ホーム > 特許ランキング > セイコーエプソン株式会社
知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】2024-07-29
(45)【発行日】2024-08-06
(54)【発明の名称】三次元造形装置
(51)【国際特許分類】
B29C 64/209 20170101AFI20240730BHJP
B29C 64/106 20170101ALI20240730BHJP
B29C 64/188 20170101ALI20240730BHJP
B29C 64/218 20170101ALI20240730BHJP
B29C 64/236 20170101ALI20240730BHJP
B29C 64/241 20170101ALI20240730BHJP
B29C 64/295 20170101ALI20240730BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20240730BHJP
【ＦＩ】
B29C64/209
B29C64/106
B29C64/188
B29C64/218
B29C64/236
B29C64/241
B29C64/295
B33Y30/00
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2020110149
(22)【出願日】2020-06-26
(65)【公開番号】P2022007276
(43)【公開日】2022-01-13
【審査請求日】2023-04-10
(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】110000028
【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】姉川 賢太
(72)【発明者】
【氏名】金井 保人
【審査官】神田 和輝
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－１０５１７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－２１３７３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１５５６９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１２２４５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／１５０１８６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－０６４０９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／１０７７８９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００６－１９２７１０（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】
三次元造形装置であって、材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部と、
前記可塑化材料が堆積される堆積面を有するステージと、
前記ステージの前記堆積面に平行な第１軸に沿って並んで配置された複数のノズルを有し、前記堆積面に向かって前記複数のノズルのそれぞれから連続した線状の形態で前記可塑化材料を吐出する吐出部と、
前記複数のノズルのそれぞれからの前記可塑化材料の吐出の停止と再開とを個別に切り替える吐出切替部と、
前記ステージの前記堆積面に平行で前記第１軸と交差する第２軸に沿って、前記吐出部を前記ステージに対して相対移動させる移動部と、
前記可塑化部、前記吐出切替部、および、前記移動部を制御することによって、前記可塑化材料によって形成される造形層を前記ステージの前記堆積面上に積層する制御部と、
前記造形層を形成する際の前記ステージに対する前記吐出部の前記第２軸に沿った移動方向において前記複数のノズルよりも後方に配置され、前記造形層を平坦化する平坦化部と、
を備え、
前記制御部は、前記移動部を制御して、前記平坦化部によって平坦化される前の前記造形層を前記ノズルの先端部で押圧する、三次元造形装置。
【請求項2】
三次元造形装置であって、
材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部と、
前記可塑化材料が堆積される堆積面を有するステージと、
前記ステージの前記堆積面に平行な第１軸に沿って並んで配置された複数のノズルを有し、前記堆積面に向かって前記複数のノズルのそれぞれから連続した線状の形態で前記可塑化材料を吐出する吐出部と、
前記複数のノズルのそれぞれからの前記可塑化材料の吐出の停止と再開とを個別に切り替える吐出切替部と、
前記ステージの前記堆積面に平行で前記第１軸と交差する第２軸に沿って、前記吐出部を前記ステージに対して相対移動させる移動部と、
前記可塑化部、前記吐出切替部、および、前記移動部を制御することによって、前記可塑化材料によって形成される造形層を前記ステージの前記堆積面上に積層する制御部と、
前記造形層を平坦化可能な第１平坦化部と、
前記造形層を平坦化可能な第２平坦化部と、
前記第１平坦化部と前記ステージとの距離、および、前記第２平坦化部と前記ステージとの距離を変更する位置変更部と、
を備え、
前記第１平坦化部、前記複数のノズル、前記第２平坦化部は、前記第２軸に沿って順に配置され、
前記制御部は、前記位置変更部を制御することによって、
前記造形層を形成する際の前記ステージに対する前記吐出部の前記第２軸に沿った移動方向において前記第１平坦化部が前記複数のノズルよりも後方に位置する場合、前記第１平坦化部と前記ステージとの距離を前記第２平坦化部と前記ステージとの距離よりも小さくして、前記第１平坦化部によって前記造形層を平坦化し、
前記移動方向において前記第２平坦化部が前記複数のノズルよりも後方に位置する場合、前記第２平坦化部と前記ステージとの距離を前記第１平坦化部と前記ステージとの距離よりも小さくして、前記第２平坦化部によって前記造形層を平坦化し、
前記制御部は、前記移動部を制御して、
前記第１平坦化部によって平坦化される前の前記造形層を前記ノズルの先端部で押圧し、
前記第２平坦化部によって平坦化される前の前記造形層を前記ノズルの先端部で押圧する、三次元造形装置。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の三次元造形装置であって、前記吐出部は、前記複数のノズルのそれぞれに連通する複数の個別流路を有し、
前記吐出切替部は、前記複数の個別流路のそれぞれに対応して設けられた複数のバルブを有し、
前記制御部は、前記複数のバルブを個別に開閉することによって、前記複数のノズルのそれぞれからの前記可塑化材料の吐出の停止と再開とを個別に切り替える、三次元造形装置。
【請求項4】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、前記造形層を形成する際の前記ステージに対する前記吐出部の前記第２軸に沿った移動方向において前記複数のノズルよりも前方に配置され、既に形成されている前記造形層である既設層の表面を加熱する再加熱部を備える、三次元造形装置。
【請求項5】
請求項４に記載の三次元造形装置であって、
前記制御部は、前記再加熱部を制御して、前記既設層の表面を前記可塑化材料のガラス転移点以上の温度に加熱し、加熱した前記既設層の上に前記ノズルから前記可塑化材料を吐出して、吐出された前記可塑化材料を前記ノズルの先端部で押圧する、三次元造形装置。
【請求項6】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、前記造形層を形成する際の前記ステージに対する前記吐出部の前記第２軸に沿った移動方向において前記複数のノズルよりも前方に配置され、既に形成されている前記造形層である既設層の表面を化学的に活性化させる表面活性化部を備える、三次元造形装置。
【請求項7】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、前記造形層を形成する際の前記ステージに対する前記吐出部の前記第２軸に沿った移動方向において前記複数のノズルよりも後方に配置され、前記造形層を冷却する冷却部を備える、三次元造形装置。
【請求項8】
請求項１に記載の三次元造形装置であって、
前記造形層を形成する際の前記ステージに対する前記吐出部の前記第２軸に沿った移動方向において前記複数のノズルよりも前方に配置され、既に形成されている前記造形層である既設層の表面を加熱する再加熱部と、
前記移動方向において前記複数のノズルよりも後方に配置され、前記造形層を冷却する冷却部と、を備え、
前記移動方向において、前記再加熱部、前記複数のノズル、前記平坦化部、前記冷却部の順に配置されている、三次元造形装置。
【請求項9】
請求項１または請求項２に記載の三次元造形装置であって、既に形成されている前記造形層である既設層の表面を加熱する再加熱部と、前記既設層の表面を化学的に活性化させる表面活性化部と、前記造形層を冷却する冷却部とのうちの少なくともいずれか一つを有する、第１造形補助部および第２造形補助部を備え、
前記第１造形補助部、前記複数のノズル、前記第２造形補助部は、前記第２軸に沿って順に配置される、三次元造形装置。
【請求項10】
三次元造形装置であって、
材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部と、
前記可塑化材料が堆積される堆積面を有するステージと、
前記ステージの前記堆積面に平行な第１軸に沿って並んで配置された複数のノズルを有し、前記堆積面に向かって前記複数のノズルのそれぞれから連続した線状の形態で前記可塑化材料を吐出する吐出部と、
前記複数のノズルのそれぞれからの前記可塑化材料の吐出の停止と再開とを個別に切り替える吐出切替部と、
前記ステージの前記堆積面に平行で前記第１軸と交差する第２軸に沿って、前記吐出部を前記ステージに対して相対移動させる移動部と、
前記可塑化部、前記吐出切替部、および、前記移動部を制御することによって、前記可塑化材料によって形成される造形層を前記ステージの前記堆積面上に積層する制御部と、
前記造形層を平坦化可能であり、既に形成されている前記造形層である既設層の表面を加熱する第１ヒーターを有する第１平坦化部と、
前記造形層を平坦化可能であり、前記既設層の表面を加熱する第２ヒーターを有する第２平坦化部と、
前記第１平坦化部と前記ステージとの距離、および、前記第２平坦化部と前記ステージとの距離を変更する位置変更部と、
を備え、
前記第１平坦化部、前記複数のノズル、前記第２平坦化部は、前記第２軸に沿って順に配置され、
前記制御部は、前記位置変更部、前記第１ヒーター、および、前記第２ヒーターを制御することによって、
前記造形層を形成する際の前記ステージに対する前記吐出部の前記第２軸に沿った移動方向において前記第１平坦化部が前記複数のノズルよりも後方に位置する場合、前記第２平坦化部と前記ステージとの距離を前記第１平坦化部と前記ステージとの距離よりも小さくして、前記第２ヒーターによって前記既設層の表面を加熱し、前記第１平坦化部によって前記造形層を平坦化し、
前記移動方向において前記第２平坦化部が前記複数のノズルよりも後方に位置する場合、前記第１平坦化部と前記ステージとの距離を前記第２平坦化部と前記ステージとの距離よりも小さくして、前記第１ヒーターによって前記既設層の表面を加熱し、前記第２平坦化部によって前記造形層を平坦化する、三次元造形装置。
【請求項11】
請求項１０に記載の三次元造形装置であって、
前記既設層の表面を化学的に活性化させる第１表面活性化部および第２表面活性化部をさらに備え、
前記第１表面活性化部、前記第１平坦化部、前記複数のノズル、前記第２平坦化部、前記第２表面活性化部は、前記第２軸に沿って順に配置される、三次元造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、三次元造形装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、予熱器で加熱されて溶融した熱可塑性の材料を、予め設定された形状データに従って走査する押出ノズルから基台上に押し出し、基台上で硬化した材料の上に溶融材料を積層して三次元造形物を作成する装置が開示されている。特許文献２には、加熱板にパルス電圧を印加することによって、加熱板を瞬間的に加熱して流路内の材料を溶融させるとともに流路の側壁を構成する薄板に熱歪みを生じさせ、溶融した材料を複数の吐出口から薄板の熱歪みを用いて間欠的に吐出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２００６－１９２７１０号公報
【文献】国際公開第２０１６／１８５６２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１のように、１つのノズルから材料を吐出する装置を用いて、一筆書きのようにして三次元造形物を造形する場合、造形時間が長くなる。そこで、特許文献２のように、複数のノズルから材料を吐出する装置を用いることによって造形時間を短期化できる。しかし、特許文献２に記載された装置では、各ノズルから材料が間欠的に吐出されるので、意図せず三次元造形物内に空隙が形成されて、狙い通りの強度を確保できなくなる可能性がある。
【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、材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部と、前記可塑化材料が堆積される堆積面を有するステージと、前記ステージの前記堆積面に平行な第１軸に沿って並んで配置された複数のノズルを有し、前記堆積面に向かって前記複数のノズルのそれぞれから連続した線状の形態で前記可塑化材料を吐出する吐出部と、前記複数のノズルのそれぞれからの前記可塑化材料の吐出の停止と再開とを個別に切り替える吐出切替部と、前記ステージの前記堆積面に平行で前記第１軸と交差する第２軸に沿って、前記吐出部を前記ステージに対して相対移動させる移動部と、前記可塑化部、前記吐出切替部、および、前記移動部を制御することによって、前記可塑化材料によって形成される造形層を前記ステージの前記堆積面上に積層する制御部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】第１実施形態の三次元造形装置の概略構成を示す断面図。
【図2】第１実施形態の造形部の概略構成を示す底面図。
【図3】フラットスクリューの構成を示す斜視図。
【図4】バレルの構成を示す上面図。
【図5】吐出部および吐出切替部の構成を示す上面図。
【図7】三次元造形物を造形するための造形処理の内容を示すフローチャート。
【図8】第１実施形態の造形層が形成される様子を模式的に示す側面図。
【図9】第１実施形態の造形層が形成される様子を模式的に示す底面図。
【図10】第２実施形態の三次元造形装置の概略構成を示す断面図。
【図11】第２実施形態の造形部の概略構成を示す底面図。
【図12】第２実施形態の造形層が形成される様子を模式的に示す第１の側面図。
【図13】第３実施形態の造形層が形成される様子を模式的に示す第２の側面図。
【図14】第３実施形態の三次元造形装置の概略構成を示す断面図。
【図15】第３実施形態の造形部の概略構成を示す底面図。
【図16】第３実施形態の造形層が形成される様子を模式的に示す第１の側面図。
【図17】第３実施形態の造形層が形成される様子を模式的に示す第２の側面図。
【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の概略構成を示す断面図である。図２は、本実施形態における造形部２００の概略構成を示す底面図である。図１および図２には、互いに直交する３つの座標軸であるＸ，Ｙ，Ｚ軸を表す矢印が示されている。Ｘ軸およびＹ軸は水平面に平行な座標軸であり、Ｚ軸は水平面に垂直な座標軸である。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸を表す矢印は、他の図においても、矢印の指し示す方向が図１や図２と対応するように適宜、図示してある。以下の説明において、Ｘ軸を表す矢印の指し示す方向のことを＋Ｘ方向と呼び、Ｙ軸を表す矢印の指し示す方向のことを＋Ｙ方向と呼び、Ｚ軸を表す矢印の指し示す方向のことを＋Ｚ方向と呼ぶ。＋Ｘ方向とは反対向きの方向のことを－Ｘ方向と呼び、＋Ｙ方向とは反対向きの方向のことを－Ｙ方向と呼び、＋Ｚ方向とは反対向きの方向のことを－Ｚ方向と呼ぶ。＋Ｘ方向と－Ｘ方向とのことを特に区別せずに説明する場合には単にＸ方向と呼び、＋Ｙ方向と－Ｙ方向とのことを特に区別せずに説明する場合には単にＹ方向と呼び、＋Ｚ方向と－Ｚ方向とのことを特に区別せずに説明する場合には単にＺ方向と呼ぶ。尚、Ｙ軸のことを第１軸と呼び、Ｘ軸のことを第２軸と呼び、Ｚ軸のことを第３軸と呼ぶことがある。
図１は、第１実施形態における三次元造形装置１００の概略構成を示す断面図である。図２は、本実施形態における造形部２００の概略構成を示す底面図である。図１および図２には、互いに直交する３つの座標軸であるＸ，Ｙ，Ｚ軸を表す矢印が示されている。Ｘ軸およびＹ軸は水平面に平行な座標軸であり、Ｚ軸は水平面に垂直な座標軸である。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸を表す矢印は、他の図においても、矢印の指し示す方向が図１や図２と対応するように適宜、図示してある。以下の説明において、Ｘ軸を表す矢印の指し示す方向のことを＋Ｘ方向と呼び、Ｙ軸を表す矢印の指し示す方向のことを＋Ｙ方向と呼び、Ｚ軸を表す矢印の指し示す方向のことを＋Ｚ方向と呼ぶ。＋Ｘ方向とは反対向きの方向のことを－Ｘ方向と呼び、＋Ｙ方向とは反対向きの方向のことを－Ｙ方向と呼び、＋Ｚ方向とは反対向きの方向のことを－Ｚ方向と呼ぶ。＋Ｘ方向と－Ｘ方向とのことを特に区別せずに説明する場合には単にＸ方向と呼び、＋Ｙ方向と－Ｙ方向とのことを特に区別せずに説明する場合には単にＹ方向と呼び、＋Ｚ方向と－Ｚ方向とのことを特に区別せずに説明する場合には単にＺ方向と呼ぶ。尚、Ｙ軸のことを第１軸と呼び、Ｘ軸のことを第２軸と呼び、Ｚ軸のことを第３軸と呼ぶことがある。
【0008】
図１に示すように、三次元造形装置１００は、造形部２００と、ステージ３００と、移動部４００と、制御部５００とを備えている。造形部２００は、可塑化材料を吐出する吐出部６０を有している。ステージ３００は、吐出部６０から吐出された可塑化材料が堆積される堆積面３１０を有している。三次元造形装置１００は、移動部４００を用いて吐出部６０とステージ３００とを相対移動させつつ吐出部６０からステージ３００の堆積面３１０に向かって可塑化材料を吐出することによって、可塑化材料によって形成された造形層を堆積面３１０上に積層して、造形層の積層体である三次元造形物を造形する。
【0009】
本実施形態では、造形部２００は、材料供給部２０と、可塑化部３０と、吐出部６０と、吐出切替部７０と、表面活性化部２１０と、再加熱部２２０と、平坦化部２３０と、冷却部２４０とを備えている。
【0010】
材料供給部２０は、材料ＭＲを可塑化部３０に供給する。本実施形態では、ペレット状に形成されたＡＢＳ樹脂が材料ＭＲとして用いられる。材料供給部２０は、材料ＭＲを収容する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に収容された材料ＭＲは、供給路２２を介して、可塑化部３０に供給される。
【0011】
可塑化部３０は、材料供給部２０から供給された材料ＭＲを可塑化して可塑化材料を生成して、可塑化材料を吐出部６０に供給する。「可塑化」とは、熱可塑性を有する材料に熱が加わり溶融することを意味する。「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、流動性が発現することをも意味する。
【0012】
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、ヒーター５８とを備えている。スクリューケース３１は、フラットスクリュー４０を収容する筐体である。スクリューケース３１の下端部にはバレル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。
【0013】
フラットスクリュー４０は、その中心軸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。フラットスクリュー４０の上面４１側は制御部５００の制御下で駆動される駆動モーター３２に接続されており、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内において中心軸ＲＸを中心にして回転する。フラットスクリュー４０は、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。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。スクリュー対向面５２の中央には、吐出部６０に連通する連通孔５６が設けられている。
【0014】
図３は、フラットスクリュー４０の構成を示す斜視図である。図３には、技術の理解を容易にするために、図１とは上下逆向きにフラットスクリュー４０が表されている。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。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１に示したバレル５０の連通孔５６に対向している。中央部４７は、中心軸ＲＸと交差する。本実施形態では、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、インボリュート曲線状に構成されてもよいし、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。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。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ＭＲを受け入れる部分である。材料導入口４４から溝部４５内に導入された材料ＭＲは、フラットスクリュー４０の回転によって溝部４５内を中央部４７に向かって搬送される。
【0015】
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が表されている。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のみが設けられてもよいし、２つ以上の複数の溝部４５が設けられてもよい。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。図３には、材料導入口４４が３箇所に形成されたフラットスクリュー４０が表されている。フラットスクリュー４０に設けられる材料導入口４４の位置は、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もよいし、２箇所以上の複数の位置に設けられてもよい。
【0016】
図４は、バレル５０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、吐出部６０に連通する連通孔５６が設けられている。スクリュー対向面５２には、連通孔５６の周りに、複数の案内溝５４が設けられている。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の外周に向かって弧を描くように渦状に延びている。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。尚、スクリュー対向面５２には、案内溝５４が設けられていなくてもよい。
【0017】
図１に示すように、バレル５０の下端部には、材料ＭＲを加熱するためのヒーター５８が固定されている。本実施形態では、ヒーター５８は、リング状の外形形状を有しており、連通孔５６を囲むように配置されている。ヒーター５８の温度は、制御部５００によって制御される。溝部４５内を搬送される材料ＭＲは、フラットスクリュー４０の回転によるせん断とヒーター５８からの熱によって可塑化されて、ペースト状の可塑化材料になる。可塑化材料は、連通孔５６から吐出部６０に供給される。
【0018】
図２に示すように、本実施形態では、吐出部６０は、４つのノズル６８Ａ～６８Ｄを有している。吐出部６０は、バレル５０の下端部に固定された第１流路部材６１と、第１流路部材６１の下端部に固定された第２流路部材６２とによって構成されている。各ノズル６８Ａ～６８Ｄは、第２流路部材６２の下端部に、Ｙ方向に沿って並んで配置されている。吐出部６０は、各ノズル６８Ａ～６８Ｄからステージ３００に向かって、連続した線状の形態で可塑化材料を吐出する。以下の説明では、各ノズル６８Ａ～６８Ｄのことを、－Ｙ方向側から順に、第１ノズル６８Ａ、第２ノズル６８Ｂ、第３ノズル６８Ｃ、第４ノズル６８Ｄと呼ぶことがある。各ノズル６８Ａ～６８Ｄの符号の末尾に付された「Ａ」～「Ｄ」の文字は、各ノズル６８Ａ～６８Ｄを区別するために付された文字である。以下の説明において、各ノズル６８Ａ～６８Ｄを特に区別せずに説明する場合には、符号の末尾に「Ａ」～「Ｄ」の文字を付さずに説明する。尚、吐出部６０に設けられるノズル６８の数は、４つに限られず、２つまたは３つでもよいし、５つ以上でもよい。
【0019】
各ノズル６８Ａ～６８Ｄの－Ｚ方向側の先端部には、可塑化材料を吐出するための吐出口６９Ａ～６９Ｄが設けられている。本実施形態では、各吐出口６９Ａ～６９Ｄの開口形状は、Ｙ方向に沿った長手方向を有する長方形である。各吐出口６９Ａ～６９Ｄの大きさは同じである。尚、各吐出口６９Ａ～６９Ｄの開口形状は、長方形に限られず、例えば、正方形でもよいし、四角形以外の多角形でもよいし、円形でもよい。各吐出口６９Ａ～６９Ｄの開口形状や大きさは互いに異なってもよい。
【0020】
本実施形態では、吐出部６０には、各ノズル６８Ａ～６８Ｄが、＋Ｚ方向に視て千鳥状に配置されている。より具体的には、吐出部６０は、第１ノズル６８Ａと第３ノズル６８Ｃとによって構成された第１ノズル列と、第２ノズル６８Ｂと第４ノズル６８Ｄとによって構成された第２ノズル列とを有している。第１ノズル列を構成する第１ノズル６８Ａと第３ノズル６８Ｃとは、Ｙ方向に平行な直線上に並んで配置されている。第２ノズル列は、Ｘ方向において第１ノズル列との間に間隔を空けて、第１ノズル列に対して－Ｘ方向側に配置されている。第２ノズル列を構成する第２ノズル６８Ｂと第４ノズル６８Ｄとは、Ｙ方向に平行な直線上に並んで配置されている。第１ノズル列を構成する各ノズル６８Ａ，６８ＣのＹ方向における位置は、第２ノズル列を構成する各ノズル６８Ｂ，６８ＤのＹ方向における位置とは異なる。第２ノズル６８Ｂは、Ｙ方向において、第１ノズル６８Ａと第３ノズル６８Ｃとの間に配置されており、第３ノズル６８Ｃは、Ｙ方向において、第２ノズル６８Ｂと第４ノズル６８Ｄとの間に配置されている。尚、各ノズル６８Ａ～６８Ｄは、千鳥状に配置されずに、一直線上に並んで配置されてもよい。
【0021】
本実施形態では、第１ノズル６８Ａの吐出口６９Ａの＋Ｙ方向側の周縁部と、第２ノズル６８Ｂの吐出口６９Ｂの－Ｙ方向側の周縁部とが、Ｙ方向において同じ位置になるように第１ノズル６８Ａと第２ノズル６８Ｂとが配置されている。第２ノズル６８Ｂの吐出口６９Ｂの＋Ｙ方向側の周縁部と、第３ノズル６８Ｃの吐出口６９Ｃの－Ｙ方向側の周縁部とが、Ｙ方向において同じ位置になるように第２ノズル６８Ｂと第３ノズル６８Ｃとが配置されている。第３ノズル６８Ｃの吐出口６９Ｃの＋Ｙ方向側の周縁部と、第４ノズル６８Ｄの吐出口６９Ｄの－Ｙ方向側の周縁部とが、Ｙ方向において同じ位置になるように第３ノズル６８Ｃと第４ノズル６８Ｄとが配置されている。つまり、本実施形態では、＋Ｘ方向あるいは－Ｘ方向に視たときに、隣り合うノズル６８の吐出口６９同士が互いに接するように各ノズル６８Ａ～６８Ｄが配置されている。
【0022】
図５は、吐出部６０および吐出切替部７０の構成を示す上面図である。図６は、図５におけるVI－VI線断面図である。図５に示すように、吐出部６０は、１つの共通流路６３と、２つの分岐流路６４Ａ，６４Ｂと、４つの個別流路６５Ａ～６５Ｄとを有している。各個別流路６５Ａ～６５Ｄは、各ノズル６８Ａ～６８Ｄに対して１つずつ設けられている。共通流路６３の上流側の端部は、バレル５０の連通孔５６に連通している。共通流路６３の下流側の端部は、第１分岐流路６４Ａと第２分岐流路６４Ｂとに連通している。第１分岐流路６４Ａの下流側の端部は、第１個別流路６５Ａと第３個別流路６５Ｃとに連通している。第２分岐流路６４Ｂの下流側の端部は、第２個別流路６５Ｂと第４個別流路６５Ｄとに連通している。図６に示すように、第１個別流路６５Ａは、第１ノズル６８Ａの吐出口６９Ａに連通しており、第２個別流路６５Ｂは、第２ノズル６８Ｂの吐出口６９Ｂに連通している。第３個別流路６５Ｃは、第３ノズル６８Ｃの吐出口６９Ｃに連通しており、第４個別流路６５Ｄは、第４ノズル６８Ｄの吐出口６９Ｄに連通している。
【0023】
共通流路６３は、第１流路部材６１にＺ方向に沿って設けられた貫通孔によって構成されている。各分岐流路６４Ａ，６４Ｂは、第１流路部材６１に水平方向に設けられた溝によって構成されている。各個別流路６５Ａ～６５Ｄは、第２流路部材６２に水平方向に沿って設けられた溝と、第２流路部材６２にＺ方向に沿って設けられた貫通孔によって構成されている。共通流路６３の下流側の端部から第１ノズル６８Ａの吐出口６９Ａまでの流路の長さと、共通流路６３の下流側の端部から第２ノズル６８Ｂの吐出口６９Ｂまでの流路の長さと、共通流路６３の下流側の端部から第３ノズル６８Ｃの吐出口６９Ｃまでの流路の長さと、共通流路６３の下流側の端部から第４ノズル６８Ｄの吐出口６９Ｄまでの流路の長さとは、それぞれ同じである。そのため、共通流路６３の下流側の端部から各吐出口６９Ａ～６９Ｄに可塑化材料が流れる際の圧力損失を均等にすることができるので、各吐出口６９Ａ～６９Ｄから吐出される可塑化材料の量にばらつきが生じることを抑制できる。
【0024】
図５に示すように、吐出切替部７０は、各ノズル６８Ａ～６８Ｄからの可塑化材料の吐出の停止と再開とを個別に切り替える。本実施形態では、吐出切替部７０は、各個別流路６５Ａ～６５Ｄに対して１つずつ設けられたバルブ７１Ａ～７１Ｄによって構成されている。各バルブ７１Ａ～７１Ｄは、弁部７５Ａ～７５Ｄと弁駆動部７６Ａ～７６Ｄとを有している。
【0025】
本実施形態では、各弁部７５Ａ～７５Ｄは、Ｘ方向に沿った中心軸を有する円柱状の外形形状を有している。吐出部６０の第２流路部材６２には、各個別流路６５Ａ～６５Ｄに対して１つずつ、Ｘ方向に沿った中心軸を有する円筒状のシリンダー部６６Ａ～６６Ｄが設けられており、各弁部７５Ａ～７５Ｄは、各シリンダー部６６Ａ～６６Ｄ内に配置されている。
【0026】
本実施形態では、各弁駆動部７６Ａ～７６Ｄは、コンプレッサーから供給される圧縮空気を用いて各弁部７５Ａ～７５Ｄを駆動させる空気式である。各弁駆動部７６Ａ～７６Ｄは、制御部５００の制御下で、各弁部７５Ａ～７５ＤをＸ方向に沿って並進移動させて、各個別流路６５Ａ～６５Ｄを個別に開閉する。例えば、弁駆動部７６Ａは、弁部７５Ａを図５に示した位置から＋Ｘ方向に向かって移動させて、弁部７５Ａによって第１個別流路６５Ａを閉塞させ、弁部７５Ａを図５に示した位置に戻して、第１個別流路６５Ａを開放する。各個別流路６５Ａ～６５Ｄが個別に開閉されることによって、各ノズル６８Ａ～６８Ｄからの可塑化材料の吐出の停止と再開とが個別に切り替えられる。尚、各弁駆動部７６Ａ～７６Ｄは、上述した空気式に限られず、ソレノイドの発生させる電磁力を用いて各弁部７５Ａ～７５を駆動させるソレノイド式でもよいし、モーターの発生させる回転力を用いて各弁部７５Ａ～７５Ｄを駆動させる電気式でもよい。各バルブ７１Ａ～７１Ｄは、並進動作ではなく回転動作によって各個別流路６５Ａ～６５Ｄを個別に開閉してもよい。この場合、各バルブ７１Ａ～７１Ｄは、例えば、バタフライバルブによって構成されてもよい。
【0027】
図１および図２に示すように、表面活性化部２１０は、各ノズル６８Ａ～６８Ｄに対して＋Ｘ方向側、かつ、各ノズル６８Ａ～６８Ｄに対して＋Ｚ方向側に配置されている。スクリューケース３１の＋Ｘ方向側の側面には、第１支持部３５が固定されており、表面活性化部２１０は、第１支持部３５に固定されている。表面活性化部２１０は、ステージ３００上に形成された造形層の表面を化学的に活性化させる。本実施形態では、表面活性化部２１０は、大気圧プラズマ装置によって構成されている。表面活性化部２１０は、制御部５００の制御下で、ステージ３００上に形成された造形層に大気圧プラズマを照射することによって、造形層の表面を化学的に活性化させて、造形層の表面自由エネルギー、換言すれば、造形層の濡れ性を高める。尚、表面活性化部２１０は、造形層にプラズマを照射するのではなく、造形層にイオンビームあるいは紫外線を照射して、造形層の表面を化学的に活性化させてもよい。
【0028】
再加熱部２２０は、Ｘ方向における各ノズル６８Ａ～６８Ｄと表面活性化部２１０との間、かつ、各ノズル６８Ａ～６８Ｄに対して＋Ｚ方向側に配置されている。再加熱部２２０は、第１支持部３５に固定されている。再加熱部２２０は、ステージ３００上に形成された造形層を加熱する。本実施形態では、再加熱部２２０は、内蔵されたヒーターによって昇温された熱風を送出する送風機によって構成されている。熱風とは、材料ＭＲのガラス転移点以上の温度の空気あるいは不活性ガスの流れのことを意味する。再加熱部２２０は、制御部５００の制御下で、ステージ３００上に形成された造形層に向かって熱風を吹き付けることによって、造形層の上面をガラス転移点以上の温度に加熱する。尚、再加熱部２２０は、ヒーターを内蔵した送風機でなく、例えば、ハロゲンランプによって構成されてもよい。再加熱部２２０は、Ｘ方向における各ノズル６８Ａ～６８Ｄと表面活性化部２１０との間ではなく、表面活性化部２１０に対して＋Ｘ方向側に配置されてもよい。
【0029】
平坦化部２３０は、各ノズル６８Ａ～６８Ｄに対して－Ｘ方向側、かつ、各ノズル６８Ａ～６８Ｄに対して－Ｚ方向側に配置されている。平坦化部２３０は、スクリューケース３１の下端部に固定されている。平坦化部２３０は、ステージ３００上に形成された造形層を平坦化する。本実施形態では、平坦化部２３０は、ローラー２３１と、ローラー２３１を支持するローラー支持部２３２とを備えている。ローラー２３１は、回転軸がＹ方向に平行になるように配置されている。平坦化部２３０は、各ノズル６８Ａ～６８Ｄから吐出された可塑化材料によって形成された硬化前の造形層をローラー２３１によって押圧して平坦化する。本実施形態では、ローラー支持部２３２は、制御部５００の制御下でローラー２３１を昇降させる機能を有しており、Ｚ方向におけるステージ３００とローラー２３１との距離を変更可能に構成されている。Ｚ方向におけるステージ３００とローラー２３１との距離を変更することによって、ローラー２３１によって造形層を押圧する際の押圧力を調節できる。尚、平坦化部２３０は、ローラー２３１ではなく、スキージを備え、スキージによって造形層を平坦化してもよい。ローラー支持部２３２のことを位置変更部と呼ぶことがある。ローラー支持部２３２は、Ｚ方向におけるローラー２３１の位置を変更可能に構成されていなくてもよい。
【0030】
冷却部２４０は、平坦化部２３０に対して－Ｘ方向側、かつ、各ノズル６８Ａ～６８Ｄに対して＋Ｚ方向側に配置されている。スクリューケース３１の－Ｘ方向側の側面には、第２支持部３６が固定されており、冷却部２４０は、第２支持部３６によって支持されている。冷却部２４０は、ステージ３００上に形成された造形層を冷却する。本実施形態では、冷却部２４０は、冷風を送出する送風機によって構成されている。冷風とは、材料ＭＲのガラス転移点よりも十分に低い温度の空気あるいは不活性ガスの流れのことを意味する。冷風の温度は、三次元造形装置１００の設置場所の室温以下であることが好ましい。冷却部２４０は、制御部５００の制御下で、各ノズル６８Ａ～６８Ｄから吐出された可塑化材料によって形成された硬化前の造形層に向かって冷風を吹き付けることによって、造形層を冷却して硬化を促進させる。
【0031】
図１に示すように、ステージ３００は、吐出部６０に対して、－Ｚ方向に配置されている。上述したとおり、ステージ３００は、各ノズル６８Ａ～６８Ｄに対向し、各ノズル６８Ａ～６８Ｄから吐出された可塑化材料が堆積される堆積面３１０を有している。堆積面３１０の上に三次元造形物が造形される。本実施形態では、堆積面３１０は、水平面に平行に設けられている。ステージ３００は、移動部４００によって支持されている。
【0032】
移動部４００は、吐出部６０と堆積面３１０との相対的な位置を変化させる。本実施形態では、移動部４００は、ステージ３００を移動させることによって、吐出部６０と堆積面３１０との相対的な位置を変化させる。本実施形態における移動部４００は、３つのモーターが発生させる動力によって、ステージ３００をＸ，Ｙ，Ｚ方向の３軸方向に移動させる３軸ポジショナーによって構成されている。各モーターは、制御部５００の制御下で駆動される。尚、移動部４００は、ステージ３００を移動させずに造形部２００を移動させることによって、吐出部６０と堆積面３１０との相対的な位置を変化させるように構成されてもよい。また、移動部４００は、造形部２００とステージ３００との両方を移動させることによって、吐出部６０と堆積面３１０との相対的な位置を変化させるように構成されてもよい。移動部４００は、吐出部６０と堆積面３１０とのＹ方向における相対的な位置を変化させる機能を有していなくてもよい。
【0033】
制御部５００は、１つまたは複数のプロセッサーと、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５００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。例えば、制御部５００は、後述する造形処理を実行することによって、ステージ３００上に三次元造形物を造形する。尚、制御部５００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。
【0034】
図７は、三次元造形物を造形するための造形処理の内容を示すフローチャートである。この処理は、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、所定の開始操作がユーザーによって行われた場合に、制御部５００によって実行される。
【0035】
まず、制御部５００は、ステップＳ１１０にて、三次元造形物を造形するための造形データを取得する。造形データとは、ステージ３００に対する吐出部６０の移動経路や、吐出部６０の各ノズル６８から吐出される可塑化材料の量等に関する情報が表されたデータである。造形データは、例えば、三次元造形装置１００に接続されたコンピューターにインストールされたスライサーソフトに形状データを読み込ませることによって作成される。形状データとは、三次元ＣＡＤソフトや三次元ＣＧソフト等を用いて作成された三次元造形物の目標形状を表すデータである。形状データには、ＳＴＬ形式やＡＭＦ形式等のデータを用いることができる。スライサーソフトは、三次元造形物の目標形状を所定の厚みの層に分割して、層ごとに造形データを作成する。造形データは、ＧコードやＭコード等によって表される。制御部５００は、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造形データを取得する。
【0036】
次に、ステップＳ１２０にて、制御部５００は、造形データに従って可塑化部３０を制御して、可塑化材料の生成を開始する。制御部５００は、フラットスクリュー４０の回転速度、および、バレル５０に設けられたヒーター５８の温度を制御することによって、材料を可塑化させて可塑化材料を生成する。可塑化材料は、造形処理が行われる間、生成され続ける。
【0037】
ステップＳ１３０にて、制御部５００は、造形層を形成する。本実施形態では、制御部５００は、造形データに従って、可塑化部３０、吐出切替部７０、移動部４００、表面活性化部２１０、再加熱部２２０、平坦化部２３０のローラー支持部２３２、および、冷却部２４０を制御して、造形層を形成する。造形層が形成される様子については後述する。その後、ステップＳ１４０にて、制御部５００は、全ての造形層の形成が終了したか否かを判定する。制御部５００は、造形データを用いて、全ての造形層の形成が終了したことを判断できる。制御部５００は、ステップＳ１４０で全ての造形層の形成が終了したと判断されるまで、ステップＳ１３０の処理とステップＳ１４０の処理とを繰り返す。ステップＳ１４０で全ての造形層の形成が終了したと判断された場合、制御部５００は、この処理を終了する。
【0038】
図８は、本実施形態の三次元造形装置１００によって造形層が形成される様子を模式的に示す側面図である。図９は、本実施形態の三次元造形装置１００によって造形層が形成される様子を模式的に示す底面図である。１番目に形成される造形層である第１層Ｌ１の形成が開始される前には、造形部２００は、ステージ３００の－Ｘ方向側の端部よりも－Ｘ方向側の初期位置に配置されている。図７に示したステップＳ１３０の処理が開始されると、図８に示すように、制御部５００は、移動部４００を制御することによって、ステージ３００に対して造形部２００を＋Ｘ方向に向かって相対移動させる。ステージ３００に対して造形部２００が＋Ｘ方向に向かって相対移動することによって、造形部２００に設けられた表面活性化部２１０と再加熱部２２０と吐出部６０と平坦化部２３０と冷却部２４０とがこの順にステージ３００上を通過する。本実施形態では、第１層Ｌ１を形成する際には、制御部５００は、表面活性化部２１０からのプラズマＰＬの照射と再加熱部２２０からの熱風ＨＡの送出とをオフにする。尚、制御部５００は、表面活性化部２１０からのプラズマＰＬの照射と再加熱部２２０からの熱風ＨＡの送出とをオンにして第１層Ｌ１を形成してもよい。
【0039】
吐出部６０がステージ３００上を通過する際、吐出部６０の各ノズル６８Ａ～６８Ｄから連続した線状の形態で可塑化材料が吐出される。この際、制御部５００は、吐出切替部７０を制御することによって、三次元造形物の目標形状に応じて各ノズル６８Ａ～６８Ｄからの可塑化材料の吐出の停止と再開とを個別に切り替える。各ノズル６８Ａ～６８Ｄから吐出された可塑化材料がステージ３００上に堆積することによって第１層Ｌ１が形成される。
【0040】
ステージ３００上に形成された硬化前の第１層Ｌ１は、平坦化部２３０のローラー２３１によって押圧されて平坦化される。第１層Ｌ１がローラー２３１に押圧されることによって、第１層Ｌ１とステージ３００との密着性が高められる。さらに、第１層Ｌ１が平坦化されることによって、図８に示すように、第１層Ｌ１のＺ方向に沿った厚みは減少し、図９に示すように、第１層Ｌ１のうちの各ノズル６８Ａ～６８Ｄから吐出された可塑化材料によって形成された各部分のＹ方向に沿った幅は増加する。そのため、第１層Ｌ１のうちのＹ方向において隣り合うノズル６８から吐出された可塑化材料によって形成された部分同士の密着性が高められる。例えば、第１層Ｌ１のうちの第１ノズル６８Ａから吐出された可塑化材料によって形成された部分と第２ノズル６８Ｂから吐出された可塑化材料によって形成された部分との密着性が高められる。尚、第１層Ｌ１を形成する際には、制御部５００は、各ノズル６８Ａ～６８Ｄの先端部とステージ３００とを近接させた状態で、ステージ３００に対して造形部２００を＋Ｘ方向に向かって相対移動させることによって、平坦化部２３０によって平坦化される前の第１層Ｌ１を各ノズル６８Ａ～６８Ｄの先端部で押圧してもよい。この場合、第１層Ｌ１とステージ３００との密着性が高まるので、第１平坦化部２３０によって平坦化される前に第１層Ｌ１がステージ３００から剥がれることを抑制できる。
【0041】
平坦化部２３０によって平坦化された第１層Ｌ１は、冷却部２４０から送出された冷風ＣＡによって冷却されて硬化を促進される。第１層Ｌ１の冷却が終了した後、制御部５００は、移動部４００を制御することによって、ステージ３００に対して造形部２００を第１層Ｌ１の厚み分＋Ｚ方向に向かって相対移動させる。さらに、制御部５００は、移動部４００を制御することによって、ステージ３００に対して造形部２００を－Ｘ方向に向かって相対移動させて、Ｘ方向におけるステージ３００に対する造形部２００の位置を初期位置に戻す。
【0042】
ｎを任意の自然数として、ｎ番目に形成される造形層であり、第１層Ｌ１よりも上層の第ｎ層Ｌｎを形成する際、制御部５００は、移動部４００を制御することによって、ステージ３００に対して造形部２００を＋Ｘ方向に向かって相対移動させる。第ｎ層Ｌｎを形成する際には、制御部５００は、表面活性化部２１０からのプラズマＰＬの照射と再加熱部２２０からの熱風ＨＡの送出と冷却部２４０からの冷風ＣＡの送出とをオンにする。ステージ３００に対して造形部２００が＋Ｘ方向に向かって相対移動することによって、造形部２００に設けられた表面活性化部２１０と再加熱部２２０と吐出部６０と平坦化部２３０と冷却部２４０とがこの順に、既に形成された造形層である第ｎ－１層Ｌｎ－１上を通過する。
【0043】
第ｎ－１層Ｌｎ－１上を通過する表面活性化部２１０からプラズマＰＬが照射されることによって、第ｎ－１層Ｌｎ－１の上面は、化学的に活性化される。第ｎ－１層Ｌｎ－１上を通過する再加熱部２２０から熱風ＨＡが吹き付けられることによって、第ｎ－１層Ｌｎ－１の上面は、ガラス転移点以上の温度に加熱される。第ｎ－１層Ｌｎ－１上を通過する吐出部６０の各ノズル６８Ａ～６８Ｄから可塑化材料が吐出されることによって、第ｎ－１層Ｌｎ－１上に第ｎ層Ｌｎが形成される。第ｎ－１層Ｌｎ－１上に形成された第ｎ層Ｌｎは、平坦化部２３０のローラー２３１に押圧されることによって平坦化される。第ｎ層Ｌｎが平坦化されることによって、第ｎ層Ｌｎと第ｎ－１層Ｌｎ－１との密着性が高められる。平坦化部２３０によって平坦化された第ｎ層Ｌｎは、冷却部２４０から送出された冷風ＣＡによって冷却されて硬化を促進される。
【0044】
第ｎ層Ｌｎの冷却が終了した後、制御部５００は、移動部４００を制御することによって、ステージ３００に対して造形部２００を第ｎ層Ｌｎの厚み分＋Ｚ方向に向かって相対移動させる。さらに、制御部５００は、移動部４００を制御することによって、ステージ３００に対して造形部２００を－Ｘ方向に向かって相対移動させて、Ｘ方向におけるステージ３００に対する造形部２００の位置を初期位置に戻す。制御部５００は、上述した処理を繰り返すことによって、ステージ３００上に造形層を積層して三次元造形物を造形する。
【0045】
以上で説明した本実施形態における三次元造形装置１００によれば、４つのノズル６８Ａ～６８Ｄを用いて、一度にステージ３００上の広範囲に造形層を形成できるので、三次元造形物の造形時間を短期化できる。さらに、各ノズル６８Ａ～６８Ｄから連続した線状の形態で可塑化材料が吐出されるので、造形層が形成される際のステージ３００に対する各ノズル６８Ａ～６８Ｄの移動方向である＋Ｘ方向に沿って意図せず空隙が点在する三次元造形物が形成されることを抑制できる。そのため、狙い通りの三次元造形物の強度が確保できなくなることを抑制しつつ、三次元造形物の造形時間を短期化できる。
【0046】
また、本実施形態では、吐出切替部７０は、各個別流路６５Ａ～６５Ｄに設けられたバルブ７１Ａ～７１Ｄによって、各ノズル６８Ａ～６８Ｄからの可塑化材料の吐出の停止と再開とを個別に切り替え可能に構成されている。そのため、簡易な構成で、各ノズル６８Ａ～６８Ｄからの可塑化材料の吐出の停止と再開とを個別に切り替えることができる。
【0047】
また、本実施形態では、各ノズル６８Ａ～６８Ｄが千鳥配置されているので、Ｙ方向において隣り合うノズル６８同士の間隔を狭くできる。特に、本実施形態では、Ｘ方向に沿って視たときに、隣り合うノズル６８の吐出口６９同士が互いに接するように各ノズル６８Ａ～６８Ｄが配置されている。そのため、第ｎ層Ｌｎのうちの隣り合うノズル６８の吐出口６９から吐出された可塑化材料によって形成された部分同士の間に、空隙が形成されることを抑制できる。さらに、本実施形態では、各吐出口６９Ａ～６９Ｄの開口形状が長方形であるため、各吐出口６９Ａ～６９Ｄから吐出される可塑化材料の横断面は長方形になる。そのため、第ｎ層Ｌｎのうちの隣り合うノズル６８の吐出口６９から吐出された可塑化材料によって形成された部分同士の間に、空隙が形成されることを効果的に抑制できる。
【0048】
また、本実施形態では、造形部２００に表面活性化部２１０が設けられているので、各ノズル６８Ａ～６８Ｄから第ｎ－１層Ｌｎ―１上への可塑化材料の吐出に先立って、表面活性化部２１０によって第ｎ－１層Ｌｎ―１の上面を化学的に活性化できる。そのため、第ｎ－１層Ｌｎ―１と第ｎ層Ｌｎとの化学的な結合力を高めることができる。
【0049】
また、本実施形態では、造形部２００に再加熱部２２０が設けられているので、各ノズル６８Ａ～６８Ｄから第ｎ－１層Ｌｎ―１上への可塑化材料の吐出に先立って、再加熱部２２０によって第ｎ－１層Ｌｎ―１の上面をガラス転移点以上の温度に加熱できる。そのため、第ｎ－１層Ｌｎ―１と第ｎ層Ｌｎとの密着性を高めることができる。特に、本実施形態では、造形部２００とステージ３００とを覆うチャンバーを設けてチャンバー内を所定の温度に加熱しなくても、第ｎ－１層Ｌｎ―１と第ｎ層Ｌｎとの密着性を高めることができるので、三次元造形装置１００の小型化および省電力化を図ることができる。
【0050】
また、本実施形態では、造形部２００に平坦化部２３０が設けられているので、各ノズル６８Ａ～６８Ｄから吐出された可塑化材料によって形成された硬化前の造形層を平坦化部２３０によって平坦化できる。造形層が平坦化されることによって、造形層のうちの各ノズル６８Ａ～６８Ｄから吐出された可塑化材料によって形成された各部分のＹ方向に沿った幅が増加するので、造形層のうちのＹ方向において隣り合うノズル６８から吐出された可塑化材料によって形成された部分同士の密着性を高めることができる。さらに、造形層が平坦化されることによって、第１層Ｌ１とステージ３００との密着性や、第ｎ－１層Ｌｎ―１と第ｎ層Ｌｎとの密着性を高めることができる。
【0051】
また、本実施形態では、造形部２００に冷却部２４０が設けられているので、各ノズル６８Ａ～６８Ｄから吐出された可塑化材料によって形成された硬化前の造形層を冷却部２４０によって冷却して硬化を促進できる。そのため、第ｎ－１層Ｌｎ―１を形成してから第ｎ層Ｌｎの形成を開始するまでの間に、第ｎ－１層Ｌｎ―１が硬化するまでの待ち時間が生じることを抑制して、三次元造形物の造形時間を短期化できる。
【0052】
Ｂ．第２実施形態：
図１０は、第２実施形態における三次元造形装置１００ｂの概略構成を示す断面図である。図１１は、第２実施形態における造形部２００ｂの概略構成を示す底面図である。第２実施形態における三次元造形装置１００ｂでは、造形部２００ｂに、２つの表面活性化部２１０Ａ，２１０Ｂと、２つの平坦化部２３０Ａ，２３０Ｂとが設けられていることが第１実施形態と異なる。第２実施形態における三次元造形装置１００ｂには、図１に示した再加熱部２２０と冷却部２４０とに代えて、２つの加熱冷却部２５０Ａ，２５０Ｂが設けられていることが第１実施形態と異なる。第２実施形態では、制御部５００は、ステージ３００に対する造形部２００ｂの往復移動の往路で第ｎ層Ｌｎが形成され、復路で第ｎ＋１層Ｌｎ＋１が形成されるように各部を制御することが第１実施形態と異なる。その他の構成については、特に説明しない限り、図１に示した第１実施形態と同じである。
図１０は、第２実施形態における三次元造形装置１００ｂの概略構成を示す断面図である。図１１は、第２実施形態における造形部２００ｂの概略構成を示す底面図である。第２実施形態における三次元造形装置１００ｂでは、造形部２００ｂに、２つの表面活性化部２１０Ａ，２１０Ｂと、２つの平坦化部２３０Ａ，２３０Ｂとが設けられていることが第１実施形態と異なる。第２実施形態における三次元造形装置１００ｂには、図１に示した再加熱部２２０と冷却部２４０とに代えて、２つの加熱冷却部２５０Ａ，２５０Ｂが設けられていることが第１実施形態と異なる。第２実施形態では、制御部５００は、ステージ３００に対する造形部２００ｂの往復移動の往路で第ｎ層Ｌｎが形成され、復路で第ｎ＋１層Ｌｎ＋１が形成されるように各部を制御することが第１実施形態と異なる。その他の構成については、特に説明しない限り、図１に示した第１実施形態と同じである。
【0053】
以下の説明では、表面活性化部２１０Ａのことを第１表面活性化部２１０Ａと呼び、表面活性化部２１０Ｂのことを第２表面活性化部２１０Ｂと呼ぶ。平坦化部２３０Ａのことを第１平坦化部２３０Ａと呼び、平坦化部２３０Ｂのことを第２平坦化部２３０Ｂと呼ぶ。加熱冷却部２５０Ａのことを第１加熱冷却部２５０Ａと呼び、加熱冷却部２５０Ｂのことを第２加熱冷却部２５０Ｂと呼ぶ。尚、第１表面活性化部２１０Ａと第１加熱冷却部２５０Ａとのことを第１造形補助部と呼ぶことがあり、第２表面活性化部２１０Ｂと第２加熱冷却部２５０Ｂとのことを第２造形補助部と呼ぶことがある。
【0054】
第１表面活性化部２１０Ａは、各ノズル６８Ａ～６８Ｄに対して＋Ｘ方向側、かつ、各ノズル６８Ａ～６８Ｄに対して＋Ｚ方向側に配置されており、第１支持部３５に固定されている。第２表面活性化部２１０Ｂは、各ノズル６８Ａ～６８Ｄに対して－Ｘ方向側、かつ、各ノズル６８Ａ～６８Ｄに対して＋Ｚ方向側に配置されており、第２支持部３６に固定されている。各表面活性化部２１０Ａ，２１０Ｂの構成は、図１および図２に示した第１実施形態の表面活性化部２１０の構成と同じである。
【0055】
第１加熱冷却部２５０Ａは、Ｘ方向における各ノズル６８Ａ～６８Ｄと第１表面活性化部２１０Ａとの間、かつ、各ノズル６８Ａ～６８Ｄに対して＋Ｚ方向側に配置されており、第１支持部３５に固定されている。第２加熱冷却部２５０Ｂは、Ｘ方向における各ノズル６８Ａ～６８Ｄと第２表面活性化部２１０Ｂとの間、かつ、各ノズル６８Ａ～６８Ｄに対して＋Ｚ方向側に配置されており、第２支持部３６に固定されている。各加熱冷却部２５０Ａ，２５０Ｂは、造形層を加熱する機能と、造形層を冷却する機能との両方を有している。本実施形態では、各加熱冷却部２５０Ａ，２５０Ｂは、熱風を送出する機能と冷風を送出する機能との両方を有する送風機によって構成されている。尚、造形層を加熱する機能を発揮した状態の第１加熱冷却部２５０Ａのことを再加熱部と呼び、造形層を冷却する機能を発揮した状態の第１加熱冷却部２５０Ａのことを冷却部と呼ぶことがある。造形層を加熱する機能を発揮した状態の第２加熱冷却部２５０Ｂのことを再加熱部と呼び、造形層を冷却する機能を発揮した状態の第１加熱冷却部２５０Ａのことを冷却部と呼ぶことがある。
【0056】
第１平坦化部２３０Ａは、Ｘ方向における各ノズル６８Ａ～６８Ｄと第２加熱冷却部２５０Ｂとの間に配置されており、バレル５０の下端部に固定されている。第２平坦化部２３０Ｂは、Ｘ方向における各ノズル６８Ａ～６８Ｄと第１加熱冷却部２５０Ａとの間に配置されており、バレル５０の下端部に固定されている。各平坦化部２３０Ａ，２３０Ｂの構成は、図１および図２に示した第１実施形態の平坦化部２３０の構成と同じである。尚、第１平坦化部２３０Ａのローラー支持部２３２と第２平坦化部２３０Ｂのローラー支持部２３２のことを位置変更部と呼ぶことがある。
【0057】
図１２は、本実施形態の三次元造形装置１００ｂによって造形層が形成される様子を模式的に示す第１の側面図である。図１３は、本実施形態の三次元造形装置１００ｂによって造形層が形成される様子を模式的に示す第２の側面図である。図１２に示すように、ｎ番目に形成される造形層である第ｎ層Ｌｎを形成する際、制御部５００は、移動部４００を制御することによって、ステージ３００に対して造形部２００ｂを＋Ｘ方向に向かって相対移動させる。本実施形態では、制御部５００は、ステージ３００に対する造形部２００ｂの移動に先立って、第２平坦化部２３０Ｂのローラー支持部２３２を制御することによって第２平坦化部２３０Ｂのローラー２３１を各ノズル６８Ａ～６８Ｄよりも＋Ｚ方向側に上昇させ、第１平坦化部２３０Ａのローラー支持部２３２を制御することによって第１平坦化部２３０Ａのローラー２３１を各ノズル６８Ａ～６８Ｄよりも－Ｚ方向側に下降させる。つまり、制御部５００は、第１平坦化部２３０Ａのローラー２３１とステージ３００との距離を、第２平坦化部２３０Ｂのローラー２３１とステージ３００との距離よりも小さくする。ステージ３００に対して造形部２００ｂが＋Ｘ方向に向かって相対移動することによって、造形部２００ｂに設けられた第１表面活性化部２１０Ａと第１加熱冷却部２５０Ａと第２平坦化部２３０Ｂと吐出部６０と第１平坦化部２３０Ａと第２加熱冷却部２５０Ｂと第２表面活性化部２１０Ｂとがこの順に第ｎ－１層Ｌｎ―１上を通過する。
【0058】
第ｎ－１層Ｌｎ―１上を通過する第１表面活性化部２１０ＡからプラズマＰＬが照射されることによって、第ｎ－１層Ｌｎ―１の上面は、化学的に活性化される。第ｎ－１層Ｌｎ―１上を通過する第１加熱冷却部２５０Ａから熱風ＨＡが吹き付けられることによって、第ｎ－１層Ｌｎ―１の上面はガラス転移点以上の温度に加熱される。第ｎ－１層Ｌｎ―１上を通過する吐出部６０の各ノズル６８Ａ～６８Ｄから可塑化材料が吐出されることによって、第ｎ－１層Ｌｎ―１上に第ｎ層Ｌｎが形成される。第ｎ－１層Ｌｎ－１上に形成された第ｎ層Ｌｎは、第１平坦化部２３０Ａのローラー２３１に押圧されることによって平坦化される。第１平坦化部２３０Ａによって平坦化された第ｎ層Ｌｎは、第２加熱冷却部２５０Ｂから送出された冷風ＣＡによって冷却されて硬化を促進される。尚、制御部５００は、第ｎ層Ｌｎを形成する際には、第２表面活性化部２１０Ｂからのプラズマの照射をオフにする。
【0059】
図１３に示すように、ｎ＋１番目に形成される造形層である第ｎ＋１層Ｌｎ＋１を形成する際、制御部５００は、移動部４００を制御することによって、ステージ３００に対して造形部２００ｂを－Ｘ方向に向かって相対移動させる。制御部５００は、ステージ３００に対する造形部２００ｂの移動に先立って、第２平坦化部２３０Ｂのローラー支持部２３２を制御することによって第２平坦化部２３０Ｂのローラー２３１を各ノズル６８Ａ～６８Ｄよりも－Ｚ方向側に下降させ、第１平坦化部２３０Ａのローラー支持部２３２を制御することによって第１平坦化部２３０Ａのローラー２３１を各ノズル６８Ａ～６８Ｄよりも＋Ｚ方向側に上昇させる。つまり、制御部５００は、第２平坦化部２３０Ｂのローラー２３１とステージ３００との距離を、第１平坦化部２３０Ａのローラー２３１とステージ３００との距離よりも小さくする。ステージ３００に対して造形部２００ｂが－Ｘ方向に向かって相対移動することによって、造形部２００ｂに設けられた第２表面活性化部２１０Ｂと第２加熱冷却部２５０Ｂと第１平坦化部２３０Ａと吐出部６０と第２平坦化部２３０Ｂと第１加熱冷却部２５０Ａと第１表面活性化部２１０Ａとがこの順に第ｎ層Ｌｎ上を通過する。
【0060】
第ｎ層Ｌｎ上を通過する第２表面活性化部２１０ＢからプラズマＰＬが照射されることによって、第ｎ層Ｌｎの上面は化学的に活性化される。第ｎ層Ｌｎ上を通過する第２加熱冷却部２５０Ｂから熱風ＨＡが吹き付けられることによって、第ｎ層Ｌｎの上面はガラス転移点以上の温度に加熱される。第ｎ層Ｌｎ上を通過する吐出部６０の各ノズル６８Ａ～６８Ｄから可塑化材料が吐出されることによって、第ｎ層Ｌｎ上に第ｎ＋１層Ｌｎ＋１が形成される。第ｎ層Ｌｎ上に形成された第ｎ＋１層Ｌｎ＋１は、第２平坦化部２３０Ｂのローラー２３１に押圧されることによって平坦化される。第２平坦化部２３０Ｂによって平坦化された第ｎ＋１層Ｌｎ＋１は、第１加熱冷却部２５０Ａから送出された冷風ＣＡによって冷却されて硬化を促進される。尚、制御部５００は、第ｎ＋１層Ｌｎ＋１を形成する際には、第１表面活性化部２１０Ａからのプラズマの照射をオフにする。
【0061】
以上で説明した本実施形態における三次元造形装置１００ｂによれば、ステージ３００に対する造形部２００ｂのＸ方向に沿った往復移動の往路と復路とのそれぞれで造形層を形成するので、第１実施形態に比べて造形時間を短期化できる。さらに、造形部２００ｂを＋Ｘ方向に相対移動させて造形層を形成する際には第１平坦化部２３０Ａのローラー２３１で造形層を平坦化でき、造形部２００ｂを－Ｘ方向に相対移動させて造形層を形成する際には第２平坦化部２３０Ｂのローラー２３１で造形層を平坦化できる。
【0062】
また、本実施形態では、第１表面活性化部２１０Ａと第１加熱冷却部２５０Ａと第２平坦化部２３０Ｂとに対して、第２表面活性化部２１０Ｂと第２加熱冷却部２５０Ｂと第１平坦化部２３０Ａとが、各ノズル６８Ａ～６８Ｄを挟んで対称に設けられているので、ステージ３００に対して造形部２００ｂを＋Ｘ方向に相対移動させる際だけでなく、ステージ３００に対して造形部２００ｂを－Ｘ方向に相対移動させる際にも、既に形成された造形層である既設層の上面を化学的に活性化し、既設層の上面を加熱し、新たに形成された造形層を平坦化し、新たに形成された造形層を冷却できる。
【0063】
Ｃ．第３実施形態：
図１４は、第３実施形態における三次元造形装置１００ｃの概略構成を示す側面図である。図１５は、第３実施形態における造形部２００ｃの概略構成を示す底面図である。第３実施形態における三次元造形装置１００ｃでは、造形部２００ｃに、２つの表面活性化部２１０Ａ，２１０Ｂと、２つの平坦化部２３０Ｃ，２３０Ｄとが設けられていること、および、２つの平坦化部２３０Ｃ，２３０Ｄにヒーター２３３が設けられていることが第１実施形態と異なる。第３実施形態における三次元造形装置１００ｃには、図１に示した再加熱部２２０と冷却部２４０とが設けられていない。第３実施形態では、制御部５００は、ステージ３００に対する造形部２００ｃの往復移動の往路で第ｎ層Ｌｎが形成され、復路で第ｎ＋１層Ｌｎ＋１が形成されるように各部を制御することが第１実施形態と異なる。その他の構成については、特に説明しない限り、図１に示した第１実施形態と同じである。
図１４は、第３実施形態における三次元造形装置１００ｃの概略構成を示す側面図である。図１５は、第３実施形態における造形部２００ｃの概略構成を示す底面図である。第３実施形態における三次元造形装置１００ｃでは、造形部２００ｃに、２つの表面活性化部２１０Ａ，２１０Ｂと、２つの平坦化部２３０Ｃ，２３０Ｄとが設けられていること、および、２つの平坦化部２３０Ｃ，２３０Ｄにヒーター２３３が設けられていることが第１実施形態と異なる。第３実施形態における三次元造形装置１００ｃには、図１に示した再加熱部２２０と冷却部２４０とが設けられていない。第３実施形態では、制御部５００は、ステージ３００に対する造形部２００ｃの往復移動の往路で第ｎ層Ｌｎが形成され、復路で第ｎ＋１層Ｌｎ＋１が形成されるように各部を制御することが第１実施形態と異なる。その他の構成については、特に説明しない限り、図１に示した第１実施形態と同じである。
【0064】
以下の説明では、表面活性化部２１０Ａのことを第１表面活性化部２１０Ａと呼び、表面活性化部２１０Ｂのことを第２表面活性化部２１０Ｂと呼ぶ。平坦化部２３０Ｃのことを第１平坦化部２３０Ｃと呼び、平坦化部２３０Ｄのことを第２平坦化部２３０Ｄと呼ぶ。尚、第１表面活性化部２１０Ａのことを第１造形補助部と呼ぶことがあり、第２表面活性化部２１０Ｂのことを第２造形補助部と呼ぶことがある。
【0065】
第１表面活性化部２１０Ａは、各ノズル６８Ａ～６８Ｄに対して＋Ｘ方向側、かつ、各ノズル６８Ａ～６８Ｄに対して＋Ｚ方向側に配置されており、第１支持部３５に固定されている。第２表面活性化部２１０Ｂは、各ノズル６８Ａ～６８Ｄに対して－Ｘ方向側、かつ、各ノズル６８Ａ～６８Ｄに対して＋Ｚ方向側に配置されており、第２支持部３６に固定されている。各表面活性化部２１０Ａ，２１０Ｂの構成は、図１および図２に示した第１実施形態の表面活性化部２１０の構成と同じである。
【0066】
第１平坦化部２３０Ｃは、Ｘ方向における各ノズル６８Ａ～６８Ｄと第２表面活性化部２１０Ｂとの間に配置されており、バレル５０の下端部に固定されている。第２平坦化部２３０Ｄは、Ｘ方向における各ノズル６８Ａ～６８Ｄと第１表面活性化部２１０Ａとの間に配置されており、バレル５０の下端部に固定されている。各平坦化部２３０Ｃ，２３０Ｄは、ローラー２３１を加熱するヒーター２３３を有している。本実施形態では、ヒーター２３３は、ローラー２３１内に設けられている。ヒーター２３３の温度は、制御部５００によって制御される。各平坦化部２３０Ｃ，２３０Ｄのその他の構成は、図１に示した第１実施形態の平坦化部２３０の構成と同じである。尚、第１平坦化部２３０Ｃのローラー２３１内に設けられたヒーター２３３のことを第１ヒーターと呼び、第２平坦化部２３０Ｄのローラー２３１内に設けられたヒーター２３３のことを第２ヒーターと呼ぶことがある。第１平坦化部２３０Ｃのローラー支持部２３２と第２平坦化部２３０Ｄのローラー支持部２３２のことを位置変更部と呼ぶことがある。
【0067】
図１６は、本実施形態の三次元造形装置１００ｃによって造形層が形成される様子を示す第１の側面図である。図１７は、本実施形態の三次元造形装置１００ｃによって造形層が形成される様子を示す第２の側面図である。図１６に示すように、造形層の第ｎ層を造形する際、制御部５００は、移動部４００を制御することによって、ステージ３００に対して造形部２００ｃを＋Ｘ方向に向かって相対移動させる。本実施形態では、制御部５００は、ステージ３００に対する造形部２００ｃの移動に先立って、各平坦化部２３０Ｃ，２３０Ｄのローラー支持部２３２を制御することによって、第２平坦化部２３０Ｄのローラー２３１とステージ３００との距離を、第１平坦化部２３０Ｃのローラー２３１とステージ３００との距離よりも小さくする。さらに、制御部５００は、第２平坦化部２３０Ｄのヒーター２３３をオンにし、第１平坦化部２３０Ｃのヒーター２３３をオフにする。ステージ３００に対して造形部２００ｃが＋Ｘ方向に向かって相対移動することによって、造形部２００ｃに設けられた第１表面活性化部２１０Ａと第２平坦化部２３０Ｄと吐出部６０と第１平坦化部２３０Ｃと第２表面活性化部２１０Ｂとがこの順に第ｎ－１層Ｌｎ―１上を通過する。
【0068】
第ｎ－１層Ｌｎ―１上を通過する第１表面活性化部２１０ＡからプラズマＰＬが照射されることによって、第ｎ－１層Ｌｎ―１の上面は化学的に活性化される。第２平坦化部２３０Ｄのローラー２３１が第ｎ－１層Ｌｎ―１の上面に接触しながら第ｎ－１層Ｌｎ―１上を通過するによって、第ｎ－１層Ｌｎ―１の上面はガラス転移点以上の温度に加熱される。図１７に示すように、第２平坦化部２３０Ｄによって加熱された第ｎ－１層Ｌｎ―１上を通過する吐出部６０の各ノズル６８Ａ～６８Ｄから可塑化材料が吐出されることによって、第ｎ－１層Ｌｎ―１上に第ｎ層Ｌｎが形成される。第ｎ－１層Ｌｎ－１上に形成された第ｎ層Ｌｎは、第１平坦化部２３０Ｃのローラー２３１に押圧されることによって平坦化される。尚、制御部５００は、第ｎ層Ｌｎを形成する際には、第２表面活性化部２１０Ｂからのプラズマの照射をオフにする。
【0069】
造形層の第ｎ＋１層Ｌｎ＋１を造形する際、制御部５００は、移動部４００を制御することによって、ステージ３００に対して造形部２００ｃを－Ｘ方向に向かって相対移動させる。本実施形態では、制御部５００は、ステージ３００に対する造形部２００ｃの移動に先立って、各平坦化部２３０Ｃ，２３０Ｄのローラー支持部２３２を制御することによって、第１平坦化部２３０Ｃのローラー２３１とステージ３００との距離を、第２平坦化部２３０Ｄのローラー２３１とステージ３００との距離よりも小さくする。さらに、制御部５００は、第１平坦化部２３０Ｃのヒーター２３３をオンにし、第２平坦化部２３０Ｄのヒーター２３３をオフにする。ステージ３００に対して造形部２００ｃが－Ｘ方向に向かって相対移動することによって、造形部２００ｃに設けられた第２表面活性化部２１０Ｂと第１平坦化部２３０Ｃと吐出部６０と第２平坦化部２３０Ｄと第１表面活性化部２１０Ａとがこの順に第ｎ層Ｌｎ上を通過する。
【0070】
第ｎ層Ｌｎ上を通過する第２表面活性化部２１０ＢからプラズマＰＬが照射されることによって、第ｎ層Ｌｎの上面は化学的に活性化される。第１平坦化部２３０Ｃのローラー２３１が第ｎ層Ｌｎの上面に接触しながら第ｎ層上を通過するによって、第ｎ層Ｌｎの上面はガラス転移点以上の温度に加熱される。第ｎ層Ｌｎ上を通過する吐出部６０の各ノズル６８Ａ～６８Ｄから可塑化材料が吐出されることによって、第ｎ層Ｌｎ上に第ｎ＋１層Ｌｎ＋１が形成される。第ｎ層Ｌｎ上に形成された第ｎ＋１層Ｌｎ＋１は、第２平坦化部２３０Ｄのローラー２３１に押圧されることによって平坦化される。尚、制御部５００は、第ｎ＋１層Ｌｎ＋１を形成する際には、第１表面活性化部２１０Ａからのプラズマの照射をオフにする。
【0071】
以上で説明した本実施形態における三次元造形装置１００ｃによれば、ステージ３００に対して造形部２００ｃを＋Ｘ方向に相対移動させて造形層の第ｎ層Ｌｎを形成する際に、各ノズル６８Ａ～６８Ｄから第ｎ－１層Ｌｎ―１上への可塑化材料の吐出に先立って、第ｎ－１層Ｌｎ―１の上面を第２平坦化部２３０Ｄによって加熱でき、第ｎ－１層Ｌｎ―１上に形成された第ｎ層Ｌｎを第１平坦化部２３０Ｃによって平坦化できる。さらに、ステージ３００に対して造形部２００ｃを－Ｘ方向に相対移動させて造形層の第ｎ＋１層Ｌｎ＋１を形成する際に、各ノズル６８Ａ～６８Ｄから第ｎ層Ｌｎ上への可塑化材料の吐出に先立って、第ｎ層Ｌｎの上面を第１平坦化部２３０Ｃによって加熱でき、第ｎ層Ｌｎ上に形成された第ｎ＋１層Ｌｎ＋１を第２平坦化部２３０Ｄによって平坦化できる。
【0072】
Ｄ．他の実施形態：
（Ｄ１）上述した第１実施形態の三次元造形装置１００は、表面活性化部２１０を備えている。これに対して、三次元造形装置１００は、表面活性化部２１０を備えていなくてもよい。また、上述した第２実施形態の三次元造形装置１００ｂおよび第３実施形態の三次元造形装置１００ｃは、第１表面活性化部２１０Ａおよび第２表面活性化部２１０Ｂを備えている。これに対して、三次元造形装置１００ｂ，１００ｃは、第１表面活性化部２１０Ａおよび第２表面活性化部２１０Ｂを備えていなくてもよい。
（Ｄ１）上述した第１実施形態の三次元造形装置１００は、表面活性化部２１０を備えている。これに対して、三次元造形装置１００は、表面活性化部２１０を備えていなくてもよい。また、上述した第２実施形態の三次元造形装置１００ｂおよび第３実施形態の三次元造形装置１００ｃは、第１表面活性化部２１０Ａおよび第２表面活性化部２１０Ｂを備えている。これに対して、三次元造形装置１００ｂ，１００ｃは、第１表面活性化部２１０Ａおよび第２表面活性化部２１０Ｂを備えていなくてもよい。
【0073】
（Ｄ２）上述した第１実施形態の三次元造形装置１００は、再加熱部２２０を備えている。これに対して、三次元造形装置１００は、再加熱部２２０を備えていなくてもよい。
【0074】
（Ｄ３）上述した第１実施形態の三次元造形装置１００は、平坦化部２３０を備えている。これに対して、三次元造形装置１００は、平坦化部２３０を備えていなくてもよい。
【0075】
（Ｄ４）上述した第１実施形態の三次元造形装置１００は、冷却部２４０を備えている。これに対して、三次元造形装置１００は、冷却部２４０を備えていなくてもよい。
【0076】
（Ｄ５）上述した第２実施形態の三次元造形装置１００ｂは、第１加熱冷却部２５０Ａおよび第２加熱冷却部２５０Ｂを備えている。これに対して、三次元造形装置１００ｂは、第１加熱冷却部２５０Ａおよび第２加熱冷却部２５０Ｂを備えていなくてもよい。
【0077】
（Ｄ６）上述した第１実施形態の三次元造形装置１００では、送風機によって構成された冷却部２４０を備えている。これに対して、冷却部２４０は、ステージ３００の下方に配置され、水やフッ素系の不活性液体からなる冷却液で満たされた冷却液槽によって構成されてもよい。この場合、制御部５００は、各造形層の形成が終了した後、ステージ３００を下降させて、各造形層を冷却液に浸して冷却してもよい。
【0078】
（Ｄ７）上述した各実施形態の三次元造形装置１００～１００ｃでは、吐出切替部７０を構成する各バルブ７１Ａ～７１Ｄは、Ｘ方向に沿った中心軸を中心とした円筒状のシリンダー部６６Ａ～６６Ｄ内に配置された各弁部７５Ａ～７５Ｄを、Ｘ方向に沿って並進動作させることによって、各個別流路６５Ａ～６５Ｄを開閉する。これに対して、吐出切替部７０を構成する各バルブ７１Ａ～７１Ｄは、Ｚ方向に沿った中心軸を中心とした円筒状のシリンダー部内に配置された各弁部７５Ａ～７５Ｄを、Ｚ方向に沿って並進動作させることによって、各個別流路６５Ａ～６５Ｄを開閉してもよい。
【0079】
（Ｄ８）上述した各実施形態の三次元造形装置１００～１００ｃにおいて、移動部４００は、Ｚ方向に沿った回転軸を中心にしてステージ３００を回転させる機能を有してもよい。この場合、造形部２００～２００ｃに対するステージ３００の向きを変更できるので、より複雑な形状の造形層や、より広い面積の造形層を形成できる。
【0080】
（Ｄ９）上述した各実施形態の三次元造形装置１００～１００ｃでは、可塑化部３０は、フラットスクリュー４０とバレル５０とを備え、フラットスクリュー４０とバレル５０との相対的な回転を用いて材料を可塑化させて可塑化材料を生成している。これに対して、可塑化部３０は、フラットスクリュー４０ではなく、長尺な円柱状の外形形状を有しており、円柱の側面部分に螺旋溝が形成されたスクリューと、スクリューを囲む円筒状のバレルとを備え、スクリューとバレルとの相対的な回転を用いて材料を可塑化させて可塑化材料を生成してもよい。また、可塑化部３０は、フラットスクリュー４０や上述したスクリューを備えていなくてもよい。この場合、例えば、ＦＤＭ（Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）方式の三次元造形装置のように、材料のフィラメントをヒーターで加熱することによって可塑化させて可塑化材料を生成するように構成されてもよい。
【0081】
Ｅ．他の形態：
本開示は、上述した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で実現することができる。例えば、本開示は、以下の形態によっても実現可能である。以下に記載した各形態中の技術的特徴に対応する上記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必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
本開示は、上述した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で実現することができる。例えば、本開示は、以下の形態によっても実現可能である。以下に記載した各形態中の技術的特徴に対応する上記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必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【0082】
（１）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、材料を可塑化して可塑化材料を生成する可塑化部と、前記可塑化材料が堆積される堆積面を有するステージと、前記ステージの前記堆積面に平行な第１軸に沿って並んで配置された複数のノズルを有し、前記堆積面に向かって前記複数のノズルのそれぞれから連続した線状の形態で前記可塑化材料を吐出する吐出部と、前記複数のノズルのそれぞれからの前記可塑化材料の吐出の停止と再開とを個別に切り替える吐出切替部と、前記ステージの前記堆積面に平行で前記第１軸と交差する第２軸に沿って、前記吐出部を前記ステージに対して相対移動させる移動部と、前記可塑化部、前記吐出切替部、および、前記移動部を制御することによって、前記可塑化材料によって形成される造形層を前記ステージの前記堆積面上に積層する制御部と、を備える。
この形態の三次元造形装置によれば、複数のノズルを用いて一度に広範囲に造形層を形成できるので、造形時間を短期化できる。さらに、複数のノズルのそれぞれから連続した線状の形態で可塑化材料が吐出されるので、ステージに対するノズルの移動方向に沿って意図せず空隙が点在する造形層が形成されることを抑制できる。そのため、積層された造形層によって構成される三次元造形物について、狙い通りの強度が確保できなくなることを抑制しつつ、造形時間を短期化できる。
この形態の三次元造形装置によれば、複数のノズルを用いて一度に広範囲に造形層を形成できるので、造形時間を短期化できる。さらに、複数のノズルのそれぞれから連続した線状の形態で可塑化材料が吐出されるので、ステージに対するノズルの移動方向に沿って意図せず空隙が点在する造形層が形成されることを抑制できる。そのため、積層された造形層によって構成される三次元造形物について、狙い通りの強度が確保できなくなることを抑制しつつ、造形時間を短期化できる。
【0083】
（２）上記形態の三次元造形装置において、前記吐出部は、前記複数のノズルのそれぞれに連通する複数の個別流路を有し、前記吐出切替部は、前記複数の個別流路のそれぞれに対応して設けられた複数のバルブを有し、前記制御部は、前記複数のバルブを個別に開閉することによって、前記複数のノズルのそれぞれからの前記可塑化材料の吐出の停止と再開とを個別に切り替えてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、簡易な構成で、複数のノズルのそれぞれからの可塑化材料の吐出の停止と再開とを個別に切り替えることができる。
この形態の三次元造形装置によれば、簡易な構成で、複数のノズルのそれぞれからの可塑化材料の吐出の停止と再開とを個別に切り替えることができる。
【0084】
（３）上記形態の三次元造形装置において、前記複数のノズルのうちの少なくとも一部は、前記ステージから前記吐出部に向かう方向に視たときに、千鳥状に配置されてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、第１軸に沿った方向において隣り合うノズル同士の間隔を狭くできる。
この形態の三次元造形装置によれば、第１軸に沿った方向において隣り合うノズル同士の間隔を狭くできる。
【0085】
（４）上記形態の三次元造形装置は、前記造形層を形成する際の前記ステージに対する前記吐出部の前記第２軸に沿った移動方向において前記複数のノズルよりも前方に配置され、既に形成されている前記造形層である既設層の表面を加熱する再加熱部を備えてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、再加熱部によって加熱された既設層上に造形層を形成できる。そのため、既設層と造形層との密着性を高めることができる。
この形態の三次元造形装置によれば、再加熱部によって加熱された既設層上に造形層を形成できる。そのため、既設層と造形層との密着性を高めることができる。
【0086】
（５）上記形態の三次元造形装置は、前記造形層を形成する際の前記ステージに対する前記吐出部の前記第２軸に沿った移動方向において前記複数のノズルよりも前方に配置され、既に形成されている前記造形層である既設層の表面を化学的に活性化させる表面活性化部を備えてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、表面活性化部によって表面を化学的に活性化された既設層上に造形層を形成できる。そのため、既設層と造形層との化学的な結合力を高めることができる。
この形態の三次元造形装置によれば、表面活性化部によって表面を化学的に活性化された既設層上に造形層を形成できる。そのため、既設層と造形層との化学的な結合力を高めることができる。
【0087】
（６）上記形態の三次元造形装置は、前記造形層を形成する際の前記ステージに対する前記吐出部の前記第２軸に沿った移動方向において前記複数のノズルよりも後方に配置され、前記造形層を冷却する冷却部を備えてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、冷却部によって造形層を冷却して硬化を促進できるので、造形層が硬化するまでの待ち時間を短期化できる。
この形態の三次元造形装置によれば、冷却部によって造形層を冷却して硬化を促進できるので、造形層が硬化するまでの待ち時間を短期化できる。
【0088】
（７）上記形態の三次元造形装置は、前記造形層を形成する際の前記ステージに対する前記吐出部の前記第２軸に沿った移動方向において前記複数のノズルよりも後方に配置され、前記造形層を平坦化する平坦化部を備えてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、第１平坦化部によって造形層を平坦化して、造形層のうちの各ノズルから吐出された可塑化材料によって形成された各部分の第１軸に沿った方向における幅を広げることができる。
この形態の三次元造形装置によれば、第１平坦化部によって造形層を平坦化して、造形層のうちの各ノズルから吐出された可塑化材料によって形成された各部分の第１軸に沿った方向における幅を広げることができる。
【0089】
（８）上記形態の三次元造形装置は、前記造形層を平坦化可能な第１平坦化部と、前記造形層を平坦化可能な第２平坦化部と、前記第１平坦化部と前記ステージとの距離、および、前記第２平坦化部と前記ステージとの距離を変更する位置変更部と、を備え、前記第１平坦化部、前記複数のノズル、前記第２平坦化部は、前記第２軸に沿って順に配置され、前記制御部は、前記位置変更部を制御することによって、前記造形層を形成する際の前記ステージに対する前記吐出部の前記第２軸に沿った移動方向において前記第１平坦化部が前記複数のノズルよりも後方に位置する場合、前記第１平坦化部と前記ステージとの距離を前記第２平坦化部と前記ステージとの距離よりも小さくして、前記第１平坦化部によって前記造形層を平坦化し、前記移動方向において前記第２平坦化部が前記複数のノズルよりも後方に位置する場合、前記第２平坦化部と前記ステージとの距離を前記第１平坦化部と前記ステージとの距離よりも小さくして、前記第２平坦化部によって前記造形層を平坦化してもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、ステージに対する吐出部の往復移動の往路において造形層を形成する際には、第１平坦化部で造形層を平坦化でき、復路において造形層を形成する際には、第２平坦化部で造形層を平坦化できる。
この形態の三次元造形装置によれば、ステージに対する吐出部の往復移動の往路において造形層を形成する際には、第１平坦化部で造形層を平坦化でき、復路において造形層を形成する際には、第２平坦化部で造形層を平坦化できる。
【0090】
（９）上記形態の三次元造形装置は、前記造形層を平坦化可能であり、既に形成されている前記造形層である既設層の表面を加熱する第１ヒーターを有する第１平坦化部と、前記造形層を平坦化可能であり、前記既設層の表面を加熱する第２ヒーターを有する第２平坦化部と、前記第１平坦化部と前記ステージとの距離、および、前記第２平坦化部と前記ステージとの距離を変更する位置変更部と、を備え、前記第１平坦化部、前記複数のノズル、前記第２平坦化部は、前記第２軸に沿って順に配置され、前記制御部は、前記位置変更部、前記第１ヒーター、および、前記第２ヒーターを制御することによって、前記造形層を形成する際の前記ステージに対する前記吐出部の前記第２軸に沿った移動方向において前記第１平坦化部が前記複数のノズルよりも後方に位置する場合、前記第２平坦化部と前記ステージとの距離を前記第１平坦化部と前記ステージとの距離よりも小さくして、前記第２ヒーターによって前記既設層の表面を加熱し、前記第１平坦化部によって前記造形層を平坦化し、前記移動方向において前記第２平坦化部が前記複数のノズルよりも後方に位置する場合、前記第１平坦化部と前記ステージとの距離を前記第２平坦化部と前記ステージとの距離よりも小さくして、前記第１ヒーターによって前記既設層の表面を加熱し、前記第２平坦化部によって前記造形層を平坦化してもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、ステージに対する吐出部の往復移動の往路において造形層を形成する際には、第２ヒーターによって加熱した既設層上に造形層を形成して第１平坦化部によって造形層を平坦化でき、復路において造形層を形成する際には、第１ヒーターによって加熱した既設層上に造形層を形成して第２平坦化部によって造形層を平坦化できる。
この形態の三次元造形装置によれば、ステージに対する吐出部の往復移動の往路において造形層を形成する際には、第２ヒーターによって加熱した既設層上に造形層を形成して第１平坦化部によって造形層を平坦化でき、復路において造形層を形成する際には、第１ヒーターによって加熱した既設層上に造形層を形成して第２平坦化部によって造形層を平坦化できる。
【0091】
（１０）上記形態の三次元造形装置は、既に形成されている前記造形層である既設層の表面を加熱する再加熱部と、前記既設層の表面を化学的に活性化させる表面活性化部と、前記造形層を冷却する冷却部とのうちの少なくともいずれか一つを有する、第１造形補助部および第２造形補助部を備え、前記第１造形補助部、前記複数のノズル、前記第２造形補助部は、前記第２軸に沿って順に配置されてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、ステージに対する吐出部の往復移動の往路において造形層を形成する際には、第１造形補助部を用いることができ、復路において造形層を形成する際には、第２造形補助部を用いることができる。
この形態の三次元造形装置によれば、ステージに対する吐出部の往復移動の往路において造形層を形成する際には、第１造形補助部を用いることができ、復路において造形層を形成する際には、第２造形補助部を用いることができる。
【0092】
（１１）上記形態の三次元造形装置において、前記移動部は、前記堆積面に垂直な第３軸に沿った回転軸を中心にして前記ステージを回転させてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、ステージを回転させることによって、ステージに対する吐出部の向きを変更できる。
この形態の三次元造形装置によれば、ステージを回転させることによって、ステージに対する吐出部の向きを変更できる。
【0093】
本開示は、三次元造形装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、造形ヘッド等の形態で実現することができる。
【符号の説明】
【0094】
２０…材料供給部、３０…可塑化部、４０…フラットスクリュー、５０…バレル、５６…連通孔、５８…ヒーター、６０…吐出部、６１…第１流路部材、６２…第２流路部材、６３…共通流路、６４…分岐流路、６５…個別流路、６６…シリンダー部、６８…ノズル、６９…吐出口、７０…吐出切替部、７１…バルブ、７５…弁部、７６…弁駆動部、１００…三次元造形装置、２００…造形部、２１０…表面活性化部、２２０…再加熱部、２３０…平坦化部、２３１…ローラー、２３２…ローラー支持部、２３３…ヒーター、２４０…冷却部、２５０…加熱冷却部、３００…ステージ、４００…移動部、５００…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】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】