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(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】P2024083746
(43)【公開日】2024-06-24
(54)【発明の名称】可塑化装置、三次元造形装置、および射出成形装置
(51)【国際特許分類】
B29C 45/17 20060101AFI20240617BHJP
B29C 45/03 20060101ALI20240617BHJP
B29C 45/54 20060101ALI20240617BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20240617BHJP
B29C 64/118 20170101ALI20240617BHJP
B29C 64/329 20170101ALI20240617BHJP
B29C 64/343 20170101ALI20240617BHJP
B29C 64/393 20170101ALI20240617BHJP
B33Y 50/02 20150101ALI20240617BHJP
B29C 45/76 20060101ALI20240617BHJP
【ＦＩ】
B29C45/17
B29C45/03
B29C45/54
B33Y30/00
B29C64/118
B29C64/329
B29C64/343
B29C64/393
B33Y50/02
B29C45/76
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022197741
(22)【出願日】2022-12-12
(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】北原 明
【テーマコード（参考）】
4F206
4F213
【Ｆターム（参考）】
4F206AP19
4F206AQ01
4F206JA07
4F206JC08
4F206JD01
4F206JF46
4F206JL02
4F206JN03
4F206JP14
4F206JP30
4F206JQ90
4F213AL01
4F213AL10
4F213AL13
4F213AL21
4F213AP19
4F213AQ01
4F213WA25
4F213WB01
4F213WF29
4F213WF46
4F213WL02
4F213WL74
(57)【要約】
【課題】投入口から投入された材料が透明部材に付着する可能性を小さくすることができる可塑化装置を提供する。
【解決手段】材料を貯留し、前記材料を投入口から排出する材料貯留部と、スクリュー、および、前記スクリューを収容し、前記投入口と連通する供給口が形成されたケースを有し、前記材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部と、透明部材を有し、前記投入口と前記供給口とを連通させる接続部材と、前記透明部材を介して前記供給口に向けて光を発する発光部、および前記光の反射光を受光する受光部を有し、前記材料の残量を検出する材料センサーと、を含み、前記接続部材は、前記投入口から投入された前記材料が当たる材料衝突部を有し、前記材料衝突部は、前記投入口と前記透明部材との間に設けられている、可塑化装置。
【選択図】図１
【解決手段】材料を貯留し、前記材料を投入口から排出する材料貯留部と、スクリュー、および、前記スクリューを収容し、前記投入口と連通する供給口が形成されたケースを有し、前記材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部と、透明部材を有し、前記投入口と前記供給口とを連通させる接続部材と、前記透明部材を介して前記供給口に向けて光を発する発光部、および前記光の反射光を受光する受光部を有し、前記材料の残量を検出する材料センサーと、を含み、前記接続部材は、前記投入口から投入された前記材料が当たる材料衝突部を有し、前記材料衝突部は、前記投入口と前記透明部材との間に設けられている、可塑化装置。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
材料を貯留し、前記材料を投入口から排出する材料貯留部と、
スクリュー、および、前記スクリューを収容し、前記投入口と連通する供給口が形成されたケースを有し、前記材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部と、
透明部材を有し、前記投入口と前記供給口とを連通させる接続部材と、
前記透明部材を介して前記供給口に向けて光を発する発光部、および前記光の反射光を受光する受光部を有し、前記材料の残量を検出する材料センサーと、
を含み、
前記接続部材は、前記投入口から投入された前記材料が当たる材料衝突部を有し、
前記材料衝突部は、前記投入口と前記透明部材との間に設けられている、可塑化装置。
スクリュー、および、前記スクリューを収容し、前記投入口と連通する供給口が形成されたケースを有し、前記材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部と、
透明部材を有し、前記投入口と前記供給口とを連通させる接続部材と、
前記透明部材を介して前記供給口に向けて光を発する発光部、および前記光の反射光を受光する受光部を有し、前記材料の残量を検出する材料センサーと、
を含み、
前記接続部材は、前記投入口から投入された前記材料が当たる材料衝突部を有し、
前記材料衝突部は、前記投入口と前記透明部材との間に設けられている、可塑化装置。
【請求項2】
請求項１において、
前記接続部材は、側壁部を有し、
前記材料衝突部は、前記側壁部から、前記材料の投入方向に交差する方向であって、前記供給口に近づく方向に延在し、
前記側壁部には、開口部が形成され、
前記透明部材は、前記開口部に設けられている、可塑化装置。
前記接続部材は、側壁部を有し、
前記材料衝突部は、前記側壁部から、前記材料の投入方向に交差する方向であって、前記供給口に近づく方向に延在し、
前記側壁部には、開口部が形成され、
前記透明部材は、前記開口部に設けられている、可塑化装置。
【請求項3】
請求項１において、
前記材料衝突部は、前記材料の投入方向に交差する方向に延在し、
前記透明部材は、前記材料衝突部の延在方向とは異なる方向であって、前記投入方向に交差する方向に延在し、
前記透明部材の少なくとも一部は、前記投入方向からみて前記材料衝突部と重なる、可塑化装置。
前記材料衝突部は、前記材料の投入方向に交差する方向に延在し、
前記透明部材は、前記材料衝突部の延在方向とは異なる方向であって、前記投入方向に交差する方向に延在し、
前記透明部材の少なくとも一部は、前記投入方向からみて前記材料衝突部と重なる、可塑化装置。
【請求項4】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記透明部材は、着脱可能に構成されている、可塑化装置。
前記透明部材は、着脱可能に構成されている、可塑化装置。
【請求項5】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記接続部材は、前記反射光が通過する他の透明部材を有する、可塑化装置。
前記接続部材は、前記反射光が通過する他の透明部材を有する、可塑化装置。
【請求項6】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記材料センサーは、測定範囲が予め定められている、可塑化装置。
前記材料センサーは、測定範囲が予め定められている、可塑化装置。
【請求項7】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記スクリューには、溝が形成され、
前記材料センサーは、前記溝の前記材料を検出する、可塑化装置。
前記スクリューには、溝が形成され、
前記材料センサーは、前記溝の前記材料を検出する、可塑化装置。
【請求項8】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記材料貯留部は、
貫通孔が形成されたスライド部材と、
前記スライド部材をスライドさせるスライド駆動部と、
を有し、
前記スライド駆動部は、前記スライド部材をスライドさせることで、
前記貫通孔と前記投入口とが連通し、前記投入口から前記接続部材に前記材料が投入される第１状態と、
前記貫通孔と前記投入口とが連通せず、前記投入口から前記接続部材に前記材料が投入されない第２状態と、
に切り替える、可塑化装置。
前記材料貯留部は、
貫通孔が形成されたスライド部材と、
前記スライド部材をスライドさせるスライド駆動部と、
を有し、
前記スライド駆動部は、前記スライド部材をスライドさせることで、
前記貫通孔と前記投入口とが連通し、前記投入口から前記接続部材に前記材料が投入される第１状態と、
前記貫通孔と前記投入口とが連通せず、前記投入口から前記接続部材に前記材料が投入されない第２状態と、
に切り替える、可塑化装置。
【請求項9】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の可塑化装置と、
前記可塑化装置から供給された前記可塑化材料をステージに向けて吐出するノズルと、
を含む、三次元造形装置。
前記可塑化装置から供給された前記可塑化材料をステージに向けて吐出するノズルと、
を含む、三次元造形装置。
【請求項10】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の可塑化装置と、
前記可塑化装置から供給された前記可塑化材料を成形型に向けて射出するノズルと、
を含む、射出成形装置。
前記可塑化装置から供給された前記可塑化材料を成形型に向けて射出するノズルと、
を含む、射出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、可塑化装置、三次元造形装置、および射出成形装置に関する。
【背景技術】
【0002】
可塑化装置によって可塑化された材料をステージに向けて吐出し、硬化させることによって造形物を造形する三次元造形装置が知られている。
【0003】
例えば特許文献１には、材料貯留部に貯留されている材料の残存状態を検出する残存状態検出部を備えた三次元造形装置において、残存状態検出部は、材料貯留部の透明な部分を介して、材料貯留部の外部から光学的に残存状態を検出する光学式センサーであることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２１－３５７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１に記載された三次元造形装置では、透明な部分に材料が付着する場合がある。透明な部分に材料が付着すると、材料の残存状態を正確に検出することができない。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係る可塑化装置の一態様は、
材料を貯留し、前記材料を投入口から排出する材料貯留部と、
スクリュー、および、前記スクリューを収容し、前記投入口と連通する供給口が形成されたケースを有し、前記材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部と、
透明部材を有し、前記投入口と前記供給口とを連通させる接続部材と、
前記透明部材を介して前記供給口に向けて光を発する発光部、および前記光の反射光を受光する受光部を有し、前記材料の残量を検出する材料センサーと、
を含み、
前記接続部材は、前記投入口から投入された前記材料が当たる材料衝突部を有し、
前記材料衝突部は、前記投入口と前記透明部材との間に設けられている。
材料を貯留し、前記材料を投入口から排出する材料貯留部と、
スクリュー、および、前記スクリューを収容し、前記投入口と連通する供給口が形成されたケースを有し、前記材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部と、
透明部材を有し、前記投入口と前記供給口とを連通させる接続部材と、
前記透明部材を介して前記供給口に向けて光を発する発光部、および前記光の反射光を受光する受光部を有し、前記材料の残量を検出する材料センサーと、
を含み、
前記接続部材は、前記投入口から投入された前記材料が当たる材料衝突部を有し、
前記材料衝突部は、前記投入口と前記透明部材との間に設けられている。
【0007】
本発明に係る三次元造形装置の一態様は、
前記可塑化装置の一態様と、
前記可塑化装置から供給された前記可塑化材料をステージに向けて吐出するノズルと、
を含む。
前記可塑化装置の一態様と、
前記可塑化装置から供給された前記可塑化材料をステージに向けて吐出するノズルと、
を含む。
【0008】
本発明に係る射出成形装置の一態様は、
前記可塑化装置の一態様と、
前記可塑化装置から供給された前記可塑化材料を成形型に向けて射出するノズルと、
を含む。
前記可塑化装置の一態様と、
前記可塑化装置から供給された前記可塑化材料を成形型に向けて射出するノズルと、
を含む。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本実施形態に係る三次元造形装置を模式的に示す断面図。
【図2】本実施形態に係る三次元造形装置のフラットスクリューを模式的に示す斜視図。
【図3】本実施形態に係る三次元造形装置のバレルを模式的に示す図。
【図4】本実施形態に係る三次元造形装置の材料貯留部を模式的に示す断面図。
【図5】本実施形態に係る三次元造形装置の接続部材を模式的に示す斜視図。
【図6】本実施形態に係る三次元造形装置の接続部材を模式的に示す断面斜視図。
【図7】本実施形態に係る三次元造形装置の動作を説明するためのフローチャート。
【図8】本実施形態に係る三次元造形装置の造形層形成処理を説明するための断面図。
【図9】本実施形態の第１変形例に係る三次元造形装置の接続部材を模式的に示す斜視図。
【図10】本実施形態の第１変形例に係る三次元造形装置の接続部材を模式的に示す断面図。
【図11】本実施形態の第２変形例に係る三次元造形装置を模式的に示す断面図。
【図12】本実施形態の射出成形装置を模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【0011】
１． 三次元造形装置
１．１． 全体の構成
まず、本実施形態に係る三次元造形装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る三次元造形装置１００を模式的に示す断面図である。なお、図１では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を示している。Ｘ軸方向およびＹ軸方向は、例えば、水平方向である。Ｚ軸方向は、例えば、鉛直方向である。
１．１． 全体の構成
まず、本実施形態に係る三次元造形装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る三次元造形装置１００を模式的に示す断面図である。なお、図１では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を示している。Ｘ軸方向およびＹ軸方向は、例えば、水平方向である。Ｚ軸方向は、例えば、鉛直方向である。
【0012】
三次元造形装置１００は、図１に示すように、例えば、吐出部１０と、ステージ２０と、移動部３０と、制御部４０と、を含む。
【0013】
三次元造形装置１００は、吐出部１０からステージ２０に向けて可塑化された可塑化材料を吐出させつつ、移動部３０を駆動して、吐出部１０とステージ２０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１００は、ステージ２０上に所望の形状の三次元造形物を造形する。三次元造形装置１００は、ＦＤＭ（Fused Deposition Modeling）（登録商標）方式の三次元造形装置である。
【0014】
なお、図示はしないが、吐出部１０は、複数設けられていてもよい。例えば、吐出部１０は、２つ設けられていてもよい。この場合、２つの吐出部１０は、ともに三次元造形物を構成する可塑化材料を吐出してもよいし、一方が可塑化材料を吐出し、他方が三次元造形物を支持するサポート材を吐出してもよい。２つの吐出部１０は、Ｘ軸方向に並んでいてもよい。
【0015】
吐出部１０は、例えば、可塑化装置１２と、ノズル１４と、を含む。可塑化装置１２は、例えば、材料貯留部１１０と、接続部材１２０と、可塑化部１３０と、材料センサー１７０と、を含む。
【0016】
材料貯留部１１０は、可塑化部１３０に供給される材料２を貯留する。材料２の形状は、例えば、ペレット状である。材料貯留部１１０に貯留される材料２は、例えば、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂である。材料貯留部１１０に貯留された材料２は、接続部材１２０を通って、可塑化部１３０に供給される。材料貯留部１１０および接続部材１２０の詳細については、後述する。
【0017】
可塑化部１３０は、例えば、スクリューケース１３２と、駆動モーター１３４と、フラットスクリュー１４０と、バレル１５０と、ヒーター１６０と、を有している。可塑化部１３０は、材料貯留部１１０から供給された固体状態の材料２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１４に供給する。
【0018】
なお、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。
【0019】
スクリューケース１３２は、フラットスクリュー１４０を収容する筐体である。スクリューケース１３２の下面には、バレル１５０が設けられている。スクリューケース１３２とバレル１５０とによって囲まれた空間に、フラットスクリュー１４０が収容されている。
【0020】
駆動モーター１３４は、スクリューケース１３２の上面に設けられている。駆動モーター１３４は、例えば、サーボモーターである。駆動モーター１３４のシャフト１３６は、フラットスクリュー１４０の上面１４１に接続されている。駆動モーター１３４は、制御部４０によって制御される。なお、図示はしないが、減速機を介して、駆動モーター１３４のシャフト１３６と上面１４１とが、接続されていてもよい。
【0021】
フラットスクリュー１４０は、回転軸Ｒ方向の大きさが、回転軸Ｒ方向と直交する方向の大きさよりも小さい略円柱形状を有している。図示の例では、回転軸Ｒは、Ｚ軸と平行である。駆動モーター１３４が発生させるトルクによって、フラットスクリュー１４０は、回転軸Ｒを中心に回転する。
【0022】
フラットスクリュー１４０は、上面１４１と、上面１４１とは反対側の溝形成面１４２と、上面１４１と溝形成面１４２とを接続する側面１４３と、を有している。溝形成面１４２には、第１溝１４４が形成されている。側面１４３は、例えば、溝形成面１４２に対して垂直である。ここで、図２は、フラットスクリュー１４０を模式的に示す斜視図である。なお、便宜上、図２では、図１に示した状態とは上下の位置関係を逆向きとした状態を示している。
【0023】
フラットスクリュー１４０の溝形成面１４２には、図２に示すように、第１溝１４４が形成されている。第１溝１４４は、例えば、中央部１４５と、接続部１４６と、材料導入部１４７と、を有している。中央部１４５は、バレル１５０に形成された連通孔１５６と対向している。中央部１４５は、連通孔１５６と連通している。接続部１４６は、中央部１４５と材料導入部１４７とを接続している。図示の例では、接続部１４６は、中央部１４５から溝形成面１４２の外周に向かって渦状に設けられている。材料導入部１４７は、溝形成面１４２の外周に設けられている。すなわち、材料導入部１４７は、フラットスクリュー１４０の側面１４３に設けられている。材料貯留部１１０から供給された材料は、材料導入部１４７から第１溝１４４に導入され、接続部１４６および中央部１４５を通って、バレル１５０に形成された連通孔１５６に搬送される。第１溝１４４は、例えば、２つ設けられている。
【0024】
なお、第１溝１４４の数は、特に限定されない。図示はしないが、第１溝１４４は、３つ以上設けられていてもよいし、１つだけ設けられていてもよい。
【0025】
また、図示はしないが、可塑化部１３０は、フラットスクリュー１４０ではなく、側面に螺旋溝を有する長尺のインラインスクリューを有していてもよい。そして、可塑化部１３０は、インラインスクリューの回転によって材料２を可塑化してもよい。
【0026】
バレル１５０は、図１に示すように、フラットスクリュー１４０の下方に設けられている。バレル１５０は、フラットスクリュー１４０の溝形成面１４２に対向する対向面１５２を有している。対向面１５２の中心には、第１溝１４４と連通する連通孔１５６が形成されている。ここで、図３は、バレル１５０を模式的に示す平面図である。
【0027】
バレル１５０の対向面１５２には、図３に示すように、第２溝１５４と、連通孔１５６と、が形成されている。第２溝１５４は、複数形成されている。図示の例では、６つの第２溝１５４が形成されているが、第２溝１５４の数は、特に限定されない。複数の第２溝１５４は、Ｚ軸方向からみて、連通孔１５６の周りに形成されている。第２溝１５４は、一端が連通孔１５６に接続され、連通孔１５６からバレル１５０の外周に向かって渦状に延びている。第２溝１５４は、可塑化された可塑化材料を連通孔１５６に導く機能を有している。
【0028】
なお、第２溝１５４の形状は、特に限定されず、例えば、直線状であってもよい。また、第２溝１５４は、一端が連通孔１５６に接続されていなくてもよい。さらに、第２溝１５４は、対向面１５２に形成されていなくてもよい。ただし、連通孔１５６に可塑化された材料を効率よく導くことを考慮すると、第２溝１５４は、対向面１５２に形成されていることが好ましい。
【0029】
ヒーター１６０は、図１に示すように、バレル１５０に設けられている。ヒーター１６０は、フラットスクリュー１４０とバレル１５０との間に供給された材料２を加熱する。ヒーター１６０の出力は、制御部４０によって制御される。可塑化部１３０は、フラットスクリュー１４０、バレル１５０、およびヒーター１６０によって、材料２を連通孔１５６に向かって搬送しながら加熱して、可塑化された可塑化材料を生成する。そして、可塑化部１３０は、生成された可塑化材料を連通孔１５６から流出させる。
【0030】
なお、Ｚ軸方向からみて、ヒーター１６０の形状は、リング状であってもよい。また、ヒーター１６０は、バレル１５０ではなく、例えば、バレル１５０の下方に設けられていてもよい。
【0031】
ノズル１４は、バレル１５０の下方に設けられている。ノズル１４には、ノズル流路１６が形成されている。ノズル流路１６は、連通孔１５６に連通している。ノズル流路１６には、連通孔１５６から可塑化材料が供給される。ノズル１４は、可塑化装置１２から供給された可塑化材料をステージ２０に向けて吐出する。
【0032】
ステージ２０は、ノズル１４の下方に設けられている。図示の例では、ステージ２０の形状は、直方体である。ステージ２０は、可塑化材料が堆積される堆積面２２を有している。堆積面２２は、ステージ２０の上面の領域である。
【0033】
ステージ２０の材質は、例えば、アルミニウムなどの金属である。ステージ２０は、金属板と、金属板に設けられた密着シートと、によって構成されていてもよい。この場合、堆積面２２は、密着シートによって構成される。密着シートは、ステージ２０と、吐出部１０から吐出される可塑化材料と、の密着性を向上できる。
【0034】
ステージ２０は、図示はしないが、溝が形成された金属板と、溝を埋めるように設けられた下地層と、によって構成されていてもよい。この場合、堆積面２２は、下地層によって構成される。下地層の材質は、例えば、可塑化材料と同じである。下地層は、ステージ２０と、吐出部１０から吐出される可塑化材料と、の密着性を向上できる。
【0035】
移動部３０は、ステージ２０を支持している。移動部３０は、吐出部１０とステージ２０との相対的な位置を変更する。図示の例では、移動部３０は、ステージ２０をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させることによって、Ｘ軸方向およびＹ軸方向において、ノズル１４とステージ２０との相対的な位置を変更する。さらに、移動部３０は、吐出部１０をＺ軸方向に移動させることによって、Ｚ軸方向において、ノズル１４とステージ２０との相対的な位置を変更する。
【0036】
移動部３０は、例えば、第１電動アクチュエーター３２と、第２電動アクチュエーター３４と、第３電動アクチュエーター３６と、を有している。第１電動アクチュエーター３２は、ステージ２０をＸ軸方向に移動させる。第２電動アクチュエーター３４は、ステージ２０をＹ軸方向に移動させる。第３電動アクチュエーター３６は、吐出部１０をＺ軸方向に移動させる。
【0037】
なお、移動部３０は、吐出部１０とステージ２０との相対的な位置を変更することができれば、その構成は、特に限定されない。移動部３０は、例えば、ステージ２０をＺ軸方向に移動し、吐出部１０をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させる構成であってもよい。または、移動部３０は、ステージ２０または吐出部１０を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に移動させる構成であってもよい。
【0038】
制御部４０は、例えば、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ースと、を有するコンピューターによって構成されている。制御部４０は、例えば、主記憶装置に読み込んだプログラムをプロセッサーが実行することによって、種々の機能を発揮する。具体的には、制御部４０は、吐出部１０および移動部３０を制御する。なお、制御部４０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。
【0039】
１．２． 材料貯留部
材料貯留部１１０は、例えば、図示せぬ支持部材によって支持されている。材料貯留部１１０は、例えば、ホッパー１１１と、材料供給機構１１２と、を有している。ホッパー１１１は、材料２を貯留する。
材料貯留部１１０は、例えば、図示せぬ支持部材によって支持されている。材料貯留部１１０は、例えば、ホッパー１１１と、材料供給機構１１２と、を有している。ホッパー１１１は、材料２を貯留する。
【0040】
材料供給機構１１２は、ホッパー１１１に接続されている。材料供給機構１１２は、ホッパー１１１の下方に設けられている。材料供給機構１１２は、材料２を接続部材１２０の接続経路１２１に供給する。材料供給機構１１２は、例えば、ガイドケース１１３と、材料切出板１１６と、切出板駆動部１１８と、を有している。
【0041】
ガイドケース１１３の内部は、空洞である。ガイドケース１１３には、ホッパー１１１側に設けられた材料入口１１４、および接続部材１２０側に設けられた投入口１１５が形成されている。材料入口１１４によって、ガイドケース１１３の内部とホッパー１１１の内部とは、連通可能である。投入口１１５によって、ガイドケース１１３の内部と接続経路１２１とは、連通可能である。
【0042】
材料切出板１１６は、ガイドケース１１３の内部に設けられている。材料切出板１１６には、貫通孔１１７が形成されている。貫通孔１１７は、材料切出板１１６を貫通している。図４に示す例では、貫通孔１１７は、材料入口１１４と連通している。そのため、ホッパー１１１の内部の材料２は、材料入口１１４を通って、貫通孔１１７に供給される。
【0043】
材料切出板１１６は、切出板駆動部１１８によって、ガイドケース１１３の内部をＸ軸方向に摺動して往復移動する。図１に示す例では、貫通孔１１７は、投入口１１５と連通している。そのため、貫通孔１１７の材料２は、投入口１１５を通って、接続経路１２１に供給される。
【0044】
ここで、図４は、材料貯留部１１０を模式的に示す断面図である。図４に示す例では、材料切出板１１６は、図１に示す例よりも、－Ｘ軸方向に移動している。図４に示す例では、Ｚ軸方向からみて、投入口１１５は、貫通孔１１７と重なっていない。そのため、貫通孔１１７の材料２は、接続経路１２１に供給されない。
【0045】
切出板駆動部１１８は、材料切出板１１６をＸ軸方向にスライドさせる。切出板駆動部１１８は、材料切出板１１６をＸ軸方向にスライドさせることができれば、特に限定されないが、例えば、エアーシリンダーを含んで構成されている。切出板駆動部１１８は、制御部４０によって制御される。
【0046】
切出板駆動部１１８は、材料切出板１１６をＸ軸方向にスライドさせることで、材料貯留部１１０を、第１状態と、第２状態と、に切り替える。第１状態では、図１に示すように、貫通孔１１７と投入口１１５が連通し、投入口１１５から接続部材１２０に材料２を投入する。第２状態では、図４に示すように、貫通孔１１７と投入口１１５が連通せず、投入口１１５から接続部材１２０に材料２が投入されない。これにより、材料貯留部１１０は、所定量の材料２を投入口１１５から接続部材１２０に排出したり、接続部材１２０への材料２の供給を停止したりすることができる。
【0047】
１．３． 接続部材
接続部材１２０は、図１に示すように、フラットスクリュー１４０の側方に設けられている。接続部材１２０は、フラットスクリュー１４０の回転軸Ｒと直交する方向に設けられている。図示の例では、接続部材１２０は、フラットスクリュー１４０の－Ｘ軸方向に設けられている。
接続部材１２０は、図１に示すように、フラットスクリュー１４０の側方に設けられている。接続部材１２０は、フラットスクリュー１４０の回転軸Ｒと直交する方向に設けられている。図示の例では、接続部材１２０は、フラットスクリュー１４０の－Ｘ軸方向に設けられている。
【0048】
接続部材１２０は、材料貯留部１１０に形成された投入口１１５と、スクリューケース１３２に形成された供給口１３３と、を連通させる。接続部材１２０は、接続経路１２１が形成された管状の部材である。接続経路１２１は、投入口１１５と供給口１３３とをつないでいる。
【0049】
接続部材１２０は、例えば、管部１２２と、本体部１２３と、透明部材１２８と、を有している。管部１２２は、材料貯留部１１０と本体部１２３とを接続している。図示の例では、管部１２２は、スクリューケース１３２と離隔している。本体部１２３は、スクリューケース１３２に設けられている。管部１２２および本体部１２３の材質は、例えば、金属、樹脂である。
【0050】
【0051】
本体部１２３には、図５および図６に示すように、入口１２３ａおよび出口１２３ｂが形成されている。接続経路１２１は、入口１２３ａおよび出口１２３ｂを有している。投入口１１５から投入された材料２は、管部１２２を通って、入口１２３ａに至り、出口１２３ｂから供給口１３３に排出され、材料導入部１４７に至る。Ｚ軸方向からみて、出口１２３ｂの中心は、例えば、入口１２３ａの中心よりもフラットスクリュー１４０側に位置している。
【0052】
本体部１２３は、例えば、第１側壁部１２４ａと、第２側壁部１２４ｂと、第３側壁部１２４ｃと、第４側壁部１２４ｄと、第１固定部１２５と、第２固定部１２６と、材料衝突部１２７と、を有している。
【0053】
第１側壁部１２４ａおよび第２側壁部１２４ｂは、互いに対向している。第３側壁部１２４ｃおよび第４側壁部１２４ｄは、互いに対向している。第３側壁部１２４ｃは、第１側壁部１２４ａと第２側壁部１２４ｂとを接続している。第４側壁部１２４ｄは、第１側壁部１２４ａと第２側壁部１２４ｂとを接続している。第２側壁部１２４ｂは、フラットスクリュー１４０側に設けられている。第１側壁部１２４ａは、フラットスクリュー１４０と反対側に設けられている。側壁部１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，１２４ｄは、入口１２３ａおよび出口１２３ｂを構成している。図６に示す例では、入口１２３ａおよび出口１２３ｂの形状は、略四角形である。なお、入口１２３ａおよび出口１２３ｂの形状は、特に限定されず、円形、楕円形であってもよい。
【0054】
第１固定部１２５は、図５に示すように、第３側壁部１２４ｃおよび第４側壁部１２４ｄに接続されている。本体部１２３は、第１固定部１２５によって、スクリューケース１３２に固定されている。本体部１２３は、例えば、第１固定部１２５によって、スクリューケース１３２に螺合されている。
【0055】
第２固定部１２６は、第３側壁部１２４ｃおよび第４側壁部１２４ｄに接続されている。第２固定部１２６は、入口１２３ａの近傍に設けられている。本体部１２３は、第２固定部１２６によって、管部１２２に固定されている。本体部１２３は、例えば、第２固定部１２６によって、管部１２２に螺合されている。なお、接続部材１２０は、管部１２２を有していなくてもよい。この場合、本体部１２３は、第２固定部１２６によって、材料貯留部１１０に固定される。
【0056】
材料衝突部１２７は、第１側壁部１２４ａに接続されている。材料衝突部１２７は、第２側壁部１２４ｂと離隔している。材料衝突部１２７は、第１側壁部１２４ａから、Ｚ軸方向に傾斜して第２側壁部１２４ｂ側に延在している。材料衝突部１２７は、Ｚ軸に交差する方向であって、供給口１３３に近づく方向に延在している。材料衝突部１２７は、接続経路１２１に狭窄部１２１ａを規定している。図示の例では、材料衝突部１２７の第１端部１２７ａは、第１側壁部１２４ａに接続されている。材料衝突部１２７の第２端部１２７ｂは、狭窄部１２１ａを規定している。図示の例では、狭窄部１２１ａは、第２端部１２７ｂおよび第２側壁部１２４ｂで規定されている。第２端部１２７ｂは、第１端部１２７ａと反対側の端部である。
【0057】
材料衝突部１２７は、接続経路１２１において、投入口１１５と透明部材１２８との間に設けられている。材料衝突部１２７は、入口１２３ａと透明部材１２８との間に設けられている。材料衝突部１２７の形状は、例えば、板状である。材料衝突部１２７は、入口１２３ａから投入された材料２が当たる。換言すると、材料衝突部１２７は、入口１２３ａから投入された材料２を受ける。材料２の投入方向は、投入口１１５の中心から入口１２３ａの中心に向かう方向である。図示の例では、材料２の投入方向は、－Ｚ軸方向である。
【0058】
材料衝突部１２７は、第１面１２７ｃと、第２面１２７ｄと、を有している。第１面１２７ｃは、投入口１１５から投入された材料２が当たる。第２面１２７ｄは、第１面１２７ｃと反対側の面である。図示の例では、第１面１２７ｃおよび第２面１２７ｄは、互いに平行である。第１面１２７ｃおよび第２面１２７ｄは、Ｚ軸方向に傾斜した方向に沿って設けられている。投入口１１５から投入された材料２は、入口１２３ａを通って第１面１２７ｃに当たり第１面１２７ｃを滑り落ちて狭窄部１２１ａを通り、出口１２３ｂから供給口１３３に排出される。
【0059】
透明部材１２８は、図５に示すように、第１側壁部１２４ａに形成された開口部１２９に設けられている。透明部材１２８は、例えば、開口部１２９に嵌合している。開口部１２９は、第１側壁部１２４ａを貫通している。透明部材１２８は、開口部１２９から着脱可能に構成されている。例えば、透明部材１２８は、開口部１２９に螺合されることによって、開口部１２９から着脱可能に構成されている。
【0060】
透明部材１２８は、材料衝突部１２７の第２面１２７ｄ側に設けられている。材料衝突部１２７は、透明部材１２８に材料２が接触することを抑制する庇である。透明部材１２８は、Ｘ軸方向からみて、材料衝突部１２７と重なっている。図示の例では、透明部材１２８は、Ｚ軸方向に延在している。透明部材１２８の形状は、例えば、板状である。
【0061】
透明部材１２８は、材料センサー１７０からの光Ｌａおよび光Ｌａの反射光Ｌｂを透過することが可能な透明性を有する部材である。透明部材１２８は、可視光線、赤外線等の透過率が３０％以上１００％以下であること好ましく、透過率が５０％以上１００％以下であることがより好ましい。透明部材１２８の材質は、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ガラスである。
【0062】
１．４． 材料センサー
材料センサー１７０は、図１に示すように、接続部材１２０の外側に設けられている。材料センサー１７０は、透明部材１２８の斜め上方に設けられている。材料センサー１７０は、例えば、支持部１７２に支持されている。支持部１７２は、接続部材１２０の第１側壁部１２４ａから斜め上方に延在している。
材料センサー１７０は、図１に示すように、接続部材１２０の外側に設けられている。材料センサー１７０は、透明部材１２８の斜め上方に設けられている。材料センサー１７０は、例えば、支持部１７２に支持されている。支持部１７２は、接続部材１２０の第１側壁部１２４ａから斜め上方に延在している。
【0063】
材料センサー１７０は、発光部１７４と、受光部１７６と、を有している。発光部１７４は、透明部材１２８を介して、供給口１３３に向けて光Ｌａを発する。発光部１７４は、例えば、レーザー、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。受光部１７６は、光Ｌａの反射光Ｌｂを受光する。具体的には、受光部１７６は、材料２において反射された光Ｌａの反射光Ｌｂを、透明部材１２８を介して受光する。受光部１７６は、ＰＤ（Photodiode）である。材料衝突部１２７は、光Ｌａの光路と、投入口１１５と、の間に設けられている。
【0064】
材料センサー１７０は、フラットスクリュー１４０に形成された第１溝１４４の材料導入部１４７の材料２を検出する。材料センサー１７０は、材料導入部１４７の材料２の残量を検出する。材料センサー１７０は、測定範囲が予め定められている。材料センサー１７０の測定範囲は、透明部材１２８の位置を除外するように定められている。さらに、材料センサー１７０の測定範囲は、材料導入部１４７の位置を含むように設定されている。材料センサー１７０から所定の範囲にある材料２を検出するように構成されている。
【0065】
【0066】
１．５．１． 造形データ取得処理
ユーザーは、例えば、図示せぬ操作部を操作して、制御部４０に処理を開始するための処理開始信号を出力する。操作部は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネルなどによって構成されている。制御部４０は、処理開始信号を受けると処理を開始する。
ユーザーは、例えば、図示せぬ操作部を操作して、制御部４０に処理を開始するための処理開始信号を出力する。操作部は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネルなどによって構成されている。制御部４０は、処理開始信号を受けると処理を開始する。
【0067】
まず、制御部４０は、図７に示すように、ステップＳ１として、三次元造形物を造形するための造形データを取得する造形データ取得処理を行う。
【0068】
造形データは、例えば、材料貯留部１１０に貯留されている材料２の種類、ステージ２０に対する吐出部１０の移動経路、吐出部１０から吐出される可塑化材料の量などに関する情報を含む。
【0069】
造形データは、例えば、三次元造形装置１００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コードやＭコードなどによって表される。制御部４０は、三次元造形装置１００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。
【0070】
１．５．２． 造形層形成処理
次に、制御部４０は、ステップＳ２として、ステージ２０の堆積面２２に、可塑化材料を吐出して造形層を形成する造形層形成処理を行う
次に、制御部４０は、ステップＳ２として、ステージ２０の堆積面２２に、可塑化材料を吐出して造形層を形成する造形層形成処理を行う
【0071】
具体的には、制御部４０は、フラットスクリュー１４０とバレル１５０との間に供給された材料２を可塑化して可塑化材料を生成させ、吐出部１０のノズル１４から可塑化材料を吐出させる。制御部４０は、例えば、造形層形成処理が終了するまで可塑化材料を生成させ続ける。制御部４０は、造形層形成処理が終了するまで、材料センサー１７０からの検出信号に基づいて、フラットスクリュー１４０に形成された第１溝１４４の材料導入部１４７の可塑化材料が枯渇しないように、材料貯留部１１０の切出板駆動部１１８を制御する。
【0072】
ここで、図８は、三次元造形装置１００の造形層形成処理を説明するための断面図である。
【0073】
制御部４０は、図８に示すように、取得した造形データに基づいて、移動部３０を制御して吐出部１０とステージ２０との相対的な位置を変化させつつ、吐出部１０を制御してノズル１４からステージ２０に向けて可塑化材料を吐出させる。
【0074】
具体的には、造形層形成処理が開始される前、すなわち、第１層目の造形層である造形層Ｌ１の形成が開始される前では、ノズル１４は、ステージ２０の－Ｘ軸方向の端部よりも－Ｘ軸方向の初期位置に配置されている。造形層形成処理が開始されると、図８に示すように、制御部４０は、移動部３０を制御することによって、例えば、ステージ２０に対してノズル１４を＋Ｘ軸方向に相対移動させる。ノズル１４がステージ２０上を通過する際、ノズル１４から可塑化材料が吐出される。これにより、造形層Ｌ１が形成される。図８では、ｎを任意の自然数として、第ｎ層目の造形層Ｌｎまでを図示している。
【0075】
１．５．３． 判定処理
次に、制御部４０は、図７に示すように、ステップＳ３として、造形データに基づいて、全ての造形層の形成が完了したか否か判定する判定処理を行う。
次に、制御部４０は、図７に示すように、ステップＳ３として、造形データに基づいて、全ての造形層の形成が完了したか否か判定する判定処理を行う。
【0076】
全ての造形層の形成が完了していないと判定した場合（ステップＳ３で「ＮＯ」）、制御部４０は、処理をステップＳ２に戻す。制御部４０は、ステップＳ３において、全ての造形層の形成が完了したと判定するまで、ステップＳ２とステップＳ３とを繰り返す。
【0077】
一方、全ての造形層の形成が完了したと判定した場合（ステップＳ３で「ＹＥＳ」）、制御部４０は、処理を終了する。
【0078】
１．６． 作用効果
可塑化装置１２では、透明部材１２８を有し、投入口１１５と供給口１３３とを連通させる接続部材１２０と、透明部材１２８を介して供給口１３３に向けて光Ｌａを発する発光部１７４、および光Ｌａの反射光Ｌｂを受光する受光部１７６を有し、材料２の残量を検出する材料センサー１７０と、を含む。接続部材１２０は、投入口１１５から投入された材料２が当たる材料衝突部１２７を有し、材料衝突部１２７は、投入口１１５と透明部材１２８との間に設けられている。
可塑化装置１２では、透明部材１２８を有し、投入口１１５と供給口１３３とを連通させる接続部材１２０と、透明部材１２８を介して供給口１３３に向けて光Ｌａを発する発光部１７４、および光Ｌａの反射光Ｌｂを受光する受光部１７６を有し、材料２の残量を検出する材料センサー１７０と、を含む。接続部材１２０は、投入口１１５から投入された材料２が当たる材料衝突部１２７を有し、材料衝突部１２７は、投入口１１５と透明部材１２８との間に設けられている。
【0079】
そのため、可塑化装置１２では、材料衝突部１２７によって、投入口１１５から投入された材料２が透明部材１２８に付着する可能性を小さくすることができる。これにより、可塑化装置１２では、材料センサー１７０によって、材料２の残量を正確に検出することができる。
【0080】
可塑化装置１２では、接続部材１２０は、第１側壁部１２４ａを有し、材料衝突部１２７は、第１側壁部１２４ａから、材料２の投入方向に交差する方向であって、供給口１３３に近づく方向に延在し、第１側壁部１２４ａには、開口部１２９が形成され、透明部材１２８は、開口部１２９に設けられている。そのため、可塑化装置１２では、投入口１１５から投入された材料２は、材料衝突部１２７を滑り落ちて、供給口１３３に排出されることができる。
【0081】
可塑化装置１２では、透明部材１２８は、着脱可能に構成されている。そのため、可塑化装置１２では、仮に透明部材１２８に材料２が付着したとしても、透明部材１２８を交換できる。
【0082】
可塑化装置１２では、材料センサー１７０は、測定範囲が予め定められている。そのため、可塑化装置１２では、材料センサー１７０の測定範囲を、透明部材１２８の位置が材料センサー１７０の測定範囲から除外するように定めることにより、仮に透明部材１２８に材料２が付着したとしても、透明部材１２８に付着した材料２を検知しないようにすることができる。
【0083】
可塑化装置１２では、フラットスクリュー１４０には、第１溝１４４が形成され、材料センサー１７０は、第１溝１４４の材料２を検出する。そのため、可塑化装置１２では、造形層形成処理中に第１溝１４４の材料２が枯渇することを抑制できる。
【0084】
可塑化装置１２では、材料貯留部１１０は、貫通孔１１７が形成されたスライド部材としての材料切出板１１６と、材料切出板１１６をスライドさせるスライド駆動部としての切出板駆動部１１８と、を有する。切出板駆動部１１８は、材料切出板１１６をスライドさせることで、貫通孔１１７と投入口１１５とが連通し、投入口１１５から接続部材１２０に材料２が投入される第１状態と、貫通孔１１７と投入口１１５とが連通せず、投入口１１５から接続経路１２１に材料２が投入されない第２状態と、に切り替える。そのため、可塑化装置１２では、材料２の可塑化部１３０への供給量を調整できる。
【0085】
２． 三次元造形装置の変形例
２．１． 第１変形例
次に、本実施形態の第１変形例に係る三次元造形装置について、図面を参照しながら説明する。図９は、本実施形態の第１変形例に係る三次元造形装置２００の接続部材１２０を模式的に示す斜視図である。図１０は、本実施形態の第１変形例に係る三次元造形装置２００の接続部材１２０を模式的に示す図９のＸ－Ｘ線断面図である。なお、便宜上、図９および図１０では、接続部材１２０の管部１２２の図示を省略している。
２．１． 第１変形例
次に、本実施形態の第１変形例に係る三次元造形装置について、図面を参照しながら説明する。図９は、本実施形態の第１変形例に係る三次元造形装置２００の接続部材１２０を模式的に示す斜視図である。図１０は、本実施形態の第１変形例に係る三次元造形装置２００の接続部材１２０を模式的に示す図９のＸ－Ｘ線断面図である。なお、便宜上、図９および図１０では、接続部材１２０の管部１２２の図示を省略している。
【0086】
以下、本実施形態の第１変形例に係る三次元造形装置２００において、上述した本実施形態に係る三次元造形装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。このことは、後述する第２変形例に係る三次元造形装置おいて、同様である。
【0087】
【0088】
材料衝突部１２７は、接続部材１２０の側壁を構成している。透明部材１２８は、材料衝突部１２７の延在方向とは異なる方向であって、Ｚ軸方向に交差する方向に延在している。図示の例では、透明部材１２８は、材料衝突部１２７の第２端部１２７ｂに接続されている。Ｚ軸方向からみて、透明部材１２８の少なくとも一部は、材料衝突部１２７と重なっている。材料衝突部１２７および透明部材１２８は、屈曲した形状を構成している。
【0089】
接続部材１２０は、図１０に示すように、壁部２２０を有している。壁部２２０の形状は、例えば、板状である。壁部２２０は、例えば、材料衝突部１２７の第２端部１２７ｂに接続さている。図示の例では、壁部２２０は、第２端部１２７ｂから－Ｚ軸方向に延在している。壁部２２０によって、透明部材１２８に材料２が付着する可能性を小さくすることができる。
【0090】
三次元造形装置２００では、材料衝突部１２７は、材料２の投入方向に交差する方向に延在し、透明部材１２８は、材料衝突部１２７の延在方向とは異なる方向であって、投入方向に交差する方向に延在し、透明部材１２８の少なくとも一部は、投入方向からみて材料衝突部１２７と重なる。そのため、発光部１７４からの光Ｌａの透明部材１２８への入射角θを垂直に近づけ易い。これにより、光Ｌａの透明部材１２８における損失を低減できる。入射角θは、例えば、８０°以上１００°以下であり、好ましくは８５°以上９５°以下である。
【0091】
２．２． 第２変形例
次に、本実施形態の第２変形例に係る三次元造形装置について、図面を参照しながら説明する。図１１は、本実施形態の第２変形例に係る三次元造形装置３００を模式的に示す断面図である。
次に、本実施形態の第２変形例に係る三次元造形装置について、図面を参照しながら説明する。図１１は、本実施形態の第２変形例に係る三次元造形装置３００を模式的に示す断面図である。
【0092】
三次元造形装置３００は、図１１に示すように、反射光Ｌｂが通過する透明部材３２８を有する点において、上述した三次元造形装置１００と異なる。
【0093】
透明部材３２８は、第１側壁部１２４ａに形成された開口部３２９に設けられている。透明部材１２８は、例えば、開口部３２９に嵌合している。開口部３２９は、第１側壁部１２４ａを貫通している。図示の例では、透明部材３２８は、透明部材１２８の下方に設けられている。透明部材３２８は、例えば、着脱可能に構成されている。
【0094】
材料センサー１７０の発光部１７４および受光部１７６は、互いに分離されている。発光部１７４は、支持部１７２に支持されている。受光部１７６は、支持部１７３に支持している。支持部１７３は、第１側壁部１２４ａから斜め上方に延在している。図示の例では、受光部１７６は、発光部１７４の下方に設けられている。
【0095】
発光部１７４から発光された光Ｌａは、透明部材１２８を通って、材料導入部１４７の材料２に至る。材料２で反射された光Ｌａの反射光Ｌｂは、透明部材３２８を通って、受光部１７６に受光される。
【0096】
三次元造形装置３００では、接続部材１２０は、反射光Ｌｂが通過する他の透明部材３２８を有する。そのため、三次元造形装置３００では、発光部１７４から光Ｌａが発光されたにもかかわらず、受光部１７６で受光されない場合に、透明部材１２８および透明部材３２８の少なくともいずれかに材料２が付着しているということを検知できる。そのため、透明部材１２８，３２８の交換のタイミングを検知することができる。
【0097】
２．３． 第３変形例
次に、本実施形態の第３変形例に係る三次元造形装置について説明する。以下、本実施形態の第３変形例に係る三次元造形装置において、上述した本実施形態に係る三次元造形装置１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
次に、本実施形態の第３変形例に係る三次元造形装置について説明する。以下、本実施形態の第３変形例に係る三次元造形装置において、上述した本実施形態に係る三次元造形装置１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
【0098】
上述した三次元造形装置１００では、材料貯留部１１０に貯留される材料２は、ＡＢＳ樹脂であった。
【0099】
これに対し、本実施形態の第３変形例に係る三次元造形装置では、材料貯留部１１０に貯留される材料は、ＡＢＳ樹脂以外の材料、または、ＡＢＳ樹脂に他の成分が加えられた材料である。
【0100】
材料貯留部１１０に貯留される材料としては、熱可塑性を有する材料、金属材料、セラミック材料等の種々の材料を主材料とした材料を挙げることができる。ここで、「主材料」とは、三次元造形装置で造形される造形物の形状を形作っている中心となる材料を意味し、造形物において５０質量％以上の含有率を占める材料を意味する。上述した材料には、それらの主材料を単体で溶融したものや、主材料とともに含有される一部の成分が溶融してペースト状にされたものが含まれる。
【0101】
熱可塑性を有する材料としては、例えば、熱可塑性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、汎用エンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチックが挙げられる。
【0102】
汎用エンジニアリングプラスチックとしては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアセタール（ＰＯＭ ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートが挙げられる。
【0103】
スーパーエンジニアリングプラスチックとしては、例えば、ポリサルフォン（ＰＳＵ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）が挙げられる。
【0104】
熱可塑性を有する材料には、顔料や、金属、セラミック、その他に、ワックス、難燃剤、酸化防止剤、熱安定剤などの添加剤等が混入されていてもよい。熱可塑性を有する材料は、可塑化装置１２において、フラットスクリュー１４０の回転と、ヒーター１６０の加熱と、によって可塑化されて溶融した状態に転化される。また、そのように生成された可塑化材料は、ノズル１４から堆積された後、温度の低下によって硬化する。熱可塑性を有する材料は、そのガラス転移点以上に加熱されて完全に溶融した状態でノズル１４から吐出されることが望ましい。
【0105】
可塑化装置１２では、上述した熱可塑性を有する材料の代わりに、例えば、金属材料が主材料として用いられてもよい。この場合には、金属材料を粉末状にした粉末材料に、可塑化材料の生成の際に溶融する成分が混合されて、可塑化装置１２に投入されることが望ましい。
【0106】
金属材料としては、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）やクロム（Ｃｒ）、アルミニウム （Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）の単一の金属、もしくはこれらの金属を１つ以上含む合金、また、マルエージング鋼、ステンレス鋼、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金が挙げられる。
【0107】
可塑化装置１２においては、上記の金属材料の代わりに、セラミック材料を主材料として用いることが可能である。セラミック材料としては、例えば、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどの酸化物セラミックや、窒化アルミニウムなどの非酸化物セラミックなどが挙げられる。
【0108】
材料貯留部１１０に貯留される金属材料やセラミック材料の粉末材料は、単一の金属の粉末や合金の粉末、セラミック材料の粉末を、複数種類、混合した混合材料であってもよい。また、金属材料やセラミック材料の粉末材料は、例えば、上述の熱可塑性樹脂、あるいは、それ以外の熱可塑性樹脂によってコーティングされていてもよい。この場合には、可塑化装置１２において、その熱可塑性樹脂が溶融して流動性が発現されるものとしてもよい。
【0109】
材料貯留部１１０に貯留される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、溶剤を添加することもできる。溶剤としては、例えば、水；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の（ポリ）アルキレングリコールモノアルキルエーテル類；酢酸エチル、酢酸ｎ－プロピル、酢酸ｉｓｏ－プロピル、酢酸ｎ－ブチル、酢酸ｉｓｏ－ブチル等の酢酸エステル類；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル－ｎ－ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類；エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類；テトラアルキルアンモニウムアセテート類；ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤；ピリジン、γ－ピコリン、２，６－ルチジン等のピリジン系溶剤；テトラアルキルアンモニウムアセテート（例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等）；ブチルカルビトールアセテート等のイオン液体等が挙げられる。
【0110】
その他に、材料貯留部１１０に貯留される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、バインダーが添加されていてもよい。バインダーとしては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂またはＰＬＡ、ＰＡ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、あるいはその他の熱可塑性樹脂が挙げられる。
【0111】
３． 射出成形装置
次に、本実施形態に係る射出成形装置について、図面を参照しながら説明する。図１２は、本実施形態に係る射出成形装置９００を模式的に示す断面図である。
次に、本実施形態に係る射出成形装置について、図面を参照しながら説明する。図１２は、本実施形態に係る射出成形装置９００を模式的に示す断面図である。
【0112】
射出成形装置９００は、図１２に示すように、例えば、上述した可塑化装置１２を含む。射出成形装置９００は、さらに、例えば、ノズル１４と、射出機構９１０と、型部９２０と、型締部９３０と、を含む。
【0113】
可塑化装置１２は、フラットスクリュー１４０の第１溝１４４に供給された材料２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連通孔１５６から射出機構９１０へと導く。
【0114】
射出機構９１０は、例えば、シリンダー９１２と、プランジャー９１４と、プランジャー駆動部９１６と、を有している。シリンダー９１２は、連通孔１５６に接続された略円筒状の部材である。プランジャー９１４は、シリンダー９１２の内部を移動する。プランジャー９１４は、モーターやギア等によって構成されたプランジャー駆動部９１６によって駆動される。プランジャー駆動部９１６は、制御部４０によって制御される。
【0115】
射出機構９１０は、プランジャー９１４をシリンダー９１２内で摺動させることによって、計量操作および射出操作を実行する。計量操作とは、連通孔１５６から離れる方向にプランジャー９１４を移動させることによって、連通孔１５６に位置する可塑化材料をシリンダー９１２内へと導いて、シリンダー９１２内において計量する操作を指す。射出操作とは、連通孔１５６へ近付く方向にプランジャー９１４を移動させることによって、シリンダー９１２内の可塑化材料を、ノズル１４を介して型部９２０に射出する操作を指す。
【0116】
ノズル１４は、可塑化装置１２から供給された可塑化材料を型部９２０の成形型９２２に向けて射出する。具体的には、上述した計量操作および射出操作が実行されることによって、シリンダー９１２内で計量された可塑化材料が、射出機構９１０から連通孔１５６を介してノズル１４へと送られる。そして、可塑化材料は、ノズル１４から型部９２０へと射出される。
【0117】
型部９２０は、成形型９２２を有している。成形型９２２は、金型である。成形型９２２は、互いに対向する可動型９２６および固定型９２８を有し、可動型９２６と固定型９２８との間にキャビティー９２４を有している。可塑化材料は、ノズル１４から成形型９２２のキャビティー９２４に射出される。キャビティー９２４は、成形品の形状に相当する空間である。キャビティー９２４に流れ込んだ可塑化材料は、冷却されて固化される。これにより、成形品が生成される。可動型９２６および固定型９２８の材質は、金属である。なお、可動型９２６および固定型９２８の材質は、セラミック、樹脂であってもよい。
【0118】
型締部９３０は、例えば、型駆動部９３２と、ボールねじ部９３４と、を有している。型駆動部９３２は、例えば、モーター、ギアなどによって構成されている。型駆動部９３２は、ボールねじ部９３４を介して可動型９２６に接続されている。型駆動部９３２の駆動は、制御部４０によって制御される。ボールねじ部９３４は、型駆動部９３２の駆動による動力を可動型９２６に伝達する。型締部９３０は、型駆動部９３２およびボールねじ部９３４によって可動型９２６を移動させることによって、型部９２０の開閉を行う。
【0119】
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【0120】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成、例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【0121】
上述した実施形態および変形例から以下の内容が導き出される。
【0122】
可塑化装置の一態様は、
材料を貯留し、前記材料を投入口から排出する材料貯留部と、
スクリュー、および、前記スクリューを収容し、前記投入口と連通する供給口が形成されたケースを有し、前記材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部と、
透明部材を有し、前記投入口と前記供給口とを連通させる接続部材と、
前記透明部材を介して前記供給口に向けて光を発する発光部、および前記光の反射光を受光する受光部を有し、前記材料の残量を検出する材料センサーと、
を含み、
前記接続部材は、前記投入口から投入された前記材料が当たる材料衝突部を有し、
前記材料衝突部は、前記投入口と前記透明部材との間に設けられている。
材料を貯留し、前記材料を投入口から排出する材料貯留部と、
スクリュー、および、前記スクリューを収容し、前記投入口と連通する供給口が形成されたケースを有し、前記材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部と、
透明部材を有し、前記投入口と前記供給口とを連通させる接続部材と、
前記透明部材を介して前記供給口に向けて光を発する発光部、および前記光の反射光を受光する受光部を有し、前記材料の残量を検出する材料センサーと、
を含み、
前記接続部材は、前記投入口から投入された前記材料が当たる材料衝突部を有し、
前記材料衝突部は、前記投入口と前記透明部材との間に設けられている。
【0123】
この可塑化装置によれば、投入口から投入された材料が透明部材に付着する可能性を小さくすることができる。
【0124】
可塑化装置の一態様において、
前記接続部材は、側壁部を有し、
前記材料衝突部は、前記側壁部から、前記材料の投入方向に交差する方向であって、前記供給口に近づく方向に延在し、
前記側壁部には、開口部が形成され、
前記透明部材は、前記開口部に設けられていてもよい。
前記接続部材は、側壁部を有し、
前記材料衝突部は、前記側壁部から、前記材料の投入方向に交差する方向であって、前記供給口に近づく方向に延在し、
前記側壁部には、開口部が形成され、
前記透明部材は、前記開口部に設けられていてもよい。
【0125】
この可塑化装置によれば、投入口から投入された材料は、材料衝突部を滑り落ちて、供給口に排出されることができる。
【0126】
可塑化装置の一態様において、
前記材料衝突部は、前記材料の投入方向に交差する方向に延在し、
前記透明部材は、前記材料衝突部の延在方向とは異なる方向であって、前記投入方向に交差する方向に延在し、
前記透明部材の少なくとも一部は、前記投入方向からみて前記材料衝突部と重なってもよい。
前記材料衝突部は、前記材料の投入方向に交差する方向に延在し、
前記透明部材は、前記材料衝突部の延在方向とは異なる方向であって、前記投入方向に交差する方向に延在し、
前記透明部材の少なくとも一部は、前記投入方向からみて前記材料衝突部と重なってもよい。
【0127】
この可塑化装置によれば、発光部からの光の透明部材への入射角を垂直に近づけ易い。これにより、光の透明部材における損失を低減できる。
【0128】
可塑化装置の一態様において、
前記透明部材は、着脱可能に構成されていてもよい。
前記透明部材は、着脱可能に構成されていてもよい。
【0129】
この可塑化装置によれば、仮に透明部材に材料が付着したとしても、透明部材を交換できる。
【0130】
可塑化装置の一態様において、
前記接続部材は、前記反射光が通過する他の透明部材を有してもよい。
前記接続部材は、前記反射光が通過する他の透明部材を有してもよい。
【0131】
この可塑化装置によれば、発光部から発光された光が透明部材を通過したにもかかわらず、受光部で受光されない場合に、透明部材に材料が付着しているということを検知できる。
【0132】
可塑化装置の一態様において、
前記材料センサーは、測定範囲が予め定められていてもよい。
前記材料センサーは、測定範囲が予め定められていてもよい。
【0133】
この可塑化装置によれば、材料センサーの測定範囲を、透明部材の位置が材料センサーの測定範囲から除外するように定めることにより、仮に透明部材に材料が付着したとしても、透明部材に付着した材料を検知しないようにすることができる。
【0134】
可塑化装置の一態様において、
前記スクリューには、溝が形成され、
前記材料センサーは、前記溝の前記材料を検出してもよい。
前記スクリューには、溝が形成され、
前記材料センサーは、前記溝の前記材料を検出してもよい。
【0135】
この可塑化装置によれば、造形層形成処理中に溝の材料が枯渇することを抑制できる。
【0136】
可塑化装置の一態様において、
前記材料貯留部は、
貫通孔が形成されたスライド部材と、
前記スライド部材をスライドさせるスライド駆動部と、
を有し、
前記スライド駆動部は、前記スライド部材をスライドさせることで、
前記貫通孔と前記投入口とが連通し、前記投入口から前記接続部材に前記材料が投入される第１状態と、
前記貫通孔と前記投入口とが連通せず、前記投入口から前記接続部材に前記材料が投入されない第２状態と、
に切り替えてもよい。
前記材料貯留部は、
貫通孔が形成されたスライド部材と、
前記スライド部材をスライドさせるスライド駆動部と、
を有し、
前記スライド駆動部は、前記スライド部材をスライドさせることで、
前記貫通孔と前記投入口とが連通し、前記投入口から前記接続部材に前記材料が投入される第１状態と、
前記貫通孔と前記投入口とが連通せず、前記投入口から前記接続部材に前記材料が投入されない第２状態と、
に切り替えてもよい。
【0137】
この可塑化装置によれば、材料の可塑化部への供給量を調整できる。
【0138】
三次元造形装置の一態様は、
前記可塑化装置の一態様と、
前記可塑化装置から供給された前記可塑化材料をステージに向けて吐出するノズルと、
を含む。
前記可塑化装置の一態様と、
前記可塑化装置から供給された前記可塑化材料をステージに向けて吐出するノズルと、
を含む。
【0139】
射出成形装置の一態様は、
前記可塑化装置の一態様と、
前記可塑化装置から供給された前記可塑化材料を成形型に向けて射出するノズルと、
を含む。
前記可塑化装置の一態様と、
前記可塑化装置から供給された前記可塑化材料を成形型に向けて射出するノズルと、
を含む。
【符号の説明】
【0140】
２…材料、１０…吐出部、１２…可塑化装置、１４…ノズル、１６…ノズル流路、２０…ステージ、２２…堆積面、３０…移動部、３２…第１電動アクチュエーター、３４…第２電動アクチュエーター、３６…第３電動アクチュエーター、４０…制御部、１００…三次元造形装置、１１０…材料貯留部、１１１…ホッパー、１１２…材料供給機構、１１３…ガイドケース、１１４…材料入口、１１５…投入口、１１６…材料切出板、１１７…貫通孔、１１８…切出板駆動部、１２０…接続部材、１２１…接続経路、１２２…管部、１２３…本体部、１２３ａ…入口、１２３ｂ…出口、１２４ａ…第１側壁部、１２４ｂ…第２側壁部、１２４ｃ…第３側壁部、１２４ｄ…第４側壁部、１２５…第１固定部、１２６…第２固定部、１２７…材料衝突部、１２７ａ…第１端部、１２７ｂ…第２端部、１２７ｃ…第１面、１２７ｄ…第２面、１２８…透明部材、１２９…開口部、１３０…可塑化部、１３２…スクリューケース、１３３…供給口、１３４…駆動モーター、１３６…シャフト、１４０…フラットスクリュー、１４１…上面、１４２…溝形成面、１４３…側面、１４４…第１溝、１４５…中央部、１４６…接続部、１４７…材料導入部、１５０…バレル、１５２…対向面、１５４…第２溝、１５６…連通孔、１６０…ヒーター、１７０…材料センサー、１７２，１７３…支持部、１７４…発光部、１７６…受光部、２００…三次元造形装置、２２０…壁部、３００…三次元造形装置、３２８…透明部材、３２９…開口部、９００…射出成形装置、９１０…射出機構、９１２…シリンダー、９１４…プランジャー、９１６…プランジャー駆動部、９２０…型部、９２２…成形型、９２４…キャビティー、９２６…可動型、９２８…固定型、９３０…型締部、９３２…型駆動部、９３４…ボールねじ部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】