JP7655112B2 - 三次元造形装置 - Google Patents

Description

本開示は、三次元造形装置に関する。

三次元造形装置に関して、特許文献１には、造形中の造形層の温度を検知し、造形状況を監視しながら造形物を造形する技術が開示されている。

特開２０２０－１５１９３３号公報

上記のような三次元造形装置において、先の造形物の造形完了後、先の造形物がステージ上に残っている状態で次の造形物の造形が開始される場合があり、先の造形物と装置との接触によって、先の造形物や装置が破損する虞があった。

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、ノズル開口を有し、前記ノズル開口から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を支持する造形面を有するステージと、前記造形面に支持された前記造形材料を検知するセンサー部と、前記吐出部を制御して、前記造形材料を前記造形面に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、前記三次元造形物の造形の開始に先立って、前記センサー部を制御して、前記造形面に残存する前記造形材料を検知する残存検知工程を実行する。

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第１の図。 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第２の図。 スクリューの溝形成面側の構成を示す概略斜視図。 バレルのスクリュー対向面側の構成を示す上面図。 三次元造形物が造形される様子を模式的に示す図。 三次元造形処理のフローチャート。 センサー部が開始位置に位置している様子を示す上面図。 センサー部が終了位置に位置している様子を示す上面図。 残存検知工程における検知光のＹ方向における軌跡を説明する図。 残存検知処理のフローチャート。 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図。 三次元造形物のＹ方向における寸法が測定される様子の例を示す図。 三次元造形物のＺ方向における寸法が測定される様子の例を示す図。 第３実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す図。

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の概略構成を示す第１の図である。図２は、第１実施形態における三次元造形装置１００の概略構成を示す第２の図である。図１及び図２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、その反対方向とを、両方含む。Ｘ軸及び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。－Ｚ方向は、鉛直方向であり、＋Ｚ方向は、鉛直方向とは逆向きの方向である。－Ｚ方向のことを「下」ともいい、＋Ｚ方向のことを「上」ともいう。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及び図２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。また、本明細書中で、直交とは、９０°±１０°の範囲を含む。

図１及び図２に示すように、三次元造形装置１００は、吐出部２００と、ステージ３００と、位置変更部４００と、制御部５００と、センサー部６００と、加熱部７００と、報知部８００とを備える。

吐出部２００は、制御部５００の制御下で、固体状態の材料を溶融させてペースト状にした造形材料を、三次元造形物の基台となる造形用のステージ３００上に吐出する。図２に示すように、吐出部２００は、造形材料に転化される前の材料の供給源である材料供給部２０と、材料を可塑化して造形材料を生成する可塑化部３０と、生成された造形材料を吐出するノズル６１とを備える。吐出部２００のことを、ヘッドと呼ぶこともある。

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ＡＢＳ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。

可塑化部３０は、スクリューケース３１と、駆動モーター３２と、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から供給された材料の少なくとも一部を可塑化し、流動性を有するペースト状の造形材料を生成して、ノズル６１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。なお、本実施形態のスクリュー４０は、いわゆるフラットスクリューであり、「スクロール」と呼ばれることもある。

スクリューケース３１は、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、スクリュー４０が収容されている。スクリュー４０は、バレル５０に対向する面に、溝４５が形成された溝形成面４２を有している。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、スクリュー４０の上面４１側に接続されている。なお、駆動モーター３２は、直接、スクリュー４０と接続されていなくてもよく、例えば、スクリュー４０と駆動モーター３２とは、減速機を介して接続されていてもよい。駆動モーター３２は、制御部５００の制御下で駆動される。

バレル５０は、スクリュー４０の下方に配置されている。バレル５０は、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、スクリュー４０の中心軸ＲＸ上に、後述するノズル６１のノズル流路６５に連通する連通孔５６が設けられている。バレル５０には、スクリュー４０の溝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５００によって制御される。

図３は、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。スクリュー４０の溝形成面４２の中央部４７は、溝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に示したバレル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。

溝４５は、いわゆるスクロール溝を構成する。溝４５は、中央部４７から、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。溝形成面４２には、溝４５の側壁部を構成し、各溝４５に沿って延びている凸条部４６が設けられている。溝４５は、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。図２に示すように、本実施形態では、溝４５は、凸条部４６によって隔てられて３本分形成されている。なお、溝４５の数は、３本に限られず、１本でもよいし、２本以上であってもよい。溝４５は、渦状に限らず、螺旋状あるいはインボリュート曲線状であってもよいし、中央部４７から外周に向かって弧を描くように延びる形状であってもよい。

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。上述したように、スクリュー対向面５２の中央には、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、その一端が連通孔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、案内溝５４の一端が連通孔５６に接続されていなくてもよい。また、バレル５０には案内溝５４が形成されていなくてもよい。

図２に示すように、ノズル６１は、ノズル流路６５と、ノズル開口６２が設けられた先端面６３とを備えている。ノズル流路６５は、ノズル６１内に形成された造形材料の流路であり、上述したバレル５０の連通孔５６に接続されている。先端面６３は、ノズル６１の、造形面３１１に向かって－Ｚ方向に突出した先端部分を構成する面である。ノズル開口６２は、ノズル流路６５の大気に連通する側の端部に設けられた、ノズル流路６５の流路断面が縮小された部分である。可塑化部３０によって生成された造形材料は、連通孔５６を介してノズル６１へ供給され、ノズル流路６５を介してノズル開口６２から吐出される。

ステージ３００は、ノズル６１の先端面６３に対向する位置に配置されている。ステージ３００は、ステージ３００の上面の少なくとも一部に、ノズル６１のノズル開口６２から吐出された造形材料が積層される造形面３１１を有している。本実施形態の造形面３１１は、Ｘ方向およびＹ方向に平行な矩形状の面として構成されている。三次元造形装置１００は、ノズル６１からステージ３００の造形面３１１に向けて造形材料を吐出させ、造形材料の層を積層することによって三次元造形物を造形する。以下では、造形面３１１に造形材料が積層する方向のことを積層方向と呼ぶこともある。造形面３１１に沿った方向のことを第１方向と呼び、造形面３１１に沿った方向であって、かつ、第１方向と交差する方向のことを第２方向と呼ぶこともある。また、造形面３１１に垂直な方向を第３方向と呼ぶこともある。積層方向、第１方向、第２方向、および、第３方向は、それぞれ、同じ軸に沿う一方側の方向と、その反対方向とを両方含む。本実施形態では、積層方向および第３方向はＺ方向であり、第１方向はＸ方向であり、第２方向はＹ方向である。

位置変更部４００は、吐出部２００とステージ３００との相対的な位置を変化させる。本実施形態では、位置変更部４００は、ステージ３００をＸ方向およびＹ方向に移動させることによって、Ｘ方向およびＹ方向における吐出部２００とステージ３００との相対的な位置を変化させ、吐出部２００をＺ方向に沿って移動させることによって、Ｚ方向における吐出部２００とステージ３００との相対的な位置を変化させる。図１に示すように、本実施形態では、位置変更部４００は、ステージ３００をＸ方向に沿って移動させる第１電動アクチュエーター４１０と、ステージ３００と第１電動アクチュエーター４１０とをＹ方向に沿って移動させる第２電動アクチュエーター４２０と、吐出部２００をＺ方向に沿って移動させる第３電動アクチュエーター４３０とによって構成されている。各電動アクチュエーター４１０～４３０は、制御部５００の制御下で駆動される。他の実施形態では、位置変更部４００は、例えば、ステージ３００をＺ方向に移動させ、吐出部２００をＸ方向およびＹ方向に沿って移動させてもよいし、吐出部２００を移動させずにステージ３００をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動させてもよいし、ステージ３００を移動させずに吐出部２００をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動させてもよい。

なお、以下では、ステージ３００に対する吐出部２００の相対的な位置の変化を、単に、吐出部２００の移動と呼ぶこともある。本実施形態では、例えば、吐出部２００に対してステージ３００を＋Ｘ方向に移動させたことを、吐出部２００を－Ｘ方向に移動させたと言い換えることもできる。また、同様に、ステージ３００に対するノズル６１や、後述するセンサー部６００、加熱部７００の相対的な位置の変化を、単に、ノズル６１や、センサー部６００、加熱部７００の移動と呼ぶこともある。

図１及び図２に示したセンサー部６００は、造形面３１１に支持された造形材料を検知する。本実施形態では、センサー部６００は、造形面３１１に支持された造形材料を光学的に検知する光学センサーによって構成されている。センサー部６００は、検知光ＤＲを放出する発光部６１０と、発光部６１０から放出された検知光ＤＲを受光する受光部６２０とを有している。発光部６１０と受光部６２０とは、図示しない配線を介して、制御部５００と電気的に接続されている。

本実施形態では、発光部６１０は、検知光ＤＲとしてレーザー光を放出するレーザー発振器によって構成されている。図１に示すように、発光部６１０は、第１支持部６０１に支持されている。第１支持部６０１は、発光部６１０を支持する第１ホルダー６０２と、第１ホルダー６０２が固定される第１支柱６０３とを有している。第１支柱６０３は、その長手方向がＺ方向に沿うように、ステージ３００の＋Ｘ方向の位置に配置されている。第１ホルダー６０２は、第１支柱６０３に対するＺ方向における位置と、第１支柱６０３に対する角度とを調整可能に、第１支柱６０３に固定されている。本実施形態では、発光部６１０は、発光部６１０から放出される検知光ＤＲが造形面３１１上を第１方向に沿って、より詳細には－Ｘ方向に進むように、第１支持部６０１に支持されている。なお、造形面３１１上とは、造形面３１１の上面、及び、造形面３１１の上面よりも上方の領域を指す。

本実施形態では、受光部６２０は、レーザーダイオードによって構成され、検知光ＤＲを受けて電気信号へと変換する。受光部６２０は、受光部６２０は、第１方向、つまり、Ｘ方向において発光部６１０と対向するように第２支持部６０４に支持されている。第２支持部６０４は、受光部６２０を支持する第２ホルダー６０５と、第２ホルダー６０５が固定される第２支柱６０６とを有している。第２支持部６０４は、発光部６１０ではなく受光部６２０を支持する点を除き、第１支持部６０１と同様に構成されている。第２支柱６０６は、その長手方向がＺ方向に沿うように、かつ、第２支柱６０６のＹ方向における位置と第１支柱６０３のＹ方向における位置とが一致するように、ステージ３００の－Ｘ方向の位置に配置されている。従って、本実施形態では、受光部６２０は、Ｘ方向において、造形面３１１を挟んで発光部６１０と対向している。

本実施形態では、上述した位置変更部４００は、センサー部６００をステージ３００に対して相対的にＹ方向に沿って移動させる第１移動部として機能する。より詳細には、位置変更部４００の第２電動アクチュエーター４２０が、固定された発光部６１０および受光部６２０に対してステージ３００をＹ方向に沿って移動させることによって、センサー部６００がステージ３００に対して相対的にＹ方向に沿って移動する。

図１及び図２に示した加熱部７００は、造形面３１１に積層された造形材料を加熱するための部材である。本実施形態の加熱部７００は、ノズル６１の外周に配置され、支持部２０５を介して吐出部２００に固定されている。支持部２０５は、矩形板状の外形形状を有し、支持部２０５の中央には、ノズル６１が挿通される貫通孔が設けられている。加熱部７００は、造形面３１１に対して平行に配置されている。加熱部７００は、位置変更部４００によって移動する吐出部２００に従って移動する。

本実施形態の加熱部７００は、ヒーターによって構成され、造形面３１１の全域を均一に加熱可能に構成されている。より詳細には、加熱部７００の面積は、造形面３１１の面積よりも広く、加熱部７００の外周縁は、Ｚ方向に沿って見た時に、吐出部２００に対してステージ３００が移動する領域の外側に配置されている。つまり、位置変更部４００によって加熱部７００とステージ３００との相対的な位置がどのように変化させられても、ステージ３００は、Ｚ方向に沿って見た時に、加熱部７００の外周縁よりも内側に配置される。加熱部７００を構成するヒーターは、例えば、ハロゲンヒーターや、ニクロム線ヒーター、カーボンヒーターであってもよいし、熱風を送出するヒーターであってもよい。

また、本実施形態では、Ｚ方向に沿って見た時に、加熱部７００とセンサー部６００とは、互いに重ならない位置に配置される。より詳細には、発光部６１０は、加熱部７００の＋Ｘ方向における端部よりも＋Ｘ方向の位置に配置されている。受光部６２０は、加熱部７００の－Ｘ方向における端部よりも－Ｘ方向の位置に配置されている。

報知部８００は、ユーザーに情報を報知する。本実施形態の報知部８００は、制御部５００に接続された液晶モニターによって構成され、視覚情報を液晶モニターに表示することによって情報を報知する。報知部８００は、情報として、例えば、三次元造形装置１００の制御状態等を報知する。報知部８００は、例えば、吐出部２００やステージ３００が筐体内に設置されている場合、筐体の外部から視認可能なモニターとして筐体の外壁面に配置されてもよい。

制御部５００は、三次元造形装置１００全体の動作を制御する制御装置である。制御部５００は、１つ、または、複数のプロセッサーと、メモリーと、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。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、例えば、三次元造形物を造形するための三次元造形処理を実行する機能を発揮する。なお、制御部５００は、コンピューターによって構成される代わりに、各機能の少なくとも一部を実現するための複数の回路を組み合わせた構成により実現されてもよい。

制御部５００は、検知部５１０を備える。本実施形態の検知部５１０は、制御部５００がプログラムを実行することによって実現される機能部である。検知部５１０として機能する制御部５００は、三次元造形物の造形が開始されるのに先立って、残存検知工程を実行する。残存検知工程とは、上述したセンサー部６００を制御して、造形面３１１に残存する造形材料である残存造形材料を検知する工程を指す。残存検知工程において検知される残存造形材料は、三次元造形物の造形が開始される前に既に造形面３１１に支持されている造形材料であり、例えば、造形面３１１に先に造形された三次元造形物や、その破片、先の三次元造形物が造形される際に吐出部２００等から造形面３１１に落下した造形材料の残滓等である。残存検知工程の詳細については後述する。なお、他の実施形態では、検知部５１０は、例えば、制御部５００と別体のコンピューター等によって構成されていてもよい。

三次元造形処理は、三次元造形物を造形するための処理を指す。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、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。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。制御部５００は、例えば、図示しない入力部等を介してユーザーによる開始命令を受けた際に、三次元造形処理を開始する。

図５は、三次元造形処理によって三次元造形物ＯＢが造形される様子を模式的に示す図である。制御部５００は、造形処理において、後述する造形データに従って吐出部２００と図１に示した位置変更部４００とを適宜制御して、ノズル６１のノズル開口６２からステージ３００に向けて造形材料を吐出させ、造形面３１１上で造形材料を固化させつつ、造形材料の層をＺ方向に積層することによって、三次元造形物ＯＢを造形する。材料の固化とは、吐出された可塑化した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熱収縮するとともに可塑性を失って固化する。

より具体的には、制御部５００は、造形処理において、図５に示すように、Ｘ方向およびＹ方向にノズル６１を移動させながら、ノズル６１から造形材料を吐出させる。ノズル６１から吐出された造形材料は、ノズル６１の移動方向に連続して堆積されていく。これによって、ノズル６１の移動経路に沿って線状に延びる部位である線状部位ＬＰが造形される。制御部５００は、上記のノズル６１による走査を繰り返して層ＭＬを形成する。制御部５００は、１つの層ＭＬを形成した後、ステージ３００に対するノズル６１の位置をＺ方向に移動させ、これまでに形成された層ＭＬの上に、更に層ＭＬを積み重ねることによって造形物を造形していく。従って、造形処理において、吐出部２００やノズル６１は、三次元造形物ＯＢの第１層目Ｌ１が造形されている際に最も造形面３１１の近くに位置し、その後、より上の層が造形されるに従って造形面３１１から離れていく。

制御部５００は、造形処理において、ノズル６１と吐出目標との間の距離を保持したまま、ノズル６１から造形材料を吐出させる。吐出目標は、造形面３１１上に造形材料を吐出する場合は造形面３１１であり、既に吐出された造形材料上に造形材料を吐出する場合は、既に吐出された造形材料の上面である。ノズル６１と吐出目標との間の距離のことを、ギャップＧｐと呼ぶこともある。

上述した線状部位ＬＰの幅のことを線幅と呼び、高さのことを積層ピッチと呼ぶこともある。図５の例では、線幅は、線状部位ＬＰのＹ方向における寸法に相当し、積層ピッチは、線状部位ＬＰのＺ方向における寸法に相当する。線幅および積層ピッチは、上述したギャップＧｐの大きさと、単位移動量あたりにノズル６１から吐出される造形材料の量とによって定まる。例えば、ギャップＧｐが小さい場合、ギャップＧｐが大きい場合と比較して、ノズル６１から吐出された造形材料がノズル６１によってより吐出目標に押しつけられるため、積層ピッチが小さく、かつ、線幅が大きくなる。単位移動量あたりにノズル６１から吐出される造形材料の量は、例えば、ノズル６１の移動速度と、単位時間あたりにノズル６１から吐出される造形材料の量とによって定まる。単位時間あたりにノズル６１から吐出される造形材料の量は、例えば、ノズル開口６２の径や、ノズル流路６５内を流れる造形材料の流量等によって定まる。

図６は、本実施形態における三次元造形処理のフローチャートである。ステップＳ１１０にて、制御部５００は、外部のコンピューターや記録媒体などから造形データを取得する。造形データには、三次元造形物を形成する層毎に、ノズル６１の移動経路を表す造形パスデータが含まれている。造形パスデータには、ノズル６１から射出される材料の射出量を表す射出量データが関連付けられている。

ステップＳ１２０にて、制御部５００は、残存検知工程を実行する。本実施形態では、制御部５００は、残存検知工程において、発光部６１０から検知光ＤＲを放出させながら、センサー部６００をステージ３００に対して第２方向、つまり、Ｙ方向に沿って相対的に移動させることによって、残存造形材料を検知する。より詳細には、制御部５００は、残存検知工程において、後述する残存検知処理を実行して、センサー部６００を開始位置から終了位置に向かって、ステージ３００に対して相対的に－Ｙ方向に移動させることによって、残存造形材料を検知する。

図７は、センサー部６００が開始位置に位置している様子を示す上面図である。図８は、センサー部６００が終了位置に位置している様子を示す上面図である。図７および図８は、ステージ３００とセンサー部６００とを上から見た時の様子を示している。図７および図８には、造形面３１１に支持された残存造形材料の例として、先に造形された三次元造形物である残存造形物ＲＢが示されている。図７に示すように、本実施形態における開始位置は、Ｚ方向に沿って見た時に、開始位置に位置する発光部６１０から放出される検知光ＤＲが、造形面３１１のＹ方向における一端部Ｅｇ１と重なる位置である。図８に示すように、本実施形態における終了位置は、Ｚ方向に沿って見た時に、終了位置に位置する発光部６１０から放出される検知光ＤＲが、造形面３１１のＹ方向における他端部Ｅｇ２と重なる位置である。図７および図８に示すように、一端部Ｅｇ１は、他端部Ｅｇ２の－Ｙ方向に位置している。

図９は、残存検知工程における検知光ＤＲのＹ方向における軌跡Ｌｃを説明する図である。図９には、ステージ３００と上述した残存造形物ＲＢとを、Ｘ方向に沿って見た時の様子が示されている。軌跡Ｌｃは、残存検知工程において、－Ｘ方向に進む検知光ＤＲを放出する発光部６１０が、位置変更部４００によって、開始位置から終了位置に向かって＋Ｙ方向に移動することで描かれる。

図１０は、上述した図７のステップＳ１２０において実行される残存検知処理のフローチャートである。ステップＳ１２１にて、制御部５００は、第１移動部として機能する位置変更部４００を制御して、図７に示すように、センサー部６００を開始位置へと移動させる。そして、ステップＳ１２２にて、制御部５００は、発光部６１０から検知光ＤＲの放出を開始する。次に、ステップＳ１２３にて、制御部５００は、位置変更部４００を制御してセンサー部６００を＋Ｙ方向に移動させることによって、図８および図９に示すように、発光部６１０から検知光ＤＲを放出させた状態で、センサー部６００を終了位置まで移動させる。その後、ステップＳ１２４にて、制御部５００は、検知光ＤＲの放出を停止する。

ステップＳ１２５にて、制御部５００は、造形面３１１に支持された残存造形材料を検知したか否かを判定する。残存検知工程において、図９に示すように、センサー部６００が検知光ＤＲによって軌跡Ｌｃを描きながら開始位置から終了位置まで移動する期間のうち、検知光ＤＲが残存造形物ＲＢに照射される期間では、検知光ＤＲが残存造形物ＲＢに照射されない期間と比較して、受光部６２０によって受光される検知光ＤＲの強度が小さくなる。一方で、例えば、造形面３１１上のいずれにも残存造形物ＲＢ等の残存造形材料が位置していない場合、センサー部６００が開始位置から終了位置まで移動する期間、受光部６２０によって受光される検知光ＤＲの強度は略一定となる。従って、制御部５００は、図９のステップＳ１２５において、受光部６２０による検知光ＤＲの検出値に基づいて、残存造形材料を検知できる。

より詳細には、本実施形態では、制御部５００は、ステップＳ１２５において、予め定められた判定期間に亘って、受光部６２０による検知光ＤＲの検出値が、予め定められた基準値よりも小さくなった場合に、残存造形材料を検知したと判定する。検知光ＤＲの基準値は、例えば、検知光ＤＲが残存造形材料に照射されずに受光部６２０によって直接受光された場合の検出値に基づいて定められてもよいし、残存造形材料の誤検知を抑制できる程度に小さい値として定められてもよい。

判定期間は、例えば、残存検知工程において検知したい造形材料の寸法に基づいて定められる。上述した検知光ＤＲが残存造形物ＲＢに照射される期間は、図７から図９に示した残存造形物ＲＢのＹ方向における寸法Ｗと、センサー部６００のＹ方向に沿った移動速度とによって定まる。そのため、センサー部６００の移動速度が同じであれば、判定期間がより短い場合に、Ｙ方向における寸法がより小さい造形材料が残存造形材料として検知され得る。従って、判定期間を、例えば、三次元造形物ＯＢを造形する際の吐出部２００等の動作に干渉しない程度に小さい造形材料を検知しない期間に定めることによって、残存検知工程において、そのように小さい造形材料を検知せずに無視できる。

なお、発光部６１０および受光部６２０のＺ方向における位置を変更し、検知光ＤＲとステージ３００との間の距離を変化させることによって、残存検知工程によって検知され得る造形材料のＺ方向における寸法の下限を変化させることもできる。例えば、検知光ＤＲとステージ３００との間の距離をより近付けることによって、Ｚ方向における寸法がより小さい造形材料が残存造形材料として検知され得る。そのため、例えば、検知光ＤＲとステージ３００との間の距離がギャップＧｐよりも小さい距離となるように、発光部６１０および受光部６２０の位置を決定することによって、三次元造形物ＯＢを造形する際に吐出部２００と接触する可能性が造形材料を残存造形材料として検知できる。また、判定期間を定める場合と同様に、三次元造形物ＯＢを造形する際の吐出部２００等の動作に干渉しない程度に小さい造形材料を無視できるように、検知光ＤＲとステージ３００との間の距離を決定してもよい。

図１０のステップＳ１２５において、残存造形材料が検知された場合、制御部５００は、ステップＳ１２６にて、報知部８００によって、残存造形材料が検知されたことをユーザーに報知する。次に、ステップＳ１２７にて、制御部５００は、三次元造形装置１００を待機させる。ユーザーは、例えば、ステップＳ１２７で三次元造形装置１００が待機している間、造形面３１１に残存している残存造形材料を、造形面３１１上から取り除くことができる。制御部５００は、ステップＳ１２７において、例えば、所定の期間、三次元造形装置１００を待機させてもよいし、ユーザーによって所定の再開動作が入力されるまで、三次元造形装置１００を待機させてもよい。ステップＳ１２７の後、制御部５００は、ステップＳ１２１へと処理を戻す。

ステップＳ１２５において、残存造形材料が検知されなかった場合、制御部５００は、残存検知処理を終了させる。その後、図６のステップＳ１３０にて、制御部５００は、吐出部２００および位置変更部４００を制御して、造形面３１１への造形材料の積層を開始することによって、三次元造形物の造形を開始する。つまり、本実施形態では、残存検知工程は、三次元造形物の造形に先立って実行され、図１０の残存検知処理におけるステップＳ１２１からＳ１２４の工程は、ステップＳ１２５において残存造形材料が検知されなくなるまで、繰り返し実行される。そのため、造形面３１１に残存造形材料が検知されなくなるまで、三次元造形物の造形は開始されない。

以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００によれば、制御部５００は、三次元造形物の造形に先立って、造形面３１１に支持された造形材料を検知するセンサー部６００を制御して、残存造形材料を検知する残存検知工程を実行する。これによって、制御部５００によって残存造形材料が検知された場合、三次元造形物の造形を開始する前に、造形面３１１から残存造形材料を取り除くことができる。そのため、三次元造形装置１００の吐出部２００等と残存造形材料との接触による、吐出部２００等の破損を抑制できる。また、造形面３１１に先に造形された三次元造形物と吐出部２００等との接触による、先に造形された三次元造形物の破損を抑制できる。

また、本実施形態では、センサー部６００は、発光部６１０と、Ｘ方向において造形面３１１を挟んで発光部６１０と対向する受光部６２０とを有し、制御部５００は、残存検知工程において、発光部６１０からＸ方向に検知光ＤＲを放出させながら、センサー部６００をステージ３００に対してＹ方向に沿って相対的に移動させる。そのため、残存造形材料とセンサー部６００とを接触させることなく、より簡易に残存造形材料を検知できる。特に、本実施形態では、開始位置は、Ｚ方向に沿って見た時に、開始位置に位置する発光部６１０から放出される検知光ＤＲが、造形面３１１のＹ方向における一端部Ｅｇ１と重なる位置であり、終了位置は、Ｚ方向に沿って見た時に、終了位置に位置する発光部６１０から放出される検知光ＤＲが、造形面３１１のＹ方向における他端部Ｅｇ２と重なる位置である。そのため、残存造形材料を、その造形面３１１上のＸ方向およびＹ方向における位置によることなく、より効率良く検知できる。

また、本実施形態では、制御部５００は、残存検知工程において、予め定められた判定期間に亘って受光部６２０による検知光ＤＲの検出値が基準値よりも小さくなった場合に、残存造形材料を検知したと判定する。これによって、判定期間を、例えば、三次元造形物を造形する際の吐出部２００等の動作に干渉しない程度に小さい造形材料を検知しない期間に定めることで、残存検知工程において、そのように小さい造形材料を検知せずに無視できる。そのため、先に造形された三次元造形物や吐出部２００等の破損を抑制しつつ、より効率良く三次元造形物を造形できる。

また、本実施形態では、制御部５００は、残存検知工程において残存造形材料が検知されなかった場合に、三次元造形物の造形を開始する。そのため、先に造形された三次元造形物や吐出部２００等の破損を抑制しつつ、三次元造形物を造形できる。

また、本実施形態では、三次元造形装置１００は、吐出部２００の移動に従って移動する加熱部７００を備え、ノズル開口６２は、Ｚ方向において、加熱部７００と造形面３１１との間に位置する。これによって、加熱部７００がＺ方向においてノズル開口６２と造形面３１１との間に位置する形態と比較して、三次元造形物の造形中に、造形面３１１に積層された造形材料と加熱部７００とが接触する可能性が低いため、高精度に三次元造形物を造形できる可能性が高まる。また、制御部５００によって、三次元造形物の造形が開始される前に残存検知工程が実行されるため、加熱部７００と造形面３１１に残存する造形材料との接触による、加熱部７００の破損を抑制できる。また、造形面３１１に先に造形された三次元造形物と加熱部７００との接触による、先に造形された三次元造形物の破損を抑制できる。

また、本実施形態では、Ｚ方向に沿って見たときに、センサー部６００は、加熱部７００と重ならない位置に配置される。そのため、センサー部６００に加熱部７００の熱による影響が及ぶことが抑制される。なお、例えば、他の実施形態において、Ｘ方向およびＹ方向においてセンサー部６００と加熱部７００との位置関係を変化させることが可能に構成されている場合においても、センサー部６００を、Ｚ方向に沿って見たときに、位置変更部４００によって加熱部７００に対する相対的な位置がどのように変化させられても加熱部７００と互いに重ならない位置に配置することによって、センサー部６００に加熱部７００の熱による影響が及ぶことを抑制できる。

また、本実施形態では、位置変更部４００は、吐出部２００をステージ３００に対してＺ方向に沿って移動させ、ステージ３００を吐出部２００に対してＸ方向およびＹ方向に移動させる。これによって、吐出部２００に従って移動する加熱部７００をステージ３００に対してＸ方向およびＹ方向に移動させることなく、吐出部２００とステージ３００との相対的な位置を変更できる。そのため、吐出部２００をステージ３００に対してＸ方向およびＹ方向に移動させる場合と比較して、位置変更部４００によって、吐出部２００とステージ３００との相対的な位置をより安定して変化させることができる。特に、例えば、造形面３１１を覆うために加熱部７００がＸ方向およびＹ方向に大型化され、加熱部７００の重量が増した場合であっても、吐出部２００とステージ３００との相対的な位置をより安定して変化させることができる。また、本実施形態のように、位置変更部４００が第１移動部として機能する場合、位置変更部４００が吐出部２００をステージ３００に対してＺ方向に沿って移動させ、ステージ３００を吐出部２００に対してＹ方向に移動させることによって、センサー部６００の位置を固定したまま、センサー部６００をステージ３００に対してＹ方向に沿って相対的に移動させることができる。そのため、センサー部６００の位置や角度のずれが抑制され、残存検知工程における残存造形材料の検知精度が高まる。

Ｂ．第２実施形態：
図１１は、第２実施形態における三次元造形装置１００ｂの概略構成を示す図である。本実施形態では、位置変更部４００ｂは、第１実施形態と異なり、ステージ３００を吐出部２００に対してＸ方向、Ｙ方向、および、Ｚ方向に移動させることによって、吐出部２００をステージ３００に対して相対的に移動させる。位置変更部４００ｂは、第１移動部として機能するのに加え、センサー部６００を積層方向に沿って、つまり、Ｚ方向に沿って、ステージ３００に相対的に移動させる第２移動部としても機能する。また、本実施形態では、制御部５００は、三次元造形物の寸法を測定する。三次元造形装置１００ｂの構成のうち、特に説明しない部分については、第１実施形態と同様である。

本実施形態では、制御部５００は、図６に示した造形処理において造形された後の三次元造形物、つまり、完成した三次元造形物のＹ方向およびＺ方向における寸法を測定する。より詳細には、本実施形態では、制御部５００は、造形処理において、図５で説明した線状部位ＬＰに相当する三次元造形物を造形する。そして、制御部５００は、造形処理の完了後、三次元造形物の寸法を測定する。

制御部５００は、センサー部６００および第１移動部として機能する位置変更部４００ｂを制御することによって、造形後の三次元造形物のＹ方向における寸法を測定する。より詳細には、制御部５００は、発光部６１０から検知光ＤＲを放出させながらセンサー部６００をステージ３００に対してＹ方向に沿って相対的に移動させることによって、造形後の三次元造形物のＹ方向における寸法を測定する。また、制御部５００は、センサー部６００および第２移動部として機能する位置変更部４００ｂを制御することによって、造形後の三次元造形物のＺ方向における寸法を測定する。より詳細には、制御部５００は、発光部６１０から検知光ＤＲを放出させながらセンサー部６００をステージ３００に対してＺ方向に沿って相対的に移動させることによって、造形後の三次元造形物のＺ方向における寸法を測定する。

図１２は、寸法測定によって三次元造形物ＯＢ２のＹ方向における寸法Ｗ２が測定される様子の例を示す図である。図１２には、検知光ＤＲのＹ方向における軌跡Ｌｃ２が示されている。軌跡Ｌｃ２は、図９で説明した軌跡Ｌｃと同様に、－Ｘ方向に進む検知光ＤＲを放出する発光部６１０が、位置変更部４００によって＋Ｙ方向に移動することで描かれる。図１２に示した寸法Ｗ２は、三次元造形物ＯＢ２における造形材料の線幅に相当する。図１２の例では、検知光ＤＲが残存造形材料に照射される場合と同様に、センサー部６００が＋Ｙ方向に移動する期間のうち、検知光ＤＲが三次元造形物ＯＢ２に照射される期間、受光部６２０によって受光される検知光ＤＲの強度が小さくなる。従って、制御部５００は、受光部６２０によって受光される検知光ＤＲの強度が小さくなった座標と、強度が再び大きくなった座標との差を算出することによって、三次元造形物ＯＢ２のＹ方向における寸法を測定できる。なお、他の実施形態では、制御部５００は、例えば、受光部６２０によって受光される検知光ＤＲの強度が小さくなる期間と、その間のセンサー部６００のＹ方向に沿った移動速度とに基づいて、寸法Ｗ２を測定してもよい。

図１３は、寸法測定によって三次元造形物ＯＢ２のＺ方向における寸法Ｈが測定される様子の例を示す図である。図１３には、寸法測定における検知光ＤＲのＺ方向における軌跡Ｌｃ３が示されている。軌跡Ｌｃ３は、－Ｘ方向に進む検知光ＤＲを放出する発光部６１０が、位置変更部４００によって＋Ｚ方向に移動することで描かれる。図１３に示した寸法Ｈは、三次元造形物ＯＢ２における造形材料の積層ピッチに相当する。図１３に示すように、本実施形態では、三次元造形物ＯＢ２のＺ方向における寸法の測定が開始される際、検知光ＤＲは、造形面３１１から距離Ｄだけ＋Ｚ方向側の位置を＋Ｙ方向に進んでいる。そのため、制御部５００は、寸法Ｈを測定する際、受光される検知光ＤＲの強度が小さくなった座標と強度が再び大きくなった座標との差に距離Ｄを加えた値を、寸法Ｈとして測定する。距離Ｄは、例えば、シクネスゲージ等を用いて予め測定される。また、他の実施形態では、例えば、三次元造形物ＯＢ２を、Ｘ方向やＹ方向において離間した２つの略等しい高さを有する土台に橋渡しされるように造形してもよい。この場合、三次元造形物ＯＢ２と造形面３１１との間に空間が形成されるため、単に、受光される検知光ＤＲの強度が小さくなった座標と強度が再び大きくなった座標との差のみに基づいて、寸法Ｈを測定できる。なお、他の実施形態では、制御部５００は、例えば、受光部６２０によって受光される検知光ＤＲの強度が小さくなる期間と、その間のセンサー部６００のＺ方向に沿った移動速度とに基づいて、寸法Ｈを測定してもよい。

制御部５００は、例えば、報知部８００を制御して、測定された各寸法をユーザーに報知してもよい。これによって、ユーザーは、例えば、三次元造形物ＯＢ２の寸法の予測値と測定値との間の差異を把握できる。また、制御部５００は、三次元造形物ＯＢ２の各寸法の測定値と、可塑化部３０や位置変更部４００の制御値から予測される三次元造形物ＯＢ２の寸法の予測値とを比較し、比較結果に基づいて、次に実行される造形処理における可塑化部３０や位置変更部４００の制御値を変更してもよい。例えば、制御部５００は、測定された寸法Ｈが、三次元造形物ＯＢ２のＺ方向における寸法の予測値よりも小さい場合、図５で説明したギャップＧｐを大きくするように、位置変更部４００ｂの制御値を変更してもよい。また、制御部５００は、測定された寸法Ｗ２が、三次元造形物ＯＢ２のＹ方向における寸法の予測値よりも大きい場合、駆動モーター３２の回転数を低下させることによって、ノズル開口６２から吐出される造形材料の量を減少させてもよい。これによって、所望の寸法を有する三次元造形物を造形できる可能性が高まる。なお、他の実施形態において、例えば、吐出部２００のノズル流路６５に、ノズル開口６２から吐出される造形材料の量を調節するバルブやプランジャー等が設けられている場合、制御部５００は、寸法の比較結果に基づいて、バルブやプランジャー等の制御値を変更してもよい。

他の実施形態では、制御部５００は、造形処理において三次元造形物を造形している途中に、造形中の三次元造形物の寸法を測定してもよい。例えば、三次元造形物を構成する１つの線状部位を造形した後に、図１２や図１３で説明したのと同様に、その線状部位の寸法を測定することによって、線状部位の寸法の予測値と測定値との比較結果に基づいて、その線状部位よりも後に造形される部分を造形する際の可塑化部３０や位置変更部４００の制御値を変更できる。これによって、本実施形態と同様に、所望の寸法を有する三次元造形物を造形できる可能性が高まる。また、制御部５００は、例えば、造形後の三次元造形物全体の寸法を測定してもよい。この場合、三次元造形物全体の寸法の予測値と測定値との間の差異を把握できる。

以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００ｂによっても、先に造形された三次元造形物や吐出部２００等の破損を抑制できる。特に、本実施形態では、センサー部６００および第１移動部として機能する位置変更部４００ｂを制御することによって、造形中又は造形後の三次元造形物のＹ方向における寸法を測定する。そのため、造形中又は造形後の三次元造形物のＹ方向における寸法を簡易に測定できる。

また、本実施形態では、制御部５００は、センサー部６００および第２移動部として機能する位置変更部４００ｂを制御することによって、造形後の三次元造形物のＺ方向における寸法を測定する。そのため、造形中又は造形後の三次元造形物のＺ方向における寸法を簡易に測定できる。

なお、他の実施形態では、制御部５００は、例えば、造形中又は造形後の三次元造形物のＺ方向における寸法のみを測定し、Ｙ方向における寸法を測定しなくてもよいし、同様に、三次元造形物のＹ方向における寸法のみを測定し、Ｚ方向における寸法を測定しなくてもよい。

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の概略構成を示す図である。本実施形態では、制御部５００は、残存検知工程を実行するのに先立って、後述する検査工程を実行する。三次元造形装置１００ｃの構成のうち、特に説明しない部分については、第１実施形態と同様である。

図１４に示すように、本実施形態のステージ３００には、予め定められた高さＨｓを有する基準物３２０が載置されている。より詳細には、本実施形態では、基準物３２０として、第１基準物３２１と、第２基準物３２２とが、ステージ３００の上面に載置され、固定されている。第１基準物３２１は、ステージ３００の上面のうち、造形面３１１よりも－Ｙ方向の位置に載置されている。第２基準物３２２は、ステージ３００の上面のうち、Ｙ方向において、造形面３１１を挟んで第１基準物３２１と反対側の位置に載置されている。つまり、造形面３１１は、Ｙ方向において、第１基準物３２１と第２基準物３２２との間に位置している。

上述した検査工程とは、制御部５００が、発光部６１０から検知光ＤＲを放出させて、ステージ３００に載置された基準物３２０を検知することによって、ステージ３００の水平度合いを検知する工程を指す。本実施形態では、制御部５００は、検査工程において、発光部６１０から検知光ＤＲを放出させながら、センサー部６００をステージ３００に対してＹ方向に沿って相対的に移動させることによって、ステージ３００に載置された基準物３２０を検知する。より詳細には、制御部５００は、検査工程において、センサー部６００を、Ｚ方向に沿って見た時に、検知光ＤＲがステージ３００の－Ｙ方向の端部Ｅｇ３と重なる位置から、検知光ＤＲがステージ３００の＋Ｙ方向の端部Ｅｇ４と重なる位置まで、ステージ３００に対して相対的に移動させる。

上述したように、制御部５００は、検査工程において、ステージ３００の水平度合いを検知する。例えば、検査工程において、一方の基準物３２０のみが検知され、他方の基準物３２０が検知されなかった場合、制御部５００は、ステージ３００がＹ軸に対して傾いていることを検知する。なお、制御部５００は、検査工程において、両方の基準物３２０が検知されなかった場合、検知光ＤＲとステージ３００の上面との間の距離が高さＨｓよりも大きいことを検知することもできる。

制御部５００は、例えば、報知部８００を制御して、ステージ３００の水平度合いの検知結果を、ユーザーに報知してもよい。また、ステージ３００がＹ軸に対して傾いていないと判定されるまで、検査工程を繰り返し実行してもよい。

以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００ｃによっても、先に造形された三次元造形物や吐出部２００等の破損を抑制できる。特に、本実施形態では、制御部５００は、残存検知工程を実行するのに先立って、発光部６１０から検知光ＤＲを放出させて、ステージ３００に載置された基準物３２０を検知することによって、ステージ３００の水平度合いを検知する検査工程を実行する。これによって、残存検知工程の開始や三次元造形物の造形の開始に先立って、センサー部６００によって、ステージ３００の水平度合いを検知できる。特に、本実施形態では、ステージ３００のＹ方向に対する傾きがより小さい状態で残存検知工程を実行できる可能性が高まるため、残存検知工程における残存造形材料の検知精度が向上する可能性が高まる。

なお、他の実施形態では、基準物３２０は、ステージ３００に固定されていなくてもよく、例えば、検査工程が実行される直前に、制御部５００の制御下で動作するロボットや、手作業によって、ステージ３００に載置されてもよい。この場合、例えば、検査工程を複数回実行し、検査工程を実行するごとに基準物３２０を載置するステージ３００のＸ方向における位置を変化させることによって、ステージ３００のＸ方向に対する傾きを検知することも可能である。より詳細には、例えば、ステージ３００の上面のうち、造形面３１１よりも－Ｘ方向の位置に基準物３２０を載置した状態で、制御部５００による検査工程を実行し、その後、ステージ３００の上面のうち、Ｘ方向において造形面３１１を挟んで反対側の位置に基準物３２０を載置した状態で、制御部５００による検査工程を実行することができる。このとき、一方の検査工程において基準物３２０が検知され、他方の検査工程において基準物３２０が検知されなかった場合、ステージ３００は、検知光ＤＲの進行方向であるＸ方向に対して傾いている。このように、制御部５００は、ステージ３００のＸ方向に対する傾きを検知できる。また、例えば、検査工程を複数回実行し、検査工程を実行するごとにそれぞれ異なる高さを有する基準物３２０をステージ３００に載置することによって、検知光ＤＲとステージ３００の上面との間の距離を推定することも可能である。例えば、１回目の基準物検知で高さＨｓ１を有する基準物３２０が検知されず、２回目の基準物検知で１回目と同じ位置に載置された、高さＨｓ１よりも高い高さＨｓ２を有する基準物３２０が検知された場合、制御部５００は、検知光ＤＲとステージ３００の上面との間の距離が高さＨｓ１よりも大きく、高さＨｓ２以下であると推定できる。

Ｄ．他の実施形態：
（Ｄ－１）上記実施形態では、センサー部６００は、造形面３１１に支持された造形材料を検知する。これに対して、センサー部６００は、造形面３１１に支持されたその他の残留物を検知しても良い。例えば、センサー部６００は、残留物として、ユーザーによって造形面３１１に置き忘れられた工具等や、吐出部２００等から造形面３１１に脱落したネジ等の部品等を検知してもよい。そして、制御部５００は、三次元造形物の造形が開始されるのに先立って、センサー部６００を制御して、造形面３１１に残存する残留物を検知してもよい。これによって、残留物が検知された場合、三次元造形物の造形を開始する前に、造形面３１１から残留物を取り除くことができる。そのため、三次元造形装置１００の吐出部２００等の各部と残留物との接触による、残留物や吐出部２００等の破損を抑制できる。

（Ｄ－２）上記実施形態では、センサー部６００は、光学センサーによって構成されている。これに対して、センサー部６００は、他のセンサーであってもよい。例えば、センサー部６００は、造形面３１１に支持された造形物の温度を検知する温度センサーであってもよく、赤外線放射温度計やサーマルカメラによって構成された非接触式の温度センサーであってもよいし、造形面３１１に設けられ造形面３１１に支持された造形物の温度を検知する接触式の温度センサーであってもよい。この場合、検知部５１０は、残存検知工程を、造形物の造形が開始される前に、かつ、残存造形材料が温度センサーによって検知できる程度の温度を有している間に実行すればよい。また、センサー部６００は、例えば、ステージ３００に積層された造形物の重量を測定する、ロードセル方式や電磁力平衡式等の重量センサーによって構成されていてもよい。

（Ｄ－３）上記実施形態では、発光部６１０と受光部６２０とは、Ｘ方向において、互いに配向して配置されている。これに対して、発光部６１０と受光部６２０とは、互いに対向して配置されていなくてもよい。例えば、Ｘ方向において造形面３１１を挟んで発光部６１０と対向する位置に、発光部６１０から放出された検知光ＤＲを反射する反射板が配置され、受光部６２０が反射板と対向して配置されてもよい。

（Ｄ－４）上記実施形態では、開始位置は、Ｚ方向に沿って見た時に、開始位置に位置する発光部６１０から放出される検知光ＤＲが、造形面３１１のＹ方向における一端部Ｅｇ１と重なる位置であり、終了位置は、Ｚ方向に沿って見た時に、終了位置に位置する発光部６１０から放出される検知光ＤＲが、造形面３１１のＹ方向における他端部Ｅｇ２と重なる位置である。これに対して、開始位置や終了位置は、上述した位置と異なる位置であってもよい。例えば、開始位置や終了位置は、Ｙ方向において、造形面３１１から見て外側の位置であってもよい。この場合であっても、残存造形材料を、その造形面３１１上のＸ方向およびＹ方向における位置によることなく、より効率良く検知できる。また、開始位置は、例えば、造形面３１１のＹ方向における中心の位置であってもよい。この場合、制御部５００は、残存検知工程において、例えば、センサー部６００を－Ｙ方向又は＋Ｙ方向に移動させた後、センサー部６００を逆方向に移動させてもよいし、その後、更に、センサー部６００をＹ方向における中心の位置に戻してセンサー部６００の移動を終了させてもよい。また、制御部５００は、残存検知工程において、例えば、センサー部６００を開始位置から終了位置まで移動させている途中で残存造形材料を検知した場合、その時点でセンサー部６００の移動を停止させてもよい。この場合、開始位置を、残存造形材料が残存している可能性がより高い位置、例えば、上述した造形面３１１のＹ方向における中心の位置とすることで、より効率良く残存造形材料を検知できる。

（Ｄ－５）上記実施形態では、位置変更部４００が第１移動部や第２移動部として機能している。これに対して、位置変更部４００が第１移動部や第２移動部として機能しなくてもよい。例えば、発光部６１０と受光部６２０とを同時にステージ３００に対してＸ方向やＹ方向、Ｚ方向に移動させる移動部が、位置変更部４００とは別体に設けられていてもよい。

（Ｄ－６）上記実施形態では、検知部５１０は、残存検知工程において、予め定められた判定期間に亘って、受光部６２０による検知光ＤＲの検出値が基準値よりも小さくなった場合に、残存造形材料を検知したと判定している。これに対して、判定期間が定められていなくてもよく、例えば、制御部５００は、残存検知工程において、単に、受光部６２０が受光する検知光ＤＲの強度が基準値よりも小さくなった場合に残存造形材料を検知したと判定してもよい。また、検知部５１０は、例えば、受光部６２０による検知光ＤＲの検出値が０となった場合に、残存造形材料を検知したと判定してもよい。

（Ｄ－７）上記実施形態では、加熱部７００が設けられている。これに対して、加熱部７００が設けられていなくてもよい。

（Ｄ－８）上記実施形態では、Ｚ方向に沿って見た時に、加熱部７００とセンサー部６００とは互いに重ならない位置に配置されている。これに対して、Ｚ方向に沿って見た時に、加熱部７００とセンサー部６００とが互いに重なる位置に配置されていてもよい。

（Ｄ－９）上記実施形態では、吐出部２００の可塑化部３０は、フラットスクリューによって材料を可塑化し、造形材料を生成している。これに対して可塑化部３０は、例えば、インラインスクリューを回転させることによって材料を可塑化して造形材料を生成してもよい。また、吐出部２００は、フィラメント状の材料を可塑化して吐出するヘッドとして構成されていてもよい。

（Ｄ－１０）上記実施形態では、材料供給部２０に供給される原材料として、ペレット状のＡＢＳ樹脂の材料が用いられる。これに対して、三次元造形装置１００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。

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。「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。

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。

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、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６１から吐出された後、温度の低下によって硬化する。

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６１から射出されることが望ましい。例えば、ＡＢＳ樹脂は、ガラス転移点が約１２０℃であり、ノズル６１からの射出時には約２００℃であることが望ましい。

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、原材料として可塑化部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。

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に配置された造形材料はレーザーの照射や温風などによる焼結によって硬化されてもよい。

材料供給部２０に原材料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。

材料供給部２０に原材料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。

その他に、材料供給部２０に原材料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、セルロース系樹脂或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）或いはその他の熱可塑性樹脂。

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。

（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、ノズル開口を有し、前記ノズル開口から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を支持する造形面を有するステージと、前記造形面に支持された前記造形材料を検知するセンサー部と、前記吐出部を制御して、前記造形材料を前記造形面に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、前記三次元造形物の造形の開始に先立って、前記センサー部を制御して、前記造形面に残存する前記造形材料を検知する残存検知工程を実行する。
このような形態によれば、造形面に残存する造形材料が検知された場合、三次元造形物の造形を開始する前に、造形面から造形材料を取り除くことができる。そのため、三次元造形装置の吐出部等の各部と造形面に残存する造形材料との接触による吐出部等の破損を抑制できる。また、造形面に先に造形された三次元造形物と吐出部等との接触による、先に造形された三次元造形物の破損を抑制できる。

（２）上記形態では、前記センサー部は、前記造形面に沿った第１方向に検知光を放出する発光部と、前記第１方向において前記造形面を挟んで前記発光部と対向し、前記検知光を受光する受光部と、を有し、前記センサー部を、前記造形面に沿った方向であって前記第１方向と交差する第２方向に沿って、前記ステージに対して相対的に移動させる第１移動部を更に備え、前記制御部は、前記残存検知工程において、前記発光部から前記検知光を放出させながら、前記センサー部を前記ステージに対して前記第２方向に沿って相対的に移動させてもよい。このような形態によれば、造形面に残存する造形材料とセンサー部とを接触させることなく、より簡易に残存造形材料を検知できる。

（３）上記形態では、前記検知部は、前記制御部は、前記残存検知工程において、予め定められた期間に亘って、前記受光部による前記検知光の検出値が予め定められた値よりも小さくなった場合に、前記造形面に残存する前記造形材料を検知したと判定してもよい。このような形態によれば、判定期間を、例えば、三次元造形物を造形する際の吐出部等の動作に干渉しない程度に小さい造形材料を検知しない期間に定めることで、残存検知工程において、そのように小さい造形材料を検知せずに無視できる。そのため、先に造形された三次元造形物や吐出部等の破損を抑制しつつ、より効率良く三次元造形物を造形できる。

（４）上記形態では、前記制御部は、前記残存検知工程を実行するのに先立って、前記発光部から前記検知光を放出させて、前記ステージに載置された基準物を検知することによって、前記ステージの水平度合いを検知する検査工程を実行してもよい。このような形態によれば、残存検知工程の開始や三次元造形物の造形の開始に先立って、センサー部によって、ステージの水平度合いを検知できる。

（５）上記形態では、前記制御部は、前記センサー部及び前記第１移動部を制御することによって、造形中又は造形後の前記三次元造形物の前記第２方向における寸法を測定してもよい。このような形態によれば、造形中又は造形後の三次元造形物の第２方向における寸法を簡易に測定できる。

（６）上記形態では、前記センサー部を、前記造形材料の積層方向に沿って前記ステージに対して相対的に移動させる第２移動部を更に備え、前記検知部は、前記センサー部及び前記第２移動部を制御することによって、造形中又は造形後の前記三次元造形物の前記積層方向における寸法を測定してもよい。このような形態によれば、造形中又は造形後の三次元造形物の積層方向における寸法を簡易に測定できる。

（７）上記形態では、前記制御部は、前記残存検知工程において前記造形面に残存する前記造形材料が検知されなかった場合に、前記三次元造形物の造形を開始してもよい。このような形態によれば、先に造形された三次元造形物や吐出部等の破損を抑制しつつ、三次元造形物を造形できる。

（８）上記形態では、前記吐出部を前記ステージに対して相対的に移動させる位置変更部と、前記吐出部の移動に従って移動し、前記造形面に積層された前記造形材料を加熱するための加熱部と、を備え、前記ノズル開口は、前記造形面に垂直な第３方向において、前記加熱部と前記造形面との間に位置してもよい。このような形態によれば、加熱部が第３方向においてノズル開口と造形面との間に位置する形態と比較して、三次元造形物の造形中に、造形面に積層された造形材料と加熱部とが接触する可能性が低いため、高精度に三次元造形物を造形できる可能性が高まる。また、三次元造形物の造形が開始される前に残存検知工程が実行されるため、加熱部と造形面に残存する造形材料との接触による、加熱部の破損を抑制できる。また、造形面に先に造形された三次元造形物と加熱部との接触による、先に造形された三次元造形物の破損を抑制できる。

（９）上記形態では、前記第３方向に沿って見たときに、前記センサー部は、前記加熱部と重ならない位置に配置されてもよい。このような形態によれば、センサー部に加熱部の熱による影響が及ぶことが抑制される。

（１０）上記形態では、前記位置変更部は、前記吐出部を前記ステージに対して前記第３方向に沿って移動させ、前記ステージを前記吐出部に対して前記第３方向と直交する方向に沿って移動させてもよい。このような形態によれば、吐出部に従って移動する加熱部をステージに対して第３方向と直交する方向に沿って移動させることなく、吐出部とステージとの相対的な位置を変更できる。そのため、吐出部をステージに対して第３方向と直交する方向に沿って移動させる場合と比較して、位置変更部によって、吐出部とステージとの相対的な位置をより安定して変化させることができる。

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…スクリュー、４１…上面、４２…溝形成面、４３…側面、４４…材料導入口、４５…溝、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…ノズル、６２…ノズル開口、６３…先端面、６５…ノズル流路、１００，１００ｂ，１００ｃ…三次元造形装置、２００…吐出部、２０５…支持部、３００…ステージ、３１１…造形面、３２０…基準物、３２１…第１基準物、３２２…第２基準物、４００，４００ｂ…位置変更部、４１０…第１電動アクチュエーター、４２０…第２電動アクチュエーター、４３０…第３電動アクチュエーター、５００…制御部、５１０…検知部、６００…センサー部、６０１…第１支持部、６０２…第１ホルダー、６０３…第１支柱、６０４…第２支持部、６０５…第２ホルダー、６０６…第２支柱、６１０…発光部、６２０…受光部、７００…加熱部、８００…報知部

Claims (8)

1. ノズル開口を有し、前記ノズル開口から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を支持する造形面を有するステージと、
   前記造形面に沿った第１方向に検知光を放出する発光部と、前記第１方向において前記造形面を挟んで前記発光部と対向し前記検知光を受光する受光部を有し、前記造形面に支持された前記造形材料を検知するセンサー部と、
   前記センサー部を、前記造形面に沿った方向であって前記第１方向と交差する第２方向に沿って、前記ステージに対して相対的に移動させる第１移動部と、
   前記吐出部を制御して、前記造形材料を前記造形面に積層して三次元造形物を造形する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記三次元造形物の造形の開始に先立って、前記センサー部を制御して、前記造形面に残存する前記造形材料を検知する残存検知工程を実行し、
   前記残存検知工程において、前記発光部から前記検知光を放出させながら、前記センサー部を前記ステージに対して前記第２方向に沿って相対的に移動させ、予め定められた期間に亘って、前記受光部による前記検知光の検出値が予め定められた値よりも小さくなった場合に、前記造形面に残存する前記造形材料を検知したと判定する、三次元造形装置。
2. 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、前記残存検知工程を実行するのに先立って、前記発光部から前記検知光
   を放出させて、前記ステージに載置された基準物を検知することによって、前記ステージ
   の水平度合いを検知する検査工程を実行する、三次元造形装置。
3. 請求項１又は２に記載の三次元造形装置であって、
   前記制御部は、前記センサー部及び前記第１移動部を制御することによって、造形中又は造形後の前記三次元造形物の前記第２方向における寸法を測定する、三次元造形装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
   前記センサー部を、前記造形材料の積層方向に沿って前記ステージに対して相対的に移動させる第２移動部を更に備え、
   前記制御部は、前記センサー部及び前記第２移動部を制御することによって、造形中又は造形後の前記三次元造形物の前記積層方向における寸法を測定する、三次元造形装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
   前記制御部は、前記残存検知工程において前記造形面に残存する前記造形材料が検知されなかった場合に、前記三次元造形物の造形を開始する、三次元造形装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
   前記吐出部を前記ステージに対して相対的に移動させる位置変更部と、
   前記吐出部の移動に従って移動し、前記造形面に積層された前記造形材料を加熱するための加熱部と、を備え、
   前記ノズル開口は、前記造形面に垂直な第３方向において、前記加熱部と前記造形面との間に位置する、三次元造形装置。
7. 請求項６に記載の三次元造形装置であって、
   前記第３方向に沿って見たときに、前記センサー部は、前記加熱部と重ならない位置に配置される、三次元造形装置。
8. 請求項６又は７に記載の三次元造形装置であって、
   前記位置変更部は、前記吐出部を前記ステージに対して前記第３方向に沿って移動させ、前記ステージを前記吐出部に対して前記第３方向と直交する方向に沿って移動させる、
   三次元造形装置。

Images