特開 2022-97240 三次元印刷装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022097240

(43)【公開日】2022-06-30

(54)【発明の名称】三次元印刷装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/118 20170101AFI20220623BHJP

   B29C 64/209 20170101ALI20220623BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20220623BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20220623BHJP

   B29C 64/321 20170101ALI20220623BHJP

【ＦＩ】

B29C64/118

B29C64/209

B33Y30/00

B33Y10/00

B29C64/321

【審査請求】有

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020210705

(22)【出願日】2020-12-18

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2021-10-13

(71)【出願人】

【識別番号】594034005

【氏名又は名称】ホッティーポリマー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089026

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 高明

(74)【代理人】

【識別番号】100091580

【氏名又は名称】宮尾 雅文

(72)【発明者】

【氏名】堀田 秀敏

(72)【発明者】

【氏名】田鍋 史生

【テーマコード（参考）】

4F213

【Ｆターム（参考）】

4F213WA25

4F213WB01

4F213WF36

4F213WL02

4F213WL27

4F213WL32

(57)【要約】

【課題】軟質なフィラメントであってもステージに向けてフィラメントを円滑に供給する。
【解決手段】
三次元印刷装置は、造形前のフィラメントを保持するフィラメント保持部と、フィラメント保持部に対して鉛直下方に配置され、フィラメント保持部から搬送されるフィラメントを溶融させるフィラメント溶融部と、溶融後のフィラメントを造形後の形状に応じて堆積させる造形部とを備える。フィラメント溶融部は、造形前のフィラメントをフィラメント保持部から引き出し、造形部に向けて送り出す搬送部と、送り出された造形前のフィラメントをその溶融温度以上の温度に加熱する加熱部と、溶融後のフィラメントを造形部に向けて射出する射出部とを備え、搬送部におけるフィラメントの送出点を、フィラメント保持部におけるフィラメントの引出点と加熱部におけるフィラメントの導入点とを結ぶ直線上の位置に配置する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

造形前のフィラメントを保持可能に構成されたフィラメント保持部と、
前記フィラメント保持部に対して鉛直方向の下方に配置され、前記フィラメント保持部から搬送されるフィラメントを溶融させるフィラメント溶融部と、
溶融後のフィラメントを造形後の形状に応じて堆積させる造形部と
を備え、
前記フィラメント溶融部は、
前記造形前のフィラメントを前記フィラメント保持部から引き出して、前記造形部に向けて送り出す搬送部と、
前記搬送部により送り出された前記造形前のフィラメントをその溶融温度以上の温度に加熱する加熱部と、
溶融後のフィラメントを前記造形部に向けて射出する射出部と
を備え、
前記搬送部におけるフィラメントの送出点を、前記フィラメント保持部におけるフィラメントの引出点と前記加熱部におけるフィラメントの導入点とを結ぶ直線上の位置に配置可能に構成されたことを特徴とする三次元印刷装置。

【請求項2】

前記フィラメントの送出点および導入点を、前記フィラメントの引出点と前記射出部におけるフィラメントの射出点とを結ぶ直線上の位置に配置可能に構成されたことを特徴とする、
請求項１に記載の三次元印刷装置。

【請求項3】

前記搬送部は、前記加熱部の直上に配置されたことを特徴とする、
請求項１または２に記載の三次元印刷装置。

【請求項4】

造形中の造形物を冷却可能に配置された第１ファンと、
前記搬送部を冷却可能に配置された第２ファンと
をさらに備え、
前記搬送部は、駆動用のモータに接続されかつ前記造形前のフィラメントに圧接されるドライブギアを備え、前記造形前のフィラメントを、前記モータによる前記ドライブギアの回転に伴って前記造形部に向けて送り出し、
前記第２ファンは、前記ドライブギアに向けて冷却風を送風可能に方向付けられたことを特徴とする、
請求項１から３のいずれか一項に記載の三次元印刷装置。

【請求項5】

前記搬送部は、駆動用のモータに接続されかつ前記造形前のフィラメントに圧接されるドライブギアを備え、前記造形前のフィラメントを、前記モータによる前記ドライブギアの回転に伴って前記造形部に向けて送り出し、
前記モータは、ステッピングモータであることを特徴とする、
請求項１から４のいずれか一項に記載の三次元印刷装置。

【請求項6】

前記フィラメント保持部、前記フィラメント溶融部および前記造形部を収容可能に構成されたハウジングをさらに備え、
前記ハウジングは、重心の位置が造形中の造形物よりも低位にあることを特徴とする、
請求項１から５のいずれか一項に記載の三次元印刷装置。

【請求項7】

前記フィラメント保持部により保持されるフィラメントは、そのフィラメント径が３ｍｍ以上の軟質なフィラメントであることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の三次元印刷装置。

【請求項8】

前記フィラメント溶融部は、前記フィラメントを射出するノズル部を有するエクストルーダにより構成され、前記ノズル部の先端に開設されたノズル孔部の開口径は０.８ｍｍ以上に形成されていることを特徴とする請求項１から7のいずれか一項に記載の三次元印刷装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元印刷装置、特に軟質タイプのフィラメントの使用に適した三次元印刷装置に関する。

【背景技術】

【0002】

三次元印刷装置による造形に用いられる材料は、フィラメントと呼ばれ、三次元印刷装置に専用の材料として、各種の熱可塑性樹脂により線状に形成される（特許文献１）。

【0003】

ＭＥＸ方式の三次元印刷装置では、フィラメントが巻き付けられたリールが設置され、フィラメントがドライブギアによりリールから引き出されるとともに、下方に送り出され、バレルおよびノズル内部の細径の通路を経て、造形が実施されるステージ（テーブルまたはプラットフォームとも呼ばれる）に供給される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－１３０８７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このように、ＭＥＸ方式の三次元印刷装置では、フィラメントがリールから引き出された後、バレルおよびノズルに押し込まれることから、フィラメントは、バレルおよびノズルを通過する過程で座屈による「つまり」を生じることがないように、所定の剛性を有するのが好ましいとされ、硬質なものが採用されるのが一般的であった。

【0006】

ここで、比較的細密な形状ないし構造の造形物を形成する場合は、造形の精度を向上させるうえで硬質なフィラメントでは必ずしも適切ではなく、軟質なものが必要となる場合がある。しかし、軟質なフィラメントを使用する場合は、硬質なフィラメントを使用する場合と比較して座屈による「つまり」が生じ易い。つまり、三次元印刷による造形精度の向上と座屈による「つまり」の抑制とは、互いに相反するというのがこれまでの認識であった。

【0007】

このような実情に鑑み、本発明は、軟質なフィラメントによる場合であってもステージに向けてフィラメントを円滑に供給することのできる三次元印刷装置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】

【0008】

本発明の一形態に係る三次元印刷装置は、造形前のフィラメントを保持可能に構成されたフィラメント保持部と、フィラメント保持部に対して鉛直方向の下方に配置され、フィラメント保持部から搬送されるフィラメントを溶融させるフィラメント溶融部と、溶融後のフィラメントを造形後の形状に応じて堆積させる造形部とを備える。本形態において、フィラメント溶融部は、造形前のフィラメントをフィラメント保持部から引き出して、造形部に向けて送り出す搬送部と、搬送部により送り出された造形前のフィラメントをその溶融温度以上の温度に加熱する加熱部と、溶融後のフィラメントを造形部に向けて射出する射出部とを備え、搬送部におけるフィラメントの送出点を、フィラメント保持部におけるフィラメントの引出点と加熱部におけるフィラメントの導入点とを結ぶ直線上の位置に配置可能に構成される。

【0009】

他の形態では、フィラメントの送出点および導入点が、フィラメントの引出点と射出部におけるフィラメントの射出点とを結ぶ直線上の位置に配置可能に構成されることを特徴とする。

【0010】

更に別の形態では、搬送部が、加熱部の直上に配置されることを特徴とする。

【0011】

更に別の形態では、造形中の造形物を冷却可能に配置された第１ファンと、搬送部を冷却可能に配置された第２ファンとをさらに備え、搬送部が、駆動用のモータに接続されかつ造形前のフィラメントに圧接されるドライブギアを備え、造形前のフィラメントを、モータによるドライブギアの回転に伴って造形部に向けて送り出し、第２ファンが、ドライブギアに向けて冷却風を送風可能に方向付けられることを特徴とする。

【0012】

更に別の形態では、搬送部が、駆動用のモータに接続されかつ造形前のフィラメントに圧接されるドライブギアを備え、造形前のフィラメントを、モータによるドライブギアの回転に伴って造形部に向けて送り出し、モータが、ステッピングモータであることを特徴とする。

【0013】

更に別の形態では、フィラメント保持部、フィラメント溶融部および造形部を収容可能に構成されたハウジングをさらに備え、ハウジングが、重心の位置が造形中の造形物よりも低位にあることを特徴とする。

【0014】

更に別の形態では、フィラメント保持部により保持されるフィラメントが、そのフィラメント径が３ｍｍ以上の軟質なフィラメントであることを特徴とする。この場合、フィラメント径は、３ｍｍ以上であって２０ｍｍ以下であることが望ましい。

【0015】

更に別の形態によれば、前記フィラメント溶融部は、前記フィラメントを射出するノズル部を有するエクストルーダにより構成され、前記ノズル部の先端に開設されたノズル孔部の開口径は０．８ｍｍ以上に形成されていることを特徴とする。
この場合、ノズル孔部の開口径は、０．８ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲で形成されることが望ましい。

【発明の効果】

【0016】

本発明の一形態によれば、造形前のフィラメントが、造形中、フィラメント保持部におけるフィラメントの引出点とフィラメント溶融部の加熱部におけるフィラメントの導入点との間で直線状に配置される。

【0017】

これにより、造形前のフィラメントがフィラメント溶融部の搬送部によりフィラメント保持部から真っ直ぐに引き出されるとともに、加熱部に対して真っ直ぐに押し込まれる。よって、造形前のフィラメントを造形部に供給する過程で、特にフィラメント溶融部におけるフィラメントの座屈を生じ難くして、軟質なフィラメントによる場合であっても「つまり」の発生を抑制し、造形部に対してフィラメントを円滑に供給することが可能となる。

【0018】

他の形態によれば、造形前のフィラメントが、造形中、フィラメントの引出点とフィラメント溶融部の射出部におけるフィラメントの射出点との間、即ち、フィラメントがフィラメント保持部から引き出されてからフィラメント溶融部の射出部から造形部に向けて射出されるまでの一連の過程全体に亘って直線状に配置されるので、フィラメントの座屈をより生じ難くし、「つまり」の発生をより確実に抑制可能として、造形部に対し、フィラメントをより円滑に供給することが可能となる。

【0019】

更に別の形態によれば、フィラメント溶融部において、搬送部を加熱部の直上に配置したことで、これらの部分の間でフィラメントを直線状に配置することを容易にして、その結果、加熱部による熱が上方へも及ぶことにより供給されるフィラメントが軟化することによるフィラメントの座屈を原因とする「つまり」を、より確実に抑制することが可能となる。

【0020】

更に別の形態によれば、冷却部として、造形中の造形物を対象とする第１ファンと、搬送部のうち、特にドライブギアを対象とする第２ファンとを設置したことで、造形中の造形物を冷却して、フィラメントを速やかに硬化させながら、加熱部及び駆動用のモータから発せられる熱が搬送中のフィラメントに及び、フィラメントが軟化する事態を抑制することが可能となる。

【0021】

更に別の形態によれば、ドライブギア駆動用のモータとしてステッピングモータを採用したことで、造形中にモータの振動が造形部に伝達されて、造形中の造形物に及び、造形後の目的物の品質に悪影響が及ぶのを抑制することが可能となる。

【0022】

更に別の形態によれば、ハウジングの重心の位置を造形中の造形物よりも低位に設定したことで、造形中におけるハウジング自体の振動を抑制し、造形中の造形物に振動が及んで、造形後の目的物の品質が損なわれるのを抑制することが可能となる。

【0023】

更に別の形態によれば、フィラメントとしてフィラメント径が３ｍｍ以上の軟質なフィラメントを採用したことで、比較的細密な形状ないし構造を有する目的物を造形可能としながら、座屈による「つまり」の発生を抑制することが可能となる。

【0024】

更に別の形態によれば、前記フィラメント溶融部は、前記フィラメントを射出するノズル部を有するエクストルーダにより構成され、前記ノズル部の先端に開設されたノズル孔部の開口径は０．８ｍｍ以上に形成されていることから、エクストルーダにより溶融されたフィラメントはノズル孔部を通過する際に、座屈が発生しない状態で、かつ円滑に射出されることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る三次元印刷装置の全体的な構成を側方から見た状態で示す模式図である。

【図2】図２は、同上実施形態に係る三次元印刷装置の全体的な構成を上方から見た状態で示す模式図である。

【図3】図３は、同上実施形態に係る三次元印刷装置の要部（エクストルーダ）の構成を拡大して示す断面図である。

【図4】図４は、同上実施形態に係る三次元印刷装置のエクストルーダに備わるノズル冷却用のファンの構成を示す概略図である。

【図5】図５は、同上実施形態の変形例に係る三次元印刷装置のエクストルーダに備わるノズル冷却用のファンの構成を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

【0027】

図１および２は、本発明の一実施形態に係る三次元印刷装置１の全体的な構成を示す模式図であり、図１は、三次元印刷装置１を側方から見た状態で、図２は、三次元印刷装置１を上方から見た状態で夫々示す。

【0028】

本実施形態に係る三次元印刷装置１は、フィラメントリール１１、エクストルーダ１２およびテーブル１３を、主な構成要素として備える。フィラメントリール１１、エクストルーダ１２およびテーブル１３は、ハウジングないしケースＨに収容され、ハウジングＨの内部において、上方からこの順で配置されている。図１および２は、これらフィラメントリール１１等の装置要素とハウジングＨとの相対的な位置関係を簡潔に示すため、ハウジングＨの外形を二点鎖線により模式的に示す。

【0029】

フィラメントリール１１は、造形前のフィラメントＦを保持するものである。本実施形態において、フィラメントＦは、断面が略円形をなす細線状に形成され、フィラメントリール１１に巻き付けられた状態で、三次元印刷装置１に装填される。フィラメントＦとして、軟質なフィラメントを採用することが可能であり、フィラメントＦの直径（以下「フィラメント径」という場合がある）は、例えば、本実施の形態においては直径３ｍｍに形成されている。なお、直径３ｍｍに限定されることはなく、フィラメント径は３ｍｍ以上、２０ｍｍ以下の範囲の径であればよい。
この場合、

【0030】

エクストルーダ１２は、フィラメントリール１１に対して鉛直方向の下方に配置され、フィラメントリール１１からフィラメントＦを引き出すとともに、フィラメントＦをその溶融温度以上の温度に加熱して、溶融させる。本実施形態において、エクストルーダ１２は、ヘッド一体型のエクストルーダとして構成され、溶融後のフィラメントＦを射出するノズル１２３を備える。エクストルーダ１２とヘッドとは、図３に示すように一体に構成するばかりでなく、別体に構成することも可能であり、別体のものでは、例えば、ヒータ１２２およびノズル１２３が後に述べるドライブギア１２１ａ、１２１ｂから離間して配置される。

【0031】

テーブル１３は、造形中の造形物Ｍを載置し、溶融後のフィラメントＦ、本実施形態では、ヒータ１２２を介してエクストルーダ１２のノズル１２３から射出されたフィラメントＦを、造形後のモデル（つまり、造形物）の形状に応じて堆積させる。
本実施の形態にあっては、図３及び図４に示すフィラメントＦを射出するノズル１２３の先端部に開設されたノズル孔部１２３ａの開口径は、０．８ｍｍに形成されている。
なお、本実施の形態にあっては、ノズル孔部の開口径は０．８ｍｍに形成されているが、０．８ｍｍ以上に形成され、フィラメントＦが射出時にスムーズに流れ、座屈を起こさない程度の径として構成されればよい。好ましくは、０．８ｍｍ以上、５ｍｍ以下であることが望ましい。

【0032】

本実施形態において、エクストルーダ１２は、平面方向の２軸、つまり、図１の紙面に向かって左右方向に延びるｘ軸および奥行方向に延びるｙ軸に沿って移動可能に構成され、テーブル１３は、鉛直方向の１軸、つまり、図１の紙面において上下方向に延びるｚ軸に沿って移動可能に構成されている。

【0033】

エクストルーダ１２の移動のうち、ｘ軸に沿った移動は、ｘ軸駆動機構（図示せず）により達成され、ｙ軸に沿った移動は、ｙ軸駆動機構２１ａ、２１ｂにより達成される。具体的には、ハウジングＨの内部をｘ軸に沿って延びるｘ軸駆動用ロッド３１が設けられるとともに、ｙ軸に沿って延びるｙ軸駆動用ロッド３２ａ、３２ｂが設けられ、図示しないｘ軸駆動機構は、エクストルーダ１２をｘ軸駆動用ロッド３１上で移動させ、ｙ軸駆動機構２１ａ、２１ｂは、エクストルーダ１２をｙ軸駆動用ロッド３２ａ、３２ｂ上で移動させる。ｘ軸駆動機構およびｙ軸駆動機構２１ａ、２１ｂは、例えば、電動式のモータを備え、モータの回転運動をラックおよびピニオン機構等、適宜の動力変換装置を介してエクストルーダ１２の直線運動に変換する。

【0034】

他方で、テーブル１３のｚ軸に沿った移動は、ｚ軸駆動機構４１により達成される。具体的には、ハウジングＨの内部をｚ軸に沿って延びるｚ軸駆動用ロッド５１が設けられ、ｚ軸駆動用ロッド５１の一端、つまり、上端は、テーブル１３に取り付けられ、他端、つまり、下端は、ｚ軸駆動機構４１に取り付けられている。ｚ軸駆動機構４１は、例えば、電動式のモータを備え、モータの回転運動を適宜の動力変換装置によりテーブル１３の直線運動に変換する。

【0035】

ｘ軸駆動機構（図示せず）、ｙ軸駆動機構２１ａ、２１ｂおよびｚ軸駆動機構４１の動作は、コントロールユニット１０１により制御される（図２）。コントロールユニット１０１は、電子制御ユニットとして構成することが可能であり、目標とする造形物に関する三次元情報を入力し、この三次元情報に応じた駆動信号を、対応する駆動機構に出力する。コントロールユニット１０１は、専用の電子デバイスとして具現するばかりでなく、より汎用性の高い電子デバイスとして、例えば、パーソナルコンピュータにより具現することも可能である。

【0036】

これら３軸の駆動機構２１ａ、２１ｂ、４１により、エクストルーダ１２、特にノズルの先端を、テーブル１３およびこれに載置された造形中の造形物Ｍに対してｘ、ｙおよびｚ軸に沿った三方向に相対的に移動させ、三次元の造形を実現することが可能である。

【0037】

以上に加え、三次元印刷装置１は、ハウジングＨの下部または底面近傍に重量物Ｗが据え付けられ、ハウジングＨの重心の位置（つまり、高さ）Ｈｇが造形中の造形物Ｍよりも低位となるように調整されている。

【0038】

本実施形態において、フィラメントリール１１は、「フィラメント保持部」を構成し、エクストルーダ１２は、「フィラメント溶融部」を構成し、テーブル１３は、「造形部」を構成する。

【0039】

図３は、三次元印刷装置１の要部、具体的には、エクストルーダ１２の構成を断面により拡大して示す。

【0040】

本実施形態において、エクストルーダ１２は、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂと、ヒータ１２２と、ノズル１２３とを備える。

【0041】

ドライブギア１２１ａ、１２１ｂは、フィラメントＦをその側面ないし周面に対して垂直な方向における両側から挟み込むとともに、フィラメントＦに圧接され、さらに、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂの外周に形成された歯または摩擦面によりフィラメントＦを係止することで、造形前のフィラメントＦを回転に伴ってフィラメントリール１１から引き出し、造形部であるテーブル１３に向けて送り出す。本実施形態では、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂの駆動源として、電動式のモータＡＣＴ１、ＡＣＴ２が設けられ、フィラメントＦを、モータＡＣＴ１、ＡＣＴ２によるドライブギア１２１ａ、１２１ｂの回転に伴ってフィラメントリール１１から引き出し、テーブル１３に向けて送り出す。モータＡＣＴ１、ＡＣＴ２に採用可能なものとして、ステッピングモータを例示することが可能である。

【0042】

ヒータ１２２は、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂにより送り出されたフィラメントＦを受容し、その溶融温度Ｔｍｌｔ以上の温度に加熱する。本実施形態において、ヒータ１２２は、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂに対してできる限り近付けて配置され、換言すれば、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂは、ヒータ１２２の直上に配置される。

【0043】

ノズル１２３は、ヒータ１２２を介した溶融後のフィラメントＦを、テーブル１３に載置された造形中の造形物Ｍに向けて射出する。エクストルーダ１２の動作によりノズル１２３がｘ軸およびｙ軸の２軸に沿って移動するとともに、テーブル１３がｚ軸に沿って移動することで、ノズル１２３の先端を、造形中の造形物Ｍに対してｘ、ｙおよびｚ軸に沿った三方向に相対的に移動させ、三次元の造形を実現することが可能である。

【0044】

ここで、本実施形態では、三次元印刷装置１の動作中、換言すれば、三次元印刷装置１による造形物の作成中、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂにおけるフィラメントＦの送出点ｐ２が、フィラメントリール１１におけるフィラメントＦの引出点ｐ１とヒータ１２２におけるフィラメントＦの導入点ｐ３とを結ぶ直線Ｌ上の位置に配置される。
本実施形態では、ヒータ１２２に対するフィラメントＦの導入をより円滑なものとするため、ヒータ１２２の入口側にバレル１２２ａが取り付けられている。そこで、バレル１２２ａとヒータ（ないしヒータ本体）１２２とで外形上、ヒータが構成されるものとし、バレル１２２ａの入口端を、ヒータ１２２におけるフィラメントＦの導入点ｐ３とする。バレル１２２ａを備えていない場合は、ヒータ１２２自体の入口端を、導入点ｐ３とすることが可能である。
そして、フィラメントリール１１におけるフィラメントＦの引出点ｐ１とは、フィラメントＦがフィラメントリール１１における巻回を解かれる点、換言すれば、フィラメントＦの延びる向きが鉛直下向きの方向に変わる点をいい、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂにおけるフィラメントＦの送出点ｐ２とは、一対のドライブギア１２１ａ、１２１ｂの外周が互いに最も近接する位置をフィラメントＦの送り方向に通過し、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂによりフィラメントＦにかけられる力が圧縮方向に変わる点をいう。

【0045】

これに加え、本実施形態では、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂにおけるフィラメントＦの送出点ｐ２およびヒータ１２２におけるフィラメントＦの導入点ｐ３が、フィラメントリール１１におけるフィラメントの引出点ｐ１とノズル１２３におけるフィラメントＦの射出点ｐ４とを結ぶ直線上の位置に配置される。本実施形態において、フィラメントＦの射出点ｐ４とは、ノズル１２３の吐出口近傍の点、つまり、出口端をいう。

【0046】

そして、三次元印刷装置１の動作中、フィラメントＦの引出点ｐ１、送出点ｐ２、導入点ｐ３および射出点ｐ４の上記関係を配置可能とするため、本実施形態では、フィラメントリール１１についてもエクストルーダ１２と同様の平面方向の駆動機構を採用する。

【0047】

具体的には、フィラメントリール１１は、エクストルーダ１２と同様に、平面方向の２軸、つまり、ｘ軸およびｙ軸に沿って移動可能に構成される。フィラメントリール１１のｘ軸に沿った移動は、ｘ軸駆動機構６１により達成され、ｙ軸に沿った移動は、ｙ軸駆動機構６２ａ、６２ｂにより達成される。ハウジングＨの内部をｘ軸に沿って延びるｘ軸駆動用ロッド７１が設けられるとともに、ｙ軸に沿って延びるｙ軸駆動用ロッド７２ａ、７２ｂが設けられ、ｘ軸駆動用ロッド７１は、エクストルーダ１２に対して備わるｘ軸駆動用ロッド３１と平行であり、ｙ軸駆動用ロッド７２ａ、７２ｂは、エクストルーダ１２に対して備わるｙ軸駆動用ロッド３２ａ、３２ｂと平行である。そして、ｘ軸駆動機構６１は、フィラメントリール１１をｘ軸駆動用ロッド７１上で移動させ、ｙ軸駆動機構６２ａ、６２ｂは、フィラメントリール１１をｙ軸駆動用ロッド７２ａ、７２ｂ上で移動させる。

【0048】

そして、ｘ軸駆動機構６１およびｙ軸駆動機構６２ａ、６２ｂは、コントロールユニット１０１からの駆動信号に応じて作動し、エクストルーダ１２の平面方向の動きに追従するように移動し、フィラメントリール１１をエクストルーダ１２の真上の位置に配置する。

【0049】

以上に加え、本実施形態では、三次元印刷装置１の冷却部として、図３に示すように、造形中の造形物Ｍを冷却可能に配置された第１冷却ファンＦ１１と、エクストルーダ１２、特にドライブギア１２１ａ、１２１ｂを冷却可能に配置された第２冷却ファンＦ２とが設けられる。第１冷却ファンＦ１１は、造形中の造形物Ｍに向けて冷却風を送風可能に方向付けられ、第２冷却ファンＦ２は、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂに向けて冷却風を送風可能に方向付けられている。本実施形態では、第１および第２冷却ファンＦ１１、Ｆ２のいずれも、冷却の対象に対して側方から冷却風を供給する。

【0050】

そして、本実施形態では特に、テーブル１３に載置された造形中の造形物Ｍを局所的または集中的に冷却するように、第１冷却ファンＦ１１の先端が先窄まりの形状を有する一方、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂを全体的に冷却するように、第２冷却ファンＦ２が比較的に大きく開いた送風口を有する。

【0051】

図４は、第１冷却ファンＦ１１およびその周辺要素の構成を（ａ）側方から見た状態および（ｂ）上方から見た状態で夫々示す。

【0052】

本実施形態において、第１冷却ファンＦ１１は、先端が先窄まりの形状を有することから、ノズル１２３、特に溶融後のフィラメントＭが射出される吐出口周辺の部分を局所的に冷却したり、造形中の造形物Ｍを局所的に冷却したりすることが可能である。

【0053】

本実施形態において、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂは、「搬送部」を構成し、ヒータ１２２は、「加熱部」を構成し、ノズル１２３は、「射出部」を構成する。さらに、第１冷却ファンＦ１１は、「第１ファン」を構成し、第２冷却ファンＦ２は、「第２ファン」を構成する。

【0054】

本実施形態に係る三次元印刷装置１は、以上のように構成され、本実施形態により得られる作用および効果について、以下に説明する。

【0055】

本実施形態では、フィラメントリール１１に対してｘ軸駆動機構６１を設置するとともに、ｙ軸駆動機構６２ａ、６２ｂを設置し、フィラメントリール１１をエクストルーダ１２の平面方向の移動に追従可能として、三次元印刷装置１の動作中、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂにおけるフィラメントＦの送出点ｐ２を、フィラメントリール１１におけるフィラメントＦの引出点ｐ１とヒータ１２２におけるフィラメントＦの導入点ｐ３とを結ぶ直線Ｌ上の位置に配置するようにした。これにより、造形前のフィラメントＦ、つまり、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂによりフィラメントリール１１から引き出されたフィラメントＦは、フィラメントリール１１におけるフィラメントＦの引出点ｐ１とエクストルーダ１２のヒータ１２２におけるフィラメントＦの導入点３との間で直線状に配置される。

【0056】

これにより、造形前のフィラメントＦをエクストルーダ１２のドライブギア１２１ａ、１２１ｂによりフィラメントリール１１から真っ直ぐに引き出すとともに、ヒータ１２２に対して真っ直ぐに押し込むことが可能となる。よって、造形前のフィラメントＦをフィラメントリール１１からテーブル１３に載置された造形中の造形物Ｍに供給する過程で、特にエクストルーダ１２におけるフィラメントＦの座屈を生じ難くして、軟質なフィラメントＦによる場合であっても「つまり」の発生を抑制し、造形中の造形物Ｍに対してフィラメントＦを円滑に供給することが可能となる。

【0057】

ここで、本実施形態では、三次元印刷装置１の動作中、造形前のフィラメントＦが、フィラメントＦの引出点ｐ１とエクストルーダ１２のノズル１２３におけるフィラメントＦの射出点ｐ４との間、つまり、フィラメントＦがフィラメントリール１１から引き出されてからエクストルーダ１２のノズル１２３からテーブル１３上の造形中の造形物Ｍに向けて射出されるまでの一連の過程全体に亘って直線状に配置されるので、フィラメントＦの座屈をより生じ難くし、「つまり」の発生をより確実に抑制可能として、造形中の造形物Ｍに対し、フィラメントＦをより円滑に供給することが可能となる。

【0058】

さらに、本実施形態では、エクストルーダ１２において、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂをヒータ１２２の真上に配置したことで、これらの部分の間でフィラメントＦを直線状に配置することを容易にして、フィラメントＦの座屈による「つまり」をより確実に抑制することが可能となる。

【0059】

さらに、本実施形態では、三次元印刷装置１の冷却部として、造形中の造形物Ｍを冷却の対象とする第１冷却ファンＦ１１と、エクストルーダ１２のうち、特にドライブギア１２１ａ、１２１ｂを冷却の対象とする第２冷却ファンＦ２とを設置したことで、造形中の造形物Ｍを冷却して、フィラメントＦを速やかに硬化させながら、ドライブギア駆動用のモータから発せられる熱が搬送中のフィラメントＦに及ぶのを抑制することが可能となる。

【0060】

さらに、ドライブギア駆動用のモータとしてステッピングモータを採用したことで、造形中にモータの振動がテーブル１３に伝達されて、造形中の造形物Ｍに及び、造形後の目的物の品質に悪影響が及ぶのを抑制することが可能となる。

【0061】

さらに、ハウジングＨに重量物Ｗを設置し、ハウジングＨの重心の位置を造形中の造形物Ｍよりも低位に設定したことで、造形中におけるハウジングＨ自体の振動を抑制し、造形中の造形物Ｍに振動が及んで、造形後の目的物の品質が損なわれるのを抑制することが可能となる。

【0062】

さらに、フィラメントＦとしてフィラメント径が３ｍｍの軟質なフィラメントを採用したことで、比較的細密な形状ないし構造を有する目的物を造形可能としながら、座屈による「つまり」の発生を抑制することが可能となる。

【0063】

本実施形態では、造形中の造形物Ｍを冷却の対象とする第１冷却ファンＦ１１の先端を先窄まりの形状とし、造形中の造形物Ｍの局所的な冷却の要請に対応可能とする場合を例に説明した。しかし、第１冷却ファンＦ１１による冷却の態様は、これに限定されるものではなく、より広範な範囲に亘って均質な冷却を可能とする態様により具現することも可能である。

【0064】

図５は、本実施形態の変形例に係る三次元印刷装置１に備わる第１冷却ファンＦ１２およびその周辺要素の構成を（ａ）側方から見た状態および（ｂ）上方から見た状態で夫々示す。

【0065】

変形例では、第１冷却ファンＦ１２は、エクストルーダ１２のノズル１２３をその全周に亘って包囲する円環状の管路を有し、この管路は、内側面に所定の間隔を空けるかまたは等しい間隔で形成された貫通孔ｈを有する。貫通孔ｈは、冷却の対象とする部位、例えば、造形中の造形物Ｍに向けられ、造形中の造形物Ｍに対し、全方位から均等に冷却風を供給することが可能である。

【符号の説明】

【0066】

１…三次元印刷装置
１１…フィラメントリール
１２…エクストルーダ
１２１ａ、１２１ｂ…ドライブギア
１２２…ヒータ
１２３…ノズル
１２３ａ…ノズル孔部
１３…テーブル
２１ａ、２１ｂ、６２ａ、６２ｂ…ｙ軸駆動機構
３１、７１…ｘ軸駆動用ロッド
３２ａ、３２ｂ、７２ａ、７２ｂ…ｙ軸駆動用ロッド
５１…ｚ軸駆動用ロッド
４１…ｚ軸駆動機構
６１…ｘ軸駆動機構
１０１…コントロールユニット
Ｆ…フィラメント
Ｆ１１、Ｆ１２…第１冷却ファン
Ｆ２…第２冷却ファン
Ｈ…ハウジング
Ｍ…造形中の造形物
Ｗ…重量物
ｐ１…引出点
ｐ２…送出点
ｐ３…導入点
ｐ４…射出点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【手続補正書】

【提出日】2021-08-19

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

造形前のフィラメントを保持可能に構成されたフィラメント保持部と、
前記フィラメント保持部に対して鉛直方向の下方に配置され、前記フィラメント保持部から搬送されるフィラメントを溶融させるフィラメント溶融部と、
溶融後のフィラメントを造形後の形状に応じて堆積させる造形部と、
前記フィラメント保持部、前記フィラメント溶融部および前記造形部を収容可能に構成されたハウジングと、を備え、
前記フィラメント溶融部は、
前記造形前のフィラメントを前記フィラメント保持部から引き出して、前記造形部に向けて送り出す搬送部と、
前記搬送部により送り出された前記造形前のフィラメントをその溶融温度以上の温度に加熱する加熱部と、
溶融後のフィラメントを前記造形部に向けて射出する射出部と
を備え、
前記搬送部におけるフィラメントの送出点を、前記フィラメント保持部におけるフィラメントの引出点と前記加熱部におけるフィラメントの導入点とを結ぶ直線上の位置に配置可能に構成され、
前記ハウジングの下部または底面近傍に重量物が据え付けられ、前記ハウジングの重心の位置が造形中の造形物よりも低位となるように調整されていることを特徴とする三次元印刷装置。

【請求項2】

前記フィラメントの送出点および導入点を、前記フィラメントの引出点と前記射出部におけるフィラメントの射出点とを結ぶ直線上の位置に配置可能に構成されたことを特徴とする、
請求項１に記載の三次元印刷装置。

【請求項3】

前記搬送部は、前記加熱部の直上に配置されたことを特徴とする、
請求項１または２に記載の三次元印刷装置。

【請求項4】

造形中の造形物を冷却可能に配置された第１ファンと、
前記搬送部を冷却可能に配置された第２ファンと
をさらに備え、
前記搬送部は、駆動用のモータに接続されかつ前記造形前のフィラメントに圧接されるドライブギアを備え、前記造形前のフィラメントを、前記モータによる前記ドライブギアの回転に伴って前記造形部に向けて送り出し、
前記第２ファンは、前記ドライブギアに向けて冷却風を送風可能に方向付けられたことを特徴とする、
請求項１から３のいずれか一項に記載の三次元印刷装置。

【請求項5】

前記搬送部は、駆動用のモータに接続されかつ前記造形前のフィラメントに圧接されるドライブギアを備え、前記造形前のフィラメントを、前記モータによる前記ドライブギアの回転に伴って前記造形部に向けて送り出し、
前記モータは、ステッピングモータであることを特徴とする、
請求項１から４のいずれか一項に記載の三次元印刷装置。

【請求項6】

前記フィラメント保持部により保持されるフィラメントは、そのフィラメント径が３ｍｍ以上の軟質なフィラメントであることを特徴とする、
請求項１から５のいずれか一項に記載の三次元印刷装置。

【請求項7】

前記フィラメント溶融部は、前記フィラメントを射出するノズル部を有するエクストルーダにより構成され、前記ノズル部の先端に開設されたノズル孔部の開口径は０.８ｍｍ以上に形成されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の三次元印刷装置。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元印刷装置、特に軟質タイプのフィラメントの使用に適した三次元印刷装置に関する。

【背景技術】

【0002】

三次元印刷装置による造形に用いられる材料は、フィラメントと呼ばれ、三次元印刷装置に専用の材料として、各種の熱可塑性樹脂により線状に形成される（特許文献１）。

【0003】

ＭＥＸ方式の三次元印刷装置では、フィラメントが巻き付けられたリールが設置され、フィラメントがドライブギアによりリールから引き出されるとともに、下方に送り出され、バレルおよびノズル内部の細径の通路を経て、造形が実施されるステージ（テーブルまたはプラットフォームとも呼ばれる）に供給される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－１３０８７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このように、ＭＥＸ方式の三次元印刷装置では、フィラメントがリールから引き出された後、バレルおよびノズルに押し込まれることから、フィラメントは、バレルおよびノズルを通過する過程で座屈による「つまり」を生じることがないように、所定の剛性を有するのが好ましいとされ、硬質なものが採用されるのが一般的であった。

【0006】

ここで、比較的細密な形状ないし構造の造形物を形成する場合は、造形の精度を向上させるうえで硬質なフィラメントでは必ずしも適切ではなく、軟質なものが必要となる場合がある。しかし、軟質なフィラメントを使用する場合は、硬質なフィラメントを使用する場合と比較して座屈による「つまり」が生じ易い。つまり、三次元印刷による造形精度の向上と座屈による「つまり」の抑制とは、互いに相反するというのがこれまでの認識であった。

【0007】

このような実情に鑑み、本発明は、軟質なフィラメントによる場合であってもステージに向けてフィラメントを円滑に供給することのできる三次元印刷装置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】

【0008】

本発明の一形態に係る三次元印刷装置は、造形前のフィラメントを保持可能に構成されたフィラメント保持部と、前記フィラメント保持部に対して鉛直方向の下方に配置され、前記フィラメント保持部から搬送されるフィラメントを溶融させるフィラメント溶融部と、溶融後のフィラメントを造形後の形状に応じて堆積させる造形部と、前記フィラメント保持部、前記フィラメント溶融部および前記造形部を収容可能に構成されたハウジングと、を備え、前記フィラメント溶融部は、前記造形前のフィラメントを前記フィラメント保持部から引き出して、前記造形部に向けて送り出す搬送部と、前記搬送部により送り出された前記造形前のフィラメントをその溶融温度以上の温度に加熱する加熱部と、
溶融後のフィラメントを前記造形部に向けて射出する射出部とを備え、前記搬送部におけるフィラメントの送出点を、前記フィラメント保持部におけるフィラメントの引出点と前記加熱部におけるフィラメントの導入点とを結ぶ直線上の位置に配置可能に構成され、前記ハウジングの下部または底面近傍に重量物が据え付けられ、前記ハウジングの重心の位置が造形中の造形物よりも低位となるように調整されている。

【0009】

他の形態では、フィラメントの送出点および導入点が、フィラメントの引出点と射出部におけるフィラメントの射出点とを結ぶ直線上の位置に配置可能に構成されることを特徴とする。

【0010】

更に別の形態では、搬送部が、加熱部の直上に配置されることを特徴とする。

【0011】

更に別の形態では、造形中の造形物を冷却可能に配置された第１ファンと、搬送部を冷却可能に配置された第２ファンとをさらに備え、搬送部が、駆動用のモータに接続されかつ造形前のフィラメントに圧接されるドライブギアを備え、造形前のフィラメントを、モータによるドライブギアの回転に伴って造形部に向けて送り出し、第２ファンが、ドライブギアに向けて冷却風を送風可能に方向付けられることを特徴とする。

【0012】

更に別の形態では、搬送部が、駆動用のモータに接続されかつ造形前のフィラメントに圧接されるドライブギアを備え、造形前のフィラメントを、モータによるドライブギアの回転に伴って造形部に向けて送り出し、モータが、ステッピングモータであることを特徴とする。

【0013】

更に別の形態では、更に別の形態では、フィラメント保持部により保持されるフィラメントが、そのフィラメント径が３ｍｍ以上の軟質なフィラメントであることを特徴とする。この場合、フィラメント径は、３ｍｍ以上であって２０ｍｍ以下であることが望ましい。

【0014】

更に別の形態によれば、前記フィラメント溶融部は、前記フィラメントを射出するノズル部を有するエクストルーダにより構成され、前記ノズル部の先端に開設されたノズル孔部の開口径は０．８ｍｍ以上に形成されていることを特徴とする。
この場合、ノズル孔部の開口径は、０．８ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲で形成されることが望ましい。

【発明の効果】

【0015】

本発明の一形態によれば、造形前のフィラメントが、造形中、フィラメント保持部におけるフィラメントの引出点とフィラメント溶融部の加熱部におけるフィラメントの導入点との間で直線状に配置される。

【0016】

これにより、造形前のフィラメントがフィラメント溶融部の搬送部によりフィラメント保持部から真っ直ぐに引き出されるとともに、加熱部に対して真っ直ぐに押し込まれる。よって、造形前のフィラメントを造形部に供給する過程で、特にフィラメント溶融部におけるフィラメントの座屈を生じ難くして、軟質なフィラメントによる場合であっても「つまり」の発生を抑制し、造形部に対してフィラメントを円滑に供給することが可能となる。

【0017】

そして、ハウジングの重心の位置を造形中の造形物よりも低位に設定したことで、造形中におけるハウジング自体の振動を抑制し、造形中の造形物に振動が及んで、造形後の目的物の品質が損なわれるのを抑制することが可能となる。

【0018】

他の形態によれば、造形前のフィラメントが、造形中、フィラメントの引出点とフィラメント溶融部の射出部におけるフィラメントの射出点との間、即ち、フィラメントがフィラメント保持部から引き出されてからフィラメント溶融部の射出部から造形部に向けて射出されるまでの一連の過程全体に亘って直線状に配置されるので、フィラメントの座屈をより生じ難くし、「つまり」の発生をより確実に抑制可能として、造形部に対し、フィラメントをより円滑に供給することが可能となる。

【0019】

更に別の形態によれば、フィラメント溶融部において、搬送部を加熱部の直上に配置したことで、これらの部分の間でフィラメントを直線状に配置することを容易にして、その結果、加熱部による熱が上方へも及ぶことにより供給されるフィラメントが軟化することによるフィラメントの座屈を原因とする「つまり」を、より確実に抑制することが可能となる。

【0020】

更に別の形態によれば、冷却部として、造形中の造形物を対象とする第１ファンと、搬送部のうち、特にドライブギアを対象とする第２ファンとを設置したことで、造形中の造形物を冷却して、フィラメントを速やかに硬化させながら、加熱部及び駆動用のモータから発せられる熱が搬送中のフィラメントに及び、フィラメントが軟化する事態を抑制することが可能となる。

【0021】

更に別の形態によれば、ドライブギア駆動用のモータとしてステッピングモータを採用したことで、造形中にモータの振動が造形部に伝達されて、造形中の造形物に及び、造形後の目的物の品質に悪影響が及ぶのを抑制することが可能となる。

【0022】

更に別の形態によれば、フィラメントとしてフィラメント径が３ｍｍ以上の軟質なフィラメントを採用したことで、比較的細密な形状ないし構造を有する目的物を造形可能としながら、座屈による「つまり」の発生を抑制することが可能となる。

【0023】

更に別の形態によれば、前記フィラメント溶融部は、前記フィラメントを射出するノズル部を有するエクストルーダにより構成され、前記ノズル部の先端に開設されたノズル孔部の開口径は０．８ｍｍ以上に形成されていることから、エクストルーダにより溶融されたフィラメントはノズル孔部を通過する際に、座屈が発生しない状態で、かつ円滑に射出されることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る三次元印刷装置の全体的な構成を側方から見た状態で示す模式図である。

【図2】図２は、同上実施形態に係る三次元印刷装置の全体的な構成を上方から見た状態で示す模式図である。

【図3】図３は、同上実施形態に係る三次元印刷装置の要部（エクストルーダ）の構成を拡大して示す断面図である。

【図4】図４は、同上実施形態に係る三次元印刷装置のエクストルーダに備わるノズル冷却用のファンの構成を示す概略図である。

【図5】図５は、同上実施形態の変形例に係る三次元印刷装置のエクストルーダに備わるノズル冷却用のファンの構成を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

【0026】

図１および２は、本発明の一実施形態に係る三次元印刷装置１の全体的な構成を示す模式図であり、図１は、三次元印刷装置１を側方から見た状態で、図２は、三次元印刷装置１を上方から見た状態で夫々示す。

【0027】

本実施形態に係る三次元印刷装置１は、フィラメントリール１１、エクストルーダ１２およびテーブル１３を、主な構成要素として備える。フィラメントリール１１、エクストルーダ１２およびテーブル１３は、ハウジングないしケースＨに収容され、ハウジングＨの内部において、上方からこの順で配置されている。図１および２は、これらフィラメントリール１１等の装置要素とハウジングＨとの相対的な位置関係を簡潔に示すため、ハウジングＨの外形を二点鎖線により模式的に示す。

【0028】

フィラメントリール１１は、造形前のフィラメントＦを保持するものである。本実施形態において、フィラメントＦは、断面が略円形をなす細線状に形成され、フィラメントリール１１に巻き付けられた状態で、三次元印刷装置１に装填される。フィラメントＦとして、軟質なフィラメントを採用することが可能であり、フィラメントＦの直径（以下「フィラメント径」という場合がある）は、例えば、本実施の形態においては直径３ｍｍに形成されている。なお、直径３ｍｍに限定されることはなく、フィラメント径は３ｍｍ以上、２０ｍｍ以下の範囲の径であればよい。
この場合、

【0029】

エクストルーダ１２は、フィラメントリール１１に対して鉛直方向の下方に配置され、フィラメントリール１１からフィラメントＦを引き出すとともに、フィラメントＦをその溶融温度以上の温度に加熱して、溶融させる。本実施形態において、エクストルーダ１２は、ヘッド一体型のエクストルーダとして構成され、溶融後のフィラメントＦを射出するノズル１２３を備える。エクストルーダ１２とヘッドとは、図３に示すように一体に構成するばかりでなく、別体に構成することも可能であり、別体のものでは、例えば、ヒータ１２２およびノズル１２３が後に述べるドライブギア１２１ａ、１２１ｂから離間して配置される。

【0030】

テーブル１３は、造形中の造形物Ｍを載置し、溶融後のフィラメントＦ、本実施形態では、ヒータ１２２を介してエクストルーダ１２のノズル１２３から射出されたフィラメントＦを、造形後のモデル（つまり、造形物）の形状に応じて堆積させる。
本実施の形態にあっては、図３及び図４に示すフィラメントＦを射出するノズル１２３の先端部に開設されたノズル孔部１２３ａの開口径は、０．８ｍｍに形成されている。
なお、本実施の形態にあっては、ノズル孔部の開口径は０．８ｍｍに形成されているが、０．８ｍｍ以上に形成され、フィラメントＦが射出時にスムーズに流れ、座屈を起こさない程度の径として構成されればよい。好ましくは、０．８ｍｍ以上、５ｍｍ以下であることが望ましい。

【0031】

本実施形態において、エクストルーダ１２は、平面方向の２軸、つまり、図１の紙面に向かって左右方向に延びるｘ軸および奥行方向に延びるｙ軸に沿って移動可能に構成され、テーブル１３は、鉛直方向の１軸、つまり、図１の紙面において上下方向に延びるｚ軸に沿って移動可能に構成されている。

【0032】

エクストルーダ１２の移動のうち、ｘ軸に沿った移動は、ｘ軸駆動機構（図示せず）により達成され、ｙ軸に沿った移動は、ｙ軸駆動機構２１ａ、２１ｂにより達成される。具体的には、ハウジングＨの内部をｘ軸に沿って延びるｘ軸駆動用ロッド３１が設けられるとともに、ｙ軸に沿って延びるｙ軸駆動用ロッド３２ａ、３２ｂが設けられ、図示しないｘ軸駆動機構は、エクストルーダ１２をｘ軸駆動用ロッド３１上で移動させ、ｙ軸駆動機構２１ａ、２１ｂは、エクストルーダ１２をｙ軸駆動用ロッド３２ａ、３２ｂ上で移動させる。ｘ軸駆動機構およびｙ軸駆動機構２１ａ、２１ｂは、例えば、電動式のモータを備え、モータの回転運動をラックおよびピニオン機構等、適宜の動力変換装置を介してエクストルーダ１２の直線運動に変換する。

【0033】

他方で、テーブル１３のｚ軸に沿った移動は、ｚ軸駆動機構４１により達成される。具体的には、ハウジングＨの内部をｚ軸に沿って延びるｚ軸駆動用ロッド５１が設けられ、ｚ軸駆動用ロッド５１の一端、つまり、上端は、テーブル１３に取り付けられ、他端、つまり、下端は、ｚ軸駆動機構４１に取り付けられている。ｚ軸駆動機構４１は、例えば、電動式のモータを備え、モータの回転運動を適宜の動力変換装置によりテーブル１３の直線運動に変換する。

【0034】

ｘ軸駆動機構（図示せず）、ｙ軸駆動機構２１ａ、２１ｂおよびｚ軸駆動機構４１の動作は、コントロールユニット１０１により制御される（図２）。コントロールユニット１０１は、電子制御ユニットとして構成することが可能であり、目標とする造形物に関する三次元情報を入力し、この三次元情報に応じた駆動信号を、対応する駆動機構に出力する。コントロールユニット１０１は、専用の電子デバイスとして具現するばかりでなく、より汎用性の高い電子デバイスとして、例えば、パーソナルコンピュータにより具現することも可能である。

【0035】

これら３軸の駆動機構２１ａ、２１ｂ、４１により、エクストルーダ１２、特にノズルの先端を、テーブル１３およびこれに載置された造形中の造形物Ｍに対してｘ、ｙおよびｚ軸に沿った三方向に相対的に移動させ、三次元の造形を実現することが可能である。

【0036】

以上に加え、三次元印刷装置１は、ハウジングＨの下部または底面近傍に重量物Ｗが据え付けられ、ハウジングＨの重心の位置（つまり、高さ）Ｈｇが造形中の造形物Ｍよりも低位となるように調整されている。

【0037】

本実施形態において、フィラメントリール１１は、「フィラメント保持部」を構成し、エクストルーダ１２は、「フィラメント溶融部」を構成し、テーブル１３は、「造形部」を構成する。

【0038】

図３は、三次元印刷装置１の要部、具体的には、エクストルーダ１２の構成を断面により拡大して示す。

【0039】

本実施形態において、エクストルーダ１２は、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂと、ヒータ１２２と、ノズル１２３とを備える。

【0040】

ドライブギア１２１ａ、１２１ｂは、フィラメントＦをその側面ないし周面に対して垂直な方向における両側から挟み込むとともに、フィラメントＦに圧接され、さらに、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂの外周に形成された歯または摩擦面によりフィラメントＦを係止することで、造形前のフィラメントＦを回転に伴ってフィラメントリール１１から引き出し、造形部であるテーブル１３に向けて送り出す。本実施形態では、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂの駆動源として、電動式のモータＡＣＴ１、ＡＣＴ２が設けられ、フィラメントＦを、モータＡＣＴ１、ＡＣＴ２によるドライブギア１２１ａ、１２１ｂの回転に伴ってフィラメントリール１１から引き出し、テーブル１３に向けて送り出す。モータＡＣＴ１、ＡＣＴ２に採用可能なものとして、ステッピングモータを例示することが可能である。

【0041】

ヒータ１２２は、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂにより送り出されたフィラメントＦを受容し、その溶融温度Ｔｍｌｔ以上の温度に加熱する。本実施形態において、ヒータ１２２は、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂに対してできる限り近付けて配置され、換言すれば、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂは、ヒータ１２２の直上に配置される。

【0042】

ノズル１２３は、ヒータ１２２を介した溶融後のフィラメントＦを、テーブル１３に載置された造形中の造形物Ｍに向けて射出する。エクストルーダ１２の動作によりノズル１２３がｘ軸およびｙ軸の２軸に沿って移動するとともに、テーブル１３がｚ軸に沿って移動することで、ノズル１２３の先端を、造形中の造形物Ｍに対してｘ、ｙおよびｚ軸に沿った三方向に相対的に移動させ、三次元の造形を実現することが可能である。

【0043】

ここで、本実施形態では、三次元印刷装置１の動作中、換言すれば、三次元印刷装置１による造形物の作成中、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂにおけるフィラメントＦの送出点ｐ２が、フィラメントリール１１におけるフィラメントＦの引出点ｐ１とヒータ１２２におけるフィラメントＦの導入点ｐ３とを結ぶ直線Ｌ上の位置に配置される。
本実施形態では、ヒータ１２２に対するフィラメントＦの導入をより円滑なものとするため、ヒータ１２２の入口側にバレル１２２ａが取り付けられている。そこで、バレル１２２ａとヒータ（ないしヒータ本体）１２２とで外形上、ヒータが構成されるものとし、バレル１２２ａの入口端を、ヒータ１２２におけるフィラメントＦの導入点ｐ３とする。バレル１２２ａを備えていない場合は、ヒータ１２２自体の入口端を、導入点ｐ３とすることが可能である。
そして、フィラメントリール１１におけるフィラメントＦの引出点ｐ１とは、フィラメントＦがフィラメントリール１１における巻回を解かれる点、換言すれば、フィラメントＦの延びる向きが鉛直下向きの方向に変わる点をいい、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂにおけるフィラメントＦの送出点ｐ２とは、一対のドライブギア１２１ａ、１２１ｂの外周が互いに最も近接する位置をフィラメントＦの送り方向に通過し、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂによりフィラメントＦにかけられる力が圧縮方向に変わる点をいう。

【0044】

これに加え、本実施形態では、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂにおけるフィラメントＦの送出点ｐ２およびヒータ１２２におけるフィラメントＦの導入点ｐ３が、フィラメントリール１１におけるフィラメントの引出点ｐ１とノズル１２３におけるフィラメントＦの射出点ｐ４とを結ぶ直線上の位置に配置される。本実施形態において、フィラメントＦの射出点ｐ４とは、ノズル１２３の吐出口近傍の点、つまり、出口端をいう。

【0045】

そして、三次元印刷装置１の動作中、フィラメントＦの引出点ｐ１、送出点ｐ２、導入点ｐ３および射出点ｐ４の上記関係を配置可能とするため、本実施形態では、フィラメントリール１１についてもエクストルーダ１２と同様の平面方向の駆動機構を採用する。

【0046】

具体的には、フィラメントリール１１は、エクストルーダ１２と同様に、平面方向の２軸、つまり、ｘ軸およびｙ軸に沿って移動可能に構成される。フィラメントリール１１のｘ軸に沿った移動は、ｘ軸駆動機構６１により達成され、ｙ軸に沿った移動は、ｙ軸駆動機構６２ａ、６２ｂにより達成される。ハウジングＨの内部をｘ軸に沿って延びるｘ軸駆動用ロッド７１が設けられるとともに、ｙ軸に沿って延びるｙ軸駆動用ロッド７２ａ、７２ｂが設けられ、ｘ軸駆動用ロッド７１は、エクストルーダ１２に対して備わるｘ軸駆動用ロッド３１と平行であり、ｙ軸駆動用ロッド７２ａ、７２ｂは、エクストルーダ１２に対して備わるｙ軸駆動用ロッド３２ａ、３２ｂと平行である。そして、ｘ軸駆動機構６１は、フィラメントリール１１をｘ軸駆動用ロッド７１上で移動させ、ｙ軸駆動機構６２ａ、６２ｂは、フィラメントリール１１をｙ軸駆動用ロッド７２ａ、７２ｂ上で移動させる。

【0047】

そして、ｘ軸駆動機構６１およびｙ軸駆動機構６２ａ、６２ｂは、コントロールユニット１０１からの駆動信号に応じて作動し、エクストルーダ１２の平面方向の動きに追従するように移動し、フィラメントリール１１をエクストルーダ１２の真上の位置に配置する。

【0048】

以上に加え、本実施形態では、三次元印刷装置１の冷却部として、図３に示すように、造形中の造形物Ｍを冷却可能に配置された第１冷却ファンＦ１１と、エクストルーダ１２、特にドライブギア１２１ａ、１２１ｂを冷却可能に配置された第２冷却ファンＦ２とが設けられる。第１冷却ファンＦ１１は、造形中の造形物Ｍに向けて冷却風を送風可能に方向付けられ、第２冷却ファンＦ２は、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂに向けて冷却風を送風可能に方向付けられている。本実施形態では、第１および第２冷却ファンＦ１１、Ｆ２のいずれも、冷却の対象に対して側方から冷却風を供給する。

【0049】

そして、本実施形態では特に、テーブル１３に載置された造形中の造形物Ｍを局所的または集中的に冷却するように、第１冷却ファンＦ１１の先端が先窄まりの形状を有する一方、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂを全体的に冷却するように、第２冷却ファンＦ２が比較的に大きく開いた送風口を有する。

【0050】

図４は、第１冷却ファンＦ１１およびその周辺要素の構成を（ａ）側方から見た状態および（ｂ）上方から見た状態で夫々示す。

【0051】

本実施形態において、第１冷却ファンＦ１１は、先端が先窄まりの形状を有することから、ノズル１２３、特に溶融後のフィラメントＭが射出される吐出口周辺の部分を局所的に冷却したり、造形中の造形物Ｍを局所的に冷却したりすることが可能である。

【0052】

本実施形態において、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂは、「搬送部」を構成し、ヒータ１２２は、「加熱部」を構成し、ノズル１２３は、「射出部」を構成する。さらに、第１冷却ファンＦ１１は、「第１ファン」を構成し、第２冷却ファンＦ２は、「第２ファン」を構成する。

【0053】

本実施形態に係る三次元印刷装置１は、以上のように構成され、本実施形態により得られる作用および効果について、以下に説明する。

【0054】

本実施形態では、フィラメントリール１１に対してｘ軸駆動機構６１を設置するとともに、ｙ軸駆動機構６２ａ、６２ｂを設置し、フィラメントリール１１をエクストルーダ１２の平面方向の移動に追従可能として、三次元印刷装置１の動作中、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂにおけるフィラメントＦの送出点ｐ２を、フィラメントリール１１におけるフィラメントＦの引出点ｐ１とヒータ１２２におけるフィラメントＦの導入点ｐ３とを結ぶ直線Ｌ上の位置に配置するようにした。これにより、造形前のフィラメントＦ、つまり、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂによりフィラメントリール１１から引き出されたフィラメントＦは、フィラメントリール１１におけるフィラメントＦの引出点ｐ１とエクストルーダ１２のヒータ１２２におけるフィラメントＦの導入点３との間で直線状に配置される。

【0055】

これにより、造形前のフィラメントＦをエクストルーダ１２のドライブギア１２１ａ、１２１ｂによりフィラメントリール１１から真っ直ぐに引き出すとともに、ヒータ１２２に対して真っ直ぐに押し込むことが可能となる。よって、造形前のフィラメントＦをフィラメントリール１１からテーブル１３に載置された造形中の造形物Ｍに供給する過程で、特にエクストルーダ１２におけるフィラメントＦの座屈を生じ難くして、軟質なフィラメントＦによる場合であっても「つまり」の発生を抑制し、造形中の造形物Ｍに対してフィラメントＦを円滑に供給することが可能となる。

【0056】

ここで、本実施形態では、三次元印刷装置１の動作中、造形前のフィラメントＦが、フィラメントＦの引出点ｐ１とエクストルーダ１２のノズル１２３におけるフィラメントＦの射出点ｐ４との間、つまり、フィラメントＦがフィラメントリール１１から引き出されてからエクストルーダ１２のノズル１２３からテーブル１３上の造形中の造形物Ｍに向けて射出されるまでの一連の過程全体に亘って直線状に配置されるので、フィラメントＦの座屈をより生じ難くし、「つまり」の発生をより確実に抑制可能として、造形中の造形物Ｍに対し、フィラメントＦをより円滑に供給することが可能となる。

【0057】

さらに、本実施形態では、エクストルーダ１２において、ドライブギア１２１ａ、１２１ｂをヒータ１２２の真上に配置したことで、これらの部分の間でフィラメントＦを直線状に配置することを容易にして、フィラメントＦの座屈による「つまり」をより確実に抑制することが可能となる。

【0058】

さらに、本実施形態では、三次元印刷装置１の冷却部として、造形中の造形物Ｍを冷却の対象とする第１冷却ファンＦ１１と、エクストルーダ１２のうち、特にドライブギア１２１ａ、１２１ｂを冷却の対象とする第２冷却ファンＦ２とを設置したことで、造形中の造形物Ｍを冷却して、フィラメントＦを速やかに硬化させながら、ドライブギア駆動用のモータから発せられる熱が搬送中のフィラメントＦに及ぶのを抑制することが可能となる。

【0059】

さらに、ドライブギア駆動用のモータとしてステッピングモータを採用したことで、造形中にモータの振動がテーブル１３に伝達されて、造形中の造形物Ｍに及び、造形後の目的物の品質に悪影響が及ぶのを抑制することが可能となる。

【0060】

さらに、ハウジングＨに重量物Ｗを設置し、ハウジングＨの重心の位置を造形中の造形物Ｍよりも低位に設定したことで、造形中におけるハウジングＨ自体の振動を抑制し、造形中の造形物Ｍに振動が及んで、造形後の目的物の品質が損なわれるのを抑制することが可能となる。

【0061】

さらに、フィラメントＦとしてフィラメント径が３ｍｍの軟質なフィラメントを採用したことで、比較的細密な形状ないし構造を有する目的物を造形可能としながら、座屈による「つまり」の発生を抑制することが可能となる。

【0062】

本実施形態では、造形中の造形物Ｍを冷却の対象とする第１冷却ファンＦ１１の先端を先窄まりの形状とし、造形中の造形物Ｍの局所的な冷却の要請に対応可能とする場合を例に説明した。しかし、第１冷却ファンＦ１１による冷却の態様は、これに限定されるものではなく、より広範な範囲に亘って均質な冷却を可能とする態様により具現することも可能である。

【0063】

図５は、本実施形態の変形例に係る三次元印刷装置１に備わる第１冷却ファンＦ１２およびその周辺要素の構成を（ａ）側方から見た状態および（ｂ）上方から見た状態で夫々示す。

【0064】

変形例では、第１冷却ファンＦ１２は、エクストルーダ１２のノズル１２３をその全周に亘って包囲する円環状の管路を有し、この管路は、内側面に所定の間隔を空けるかまたは等しい間隔で形成された貫通孔ｈを有する。貫通孔ｈは、冷却の対象とする部位、例えば、造形中の造形物Ｍに向けられ、造形中の造形物Ｍに対し、全方位から均等に冷却風を供給することが可能である。

【符号の説明】

【0065】

１…三次元印刷装置
１１…フィラメントリール
１２…エクストルーダ
１２１ａ、１２１ｂ…ドライブギア
１２２…ヒータ
１２３…ノズル
１２３ａ…ノズル孔部
１３…テーブル
２１ａ、２１ｂ、６２ａ、６２ｂ…ｙ軸駆動機構
３１、７１…ｘ軸駆動用ロッド
３２ａ、３２ｂ、７２ａ、７２ｂ…ｙ軸駆動用ロッド
５１…ｚ軸駆動用ロッド
４１…ｚ軸駆動機構
６１…ｘ軸駆動機構
１０１…コントロールユニット
Ｆ…フィラメント
Ｆ１１、Ｆ１２…第１冷却ファン
Ｆ２…第２冷却ファン
Ｈ…ハウジング
Ｍ…造形中の造形物
Ｗ…重量物
ｐ１…引出点
ｐ２…送出点
ｐ３…導入点
ｐ４…射出点