JP7516953B2 - 三次元造形装置および三次元造形物の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、三次元造形装置および三次元造形物の製造方法に関する。

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。

特開２００６－１９２７１０号公報 国際公開第２０１６／１８５６２６号

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。複数のノズルから材料を吐出する装置を用いて三次元造形物を造形する場合、三次元造形物の形状に応じて各ノズルからの材料の吐出の停止と開始とが切り替えられることが好ましい。しかしながら、例えば、１つの材料供給源から圧送された材料を複数のノズルから同時に吐出可能な装置では、複数のノズルのうちの吐出を停止するノズルの数を変更すると、吐出を停止しないノズルからの材料の吐出量が変動して、三次元造形物を寸法精度良く造形できない可能性がある。

本開示の第１の形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、スクリューを有し、前記スクリューの回転によ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、前記複数のノズルから前記堆積面に向かって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量を調節する吐出量調節部と、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、制御部と、を備える。前記制御部は、前記スクリューの回転速度を制御する第１制御と、前記吐出量調節部によって前記吐出量を制御する第２制御と、前記ステージに対する前記吐出部の相対速度を制御する第３制御とのうちの少なくともいずれか一つの制御を、前記複数のノズルからの前記可塑化材料の吐出状態に基づいて実行して、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上に積層する。

本開示の第２の形態によれば、三次元造形物の製造方法が提供される。この三次元造形物の製造方法は、第１軸に沿って並んで配置された複数のノズルから前記第１軸に平行な堆積面に向かって可塑化材料を吐出させて、前記可塑化材料によって形成される造形層を前記堆積面上に積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、スクリューの回転によって材料を可塑化して前記可塑化材料を生成する第１工程と、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量を調節する第２工程と、前記堆積面に平行で前記第１軸と交差する第２軸に沿って前記複数のノズルを前記堆積面に対して相対移動させつつ前記複数のノズルから前記堆積面に向かって前記可塑化材料を吐出する第３工程と、を備える。前記第１工程における前記スクリューの回転速度と、前記第２工程における前記吐出量と、前記第３工程における前記堆積面に対する前記複数のノズルの相対速度とのうちの少なくとも一つを、前記複数のノズルからの前記可塑化材料の吐出状態に基づいて調節して、前記可塑化材料によって形成される造形層を前記堆積面上に積層することを特徴とする。

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。 第１実施形態の造形部の概略構成を示す底面図。 フラットスクリューの構成を示す斜視図。 バレルの構成を示す上面図。 吐出部および吐出量調節部の構成を示す上面図。 図５におけるVI－VI線断面図。 三次元造形処理の内容を示すフローチャート。 堆積量変動抑制処理の内容を示すフローチャート。 奇数番目の造形層が形成される様子を模式的に示す側面図。 奇数番目の造形層が形成される様子を模式的に示す第１の底面図。 奇数番目の造形層が形成される様子を模式的に示す第２の底面図。 偶数番目の造形層が形成される様子を模式的に示す側面図。 第２実施形態の三次元造形装置の第１計測部の概略構成を示す説明図。 第３実施形態の三次元造形装置の第２計測部の概略構成を示す説明図。 第４実施形態の三次元造形装置の造形部の概略構成を示す底面図。

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。なお、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。

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方向とは反対方向のことを－Ｘ方向と呼び、＋Ｙ方向とは反対方向のことを－Ｙ方向と呼び、＋Ｚ方向とは反対方向のことを－Ｚ方向と呼ぶ。－Ｚ方向は、重力方向に沿った方向である。＋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。

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る造形層を堆積面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。

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、吐出量調節部７０と、第１表面活性化部２１０Ａと、第２表面活性化部２１０Ｂと、第１加熱冷却部２２０Ａと、第２加熱冷却部２２０Ｂと、第１平坦化部２３０Ａと、第２平坦化部２３０Ｂとを備えている。

材料供給部２０は、材料ＭＲを可塑化部３０に供給する。材料ＭＲとして、例えば、ＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることができる。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、可塑化材料を連通孔５６に導く機能を有している。なお、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。

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、フラットスクリュー４０の回転によって連通孔５６から吐出部６０に圧送される。

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。なお、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。

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。なお、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。

本実施形態では、吐出部６０には、各ノズル６８Ａ～６８Ｄが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。なお、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。

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。

図５は、吐出部６０および吐出量調節部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２個別流路６５Ｂとに連通している。第２分岐流路６４Ｂの下流側の端部は、第３個別流路６５Ｃ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。

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の底面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の上面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。

図５に示すように、吐出量調節部７０は、各ノズル６８Ａ～６８Ｄから吐出される可塑化材料の量を個別に調節する。各ノズル６８から吐出される可塑化材料の量のことを吐出量と呼ぶ。本実施形態では、吐出量調節部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。

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。

本実施形態では、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オンオフの状態が個別に切り替えられる。各弁駆動部７６Ａ～７６Ｄは、各ノズル６８Ａ～６８Ｄからの可塑化材料の吐出のオンオフの状態を切り替えるだけではなく、各弁部７５Ａ～７５Ｄの位置を調節することによって各個別流路６５Ａ～６５Ｄの流路断面積を調節して、各ノズル６８Ａ～６８Ｄからの可塑化材料の吐出量を調節可能に構成されてもよい。以下の説明では、ノズル６８から可塑化材料が吐出されている状態、換言すれば、ノズル６８からの可塑化材料の吐出が停止されていない状態のことを吐出オン状態と呼び、ノズル６８からの可塑化材料の吐出が停止されている状態のことを吐出オフ状態と呼ぶ。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。なお、各弁駆動部７６Ａ～７６Ｄは、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、各弁部７５Ａ～７５Ｄの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。

図１および図２に示すように、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。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、第２表面活性化部２１０Ｂは、第２支持部３６に固定されている。各表面活性化部２１０Ａ，２１０Ｂ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、各表面活性化部２１０Ａ，２１０Ｂは、大気圧プラズマ装置によって構成されている。各表面活性化部２１０Ａ，２１０Ｂ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。なお、各表面活性化部２１０Ａ，２１０Ｂ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。

第１加熱冷却部２２０Ａ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いる。第１加熱冷却部２２０Ａは、第１支持部３５に固定されている。第２加熱冷却部２２０Ｂ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いる。第２加熱冷却部２２０Ｂは、第２支持部３６に固定されている。各加熱冷却部２２０Ａ，２２０Ｂは、ステージ３００上に形成された造形層の上面を加熱する機能と、ステージ３００上に形成された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２２０Ａ，２２０Ｂ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。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。冷風とは、材料ＭＲのガラス転移点よりも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。各加熱冷却部２２０Ａ，２２０Ｂ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。さらに、各加熱冷却部２２０Ａ，２２０Ｂ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。なお、第１加熱冷却部２２０Ａは、第１表面活性化部２１０Ａに対して＋Ｘ方向側に配置されてもよい。第２加熱冷却部２２０Ｂは、第２表面活性化部２１０Ｂに対して－Ｘ方向側に配置されてもよい。

第１平坦化部２３０Ａは、Ｘ方向における各ノズル６８Ａ～６８Ｄと第１加熱冷却部２２０Ａとの間に配置されている。第１平坦化部２３０Ａは、スクリューケース３１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２加熱冷却部２２０Ｂとの間に配置されている。第２平坦化部２３０Ｂは、スクリューケース３１の下端部に固定されている。本実施形態では、各平坦化部２３０Ａ，２３０Ｂ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。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。各平坦化部２３０Ａ，２３０Ｂ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。

図１に示すように、ステージ３００は、吐出部６０に対して－Ｚ方向側に配置されている。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。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。

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。なお、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。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。

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、後述する三次元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。なお、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。

図７は、三次元造形物を造形するための三次元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。

まず、ステップＳ１１０にて、制御部５００は、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、フラットスクリュー４０の回転速度の目標値や、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度の目標値や、吐出部６０に設けられた各ノズル６８から吐出される可塑化材料の吐出量の目標値や、各ノズル６８から吐出された可塑化材料をステージ３００上に堆積させる目標位置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造形層に分割して、造形層ごとの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。

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、三次元造形処理が行われる間、生成され続ける。

次に、ステップＳ１３０にて、制御部５００は、三次元造形装置１００の動作モードを切り替える。本実施形態では、三次元造形装置１００は、往路モードと復路モードとを有しており、制御部５００は、奇数番目に形成される造形層である奇数層を形成する際には動作モードを往路モードに切り替え、偶数番目に形成される造形層である偶数層を形成する際には動作モードを復路モードに切り替える。往路モードでは、第１表面活性化部２１０Ａからのプラズマの照射がオンにされ、第２表面活性化部２１０Ｂからのプラズマの照射がオフにされ、第１加熱冷却部２２０Ａから熱風が送出され、第２加熱冷却部２２０Ｂから冷風が送出され、第１平坦化部による造形層の平坦化がオフにされ、第２平坦化部による造形層の平坦化がオンにされる。一方、復路モードでは、第１表面活性化部２１０Ａからのプラズマの照射がオフにされ、第２表面活性化部２１０Ｂからのプラズマの照射がオンにされ、第１加熱冷却部２２０Ａから冷風が送出され、第２加熱冷却部２２０Ｂから熱風が送出され、第１平坦化部による造形層の平坦化がオンにされ、第２平坦化部による造形層の平坦化がオフにされる。

ステップＳ１４０にて、制御部５００は、フラットスクリュー４０の回転速度を制御する第１制御と、吐出量調節部７０によって各ノズル６８Ａ～６８Ｄからの可塑化材料の吐出量を制御する第２制御と、ステージ３００に対する吐出部６０の相対速度を制御する第３制御とを同時並列的に実行して、造形層を形成する。つまり、ステップＳ１４０にて、制御部５００は、第１制御によってフラットスクリュー４０の回転を用いて材料を可塑化して可塑化材料を生成する第１工程と、第２制御によって各ノズル６８Ａ～６８Ｄへの可塑化材料の供給量、換言すれば、各ノズル６８Ａ～６８Ｄからの可塑化材料の吐出量を調節する第２工程と、第３制御部よってステージ３００に対して造形部２００を相対移動させつつ、各ノズル６８Ａ～６８Ｄからステージ３００に向かって可塑化材料を吐出する第３工程とを繰り返すことによって、造形層を形成する。往路モードでは、制御部５００は、ステージ３００に対して造形部２００が＋Ｘ方向に移動するように第３制御を実行する。一方、復路モードでは、制御部５００は、ステージ３００に対して造形部２００が－Ｘ方向に移動するように第３制御を実行する。本実施形態では、往路モードおよび復路モードにおいて、制御部５００は、堆積量変動抑制処理を実行しながら、造形層を形成する。堆積量変動抑制処理の内容や、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Ｓ１５０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。ステップＳ１５０で全ての造形層の形成が終了したと判断されなかった場合、制御部５００は、ステップＳ１６０にて、移動部４００を制御することによって、造形層の厚み分、ステージ３００を下降させ、その後、ステップＳ１３０に処理を戻す。ステップＳ１５０で全ての造形層の形成が終了したと判断されるまで、制御部５００は、ステップＳ１６０の処理とステップＳ１３０からステップＳ１５０までの処理とを繰り返して、ステージ３００上に造形層を積層する。ステップＳ１５０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。

図８は、堆積量変動抑制処理の内容を示すフローチャートである。この処理は、図７に示したステップＳ１４０の処理が開始される際に、制御部５００によって開始される。まず、ステップＳ２１０にて、制御部５００は、各ノズル６８Ａ～６８Ｄからの可塑化材料の吐出状態を取得する。吐出状態とは、各ノズル６８Ａ～６８Ｄからの可塑化材料の吐出のオンオフの状態の他に、各ノズル６８Ａ～６８Ｄから吐出される可塑化材料の圧力の状態や、各ノズル６８Ａ～６８Ｄから吐出される可塑化材料の吐出量の状態や、各ノズル６８Ａ～６８Ｄから吐出される可塑化材料の線幅の状態をも含む意味である。本実施形態では、制御部５００は、吐出状態として、各ノズル６８Ａ～６８Ｄからの可塑化材料の吐出のオンオフの状態を取得する。より具体的には、制御部５００は、４つのノズル６８Ａ～６８Ｄのうちの吐出量調節部７０によって吐出オン状態にされているノズル６８の数を取得する。例えば、制御部５００は、吐出量調節部７０のバルブ７１に対して開弁動作を実行させた場合には、当該バルブ７１が開弁状態であること、つまり、当該バルブ７１に対応するノズル６８が吐出オン状態であることを記憶部に記憶し、吐出量調節部７０のバルブ７１に対して閉弁動作を実行させた場合には、当該バルブ７１が閉弁状態であること、つまり、当該バルブ７１に対応するノズル６８が吐出オフ状態であることを記憶部に記憶する。制御部５００は、記憶部に記憶された各ノズル６８Ａ～６８Ｄからの可塑化材料の吐出のオンオフの状態を読み込むことによって、吐出オン状態にされているノズル６８の数を取得できる。各弁部７５Ａ～７５Ｄの位置を検出するエンコーダーが各バルブ７１Ａ～７１Ｄに設けられ、制御部５００は、各エンコーダーからの情報を用いて吐出オン状態にされているノズル６８の数を取得してもよい。以下の説明では、吐出オン状態にされているノズル６８のことを吐出オンノズルと呼び、吐出オフ状態にされているノズル６８のことを吐出オフノズルと呼ぶ。

ステップＳ２２０にて、制御部５００は、各ノズル６８Ａ～６８Ｄからの可塑化材料の吐出のオンオフの状態に基づいて、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度と、フラットスクリュー４０の回転速度とを制御する。この際に、制御部５００は、ステージ３００上の単位面積当たりの可塑化材料の堆積量が吐出オンノズルの数の変更前後で同じになるように、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度とフラットスクリュー４０の回転速度とを調節する。本実施形態では、制御部５００は、吐出オンノズルの数とステージ３００に対する造形部２００の相対速度とフラットスクリュー４０の回転速度との関係が表されたマップを用いて、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度とフラットスクリュー４０の回転速度とを調節する。このマップは、予め行われる試験によって作成されて、制御部５００の記憶部に記憶されている。このマップは、三次元造形物の造形に用いられる材料ＭＲの種類ごとに作成されることが好ましい。なお、制御部５００は、吐出オンノズルの数とステージ３００に対する造形部２００の相対速度とフラットスクリュー４０の回転速度との関係が表された関数を用いて、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度とフラットスクリュー４０の回転速度とを調節してもよい。

ステップＳ２３０にて、制御部５００は、造形層の形成が終了したか否かを判定する。ステップＳ２３０で造形層の形成が終了したと判断されるまで、制御部５００は、ステップＳ２１０からステップＳ２３０までの処理を繰り返す。ステップＳ２３０で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。その後、造形層の上にさらに造形層を形成する場合、制御部５００は、この処理を再び開始する。

図９は、本実施形態の三次元造形装置１００によって奇数番目の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１０は、本実施形態の三次元造形装置１００によって奇数番目の造形層が形成される様子を模式的に示す第１の底面図である。図１１は、本実施形態の三次元造形装置１００によって奇数番目の造形層が形成される様子を模式的に示す第２の底面図である。図９に示すように、本実施形態では、制御部５００は、ｎが１以上の奇数である場合、ｎ番目に形成される造形層である第ｎ層Ｌ_ｎを形成する際には、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Ｌ_ｎ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方向側に配置されている。第ｎ層Ｌ_ｎの形成に先立って、三次元造形装置１００は、往路モードに切り替えられている。つまり、第１表面活性化部２１０Ａからのプラズマの照射がオンにされており、第２表面活性化部２１０Ｂからのプラズマの照射がオフにされており、第１加熱冷却部２２０Ａから熱風が送出されており、第２加熱冷却部２２０Ｂから冷風が送出されており、第１平坦化部２３０Ａによる造形層の平坦化がオフにされており、第２平坦化部２３０Ｂによる造形層の平坦化がオンにされている。

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に設けられた第１表面活性化部２１０Ａと第１加熱冷却部２２０Ａと第１平坦化部２３０Ａと吐出部６０と第２平坦化部２３０Ｂと第２加熱冷却部２２０Ｂと第２表面活性化部２１０Ｂとがこの順に第ｎ－１層Ｌ_ｎ－１上を通過する。なお、第１層Ｌ_１を形成する際には、これらが上述した順にステージ３００上を通過する。

第ｎ－１層Ｌ_ｎ－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Ｌ_ｎ－１の上面は、化学的に活性化される。第ｎ－１層Ｌ_ｎ－１上を通過する第１加熱冷却部２２０Ａから熱風ＨＡが吹き付けられることによって、第ｎ－１層Ｌ_ｎ－１の上面は、ガラス転移点以上の温度に加熱される。なお、第１層Ｌ_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ＰＬの照射、および、第１加熱冷却部２２０Ａからの熱風ＨＡの送出がオフにされてもよい。

第ｎ－１層Ｌ_ｎ－１上を通過する吐出部６０の各ノズル６８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、吐出量調節部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６８からの可塑化材料の吐出の開始と停止とを個別に切り替える。各ノズル６８から吐出された可塑化材料が第ｎ－１層Ｌ_ｎ－１上に堆積することによって第ｎ層Ｌ_ｎが形成される。可塑化材料の堆積に先立って第ｎ－１層Ｌ_ｎ－１の上面が化学的に活性化されているので、第ｎ層Ｌ_ｎと第ｎ－１層Ｌ_ｎ－１との密着性が高められる。さらに、可塑化材料の堆積に先立って第ｎ－１層Ｌ_ｎ－１の上面がガラス転移点以上の温度に加熱されているので、第ｎ層Ｌ_ｎと第ｎ－１層Ｌ_ｎ－１との密着性がさらに高められる。なお、第１層Ｌ_１を形成する際には、各ノズル６８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Ｌ_１が形成される。

フラットスクリュー４０を定速で回転させている状態で、吐出量調節部７０によって４つのノズル６８Ａ～６８Ｄのうちの吐出オンノズルの数が変更された場合、１つの吐出オンノズルからの可塑化材料の吐出量は変化する。より具体的には、吐出オンノズル数が減少した場合、１つの吐出オンノズルからの可塑化材料の吐出量は増加し、吐出オンノズル数が増加した場合、１つの吐出オンノズルからの可塑化材料の吐出量は減少する。本実施形態では、制御部５００は、堆積量変動抑制処理を実行することによって、１つの吐出オンノズルから吐出されて第ｎ－１層Ｌ_ｎ－１上あるいはステージ３００上に堆積する可塑化材料についての、第ｎ－１層Ｌ_ｎ－１上あるいはステージ３００上の単位面積当たりの堆積量が吐出オンノズル数の変更前後で同じになるように、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度と、フラットスクリュー４０の回転速度とを制御する。例えば、図１０に示すように、吐出オンノズル数が４つの場合、制御部５００は、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度が速度ｖ１になるように移動部４００を制御し、図１１に示すように、吐出オンノズル数が４つから２つに変更されることによって吐出オンノズルからの可塑化材料の吐出量が２倍になる場合には、制御部５００は、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度が速度ｖ１よりも２倍速い速度ｖ２になるように移動部４００を制御する。ステージ３００に対する造形部２００の相対速度を増加させることができない場合には、制御部５００は、フラットスクリュー４０の回転速度を減少させる。

図９に示すように、第ｎ－１層Ｌ_ｎ－１上に形成された硬化前の第ｎ層Ｌ_ｎは、第２平坦化部２３０Ｂのローラー２３１によって押圧されて平坦化される。第ｎ層Ｌ_ｎが平坦化されることによって、第ｎ層Ｌ_ｎとステージ３００との密着性が高められるとともに、第ｎ層Ｌ_ｎと第ｎ－１層Ｌ_ｎ－１との間に意図せず空隙が形成されることが抑制される。さらに、第ｎ層Ｌ_ｎが平坦化されることによって、第ｎ層Ｌ_ｎのＺ方向における厚みは減少し、図１０に示すように、第ｎ層Ｌ_ｎのうちの各ノズル６８から吐出された可塑化材料によって形成された各部分のＹ方向における線幅は増加する。そのため、第ｎ層Ｌ_ｎ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とともに、当該部分同士の間に意図せず空隙が形成されることが抑制される。例えば、第ｎ層Ｌ_ｎ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とともに、当該部分同士の間に意図せず空隙が形成されることが抑制される。なお、第１層Ｌ_１を形成する際には、制御部５００は、各ノズル６８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、第２平坦化部２３０Ｂによって平坦化される前の第１層Ｌ_１を各ノズル６８の先端部で押圧してもよい。この場合、第１層Ｌ_１とステージ３００との密着性が高まるので、第２平坦化部２３０Ｂによって平坦化される前に第１層Ｌ_１がステージ３００から剥がれることを抑制できる。

第２平坦化部２３０Ｂによって平坦化された第ｎ層Ｌ_ｎは、第２加熱冷却部２２０Ｂ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ｎ層Ｌ_ｎが冷却されることによって、第ｎ層Ｌ_ｎが硬化するまでの待ち時間が短期化される。第ｎ層Ｌ_ｎの形成が終了した後、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Ｌ_ｎの厚み分＋Ｚ方向に向かって相対移動させる。

図１２は、本実施形態の三次元造形装置１００によって偶数番目の造形層が形成される様子を模式的に示す側面図である。制御部５００は、ｎが１以上の奇数である場合、ｎ＋１番目に形成される造形層、つまり、偶数番目に形成される造形層である第ｎ＋１層Ｌ_ｎ＋１を形成する際には、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＋１層Ｌ_ｎ＋１の形成に先立って、三次元造形装置１００は、往路モードから復路モードに切り替えられている。つまり、第１表面活性化部２１０Ａからのプラズマの照射がオフにされており、第２表面活性化部２１０Ｂからのプラズマの照射がオンにされており、第１加熱冷却部２２０Ａから冷風が送出されており、第２加熱冷却部２２０Ｂから熱風が送出されており、第１平坦化部２３０Ａによる造形層の平坦化がオンにされており、第２平坦化部２３０Ｂによる造形層の平坦化がオフにされている。

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に設けられた第２表面活性化部２１０Ｂと第２加熱冷却部２２０Ｂと第２平坦化部２３０Ｂと吐出部６０と第１平坦化部２３０Ａと第１加熱冷却部２２０Ａと第１表面活性化部２１０Ａとがこの順に第ｎ層Ｌ_ｎ上を通過する。第ｎ層Ｌ_ｎ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Ｌ_ｎの上面は、化学的に活性化される。第ｎ層Ｌ_ｎ上を通過する第２加熱冷却部２２０Ｂから熱風ＨＡが吹き付けられることによって、第ｎ層Ｌ_ｎの上面は、ガラス転移点以上の温度に加熱される。第ｎ層Ｌ_ｎ上を通過する吐出部６０の各ノズル６８から可塑化材料が吐出されることによって、第ｎ層Ｌ_ｎ上に第ｎ＋１層Ｌ_ｎ＋１が形成される。第ｎ＋１層Ｌ_ｎ＋１が形成される際、制御部５００によって堆積量変動抑制処理が実行される。第ｎ層Ｌ_ｎ上に形成された硬化前の第ｎ＋１層Ｌ_ｎ＋１は、第１平坦化部２３０Ａのローラー２３１によって押圧されて平坦化される。第１平坦化部２３０Ａによって平坦化された第ｎ＋１層Ｌ_ｎ＋１は、第１加熱冷却部２２０Ａ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。

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、制御部５００は、ステージ３００上あるいは既に形成された造形層である既設層上に造形層を形成する際に、堆積量変動抑制処理を実行することによって、各ノズル６８からの可塑化材料の吐出状態に基づいて、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度と、フラットスクリュー４０の回転速度とを制御するので、吐出オンノズルから吐出されてステージ３００上あるいは既設層上に堆積する可塑化材料の単位面積当たりの堆積量の変動を抑制できる。そのため、三次元造形物を寸法精度良く造形することができる。

また、本実施形態では、制御部５００は、堆積量変動抑制処理において、各ノズル６８からの可塑化材料の吐出状態として、各ノズル６８からの可塑化材料の吐出のオンオフの状態に基づいて、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度と、フラットスクリュー４０の回転速度とを制御する。そのため、簡易な制御で、上述した堆積量の変動を抑制できる。

また、本実施形態では、制御部５００は、堆積量変動抑制処理において、吐出オフ状態にされるノズル６８の数を増加させる際に、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度を増加させ、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度を増加させることができない場合には、フラットスクリュー４０の回転速度を減少させる。そのため、上出した堆積量の変動を確実に抑制できる。

また、本実施形態では、可塑化部３０は、回転軸に沿ったＺ方向において小型なフラットスクリュー４０の回転を用いて、溝部４５に供給された材料を可塑化して可塑化材料を生成する。そのため、可塑化部３０をＺ方向において小型化できる。

また、本実施形態では、吐出量調節部７０は、各ノズル６８Ａ～６８Ｄに連通する各個別流路６５Ａ～６５Ｄを開閉するバルブ７１Ａ～７１Ｄによって構成されている。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オンオフを切り替えることができる。

Ｂ．第２実施形態：
図１３は、第２実施形態における三次元造形装置１００ｂの吐出部６０ｂの概略構成を示す断面図である。第２実施形態では、吐出部６０ｂ内に４つの個別流路６５Ａ～６５Ｄのそれぞれに第１計測部９０が配置されており、制御部５００は、堆積量変動抑制処理において、各第１計測部９０を用いて各ノズル６８Ａ～６８Ｄからの可塑化材料の吐出状態を取得することが第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、第１実施形態と同じである。

各第１計測部９０は、各個別流路６５Ａ～６５Ｄ内の圧力を検出する圧力センサーである。各第１計測部９０は、各個別流路６５Ａ～６５Ｄのうちの吐出量調節部７０よりも上流部分に配置されている。図１３には、第２個別流路６５Ｂに配置された第１計測部９０と、第４個別流路６５Ｄに配置された第１計測部９０とが表されている。図示は省略するが、第１個別流路６５Ａと第３個別流路６５Ｃとにも第１計測部９０が配置されている。なお、各第１計測部９０は、各個別流路６５のうちの吐出量調節部７０よりも下流部分に配置されてもよい。

本実施形態では、図８に示した堆積量変動抑制処理のステップＳ２１０にて、制御部５００は、吐出状態として、各ノズル６８Ａ～６８Ｄから吐出される可塑化材料の圧力の状態を取得する。より具体的には、制御部５００は、各第１計測部９０によって計測される圧力値を取得する。例えば、吐出オンノズルの数が減少した場合、吐出オンノズルに連通する個別流路６５内に配置された第１計測部９０によって計測される圧力値は増加し、吐出オンノズルの数が増加した場合、吐出オンノズルに連通する個別流路６５内に配置された第１計測部９０によって計測される圧力値は減少する。

ステップＳ２２０にて、制御部５００は、各第１計測部９０によって計測された圧力値に基づいて、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度と、フラットスクリュー４０の回転速度とを制御する。本実施形態では、制御部５００は、第１計測部９０によって計測される圧力値と、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度と、フラットスクリュー４０の回転速度との関係が表されたマップまたは関数を用いて、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度と、フラットスクリュー４０の回転速度とを制御する。このマップや関数は、予め行われる試験によって作成される。第１計測部９０によって計測される圧力値が増加した場合、制御部５００は、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度を増加させる。ステージ３００に対する造形部２００の相対速度を増加させることができない場合には、制御部５００は、フラットスクリュー４０の回転速度を減少させる。一方、第１計測部９０によって計測される圧力値が減少した場合、制御部５００は、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度を減少させる。ステージ３００に対する造形部２００の相対速度を減少させることができない場合には、制御部５００は、フラットスクリュー４０の回転速度を増加させる。

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、制御部５００は、堆積量変動抑制処理において、吐出状態として、各ノズル６８Ａ～６８Ｄに連通する各個別流路６５Ａ～６５Ｄ内に配置された各第１計測部９０によって検出される圧力の状態を用いる。そのため、各個別流路６５Ａ～６５Ｄ内の圧力変動によって吐出オンノズルからの吐出量が変動した場合であっても、吐出オンノズルから吐出されてステージ３００上あるいは既設層上に堆積する可塑化材料の単位面積当たりの堆積量の変動を抑制できる。特に、本実施形態では、各第１計測部９０は、各個別流路６５Ａ～６５Ｄのうちの吐出量調節部７０よりも上流部分に配置されている。そのため、各第１計測部９０によって各個別流路６５Ａ～６５Ｄ内の圧力を精度良く計測できる。

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の概略構成を示す断面図である。第３実施形態における三次元造形装置１００ｃは、第２計測部９５を備えており、制御部５００は、堆積量変動抑制処理において、第２計測部９５を用いて吐出状態を取得することが第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、第１実施形態と同じである。

本実施形態では、第２計測部９５は、各ノズル６８Ａ～６８Ｄに対して＋Ｘ方向側と、各ノズル６８Ａ～６８Ｄに対して－Ｘ方向側とに配置されており、吐出部６０の下端部に固定されている。第２計測部９５は、各ノズル６８Ａ～６８Ｄから吐出された可塑化材料の吐出量または線幅を計測する。第２計測部９５は、各ノズル６８Ａ～６８Ｄから吐出されてステージ３００上あるいは既設層上に堆積する前の可塑化材料の吐出量または線幅を計測してもよいし、各ノズル６８Ａ～６８Ｄから吐出されてステージ３００上あるいは既設層上に堆積した後の可塑化材料の吐出量または線幅を計測してもよい。本実施形態では、第２計測部９５は、各ノズル６８Ａ～６８Ｄから吐出された可塑化材料を撮像するカメラによって構成されている。なお、第２計測部９５は、レーザー発振部とレーザー受光部を備え、各ノズル６８Ａ～６８Ｄから吐出された可塑化材料に向けてレーザーを照射し、照射したレーザーを受光することによって、可塑化材料の吐出量や線幅を計測してもよい。

本実施形態では、図８に示した堆積量変動抑制処理のステップＳ２１０にて、制御部５００は、吐出状態として、各ノズル６８Ａ～６８Ｄから吐出された可塑化材料の吐出量の状態または線幅の状態を取得する。より具体的には、制御部５００は、第２計測部９５によって計測された吐出量または線幅に関する情報を取得する。

ステップＳ２２０にて、制御部５００は、第２計測部９５によって計測された吐出量または線幅に基づいて、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度と、フラットスクリュー４０の回転速度とを制御する。例えば、第２計測部９５によって計測された吐出量または線幅が増加した場合、制御部５００は、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度を増加させる。ステージ３００に対する造形部２００の相対速度を増加させることができない場合には、制御部５００は、フラットスクリュー４０の回転速度を減少させる。第２計測部９５によって計測された吐出量または線幅が減少した場合、制御部５００は、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度を減少させる。ステージ３００に対する造形部２００の相対速度を減少させることができない場合には、制御部５００は、フラットスクリュー４０の回転速度を増加させる。

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、制御部５００は、堆積量変動抑制処理において、吐出状態として、第２計測部９５によって計測された各ノズル６８Ａ～６８Ｄからの可塑化材料の吐出量または線幅の状態を用いるので、吐出オンノズルから吐出された可塑化材料の吐出量または線幅が変動した場合であっても、吐出オンノズルから吐出されてステージ３００上あるいは既設層上に堆積する可塑化材料の単位面積当たりの堆積量の変動を抑制できる。

Ｄ．第４実施形態：
図１５は、第４実施形態における三次元造形装置１００ｄの２つの造形部２００Ａ，２００Ｂの概略構成を示す底面図である。第４実施形態における三次元造形装置１００ｄには、２つの造形部２００Ａ，２００Ｂが設けられていること、および、吐出量変動抑制処理の内容が第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、第１実施形態と同じである。

２つの造形部２００Ａ，２００Ｂは、Ｙ方向に沿って並んで配置されている。以下の説明では、－Ｙ方向側に配置された造形部２００Ａのことを第１造形部２００Ａと呼び、＋Ｙ方向側に配置された造形部２００Ｂのことを第２造形部２００Ｂと呼ぶ。第１造形部２００Ａは、材料供給部２０と、可塑化部３０と、吐出部６０ｄと、吐出量調節部７０ｄとを備えている。材料供給部２０の構成、および、可塑化部３０の構成は、第１実施形態と同じである。本実施形態では、吐出部６０ｄは、Ｙ方向に沿って並んで配置された８つのノズル６８を有している。吐出量調節部７０ｄは、８つのバルブ７１によって構成されている。第２造形部２００Ｂの構成は、第１造形部２００Ａの構成と同じである。

本実施形態では、第１表面活性化部２１０Ｃと、第２表面活性化部２１０Ｄと、第１加熱冷却部２２０Ｃと、第２加熱冷却部２２０Ｄと、第１平坦化部２３０Ｃと、第２平坦化部２３０Ｄとが１つずつ設けられている。各表面活性化部２１０Ｃ，２１０Ｄは、第１実施形態の各表面活性化部２１０Ａ，２１０ＢよりもＹ方向に長尺に構成されている。各加熱冷却部２２０Ｃ，２２０Ｄは、第１実施形態の各加熱冷却部２２０Ａ，２２０ＢよりもＹ方向に長尺に構成されている。各平坦化部２３０Ｃ，２３０Ｄは、第１実施形態の各平坦化部２３０Ａ，２３０ＢよりもＹ方向に長尺に構成されている。第１表面活性化部２１０Ｃおよび第１加熱冷却部２２０Ｃは、第１造形部２００Ａの第１支持部３５と第２造形部２００Ｂの第１支持部３５とに固定されている。第２表面活性化部２１０Ｄおよび第２加熱冷却部２２０Ｄは、第１造形部２００Ａの第２支持部３６と第２造形部２００Ｂの第２支持部３６とに固定されている。第１平坦化部２３０Ｃおよび第２平坦化部２３０Ｄは、第１造形部２００Ａのスクリューケース３１の下端部と第２造形部２００Ｂのスクリューケース３１の下端部とに固定されている。

移動部４００は、ステージ３００に対して第１造形部２００Ａおよび第２造形部２００Ｂを相対移動させる。本実施形態では、移動部４００は、ステージ３００に対して第１造形部２００Ａと第２造形部２００Ｂとを一体として相対移動させる。つまり、移動部４００は、第１造形部２００Ａに対して第２造形部２００Ｂを相対移動させない。

本実施形態では、図８に示した堆積量変動抑制処理のステップＳ２１０にて、制御部５００は、第１造形部２００Ａの８つのノズル６８のうちの吐出オンノズルの割合を取得し、第２造形部２００Ｂの８つのノズル６８のうちの吐出オンノズルの割合を取得する。ステップＳ２２０にて、制御部５００は、第１造形部２００Ａの吐出オンノズルの割合と第２造形部２００Ｂの吐出オンノズルの割合とが異なる場合には、第１造形部２００Ａと第２造形部２００Ｂのうちの吐出オンノズルの割合が多い方の吐出オンノズルから吐出されてステージ３００上あるいは既設層上に堆積する可塑化材料の単位面積当たりの堆積量が吐出オンノズル数の変更前後で同じになるようにステージ３００に対する第１造形部２００Ａおよび第２造形部２００Ｂの相対速度を調節するとともに、第１造形部２００Ａと第２造形部２００Ｂのうちの吐出オンノズルの割合が少ない方の吐出オンノズルから吐出されてステージ３００上あるいは既設層上に堆積する可塑化材料の単位面積当たりの堆積量が吐出オンノズル数の変更前後で同じになるように第１造形部２００Ａと第２造形部２００Ｂのうちの吐出オンノズルの割合が少ない方のフラットスクリュー４０の回転速度を調節する。例えば、第１造形部２００Ａの吐出オンノズル数が８つから６つに変更されるとともに第２造形部２００Ｂの吐出オンノズル数が８つから７つに変更された場合、制御部５００は、第１造形部２００Ａと第２造形部２００Ｂのうちの吐出オンノズルの割合が多い第２造形部２００Ｂの吐出オンノズルから吐出されてステージ３００上あるいは既設層上に堆積する可塑化材料の単位面積当たりの堆積量が吐出オンノズル数の変更前後で同じになるようにステージ３００に対する第１造形部２００Ａおよび第２造形部２００Ｂの相対速度を増加させるとともに、吐出オンノズルの割合が少ない第１造形部２００Ａの吐出オンノズルから吐出されてステージ３００上あるいは既設層上に堆積する可塑化材料の単位面積当たりの堆積量が吐出オンノズル数の変更前後で同じになるように第１造形部２００Ａのフラットスクリュー４０の回転速度を減少させる。

以上で説明した本実施形態における三次元造形装置１００ｄによれば、ステージ３００に対して２つの造形部２００Ａ，２００Ｂが一体として相対移動する形態において、各造形部２００Ａ，２００Ｂの吐出オンノズル数の変更によって、第１造形部２００Ａの吐出オンノズルの割合と第２造形部２００Ｂの吐出オンノズルの割合とが異なる状態になった場合であっても、各造形部２００Ａ，２００Ｂの吐出オンノズルから吐出されてステージ３００上あるいは既設層上に堆積する可塑化材料の単位面積当たりの堆積量が吐出オンノズル数の変更前後で変動することを抑制できる。

Ｅ．他の実施形態：
（Ｅ１）上述した各実施形態の三次元造形装置１００～１００ｄでは、制御部５００は、図８に示した堆積量変動抑制処理において、各ノズル６８からの可塑化材料の吐出状態に基づいて、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度と、フラットスクリュー４０の回転速度とを調節している。これに対して、制御部５００は、各ノズル６８からの可塑化材料の吐出状態に基づいて、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度と、フラットスクリュー４０の回転速度と、吐出量調節部７０による吐出量の調節度合いとを調節してもよい。この場合、吐出量調節部７０の各バルブ７１は、各ノズル６８からの可塑化材料のオンオフを切り替えるだけでなく、各ノズル６８からの可塑化材料の吐出量を調節可能に構成されることが好ましい。

（Ｅ２）図８に示した堆積量変動抑制処理において、制御部５００は、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度と、フラットスクリュー４０の回転速度とを調節せずに、各ノズル６８からの可塑化材料の吐出状態に応じて、吐出量調節部７０による吐出量の調節度合いを調節してもよい。

（Ｅ３）図８に示した堆積量変動抑制処理において、制御部５００は、フラットスクリュー４０の回転速度を調節せずに、各ノズル６８からの可塑化材料の吐出状態に応じて、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度と、吐出量調節部７０による吐出量の調節度合いとを調節してもよい。

（Ｅ４）図８に示した堆積量変動抑制処理において、制御部５００は、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度を調節せずに、各ノズル６８からの可塑化材料の吐出状態に応じて、フラットスクリュー４０の回転速度と、吐出量調節部７０による調節度合いとを調節してもよい。

（Ｅ５）図８に示した堆積量変動抑制処理において、制御部５００は、フラットスクリュー４０の回転速度を調節せずに、各ノズル６８からの可塑化材料の吐出状態に応じて、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度を調節してもよい。

（Ｅ６）図８に示した堆積量変動抑制処理において、制御部５００は、ステージ３００に対する造形部２００の相対速度を調節せずに、各ノズル６８からの可塑化材料の吐出状態に応じて、フラットスクリュー４０の回転速度を調節してもよい。

（Ｅ７）上述した各実施形態の三次元造形装置１００～１００ｄ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。

（Ｅ８）上述した各実施形態の三次元造形装置１００～１００ｄでは、制御部５００は、ステージ３００に対して造形部２００を＋Ｘ方向に相対移動させつつ各ノズル６８から可塑化材料を吐出させて三次元造形物の奇数層を形成し、ステージ３００に対して造形部２００を－Ｘ方向に相対移動させつつ各ノズル６８から可塑化材料を吐出させて偶数層を形成している。これに対して、制御部５００は、ステージ３００に対して造形部２００を＋Ｘ方向に相対移動させつつ各ノズル６８から可塑化材料を吐出させて奇数層を形成し、奇数層を形成する前の位置にステージ３００に対する造形部２００の位置を戻した後、ステージ３００に対して造形部２００を＋Ｘ方向に相対移動させつつ各ノズル６８から可塑化材料を吐出させて偶数層を形成してもよい。また、制御部５００は、例えば、ステージ３００に対して造形部２００を＋Ｘ方向に相対移動させつつ各ノズル６８から可塑化材料を吐出させた後、ステージ３００に対して造形部２００を＋Ｙ方向あるいは－Ｙ方向に移動させ、さらに、ステージ３００に対して造形部２００を－Ｘ方向に相対移動させつつ各ノズル６８から可塑化材料を吐出させることによって造形層を形成してもよい。

（Ｅ９）上述した各実施形態の三次元造形装置１００～１００ｄでは、第１表面活性化部２１０Ａと、第２表面活性化部２１０Ｂと、第１加熱冷却部２２０Ａと、第２加熱冷却部２２０Ｂと、第１平坦化部２３０Ａと、第２平坦化部２３０Ｂとを備えている。これに対して、三次元造形装置１００～１００ｄは、第１表面活性化部２１０Ａと、第２表面活性化部２１０Ｂと、第１加熱冷却部２２０Ａと、第２加熱冷却部２２０Ｂと、第１平坦化部２３０Ａと、第２平坦化部２３０Ｂとを備えていなくてもよい。

（Ｅ１０）上述した各実施形態の三次元造形装置１００～１００ｄでは、ペレット状のＡＢＳ樹脂が材料ＭＲとして用いられたが、造形部２００において用いられる材料ＭＲとしては、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材料を採用することもできる。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。上述した可塑化材料には、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可塑化材料が生成される。「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。また、「溶融」とは、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。

熱可塑性を有する材料としては、例えば、下記のいずれか一つまたは２以上を組み合わせた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（ＰＥＥＫ）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、フラットスクリュー４０の回転とヒーター５８の加熱によって可塑化されて溶融した状態に転化される。また、そのように生成された可塑化材料は、ノズル６８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６８から吐出されることが望ましい。なお、「完全に溶融した状態」とは、未溶融の熱可塑性を有する材料が存在しない状態を意味し、例えばペレット状の熱可塑性樹脂を材料に用いた場合、ペレット状の固形物が残存しない状態のことを意味する。

造形部２００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、可塑化材料の生成の際に溶融する成分が混合されて、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。
＜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。

造形部２００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に配置された可塑化材料は、例えば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。

Ｆ．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）本開示の第１の形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、スクリューを有し、前記スクリューの回転によ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、前記複数のノズルから前記堆積面に向かって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量を調節する吐出量調節部と、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、制御部と、を備える。前記制御部は、前記スクリューの回転速度を制御する第１制御と、前記吐出量調節部によって前記吐出量を制御する第２制御と、前記ステージに対する前記吐出部の相対速度を制御する第３制御とのうちの少なくともいずれか一つの制御を、前記複数のノズルからの前記可塑化材料の吐出状態に基づいて実行して、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上に積層する。
この形態の三次元造形装置によれば、制御部は、各ノズルからの可塑化材料の吐出状態に基づいて、スクリューの回転速度と、吐出量調節部によって調節される吐出量と、ステージに対する吐出部の相対速度とのうちの少なくとも一つを制御するので、各ノズルから吐出されてステージ上に堆積する可塑化材料の単位面積当たりの堆積量の変動を抑制できる。そのため、三次元造形物を寸法精度良く造形することができる。

（２）上記形態の三次元造形装置において、前記制御部は、前記第１制御と前記第２制御と前記第３制御とのうちの少なくとも一つの制御を、前記吐出状態としての、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開始とを示す状態に基づいて実行してもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、簡易な制御で、各ノズルから吐出されてステージ上に堆積する可塑化材料の単位面積当たりの堆積量の変動を抑制できる。

（３）上記形態の三次元造形装置において、前記制御部は、前記複数のノズルのうち、前記可塑化材料の吐出を停止状態にするノズルの数を増加させる際に、前記第１制御を実行する場合には、前記スクリューの回転速度を減少させ、前記第２制御を実行する場合には、前記吐出量調節部によって前記吐出量を減少させ、前記第３制御を実行する場合には、前記ステージに対する前記吐出部の相対速度を増加させてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、可塑化材料の吐出を停止状態にされるノズルの数を増加させる際に、制御部は、スクリューの回転速度の減少と、吐出量調節部による吐出量の減少と、ステージに対する吐出部の相対速度の増加とのうちの少なくとも一つを実行するので、各ノズルから吐出されてステージ上に堆積する可塑化材料の単位面積当たりの堆積量の変動を確実に抑制できる。

（４）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と、前記複数の個別流路のそれぞれの圧力を計測する複数の第１計測部とを有し、前記制御部は、前記第１制御と前記第２制御と前記第３制御とのうちの少なくとも一つの制御を、前記吐出状態としての、前記複数の第１計測部によって計測される圧力を示す状態に基づいて実行してもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、各個別流路内の圧力変動によって各ノズルからの吐出量が変動した場合であっても、制御部は、各第１計測部によって計測される各個別流路内の圧力に基づいて、スクリューの回転速度と、吐出量調節部によって調節される吐出量と、ステージに対する吐出部の相対速度とのうちの少なくとも一つを調整できるので、各ノズルから吐出されてステージ上に堆積する可塑化材料の単位面積当たりの堆積量の変動を抑制できる。

（５）上記形態の三次元造形装置において、前記複数の第１計測部は、前記複数の個別流路のうち、前記吐出量調節部よりも上流の位置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、各第１計測部によって各個別流路内の圧力を精度良く計測できる。

（６）上記形態の三次元造形装置は、前記複数のノズルのそれぞれから吐出された前記可塑化材料の前記吐出量または線幅を計測する第２計測部を備え、前記制御部は、前記第１制御と前記第２制御と前記第３制御とのうちの少なくとも一つの制御を、前記吐出状態としての、前記第２計測部によって計測される前記吐出量または前記線幅を示す状態に基づいて実行してもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、各ノズルから吐出される可塑化材料の吐出量または線幅が変動した場合であっても、制御部は、第２計測部によって計測される吐出量または線幅の状態に基づいて、スクリューの回転速度と、吐出量調節部によって調節される吐出量と、ステージに対する吐出部の相対速度とのうちの少なくとも一つを調整できるので、各ノズルから吐出されてステージ上に堆積する可塑化材料の単位面積当たりの堆積量の変動を抑制できる。

（７）上記形態の三次元造形装置において、前記可塑化部は、前記スクリューとして、溝部が設けられた溝形成面を有するフラットスクリューを有し、前記溝形成面に対向し、前記複数のノズルに連通する連通孔を有するバレルを有し、前記フラットスクリューの回転によって、前記溝部に供給された前記材料を可塑化して前記可塑化材料を生成し、前記可塑化材料を前記連通孔から前記複数のノズルに供給してもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、フラットスクリューの回転によって、溝部に供給された材料を可塑化して可塑化材料を生成できるので、フラットスクリューの回転軸に沿った方向において、可塑化部を小型化できる。

（８）上記形態の三次元造形装置において、前記吐出量調節部は、前記複数のノズルのそれぞれに対応する複数のバルブを有し、前記制御部は、前記複数のバルブの開度を制御することによって、前記複数のノズルのそれぞれからの前記可塑化材料の前記吐出量を調節してもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、簡易な構成で、各ノズルからの可塑化材料の吐出量を調節できる。

（９）本開示の第２の形態によれば、三次元造形物の製造方法が提供される。この三次元造形物の製造方法は、第１軸に沿って並んで配置された複数のノズルから前記第１軸に平行な堆積面に向かって可塑化材料を吐出させて、前記可塑化材料によって形成される造形層を前記堆積面上に積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、スクリューの回転によって材料を可塑化して前記可塑化材料を生成する第１工程と、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量を調節する第２工程と、前記堆積面に平行で前記第１軸と交差する第２軸に沿って前記複数のノズルを前記堆積面に対して相対移動させつつ前記複数のノズルから前記堆積面に向かって前記可塑化材料を吐出する第３工程と、を備える。前記第１工程における前記スクリューの回転速度と、前記第２工程における前記吐出量と、前記第３工程における前記堆積面に対する前記複数のノズルの相対速度とのうちの少なくとも一つを、前記複数のノズルからの前記可塑化材料の吐出状態に基づいて調節して、前記可塑化材料によって形成される造形層を前記堆積面上に積層することを特徴とする。
この形態の三次元造形物の製造方法によれば、各ノズルからの可塑化材料の吐出状態に基づいて、スクリューの回転速度と、吐出量調節部によって調節される吐出量と、堆積面に対する吐出部の相対速度とのうちの少なくとも一つを調節するので、各ノズルから吐出されて堆積面上に堆積する可塑化材料の単位面積当たりの堆積量の変動を抑制できる。そのため、三次元造形物を寸法精度良く造形することができる。

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、三次元造形装置の制御方法、三次元造形物の製造方法等の形態で実現することができる。

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…吐出量調節部、７１…バルブ、７５…弁部、７６…弁駆動部、９０…第１計測部、９５…第２計測部、１００…三次元造形装置、２００…造形部、２１０…表面活性化部、２２０…加熱冷却部、２３０…平坦化部、２３１…ローラー、２３２…ローラー支持部、３００…ステージ、３１０…堆積面、４００…移動部、５００…制御部

Claims (9)

1. 三次元造形装置であって、
   スクリューを有し、前記スクリューの回転によ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、前記複数のノズルから前記堆積面に向かって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量を調節する吐出量調節部と、
   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、
   前記ステージの前記堆積面に堆積した前記可塑化材料によって形成される造形層を平坦化する平坦化部と、
   制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記スクリューの回転速度を制御する第１制御と、前記吐出量調節部によって前記吐出量を制御する第２制御と、前記ステージに対する前記吐出部の相対速度を制御する第３制御とのうちの少なくともいずれか一つの制御を、前記複数のノズルからの前記可塑化材料の吐出状態に基づいて実行して、前記造形層を前記ステージ上に積層し、
   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。
2. 請求項１に記載の三次元造形装置であって、
   前記吐出部は、前記可塑化部に連通する共通流路と、前記共通流路に連通する複数の分岐流路と、前記分岐流路と前記ノズルとを連通する複数の個別流路とを有し、
   前記吐出量調節部は、前記複数のノズルのそれぞれに対応する前記個別流路に設けられた複数のバルブを有し、
   前記制御部は、前記複数のバルブの開度を制御することによって、前記複数のノズルのそれぞれからの前記可塑化材料の前記吐出量を調節する、三次元造形装置。
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、
   前記制御部は、前記第１制御と前記第２制御と前記第３制御とのうちの少なくとも一つの制御を、前記吐出状態としての、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開始とを示す状態に基づいて実行し、
   前記制御部は、前記複数のノズルのうち、前記可塑化材料の吐出を停止状態にするノズルの数を増加させる場合、
   前記第１制御を実行する場合には、前記スクリューの回転速度を減少させ、
   前記第２制御を実行する場合には、前記吐出量が減少するように前記吐出量調節部を調整し、
   前記第３制御を実行する場合には、前記ステージに対する前記吐出部の相対速度を増加させる、三次元造形装置。
4. 請求項１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と、前記複数の個別流路のそれぞれの圧力を計測する複数の第１計測部とを有し、
   前記複数の第１計測部は、前記複数の個別流路のうち、前記吐出量調節部よりも上流の位置に配置されており、
   前記制御部は、前記第１制御と前記第２制御と前記第３制御とのうちの少なくとも一つの制御を、前記吐出状態としての、前記複数の第１計測部によって計測される圧力を示す状態に基づいて実行し、
   前記制御部は、前記第１計測部によって計測される圧力が増加した場合に、
   前記第１制御を実行する場合には、前記スクリューの回転速度を減少させ、
   前記第２制御を実行する場合には、前記吐出量が減少するように前記吐出量調節部を調整し、
   前記第３制御を実行する場合には、前記ステージに対する前記吐出部の相対速度を増加させる、三次元造形装置。
5. 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、
   前記複数のノズルのそれぞれから吐出された前記可塑化材料の前記吐出量または線幅を計測する第２計測部を備え、
   前記制御部は、前記第１制御と前記第２制御と前記第３制御とのうちの少なくとも一つの制御を、前記吐出状態としての、前記第２計測部によって計測される前記吐出量または前記線幅を示す状態に基づいて実行し、
   前記制御部は、前記第２計測部によって計測される前記吐出量または前記線幅が増加した場合に、
   前記第１制御を実行する場合には、前記スクリューの回転速度を減少させ、
   前記第２制御を実行する場合には、前記吐出量が減少するように前記吐出量調節部を調整し、
   前記第３制御を実行する場合には、前記ステージに対する前記吐出部の相対速度を増加させる、三次元造形装置。
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、
   前記堆積面に垂直な方向から見て前記複数のノズルを挟むように設けられ、前記ステージ上に積層された前記造形層を加熱する機能と前記ステージ上に積層された前記造形層を冷却する機能とを有する一対の加熱冷却部と、
   前記堆積面に垂直な方向から見て前記複数のノズル及び前記一対の加熱冷却部を挟むように設けられ、前記ステージ上に積層された前記造形層の表面自由エネルギーを高める一対の表面活性化部と、
   をさらに備え、
   前記平坦化部は、前記堆積面に垂直な方向から見て前記複数のノズルと前記加熱冷却部との間に配置され、前記複数のノズルを挟むように一対で設けられている、三次元造形装置。
7. 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、
   前記堆積面に垂直な方向から見て前記複数のノズルを挟むように設けられ、前記ステージ上に積層された前記造形層を加熱する機能と前記ステージ上に積層された前記造形層を冷却する機能とを有する一対の加熱冷却部をさらに備え、
   前記平坦化部は、前記堆積面に垂直な方向から見て前記複数のノズルと前記加熱冷却部との間に配置され、前記複数のノズルを挟むように一対で設けられており、
   前記制御部は、前記一対の加熱冷却部を制御して、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た前記加熱冷却部によって前記ステージ上に積層された前記造形層を加熱し、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た前記加熱冷却部によって前記ステージ上に積層された前記造形層を冷却する、三次元造形装置。
8. 請求項１に記載の三次元造形装置であって、
   前記可塑化部、前記吐出部、および、前記吐出量調節部を各々備える第１造形部および第２造形部を有し、
   前記第１造形部の前記複数のノズル、および、前記第２造形部の前記複数のノズルは、前記第１軸に沿って互いに隣り合って配置されており、
   前記移動部は、前記第１造形部と前記第２造形部とを一体として前記ステージに対して相対移動させ、
   前記制御部は、前記吐出状態としての、前記複数のノズルのうちの前記可塑化材料の吐出を停止状態にするノズルの数を、前記第１造形部および前記第２造形部において増加させる場合であって、前記第２造形部における前記停止状態にするノズルの数を前記第１造形部における前記停止状態にするノズルの数よりも少なくする場合、
   前記第２造形部により前記堆積面に堆積する前記可塑化材料の単位面積当たりの堆積量が、前記第２造形部における前記停止状態にするノズルの数の変更前後で同じになるように、前記第１造形部および前記第２造形部の前記ステージに対する相対速度を増加させるとともに、
   前記第１造形部により前記堆積面に堆積する前記可塑化材料の単位面積当たりの堆積量が、前記第１造形部における前記停止状態にするノズルの数の変更前後で同じになるように、前記第１造形部の前記スクリューの回転速度を減少させる、三次元造形装置。
9. 第１軸に沿って並んで配置された複数のノズルから前記第１軸に平行な堆積面に向かって可塑化材料を吐出させて、前記可塑化材料によって形成される造形層を前記堆積面上に積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
   スクリューの回転によって材料を可塑化して前記可塑化材料を生成する第１工程と、
   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量を調節する第２工程と、
   前記堆積面に平行で前記第１軸と交差する第２軸に沿って前記複数のノズルを前記堆積面に対して相対移動させつつ前記複数のノズルから前記堆積面に向かって前記可塑化材料を吐出する第３工程と、
   前記堆積面に堆積した前記可塑化材料によって形成される造形層を平坦化する第４工程と、
   を備え、
   前記第１工程における前記スクリューの回転速度と、前記第２工程における前記吐出量と、前記第３工程における前記堆積面に対する前記複数のノズルの相対速度とのうちの少なくとも一つを、前記複数のノズルからの前記可塑化材料の吐出状態に基づいて調節して、前記造形層を前記堆積面上に積層し、
   前記第３工程では、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、三次元造形物の製造方法。

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