特許 7485536 三次元造形装置

(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】2024-05-08

(45)【発行日】2024-05-16

(54)【発明の名称】三次元造形装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/321 20170101AFI20240509BHJP

   B29C 64/118 20170101ALI20240509BHJP

   B29C 64/236 20170101ALI20240509BHJP

   B29C 64/255 20170101ALI20240509BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20240509BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240509BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20240509BHJP

【ＦＩ】

B29C64/321

B29C64/118

B29C64/236

B29C64/255

B29C64/393

B33Y30/00

B33Y50/02

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020075238

(22)【出願日】2020-04-21

(65)【公開番号】P2021171943

(43)【公開日】2021-11-01

【審査請求日】2023-04-06

(73)【特許権者】

【識別番号】514129844

【氏名又は名称】ニッポー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001612

【氏名又は名称】弁理士法人きさらぎ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】白石 政良

(72)【発明者】

【氏名】白藤 洋康

(72)【発明者】

【氏名】小鹿 弘明

【審査官】▲高▼橋 理絵

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／１８９０６２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１８－５０７７９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１０７４５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１３８３５１（ＪＰ，Ａ）

(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】

樹脂材料を加熱して溶融させる加熱手段を有し、溶融した前記樹脂材料を吐出するノズルヘッドと、
前記ノズルヘッドに前記樹脂材料を送り込むと共に前記樹脂材料を吐出させるよう押し出す搬送機構と、
前記搬送機構を前記ノズルヘッドと共に移動自在に駆動する第１駆動部と、
前記搬送機構と離隔して配置され、該搬送機構に前記樹脂材料を供給する供給機構と、
前記供給機構を移動自在に駆動する第２駆動部と、
前記第１駆動部及び前記第２駆動部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記搬送機構の位置と前記供給機構の位置との位置関係が所定条件となるかを判定し、前記所定条件となる場合は前記供給機構を追動させるよう前記第２駆動部の動作を制御する
ことを特徴とする三次元造形装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記供給機構が前記搬送機構の位置に応じて追動可能となるように、前記第２駆動部の動作を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の三次元造形装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記所定条件として、前記位置関係が、予め設定された距離を上回る位置関係となるかを判定する
ことを特徴とする請求項１記載の三次元造形装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記所定条件として、前記位置関係が、前記搬送機構への前記供給機構からの水平面に対する前記樹脂材料の挿入角度が所定角度を下回る位置関係となるかを判定する
ことを特徴とする請求項１記載の三次元造形装置。

【請求項5】

樹脂材料を加熱して溶融させる加熱手段を有し、溶融した前記樹脂材料を吐出するノズルヘッドと、
前記ノズルヘッドに前記樹脂材料を送り込むと共に前記樹脂材料を吐出させるよう押し出す搬送機構と、
前記搬送機構を前記ノズルヘッドと共に移動自在に駆動する第１駆動部と、
前記搬送機構と離隔して配置され、該搬送機構に前記樹脂材料を供給する供給機構と、
前記供給機構を移動自在に駆動する第２駆動部と、
前記第１駆動部及び前記第２駆動部を制御する制御部と、を備え、
前記搬送機構及び前記供給機構は、第１の平行面及び第２の平行面内でそれぞれ移動自在に配置され、
前記第２の平行面における前記供給機構の移動領域は、前記第１の平行面における前記搬送機構の移動領域よりも狭い
ことを特徴とする三次元造形装置。

【請求項6】

前記供給機構は、前記搬送機構の上方に配置可能に構成されている
ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項記載の三次元造形装置。

【請求項7】

前記供給機構は、供給前の前記樹脂材料が巻回されて回動可能に取り付けられたボビン部を含む
ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項記載の三次元造形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元造形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から熱溶解積層法（ＦＤＭ：Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）により三次元造形物を作製する三次元造形装置では、熱可塑性を有するＰＬＡ（Ｐｏｌｙｌａｃｔｉｃ Ａｃｉｄ）やＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ）等の常温で硬い樹脂材料を糸状（フィラメント状）にした原料（フィラメント樹脂）を用いている。

【0003】

このフィラメント樹脂は、例えば三次元造形装置の筐体の外部（壁面）に取付固定されたフィラメントリール（ボビン部）に巻回されて保持された上で、吐出口を有するノズルヘッドの溶融部よりも前段に設けられたギア駆動等の搬送機構へ搬送される。そして、この搬送機構によってノズルヘッドへ搬送され、搬送機構によるノズルヘッドへの搬送力により三次元造形物を積層するために溶融された状態で吐出口から吐出される（例えば、特許文献１及び２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－８９９２３号公報

【文献】特開２０１９－１５５８８５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、上記特許文献１及び２に開示された従来技術の三次元造形装置では、三次元造形物の形成時に、筐体の外部に取付固定されたフィラメントリールを含む材料供給部からノズルヘッドと共に移動する搬送機構へのフィラメント経路を通してフィラメント樹脂が搬送されるので、次のような問題が生じ得る。

【0006】

すなわち、造形中に材料供給部と搬送機構との位置関係が遠くなった場合には、特に搬送機構の挿入口におけるフィラメント樹脂の挿入角度が急峻になってしまう。このため、挿入口を含むフィラメント経路上でのフィラメント樹脂に摩擦や屈折（屈曲）が起こり易くなる。そして、このような状況下では、搬送機構によるフィラメント樹脂の送込み力或いは引込み力が余計に必要になってしまうので、フィラメント樹脂の安定的な供給が損なわれる場合がある。

【0007】

また、この状況と同時に例えば搬送機構が素早く移動するような造形が行われると、フィラメント樹脂によっては切断が起こったり伸びが生じたりして、ノズルヘッドの吐出口から溶融した樹脂を十分に吐出することができなくなってしまう場合がある。そのような場合は、三次元造形物の積層自体が停止して、造形が失敗してしまうおそれがある。

【0008】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、樹脂材料を安定的に供給搬送することができる三次元造形装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る三次元造形装置は、樹脂材料を加熱して溶融させる加熱手段を有し、溶融した前記樹脂材料を吐出するノズルヘッドと、前記ノズルヘッドに前記樹脂材料を送り込むと共に前記樹脂材料を吐出させるよう押し出す搬送機構と、前記搬送機構を前記ノズルヘッドと共に移動自在に駆動する第１駆動部と、前記搬送機構と離隔して配置され、該搬送機構に前記樹脂材料を供給する供給機構と、前記供給機構を移動自在に駆動する第２駆動部と、前記第１駆動部及び前記第２駆動部を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

【0010】

本発明の一実施形態において、前記制御部は、前記供給機構が前記搬送機構の位置に応じて追動可能となるように、前記第２駆動部の動作を制御する。

【0011】

本発明の他の実施形態において、前記制御部は、前記搬送機構の位置と前記供給機構の位置との位置関係が所定条件となるかを判定し、前記所定条件となる場合は前記供給機構を追動させるよう前記第２駆動部の動作を制御する。

【0012】

本発明の更に他の実施形態において、前記制御部は、前記所定条件として、前記位置関係が、予め設定された距離を上回る位置関係となるかを判定する。

【0013】

本発明の更に他の実施形態において、前記制御部は、前記所定条件として、前記位置関係が、前記搬送機構への前記供給機構からの水平面に対する前記樹脂材料の挿入角度が所定角度を下回る位置関係となるかを判定する。

【0014】

本発明の更に他の実施形態において、前記搬送機構及び前記供給機構は、第１の平行面及び第２の平行面内でそれぞれ移動自在に配置され、前記第２の平行面における前記供給機構の移動領域は、前記第１の平行面における前記搬送機構の移動領域よりも狭い。

【0015】

本発明の更に他の実施形態において、前記供給機構は、前記搬送機構の上方に配置可能に構成されている。

【0016】

本発明の更に他の実施形態において、前記供給機構は、供給前の前記樹脂材料が巻回されて回動可能に取り付けられたボビン部を含む。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、樹脂材料を安定的に供給搬送することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態に係る三次元造形装置の一部を概略的に示す斜視図である。

【図2】同三次元造形装置の機能的構成を概略的に示すブロック図である。

【図3】同三次元造形装置の動作の一例を示すフローチャートである。

【図4】同三次元造形装置のフィラメント供給部の追動に関する動作概念を説明するための図である。

【図5】同三次元造形装置のフィラメント樹脂の挿入角度に基づくフィラメント供給部の追動に関する動作概念を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態に係る三次元造形装置を詳細に説明する。ただし、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0020】

図１は、本発明の一実施形態に係る三次元造形装置の一部を概略的に示す斜視図、図２はこの三次元造形装置の機能的構成を概略的に示すブロック図である。本実施形態の三次元造形装置として、これら図１及び図２に示す熱溶解積層法（ＦＤＭ）の３Ｄプリンタ１００を例に挙げて説明する。なお、３Ｄプリンタ１００は、溶融樹脂を吐出して積層することで三次元造形物を作製するものであるが、基本的な構造については既知であるので、ここでは説明が必要な場合を除いて主要な説明を割愛する。

【0021】

また、以下の説明に用いられる図面においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や、一部の構成要素が省略されている場合がある。また、以下の説明において、「Ｘ軸方向」は３Ｄプリンタ１００の正面に向かい合った場合の左右方向を意味し、「Ｙ軸方向」はこの場合の奥行き方向を意味し、「Ｚ軸方向」はＸ軸方向及びＹ軸方向と交差する上下方向（垂直方向）を意味する。

【0022】

図１及び図２に示すように、ＦＤＭ型の３Ｄプリンタ１００は、例えばノズルヘッド部１０と、樹脂材料であるフィラメント樹脂９をノズルヘッド部１０に供給するフィラメント供給部２０とを備える。また、３Ｄプリンタ１００には、３Ｄプリンタ１００の全体を制御する制御装置として、例えばコンピュータ２００が設けられている。

【0023】

ノズルヘッド部１０は、フィラメント樹脂９を加熱して溶融させる加熱手段としての熱溶解部１１を有し、溶融した溶融樹脂を吐出する。なお、本実施形態では、ノズルヘッド部１０にフィラメント樹脂９を送り込むと共に、溶融樹脂を吐出させるよう押し出す搬送機構としてのエクストルーダ１２が、例えばノズルヘッド部１０に熱溶解部１１と共に一体的に備えられている。

【0024】

従って、以下の説明においては、ノズルヘッド部１０が、第１駆動部としてのヘッド駆動部１０２によって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動自在に構成されているものとするが、エクストルーダ１２がノズルヘッド部１０と別体に設けられている場合は、第１駆動部はエクストルーダ１２をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動自在に駆動するものであれば良い。

【0025】

フィラメント供給部２０は、ノズルヘッド部１０のエクストルーダ１２と、例えばＺ軸方向に所定間隔を空けて離隔した上方に配置されている。フィラメント供給部２０は、矩形状に構成されたフレームに囲まれた供給ボックス２１と、この供給ボックス２１の内部に、エクストルーダ１２への供給前のフィラメント樹脂９が巻回されて回動可能に取り付けられたボビン部２２とを有する。なお、ボビン部２２は、供給ボックス２１に対して着脱自在に取り付けられている。

【0026】

このフィラメント供給部２０は、第２駆動部としてのＸＹ駆動部１０４によって、ノズルヘッド部１０と同様にＸ軸方向及びＹ軸方向に移動自在に構成されている。ヘッド駆動部１０２及びＸＹ駆動部１０４は、コンピュータ２００によって制御される。なお、コンピュータ２００は、例えばこれらヘッド駆動部１０２及びＸＹ駆動部１０４の状態に応じて、ノズルヘッド部１０及びフィラメント供給部２０の位置情報を取得可能に構成されている。

【0027】

また、３Ｄプリンタ１００は、筐体フレーム１０１と、図示しない造形テーブルと、この造形テーブルの昇降機構とを備えている。筐体フレーム１０１は、例えばＺ軸方向に縦長の直方体の外形を有し、アルミニウムや鉄等の枠組みを備えている。筐体フレーム１０１の下部からヘッド駆動部１０２までの４つの角部近傍には、例えば４本のＺ軸ガイドシャフト１０３がＺ軸方向に延びるように形成されている。

【0028】

Ｚ軸ガイドシャフト１０３は、例えば造形テーブルをＺ軸方向に移動させるための方向を規定する直線状の棒状部材である。Ｚ軸ガイドシャフト１０３の本数は、造形テーブルを安定的に維持し移動させることが可能な本数であれば、様々な数に設定可能である。なお、造形テーブルは、造形物が載置される台座を兼ねており、ノズルヘッド部１０から吐出される溶融樹脂が堆積される台として機能する。

【0029】

昇降機構は、造形テーブルに設けられたＺ軸ガイドシャフト１０３と接触し回動するローラ（図示せず）や、モータの駆動力をタイミングベルト、ワイヤ、プーリ等からなる動力伝達機構（図示せず）を備えて構成されている。昇降機構は、例えば造形テーブルをＺ軸方向に所定間隔で移動させる。

【0030】

ヘッド駆動部１０２は、筐体フレーム１０１のＺ軸方向中間部辺りに設けられた枠体１０２ａと、この枠体１０２ａの内側に枠体１０２ａの近傍においてＸ軸方向に沿って設けられた一対のＸ軸ガイドレール１３ａと、枠体１０２ａの内側に枠体１０２ａの近傍においてＹ軸方向に沿って設けられた一対のＹ軸ガイドレール１３ｂとを有する。Ｘ軸ガイドレール１３ａ及びＹ軸ガイドレール１３ｂは、Ｚ軸方向に互いに干渉しない状態でずれて配置されている。

【0031】

また、ヘッド駆動部１０２は、Ｘ軸ガイドレール１３ａに摺動自在に設けられた一対のＸ軸スライダ１４ａと、Ｙ軸ガイドレール１３ｂに摺動自在に設けられた一対のＹ軸スライダ１４ｂとを有する。更に、ヘッド駆動部１０２は、Ｘ軸スライダ１４ａをＸ軸方向に沿って移動させるためのＸ軸駆動用モータ１７ａと、Ｙ軸スライダ１４ｂをＹ軸方向に沿って移動させるためのＹ軸駆動用モータ１７ｂとを備える。

【0032】

Ｘ軸スライダ１４ａには、Ｘ軸方向に所定間隔を空けて並設されたＹ軸ガイドポール１６ｂの両端が固定され、Ｙ軸スライダ１４ｂには、Ｙ軸方向に所定間隔を空けて並設されたＸ軸ガイドポール１６ａの両端が固定されている。Ｘ軸ガイドポール１６ａ及びＹ軸ガイドポール１６ｂは、Ｚ軸方向に互いに干渉しない状態でずれて設けられている。ノズルヘッド部１０は、これらＸ軸ガイドポール１６ａ及びＹ軸ガイドポール１６ｂが貫通するポールガイドに固定されており、Ｘ軸駆動用モータ１７ａ及びＹ軸駆動用モータ１７ｂの駆動力によって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動自在に配置されている。

【0033】

一方、ＸＹ駆動部１０４は、筐体フレーム１０１のＺ軸方向上部辺りに設けられた枠体１０４ａと、この枠体１０４ａの内側に枠体１０４ａから所定間隔を空けてＸ軸方向に延びるように離隔配置された一対のＸ軸ガイドレール１５ａと、枠体１０４ａの内側に枠体１０４ａから所定間隔を空けてＹ軸方向に延びるように離隔配置された一対のＹ軸ガイドレール１５ｂとを有する。Ｘ軸ガイドレール１５ａ及びＹ軸ガイドレール１５ｂは、Ｚ軸方向に干渉しないように互いにずれて配置されている。

【0034】

また、ＸＹ駆動部１０４は、Ｘ軸ガイドレール１５ａに沿ってフィラメント供給部２０を摺動自在に移動させるＸ軸駆動部１８ａと、Ｙ軸ガイドレール１５ｂに沿ってフィラメント供給部２０を摺動自在に移動させるＹ軸駆動部１８ｂとを有する。Ｙ軸駆動部１８ａ及びＹ軸駆動部１８ｂは、例えば駆動用モータを備えており、このモータの駆動力によってフィラメント供給部２０をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動自在に駆動する。

【0035】

造形物の材料となるフィラメント樹脂９は、例えば径が１．７５ｍｍ～３．００ｍｍ程度の紐状の熱可塑性樹脂からなり、例えばＡＢＳ、ＰＬＡ、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）等の樹脂と共に、比較的硬めのエラストマー系の樹脂等を用いることができる。フィラメント樹脂９は、フィラメント供給部２０のボビン部２２に巻かれた状態で保持されており、造形時にはノズルヘッド部１０に設けられたエクストルーダ１２によって、例えば露出した状態でノズルヘッド部１０内の熱溶解部１１に送り込まれる。

【0036】

コンピュータ２００は、例えばキーボード、マウス、タッチパネル等の各種の情報を入力する際に用いられる入力デバイスや、データ通信モジュール等の通信デバイスからなる入力部１０５を介して入力された造形物の造形データを記憶部１０６に記憶する。造形データには、例えばヘッド駆動部１０２によるノズルヘッド部１０の移動データが含まれる。この移動データは、ノズルヘッド部１０の位置情報（ＸＹ平面内の座標等）を備えている。記憶部１０６は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤ等の記憶モジュールを備え、３Ｄプリンタ１００に関する各種の情報を記憶する。

【0037】

コンピュータ２００は、記憶部１０６に記憶された造形データの移動データに基づいて、ヘッド駆動部１０２の動作を制御して、ノズルヘッド部１０をＸＹ平面内で移動させ、造形物を形成する。この際、コンピュータ２００は、例えばフィラメント供給部２０がエクストルーダ１２を備えるノズルヘッド部１０のＸＹ平面内の位置に応じて追動可能となるように、フィラメント供給部２０の移動データ（追動データ）を算出し、この追動データに基づきＸＹ駆動部１０４の動作も制御する。

【0038】

具体的には、コンピュータ２００は、次のような処理によって、ノズルヘッド部１０及びフィラメント供給部２０を移動させる。図３は、３Ｄプリンタ１００の動作の一例を示すフローチャートである。図３に示すように、３Ｄプリンタ１００が起動して造形プログラムによる造形動作が開始されると、コンピュータ２００は、まず、記憶部１０６から造形データを読み込み（ステップＳ１００）、一連の造形動作におけるノズルヘッド部１０の移動データを取得する（ステップＳ１０１）。

【0039】

次に、移動データにより指定されるノズルヘッド部１０の位置座標と、フィラメント供給部２０の位置座標とを解析等することにより、造形物を形成する際にノズルヘッド部１０の位置とフィラメント供給部２０の位置との位置関係が所定条件となる場合があるかを判定する（ステップＳ１０２）。このステップＳ１０２にて判定される所定条件としては、例えばノズルヘッド部１０の位置とフィラメント供給部２０の位置との位置関係が、予め設定された距離を上回る位置関係となるかが挙げられる。

【0040】

位置関係が所定条件となることがない場合（ステップＳ１０２のＮｏ）は、例えばノズルヘッド部１０とフィラメント供給部２０とが造形中に近くに位置すると判断することができる。このため、フィラメント経路に負荷が掛かることはなく、フィラメント樹脂９の摩擦や屈折による不具合は生じ難いと判断することができるので、移動データに基づいてノズルヘッド部１０を移動させるようにして（ステップＳ１０３）、造形物の造形を行う。

【0041】

一方、位置関係が所定条件となることがある場合（ステップＳ１０２のＹｅｓ）は、例えばノズルヘッド部１０とフィラメント供給部２０とが造形中に遠くに位置することがあると判断することができる。このため、フィラメント経路に負荷が掛かり、フィラメント樹脂９の摩擦や屈折による不具合が生じ得ると判断することができるので、移動データに基づきフィラメント供給部２０の追動データを算出し（ステップＳ１０４）、ノズルヘッド部１０の移動に合わせてフィラメント供給部２０を追動させるようにして（ステップＳ１０５）、造形物の造形を行う。

【0042】

そして、例えば一連の造形プログラムが終了すること等により、造形を終了するか否かが判断され（ステップＳ１０６）、造形を終了すると判断した場合（ステップＳ１０６のＹｅｓ）は、本フローチャートによる一連の処理を終了する。造形を終了しないと判断した場合（ステップＳ１０６のＮｏ）は、上記ステップＳ１００に移行して次の造形のための造形データを読み込み、以降の処理を繰り返す。

【0043】

なお、上記フローチャートにおいて、移動データを取得して（ステップＳ１０１）、造形物を形成する際の全てのノズルヘッド部１０の位置に対するフィラメント供給部２０の位置について所定条件を判定し（ステップＳ１０２）、必要に応じて（ステップＳ１０２のＹｅｓ）追動データを算出して（ステップＳ１０４）、造形物の造形を行うようにしても良い。

【0044】

本実施形態の３Ｄプリンタ１００は、フィラメント供給部２０を上記のように動作させることで、特にフィラメント経路におけるフィラメント樹脂９に掛かる負荷（摩擦や屈折）を軽減し、或いは負荷に伴う不具合の発生を未然に防止し得るので、フィラメント樹脂９を安定的にノズルヘッド部１０に供給搬送することが可能となる。

【0045】

なお、ノズルヘッド部１０に対するフィラメント供給部２０の追動データに基づく具体的な追動動作は、次のように行われる。図４は、３Ｄプリンタ１００のフィラメント供給部２０の追動に関する動作概念を説明するための図である。なお、図４においては、Ｙ軸方向の追動を例に挙げて説明するが、Ｘ軸方向においても同様に動作可能である。

【0046】

図４に示すように、ここでは、ノズルヘッド部１０は、Ｙ軸において例えば超Ａ地点（図示せず）、Ａ地点、Ｂ地点、Ｃ地点、Ｄ地点及び超Ｄ地点（図示せず）に移動可能に構成され、フィラメント供給部２０は、Ｙ軸においてＡ´地点、Ｂ´地点、Ｃ´地点及びＤ´地点に移動可能に構成されている。なお、ここで「超Ａ地点」とは、Ａ地点よりもＢ地点と反対側の地点であり、「超Ｄ地点」とは、Ｄ地点よりもＣ地点と反対側の地点である。

【0047】

例えば、ノズルヘッド部１０が超Ａ地点にあり、フィラメント供給部２０がＡ´地点にあるときに、ノズルヘッド部１０が図示（１）のように超Ａ地点からＢ地点を越えてＣ地点側に移動した場合、ノズルヘッド部１０とフィラメント供給部２０との位置関係が所定条件となる、すなわち予め設定された距離を上回る位置関係となる。従って、フィラメント供給部２０は図示（２）のようにＡ´地点からＢ´地点に移動するよう追動する。Ｂ´地点に移動したフィラメント供給部２０は、例えば図示（３）のようにノズルヘッド部１０がＡ地点からＣ地点の間を移動しているとき、すなわち位置関係が所定条件となっていないときは追動しない。

【0048】

次に、例えばノズルヘッド部１０が図示（４）のようにＢ地点からＣ地点を越えてＤ地点側へ移動した場合、位置関係が所定条件となる。従って、フィラメント供給部２０は図示（５）のようにＢ´地点からＣ´地点に移動するよう追動する。Ｃ´地点に移動したフィラメント供給部２０は、例えば図示（６）のようにノズルヘッド部１０がＢ地点からＤ地点の間を移動しているときは、位置関係が所定条件となっていないので追動しない。

【0049】

次に、例えばノズルヘッド部１０が図示（７）のようにＣ地点から超Ｄ地点に移動した場合、位置関係が所定条件となる。従って、フィラメント供給部２０は図示（８）のようにＣ´地点からＤ´地点に移動するよう追動する。そして、反対に、フィラメント供給部２０がＤ´地点にあるときに、ノズルヘッド部１０が図示（９）のように超Ｄ地点からＣ地点を越えてＢ地点側に移動した場合、やはり位置関係が所定条件となる。従って、フィラメント供給部２０は図示（１０）のようにＤ´地点からＣ´地点に移動するよう追動する。Ｃ´地点に移動したフィラメント供給部２０は、例えば図示（１１）のようにノズルヘッド部１０がＤ地点からＢ地点の間を移動しているときは、位置関係が所定条件となっていないので追動しない。

【0050】

また、例えばノズルヘッド部１０が図示（１２）のようにＣ地点からＢ地点を越えてＡ地点側に移動した場合、位置関係が所定条件となる。従って、フィラメント供給部２０は図示（１３）のようにＣ´地点からＢ´地点に移動するよう追動する。そして、Ｂ´地点に移動したフィラメント供給部２０は、例えば図示（１４）のようにノズルヘッド部１０がＣ地点からＡ地点の間を移動しているときは、位置関係が所定条件となっていないので追動しない。このようにフィラメント供給部２０がノズルヘッド部１０に追動することにより、フィラメント供給部２０からフィラメント樹脂９をノズルヘッド部１０に安定的に供給搬送することができる。

【0051】

なお、上述した所定条件として、例えば、ノズルヘッド部１０とフィラメント供給部２０との位置関係が、具体的にはエクストルーダ１２の材料挿入口（図示せず）へのボビン部２２からの材料送出口（図示せず）からの水平面に対するフィラメント樹脂９の挿入角度θが所定角度を下回る位置関係となるかを判定するようにしても良い。

【0052】

フィラメント樹脂９の挿入角度θの検出は、ノズルヘッド部１０とフィラメント供給部２０の配置態様によるＺ軸方向の距離、並びに移動データから得られるＸ軸方向及びＹ軸方向の座標から算出される距離に基づき行われても、別途各部１０，２０に設置された位置センサ或いは筐体フレーム１０１等に設置されたフィラメント樹脂９の角度検出センサ等の検出手段からの出力に基づき行われても良い。

【0053】

図５は、フィラメント樹脂９の挿入角度θに基づくフィラメント供給部２０の追動に関する動作概念を説明するための図であり、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は３Ｄプリンタ１００の概略的な斜視図、図５（ｄ），（ｅ），（ｆ）は概略的な下面図である。なお、図５においては、説明に必要な構成要素の符号以外の符号については図示を省略している。

【0054】

まず、図５（ａ）及び図５（ｄ）に示すように、例えば３Ｄプリンタ１００の動作開始時には、ノズルヘッド部１０及びフィラメント供給部２０はそれぞれ平行なＸＹ平面（第１の平行面及び第２の平行面）内の移動領域の中央付近に位置している。このため、フィラメント供給部２０からノズルヘッド部１０に供給搬送されるフィラメント樹脂９が水平面となす挿入角度θは、ほぼ９０°となっている。従って、フィラメント経路におけるフィラメント樹脂９に掛かる負荷はほぼ無い状態となる。

【0055】

この状態から、図５（ｂ）及び図５（ｅ）に示すように、例えばノズルヘッド部１０が移動領域のＸ軸方向及びＹ軸方向の端の位置に移動した場合、フィラメント供給部２０からのフィラメント樹脂９が水平面となす挿入角度θは、かなり鋭角（例えば、４５°を下回る）となってしまう。このため、フィラメント経路におけるフィラメント樹脂９に掛かる負荷が増大してしまうおそれがある。

【0056】

従って、このような場合は、図５（ｃ）及び図５（ｆ）に示すように、ノズルヘッド部１０の移動位置に応じて、例えばフィラメント樹脂９と水平面とがなす挿入角度θが所定角度（例えば、４５°）以上を維持するように、フィラメント供給部２０を追動させてＸ軸方向及びＹ軸方向の端近傍の位置に移動させる。フィラメント供給部２０をこのように追動させることで、フィラメント樹脂９に掛かる負荷が増える前に対応することが可能となるので、造形中においてフィラメント樹脂９をノズルヘッド部１０に安定的に供給搬送することができ、造形の失敗等の不具合を防止することが可能となる。

【0057】

なお、ＸＹ平面におけるノズルヘッド部１０の移動領域は、同じくＸＹ平面におけるフィラメント供給部２０の移動領域よりも広い、換言すればノズルヘッド部１０の移動領域に比べてフィラメント供給部２０の移動領域は十分に狭いため、本実施形態の３Ｄプリンタ１００は、ノズルヘッド部１０の頻繁な移動に対してフィラメント供給部２０を多少のタイムラグ等があっても余裕を持って追動させることができ、フィラメント樹脂９の安定的な供給搬送を維持することが可能な構造を実現している。また、フィラメント供給部２０は、ノズルヘッド部１０との位置関係が所定の条件になったときにだけ移動するので、ノズルヘッド部１０の頻繁な移動に全て追動するのではない。このため、フィラメント供給部２０の余分な移動動作を防止して、振動の発生や余分な電力消費を抑制することができる。

【0058】

以上述べたように、本発明の実施形態に係る三次元造形装置によれば、ノズルヘッド部１０へのフィラメント供給部２０からのフィラメント経路におけるフィラメント樹脂９の摩擦や屈折等の負荷の発生を防止することができるので、フィラメント樹脂９をノズルヘッド部１０に安定的に供給搬送させて造形を行うことが可能となる。

【0059】

なお、上記においては、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0060】

例えば、上記実施形態では、造形テーブルが昇降機構によってＺ軸方向に移動して造形物の形成が行われるようにしたが、造形テーブルが固定状態のままノズルヘッド部１０がヘッド駆動部１０２と共に昇降機構によってＺ軸方向に移動しながら造形が行われるようにしても良い。この場合は、ノズルヘッド部１０とフィラメント供給部２０との位置関係について、Ｚ軸方向の要素も加味しながら所定条件の判定処理等が行われる。

【符号の説明】

【0061】

１０ ノズルヘッド部
１１ 熱溶解部
１２ エクストルーダ
２０ フィラメント供給部
２１ 供給ボックス
２２ ボビン部
１００ ３Ｄプリンタ
１０２ ヘッド駆動部
１０４ ＸＹ駆動部
１０５ 入力部
１０６ 記憶部
２００ コンピュータ（制御装置）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】