2023-170387 三次元造形装置

(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】P2023170387

(43)【公開日】2023-12-01

(54)【発明の名称】三次元造形装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/245 20170101AFI20231124BHJP

   B29C 64/118 20170101ALI20231124BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20231124BHJP

   B29C 64/227 20170101ALI20231124BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20231124BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20231124BHJP

   B33Y 40/00 20200101ALI20231124BHJP

【ＦＩ】

B29C64/245

B29C64/118

B33Y30/00

B29C64/227

B29C64/393

B33Y50/02

B33Y40/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022082103

(22)【出願日】2022-05-19

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】橋爪 啓太郎

【テーマコード（参考）】

4F213

【Ｆターム（参考）】

4F213AC01

4F213AP06

4F213AQ01

4F213AR07

4F213AR12

4F213AR14

4F213WA25

4F213WB01

4F213WL02

4F213WL35

4F213WL73

4F213WL85

4F213WL92

(57)【要約】

【課題】三次元造形体の品質を高めることが可能な三次元造形装置を提供する。
【解決手段】ステージ２００と、ステージ２００に可塑化された第１材料を供給する第１ノズルを有する第１造形ヘッドと、ステージ２００と第１造形ヘッドとを相対的に移動させる移動手段と、第１造形ヘッドと移動手段とを制御する制御部と、を備え、移動手段は、Ｘ軸移動手段、Ｚ軸移動手段、及びＺ軸回転手段、を有し、Ｚ軸回転手段は、Ｚ軸を中心にステージ２００を回転させる。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステージと、
前記ステージに可塑化された第１材料を供給する第１ノズルを有する第１造形ヘッドと、
前記ステージと前記第１造形ヘッドとを相対的に移動させる移動手段と、
前記第１造形ヘッドと前記移動手段とを制御する制御部と、
を備え、
前記移動手段は、Ｘ軸移動手段、Ｚ軸移動手段、及びＺ軸回転手段、を有し、
前記Ｚ軸回転手段は、Ｚ軸を中心に前記ステージを回転させる、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であって、
撮像手段を備え、
前記制御部は、
前記Ｚ軸を中心に前記ステージを回転させ、かつ、前記第１ノズルから前記第１材料を供給することで、前記ステージの上に第１校正体を形成する第１制御を実行し、
前記撮像手段を用いて前記第１校正体を撮像する第２制御を実行し、
撮像された前記第１校正体から前記ステージの回転軸を決定する第３制御を実行し、
撮像された前記第１校正体から始点を決定する第４制御を実行し、
前記ステージの前記回転軸と、前記第１校正体の前記始点と、に基づいて、前記第１造形ヘッドと前記ステージとの位置を算出する第５制御を実行する、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であって、
前記制御部は、前記第１制御において、前記第１校正体の前記始点を前記第１校正体の造形線幅の平均値に対して大きくするように、前記第１造形ヘッドを制御する、三次元造形装置。

【請求項4】

請求項２に記載の三次元造形装置であって、
前記ステージに可塑化された第２材料を供給する第２ノズルを有する第２造形ヘッドを備え、
前記制御部は、
前記Ｚ軸を中心に前記ステージを回転させ、かつ、前記第２ノズルから前記第２材料を供給することで、前記ステージの上に第２校正体を形成する第６制御を実行し、
前記撮像手段を用いて前記第２校正体を撮像する第７制御を実行し、
撮像された前記第２校正体から前記ステージの前記回転軸を決定する第８制御を実行し、
撮像された前記第２校正体から始点を決定する第９制御を実行し、
前記ステージの前記回転軸と、前記第２校正体の前記始点と、に基づいて、前記第２造形ヘッドと前記ステージとの位置を算出する第１０制御を実行する、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であって、
前記第１制御及び前記第６制御は、前記第１造形ヘッドの中心線及び前記第２造形ヘッドの中心線と、前記ステージの前記回転軸と、を一致させない、三次元造形装置。

【請求項6】

請求項２に記載の三次元造形装置であって、
前記制御部は、第１キャリブレーション及び第２キャリブレーションを実行し、
前記第１キャリブレーションにおける前記第１校正体の直径は、前記第２キャリブレーションにおける前記第１校正体の直径に比べて小さい、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であって、
前記制御部は、前記第１キャリブレーションを実行した後に、前記第２キャリブレーションを実行させる、三次元造形装置。

【請求項8】

請求項１に記載の三次元造形装置であって、
前記第１ノズルから前記ステージに供給された前記第１材料の線幅を検出する検出手段と、
前記ステージに供給された前記第１材料を前記ステージから剥離する剥離手段と、
を備え、
前記制御部は、前記第１ノズルから供給される前記第１材料の量を制御する第３キャリブレーション制御を実行し、
前記第３キャリブレーション制御において、前記第１造形ヘッドの中心線と前記ステージの回転軸との距離が、前記剥離手段と前記ステージとが接触する領域の最小値以上最大値以下である、三次元造形装置。

【請求項9】

請求項８に記載の三次元造形装置であって、
前記検出手段は、撮像手段、又は、測距センサーである、三次元造形装置。

【請求項10】

請求項１に記載の三次元造形装置であって、
前記移動手段は、Ｙ軸移動手段を備え、
前記Ｚ軸回転手段は、取り外し可能に配置されている、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。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、造形ステージに対して吐出モジュールを、Ｘ，Ｙ方向の２軸方向に移動させて、立体造形物を造形する三次元造形装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１４６９２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、Ｘ，Ｙ方向の２軸方向の移動のため、曲線形状を有する立体造形物を形成する場合、曲線形状を複数の直線の集合によって形成することになり、滑らかな曲線形状に形成できないおそれがあるという課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

三次元造形装置は、ステージと、前記ステージに可塑化された第１材料を供給する第１ノズルを有する第１造形ヘッドと、前記ステージと前記第１造形ヘッドとを相対的に移動させる移動手段と、前記第１造形ヘッドと前記移動手段とを制御する制御部と、を備え、前記移動手段は、Ｘ軸移動手段、Ｚ軸移動手段、及びＺ軸回転手段、を有し、前記Ｚ軸回転手段は、Ｚ軸を中心に前記ステージを回転させる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】三次元造形装置の構成を示す斜視図。

【図2】三次元造形装置の構成を示す断面図。

【図3】造形ヘッドの構成を示す断面図。

【図4】Ｚ軸回転手段の構成を示す斜視図。

【図5】スリップリング機構の構成を示す側面図。

【図6】第１校正体及び第２校正体の構成を示す平面図。

【図7】検出手段及び剥離手段の構成を示す平面図。

【図8】検出手段及び剥離手段の構成を示す側面図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下の各図においては、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸として説明する。Ｘ軸に沿う方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に沿う方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に沿う方向を「Ｚ方向」とし、矢印の方向が＋方向であり、＋方向と反対の方向を－方向とする。なお、＋Ｚ方向を「上」又は「上方」、－Ｚ方向を「下」又は「下方」ということもあり、＋Ｚ方向から見ることを平面視あるいは平面的ともいう。また、Ｚ方向＋側の面を上面、これと反対側となるＺ方向－側の面を下面として説明する。

【0008】

まず、図１及び図２を参照しながら、三次元造形装置１０００の構成を説明する。

【0009】

三次元造形装置１０００は、造形ヘッド１００からステージ２００に向けて、熱可塑性樹脂が可塑化された造形材料３００（図３参照）を吐出させつつ、移動手段４００を駆動して、造形ヘッド１００とステージ２００との相対的な位置を変化させる。これにより、三次元造形装置１０００は、ステージ２００上に所望の形状の三次元造形物３００ａを造形する。

【0010】

図２に示すように、三次元造形装置１０００は、ステージ２００と、ステージ２００と対向する位置に配置された第１造形ヘッド１００Ｒ及び第２造形ヘッド１００Ｌと、移動手段４００と、第１造形ヘッド１００Ｒ、第２造形ヘッド１００Ｌ、及び移動手段４００を制御する制御部５００と、を備えている。

【0011】

第１造形ヘッド１００Ｒは、ステージ２００に第１材料を供給する第１ノズル１１０Ｒを有する。第２造形ヘッド１００Ｌは、ステージ２００に第１材料と異なる第２材料を供給する第２ノズル１１０Ｌを有する。

【0012】

移動手段４００は、上記したように、第１造形ヘッド１００Ｒ及び第２造形ヘッド１００Ｌのうち少なくとも一方と、ステージ２００と、を相対的に移動させる。移動手段４００は、例えば、４つのモーターの駆動力によって、ステージ２００を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、Ｚ軸回転方向、の方向に移動させるポジショナーによって構成される。即ち、移動手段４００は、Ｘ軸移動手段４１０、Ｙ軸移動手段４２０、Ｚ軸移動手段４３０、及びＺ軸回転手段４４０、を有する。具体的には、Ｚ軸回転手段４４０は、Ｚ軸を中心にステージ２００を回転させる。各モーターは、制御部５００の制御下にて駆動する。

【0013】

制御部５００は、例えば、プロセッサーと、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェイスと、を備えるコンピューターによって構成されている。本実施形態では、制御部５００は、記憶部５１０に記憶された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、第１造形ヘッド１００Ｒと、第２造形ヘッド１００Ｌと、移動手段４００との動作を制御して、造形データに基づく三次元造形物３００ａを造形する造形処理を実行する。

【0014】

造形データは、例えば、三次元造形装置１０００に接続されたコンピューターにインストールされたスライサーソフトに、形状データを読み込ませることによって作成される。形状データは、三次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）ソフトや三次元ＣＧ（Computer Graphics）ソフトなどを用いて作成された三次元造形物３００ａの目標形状を表すデータである。形状データとしては、例えば、ＳＴＬ（Standard Triangulated Language）形式やＡＭＦ（Additive Manufacturing File Format）などのデータを用いる。スライサーソフトは、三次元造形物３００ａの目標形状を所定の厚さの層に分割して、層ごとに造形データを作成する。造形データは、Ｇコードなどによって表される。

【0015】

造形データは、例えば、ステージ２００に対するノズル１１０の移動経路、ノズル１１０から吐出される造形材料３００の量、三次元造形物３００ａを構成する複数の造形層の各々の形状、及び面積などに関する情報を含む。制御部５００は、三次元造形装置１０００に接続されたコンピューターや、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリーなどの記録媒体から造形データを取得する。

【0016】

次に、図３を参照しながら、第１造形ヘッド１００Ｒ及び第２造形ヘッド１００Ｌのうち一方の造形ヘッド１００の構成を説明する。なお、第１造形ヘッド１００Ｒと第２造形ヘッド１００Ｌとは、同様の構成であるため、造形ヘッド１００として説明する。

【0017】

造形ヘッド１００は、材料供給部１２０と、材料溶融部１３０と、ノズル１１０と、を備えている。材料供給部１２０と材料溶融部１３０との間は、供給路１２１によって接続されている。材料溶融部１３０とノズル１１０との間は、連通孔１３３によって接続されている。造形ヘッド１００は、固体状態の材料の少なくとも一部を溶融させてペースト状にした造形材料３００をステージ２００上に積層する。

【0018】

材料供給部１２０には、ペレット状や粉末状等の状態の材料が収容されている。本実施形態の第１材料及び第２材料は、ペレット状のＡＢＳ樹脂である。本実施形態の材料供給部１２０は、ホッパーによって構成されている。材料供給部１２０に収容された材料は、材料供給部１２０の下方に設けられた供給路１２１を介して、材料溶融部１３０に供給される。

【0019】

材料溶融部１３０は、ケース１３４と、ケース１３４内に収容されたフラットスクリュー１３１と、フラットスクリュー１３１を駆動させる駆動モーター１４０と、ケース１３４内におけるフラットスクリュー１３１よりも下方に固定されたバレル１３２と、を備えている。

【0020】

フラットスクリュー１３１は、扁平な円柱形状を有し、円柱の外周から円柱の中心軸ＡＸに向かう渦状の溝部１３５が円柱の底面に形成されたスクリューである。扁平とは、直径よりも高さの方が小さいことを意味している。フラットスクリュー１３１の底面のことを、溝形成面１３６と呼ぶ。フラットスクリュー１３１は、中心軸ＡＸがＺ方向に平行になるように配置されている。

【0021】

フラットスクリュー１３１の上面側には、制御部５００の制御下において駆動する駆動モーター１４０が接続されている。駆動モーター１４０が発生させるトルクによって、フラットスクリュー１３１は、ケース１３４内において回転する。

【0022】

バレル１３２は、フラットスクリュー１３１の溝形成面１３６に対向するスクリュー対向面１３７を有している。スクリュー対向面１３７には、フラットスクリュー１３１の中心軸ＡＸ上の位置に、連通孔１３３が設けられている。バレル１３２には、ヒーター１５０が内蔵されている。ヒーター１５０の温度は、制御部５００によって制御される。

【0023】

回転しているフラットスクリュー１３１の溝部１３５と、バレル１３２のスクリュー対向面１３７との間に供給された材料は、フラットスクリュー１３１の回転と、ヒーター１５０による加熱とによって、少なくとも一部が溶融されて、流動性を有するペースト状の造形材料３００となる。造形材料３００は、フラットスクリュー１３１の回転によって、バレル１３２に設けられた連通孔１３３へと、溝部１３５に沿って供給される。

【0024】

ノズル１１０は、連通孔１３３に接続されている。材料溶融部１３０から連通孔１３３を介してノズル１１０に供給された造形材料３００は、ノズル１１０からステージ２００に向かって吐出される。

【0025】

ステージ２００の上には、造形材料３００から造形された三次元造形物３００ａ、即ち、第１校正体３１０及び第２校正体３２０（図６参照）が配置されている。

【0026】

また、三次元造形装置１０００は、図２に示すように、制御部５００の他に、表示部６００と、記憶部５１０と、画像処理部５２０と、演算部５３０と、撮像手段としてのカメラ７００と、を備えている。

【0027】

表示部６００は、例えば、カメラ７００を用いて第１校正体３１０を撮像した第１校正体画像や、第２校正体３２０を撮像した第２校正体画像を表示する。

【0028】

カメラ７００は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサー、或いはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサー等の撮像素子を備えている。

【0029】

記憶部５１０は、例えば、カメラ７００によって撮像された第１校正体３１０や第２校正体３２０などの画像を記憶する。

【0030】

画像処理部５２０は、例えば、第１造形ヘッド１００Ｒと第２造形ヘッド１００Ｌとの位置ずれ量が確認しやすいように、第１校正体３１０や第２校正体３２０に、寸法や計算式の画像を重ねる処理を行う。

【0031】

演算部５３０は、例えば、第１校正体３１０や第２校正体３２０に基づいて、ステージ２００の回転軸Ｚ０の位置を求めたり、第１校正体３１０と第２校正体３２０とのずれ量を求めたりする。

【0032】

次に、図４及び図５を参照しながら、Ｚ軸回転手段４４０の構成について説明する。

【0033】

図４及び図５に示すように、Ｚ軸回転手段４４０は、ステージ２００の下側に配置された、スリップリング機構４４１を備えている。スリップリング機構４４１の隣りには、ステージ２００を回転させるための動力源としてのモーター４４２が配置されている。スリップリング機構４４１を備えていることにより、回転軸に対して電気信号を伝達することが可能となっている。

【0034】

なお、ステージ２００を回転させる機構としては、図５に示すようなスリップリング機構４４１に限定されず、図示はしないが、中空筒状の回転シャフトの内部に周知のロータリコネクタ（回転接続用コネクタ）を収容して、回転シャフトと一体的に回転する配線に電力を伝える構成でもよい。

【0035】

次に、図６を参照しながら、三次元造形装置１０００における、第１造形ヘッド１００Ｒと、第２造形ヘッド１００Ｌと、ステージ２００との、相対的位置の補正方法、言い換えれば、キャリブレーション方法を説明する。

【0036】

まず、ユーザーがキャリブレーションを選択すると、制御部５００は、記憶部５１０から位置データを読み出し、移動手段４００に、ステージ２００を所定の場所に移動させる。

【0037】

次に、制御部５００は、第１制御として、Ｚ軸回転手段４４０に、Ｚ軸を中心にステージ２００を回転させると共に、第１造形ヘッド１００Ｒに、第１ノズル１１０Ｒから第１材料を供給させる。これにより、図６に示すような、第１校正体３１０が造形される。

【0038】

ここで、制御部５００は、Ｚ軸回転手段４４０を用いてステージ２００を回転させる回転角度を、３６０°よりも小さくすることが好ましい。これにより、第１校正体３１０を造形した際、第１校正体３１０が積層されることによる、相対的補正の精度が低下することを抑えることができる。

【0039】

次に、制御部５００は、第２制御として、カメラ７００に、第１校正体３１０を撮像させる。

【0040】

次に、制御部５００は、第３制御として、演算部５３０に、撮像された第１校正体３１０から、ステージ２００の回転軸Ｚ０を決定させる。制御部５００は、表示部６００に、ステージ２００の回転軸Ｚ０を表示させる。

【0041】

次に、制御部５００は、第４制御として、撮像された第１校正体３１０から始点３１２を決定する。なお、予め制御部５００は、第１造形ヘッド１００Ｒに、第１校正体３１０の造形線幅３１１の平均値よりも始点３１２が大きくなるように造形させている。なお、第１校正体３１０の始点３１２は、ユーザーが選択するようにしてもよい。

【0042】

次に、制御部５００は、第５制御として、演算部５３０に、ステージ２００の回転軸Ｚ０と、第１校正体３１０の始点３１２と、に基づいて、第１造形ヘッド１００Ｒとステージ２００とのＹ方向のキャリブレーション量を決定させる。

【0043】

次に、制御部５００は、演算部５３０に、以下の式（１）に基づいて、Ｙ方向のずれ量を除いた第１校正体３１０の直径を算出し、所定の位置に対するＸ方向のずれ量からＸ方向のキャリブレーション量を決定させる。

【0044】

なお、回転軸Ｚ０は、校正体から算出されたキャリブレーションの基準座標である。ＸＲ０は、回転軸Ｚ０と第１造形ヘッド１００Ｒの基準座標とのＸ軸方向における距離である。ＸＲは、回転軸Ｚ０と第１造形ヘッド１００Ｒの測定座標（第１校正体３１０の始点３１２）とのＸ軸方向における距離である。ＹＲは、回転軸Ｚ０と第１造形ヘッド１００Ｒの測定座標（第１校正体３１０の始点３１２）とのＹ軸方向における距離である。ΔＸＲは、第１造形ヘッド１００Ｒの測定座標（第１校正体３１０の始点３１２）と第１造形ヘッド１００Ｒの基準座標とのＸ軸方向における距離である。ΔＹＲは、第１造形ヘッド１００Ｒの測定座標（第１校正体３１０の始点３１２）と第１造形ヘッド１００Ｒの基準座標とのＹ軸方向における距離である。

【0045】

【数1】

【0046】

次に、制御部５００は、第６制御として、Ｚ軸回転手段４４０に、Ｚ軸を中心にステージ２００を回転させると共に、第２造形ヘッド１００Ｌに、第２ノズル１１０Ｌから第２材料を供給させる。これにより、図６に示すような、第２校正体３２０が造形される。

【0047】

次に、制御部５００は、第７制御として、カメラ７００に、第２校正体３２０を撮像させる。

【0048】

次に、制御部５００は、第８制御として、演算部５３０に、撮像された第２校正体３２０から、ステージ２００の回転軸Ｚ０を決定させる。

【0049】

次に、制御部５００は、第９制御として、撮像された第２校正体３２０から始点３２２を決定する。なお、予め制御部５００は、第２造形ヘッド１００Ｌに、第２校正体３２０の造形線幅３２１の平均値よりも始点３２２が大きくなるように造形させている。

【0050】

次に、制御部５００は、第１０制御として、演算部５３０に、ステージ２００の回転軸Ｚ０と、第２校正体３２０の始点３２２と、に基づいて、第２造形ヘッド１００Ｌとステージ２００との位置を算出させる。

【0051】

制御部５００は、演算部５３０に、以下の式（２）に基づいて、Ｙ方向のずれ量を除いた第１校正体３１０の直径を算出し、所定の位置に対するＸ方向のずれ量からＸ方向のキャリブレーション量を決定させる。

【0052】

なお、ＸＬ０は、回転軸Ｚ０と第２造形ヘッド１００Ｌの基準座標とのＸ軸方向における距離である。ＸＬは、回転軸Ｚ０と第２造形ヘッド１００Ｌの測定座標（第２校正体３２０の始点３２２）とのＸ軸方向における距離である。ＹＬは、回転軸Ｚ０と第２造形ヘッド１００Ｌの測定座標（第２校正体３２０の始点３２２）とのＹ軸方向における距離である。ΔＸＬは、第２造形ヘッド１００Ｌの測定座標（第２校正体３２０の始点３２２）と第２造形ヘッド１００Ｌの基準座標とのＸ軸方向における距離である。ΔＹＬは、第２造形ヘッド１００Ｌの測定座標（第２校正体３２０の始点３２２）と第２造形ヘッド１００Ｌの基準座標とのＹ軸方向における距離である。

【0053】

【数2】

【0054】

このように、キャリブレーション量に基づいてキャリブレーションを実施することにより、ステージ２００の回転軸Ｚ０を中心として、第１造形ヘッド１００ＲのＸ軸、Ｙ軸のずれ量を補正することができる。更に、第１造形ヘッド１００Ｒ及び第２造形ヘッド１００Ｌの両方とも、ステージ２００の回転軸Ｚ０を基準としてキャリブレーションしているため、センサーなどを用いずに、ステージ２００、第１造形ヘッド１００Ｒ、第２造形ヘッド１００Ｌの３つを同時にキャリブレーションすることが可能となる。そして、算出されたキャリブレーション量に基づいて、造形データを生成する。

【0055】

なお、第１制御及び第６制御は、第１造形ヘッド１００Ｒの中心線及び第２造形ヘッド１００Ｌの中心線と、ステージ２００の回転軸Ｚ０と、を一致させないことが好ましい。つまり、２つの造形ヘッド１００Ｒ，１００Ｌの中心とステージ２００の回転軸Ｚ０とが合っていないので、ステージ２００を回転させたときに、第１校正体３１０及び第２校正体３２０を造形させることができる。よって、移動手段４００を用いて、例えば、ステージ２００をＸ軸方向に移動させることなく、第１制御及び第６制御を実行させることができる。これにより、第１造形ヘッド１００Ｒと第２造形ヘッド１００Ｌとの位置関係を、同時に正確に補正することができる。

【0056】

また、第１造形ヘッド１００Ｒによる第１材料の吐出や、第２造形ヘッド１００Ｌによる第２材料の吐出が、同時にできるようであれば、第１制御及び第６制御を同時に実行するようにしてもよい。

【0057】

なお、第２制御と第７制御を同時に実行するようにしてもよい。また、第３制御と第８制御とを同時に実行するようにしてもよい。また、第４制御と第９制御とを同時に実行するようにしてもよい。また、第５制御と第１０制御とを同時に実行するようにしてもよい。

【0058】

以上述べたように、本実施形態の三次元造形装置１０００は、ステージ２００と、ステージ２００に可塑化された第１材料を供給する第１ノズル１１０Ｒを有する第１造形ヘッド１００Ｒと、ステージ２００と第１造形ヘッド１００Ｒとを相対的に移動させる移動手段４００と、第１造形ヘッド１００Ｒと移動手段４００とを制御する制御部５００と、を備え、移動手段４００は、Ｘ軸移動手段４１０、Ｚ軸移動手段４３０、及びＺ軸回転手段４４０、を有し、Ｚ軸回転手段４４０は、Ｚ軸を中心にステージ２００を回転させる。

【0059】

この構成によれば、Ｚ軸を中心にステージ２００が回転するので、ステージ２００を回転させながら第１造形ヘッド１００Ｒから第１材料を供給することにより、滑らかな曲線形状の三次元造形物３００ａを描画することができる。

【0060】

また、本実施形態の三次元造形装置１０００は、カメラ７００を備え、制御部５００は、Ｚ軸を中心にステージ２００を回転させ、かつ、第１ノズル１１０Ｒから第１材料を供給することで、ステージ２００の上に第１校正体３１０を形成する第１制御を実行し、カメラ７００を用いて第１校正体３１０を撮像する第２制御を実行し、撮像された第１校正体３１０からステージ２００の回転軸Ｚ０を決定する第３制御を実行し、撮像された第１校正体３１０から始点３１２を決定する第４制御を実行し、ステージ２００の回転軸Ｚ０と、第１校正体３１０の始点３１２と、に基づいて、第１造形ヘッド１００Ｒとステージ２００との位置を算出する第５制御を実行することが好ましい。この構成によれば、第１造形ヘッド１００Ｒとステージ２００との位置を算出するので、第１造形ヘッド１００Ｒとステージ２００との相対位置を補正することができる。

【0061】

また、本実施形態の三次元造形装置１０００において、制御部５００は、第１制御において、第１校正体３１０の始点３１２を第１校正体３１０の造形線幅３１１の平均値に対して大きくするように、第１造形ヘッド１００Ｒを制御することが好ましい。この構成によれば、第１校正体３１０の始点３１２の幅を大きくするので、第１校正体３１０の始点３１２を認識しやすくすることができる。

【0062】

また、本実施形態の三次元造形装置１０００は、ステージ２００に可塑化された第２材料を供給する第２ノズル１１０Ｌを有する第２造形ヘッド１００Ｌを備え、制御部５００は、Ｚ軸を中心にステージ２００を回転させ、かつ、第２ノズル１１０Ｌから第２材料を供給することで、ステージ２００の上に第２校正体３２０を形成する第６制御を実行し、カメラ７００を用いて第２校正体３２０を撮像する第７制御を実行し、撮像された第２校正体３２０からステージ２００の回転軸Ｚ０を決定する第８制御を実行し、撮像された第２校正体３２０から始点３２２を決定する第９制御を実行し、ステージ２００の回転軸Ｚ０と、第２校正体３２０の始点３２２と、に基づいて、第２造形ヘッド１００Ｌとステージ２００との位置を算出する第１０制御を実行することが好ましい。

【0063】

この構成によれば、第２造形ヘッド１００Ｌとステージ２００との位置を算出するので、第２造形ヘッド１００Ｌとステージ２００との相対位置を補正することができる。また、第１造形ヘッド１００Ｒと第２造形ヘッド１００Ｌとの相対位置をキャリブレーションすることができる。

【0064】

また、本実施形態の三次元造形装置１０００において、第１制御及び第６制御は、第１造形ヘッド１００Ｒの中心線及び第２造形ヘッド１００Ｌの中心線と、ステージ２００の回転軸Ｚ０と、を一致させないことが好ましい。この構成によれば、第１造形ヘッド１００Ｒの中心線及び第２造形ヘッド１００Ｌの中心線とステージ２００の回転軸とを一致させない、言い換えれば、ステージ２００を回転させたときに、第１校正体３１０及び第２校正体３２０を造形させることができる。よって、移動手段４００を用いて、例えば、ステージ２００をＸ軸方向に移動させることなく、第１制御及び第６制御を実行させることができる。これにより、第１造形ヘッド１００Ｒと第２造形ヘッド１００Ｌとの位置関係を、同時に正確に補正することができる。

【0065】

以下、上記した実施形態の変形例を説明する。

【0066】

上記したように、第１造形ヘッド１００Ｒ及び第２造形ヘッド１００Ｌを用いて、互いの校正体３１０，３２０を比較することに限定されず、一方の造形ヘッド１００Ｒ，１００Ｌを用いて、２つの校正体を造形するようにしてもよい。

【0067】

具体的には、制御部５００は、第１キャリブレーション及び第２キャリブレーションを実行し、第１キャリブレーションにおける第１校正体の直径は、第２キャリブレーションにおける第１校正体の直径に比べて小さいことが好ましい。この構成によれば、第１校正体の直径を変えることで、２つのキャリブレーションにおいて第１校正体が重なることを抑えることが可能となり、第１造形ヘッド１００Ｒとステージ２００とのずれ量を正確に補正することができる。また、２つのキャリブレーションが実行できるので、例えば、一方を高精度のキャリブレーション、他方を低精度のキャリブレーションに用いることができる。

【0068】

また、制御部５００は、第１キャリブレーションを実行した後に、第２キャリブレーションを実行させることが好ましい。この構成によれば、例えば、キャリブレーションの精度を変えて実行させるなど、ユーザーが選択して実行させることができる。

【0069】

また、上記したように、造形ヘッド１００Ｒ，１００Ｌとステージ２００との相対位置のキャリブレーションを実施することに限定されず、例えば、三次元造形物３００ａの線幅Ｗ１をキャリブレーションするようにしてもよい。以下、図７及び図８を参照しながら、線幅Ｗ１のキャリブレーション方法を説明する。

【0070】

ユーザーが、線幅Ｗ１のキャリブレーションを選択すると、制御部５００は、移動手段４００に、第１造形ヘッド１００Ｒと第２造形ヘッド１００Ｌとの中点に、ステージ２００の回転軸Ｚ０が配置されるように、ステージ２００を移動させる。

【0071】

次に、剥離手段としてのスクレーパ６０１の一端がステージ２００と接触するように、スクレーパを下降させる。なお、スクレーパ６０１がステージ２００と接触する位置とステージ２００の回転軸Ｚ０との距離は、第１造形ヘッド１００Ｒの第１ノズル１１０Ｒの位置とステージ２００の回転軸Ｚ０との距離、及び、第２造形ヘッド１００Ｌの第２ノズル１１０Ｌの位置とステージ２００の回転軸Ｚ０との距離、が等しくなるように配置されている。

【0072】

更に、第１造形ヘッド１００Ｒの中心線とステージ２００の回転軸Ｚ０との距離が、スクレーパ６０１とステージ２００とが接触する領域の最小値Ｌ３以上、最大値Ｌ４以下である。これにより、確実に三次元造形物３００ａをスクレーパ６０１で剥離することができる。

【0073】

次に、ステージ２００を回転させつつ、第１造形ヘッド１００Ｒ又は第２造形ヘッド１００Ｌから材料を吐出する。造形ヘッド１００Ｒ，１００Ｌから供給された材料は、ステージ２００に配置され、スクレーパ６０１によりステージ２００から剥離された後に、ダストボックス６０２へ収容される。

【0074】

なお、スクレーパ６０１の上方には、ステージ２００から剥離された三次元造形物３００ａの線幅Ｗ１を検出するセンサー６０３が備えられている。検出手段としてのセンサー６０３は、カメラ７００により撮像された画像の色調から線幅Ｗ１を算出してもよいし、スクレーパ６０１の表面の凹凸を測距センサーで検出して線幅Ｗ１を算出するようにしてもよい。

【0075】

次に、得られた線幅Ｗ１に基づいて、例えば、ヒーター１５０の設定温度、フラットスクリュー１３１の回転角度、バタフライバルブの回転角、バタフライバルブの回転速度、プランジャーの押出速度、などを決定する。なお、スクレーパ６０１の表面で線幅Ｗ１を検出するようにしたが、ステージ２００の上で線幅Ｗ１を検出するようにしてもよい。

【0076】

このように、第１ノズル１１０Ｒからステージ２００に供給された第１材料の線幅Ｗ１を検出するセンサー６０３と、ステージ２００に供給された第１材料をステージ２００から剥離するスクレーパ６０１と、を備え、制御部５００は、第１ノズル１１０Ｒから供給される第１材料の量を制御する第３キャリブレーション制御を実行し、第３キャリブレーション制御において、第１造形ヘッド１００Ｒの中心線とステージ２００の回転軸Ｚ０との距離が、スクレーパ６０１とステージ２００とが接触する領域の最小値Ｌ３以上最大値Ｌ４以下であることが好ましい。この構成によれば、ステージ２００に供給された第１材料を、スクレーパ６０１を用いて剥離するので、第１ノズル１１０Ｒからステージ２００上に第１材料を連続的に供給することが可能となり、第１造形ヘッド１００Ｒからステージ２００に供給される第１材料の供給量をキャリブレーションすることができる。

【0077】

また、検出手段は、撮像手段、又は、測距センサーであってもよい。この構成によれば、撮像手段、又は、測距センサーを用いるので、第１材料の線幅Ｗ１を検出することができる。

【0078】

また、上記した実施形態のように、第５制御において、第１造形ヘッド１００Ｒのずれ量が、所定のずれ量を越えた場合には、第１ノズル１１０Ｒの取り付け不良を示唆する通知を、ユーザーに通知するようにしてもよい。これによれば、第１造形ヘッド１００Ｒを取り付ける際に、第１造形ヘッド１００Ｒの配線が取り付け位置に挟まることで、第１造形ヘッド１００Ｒ全体が傾き、第１ノズル１１０Ｒの位置がずれてしまうことを抑えることができる。

【0079】

また、Ｚ軸回転手段４４０は、三次元造形装置１０００から取り外し可能に配置されていることが好ましい。この構成によれば、Ｚ軸回転手段４４０が取り外し可能に配置されているので、例えば、キャリブレーションのときのみに利用することができる。

【符号の説明】

【0080】

１００…造形ヘッド、１００Ｒ…第１造形ヘッド、１００Ｌ…第２造形ヘッド、１１０…ノズル、１１０Ｒ…第１ノズル、１１０Ｌ…第２ノズル、１２０…材料供給部、１２１…供給路、１３０…材料溶融部、１３１…フラットスクリュー、１３２…バレル、１３３…連通孔、１３４…ケース、１３５…溝部、１３６…溝形成面、１３７…スクリュー対向面、１４０…駆動モーター、１５０…ヒーター、２００…ステージ、３００…造形材料、３００ａ…三次元造形物、３１０…第１校正体、３１１…造形線幅、３１２…始点、３２０…第２校正体、３２１…造形線幅、３２２…始点、４００…移動手段、４４０…Ｚ軸回転手段、４４１…スリップリング機構、４４２…モーター、５００…制御部、５１０…記憶部、５２０…画像処理部、５３０…演算部、６００…表示部、６０１…剥離手段としてのスクレーパ、６０２…ダストボックス、６０３…検出手段としてのセンサー、７００…撮像手段としてのカメラ、１０００…三次元造形装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】