(57)【要約】【課題】造形物の形状精度を向上させる。【解決手段】造形装置１は、材料を吐出ノズル２１に送入する材料送入部１０４と、吐出ノズル２１に送入された材料の送入量を検出する送入量検出部１０５と、吐出ノズル２１から吐出された材料の吐出量を検出する吐出量検出部１１５と、検出された送入量を入力として用い、検出された吐出量を出力として用いることにより、送入量と吐出量との対応関係を示す第１の伝達関数を導出する伝達関数導出部１２４と、第１の伝達関数に基づいて所望の吐出量を実現可能な校正後の送入量に算出し、校正後の送入量に基づいて材料送入部１０４を制御する駆動制御部１２５と、を備える。【選択図】図３
2020011474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を吐出する吐出部と、
前記材料を吐出部に送入する送入部と、
前記吐出部に送入された前記材料の送入量を検出する送入量検出部と、
前記吐出部から吐出された前記材料の吐出量を検出する吐出量検出部と、
検出された前記送入量を入力として用い、検出された前記吐出量を出力として用いることにより、前記送入量と前記吐出量との対応関係を示す第１の伝達関数を導出する導出部と、
前記第１の伝達関数に基づいて所望の吐出量を実現可能な校正後の送入量に算出し、前記校正後の送入量に基づいて前記送入部を制御する制御部と、
を備える造形装置。
【請求項２】
前記吐出部の変位させる駆動部と、
前記吐出部の移動速度を検出する移動速度検出部と、
を更に備え、
前記導出部は、検出された前記移動速度を入力として用い、検出された前記吐出量を出力として用いることにより、前記移動速度と前記吐出量との対応関係を示す第２の伝達関数を導出し、
前記制御部は、前記第２の伝達関数に基づいて所望の吐出量を実現可能な校正後の移動速度を算出し、前記校正後の移動速度に基づいて前記駆動部を制御する、
請求項１に記載の造形装置。
【請求項３】
吐出前の前記材料を加熱する材料加熱部と、
吐出前の前記材料の温度又はこれに関連する温度である材料温度を検出する材料温度検出部と、
を更に備え、
前記導出部は、検出された前記材料温度を入力として用い、検出された前記吐出量を出力として用いることにより、前記材料温度と前記吐出量との対応関係を示す第３の伝達関数を導出し、
前記制御部は、前記第３の伝達関数に基づいて所望の吐出量を実現可能な校正後の材料温度を算出し、前記校正後の材料温度に基づいて前記材料加熱部を制御する、
請求項１又は２に記載の造形装置。
【請求項４】
前記吐出部から吐出された前記材料が載置される台部を加熱する台部加熱部と、
前記台部の温度又はこれに関連する温度である台部温度を検出する台部温度検出部と、
を更に備え、
前記導出部は、検出された前記台部温度を入力として用い、検出された前記吐出量として用いることにより、前記台部温度と前記吐出量との対応関係を示す第４の伝達関数を導出し、
前記制御部は、前記第４の伝達関数に基づいて所望の吐出量を実現可能な校正後の台部温度を算出し、前記校正後の台部温度に基づいて前記台部加熱部を制御する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の造形装置。
【請求項５】
前記導出部は、前記入力を段階的に変化させた場合の前記出力の変化を監視するステップ入力応答法を用いて前記入力と前記出力との対応関係を取得する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の造形装置。
【請求項６】
前記導出部は、前記入力を正弦波的に変化させた場合の前記出力の変化を監視する正弦波入力応答法を用いて前記入力と前記出力との対応関係を取得する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の造形装置。
【請求項７】
前記吐出量検出部は、前記吐出部から吐出された前記材料が載置される台部上に造形された校正用造形物の形状に基づいて、前記出力として用いられる前記吐出量を検出する、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の造形装置。
【請求項８】
前記校正用造形物は、前記吐出部を一方向に移動させることにより造形された直線形状を有し、
前記吐出量検出部は、前記校正用造形物の前記吐出部の移動方向に対して直交する断面の面積と前記吐出部の移動速度とに基づいて、経時的に変化する前記吐出量を算出し、
前記導出部は、経時的に変化する前記吐出量を前記出力として用いる、
請求項７に記載の造形装置。
【請求項９】
前記校正用造形物は、前記台部上に直接造形される、
請求項７又は８に記載の造形装置。
【請求項１０】
材料を吐出する吐出部に送入された前記材料の送入量を検出する工程と、
前記吐出部から吐出された前記材料の吐出量を検出する工程と、
検出された前記送入量を入力として用い、検出された前記吐出量を出力として用いることにより、前記送入量と前記吐出量との対応関係を示す伝達関数を導出する工程と、
前記伝達関数に基づいて所望の吐出量を実現可能な校正後の送入量に算出する工程と、
前記校正後の送入量に基づいて前記材料の前記吐出部への送入を制御する工程と、
を含む造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形装置及び造形物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元造形物を製造する方法として、ＦＤＭ（熱融解積層）方式が知られている。ＦＤＭ方式を利用した造型装置では、樹脂等の材料を加熱された吐出ノズルに外部から送入して溶融させ、吐出ノズルが取り付けられたヘッドモジュールを三次元的に動かしながら溶融された材料を造形テーブルに吐出し、造形テーブル上で材料を積層させていくことにより、任意の形状の三次元造形物を製造する。吐出ノズルから吐出される材料の吐出量は、吐出ノズルへ送入される材料の送入量に応じて変化する。従って、ノズルへの送入量を正確に制御することにより、ノズルからの吐出量を安定させ、造形物の形状精度を向上させることができる。
【０００３】
例えば、造形物の形状精度を向上させることを目的として、線状の材料（フィラメント）を外部から吐出ノズルへと送入するローラに対向する位置にローラの回転量を示す回転信号を検出する回転量検出部を設け、モータの駆動量を指示する駆動信号と回転信号とを比較し、比較結果に基づいて駆動信号を変化させる技術が開示されている（特許文献１）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような従来技術によれば、材料の吐出ノズルへの送入量をある程度適正化することができる。しかしながら、吐出ノズルから実際に吐出される材料の吐出量は、送入量のみに応じて決定されるものではなく、造形装置の各構成要素の特徴、稼働条件等に応じて変化する。例えば、実際の吐出量は、送入量が一定であっても、吐出ノズルの移動速度、吐出ノズル（材料）の温度、造形テーブルの温度、造形テーブルの形状、吐出ノズルと造形テーブルとの位置関係等のパラメータに応じて変化する。そのため、造形物の形状精度を向上させるためには、上記のような吐出量を変化させる要因となるパラメータを加味して制御する必要があるが、従来技術によってはこのような問題を解決することができない。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、造形物の形状精度を向上させ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、本発明に係る一形態である造形装置は、材料を吐出する吐出部と、前記材料を吐出部に送入する送入部と、前記吐出部に送入された前記材料の送入量を検出する送入量検出部と、前記吐出部から吐出された前記材料の吐出量を検出する吐出量検出部と、検出された前記送入量を入力として用い、検出された前記吐出量を出力として用いることにより、前記送入量と前記吐出量との対応関係を示す第１の伝達関数を導出する導出部と、前記第１の伝達関数に基づいて所望の吐出量を実現可能な校正後の送入量に算出し、前記校正後の送入量に基づいて前記送入部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、造形物の形状精度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態に係る造形装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係るヘッドモジュールの構成例を示す図である。
【図３】図３は、実施形態に係る造形装置の機能構成例を示すブロック図である。
【図４】図４は、実施形態に係る造形装置の機能構成の変形例を示すブロック図である。
【図５】図５は、実施形態に係る造形装置における送入量の校正処理例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、実施形態に係る伝達関数を導出する際の入力及び出力の対応関係を概念的に例示する図である。
【図７】図７は、実施形態に係る入力及び出力の対応関係に基づいて伝達関数を導出する処理を概念的に例示する図である。
【図８】図８は、実施形態に係る伝達関数を用いて所望の吐出量を実現する際の処理を概念的に例示する図である。
【図９】図９は、実施形態に係る校正後の送入量と吐出量との対応関係を例示するグラフである。
【図１０】図１０は、比較例に係る校正前の送入量と吐出量との対応関係を例示するグラフである。
【図１１】図１１は、実施形態に係るステップ入力応答法における送入量と吐出量との対応関係を例示する図である。
【図１２】図１２は、実施形態に係る正弦波入力応答法における送入量と吐出量との対応関係を例示する図である。
【図１３】図１３は、実施形態に係るパラメータと吐出速度の定常値との対応関係を例示するグラフである。
【図１４】図１４は、実施形態に係るパラメータと吐出量の時定数との対応関係を例示するグラフである。
【図１５】図１５は、実施形態に係る伝達関数を導出するための吐出量を検出する機構の構成例を示す図である。
【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、造形装置及び造形物の製造方法の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態によって本発明が限定されるものではなく、以下の実施形態における構成要素には当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、及びいわゆる均等の範囲のものが含まれる。以下の実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換、変更、及び組み合わせを行うことができる。
【００１０】
図１は、実施形態に係る造形装置１の構成例を示す図である。造形装置１は、三次元造形物を製造するための装置であり、その筐体内部は、造形物Ｍを造形するための処理空間となっている。造形装置１の筐体内部には、造形物Ｍの載置台としての造形テーブル１１（台部）が設けられており、造形物Ｍは造形テーブル１１上で造形される。
【００１１】
造形装置１の筐体外部には、樹脂材料であるフィラメント１２が巻回されるリール１３が取り付けられている。リール１３は、フィラメント１２が駆動手段であるエクストルーダ１４の回転に引っ張られることにより、大きな抵抗力を働かせることなく自転するように構成されている。造形テーブル１１の上方にはフィラメント１２を吐出させるヘッドモジュール１５が設けられている。
【００１２】
図２は、実施形態に係るヘッドモジュール１５の構成例を示す図である。フィラメント１２を造形テーブル１１へ向けて吐出する吐出ノズル２１（吐出部）は、加熱ブロック２２、冷却ブロック２３、フィラメントガイド２４等の部品と共にモジュール化されている。加熱ブロック２２は、熱を発生させる熱源２５と加熱ブロック２２の温度を検出する熱電対２６とを有し、吐出ノズル２１に供給されるフィラメント１２を加熱して溶融させる。冷却ブロック２３は、加熱ブロック２２の上部に配置され、空冷機構、水冷機構等を利用した適宜な冷却源２７を有し、溶融したフィラメント１２がヘッドモジュール１５内の上部に逆流することを防止する。
【００１３】
フィラメント１２は、リール１３に巻回された状態から引き出され、ヘッドモジュール１５内の移送路を介して吐出ノズル２１へ送入される。フィラメント１２を加熱ブロック２２の加熱により溶融し、溶融状態のフィラメント１２を吐出ノズル２１から押し出すようにして吐出することにより、造形テーブル１１上に所定の形状を有する層を順次積層し、造形物Ｍを造形する。
【００１４】
ヘッドモジュール１５は、造形装置１のＸ軸方向に延びるＸ軸駆動軸３１に適宜な連結部材を介してスライド可能に保持され、Ｘ軸駆動モータ３２の駆動力によりＸ軸駆動軸３１に沿って変位する。ヘッドモジュール１５は、加熱ブロック２２により加熱されて高温となるため、熱がＸ軸駆動モータ３２に伝わり難くするために、フィラメント１２の移送路の熱伝導を低く抑えるフィラメントガイド２４を有している。
【００１５】
Ｘ軸駆動モータ３２は、造形装置１のＹ軸方向に延びるＹ軸駆動軸３３に沿ってスライド可能に保持されている。Ｘ軸駆動軸３１及びＸ軸駆動モータ３２がＹ軸駆動モータ３４の駆動力によりＹ軸方向に変位することにより、ヘッドモジュール１５はＹ軸方向に変位する。
【００１６】
造形テーブル１１は、Ｚ軸方向に延びるＺ軸駆動軸３５及びガイド軸３６に通され、Ｚ軸駆動軸３５にスライド可能に保持され、Ｚ軸駆動モータ３７の駆動力によりＺ軸方向に変位する。
【００１７】
造形装置１は、ヘッドモジュール１５のＸ軸方向位置を検知するＸ軸座標検知手段を有する。Ｘ軸座標検知手段の検知結果は、Ｘ軸駆動モータ３２を制御する駆動制御手段に送られる。当該駆動制御手段は、Ｘ軸座標検知手段から受け取った検知結果に基づいてＸ軸駆動モータ３２を駆動し、ヘッドモジュール１５を目標のＸ軸方向位置へ移動させる。また、造形装置１は、ヘッドモジュール１５のＹ軸方向位置を検知するＹ軸座標検知手段を有する。Ｙ軸座標検知手段の検知結果は、Ｙ軸駆動モータ３４を制御する駆動制御手段に送られる。当該駆動制御手段は、Ｙ軸座標検知手段から受け取った検知結果に基づいてＹ軸駆動モータ３４を駆動し、ヘッドモジュール１５を目標のＹ軸方向位置へ移動させる。
【００１８】
また、造形装置１は、造形テーブル１１のＺ軸方向位置を検知するＺ軸座標検知手段を有する。Ｚ軸座標検知手段の検知結果は、Ｚ軸駆動モータ３７を制御する駆動制御手段に送られる。当該駆動制御手段は、Ｚ軸座標検知手段から受け取った検知結果に基づいてＺ軸駆動モータ３７を駆動し、造形テーブル１１を目標のＺ軸方向位置へ移動させる。
【００１９】
上記のように駆動制御手段がヘッドモジュール１５及び造形テーブル１１の移動制御を行うことにより、ヘッドモジュール１５と造形テーブル１１との相対的な位置関係を所望の状態に調整することができる。
【００２０】
フィラメント１２を溶融させて吐出する動作を継続的に実行すると、吐出ノズル２１の周辺部分が溶融したフィラメント１２で汚れる場合がある。このような問題に対処するものとして、本実施形態に係る造形装置１は、図１に示すように、クリーニングブラシ４１を備えている。クリーニングブラシ４１は、吐出ノズル２１及びその周辺部分を洗浄可能なブラシである。クリーニングブラシ４１によるクリーニング動作を定期的に実行することで、吐出ノズル２１及びその周辺部分にフィラメント１２が固着しないようにすることができる。クリーニング動作は、フィラメント１２の温度が下がりきらないうちに行われることが好ましい。この場合、クリーニングブラシ４１は耐熱性樹脂から形成されていることが好ましい。クリーニング動作時に生じる研磨粉等のダストをダストボックス４２に蓄積し、定期的に廃棄したり、吸引路を介して外部へ排出したりすることが好ましい。
【００２１】
図３は、実施形態に係る造形装置１の機能構成例を示すブロック図である。本実施形態に係る造形装置１は、Ｘ軸・Ｙ軸駆動部１０１、Ｚ軸駆動部１０２、Ｘ軸・Ｙ軸移動距離検出部１０３、材料送入部１０４、送入量検出部１０５、材料加熱部１０６、材料温度検出部１０７、テーブル加熱部１１１、テーブル温度検出部１１２、吐出量検出部１１５、検出結果処理部１２１、吐出量検出処理部１２２、記憶部１２３、伝達関数導出部１２４、及び駆動制御部１２５を有する。造形装置１は、プログラムに従って所定の制御演算処理を行うＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、プログラムや各種データを記憶するメモリ、外部機器と接続するインターフェース等の協働により構成される制御ユニット５１を有する。
【００２２】
Ｘ軸・Ｙ軸駆動部１０１は、制御ユニット５１からの制御信号に応じてＸ軸駆動モータ３２及びＹ軸駆動モータ３４を制御し、ヘッドモジュール１５をＸＹ平面上の所望の位置に変位させる。
【００２３】
Ｚ軸駆動部１０２は、制御ユニット５１からの制御信号に基づいてＺ軸駆動モータ３７を制御し、造形テーブル１１のＺ軸方向位置を所望の位置に変位させる。
【００２４】
Ｘ軸・Ｙ軸移動距離検出部１０３は、ヘッドモジュール１５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動距離を検出し、検出結果を制御ユニット５１にフィードバックする。Ｘ軸・Ｙ軸移動距離検出部１０３による検出結果に基づいて、ヘッドモジュール１５の移動速度を算出することができる。
【００２５】
材料送入部１０４は、制御ユニット５１からの制御信号及びＸ軸・Ｙ軸駆動部１０１から取得される駆動信号に基づいて、フィラメント１２を吐出ノズル２１に送入する。
【００２６】
送入量検出部１０５は、吐出ノズル２１に送出されたフィラメント１２の送入量を検出し、検出結果を制御ユニット５１にフィードバックする。
【００２７】
材料加熱部１０６は、制御ユニット５１からの制御信号に基づいて、吐出ノズル２１の温度又は吐出ノズル２１に送出されたフィラメント１２の温度を所望の温度に加熱する。
【００２８】
材料温度検出部１０７は、フィラメント１２の温度又はこれに関連する温度である材料温度を検出し、検出結果を制御ユニット５１にフィードバックする。材料温度には、フィラメント１２自体の温度の他、吐出ノズル２１の温度、材料加熱部１０６（加熱ブロック２２）の温度等が含まれる。
【００２９】
テーブル加熱部１１１は、制御ユニット５１の制御信号に基づいて、造形テーブル１１を所望の温度に加熱する。
【００３０】
テーブル温度検出部１１２は、造形テーブル１１の温度又はこれに関連する温度であるテーブル温度を検出し、検出結果を制御ユニット５１にフィードバックする。テーブル温度には、造形テーブル１１自体の温度の他、造形テーブル１１を加熱する機構（電熱ヒータ等）の温度等が含まれる。
【００３１】
吐出量検出部１１５は、吐出ノズル２１から吐出されたフィラメント１２の量を検出し、検出結果を制御ユニット５１にフィードバックする。
【００３２】
検出結果処理部１２１は、Ｘ軸・Ｙ軸移動距離検出部１０３、送入量検出部１０５、材料温度検出部１０７、及びテーブル温度検出部１１２からのフィードバックデータ（吐出ノズル２１の移動速度、フィラメント１２の吐出ノズル２１への送入量、材料温度、テーブル温度等を示すデータ）に対して所定の処理を施す。ここでの所定の処理とは、例えば、当該フィードバックデータを記憶部１２３に記憶可能な形式に変換する処理等である。
【００３３】
吐出量検出処理部１２２は、吐出量検出部１１５からのフィードバックデータ（吐出ノズル２１から吐出されたフィラメント１２の吐出量等を示すデータ）に対して所定の処理を施す。ここでの所定の処理とは、例えば、当該フィードバックデータを記憶部１２３に記憶可能な形式に変換する処理等である。
【００３４】
記憶部１２３は、検出結果処理部１２１又は吐出量検出処理部１２２により処理されたデータを記憶する。記憶部１２３は、不揮発性メモリ等から構成される。
【００３５】
伝達関数計算部１２４は、記憶部１２３に記憶されたデータに基づいて伝達関数を導出する。具体的には、送入量と吐出量との対応関係を示す伝達関数、吐出ノズル２１の移動速度と吐出量との対応関係を示す伝達関数、材料温度と吐出量との対応関係を示す伝達関数、テーブル温度と吐出量との対応関係を示す伝達関数等を導出する。
【００３６】
駆動制御部１２５は、伝達関数に基づいて制御信号を生成する。
【００３７】
図３に示す機能構成例においては、検出結果処理部１２１、吐出量検出処理部１２２、記憶部１２３、伝達関数導出部１２４、及び駆動制御部１２５が、造形装置１に内蔵された制御ユニット５１により実現されているが、造形装置１の機能構成例はこれに限定されるものではない。
【００３８】
図４は、実施形態に係る造形装置１の機能構成の変形例を示すブロック図である。変形例に係る造形装置１においては、造形装置１に内蔵された制御ユニット５１により検出結果処理部１２１、吐出量検出処理部１２２、及び駆動制御部１２５が実現され、造形装置１に接続された外部コンピュータ６１により記憶部１２３及び伝達関数導出部１２４が実現される。このような構成であっても、図３に示す機能構成例と同様の機能を実現することができる。伝達関数を導出するための各種データを記憶する記憶部１２３が外部コンピュータ６１により実現されることにより、造形装置１のメモリ容量を削減することができる。また、伝達関数を導出する際の演算処理を行う伝達関数導出部１２４が外部コンピュータ６１により実現されることにより、造形装置１の処理負荷を軽減することができる。
【００３９】
図５は、実施形態に係る造形装置１における送入量の校正処理例を示すフローチャートである。先ず、材料送入部１０４は、駆動制御部１２５からの制御信号（校正前の制御信号）に基づいて、フィラメント１２を所定の送入量（入力）で吐出ノズル２１に送入する（Ｓ１０１）。当該送入量は、送入量検出部１０５により検出され、検出結果処理部１２１による処理を経て記憶部１２３に記憶される。その後、吐出量検出部１１５は、吐出ノズル２１から吐出されたフィラメント１２の吐出量（出力）を検出する（Ｓ１０２）。当該吐出量は、検出結果処理部１２１による処理を経て記憶部１２３に記憶される。
【００４０】
その後、伝達関数導出部１２４は、記憶部１２３に記憶された送入量（入力）と吐出量（出力）との対応関係から伝達関数を導出する（Ｓ１０３）。駆動制御部１２５は、導出された伝達関数を用いて、所望の吐出量を実現するための送入量（校正後の送入量）を決定する（Ｓ１０４）。材料送入部１０４は、駆動制御部１２５により決定された送入量（校正後の送入量）でフィラメント１２を吐出ノズル２１に送入する（Ｓ１０５）。このような処理により、フィラメント１２の吐出量の精度を向上させることができる。
【００４１】
図６〜図８は、伝達関数の導出及び使用に関する処理を概念的に示している。ここでは、送入量を校正する場合について説明する。
【００４２】
図６は、実施形態に係る伝達関数を導出する際の入力及び出力の対応関係を概念的に例示する図である。伝達関数を導出する際には、先ず、伝達関数を導出するために必要とされる入力及び出力を取得する必要がある。ここでは、吐出ノズル２１に送入されたフィラメント１２の送入量を入力とし、吐出ノズル２１から吐出されたフィラメント１２の吐出量を出力とする。入力（送入量）及び出力（吐出量）の取得方法は特に限定されるべきものではないが、例えば、目的とする造形物Ｍの造形を開始する前に、所定の形状（例えば一直線状）の校正用造形物を造形し、当該校正用造形物を造形する際に送入量検出部１０５により検出される送入量及び吐出量検出部１１５により検出される吐出量を、伝達関数を導出するための入力及び出力とすることができる。また、目的とする造形物Ｍの造形開始時又は造形中に検出される送入量及び吐出量を、伝達関数を導出するための入力及び出力としてもよい。
【００４３】
図７は、実施形態に係る入力及び出力の対応関係に基づいて伝達関数を導出する処理を概念的に例示する図である。所定の造形物（校正用造形物や目的とする造形物Ｍ）を造形する際に、送入量検出部１０５が送入量を検出し、吐出量検出部１１５が吐出量を検出する。これらの検出された送入量及び吐出量は記憶部１２３に記憶される。伝達関数導出部１２４は、検出（記憶）された送入量を入力、検出（記憶）された吐出量を出力として用い、入力と出力との対応関係を示す伝達関数を導出する。入力として送入量を用い、出力として吐出量を用いる場合の伝達関数は、フィラメント１２の吐出に関する部分（吐出ノズル２１等）の特性を数式モデルとして表すものとなる。
【００４４】
図８は、実施形態に係る伝達関数を用いて所望の吐出量を実現する際の処理を概念的に例示する図である。駆動制御部１２５は、導出された伝達関数を用いて所望の吐出量（目標値）に対応する送入量（校正後の送入量）を算出し、算出された校正後の送入量を示す制御信号を材料送入部１０４に出力する。材料送入部１０４は、駆動制御部１２５からの制御信号に基づいて、校正後の送入量でフィラメント１２を吐出ノズル２１に送入する。これにより、校正後の送入量に対応する吐出量、すなわち所望の吐出量でフィラメント１２を吐出ノズル２１から造形テーブル１１に吐出させることが可能となる。
【００４５】
図９は、実施形態に係る校正後の送入量と吐出量との対応関係を例示するグラフである。図１０は、比較例に係る校正前の送入量と吐出量との対応関係を例示するグラフである。図９及び図１０において、フィラメント１２の吐出量の目標値Ａｔ、フィラメント１２を吐出ノズル２１に送入し始めた時刻を示す送入開始時刻Ｔ１、及び吐出ノズル２１からのフィラメント１２の吐出量が目標値Ａｔ（目標値Ａｔからのずれが所定の許容誤差範囲内の値を含む）に到達したときの目標到達時刻Ｔ２が示されている。
【００４６】
図１０に示す比較例は、上述したような校正処理を行わない場合の例である。本比較例においては、送入量が送入開始時刻Ｔ１から目標値Ａｔに設定されている。この場合、吐出量（吐出ノズル２１から実際に吐出されたフィラメント１２の量）は、徐々に増加していき、目標到達時刻Ｔ２において目標値Ａｔから許容誤差範囲内に到達する。このとき、送入開始時刻Ｔ１と目標到達時刻Ｔ２との時間差｜Ｔ１−Ｔ２｜が生じる。当該時間差が大きいほど、造形テーブル１１上に吐出されるフィラメント１２の形状が不安定となり、造形物Ｍの形状精度が低下する。
【００４７】
一方、図９に示すように、上述したような校正処理を行う場合には、送入量は、例えば、送入開始時刻Ｔ１から所定の時間が経過するまでの間、目標値Ａｔより大きく設定される。これにより、送入開始時刻Ｔ１から目標到達時刻Ｔ２までの時間差｜Ｔ１−Ｔ２｜を縮小することが可能となり、造形テーブル１１上に吐出されるフィラメント１２の形状が安定し、造形物Ｍの形状精度が向上する。
【００４８】
なお、上記においては、送入量を校正する例を示したが、校正処理の対象となるパラメータは送入量に限られるものではない。例えば、吐出ノズル２１（ヘッドモジュール１５）の移動速度、材料温度（フィラメント１２の温度、吐出ノズル２１の温度、加熱ブロック２２の温度等）、テーブル温度（造形テーブル１１の温度等）等のパラメータについても、上記送入量と同様の手法により校正を行うことができる。すなわち、移動速度を校正する場合には、移動速度を入力とし、吐出量を出力として導出された、移動速度と吐出量との対応関係を示す伝達関数が使用される。材料温度を校正する場合には、材料温度を入力とし、吐出量を出力として導出された、材料温度と吐出量との対応関係を示す伝達関数が使用される。テーブル温度を校正する場合には、テーブル温度を入力とし、吐出量を出力として導出された、テーブル温度と吐出量との対応関係を示す伝達関数が使用される。
【００４９】
上記のような校正処理は、造形装置１の出荷前、又は出荷後使用開始前に行われることが好ましい。また、校正処理は、造形装置１の使用開始後にも定期的に行われることが好ましい。また、校正処理は、フィラメント１２の種類の変更時に行われることが好ましい。これにより、造形装置１を構成する部品の特性、部品の劣化、使用環境の変化等に応じて、送入量、吐出ノズル２１の移動速度、材料温度、テーブル温度等の各種パラメータを適切に校正することが可能となる。
【００５０】
ここで、伝達関数を導出する際に利用される入力と出力との対応関係を取得するための方法について説明する。ここでは送入量を入力とし、吐出量を出力とする場合を例示する。吐出ノズル２１の特性を表す伝達関数を導出するために必要な情報として、送入量の目標値と実際の吐出量との比を示すゲイン、送入量の目標値の変更時から吐出量が目標値又は許容範囲内に安定するまでの時定数、送入量の目標値の変更時から所定時間が経過した後の吐出量を示す定常値、目標値を所定の周期で変化させる場合における周波数応答特性等が挙げられる。これらの情報を効率良く取得するための方法として、ステップ入力応答法及び正弦波入力応答法がある。
【００５１】
図１１は、実施形態に係るステップ入力応答法における送入量と吐出量との対応関係を例示する図である。ステップ入力応答法は、送入量を段階的（ＯＮ／ＯＦＦ的）に切り換えたときの吐出量の変化を監視する方法である。ステップ入力応答法により、ゲイン、時定数、定常値等の情報を取得することができる。
【００５２】
図１２は、実施形態に係る正弦波入力応答法における送入量と吐出量との対応関係を例示する図である。正弦波入力応答法は、送入量を正弦波的（波状）に変化させたときの吐出量の変化を監視する方法である。正弦波入力法により、ゲイン、時定数又は定常値の周波数応答特性等を取得することができる。
【００５３】
図１３及び図１４は、取得される入力と出力との対応関係を例示している。図１３は、実施形態に係るパラメータ（本例では送入量の目標値）と吐出速度の定常値との対応関係を例示するグラフである。図１４は、実施形態に係るパラメータ（本例では送入量の目標値）と吐出量の時定数との対応関係を例示するグラフである。
【００５４】
実際に吐出ノズル２１から吐出されるフィラメント１２の吐出量は、送入量だけでなく、吐出ノズル２１の移動速度、材料温度、テーブル温度等の各種パラメータに応じて変化する。そこで、図１３及び図１４の横軸を様々なパラメータに変更し、適宜な伝達関数を生成することにより、様々なパラメータについて校正を行うことが可能となる。
【００５５】
上記のような伝達関数の入力及び出力を取得するための具体的な手法は特に限定されるべきものではないが、例えば、造形テーブル１１上に目的とする造形物Ｍとは別に校正用造形物を造形し、当該校正用造形物の形状等を適宜な装置を用いて測定する方法がある。
【００５６】
図１５は、実施形態に係る伝達関数を導出するための吐出量を検出する機構の構成例を示す図である。図１５において、校正用造形物Ｍｃ、位置参照用造形物Ｍｐ、及び測定装置７１が示されている。校正用造形物Ｍｃは、伝達関数を導出するための出力として用いられる吐出量を取得するために、形状が測定される造形物である。位置参照用造形物Ｍｐは、校正用造形物Ｍｃの吐出開始位置及び吐出終了位置を確認するための造形物である。測定装置７１は、校正用造形物Ｍｃの形状を測定する装置である。
【００５７】
目的とする造形物Ｍを造形する際に吐出ノズル２１から吐出されるフィラメント１２の量及びその経時的変化を検出することで、伝達関数を導出するための出力としての吐出量を検出することができるが、溶融されたフィラメント１２及び吐出ノズル２１は高温であるため、出力としての吐出量を直接検出することは困難である。そこで、本実施形態では、造形テーブル１１上に単純形状（本例では直線形状）の校正用造形物Ｍｃを造形し、校正用造形物Ｍｃの形状を測定することにより、伝達関数を導出するための出力としての吐出量を代替的に検出する。なお、校正用造形物Ｍｃの形状は直線形状に限られるものではない。
【００５８】
校正用造形物Ｍｃは、造形テーブル１１上に直接造形され、他の造形物と接触しないように造形されることが好ましい。校正用造形物Ｍｃに接触する他の造形物が存在すると、校正用造形物Ｍｃと当該他の造形物との切り分けが困難となり、吐出量に関する情報を正確に測定できなくなる場合があるからである。例えば、校正用造形物Ｍｃを他の造形物からなる下層上に造形すると、下層の表明形状の粗さ等の影響により、校正用造形物Ｍｃと下層との境界が不明確となる。
【００５９】
測定装置７１は、校正用造形物Ｍｃの断面積（吐出ノズル２１の移動方向に垂直な断面の面積）を測定する。測定された断面積を吐出ノズル２１の移動速度で除することにより、吐出量の経時的変化を算出することができる。測定装置７１は、例えば、光学式の三次元形状測定装置、接触式の形状測定装置等であり得る。
【００６０】
上記のように、実施形態に係る造形装置１によれば、所定のパラメータ（送入量、移動速度、材料温度、テーブル温度等）と吐出量との対応関係を示す伝達関数を導出し、伝達関数を用いて所望の吐出量を実現できるようにパラメータの値を校正する。これにより、吐出ノズル２１から造形テーブル１１に吐出されるフィラメント１２の形状を安定化させ、目的の造形物Ｍの形状精度を向上させることが可能となる。
【００６１】
上記各実施形態に係る造形装置１の機能を実現するプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital  Versatile  Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。また、プログラムを、インターネット等のネットワークに接続された他のコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、プログラムをネットワーク経由で提供又は配布するように構成してもよい。
【００６２】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図するものではない。この新規な実施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、及び組み合わせを行うことができる。この実施形態及びその変形は発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、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。
【符号の説明】
【００６３】
１  造形装置
１１  造形テーブル
１２  フィラメント
１３  リール
１４  エクストルーダ
１５  ヘッドモジュール
２１  吐出ノズル
２２  加熱ブロック
２３  冷却ブロック
２４  フィラメントガイド
２５  熱源
２６  熱電対
２７  冷却源
３１  Ｘ軸駆動軸
３２  Ｘ軸駆動モータ
３３  Ｙ軸駆動軸
３４  Ｙ軸駆動モータ
３５  Ｚ軸駆動軸
３６  ガイド軸
３７  Ｚ軸駆動モータ
５１  制御ユニット
６１  外部コンピュータ
７１  測定装置
１０１  Ｘ軸・Ｙ軸駆動部
１０２  Ｚ軸駆動部
１０３  Ｘ軸・Ｙ軸移動距離検出部
１０４  材料送入部
１０５  送入量検出部
１０６  材料加熱部
１０７  材料温度検出部
１１１  テーブル加熱部
１１２  テーブル温度検出部
１２１  検出結果処理部
１２２  吐出量検出処理部
１２３  記憶部
１２４  伝達関数導出部
１２５  駆動制御部
Ｍ  造形物
Ｍｃ  校正用造形物
Ｍｐ  位置参照用造形物
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６４】
【特許文献１】特開２０１６−１９０４２６号公報
【図１】
2020011474.tif 000003
【図２】
2020011474.tif 000004
【図３】
2020011474.tif 000005
【図４】
2020011474.tif 000006
【図５】
2020011474.tif 000007
【図６】
2020011474.tif 000008
【図７】
2020011474.tif 000009
【図８】
2020011474.tif 000010
【図９】
2020011474.tif 000011
【図１０】
2020011474.tif 000012
【図１１】
2020011474.tif 000013
【図１２】
2020011474.tif 000014
【図１３】
2020011474.tif 000015
【図１４】
2020011474.tif 000016
【図１５】
2020011474.tif 000017