特許 7458126 三次元プリンティング装置、三次元プリンティング方法、及び圧縮装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-21

(45)【発行日】2024-03-29

(54)【発明の名称】三次元プリンティング装置、三次元プリンティング方法、及び圧縮装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/118 20170101AFI20240322BHJP

   B29C 64/295 20170101ALI20240322BHJP

   B29C 64/218 20170101ALI20240322BHJP

   B29C 64/188 20170101ALI20240322BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240322BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240322BHJP

【ＦＩ】

B29C64/118

B29C64/295

B29C64/218

B29C64/188

B33Y10/00

B33Y30/00

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2023569784

(86)(22)【出願日】2023-07-12

(86)【国際出願番号】 JP2023025703

【審査請求日】2023-11-10

(31)【優先権主張番号】P 2022112292

(32)【優先日】2022-07-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】899000057

【氏名又は名称】学校法人日本大学

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100126882

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 光永

(72)【発明者】

【氏名】上田 政人

【審査官】関口 貴夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０８４７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５３１０２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／００－６４／４０

Ｂ３３Ｙ １０／００

Ｂ３３Ｙ ３０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ノズルを介してプリント材料を連続的にフィードする第１機構と、
前記プリント材料が積層されるテーブルを有する第２機構と、
加熱ローラを有する第３機構と、
前記第１機構、前記第２機構、及び前記第３機構を制御する制御部であり、
前記ノズルから供給された前記プリント材料をプリントパスに沿って配置しシート状の材料層を形成する第１モードであり、前記材料層が１層からなる又は複数層からなる、前記第１モードと、
前記第１モードの後に、前記テーブルに対する前記ノズルからの前記プリント材料の供給を停止した状態で、前記テーブルと前記加熱ローラとの間の相対移動を行いながら、前記材料層を前記加熱ローラで圧縮する第２モードと、を含む、前記制御部と、
を備え、
前記加熱ローラは、周面、球面、又は湾曲面を有する所定面を有し、
前記第２モードにおいて、前記所定面が前記材料層を押圧可能となるように第１方向の所定位置に前記加熱ローラが配置された状態で、前記第１方向と交差する第２方向に沿って前記テーブルと前記加熱ローラとの間の前記相対移動が実行される、
三次元プリンティング装置。

【請求項2】

前記第２モードは、少なくとも部分的に前記プリントパスと前記加熱ローラの移動の向きとが交差するように前記相対移動を行うことを含む、請求項１に記載の三次元プリンティング装置。

【請求項3】

前記第２モードは、前記相対移動における、前記プリント材料の前記プリントパスの主延在方向と前記相対移動の方向との間の角度を制御することを含む、請求項１に記載の三次元プリンティング装置。

【請求項4】

前記第２モードは、第１ターゲット温度において前記材料層を前記加熱ローラで圧縮することと、前記第１ターゲット温度と異なる第２ターゲット温度において前記材料層を前記加熱ローラで圧縮することと、を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の三次元プリンティング装置。

【請求項5】

前記第２モードは、第１表面特性を有する前記加熱ローラの第１接触面で前記材料層を圧縮することと、前記第１表面特性と異なる第２表面特性を有する前記加熱ローラの第２接触面で前記材料層を圧縮することと、を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の三次元プリンティング装置。

【請求項6】

前記加熱ローラは、前記テーブルの上面と平行な軸芯を中心として回転可能に支持された円柱形状の加熱ローラを有する、請求項１から３のいずれか一項に三次元プリンティング装置。

【請求項7】

前記加熱ローラは、前記軸芯に沿った方向の長さ寸法が、前記テーブル上の前記プリント材料の配置可能領域の前記軸芯に沿った方向の長さ寸法よりも大きい、請求項６に記載の三次元プリンティング装置。

【請求項8】

前記第３機構の前記加熱ローラは、前記プリント材料を押圧する場合に、前記ノズルにおける前記プリント材料の加熱温度よりも低い温度又は高い温度に設定される、又は、前記ノズルにおける前記プリント材料の加熱温度と同程度の温度に設定される、請求項１から３のいずれか一項に記載の三次元プリンティング装置。

【請求項9】

前記テーブルの少なくとも表面が前記プリント材料と同一の材料を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の三次元プリンティング装置。

【請求項10】

ノズルを介してプリント材料を連続的にフィードする第１機構と、
前記プリント材料が積層されるテーブルを有する第２機構と、
加熱部材を有する第３機構と、
前記第１機構、前記第２機構、及び前記第３機構を制御する制御部であり、
前記ノズルから供給された前記プリント材料をプリントパスに沿って配置しシート状の材料層を形成する第１モードであり、前記材料層が１層からなる又は複数層からなる、前記第１モードと、
前記第１モードの後に、前記テーブルと前記加熱部材との間の相対移動を行いながら、前記材料層を前記加熱部材で圧縮する第２モードと、を含む、前記制御部と、
を備え、
前記第２モードは、第１ターゲット温度において前記材料層を前記加熱部材で圧縮することと、前記第１ターゲット温度と異なる第２ターゲット温度において前記材料層を前記加熱部材で圧縮することと、を含む、
三次元プリンティング装置。

【請求項11】

ノズルを介してプリント材料を連続的にフィードする第１機構と、
前記プリント材料が積層されるテーブルを有する第２機構と、
加熱ローラを有する第３機構と、
前記第１機構、前記第２機構、及び前記第３機構を制御する制御部であり、
前記ノズルから供給された前記プリント材料をプリントパスに沿って配置しシート状の材料層を形成する第１モードであり、前記材料層が１層からなる又は複数層からなる、前記第１モードと、
前記第１モードの後に、前記テーブルと前記加熱ローラとの間の相対移動を行いながら、前記材料層を前記加熱ローラで圧縮する第２モードと、を含む、前記制御部と、
を備え、
前記加熱ローラは、周面、球面、又は湾曲面を有する所定面を有し、
前記第３機構の前記加熱ローラは、前記材料層を圧縮する際に、前記プリント材料が軟化する所定温度であって前記ノズルにおける前記プリント材料の加熱温度よりも低い前記所定温度に昇温され、
前記第２モードにおいて、前記所定面が前記材料層を押圧可能となるように第１方向の所定位置に前記加熱ローラが配置された状態で、前記第１方向と交差する第２方向に沿って前記テーブルと前記加熱ローラとの間の前記相対移動が実行される、
三次元プリンティング装置。

【請求項12】

ヘッドユニットに設けられたノズルを介してプリント材料を連続的にフィードする第１機構と、
前記プリント材料が積層されるテーブルを有する第２機構と、
前記ヘッドユニットとは別のユニットに設けられた加熱ローラを有する第３機構と、
前記第１機構、前記第２機構、及び前記第３機構を制御する制御部であり、
前記ノズルから供給された前記プリント材料をプリントパスに沿って配置しシート状の材料層を形成する第１モードであり、前記材料層が１層からなる又は複数層からなる、前記第１モードと、
前記第１モードの後に、前記テーブルと前記加熱ローラとの間の相対移動を行いながら、前記材料層を前記加熱ローラで圧縮する第２モードと、を含む、前記制御部と、
を備え、
前記加熱ローラは、周面、球面、又は湾曲面を有する所定面を有し、回転可能に支持される加熱ローラを有し、
前記第２モードにおいて、前記所定面が前記材料層を押圧可能となるように第１方向の所定位置に前記加熱ローラが配置された状態で、前記第１方向と交差する第２方向における前記テーブルと前記加熱ローラとの間の相対移動に伴って前記材料層に押圧された前記加熱ローラが回転する、
三次元プリンティング装置。

【請求項13】

ノズルから供給されたプリント材料をプリントパスに沿ってテーブル上に配置してシート状の材料層を形成する第１工程であり、前記材料層が１層からなる又は複数層からなる、前記第１工程と、
第１工程の後に、前記テーブルに対する前記ノズルからの前記プリント材料の供給を停止した状態で、前記テーブルと加熱ローラとの間の相対移動を行いながら、前記材料層を前記加熱ローラで圧縮する第２工程と、
を備え、
前記加熱ローラは、周面、球面、又は湾曲面を有する所定面を有し、
前記第２工程において、前記所定面が前記材料層を押圧可能となるように第１方向の所定位置に前記加熱ローラが配置された状態で、前記第１方向と交差する第２方向に沿って前記テーブルと前記加熱ローラとの間の前記相対移動が実行される、
三次元プリンティング方法。

【請求項14】

ノズルから供給されたプリント材料をプリントパスに沿ってテーブル上に配置してシート状の材料層を形成する第１工程であり、前記材料層が１層からなる又は複数層からなる、前記第１工程と、
第１工程の後に、前記テーブルと加熱部材との間の相対移動を行いながら、前記材料層を前記加熱部材で圧縮する第２工程と、
を備え、
前記第２工程は、第１ターゲット温度において前記材料層を前記加熱部材で圧縮することと、前記第１ターゲット温度と異なる第２ターゲット温度において前記材料層を前記加熱部材で圧縮することと、を含む、
三次元プリンティング方法。

【請求項15】

ノズルから供給されたプリント材料をプリントパスに沿ってテーブル上に配置してシート状の材料層を形成する第１工程であり、前記材料層が１層からなる又は複数層からなる、前記第１工程と、
第１工程の後に、前記テーブルと加熱ローラとの間の相対移動を行いながら、前記材料層を前記加熱ローラで圧縮する第２工程と、
を備え、
前記加熱ローラは、周面、球面、又は湾曲面を有する所定面を有し、
前記第２工程は、前記プリント材料が軟化する所定温度であって前記ノズルにおける前記プリント材料の加熱温度よりも低い前記所定温度に、前記加熱ローラを昇温することを含み、
前記第２工程において、前記所定面が前記材料層を押圧可能となるように第１方向の所定位置に前記加熱ローラが配置された状態で、前記第１方向と交差する第２方向に沿って前記テーブルと前記加熱ローラとの間の前記相対移動が実行される、
三次元プリンティング方法。

【請求項16】

ヘッドユニットに設けられたノズルから供給されたプリント材料をプリントパスに沿ってテーブル上に配置してシート状の材料層を形成する第１工程であり、前記材料層が１層からなる又は複数層からなる、前記第１工程と、
第１工程の後に、前記テーブルと前記ヘッドユニットとは別のユニットに設けられた加熱ローラとの間の相対移動を行いながら、前記材料層を前記加熱ローラで圧縮する第２工程と、
を備え、
前記加熱ローラは、周面、球面、又は湾曲面を有する所定面を有し、回転可能に支持される加熱ローラを有し、
前記第２工程において、前記所定面が前記材料層を押圧可能となるように第１方向の所定位置に前記加熱ローラが配置された状態で、前記第１方向と交差する第２方向における前記テーブルと前記加熱ローラとの間の相対移動に伴って前記材料層に押圧された前記加熱ローラが回転する、
三次元プリンティング方法。

【請求項17】

三次元プリンティング装置用の圧縮装置であって、
前記三次元プリンティング装置は、
プリント材料を連続的にフィードするノズルを有する第１機構と、
前記プリント材料が積層されるテーブルを有する第２機構と、
制御部と、
を備え、
前記圧縮装置は、加熱ローラを有する熱圧縮機構を備え、
前記加熱ローラは、周面、球面、又は湾曲面を有する所定面を有し、
前記熱圧縮機構は、前記プリント材料が軟化する所定温度であって前記ノズルにおける前記プリント材料の加熱温度よりも低い前記所定温度に前記加熱ローラを昇温した状態で、前記プリント材料によって形成されたシート状の材料層を前記加熱ローラで圧縮するように構成され、
前記所定面が前記材料層を押圧可能となるように第１方向の所定位置に前記加熱ローラが配置された状態で、前記第１方向と交差する第２方向に沿って前記テーブルと前記加熱ローラとの間の相対移動が実行される、
三次元プリンティング装置用の圧縮装置。

【請求項18】

三次元プリンティング装置用の圧縮装置であって、
前記三次元プリンティング装置は、
プリント材料を連続的にフィードするノズルを有するヘッドユニットを備える第１機構と、
前記プリント材料が積層されるテーブルを有する第２機構と、
制御部と、
を備え、
前記圧縮装置は、加熱ローラを有する熱圧縮機構を備え、
前記加熱ローラは、周面、球面、又は湾曲面を有する所定面を有し、回転可能に支持される加熱ローラを有し、
前記熱圧縮機構は、前記ヘッドユニットとは別のユニットに前記加熱ローラが取り付けられ、前記プリント材料によって形成されたシート状の材料層を前記加熱ローラで圧縮するように構成され、
前記所定面が前記材料層を押圧可能となるように第１方向の所定位置に前記加熱ローラが配置された状態で、前記第１方向と交差する第２方向における前記テーブルと前記加熱ローラとの間の相対移動に伴って前記材料層に押圧された前記加熱ローラが回転する、
三次元プリンティング装置用の圧縮装置。

【請求項19】

三次元プリンティング装置用の圧縮装置であって、
前記三次元プリンティング装置は、
プリント材料を連続的にフィードするノズルを有する第１機構と、
前記プリント材料が積層されるテーブル有する第２機構と、
制御部と、
を備え、
前記圧縮装置は、第１ターゲット温度に設定される第１加熱部材と、前記第１ターゲット温度と異なる第２ターゲット温度に設定される第２加熱部材と、を有する熱圧縮機構を備え、
前記熱圧縮機構は、前記プリント材料によって形成されたシート状の材料層を前記第１加熱部材と第２加熱部材とで圧縮するように構成される、
三次元プリンティング装置用の圧縮装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元プリンティング装置、三次元プリンティング方法、及び圧縮装置に関するものである。
本願は、２０２２年７月１３日に出願された特願２０２２－１１２２９２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

【背景技術】

【0002】

例えば、立体的な形状を有する物体を造形する装置として、三次元プリンティング装置が知られている（例えば特許文献１参照）。三次元プリンティング装置は、コストのかかる金型や治具などを必要とせずに、既存技術では形成が難しい三次元形状を容易に造形することができる。三次元プリンティング装置の中でも、熱で融解した樹脂を少しずつ積み重ねていく熱溶解積層方式は、装置の製造コストが低いため、製造業において部品の試作などに使用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２００５－５３１４３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

現状の熱溶解積層方式の三次元プリンティング装置は、熱可塑性樹脂からなるフィラメントを加熱して軟化し、軟化したフィラメントをノズルから押し出す機構を有する。例えば、フィラメントは、断面が円形状の線状の形状を有する。このようなフィラメントを密接するように連続的に配置してシート状に成形し、さらに積層すると、フィラメント同士の間に空隙が生じる。このような空隙は、三次元プリンティング装置で形成された造形体に残り、造形体の力学特性を低下させる。

【0005】

本発明は、造形体の力学的特性向上に有利な三次元プリンティング装置、三次元プリンティング方法、及び三次元プリンティング装置用圧縮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】

本発明の態様は、以下の構成を採用する。

【0007】

本発明の第１の態様において、三次元プリンティング装置は、ノズルを介してプリント材料を連続的にフィードする第１機構と、前記プリント材料が積層されるテーブルを有する第２機構と、加熱部材を有する第３機構と、前記第１機構、前記第２機構、及び前記第３機構を制御する制御部と、を備える。制御部は、前記ノズルから供給された前記プリント材料をプリントパスに沿って配置しシート状の材料層を形成する第１モードであり、前記材料層が１層からなる又は複数層からなる前記第１モードと、前記第１モードの後に、前記テーブルと前記加熱部材との間の相対移動を行いながら、前記材料層を前記加熱部材で圧縮する第２モードと、を含む。

【0008】

本発明の第２の態様において、三次元プリンティング方法は、ノズルから供給されたプリント材料をプリントパスに沿ってテーブル上に配置してシート状の材料層を形成する第１工程であり、前記材料層が１層からなる又は複数層からなる前記第１工程と、第１工程の後に、前記テーブルと加熱部材との間の相対移動を行いながら、前記材料層を前記加熱部材で圧縮する第２工程と、を備える。

【0009】

本発明の第３の態様において、三次元プリンティング装置は、プリント材料を連続的にフィードするノズルを有する第１機構と、前記プリント材料が積層されるテーブル有する第２機構と、制御部と、を備える。三次元プリンティング装置用の圧縮装置は、加熱部材を有する熱圧縮機構を備え、前記熱圧縮機構は、前記プリント材料によって形成されたシート状の材料層を前記加熱部材で圧縮するように構成される。

【発明の効果】

【0010】

本発明の態様によれば、造形材料の積層途中で造形材料が加熱かつ押圧される。このため、造形材料が軟化された状態で押圧され、造形材料同士の間の空隙を減少させることができる。また、造形材料同士の接着強度を高めることができる。したがって、造形体の力学的特性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】三次元プリンティング装置の概略構成を示す模式図である。

【図2】三次元プリンティング方法の一例を示す概念図である。

【図3】加熱ローラと造形テーブルとの関係を模式的に示す斜視図である。

【図4】フィラメントの層が加熱ローラで押圧される様子を示す模式図である。

【図5】フィラメントの層の断面を模式的に示す図であり、（ａ）が押圧されていない状態を示し、（ｂ）が押圧された状態を示す。

【図6】三次元プリンティング装置の変形例を示す模式図である。

【図7】三次元プリンティング装置の変形例を示す模式図である。

【図8】三次元プリンティング装置の変形例を示す模式図である。

【図9】三次元プリンティング装置の変形例を示す模式図である。

【図10】三次元プリンティング装置の変形例を示す模式図である。

【図11】プリントパスに対する加熱ローラの移動向きを説明するための図である。

【図12】三次元プリンティング装置の変形例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。

【0013】

図１は、三次元プリンティング装置１の概略構成を示す模式図である。一実施形態において、三次元プリンティング装置１は、フィラメントＦ（造形材料、プリント材料）を造形テーブル（ベッド、プラットフォーム）３上に連続的に吐出することで三次元状の造形体を形成する装置である。三次元プリンティング装置１は、軟化させたフィラメントＦを造形テーブル３に積層する。積層体が固化することで三次元構造物である造形体が形成される。三次元プリンティング装置１における、フィラメントＦの積層過程において、新たなフィラメントＦが先に配置されたフィラメントＦ上に配置される。

【0014】

造形体の原材料となるフィラメント（プリント材料）Ｆは、線状形状を有する。フィラメントＦは、中心軸に沿って連続的に延在した連続材料である。一例において、フィラメントＦは、軸方向の全体にわたり同じ断面形状を有する。他の例において、フィラメントは、部分的に異なる断面形状を有することができる。フィラメントＦは、例えば、円形状又は楕円状の断面を有する。フィラメントＦの断面形状として、円（又は楕円）に限定されず、多角形など様々な形状が適用可能である。一例において、フィラメントＦは、線状（糸状）に形成された樹脂部と、樹脂部の内部に含まれる繊維とを有する。樹脂部は、例えば、ＰＬＡ樹脂（Poly-Lactic Acid、ポリ乳酸）、ＡＢＳ樹脂、ナイロン樹脂などの熱可塑性樹脂で形成されている。他の例において、樹脂部は、ＰＥＥＫ（Poly Ether Ether Ketone）樹脂、ＰＥＫＫ（Poly Ether Ketone Ketone）樹脂、ＰＥＩ（Poly Ether Imide）樹脂などのスーパーエンジニアリングプラスチックを用いることができる。上記以外の熱可塑性樹脂もフィラメントとして適用可能である。繊維は、例えば、炭素繊維、ガラス繊維あるいは植物繊維などである。上記以外の繊維も繊維要素として適用可能である。フィラメントＦは、カーボンナノチューブを含んでもよい。

【0015】

一例において、連続する線状（糸状）の繊維が断面円形の樹脂部の中央部に配置されたフィラメントＦを用いることができる。他の例において、造形材料として、短繊維、非線状繊維が樹脂部に分散されたフィラメントを用いることができる。造形材料は、上述のフィラメントＦに限られるものではなく、例えば、繊維を含まない樹脂部からなるフィラメントであってもよい。フィラメントの直径（最大幅）は、約０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０、３．５、４．０、４．５、５．０、５．５、６．０、６．５、７．０、７．５、８．０、８．５、９．０、９．５、又は１０ｍｍにできる。また、フィラメントの直径（最大幅）は、０．１ｍｍ未満であってもよく、１０ｍｍ以上であってもよい。

【0016】

一例において、図１に示すように、繊維を含むフィラメントＦがボビン５０に巻回された状態で準備される。ボビン５０からフィラメントＦが引き出されて三次元プリンティング装置１に供給される。他の例において、線状の樹脂部が巻回されたボビンと、繊維が巻回されたボビンとが別に準備され、各々のボビンから引き出された樹脂部と繊維とが三次元プリンティング装置１にて合体される。フィラメントＦの収容状態は、巻回タイプに限定されない。

【0017】

図１に示すように、三次元プリンティング装置１は、ノズル６４を介してフィラメント（プリント材料）Ｆを連続的にフィードする第１機構１００と、フィラメントＦが積層される造形テーブル３を有する第２機構２００と、加熱部材としての加熱ローラ８１を有する第３機構（熱圧縮機構）３００と、第１機構１００、第２機構２００、及び第３機構３００を制御する制御装置（制御部、コントローラ）９と、を備える。制御装置９は、制御プログラム、記憶部（メモリ）、及び制御プログラムを実行するためのプロセッサ（processor, processing circuitry, circuitry）等を有する。一例において、第１機構１００は、ヘッドユニット６と、ヘッド移動機構７と、を備える。一例において、第２機構２００は、フレーム２と、造形テーブル３と、昇降装置４と、スライド機構５と、を備える。一例において、第３機構３００は、押圧ローラユニット８を備える。

【0018】

制御装置９は、ノズル６４から供給されたフィラメント（プリント材料）Ｆをプリントパスに沿って造形テーブル３上に連続的に配置し、シート状の材料層ＦＬを形成する第１モード（図２の（ａ）部）を有する。第１モードにおいて、ヘッドユニット６（ノズル６４）と造形テーブル３との間の相対移動（プリント移動、プリントモード移動）が行われる。シート状の材料層ＦＬは、実質的に互いに異なるタイミングで形成された、少なくとも２つの隣接要素（例えば、互いに隣接して並ぶ複数の線要素）を含む。シート状の材料層ＦＬは、第１タイミングでの第１プリント移動によって形成された第１セグメントと、第１タイミングと実質的に異なる第２タイミングでの第２プリント移動によって形成され、第１セグメントに隣接する第２セグメントと、を含む。シート状の材料層ＦＬの形状は、矩形に限定されない。シート状の材料層ＦＬは、多角形状、線状、湾曲形状、円形状、楕円形状、環形状など、様々な形状を含むことができる。シート状の材料層ＦＬは、切り欠き部、開口部、折り返し部を含んでもよい。制御装置９は、第１モードの後に、造形テーブル３と加熱部材（加熱ローラ）８１との間の相対移動を行いながら、材料層ＦＬを加熱ローラ８１で圧縮する第２モード（図２の（ｂ）部）を含む。圧縮対象の材料層ＦＬは、１層（単層）からなる又は複数層からなる。代替的及び／又は追加的に、三次元プリンティング装置１は、初期装置に対して、第３機構（熱圧縮機構）３００を備える圧縮装置が追加的に設置された構成にできる。圧縮装置は、取り付け機構を含むことができる。また、圧縮装置において、第１機構１００及び第２機構２００の少なくとも一部が第３機構として共用可能である。あるいは、圧縮装置において、第３機構３００の一部が第１機構１００及び第２機構２００の一部として共用可能である。なお、図１において、矢印Ｚは鉛直方向（上下方向）を示し、矢印Ｘは水平方向の一方向示し、矢印Ｙは水平方向であってＺ方向及びＸ方向に直交する方向を示している。

【0019】

フレーム２は、造形テーブル（テーブル）３、昇降装置４、スライド機構５、ヘッドユニット６、ヘッド移動機構７、及び押圧ローラユニット８を直接的あるいは間接的に支持する強度部材である。フレーム２は、例えば全体形状が直方体や立方体状を有するように組み立てられる。フレーム２の内部に造形テーブル３、昇降装置４、スライド機構５、ヘッドユニット６、ヘッド移動機構７、及び押圧ローラユニット８が収容される。なお、フレーム２の複数の開口面を塞ぐ複数の壁部を設置してもよい。これらの壁部の少なくとも一部は、開閉可能な扉を有することができる。扉によって、フレーム２の内部で形成された造形体をフレーム２の外部に容易に取り出すことができる。一例において、フレーム２は、処理室を囲うケーシングを含む。ケーシングは、フレーム２の開口面を塞ぐ。ケーシングは、必要に応じて室内の環境を制御する環境制御ユニット（不図示）を備えることができる。例えば、環境制御ユニットは、フレーム２の内部空間を加熱する機構を有してもよい。例えば、フレーム２の内部空間が加熱された状態で造形体を形成することで、造形体の反りを抑制するなど、造形体に対する熱影響を制御できる。

【0020】

造形テーブル３は、ヘッドユニット６の下方に配置されている。一例において、造形テーブル３は、上面がフィラメントＦの吐出ターゲット面である平板状の部材（ベースプレート、ベッド）を有する。他の例において、造形テーブル３は、別の形状を有することができる。一例において、造形テーブル３は、昇降装置４によってＺ方向に移動可能（昇降可能）である。また、造形テーブル３は、スライド機構５によってＸ方向に移動可能である。例えば、造形テーブル３は、ヘッドユニット６の真下の位置から、押圧ローラユニット８の真下の位置まで移動可能である。他の例において、造形テーブル３の動きは任意に設定可能である。

【0021】

造形テーブル３は、加熱装置（ヒータ）を有してもよい。例えば、造形テーブルにヒータが内蔵されることで、ヒータを用いて造形テーブル３上のフィラメントＦを加熱することができる。フィラメントＦが配置される造形テーブル３の一面が加熱されることで、造形テーブル３上のフィラメントＦの状態を制御する（例えば、硬化を抑制する）ことができる。造形テーブル３の加熱装置として、プレートヒータ、面ヒータ等の他、造形テーブル３上の樹脂の温度を制御可能な様々な機構が適用可能である。

【0022】

昇降装置４は、造形テーブル３を下方から支持する。昇降装置４は、制御装置９の制御に基づいて、造形テーブル３をＺ方向に移動させる。一例において、昇降装置４は、造形テーブル３を昇降させる動力を発生するシリンダ装置あるいはモータ等を備える。造形テーブル３が上下動自在であることによって、ヘッドユニット６のノズル６４と造形テーブル３との距離（及び相対位置関係）が自在に調整可能である。

【0023】

スライド機構５は、昇降装置４を下方から支持する。スライド機構５は、制御装置９の制御に基づいて、昇降装置４をＸ方向に移動させる。一例において、スライド機構５は、昇降装置４を水平移動させる動力を発生するアクチュエータや、昇降装置４の移動を案内するリニアガイド等を備える。昇降装置４が移動されることで造形テーブル３がＸ方向に移動される。スライド機構５は、昇降装置４を介して、造形テーブル３をＸ方向に移動させる。

【0024】

例えば、スライド機構５は、造形テーブル３上にフィラメントＦの材料層が形成されると、材料層を押圧ローラユニット８で押圧可能な位置まで造形テーブル３を移動させる。スライド機構５は、フィラメントＦの材料層を押圧する処理に際し、造形テーブル３をヘッドユニット６の下方から押圧ローラユニット８の下方まで移動させる。

【0025】

ヘッドユニット６は、フィラメントＦを造形テーブル３の造形面に向けて吐出する。ヘッドユニット６は、ヘッド移動機構７に上方から支持されている。また、ヘッドユニット６は、ヘッド移動機構７によってＸ方向及びＹ方向に移動可能である。一例において、ヘッドユニット６は、制御装置９の制御に基づいて、フィラメントＦをボビン５０から引き出すと共に、フィラメントＦを加熱して軟化させてから吐出する。

【0026】

ヘッドユニット６は、一対のフィラメント駆動ローラ６１と、フィラメント駆動ローラ６１を駆動するモータ６２とを有している。一例において、モータ６２として、ステッピングモータを用いることができる。他の例において、モータ６２として、サーボモータ等の他の駆動手段を用いることができる。モータ６２は、フィラメント駆動ローラ６１を任意の速度で駆動するように構成される。一例において、ヘッドユニット６は、フィラメントＦを切断する不図示の切断装置を備えている。例えば、切断装置は、フィラメントＦにおける樹脂要素と繊維要素との両方を切断することができる。フィラメントＦを配置する層を変更する等の所定のタイミングにおいて、ヘッドユニット６は、切断装置でフィラメントＦを切断する。他の例において、ヘッドユニット６は、フィラメントＦを分断する他の手段を備えることができる。

【0027】

一例において、フィラメント駆動ローラ６１は、周方向と直交する方向に延びるフィラメント保持溝が形成された外周面を有するタイヤ形状のローラである。一対のフィラメント駆動ローラ６１は、フィラメントＦを挟持可能な位置に配置されている。各々のフィラメント駆動ローラ６１の回転速度は、ヘッドユニット６から吐出されるフィラメントＦの量に応じて、制御装置９によって制御される。

【0028】

ヘッドユニット６は、フィラメントＦを加熱するフィラメント加熱装置６３と、フィラメントＦを吐出するノズル６４とを備える。フィラメント加熱装置６３は、フィラメント駆動ローラ６１の下方に配置されている。一例において、フィラメント加熱装置６３は、ノズル６４の周囲を覆うように配置されている。フィラメント加熱装置６３は、フィラメントＦを加熱する。フィラメントＦは、フィラメント加熱装置６３で加熱されることで軟化する。フィラメント加熱装置６３は、例えば、カートリッジヒータやアルミ箔ヒータを用いることができる。フィラメント加熱装置６３の加熱方法としては、例えば、電気ヒータ（面ヒータ、プレートヒータ、アルミ箔ヒータ、カートリッジヒータ）、高周波加熱、誘導加熱、超音波加熱、レーザ加熱などが挙げられる。

【0029】

ノズル６４は、フィラメント駆動ローラ６１の下方に配置されている。一例において、ノズル６４は、筒状に形成されている。フィラメント駆動ローラ６１から送り出されるフィラメントＦがノズル６４の内部に供給される。ノズル６４は様々な形状を適用可能である。ノズル６４には、フィラメントＦを射出する開口（ノズル開口、出口開口）が設けられている。ノズル開口は、射出するフィラメントＦの太さに応じて設定される。例えば、ノズル６４を別のノズルに交換することで、ノズル開口を変更することができる。追加的及び／又は代替的に、複数のノズル６４を１つのヘッドユニット６に設けることができる。ヘッドユニット６における入口（入口ポート）の数と出口（出口ポート）の数は同じでもよく異なってもよい。

【0030】

ヘッド移動機構７は、ヘッドユニット６をＹ方向と交差する方向（例えば、Ｘ方向及びＹ方向）に移動させる機構である。一例において、ヘッド移動機構７は、Ｘ軸駆動装置７１と、Ｙ軸駆動装置７２とを備える。Ｘ軸駆動装置７１は、制御装置９の制御に基づいて、ヘッドユニット６をＸ方向に移動させる。Ｙ軸駆動装置７２は、制御装置９の制御に基づいて、ヘッドユニット６をＹ方向に移動させる。つまり、ヘッド移動機構７は、制御装置９の制御に基づいて、ヘッドユニット６をＸ方向及びＹ方向に二次元的に移動させる。ヘッド移動機構７は、様々なタイプを適用可能である。一例において、ヘッド移動機構７は、ロボットアームを有することができる。ロボットアームを用いて、ヘッドユニット６が造形テーブル３と平行な面に沿って移動可能である。別の一例において、ヘッド移動機構７は、ヘッドユニット６を三次元に移動可能、あるいは６自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θＸ、θＹ、θＺ）に移動可能に構成できる。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向におけるヘッドユニット６と造形テーブル３との相対的な位置関係に加え、傾き及び回転角度の少なくとも一部に関する姿勢が調整可能となるように、ヘッド移動機構７を構成できる。

【0031】

押圧ローラユニット８は、造形テーブル３上のフィラメントＦを加熱かつ押圧可能なユニットである。一例において、押圧ローラユニット８は、図１に示すように、ノズル６４を有するヘッドユニット６と別体で設けられている。押圧ローラユニット８は、ヘッドユニット６のフィラメント加熱装置６３及び造形テーブル３に設けられた加熱装置とは別の加熱装置として、造形テーブル３上のフィラメントＦを加熱する機構を備えている。

【0032】

押圧ローラユニット８は、加熱ローラ８１（押圧部）と、軸受部８２と、支持部８３とを備えている。例えば、加熱ローラ８１は、円柱形状に形成されており、造形テーブル３の造形面（上面）と平行な軸芯を中心として回転可能に支持されている。一例において、加熱ローラ８１は、Ｙ方向と平行な軸芯を中心として回転可能に支持されている。すなわち、加熱ローラ８１の軸芯がＹ方向と平行である。他の例において、加熱ローラ８１の軸芯がＹ方向と非平行に設定できる。例えば、加熱ローラ８１の軸芯をＸ方向と平行としてもよいし、加熱ローラ８１の軸芯をＸ方向及びＹ方向に対して傾くようにしてもよい。他の例において、加熱ローラ８１のローラ本体の形状は、円柱形状以外の形状を有することができる。また、加熱ローラ８１は、ローラ本体が実質的に回転しない構成であってもよい。

【0033】

加熱ローラ８１は、ローラ本体と、ローラ本体の内部に配置されたヒータを有する。一例において、加熱ローラ８１のヒータは、制御装置９の制御に基づいて発熱する。加熱ローラ８１は、フィラメントＦ（材料層）を加熱かつ押圧する。加熱ローラ８１は、両端部が軸受部８２に軸支されている。加熱ローラ８１の加熱手段としては、例えば、電気ヒータ（カートリッジヒータ、ヒートロール）、高周波加熱手段、誘導加熱手段、超音波加熱手段、レーザ加熱手段などが挙げられる。

【0034】

一例において、加熱ローラ８１は、造形テーブル３のＸ方向に移動に伴って従動回転される。つまり、加熱ローラ８１の周面が造形テーブル３上のフィラメントＦに接触した状態で造形テーブル３がＸ方向に移動されることで、加熱ローラ８１は、軸芯を中心として回転する。他の例において、押圧ローラユニット８は、加熱ローラ８１を回転駆動する駆動部を備えることができる。このような駆動部を備える場合には、例えば、造形テーブル３のＸ方向への移動速度に応じて、加熱ローラ８１の回転速度が調整される。

【0035】

一例において、加熱ローラ８１は、ノズル６４よりも高い温度に設定可能である。例えば、フィラメントＦを押圧（圧縮）する際、加熱ローラ８１（加熱ローラ８１の表面）は、制御装置９の制御に基づいて、ノズル６４よりも高い温度に加熱される。造形テーブル３上に吐出されたフィラメントＦは、ノズル６４から離れることで温度が低下して粘度が高くなる。加熱ローラ８１は、冷えたフィラメントＦに接触することで冷却される。加熱ローラ８１の温度がノズル６４の温度と同一である場合には、フィラメントＦがノズル６４からの吐出時と同じ温度まで昇温しない可能性がある。これに対して、上述のように加熱ローラ８１をノズル６４の設定温度よりも高い温度に設定することで、造形テーブル３上のフィラメントＦの温度を、吐出時と同程度又はそれ以上に高めることができる。

【0036】

加熱ローラ８１の設定温度は、ノズル６４よりも高い温度に限定されず、任意に設定可能である。加熱ローラ８１の設定温度は、例えば、ノズル６４の設定温度に対して、－１５０℃～＋１５０℃の範囲であり、約－１５０、－１４０、－１３０、－１２０、－１１０、－１００、－９０、－８０、－７０、－６０、－５０、－４０、－３０、－２０、－１０、０、＋１０、＋２０、＋３０、＋４０、＋５０、＋６０、＋７０、＋８０、＋９０、＋１００、＋１１０、＋１２０、＋１３０、＋１４０、又は＋１５０℃である。加熱ローラ８１の温度は、フィラメントＦの材質、目標造形物の仕様、処理速度等に応じて設定される。加熱ローラ８１の設定温度は、上記範囲外の値でもよい。

【0037】

図３は、加熱ローラ８１と造形テーブル３との関係を模式的に示す斜視図であり、加熱ローラ８１と造形テーブル３との比較を示す。図３に示すように、加熱ローラ８１の軸芯Ｌに沿った方向（Ｙ方向）の長さ寸法をｄ１とする。また、造形テーブル３上のフィラメントＦの配置可能領域ＲのＹ方向の長さ寸法（軸芯Ｌに沿った方向の長さ）をｄ２とする。一例において、加熱ローラ８１の長さ寸法ｄ１は、造形テーブル３の配置可能領域Ｒの長さ寸法ｄ２よりも大きく設定される。この場合、造形テーブル３をＸ方向に移動させることで、Ｙ方向に移動させることなく造形テーブル３上のフィラメントＦの全体を加熱ローラ８１で押圧することが可能である。造形テーブル３と加熱ローラ８１との間の相対移動（Ｚ方向と交差する方向の相対移動、圧縮モード移動）により、材料層ＦＬの実質的な表面全体に対して押圧処理が実行される。一例において、加熱ローラ８１の実質的な長さが材料層（圧縮ターゲット層）ＦＬの幅に比べて大きく設定され、１回の相対移動によって材料層ＦＬの実質的な表面全体に対して押圧処理が実行される。他の例において、加熱ローラ８１の実質的な長さが材料層（圧縮ターゲット層）ＦＬの幅に比べて大きく設定され、複数回の相対移動によって材料層ＦＬの実質的な表面全体に対して押圧処理が実行される。別の例において、加熱ローラ８１の実質的な長さが材料層（圧縮ターゲット層）ＦＬの幅に比べて小さく設定され、複数回の相対移動によって材料層ＦＬの実質的な表面全体に対して押圧処理が実行される。さらに別の例において、複数の加熱ローラ８１を用いた相対移動によって、材料層（圧縮ターゲット層）ＦＬの実質的な表面全体に対して押圧処理が実行される。

【0038】

一例において、加熱ローラ８１の周面（外周面）に所定の機能性を付与する表面処理が施される。表面処理の付与機能としては、例えば、撥液性、密着性、離形性、耐薬品性、耐熱性、耐候性、耐食性、硬度、耐摩耗性、潤滑性、熱伝導性などが挙げられる。表面処理としては、例えば、めっき処理、化学処理、膜形成処理、コーティング処理、表面加工処理などが挙げられる。例えば、加熱ローラ８１の本体の周面（外周面）に、微細な凹凸及び／又は溝を形成してもよい。例えば、加熱ローラ８１の本体の周面（外周面）を樹脂コーティング（例えば、フッ素コーティング）してもよい。表面処理により、例えば、軟化されたフィラメントＦの付着が抑制される。なお、このような表面処理は、ノズル６４に対しても行ってもよい。

【0039】

図１に戻り、軸受部８２は、加熱ローラ８１を軸支する。軸受部８２は、加熱ローラ８１の両端部の各々に対して設けられている。これらの軸受部８２は、支持部８３を介して、フレーム２に支持されている。

【0040】

支持部８３は、軸受部８２を介して、加熱ローラ８１を支持する。例えば、支持部８３は、各々の軸受部８２に対して設けられた複数のユニットが固定部（フレーム２等）に分けて取り付けられた構成を有する。あるいは、支持部８３は、複数の軸受部８２に対して設けられた１つのユニットが固定部（フレーム２等）に取り付けられた構成を有する。支持部８３は、加熱ローラ８１の支持位置を調整する位置調整機構を有することができる。例えば、支持部８３は、加熱ローラ８１の軸の６自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θＸ、θＹ、θＺ）のうちの少なくとも１つを調整可能に構成できる。一例において、支持部８３は、加熱ローラ８１の姿勢を三次元に移動可能、あるいは６自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θＸ、θＹ、θＺ）に移動可能に構成できる。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向における加熱ローラ８１と造形テーブル３との相対的な位置関係に加え、傾き及び回転角度の少なくとも一部に関する姿勢が調整可能となるように、位置調整機構を構成できる。例えば、各々の支持部８３は、上下方向（Ｚ方向）に伸縮可能であってもよい。各々の支持部８３が上下方向に伸縮可能であることで、加熱ローラ８１のＺ方向の位置及び／又は姿勢（軸の傾き等）を調整することができる。支持部８３は、例えばシリンダユニットを備えることで、上下方向に伸縮可能となる。例えば、位置調整機構により、造形テーブル３と加熱ローラ８１との間の相対移動の方向に対する加熱ローラ８１の軸の傾き（例えば、θＸ及び／又はθＺ）が制御される。

【0041】

制御装置９は、昇降装置４と、スライド機構５と、ヘッドユニット６と、ヘッド移動機構７と、押圧ローラユニット８とを制御する。例えば、制御装置９は、ヘッドユニット６が昇降するように、昇降装置４を制御する。また、制御装置９は、造形テーブル３がＸ方向に移動するように、スライド機構５を制御する。また、制御装置９は、ヘッドユニット６を制御することで、フィラメントＦを加熱するとともに、ノズル６４からフィラメントＦを吐出する。また、制御装置９は、ヘッドユニット６が移動するように、ヘッド移動機構７を制御する。また、制御装置９は、押圧ローラユニット８を制御することで、加熱ローラ８１を昇温させる。

【0042】

また、制御装置９は、加熱ローラ８１でフィラメントＦを押圧する際、造形テーブル３が押圧ローラユニット８の下方に移動するように、スライド機構５を制御する。造形テーブル３に対して、フィラメントＦの層が積み重なることで造形体が形成される。

【0043】

図２（ａ）に示すように、制御装置９は、フィラメントＦをプリントパスに沿って造形テーブル３上に連続的に配置し、シート状の材料層ＦＬを形成する。例えば、ヘッドユニット６が造形テーブル３に対してＸ方向及びＹ方向に相対的に移動するとともに、ヘッドユニット６から第１層のためのフィラメントＦが吐出される。一例において、１つの層に対するプリントパスは、第１延在部（第１線要素）と、第２延在部（第２線要素）と、第１延在部と第２延在部との間の折り返し部（第３線要素、湾曲部、屈曲部、中間部）とを有する。第１延在部は、主に第１向きのヘッドユニット６の第１移動（第１相対移動、第１向きプリント移動）に対応する。第２延在部は、第１向きとは逆である、主に第２向きのヘッドユニット６の第２移動（第２相対移動、第２向きプリント移動）に対応する。要素エリアの一例において、第１延在部と第２延在部とが互いに隣接する。要素エリアの他の例において、複数の第１延在部が互いに隣接する、又は複数の第２延在部が互いに隣接する。折り返し部は、第１移動と第２移動との間のヘッドユニット６の遷移動き（折り返し移動）に対応する。例えば、折り返し部は、湾曲形状、折り曲げ形状を含む。第１層の形成が完了すると、造形テーブル３がヘッドユニット６から離れるように移動し、第１層の上に第２層を形成する工程が実行される。例えば、ヘッドユニット６が造形テーブル３に対してＸ方向及びＹ方向に相対的に移動するとともに、ヘッドユニット６から第２層のためのフィラメントＦが吐出される。

【0044】

図２（ｂ）に示すように、制御装置９は、造形体形成のためのフィラメントＦの積層過程の途中で、材料層ＦＬを加熱ローラ８１で圧縮する。制御装置９は、加熱ローラ８１が造形テーブル３上のフィラメントＦ（材料層ＦＬ）を圧縮するように、押圧ローラユニット８を制御する。

【0045】

一例において、制御装置９は、１層（単層）ごとに、圧縮処理を行う。すなわち、第１層からなる第１材料層ＦＬが形成された後、第２層の形成の前に、第１材料層ＦＬに対して圧縮処理が行われる。また、第２層からなる第２材料層ＦＬが形成された後、第３層の形成の前に、第２材料層に対して圧縮処理が行われる。例えば、フィラメントＦの押圧量（圧縮量）は、加熱ローラ８１から造形テーブル３の造形面の距離に基づいて設定される。一例において、押圧量は、ヘッドユニット６から吐出されたフィラメントＦの直径（一層の厚み）に対して、５％～９５％に設定される。例えば、フィラメントＦの直径が０．２ｍｍである場合には、押圧量は、約０．０１ｍｍ～０．１９ｍｍに設定される。一例において、押圧量は、ヘッドユニット６から吐出されたフィラメントＦの直径（一層の厚み）に対して、約５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、又は９５％に設定される。他の例において、押圧量は、上記以外の値に設定可能である。一例において、制御装置９は、押圧量の調整のために、押圧ローラユニット８の支持部８３の位置調整機構を制御する、及び／又は造形テーブル３のＺ方向の位置を調整する。

【0046】

別の例において、制御装置９は、複数層ごとに、圧縮処理を行う。すなわち、複数層からなる第１材料層ＦＬが形成された後、次の層の形成の前に、第１材料層ＦＬに対して圧縮処理が行われる。また、複数層からなる第２材料層ＦＬが形成された後、次の層の形成の前に、第２材料層ＦＬに対して圧縮処理が行われる。一例において、押圧量は、複数層からなる材料層ＦＬに対して、５％～９５％に設定される。例えば、押圧量は、材料層（マルチ層）ＦＬの厚みに対して、約５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、又は９５％に設定される。他の例において、押圧量は、上記以外の値に設定可能である。

【0047】

続いて、このような三次元プリンティング装置１の動作（三次元プリンティング方法）の例について説明する。

【0048】

制御装置９の記憶部又は外部の記憶部に、目標造形物の形状データがインプットされる。一例において、形状データは三次元データ（三次元モデルデータ）であり、制御プログラムによってスライスされ、二次元データを積層したものに変換される。さらに、制御プログラムによって、各層の二次元データにおけるプリント行程が決定される。制御プログラムは、決定された二次元データに基づいて、ノズル６４の走行経路（プリントパス）を決定する。制御装置９は、スライド機構５を制御し、造形テーブル３がヘッドユニット６の下方に位置するように、造形テーブル３を移動する。制御装置９は、昇降装置４を制御し、造形テーブル３のＺ方向の位置を調整する。例えば、制御装置９は、ヘッドユニット６から造形テーブル３の造形面までの距離がフィラメントＦの吐出に適した距離となるように、昇降装置４を制御する。

【0049】

制御装置９は、ノズル６４からフィラメントＦが吐出されるように、ヘッドユニット６を制御する。ボビンＢに巻回されたフィラメントＦは、フィラメント駆動ローラ６１によってボビン５０から引き出され、フィラメント駆動ローラ６１の下方に送られる。フィラメント駆動ローラ６１の下方に送られたフィラメントＦは、ノズル６４に供給される。ノズル６４に供給されたフィラメントＦは、フィラメント加熱装置６３によって加熱されて軟化される。軟化されたフィラメントＦは、ノズル６４から下方に吐出され、造形テーブル３上に配置される。

【0050】

制御装置９は、フィラメントＦが吐出した状態において、ヘッド移動機構７を制御してヘッドユニット６を移動させる。制御装置９は、造形体の二次元データに基づいて、ヘッド移動機構７を介してヘッドユニット６（ノズル６４）をＸ方向及びＹ方向を含む面に沿って移動させる。

【0051】

造形体は、フィラメントＦをＺ方向に複数層積層することで形成される。制御装置９は、複数の層を順次形成する。制御装置９は、ヘッド移動機構７を制御し、ヘッドユニット６をＺ方向と交差する方向（例えばＸ方向及びＹ方向）に移動させる。ヘッドユニット６から連続的に吐出されるフィラメントＦが造形テーブル３上に配置され、１つの層が形成される。

【0052】

制御装置９は、１つの層が形成されると、ヘッドユニット６を制御してフィラメントＦの吐出を停止し、造形テーブル３を押圧ローラユニット８の下方に移動する。押圧ローラユニット８の加熱ローラ８１は、造形テーブル３に配置されたフィラメントＦの材料層ＦＬのうち最も上層部を押圧可能な位置に配置される。制御装置９は、造形テーブル３を押圧ローラユニット８の下方に移動させる。制御装置９は、スライド機構５を制御し、造形テーブル３をＸ方向に移動させる。図４に示すように、フィラメントＦの材料層ＦＬが加熱ローラ８１で押圧される。

【0053】

また、制御装置９は、加熱ローラ８１でフィラメントＦの材料層ＦＬを押圧する際、加熱ローラ８１を加熱する。加熱ローラ８１が加熱されることで、フィラメントＦの材料層ＦＬが加熱される。例えば、ノズル６４から吐出された後に温度が下がることで硬化したフィラメントＦが加熱されて再度軟化される。フィラメントＦが軟化された状態で押圧されることで、例えば、隣接するフィラメントＦの途中部位同士の周面の接着性が向上する。制御装置９は、フィラメント（プリント材料）Ｆの複数の線要素が横方向において互いに圧着されるように、フィラメントＦの材料層ＦＬに対して加熱ローラ８１を押圧する。ここで、横方向は、１つの層の所定の領域（要素エリア、セグメント）においてＺ方向及びフィラメントＦの軸方向と交差する方向であり、１つの層のフィラメントＦにおける、隣接する複数の線要素が並ぶ方向である。なお、必要に応じて、最も下層のフィラメントＦの押圧により、最も下層のフィラメントＦと造形テーブル３との接着性を向上させることができる。

【0054】

制御装置９は、昇降装置４を制御して造形テーブル３を下降させる。例えば、一層の厚み分だけ造形テーブル３が下降する。制御装置９は、スライド機構５を制御し、造形テーブル３を再びヘッドユニット６の下方に移動させる。制御装置９は、ヘッドユニット６を制御し、先に造形テーブル３上に配置されたフィラメントＦに積層するように、新たなフィラメントＦを吐出させる。制御装置９は、新たな層がフィラメントＦによって形成されると、再び押圧ローラユニット８によってフィラメントＦの層を押圧する。制御装置９は、フィラメント（プリント材料）Ｆの複数の線要素が横方向において互いに圧着されるように、また、フィラメント（プリント材料）Ｆの複数の線要素が積層方向において互いに圧着されるように、フィラメントＦの材料層ＦＬに対して加熱ローラ８１を押圧する。

【0055】

このような動作を繰り返すことで、加熱されたフィラメントＦが造形テーブル３上に複数層に積層され、造形体が形成される。各層は、加熱ローラ８１を用いて、フィラメントＦの積層途中に押圧処理（熱圧縮）が施されている。

【0056】

図５は、フィラメントＦの層の断面を模式的に示す図であり、（ａ）が押圧されていない状態を示し、（ｂ）が押圧された状態を示す。図５（ａ）に示すように、非押圧状態では、フィラメントＦの途中部位同士の間（線要素の間）に空隙Ｋが発生する傾向にある。このような空隙Ｋは、造形体の剛性等の低下を招き、造形体の力学特性を低下させる要因となる。

【0057】

一方で、押圧された状態では、図５（ｂ）に示すように、フィラメントＦが潰れるなどにより線要素の断面形状が変化し、隣接する線要素の樹脂同士が少なくとも部分的に結合する。その結果、フィラメントＦの途中部位同士の間（線要素の間）の空隙Ｋが減少する又は消失する。空隙Ｋの減少は、造形体の剛性等の造形体の力学特性の向上に有利である。

【0058】

一般に、フィラメントＦが繊維を含む場合、プリントパスにおける特に湾曲部分において繊維のねじれ等の特有の現象が発生しやすい。図２（ｂ）に示すように、制御装置９は、少なくとも部分的にプリントパスと加熱ローラ８１の移動向きとが交差するように造形テーブル３と加熱ローラ８１との間の相対移動（圧縮モード移動）を行う。例えば、プリントパスの湾曲部等において、プリントパスの延在方向と加熱ローラ８１の相対移動方向とが交差する。プリントパスにおける延在部に加え、折り返し部（湾曲部）においても、フィラメントＦが確実に熱圧縮される。フィラメントＦが繊維を含む場合でも、材料層ＦＬにおける隣接する線要素の樹脂同士が確実に結合する。これは、繊維含有の造形体の力学特性の向上に有利である。

【0059】

以上のような本実施形態の三次元プリンティング装置１は、ノズル６４と、造形テーブル３と、加熱ローラ８１と、制御装置９とを備えている。ノズル６４は、加熱されたフィラメントＦを連続的に吐出する。造形テーブル３は、ノズル６４から吐出されたフィラメントＦが複数層に積層される。加熱ローラ８１は、造形テーブル３上のフィラメントＦを加熱かつ押圧可能である。また、加熱ローラ８１は、ノズル６４と別体に設けられている。制御装置９は、フィラメントＦを積層途中にて加熱ローラ８１に造形テーブル３上のフィラメントＦを押圧させる。

【0060】

このような三次元プリンティング装置１によれば、フィラメントＦの積層途中でフィラメントＦが加熱かつ押圧される。このため、造形テーブル３上のフィラメントＦが軟化された状態で押圧され、フィラメントＦの途中部位同士の間の空隙が減少する。さらに、フィラメントＦの途中部位同士の接着性が向上する。したがって、本実施形態の三次元プリンティング装置１によれば、造形体の力学的特性が向上する。

【0061】

また、本実施形態の三次元プリンティング装置１においては、加熱ローラ８１がノズル６４と別体で設けられている。このような加熱ローラ８１は、ノズル６４から切り離して、造形テーブル３に対して相対移動させることができる。このため、加熱ローラ８１をノズル６４に追従させて移動させる必要がない。また、加熱ローラ８１の位置を考慮しながらノズル６４を移動させる必要がない。このため、制御を簡素化することが可能となる。

【0062】

また、本実施形態の三次元プリンティング装置１においては、先に形成された層に次の層を形成するフィラメントＦを吐出する前に、加熱ローラ８１によって先に形成された層が加熱される。このため、先に形成された層が冷えている場合と比較して、先に形成された層と、新たに吐出するフィラメントＦとの接着性を向上させることができる。

【0063】

また、本実施形態の三次元プリンティング装置１においては、押圧部として、加熱ローラ８１を用いる。例えば、加熱ローラ８１は、円柱形状に形成されており、造形テーブル３の上面と平行な軸芯を中心として回転可能に支持されている。このような本実施形態の三次元プリンティング装置１によれば、造形テーブル３と加熱ローラ８１とを相対的に移動させることで、容易に造形テーブル３上のフィラメントＦを押圧することができる。

【0064】

また、本実施形態の三次元プリンティング装置１において、加熱ローラ８１は、軸芯に沿った方向の長さ寸法ｄ１が、造形テーブル３上のフィラメントＦの配置可能領域Ｒの軸芯に沿った方向の長さ寸法ｄ２よりも大きい。このような本実施形態の三次元プリンティング装置１によれば、加熱ローラ８１を軸芯に沿った方向に移動させることなく、造形テーブル３上のフィラメントＦを押圧することができる。

【0065】

また、本実施形態の三次元プリンティング装置１において、加熱ローラ８１は、フィラメントＦを押圧する場合に、ノズル６４におけるフィラメントＦの加熱温度よりも高い温度に昇温される。このような本実施形態の三次元プリンティング装置１によれば、加熱ローラ８１をノズル６４よりも高い温度に加熱することで、造形テーブル３上のフィラメントＦの温度を吐出温度又はそれ以上に高めることができる。このため、フィラメントＦを十分に軟化させた状態で押圧することができ、より確実にフィラメントＦの途中部位同士の間の空隙を減少させることができる。

【0066】

また、本実施形態の三次元プリンティング方法は、加熱されたフィラメントＦを造形テーブル３上に複数層に積層して造形体を形成する。また、本実施形態の三次元プリンティング方法は、フィラメントＦを吐出するノズル６４と別体の加熱ローラ８１を加熱し、加熱した加熱ローラ８１を用いて、造形テーブル３上のフィラメントＦを積層途中にて押圧する。このような本実施形態の三次元プリンティング方法によれば、フィラメントＦの積層途中でフィラメントＦが加熱かつ押圧される。このため、吐出後のフィラメントＦが軟化された状態で押圧され、フィラメントＦの途中部位同士の間の空隙を減少させることができる。さらに、フィラメントＦの途中部位同士の接着性を向上させることができる。したがって、本実施形態の三次元プリンティング方法によれば、造形体の力学的特性を向上させることが可能となる。

【0067】

以上、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

【0068】

例えば、上記実施形態においては、加熱ローラ８１にて所定の押圧量を一度に押圧する構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、フィラメントＦを複数回に分けて押圧し、これによって所定の押圧量を押圧するようにしてもよい。フィラメントＦを複数回に分けて押圧することで、フィラメントＦの急激な変位を抑制しながら、フィラメントＦを押圧することができる。繰り返し回数は任意に設定可能である。また、複数の押圧工程において、加熱ローラ８１の温度を変化させてもよい。一例において、第１ターゲット温度において材料層ＦＬを加熱ローラ８１で圧縮する。その後、第１ターゲット温度と異なる第２ターゲット温度において材料層ＦＬを加熱ローラ８１で圧縮する。さらにその後、第１ターゲット温度及び第２ターゲット温度と異なる第３ターゲット温度において材料層ＦＬを加熱ローラで圧縮する。一例において、第１ターゲット温度が第２ターゲット温度より高く、第２ターゲット温度が第３ターゲット温度より高い。別の例において、第１ターゲット温度が第２ターゲット温度より低く、第２ターゲット温度が第３ターゲット温度より低い。さらに別の例において、第１ターゲット温度が第２ターゲット温度より高く、第２ターゲット温度が第３ターゲット温度より低い。上記に限定されず、温度変化は任意に設定可能である。

【0069】

また、例えば、図７に示すように、加熱ローラ８１に表面に付着したフィラメントＦを除去するためのスクレーパ１０を設けてもよい。スクレーパ１０を設けることで、フィラメントＦが加熱ローラ８１に付着した場合であっても、加熱ローラ８１の表面からフィラメントＦを除去することができる。

【0070】

また、上記実施形態においては、加熱ローラ８１でフィラメントＦを押圧する構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図８に示すように、加熱可能な押圧板１１を用いてフィラメントＦを押圧するようにしてもよい。

【0071】

また、上記実施形態において、造形テーブル３をフィラメントＦと同一の材料を含むものとしてもよい。例えば、造形テーブル３をフィラメントＦの樹脂部と同一材料と形成してもよい。このように、造形テーブル３がフィラメントＦと同一材料で形成することで、フィラメントＦの造形テーブルに対する接着性が向上する。このため、安定期に造形体を形成することができる。なお、造形テーブル３の全体をフィラメントＦと同一材料で形成せずに、造形テーブル３の表層のみをフィラメントＦと同一材料で形成してもよい。つまり、造形テーブル３の少なくとも表面がフィラメントＦと同一の材料を含めばよい。このような場合には、例えば、造形体が形成された後に、造形体と造形テーブル３とを切断する処理が行われる。

【0072】

また、上記実施形態では、フィラメントＦのみを造形テーブル３上に配置する構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、フィラメントＦを支持するサポート材を造形テーブル３上に配置してもよい。このようなサポート材は、ヘッドユニット６から吐出することができる。また、サポート材の吐出専用のヘッドユニットを、フィラメントＦを吐出するヘッドユニット６と別に設けてもよい。

【0073】

また、上記実施形態では、造形テーブル３をＸ方向及びＺ方向に移動可能とし、ヘッドユニット６をＸ方向及びＹ方向に移動可能とする構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ヘッドユニット６をＺ方向に移動可能としてもよい。また、例えば、造形テーブル３をＹ方向に移動可能としてもよい。また、加熱ローラ８１をＸ方向やＺ方向に移動可能としてもよい。

【0074】

図９に示す変形例において、押圧ローラユニット８は、複数の加熱ローラ８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ、８１Ｄを有する。複数の加熱ローラ８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ、８１Ｄと造形テーブル３との間の相対移動（圧縮モード移動）が実行される。複数の加熱ローラ８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ、８１Ｄのうちの２以上の加熱ローラ８が実質的同時に材料層ＦＬに押圧される。複数の加熱ローラ８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ、８１Ｄの高さ位置（Ｚ位置）は、任意に調整される。一例において、複数の加熱ローラ８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ、８１Ｄの高さ位置（Ｚ位置）が実質的同じに設定される。別の例において、加熱ローラ８１Ａが造形テーブル３から比較的離れた高さ位置に設定され、加熱ローラ８１Ｄが造形テーブル３に比較的近い高さ位置に設定され、加熱ローラ８１Ｂ、８１Ｃがその中間位置に設定される。複数の加熱ローラ８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ、８１Ｄの温度は、任意に調整される。例えば、第１ターゲット温度において材料層ＦＬが１つの加熱ローラ８で圧縮され、第１ターゲット温度と異なる第２ターゲット温度において材料層ＦＬが別の加熱ローラで圧縮される。一例において、複数の加熱ローラ８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ、８１Ｄのターゲット温度が実質的同じに設定される。別の例において、加熱ローラ８１Ａのターゲット温度が最も高く設定され、加熱ローラ８１Ｄのターゲット温度が最も低く設定され、加熱ローラ８１Ｂ、８１Ｃのターゲット温度が中間温度に設定される。複数の加熱ローラ８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ、８１Ｄに対する表面処理は、任意に調整される。一例において、複数の加熱ローラ８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ、８１Ｄに対して同じ表面処理が施されている。別の例において、１つの加熱ローラ８に対して第１表面処理が施され、別の加熱ローラに対して第１表面処理と異なる第２表面処理が施される。例えば、第１表面特性を有する１つの加熱ローラ８の第１接触面で材料層ＦＬが圧縮され、第１表面特性と異なる第２表面特性を有する別の加熱ローラの第２接触面で材料層ＦＬが圧縮される。

【0075】

図１０に示す変形例において、押圧ローラユニット８は、互いに異なる外径を有する複数の加熱ローラ８１Ｅ、８１Ｆを有する。複数の加熱ローラ８１Ｅ、８１Ｆと造形テーブル３との間の相対移動（圧縮モード移動）が実行される。例えば、第１外径を有する１つの加熱ローラ８１Ｅの第１接触面で材料層ＦＬが圧縮され、第１外径と異なる第２外径を有する加熱ローラ８Ｆの第２接触面で材料層ＦＬが圧縮される。

【0076】

図１１に示すように、プリントパスに対する加熱ローラ８１の相対移動方向（圧縮パスの方向）は任意に調整される。熱圧縮時における、フィラメント（プリント材料）Ｆのプリントパスの主延在方向と相対移動の方向（圧縮パスの方向）との間の角度が制御される。図１１（ａ）に示す例において、プリントパスの主延在方向と圧縮パスの方向とが実質的に同じである。図１１（ｂ）に示す例において、プリントパスの主延在方向と圧縮パスの方向との間に所定の角度（圧縮パスの傾き）θ１が設定されている。圧縮パスの傾きは、任意に設定可能である。例えば、圧縮パスの傾きθ１は、約０、０．５、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、又は９０°である。

【0077】

図１２に示す変形例において、押圧ローラユニット８は、ローラ本体が円柱形状以外の形状を有する加熱ローラ８１を備える。一例において、加熱ローラ８１は、少なくとも一部が球面又は湾曲面を有する。材料層ＦＬに対する加熱ローラ８１の接触面積が小さく設定されることで、精密な熱圧縮処理が可能となる。制御装置９（図１）は、ノズル６４から供給されたフィラメント（プリント材料）Ｆをプリントパスに沿って造形テーブル３上に連続的に配置しシート状の材料層ＦＬを形成する第１モードと、第１モードの後に、造形テーブル３と加熱部材（加熱ローラ）８１との間の相対移動を行いながら、圧縮パスに沿って材料層ＦＬを加熱ローラ８１で圧縮する第２モードとを含む。一例において、加熱ローラ８１の圧縮パスが、少なくとも部分的にプリントパスに沿うように設定される。別の例において、加熱ローラ８１の圧縮パスが、少なくとも部分的にプリントパスに対して所定の角度となるように、圧縮パスの傾きが設定される。例えば、加熱ローラ８１の圧縮パスが、プリントパスと交差する。一例において、加熱ローラ８１は、ノズル６４（ヘッドユニット６）と別体として設けられる。別の例において、加熱ローラ８１は、ヘッドユニット６に取り付けられる。第１モードにおいて、ノズル６４を使った材料層ＦＬの形成が実行され、第２モードにおいて、加熱ローラ８１を使った材料層ＦＬの熱圧縮が実行される。

【0078】

なお、本明細書で説明した第１部材と第２部材との間の相対移動（例えば、プリントモード移動、圧縮モード移動）は、第２部材に対する第１部材の移動、第１部材に対する第２部材の移動、及び／又は第１部材と第２部材との両方の移動を含むことができる。

【符号の説明】

【0079】

１……三次元プリンティング装置、２……フレーム、３……造形テーブル（テーブル）、４……昇降装置、５……スライド機構、６……ヘッドユニット、７……ヘッド移動機構、８……押圧ローラユニット、９……制御装置（制御部）、１０……スクレーパ、１１……押圧板（押圧部）、６１……フィラメント駆動ローラ、６２……モータ、６３……フィラメント加熱装置、６４……ノズル、７１……Ｘ軸駆動装置、７２……Ｙ軸駆動装置、８１……加熱ローラ（押圧部）、８２……軸受部、８３……支持部、Ｆ……フィラメント（造形材料、プリント材料）、１００……第１機構、２００……第２機構、３００……第３機構、Ｋ……空隙、Ｌ……軸芯、Ｒ……配置可能領域

【要約】

三次元プリンティング装置において、ノズル（６４）から供給されたプリント材料（Ｆ）がプリントパスに沿って配置され、１層からなる又は複数層からなるシート状の材料層（ＦＬ）が形成される。テーブル（３）と加熱部材（８１）との間の相対移動を行いながら、材料層（ＦＬ）が加熱部材（８１）で圧縮される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】