特開 2024-168494 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】P2024168494

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】三次元造形装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/118 20170101AFI20241128BHJP

   B29C 64/295 20170101ALI20241128BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20241128BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20241128BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

B29C64/118

B29C64/295

B33Y30/00

B33Y50/02

B29C64/393

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023085217

(22)【出願日】2023-05-24

(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】寺本 達哉

【テーマコード（参考）】

4F213

【Ｆターム（参考）】

4F213AC01

4F213AC04

4F213AP06

4F213AP19

4F213AQ03

4F213AR07

4F213WA25

4F213WB01

4F213WK03

4F213WL02

4F213WL74

4F213WL85

4F213WL87

(57)【要約】

【課題】三次元造形装置において、造形物に反りなどの成形不良が生じた場合、エネルギー源が造形物に接触する可能性ある。
【解決手段】三次元造形装置は、第１ヒーターを有し、材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部と、可塑化材料を吐出するノズルと、を有する吐出部と、可塑化材料が積層されるステージと、ステージに積層された可塑化材料を加熱する第２ヒーターを有し、少なくとも三次元造形物の造形時において、ノズルの先端よりも上方に位置する加熱部と、加熱部の位置ずれを検知するセンサーと、を備える。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１ヒーターを有し、材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部と、前記可塑化材料を吐出するノズルと、を有する吐出部と、
前記可塑化材料が積層されるステージと、
前記ステージに積層された前記可塑化材料を加熱する第２ヒーターを有し、少なくとも三次元造形物の造形時において、前記ノズルの先端よりも上方に位置する加熱部と、
前記加熱部の位置ずれを検知するセンサーと、
を備える三次元造形装置。

【請求項2】

請求項１に記載の三次元造形装置であって、
前記吐出部及び前記加熱部が配置された可動部と、
前記可動部の前記ステージに対する相対的な位置を変更する移動部と、を有し、
前記センサーは、接触式のセンサーであり、
前記センサーが延びる方向に沿って見て、前記センサーの少なくとも一部を囲む壁部を有する構造物を備え、
前記センサーは、前記可動部及び前記加熱部のいずれか一方に固定され、前記構造物は、前記可動部及び前記加熱部のうち前記センサーが固定されている方とは異なる他方に固定される、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、
前記構造物には、前記センサーが延びる方向に沿って延びる第１穴が設けられている、三次元造形装置。

【請求項4】

請求項３に記載の三次元造形装置であって、
前記構造物には、前記第１穴が延びる方向と交わる方向に延び、前記第１穴と連通する第２穴が設けられており、
前記構造物は、前記第２穴に挿入された部材を有する、三次元造形装置。

【請求項5】

請求項２に記載の三次元造形装置であって、
前記センサーによって前記位置ずれが検知された場合に、前記移動部を制御して、前記加熱部を前記ステージから相対的に離すように構成された制御部を備える三次元造形装置。

【請求項6】

請求項３に記載の三次元造形装置であって、
前記第１穴の底部は、前記センサーの先端の一部に対応する形状を有する、三次元造形装置。

【請求項7】

請求項２に記載の三次元造形装置であって、
前記センサーが延びる方向に沿って見て、前記センサーは、前記壁部に囲まれた空間の中心から偏心した位置に配置される、三次元造形装置。

【請求項8】

請求項２に記載の三次元造形装置において、
前記センサーが延びる方向に沿って見て、前記センサーの一部は、前記壁部の一部と重なる、三次元造形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、三次元造形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、三次元造形技術において、層間密着性を向上させるために、ヘッドに支持アームを介して接続されたエネルギー源によって前層を加熱し、加熱した前層の上に後続層を積層する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２０１７－５２３０６３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に記載された技術において、例えば、造形物に反りなどの成形不良が生じた場合、エネルギー源が造形物に接触する可能性がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の第１の形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、第１ヒーターを有し、材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部と、前記可塑化材料を吐出するノズルと、を有する吐出部と、前記可塑化材料が積層されるステージと、前記ステージに積層された前記可塑化材料を加熱する第２ヒーターを有し、少なくとも三次元造形物の造形時において、前記ノズルの先端よりも上方に位置する加熱部と、前記加熱部の位置ずれを検知するセンサーと、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す第１の図である。

【図2】第１実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す第２の図である。

【図3】スクリューの概略構成を示す斜視図である。

【図4】バレルの概略平面図である。

【図5】加熱部及び可動部の概略構成を示す斜視図である。

【図6】加熱部の分解斜視図である。

【図7】検知機構の斜視図である。

【図8】検知機構の断面図である。

【図9】加熱部退避処理のフローチャートである。

【図10】第２実施形態における検知機構の断面図である。

【図11】検知機構の他の実施形態を示す図である。

【図12】検知機構の他の実施形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における三次元造形装置１００の概略構成を示す第１の図である。図２は、第１実施形態における三次元造形装置１００の概略構成を示す第２の図である。図１及び図２には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向に沿った矢印が表されている。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向は、互いに直交する３つの空間軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿った方向であり、それぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿う一方側の方向と、その反対方向とを、両方含む。Ｘ軸及びＹ軸は、水平面に沿った軸であり、Ｚ軸は、鉛直線に沿った軸である。－Ｚ方向は、鉛直方向であり、＋Ｚ方向は、鉛直方向とは逆向きの方向である。－Ｚ方向のことを「下」ともいい、＋Ｚ方向のことを「上」ともいう。他の図においても、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に沿った矢印が、適宜、表されている。図１及び図２におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向と、他の図におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向とは、同じ方向を表している。

【0008】

三次元造形装置１００は、吐出部２００と、ステージ３００と、移動部４００と、制御部５００と、可動部７００とを備える。

【0009】

制御部５００は、三次元造形装置１００全体の動作を制御する制御装置である。制御部５００は、１つ、又は、複数のプロセッサーと、メモリーと、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る。制御部５００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が実行することによって、三次元造形物を造形するための造形処理を実行する機能や、後述するキャリブレーション処理を実行する処理等、種々の機能を発揮する。なお、制御部５００は、コンピューターによって構成される代わりに、各機能の少なくとも一部を実現するための複数の回路を組み合わせた構成により実現されてもよい。

【0010】

吐出部２００は、制御部５００の制御下において、固体状態の材料を溶融させてペースト状にした可塑化材料を、三次元造形物の基台となる造形用のステージ３００上に吐出する。吐出部２００は、可塑化材料に転化される前の材料の供給源である材料供給部２０と、材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部３０と、生成された可塑化材料を吐出するノズル６１とを備える。吐出部２００のことをヘッドとも呼ぶ。

【0011】

本実施形態の三次元造形装置１００は、吐出部２００として、第１吐出部２００ａと、第２吐出部２００ｂとを備える。第１吐出部２００ａは、材料供給部２０として第１材料供給部２０ａを備え、可塑化部３０として第１可塑化部３０ａを備え、ノズル６１として第１ノズル６１ａを備える。第２吐出部２００ｂは、材料供給部２０として第２材料供給部２０ｂを備え、可塑化部３０として第２可塑化部３０ｂを備え、ノズル６１として第２ノズル６１ｂを備える。第１吐出部２００ａと第２吐出部２００ｂとは、第１ノズル６１ａのＹ方向における位置と第２ノズル６１ｂのＹ方向における位置とが一致するように、Ｘ方向に並んで配置されている。本実施形態では、第２吐出部２００ｂは、第１吐出部２００ａの＋Ｘ方向の位置に配置されている。第１吐出部２００ａの構成と第２吐出部２００ｂの構成とは同様であるため、以下では、両者を特に区別しない場合、両者を単に吐出部２００と呼ぶことがある。また、両者の構成部材を区別する場合、第１吐出部２００ａの構成部材には、符号「ａ」を付し、第２吐出部２００ｂの構成部材には、符号「ｂ」を付して表記する。

【0012】

材料供給部２０には、ペレットや粉末等の状態の材料が収容されている。材料としては、例えば、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）やＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰ（ポリプロピレン）などの樹脂材料が用いられる。本実施形態における材料供給部２０は、ホッパーによって構成されている。図２に示すように、材料供給部２０の下方には、材料供給部２０と可塑化部３０との間を接続する供給路２２が設けられている。材料供給部２０は、供給路２２を介して、可塑化部３０に材料を供給する。

【0013】

図２に示すように、可塑化部３０は、スクリューケース３１と、駆動モーター３２と、スクリュー４０と、バレル５０とを備えている。可塑化部３０は、材料供給部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可塑化材料を生成して、ノズル６１に供給する。「可塑化」とは、溶融を含む概念であり、固体から流動性を有する状態に変化させることである。具体的には、ガラス転移が起こる材料の場合、可塑化とは、材料の温度をガラス転移点以上にすることである。ガラス転移が起こらない材料の場合、可塑化とは、材料の温度を融点以上にすることである。

【0014】

図３は、スクリュー４０のスクリュー下面４２側の概略構成を示す斜視図である。図４は、バレル５０のバレル上面５２側を示す概略平面図である。スクリュー４０は、その中心軸ＲＸに沿った方向である軸線方向における長さが軸線方向に直交する方向における長さよりも小さい略円柱状を有する。スクリュー４０は、その回転中心となる中心軸ＲＸがＺ方向に平行になるように配置される。スクリュー４０は、フラットスクリューや、ローター、スクロールとも呼ばれる。

【0015】

図２に示すように、スクリュー４０は、スクリューケース３１内に収納されている。スクリュー４０のスクリュー上面４１側は駆動モーター３２に連結されており、スクリュー４０は、駆動モーター３２が発生させる回転駆動力によって、スクリューケース３１内で回転する。駆動モーター３２は、制御部５００の制御下において駆動する。なお、スクリュー４０は、減速機を介して駆動モーター３２によって駆動されてもよい。

【0016】

図３に示すように、スクリュー下面４２には、渦状の溝部４５が形成されている。上述した材料供給部２０の供給路２２は、スクリュー４０の側面から、溝部４５に連通する。溝部４５は、スクリュー４０の側面に形成された材料導入口４４まで連続している。この材料導入口４４は、材料供給部２０の供給路２２を介して供給された材料を受け入れる部分である。図３に示すように、本実施形態では、溝部４５は、凸条部４６によって隔てられて３本分形成されている。なお、溝部４５の数は、３本に限られず、１本でもよいし、２本以上であってもよい。溝部４５は、渦状に限らず、螺旋状あるいはインボリュート曲線状であってもよいし、中央部４７から外周に向かって弧を描くように延びる形状であってもよい。

【0017】

図２に示すように、バレル５０は、スクリュー４０の下方に配置されている。バレル上面５２は、スクリュー下面４２に面しており、スクリュー下面４２の溝部４５と、バレル上面５２との間には空間が形成される。バレル５０には、スクリュー４０の中心軸ＲＸ上に、後述するノズル６１のノズル流路６５に連通する連通孔５６が設けられている。バレル５０には、スクリュー４０の溝部４５に対向する位置に第１ヒーター５８が内蔵されている。第１ヒーター５８の温度は、制御部５００によって制御される。

【0018】

図４に示すように、バレル上面５２における連通孔５６の周りには、複数の案内溝５４が形成されている。それぞれの案内溝５４は、その一端が連通孔５６に接続され、連通孔５６からバレル上面５２の外周に向かって渦状に延びている。それぞれの案内溝５４は、可塑化材料を連通孔５６に導く機能を有している。なお、案内溝５４の一端が連通孔５６に接続されていなくてもよい。また、バレル５０には案内溝５４が形成されていなくてもよい。

【0019】

スクリュー４０の溝部４５内に供給された材料は、溝部４５内において可塑化されながら、スクリュー４０の回転によって溝部４５に沿って流動し、可塑化材料としてスクリュー４０の中央部４７へと導かれる。中央部４７に流入した流動性を発現しているペースト状の可塑化材料は、連通孔５６を介してノズル６１に供給される。なお、可塑化材料を構成する全ての種類の物質が可塑化していなくてもよく、可塑化材料を構成する物質のうちの少なくとも一部の種類の物質が可塑化することによって、可塑化材料が全体として流動性を有する状態に転化されていればよい。

【0020】

図２に示すように、ノズル６１は、ノズル流路６５と、ノズル６１の先端６３に設けられたノズル開口６２とを備えている。ノズル流路６５は、ノズル６１内に形成された可塑化材料の流路であり、上述したバレル５０の連通孔５６に接続されている。ノズル開口６２は、ノズル流路６５の大気に連通する側の端部に設けられた、ノズル流路６５の流路断面が縮小された部分である。第１ノズル６１ａの第１先端６３ａには第１ノズル開口６２ａが形成され、第２ノズル６１ｂの第２先端６３ｂには第２ノズル開口６２ｂが形成されている。可塑化部３０によって生成された可塑化材料は、連通孔５６を介してノズル６１へ供給され、ノズル流路６５を介してノズル開口６２から吐出される。

【0021】

ステージ３００は、ノズル開口６２に対向する位置に配置されている。三次元造形装置１００は、ノズル開口６２からステージ３００の造形面３２１に向かって可塑化材料を吐出させ、造形面３２１に可塑化材料の層を積層することによって三次元造形物を造形する。造形面３２１に積層される可塑化材料の層のことを造形層とも呼ぶ。ステージ３００の詳細については後述する。

【0022】

移動部４００は、ノズル６１とステージ３００との相対的な位置を変化させる。本実施形態では、移動部４００は、吐出部２００を積層方向であるＺ方向に沿って移動させ、ステージ３００を積層方向と交差する方向に移動させることによって、ノズル６１とステージ３００との相対的な位置を変化させる。より具体的には、本実施形態の移動部４００は、吐出部２００をＺ方向に沿って移動させることによって、Ｚ方向におけるノズル６１とステージ３００との相対的な位置を変化させ、ステージ３００をＺ方向と直交するＸ方向及びＹ方向に移動させることによって、Ｘ方向及びＹ方向におけるノズル６１とステージ３００との相対的な位置を変化させる。

【0023】

図１に示すように、移動部４００は、ステージ３００をＸ方向に沿って移動させる第１電動アクチュエーター４１０と、ステージ３００と第１電動アクチュエーター４１０とをＹ方向に沿って移動させる第２電動アクチュエーター４２０と、吐出部２００をＺ方向に沿って移動させる第３電動アクチュエーター４３０とによって構成されている。第１電動アクチュエーター４１０、第２電動アクチュエーター４２０、及び、第３電動アクチュエーター４３０は、制御部５００の制御下で駆動される。第３電動アクチュエーター４３０は、第１吐出部２００ａ及び第２吐出部２００ｂが配置された可動部７００をＺ方向に沿って移動させることによって、第１吐出部２００ａ及び第２吐出部２００ｂをＺ方向に沿って移動させる。なお、図２では、第３電動アクチュエーター４３０及び可動部７００は省略されている。なお、移動部４００は、エアシリンダー等の他のアクチュエーターによって構成されていてもよい。

【0024】

図１に示すように、可動部７００は、加熱部６００を支持することによって、加熱部６００をステージ３００と対向する位置に配置する。従って、本実施形態における第３電動アクチュエーター４３０は、吐出部２００と可動部７００との位置関係を維持した状態で、吐出部２００とともに可動部７００をＺ方向に沿って移動させる。つまり、可動部７００は、ノズル６１とともにステージ３００との相対的な位置が変化するように構成されている。また、可動部７００によって支持される加熱部６００は、ノズル６１とともにステージ３００との相対的な位置が変化するように構成されている。このような構成により、可動部７００は、吐出部２００及び加熱部６００のステージ３００に対する相対的な位置を、吐出部２００及び加熱部６００を連動させて変更する。

【0025】

上記のとおり、本実施形態では、移動部４００は、ステージ３００をＸ方向及びＹ方向に沿って移動させ、吐出部２００をＺ方向に沿って移動させる。これに対して、移動部４００は、例えば、ステージ３００をＺ方向に移動させ、吐出部２００をＸ方向及びＹ方向に沿って移動させてもよい。また、移動部４００は、吐出部２００を移動させずにステージ３００をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動させてもよい。その他、移動部４００は、ステージ３００を移動させずに吐出部２００をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動させてもよい。

【0026】

以下では、ステージ３００に対するノズル６１の相対的な位置の変化を、単に、ノズル６１の移動と呼ぶこともある。本実施形態では、例えば、ノズル６１に対してステージ３００を＋Ｘ方向に移動させたことを、ノズル６１を－Ｘ方向に移動させたと言い換えることもできる。また、同様に、ステージ３００に対する吐出部２００や加熱部６００や可動部７００の相対的な位置の変化を、単に、吐出部２００や加熱部６００や可動部７００の移動と呼ぶこともある。

【0027】

図５は、本実施形態における加熱部６００及び可動部７００の概略構成を示す斜視図である。図６は、加熱部６００の分解斜視図である。図５及び図６に示すように、加熱部６００は、ステージ３００に積層された可塑化材料を加熱して層間密着性を高めるための第２ヒーター６１０と、第２ヒーター６１０の熱を可塑化材料に伝える加熱板６２０と、加熱板６２０を支持するフレーム部６３０と、断熱材によって構成された断熱部６５０とを有している。図６に示すように、加熱板６２０と、第２ヒーター６１０と、フレーム部６３０と、断熱部６５０とは、下からこの順で積層されている。

【0028】

図２、図５及び図６に示すように、加熱部６００には、加熱部６００をその面方向と直交する方向に貫通する貫通孔６０１が形成されている。本実施形態では、加熱部６００には、貫通孔６０１として、第１貫通孔６０１ａと、第２貫通孔６０１ｂとが形成されている。第１貫通孔６０１ａと第２貫通孔６０１ｂとは、加熱部６００のＹ方向における中央部に形成されている。第２貫通孔６０１ｂは、第１貫通孔６０１ａの＋Ｘ方向側に形成されている。以下では、第１貫通孔６０１ａと第２貫通孔６０１ｂとを特に区別しない場合、両者を単に貫通孔６０１とも呼ぶ。図６に示すように、本実施形態では、貫通孔６０１は、第２ヒーター６１０をＺ方向に貫通するように形成された孔ＨＬ１と、加熱板６２０をＺ方向に貫通するように形成された孔ＨＬ２とが、Ｚ方向に連なることによって形成されている。

【0029】

ノズル６１の少なくとも一部は、可塑化材料を吐出して三次元造形物を造形しているとき、図２に示すように、貫通孔６０１内に位置する。図２では、Ｚ方向に沿って見たときに、ノズル６１の周囲が加熱部６００によって囲われているとも言える。以下では、「可塑化材料を吐出して三次元造形物を造形しているとき」のことを、単に、「三次元造形物の造形時」や「造形時」とも呼ぶ。本実施形態では、三次元造形物の造形時には、ノズル開口６２は、Ｚ方向において、加熱面６２１と造形面３２１との間に配置される。なお、この「加熱面６２１と造形面３２１との間」は、加熱面６２１と同じ位置や造形面３２１と同じ位置を含まない。そのため、少なくとも三次元造形物の造形時には、図２に示すように、加熱部６００は、ノズル６１の先端６３よりも上方に位置する。

【0030】

ノズル６１は、造形時以外に貫通孔６０１内に位置していなくてもよい。例えば、２つの吐出部２００のうち、三次元造形物の造形時に使用されない吐出部２００は、制御部５００による制御下で、図１に示した第４電動アクチュエーター４４０により加熱部６００に対して上方に移動されることにより、ノズル６１が加熱部６００の上方に移動される。このように、第４電動アクチュエーター４４０は、吐出部２００をＺ方向に沿って移動させることによって、ノズル６１が貫通孔６０１内に位置する状態と、ノズル６１が加熱部６００の上方に位置することによって貫通孔６０１内に位置しない状態とを、切り替える。なお、他の実施形態では、第４電動アクチュエーター４４０は、例えば、加熱部６００を吐出部２００に対してＺ方向に沿って移動させることによって、ノズル６１が貫通孔６０１内に位置する状態と位置しない状態とを切り替えるように構成されていてもよい。

【0031】

図６に示した第２ヒーター６１０は、矩形板状を有するラバーヒーターによって構成されている。第２ヒーター６１０は、図示しない配線を介して制御部５００と電気的に接続されている。第２ヒーター６１０の出力及び温度は、制御部５００によって制御される。他の実施形態では、第２ヒーター６１０は、例えば、ハロゲンヒーターや、ニクロム線ヒーター、カーボンヒーター等によって構成されていてもよい。

【0032】

本実施形態では、加熱板６２０は、矩形板状を有している。加熱板６２０の下面は、加熱面６２１を形成する。加熱面６２１とは、加熱部６００の面のうち、造形面３２１に近い面のことを指す。加熱板６２０の上面には、第２ヒーター６１０が直接、貼り付けられている。加熱板６２０は、第２ヒーター６１０から供給される熱を、加熱面６２１を介して、造形層に供給する。他の実施形態では、第２ヒーター６１０は、例えば、接着剤を介して加熱板６２０に固定されていてもよいし、ボルト等の締結具によって加熱板６２０に固定されていてもよい。

【0033】

本実施形態では、加熱板６２０は、アルミニウムによって形成されている。これにより、例えば、加熱板６２０が鉄鋼やステンレス鋼によって形成されている場合と比較して、加熱板６２０によって第２ヒーター６１０の熱をより効率良く可塑化材料に伝えることができ、かつ、加熱板６２０を軽量化できる。他の実施形態では、加熱板６２０は、例えば、鉄鋼やステンレス鋼等によって形成されてもよい。

【0034】

可動部７００は、加熱部６００の姿勢の変更を許容可能に構成された姿勢変更部８００を有している。より詳細には、本実施形態における可動部７００は、支持部材７１０と、姿勢変更部８００として機能する吊り下げ部８１０とを有している。

【0035】

支持部材７１０は、ノズル６１とともにステージ３００との相対位置が変更するように可動部７００に備えられている。本実施形態における支持部材７１０は、固定板７１１と、一対の腕部７１２とを有している。固定板７１１は、Ｘ方向に長尺な矩形状の板状を有しており、その板面がＸ方向及びＺ方向に沿い、かつ、その長手方向がＸ方向に沿うように可動部７００に備えられている。固定板７１１のことを、背面プレートともいう。腕部７１２は、固定板７１１から－Ｙ方向に向かって延び、かつ、Ｘ方向において互いに向かい合うように固定板７１１に固定されている。

【0036】

図５に示すように、本実施形態では、可動部７００は、３つの吊り下げ部８１０を有している。本実施形態では、第１吊り下げ部８１０Ａは、加熱部６００のＹ方向における端部のＸ方向における中央部を吊り下げて支持している。より詳細には、第１吊り下げ部８１０Ａは、固定板７１１のＸ方向における中央部から加熱部６００を－Ｚ方向に吊り下げて支持している。第２吊り下げ部８１０Ｂ及び第３吊り下げ部８１０Ｃは、加熱部６００のＹ方向における中央位置よりも－Ｙ方向側を支持している。より詳細には、第２吊り下げ部８１０Ｂは、－Ｘ方向側に配置された腕部７１２から加熱部６００を－Ｚ方向に吊り下げて支持している。第３吊り下げ部８１０Ｃは、＋Ｘ方向側に配置された腕部７１２から加熱部６００を－Ｚ方向に吊り下げて支持している。

【0037】

図５に示すように、第２吊り下げ部８１０Ｂ及び第３吊り下げ部８１０Ｃの下側の端部は、第１固定部材６３１を介して、加熱部６００のフレーム部６３０に固定されている。第２吊り下げ部８１０Ｂ及び第３吊り下げ部８１０Ｃの上端部は、第２固定部材８０１を介して、腕部７１２に固定されている。第１吊り下げ部８１０Ａの下側の端部は、第３固定部材６３２を介して、フレーム部６３０に固定されている。第１吊り下げ部８１０Ａの上端部は、第４固定部材８０２を介して、固定板７１１に固定されている。

【0038】

３つの吊り下げ部８１０は、それぞれ、Ｚ方向に沿った長さが調整可能に構成されている。ユーザーは、３つの吊り下げ部８１０の長さをそれぞれ調整することで、ステージ３００の造形面３２１と加熱部６００の加熱面６２１との平行度を調整できる。

【0039】

第１吊り下げ部８１０Ａ、第２吊り下げ部８１０Ｂ、及び、第３吊り下げ部８１０Ｃは、それぞれ、上端及び下端にロッドエンドを備えてもよい。この場合、第１固定部材６３１、第２固定部材８０１、第３固定部材６３２、及び、第４固定部材８０２は、ロッドエンドを、支持部材７１０に対して回転可能に支持する支持部を備える。このような構成によれば、ステージ３００に対する加熱板６２０の平行度を保ちつつ、加熱板６２０が支持部材７１０に対して揺れ動くことが可能なように、加熱板６２０を支持部材７１０に吊り下げることができる。これにより、加熱板６２０が造形物に接触した際に、造形物に与える衝撃を小さくできる。

【0040】

図５に示すように、本実施形態の三次元造形装置１００は、加熱部６００の位置ずれを検知するための検知機構９００を備える。

【0041】

図７は、検知機構９００の斜視図である。図８は、検知機構９００の断面図である。検知機構９００は、可動部７００に固定されたセンサー９１０と、加熱部６００に固定された構造物９２０とを有する。

【0042】

本実施形態では、センサー９１０は、Ｌ字形のステー９１１を介して、可動部７００に備えられた支持部材７１０のうちの固定板７１１に固定されている。センサー９１０は、制御部５００に接続されている。センサー９１０は、長手方向を有し、棒状の形状を有する接触式のセンサーである。センサー９１０のことを、触覚スイッチともいう。センサー９１０は、その長手方向がＺ方向に沿うように、ステー９１１によって可動部７００に固定される。センサー９１０は、半球状の先端を有する先端部９１２を有している。センサー９１０は、先端部９１２に、Ｘ方向、Ｙ方向、又は、Ｚ方向から物体が接触した場合に、物体が接触したことを示す接触信号を制御部５００に送信する。なお、他の実施形態では、センサー９１０は、支持部材７１０のうちの腕部７１２に固定されてもよい。

【0043】

構造物９２０は、加熱部６００に固定される基部９２１と、センサー９１０に接触可能に設けられた壁部９２２と、を備える。本実施形態では、基部９２１は、加熱部６００のうちのフレーム部６３０に固定される。基部９２１には、長穴９２３が形成されており、この長穴９２３を通じてネジ９２４がフレーム部６３０に設けられたネジ穴６３９に螺合することで、構造物９２０が加熱部６００に固定される。長穴９２３は、構造物９２０の加熱部６００に対する固定位置を調整するために設けられている。

【0044】

本実施形態において、壁部９２２は、センサー９１０が延びる方向である－Ｚ方向に沿って見て、センサー９１０の少なくとも一部を囲む。図７に示すように、本実施形態では、－Ｚ方向に沿って見て、壁部９２２の内周は真円である。本実施形態では、－Ｚ方向に沿って見て、センサー９１０の先端部９１２の外周と、壁部９２２の内周とは、同心円である。本実施形態における壁部９２２は、基部９２１に設けられた凸部９２５の上面に凹部９２６が形成されることで構成されている。

【0045】

構造物９２０には、センサー９１０が延びる方向に沿って延びる第１穴９２７が設けられている。本実施形態では、第１穴９２７は、凹部９２６の中心に設けられている。第１穴９２７は、構造物９２０をＺ方向に貫いている。第１穴９２７の直径は、センサー９１０の先端部９１２の直径とほぼ同じであり、センサー９１０の先端部９１２の直径よりもやや大きい。第１穴９２７は、センサー９１０のＸ、Ｙ方向の位置決めに用いられる。ユーザーは、センサー９１０の先端部９１２を、第１穴９２７に挿入することで、センサー９１０のＸ方向及びＹ方向の位置決めを行う。ユーザーは、その後、センサー９１０を、＋Ｚ方向に移動させ、センサー９１０のＺ方向の位置を、ステー９１１に設けられた長穴９１３で調整する。長穴９１３にネジ９１４を挿入し、固定板７１１に設けられたネジ穴にネジ９１４を螺合させることで、センサー９１０がステー９１１により固定板７１１に固定される。センサー９１０を固定板７１１に固定した後、ユーザーは、センサー９１０のステー９１１に対する取り付け高さを、ステー９１１に設けられたナット９１５によって微調整可能である。

【0046】

構造物９２０には、第２穴９２８が設けられている。第２穴９２８は、第１穴９２７が延びる方向と交わる方向に延びる。本実施形態では、第１穴９２７が延びる方向はＺ方向であり、第２穴９２８が延びる方向はＹ方向である。第２穴９２８は、構造物９２０内において、第１穴９２７と連通する。構造物９２０は、第２穴９２８に挿入された部材である挿入部材９２９を有する。本実施形態では、挿入部材９２９の最も上部の位置は、凹部９２６の底面よりも低い位置にある。挿入部材９２９は、第１穴９２７を用いたセンサー９１０の位置決めが行われた後に、第２穴９２８に挿入される。つまり、挿入部材９２９は、センサー９１０が第１穴９２７から抜かれた後に、第２穴９２８に挿入される。

【0047】

以上のように構成された検知機構９００では、加熱部６００が造形物やステージ３００に接触して、加熱部６００がＸ方向又はＹ方向に位置ずれした場合に、その位置ずれを、センサー９１０が壁部９２２に接触することで検知できる。また、加熱部６００が＋Ｚ方向に位置ずれした場合に、その位置ずれを、センサー９１０が凹部９２６の底面又は挿入部材９２９に接触することで検知できる。検知機構９００の感度は、構造物９２０に対する壁部９２２の形成位置によって定まる。壁部９２２の内周の直径が小さいほど、検知機構９００による検知の感度が高まり、壁部９２２の内周の直径が大きいほど、感度が低くなる。

【0048】

図９は、制御部５００が実行する加熱部退避処理のフローチャートである。この処理は、三次元造形装置が動作している間に、所定のサイクルで繰り返し実行される。

【0049】

ステップＳ１０において、制御部５００は、センサー９１０から接触信号を受信したか否かを判断する。センサー９１０から接触信号を受信したと判断した場合、制御部５００は、ステップＳ２０において、移動部４００の第３電動アクチュエーター４３０を制御し、可動部７００を＋Ｚ方向に移動させることで、加熱部６００をステージ３００から相対的に離すように、加熱部６００を上昇させる。このとき、加熱部６００を相対的に上昇させる距離は、例えば、５ｍｍ～５０ｍｍである。その後、ステップＳ３０において、制御部５００は、三次元造形装置１００の動作を停止させる。

【0050】

ステップＳ１０において、接触信号を受信していないと判断した場合、制御部５００は、ステップＳ２０及びステップＳ３０をスキップする。

【0051】

制御部５００は、上述したステップＳ３０において、三次元造形装置１００の動作を停止させるとともに、三次元造形装置１００に備えられた表示装置又は表示灯を用いてユーザーに、加熱部６００に位置ずれが生じたことを警告してもよい。また、制御部５００は、スピーカーから音を出力することで警告を行ってもよい。また、制御部５００は、予め設定されたメールアドレスに、警告内容を表す電子メールを送信してもよい。

【0052】

以上で説明した第１実施形態の三次元造形装置１００によれば、加熱部６００の位置ずれを検知するためのセンサー９１０が備えられているので、造形物との接触による加熱部６００の位置ずれを検知できる。そのため、ユーザーは、例えば、造形物に反りが発生しているなどの成形不良を察知できる。また、例えば、造形時において、加熱部６００が＋Ｚ方向から－Ｚ方向に変化したような場合において、加熱部６００が造形物に接触することを検知できる。

【0053】

また、本実施形態の三次元造形装置１００は、構造物９２０を備えており、センサーと、構造物９２０に備えられた壁部９２２との接触に基づいて、加熱部６００の位置ずれを検知する。そのため、センサー９１０が延びる方向であるＺ方向と交差するＸ、Ｙ方向への加熱部６００の位置ずれを検知できる。

【0054】

また、本実施形態では、構造物９２０に、センサー９１０が延びる方向に沿って延びる第１穴９２７が設けられている。そのため、第１穴９２７を用いることで、センサー９１０を容易に位置決めできる。

【0055】

また、本実施形態では、構造物９２０に、第１穴９２７が延びる方向と交わる方向に延び、第１穴９２７と連通する第２穴９２８が設けられている。そして、構造物９２０は、第２穴９２８に挿入された挿入部材９２９を有している。そのため、挿入部材９２９によって第１穴９２７の一部が埋まるため、センサー９１０が延びる方向に沿って相対的に加熱部６００がセンサー９１０に近づく位置ずれを検知できる。

【0056】

また、本実施形態では、センサー９１０によって位置ずれが検知された場合に、制御部５００は、可動部７００を移動させることにより、加熱部６００をステージ３００から相対的に離す。そのため、加熱部６００が造形物に接触し続けることを抑制でき、２つの物体間の荷重を逃がすことができる。これにより加熱部６００の故障を抑制できる。また、造形物を造形するための造形データや制御データに誤りがあり、意図せずに吐出部２００とともに加熱部６００が造形物やステージ３００に接近した場合に、加熱部６００やステージ３００が故障することを抑制できる。

【0057】

なお、本実施形態において、制御部５００は、図９に示した加熱部待避処理を、三次元造形装置１００が造形物を造形していない期間には実行しなくてもよい。三次元造形装置１００が造形物を造形していない期間とは、例えば、三次元造形装置１００に対して清掃やメンテナンスを行う期間である。このような期間に加熱部待避処理を実行しないこととすれば、ユーザーが誤って加熱部６００に触れた場合に、加熱部６００が意図せずに移動することを抑制できる。

【0058】

Ｂ．第２実施形態：
図１０は、第２実施形態における検知機構９００の断面図である。第２実施形態の検知機構９００は、構造物９２０ｂの構成が第２実施形態の構造物９２０と異なる。構造物９２０ｂを除く三次元造形装置１００の他の構成は第１実施形態と同じである。

【0059】

第２実施形態において、構造物９２０に設けられた第１穴９２７ｂの底部は、センサー９１０の先端の一部に対応する形状を有している。つまり、第２実施形態では、第１穴９２７ｂは、略半球状の窪みとして形成されている。第１穴９２７ｂの深さは、第１実施形態において、凹部９２６の底から、第２穴９２８に挿入される挿入部材９２９の最も上部までの距離に相当する。ユーザーは、第１穴９２７ｂの底部にセンサー９１０の先端部９１２を当てることで、センサー９１０のＸ、Ｙ方向の位置決めを行うことができる。また、センサー９１０は、第１穴９２７と先端部９１２との接触を検知することで、加熱部６００の＋Ｚ方向の位置ずれを検知できる。

【0060】

以上で説明した第２実施形態によれば、第１穴９２７ｂによって、センサー９１０のＸ、Ｙ方向の位置決めと、センサー９１０が延びる方向における加熱部６００の位置ずれの検知とを両方実現できる。そのため、構造物９２０を簡易な構造にできる。

【0061】

Ｃ．他の実施形態：
（Ｃ１）上記各実施形態では、センサー９１０の先端部９１２の外周と、壁部９２２の内周とは、同心円となっている。これに対して、図１１の上部に示す例Ａのように、センサー９１０が延びる方向である－Ｚ方向に沿って見て、センサー９１０は、壁部９２２に囲まれた空間のＸＹ平面における中心ＣＴから偏心した位置ＰＳに配置されていてもよい。このようにセンサー９１０が配置されることにより、壁部９２２に囲まれた空間の中心ＣＴから偏心した位置ＰＳに向かう方向において、センサー９１０から壁部９２２までの距離が小さくなるため、その方向への感度が高くなる。この結果、センサー９１０の感度に異方性を持たせることができる。その他、例えば、壁部９２２の内周を真円以外の形状、例えば、楕円や矩形とすることでも、センサー９１０の感度に異方性を持たせることが可能である。

【0062】

また、図１１の下部に示す例Ｂのように、－Ｚ方向に沿って見て、壁部９２２は、センサー９１０の周囲の全てを囲んでいなくてもよい。これにより、特定の方向への加熱部６００の位置ずれを検出しないように検知機構９００を構成することができる。

【0063】

（Ｃ２）上記各実施形態では、センサー９１０が延びる－Ｚ方向に沿って見て、センサー９１０と、壁部９２２とは重なっていない。これに対して、センサー９１０が延びる－Ｚ方向に沿って見て、センサー９１０の一部と、壁部９２２の一部とが重なるように構成されてもよい。例えば、図１２の上部に示す例Ｃでは、センサー９１０をＺ方向に対して傾斜するよう配置し、センサー９１０の先端部９１２の上方に壁部９２２を延伸させることで、－Ｚ方向に沿って見て、センサー９１０の一部が、壁部９２２の一部と重なるように構成している。このような構成であれば、加熱部６００の－Ｚ方向への位置ずれをセンサー９１０によって検出することができる。センサー９１０をＺ方向に対して傾斜させて配置する場合、第１穴９２７ｂを第２実施形態のように構成することで、センサー９１０が傾斜している場合であっても、センサー９１０のＸ、Ｙ方向の位置決めを行うことができる。

【0064】

また、図１２の下部に示す例Ｄのように、センサー９１０がＺ方向に沿って配置されている場合でも、センサー９１０の先端部９１２に鍔部９１６を設け、鍔部９１６の上方に壁部９２２を延伸させることで、－Ｚ方向に沿って見て、センサー９１０の一部と、壁部９２２の一部とが重なるように構成することができる。このような構成であっても、加熱部６００の－Ｚ方向への位置ずれをセンサー９１０によって検出することが可能である。

【0065】

（Ｃ３）上述した各実施形態では、センサー９１０が可動部７００に設けられ、構造物９２０が加熱部６００に設けられている。これに対して、センサー９１０が加熱部６００に設けられ、構造物９２０が可動部７００に設けられてもよい。

【0066】

（Ｃ４）上述した各実施形態において、ユーザーは、壁部９２２の内周の径や形状が異なる複数種類の構造物９２０を用意し、部品の精度、熱膨張率、接触時の許容変位量などを考慮して、それらから一の構造物９２０を選択し、三次元造形装置１００に取り付けてもよい。こうすることで、装置の保護と誤検知防止を図ることができる。

【0067】

（Ｃ５）上述した各実施形態において、壁部９２２は、壁部９２２によって囲われる空間の大きさを変化させる可変機構を備えてもよい。このような機構として、例えば、絞り機構やシャッター機構、スライド機構を採用することが可能である。このような機構によって、壁部９２２内の空間の大きさを変更可能であれば、検知機構９００による接触の検知範囲や感度を任意に調整できる。

【0068】

（Ｃ６）上述した各実施形態では、加熱部６００は、矩形板状を有している。しかし、加熱部６００の形状はこれに限らず、円形状でもよい。また、加熱部６００の形状は、板状に限らず、例えば、スポット状に熱を放射する円筒状や半球状の熱源であってもよい。

【0069】

（Ｃ７）上述した各実施形態では、構造物９２０に第１穴９２７，９２７ｂが設けられている。しかし、第１穴９２７，９２７ｂは必須ではなく、構造物９２０に設けられていなくてもよい。また、第１実施形態において、第２穴９２８及び挿入部材９２９を省略することも可能である。

【0070】

（Ｃ８）上述した第１実施形態では、制御部５００は、センサー９１０と加熱部６００との接触を検知した場合に、加熱部６００をステージ３００から離すように移動させている。これに対して、制御部５００は、センサー９１０と加熱部６００との接触を検知した場合に、加熱部６００を移動させず、ユーザーに対して警告を行うのみであってもよい。

【0071】

（Ｃ９）上記各実施形態では、三次元造形装置１００は、吐出部２００を２つ備えている。これに対して、三次元造形装置１００は、吐出部２００を１つのみ備えていてもよいし、３つ以上備えていてもよい。

【0072】

（Ｃ１０）上記各実施形態において、吐出部２００は、フラットスクリューによって材料を可塑化している。これに対して吐出部２００は、例えば、インラインスクリューを回転させることによって材料を可塑化するものであってもよい。また、吐出部２００は、フィラメント状の材料をヒーターで可塑化するものであってもよい。

【0073】

Ｄ．他の形態：
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、以下に記載する各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【0074】

（１）本開示の第１の形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、第１ヒーターを有し、材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部と、前記可塑化材料を吐出するノズルと、を有する吐出部と、前記可塑化材料が積層されるステージと、前記ステージに積層された前記可塑化材料を加熱する第２ヒーターを有し、少なくとも三次元造形物の造形時において、前記ノズルの先端よりも上方に位置する加熱部と、前記加熱部の位置ずれを検知するセンサーと、を備える。このような形態によれば、加熱部の位置ずれを検知できるので、成形の不良を察知できる。

【0075】

（２）上記形態において、前記吐出部及び前記加熱部が配置された可動部と、前記可動部の前記ステージに対する相対的な位置を変更する移動部と、を有し、前記センサーは、接触式のセンサーであり、前記センサーが延びる方向に沿って見て、前記センサーの少なくとも一部を囲む壁部を有する構造物を備え、前記センサーは、前記可動部及び前記加熱部のいずれか一方に固定され、前記構造物は、前記可動部及び前記加熱部のうち前記センサーが固定されている方とは異なる他方に固定されてもよい。このような形態によれば、センサーと構造物との接触に基づいて、加熱部の位置ずれを検知できる。

【0076】

（３）上記形態において、前記構造物には、前記センサーが延びる方向に沿って延びる第１穴が設けられてもよい。このような形態によれば、第１穴を用いることで、センサーを容易に位置決めできる。

【0077】

（４）上記形態において、前記構造物には、前記第１穴が延びる方向と交わる方向に延び、前記第１穴と連通する第２穴が設けられており、前記構造物は、前記第２穴に挿入された部材を有してもよい。このような形態によれば、センサーが延びる方向に沿って相対的に加熱部がセンサーに近づく位置ずれを検知できる。

【0078】

（５）上記形態において、前記センサーによって前記位置ずれが検知された場合に、前記移動部を制御して、前記加熱部を前記ステージから相対的に離すように構成された制御部を備えてもよい。このような形態によれば、加熱部が造形物に接触し続けることを抑制できる。

【0079】

（６）上記形態において、前記第１穴の底部は、前記センサーの先端の一部に対応する形状を有してもよい。このような形態であれば、簡易な構成により、センサーの位置決めと、センサーが延びる方向における加熱部の位置ずれの検知とを実現できる。

【0080】

（７）上記形態において、前記センサーが延びる方向に沿って見て、前記センサーは、前記壁部に囲まれた空間の中心から偏心した位置に配置されてもよい。このような形態によれば、加熱部の位置ずれの精度に異方性を持たせることができる。

【0081】

（８）上記形態において、前記センサーが延びる方向に沿って見て、前記センサーの一部は、前記壁部の一部と重なってもよい。このような形態によれば、センサーが延びる方向に沿って相対的に加熱部がセンサーから遠ざかる位置ずれを検知できる。

【0082】

本開示は、上述した三次元造形装置に限らず、加熱部の位置ずれ検知方法やその方法を実現するためのコンピュータープログラム、コンピュータープログラムをコンピューターが読み取り可能に記録した一時的でない有形な記録媒体など、種々の態様によって実現できる。

【符号の説明】

【0083】

２０…材料供給部、２０ａ…第１材料供給部、２０ｂ…第２材料供給部、２２…供給路、３０…可塑化部、３０ａ…第１可塑化部、３０ｂ…第２可塑化部、３１…スクリューケース、３２…駆動モーター、４０…スクリュー、４１…スクリュー上面、４２…スクリュー下面、４４…材料導入口、４５…溝部、４６…凸条部、４７…中央部、５０…バレル、５２…バレル上面、５４…案内溝、５６…連通孔、５８…第１ヒーター、６１…ノズル、６１ａ…第１ノズル、６１ｂ…第２ノズル、６２…ノズル開口、６２ａ…第１ノズル開口、６２ｂ…第２ノズル開口、６３…先端、６３ａ…第１先端、６３ｂ…第２先端、６５…ノズル流路、１００…三次元造形装置、２００…吐出部、２００ａ…第１吐出部、２００ｂ…第２吐出部、３００…ステージ、３２１…造形面、４００…移動部、４１０…第１電動アクチュエーター、４２０…第２電動アクチュエーター、４３０…第３電動アクチュエーター、４４０…第４電動アクチュエーター、５００…制御部、６００…加熱部、６０１…貫通孔、６０１ａ…第１貫通孔、６０１ｂ…第２貫通孔、６１０…第２ヒーター、６２０…加熱板、６２１…加熱面、６３０…フレーム部、６３１…第１固定部材、６３２…第３固定部材、６３９…ネジ穴、６５０…断熱部、７００…可動部、７１０…支持部材、７１１…固定板、７１２…腕部、８００…姿勢変更部、８０１…第２固定部材、８０２…第４固定部材、８１０，８１０Ａ，８１０Ｂ，８１０Ｃ…吊り下げ部、９００…検知機構、９１０…センサー、９１１…ステー、９１２…先端部、９１３…長穴、９１４…ネジ、９１５…ナット、９１６…鍔部、９２０…構造物、９２０ｂ…構造物、９２１…基部、９２２…壁部、９２３…長穴、９２４…ネジ、９２５…凸部、９２６…凹部、９２７，９２７ｂ…第１穴、９２８…第２穴、９２９…挿入部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】