ａ）および式（Ｄ）により、図５に示す状態は、以下の式（Ｅ）で表される。
（面積Ｓｑ１×距離Ｇｐ１）／体積Ｖｔ＜１．０…（Ｅ）
【００３７】
図６は、距離Ｇｐ１に応じた先端面６３と予定部位ＭＬｔとの間の空間Ｓの体積Ｖｎと、体積Ｖｔとの関係を説明する説明図である。造形材料ＭＭは、先端面６３と予定部位ＭＬｔとの間の空間Ｓに向けて吐出される。図６において、造形材料ＭＭは、図５と同様に、ノズル６１の先端面６３によって加圧されて潰された状態となっている。
【００３８】
ノズル６１の先端面６３の面積を面積Ｓｑ２としたとき、先端面６３と予定部位ＭＬｔとの間の空間Ｓの体積Ｖｎは、以下の式（Ｆ）によって求められる。先端面６３の面積Ｓｑ２とは、先端面６３の外形によって囲まれる部分の面積であり、吐出方向Ｄｖに垂直な面における面積を示している。
体積Ｖｎ＝面積Ｓｑ２×距離Ｇｐ１  …（Ｆ）
【００３９】
吐出方向Ｄｖと交差する方向へのノズル６１の単位移動量ごとに空間Ｓに吐出される造形材料ＭＭの体積Ｖｔが体積Ｖｎよりも大きい場合には、ノズル６１の先端面６３の端部から造形材料ＭＭがはみ出すおそれがある。本実施形態の造形部１０では、空間Ｓに吐出される造形材料ＭＭの体積Ｖｔが、空間Ｓの体積Ｖｎよりも小さくなるように距離Ｇｐ１が制御される。すなわち、下記の式（Ｇ）を満たすように距離Ｇｐ１が制御される。
体積Ｖｎ＞体積Ｖｔ  …（Ｇ）
【００４０】
造形材料ＭＭがノズル６１により潰された状態において上記式（Ｇ）を満たす場合、造形材料ＭＭがノズル６１により潰されていない状態においても、上記式（Ｇ）を満たすこととなる。上記式（Ｆ）および式（Ｇ）により、以下の式（Ｈ）が導かれる。
（面積Ｓｑ２×距離Ｇｐ１）／体積Ｖｔ＞１．０  …（Ｈ）
【００４１】
本実施形態の造形装置１００は、造形部１０を吐出方向Ｄｖに沿って往復動させることにより、上記式（Ｃ）と式（Ｅ）とを交互に満たすようにしながら、さらに、上記式（Ｃ）且つ上記式（Ｈ）を満たすように造形処理を実行する。上記式（Ｅ）を満たすようにすることで、走査するノズル６１から予定部位ＭＬｔに吐出される造形材料ＭＭは、ノズル６１の先端面６３によって潰されて、隣接する位置にすでに配置されている造形材料ＭＭの壁面や、下層にすでに配置されている造形材料ＭＭの壁面に追従されながら堆積される。その結果、隣接する造形材料ＭＭ同士の空隙を埋めるようにして造形材料ＭＭが堆積される。また、上記式（Ｃ）と式（Ｅ）とを交互に満たすようにすることで、ノズル６１から吐出される造形材料ＭＭがノズル６１により引きずられることを抑制でき、ノズル６１に造形材料ＭＭが詰まることを抑制できる。また、上記式（Ｃ）且つ上記式（Ｈ）を満たすようにすることで、造形材料ＭＭを潰す際に、ノズル６１の先端面６３の端部から造形材料ＭＭがはみ出すことを抑制でき、造形材料ＭＭが過度に潰されて造形物ＯＢの造形精度が低下することを抑制できる。
【００４２】
本実施形態において、距離Ｇｐ１は、課題を解決するための手段における第１の距離の下位概念に相当する。
【００４３】
Ａ−２．三次元造形物の造形処理：
図７は、三次元造形物ＯＢの造形処理の手順を示す工程図である。造形物ＯＢの造形は、造形装置１００に設けられた図示しない造形開始ボタンが押される等、造形の開始が指示されることによって実行される。造形される造形物ＯＢの形状は、専用のプログラムによって、予めノズル６１の単位移動量を１ＶｏｘｅｌとするＶｏｘｅｌ単位に分解されて、造形する各層の造形材料ＭＭの吐出データに変換されている。
【００４４】
制御部９０は、吐出データを読み込む（工程Ｐ３１０）。制御部９０は、吐出データに基づいて、走査経路データの演算を実行する（工程Ｐ３２０）。走査経路データは、ノズル６１をどのように走査させるかについてのデータであり、造形物ＯＢの各層の形成において効率的に造形材料ＭＭの堆積を行なうために演算される。
【００４５】
制御部９０は、往復動条件を設定する（工程Ｐ３３０）。往復動条件とは、後述する工程Ｐ３４０において、造形部１０を吐出方向Ｄｖに沿って往復動させる条件を意味する。往復動条件は、往復動の大きさの条件と往復動の速度の条件とを含む。本実施形態では、往復動の大きさ振幅とも呼び、往復動の速度を振動速度とも呼ぶ。往復動条件は、往復動によって隣接する造形材料ＭＭ同士の空隙が埋められる程度に設定されることが望ましい。
【００４６】
振幅は、距離Ｇｐ１の変動量に相当し、上記式（Ｃ）および式（Ｅ）を交互に満たし、さらに、上記式（Ｃ）且つ上記式（Ｈ）を満たすように設定される。距離Ｇｐ１を変動させることにより上記式（Ｃ）および式（Ｅ）を交互に満たすことができる理由は、以下の通りである。開口部６２の面積Ｓｑ１は、吐出部６０のノズル６１において固有の値である。体積Ｖｔは、ノズル６１から吐出される造形材料ＭＭの吐出圧が一定である場合、一定の値である。このため、上記式（Ｃ）および式（Ｅ）は、いずれも距離Ｇｐ１を変数とする関数で表されている。
【００４７】
振幅、すなわち距離Ｇｐ１の変動量は、走査方向Ｄｓに沿った開口部６２の大きさＤ１に応じて設定される。例えば、開口部６２の大きさＤ１が大きいほど振幅が大きく設定される。また、使用する造形材料ＭＭの種類、造形材料ＭＭの粘度、ノズル６１のＸＹ平面に沿った移動速度、ノズル６１から吐出される造形材料ＭＭの吐出圧、開口部６２の形状、開口部６２の面積Ｓｑ１、先端面６３の面積Ｓｑ２、体積Ｖｔ、振動速度等に応じて設定されてもよい。例えば、造形材料ＭＭの粘度が高いほど振幅が大きく設定されてもよい。
【００４８】
振動速度は、振動数に相当し、１秒あたりに振動する回数で表される。振動速度は、ノズル６１のＸＹ平面に沿った移動速度と、走査方向Ｄｓに沿った開口部６２の大きさＤ１とに応じて設定される。また、使用する造形材料ＭＭの種類、造形材料ＭＭの粘度、ノズル６１から吐出される造形材料ＭＭの吐出圧、開口部６２の形状、開口部６２の面積Ｓｑ１、先端面６３の面積Ｓｑ２、体積Ｖｔ、振幅等に応じて設定されてもよい。ここで、一度の往復動で潰すことのできる造形材料ＭＭの量は、先端面６３の面積Ｓｑ２が小さいほど、少ない。このため、本実施形態において、制御部９０は、先端面６３の面積Ｓｑ２が小さいほど振動速度を大きく設定する。
【００４９】
開口部６２の形状が略円形であり、開口部６２の直径が１ｍｍであり、ノズル６１の移動速度が２０ｍｍ／秒である場合、振幅は、例えば０．１〜０．５ｍｍ程度であってもよく、振動速度は、例えば４０Ｈｚ〜６０Ｈｚ程度であってもよい。また、振幅は、走査方向Ｄｓに沿った開口部６２の大きさＤ１未満となるようにとなるように設定されてもよく、ノズル６１が予定部位ＭＬｔに最も近付いた時の距離Ｇｐ１が、例えば高さＨｔの０．７倍等、高さＨｔの０．５倍〜０．９倍程度となるように設定されてもよい。
【００５０】
図８は、振動速度の影響を説明する説明図である。図８には、振動速度が１０Ｈｚ、２０Ｈｚ、４０Ｈｚ、６０Ｈｚの４条件において、造形材料ＭＭの形状モデルと、評価結果とがそれぞれ示されている。造形材料ＭＭの形状モデルは、潰された造形材料ＭＭをＺ軸の方向に見たときの形状を模式的に示している。振動速度以外の条件は、いずれも同じであり、開口部６２の形状が略円形であり、開口部６２の直径が１ｍｍであり、ノズル６１の移動速度が２０ｍｍ／秒である。
【００５１】
振動速度が１０Ｈｚの場合、ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭには、潰されていない部分が存在する。このため、評価結果が「可」となっている。振動速度が２０Ｈｚの場合、潰された部分同士の間に空隙が残っている。このため、評価結果が「可」となっている。振動速度が４０Ｈｚの場合、潰された部分同士の間の空隙が小さく、評価が「良」となっている。振動速度が６０Ｈｚの場合、潰された部分同士の間の空隙がさらに小さく、評価が「優」となっている。以上の結果から、振動速度が大きいほど造形材料ＭＭを良好に潰すことができ、空隙の発生をより抑制できることがわかる。
【００５２】
図７に示すように、制御部９０は、吐出部６０と移動機構８０とを制御して、ノズル６１を走査させつつ往復動させながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させる（工程Ｐ３４０）。工程Ｐ３４０は、吐出工程である。
【００５３】
図９は、造形材料ＭＭが吐出される様子を示す模式図である。ノズル６１を含む造形部１０が、白抜きの矢印で示すように吐出方向Ｄｖに沿って細かく往復動すると、走査するノズル６１から吐出される造形材料ＭＭは、加圧されて潰される状態と加圧されずに潰されない状態とが交互に繰り返されながら堆積されることとなる。このようにしながら、造形層ＭＬの積層が繰り返されて、造形テーブル７０の造形テーブル上面７１に造形物ＯＢが造形される。
【００５４】
図７に示すように、制御部９０は、切削部２００を制御して、造形物ＯＢを切削する（工程Ｐ３５０）。これにより、造形物ＯＢの表面は、造形材料ＭＭの微小な凹凸構造が削られて、滑らかにされる。工程Ｐ３５０の完了により、造形物ＯＢが完成する。
【００５５】
Ａ−３．材料：
造形装置１００において用いられる材料について説明する。造形装置１００では、例えば、熱可塑性を有する材料や、金属材料、セラミック材料等の種々の材料を主材料として造形物ＯＢを造形することができる。ここで、「主材料」とは、造形物の形状を形作っている中心となる材料を意味し、造形物において５０重量％以上の含有率を占める材料を意味する。上述した造形材料ＭＭ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。
【００５６】
主材料として熱可塑性を有する材料を用いる場合には、造形材料生成部３０において、当該材料が可塑化することによって造形材料が生成される。「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。
【００５７】
熱可塑性を有する材料としては、例えば、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。
【００５８】
熱可塑性を有する材料には、顔料、金属、セラミック等が混合されていてもよい。また、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合されていてもよい。また、炭素繊維、ガラス繊維、セルロース繊維、アラミド繊維等の繊維類が混合されていてもよい。熱可塑性を有する材料は、造形材料生成部３０において、フラットスクリュー４０の回転とヒーター５８の加熱と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ＭＭは、造形テーブル７０の造形テーブル上面７１に配置された後、温度の低下によって硬化する。
【００５９】
熱可塑性を有する材料は、そのガラス転移点以上に加熱されて完全に溶融した状態でノズル６１から吐出されることが望ましい。高温の状態で造形材料ＭＭを吐出するために、ノズル６１の周囲には、ヒーターが設けられてもよい。例えば、ガラス転移点が約１２０℃であるＡＢＳ樹脂は、約２００℃の状態でノズル６１から吐出されてもよい。
【００６０】
造形装置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ＭＭの生成の際に溶融する成分が混合されて、造形材料生成部３０に供給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。
＜前記合金の例＞
マルエージング鋼、ステンレス鋼、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。
【００６１】
造形装置１００においては、上記の金属材料の代わりに、セラミック材料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７０に配置された造形材料ＭＭは、焼結によって硬化されてもよい。
【００６２】
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、造形材料生成部３０において、その熱可塑性樹脂が溶融して流動性が発現されるものとしてもよい。
【００６３】
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。
【００６４】
その他に、材料供給部２０に供給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。
【００６５】
以上説明した本実施形態の造形装置１００によれば、造形処理を実行する場合に、先端面６３と予定部位ＭＬｔとの第１の距離Ｇｐ１が上記式（Ｃ）および式（Ｅ）を交互に満たすように移動機構８０を制御して造形部１０を往復動させながら、走査するノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させるので、造形材料ＭＭをノズル６１の先端面６３で潰しながら堆積させることができる。このため、走査するノズル６１から吐出される造形材料ＭＭと、それ以前の走査において吐出された隣接する造形材料ＭＭとの間に、空隙が発生することを抑制できる。したがって、造形物ＯＢの空隙の発生を抑制でき、造形物ＯＢの強度が低下することを抑制できる。
【００６６】
また、上記式（Ｃ）と式（Ｅ）とを交互に満たすように往復動させるので、ノズル６１から吐出される造形材料ＭＭがノズル６１により引きずられることを抑制できる。このため、ノズル６１の先端面６３に造形材料ＭＭが付着したままとなることを抑制でき、ノズル６１に造形材料ＭＭが詰まることを抑制できる。また、上記式（Ｃ）且つ上記式（Ｈ）を満たすように移動機構８０を制御するので、上記式（Ｃ）を満たして造形材料ＭＭを潰す際に、ノズル６１の先端面６３の端部から造形材料ＭＭがはみ出すことを抑制でき、造形材料ＭＭが過度に潰されて造形物ＯＢの造形精度が低下することを抑制できる。
【００６７】
また、往復動によって造形材料ＭＭを潰して空隙を抑制するので、ノズル６１をＸＹ平面に沿ってゆっくり移動させることによって空隙を抑制する構成に比べて、造形物ＯＢの造形に要する時間が増大することを抑制できる。
【００６８】
また、先端面６３の面積Ｓｑ２が互いに異なる複数の吐出部のうちから選択された吐出部６０が交換可能に造形装置１００の造形部１０に取り付けられ、取り付けられた吐出部６０の先端面６３の面積Ｓｑ２に応じて往復動の速度を制御し、先端面６３の面積Ｓｑ２が小さい吐出部６０ほど、往復動の速度を大きくするので、使用する吐出部６０の先端面６３の面積Ｓｑ２に応じて往復動の速度を適切に設定できる。このため、造形物ＯＢの空隙の発生をより抑制できる。
【００６９】
また、フラットスクリュー４０により材料を溶融させて造形材料ＭＭを生成するので、造形材料ＭＭを生成する機構を小型化でき、造形部１０および造形装置１００の大型化を抑制できる。また、フラットスクリュー４０を有する造形材料生成部３０を備えるので、流動性を有する状態にされた造形材料ＭＭをノズル６１へと容易に圧送できる。また、フラットスクリュー４０を有する造形材料生成部３０を備えるので、フラットスクリュー４０の回転数を制御して造形材料ＭＭの吐出量を容易に制御できる。このため、造形材料ＭＭの吐出制御の精度を高めることができ、造形物ＯＢの造形精度が低下することを抑制できる。
【００７０】
また、造形装置１００が切削部２００を備えるので、造形物ＯＢの表面における微小な凹凸構造を削ることができ、造形物ＯＢの表面を滑らかにできる。このため、造形部１０の往復動によってノズル６１により潰された造形材料ＭＭにより、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に微小な凹凸構造が残ることを抑制できる。
【００７１】
Ａ−４．比較例：
図１０は、比較例の三次元造形装置を用いて造形される造形材料ＭＭの形状を示す模式図である。図１０では、比較例における造形装置のうち、造形部のノズル４６１の周辺を拡大して示している。比較例の造形装置では、造形部の往復動を実行せずにノズル４６１を走査させながら造形材料ＭＭを吐出させる。このため、走査するノズル４６１から吐出される造形材料ＭＭと、それ以前の走査において吐出された造形材料ＭＭとの間に空隙４００が発生し、造形物ＯＢの強度が低下する。
【００７２】
これに対して本実施形態の造形装置１００によれば、造形部１０を吐出方向Ｄｖに沿って往復動させながら、走査するノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させるの。このため、造形材料ＭＭをノズル６１で潰しながら堆積でき、隣接する造形材料ＭＭの間に空隙が発生することを抑制でき、造形物ＯＢの強度が低下することを抑制できる。
【００７３】
Ｂ．第２実施形態：
図１１は、第２実施形態の三次元造形装置の要部の構成を示す模式図である。図１１では、造形装置のうち、図９と同様の領域を示している。第２実施形態の造形装置は、さらに加圧部５００を備える点と、造形処理において造形部１０の往復動に代えて加圧部５００を往復動させる点とにおいて、第１実施形態の造形装置１００と異なる。その他の構成は第１実施形態と同じであるので、同一の構成には同一の符号を付し、それらの詳細な説明を省略する。
【００７４】
第２実施形態の造形装置が備える加圧部５００は、略円柱状の外観形状を有し、吐出方向Ｄｖに沿って往復動可能に構成されている。加圧部５００は、図示しない振動ユニットに接続されて往復動する。加圧部５００は、ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭを、少なくとも吐出方向Ｄｖへと加圧する。本実施形態において、加圧部５００のうち予定部位ＭＬｔと対向する面の形状は、平面状であり、造形テーブル上面７１と平行に形成されている。
【００７５】
図１２は、第２実施形態の造形装置を用いた造形処理の手順を示す工程図である。第２実施形態における造形処理は、工程Ｐ３３０および工程Ｐ３４０に代えて工程Ｐ３３０ａおよび工程Ｐ３４０ａが実行される点と、工程Ｐ３４０ａと工程Ｐ３５０との間に工程Ｐ３４５ａが実行される点において、第１実施形態の造形処理と異なる。第２実施形態における造形処理では、図１１に示すように、加圧部５００を吐出方向Ｄｖに沿って往復動させることにより、加圧部５００と予定部位ＭＬｔとの間の吐出方向Ｄｖに沿った距離を変動させて、吐出部６０のノズル６１から吐出された造形材料ＭＭの加圧と非加圧とを交互に実行し、吐出された造形材料ＭＭを潰す。
【００７６】
図１２に示すように、制御部９０は、工程Ｐ３２０の後に、加圧部５００の往復動条件を設定する（工程Ｐ３３０ａ）。加圧部５００の往復動条件とは、後述する工程Ｐ３４５ａにおいて、加圧部５００を吐出方向Ｄｖに沿って往復動させる条件を意味する。往復動条件は、振幅の条件と振動速度の条件とを含む。
【００７７】
振幅は、加圧部５００と予定部位ＭＬｔとの間の吐出方向Ｄｖに沿った距離の変動量に相当する。
【００７８】
制御部９０は、吐出部６０と移動機構８０とを制御して、ノズル６１を走査させながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させる（工程Ｐ３４０ａ）。工程Ｐ３４０ａは、吐出工程である。制御部９０は、加圧部５００を吐出方向Ｄｖに沿って往復動させることにより、ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭの加圧と非加圧とを交互に実行する（工程Ｐ３４５ａ）。工程Ｐ３４５ａは、加圧工程である。これにより、吐出された造形材料ＭＭは、図１１に示すように潰される。制御部９０は、切削部２００を制御して造形物ＯＢを切削し（工程Ｐ３５０）、造形物ＯＢが完成する。
【００７９】
以上説明した第２実施形態における造形装置によれば、第１実施形態の造形装置１００と同様な効果を奏する。加えて、加圧部５００を吐出方向Ｄｖに沿って往復動させて、ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭを潰すので、ノズル６１の先端面６３に造形材料ＭＭが付着することを抑制でき、ノズル６１に造形材料ＭＭが詰まることを抑制できる。
【００８０】
Ｃ．他の実施形態：
（Ｃ１）上記実施形態において、移動機構８０は、固定配置された造形テーブル７０に対して造形部１０を移動させることによりノズル６１を走査させていたが、本発明はこれに限定されるものではない。移動機構８０は、例えば、造形部１０を移動させることに代えて、固定配置された造形部１０に対して造形テーブル７０を移動させることによりノズル６１を走査させる態様であってもよい。かかる態様において、移動機構８０は、３つのモーターの駆動力によって、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とそれぞれ平行な３軸方向に造形テーブル７０を移動させることが可能な３軸ポジショナーによって構成されていてもよい。また、例えば、造形部１０と造形テーブル７０との両方を移動させることができる態様であってもよい。このような構成によっても、造形テーブル７０とノズル６１との相対位置を変更できる。
【００８１】
（Ｃ２）第１実施形態における往復動の方法は、あくまで一例であり、種々変更可能である。例えば、造形部１０のうち吐出部６０のみを往復動させることが可能な移動機構８０を備え、吐出部６０のみを往復動させる態様であってもよい。かかる態様においては、吐出部６０とスクリュー対面部５０との間に隙間を設けた状態で吐出部６０が造形部１０に取り付けられ、かかる隙間の大きさを変動させることにより、吐出部６０を往復動させてもよい。また、例えば、造形部１０を往復動させることに代えて、または、造形部１０を往復動させることに加えて、造形テーブル７０を往復動させてもよい。例えば、造形部１０を走査方向Ｄｓに沿って移動させつつ造形テーブル７０を往復動させてもよく、造形テーブル７０を走査方向Ｄｓに沿って移動させつつ造形部１０を往復動させてもよく、造形テーブル７０を走査方向Ｄｓに沿って移動させつつ造形テーブル７０を往復動させてもよく、造形部１０または造形テーブル７０を走査方向Ｄｓに沿って移動させつつ、造形部１０と造形テーブル７０との両方を往復動させてもよい。すなわち一般には、制御部９０は、移動機構８０を制御して造形テーブル７０と吐出部６０とのうちの少なくとも一方を往復動させることにより、第１の距離Ｇｐ１を変動させてもよい。かかる構成によっても、第１実施形態と同様な効果を奏する。
【００８２】
（Ｃ３）第１実施形態では、上記式（Ｃ）と式（Ｅ）とを交互に満たすように距離Ｇｐ１を変動させて往復動させていたが、上記式（Ｃ）と下記式（Ｊ）とを交互に満たすように第１の距離を変動させて往復動させてもよい。
（Ｓｑ１×Ｇｐ１）／Ｖｔ≧１．０  …（Ｊ）
かかる構成においては、ノズル６１が予定部位ＭＬｔから最も遠ざかった時の距離Ｇｐ１が、高さＨｔと等しい状態を含む。このような構成によっても、第１実施形態と同様な効果を奏する。
【００８３】
（Ｃ４）第１実施形態では、上記式（Ｃ）且つ上記式（Ｈ）を満たすように往復動させていたが、上記式（Ｈ）を満たさずに往復動させてもよい。また、第１実施形態では、先端面６３の面積Ｓｑ２が小さいほど振動速度を大きく設定していたが、先端面６３の面積Ｓｑ２の大きさによらず振動速度を設定してもよい。このような構成によっても、上記実施形態と同様な効果を奏する。
【００８４】
（Ｃ５）第２実施形態の加圧部５００の構成は、あくまで一例であり、種々変更可能である。例えば、加圧部５００のうち、予定部位ＭＬｔと対向する面の形状は、平面状に限らず、例えば予定部位ＭＬｔに向かって突出する球状等、任意の形状に形成されていてもよい。また、例えば、加圧部５００の内部に、堆積された造形材料ＭＭを冷却するための冷媒が流されていてもよく、堆積された造形材料ＭＭを加温するためのヒーターが設けられていてもよい。このような構成によっても、第２実施形態と同様な効果を奏する。
【００８５】
（Ｃ６）上記実施形態の造形装置１００の構成は、あくまで一例であり、種々変更可能である。例えば、切削部２００を省略した態様であってもよい。また、例えば、造形装置１００が造形テーブル７０を備えなくてもよく、任意の造形場所に造形物ＯＢが造形されてもよい。また、例えば、吐出部６０の流路６５に、造形材料ＭＭの吐出量を制御するためのバルブが設けられていてもよい。また、フラットスクリュー４０に限らず、例えば、軸線ＲＸに沿った長さの長いスクリューシリンダー等により、材料を溶融させて造形材料ＭＭを生成してもよい。このような構成によっても、上記実施形態と同様な効果を奏する。
【００８６】
（Ｃ７）上記実施形態において、ソフトウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ハードウェアによって実現されてもよい。また、ハードウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ソフトウェアによって実現されてもよい。ハードウェアとしては、例えば、集積回路、ディスクリート回路、または、それらの回路を組み合わせた回路モジュールなど、各種回路を用いることができる。
【００８７】
Ｄ．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（aspect）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。
【００８８】
（１）本発明の一形態によれば、三次元造形物を造形する三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、造形テーブルに向かって開口部から造形材料を吐出する吐出部と、前記造形テーブルと前記吐出部との相対位置を変更する移動機構と、前記吐出部と前記移動機構とを制御して、三次元造形物を造形する造形処理を実行する制御部と、を備え、前記吐出部は、前記開口部が形成された先端面を備え、前記制御部は、前記造形処理を実行する場合に、前記先端面と、前記吐出部から前記造形材料が吐出される予定部位との第１の距離（Ｇｐ１）が、以下の式（１）および式（２）を交互に満たすように前記移動機構を制御して前記造形テーブルと前記吐出部とのうちの少なくとも一方を往復動させる。
（Ｓｑ１×Ｇｐ１）／Ｖｔ＜１．０  …（１）
（Ｓｑ１×Ｇｐ１）／Ｖｔ≧１．０  …（２）
（前記Ｓｑ１は前記開口部の面積、前記Ｇｐ１は前記第１の距離、前記Ｖｔは単位移動量ごとに前記吐出部が吐出する前記造形材料の体積である。）この形態の三次元造形装置によれば、造形処理を実行する場合に、先端面と吐出部から造形材料が吐出される予定部位との第１の距離が上記式（１）および式（２）を交互に満たすように移動機構を制御して造形テーブルと吐出部とのうちの少なくとも一方を往復動させるので、吐出部から吐出された造形材料を先端面で潰しながら堆積させることができる。このため、吐出部から吐出される造形材料と、それ以前に吐出された隣接する造形材料との間に空隙が発生することを抑制できる。したがって、三次元造形物の空隙の発生を抑制でき、三次元造形物の強度が低下することを抑制できる。
【００８９】
（２）上記形態の三次元造形装置において、前記制御部は、前記造形処理を実行する場合に、前記式（１）かつ以下の式（３）を満たすように前記移動機構を制御してもよい。
（Ｓｑ２×Ｇｐ１）／Ｖｔ＞１．０  …（３）
（前記Ｓｑ２は前記先端面の面積である。）この形態の三次元造形装置によれば、式（１）かつ式（３）を満たすように移動機構を制御するので、吐出部の先端面から造形材料がはみ出すことを抑制でき、造形材料が過度に潰されて三次元造形物の造形精度が低下することを抑制できる。
【００９０】
（３）上記形態の三次元造形装置において、前記吐出部は、前記先端面の面積が互いに異なる前記吐出部を取り付け交換可能であり、前記制御部は、取り付けられた前記吐出部の前記先端面の面積に応じて、前記往復動の速度を制御し、前記先端面の面積が小さい前記吐出部ほど、前記往復動の速度を大きくしてもよい。この形態の三次元造形装置によれば、取り付けられた吐出部の先端面の面積に応じて往復動の速度を制御し、先端面の面積が小さい吐出部ほど往復動の速度を大きくするので、吐出部の先端面の面積に応じて往復動の速度を適切に設定でき、三次元造形物の空隙の発生をより抑制できる。
【００９１】
（４）本発明の他の形態によれば、三次元造形物を造形する三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、造形テーブルに向かって開口部から造形材料を吐出する吐出部と、前記造形テーブルと前記吐出部との相対位置を変更する移動機構と、前記吐出部の吐出方向に沿って往復動可能に構成され、前記吐出部から吐出された前記造形材料を、少なくとも前記吐出方向へと加圧する加圧部と、前記吐出部と前記移動機構と前記加圧部とを制御して、三次元造形物を造形する造形処理を実行する制御部と、を備え、前記制御部は、前記造形処理を実行する場合、前記加圧部を前記吐出方向に沿って往復動させることにより、前記吐出部から吐出された前記造形材料の加圧と非加圧とを交互に実行する。この形態の三次元造形装置によれば、造形処理を実行する場合、加圧部を吐出方向に沿って往復動させることにより、吐出部から吐出された造形材料の加圧と非加圧とを交互に実行するので、吐出された造形材料を潰すことができる。このため、吐出部から吐出される造形材料と、それ以前に吐出された隣接する造形材料との間に空隙が発生することを抑制できる。したがって、三次元造形物の空隙の発生を抑制でき、三次元造形物の強度が低下することを抑制できる。
【００９２】
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、三次元造形物の製造方法、かかる製造方法を実現するコンピュータープログラム、かかる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】
【００９３】
１０…造形部、２０…材料供給部、２２…連通路、３０…造形材料生成部、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、４２…溝部、４４…材料流入口、４６…中央部、４８…下面、５０…スクリュー対面部、５２…上面、５６…連通孔、５８…ヒーター、６０…吐出部、６１…ノズル、６２…開口部、６３…先端面、６５…流路、７０…造形テーブル、７１…造形テーブル上面、８０…移動機構、９０…制御部、１００…三次元造形装置、２００…切削部、２１０…切削工具、４００…空隙、４６１…ノズル、５００…加圧部、Ｄｓ…走査方向、Ｄｖ…吐出方向、Ｇｐ１…距離、Ｈｔ…高さ、ＭＬ…造形層、ＭＬｔ…予定部位、ＭＭ…造形材料、ＯＢ…三次元造形物、ＲＸ…軸線、Ｓ…空間、Ｖｎ…体積、Ｖｔ…体積
【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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