(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-06-23
(45)【発行日】2023-07-03
(54)【発明の名称】造形装置、方法及び造形システム
(51)【国際特許分類】
B29C 64/30 20170101AFI20230626BHJP
B29C 64/118 20170101ALI20230626BHJP
B29C 64/295 20170101ALI20230626BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20230626BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20230626BHJP
B29C 64/393 20170101ALI20230626BHJP
【ＦＩ】
B29C64/30
B29C64/118
B29C64/295
B33Y30/00
B33Y10/00
B29C64/393
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2019051911
(22)【出願日】2019-03-19
(65)【公開番号】P2020151925
(43)【公開日】2020-09-24
【審査請求日】2022-03-15
(73)【特許権者】
【識別番号】516262549
【氏名又は名称】エス．ラボ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】高井 篤
(72)【発明者】
【氏名】荒生 剛志
(72)【発明者】
【氏名】竹内 惇
【審査官】▲高▼橋 理絵
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１６－５３５１７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１５５６９１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２９Ｃ ６４／３９３
Ｂ２９Ｃ ６４／１１８
Ｂ２９Ｃ ６４／２９５
Ｂ３３Ｙ ３０／００
Ｂ３３Ｙ １０／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
造形材料を積層して三次元造形物を造形する造形装置であって、前記積層を行って前記三次元造形物の造形を行う造形エリアと、
前記造形材料の積層時に前記造形材料を局所的に加熱する局所加熱部と、
前記積層時に前記造形材料を局所的に冷却する局所冷却部と、
得られた前記三次元造形物を所定温度以上でアニーリングするアニーリングエリアと、
前記造形エリアと前記アニーリングエリアとの間で熱を遮断する断熱部材と、
を備えた造形装置。
【請求項2】
前記所定温度は、前記造形材料のガラス転移点の温度以上の温度とされる、請求項１記載の造形装置。
【請求項3】
前記造形エリアと前記アニーリングエリアとは、開閉可能に構成された前記断熱部材を介して隣接して配置され、前記三次元造形物を載置した載置台を前記造形エリアから前記アニーリングエリアへと搬送する搬送部を備えた、
請求項１記載の造形装置。
【請求項4】
前記アニーリングエリアは、前記三次元造形物を載置した載置台を複数収納可能とされている、請求項３記載の造形装置。
【請求項5】
造形材料を積層して三次元造形物を造形する造形装置で実行される方法であって、造形エリアにおいて前記造形材料の積層時に前記造形材料を局所的に加熱する過程と、
前記造形エリアにおいて前記積層時に前記造形材料を局所的に冷却する過程と、
得られた前記三次元造形物をアニーリングエリアに搬送する過程と、
断熱部材によって前記造形エリアと前記アニーリングエリアとの間の熱を遮断する過程と、
前記アニーリングエリアにおいて、搬送された前記三次元造形物を所定温度以上でアニーリングする過程と、
を備えた方法。
【請求項6】
造形材料を積層して三次元造形物を造形する造形システムであって、前記造形材料の積層時に前記造形材料を局所的に加熱する局所加熱部と、前記積層時に前記造形材料を局所的に冷却する局所冷却部と、を有し、前記三次元造形物を造形する造形装置と、
前記造形装置で造形された前記三次元造形物を所定温度以上でアニーリングするアニーリング装置と、
前記造形装置から前記アニーリング装置に前記三次元造形物を断熱状態で搬送する、断熱機構を有する搬送装置と、
を備えた造形システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、造形装置、方法及び造形システムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、金型などを用いずに造形物を造形可能な装置として、造形装置が普及しつつある。
例えば、結晶性樹脂においては、造形中において冷却ムラが原因となり、収縮ムラが生じ、造形物に内部応力が発生することから、反りが生じやすい。特許文献１では１つ又は複数の半晶質ポリマーと、前記１つ又は複数の半晶質ポリマーの結晶化を遅延させるように構成されている１つ又は複数の第２の材料とを用いて造形すする技術が開示されている。
例えば、結晶性樹脂においては、造形中において冷却ムラが原因となり、収縮ムラが生じ、造形物に内部応力が発生することから、反りが生じやすい。特許文献１では１つ又は複数の半晶質ポリマーと、前記１つ又は複数の半晶質ポリマーの結晶化を遅延させるように構成されている１つ又は複数の第２の材料とを用いて造形すする技術が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
ここで、反りを抑えるためにブリムと呼ばれる造形物の最下部に形成される薄い板を造形する場合もあるが、造形物の大きさによってはブリムだけで反りを抑えることが困難であった。
【0004】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で立体造形物の反りや変形を抑制し、品質の高い立体造形物を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、実施形態の造形装置は、造形材料を積層して三次元造形物を造形する造形装置であって、積層を行って三次元造形物の造形を行う造形エリアと、造形材料の積層時に造形材料を局所的に加熱する局所加熱部と、積層時に造形材料を局所的に冷却する局所冷却部と、得られた三次元造形物を所定温度以上でアニーリングするアニーリングエリアと、造形エリアとアニーリングエリアとの間で熱を遮断する断熱部材と、を備える。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、簡易な構成で立体造形物の反りや変形を抑制し、品質の高い立体造形物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる３次元造形装置を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【0009】
造形装置の一例として、熱溶解積層法について説明する。熱溶解積層法は、熱可塑性樹脂を含有する造形材料を熱で溶融させ半液状化させた後、造形したい立体造形物の３Ｄデータに基づいて所定の位置に造形材料を吐出して造形層を形成する。そして、この造形層の積層を繰り返すことにより、他の方法に比べて簡便に立体造形物を造形することができる。
【0010】
このような熱溶解積層法による造形装置で用いられる造形材料について、例えば、造形材料の作製時、保管時、又は立体造形物の製造時に、取り扱いにくい樹脂を芯層部とし、ポリエーテルエーテルケトン等のスーパーエンジニアリングプラスチックなどを鞘層部として多層化した造形材料を用いることができる。
【0011】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
＜全体構成＞
造形材料で造形層を造形ステージに造形する造形装置の一実施形態と、造形材料として熱可塑性樹脂のフィラメントを用いた熱溶解積層法により立体造形物を造形する造形装置について説明を行う。
＜全体構成＞
造形材料で造形層を造形ステージに造形する造形装置の一実施形態と、造形材料として熱可塑性樹脂のフィラメントを用いた熱溶解積層法により立体造形物を造形する造形装置について説明を行う。
【0012】
なお、造形装置は、熱可塑性樹脂のフィラメントを用いた熱溶解積層法に限定されるものではなく、種々の造形材料や造形方法に適用可能であり、造形ステージの載置面上に三次元造形物（立体造形物）を造形する任意の造形装置を用いることができる。
【0013】
図１は、造形装置の概要構成ブロック図である。造形装置１００は、筐体１０１と、載置台１０２と、シャッタ１０４と、スライダ１０５と、エレベータユニット１０６、載置台支持台１１０が含まれる。
【0014】
筐体１０１は、造形部として造形エリア１０１Ａと、アニーリング部としてアニーリングエリア１０１Ｂを備える。具体的には、筐体１０１は二つのエリアに分かれており、一方は、積層造形を行う造形エリア（造形室）１０１Ａとされ、他方は、造形後の三次元造形物ＭＯに対して所定温度以上で熱処理（アニーリング）を行うアニーリングエリア（アニーリング室）１０１Ｂと、されている。
【0015】
ここで、アニーリングとは、三次元造形物ＭＯに所定温度以上で熱処理を行って残留応力による歪みを解消（除去）する処理であり、造形材料がガラス転移点を有している場合には、ガラス転移点の温度以上の温度で、熱処理を行う処理となる。
【0016】
載置台１０２は、三次元造形物ＭＯを載置する。二つのエリア１０１Ａ、１０１Ｂ間で、三次元造形物ＭＯを載置する載置台１０２は、搬送ユニット１０３により移動可能である。載置台支持台１１０と載置台１０２は一体となっており、載置台支持台１１０は、載置台１０２を支持する。なお、搬送ユニット１０３は、モータ、スライダ１０５及び載置台支持台１１０の総称を意味する。載置台支持台１１０を介して載置台１０２が搬送される。
【0017】
スライダ１０５は、搬送ユニット１０３に対して水平方向に配置され、を備え、載置台１０２は、二つのエリア１０１Ａ、１０１Ｂ間を搬送される。
アニーリングエリア１０１Ｂは、複数の載置台１０２をスタック（収納）可能な空間を有し、載置台１０２を垂直方向に駆動可能なエレベータユニット１０６を備えている。
アニーリングエリア１０１Ｂは、複数の載置台１０２をスタック（収納）可能な空間を有し、載置台１０２を垂直方向に駆動可能なエレベータユニット１０６を備えている。
【0018】
シャッタ１０４は、開閉によって熱を調整する断熱部材である。二つのエリア１０１Ａ、１０１Ｂ間にシャッタ１０４が設けられており、載置台１０２が移動するときは、シャッタ１０４を開くことで、通路を確保し、シャッタ１０４を閉じる。これによって、二つのエリア１０１Ａ、１０１Ｂの熱が遮断される。したがって、アニーリングエリア１０１Ｂにおいては、アニーリング雰囲気を維持することが可能となっている。
【0019】
図１の造形装置では、造形エリア１０１Ａとアニーリングエリア１０１Ｂとが一体となった造形装置としているが、造形エリア１０１Ａとアニーリングエリア１０１Ｂがそれぞれ別体になってもよい。具体的には、立体造形装置として造形エリア１０１Ａと、アニーリング装置としてアニーリングエリア１０１Ｂとを備える造形システムとしてもよい。
【0020】
シャッタ１０４は、開閉によって熱を調整する断熱部材である。二つのエリア１０１Ａ、１０１Ｂ間にシャッタ１０４が設けられており、載置台１０２が移動するときは、シャッタ１０４を開くことで、通路を確保し、シャッタ１０４を閉じる。これによって、二つのエリア１０１Ａ、１０１Ｂの熱が遮断される。したがって、アニーリングエリア１０１Ｂにおいては、アニーリング雰囲気を維持することが可能となっている。
【0021】
続いて図１の造形エリア１０１Ａとアニーリングエリア１０１Ｂを図２と図３を用いて説明する。
図２は、造形エリアの内部構造を示す概略正面図である。図１と同様の符号を付している構成については適宜説明を省略する。図２においては、上下方向をＺ軸方向、装置の左右方向をＸ軸方向、装置の奥行き方向をＹ軸方向として説明する。
図２は、造形エリアの内部構造を示す概略正面図である。図１と同様の符号を付している構成については適宜説明を省略する。図２においては、上下方向をＺ軸方向、装置の左右方向をＸ軸方向、装置の奥行き方向をＹ軸方向として説明する。
【0022】
造形エリア１０１Ａは、筐体１０１の内部の処理空間内に載置台支持台１１０が設けられ、この載置台支持台１１０に支持された載置台１０２の上で三次元造形物ＭＯが造形される。造形エリア１０１Ａは、筐体１０１、載置台１０２、載置台支持台１１０、造形モジュール１０、造形ヘッド２０、ノズル２１、加熱ブロック２２、冷却ブロック２４、エクストルーダ２５、局所加熱装置２７、２９、リール３１、支持部材２８、Ｚ軸駆動モータ４１、Ｚ軸送りネジ４２、Ｚ軸座標検知機構４３、載置台ガイド軸４４、加熱部４００、Ｘ軸駆動モータ５１、Ｘ軸送りネジ５２、Ｘ軸座標検知機構５３、Ｘ軸ガイド軸５４、Ｙ軸駆動モータ６１、送りネジ保持部６１ａ、Ｙ軸送りネジ６２、Ｙ軸座標検知機構６３、Ｙ軸ガイド軸６４、ノズル清掃部７０、ブラシ７１、ブラシモータ７２,回収ボックス７３、回転テーブル８２、テーブル回転モータ８３,モータギヤ８３Ａが含まれる。
【0023】
載置台支持台１１０のＸ軸方向両端付近には、載置台ガイド軸４４が貫通しており、載置台１０２のＹ軸方向一端付近には、Ｚ軸送りネジ４２が貫通している。載置台支持台１１０のＺ軸送りネジ４２が貫通する貫通穴の内周面には、雌ネジが形成されている。載置台支持台１１０は、Ｚ軸送りネジ４２に螺合している。
【0024】
Ｚ軸送りネジ４２の下端は、筐体１０１の底面に設けられたＺ軸駆動モータ４１に接続されている。また、筐体１０１の底面には、載置台支持台１１０に載置された載置台１０２のＺ軸方向位置を検知するＺ軸座標検知機構４３が設けられている。
【0025】
Ｚ軸駆動モータ４１の駆動力によってＺ軸送りネジ４２が回転駆動することで、Ｚ軸送りネジ４２に螺合された載置台支持台１１０が、一対の載置台ガイド軸４４に案内されながら、Ｚ軸方向に移動し、ひいては、載置台支持台１１０に支持されている載置台１０２がＺ軸方向に移動する。Ｚ軸駆動モータ４１は、Ｚ軸座標検知機構４３の検知結果に基づいて制御される。
【0026】
台加熱部４００は、載置台１０２を加熱する。台加熱部４００は、載置台１０２の三次元造形物ＭＯが載置される面の温度を規定の温度に加熱している。
このように載置台１０２を規定の温度に加熱することで、造形中に載置台１０２上に載置されている三次元造形物ＭＯの造形材層が冷えてしまうのを抑制する。これにより、造形材層の冷えによる伸縮を抑制して、三次元造形物ＭＯの反りなどの発生を抑制することができる。
このように載置台１０２を規定の温度に加熱することで、造形中に載置台１０２上に載置されている三次元造形物ＭＯの造形材層が冷えてしまうのを抑制する。これにより、造形材層の冷えによる伸縮を抑制して、三次元造形物ＭＯの反りなどの発生を抑制することができる。
【0027】
筐体１０１の外側面には、造形材料の一例として細長いワイヤー形状のフィラメントＦを巻き付けたリール３１が回転自在に取り付けられている。リール３１は、フィラメントＦを送り出すエクストルーダ２５によって引っ張られて回転することで、巻き取られたフィラメントＦを繰り出す。
【0028】
造形エリア１０１Ａ内における載置台１０２の上方には、吐出手段として造形モジュール１０が設けられている。造形モジュール１０は、造形ヘッド２０、保持手段としての回転テーブル８２、支持部材２８などを有している。
【0029】
造形ヘッド２０は、フィラメントＦを送り出す導入部としてのエクストルーダ２５と、フィラメントＦを冷却する冷却部としての冷却ブロック２４と、フィラメントＦを加熱して溶融させる加熱ブロック２２と、溶融したフィラメントＦが押し出される押し出し部としてのノズル２１と、を備えている。
【0030】
造形ヘッド２０は、溶融状態のフィラメントＦをノズル２１から押し出すようにして吐出することにより、載置台１０２上に造形材料からなる層を順次積層し、硬化させて、三次元造形物ＭＯを造形する。また、ノズル２１の近傍には、局所加熱装置２７と局所冷却装置２９が設置されている。局所加熱装置２７は、三次元造形物ＭＯの造形中に三次元造形物ＭＯを局所的に加熱する。局所冷却装置２９は、三次元造形物ＭＯの造形中に三次元造形物ＭＯを局所的に冷却する。
【0031】
造形モジュール１０においては、二個の造形ヘッド２０がＹ軸方向に並んで設けられており、造形ヘッド２０のノズル２１以外は、一体化されている。
造形ヘッド２０は、回転テーブル８２に保持されており、回転テーブル８２は、回転自在に支持部材２８に取り付けられている。
造形ヘッド２０は、回転テーブル８２に保持されており、回転テーブル８２は、回転自在に支持部材２８に取り付けられている。
【0032】
二個の造形ヘッド２０のうち、一方の造形ヘッド２０のノズル２１からは、三次元造形物を構成するモデル材となる溶融したフィラメントＦが吐出され、他方の造形ヘッド２０のノズル２１からは、サポート材となる溶融したフィラメントＦが吐出される。
サポート材は、通常、三次元造形物を構成するモデル材のフィラメントＦとは異なる材料で形成され、最終的には三次元造形物から除去される造形補助材料である。そして、他方のノズル２１から吐出されたサポート材からなる溶融したフィラメントＦも、モデル材の溶融したフィラメントＦと同様に、層状に順次積層される。
サポート材は、通常、三次元造形物を構成するモデル材のフィラメントＦとは異なる材料で形成され、最終的には三次元造形物から除去される造形補助材料である。そして、他方のノズル２１から吐出されたサポート材からなる溶融したフィラメントＦも、モデル材の溶融したフィラメントＦと同様に、層状に順次積層される。
【0033】
回転テーブル８２は、支持部材２８に回転自在に設けられている。この支持部材２８には、回転テーブル８２を回転させるテーブル回転モータ８３が取り付けられている。回転テーブル８２の外周面には、例えば、外歯が形成されており、テーブル回転モータ８３のモータギヤ８３Ａが、回転テーブル８２の外歯と噛み合っている。これにより、テーブル回転モータ８３から駆動力が伝達され、回転テーブル８２が回転する。
【0034】
支持部材２８には、Ｘ軸方向に延びるＸ軸ガイド軸５４と、Ｘ軸送りネジ５２とが貫通している。支持部材２８のＸ軸送りネジ５２が貫通する貫通穴の内周面には、雌ネジが形成されており、支持部材２８は、Ｘ軸送りネジ５２に螺合している。
【0035】
筐体１０１上部のＸ軸方向一端（図中左側）には、Ｙ軸ガイド軸６４が設けられており、筐体上部のＸ軸方向他端（図中右側）には、Ｙ軸送りネジ６２が設けられている。Ｙ軸ガイド軸６４には、被ガイド部材６６がＹ軸方向に移動可能に取り付けられており、Ｙ軸送りネジ６２には、移動部材６５が螺合している。
【0036】
被ガイド部材６６は、Ｘ軸ガイド軸５４とＸ軸送りネジ５２の一端を保持している。Ｘ軸送りネジ５２は、被ガイド部材６６に回転可能に保持されている。移動部材６５は、Ｘ軸ガイド軸５４の他端と、Ｘ軸駆動モータ５１と、造形モジュール１０のＸ軸方向の位置を検知するＸ軸座標検知機構５３とを保持している。Ｘ軸送りネジ５２の他端は、Ｘ軸駆動モータ５１に接続されている。これにより、造形ヘッド２０等を支持する支持部材２８が、Ｘ軸ガイド軸５４とＸ軸送りネジ５２によって架け渡された状態で、Ｙ軸送りネジ６２とＹ軸ガイド軸６４とに保持される。
【0037】
Ｙ軸送りネジ６２の一端は、送りネジ保持部６１ａに回転自在に支持されており、他端は、筐体１０１の側面に取り付けられたＹ軸駆動モータ６１に接続されている。送りネジ保持部６１ａには、造形モジュール１０のＹ軸方向の位置を検知するＹ軸座標検知機構６３が取り付けられている。
【0038】
Ｙ軸駆動モータ６１によってＹ軸送りネジ６２が回転駆動することで、Ｙ軸送りネジ６２に螺合された移動部材６５がＹ軸方向に移動する。これにより、Ｘ軸ガイド軸５４とＸ軸送りネジ５２を介して移動部材６５に保持された造形モジュール１０がＹ軸ガイド軸６４にガイドされながら、Ｙ軸方向に移動する。Ｙ軸駆動モータ６１は、Ｙ軸座標検知機構６３の検知結果に基づいて制御される。
【0039】
Ｘ軸送りネジ５２がＸ軸駆動モータ５１の駆動力を受けて回転駆動すると、造形モジュール１０がＸ軸送りネジ５２に螺合された支持部材２８とともにＸ軸ガイド軸５４にガイドされながらＸ軸方向に移動する。Ｘ軸駆動モータ５１は、Ｘ軸座標検知機構５３の検知結果に基づいて制御される。
【0040】
筐体１０１内には、造形ヘッド２０のノズル２１を清掃するためのノズル清掃部７０が設けられている。溶融したフィラメントＦの吐出を連続で続けると、ノズル２１からの溶融フィラメントの垂れやノズル２１に付着する残留フィラメントによってノズル周辺が汚れ、適切な吐出動作を妨げるおそれがある。そのため、定期的にノズルの清掃を行う必要がある。
【0041】
ノズル清掃部７０は、載置台１０２のＸ軸方向一端に設けられており、主にノズル２１の残留フィラメントなどの異物を除去するためのブラシ７１と、ブラシ７１を回転させるブラシモータ７２と、ブラシ７１によって除去された異物を回収する回収ボックス７３とを有している。
【0042】
ノズル２１の清掃は、次のようにして行われる。まず、載置台支持台１１０に載置された載置台１０２および造形モジュール１０を移動させて、ノズル２１をブラシ７１に接触させる。そして、ブラシモータ７２によってブラシ７１を回転させて、ノズル２１に付着している残留フィラメントなどの異物を除去する。
【0043】
好ましくは、ノズル２１に付着した残留フィラメントの温度が下がりきらないうちにクリーニングした方が固着の観点からは好ましい。ブラシ７１としては、耐熱性樹脂を用いることが好ましい。
【0044】
ノズル２１から除去された異物は、回収ボックス７３に落下し、回収ボックス７３に回収される。回収ボックス７３は、載置台支持台１１０に対して着脱可能に設けられており、載置台支持台１１０から取り外された回収ボックス７３に収容される異物は、作業者によって定期的にボックス内から取り除かれる。この造形エリア１０１Ａでは、筐体１０１内に回収ボックス７３を設けているが、筐体１０１外に設け、ブラシ７１によってノズル２１から除去された異物を例えば、吸引機などにより、筐体１０１外に設けた回収ボックス７３に搬送するようにしてもよい。
【0045】
図３は、アニーリングエリアの内部構造を示す概略正面図である。図１、図２と同一の符号を付している構成については適宜説明を省略する。アニーリングエリア１０１Ｂは、載置台１０２、スライダ１０５、エレベータユニット１０６、ロッド１２１、ホットエアーユニット１２２、吸気口１２３、排気口１２４が含まれる。
スライダ１０５を介して、載置台１０２を載置した載置台支持台１１０は、造形エリア１０１Ａからアニーリングエリア１０１Ｂ内に搬送される。
アニーリングエリア１０１Ｂ内には、複数の載置台１０２を格納する為に、載置台１０２に係合し、載置台１０２を上部へとスライドするエレベータユニット１０６を備えている。
スライダ１０５を介して、載置台１０２を載置した載置台支持台１１０は、造形エリア１０１Ａからアニーリングエリア１０１Ｂ内に搬送される。
アニーリングエリア１０１Ｂ内には、複数の載置台１０２を格納する為に、載置台１０２に係合し、載置台１０２を上部へとスライドするエレベータユニット１０６を備えている。
【0046】
アニーリングエリア１０１Ｂの最上部側から格納していけるように、装置両端部に伸縮可能なロッド１２１を設けており、格納可能なＺ座標まで載置台１０２がエレベータユニット１０６により上昇するとロッド１２１が伸びて載置台１０２がロッド１２１に載せられるようになっている。
【0047】
次にアニーリング機構について以下に説明する。
熱源送風源のホットエアーユニット１２２が配置されている。 アニーリングエリア１０１Ｂは、熱源と送風源のホットエアーユニット１２２が配置されている。ホットエアーユニット１２２は、カートリッジ化されており、所定数（図３では、２個のみ図示）を装置下部に配置する。この場合において、接的に造形物にホットエアーが当たらないようにホットエアーユニット１２２の配置位置を考慮することが好ましい。
熱源送風源のホットエアーユニット１２２が配置されている。 アニーリングエリア１０１Ｂは、熱源と送風源のホットエアーユニット１２２が配置されている。ホットエアーユニット１２２は、カートリッジ化されており、所定数（図３では、２個のみ図示）を装置下部に配置する。この場合において、接的に造形物にホットエアーが当たらないようにホットエアーユニット１２２の配置位置を考慮することが好ましい。
【0048】
また、徐冷機構として、吸気口１２３と排気口１２４が配置されている。この場合もホットエアーユニット１２２と同様に、冷却風が直接造形物に当たらないように気流設計した上で、これらを配置することが好ましい。
【0049】
アニーリングエリア１０１Ｂ、吸気口１２３、および排気口１２４の気流設計によって十分ゆっくりと温度変化するように、可動できるように制御することで、造形物の結晶化を促す。加えて、庫内温度をセンシングする為に、複数個所において温度センサ（熱電対）が配置されており、これらのセンシング結果に基づいて、ホットエアーユニット１２２、給気口１２３における給気量及び排気口１２４における排気量が制御される。
【0050】
続いて、造形エリア１０１Ａ内の造形ヘッド２０について説明する。図４は、造形ヘッドの概略構成説明図である。図２と同一の符号を付している構成については適宜説明を省略する。
造形ヘッド２０は、フィラメントＦをノズル２１に向けて送り出すエクストルーダ２５、フィラメントＦを冷却する冷却ブロック２４、フィラメントＦを加熱して溶融させる加熱ブロック２２、溶融したフィラメントＦを吐出するノズル２１等を有している。冷却ブロック２４と加熱ブロック２２との間には、冷却ブロック２４を通過したフィラメントＦを、加熱ブロック２２に向けて案内するガイドブロック２３が配設されている。加熱ブロック２２、ガイドブロック２３、冷却ブロック２４のそれぞれには、エクストルーダ２５から送り出されたフィラメントＦをノズル２１まで移送するための移送路２６が形成されている。
造形ヘッド２０は、フィラメントＦをノズル２１に向けて送り出すエクストルーダ２５、フィラメントＦを冷却する冷却ブロック２４、フィラメントＦを加熱して溶融させる加熱ブロック２２、溶融したフィラメントＦを吐出するノズル２１等を有している。冷却ブロック２４と加熱ブロック２２との間には、冷却ブロック２４を通過したフィラメントＦを、加熱ブロック２２に向けて案内するガイドブロック２３が配設されている。加熱ブロック２２、ガイドブロック２３、冷却ブロック２４のそれぞれには、エクストルーダ２５から送り出されたフィラメントＦをノズル２１まで移送するための移送路２６が形成されている。
【0051】
加熱ブロック２２は、フィラメントＦを加熱する加熱部として機能する熱源（ヒータ）２２ａと、熱源２２ａにより加熱されたフィラメントＦの温度を検知する温度検知部としての熱電対２２ｂとを有している。
【0052】
ここで、熱電対２２ｂは、フィラメントＦが移送される移送路２６を挟んで熱源２２ａが配置された側とは反対側に配置されている。加熱ブロック２２は、移送路２６内のフィラメントＦを加熱して溶融させる。そして、溶融した溶融フィラメントＦａがノズル２１に移送される。
加熱ブロック２２からの熱は、移送路２６内のフィラメントＦだけでなく、そのフィラメントＦよりも移送方向上流側に存在するフィラメントＦにも伝搬し、溶融することは好ましくない。
加熱ブロック２２からの熱は、移送路２６内のフィラメントＦだけでなく、そのフィラメントＦよりも移送方向上流側に存在するフィラメントＦにも伝搬し、溶融することは好ましくない。
【0053】
具体的には、加熱ブロック２２による加熱処理を停止又は中断すると、移送路２６内の溶融したフィラメントＦが移送路２６内で固化する。その後、加熱ブロック２２による加熱処理が再開されると、移送路２６内で溶融、固化した履歴のあるフィラメントＦは、迅速に再溶融する。
【0054】
一方、移送路２６よりも移送方向上流側でフィラメントＦが溶融、固化したとすると、この部分のフィラメントＦが加熱再開後に再溶融するのにはある程度の時間を要することとなる。
【0055】
この結果、フィラメントＦは、ノズル２１まで移送されずに途中で詰まってしまう。
このため、加熱ブロック２２によるフィラメントＦへの熱伝搬範囲を移送路２６よりも移送方向上流側にできる限り拡げないようにして、フィラメントＦの詰まりを抑制することが望まれる。
このため、加熱ブロック２２によるフィラメントＦへの熱伝搬範囲を移送路２６よりも移送方向上流側にできる限り拡げないようにして、フィラメントＦの詰まりを抑制することが望まれる。
【0056】
そこで、加熱ブロック２２の移送路２６よりも移送方向上流側には、冷却ブロック２４が設けられている。
冷却ブロック２４は、アルミニウムなどの伝熱性の高い材料から構成されており、冷媒が流れる流路２４ａが、冷却ブロック２４の移送路２６の周囲に設けられている。冷却ブロック２４は、内部に位置する移送路２６内のフィラメントＦの熱を流路２４ａに流れる冷媒へ移動させて冷却する。
冷却ブロック２４は、アルミニウムなどの伝熱性の高い材料から構成されており、冷媒が流れる流路２４ａが、冷却ブロック２４の移送路２６の周囲に設けられている。冷却ブロック２４は、内部に位置する移送路２６内のフィラメントＦの熱を流路２４ａに流れる冷媒へ移動させて冷却する。
【0057】
これらの結果、加熱ブロック２２の移送路２６よりも移送方向上流側の箇所のフィラメントＦを加熱ブロック２２からの熱伝搬によって溶融させるのが防止される。
加熱ブロック２２と冷却ブロック２４との間に配設されたガイドブロック２３は、断熱性の材料からなり、加熱ブロック２２の熱がフィラメント移送方向上流側に伝搬するのを抑制している。これにより、加熱ブロック２２の移送路２６よりも移送方向上流側の箇所のフィラメントＦが加熱ブロック２２からの熱伝搬によって溶融させるのをより一層抑制している。加えて、加熱ブロック２２からの熱を移送路２６の箇所とは異なる箇所のフィラメントＦに伝搬することを抑制することで、移送路２６内のフィラメントＦを効率良く加熱することができる。
加熱ブロック２２と冷却ブロック２４との間に配設されたガイドブロック２３は、断熱性の材料からなり、加熱ブロック２２の熱がフィラメント移送方向上流側に伝搬するのを抑制している。これにより、加熱ブロック２２の移送路２６よりも移送方向上流側の箇所のフィラメントＦが加熱ブロック２２からの熱伝搬によって溶融させるのをより一層抑制している。加えて、加熱ブロック２２からの熱を移送路２６の箇所とは異なる箇所のフィラメントＦに伝搬することを抑制することで、移送路２６内のフィラメントＦを効率良く加熱することができる。
【0058】
エクストルーダ２５には、一対の送りローラ２５ａが設けられており、移送路２６に向けてフィラメントＦを送り込む。加熱ブロック２２で加熱されて溶融した溶融フィラメントＦａは、エクストルーダ２５の送り力を受けてノズル２１から吐出する。
【0059】
図５は、造形装置の造形ヘッドの駆動制御系の概要構成ブロック図である。造形ヘッド２０の駆動制御として、加熱温度制御部２０２、押出量制御部２０３、駆動制御部２０４、局所加熱/冷却制御部２０５、座標検知部８０、駆動部９０、造形物面内温度検知部８１、および駆動部９０を少なくとも備える。
【0060】
図６は、造形装置の制御系の概要構成ブロック図である。造形装置１００の制御装置２００として、データ生成部２０１、加熱温度制御部２０２、押出量制御部２０３、駆動制御部２０４、局所加熱/冷却制御部２０５、座標検知部８０、駆動部９０、造形物面内温度検知部８１、および駆動部９０、ＭＰＵ４０２、ＲＡＭ４０４、ＲＯＭ４０６、不揮発メモリー４０８を少なくとも備える。図５と図６で同一の符号を付している構成については共通の構成のため、以下、図５と図６を参照して説明する。
制御手段として機能する制御装置２００は、いわゆるマイクロコンピュータとして構成されており、演算手段として機能するＭＰＵ（Micro Processing Unit）４０２、データ記憶手段として機能するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）４０４、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）４０６、不揮発メモリー４０８等から構成される。そして、制御装置２００は、各種の演算処理や、制御プログラムの実行を行う。
制御手段として機能する制御装置２００は、いわゆるマイクロコンピュータとして構成されており、演算手段として機能するＭＰＵ（Micro Processing Unit）４０２、データ記憶手段として機能するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）４０４、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）４０６、不揮発メモリー４０８等から構成される。そして、制御装置２００は、各種の演算処理や、制御プログラムの実行を行う。
【0061】
駆動部９０は、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸駆動モータ４１，５１，６１、テーブル回転モータ８３、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸座標検知機構４３，５３，６３などで構成されている。
【0062】
データ生成部２０１は、造形装置１００に対して有線あるいは無線でデータ通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等の外部装置から入力される造形物データに基づいて、上下方向に分解された多数の層のデータ（造形用のスライスデータ）を生成する。
【0063】
各層に対応するスライスデータは、造形ヘッド２０から吐出されるフィラメントＦによって形成される各層に対応しており、それぞれの層の厚みは、造形装置１００の能力に応じて適宜設定される。なお、外部装置でスライスデータを生成し、造形装置１００にスライスデータが入力されるようにしてもよい。
【0064】
スライスデータは、例えばＧ－ｃｏｄｅという「．ｇｃｏｄｅ」の拡張子を持つテキストデータとして表現される。
本体の準備動作、終了動作を除くと、「．ｇｃｏｄｅ」の拡張子を持つテキストデータは、基本的には、以下の三つのデータが記述されている。
（１）造形物の頂点座標のデータ
（２）造形物の各々の頂点まで造形ヘッド２０のノズル２１を動かす際の速度データ
（３）フィラメントＦを送り出す速度データ
本体の準備動作、終了動作を除くと、「．ｇｃｏｄｅ」の拡張子を持つテキストデータは、基本的には、以下の三つのデータが記述されている。
（１）造形物の頂点座標のデータ
（２）造形物の各々の頂点まで造形ヘッド２０のノズル２１を動かす際の速度データ
（３）フィラメントＦを送り出す速度データ
【0065】
この場合において、フィラメントを送り出す速度データには、送り出し開始タイミングや、停止タイミングのデータが含まれている。
【0066】
また、データ生成部２０１は、スライスデータに加えて、加熱温度データなどを生成する。
加熱温度データは、データ生成部２０１により加熱温度制御部２０２へ送信される。
この結果、加熱温度制御部２０２は、データ生成部２０１から送られた設定加熱温度となるように、熱電対２２ｂによる温度の検知結果に基づいて加熱ブロック２２の熱源２２ａをフィードバック制御する。
加熱温度データは、データ生成部２０１により加熱温度制御部２０２へ送信される。
この結果、加熱温度制御部２０２は、データ生成部２０１から送られた設定加熱温度となるように、熱電対２２ｂによる温度の検知結果に基づいて加熱ブロック２２の熱源２２ａをフィードバック制御する。
【0067】
造形ヘッド２０のノズル２１の温度の安定性を確保するために、加熱温度制御部２０２はフィラメント送り出し動作開始よりも先に動作を開始し、フィラメント送り出し動作開始時に、設定加熱温度に加熱しておくのが好ましい。具体的には、フィラメントＦの送り出しを開始するデータや、造形物の頂点座標のデータ等に基づいて、フィラメント送り出し動作開始タイミングを予測して、熱源２２ａを制御するフィードフォワード制御を実行することが好ましい。なお、熱電対２２ｂが設定加熱温度に達したことを検知したら、造形動作を開始するフィードバック制御でもよい。
【0068】
また、データ生成部２０１が生成したフィラメントを送り出す速度データは、押し出し量制御部２０３へ送られる。これにより押し出し量制御部２０３は、データ生成部２０１から送られてきたフィラメント送り速度となるように、エクストルーダ２５を制御する。
また、押し出し量制御部２０３は、ノズル２１からのフィラメントＦの吐出を停止する前（エクストルーダ２５の駆動停止前）には、エクストルーダ２５を逆回転させ、フィラメントＦを引き込む吸い込み動作を行う。このような吸い込み動作を行うことで、ノズル２１からのフィラメントＦの垂れを抑制することができ、三次元造形物ＭＯの形状精度を向上させることが出来る。
また、押し出し量制御部２０３は、ノズル２１からのフィラメントＦの吐出を停止する前（エクストルーダ２５の駆動停止前）には、エクストルーダ２５を逆回転させ、フィラメントＦを引き込む吸い込み動作を行う。このような吸い込み動作を行うことで、ノズル２１からのフィラメントＦの垂れを抑制することができ、三次元造形物ＭＯの形状精度を向上させることが出来る。
【0069】
さらにデータ生成部２０１が生成した造形物の頂点座標のデータ及び造形物の各々の頂点まで造形ヘッド２０のノズル２１を動かす際の速度データは、駆動制御部２０４へ送られる。これにより、駆動制御部２０４は、これらのデータに基づいて各モータ４１，５１，６１，８３を制御する。また、駆動制御部２０４は、動作不備が生じないように、各座標検知機構４３，５３，６３の検知結果に基づいて、目標座標点へと移動するフィードバック制御を行う。
【0070】
押し出し量制御部２０３は、駆動制御部２０４と同期がとられており、造形ヘッド２０の動きに応じて、フィラメントＦの押し出し量（送り速度）および、フィラメントＦの送り開始／停止が制御される。
【0071】
また、表面処理制御部２０５も、駆動制御部２０４と同期がとられており、造形ヘッド２０の動きに応じて造形ヘッド２０に内蔵され、三次元造形物ＭＯの造形中に三次元造形物ＭＯを局所的に加熱する局所加熱装置２７を制御し、三次元造形物ＭＯを局所的に冷却する局所冷却装置２９を制御する。
【0072】
すなわち、表面処理制御部２０５は、三次元造形物ＭＯの造形中に三次元造形物ＭＯを局所的に加熱する局所加熱装置２７を制御して結晶性材料を融解した場合の結晶化を抑制し、非晶化する（ガラス転移させる）ことで、造形材料の大きな体積変化を抑制する。
局所加熱装置２７の具体的構成としては、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）により加熱位置にレーザ光を照射する装置等が考えられる。
局所加熱装置２７の具体的構成としては、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）により加熱位置にレーザ光を照射する装置等が考えられる。
【0073】
さらに表面処理制御部２０５は、三次元造形物ＭＯの造形中に三次元造形物ＭＯを局所的に冷却する局所冷却装置２９を制御し、造形材料の吐出後に急冷させることで、積層時に生じる残留応力を低減させることができる。
局所冷却装置２９の具体的構成としては、例えば、エアーノズルにより圧縮空気を冷却位置に吹き付ける装置等が考えられる。
局所冷却装置２９の具体的構成としては、例えば、エアーノズルにより圧縮空気を冷却位置に吹き付ける装置等が考えられる。
【0074】
しかし、非晶質状態のままの三次元造形物ＭＯは、結晶性材料の本来の特性が得られないので、本実施形態では、造形後に三次元造形物ＭＯをアニーリングエリア１０１Ｂ内に移送することで、アニーリング処理を行い、三次元造形物ＭＯを結晶化させて本来の特性（機械特性、耐薬品性等）を得るようにしている。
【0075】
以下、実施形態の動作について説明する。
ユーザの指示操作等により造形をスタートすると、まず、制御部２００は、加熱ブロック２２の熱源２２ａへの通電をオンにし、造形物データに基づいてデータ生成部２０１が生成した加熱温度に加熱する。
ユーザの指示操作等により造形をスタートすると、まず、制御部２００は、加熱ブロック２２の熱源２２ａへの通電をオンにし、造形物データに基づいてデータ生成部２０１が生成した加熱温度に加熱する。
【0076】
また、駆動制御部２０４によりＺ軸駆動モータ４１を制御して、載置台１０２を支持した載置台支持台１１０を所定の待機位置（例えば最下点）から上昇させて、造形位置に移動させる。
載置台１０２について造形位置に到達したことを検知したＺ軸座標検知機構４３は、Ｚ軸駆動モータ４１を停止し造形処理に移行する。
造形処理では、まず、最下層（第一層）のスライスデータに基づいて、載置台１０２の表面に最下層の造形材層を作成する。具体的には、最下層（第一層）のスライスデータ、Ｘ軸座標検知機構５３の検知結果、及びＹ軸座標検知機構６３の検知結果に基づいて、駆動制御部２０４によりＸ軸駆動モータ５１及びＹ軸駆動モータ６１を制御する。これにより、造形ヘッド２０のノズル２１の先端を目標位置（Ｘ－Ｙ平面上の目標位置）に順次移動させる。
載置台１０２について造形位置に到達したことを検知したＺ軸座標検知機構４３は、Ｚ軸駆動モータ４１を停止し造形処理に移行する。
造形処理では、まず、最下層（第一層）のスライスデータに基づいて、載置台１０２の表面に最下層の造形材層を作成する。具体的には、最下層（第一層）のスライスデータ、Ｘ軸座標検知機構５３の検知結果、及びＹ軸座標検知機構６３の検知結果に基づいて、駆動制御部２０４によりＸ軸駆動モータ５１及びＹ軸駆動モータ６１を制御する。これにより、造形ヘッド２０のノズル２１の先端を目標位置（Ｘ－Ｙ平面上の目標位置）に順次移動させる。
【0077】
また、駆動制御部２０４の駆動制御に同期して、押し出し量制御部２０３によりスライスデータに基づいてエクストルーダ２５を制御してノズル２１よるフィラメントＦの送り出しを実行する。これにより、造形ヘッド２０のノズル２１の先端を目標位置に順次移動させながら、ノズル２１からフィラメントが吐出され、載置台１０２上に、最下層（第一層）のスライスデータに従った造形材層が形成される。なお、三次元造形物を構成しないサポート材も一緒に作成する場合もある。
【0078】
また、駆動制御部２０４の駆動制御に同期して表面処理制御部２０５も、次元造形物ＭＯを局所的に加熱する局所加熱装置２７を制御し、三次元造形物ＭＯを局所的に冷却する局所冷却装置２９を制御して、結晶化の抑制及び積層時の残留応力を低減させる。
【0079】
最下層（第一層）のスライスデータに従った最下層の造形処理（単位層造形動作）が終了すると、駆動制御部２０４は、Ｚ軸座標検知機構４３の検知結果に基づいて、Ｚ軸駆動モータ４１を制御して、造形材層の一層分に相当する距離だけ載置台１０２を下降させる。
【0080】
その後、第二層のスライスデータに基づいて、駆動制御部２０４によりＸ軸駆動モータ５１及びＹ軸駆動モータ６１を制御し、造形ヘッド２０のノズル２１の先端を目標位置に順次移動させる。これと同時に、押し出し量制御部２０３によりエクストルーダ２５を制御してノズル２１よりフィラメントＦの送り出しを行う。これにより、載置台１０２に形成されている最下層の上に、スライスデータに従った第二層が形成される。
【0081】
各層の造形が終了したら、サーモカメラ、サーモグラフィ等の造形物の面内温度検知部８１を用いて、面内温度を取得する。これにより、所望の造形物の肉厚偏差を持つようなものでも、その時点での造形物の温度偏差を認識することが可能である。加えて、この情報を、局所加熱／冷却制御部２０５にフィードバックすることにより、当初出力する予定だった加熱、及び、冷却を制御し、適切な出力を保つことができる。
【0082】
前述のような肉厚偏差が起因の温度偏差であれば、ユーザが入力した造形物データによりフィードフォワード制御することが可能であるが、本実施形態の造形装置１００においては、チャンバ等の環境温度制御手段を持たないので、環境温度・湿度も誤差因子として考慮する必要がある。
【0083】
したがって、造形物面内温度検知部８１を用いたフィードバック制御も合わせて行うことが安定した品質を担保する上で好ましい。
【0084】
このようにして、Ｚ軸駆動モータ４１を制御して、載置台支持台１１０、ひいては、載置台１０２を順次下降させながら、下層から順に造形材料からなる層を積層する動作を繰り返して、三次元造形データに従った三次元造形物ＭＯを載置台１０２上に造形する。
【0085】
そして、三次元造形物ＭＯの造形を終えたら、Ｚ軸駆動モータ４１を制御して、載置台支持台１１０、ひいては、載置台１０２を待機位置まで下降させる。
【0086】
その後、載置台１０２を載置した載置台支持台１１０は、シャッタ１０３が開かれると、スライダ１０５を介して、造形エリア１０１Ａからアニーリングエリア１０１Ｂ内に搬送される。
【0087】
載置台１０２を載置した載置台支持台１１０がアニーリングエリア１０１Ｂ内に搬送されると、エレベータユニット１０６は、載置台１０２に係合し、載置台１０２を上部へとスライドして搬送する。
この後、載置台支持台１１０は、スライダ１０５を介して、造形エリア１０１Ａに戻り、シャッタ１０３が閉じられる。
この後、載置台支持台１１０は、スライダ１０５を介して、造形エリア１０１Ａに戻り、シャッタ１０３が閉じられる。
【0088】
一方、エレベータユニット１０６により、載置台１０２を格納可能なＺ座標まで上昇するとロッド１２１が伸びて載置台１０２がロッド１２１に載せられて保持され、所定時間のアニーリングがなされ、三次元造形物ＭＯの結晶化を促すこととなる。
【0089】
以上の結果、本実施形態によれば、三次元造形物ＭＯの造形材料として結晶性材料あるいは半結晶性材料を用いた場合でも、三次元造形物ＭＯを造形材料本来の状態（結晶状態あるいは半結晶状態）とすることができ、高機械強度及び耐薬品性を担保することができる。
【0090】
以上の説明においては、造形装置１００が、造形エリア（造形室）及びアニーリングエリア（アニーリング室）を有する構成としていたが、造形エリアを有する造形装置と、アニーリングエリア（アニーリング室）を有するアニーリング装置と、を断熱機構を有する搬送装置で接続し、造形装置で造形した三次元造形物ＭＯを断熱状態で搬送装置によりアニーリング装置に搬送して、アニーリング処理を行う造形システムとして構成することも可能である。なお、搬送装置が断熱機構を有していない場合でも、三次元造形物ＭＯが所定温度変動範囲内のうちに移送可能な構成であれば同様に適用が可能である。
以上の説明においては、熱溶解積層法を例として説明したが、他の三次元造形物の製造方法であっても、同様に内部応力を低減して、より高性能な三次元増毛物を得ることが可能である。
以上の説明においては、熱溶解積層法を例として説明したが、他の三次元造形物の製造方法であっても、同様に内部応力を低減して、より高性能な三次元増毛物を得ることが可能である。
【実施例】
【0091】
次により具体的な実施例について説明する。
造形エリア１０１Ａにおける造形条件と造形した三次元造形物ＭＯの試料の評価について説明する。
造形エリア１０１Ａにおける造形条件と造形した三次元造形物ＭＯの試料の評価について説明する。
【0092】
図７は、実施例及び比較例の造形条件及び定性評価結果を説明する図である。反り評価として、反りと積層強度について評価した。
[造形装置]
実施例及び比較例の製造を行った造形装置の構成は、図２、４、５および６の構成に以下の構成を加えたものとなっている。
エクストルーダ２５として、直径＝１２［ｍｍ］のＳＵＳ３０４製のローラを二本並べて用いた。
[造形装置]
実施例及び比較例の製造を行った造形装置の構成は、図２、４、５および６の構成に以下の構成を加えたものとなっている。
エクストルーダ２５として、直径＝１２［ｍｍ］のＳＵＳ３０４製のローラを二本並べて用いた。
【0093】
また、ノズル２１として、真鍮製で、先端の開口径が０．５［ｍｍ］であるものを用いた。
造形ヘッド２０内のフィラメント通路については、直径２．５［ｍｍ］のものを採用した。加熱ブロック２２内の移送路２６の直径も２．５［ｍｍ］とした。
造形ヘッド２０内のフィラメント通路については、直径２．５［ｍｍ］のものを採用した。加熱ブロック２２内の移送路２６の直径も２．５［ｍｍ］とした。
【0094】
[造形材料]
実施例及び比較例では、造形材料としてＰＬＡ（ポリ乳酸、会社名：polymaker、製品名：PolyLite PLA、型番：PolyLite PLA11-natural）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルケトン、会社名：Ｖｉｃｔｒｅｘ，型番：３８１Ｇ、ＩＳＯ１１３５７準拠ガラス転移点：１４３℃）を用いた。また、造形材料は、直径φ１．７５のフィラメントを用いた。
[温度条件]
冷却ブロック２４として、ＳＵＳ３０４製で、内部に導水管を這わせたものを用い、導水管を冷水循環装置に接続した。冷水循環装置の温度設定を１０［℃］とした。また、加熱ブロック２２として、冷却ブロック２４と同様の構成のものを用い、その導水管を流体循環装置に接続した。加熱ブロック２２の導水管の中にカードリッジヒータを配設し、このカートリッジヒータに対する電源供給を熱電対２２ｂの検知結果に基づいてオン／オフ制御をした。
実施例及び比較例では、造形材料としてＰＬＡ（ポリ乳酸、会社名：polymaker、製品名：PolyLite PLA、型番：PolyLite PLA11-natural）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルケトン、会社名：Ｖｉｃｔｒｅｘ，型番：３８１Ｇ、ＩＳＯ１１３５７準拠ガラス転移点：１４３℃）を用いた。また、造形材料は、直径φ１．７５のフィラメントを用いた。
[温度条件]
冷却ブロック２４として、ＳＵＳ３０４製で、内部に導水管を這わせたものを用い、導水管を冷水循環装置に接続した。冷水循環装置の温度設定を１０［℃］とした。また、加熱ブロック２２として、冷却ブロック２４と同様の構成のものを用い、その導水管を流体循環装置に接続した。加熱ブロック２２の導水管の中にカードリッジヒータを配設し、このカートリッジヒータに対する電源供給を熱電対２２ｂの検知結果に基づいてオン／オフ制御をした。
【0095】
カードリッジヒータの設定温度は、造形材料としてＰＬＡを用いた場合においては２００［℃］、造形材料としてＰＥＥＫを用いた場合においては４００［℃］ とした。
いずれの試験も造形速度は２０ｍｍ／ｓｅｃとした。
[冷却条件]
実施例及び比較例において、局所冷却装置２９で冷却した場合と、冷却しない場合とを実験、比較した。冷却した場合の冷却条件は、１２ｋＰａである。局所冷却装置２９として配管経路に設置した精密レギュレータ（冷却ノズル）を用いた。
[加熱条件]
実施例及び比較例において、局所加熱装置２７で加熱した場合と、加熱しない場合とを実験、比較した。加熱した場合の条件は、４～１２Ｗであり、実験例及び比較例ごとに条件を変更した。局所加熱装置２７として半導体レーザ（ＬＤ）を用いた。ＬＤの波長は７８０ｎｍとした。
いずれの試験も造形速度は２０ｍｍ／ｓｅｃとした。
[冷却条件]
実施例及び比較例において、局所冷却装置２９で冷却した場合と、冷却しない場合とを実験、比較した。冷却した場合の冷却条件は、１２ｋＰａである。局所冷却装置２９として配管経路に設置した精密レギュレータ（冷却ノズル）を用いた。
[加熱条件]
実施例及び比較例において、局所加熱装置２７で加熱した場合と、加熱しない場合とを実験、比較した。加熱した場合の条件は、４～１２Ｗであり、実験例及び比較例ごとに条件を変更した。局所加熱装置２７として半導体レーザ（ＬＤ）を用いた。ＬＤの波長は７８０ｎｍとした。
【0096】
そして、実施例及び比較例について、直方体反りの状態及び積層方向強度のそれぞれについて定性評価を行った。
【0097】
[直方体反りの状態の定性評価に用いた三次元造形物ＭＯおよび評価方法]
直方体反りの状態の定性評価に用いた三次元造形物ＭＯとしては、Ｗ３０×Ｄ３０×Ｈ７．５（ｍｍ）の立方体状の造形物を用いた。反り量に関しては数ｍｍレベルの大きいものであれば、ハイトゲージ等を用いて測定することも可能であるが、非接触の３Ｄスキャナ等を用いて、造形物の断面プロファイルを取得しても良い。３Ｄスキャナを用いる場合はユーザが入力する造形物データからの差分を計測することで、簡便に反り量を計測することが出来る。
直方体反りの状態の定性評価に用いた三次元造形物ＭＯとしては、Ｗ３０×Ｄ３０×Ｈ７．５（ｍｍ）の立方体状の造形物を用いた。反り量に関しては数ｍｍレベルの大きいものであれば、ハイトゲージ等を用いて測定することも可能であるが、非接触の３Ｄスキャナ等を用いて、造形物の断面プロファイルを取得しても良い。３Ｄスキャナを用いる場合はユーザが入力する造形物データからの差分を計測することで、簡便に反り量を計測することが出来る。
【0098】
[積層方向強度の定性評価に用いた三次元造形物ＭＯおよび評価方法]
図８は、積層方向強度の評価に用いた三次元造形物の説明図である。
三次元造形的には、図８（ａ）に示すような直方体造形物は簡便に造形しやすいのであるが、引張試験における標準においては、図８（ｂ）に示すようなダンベル形状であることが好ましい。
図８は、積層方向強度の評価に用いた三次元造形物の説明図である。
三次元造形的には、図８（ａ）に示すような直方体造形物は簡便に造形しやすいのであるが、引張試験における標準においては、図８（ｂ）に示すようなダンベル形状であることが好ましい。
【0099】
ところで、ダンベル形状を積層方向に造形する場合、くびれの上部でオーバーハングの形状となる為、一般にはサポート部位が必要な箇所となる。
【0100】
そのため、発明者らは、サポート部位除去時の表面形状の僅かに生じる微細な切欠（ノッチ）をなるべく避けるために、図８（ａ）に示した直方体の三次元造形物ＭＯを造形した後、切削加工を行うことで図８（ｂ）に示すダンベル形状の試料としての三次元造形物ＭＯを得て、積層方向強度の評価に用いた。積層方向強度の評価は、ＡＳＴＭ－Ｄ６３８準拠の方法により試験を行った。
【0101】
（第１比較例・第２比較例）
第１比較例及び第２比較例では、ＰＬＡを用いた。
第１比較例においては、局所加熱装置２７及び局所冷却装置２９のうち、局所冷却装置２９のみを用いた。
また、第２比較例においては、局所加熱装置２７及び局所冷却装置２９のうち、局所加熱装置２７のみを用いた。加熱条件は８Ｗとした。
第１比較例及び第２比較例では、ＰＬＡを用いた。
第１比較例においては、局所加熱装置２７及び局所冷却装置２９のうち、局所冷却装置２９のみを用いた。
また、第２比較例においては、局所加熱装置２７及び局所冷却装置２９のうち、局所加熱装置２７のみを用いた。加熱条件は８Ｗとした。
【0102】
（第３比較例・第４比較例・第５比較例・第６比較例）
第３比較例乃至第６比較例においては、ＰＥＥＫを用いた。
第３比較例乃至第６比較例においては、ＰＥＥＫを用いた。
【0103】
第３比較例においては、局所加熱装置２７及び局所冷却装置２９のうち、局所冷却装置２９のみを用いた。
【0104】
また、第４比較例においては、局所加熱装置２７及び局所冷却装置２９のうち、局所加熱装置２７のみを用いた。加熱条件は８Ｗとした。
また、第５比較例及び第６比較例においては、局所加熱装置２７及び局所冷却装置２９の双方用いた。 さらに第５比較例と第６比較例とは、局所加熱装置２７の加熱条件を異ならせた。第５比較例の加熱条件は４Ｗとし、第６比較例の加熱条件は１２Ｗとした。
また、第５比較例及び第６比較例においては、局所加熱装置２７及び局所冷却装置２９の双方用いた。 さらに第５比較例と第６比較例とは、局所加熱装置２７の加熱条件を異ならせた。第５比較例の加熱条件は４Ｗとし、第６比較例の加熱条件は１２Ｗとした。
【0105】
（第１実施例・第２実施例・第３実施例）
また第１実施例乃至第３実施例においては、第３比較例乃至第６比較例と同様に、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）を用いた。また、局所加熱装置２７及び局所冷却装置２９の双方用いた。さらに第１実施例乃至第３実施例は、それぞれ局所加熱装置２７の加熱条件を異ならせた。第１実施例の加熱条件は６Ｗとし、第２実施例の加熱条件は８Ｗとし、第３実施例の加熱条件は１０Ｗした。
また第１実施例乃至第３実施例においては、第３比較例乃至第６比較例と同様に、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）を用いた。また、局所加熱装置２７及び局所冷却装置２９の双方用いた。さらに第１実施例乃至第３実施例は、それぞれ局所加熱装置２７の加熱条件を異ならせた。第１実施例の加熱条件は６Ｗとし、第２実施例の加熱条件は８Ｗとし、第３実施例の加熱条件は１０Ｗした。
【0106】
[直方体反りの状態の定性評価の結果および積層方向強度の定性評価結果]
次に各比較例及び実施例の評価結果について説明する。
（第１比較例・第２比較例）
第１比較例及び第２比較例においては、いずれも反りの状態は良好であった。
しかしながら、局所冷却装置２９のみを用いた第１比較例の場合には、積層方向強度において、界面強度が得られず、手で簡単に破壊できるレベルに留まった。したがって、積層強度は良好ではなかった。
次に各比較例及び実施例の評価結果について説明する。
（第１比較例・第２比較例）
第１比較例及び第２比較例においては、いずれも反りの状態は良好であった。
しかしながら、局所冷却装置２９のみを用いた第１比較例の場合には、積層方向強度において、界面強度が得られず、手で簡単に破壊できるレベルに留まった。したがって、積層強度は良好ではなかった。
【0107】
（第３比較例）
第３比較例は、反りが大きい結果となった。
また、反りだけではなく、造形物の端部に多数のひび割れが生じた。加えて、そのひび割れから積層界面間で界面剥離する現象が確認された。局所加熱装置２７での加熱が必要であったといえる。
第３比較例は、反りが大きい結果となった。
また、反りだけではなく、造形物の端部に多数のひび割れが生じた。加えて、そのひび割れから積層界面間で界面剥離する現象が確認された。局所加熱装置２７での加熱が必要であったといえる。
【0108】
（第４比較例）
第４の比較例は、積層強度は良好であったが、反りが大きい結果となり、ブリム表面が大きく反り返った。局所冷却装置２９での冷却が必要であったといえる。
第４の比較例は、積層強度は良好であったが、反りが大きい結果となり、ブリム表面が大きく反り返った。局所冷却装置２９での冷却が必要であったといえる。
【0109】
（第５比較例）
比較例５は、反りが大きい結果となった。反りだけではなく、造形物の端部に２か所のひび割れが生じた。加えて、そのひび割れから積層界面間で界面剥離する現象が確認された。局所加熱装置２７での加熱の強度が弱かったといえる。
比較例５は、反りが大きい結果となった。反りだけではなく、造形物の端部に２か所のひび割れが生じた。加えて、そのひび割れから積層界面間で界面剥離する現象が確認された。局所加熱装置２７での加熱の強度が弱かったといえる。
【0110】
（第１実施例、第２実施例、第３実施例）
第１乃至第３実施例では、反りの状態及び積層方向の強度は良好であった。
（第６比較例）
第６比較例では、焦げが生じてしまい、反りの状態及び積層方向の強度は良好ではなかった。局所加熱装置２７での加熱の強度が強かったといえる。
第１乃至第３実施例では、反りの状態及び積層方向の強度は良好であった。
（第６比較例）
第６比較例では、焦げが生じてしまい、反りの状態及び積層方向の強度は良好ではなかった。局所加熱装置２７での加熱の強度が強かったといえる。
【0111】
以上の説明のように、第１実施例～第３実施例においては、局加熱装置２７としてのＬＤの設定出力６～１０Ｗの領域で、反り、積層強度共に両立するような条件を見出すことができた。これらに対し、冷却条件が相対的に強まる場合には、積層強度が担保できなくなり、逆においては、樹脂の焦げのような劣化現象を促進させると考えられる。したがって、図７の例では、局加熱装置２７の加熱条件は６Ｗ以上１０Ｗ以下で、局所冷却装置２９の冷却条件は１２ｋＰａである場合に、反り、積層強度を担保した形物を得ることができた。
【0112】
なお、これらの実施例は、一例であり造形物の熱容量、及び、造形速度に応じて、適切な加熱、冷却条件は異なることは自明である。加えて、複雑な造形形状においては、本実施例のように出力固定ではなく、サーモカメラによる面内温度プロファイルを用いて、加熱、及び、冷却手段をフィードバック制御することが好ましい。
【0113】
【0114】
本評価において、造形材料はＰＥＥＫ ３８１Ｇとし、その他、造形装置、温度条件は図７で説明した条件と同じである。また、冷却条件が２０Ｋｐａは割れてしまう可能性が高いので、測定していない。それぞれ、冷却条件を０、６、８、１０、１２、１４及び１６Ｋｐaに変化させて測定した。
【0115】
図７の比較例と同様に、局所冷却装置２９による冷却がない（冷却条件が０Ｋｐａ）場合、反り量は最も大きくなっている。 得られた結果は、局所冷却装置２９による空冷の条件で大きく異なり、本評価においは、１０ｋＰａ以上で反りが低減できる結果となった。具体的には、１０ｋＰａ以上が好ましく、２０Ｋｐａより小さい場合が好ましい。さらに、１０ｋＰａ以上が好ましく、１６Ｋｐａ以下が好ましい。
【0116】
実際に造形された三次元造形物ＭＯの試料の色合いも半透明化しており、ガラス転移した状態であることが確認できた。
【0117】
図１０はレギュレータ設定圧を固定した場合の引張試験したときの破断応力の評価結果を説明する図である。
図１０の例においては、局所冷却装置２９の冷却条件としてレギュレータ設定圧を１０ｋＰａに固定した場合を示している。
図１０の例においては、局所冷却装置２９の冷却条件としてレギュレータ設定圧を１０ｋＰａに固定した場合を示している。
【0118】
本評価において、造形材料は、ＰＥＥＫ ３８１Ｇとし、その他、造形装置、温度条件は図７で説明した条件と同じである。
局所加熱装置２７による加熱がない（加熱条件が０Ｗ）場合、破断応力は０Ｗであった。
局所加熱装置２７による加熱がない（加熱条件が０Ｗ）場合、破断応力は０Ｗであった。
【0119】
図１０に示すように、局所加熱装置２７としてのＬＤの出力（レーザＰＷ）を大きくするにつれて、破断強度が向上していることが確認できた。つまり、局所加熱装置２７の加熱条件が２Ｗから１０Ｗへ変化させた場合、破断強度が向上した。
【0120】
なお、局所加熱装置２７の加熱条件がＬＤの出力＝１２Ｗについても実験を行ったが、三次元造形物ＭＯに焦げが発生したため、評価からは除外している。以上より、破断強度の観点から局所加熱装置２７の加熱条件は０Ｗより大きく１２Ｗより小さことが好ましく、２Ｗ以上１０Ｗ以下であることがより好ましい。さらに、冷却条件が１０ｋＰａとし、局所加熱装置２７の加熱条件は０Ｗより大きく１２Ｗより小さことが好ましく、２Ｗ以上１０Ｗ以下であることがより好ましい。
【0121】
【0122】
次にアニーリングエリア１０１Ｂにおけるアニーリング処理条件とその結果得られた三次元造形物ＭＯの試料の評価について説明する。
【0123】
図１１は、アニーリング処理条件と得られた三次元造形物の引張弾性率の評価結果を説明する図である。
【0124】
【0125】
図１１の第２実施例、第２実施例Ａ、及び第２実施例Ｃは、図７の第２実施例の三次元造形物ＭＯを用いて、以下のアニーリング処理条件でアニーリングしている。
図１１の第３実施例、第３実施例Ａ、及び第３実施例Ｃは、図７の第３実施例の三次元造形物ＭＯを用いて、以下のアニーリング処理条件でアニーリングしている。
図１１の第３実施例、第３実施例Ａ、及び第３実施例Ｃは、図７の第３実施例の三次元造形物ＭＯを用いて、以下のアニーリング処理条件でアニーリングしている。
【0126】
また、図１１の試料は、図８（ｂ）と同様に、ダンベル形状として積層方向強度の評価に用いた。なお、図７で局所加熱処理及び局所冷却処理を行って得られた三次元造形物ＭＯの試料は、ガラス転移した状態である為、ＰＥＥＫ ３８１Ｇ本来の結晶化した状態の弾性率を引張試験で示さなかった。
【0127】
[アニーリング処理条件]
第１実施例１～第３実施例３は、アニーリング処理をしなかった。一方、第１実施例Ａ～第３実施例Ａ、第１実施例Ｂ～第３実施例Ｂ、第１実施例Ｃ～第３実施例Ｃの三つのグループに分け、それぞれ同一条件でアニーリングを行った。図３のアニーリングエリア１０１Ｂにおけるホットエアーユニット１２２、吸気口１２３、及び、排気口１２４を制御することで、アニーリング処理を施し、結晶化を行わせた。全ての試料において、昇温開始温度は３０℃、最高到達温度は１８０℃とし、冷却後温度は３０℃として、評価を行った。
第１実施例１～第３実施例３は、アニーリング処理をしなかった。一方、第１実施例Ａ～第３実施例Ａ、第１実施例Ｂ～第３実施例Ｂ、第１実施例Ｃ～第３実施例Ｃの三つのグループに分け、それぞれ同一条件でアニーリングを行った。図３のアニーリングエリア１０１Ｂにおけるホットエアーユニット１２２、吸気口１２３、及び、排気口１２４を制御することで、アニーリング処理を施し、結晶化を行わせた。全ての試料において、昇温開始温度は３０℃、最高到達温度は１８０℃とし、冷却後温度は３０℃として、評価を行った。
【0128】
第１実施例Ａ～第３実施例Ａについては、昇温速度＝１℃／ｍｉｎとし、温度維持時間＝３０ｍｉｎとし、冷却速度＝１℃／ｍｉｎとした。
また、第１実施例Ｂ～第３実施例Ｂについては、昇温速度＝１℃／ｍｉｎとし、温度維持時間＝１ｍｉｎとし、冷却速度＝１℃／ｍｉｎとした。
また、第１実施例Ｂ～第３実施例Ｂについては、昇温速度＝１℃／ｍｉｎとし、温度維持時間＝１ｍｉｎとし、冷却速度＝１℃／ｍｉｎとした。
【0129】
さらに第１実施例Ｃ～第３実施例Ｃについては、昇温速度＝３℃／ｍｉｎとし、温度維持時間＝１ｍｉｎとし、冷却速度＝３℃／ｍｉｎとした。
また、アニーリングの最高到達温度を１８０℃に設定した。造形材料のガラス転移点を十分に上回り、かつ、三次元造形物ＭＯの形状を維持することが可能な温度を考慮して設定した。
また、アニーリングの最高到達温度を１８０℃に設定した。造形材料のガラス転移点を十分に上回り、かつ、三次元造形物ＭＯの形状を維持することが可能な温度を考慮して設定した。
【0130】
[引張弾性率の評価]
引張弾性率の評価において、引張弾性率の算出は、荷重範囲１０－２０Ｎにおいて最小２乗法により算出した。
引張弾性率の評価において、引張弾性率の算出は、荷重範囲１０－２０Ｎにおいて最小２乗法により算出した。
【0131】
[引張弾性率の評価結果]
第１実施例における三次元造形物ＭＯの試料の引張試験によって得られた引張弾性率は０．４９ＧＰａ、第２実施例における三次元造形物ＭＯの試料の引張試験によって得られた引張弾性率０．３５ＧＰａ、第３実施例における三次元造形物ＭＯの試料の引張試験によって得られた引張弾性率は０．４ＧＰａであった。第１実施例乃至第３実施例は、アニーリング処理をしていないので、十分な引張弾性率を得ることができなかった。
第１実施例における三次元造形物ＭＯの試料の引張試験によって得られた引張弾性率は０．４９ＧＰａ、第２実施例における三次元造形物ＭＯの試料の引張試験によって得られた引張弾性率０．３５ＧＰａ、第３実施例における三次元造形物ＭＯの試料の引張試験によって得られた引張弾性率は０．４ＧＰａであった。第１実施例乃至第３実施例は、アニーリング処理をしていないので、十分な引張弾性率を得ることができなかった。
【0132】
一方、第１の実施例Ａ乃至第３の実施例３Ｃはアニーリング処理を施したので、引張弾性率の向上できた。引張弾性率は、１．００以上２．５０以下を示し、良好な強度と耐久性を確保できた。
【0133】
また、第１の実施例Ａ乃至第３の実施例３Ｃはアニーリング処理を施したものの、三次元造形物ＭＯにおいても形状変化は確認できなかった。
【0134】
以上の説明のように、局所加熱処理および局所冷却処理を施した立体造形物に対し、アニーリング処理を施すことで、簡易な構成で立体造形物の反りや変形を抑制し、品質の高い立体造形物を造形できる。
特に造形材料として、結晶性材料（樹脂）あるいは半結晶性材料（樹脂）を用いる場合に、品質の高い立体造形物を造形できる。
特に造形材料として、結晶性材料（樹脂）あるいは半結晶性材料（樹脂）を用いる場合に、品質の高い立体造形物を造形できる。
【符号の説明】
【0135】
１００ 造形装置
１０１ 筐体
１０１Ａ 造形エリア（造形部）
１０１Ｂ アニーリングエリア（アニーリング部）
１０２ 載置台
１０３ 搬送ユニット
１０４ シャッタ（断熱部材）
１０５ スライダ
１０６ エレベータユニット
１１０ 載置台支持台
２７ 局所加熱装置（局所加熱部）
２９ 局所冷却装置（局所冷却部）
１０１ 筐体
１０１Ａ 造形エリア（造形部）
１０１Ｂ アニーリングエリア（アニーリング部）
１０２ 載置台
１０３ 搬送ユニット
１０４ シャッタ（断熱部材）
１０５ スライダ
１０６ エレベータユニット
１１０ 載置台支持台
２７ 局所加熱装置（局所加熱部）
２９ 局所冷却装置（局所冷却部）
【先行技術文献】
【特許文献】
【0136】
【文献】特許第６２３５７１７号公報
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】