特開 2024-166615 造形ステージ、三次元造形方法

(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】P2024166615

(43)【公開日】2024-11-29

(54)【発明の名称】造形ステージ、三次元造形方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/245 20170101AFI20241122BHJP

   B29C 64/118 20170101ALI20241122BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20241122BHJP

【ＦＩ】

B29C64/245

B29C64/118

B33Y30/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023082820

(22)【出願日】2023-05-19

(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）】

4F213AR07

4F213AR12

4F213WA25

4F213WB01

4F213WL02

4F213WL56

4F213WL73

4F213WL96

(57)【要約】

【課題】造形ステージを改善する。
【解決手段】造形ステージは、造形材料が堆積される造形面を有し、造形面には、平面視で、１つの円の円周に沿って所定の弧度を有する複数の溝が形成され、複数の溝は、それぞれ、平面視で第１方向に向かって造形面からの深さが深くなる方向に傾斜し、且つ第１の深さである第１部分と、第１の深さよりも深い第２の深さを有する第２部分と、を有し、溝を記円の中心を通る直線で切断したときの断面を見たときに、造形面に開口する開口幅のうち、第１部分における開口幅を第１開口幅とし、且つ第２部分における開口幅を第２開口幅として、第１開口幅が第２開口幅よりも大きい。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

三次元造形用の造形材料が堆積される造形面を有する造形ステージであって、
前記造形面には、前記造形面を平面視したとき、１つの円の円周に沿って所定の弧度を有する複数の溝が形成され、
前記複数の溝は、それぞれ、平面視で第１方向に向かって前記造形面からの深さが深くなる方向に傾斜し、且つ前記深さが第１の深さである第１部分と、前記深さが前記第１の深さよりも深い第２の深さを有する第２部分と、を有し、
前記溝を前記円の中心を通る直線で切断したときの断面を見たときに、前記造形面に開口する開口幅のうち、前記第１部分における前記開口幅を第１開口幅とし、且つ前記第２部分における前記開口幅を第２開口幅として、前記第１開口幅が前記第２開口幅よりも大きい、
造形ステージ。

【請求項2】

前記１つの円を第１の円とし、前記第１の円と同心で、且つ前記第１の円とは異なる第２の円の円周に沿って、さらに複数の前記溝が形成されている、
請求項１に記載の造形ステージ。

【請求項3】

前記第１の円に対応する前記複数の溝をそれぞれ第１溝とし、且つ前記第２の円に対応する前記複数の溝をそれぞれ第２溝として、
平面視で、前記第１溝のうち前記深さがもっとも浅い第１箇所と前記第１の円の中心とを通る直線が、前記第２溝のうち前記深さがもっとも浅い第２箇所に重ならない、
請求項２に記載の造形ステージ。

【請求項4】

請求項１に記載の造形ステージに前記造形材料で三次元造形物を造形する三次元造形方法であって、
前記造形材料を吐出するノズルで前記造形材料を前記造形面に塗布するときに、平面視で、前記１つの円の前記円周に沿って前記造形ステージに対する前記ノズルの位置を前記第１方向に変化させながら塗布し、
前記造形材料を前記造形ステージから分離するときに、前記造形面を平面視したときに、前記１つの円の中心を回転軸として前記造形ステージに対する前記造形材料の回転位置を前記第１方向と逆の第２方向に変化させる、
三次元造形方法。

【請求項5】

前記造形材料を前記造形面に塗布するときに、平面視で、前記回転軸を中心に前記造形面を前記第２方向に回転させる、
請求項４に記載の三次元造形方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、造形ステージ、三次元造形方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、造形ステージに三次元造形物を造形することができる三次元造形装置が知られている。特許文献１は、造形ステージの一例として、貫通孔が形成された上部プレートと、貫通孔に挿入される凸部を有する下部プレートとを備えるステージを開示する。造形時には、凸部が上部プレートの上面から突出することによって造形ステージと三次元造形物との固定性が高められる。造形後には、凸部が上部プレートの上面よりも下方に退避することによって三次元造形物を造形ステージから分離することができる。特許文献１は、貫通孔と凸部とを水平面に対して傾斜させる構成を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－２００７２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１が開示する造形ステージでは、すべての貫通孔の傾斜方向が一定である。断面で見たときに、１つの凸部の外周と水平面とがなす角度が鋭角である箇所と鈍角である箇所が存在する。すべての貫通孔の傾斜方向が一定である場合、凸部の外周と水平面とがなす角度が鈍角となる箇所の方向が、すべての貫通孔で一定となる。従来の造形ステージには改善の余地がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

造形ステージは、三次元造形用の造形材料が堆積される造形面を有する造形ステージであって、前記造形面には、前記造形面を平面視したとき、１つの円の円周に沿って所定の弧度を有する複数の溝が形成され、前記複数の溝は、それぞれ、平面視で第１方向に向かって前記造形面からの深さが深くなる方向に傾斜し、且つ前記深さが第１の深さである第１部分と、前記深さが前記第１の深さよりも深い第２の深さを有する第２部分と、を有し、前記溝を前記円の中心を通る直線で切断したときの断面を見たときに、前記造形面に開口する開口幅のうち、前記第１部分における前記開口幅を第１開口幅とし、且つ前記第２部分における前記開口幅を第２開口幅として、前記第１開口幅が前記第２開口幅よりも大きい。

【0006】

三次元造形方法は、上記の造形ステージに前記造形材料で三次元造形物を造形する三次元造形方法であって、前記造形材料を吐出するノズルで前記造形材料を前記造形面に塗布するときに、平面視で、前記１つの円の前記円周に沿って前記造形ステージに対する前記ノズルの位置を前記第１方向に変化させながら塗布し、前記造形材料を前記造形ステージから分離するときに、前記造形面を平面視したときに、前記１つの円の中心を回転軸として前記造形ステージに対する前記造形材料の回転位置を前記第１方向と逆の第２方向に変化させる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】三次元造形装置の構成を説明する図。

【図2】スクリューを示す斜視図。

【図3】バレルを示す平面図。

【図4】造形ステージを示す斜視図。

【図5】造形ステージを示す平面図。

【図6】造形ステージの溝を説明する斜視図。

【図7】図５中のＡ－Ａ線における断面図。

【図8】図５中のＢ－Ｂ線における断面図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

三次元造形装置１は、図１に示すように、吐出部２と、供給装置３と、造形ステージ４と、移動機構部５と、制御部６と、を有する。三次元造形装置１は、吐出部２から造形ステージ４に向かって造形材料を吐出しつつ、吐出部２と造形ステージ４との相対的な位置を変化させることができる。吐出部２と造形ステージ４との相対的な位置は、移動機構部５によって造形ステージ４を移動させることによって行われる。吐出部２と造形ステージ４との相対的な位置は、吐出部２を移動させることによっても実現できる。さらに、吐出部２と造形ステージ４との相対的な位置は、造形ステージ４及び吐出部２の双方を移動させることによっても実現できる。

【0009】

三次元造形装置１の動作は、制御部６によって制御される。三次元造形装置１は、造形ステージ４の造形面１１に所望の形状の三次元造形物を造形することができる。造形面１１の「面」とは、平面だけで構成された面だけではなく一定の領域を占める面として把握可能なものを含む。面は、例えば、その表面に凹凸が形成されていてもよい。なお、三次元造形物を造形することを、三次元造形と呼ぶこともある。また、造形材料のことを溶融材料と呼ぶこともある。

【0010】

図１には、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸が付されている。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、相互に直交する座標軸である。これ以降に示す図についても必要に応じてＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸が付される。この場合、各図におけるＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、図１におけるＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に対応する。図１は、Ｘ軸とＹ軸とによって規定されるＸＹ平面に三次元造形装置１を配置した状態を示す。本実施形態では、ＸＹ平面を水平な平面に一致させた状態で三次元造形装置１をＸＹ平面に配置したときの状態が、三次元造形装置１の使用状態である。水平面に一致させたＸＹ平面に三次元造形装置１を配置したときの三次元造形装置１の姿勢を、三次元造形装置１の使用姿勢と呼ぶ。

【0011】

三次元造形装置１の構成部品やユニットを示す図や説明にＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸が表記される場合がある。その場合、構成部品やユニットを三次元造形装置１に組み込んだ状態でのＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を意味する。また、三次元造形装置１の使用姿勢における各構成部品やユニットの姿勢を、それらの構成部品やユニットの使用姿勢と呼ぶ。そして、以下において、三次元造形装置１や、その構成部品、ユニット等の説明では、特にことわりがないときには、それぞれの使用姿勢での説明とする。

【0012】

なお、三次元造形装置１が実際に使用される場面では、水平面は、実質的に水平な面であればよい。実質的な水平には、例えば、三次元造形装置１が使用されるときに載置される面について許容される傾斜範囲内で傾斜が含まれる。このようなことから、実質的な水平面は、例えば、高精度に形成された定盤などの面に限定されない。実質的な水平面には、例えば、三次元造形装置１が使用されるときに載置される机や、台、棚、床などの種々の面が含まれる。また、鉛直方向は、厳密に重力方向に沿った距離に限定されず、実質的な水平面に対する垂直方向も含まれる。このため、実質的な水平面が、例えば、机や、台、棚、床などの面であるときには、鉛直方向は、これらの面に対する垂直方向を指す。

【0013】

Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸には、それぞれ、矢印が付される。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸のそれぞれにおいて、矢印の向きが＋（正）の方向を示し、矢印の向きとは反対の向きが－（負）の方向を示す。Ｚ軸は、ＸＹ平面に直交する軸である。三次元造形装置１の使用状態において、＋Ｚ方向が鉛直上方向となる。三次元造形装置１の使用状態では、図１において、－Ｚ方向が鉛直下方向である。ＸＹ平面を－Ｚ方向に視認することを平面視と呼ぶ。

【0014】

造形ステージ４は、移動機構部５による駆動によって、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸のそれぞれに沿って変位可能である。造形ステージ４は、移動機構部５による駆動によって、Ｘ軸に沿って往復移動可能である。造形ステージ４は、移動機構部５による駆動によって、Ｙ軸に沿って往復移動可能である。造形ステージ４は、移動機構部５による駆動によって、Ｚ軸に沿って往復移動可能である。造形ステージ４は、移動機構部５による駆動によって、回転軸ＲＺを中心に回転可能である。回転軸ＲＺは、Ｚ軸に沿って延びる軸である。

【0015】

移動機構部５は、Ｘモーター１３、Ｙモーター１４、Ｚモーター１５及びθモーター１６を有する。Ｘモーター１３、Ｙモーター１４、Ｚモーター１５及びθモーター１６の駆動は、制御部６によって制御される。移動機構部５は、Ｘモーター１３の駆動力によって、造形ステージ４をＸ軸に沿って移動させる。移動機構部５は、Ｙモーター１４の駆動力によって、造形ステージ４をＹ軸に沿って移動させる。移動機構部５は、Ｚモーター１５の駆動力によって、造形ステージ４をＺ軸に沿って移動させる。移動機構部５は、θモーター１６の駆動力によって、造形ステージ４を回転軸ＲＺを中心に回転させる。

【0016】

吐出部２は、可塑化部１７と、ノズル１８と、を有する。可塑化部１７は、造形材料の原料である粒状材料１９を溶融して造形材料にする。ノズル１８は、造形材料を吐出する。供給装置３は、粒状材料１９を吐出部２に供給する。粒状材料１９は、粒状に形成された樹脂材料である。粒状材料１９は、ペレット状や粉末状の材料も含む。供給装置３から吐出部２に供給される粒状材料１９は、供給路２０を介して可塑化部１７に供給される。

【0017】

可塑化部１７は、スクリューケース２１と、駆動モーター２２と、ヒーター２３と、スクリュー２４と、バレル２５とを備えている。可塑化部１７は、供給路２０から供給された材料の少なくとも一部を可塑化し、流動性を有するペースト状の造形材料を生成して、ノズル１８に供給する。「可塑化」とは、熱可塑性を有する材料に熱が加わり溶融することを意味する。「溶融」とは、熱可塑性を有する材料が融点以上の温度に加熱されて液状になることのみならず、熱可塑性を有する材料がガラス転移点以上の温度に加熱されることにより軟化し、流動性が発現することをも意味する。なお、本実施形態のスクリュー２４は、フラットスクリューで構成される。

【0018】

スクリューケース２１は、スクリュー２４を収容するための筐体である。スクリューケース２１の下面には、バレル２５が固定されている。スクリューケース２１とバレル２５とによって囲まれた空間に、スクリュー２４が収容されている。スクリューケース２１の上面には、駆動モーター２２が固定されている。スクリュー２４は、Ｚ軸に沿った方向の高さが直径よりも小さい略円柱形状を有している。スクリュー２４は、バレル２５に対向する面に、スクリュー溝２６が形成された溝形成面２７を有している。溝形成面２７は、具体的には、バレル２５のスクリュー対向面２８と対向する。スクリュー２４は、中心軸ＲＸを回転軸として回転可能に構成されている。

【0019】

駆動モーター２２は、スクリュー２４の＋Ｚ方向に位置する。駆動モーター２２は、スクリュー２４の溝形成面２７とは反対側の面に接続されている。駆動モーター２２は、スクリュー２４を回転させるための動力を発生する。スクリュー２４は、駆動モーター２２からの動力によって、中心軸ＲＸを中心に回転する。駆動モーター２２の駆動は、制御部６によって制御される。なお、駆動モーター２２は、直接、スクリュー２４と接続されていなくてもよい。例えば、スクリュー２４と駆動モーター２２とは、減速機を介して接続されていてもよい。

【0020】

バレル２５は、スクリュー２４の－Ｚ方向に位置する。バレル２５は、スクリュー２４の溝形成面２７と対向して配置されている。バレル２５は、スクリュー２４の溝形成面２７に対向するスクリュー対向面２８を有する。バレル２５には、スクリュー２４の中心軸ＲＸ上に、連通孔２９が設けられている。可塑化部１７によって生成された造形材料は、連通孔２９を介してノズル１８へと供給される。ヒーター２３は、バレル２５に埋設されている。バレル２５には、Ｙ軸に沿って延びる２本の棒状のヒーター２３が設けられている。ヒーター２３は、スクリュー２４とバレル２５との間に供給された材料を加熱する。ヒーター２３の駆動は、制御部６によって制御される。

【0021】

ノズル１８は、バレル２５の－Ｚ方向に配置されている。ノズル１８には、ノズル流路３０と、ノズル孔３１とが形成されている。ノズル流路３０は、ノズル１８内に設けられた流路である。ノズル流路３０は、バレル２５の連通孔２９と連通する。ノズル孔３１は、ノズル１８の－Ｚ方向の端部に開口している。ノズル孔３１は、ノズル流路３０の－Ｚ方向の端部である。ノズル孔３１は、ノズル流路３０の－Ｚ方向の端部に設けられた流路断面が縮小された部分を含む。可塑化部１７からノズル流路３０に供給された造形材料は、ノズル孔３１から吐出される。本実施形態では、ノズル孔３１の開口形状は円形である。なお、ノズル孔３１の開口形状は円形に限られず、例えば、楕円や、四角形、四角形以外の多角形などであってもよい。

【0022】

図２に示すように、スクリュー２４は、溝形成面２７を有する。溝形成面２７には、スクリュー溝２６が設けられている。スクリュー２４の溝形成面２７の中央部であるスクリュー中央部３３は、スクリュー溝２６の一端が接続されている窪みとして構成されている。スクリュー中央部３３は、図１に示すバレル２５の連通孔２９に対向する。スクリュー中央部３３は、中心軸ＲＸと交差する。

【0023】

図２に示すように、スクリュー２４のスクリュー溝２６は、いわゆるスクロール溝を構成する。スクリュー溝２６は、スクリュー中央部３３から、スクリュー２４の外周に向かって弧を描くように渦状に延びている。スクリュー溝２６は、インボリュート曲線状や、螺旋状に延びるように構成されてもよい。溝形成面２７には、凸条部３４が設けられている。凸条部３４は、スクリュー溝２６の側壁部を構成する。凸条部３４は、各スクリュー溝２６に沿って延びる。スクリュー溝２６は、スクリュー２４の側面３５に形成された材料導入口３６まで連続する。材料導入口３６は、図１に示す供給路２０を介して供給された材料を受け入れる部分である。

【0024】

図２には、３つのスクリュー溝２６と、３つの凸条部３４と、を有するスクリュー２４の例が示されている。スクリュー２４に設けられるスクリュー溝２６や凸条部３４の数は、３つには限定されない。スクリュー２４には、１つのスクリュー溝２６のみが設けられていてもよいし、２以上の複数のスクリュー溝２６が設けられていてもよい。また、スクリュー溝２６の数に合わせて任意の数の凸条部３４が設けられてもよい。

【0025】

図２には、材料導入口３６が３箇所に形成されているスクリュー２４の例が図示されている。スクリュー２４に設けられる材料導入口３６の数は、３箇所に限定されない。スクリュー２４には、材料導入口３６が１箇所にのみ設けられていてもよいし、２箇所以上の複数の箇所に設けられていてもよい。

【0026】

図３に示すように、バレル２５は、スクリュー対向面２８を有する。スクリュー対向面２８の中央には、連通孔２９が形成されている。スクリュー対向面２８における連通孔２９の周りには、複数の案内溝３７が形成されている。それぞれの案内溝３７は、一端が連通孔２９に接続され、連通孔２９からスクリュー対向面２８の外周に向かって渦状に延びている。それぞれの案内溝３７は、造形材料を連通孔２９に導く機能を有している。なお、造形材料を効率良く連通孔２９へと到達させるために、バレル２５には案内溝３７が形成されていると好ましいが、案内溝３７が形成されていなくてもよい。

【0027】

制御部６は、１以上のプロセッサーと、主記憶装置と、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。制御部６は、主記憶装置上に読み込んだプログラムや命令をプロセッサーによって実行することで、種々の機能を発揮する。例えば、制御部６は、三次元造形処理を実行する機能等を発揮する。なお、制御部６は、コンピューターではなく、複数の回路の組み合わせによって構成されてもよい。

【0028】

三次元造形処理とは、三次元造形物を造形するための処理を指す。三次元造形処理のことを、単に造形処理と呼ぶこともある。制御部６は、三次元造形処理において、可塑化部１７と移動機構部５とを制御して、吐出部２から造形面１１に造形材料を吐出し、造形面１１上に造形材料を堆積させる。より具体的には、制御部６は、造形面１１上に吐出した造形材料を固化させつつ、造形材料の層を形成することによって、三次元造形物を造形する。造形材料の固化とは、吐出部２から吐出された造形材料が流動性を失うことを指す。本実施形態では、造形材料は、冷えることによって熱収縮するとともに流動性を失って固化する。

【0029】

本実施形態の制御部６は、三次元造形処理において、造形データに従って三次元造形物を造形する。制御部６は、例えば、三次元ＣＡＤソフトや三次元ＣＧソフトを用いて作成された三次元造形物の形状を表す形状データ上の三次元造形物を所定の厚みの層に分割することによって、造形データを生成する。この場合、制御部６は、例えば、三次元造形装置１に接続された外部のコンピューター等から形状データを取得できる。また、制御部６は、例えば、造形データを生成することなく、外部のコンピューター等から直接、造形データを取得してもよい。更に、例えば、スライサーソフト等によって造形データが生成されてもよい。

【0030】

図４に示すように、造形ステージ４は、造形面１１を有する。造形面１１は、＋Ｚ方向に向いている。造形面１１には、複数の溝４１が形成されている。複数の溝４１は、それぞれ、造形面１１から－Ｚ方向に向かって凹となる向きに形成されている。複数の溝４１は、３つの配列４２を構成する。３つの配列４２では、それぞれ、複数の溝４１が環状に配列する。３つの配列４２を個別に識別する場合に、３つの配列４２は、それぞれ、第１配列４２Ａ、第２配列４２Ｂ及び第３配列４２Ｃと表記される。第１配列４２Ａは、複数の溝４１が環状に配列する。第２配列４２Ｂは、複数の溝４１が環状に配列する。第３配列４２Ｃは、複数の溝４１が環状に配列する。

【0031】

図５に示すように、第１配列４２Ａは、第１円４３Ａの円周に沿っている。第２配列４２Ｂは、第２円４３Ｂの円周に沿っている。第３配列４２Ｃは、第３円４３Ｃの円周に沿っている。第１円４３Ａ、第２円４３Ｂ及び第３円４３Ｃは、造形ステージ４の中心軸４４を中心とする同心円である。中心軸４４は、造形ステージ４の回転軸ＲＺに一致する。第１円４３Ａ、第２円４３Ｂ及び第３円４３Ｃのうちのいずれか１つが、第１の円に対応する。第１円４３Ａ、第２円４３Ｂ及び第３円４３Ｃのうちの残りの１つが、第２の円に対応する。

【0032】

第２円４３Ｂは、第１円４３Ａの外に位置する。第３円４３Ｃは、第２円４３Ｂの外に位置する。複数の溝４１のうち第１配列４２Ａを構成する複数の溝４１は、それぞれ、第１配列溝４１Ａと表記される。複数の溝４１のうち第２配列４２Ｂを構成する複数の溝４１は、それぞれ、第２配列溝４１Ｂと表記される。複数の溝４１のうち第３配列４２Ｃを構成する複数の溝４１は、それぞれ、第３配列溝４１Ｃと表記される。第１円４３Ａ、第２円４３Ｂ及び第３円４３Ｃのうちの第１の円に対応する配列４２を構成する複数の溝４１が第１溝に対応する。第１円４３Ａ、第２円４３Ｂ及び第３円４３Ｃのうちの第２の円に対応する配列４２を構成する複数の溝４１が第２溝に対応する。

【0033】

本実施形態では、各配列４２を構成する溝４１の個数が、３つの配列４２の間で相互に等しい。つまり、第１配列４２Ａを構成する溝４１と、第２配列４２Ｂを構成する溝４１と、第３配列４２Ｃを構成する溝４１とが、相互に等しい。第１配列溝４１Ａは、第１円４３Ａの円周に沿って伸びている。つまり、第１配列溝４１Ａは、第１円４３Ａの円弧に沿っている。第２配列溝４１Ｂは、第２円４３Ｂの円周に沿って伸びている。つまり、第２配列溝４１Ｂは、第２円４３Ｂの円弧に沿っている。第３配列溝４１Ｃは、第３円４３Ｃの円周に沿って伸びている。つまり、第３配列溝４１Ｃは、第３円４３Ｃの円弧に沿っている。

【0034】

平面視で、第１配列溝４１Ａの長さが、複数の第１配列溝４１Ａの間で相互に等しい。第１円４３Ａの円周のうち１つの第１配列溝４１Ａに重なる円弧の長さは、複数の第１配列溝４１Ａの間で相互に等しい。つまり、１つの第１配列溝４１Ａに重なる円弧を区切る平面角が、複数の第１配列溝４１Ａの間で相互に等しい。第１配列４２Ａでは、複数の溝４１が同じ角度ピッチで並んでいるとも表現され得る。本実施形態では、第１円４３Ａの円周のうち１つの第１配列溝４１Ａに重なる円弧の長さは、第１円４３Ａの円周を８等分したときの１つの円弧の長さである。複数の第１配列溝４１Ａは、第１円４３Ａの円周に沿って相互に同一の弧度を有する。

【0035】

平面視で、第２配列溝４１Ｂの長さが、複数の第２配列溝４１Ｂの間で相互に等しい。第２円４３Ｂの円周のうち１つの第２配列溝４１Ｂに重なる円弧の長さは、複数の第２配列溝４１Ｂの間で相互に等しい。つまり、１つの第２配列溝４１Ｂに重なる円弧を区切る平面角が、複数の第２配列溝４１Ｂの間で相互に等しい。第２配列４２Ｂでは、複数の溝４１が同じ角度ピッチで並んでいるとも表現され得る。本実施形態では、第２円４３Ｂの円周のうち１つの第２配列溝４１Ｂに重なる円弧の長さは、第２円４３Ｂの円周を８等分したときの１つの円弧の長さである。複数の第２配列溝４１Ｂは、第２円４３Ｂの円周に沿って相互に同一の弧度を有する。

【0036】

平面視で、第３配列溝４１Ｃの長さが、複数の第３配列溝４１Ｃの間で相互に等しい。第３円４３Ｃの円周のうち１つの第３配列溝４１Ｃに重なる円弧の長さは、複数の第３配列溝４１Ｃの間で相互に等しい。つまり、１つの第３配列溝４１Ｃに重なる円弧を区切る平面角が、複数の第３配列溝４１Ｃの間で相互に等しい。第３配列４２Ｃでは、複数の溝４１が同じ角度ピッチで並んでいるとも表現され得る。本実施形態では、第３円４３Ｃの円周のうち１つの第３配列溝４１Ｃに重なる円弧の長さは、第３円４３Ｃの円周を８等分したときの１つの円弧の長さである。複数の第３配列溝４１Ｃは、第３円４３Ｃの円周に沿って相互に同一の弧度を有する。よって、本実施形態では、すべての溝４１が同じ所定の弧度を有する。また、本実施形態では、各配列４２において、周方向に隣り合う２つの溝４１が互いにつながっている。つまり、周方向に隣り合う２つの溝４１の間に隙間がない。

【0037】

なお、配列４２の個数は３つに限定されない。配列４２の個数は、１つでも２つでもよい。さらに、配列４２の個数は、３つを超える個数でもよい。１つの配列４２を構成する溝４１の個数は８個に限定されない。１つの配列４２を構成する溝４１の個数は、１個以上の任意の個数でもよい。また、各配列４２において、周方向に隣り合う２つの溝４１の間に隙間を有する構成も採用することができる。

【0038】

図６は、造形ステージ４の溝４１を説明する斜視図である。図６は、造形ステージ４を図５に示す第３円４３Ｃで切断した状態を示す。各溝４１は、傾斜している。各溝４１は、平面視で第１方向Ｒ１に向かって造形面１１からの深さが深くなる方向に傾斜する。第１方向Ｒ１は、造形面１１を平面視したときに中心軸４４を中心に時計回り方向である。第１方向Ｒ１の逆方向は、第２方向Ｒ２である。第２方向Ｒ２は、造形面１１を平面視したときに中心軸４４を中心に反時計回り方向である。各溝４１は、造形面１１からの深さが第１の深さである第１部分４５と、深さが第１の深さよりも深い第２の深さを有する第２部分４６と、を有する。複数の溝４１の傾斜方向は、第２方向Ｒ２に向かって造形面１１からの深さが深くなる方向でもよい。

【0039】

図７は、図５中のＡ－Ａ線における断面図である。図７は、第３配列溝４１Ｃの第１部分４５を、中心軸４４を通る直線で切断したときの断面図に対応する。図７に示すように、第３配列溝４１Ｃは、造形面１１に開口する開口部４７を有する。第１部分４５における開口部４７は、第１開口幅４８を有する。第１部分４５における溝４１の底幅４９は、第１開口幅４８よりも大きい。各溝４１の内側壁５０は、溝４１の底から造形面１１に向かって溝４１の内側に向かって傾斜する。内側壁５０と水平面とがなす角度αが鋭角である。つまり、各溝４１の内側壁５０は、逆テーパー状に形成されている。各溝４１は、いわゆるアリ溝である。

【0040】

図８は、図５中のＢ－Ｂ線における断面図である。図８は、第３配列溝４１Ｃの第２部分４６を、中心軸４４を通る直線で切断したときの断面図に対応する。図８に示すように、第３配列溝４１Ｃの第２部分４６における開口部４７は、第２開口幅５１を有する。第２部分４６においても、溝４１の底幅４９は、第２開口幅５１よりも大きい。本実施形態では、図７に示す第１開口幅４８が、図８に示す第２開口幅５１よりも大きい。本実施形態では、内側壁５０と水平面とがなす角度αが、１０～６０度に設定されている。角度αが１０度を下回ると、溝４１の形成が困難となる。角度αが６０度を超えると、後述する造形物の固定力を確保することが困難となる。また、本実施形態では、第２部分４６における溝４１の底幅４９が、第１部分４５における溝４１の底幅４９よりも狭い。本実施形態では、第１方向Ｒ１に向かって溝４１の底幅４９が徐々に狭くなる。

【0041】

また、本実施形態では、図５に示すように、第１箇所５３と中心軸４４とを通る直線５４が、第２箇所５５に重ならない。直線５４は、第３箇所５６にも重ならない。第１箇所５３は、第３配列溝４１Ｃのうち造形面１１からの深さがもっとも浅い箇所である。第２箇所５５は、第２配列溝４１Ｂのうち造形面１１からの深さがもっとも浅い箇所である。第３箇所５６は、第１配列溝４１Ａのうち造形面１１からの深さがもっとも浅い箇所である。なお、直線５４が第２箇所５５に重なっていてもよい。また、直線５４が第３箇所５６に重なっていてもよい。さらに、直線５４が第２箇所５５と第３箇所５６とに重なっていてもよい。

【0042】

上記の構成を有する三次元造形装置１は、ノズル孔３１から造形ステージ４に向かって造形材料を吐出することによって、造形ステージ４の造形面１１に造形物を形成することができる。このとき、三次元造形装置１では、ノズル孔３１から造形材料を吐出しつつ、吐出部２と造形ステージ４との相対的な位置を変化させることによって様々な立体形状の造形物を形成することができる。ノズル孔３１から造形ステージ４の造形面１１に吐出された造形材料は、複数の溝４１の内部に進入する。複数の溝４１の内部に進入した造形材料が固化すると、固化した部分のＺ軸に沿った位置が溝４１の側壁によって規制される。このため、造形ステージ４に形成される造形物が＋Ｚ方向へ移動することを抑制することができる。

【0043】

造形ステージ４によれば、内側壁５０と水平面とがなす角度αが鋭角である。複数の溝４１が円周に沿って形成されているので、角度αが鋭角である部分が、平面視で中心軸４４を起点として様々な方位に配置される。よって、様々な方位に対して造形物の固定力を均等にしやすい。このため、角度αが鋭角である部分が特定の方向に偏っている場合に比較して、造形物を安定して固定することができる。

【0044】

造形ステージ４によれば、造形面１１に、各配列４２の円周に沿って所定の弧度を有する複数の溝４１が形成されている。複数の溝４１は、それぞれ、平面視で、第１方向Ｒ１に向かって造形面１１からの深さが深くなる方向に傾斜する。造形面１１に堆積した造形材料が溝４１の第２部分４６に進入することによって、造形物を造形ステージ４に固定することができる。そして、溝４１の深さが浅くなる向きに造形物を造形ステージ４に対して回転させることによって、造形物を造形ステージ４から容易に分離することができる。

【0045】

本実施形態では、同心円状に配列する第１配列４２Ａ、第２配列４２Ｂ及び第３配列４２Ｃが形成されている。このため、第１配列４２Ａ、第２配列４２Ｂ及び第３配列４２Ｃのいずれか１つの場合に比較して、造形物を安定して固定することができる。

【0046】

三次元造形装置１では、ノズル１８で造形材料を造形面１１に塗布するときに、平面視で、ノズル１８の位置を第１方向Ｒ１に変化させながら塗布することが好ましい。さらに、このとき、第１円４３Ａ、第２円４３Ｂ及び第３円４３Ｃのそれぞれの円周に沿って、造形ステージ４に対するノズル１８の位置を第１方向Ｒ１に変化させながら塗布することが好ましい。この三次元造形方法によれば、造形材料を造形面１１に塗布するときに、ノズル１８から吐出される造形材料を溝４１の深さが浅い側から深い側に向かって塗布することができる。これにより、溝４１の内部に造形材料を進入させやすいので造形物を造形ステージ４に固定させやすい。

【0047】

造形ステージ４に対するノズル１８の位置を第１方向Ｒ１に変化させることは、ノズル１８を移動させることによって達成することができる。造形ステージ４に対するノズル１８の位置を第１方向Ｒ１に変化させることは、造形ステージ４を移動させることによっても達成することができる。さらに、造形ステージ４に対するノズル１８の位置を第１方向Ｒ１に変化させることは、ノズル１８及び造形ステージ４の双方を移動させることによっても達成することができる。なお、ノズル孔３１の形状は、円形に限定されない。

【0048】

造形材料を造形面１１に塗布するときに、平面視で、中心軸４４を中心に造形面１１を第２方向Ｒ２に回転させる方法が採用され得る。この三次元造形方法によれば、造形材料を造形面１１に塗布するときに、ノズル１８から吐出される造形材料を溝４１の深さが浅い側から深い側に向かって塗布することができる。

【0049】

また、造形材料を造形ステージ４から分離するときに、造形面１１を平面視したときに、中心軸４４を回転軸として造形ステージ４に対する造形材料の回転位置を第２方向Ｒ２に変化させることが好ましい。この三次元造形方法によれば、造形材料を造形ステージ４から分離するときに、造形ステージ４に対する造形材料の回転位置を第２方向Ｒ２に変化させることができる。これにより、溝４１の内部の造形材料を溝４１の深さが深い側から浅い側に向かって変位させることができる。この結果、造形材料を造形ステージ４から容易に分離することができる。

【0050】

造形ステージ４に対する造形材料の位置を第２方向Ｒ２に変化させることは、造形材料を回転させることによって達成することができる。造形ステージ４に対する造形材料の位置を第２方向Ｒ２に変化させることは、造形ステージ４を回転させることによっても達成することができる。さらに、造形ステージ４に対する造形材料の位置を第２方向Ｒ２に変化させることは、造形材料及び造形ステージ４の双方を回転させることによっても達成することができる。

【符号の説明】

【0051】

１…三次元造形装置、２…吐出部、３…供給装置、４…造形ステージ、５…移動機構部、６…制御部、１１…造形面、１３…Ｘモーター、１４…Ｙモーター、１５…Ｚモーター、１６…θモーター、１７…可塑化部、１８…ノズル、１９…粒状材料、２０…供給路、２１…スクリューケース、２２…駆動モーター、２３…ヒーター、２４…スクリュー、２５…バレル、２６…スクリュー溝、２７…溝形成面、２８…スクリュー対向面、２９…連通孔、３０…ノズル流路、３１…ノズル孔、３３…スクリュー中央部、３４…凸条部、３５…側面、３６…材料導入口、３７…案内溝、４１…溝、４１Ａ…第１配列溝、４１Ｂ…第２配列溝、４１Ｃ…第３配列溝、４２…配列、４２Ａ…第１配列、４２Ｂ…第２配列、４２Ｃ…第３配列、４３Ａ…第１円、４３Ｂ…第２円、４３Ｃ…第３円、４４…中心軸、４５…第１部分、４６…第２部分、４７…開口部、４８…第１開口幅、４９…底幅、５０…内側壁、５１…第２開口幅、５３…第１箇所、５４…直線、５５…第２箇所、５６…第３箇所、Ｒ１…第１方向、Ｒ２…第２方向、ＲＸ…中心軸、ＲＺ…回転軸、α…角度。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】