特開 2024-31272 三次元積層造形装置

(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】P2024031272

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】三次元積層造形装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/209 20170101AFI20240229BHJP

   B29C 64/295 20170101ALI20240229BHJP

   B29C 64/321 20170101ALI20240229BHJP

   B29C 64/118 20170101ALI20240229BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240229BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

B29C64/209

B29C64/295

B29C64/321

B29C64/118

B33Y10/00

B33Y30/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022134727

(22)【出願日】2022-08-26

(71)【出願人】

【識別番号】000241500

【氏名又は名称】トヨタ紡織株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001036

【氏名又は名称】弁理士法人暁合同特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】前原 一夫

【テーマコード（参考）】

4F213

【Ｆターム（参考）】

4F213AR08

4F213AR12

4F213AR14

4F213WA25

4F213WB01

4F213WL02

4F213WL32

4F213WL73

4F213WL74

(57)【要約】

【課題】単一素材からなり、異なる態様の複数の層を備える積層構造体を作製可能な三次元積層造形装置を提供する。
【解決手段】単一素材からなり、空隙を有さない高密度層２と、空隙を有する低密度層３，４とを備える積層構造体１を作製する三次元積層造形装置１０であって、溶融された状態の熱可塑性樹脂を吐出する吐出装置１１と、吐出装置１１の下方に配置され、吐出装置１１により吐出された前記熱可塑性樹脂を受ける造形テーブル３０と、を備え、造形テーブル３０の上方に、吐出装置１１のノズル１２から紐状に吐出されて落下中の熱可塑性樹脂に空気を吹き付ける送風機２２が設けられており、送風機２２が吹き付ける空気により落下中の熱可塑性樹脂の径を細めることが可能とされている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

単一素材からなり、空隙を有さない高密度層と、空隙を有する低密度層とを備える積層構造体を作製する三次元積層造形装置であって、
溶融された状態の熱可塑性樹脂を吐出する吐出装置と、
前記吐出装置の下方に配置され、前記吐出装置により吐出された前記熱可塑性樹脂を受ける造形テーブルと、を備え、
前記造形テーブルの上方に、前記吐出装置のノズルから紐状に吐出されて落下中の前記熱可塑性樹脂に空気を吹き付ける送風機が設けられており、前記送風機が吹き付ける空気により落下中の前記熱可塑性樹脂の径を細めることが可能な三次元積層造形装置。

【請求項2】

前記吐出装置の前記ノズルは、
当該ノズルの吐出口が前記送風機よりも前記造形テーブルに近い位置に配置された前進位置と、
前記吐出口が前記送風機よりも前記造形テーブルから遠い位置に配置された後退位置との間で変位可能とされており、
前記ノズルが後退位置とされた場合に前記送風機がオンとされる請求項１に記載の三次元積層造形装置。

【請求項3】

前記吐出装置は、前記ノズルが前記後退位置に配置された状態において、前記ノズルが前記前進位置に配置された状態よりも、単位面積あたりに吐出される前記熱可塑性樹脂の吐出量が少量とされる請求項２に記載の三次元積層造形装置。

【請求項4】

前記送風機は、落下中の前記熱可塑性樹脂に対して斜め下方に向けて空気を吹き付ける請求項１または請求項２に記載の三次元積層造形装置。

【請求項5】

前記送風機は複数設けられ、落下中の前記熱可塑性樹脂を挟んで互いに対向配置されており、
複数の各前記送風機の風量および風速をそれぞれ個別に制御可能な制御装置を備えている請求項１または請求項２に記載の三次元積層造形装置。

【請求項6】

前記送風機と前記造形テーブルとの間に落下中の前記熱可塑性樹脂を取り囲む筒状部材が設けられており、
前記筒状部材は少なくとも上方部分が上方に向けて拡径する拡径部を有し、
前記送風機の吹出口は平面視において前記拡径部の内側に配置されている請求項１または請求項２に記載の三次元積層造形装置。

【請求項7】

前記造形テーブルに前記送風機から吹き出される空気を逃がす逃がし孔が板面を貫通して設けられている請求項１または請求項２に記載の三次元積層造形装置。

【請求項8】

前記送風機の上方に落下中の前記熱可塑性樹脂を加熱する加熱装置が設けられている請求項１または請求項２に記載の三次元積層造形装置。

【請求項9】

前記加熱装置はカーボンヒータである請求項８に記載の三次元積層造形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示される技術は、三次元積層造形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、樹脂材料を層にして重ねることで複雑な構造の造形物を作製する造形装置である、所謂、３Ｄプリンタが提案されている。例えば特許文献１には、価格の安いペレット状の材料を利用することが可能な熱溶融積層方式（ＦＤＭ）の３Ｄプリンタが開示されている。特許文献１に開示された３Ｄプリンタでは、収容部に収容されたペレット状の材料を搬送経路を介して射出機構を有する押出機に圧送供給し、加熱溶融してテーブル上に押し出すことで、溶融樹脂を塊状に固化させた造形物を作製することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－０５１９１７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、例えば車両用内装部品であるドアトリム、天井、カーペット等は、多種類の素材からなる多層接着構造とされている。具体例として、ドアトリムのオーナメント部品は、射出成形したＰＰ樹脂基材に、ウレタンクッション層や繊維含有ＰＥＴ樹脂層を接着剤で貼り付けた構造とされている。このような構成では、廃棄時に各層を単一素材へ分離しなければならず、マテリアルリサイクルが容易でないという事情がある。

【0005】

本明細書に開示される技術は上記事情に基づいて完成されたものであって、単一素材からなり、異なる態様の複数の層を備える積層構造体を作製可能な三次元積層造形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】

【0006】

本明細書に開示される技術は、単一素材からなり、空隙を有さない高密度層と、空隙を有する低密度層とを備える積層構造体を作製する三次元積層造形装置であって、溶融された状態の熱可塑性樹脂を吐出する吐出装置と、前記吐出装置の下方に配置され、前記吐出装置により吐出された前記熱可塑性樹脂を受ける造形テーブルと、を備え、前記造形テーブルの上方に、前記吐出装置のノズルから紐状に吐出されて落下中の前記熱可塑性樹脂に空気を吹き付ける送風機が設けられており、前記送風機が吹き付ける空気により落下中の前記熱可塑性樹脂の径を細めることが可能とされている。

【0007】

上記構成によれば、送風機のオン・オフにより、吐出装置から吐出されて落下中の熱可塑性樹脂の径を変化させることで、空隙を有さない塊状の高密度層と、繊維状の樹脂を積層させることにより構成された空隙を有する低密度層とを作製することができる。また、送風機のオン時の風量や風速の変更により、繊維状の樹脂の径を変化させて、異なる種類（径）の低密度層を作製することができる。つまり、単一素材により構成された異なる態様の複数の層を備える積層構造体を作製することができる。このような積層構造体は、廃棄時に各層を分離する必要がなくなり、リサイクル利用が容易になる。

【0008】

前記吐出装置の前記ノズルは、当該ノズルの吐出口が前記送風機よりも前記造形テーブルに近い位置に配置された前進位置と、前記吐出口が前記送風機よりも前記造形テーブルから遠い位置に配置された後退位置との間で変位可能とされており、前記ノズルが後退位置とされた場合に前記送風機がオンとされてもよい。

【0009】

上記構成によれば、ノズルの吐出口が比較的に造形テーブルに近い位置とされた前進位置においては、熱可塑性樹脂を比較的に太い径で、かつ、位置ずれし難い状態で造形テーブル上に落下させ、あるいは、造形テーブル上に押し付けて、空隙を有さない塊状の高密度層を作製することができる。一方、ノズルの吐出口が比較的に造形テーブルから遠い位置とされた後退位置においては、ノズルから吐出された熱可塑性樹脂に送風機からの空気を吹き付けることにより、落下中の熱可塑性樹脂の径を細め、繊維状とされた細径の熱可塑性樹脂を積層させた構成の、空隙を有する低密度層を作製することができる。

【0010】

前記吐出装置は、前記ノズルが前記後退位置に配置された状態において、前記ノズルが前記前進位置に配置された状態よりも、単位面積あたりに吐出される前記熱可塑性樹脂の吐出量が少量とされてもよい。

【0011】

上記構成によれば、吐出量が一定とされた場合と比較して、より密度が低い低密度層を作製することができる。

【0012】

前記送風機は、落下中の前記熱可塑性樹脂に対して斜め下方に向けて空気を吹き付けてもよい。

【0013】

前記送風機は複数設けられ、落下中の前記熱可塑性樹脂を挟んで互いに対向配置されており、複数の各前記送風機の風量および風速をそれぞれ個別に制御可能な制御装置を備えていてもよい。

【0014】

上記構成によれば、落下中の熱可塑性樹脂は、複数の送風機から吹き付けられる空気により、その径だけでなく落下軌道も制御可能となる。例えば、それぞれの送風機が吹き付ける空気の風量や風速に変化をつけることにより、繊維状の熱可塑性樹脂を平面視において絡まった状態で積層することができる。

【0015】

前記送風機と前記造形テーブルとの間に落下中の前記熱可塑性樹脂を取り囲む筒状部材が設けられており、前記筒状部材は少なくとも上方部分が上方に向けて拡径する拡径部を有し、前記送風機の吹出口は平面視において前記拡径部の内側に配置されていてもよい。

【0016】

上記構成によれば、送風機から吹き出された空気を筒状部材の内面に沿って下方に案内することができる。また、空気が吹き付けられた熱可塑性樹脂を飛び散らせることなく、所定の領域内に落下させることができる。

【0017】

前記造形テーブルに前記送風機から吹き出される空気を逃がす逃がし孔が板面を貫通して設けられていてもよい。

【0018】

上記構成によれば、形成される高密度層に逃がし孔に連続する孔部を設けた場合に、送風機から吹き出される空気を造形テーブルの周囲だけでなく、裏面にも逃がすことができる。

【0019】

前記送風機の上方に落下中の前記熱可塑性樹脂を加熱する加熱装置が設けられていてもよい。

【0020】

上記構成によれば、落下中の熱可塑性樹脂の溶融状態を保つことができる。つまり、熱可塑性樹脂が冷却されて硬くなる場合と比較して、径を細め易い。

【0021】

前記加熱装置はカーボンヒータであってもよい。

【発明の効果】

【0022】

本明細書に開示される技術によれば、単一素材からなり、異なる態様の複数の層を備える積層構造体を作製可能な三次元積層造形装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】一実施形態の三次元積層造形装置の側断面図（ノズルが前進位置とされた状態）

【図2】三次元積層造形装置の側断面図（ノズルが後退位置とされた状態）

【図3】図２のI-I断面図

【図4】造形物の斜視図

【発明を実施するための形態】

【0024】

一実施形態を図１から図４によって説明する。本実施形態の三次元積層造形装置１０は、所謂３Ｄプリンタであって、３ＤＣＡＤの設計データをもとにスライスされた２次元の層を1枚ずつ積み重ねていくことによって、立体的な積層構造体１を作製する装置である。この三次元積層造形装置１０は、溶融した熱可塑性樹脂を紐状に押し出し、平面方向に第一層を造形した後、この第一層の上に同様にして第二層を積層することを繰り返して立体的な造形物を作製する、材料押出方式の装置である。

【0025】

特に、本実施形態の三次元積層造形装置１０は、押出ユニット１１のノズル１２から紐状に押し出された熱可塑性樹脂が造形テーブル３０に到達するまでの落下中に、紐状の熱可塑性樹脂の径を変化させることで、同一素材から構成され、異なる態様の層を積層させた積層構造体１を作製可能とされていることを特徴とするものである。具体的には、本実施形態の三次元積層造形装置１０によれば、図４に示すように、空隙を有さない密度が高い塊状とされた熱可塑性樹脂からなる基材層（高密度層の一例）２と、比較的に太い繊維状の熱可塑性樹脂から形成された空隙を有するクッション層（低密度層の一例）３と、比較的に細い繊維状の熱可塑性樹脂から形成された空隙を有する表皮層（低密度層の一例）４と、が積層された多層構造の積層構造体１が作製可能とされている。

【0026】

本実施形態の三次元積層造形装置１０は、図１および図２に示すように、押出ユニット（吐出装置の一例）１１と、紡糸ユニット２０と、造形テーブル３０とを備えている。

【0027】

押出ユニット１１は、縦方向に配された細長いノズル１２を備えており、ノズル１２は、シリンダ１３と、シリンダ１３内に配置されたスクリュー１４とを有して構成されている。スクリュー１４は、図示しない駆動モータにより回転駆動可能とされている。

【0028】

シリンダ１３の後端（図１の上端）には、ホッパ１６が連結されている。ホッパ１６は円錐形状とされ、その下端から熱可塑性樹脂のペレットＰをシリンダ１３内に供給することが可能となっている。ホッパ１６からシリンダ１３内に供給された熱可塑性樹脂のペレットＰは、ノズル１２に設けられた図示しない加熱ヒータによりシリンダ１３内で溶融され、スクリュー１４の回転駆動によりノズル１２の先端（下端）に設けられた吐出口１５から押し出されるようになっている。

【0029】

押出ユニット１１（ノズル１２）は図示しない３次元駆動機構に取り付けられており、コンピュータで作成した３Ｄデータ等に基づいて、造形時に水平方向へ移動される。また、ノズル１２の下方に配される造形テーブル３０も、図示しない３次元駆動機構に取り付けられており、コンピュータで作成した３Ｄデータ等に基づいて、造形時に上下方向へ移動される。

【0030】

なお、熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル等を使用することができる。

【0031】

本実施形態において、ノズル１２は、造形テーブル３０に近接して配置された前進位置（図１参照）と、前進位置よりも造形テーブル３０から離れた後退位置（図２）との間で変位可能とされている。つまり、造形テーブル３０に対して上下方向に移動可能とされている。そして、ノズル１２が後退位置に配置された状態（図２の状態）におけるノズル１２の吐出口１５と造形テーブル３０との間には、紡糸ユニット２０が配置されている。

【0032】

紡糸ユニット２０は、ノズル１２から吐出された紐状の熱可塑性樹脂の径を小さくするものであって、加熱ヒータ２１と、送風ブロワ２２と、筒状部材２５とを備えて構成されている。以下、ノズル１２が後退位置に配置されている状態（図２の状態）について説明する。

【0033】

加熱ヒータ２１は、昇温が速やかなカーボンヒータであって、ノズル１２から吐出された紐状の熱可塑性樹脂を取り囲む筒型をなしている。ノズル１２から吐出された溶融状態の熱可塑性樹脂は、加熱ヒータ２１を通過することにより、溶融状態が維持される。つまり、粘度が低い状態が保たれる。あるいは、加熱ヒータ２１の温度をスクリュー１４内の加熱温度よりも高い温度に設定し、押し出された溶融樹脂をさらに低粘度化させてもよい。本実施形態において、加熱ヒータ２１は、後退状態のノズル１２の吐出口１５をその内側に配置可能な高さに設置されている。また加熱ヒータ２１は、上述したノズル１２を内部に挿通可能な内径を有している。加熱ヒータ２１は、ノズル１２が前進位置に配されている場合にはオフとされ、ノズルが後退位置に配されている場合にオンとされる。

【0034】

送風ブロワ２２は、加熱ヒータ２１の下方に配置されている。送風ブロワ２２は、加熱ヒータ２１を通過した溶融状態の紐状の熱可塑性樹脂に対して空気を吹き付けるものである。本実施形態では、４つの送風ブロワ２２がそれぞれ紐状の熱可塑性樹脂を取り囲むように、かつ、４つの送風ブロワ２２のうちの２つずつが熱可塑性樹脂を挟んで対向位置に配されるように配置され、落下中の熱可塑性樹脂に対して斜め下方に向けて空気を吹き付けるように設置されている（図２および図３参照）。

【0035】

これら４つの送風ブロワ２２は制御装置２９に接続されており（図３参照）、制御装置２９によって、各送風ブロワ２２の風量および風速を個別に制御可能とされている。なお、これら４つの送風ブロワ２２の互いに対向する吹出口２３間の寸法は、上述したノズル１２を内側に挿通可能な寸法に設定されている（図１参照）。

【0036】

筒状部材２５は、送風ブロワ２２の吹出口２３付近から下方に向けて延びている。詳細には、筒状部材２５は円筒状の本体部２６と、本体部２６の上端からテーパ状に拡径した拡径部２７とを有している。上述した送風ブロワ２２の吹出口２３は、拡径部２７の内側に配置されている。これにより、送風ブロワ２２から斜め下方に向けて吹き出された空気は、拡径部２７および本体部２６の内壁に沿って下方に送られる。筒状部材２５の本体部２６は、上述したノズル１２を内部に挿通可能な内径を有している（図１参照）。

【0037】

また、造形テーブル３０には、その板面を上下方向に貫通する逃がし孔３１が複数設けられている。

【0038】

本実施形態の三次元積層造形装置１０は以上のような構成であって、次に、積層構造体１の製造方法について説明する。先ず、図１に示すように、ノズル１２を前進位置に配置する。前進状態においてノズル１２は、加熱ヒータ２１、４つの送風ブロワ２２の吹出口２３間、および、筒状部材２５を挿通した状態とされる。つまり、ノズル１２は、紡糸ユニット２０内に収容される。この状態でホッパ１６内の熱可塑性樹脂ペレットＰをシリンダ１３内へ供給すると、ペレットＰは、シリンダ１３内で溶融しつつ、スクリュー１４の回転によりノズル１２の先端側に送られ、溶融樹脂となってノズル１２の吐出口１５から外部に押し出される。なおこの時、紡糸ユニット２０の加熱ヒータ２１および送風ブロワ２２はオフとされている。

【0039】

この状態を継続しつつ、コンピュータで作成した３Ｄデータを基にノズル１２を水平方向に、また造形テーブル３０を垂直方向に移動させる。ノズル１２の吐出口１５から押し出された熱可塑性樹脂は、比較的に太い径を保ちつつ、造形テーブル３０上または先に形成された基材層２上に落下する、または、押し付けられる。またこの時、吐出口１５は造形テーブル３０または先に形成した基材層２に隣接して配置されているから、ノズル１２から押し出される熱可塑性樹脂は位置ずれし難い状態で造形テーブル３０上または先に形成した基材層２上に落下する、または、押し付けられる。このように熱可塑性樹脂を積層していくことで、空隙を有さない塊状の密度が高い熱可塑性樹脂からなる基材層２が形成される。

【0040】

なおこの時、基材層２のうち上述した造形テーブル３０の逃がし孔３１に対応する位置に、基材層２を上下方向に貫通する孔部５を形成する。

【0041】

所定の厚みの基材層２が形成されたら、次に、ノズル１２を造形テーブル３０から離れた後退位置に移動させ（図２参照）、加熱ヒータ２１および送風ブロワ２２をオンにする。ノズル１２は、後退位置において、その吐出口１５が加熱ヒータ２１の内側に配置されている。そして、熱可塑性樹脂をノズル１２の吐出口１５から押し出す。この時、押し出される熱可塑性樹脂の単位面積当たりの吐出量は、ノズル１２が前進位置とされた場合の熱可塑性樹脂の単位面積当たりの吐出量と比較して、少量とする。

【0042】

ノズル１２から押し出された熱可塑性樹脂は、加熱ヒータ２１の内側を通過し、溶融状態が保たれた粘度が低い状態、あるいは、さらに低粘度化された状態で落下する。この落下の途中において、熱可塑性樹脂には、送風ブロワ２２により斜め下方に向けて空気が吹き付けられる。これにより、溶融状態で落下する紐状の熱可塑性樹脂は風圧で引き延ばされるように径が細められて、径が細い繊維状の熱可塑性樹脂が基材層２の上面に落下する。

【0043】

この時、４つの送風ブロワ２２の風速および風量を、各送風ブロワ２２に接続された制御装置２９（図３参照）によって個別に変化させることにより、熱可塑性樹脂が基材層２上に落下する位置に微妙な変化をつけ、細長い繊維状の熱可塑性樹脂が平面視においてランダムに絡み合った状態の、空隙を有するクッション層３とすることができる。

【0044】

送風ブロワ２２から吹き出された空気は、落下中の熱可塑性樹脂に対して吹き付けられつつ拡径部２７に沿って下方に送られ、本体部２６を通過する。また、筒状部材２５から下方に向けて送り出された空気は、基材層２の表面に沿って周囲に逃げる他、基材層２に設けられた孔部５および造形テーブル３０に設けられた逃がし孔３１を通過して、造形テーブル３０の下方に逃がされる。なお、造形テーブル３０の下方に吸引装置を設置し、孔部５および逃がし孔３１を通して空気を吸引してもよい。

【0045】

送風ブロワ２２を通過した熱可塑性樹脂は、筒状部材２５により、周囲に飛び散ることなく基材層２上の一定の領域内に案内されて落下する。

【0046】

所定の厚みのクッション層３を形成した後、送風ブロワ２２の風量および風速を高め、落下途中の紐状の熱可塑性樹脂の径をさらに細める。これにより、クッション層３を構成する繊維状の熱可塑性樹脂よりもさらに径が細い繊維状の熱可塑性樹脂からなる表皮層４を形成することができる。つまり、クッション層３よりも細い繊維状の樹脂が平面視においてランダムに絡み合った状態の、空隙を有する表皮層４を形成することができる。

【0047】

このようにして、同一の熱可塑性樹脂からなり、密度が高い塊状とされた空隙を有さない基材層２と、比較的に太い繊維状の樹脂が空隙を有する状態で積層されたクッション層３と、比較的に細い繊維状の樹脂が空隙を有する状態で積層された表皮層４と、からなる、つまり、異なる態様の層からなる積層構造体１が作製される。なお、図２および図４では模式的に平坦な状態の積層構造体１を示したが、積層構造体１は、例えば車両のフロアマットの他、車両用の内装材であるドアトリムや荷室のデッキボード等の湾曲形状を有する複雑な構成のものとすることができる。

【0048】

次に、作用効果について説明する。本実施形態の三次元積層造形装置１０は、単一素材からなり、空隙を有さない高密度な基材層２と、空隙を有する低密度なクッション層３および表皮層４とを備える積層構造体１を作製可能であって、溶融された状態の熱可塑性樹脂を吐出する押出ユニット１１と、押出ユニット１１の下方に配置され、押出ユニット１１のノズル１２から押し出された熱可塑性樹脂を受ける造形テーブル３０と、を備え、造形テーブル３０の上方に、ノズル１２から紐状に押し出されて落下中の熱可塑性樹脂に空気を吹き付ける送風ブロワ２２が設けられており、送風ブロワ２２が吹き付ける空気により落下中の熱可塑性樹脂の径を細めることが可能とされている。

【0049】

上記構成によれば、送風ブロワ２２のオン・オフにより、ノズル１２から押し出されて落下中の熱可塑性樹脂の径を変化させることで、空隙を有さない塊状の高密度な基材層２と、繊維状の樹脂を積層させることにより構成された空隙を有する低密度なクッション層３および表皮層４とを作製することができる。クッション層３および表皮層４は、送風ブロワ２２の風量や風速を変更することにより、繊維状の樹脂の径を変化させることで作製することができる。つまり、単一素材により構成された異なる態様の複数の層を備える積層構造体１を作製することができる。

【0050】

このような積層構造体１は、異なる素材の層を接着剤を用いて積層させる構成と比較して、製造時の製造コストや廃棄ロスを低減することが可能となり、もって、二酸化炭素の排出削減にもつながる。また、積層構造体１を廃棄する際に、各層を分離する必要がなくなるためリサイクル利用が容易になり、廃棄コストや廃棄ロスを低減することができる。

【0051】

押出ユニット１１のノズル１２は、当該ノズル１２の吐出口１５が送風ブロワ２２よりも造形テーブル３０に近い位置に配置された前進位置と、吐出口１５が送風ブロワ２２よりも造形テーブル３０から遠い位置に配置された後退位置との間で変位可能とされており、ノズル１２が後退位置とされた場合に送風ブロワ２２がオンとされる。

【0052】

上記構成によれば、ノズル１２の吐出口１５が比較的に造形テーブル３０に近い位置とされた前進位置においては、熱可塑性樹脂を比較的に太い径で、かつ、位置ずれし難い状態で造形テーブル３０上に落下させ、あるいは、造形テーブル３０上に押し付けて、空隙を有さない塊状の高密度な基材層２を作製することができる。一方、ノズル１２の吐出口１５が比較的に造形テーブル３０から遠い位置とされた後退位置においては、ノズル１２から押し出された熱可塑性樹脂に送風ブロワ２２からの空気を吹き付けることにより、落下中の熱可塑性樹脂の径を細め、繊維状とされた細径の樹脂を積層させた構成の、空隙を有する低密度なクッション層３および表皮層４を作製することができる。

【0053】

押出ユニット１１は、ノズル１２が後退位置に配置された状態において、ノズル１２が前進位置に配置された状態よりも、単位面積あたりに押し出される熱可塑性樹脂の吐出量が少量とされている。

【0054】

上記構成によれば、吐出量が一定とされた場合と比較して、より密度が低い低密度なクッション層３および表皮層４を作製することができる。

【0055】

送風ブロワ２２は、落下中の熱可塑性樹脂に対して斜め下方に向けて空気を吹き付けるようになっている。

【0056】

また送風ブロワは複数（４つ）設けられ、落下中の熱可塑性樹脂を挟んで互いに対向配置されており、複数の各送風ブロワ２２の風量および風速をそれぞれ個別に制御可能な制御装置２９を備えている。

【0057】

上記構成によれば、落下中の熱可塑性樹脂は、複数の送風ブロワ２２から吹き付けられる空気により、その径だけでなく落下軌道も制御可能となる。例えば、それぞれの送風ブロワ２２が吹き付ける空気の風量や風速に変化をつけることにより、繊維状の熱可塑性樹脂を平面視において絡まった状態で積層することができる。

【0058】

送風ブロワ２２と造形テーブル３０との間に落下中の熱可塑性樹脂を取り囲む筒状部材２５が設けられており、筒状部材２５は上方部分が上方に向けて拡径する拡径部２７を有し、送風ブロワ２２の吹出口２３は平面視において拡径部２７の内側に配置されている。

【0059】

上記構成によれば、送風ブロワ２２から吹き出された空気を筒状部材２５の内面に沿って下方に案内することができる。また、空気が吹き付けられた熱可塑性樹脂を飛び散らせることなく、所定の領域内に落下させることができる。

【0060】

造形テーブル３０に送風ブロワ２２から吹き出される空気を逃がす逃がし孔３１が板面を貫通して設けられている。

【0061】

上記構成によれば、形成される基材層２に逃がし孔３１に連続する孔部５を設けることで、送風ブロワ２２から吹き出される空気を造形テーブル３０の周囲だけでなく、裏面にも逃がすことができる。なお、クッション層３および表皮層４は空隙を有するため、孔部を設けなくても空気を通すことが可能である。

【0062】

送風ブロワの上方に落下中の熱可塑性樹脂を加熱する加熱ヒータ２１が設けられている。このような構成によれば、落下中の熱可塑性樹脂の溶融状態を保つことができる。つまり、熱可塑性樹脂が冷却されて硬くなる場合と比較して、径を細め易い。

【0063】

また、加熱ヒータ２１は、温度の立ち上がり速度が速いカーボンヒータとすることが好ましい。

【0064】

このように、本実施形態の三次元積層造形装置１０によれば、単一素材からなり、異なる態様の複数の層を備える積層構造体１を作製することができる。

【0065】

＜他の実施形態＞
本明細書に開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も技術的範囲に含まれる。

【0066】

（１）上記実施形態では、造形テーブル３０に対するノズル１２の位置を変位可能な形態を示したが、ノズルが後退位置から変位しない形態（送風機よりも造形テーブルから離れた位置に固定された形態）も技術的範囲に含まれる。その場合、高密度層を形成する際には、送風機をオフとすればよい。

【0067】

（２）上記実施形態では、ノズル１２が後退位置に配置された状態において、ノズル１２が前進位置に配置された状態よりも、単位面積あたりに吐出される熱可塑性樹脂の吐出量が少量とされる形態を示したが、ノズルから吐出される熱可塑性樹脂の吐出量は一定であってもよい。

【0068】

（３）上記実施形態では、４つの送風ブロワ２２を２つずつ対向配置させる形態を示したが、送風機の数は４つに限るものでなく、２つや８つ等、適宜変更することができる。あるいは、送風機は、落下中の熱可塑性樹脂の周囲を囲む円環状であってもよい。さらに、落下中の熱可塑性樹脂に対して直交する方向に空気を吹き付ける構成とすることもできる。

【0069】

（４）また、複数の送風機の風量や風速が個別に制御可能とされていない形態も技術的範囲に含まれる。

【0070】

（５）筒状部材２５や加熱ヒータ２１は省略することもできる。また、造形テーブル３０に逃がし孔３１が設けられていない構成も、技術的範囲に含まれる。

【0071】

（６）加熱ヒータ２１は、カーボンヒータに限るものでない。

【0072】

（７）上記実施形態では、空隙を有さない高密度な基材層２と、空隙を有する低密度なクッション層３および表皮層４とがこの順で積層された積層構造体１を作製する形態を示したが、高密度層や低密度層の数や積層順は、上記実施形態に限るものでなく、適宜変更することができる。

【0073】

（８）上記実施形態では、ペレット状の熱可塑性樹脂をシリンダ１３内で加熱することにより溶融する形態を示したが、例えばフィラメント状の熱可塑性樹脂を使用し、スクリュー１４の摩擦熱により溶融する形態とすることもできる。

【0074】

（９）上記実施形態では、ノズル１２が上下方向に延びる縦配置の形態を示したが、ノズル１２は、横配置や斜め配置としてもよい。

【符号の説明】

【0075】

１：積層構造体、２：基材層（高密度層）、３：クッション層（低密度層）、４：表皮層（低密度層）、１０：三次元積層造形装置、１１：押出ユニット（吐出装置）、１２：ノズル、１５：吐出口、２０：紡糸ユニット、２１：加熱ヒータ（加熱装置）、２２：送風ブロワ（送風機）、２３：吹出口、２５：筒状部材、２６：本体部、２７：拡径部、２９：制御装置、３０：造形テーブル、３１：逃がし孔、Ｐ：ペレット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】