特開 2023-167060 ３Ｄプリンタ

(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】P2023167060

(43)【公開日】2023-11-24

(54)【発明の名称】３Ｄプリンタ

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/393 20170101AFI20231116BHJP

   B29C 64/118 20170101ALI20231116BHJP

   B29C 64/321 20170101ALI20231116BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20231116BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20231116BHJP

【ＦＩ】

B29C64/393

B29C64/118

B29C64/321

B33Y30/00

B33Y50/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022077933

(22)【出願日】2022-05-11

(71)【出願人】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100180644

【弁理士】

【氏名又は名称】▲崎▼山 博教

(72)【発明者】

【氏名】小林 丈郎

(72)【発明者】

【氏名】安藤 将

【テーマコード（参考）】

4F213

【Ｆターム（参考）】

4F213AC02

4F213AP06

4F213AQ03

4F213AR08

4F213WA25

4F213WB01

4F213WL02

4F213WL32

4F213WL74

4F213WL85

(57)【要約】

【課題】安定的にフィラメント（樹脂材料）を樹脂吐出部に供給することにより、造形不良を抑制可能な３Ｄプリンタを提供する。
【解決手段】フィラメント２として供給される樹脂材料を加熱溶融させて積層することにより立体的な造形物３を形成する３Ｄプリンタ１であって、フィラメント２が巻回された保持部１０と、保持部１０からフィラメント２を送り出す第１送り部２０と、加熱溶融させた樹脂材料を吐出する樹脂吐出部４５と、第１送り部２０に対して下流側に設けられ、フィラメント２を樹脂吐出部４５に供給する第２送り部５０と、第１送り部２０及び第２送り部５０の間に設けられ、フィラメント２の通過位置を検知可能な通過位置検知部３５と、通過位置検知部３５において検知されたフィラメントの通過位置に基づいて、第１送り部２０及び第２送り部５０の間におけるフィラメント２の送り量を制御する制御部６０と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

フィラメントとして供給される樹脂材料を加熱溶融させて積層することにより立体的な造形物を形成する３Ｄプリンタであって、
前記フィラメントが多数回巻回された保持部と、
前記保持部から前記フィラメントを送り出す第１送り部と、
加熱溶融させた前記樹脂材料を吐出することにより、前記造形物を造形する樹脂吐出部と、
前記第１送り部に対して下流側に設けられ、前記フィラメントを前記樹脂吐出部に供給する第２送り部と、
前記第１送り部及び前記第２送り部の間に設けられ、前記フィラメントの通過位置を検知可能な通過位置検知部と、
前記通過位置検知部において検知された前記フィラメントの通過位置に基づいて、前記第１送り部及び前記第２送り部の間における前記フィラメントの送り量を制御する制御部と、
を備えること、を特徴とする３Ｄプリンタ。

【請求項2】

前記通過位置検知部は、前記フィラメントの送り方向中間位置において、前記フィラメントの送り方向に対して交差する方向における前記フィラメントの通過位置を検知するものであること、を特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンタ。

【請求項3】

前記通過位置検知部に対して前記フィラメントの送り方向上流側に、前記フィラメントの巻き癖を緩和する巻き癖緩和部を備えること、を特徴とする請求項１又は２に記載の３Ｄプリンタ。

【請求項4】

前記第１送り部及び前記通過位置検知部の間に設けられ、前記フィラメントの供給方向と交差する方向から前記フィラメントに対して加圧することで前記フィラメントの巻き癖を緩和する巻き癖緩和部を備えること、を特徴とする請求項１又は２に記載の３Ｄプリンタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、３Ｄプリンタに関する。さらに詳しくは、樹脂材料を加熱溶融させて積層することにより立体的な造形物を形成する３Ｄプリンタに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、樹脂材料を加熱溶融させて積層することで立体的な造形物を形成する溶融積層方式（ＦＤＭ方式とも称する）の３Ｄプリンタが知られている。上述した３Ｄプリンタは、リールに複数回巻回されたフィラメント（樹脂材料）を前記リールから繰り出すと共に、前記フィラメントを溶融させて順次積層することにより立体的な造形物を造形するものとされている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実用新案登録第３２１２６２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上述した特許文献１に記載の３Ｄプリンタは、リールから供給されるフィラメントをガイドチューブ内に通し、当該フィラメントを樹脂吐出部まで案内している。

【0005】

しかしながら、上述した特許文献１に記載の３Ｄプリンタは、装置を大型化したい場合、フィラメントの供給経路が長くなり、フィラメントとチューブ内壁との接触抵抗が大きくなる懸念がある。その結果、フィラメントが撚れたり、折損したりして造形不良が発生する問題がある。また、上記接触抵抗に打ち勝つために、大きな搬送力を有する高価なモータが必要となるなどコストが高く付く問題がある。特にフィラメントの供給経路が長くなることに伴い、フィラメントの供給経路に曲部が多く生じるため、上記接触抵抗が、より一層大きくなる懸念がある。また、上述した３Ｄプリンタでは、リールに巻回されたフィラメントが供給されるので、フィラメントに巻き癖が生じ、上記接触抵抗がより一層大きくなる懸念がある。

【0006】

そこで、本発明は、安定的にフィラメント（樹脂材料）を樹脂吐出部に供給することにより、造形不良を抑制可能な３Ｄプリンタ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】

【0007】

（１）上述した課題を解決すべく提供される本発明の３Ｄプリンタは、フィラメントとして供給される樹脂材料を加熱溶融させて積層することにより立体的な造形物を形成する３Ｄプリンタであって、前記フィラメントが多数回巻回された保持部と、前記保持部から前記フィラメントを送り出す第１送り部と、加熱溶融させた前記樹脂材料を吐出することにより、前記造形物を造形する樹脂吐出部と、前記第１送り部に対して下流側に設けられ、前記フィラメントを前記樹脂吐出部に供給する第２送り部と、前記第１送り部及び前記第２送り部の間に設けられ、前記フィラメントの通過位置を検知可能な通過位置検知部と、前記通過位置検知部において検知された前記フィラメントの通過位置に基づいて、前記第１送り部及び前記第２送り部の間における前記フィラメントの送り量を制御する制御部と、を備えること、を特徴とするものである。

【0008】

上述した３Ｄプリンタは、通過位置検知部において検知されたフィラメントの通過位置に基づいて、第１送り部及び第２送り部の間におけるフィラメントの送り量が制御される。従って、上述した３Ｄプリンタは、フィラメントを適正に樹脂吐出部まで案内できるので、ガイドチューブを用いる必要がない。これにより、上述した３Ｄプリンタは、フィラメントに掛かる接触抵抗を排することができるので、フィラメントの撚れや折損等を抑制できる。また、上述した３Ｄプリンタは、大型のモータ等の駆動源を設けることなく、フィラメントを適正に樹脂吐出部まで案内できるので、コストの低減が期待できる。また、上述した３Ｄプリンタは、フィラメントの送り量が適正に制御されるので、フィラメントが過大に弛んだり、過大に引っ張られたりすることを抑制しつつ安定的にフィラメントを供給できる。

【0009】

（２）上述した本発明の３Ｄプリンタは、前記通過位置検知部が、前記フィラメントの送り方向中間位置において、前記フィラメントの送り方向に対して交差する方向における前記フィラメントの通過位置を検知するものであるとよい。

【0010】

上述した３Ｄプリンタは、かかる構成とすることにより、フィラメントの通過位置を正確、かつ容易に検知することができる。これにより、上述した３Ｄプリンタは、コストを掛けずに簡素に構成することができるので、フィラメントの供給安定性向上が期待できる。

【0011】

ここで、本発明の３Ｄプリンタは、上述したように通過位置検知部における通過位置に基づいてフィラメントの送り量を変動させるものであるため、フィラメントに付与された巻き癖の強さ如何でフィラメントの通過位置が変動するのを抑制できる構成であると、フィラメントの送り量をより一層適正なものとすることができる。

【0012】

（３）かかる知見に基づけば、上述した本発明の３Ｄプリンタは、前記通過位置検知部に対して前記フィラメントの送り方向上流側に、前記フィラメントの巻き癖を緩和する巻き癖緩和部を備えること、を特徴とするものであるとよい。

【0013】

上述した本発明の３Ｄプリンタは、かかる構成とすることにより、フィラメントに付いている巻き癖の強さの影響により、フィラメントが通過位置検知部を通過する位置に変動が生じるのを軽減できる。これにより、本発明の３Ｄプリンタは、フィラメントの送り量をより一層適正なものとすることができる。

【0014】

（４）上述した本発明の３Ｄプリンタは、前記第１送り部及び前記通過位置検知部の間に設けられ、前記フィラメントの供給方向と交差する方向から前記フィラメントに対して加圧することで前記フィラメントの巻き癖を緩和する巻き癖緩和部を備えるとよい。

【0015】

上述した３Ｄプリンタは、かかる構成とすることにより、例えば、フィラメントの供給リールやフィラメントの送り経路上で発生したフィラメントの巻き癖を効果的に緩和することができる。これにより、上述した３Ｄプリンタは、フィラメントをより一層安定的に樹脂吐出部に供給できるので、当該フィラメントの折損等をより一層効果的に抑制できる。

【0016】

（５）上述した本発明の３Ｄプリンタにおける制御部は、前記第１送り部及び前記第２送り部の間において、前記フィラメントが所定の弛みを形成するように前記第１送り部及び前記第２送り部の間における前記フィラメントの送り量を制御するとよい。

【0017】

上述した３Ｄプリンタは、かかる構成とすることにより、第１送り部及び第２送り部の間において、フィラメントに適正な弛みを形成できる。そのため、上述した３Ｄプリンタは、フィラメントに過大な張力が掛かることを抑制できる。これにより、上述した３Ｄプリンタは、フィラメントをより一層安定的に樹脂吐出部に供給できるので、当該フィラメントの折損等をより一層効果的に抑制できる。

【0018】

（６）上述した本発明の３Ｄプリンタは、前記巻き癖緩和部及び前記通過位置検知部の間に設けられ、前記通過位置検知部における所定の方向に向けて前記フィラメントを案内する一対のガイドローラを備えるとよい。

【0019】

上述した３Ｄプリンタは、かかる構成とすることにより、通過位置検知部を通過するフィラメントの位置を安定させることができる。これにより、上述した３Ｄプリンタは、通過位置検知部での検知精度を向上させることができるので、より一層フィラメントの供給を安定させることができる。ここで、前記一対のガイドローラは、フィラメントを通過させるローラ面が互いに離間するように曲面状に形成されているとよい。これにより、フィラメントに無理な負荷が掛かることを抑制できるので、フィラメントが折損等することを抑制できる。

【0020】

（７）上述した本発明の３Ｄプリンタにおける制御部は、前記通過位置検知部が、前記フィラメントの所定の通過位置に対して、前記フィラメントの張力が緩和される側に変位したことを検知した場合において、前記第１送り部及び前記第２送り部の間における前記フィラメントの送り量を減じる制御を行うものであり、前記通過位置検知部が、前記フィラメントの所定の通過経路に対して、前記フィラメントの張力が増大する側に変位したことを検知した場合において、前記第１送り部及び前記第２送り部の間における前記フィラメントの送り量を増加させる制御を行うものであるとよい。

【0021】

上述した３Ｄプリンタは、かかる構成とすることにより、容易な構成でフィラメントの通過位置を検知できるので、３Ｄプリンタを簡素に構成できる。また、上述した３Ｄプリンタは、通過位置検知部でのフィラメント通過位置に応じて、適正な送り量でフィラメントを供給することができるので、フィラメントに無理な負荷が掛かることを抑制できる。これにより、上述した３Ｄプリンタは、より一層フィラメントの供給を安定させることができる。ここで、フィラメントの送り量は、第１送り部及び第２送り部の間においてフィラメントに所定の弛みが形成される送り量とすればよい。

【発明の効果】

【0022】

本発明は、安定的にフィラメント（樹脂材料）を樹脂吐出部に供給することにより、造形不良を抑制可能な３Ｄプリンタを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の一実施形態に係る３Ｄプリンタの概略全体図である。

【図2】（ａ）は、図１のＡ－Ａ方向矢視側面図であり、（ｂ）は図１のＢ－Ｂ方向矢視側面図である。

【図3】本発明の３Ｄプリンタを構成する通過位置検知部の説明図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る３Ｄプリンタの動作フロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の一実施形態に係る３Ｄプリンタ１について、図１～図３を参照しつつ説明する。本実施形態では、３Ｄプリンタ１が、フィラメント２として供給される樹脂材料を加熱溶融させて積層することにより立体的な造形物３を形成する溶融積層方式（ＦＤＭ方式とも称する）である場合について説明する。

【0025】

図１に示すように、３Ｄプリンタ１は、フィラメント２が多数回巻回されたリール１０（保持部１０とも称する）と、リール１０からフィラメント２を送り出す第１モータ２０（第１送り部２０とも称する）と、を備えている。また、３Ｄプリンタ１は、巻き癖緩和部２５と、フィラメント２を所定方向に案内する一対のガイドローラ３０，３０と、通過位置検知部３５と、ガイド部材４０と、樹脂吐出部４５と、を備えている。また、３Ｄプリンタ１は、前記の他、フィラメント２を樹脂吐出部４５に供給する第２送り部５０と、エクストルーダ５５と、テーブル部５６と、制御部６０等を備えている。

【0026】

本発明のフィラメント２には、加熱により軟化する熱可塑性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂は、押し出し可能な材質であればよく、適宜の材質のものが選択できる。例えば、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ポリカーボネート、ナイロン等を用いることができる。また、熱可塑性樹脂は、適宜、添加剤や着色剤等を混合することができる。また、フィラメント２には、適宜、被覆剤等で被覆されたものを用いることもできる。

【0027】

図２（ａ）に示すように、リール１０には、フィラメント２が多数回巻回されている。リール１０は、軸１２に支持されており、軸１２と一体的に回転することができる。また、リール１０は、天井部４から垂下された一対の支持枠１１，１１に、軸１２を介して回転可能に支持されている。リール１０の軸１２には、第１送り部２０としての第１モータ２０が接続されている。従って、リール１０は、第１モータ２０を回転駆動することにより、支持枠１１，１１に対して回転可能である。また、リール１０の回転駆動に伴って、リール１０からフィラメント２が送り出される。第１モータ２０は、後述する制御部６０と接続されており、制御部６０によって回転速度が制御される。

【0028】

図１に示すように、巻き癖緩和部２５は、第１モータ２０、及び後述する通過位置検知部３５の間に設けられている。巻き癖緩和部２５は、折返部材２６と、折返部材２６に対向して配された加圧部材２７等を備えている。

【0029】

折返部材２６は、フィラメント２を巻き癖とは反対側方向（巻き癖を解消する方向）に湾曲させて折り返すものである。折返部材２６は、直方体状、錐状、先細り状の形状のもの等、適宜の形状や構造を有するものとすることができるが、本実施形態ではクサビ状の形状を有するものとされている。折返部材２６は、鋭角形成された先端側がフィラメント２の供給方向と交差する方向に向けて配されている。フィラメント２は、折返部材２６の外周に沿って供給され、折返部材２６の先端側で後方側（フィラメント２の巻き癖を解消する方向）に湾曲された後、下方側に案内される。なお、折返部材２６の先端側は、フィラメント２が接触してもフィラメント２が損傷を受けないように平坦又は曲面状に形成されている。

【0030】

加圧部材２７は、平坦面を有する板材として形成されている。加圧部材２７は、フィラメント２を介して折返部材２６の先端側と対向するように配されている。また、加圧部材２７は、例えば、蝶ネジ等のネジ部材の締め込みにより、折返部材２６に対して接近させることが可能である。これにより、加圧部材２７は、フィラメント２を折返部材２６に押し付けて加圧することができる。すなわち、巻き癖緩和部２５は、フィラメント２の巻き癖を解消する方向に向けて、フィラメント２を加圧することができる。これにより、フィラメント２の巻き癖が緩和される。なお、加圧部材２７は、手動で折返部材２６との間隔を調整するものや、制御部６０の制御により自動的に折返部材２６との間隔を調整するものなど各種の形態のものが利用できる。巻き癖緩和部２５は、必要に応じて設ければよく、巻き癖緩和部２５を設けない構成とすることもできる。

【0031】

一対のガイドローラ３０，３０は、巻き癖緩和部２５に対して下流側に配されている。ガイドローラ３０，３０は、樹脂やゴム等を素材として形成されている。ガイドローラ３０，３０は、通過位置検知部３５における所定の方向に向けてフィラメント２を案内することができる。また、ガイドローラ３０，３０は、図２（ｂ）に示すように、フィラメント２を通過させるローラ面３１，３１が互いに離間するように曲面状に形成されている。これにより、フィラメント２に無理な負荷が掛かることを抑制できるので、フィラメント２が折損等することを抑制できる。

【0032】

このように、ガイドローラ３０，３０は、通過位置検知部３５を通過するフィラメント２の位置を安定させることができる。これにより、ガイドローラ３０、３０は、後述する通過位置検知部３５での検知精度を向上させることができるので、より一層フィラメント２の供給を安定させることができる。

【0033】

通過位置検知部３５は、第１モータ２０及び第２モータ５０の間に配されている。通過位置検知部３５は、フィラメント２の送り方向中間位置において、フィラメント２の送り方向に対して交差する方向におけるフィラメント２の通過位置を検知するものとされている。

【0034】

通過位置検知部３５は、本実施形態では、例えば、リング形状の通過型センサ（以下、通過型センサ３５とも称する）が用いられている。通過型センサ３５は、図１に示すように、内側に開口３６を有する矩形状のリングとして形成されている。通過型センサ３５は、開口３６にフィラメント２が通過している。通過型センサ３５は、開口３６周りに設けられた誘導コイル（図示せず）に生じる誘導電流の変化により、開口３６に対するフィラメント２の通過位置（位置変化）を検知することができる。通過型センサ３５によって検知されたフィラメント２の通過位置情報は、後述する制御部６０に送られる。なお、通過型センサ３５は、誘導電流を利用するものに代えて、位置変化の検知が可能な各種のセンサを利用することができる。通過位置検知部３５には、例えば、光学的にフィラメント２の位置変化を検出するものなどが利用できる。通過位置検知部３５における検知状態の変化の詳細は、後述する。

【0035】

ガイド部材４０は、例えば、筒状に形成されており、内部にフィラメント２が通過している。ガイド部材４０は、当該ガイド部材４０に対して下流側に配された一対のピンチローラ５１，５１に向けてフィラメント２を案内するものとされている。

【0036】

ピンチローラ５１，５１は、樹脂やゴム等を素材として形成されている。ピンチローラ５１，５１は、フィラメント２を挟持することができる。ピンチローラ５１，５１には、第２送り部５０としての第２モータ（第２モータ５０とも称する）が接続されている。ピンチローラ５１，５１は、第２モータ５０の駆動力により回転し、フィラメント２をエクストルーダ５５に向けて送り出すことができる。

【0037】

第２モータ５０は、第１モータ２０に対してフィラメント２の供給方向下流側に配されている。第２モータ５０は、後述する制御部６０と接続されており、制御部６０によって回転速度が制御される。詳細は後述するが、第２モータ５０は、第１モータ２０との送り速度の差により所定の送り量で、フィラメント２を供給することができる。

【0038】

エクストルーダ５５は、フィラメント２を案内すると共に、フィラメント２を加熱溶融するものとされている。エクストルーダ５５は、加熱溶融させたフィラメント２を樹脂吐出部４５に供給することができる。エクストルーダ５５の温度制御は、制御部６０によって行われる。

【0039】

樹脂吐出部４５は、内部にヒーター（図示せず）を備えており、供給されるフィラメント２を加熱溶融させることができる。樹脂吐出部４５は、先端がノズル状に形成されており、加熱溶融させたフィラメント２を先端から吐出させることができる。ここで、樹脂吐出部４５の吐出口の開口径（ノズル径とも称する）は、例えば、０．２～１ｍｍであり、開口径に応じて、吐出幅を変更することができる。また、樹脂吐出部４５は、適宜の駆動源（図示せず）により、水平方向の移動と、上下方向の移動とが可能である。また、樹脂吐出部４５は、後述する制御部６０による制御により、フィラメント２を順次積層させて立体的な造形物３を形成することが可能である。

【0040】

テーブル部５６は、樹脂吐出部４５から吐出されたフィラメント２を支持するものであり、例えば、矩形状に形成されている。また、本実施形態では、テーブル部５６が機台（図示せず）上に固定されており、樹脂吐出部４５の移動によって、造形が行われるものとされている。テーブル部５６は、内部にヒーター（図示せず）を備えており、積層されるフィラメント２を加熱することができる。前記ヒーターは、例えば、シート状に形成されたものや、棒状に形成されたものを複数配置したものなど各種のものを用いることが可能である。テーブル部５６の温度は、後述する制御部６０により、制御が可能である。テーブル部５６は、積層されたフィラメント２が溶融しない程度の温度に制御される。なお、テーブル部５６は、樹脂吐出部４５に対して相対的に移動可能としてもよく、樹脂吐出部４５及びテーブル部５６のいずれか一方又は双方が造形に応じて移動するようにしてもよい。

【0041】

制御部６０は、マイコン等で形成され、３Ｄプリンタ１における各種の制御を行うことができる。また、制御部６０は、適宜、組み込まれたスライス用プログラムにより、樹脂吐出部４５等の制御を行うことができる。なお、制御部６０は、単一のものだけではなく、例えば、制御機器毎に複数設けられていてもよい。

【0042】

制御部６０は、通過位置検知部３５において検知されたフィラメント２の通過位置に基づいて、第１モータ２０及び第２送り部５０の間におけるフィラメント２の送り量を制御することができる。フィラメント２の送り量に係る制御の詳細については、後述する。

【0043】

制御部６０は、予め入力された３Ｄデータに基づいて、樹脂吐出部４５における水平方向及び上下方向の移動や移動速度の制御を行うことができる。また、制御部６０は、前記の他、樹脂吐出部４５の加熱温度等の制御を行うことができる。また、制御部６０は、樹脂吐出部４５の移動制御と共に、樹脂吐出部４５から吐出するフィラメント２の吐出量を制御することができる。これらにより、３Ｄプリンタ１は、当該３Ｄデータに基づいた造形物３を形成することができる。

【0044】

制御部６０は、テーブル部５６の制御を行うことができる。制御部６０は、テーブル部５６に設けられたヒーター（図示せず）を制御して、テーブル部５６の温度を調節することができる。また、制御部６０は、樹脂吐出部４５を加熱する温度やフィラメント２の吐出量を制御することができる。

【0045】

次に、制御部６０におけるフィラメント２の送り量の制御について図３を参照しながら以下に詳説する。なお、図３は、図示左側をフィラメント２の弛みが負（マイナス）側、図示右側をフィラメント２の弛みが正（プラス）側として説明する。

【0046】

図３（ａ）は、通過型センサ３５を通過するフィラメント２の通過位置が定常位置にある場合（定常状態）を表したものである。定常状態では、第１モータ２０及び第２モータ５０（本実施形態では、ガイドローラ３０，３０及びガイド部材４０）の間において、フィラメント２に所定の弛み（適正弛み量による弛み）が形成されている。なお、適正弛み量による弛みは、第１モータ２０及び第２モータ５０の送り速度の差が所定の速度となるように制御することにより形成することができる。言い換えると、適正弛み量による弛みは、第１モータ２０及び第２モータ５０の間におけるフィラメント２の送り量を制御することにより形成することができる。

【0047】

図３（ｂ）は、通過型センサ３５を通過するフィラメント２の通過位置が負（マイナス）側に位置した状態（弛み過小状態）を表したものである。弛み過小状態では、フィラメント２が張力により引っ張られて、フィラメント２の通過位置が、開口３６における図示左側に寄った状態となる。このとき、制御部６０は、第１モータ２０の送り速度を速める制御を行う。すなわち、制御部６０は、第１モータ２０及び第２モータ５０の間におけるフィラメント２の送り量が増大する制御を行う。これにより、フィラメント２に掛かる負荷が軽減される。

【0048】

図３（ｃ）は、通過型センサ３５を通過するフィラメント２の通過位置が正（プラス）側に位置した状態（弛み過大状態）を表したものである。弛み過大状態では、フィラメント２が弛み過ぎて、フィラメント２の通過位置が、開口３６における図示右側に寄った状態（張力が過小な状態）となる。このとき、制御部６０は、第１モータ２０の送り速度を低下させる制御を行う。すなわち、制御部６０は、第１モータ２０及び第２モータ５０の間におけるフィラメント２の送り量が低下する制御を行う。これにより、フィラメント２の弛みが適正な状態に近づけられる。

【0049】

このように、上述した３Ｄプリンタ１は、通過型センサ３５（通過位置検知部３５）において検知されたフィラメント２の通過位置に基づいて、第１モータ２０（第１送り部２０）及び第２モータ５０（第２送り部５０）の間におけるフィラメント２の送り量が制御される。従って、上述した３Ｄプリンタ１は、フィラメント２を適正に樹脂吐出部４５まで案内できるので、ガイドチューブを用いる必要がない。これにより、上述した３Ｄプリンタ１は、フィラメント２に掛かる接触抵抗を排することができるので、フィラメント２の撚れや折損等を抑制できる。また、上述した３Ｄプリンタ１は、大型のモータ等の駆動源を設けることなく、フィラメント２を適正に樹脂吐出部４５まで案内できるので、コストの低減が期待できる。また、上述した３Ｄプリンタ１は、フィラメント２の送り量が適正に制御されるので、フィラメント２が過大に弛んだり、過大に引っ張られたりすることを抑制しつつ安定的にフィラメント２を供給できる。

【0050】

また、本実施形態における３Ｄプリンタ１は、通過位置検知部３５が、フィラメント２の送り方向中間位置において、フィラメント２の送り方向に対して交差する方向におけるフィラメント２の通過位置を検知するものとされている。従って、上述した３Ｄプリンタ１は、フィラメント２の通過位置を正確、かつ容易に検知することができる。これにより、上述した３Ｄプリンタ１は、コストを掛けずに簡素に構成することができるので、フィラメント２の供給安定性向上が期待できる。

【0051】

また、上述した３Ｄプリンタ１は、フィラメント２の巻き癖を緩和する巻き癖緩和部２５を備えているので、リール１０やフィラメント２の送り経路上で発生したフィラメント２の巻き癖を効果的に緩和することができる。これにより、上述した３Ｄプリンタ１は、フィラメント２をより一層安定的に樹脂吐出部４５に供給できるので、当該フィラメント２の折損等をより一層効果的に抑制できる。

【0052】

また、本実施形態の３Ｄプリンタ１は、第１モータ２０及び第２モータ５０の間において、フィラメント２に適正な弛みを形成するものとされている。そのため、上述した３Ｄプリンタ１は、フィラメント２に過大な張力が掛かることを抑制できる。これにより、上述した３Ｄプリンタ１は、フィラメント２をより一層安定的に樹脂吐出部４５に供給できるので、当該フィラメント２の折損等をより一層効果的に抑制できる。なお、第１モータ２０及び第２モータ５０の間におけるフィラメント２の弛みは、必要に応じて形成すればよく、当該弛みを形成しないものとすることもできる。また、当該弛みの量は、フィラメント２の径や素材等に応じて適宜変更すればよい。

【0053】

また、上述した３Ｄプリンタ１は、通過位置検知部３５が、フィラメント２の所定の通過位置に対して、フィラメント２の張力が緩和される側に変位したことを検知した場合において、第１モータ２０及び第２モータ５０の間におけるフィラメント２の送り量を減じる制御を行うものとされている。また、上述した３Ｄプリンタ１は、通過位置検知部３５が、フィラメント２の所定の通過経路に対して、フィラメント２の張力が増大する側に変位したことを検知した場合において、第１モータ２０及び第２モータ５０の間におけるフィラメント２の送り量を増加させる制御を行うものとされている。

【0054】

従って、上述した３Ｄプリンタ１は、容易な構成でフィラメント２の通過位置を検知できるので、３Ｄプリンタ１を簡素に構成できる。また、上述した３Ｄプリンタ１は、通過位置検知部３５でのフィラメント２の通過位置に応じて、適正な送り量でフィラメント２を供給することができるので、フィラメント２に無理な負荷が掛かることを抑制できる。これにより、上述した３Ｄプリンタ１は、より一層フィラメント２の供給を安定させることができる。

【0055】

以上が、本発明の３Ｄプリンタ１の構成及び作用効果であり、次に３Ｄプリンタ１の動作フローについて、図４を参照しながら以下に詳説する。

【0056】

３Ｄプリンタ１による造形物３の形成処理が開始されると、まず、制御部６０による第１モータ２０及び第２モータ５０の速度制御が開始される（ステップＳ１）。また、ステップＳ１の処理に続いて、エクストルーダ５５でのフィラメント２の送り速度（第２モータ５０の回転速度）と、リール１０でのフィラメント２の送り速度（第１モータ２０の回転速度）と、が同期される（ステップＳ２）。

【0057】

続いて、制御部６０は、通過位置検知部３５において検知したフィラメント２の通過位置に基づいて、フィラメント２の弛みを検知したか否かの判定を行う（ステップＳ３）。

【0058】

ステップＳ３において、フィラメント２の弛みが検知されなかった場合は、処理を終了させて、ステップＳ１に処理が戻される。また、ステップＳ３において、フィラメント２の弛みが検知された場合は、制御部６０において、弛み検知方向の判定が行われる（ステップＳ４）。

【0059】

ステップＳ４において、弛み検知方向が正（プラス）側であると判定された場合は、第１モータ２０の回転速度を低下させて、フィラメント２の送り量を低減させる制御を行う（ステップＳ５）。ステップＳ５における処理が完了すると第１モータ２０及び第２モータ５０における速度制御を終了する（ステップＳ７）。

【0060】

ステップＳ４において、弛み検知方向が負（マイナス）側であると判定された場合は、第１モータ２０の回転速度を上げて、フィラメント２の送り量を増大させる制御を行う（ステップＳ６）。ステップＳ６における処理が完了すると第１モータ２０及び第２モータ５０における速度制御を終了する（ステップＳ７）。

【0061】

ステップＳ７における処理が完了すると、ステップＳ１に処理が戻される。なお、３Ｄプリンタ１における造形を終了させる場合は、ステップＳ７の処理の実行後に、一連の処理を終了させればよい。

【0062】

以上が、本発明の３Ｄプリンタ１の動作フローであるが、本発明の３Ｄプリンタ１は、上述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形を行うことができる。

【0063】

本実施形態では、保持部１０（リール１０）が施設等の天井部４に支持されているが、保持部１０が、例えば、３Ｄプリンタ１内に支持されていてもよい。また、本実施形態では、通過位置検知部３５が、フィラメント２の送り方向に対して交差する方向におけるフィラメント２の通過位置を検知するものとしたが、これには限定されず、通過位置検知部３５におけるフィラメント２の検知方向は、各種の方向に設定することができる。また、本実施形態では、通過位置検知部３５がリング形状の通過型センサ３５である場合を例示したが、これには限定されず、通過位置検知部３５には、各種のセンサが利用できる。また、通過位置検知部３５に用いるセンサは、誘導電流を検知するものだけではなく、光学的なものなど各種の形態のセンサを利用することができる。

【0064】

本実施形態では、３Ｄプリンタ１が、巻き癖緩和部２５を備えているが、巻き癖緩和部２５は、必要に応じて設ければよく、３Ｄプリンタ１が、複数の巻き癖緩和部２５を備えるものや巻き癖緩和部２５を有しない構成とすることも可能である。また、巻き癖緩和部２５には、各種の形態のものが利用できる。また、巻き癖緩和部２５は、各種の位置に配することが可能である。

【0065】

また、本実施形態では、第１送り部２０及び第２送り部５０の間において、フィラメント２が所定の弛みを形成するように第１送り部２０及び第２送り部５０の間におけるフィラメント２の送り量が制御されているが、前記弛みは、必要に応じて設ければよく、前記弛みを有しないものとすることもできる。また、本実施形態では、巻き癖緩和部２５及び通過位置検知部３５の間に一対のガイドローラ３０，３０が設けられているが、ガイドローラ３０，３０は、必要に応じて設ければよく、ガイドローラ３０，３０を有しない構成とすることもできる。また、本実施形態では、ガイドローラ３０，３０のローラ面３１，３１が、互いに離間するように曲面状に形成されたものを例示したが、ローラ面３１の曲率は、適宜変更することが可能である。また、ガイドローラ３０，３０には、各種の形態のものが利用できる。例えば、ガイドローラ３０，３０がフィラメント２を挟持するものとしてもよい。

【0066】

また、本実施形態では、第１モータ２０の送り速度を制御することにより、第１モータ２０及び第２モータ５０の間におけるフィラメント２の送り量が制御されているが、第１モータ２０及び第２モータ５０の一方又は双方の送り速度を制御することにより、フィラメント２の送り量が制御されてもよい。すなわち、第１モータ２０及び第２モータ５０の相対的な送り速度を制御することにより、フィラメント２の送り量が制御されてもよい。また、フィラメント２の送り量は、３Ｄプリンタ１の形態に応じて、適宜変更することが可能である。

【0067】

以上が、本発明に係る３Ｄプリンタ１の実施形態や変形例であるが、本発明は上述した実施形態や変形例において例示したものに限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲でその教示及び精神から他の実施形態があり得ることは当業者に容易に理解できよう。

【産業上の利用可能性】

【0068】

本発明の３Ｄプリンタは、自動車部品等の各種の立体的な造形物の造形に利用することができる。また、本発明の３Ｄプリンタは、熱溶融フィラメントを用いる溶融積層方式の３Ｄプリンタに利用することができる。

【符号の説明】

【0069】

１ ：３Ｄプリンタ
２ ：フィラメント
３ ：造形物
１０ ：リール（保持部）
２０ ：第１モータ（第１送り部）
２５ ：巻き癖緩和部
３０ ：ガイドローラ
３５ ：通過位置検知部（通過型センサ）
４５ ：樹脂吐出部
５０ ：第２モータ（第２送り部）
５１ ：ピンチローラ
５５ ：エクストルーダ
６０ ：制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】