特許 7395993 三次元造形装置、および、三次元造形物の製造方法

(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】2023-12-04

(45)【発行日】2023-12-12

(54)【発明の名称】三次元造形装置、および、三次元造形物の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/118 20170101AFI20231205BHJP

   B29C 64/343 20170101ALI20231205BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20231205BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20231205BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20231205BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20231205BHJP

【ＦＩ】

B29C64/118

B29C64/343

B29C64/393

B33Y10/00

B33Y30/00

B33Y50/02

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019214120

(22)【出願日】2019-11-27

(65)【公開番号】P2021084292

(43)【公開日】2021-06-03

【審査請求日】2022-10-11

(73)【特許権者】

【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】小林 宏貴

(72)【発明者】

【氏名】中村 和英

(72)【発明者】

【氏名】斉藤 功一

【審査官】北澤 健一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２０５９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００２８６４６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０２５７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１７９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－００１３６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０９５７４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１６５９２１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／００－６４／４０

Ｂ３３Ｙ １０／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

造形材料を吐出する吐出部と、
前記吐出部から吐出された前記造形材料の重量を測定する重量測定部と、
前記吐出部および前記重量測定部を制御して、ステージの造形領域に前記造形材料の層を積層して三次元造形物を造形する制御部と、
前記造形領域と異なる領域に設けられるテーブルと、
を備え、
前記重量測定部は、前記吐出部から前記テーブル上に吐出された前記造形材料の重量を測定し、
前記制御部は、前記テーブル上に前記吐出部から前記造形材料を吐出することによって前記吐出部を清掃する第１清掃処理を行い、前記重量測定部によって測定された、前記第１清掃処理において前記テーブル上に吐出された前記造形材料の重量に基づいて、前記吐出部から予め定められた量の前記造形材料が吐出されているか否かを判断し、前記予め定められた量の前記造形材料が吐出されていないと判断した場合、前記吐出部から前記予め定められた量の前記造形材料が吐出されるように前記吐出部を制御する、
三次元造形装置。

【請求項2】

造形材料を吐出する吐出部と、
前記吐出部から吐出された前記造形材料の重量を測定する重量測定部と、
前記吐出部および前記重量測定部を制御して、ステージの造形領域に前記造形材料の層を積層して三次元造形物を造形する制御部と、を備え、
前記重量測定部は、前記吐出部から前記造形領域と異なる領域に吐出された前記造形材料の重量を測定し、
前記制御部は、前記造形領域と異なる領域に吐出された前記造形材料の重量に基づいて前記吐出部から予め定められた量の前記造形材料が吐出されているか否かを判断し、前記予め定められた量の前記造形材料が吐出されていないと判断した場合、前記吐出部から前記予め定められた量の前記造形材料が吐出されるように前記吐出部を制御し、
前記制御部は、前記造形領域に前記層を造形するごとに、前記層を構成する前記造形材料が固化するまでの少なくとも一部の期間において、前記吐出部から前記造形領域と異なる領域に前記造形材料を吐出させる、
三次元造形装置。

【請求項3】

請求項１に記載の三次元造形装置であって、
前記制御部は、前記造形領域に前記層を積層するごとに、前記第１清掃処理を行う、
三次元造形装置。

【請求項4】

請求項２に記載の三次元造形装置であって、
前記制御部は、前記層を造形するごとに、前記造形領域と異なる領域に前記吐出部から吐出された前記造形材料の重量を、前記重量測定部によって測定する、
三次元造形装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記吐出部は、材料を可塑化して前記造形材料を生成する可塑化部を備え、
前記可塑化部は、スクリューを有し、
前記制御部は、前記スクリューの回転数を制御して前記吐出部から吐出する前記造形材料の量を調整する、
三次元造形装置。

【請求項6】

吐出部から造形材料をステージ上の造形領域に吐出し、前記造形領域に前記造形材料を
積層することで三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
前記造形領域と異なる領域に設けられるテーブル上に前記吐出部から前記造形材料を吐出することによって前記吐出部を清掃する第１清掃処理を行い、
前記吐出部から前記テーブルに吐出された前記造形材料の重量を測定し、
前記第１清掃処理において前記テーブル上に吐出された前記造形材料の重量に基づいて、前記吐出部から予め定められた量の前記造形材料が吐出されているか否かを判断し、前記吐出部から前記予め定められた量の前記造形材料が吐出されていないと判断した場合、前記吐出部から前記予め定められた量の前記造形材料が吐出されるように前記吐出部を制御して、前記三次元造形物を製造する、
三次元造形物の製造方法。

【請求項7】

吐出部から造形材料をステージ上の造形領域に吐出し、前記造形領域に前記造形材料の層を積層することで三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
前記吐出部から前記造形領域と異なる領域に吐出された前記造形材料の重量を測定し、
前記造形領域と異なる領域に吐出された前記造形材料の重量に基づいて、前記吐出部から予め定められた量の前記造形材料が吐出されているか否かを判断し、前記予め定められた量の前記造形材料が吐出されていないと判断した場合、前記吐出部から前記予め定められた量の前記造形材料が吐出されるように前記吐出部を制御して三次元造形物を製造し、
前記造形領域に前記層を造形するごとに、前記層を構成する前記造形材料が固化するまでの少なくとも一部の期間において、前記吐出部から前記造形領域と異なる領域に前記造形材料を吐出させる、
三次元造形物の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は三次元造形装置、および、三次元造形物の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１では、立体造形物の製造装置に関して、造形ステージ上に溶媒および硬化性液体材料を含む液体を付与して成膜し、造形ステージにおいて膜の質量を測定し、膜の質量変化に応じて液体の付与量を調整する装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－２０５９６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記文献では、ステージ上に成膜された膜の質量変化に応じて液体の付与量を調整することによって、膜中の溶媒量を調整し、立体造形物として造形される膜の造形精度を向上させている。しかしながら、三次元造形装置においては、ノズル詰まりや造形環境などによって、そもそも意図した量の材料を吐出できていない場合がある。意図した量の材料を吐出できていない場合、造形物中の空隙の生成や、吐出される材料の線幅の増大等によって、造形精度に影響が及ぶ可能性がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、造形材料を吐出する吐出部と、前記吐出部から吐出された前記造形材料の重量を測定する重量測定部と、前記吐出部および前記重量測定部を制御して、ステージの造形領域に前記造形材料の層を積層して三次元造形物を造形する制御部と、を備える。前記制御部は、前記重量測定部を制御して前記吐出部から吐出された前記造形材料の重量を測定し、前記重量測定部によって測定された重量に基づいて、前記吐出部から予め定められた量の前記造形材料が吐出されているか否かを判断し、前記予め定められた量の前記造形材料が吐出されていないと判断した場合、前記吐出部から前記予め定められた量の前記造形材料が吐出されるように前記吐出部を制御する。

【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説明図である。

【図2】本実施形態における吐出部の概略構成を示す説明図である。

【図3】フラットスクリューの溝形成面側の構成を示す概略斜視図である。

【図4】バレルのスクリュー対向面側の構成を示す上面図である。

【図5】第１実施形態における三次元造形物の造形処理を示す工程図である。

【図6】第２実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。

【図7】第２実施形態における三次元造形物の造形処理を示す工程図である。

【図8】第３実施形態における三次元造形物の造形処理を示す工程図である。

【図9】第３実施形態における三次元造形処理を説明する模式図である。

【図10】第４実施形態における三次元造形物の造形処理を示す工程図である。

【図11】第５実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。

【図12】第６実施形態における三次元造形物の造形処理を示す工程図である。

【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の概略構成を示す説明図である。本実施形態における三次元造形装置１００は、吐出部２００と、ステージ３００と、移動機構４００と、重量測定部５００と、制御部７００とを備える。三次元造形装置１００は、制御部７００の制御下で、吐出部２００から、ステージ３００に向かって造形材料を吐出しつつ、移動機構４００によって、吐出部２００とステージ３００との相対的な位置を変化させることによって、ステージ３００上に所望の形状の三次元造形物を造形する。なお、吐出部２００の詳細な構成については後述する。

【0008】

図１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、その反対方向を両方含む。Ｘ軸および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。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。

【0009】

移動機構４００は、吐出部２００とステージ３００とのそれぞれを移動させることによって、吐出部２００とステージ３００との三次元的な相対的な位置を変化させる。本実施形態では、移動機構４００は、吐出部２００を移動させる第１移動機構４１０と、ステージ３００を移動させる第２移動機構４２０とによって構成されている。第１移動機構４１０は、吐出部２００をＸ方向とＹ方向との２軸方向に移動可能に構成されている。第２移動機構４２０は、ステージ３００をＺ方向に移動可能に構成されている。第１移動機構４１０および第２移動機構４２０は、それぞれを駆動する各モーターの駆動力によって移動する。各モーターは、制御部７００の制御下で駆動する。なお、他の実施形態では、吐出部２００を移動させずに、ステージ３００をＸ，Ｙ，Ｚ方向の３軸方向に移動させることによって、吐出部２００とステージ３００との相対的な位置を変化させる構成であってもよい。また、ステージ３００を移動させずに、吐出部２００をＸ，Ｙ，Ｚ方向の３軸方向に移動させることによって、吐出部２００とステージ３００との相対的な位置を変化させる構成であってもよい。なお、ステージ３００に対する吐出部２００の相対的な位置の変化を、吐出部２００の移動と呼ぶこともある。

【0010】

本実施形態では、重量測定部５００は、ステージ３００の下方に設けられ、ステージ３００の下方からステージ３００を支持している。重量測定部５００は、第２移動機構４２０によるステージ３００の移動に伴って、Ｚ方向に移動する。重量測定部５００は、ステージ３００上の造形材料の重量を測定する。

【0011】

本実施形態の重量測定部５００は、重量センサー５１０と、断熱部５２０と、支持部５３０と、を備える。支持部５３０は、第２移動機構４２０に接続されるとともに、重量センサー５１０を下方から支持する。支持部５３０は、ネジ５１１を備える。ユーザーは、例えば、支持部５３０の上方に位置する重量センサー５１０やステージ３００がＸＹ平面に対して傾いている場合、ネジ５１１を回転させることによって傾きを補正することができる。重量センサー５１０は、ロードセル方式の重量センサーであり、ステージ３００上の造形材料の重量を測定する。断熱部５２０は、重量センサー５１０とステージ３００とを接続する。断熱部５２０はステージ３００を下方から支持するとともに、ステージ３００から重量センサー５１０への伝熱を抑制する。他の実施形態では、重量センサー５１０はロードセル方式以外の重量センサーであってもよい。例えば、電磁力平衡式であってもよいし、金属音叉式であってもよい。

【0012】

制御部７００は、１以上のプロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェースとを備えるコンピューターによって構成されている。本実施形態では、制御部７００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、種々の機能を発揮する。尚、制御部７００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。

【0013】

図２は、本実施形態における吐出部２００の概略構成を示す説明図である。本実施形態における吐出部２００は、材料供給部２０と、可塑化部３０と、ノズル６５とを、備えている。

【0014】

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。本実施形態では、ペレット状に形成された樹脂が材料として用いられる。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。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。なお、材料の詳細については後述する。

【0015】

可塑化部３０は、スクリューケース３１と、駆動モーター３２と、フラットスクリュー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から供給された固体状態の材料の少なくとも一部を溶融させ、流動性を有するペースト状の造形材料を生成し、生成した造形材料をノズル６５に供給する。なお、「溶融」とは、熱可塑性を有する材料が融点以上の温度に加熱されて液状になることのみならず、熱可塑性を有する材料がガラス転移点以上の温度に加熱されることにより軟化し、流動性が発現する「可塑化」をも意味する。

【0016】

スクリューケース３１は、フラットスクリュー４０を収容するための筐体である。スクリューケース３１の下面には、バレル５０が固定されており、スクリューケース３１とバレル５０とによって囲まれた空間に、フラットスクリュー４０が収容されている。スクリューケース３１の上面には、駆動モーター３２が固定されている。駆動モーター３２の回転軸は、フラットスクリュー４０の上面４１側に接続されている。

【0017】

駆動モーター３２は、制御部７００の制御下で駆動される。駆動モーター３２が制御されることによって、フラットスクリュー４０の回転数が制御される。フラットスクリュー４０の回転数が制御されることによって、吐出部２００から吐出される造形材料の量が調整される。具体的には、フラットスクリュー４０の回転数が増加した場合、吐出部２００から吐出される造形材料の量は増加する。フラットスクリュー４０の回転数が減少した場合、吐出部２００から吐出される造形材料の量は減少する。

【0018】

フラットスクリュー４０は、中心軸ＲＸに沿った方向の高さが直径よりも小さい略円柱形状を有している。フラットスクリュー４０は、中心軸ＲＸがＺ方向に平行になるように、スクリューケース３１内に配置されている。駆動モーター３２が発生させるトルクによって、フラットスクリュー４０は、スクリューケース３１内にて、中心軸ＲＸを中心に回転する。フラットスクリュー４０は、中心軸ＲＸに沿った方向における上面４１とは反対側に、溝部４５が形成された溝形成面４２を有している。なお、フラットスクリュー４０の溝形成面４２側の具体的な構成については後述する。

【0019】

バレル５０は、フラットスクリュー４０の下方に配置されている。バレル５０は、フラットスクリュー４０の溝形成面４２に対向するスクリュー対向面５２を有している。バレル５０には、フラットスクリュー４０の中心軸ＲＸ上に、ノズル６５に連通する連通孔５６が設けられている。バレル５０には、フラットスクリュー４０の溝部４５に対向する位置にヒーター５８が内蔵されている。ヒーター５８の温度は、制御部７００によって制御される。なお、バレル５０のスクリュー対向面５２側の具体的な構成については後述する。

【0020】

ノズル６５は、バレル５０の下方に配置されている。ノズル６５と、バレル５０に設けられた連通孔５６との間には、ノズル６５と連通孔５６を連通させる流路である供給流路６１が設けられている。可塑化部３０によって生成された造形材料は、連通孔５６と供給流路６１とを介して、ノズル６５へと供給される。

【0021】

ノズル６５には、ノズル流路６８と、ノズル孔６９とが設けられている。ノズル流路６８は、ノズル６５内に設けられた流路である。ノズル流路６８は、供給流路６１に接続されている。ノズル孔６９は、ノズル流路６８の大気に連通する側の端部に設けられた流路断面が縮小された部分である。供給流路６１からノズル流路６８に供給された造形材料は、ノズル孔６９から吐出される。本実施形態では、ノズル孔６９の開口形状は円形である。なお、ノズル孔６９の開口形状は円形に限られず、例えば、四角形や、四角形以外の多角形であってもよい。

【0022】

図３は、フラットスクリュー４０の溝形成面４２側の構成を示す概略斜視図である。図３には、フラットスクリュー４０の中心軸ＲＸの位置が一点鎖線で示されている。図２を参照して説明したように、溝形成面４２には、溝部４５が設けられている。

【0023】

フラットスクリュー４０の溝形成面４２の中央部４７は、溝部４５の一端が接続されている窪みとして構成されている。中央部４７は、図２に示されているバレル５０の連通孔５６に対向する。中央部４７は、中心軸ＲＸと交差する。

【0024】

フラットスクリュー４０の溝部４５は、いわゆるスクロール溝を構成する。溝部４５は、中央部４７から、フラットスクリュー４０の外周に向かって弧を描くように渦状に延びている。溝部４５は、螺旋状に延びるように構成されてもよい。溝形成面４２には、溝部４５の側壁部を構成し、各溝部４５に沿って延びている凸条部４６が設けられている。

【0025】

溝部４５は、フラットスクリュー４０の側面４３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。

【0026】

図３には、３つの溝部４５と、３つの凸条部４６と、を有するフラットスクリュー４０の例が示されている。フラットスクリュー４０に設けられる溝部４５や凸条部４６の数は、３つには限定されない。フラットスクリュー４０には、１つの溝部４５のみが設けられていてもよいし、２以上の複数の溝部４５が設けられていてもよい。また、溝部４５の数に合わせて任意の数の凸条部４６が設けられてもよい。

【0027】

図３には、材料導入口４４が３箇所に形成されているフラットスクリュー４０の例が図示されている。フラットスクリュー４０に設けられる材料導入口４４の数は、３箇所に限定されない。フラットスクリュー４０には、材料導入口４４が１箇所にのみ設けられていてもよいし、２箇所以上の複数の箇所に設けられていてもよい。

【0028】

図４は、バレル５０のスクリュー対向面５２側の構成を示す上面図である。上述したとおり、スクリュー対向面５２の中央には、ノズル６５に連通する連通孔５６が形成されている。スクリュー対向面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、一端が連通孔５６に接続され、連通孔５６からスクリュー対向面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、造形材料を連通孔５６に導く機能を有している。なお、造形材料を効率良く連通孔５６へと到達させるために、バレル５０には案内溝５４が形成されていると好ましいが、案内溝５４が形成されていなくてもよい。

【0029】

図５は、本実施形態における、三次元造形物の製造方法を実現する三次元造形処理を示す工程図である。三次元造形処理は、三次元造形装置１００に設けられた操作パネルや、三次元造形装置１００に接続されたコンピューターに対して、ユーザーによる所定の開始操作が行われた場合に、制御部７００によって実行される。三次元造形処理が実行されることによって、三次元造形装置１００による三次元造形物の造形が開始される。制御部７００は、三次元造形処理において、吐出部２００および重量測定部５００を制御して、ステージ３００の造形領域に造形材料の層を積層して、三次元造形物を造形する。なお、三次元造形処理のことを、単に造形処理と呼ぶこともある。

【0030】

ステップＳ１１０にて、制御部７００は、形状データを取得する。制御部７００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や、ＵＳＢメモリー等の記録媒体から、三次元ＣＡＤソフトや三次元ＣＧソフトを用いて作成された三次元造形物の形状を表す形状データを読み込む。

【0031】

ステップＳ１２０にて、制御部７００は、造形データを生成する。制御部７００は、形状データ上の三次元造形物を所定の厚みの層に分割して、造形データを生成する。

【0032】

ステップＳ１３０にて、制御部７００は、吐出部２００および移動機構４００を制御することによって、ステージ３００上に造形材料の層を積層する。具体的には、制御部７００は、造形データに従って、移動機構４００を適宜制御して吐出部２００を移動させながら、フラットスクリュー４０の回転数を制御してノズル６５から吐出される造形材料の量を調整しつつ、ノズル６５からステージ３００の造形領域に向かって造形材料を吐出させ、造形材料の層を積層する。なお、造形領域とは、ステージ３００上のうち、三次元造形物が造形される領域のことを指す。

【0033】

ステップＳ１４０にて、制御部７００は、重量測定部５００を制御して、ステップＳ１３０において造形領域に吐出された造形材料の重量である第１重量を測定する。本実施形態では、制御部７００は、１つのパス分を造形するごとに、重量測定部５００によって、第１重量を測定する。なお、パスとは、吐出部２００が連続的に造形材料を吐出しながら移動する経路である。また、他の実施形態では、１つのパス分を造形するごとに第１重量を測定しなくてもよい。例えば、三次元造形物の１層分や、複数の層分を造形するごとに第１重量を測定してもよいし、所定の時間ごとに第１重量を測定してもよい。

【0034】

ステップＳ１５０にて、制御部７００は、造形材料の重量が適正であるか否か判断する。具体的には、制御部７００は、第１重量に基づいて、吐出部２００から予め定められた量の造形材料が吐出されているか否かを判断する。本実施形態では、制御部７００は、第１重量と、ステップＳ１１０で取得する形状データから計算される第２重量と、を比較する。制御部７００は、第１重量と第２重量とが一致する場合に造形材料の重量が適正であると判断し、第１重量と第２重量とが一致しない場合に、造形材料の重量が適正でないと判断する。すなわち、本実施形態では、「予め定められた量」は、第２重量分の造形材料の量であると言うこともできる。なお、第２重量としては、例えば、形状データ上の三次元造形物の体積に造形材料の密度を乗じて得られる重量を用いることができる。本実施形態では、制御部７００は、１つのパスごとに造形材料の重量を測定するため、第２重量として、形状データ上の三次元造形物のうち当該パスに対応する部分の重量を計算する。また、「一致」とは、予め定められた誤差範囲内で、複数の値が一致することを指す。

【0035】

制御部７００は、吐出部２００から予め定められた量の造形材料が吐出されているか否かを判断した結果を、記録してもよい。例えば、あるパスにおいて、第２重量に対して第１重量が不足している場合、当該パスにおける空隙の有無として記録してもよい。また、パスごとの第２重量に対する第１重量の比を、造形密度として記録してもよい。ユーザーは、例えば、これらの記録に基づいて、完成した三次元造形物の造形精度を評価してもよい。

【0036】

ステップＳ１５０において、造形材料の重量が適正でないと判断された場合、ステップ
ステップＳ１６０にて、制御部７００は、可塑化部３０に設けられたフラットスクリュー４０の回転数を調整する。例えば、第１重量が第２重量より少ない場合、制御部７００はフラットスクリュー４０の回転数を増加させるよう、駆動モーター３２を制御する。その後、制御部７００は、ステップＳ１３０に戻り、ステップＳ１６０の処理に基づいてフラットスクリュー４０の回転数を制御しながら、造形材料を積層する。

【0037】

ステップＳ１５０において、造形材料の重量が適正であると判断された場合、ステップＳ１７０にて、制御部７００は、三次元造形物が完成したか否かを判断する。制御部７００は、三次元造形物が完成したと判断した場合、三次元造形処理を終了させる。三次元造形物が完成していないと判断された場合、制御部７００は、ステップＳ１３０に戻り、造形材料の積層を継続させる。制御部７００は、三次元造形物が完成するまで上記のステップＳ１３０からステップＳ１７０までの処理を繰り返すことによって、三次元造形物を完成させる。

【0038】

以上で説明した本実施形態の三次元造形装置によれば、制御部７００は、重量測定部５００によって測定される重量に基づいて、吐出部２００から予め定められた量の造形材料が吐出されているか否かを判断し、予め定められた量の造形材料が吐出されていないと判断した場合、吐出部２００から予め定められた量の造形材料が吐出されるように吐出部２００を制御する。そのため、造形物中の空隙の生成や、吐出される材料の線幅の増大等を抑制し、造形精度を向上させることができる。

【0039】

また、本実施形態では、制御部７００は、吐出部２００から造形領域に造形材料を吐出させつつ、造形領域に吐出された造形材料の重量を重量測定部５００によって測定し、予め定められた量の造形材料が吐出されていないと判断した場合、吐出部２００から予め定められた量の造形材料が吐出されるように吐出部２００を制御しながら、造形領域に吐出部２００から造形材料を吐出させて三次元造形物を造形する。これによって、予め定められた量の造形材料が吐出されているかが繰り返し判断されるため、三次元造形物の造形精度がより向上する。

【0040】

また、本実施形態では、制御部７００は、三次元造形物の形状を表す形状データから計算される重量と、重量測定部５００によって測定される重量と、を比較して、予め定められた量の造形材料が吐出されているか否かを判断する。そのため、形状データ上の三次元造形物と実際に造形される三次元造形物との間で生じる差違を小さくできる。

【0041】

また、本実施形態では、制御部７００は、可塑化部３０に設けられたフラットスクリュー４０の回転数を制御して吐出部２００から吐出する造形材料の量を調整する。そのため、簡易な構成で、吐出部２００から吐出される造形材料の量を調節することができる。

【0042】

ここで、上述した三次元造形装置１００において用いられる三次元造形物の材料について説明する。三次元造形装置１００では、例えば、熱可塑性を有する材料や、金属材料、セラミック材料等の種々の材料を主材料として三次元造形物を造形することができる。ここで、「主材料」とは、三次元造形物の形状を形作っている中心となる材料を意味し、三次元造形物において５０重量％以上の含有率を占める材料を意味する。上述した造形材料には、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。

【0043】

主材料として熱可塑性を有する材料を用いる場合には、可塑化部３０において、当該材料が可塑化することによって、造形材料が生成される。

【0044】

熱可塑性を有する材料としては、例えば、下記の熱可塑性樹脂材料を用いることができる。
＜熱可塑性樹脂材料の例＞
ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリ乳酸樹脂（ＰＬＡ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、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などの汎用エンジニアリングプラスチック、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチック。

【0045】

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、可塑化部３０において、フラットスクリュー４０の回転とヒーター５８の加熱によって可塑化されて溶融した状態に転化される。熱可塑性を有する材料の溶融によって生成された造形材料は、ノズル６５から吐出された後、温度の低下によって硬化する。

【0046】

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６５から射出されることが望ましい。例えば、ＡＢＳ樹脂を用いる場合、ノズル６５からの吐出時には約２００℃であることが望ましい。

【0047】

三次元造形装置１００では、上述した熱可塑性を有する材料の代わりに、例えば、以下の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、下記の金属材料を粉末状にした粉末材料に、造形材料の生成の際に溶融する成分が混合されて、材料ＭＲとして可塑化部３０に投入されることが望ましい。
＜金属材料の例＞
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。
＜前記合金の例＞
マルエージング鋼、ステンレス、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。

【0048】

三次元造形装置１００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スや、窒化アルミニウムなどの非酸化物セラミックスなどが使用可能である。主材料として、上述したような金属材料やセラミック材料を用いる場合には、ステージ３００上に吐出された造形材料は焼結によって硬化されてもよい。

【0049】

材料供給部２０に材料ＭＲとして投入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、上で例示したような熱可塑性樹脂、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、可塑化部３０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。

【0050】

材料供給部２０に材料ＭＲとして投入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、以下のような溶剤を添加することもできる。溶剤は、下記の中から選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
＜溶剤の例＞
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。

【0051】

その他に、材料供給部２０に材料ＭＲとして投入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、以下のようなバインダーを添加することもできる。
＜バインダーの例＞
アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂あるいはその他の合成樹脂又はＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）あるいはその他の熱可塑性樹脂。

【0052】

Ｂ．第２実施形態：
図６は、第２実施形態における三次元造形装置１００ｂの概略構成を示す説明図である。三次元造形装置１００ｂは、第１実施形態の三次元造形装置１００と異なり、造形領域と異なる領域にテーブル３５０を備える。また、移動機構４００ｂや重量測定部５００ｂの構成の一部が、第１実施形態とは異なる。なお、三次元造形装置１００ｂの特に説明しない部分については、第１実施形態と同様の構成である。

【0053】

テーブル３５０は、ＸＹ平面に沿った方向に広がる平板形状を有する。本実施形態では、テーブル３５０は、吐出部２００と対向可能であり、ステージ３００と重ならない位置に配置されている。テーブル３５０上には、後述する第１清掃処理において、吐出部２００から造形材料が吐出される。なお、テーブル３５０は、テーブル３５０上に造形材料を留めることができれば他の形状であってもよく、例えば、＋Ｚ方向が開口した箱状であってもよい。

【0054】

第１実施形態の重量測定部５００は、ステージ３００の下方からステージ３００を支持し、ステージ３００上の造形材料の重量を測定する。これに対して、第２実施形態の重量測定部５００ｂは、テーブル３５０の下方からテーブル３５０を支持し、テーブル３５０上の造形材料の重量を測定する。すなわち、本実施形態では、重量測定部５００ｂは、ステージ３００上の造形材料の重量を測定しない。また、重量測定部５００ｂは、ロードセル方式の重量センサーで構成されており、断熱部５２０や支持部５３０を備えていない。

【0055】

第２実施形態の第２移動機構４２０ｂは、ステージ３００に加え、テーブル３５０をもＺ方向に移動可能に構成されている。ステージ３００とテーブル３５０とは、１つのモーターの駆動力によって同時に移動する。他の実施形態では、重量測定部５００ｂは、ステージ３００上の造形材料とテーブル３５０上の造形材料の両方を測定可能に構成されていてもよい。また、第２移動機構４２０ｂは、ステージ３００とテーブル３５０とをそれぞれ独立して移動可能に構成されていてもよい。

【0056】

図７は、第２実施形態における、三次元造形物の製造方法を実現する三次元造形物の造形処理を示す工程図である。なお、ステップＳ２１０からステップＳ２３０までの工程は、図５に示した第１実施形態におけるステップＳ１１０からステップＳ１３０までの工程と同様であるため、説明を省略する。

【0057】

ステップＳ２４０にて、制御部７００は、三次元造形物の１層分が完成したか否かを判断する。制御部７００は、１層分が完成していないと判断した場合、再びステップＳ２３０に戻り、造形材料の積層を継続させる。

【0058】

ステップＳ２４０において、三次元造形物の１層分が完成したと判断された場合、ステップＳ２５０にて、制御部７００は、三次元造形物が完成したか否かを判断する。制御部７００は、三次元造形物が完成したと判断した場合、三次元造形処理を終了させる。

【0059】

ステップＳ２５０において、三次元造形物が完成していないと判断された場合、ステップＳ２６０にて、制御部７００は、第１清掃処理を実行する。具体的には、制御部７００は、まず、移動機構４００を制御することによって、吐出部２００をテーブル３５０の上方に位置させる。その後、制御部７００は、テーブル３５０に向かって吐出部２００から造形材料を吐出させ、吐出部２００内を清掃する。第１清掃処理において、制御部７００は、吐出部２００から予め定められた量の造形材料が吐出されるように、吐出部２００を制御する。なお、第１清掃処理とは、三次元造形処理の前や三次元造形処理中の予め定められた期間において、制御部７００がテーブル３５０上に吐出部２００から造形材料を吐出させることによって、吐出部２００を清掃する処理のことを指す。

【0060】

ステップＳ２７０にて、制御部７００は、重量測定部５００ｂによって、ステップＳ２６０の第１清掃処理においてテーブル３５０上に吐出された造形材料の重量を測定する。

【0061】

ステップＳ２８０にて、制御部７００は、造形材料の重量が適正であるか否か判断する。制御部７００は、ステップＳ２７０において重量測定部５００ｂによって測定される造形材料の第３重量が、第１清掃処理において吐出部２００から吐出されると想定される造形材料の第４重量と一致する場合、造形材料の重量が適正であると判断し、第３重量と第４重量とが一致しない場合に、造形材料の重量が適正でないと判断する。制御部７００は、造形材料の重量が適正であると判断した場合、ステップＳ２３０に戻り、造形材料の積層を継続させる。

【0062】

ステップＳ２８０において、造形材料の重量が適正でないと判断された場合、制御部７００は、可塑化部３０に設けられたフラットスクリュー４０の回転数を調整する。例えば、第３重量が第４重量より少ない場合、制御部７００はフラットスクリュー４０の回転数を増加させるよう、駆動モーター３２を制御する。その後、制御部７００は、ステップＳ２３０に戻り、ステップＳ２８０の処理に基づいてフラットスクリュー４０の回転数を制御しながら、造形材料を積層する。

【0063】

なお、ステップＳ２６０からステップＳ２９０までの処理は、繰り返し実行されてもよい。例えば、吐出部２００内を効果的に清掃するために、ステップＳ２６０からステップＳ２９０までの処理を、２回以上繰り返してもよい。

【0064】

以上で説明した第２実施形態の三次元造形装置１００ｂによっても、造形物中の空隙の生成や、吐出される材料の線幅の増大等を抑制し、造形精度を向上させることができる。特に、本実施形態では、造形領域と異なる領域に吐出された造形材料の重量に基づいて、予め定められた量の造形材料が吐出されているか否か判断し、造形領域で吐出部２００から予め定められた量の造形材料が吐出されるように吐出部２００を制御することができる。

【0065】

また、本実施形態では、制御部７００は、第１清掃処理において、テーブル３５０上に吐出された造形材料の重量に基づいて、予め定められた量の造形材料が吐出されているか否かを判断する。そのため、吐出部２００を清掃しつつ、予め定められた量の造形材料が吐出されているか否かを判断することができる。

【0066】

また、本実施形態では、制御部７００は、造形領域に三次元造形物の層を積層するごとに、第１清掃処理を行う。そのため、層を積層するごとに吐出部２００を清掃し、かつ、層を積層するごとに予め定められた量の造形材料が吐出されているか否かを判断することができる。

【0067】

Ｃ．第３実施形態：
図８は、第３実施形態における、三次元造形物の製造方法を実現する三次元造形物の造形処理を示す工程図である。なお、第３実施形態における三次元造形装置１００の構成については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。また、ステップＳ３１０からステップＳ３５０までの工程は、図７に示した第２実施形態におけるステップＳ２１０からステップＳ２５０までの工程と同様であるため、説明を省略する。

【0068】

図９は、第３実施形態における三次元造形処理を説明する模式図である。図９には、ステージ３００の造形領域に三次元造形物ＯＡが造形され、ステージ３００のうち造形領域とは異なる領域に非造形物ＯＢが造形されている途中の様子が示されている。ステップＳ３５０において、三次元造形物ＯＡが完成していないと判断した場合、ステップＳ３６０にて、制御部７００は非造形物ＯＢを形成する。

【0069】

具体的には、制御部７００は、ステップＳ３６０では、三次元造形物ＯＡの層を構成する造形材料が固化するまでの少なくとも一部の期間において、造形領域と異なる領域に吐出部２００から造形材料を吐出させ、造形領域と異なる領域に非造形物ＯＢを形成する。これによって、三次元造形物ＯＡの固化していない層の上に造形材料が吐出されることが抑制されるため、三次元造形物ＯＡの造形精度を高めることができる。さらに、三次元造形物ＯＡが固化するまでの間も、吐出部２００から造形材料が吐出されるため、吐出部２００内での造形材料の滞留が抑制される。なお、「固化」とは、吐出部２００から吐出された造形材料が流動性を失うことを指す。本実施形態では、造形材料は、冷えることによって可塑性を失って固化する。

【0070】

図９を用いて、ステップＳ３６０の詳細を説明する。図９には、５層目Ａ５の積層が完了した三次元造形物ＯＡと、５層目Ｂ５の積層が行われている途中の非造形物ＯＢが示されている。このとき、三次元造形物ＯＡの５層目Ａ５を構成する造形材料は、固化している途中である。すなわち、非造形物ＯＢの５層目Ｂ５は、三次元造形物ＯＡの５層目Ａ５が固化する期間の間に形成されている。なお、非造形物ＯＢの１層目から４層目までについても、三次元造形物ＯＡの１層目から４層目までがそれぞれ固化する期間の間に形成されている。また、三次元造形物ＯＡの６層目以降を造形する場合も、非造形物ＯＢの６層目以降が同様に形成される。

【0071】

本実施形態では、制御部７００は、ステップＳ３６０において、予め定められた形状の非造形物ＯＢを形成する。そのため、制御部７００は、非造形物ＯＢの一層分や非造形物ＯＢの全部を形成するのに要すると想定される造形材料の重量を算出することができる。具体的には、非造形物ＯＢは、造形中の三次元造形物ＯＡと略等しい高さを有する略四角柱形状に形成される。造形材料を積層して略柱状に形成された非造形物ＯＢのことを、プライムピラーと呼ぶこともある。なお。非造形物ＯＢは他の形状であってもよい。例えば、略円柱状のプライムピラーであってもよいし、略柱状でなくてもよい。

【0072】

ステップＳ３７０にて、制御部７００は、重量測定部５００によって、ステップＳ３６０において造形領域とは異なる領域に吐出された造形材料の重量を測定する。

【0073】

ステップＳ３８０にて、制御部７００は、造形材料の重量が適正であるか否か判断する。本実施形態では、制御部７００は、ステップＳ３７０において重量測定部５００ｂによって測定される造形材料の第５重量が、ステップＳ３６０において吐出部２００から吐出されると想定される造形材料の第６重量と一致する場合、造形材料の重量が適正であると判断し、第５重量と第６重量とが一致しない場合に、造形材料の重量が適正でないと判断する。制御部７００は、造形材料の重量が適正であると判断した場合、ステップＳ３３０に戻り、造形材料の積層を継続させる。

【0074】

ステップＳ３８０において、造形材料の重量が適正でないと判断した場合、制御部７００は、可塑化部３０に設けられたフラットスクリュー４０の回転数を調整する。例えば、第５重量が第６重量より少ない場合、制御部７００はフラットスクリュー４０の回転数を増加させるよう、駆動モーター３２を制御する。その後、制御部７００は、ステップＳ３３０に戻り、ステップＳ３８０の処理に基づいてフラットスクリュー４０の回転数を制御しながら、造形材料を積層する。

【0075】

なお、ステップＳ３５０において三次元造形物ＯＡが完成していないと判断された場合に、ステップＳ３６０からステップＳ３９０の処理が繰り返し実行されてもよい。例えば、制御部７００は、ステップＳ３６０において非造形物ＯＢの１層分を形成する間に、ステップＳ３７０からステップＳ３９０までを繰り返すことによって、非造形物ＯＢを形成しつつ、吐出部２００から吐出される造形材料の量を調整することができる。

【0076】

以上で説明した第３実施形態の三次元造形装置１００によっても、造形物中の空隙の生成や、吐出される材料の線幅の増大等を抑制し、造形精度を向上させることができる。特に、本実施形態では、三次元造形物ＯＡの層を構成する造形材料を固化させている間に吐出部２００から吐出される造形材料の重量に基づいて、予め定められた量の造形材料が吐出されているか否かを判断することができる。

【0077】

また、本実施形態では、三次元造形物ＯＡの層を造形するごとに、造形領域と異なる領域に吐出部２００から吐出された造形材料の重量を、重量測定部５００によって測定する。そのため、層を積層するごとに予め定められた量の造形材料が吐出されているか否かを判断することができる。

【0078】

Ｄ．第４実施形態：
図１０は、第４実施形態における、三次元造形物の製造方法を実現する三次元造形物の造形処理を示す工程図である。なお、第４実施形態における三次元造形装置１００の構成については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。また、ステップＳ４１０からステップＳ４５０までの工程は、図５に示した第１実施形態におけるステップＳ１１０からステップＳ１５０までの工程と同様であるため、説明を省略する。

【0079】

ステップＳ４５０において、造形材料の重量が適正でないと判断した場合、ステップＳ４６０にて、制御部７００は、造形材料の重量が不足しているか否かを判断する。「造形材料の重量が不足している」状態とは、吐出部２００から吐出された造形材料の量が、予め定められた量より少ない状態を指す。具体的には、制御部７００は、ステップＳ４４０において重量測定部５００によって測定された造形材料の第１重量が、形状データから計算される第２重量を下回る場合に、造形材料の重量が不足していると判断する。

【0080】

ステップＳ４６０において、造形材料の重量が不足していないと判断された場合、ステップＳ４７０にて、制御部７００は、可塑化部３０に設けられたフラットスクリュー４０の回転数を調整する。この場合、本実施形態では、第１重量が第２重量より多いため、制御部７００はフラットスクリュー４０の回転数を減少させるよう、駆動モーター３２を制御する。その後、制御部７００は、ステップＳ４３０に戻り、ステップＳ４７０の処理に基づいてフラットスクリュー４０の回転数を制御しながら、造形材料を積層する。

【0081】

ステップＳ４６０において、造形材料の重量が不足していると判断された場合、ステップＳ４８０にて、制御部７００は、第２清掃処理を実行する。具体的には、制御部７００は、まず、移動機構４００を制御することによって、吐出部２００を、ステージ３００のうち造形領域と異なる領域の上方に位置させる。その後、制御部７００は、造形領域と異なる領域に向かって吐出部２００から造形材料を吐出させ、吐出部２００内を清掃する。なお、第２清掃処理とは、制御部７００が、造形材料の量が予め定められた量より少ないと判断した場合に、造形材料とは異なる領域に吐出部２００から造形材料を吐出させることによって、吐出部２００を清掃する処理のことを指す。その後、制御部７００は、ステップＳ４３０に戻り、造形材料を積層する。

【0082】

以上で説明した第４実施形態の三次元造形装置１００によっても、造形物中の空隙の生成や、吐出される材料の線幅の増大等を抑制し、造形精度を向上させることができる。特に、本実施形態では、吐出部２００から吐出された造形材料の量が予め定められた量より少ないと判断された場合に、第２清掃処理が実行される。これによって、吐出部２００内に滞留している造形材料を吐出部２００外へと排出させ、吐出部２００から吐出される造形材料の量を、予め定められた量に近付くように増加させることができる。

【0083】

Ｅ．第５実施形態：
図１１は、第５実施形態における三次元造形装置１００ｅの概略構成を示す説明図である。三次元造形装置１００ｅは、第１実施形態の三次元造形装置１００とは異なり、線幅測定部５５０を備える。

【0084】

線幅測定部５５０は、吐出部２００から吐出された造形材料の線幅を測定する。本実施形態では、線幅測定部５５０は、吐出部２００ｅのうち、バレル５０の下方に設けられている。線幅測定部５５０はレーザー発振部とレーザー受光部を備える。線幅測定部５５０は、ステージ３００上の造形領域に吐出された造形材料に向けてレーザーを照射し、照射したレーザーを受光することによって、造形材料の線幅を測定する。なお、造形材料の線幅とは、ノズル孔６９から吐出される造形材料の、吐出部２００ｅの走査方向と交わる方向における長さである。吐出部２００の走査方向とは、吐出部２００ｅが造形材料を吐出しながら移動する方向のことを指す。具体的には、線幅測定部５５０は、造形材料にレーザーを照射しながら、照射したレーザーを走査方向と交わる方向に走査させることによって、造形材料の線幅を測定する。

【0085】

制御部７００は、例えば、重量測定部５００による重量測定後に線幅測定部５５０による線幅測定を行うことによって、三次元造形物の状態を空間的に検知し、三次元造形物の造形精度を更に向上させることができる。他の実施形態では、制御部７００は、三次元造形処理中の所定の時期に、所定回数、線幅測定を行い、測定ごとに線幅測定の結果を記録してもよい。この場合、ユーザーは、例えば、完成した三次元造形物の造形精度を、記録された線幅に基づいて評価してもよい。また、造形中の三次元造形物に生じている空隙や、造形密度を記録してもよい。

【0086】

以上で説明した第５実施形態の三次元造形装置１００ｅによっても、造形物中の空隙の生成や、吐出される材料の線幅の増大等を抑制し、造形精度を向上させることができる。特に、本実施形態では、線幅測定部５５０によって造形材料の線幅を測定することで、三次元造形物の造形精度を更に向上させることができる。

【0087】

Ｆ．第６実施形態：
図１２は、第６実施形態における三次元造形物の造形処理を示す工程図である。なお、第６実施形態における三次元造形装置１００の構成については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。また、ステップＳ５１０からステップＳ５３０までの工程は、図５に示した第１実施形態におけるステップＳ１１０からステップＳ１３０までの工程と同様であるため、説明を省略する。

【0088】

ステップＳ５４０にて、制御部７００は、三次元造形物が完成したか否かを判断する。制御部７００は、三次元造形物が完成していないと判断した場合、ステップＳ５３０に戻り、造形材料の積層を継続させる。

【0089】

ステップＳ５４０において、三次元造形物が完成したと判断された場合、ステップＳ５５０にて、制御部７００は、ステージ３００の造形領域に吐出された造形材料の第７重量を、重量測定部５００によって測定する。すなわち、ステップＳ５４０において、第７重量として、完成した三次元造形物の重量が測定される。

【0090】

ステップＳ５６０にて、制御部７００は、重量が適正であるか否かを判断する。本実施形態では、制御部７００は、第７重量と、ステップＳ５１０で取得するデータから計算される第８重量とを、比較する。制御部７００は、第７重量と第８重量とが一致する場合に造形材料の重量が適正であると判断し、第７重量と第８重量とが一致しない場合に、造形材料の重量が適正でないと判断する。すなわち、本実施形態では、「予め定められた量」は、第８重量分の造形材料の量であると言うこともできる。第８重量としては、形状データ上の三次元造形物の体積に造形材料の密度を乗じて得られる重量を用いることができる。本実施形態では、形状データ上の三次元造形物を完成させる際に、吐出されると想定される造形材料の重量を計算する。制御部７００は、ステップＳ５６０において、重量が適正であると判断した場合、三次元造形処理を終了させる。

【0091】

ステップＳ５６０において、重量が適正でないと判断された場合、ステップＳ５７０にて、制御部７００は形状データを修正する。具体的には、制御部７００は、第７重量および第８重量に基づいて形状データを修正する。例えば、制御部７００は、第７重量に対する第８重量の比を算出し、修正前の形状データに含まれる三次元造形物の高さデータに算出した比を乗じ、形状データに含まれる三次元造形物の高さデータを修正する。これによって、修正された形状データが生成される。その後、制御部７００は、三次元造形処理を終了させる。

【0092】

制御部７００は、三次元造形処理の終了後、当該三次元造形処理で造形する三次元造形物と同じ三次元造形物を造形するための三次元造形処理を新たに開始した場合、修正された形状データを用いることができる。すなわち、制御部７００は、修正された形状データに基づいて、修正された造形データを生成し、修正された造形データに基づいて、吐出部２００を制御して三次元造形物を造形できる。これによって、造形される三次元造形物の精度を向上させることができる。なお、修正された造形データは、造形データの一部を修正することによって生成されたデータであってもよいし、修正された形状データに基づいて新たに生成されたデータであってもよい。

【0093】

以上で説明した第６実施形態の三次元造形装置１００によっても、造形物中の空隙の生成や、吐出される材料の線幅の増大等を抑制し、造形精度を向上させることができる。特に、本実施形態では、修正された形状データに基づいて生成された、修正された造形データに基づいて吐出部２００を制御することで、簡易な制御によって、造形精度を向上させることができる。

【0094】

なお、三次元造形処理の終了後、当該三次元造形処理で造形する三次元造形物と異なる、新たな三次元造形物を造形するための三次元造形処理を新たに開始してもよい。この場合、例えば、ステップＳ５１０で、制御部７００は、当該三次元造形処理で造形する三次元造形物の形状データに加え、新たな三次元造形処理で造形する三次元造形物の形状データを取得する。さらに、ステップＳ５７０において、制御部７００は、例えば、第７重量に対する第８重量の比を算出し、新たな三次元造形物の修正前の形状データに含まれる高さデータに算出した比を乗じ、形状データに含まれる高さデータを修正する。これによって、新たな三次元造形物の形状データが、第７重量および第８重量に基づいて修正される。その後、制御部７００は、修正された形状データに基づいて生成された、修正された造形データに基づいて吐出部２００を制御することで、簡易な制御によって、新たな三次元造形物の造形精度を向上させることができる。なお、制御部７００は、新たな三次元造形物の形状データをステップＳ５１０で取得せず、例えば、ステップＳ５７０で形状データを修正する直前に取得してもよい。

【0095】

また、例えば、第１実施形態のように、三次元造形物を造形する間に造形領域に吐出された造形材料の重量を重量測定部５００によって測定する形態であっても、第１重量および第２重量に基づいて、形状データを修正することができる。例えば、制御部７００は、第１重量に対する第２重量の比を算出し、修正前の形状データに含まれる三次元造形物の高さデータに算出した比を乗じ、形状データに含まれる三次元造形物の高さデータを修正する。これによって、修正された形状データが生成される。その後、制御部７００は、修正された造形データに基づいて吐出部２００を制御して、造形材料を積層させることによって、三次元造形物を造形する。このように、制御部７００が形状データを修正しつつ、三次元造形物を造形する場合であっても、三次元造形物の造形精度を向上させることができる。

【0096】

Ｇ．他の実施形態：
（Ｇ－１）上記実施形態において、制御部７００は、重量測定部５００によって測定される第１重量と、形状データから計算される第２重量と、を比較して、予め定められた量の造形材料が吐出されているか否かを判断している。これに対して、例えば、制御部７００は、第１重量と、造形データから計算される重量と、を比較して、予め定められた量の造形材料が吐出されているか否かを判断してもよい。

【0097】

（Ｇ－２）上記実施形態において、制御部７００は、造形データを生成している。これに対して、制御部７００は、造形データを生成しなくてもよい。この場合、制御部７００は、形状データを取得しなくてもよい。例えば、スライサーソフトが形状データを読み込み、形状データに基づいて造形データを生成してもよい。更に、制御部７００とは別体に備えられたデータ処理装置が形状データを取得し、造形データを生成してもよい。この場合、制御部７００は、スライサーソフトやデータ処理装置によって生成された造形データを取得する。

【0098】

（Ｇ－３）上記実施形態において、制御部７００は、三次元造形物の層を積層するごとに、第１清掃処理を行っている。これに対して、制御部７００は、例えば、三次元造形処理を開始する前に第１清掃処理を行ってもよい。

【0099】

（Ｇ－４）上記実施形態において、制御部７００は、三次元造形物の１層分を積層するごとに、非造形物ＯＢの重量を、重量測定部５００によって測定している。これに対して、三次元造形物ＯＡの１層分を積層するごとに、非造形物ＯＢの重量を測定しなくてもよい。例えば、三次元造形物ＯＡの層を２層分積層するごとに、非造形物ＯＢの重量を測定してもよい。この場合、制御部７００は、三次元造形物ＯＡの１層分を積層するごとに非造形物ＯＢの１層分を形成する一方で、非造形物ＯＢを２層形成するごとに非造形物ＯＢの重量を測定する。

【0100】

（Ｇ－５）上記実施形態において、制御部７００は、非造形物ＯＢをステージ３００上のうちの造形領域と異なる領域に形成している。これに対して、第２実施形態のテーブル３５０のように、ステージ３００以外の領域に非造形物ＯＢを形成し、その領域に吐出された造形材料の重量を重量測定部５００によって測定してもよい。

【0101】

（Ｇ－６）上記実施形態において、可塑化部３０は、フラットスクリュー４０を備えている。これに対して、可塑化部３０は、フラットスクリュー４０を備えることなく、他のスクリューを備えていてもよい。例えば、可塑化部３０は、インラインスクリューを備えていてもよい。

【0102】

（Ｇ－７）上記実施形態において、三次元造形装置１００は、可塑化部３０を備えている。これに対して、三次元造形装置１００は、可塑化部３０を備えていなくてもよい。例えば、三次元造形装置１００は、造形材料としての液体を、液滴を制御しながら、ステージ上に吐出して積層する、インクジェット方式の装置であってもよい。この場合、制御部７００は、例えば、液滴を制御する圧電体を制御することによって、吐出する液滴のドットサイズを変更し、吐出する造形材料の量を制御してもよい。また、この場合、造形材料は、例えば、液体中に含まれる水分の蒸発や揮発成分の揮発によって、固化する。

【0103】

（Ｇ－８）上記実施形態において、線幅測定部５５０は、造形領域に吐出された造形材料の線幅を測定する。これに対して、線幅測定部５５０は、造形領域とは異なる領域に吐出された造形材料の線幅を測定してもよい。例えば、ステージ３００のうち造形領域とは異なる領域に吐出された造形材料の線幅が測定されてもよい。また、第２実施形態のように、上部に造形材料を留められるテーブル３５０が設けられている場合、テーブル３５０上に吐出された造形材料の線幅が測定されてもよい。

【0104】

（Ｇ－９）上記実施形態において、線幅測定部５５０は、吐出部２００ｅから吐出された造形材料の線幅をレーザーによって測定している。これに対して、線幅測定部５５０は、例えば、画像を撮影するカメラを備える測定器であってもよい。この場合、例えば、線幅測定部５５０は、撮影した画像を解析することによって、造形材料の線幅を測定してもよい。

【0105】

Ｈ．他の形態：
本開示は、上述の各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形態によって実現することができる。例えば、本開示は以下の形態として実現可能である。以下に記載する各形態中の技術的特徴に対応する上記の各実施形態中の技術的特徴は、本開示の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本開示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おいて必須であると説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【0106】

（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。造形材料を吐出する吐出部と、前記吐出部から吐出された前記造形材料の重量を測定する重量測定部と、前記吐出部および前記重量測定部を制御して、ステージの造形領域に前記造形材料の層を積層して三次元造形物を造形する制御部と、を備える。前記制御部は、前記重量測定部を制御して前記吐出部から吐出された前記造形材料の重量を測定し、前記重量測定部によって測定される重量に基づいて、前記吐出部から予め定められた量の前記造形材料が吐出されているか否かを判断し、前記予め定められた量の前記造形材料が吐出されていないと判断した場合、前記吐出部から前記予め定められた量の前記造形材料が吐出されるように前記吐出部を制御する。
このような形態によれば、造形物中の空隙の生成や、吐出される材料の線幅の増大等を抑制し、造形精度を向上させることができる。

【0107】

（２）上記形態の三次元造形装置において、前記制御部は、前記造形領域に前記吐出部から前記造形材料を吐出させつつ、前記造形領域に吐出された前記造形材料の重量を前記重量測定部によって測定し、前記予め定められた量の前記造形材料が吐出されていないと判断した場合、前記吐出部から前記予め定められた量の前記造形材料が吐出されるように前記吐出部を制御しながら、前記造形領域に前記吐出部から前記造形材料を吐出させて前記三次元造形物を造形してもよい。このような形態によれば、予め定められた量の造形材料が吐出されているかが繰り返し判断されるため、三次元造形物の造形精度がより向上する。

【0108】

（３）上記形態の三次元造形装置において、前記重量測定部は、前記吐出部から前記造形領域に吐出された前記造形材料の重量を測定し、前記制御部は、前記三次元造形物の形状を表す形状データから計算される重量と、前記重量測定部によって測定される重量と、を比較して、前記予め定められた量の前記造形材料が吐出されているか否かを判断してもよい。このような形態によれば、形状データ上の三次元造形物と実際に造形される三次元造形物との間で生じる差違を小さくできる。

【0109】

（４）上記形態の三次元造形装置において、前記制御部は、前記形状データから生成される造形データに基づいて前記吐出部を制御し、前記予め定められた量の前記造形材料が吐出されていないと判断した場合、前記重量測定部によって測定される重量および前記形状データから計算される重量に基づいて前記形状データを修正し、修正した前記形状データに基づいて前記造形データを修正し、修正された前記造形データに基づいて前記吐出部から前記予め定められた量の前記造形材料が吐出されるように前記吐出部を制御してもよい。このような形態によれば、簡易な制御によって、造形精度を向上させることができる。

【0110】

（５）上記形態の三次元造形装置において、前記重量測定部は、前記吐出部から前記造形領域と異なる領域に吐出された前記造形材料の重量を測定し、前記制御部は、前記造形領域と異なる領域に前記吐出部から前記造形材料を吐出させ、前記造形領域と異なる領域に吐出された前記造形材料の重量に基づいて、前記吐出部から予め定められた量の前記造形材料が吐出されているか否かを判断してもよい。このような形態によれば、造形領域と異なる領域で予め定められた量の造形材料が吐出されているか否か判断し、造形領域で予め定められた量の造形材料が吐出されるように吐出部を制御することができる。

【0111】

（６）上記形態の三次元造形装置において、前記造形領域と異なる領域にテーブルを備え、前記重量測定部は、前記吐出部から前記テーブル上に吐出された前記造形材料の重量を測定し、前記制御部は、前記テーブル上に前記吐出部から前記造形材料を吐出することによって前記吐出部を清掃する第１清掃処理を行い、前記第１清掃処理において、前記テーブル上に吐出された前記造形材料の重量に基づいて、前記予め定められた量の前記造形材料が吐出されているか否かを判断してもよい。このような形態によれば、吐出部を清掃しつつ、予め定められた量の造形材料が吐出されているか否かを判断することができる。

【0112】

（７）上記形態の三次元造形装置において、前記制御部は、前記造形領域に前記層を積層するごとに、前記第１清掃処理を行ってもよい。このような形態によれば、層を積層するごとに吐出部を清掃し、かつ、層を積層するごとに予め定められた量の造形材料が吐出されているか否かを判断することができる。

【0113】

（８）上記形態の三次元造形装置において、前記制御部は、前記造形領域に前記層を造形するごとに、前記層を構成する前記造形材料が固化するまでの少なくとも一部の期間において、前記吐出部から前記造形領域と異なる領域に前記造形材料を吐出させてもよい。このような形態によれば、層を構成する造形材料を固化させている間に吐出部から吐出される造形材料の重量に基づいて、予め定められた量の造形材料が吐出されているか否かを判断することができる。

【0114】

（９）上記形態の三次元造形装置において、前記制御部は、前記層を造形するごとに、前記造形領域と異なる領域に前記吐出部から吐出された前記造形材料の重量を、前記重量測定部によって測定してもよい。このような形態によれば、層を積層するごとに予め定められた量の造形材料が吐出されているか否かを判断することができる。

【0115】

（１０）上記形態の三次元造形装置において、前記制御部は、前記吐出部から吐出された前記造形材料の量が前記予め定められた量より少ないと判断した場合、前記吐出部から前記造形領域と異なる領域に前記造形材料を吐出することによって前記吐出部を清掃する第２清掃処理を行ってもよい。このような形態によれば、吐出部内に滞留している造形材料を吐出部外へと排出させ、吐出部から吐出される造形材料の量を、予め定められた量に近付くように増加させることができる。

【0116】

（１１）上記形態の三次元造形装置において、前記吐出部は、材料を可塑化して前記造形材料を生成する可塑化部を備え、前記可塑化部は、スクリューを有し、前記制御部は、前記スクリューの回転数を制御して前記吐出部から吐出する前記造形材料の量を調整してもよい。このような形態によれば、簡易な構成で、吐出部２００から吐出される造形材料の量を調節することができる。

【0117】

（１２）上記形態の三次元造形装置において、吐出された前記造形材料の線幅を測定する線幅測定部を有していてもよい。このような形態によれば、三次元造形物の造形精度を更に向上させることができる。

【0118】

本開示は、上述した三次元造形装置に限らず、種々の態様で実現可能である。例えば、三次元造形物の製造方法や、三次元造形装置の制御方法、三次元造形物を造形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記録した一時的でない有形な記録媒体等の形態で実現することができる。

【符号の説明】

【0119】

２０…材料供給部、２２…供給路、３０…可塑化部、３１…スクリューケース、３２…駆動モーター、４０…フラットスクリュー、４１…上面、４２…溝形成面、４３…側面、４４…材料導入口、４５…溝部、４６…凸条部、４７…中央部、５０…バレル、５２…スクリュー対向面、５４…案内溝、５６…連通孔、５８…ヒーター、６１…供給流路、６５…ノズル、６８…ノズル流路、６９…ノズル孔、１００，１００ｂ，１００ｅ…三次元造形装置、２００，２００ｅ…吐出部、３００…ステージ、３５０…テーブル、４００，４００ｂ…移動機構、４１０…第１移動機構、４２０，４２０ｂ…第２移動機構、５００，５００ｂ…重量測定部、５１０…重量センサー、５１１…ネジ、５２０…断熱部、５３０…支持部、５５０…線幅測定部、７００…制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】