(57)【要約】【課題】造形処理を開始する前に処理空間内を加熱する予熱処理に要する時間を短縮でき、最初の造形処理を早期に開始することを課題とする。【解決手段】処理空間内３を加熱する処理空間加熱手段７と、前記処理空間加熱手段により目標温度まで加熱された前記処理空間内で、三次元造形物を造形する造形手段１０とを備えた三次元造形装置１において、前記造形手段による三次元造形物の造形処理中に所定の加熱対象物を加熱するための熱を発生させる発熱手段５，１２と、前記処理空間内へ放熱する放熱手段３０と、前記処理空間を前記目標温度まで加熱させる予熱処理中には、前記発熱手段で発生させた熱を前記放熱手段へ伝達させ、前記造形処理中には、前記発熱手段で発生させた熱を前記放熱手段へ伝達させる伝達効率が前記予熱処理中よりも小さくなるように、熱伝達の切り替えを行う熱伝達切替手段１００とを有する。【選択図】図１
2017087562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理空間内を加熱する処理空間加熱手段と、
前記処理空間加熱手段により目標温度まで加熱された前記処理空間内で、三次元造形物を造形する造形手段とを備えた三次元造形装置において、
前記造形手段による三次元造形物の造形処理中に所定の加熱対象物を加熱するための熱を発生させる発熱手段と、
前記処理空間内へ放熱する放熱手段と、
前記処理空間を前記目標温度まで加熱させる予熱処理中には、前記発熱手段で発生させた熱を前記放熱手段へ伝達させ、前記造形処理中には、前記発熱手段で発生させた熱を前記放熱手段へ伝達させる伝達効率が前記予熱処理中よりも小さくなるように、熱伝達の切り替えを行う熱伝達切替手段とを有することを特徴とする三次元造形装置。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元造形装置において、
前記放熱手段は、前記処理空間内に配置される放熱部材で構成されており、
前記熱伝達切替手段は、前記予熱処理中には、前記発熱手段で発生させた熱を前記放熱部材へ伝達させる伝熱位置に該発熱手段を移動させ、前記造形処理中には、前記発熱手段で発生させた熱を前記放熱部材へ伝達させない非伝熱位置に該発熱手段を移動させることにより、前記切り替えを行うことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項３】
請求項２に記載の三次元造形装置において、
前記放熱部材は、前記処理空間内に複数配置されていることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の三次元造形装置において、
前記造形処理中に前記三次元造形物を構成する造形材料を加熱する造形材料加熱手段と、
前記造形手段と前記造形材料加熱手段とを一体的に移動させる移動手段とを有し、
前記発熱手段には、前記造形材料加熱手段が含まれ、
前記熱伝達切替手段は、前記移動手段を用いて前記切り替えを行うことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項５】
請求項４に記載の三次元造形装置において、
前記造形手段は、前記造形材料加熱手段により加熱された造形材料によって層状の造形構造物を順次積層することにより前記三次元造形物を造形するものであることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の三次元造形装置において、
前記三次元造形物が載置される載置台と、
前記造形処理中に前記載置台を加熱する載置台加熱手段とを有し、
前記発熱手段には、前記載置台加熱手段が含まれることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項７】
請求項６に記載の三次元造形装置において、
前記載置台を移動させる載置台移動手段を有し、
前記熱伝達切替手段は、前記載置台移動手段を用いて前記切り替えを行うことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の三次元造形装置において、
前記予熱処理中に前記発熱手段の発生させる熱量が前記造形処理中の熱量よりも多くなるように、該発熱手段を制御する発熱制御手段を有することを特徴とする三次元造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は三次元造形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、所望の三次元形状をもった立体物（三次元造形物）を、予め加熱された処理空間内で造形する三次元造形装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ヒータによって加熱された製作チャンバー内（処理空間）で、熱溶解積層法（ＦＤＭ）により三次元造形物を造形する三次元造形装置が開示されている。この三次元造形装置は、製作チャンバー内の押出しヘッド（造形手段）から熱可塑性材料（造形材料）を押し出しながら水平面に沿って二次元方向へ移動することで、プラットホーム（載置台）上に層状の造形構造物を順次積層して、最終的に三次元造形物を造形する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、加熱された処理空間内で三次元造形物を造形する三次元造形装置においては、造形処理を開始する前に処理空間内を所望の温度まで加熱しておく予熱処理が必要となる。従来の三次元造形装置では、この予熱処理に要する時間が長く、最初の造形処理を早期に開始することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するために、本発明は、処理空間内を加熱する処理空間加熱手段と、前記処理空間加熱手段により目標温度まで加熱された前記処理空間内で、三次元造形物を造形する造形手段とを備えた三次元造形装置において、前記造形手段による三次元造形物の造形処理中に所定の加熱対象物を加熱するための熱を発生させる発熱手段と、前記処理空間内へ放熱する放熱手段と、前記処理空間を前記目標温度まで加熱させる予熱処理中には、前記発熱手段で発生させた熱を前記放熱手段へ伝達させ、前記造形処理中には、前記発熱手段で発生させた熱を前記放熱手段へ伝達させる伝達効率が前記予熱処理中よりも小さくなるように、熱伝達の切り替えを行う熱伝達切替手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、造形処理を開始する前に処理空間内を加熱する予熱処理に要する時間を短縮でき、最初の造形処理を早期に開始することができるという優れた効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態における三次元造形装置の構成を示す説明図である。
【図２】同三次元造形装置の内部に設けられるチャンバーの外観を示す斜視図である。
【図３】同三次元造形装置の前方部分を切断して除外した状態の斜視図である。
【図４】同三次元造形装置の制御ブロック図である。
【図５】同三次元造形装置のチャンバーの内部を示す斜視図である。
【図６】同チャンバー内における造形ヘッドの先端部分と放熱部材のヘッド接触部との接触箇所を示す拡大斜視図である。
【図７】同接触箇所を拡大した上面図である。
【図８】（ａ）は、造形ヘッドがホームポジションに位置し、ステージが最下点に位置するときの同三次元造形装置のチャンバーの内部を示す側面図である。（ｂ）は、造形ヘッドがホームポジションから離れた位置をとり、ステージが最下点に位置するときの同三次元造形装置のチャンバーの内部を示す側面図である。（ｃ）は、造形ヘッドがホームポジションから離れた位置をとり、ステージが最下点から離れた位置するときの同三次元造形装置のチャンバーの内部を示す側面図である。
【図９】（ａ）は、造形ヘッドがホームポジションに位置して造形ヘッドと放熱部材とが接触した状態を示す拡大斜視図である。（ｂ）は、造形ヘッドがホームポジションから離れて造形ヘッドが放熱部材から離間した状態を示す拡大斜視図である。（ｃ）は、ステージが最下点から離れてステージが放熱部材から離間した状態を示す拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明を、熱溶解積層法（ＦＤＭ）により三次元造形物を造形する三次元造形装置に適用した一実施形態について説明する。
なお、本発明は、熱溶解積層法（ＦＤＭ）に限定されるものではなく、加熱されたチャンバー内で三次元造形物を造形するものであれば、他の造形方法で三次元造形物を造形する三次元造形装置にも適用可能である。
【０００９】
図１は、本実施形態における三次元造形装置１の構成を示す説明図である。
図２は、本実施形態における三次元造形装置１の内部に設けられるチャンバーの外観を示す斜視図である。
図３は、本実施形態における三次元造形装置１の前方部分を切断して除外した状態の斜視図である。
【００１０】
三次元造形装置１は、本体フレーム２の内部にチャンバー３を備えている。チャンバー３の内部は、三次元造形物を造形するための処理空間となっており、その処理空間内すなわちチャンバー３の内部には、載置台としてのステージ４が設けられている。このステージ４上に三次元造形物が造形される。
【００１１】
チャンバー３の内部におけるステージ４の上方には、造形手段としての造形ヘッド１０が設けられている。造形ヘッド１０は、その下方に造形材料であるフィラメントを射出する射出ノズル１１を有する。本実施形態では、造形ヘッド１０上に４つの射出ノズル１１が設けられているが、射出ノズル１１の数は任意である。また、造形ヘッド１０には、各射出ノズル１１に供給されるフィラメントを加熱する発熱手段としての造形材料加熱手段であるヘッド加熱部１２が設けられている。
【００１２】
フィラメントは、細長いワイヤー形状であり、巻き回された状態で三次元造形装置１にセットされており、フィラメント供給部６により造形ヘッド１０上の各射出ノズル１１へそれぞれ供給される。なお、フィラメントは、射出ノズル１１ごとに異なるものであってもよいし、同じものであってもよい。本実施形態においては、フィラメント供給部６により供給されるフィラメントをヘッド加熱部１２で加熱溶融し、溶融状態のフィラメントを所定の射出ノズル１１から押し出すようにして射出することにより、ステージ４上に層状の造形構造物を順次積層して、三次元造形物を造形する。
【００１３】
なお、造形ヘッド１０上の射出ノズル１１には、造形材料のフィラメントではなく、三次元造形物を構成しないサポート材が供給される場合がある。このサポート材は、通常、造形材料のフィラメントとは異なる材料で形成され、最終的にはフィラメントで形成された三次元造形物から除去される。このサポート材も、ヘッド加熱部１２で加熱溶融され、溶融状態のサポート材が所定の射出ノズル１１から押し出されるように射出されて、層状に順次積層される。
【００１４】
造形ヘッド１０は、装置左右方向（図２及び図３中の左右方向＝Ｘ軸方向）に延びるＸ軸駆動機構２１に対し、連結部材２１ａを介して、そのＸ軸駆動機構２１の長手方向（Ｘ軸方向）に沿って移動可能に保持されている。造形ヘッド１０は、Ｘ軸駆動機構２１の駆動力により、装置左右方向（Ｘ軸方向）へ移動することができる。造形ヘッド１０は、ヘッド加熱部１２によって加熱されて高温になるため、その熱がＸ軸駆動機構２１に伝わりにくいように、連結部材２１ａを低伝熱性のものとするのが好ましい。
【００１５】
Ｘ軸駆動機構２１の両端は、それぞれ、装置前後方向（図２及び図３中の前後方向＝Ｙ軸方向）に延びるＹ軸駆動機構２２に対し、そのＹ軸駆動機構２２の長手方向（Ｙ軸方向）に沿ってスライド移動可能に保持されている。Ｘ軸駆動機構２１がＹ軸駆動機構２２の駆動力によってＹ軸方向に沿って移動することにより、造形ヘッド１０はＹ軸方向に沿って移動することができる。
【００１６】
一方、ステージ４は、本体フレーム２に固定され、装置上下方向（図２及び図３中の上下方向＝Ｚ軸方向）に延びるＺ軸駆動機構２３に対し、そのＺ軸駆動機構２３の長手方向（Ｚ軸方向）に沿って移動可能に保持されている。ステージ４は、Ｚ軸駆動機構２３の駆動力により、装置上下方向（Ｚ軸方向）へ移動することができる。
【００１７】
また、本実施形態においては、チャンバー３の内部（処理空間）に、チャンバー３内を加熱する処理空間加熱手段としてのチャンバー用ヒータ７が設けられている。本実施形態においては、熱溶解積層法（ＦＤＭ）で三次元造形物を造形するため、チャンバー３内の温度を目標温度に維持した状態で、造形処理を行うことが望ましい。そのため、本実施形態では、造形処理を開始する前に、予めチャンバー３内の温度を目標温度まで昇温させる予熱処理を行う。チャンバー用ヒータ７は、この予熱処理中には、チャンバー３内を目標温度まで昇温させるためにチャンバー３内を加熱するとともに、造形処理中には、チャンバー３内の温度を目標温度に維持するためにチャンバー３内を加熱する。チャンバー用ヒータ７の動作は、制御部１００によって制御される。
【００１８】
また、チャンバー３は、断熱材料によって構成されており、あるいは、断熱材が設けられた部材によって構成されており、チャンバー３内の熱が外部へ逃げることが抑制された構成となっている。特に、本実施形態においては、Ｘ軸駆動機構２１、Ｙ軸駆動機構２２及びＺ軸駆動機構２３が、チャンバー３の外部に配置されている。よって、Ｘ軸駆動機構２１、Ｙ軸駆動機構２２及びＺ軸駆動機構２３は、チャンバー３内の高温に曝されず、安定した駆動制御が実現される。
【００１９】
ここで、Ｘ軸駆動機構２１及びＹ軸駆動機構２２の駆動対象は造形ヘッド１０であり、その造形ヘッド１０の一部（射出ノズル１１を含む造形ヘッド１０の先端部分）がチャンバー３内に配置されている。本実施形態では、造形ヘッド１０をＸ軸方向へ移動させてもチャンバー３の内部が外部から遮蔽される構成となっている。具体的には、チャンバー３の上面は、図２及び図３に示すように、Ｙ軸方向に長尺な複数のＸ軸スライド断熱部材３ＡがＸ軸方向へ並べて配設された構成となっており、隣接するＸ軸スライド断熱部材３Ａ間は互いにＸ軸方向へ相対的にスライド移動可能に構成されている。これにより、Ｘ軸駆動機構２１により造形ヘッド１０をＸ軸方向へ移動させても、これに応じて複数のＸ軸スライド断熱部材３ＡがそれぞれＸ軸方向へスライド移動し、チャンバー３の上面が常にＸ軸スライド断熱部材３Ａによって覆われる。
【００２０】
また、造形ヘッド１０が貫通するチャンバーの上面部分においては、図２及び図３に示すように、複数のＹ軸スライド断熱部材３ＢがＹ軸方向へ並べて配設された構成となっている。隣接するＹ軸スライド断熱部材３Ｂ間は互いにＹ軸方向へ相対的にスライド移動可能に構成されている。これにより、Ｙ軸駆動機構２２によりＸ軸駆動機構２１上の造形ヘッド１０をＹ軸方向へ移動させても、これに応じて複数のＹ軸スライド断熱部材３ＢがそれぞれＹ軸方向へスライド移動し、チャンバー３の上面が常にＹ軸スライド断熱部材３Ｂによって覆われる。
【００２１】
また、Ｚ軸駆動機構２３の駆動対象はステージ４であり、その駆動対象がチャンバー３内に配置されている。本実施形態では、ステージ４をＺ軸方向へ移動させてもチャンバー３の内部が外部から遮蔽される構成となっている。具体的には、チャンバー３の外側壁面には、図２及び図３に示すように、Ｚ軸駆動機構２３とステージ４との連結部を貫通させるスライド孔３ＣがＺ軸方向に延びるように形成されている。このスライド孔３Ｃは、断熱材料からなる可撓性のシール部材３Ｄによってシールされている。Ｚ軸駆動機構２３によりステージ４をＺ軸方向へ移動させる際、Ｚ軸駆動機構２３とステージ４との連結部は、可撓性のシール部材３Ｄを弾性変形させながらスライド孔３Ｃに沿ってＺ軸方向へ移動する。よって、チャンバー３の側面に形成されたスライド孔３Ｃは、常にシール部材３Ｄによって覆われる。
【００２２】
そのほか、本実施形態においては、チャンバー３の外部であって三次元造形装置１の内部の空間を冷却させるための装置内冷却装置８や、造形ヘッド１０の射出ノズル１１を清掃するためのノズル清掃部９などが設けられている。
【００２３】
図４は、本実施形態の三次元造形装置の制御ブロック図である。
本実施形態においては、造形ヘッド１０のＸ軸方向位置を検知するＸ軸ポジション検知機構２４が設けられている。Ｘ軸ポジション検知機構２４の検知結果は、制御部１００に送られる。制御部１００は、その検知結果に基づいてＸ軸駆動機構２１を制御して、造形ヘッド１０を目標のＸ軸方向位置へ移動させる。
【００２４】
また、本実施形態においては、Ｘ軸駆動機構２１のＹ軸方向位置（造形ヘッド１０のＹ軸方向位置）を検知するＹ軸ポジション検知機構２５が設けられている。Ｙ軸ポジション検知機構２５の検知結果は、制御部１００に送られる。制御部１００は、その検知結果に基づいてＹ軸駆動機構２２を制御することにより、Ｘ軸駆動機構２１上の造形ヘッド１０を目標のＹ軸方向位置へ移動させる。
【００２５】
また、本実施形態においては、ステージ４のＺ軸方向位置を検知するＺ軸ポジション検知機構２６が設けられている。Ｚ軸ポジション検知機構２６の検知結果は、制御部１００に送られる。制御部１００は、その検知結果に基づいてＺ軸駆動機構２３を制御して、ステージ４を目標のＺ軸方向位置へ移動させる。
【００２６】
制御部１００は、このようにして造形ヘッド１０及びステージ４の移動制御を行うことにより、チャンバー３内における造形ヘッド１０とステージ４との相対的な三次元位置を、目標の三次元位置に位置させることができる。
【００２７】
本実施形態においては、熱溶解積層法（ＦＤＭ）で三次元造形物を造形するため、上述したように、チャンバー３内の温度を目標温度に維持した状態で造形処理を行うことが望ましい。そのため、本実施形態では、造形処理を開始する前に、予めチャンバー３内の温度を目標温度まで昇温させる予熱処理を行う。この予熱処理において、制御部１００は、チャンバー用ヒータ７を稼働させてチャンバー３内を昇温させるが、チャンバー用ヒータ７だけでは、予熱処理に要する時間が長く、最初の造形処理を早期に開始することができない。
【００２８】
そこで、本実施形態の制御部１００は、予熱処理中は、チャンバー用ヒータ７だけでなく、ヘッド加熱部１２も稼働させる。例えば、予熱処理の開始時に、チャンバー用ヒータ７だけでなく、ヘッド加熱部１２の稼働も開始する。ヘッド加熱部１２は、チャンバー３の内部に位置する造形ヘッド１０の先端部分に配置されているため、ヘッド加熱部１２が稼働すると、そこで発生した熱が造形ヘッド１０の先端部分からチャンバー３内へ放出される。したがって、チャンバー用ヒータ７だけで予熱処理を実施する場合よりも、チャンバー３内に供給される単位時間当たりの熱量が多くなり、チャンバー３の昇温速度を速めて、チャンバー３内を目標温度まで加熱する予熱処理に要する時間を短縮化できる。
【００２９】
ただし、チャンバー３の内部に位置する造形ヘッド１０の先端部分の表面積（チャンバー３内の空気に接触する面積）が小さいので、単にヘッド加熱部１２を稼働させるだけでは、予熱処理に要する時間を十分に短縮化することはできない。そこで、本実施形態においては、ヘッド加熱部１２の熱を効率よくチャンバー３内へ放出するために、放熱手段としての放熱部材３０をチャンバー３内に設けている。
【００３０】
図５は、本実施形態におけるチャンバー３の内部を示す斜視図である。
図６は、チャンバー３内における造形ヘッド１０の先端部分１０ａと放熱部材３０のヘッド接触部３０ａとの接触箇所を示す拡大斜視図である。
図７は、この接触箇所を拡大した上面図である。
【００３１】
本実施形態のチャンバー３内には、そのＹ軸方向の両側面と下面に沿って、薄板状の放熱部材３０が設置されている。本実施形態では、この放熱部材３０は、各面に沿って形成される部分が連続した単一のものであるが、互いに離間した複数の部材で構成してもよい。本実施形態の放熱部材３０は、造形ヘッド１０のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を所定の待機位置（ホームポジション）に位置決めしたときに、図６や図７に示すように、造形ヘッド１０の先端部分１０ａと接触するヘッド接触部３０ａが設けられている。したがって、本実施形態においては、造形ヘッド１０をホームポジションに位置させることにより、ヘッド加熱部１２で発生させた熱を造形ヘッド１０の先端部分１０ａから放熱部材３０のヘッド接触部３０ａを介して放熱部材３０へ伝達させることができる。
【００３２】
具体的には、予熱処理を開始する際、造形ヘッド１０はホームポジションに位置している。もし、造形ヘッド１０がホームポジションに位置していない場合には、制御部１００は、Ｘ軸駆動機構２１やＹ軸駆動機構２２を制御して、造形ヘッド１０をホームポジションに位置させればよい。その後、制御部１００は、チャンバー用ヒータ７への通電をＯＮにしてチャンバー用ヒータ７を稼働させる。これにより、チャンバー用ヒータ７で発生した熱によりチャンバー３内が加熱されて昇温される。
【００３３】
また、制御部１００は、ヘッド加熱部１２への通電もＯＮにしてヘッド加熱部１２を稼働させる。これにより、ヘッド加熱部１２で発生した熱は、造形ヘッド１０の先端部分１０ａを加熱し、その先端部分１０ａの熱がチャンバー３内へ放出されて、チャンバー３内が加熱され、昇温される。また、ヘッド加熱部１２で発生した熱は、造形ヘッド１０の先端部分１０ａを加熱し、その先端部分１０ａに接触する放熱部材３０にも伝熱されて、放熱部材３０が加熱される。これにより、造形ヘッド１０の先端部分１０ａの熱は、先端部分１０ａの表面だけでなく、放熱部材３０の表面からもチャンバー３内へ放出され、チャンバー３内が加熱されて昇温される。その結果、ヘッド加熱部１２により加熱された先端部分１０ａの熱をチャンバー３内へ放出するための表面積が大幅に拡大され、ヘッド加熱部１２の熱をより効率よくチャンバー３内へ伝えて、チャンバー３内を迅速に昇温させることができる。
【００３４】
予熱処理によりチャンバー３内を目標温度まで昇温させた後、造形処理に移行する。この造形処理中も、ヘッド加熱部１２の熱を放熱部材３０へ伝達させてチャンバー３内の加熱に利用すると、造形処理中にヘッド加熱部１２が加熱すべき加熱対象物であるフィラメントやサポート材の昇温が不十分となるおそれがある。
【００３５】
そこで、本実施形態において、制御部１００は、熱伝達切替手段として機能し、造形処理中は、ヘッド加熱部１２で発生させた熱を放熱部材３０へ伝達させる伝達効率が予熱処理中よりも小さくなるように、ヘッド加熱部１２から放熱部材３０への熱伝達の切り替えを行う。具体的には、制御部１００は、Ｙ軸駆動機構２２を制御して、造形ヘッド１０を、図８（ａ）や図９（ａ）に示すホームポジションから、図８（ｂ）や図９（ｂ）に示す非ホームポジションへ移動させる。これにより、予熱処理中においては、ホームポジション（伝達位置）をとり、造形ヘッド１０の先端部分１０ａが放熱部材３０のヘッド接触部３０ａに接触し、ヘッド加熱部１２で発生させた熱がその接触部を介して放熱部材３０へ直接伝達される。これに対し、造形処理中には、非ホームポジション（非伝達位置）をとり、造形ヘッド１０の先端部分１０ａが放熱部材３０のヘッド接触部３０ａから離間して、造形ヘッド１０と放熱部材３０とが非接触状態になる。そのため、ヘッド加熱部１２で発生させた熱が放熱部材３０へ直接伝達されることはない。したがって、ヘッド加熱部１２で発生させた熱を放熱部材３０へ伝達させる伝達効率は、予熱処理中よりも造形処理中の方が小さくなる。その結果、造形処理中には、ヘッド加熱部１２の熱が放熱部材３０に奪われにくくなり、加熱対象物であるフィラメントやサポート材を十分に昇温させることができる。
【００３６】
また、本実施形態では、ステージ４を加熱するステージ加熱部５が設けられており、このステージ加熱部５も発熱手段として用い、チャンバー３内の予熱処理に利用している。詳しく説明すると、本実施形態の放熱部材３０は、ステージ４のＺ軸方向位置を所定の待機位置（本実施形態では最下点）に位置決めしたときに、図８（ａ）や図９（ａ）に示すように、ステージ４と接触するステージ接触部３０ｂが設けられている。したがって、本実施形態においては、ステージ４を最下点（造形ヘッド１０から最も離間する位置）に位置させることにより、ステージ加熱部５で発生させた熱をステージ４から放熱部材３０のステージ接触部３０ｂを介して放熱部材３０へ伝達させることができる。
【００３７】
具体的には、予熱処理を開始する際、ステージ４は最下点に位置している。もし、ステージ４が最下点に位置していない場合には、制御部１００は、Ｚ軸駆動機構２３を制御して、ステージ４を最下点に位置させればよい。その後、制御部１００は、チャンバー用ヒータ７やヘッド加熱部１２への通電をＯＮにするとともに、ステージ加熱部５への通電もＯＮにして、これらを稼働させる。
【００３８】
これにより、ステージ加熱部５で発生した熱は、ステージ４を加熱し、そのステージ４の熱がチャンバー３内へ放出されて、チャンバー３内が加熱され、昇温される。また、ステージ加熱部５で発生した熱は、ステージ４を加熱し、そのステージに接触する放熱部材３０にも伝熱されて、放熱部材３０が加熱される。これにより、ステージ４の熱は、ステージ４の表面だけでなく、放熱部材３０の表面からもチャンバー３内へ放出され、チャンバー３内が加熱されて昇温される。その結果、ステージ加熱部５により加熱されたステージ４の熱をチャンバー３内へ放出するための表面積が大幅に拡大され、ステージ加熱部５の熱をより効率よくチャンバー３内へ伝えて、チャンバー３内を迅速に昇温させることができる。
【００３９】
また、ステージ加熱部５についても、造形処理中に、その熱を放熱部材３０へ伝達させてチャンバー３内の加熱に利用してしまうと、造形処理中にステージ加熱部５が加熱すべき加熱対象物であるステージ４の昇温が不十分となるおそれがある。そのため、本実施形態において、制御部１００は、熱伝達切替手段として機能し、造形処理中は、ステージ加熱部５で発生させた熱を放熱部材３０へ伝達させる伝達効率が予熱処理中よりも小さくなるように、ステージ加熱部５から放熱部材３０への熱伝達の切り替えを行う。具体的には、制御部１００は、Ｚ軸駆動機構２３を制御して、ステージ４を、図８（ａ）や図９（ａ）に示す最下点から、図８（ｃ）や図９（ｃ）に示す非最下点へ移動させる。これにより、予熱処理中においては、最下点（伝達位置）をとり、ステージ４が放熱部材３０のステージ接触部３０ｂに接触し、ステージ加熱部５で発生させた熱がその接触部を介して放熱部材３０へ直接伝達される。これに対し、造形処理中には、非最下点（非伝達位置）をとり、ステージ４が放熱部材３０のステージ接触部３０ｂから離間して、ステージ４と放熱部材３０とが非接触状態になる。そのため、ステージ加熱部５で発生させた熱が放熱部材３０へ直接伝達されることはない。したがって、ステージ加熱部５で発生させた熱を放熱部材３０へ伝達させる伝達効率は、予熱処理中よりも造形処理中の方が小さくなる。その結果、造形処理中には、ステージ加熱部５の熱が放熱部材３０に奪われにくくなり、加熱対象物であるステージ４を十分に昇温させることができる。
【００４０】
本実施形態における予熱処理では、チャンバー３内の温度を常温から２００℃程度の目標温度まで昇温させる。一方で、ヘッド加熱部１２により加熱される造形ヘッド１０の先端部分１０ａの温度がおよそ４００°程度まで上昇する。本実施形態では、このような高温のヘッド加熱部１２の熱を利用するため、予熱処理の短縮化に大きく寄与することができる。同様に、ステージ加熱部５により加熱されるステージ４の温度がおよそ２８０℃程度まで上昇する。本実施形態では、このような高温のステージ加熱部５の熱を利用するため、予熱処理の短縮化に大きく寄与することができる。しかも、本実施形態では、ヘッド加熱部１２及びステージ加熱部５の双方の熱を利用して予熱処理を行うため、予熱処理を大幅に短縮化できる。
【００４１】
なお、本実施形態においては、チャンバー３内の予熱処理に利用する発熱手段として、造形材料であるフィラメントやサポート材を加熱するヘッド加熱部１２や、ステージ４を加熱するステージ加熱部５を用いているが、いずれか一方であってもよい。
【００４２】
また、チャンバー３内の予熱処理に利用する発熱手段として、ヘッド加熱部１２やステージ加熱部５以外でも、造形処理中に所定の加熱対象物を加熱するための熱を発生させる発熱手段があれば、その発熱手段を同様に利用することが可能である。特に、本実施形態では、熱溶解積層法（ＦＤＭ）により三次元造形物を造形する例であるが、他の造形方法により三次元造形物を造形する例においては、その造形方法に用いられる発熱手段を適宜利用することが可能である。
【００４３】
また、チャンバー３内の予熱処理時間を更に短縮化したい場合には、制御部１００により、予熱処理中にヘッド加熱部１２やステージ加熱部５へ通電する通電量を造形処理中の通電量よりも多くするなどして、ヘッド加熱部１２やステージ加熱部５における予熱処理中の発熱量が造形処理よりも多くなるように制御するのが好ましい。
【００４４】
以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
チャンバー３の内部等の処理空間内を加熱するチャンバー用ヒータ７等の処理空間加熱手段と、前記処理空間加熱手段により目標温度まで加熱された前記処理空間内で、三次元造形物を造形する造形ヘッド１０等の造形手段とを備えた三次元造形装置１において、前記造形手段による三次元造形物の造形処理中に造形材料やサポート材あるいはステージ４等の所定の加熱対象物を加熱するための熱を発生させるヘッド加熱部１２やステージ加熱部５等の発熱手段と、前記処理空間内へ放熱する放熱部材３０等の放熱手段と、前記処理空間を前記目標温度まで加熱させる予熱処理中には、前記発熱手段で発生させた熱を前記放熱手段へ伝達させ、前記造形処理中には、前記発熱手段で発生させた熱を前記放熱手段へ伝達させる伝達効率が前記予熱処理中よりも小さくなるように、熱伝達の切り替えを行う制御部１００、Ｙ軸駆動機構２２、Ｚ軸駆動機構２３等の熱伝達切替手段とを有することを特徴とする。
本態様においては、造形処理中に所定の加熱対象物を加熱するための発熱手段を、予熱処理中にも発熱させ、その発熱手段の熱を放熱手段へ伝達させて処理空間内の加熱に利用する。したがって、処理空間加熱手段だけで処理空間内を加熱していた従来構成と比べて、処理空間の昇温速度を速めることができ、予熱処理に要する時間を短縮化することができる。
ここで、造形処理中も発熱手段の熱を放熱手段へ伝達させて処理空間内の加熱に利用すると、造形処理中に当該発熱手段が加熱すべき加熱対象物の昇温が不十分となるおそれがある。本態様においては、熱伝達切替手段により、造形処理中には、発熱手段で発生させた熱を放熱手段へ伝達させる伝達効率が予熱処理中よりも小さくなるので、造形処理中に加熱対象物の昇温が不十分となることは回避される。
【００４５】
（態様Ｂ）
前記態様Ａにおいて、前記放熱手段は、前記処理空間内に配置される放熱部材３０で構成されており、前記熱伝達切替手段は、前記予熱処理中には、前記発熱手段で発生させた熱を前記放熱部材へ伝達させるホームポジションあるいは最下点等の伝熱位置に該発熱手段を移動させ、前記造形処理中には、前記発熱手段で発生させた熱を前記放熱部材へ伝達させない非伝熱位置に該発熱手段を移動させることにより、前記切り替えを行うことを特徴とする。
これによれば、発熱手段の移動により、発熱手段から放熱部材への熱伝達を切り替えることができるので、熱伝達切替手段を簡易に構成することができる。
【００４６】
（態様Ｃ）
前記態様Ｂにおいて、前記放熱部材は、前記処理空間内に複数配置されていることを特徴とする。
これによれば、処理空間内に複数配置されている放熱部材に対して発熱手段の熱を伝達して処理空間内の加熱に利用するため、単一の放熱部材に対して発熱手段の熱を伝達する場合と比べて、効率よく処理空間内を加熱することができる。
【００４７】
（態様Ｄ）
前記態様Ｂ又はＣにおいて、前記造形処理中に前記三次元造形物を構成するフィラメント等の造形材料を加熱するヘッド加熱部１２等の造形材料加熱手段と、前記造形手段と前記造形材料加熱手段とを一体的に移動させるＸ軸駆動機構２１やＹ軸駆動機構２２等の移動手段とを有し、前記発熱手段には、前記造形材料加熱手段が含まれ、前記熱伝達切替手段は、前記移動手段を用いて前記切り替えを行うことを特徴とする。
これによれば、造形手段を移動させる移動手段を利用して、発熱手段から放熱部材への熱伝達を切り替えることができるので、熱伝達切替手段をより簡易に構成することができる。
【００４８】
（態様Ｅ）
前記態様Ｄにおいて、前記造形手段は、前記造形材料加熱手段により加熱された造形材料によって層状の造形構造物を順次積層することにより前記三次元造形物を造形するものであることを特徴とする。
これによれば、処理空間内を加熱するための予熱処理が必要な熱溶解積層法（ＦＤＭ）により三次元造形物を造形する場合に、その予熱処理を短縮化することができる。
【００４９】
（態様Ｆ）
前記態様Ａ〜Ｅのいずれかの態様において、前記三次元造形物が載置されるステージ４等の載置台と、前記造形処理中に前記載置台を加熱するステージ加熱部５等の載置台加熱手段とを有し、前記発熱手段には、前記載置台加熱手段が含まれることを特徴とする。
載置台加熱手段が発生させる熱を利用して、処理空間内の予熱処理を行うことができる。
【００５０】
（態様Ｇ）
前記態様Ｆにおいて、前記載置台を移動させるＺ軸駆動機構２３等の載置台移動手段を有し、前記熱伝達切替手段は、前記載置台移動手段を用いて前記切り替えを行うことを特徴とする。
これによれば、載置台を移動させる載置台移動手段を利用して、発熱手段から放熱部材への熱伝達を切り替えることができるので、熱伝達切替手段をより簡易に構成することができる。
【００５１】
（態様Ｈ）
前記態様Ａ〜Ｇのいずれかの態様において、前記予熱処理中に前記発熱手段の発生させる熱量が前記造形処理中の熱量よりも多くなるように、該発熱手段を制御する制御部１００等の発熱制御手段を有することを特徴とする。
【符号の説明】
【００５２】
１  三次元造形装置
２  本体フレーム
３  チャンバー
３Ａ  Ｘ軸スライド断熱部材
３Ｂ  Ｙ軸スライド断熱部材
３Ｃ  スライド孔
３Ｄ  シール部材
４  ステージ
５  ステージ加熱部
６  フィラメント供給部
７  チャンバー用ヒータ
１０  造形ヘッド
１０ａ  先端部分
１１  射出ノズル
１２  ヘッド加熱部
２１  Ｘ軸駆動機構
２１ａ  連結部材
２２  Ｙ軸駆動機構
２３  Ｚ軸駆動機構
２４  Ｘ軸ポジション検知機構
２５  Ｙ軸ポジション検知機構
２６  Ｚ軸ポジション検知機構
３０  放熱部材
３０ａ  ヘッド接触部
３０ｂ  ステージ接触部
１００  制御部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５３】
【特許文献１】特許第３９９５９３３号公報
【図１】
2017087562.tif 000003
【図２】
2017087562.tif 000004
【図３】
2017087562.tif 000005
【図４】
2017087562.tif 000006
【図５】
2017087562.tif 000007
【図６】
2017087562.tif 000008
【図７】
2017087562.tif 000009
【図８】
2017087562.tif 000010
【図９】
2017087562.tif 000011