JP7163595B2 - 三次元造形物の製造方法、および、三次元造形物の造形装置 - Google Patents

Description

本発明は、三次元造形物の製造技術に関する。

例えば、下記の特許文献１には、インクジェット方式のヘッドから材料を吐出して硬化させることによって三次元造形物を造形する製造方法が開示されている。特許文献１の技術では、造形精度を高めつつ、迅速に三次元造形物を造形するために、三次元造形物の輪郭を決定する支持層を高い精度で造形し、精度を要しない構成層を支持層によって支持された状態で迅速に造形している。

特開２０１７－８８９６７号公報

上記の特許文献１では、流動性を有している状態で準備された材料をインクジェット方式で吐出する技術が開示されているにすぎない。特許文献１の技術では、固体の状態で準備された材料を用いて、より簡素な工程や構成により、高い造形精度で、迅速に三次元造形物を造形することについては考慮されていない。

本発明の第１の形態は、三次元造形物の製造方法であって；材料生成部によって材料の少なくとも一部を溶融させて造形材料を生成する可塑化工程と；造形テーブルとノズルとの相対位置を変えながら、前記造形テーブルに向かって、前記ノズルから前記造形材料を吐出する吐出処理によって、前記造形テーブルから前記ノズルに向かう方向に開口する凹部を有する第１造形部位を造形する第１工程と；前記吐出処理によって前記造形材料を前記凹部内に堆積させ、前記凹部内に固定される第２造形部位を、前記第１造形部位の単位体積あたりの造形時間よりも短い単位体積あたりの造形時間で造形する第２工程と；を備え、前記材料生成部は、溝が形成された溝形成面を有し、回転可能なフラットスクリューと、前記溝形成面に対向し、前記ノズルに連通する連通孔が形成されたスクリュー対面部と、を備え、前記フラットスクリューは、回転軸に沿った方向の長さが、前記回転軸に垂直な方向の長さよりも短く、前記第２工程では、前記吐出処理における前記造形テーブルに対する前記ノズルの移動速度を前記第１工程のときよりも低下させることによって、前記ノズルの下に前記造形材料が堆積される範囲を前記第１工程のときより増大させる、製造方法として提供される。
本発明の第２の形態は、三次元造形物の製造方法であって；材料生成部によって材料の少なくとも一部を溶融させて造形材料を生成する可塑化工程と；造形テーブルとノズルとの相対位置を変えながら、前記造形テーブルに向かって、前記ノズルから前記造形材料を吐出する吐出処理によって、前記造形テーブルから前記ノズルに向かう方向に開口する凹部を有する第１造形部位を造形する第１工程と；前記吐出処理によって前記造形材料を前記凹部内に堆積させ、前記凹部内に固定される第２造形部位を、前記第１造形部位の単位体積あたりの造形時間よりも短い単位体積あたりの造形時間で造形する第２工程と；を備え、前記材料生成部は、溝が形成された溝形成面を有し、回転可能なフラットスクリューと、前記溝形成面に対向し、前記ノズルに連通する連通孔が形成されたスクリュー対面部と、を備え、前記フラットスクリューは、回転軸に沿った方向の長さが、前記回転軸に垂直な方向の長さよりも短く、前記第１工程の前記吐出処理では、前記造形テーブルに対する前記ノズルの移動方向を変更するときに、前記ノズルからの前記造形材料の吐出量を低下させ、前記第２工程の前記吐出処理では、前記造形テーブルに対する前記ノズルの移動方向を変更するときに、前記ノズルからの前記造形材料の吐出量を前記第１工程のときよりも低下させない、製造方法として提供される。
本発明の第３の形態は、三次元造形物の製造方法であって；材料生成部によって材料の少なくとも一部を溶融させて造形材料を生成する可塑化工程と；造形テーブルとノズルとの相対位置を変えながら、前記造形テーブルに向かって、前記ノズルから前記造形材料を吐出する吐出処理によって、前記造形テーブルから前記ノズルに向かう方向に開口する凹部を有する第１造形部位を造形する第１工程と；前記吐出処理によって前記造形材料を前記凹部内に堆積させ、前記凹部内に固定される第２造形部位を、前記第１造形部位の単位体積あたりの造形時間よりも短い単位体積あたりの造形時間で造形する第２工程と；を備え、前記材料生成部は、溝が形成された溝形成面を有し、回転可能なフラットスクリューと、前記溝形成面に対向し、前記ノズルに連通する連通孔が形成されたスクリュー対面部と、を備え、前記フラットスクリューは、回転軸に沿った方向の長さが、前記回転軸に垂直な方向の長さよりも短く、前記第１工程の前記吐出処理では、前記ノズルとして第１ノズルを使用し、前記第２工程の前記吐出処理では、前記ノズルとして、前記第１ノズルよりも吐出口の孔径が大きい第２ノズルを使用する、製造方法として提供される。

第１実施形態の造形装置の構成を示す概略図。 フラットスクリューの構成を示す概略斜視図。 スクリュー対面部の構成を示す概略平面図。 吐出処理による造形の様子を模式的に示す概略図。 第１実施形態における三次元造形物の製造工程のフローを示す説明図。 第１工程で造形される第１造形部位の一例を示す模式図。 第２工程で造形される第２造形部位の一例を示す模式図。 第２造形部位を造形する際のノズルの移動経路の第１の例を示す模式図。 第２造形部位を造形する際のノズルの移動経路の第２の例を示す模式図。 第２造形部位を造形する際のノズルの移動経路の第３の例を示す模式図。 ノズルから造形材料が予定部位に吐出されるときの様子を模式的に示す模式図。 第２実施形態の三次元造形物の製造工程のフローを示す説明図。 第３実施形態の三次元造形物の製造工程のフローを示す説明図。 第４実施形態の造形装置の構成を示す概略図。 第４実施形態の三次元造形物の製造工程のフローを示す説明図。 第５実施形態の造形装置の構成を示す概略図。 第５実施形態の三次元造形物の製造工程のフローを示す説明図。 第５実施形態での第２造形部位を造形する工程を説明するための模式図。

１．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における三次元造形物の製造方法を実行する三次元造形装置１００の構成を示す概略図である。図１には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印が示されている。第１実施形態では、Ｘ方向およびＹ方向は、水平面に平行な方向であり、Ｚ方向は、重力方向（鉛直方向）とは反対の方向である。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印は、他の参照図においても、図示の方向が図１と対応するように適宜、図示してある。

三次元造形装置１００は、造形材料を堆積させることによって三次元造形物を造形する。以下では、「三次元造形装置」を単に「造形装置」とも呼び、三次元造形物を単に「造形物」とも呼ぶ。「造形材料」については後述する。造形装置１００は、制御部１０１と、造形部１１０と、造形テーブル２１０と、移動機構２３０と、を備える。

制御部１０１は、造形装置１００全体の動作を制御して、造形物を造形する造形工程を実行する。第１実施形態では、制御部１０１は、１つ、または、複数のプロセッサーと、主記憶装置と、を備えるコンピューターによって構成される。制御部１０１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。なお、制御部１０１は、そうしたコンピューターによって構成される代わりに、各機能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。

造形部１１０は、固体状態の材料の少なくとも一部を溶融させてペースト状にした造形材料を造形テーブル２１０上に配置する。造形部１１０は、材料供給部２０と、造形材料生成部３０と、吐出部６０と、を備える。

材料供給部２０は、造形材料生成部３０に材料を供給する。材料供給部２０は、例えば、材料を収容するホッパーによって構成される。材料供給部２０は、下方に排出口を有している。当該排出口は、連通路２２を介して、造形材料生成部３０に接続されている。材料は、ペレットや粉末等の形態で材料供給部２０に投入される。材料供給部２０に投入される材料については後述する。

造形材料生成部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溶融させた流動性を有するペースト状の造形材料を生成し、吐出部６０へと導く。造形材料生成部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、スクリュー対面部５０と、を有する。

フラットスクリュー４０は、その中心軸に沿った方向である軸線方向における高さが直径よりも小さい略円柱状を有する。フラットスクリュー４０は、その軸線方向がＺ方向に平行になるように配置され、円周方向に沿って回転する。第１実施形態では、フラットスクリュー４０の中心軸は、その回転軸ＲＸと一致する。図１には、フラットスクリュー４０の回転軸ＲＸを一点鎖線で図示してある。

フラットスクリュー４０は、スクリューケース３１内に収納されている。フラットスクリュー４０の上面４７側は駆動モーター３２に連結されており、フラットスクリュー４０は、駆動モーター３２が発生させる回転駆動力によって、スクリューケース３１内において回転する。駆動モーター３２は、制御部１０１の制御下において駆動する。

フラットスクリュー４０は、回転軸ＲＸと交差する面である下面４８に、溝部４２が形成されている。上述した材料供給部２０の連通路２２は、フラットスクリュー４０の側面から、当該溝部４２に接続されている。

フラットスクリュー４０の下面４８は、スクリュー対面部５０の上面５２に面しており、フラットスクリュー４０の下面４８の溝部４２と、スクリュー対面部５０の上面５２との間には空間が形成される。造形部１１０では、フラットスクリュー４０とスクリュー対面部５０との間のこの空間に、材料供給部２０から材料が供給される。フラットスクリュー４０およびその溝部４２の具体的な構成については後述する。

スクリュー対面部５０には、材料を加熱するためのヒーター５８が埋め込まれている。回転しているフラットスクリュー４０の溝部４２内に供給された材料は、フラットスクリュー４０の回転によって、少なくとも一部が溶融されつつ、溝部４２に沿って流動し、フラットスクリュー４０の中央部４６へと導かれる。中央部４６に流入したペースト状の材料は、スクリュー対面部５０の中心に設けられた連通孔５６を介して、造形材料として吐出部６０に供給される。

吐出部６０は、ノズル６１と、流路６５と、開閉機構７０と、を有する。ノズル６１は、流路６５を通じて、スクリュー対面部５０の連通孔５６に接続されている。流路６５は、フラットスクリュー４０とノズル６１との間の造形材料の流路である。ノズル６１は、造形材料生成部３０において生成された造形材料を、先端の吐出口６２から造形テーブル２１０に向かって吐出する。

第１実施形態では、ノズル６１の吐出口６２は、孔径Ｄｎを有する。ノズル６１の孔径Ｄｎは、ノズル６１の走査方向における吐出口６２の開口幅の最大値である。なお、「ノズル６１の走査方向」とは、ノズル６１が造形材料を吐出しながら造形テーブル２１０に対してノズル６１の位置が相対的に移動する方向である。吐出口６２が正円状の形状を有している場合には、孔径Ｄｎは吐出口６２の直径に相当する。吐出口６２が正円状以外の形状を有している場合には、孔径Ｄｎは走査方向において最も離れた位置にある吐出口６２の端部同士の間の距離に相当する。吐出口６２が複数の微小な開口が配列された構成を有している場合には、孔径Ｄｎは走査方向において最も外側に配列されている２つの微小開口における外側の端部同士の間の距離に相当する。

開閉機構７０は、流路６５を開閉して、ノズル６１からの造形材料の流出を制御する。第１実施形態では、開閉機構７０は、バタフライバルブによって構成されている。開閉機構７０は、駆動軸７２と、弁体７３と、バルブ駆動部７４と、を備える。

駆動軸７２は、一方向に延びる軸状部材である。駆動軸７２は、流路６５の出口において、造形材料の流れ方向に交差するように取り付けられている。第１実施形態では、駆動軸７２は流路６５に対して垂直に取り付けられている。図１では、駆動軸７２は、Ｙ方向に平行に配置されている構成が図示されている。駆動軸７２は、その中心軸を中心に回転可能に取り付けられている。

弁体７３は、流路６５内において回転する板状部材である。第１実施形態では、弁体７３は、駆動軸７２の流路６５内に配置されている部位を板状に加工することによって形成されている。弁体７３を、その板面に垂直な方向に見たときの形状は、弁体７３が配置されている部位における流路６５の開口形状とほぼ一致する。

バルブ駆動部７４は、制御部１０１の制御下において、駆動軸７２を回転させる回転駆動力を発生する。バルブ駆動部７４は、例えば、ステッピングモーターによって構成される。駆動軸７２の回転によって弁体７３が流路６５内において回転する。

弁体７３の板面が、図１に示されているように、流路６５における造形材料の流れ方向に沿っている状態が、流路６５が開かれている状態である。この状態では、流路６５からノズル６１への造形材料の流入が許容され、吐出口６２から造形材料が流出する。弁体７３の板面が、流路６５における造形材料の流れ方向に対して垂直にされた状態が、流路６５が閉じられた状態である。この状態では、流路６５からノズル６１への造形材料の流入が遮断され、吐出口６２からの造形材料の流出が停止される。

造形テーブル２１０は、ノズル６１の吐出口６２に対向する位置に配置されている。造形テーブル２１０は、Ｘ，Ｙ方向に平行に配置される上面２１１を有している。後述するように、造形装置１００では、造形テーブル２１０の上面２１１に造形材料を堆積させることによって造形物が造形される。

以下の説明においては、造形テーブル２１０の上面２１１に沿った任意の方向を「第１方向」とも呼び、第１方向に垂直な方向を「第２方向」とも呼ぶ。第１実施形態では、造形テーブル２１０の上面２１１は水平に配置されているため、第１方向は、水平方向に平行であり、Ｘ方向およびＹ方向に平行である。また、第２方向は、鉛直方向に平行であり、Ｚ方向に平行である。

移動機構２３０は、造形テーブル２１０とノズル６１との相対位置を変化させる。第１実施形態では、移動機構２３０は、造形テーブル２１０をノズル６１に対して移動させる。移動機構２３０は、３つのモーターＭの駆動力によって、造形テーブル２１０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る。移動機構２３０は、制御部１０１の制御下において、ノズル６１と造形テーブル２１０との相対的な位置関係を変更する。

なお、造形装置１００では、移動機構２３０によって造形テーブル２１０を移動させる構成の代わりに、造形テーブル２１０の位置が固定された状態で、移動機構２３０が造形テーブル２１０に対してノズル６１を移動させる構成が採用されてもよい。こうした構成であっても、ノズル６１と造形テーブル２１０との相対的な位置関係が変更可能である。以下の説明において、「ノズル６１の移動速度」というときは、造形テーブル２１０に対するノズル６１の相対的な速度を意味する。また、「ノズル６１の移動距離」というときは、造形テーブル２１０に対してノズル６１が相対的に移動する距離を意味する。

図２は、フラットスクリュー４０の下面４８側の構成を示す概略斜視図である。図２には、造形材料生成部３０において回転するときのフラットスクリュー４０の回転軸ＲＸの位置が一点鎖線で図示されている。図１を参照して説明したように、スクリュー対面部５０に対向するフラットスクリュー４０の下面４８には、溝部４２が設けられている。以下、下面４８を、「溝形成面４８」とも呼ぶ。

フラットスクリュー４０の溝形成面４８の中央部４６は、溝部４２の一端が接続されている凹部として構成されている。中央部４６は、図１に図示されているスクリュー対面部５０の連通孔５６に対向する。第１実施形態では、中央部４６は、回転軸ＲＸと交差する。

フラットスクリュー４０の溝部４２は、いわゆるスクロール溝を構成する。溝部４２は、中央部４６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４２は、螺旋状に延びるように構成されているとしてもよい。溝形成面４８には、溝部４２の側壁部を構成し、各溝部４２に沿って延びている凸条部４３が設けられている。

溝部４２は、フラットスクリュー４０の側面に形成された材料流入口４４まで連続している。この材料流入口４４は、材料供給部２０の連通路２２を介して供給された材料を受け入れる部分である。

フラットスクリュー４０が回転すると、材料流入口４４から供給された材料の少なくとも一部が、溝部４２内において加熱されながら溶融し、流動性が高まっていく。そして、その材料は、溝部４２を通じて中央部４６へと流動し、中央部４６に集まり、そこで生じる内圧により、ノズル６１へと導かれ、吐出口６２から吐出される。

図２には、３つの溝部４２と、３つの凸条部４３を有するフラットスクリュー４０の例が図示されている。フラットスクリュー４０に設けられる溝部４２や凸条部４３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４２のみが設けられていてもよいし、２以上の複数の溝部４２が設けられていてもよい。また、溝部４２の数に合わせて任意の数の凸条部４３が設けられてもよい。

図２には、材料流入口４４が３箇所に形成されているフラットスクリュー４０の例が図示されている。フラットスクリュー４０に設けられる材料流入口４４の数は、３箇所に限定されない。フラットスクリュー４０には、材料流入口４４が１箇所にのみ設けられていてもよいし、２箇所以上の複数の箇所に設けられていてもよい。

図３は、スクリュー対面部５０の上面５２側を示す概略平面図である。スクリュー対面部５０の上面５２は、上述したように、フラットスクリュー４０の溝形成面４８に対向する。以下、この上面５２を、「スクリュー対向面５２」とも呼ぶ。スクリュー対向面５２の中心には、造形材料をノズル６１に供給するための上述した連通孔５６が形成されている。

スクリュー対向面５２には、連通孔５６に接続され、連通孔５６から外周に向かって渦状に延びている複数の案内溝５４が形成されている。複数の案内溝５４は、造形材料を連通孔５６に導く機能を有する。図１を参照して説明したように、スクリュー対面部５０には、材料を加熱するためのヒーター５８が埋め込まれている。造形材料生成部３０における材料の溶融は、ヒーター５８による加熱と、フラットスクリュー４０の回転と、によって実現される。

図１を参照する。造形部１１０では、Ｚ方向に小型なサイズを有するフラットスクリュー４０を利用していることによって、材料の少なくとも一部を溶融してノズル６１まで導くための経路がＺ方向において占める範囲が小さくなっている。このように、造形装置１００では、フラットスクリュー４０を利用していることによって、造形材料の生成機構が小型化されている。

造形装置１００では、フラットスクリュー４０を利用していることによって、流動性を有する状態にされた造形材料をノズル６１へと圧送する構成が簡易に実現されている。この構成により、ノズル６１からの造形材料の吐出量の制御がフラットスクリュー４０の回転数の制御によって可能であり、ノズル６１からの造形材料の吐出制御が容易化されている。「ノズル６１からの造形材料の吐出量」とは、ノズル６１の吐出口６２から流出する造形材料の流量を意味する。

造形装置１００では、フラットスクリュー４０を利用した造形材料の生成機構を有していることによって、流動性が発現された造形材料が、流路６５を通じてノズル６１へと導かれる。そのため、流路６５の下流に設けられた簡易な構成の開閉機構７０による造形材料の吐出制御が可能になっている。

図４を参照して、造形装置１００が実行する吐出処理による造形を説明する。図４は、造形装置１００が吐出処理によって造形物を造形していく様子を模式的に示す概略図である。造形装置１００では、造形物の造形の際には、制御部１０１の制御下において以下の吐出処理が実行される。

吐出処理では、上述したように、造形材料生成部３０において、回転しているフラットスクリュー４０に供給された固体状態の材料の少なくとも一部が溶融されて造形材料ＭＭが生成される。そして、移動機構２３０によって、造形テーブル２１０の上面２１１に沿った第１方向に、造形テーブル２１０に対してノズル６１の位置を相対的に変えながら、造形テーブル２１０の上面２１１に向かって、ノズル６１から造形材料ＭＭが吐出される。吐出処理では、ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭは、ノズル６１の走査方向である第１方向に連続して堆積されていく。

制御部１０１は、ノズル６１の位置を、造形テーブル２１０に対してＺ方向に相対的に移動させ、これまでの吐出処理で形成された造形層ＭＬの上に、次の吐出処理によって、さらに造形材料ＭＭを積み重ねることによって、造形物を造形していく。以下では、造形テーブル２１０の上面２１１に対してノズル６１が同一の高さ位置にあるときの吐出処理によって堆積された造形材料ＭＭによって構成される層を「造形層ＭＬ」とも呼ぶ。つまり、造形装置１００では、造形物は、造形層ＭＬの積層によって造形される。

ところで、造形層ＭＬを形成する際には、ノズル６１の先端の吐出口６２と、ノズル６１の直下の位置の近傍においてノズル６１から吐出された造形材料ＭＭが堆積される予定部位ＭＬｔとの間に、下記のギャップＧが保持されていることが望ましい。造形材料ＭＭが造形層ＭＬの上に堆積される場合には、造形材料ＭＭが堆積される予定部位ＭＬｔは、ノズル６１の下に位置する造形層ＭＬの上面である。

ギャップＧの大きさは、ノズル６１の吐出口６２における孔径Ｄｎ（図１に図示）以上とすることが望ましく、孔径Ｄｎの１．１倍以上とすることがより好ましい。こうすれば、ノズル６１の吐出口６２から吐出される造形材料ＭＭが、予定部位ＭＬｔに押しつけられない自由な状態で堆積される。この結果、ノズル６１から吐出された造形材料ＭＭの横断面形状が潰れてしまうことを抑制でき、造形物の面粗さを低減することが可能である。また、ノズル６１の周囲にヒーターが設けられた構成においては、ギャップＧを形成することにより、当該ヒーターによる造形材料ＭＭの過熱を防止でき、堆積後の造形材料ＭＭの過熱による変色や劣化が抑制される。一方、ギャップＧの大きさは、孔径Ｄｎの１．５倍以下とすることが好ましく、１．３倍以下とすることが特に好ましい。これによって、予定部位ＭＬｔに対する造形材料ＭＭの堆積位置の位置ずれや、造形層ＭＬ同士の密着性の低下が抑制される。

制御部１０１は、吐出処理を中断させて、造形テーブル２１０に対するノズル６１の位置を変更する場合には、開閉機構７０の弁体７３によって流路６５を閉塞させて、吐出口６２からの造形材料ＭＭの吐出を停止させる。制御部１０１は、ノズル６１の位置を変更した後、開閉機構７０の弁体７３によって流路６５を開くことによって、変更後のノズル６１の位置から造形材料ＭＭの堆積を再開させる。造形装置１００によれば、開閉機構７０を有することによって、ノズル６１による造形材料ＭＭの堆積位置を簡易に制御することができる。

造形装置１００において用いられる材料について説明する。造形装置１００では、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造形物を造形することができる。ここで、「主材料」とは、造形物の形状を形作っている中心となる材料を意味し、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ＭＭ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、造形材料生成部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ＭＭ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、造形材料生成部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造形材料ＭＭ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。このように高温の状態で造形材料ＭＭを射出するために、ノズル６１の周囲にはヒーターが設けられてもよい。

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ＭＭの生成の際に溶融する成分が混合されて、造形材料生成部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

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、造形テーブル２１０に配置された造形材料ＭＭは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、造形材料生成部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。

図５は、第１実施形態における造形物の製造方法による造形工程のフローを示す説明図である。制御部１０１は、造形装置１００に、以下に説明する第１工程から第３工程を実行させて、高い造形精度で、迅速に造形物を造形する。

図６Ａを参照して第１工程を説明する。図６Ａには、第１工程において造形される第１造形部位ＭＰａの一例が模式的に図示されている。第１工程では、制御部１０１は、図４を参照して説明した吐出処理によって、造形テーブル２１０に造形材料ＭＭを堆積させて、第１造形部位ＭＰａを造形する。第１造形部位ＭＰａは、造形テーブル２１０からノズル６１に向かう方向である第２方向に開口する凹部ＲＣを有する。

第１造形部位ＭＰａは、造形物の外殻を構成する部位である。制御部１０１は、造形物を造形するための造形データに従って、吐出処理を実行して、第１造形部位ＭＰａを造形する。制御部１０１は、実線矢印で示されているように、造形物の第１方向に沿った切断面における外周輪郭形状に沿って、ノズル６１を造形テーブル２１０に対して移動させながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させて、第１造形部位ＭＰａを造形する。第１造形部位ＭＰａは、１層以上の造形層ＭＬが積み重ねられて形成される。

凹部ＲＣの形状は特に限定されない。凹部ＲＣは、第１造形部位ＭＰａをＺ方向に貫通する貫通孔によって構成されてもよいし、造形材料ＭＭで構成される底部を有する有底の窪み部として構成さてもよい。第１造形部位ＭＰａが、造形物の最下層を構成している場合には、凹部ＲＣの底部の下面が、造形物の底面を構成する。第１造形部位ＭＰａには、複数の凹部ＲＣが形成されていてもよい。凹部ＲＣの形成位置や形状は、制御部１０１が造形データに基づいて第１工程の実行前に予め決定する。

前記のように、第１造形部位ＭＰａは造形物の外殻を構成する部位であるため、第１造形部位ＭＰａは、緻密な構造を有するように造形されることが望ましい。そのため、第１工程の吐出処理では、ノズル６１の走査によって形成される造形材料ＭＭの列を第１方向に配列させて壁状の部位を形成する場合、その隣り合う列同士がより緊密に接触するように、ノズル６１の走査経路の間隔をより狭くすることが望ましい。

また、第１造形部位ＭＰａは、高い造形精度で、きめ細かく造形されることが望ましい。そのために、第１工程の吐出処理では、例えば、制御部１０１は、４５度以上の急角度でノズル６１の走査方向を変更する際に、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出量を低下させる制御を実行してもよい。この制御によって、ノズル６１の移動方向を急角度で変化させる際のノズル６１の移動速度の低下に伴って、造形材料ＭＭの堆積量が設計された値より多くなってしまうことを抑制できる。

図６Ｂ，図７Ａ～図７Ｃ，図８を順に参照して第２工程を説明する。図６Ｂには、第２工程において造形される第２造形部位ＭＰｂの一例が模式的に図示されている。図６Ｂでは、便宜上、第２造形部位ＭＰｂには、第１造形部位ＭＰａとは異なる濃度のハッチングを付してある。

第２工程では、制御部１０１は、吐出処理によって、造形材料ＭＭを、第１造形部位ＭＰａの凹部ＲＣ内に堆積させて、第２造形部位ＭＰｂを造形する。第２造形部位ＭＰｂは、造形物の内部に埋設される。第２造形部位ＭＰｂは、第１造形部位ＭＰａの凹部ＲＣの内壁面に接触し、凹部ＲＣ内に固定されるように造形される。第２造形部位ＭＰｂは、第１造形部位ＭＰａと同じ高さを有するように、１以上の造形層ＭＬを積層して造形される。以下では、第１造形部位ＭＰａの凹部ＲＣに第２造形部位ＭＰｂが造形された層を「部分層ＰＬ」とも呼ぶ。

第２工程では、吐出処理によって、凹部ＲＣ内を埋めるように、造形材料ＭＭが堆積される。ただし、造形材料ＭＭは、凹部ＲＣの内部空間を隙間なく完全に満たすように緻密に堆積されなくてもよい。第２造形部位ＭＰｂは、内部に微小な隙間空間が適度に形成されるように造形されてよく、第１造形部位ＭＰａよりも密度が低い構造で造形されてよい。こうした隙間空間は、ノズル６１が走査する経路間の間隔を増大させて、第１方向に隣り合って堆積される造形材料ＭＭ間に隙間を設けることによって形成することができる。なお、第２造形部位ＭＰｂの上に造形される部位の造形精度を高めるため、あるいは、造形物の強度を高めるためには、第２造形部位ＭＰｂの内部の隙間空間は小さいほど望ましく、より疎に分布していることが望ましい。また、三次元的に均一に分布していることが望ましい。

図７Ａ～図７Ｃにはそれぞれ、第２工程において、第２造形部位ＭＰｂを造形する際のノズル６１の移動パターンの例が模式的に図示されている。

図７Ａの第１の例では、造形材料ＭＭを吐出しながらの凹部ＲＣの端部から端部までの間におけるノズル６１のＹ方向への直線的な移動と、造形材料ＭＭの吐出を停止させた状態でノズル６１の位置をＸ方向へオフセットさせる移動と、が交互に繰り返される。図７Ａでは、造形材料ＭＭを吐出しながらのノズル６１の移動経路を実線矢印で示し、造形材料ＭＭの吐出を停止させた状態でのノズル６１の移動経路を破線矢印で示してある。第１の例のノズル６１の移動パターンによれば、凹部ＲＣ内に、造形材料ＭＭが一方向に直線的に堆積された複数の列が配列された造形層ＭＬが造形される。

図７Ｂの第２の例では、制御部１０１は、造形材料ＭＭの吐出を停止させることなく、ノズル６１を凹部ＲＣの上において蛇行させる。より具体的には、制御部１０１は、凹部ＲＣの端部から端部までのＹ方向に沿ったノズル６１の直線的な往復移動を、ノズル６１の位置をＸ方向にずらしながら繰り返す。第２の例のノズル６１の移動パターンによれば、凹部ＲＣ内に、造形材料ＭＭが一方向に直線的に堆積された複数の列がつづら折りにつながった状態で第１方向に沿って配列された造形層ＭＬが造形される。

図７Ｃの第３の例では、制御部１０１は、造形材料ＭＭの吐出を停止させることなく、ノズル６１を凹部ＲＣの上において渦巻き状に周回走査させる。より具体的には、制御部１０１は、ノズル６１を、第１造形部位ＭＰａに対して、凹部ＲＣの内壁面に沿って、外側から内側に向かって螺旋状に渦をまくように周回させながら、ノズル６１から造形材料ＭＭを吐出させる。第３の例のノズル６１の移動パターンによれば、凹部ＲＣ内に、造形材料ＭＭの列が第１方向に沿って渦巻き状に配列された造形層ＭＬが造形される。

なお、第２工程の吐出処理でのノズル６１の移動パターンは、上記の３つの例に限定されることはない。例えば、上記の３つの移動パターンを組み合わせて、第２造形部位ＭＰｂが造形されてもよい。

第２工程では、制御部１０１は、第２造形部位ＭＰｂを、第１工程での第１造形部位ＭＰａの単位体積あたりの造形時間よりも短い単位体積あたりの造形時間で造形する。「第１造形部位ＭＰａの単位体積あたりの造形時間」とは、第１造形部位ＭＰａの凹部ＲＣを除く部位の体積を、第１工程において第１造形部位ＭＰａを造形するのにかかった造形時間で除算した値を意味する。つまり、第１造形部位ＭＰａの部位ごとにかかった造形時間を第１造形部位ＭＰａ全体で均した平均造形時間に相当する。これに対して、「第２造形部位ＭＰｂの単位体積あたりの造形時間」とは、第２造形部位ＭＰｂによって埋められる凹部ＲＣ内の空間の体積を、第２工程において第２造形部位ＭＰｂを造形するのにかかった造形時間で除算した値を意味する。つまり、凹部ＲＣを埋めるのにかかった凹部ＲＣの部位ごとの造形時間を、凹部ＲＣ全体で均した平均造形時間に相当する。

図８を参照して、第２造形部位ＭＰｂの単位体積あたりの造形時間を第１造形部位ＭＰａの単位体積あたりの造形時間よりも短縮する方法を説明する。図８には、第２工程においてノズル６１から造形材料ＭＭが予定部位ＭＬｔに吐出されるときの様子が模式的に図示されている。図８には、図８の紙面に垂直なノズル６１の走査方向ＭＤが、紙面に垂直な矢印を意味するドットによって示されている。

第１実施形態の第２工程では、制御部１０１は、吐出処理における造形テーブル２１０に対するノズル６１の移動速度を第１工程のときよりも低下させることによって、ノズル６１の下に堆積される造形材料ＭＭの範囲を第１工程のときより増大させる。第２工程では、ノズル６１の移動速度を、第１工程のときよりも、例えば５０％程度に低減させる。

ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出量が一定のままでノズル６１の移動速度を低下させると、ノズル６１の下に堆積される造形材料ＭＭの量を増大させることができる。そのため、ノズル６１の下において造形材料ＭＭが予定部位ＭＬｔに堆積される幅が、造形材料ＭＭの流動によって、第１工程のときのＷ１からＷ２に拡大される。ここでの「幅」は、ノズル６１の走査方向ＭＤに直交する方向における造形材料ＭＭの堆積範囲の寸法を意味する。

ノズル６１の移動速度を低下させたとしても、ノズル６１の下に堆積される造形材料ＭＭの範囲が増大されれば、吐出処理におけるノズル６１の移動距離に対する造形材料ＭＭが堆積される面積の割合が増大する。そのため、第２工程における凹部ＲＣを埋めるためのノズル６１の移動距離の総計を低減させることができる。また、吐出処理においてノズル６１の下に堆積される造形材料ＭＭの幅が拡大されれば、その幅が拡大された分だけ、第２造形部位ＭＰｂの内部に存在する隙間空間が分布する間隔を増大させることができる。よって、第１実施形態での第２工程における吐出制御によれば、第２造形部位ＭＰｂの密度を高めつつ、第２造形部位ＭＰｂの単位体積あたりの造形時間を短縮することができる。

図５を参照する。制御部１０１は、上述した第１工程と第２工程とを繰り返して、図６Ｂに例示されたような第１造形部位ＭＰａと第２造形部位ＭＰｂとで構成された部分層ＰＬを、Ｚ方向に積層していく。第３工程では、制御部１０１は、第２造形部位ＭＰｂの露出している上面を覆うように、造形物の最上層を形成して、造形工程を完了する。なお、部分層ＰＬが１層のみの造形物を造形する場合には、第１工程と第２工程とは繰り返されることなく、第３工程が実行されてよい。また、例えば、第２造形部位ＭＰｂが外部に露出してもよいのであれば、第３工程は省略されもよい。

以上のように、第１実施形態の造形物の製造方法および造形装置１００によれば、フラットスクリュー４０の利用によって、小型な装置構成で、流動性を有する造形材料ＭＭを簡易に生成することができる。そして、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出を精度良く制御することができる。よって、固体状態で準備された材料を用いる場合でも、より簡素な工程や構成によって、造形物を、高い精度で、迅速に造形することができる。また、造形物の外殻を構成する第１造形部位ＭＰａに較べて高い造形精度が求められていない第２造形部位ＭＰｂの造形時間を短縮するため、造形物の造形精度の低下を抑制しつつ、その造形時間を短縮することができる。特に、第１実施形態の構成によれば、第２造形部位ＭＰｂを造形するときのノズル６１の移動速度を低下させる簡易な制御によって、第２造形部位ＭＰｂの密度を高めつつ、第２造形部位ＭＰｂの単位体積あたりの造形時間を短縮することができる。その他に、第１実施形態の造形物の製造方法および造形装置１００によれば、第１実施形態中で説明した種々の作用効果を奏することができる。

２．第２実施形態：
図９は、第２実施形態における造形物の製造方法による造形工程のフローを示す説明図である。第２実施形態における造形工程のフローは、以下に説明する点以外は、第１実施形態において図５を参照して説明したフローとほぼ同じである。第２実施形態の造形装置の構成は、制御部１０１が、この造形工程のフローを実行する点以外は、図１～図３に示した第１実施形態の造形装置１００の構成とほぼ同じである。

第１工程の吐出処理では、制御部１０１は、第１造形部位ＭＰａの角部を形成するためにノズル６１の移動方向を急角度で変更する際に、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出量を低下させる制御を実行する。制御部１０１は、例えば４５度以上の急角度でノズル６１の移動方向を変更する際に、そうした制御を実行する。ノズル６１の移動方向を急角度で変更する際には、ノズル６１の移動速度が一旦低下する。そのときに、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出量を低下させれば、そのノズル６１の移動速度の低下に伴って、造形材料ＭＭの堆積量が設計された値より多くなってしまうことを抑制できる。よって、そうした制御をおこなわない場合よりも、第１造形部位ＭＰａの造形精度を高めることができる。

第２工程の吐出処理では、制御部１０１は、ノズル６１の移動方向を上記のような急角度で変更する際のノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出量を、第１工程のときよりも低下させない。つまり、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出量の低下量を、第１工程のときよりも低減させる。第２実施形態では、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出量をほぼ低下させない。これによって、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出量を低下させるのに要する時間を短くすることができ、第２造形部位ＭＰｂの単位体積あたりの造形時間を短縮することができる。なお、第２工程の吐出処理では、ノズル６１の移動方向を急角度で変更する際に、ノズル６１の移動速度を第１工程のときよりも短時間で低下させるものとしてもよい。このようにすれば、第２造形部位ＭＰｂの単位体積あたりの造形時間を、さらに短縮することができる。

第２実施形態の造形物の製造方法および造形装置によれば、ノズル６１の移動速度や造形材料ＭＭの吐出量の簡易な制御によって、第２造形部位ＭＰｂの単位体積あたりの造形時間を短縮することができる。その他に、第２実施形態の製造方法および造形装置によれば、第２実施形態中で説明した種々の作用効果に加えて、上記の第１実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。

３．第３実施形態：
図１０は、第３実施形態における造形物の製造方法による造形工程のフローを示す説明図である。第３実施形態における造形工程のフローは、第２工程の吐出処理での制御内容が以下に説明するように異なっている点以外は、第１実施形態において図５を参照して説明したフローとほぼ同じである。第３実施形態の造形装置の構成は、制御部１０１が、この造形工程のフローを実行する点以外は、図１～図３に示した第１実施形態の造形装置１００の構成とほぼ同じである。

第２工程の吐出処理では、制御部１０１は、フラットスクリュー４０の回転数を第１工程のときより増大させて、ノズル６１からの造形材料ＭＭの吐出量を増大させる。これによって、ノズル６１の走査によって造形材料ＭＭを堆積することができる面積を増大させることができる。そのため、第２工程でのノズル６１の移動距離の総計を低減させることができ、第２造形部位ＭＰｂの単位時間あたりの造形時間を短縮することができる。なお、制御部１０１は、第２工程の吐出処理において、フラットスクリュー４０の回転数を第１工程のときよりも増大させるとともに、ノズル６１の移動速度を第１工程のときよりも増大させてもよい。

第３実施形態の造形物の製造方法および造形装置によれば、フラットスクリュー４０の回転数の簡易な制御によって、第２造形部位ＭＰｂの単位体積あたりの造形時間を短縮することができる。その他に、第３実施形態の製造方法および造形装置によれば、第３実施形態中で説明した種々の作用効果に加えて、上記の第１実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。

４．第４実施形態：
図１１は、第４実施形態における造形装置１００Ａの構成を示す概略図である。第４実施形態の造形装置１００Ａの構成は、造形部１１０Ａが２つの吐出部６０を備えている点以外は、第１実施形態の造形装置１００の構成とほぼ同じである。

造形部１１０Ａは、２つの吐出部６０はそれぞれ、第１ノズル６１ａと、第２ノズル６１ｂと、を備える。第１ノズル６１ａと第２ノズル６１ｂとはそれぞれ、流路６５を介して、造形材料生成部３０の連通孔５６に並列に接続されている。第２ノズル６１ｂの吐出口６２ｂの孔径Ｄｎは、第１ノズル６１ａの吐出口６２ａの孔径Ｄｎよりも大きい。２つの吐出部６０はそれぞれ、第１ノズル６１ａと第２ノズル６１ｂに対応する開閉機構７０を有している。制御部１０１は、以下に説明する造形工程において、２つのノズル６１ａ，６１ｂのうちの一方から造形材料ＭＭを吐出させる吐出処理を実行する。

図１２は、第４実施形態における造形物の製造方法による造形工程のフローを示す説明図である。第４実施形態の造形工程のフローは、第１工程と第２工程の内容が異なっている点以外は、第１実施形態で説明したフローと同じである。第４実施形態の造形工程では、第１工程と第２工程とにおいて、吐出処理において使用されるノズル６１ａ，６１ｂが交換され、第１造形部位ＭＰａおよび第２造形部位ＭＰｂが造形される。

制御部１０１は、第１工程の吐出処理では、第１ノズル６１ａを使用して、第１造形部位ＭＰａを造形する。また、制御部１０１は、第２工程の吐出処理では、第２ノズル６１ｂを使用して、第２造形部位ＭＰｂを造形する。第２ノズル６１ｂの吐出口６２ｂの孔径Ｄｎは、第１ノズル６１ａの吐出口６２ａの孔径Ｄｎより大きいため、走査中のノズル６１ｂの下に堆積される造形材料ＭＭの幅はノズル６１ａよりも大きくなる。よって、第２ノズル６１ｂを使用する吐出処理によって、第２造形部位ＭＰｂの単位体積あたりの造形時間を、第１造形部位ＭＰａの単位体積あたりの造形時間より短縮することができる。

第４実施形態の造形物の製造方法および造形装置１００Ａによれば、第２造形部位ＭＰｂを造形する際に、孔径Ｄｎが大きい第２ノズル６１ｂへ交換することによって、第２造形部位ＭＰｂの単位体積あたりの造形時間を簡易に短縮することができる。その他に、第４実施形態の製造方法および造形装置１００Ａによれば、上記の第１実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。

５．第５実施形態：
図１３は、第５実施形態における造形装置１００Ｂの構成を示す概略図である。第５実施形態の造形装置１００Ｂの構成は、搬送部８０を備えている点以外は、第１実施形態の造形装置１００の構成とほぼ同じである。搬送部８０は、例えば、ロボットアームによって構成される。搬送部８０は、制御部１０１の制御下において、造形テーブル２１０の上に、以下に説明する造形工程の第２工程において用いられる予め準備された構造物ＳＴを搬送して配置する。

図１４は、第５実施形態における造形物の製造方法による造形工程のフローを示す説明図である。第５実施形態の造形工程は、第２工程が工程ａ，ｂを含んでいる点以外は、第１実施形態で説明した造形工程とほぼ同じである。制御部１０１は、第１実施形態で説明したように、第１工程において、吐出処理によって、凹部ＲＣを有する第１造形部位ＭＰａを造形する。

図１５は、第２造形部位ＭＰｂを造形する第２工程を説明するための模式図である。第２工程の工程ａでは、制御部１０１は、まず、搬送部８０を制御して、第１造形部位ＭＰａの凹部ＲＣ内に、構造物ＳＴを配置する。構造物ＳＴは、凹部ＲＣ内に全体が収まるように予め構成されている。構造物ＳＴは、造形装置１００Ｂの吐出処理によって予め造形材料ＭＭによって造形されたものであってもよいし、造形材料ＭＭとは異なる材料で、造形装置１００Ｂとは異なる装置によって製造されたものでもよい。構造物ＳＴの形状は特に限定されない。なお、搬送部８０によって構造物ＳＴの配置に要する時間が構造物ＳＴに相当する体積の造形物を吐出処理によって造形するのに要する時間より短くなるように、構造物ＳＴの体積や、搬送部８０による搬送速度、搬送距離が調整されていることが望ましい。

第２工程の工程ｂでは、制御部１０１は、凹部ＲＣ内における構造物ＳＴが配置されていない空間に、吐出処理によって造形材料ＭＭを堆積させて凹部ＲＣを埋めることによって、第２造形部位ＭＰｂを造形する。構造物ＳＴは第２造形部位ＭＰｂの一部を構成する。

第５実施形態の第２工程であれば、構造物ＳＴが予め凹部ＲＣ内に配置されていることによって、吐出処理によって造形材料ＭＭを堆積させる空間が低減されているため、第２造形部位ＭＰｂの単位体積あたりの造形時間が短縮される。ここでの「第２造形部位ＭＰｂの単位体積あたりの造形時間」は、構造物ＳＴを一部に含む第２造形部位ＭＰｂによって埋められる凹部ＲＣ内の空間の体積を、構造物ＳＴを配置する工程ａを含む第２工程に要した時間で除算した値を意味する。

第５実施形態の造形物の製造方法および造形装置１００Ｂによれば、予め準備された構造物ＳＴの利用によって、第２造形部位ＭＰｂの単位体積あたりの造形時間を簡易に短縮することができる。その他に、第５実施形態の造形物の製造方法および造形装置１００Ｂによれば、上記の第１実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。

６．他の実施形態：
上記の各実施形態で説明した種々の構成は、例えば、以下のように改変することが可能である。以下に説明する他の実施形態はいずれも、上記の各実施形態と同様に、発明を実施するための形態の一例として位置づけられる。

６－１．他の実施形態１：
第２造形部位ＭＰｂの単位体積あたりの造形時間を短縮する方法は、上記の各実施形態で説明した方法に限定されることはない。例えば、上記の各実施形態で説明した方法を組み合わせて、第２造形部位ＭＰｂの単位体積あたりの造形時間を短縮してもよい。例えば、第１実施形態におけるノズル６１の移動速度を低下させる制御と、第２実施形態におけるノズル６１の移動方向を変更するときの造形材料ＭＭの吐出量の低下量を低減させる制御と、第３実施形態におけるフラットスクリュー４０の回転数を増大させる制御と、第４実施形態における第２ノズル６１ｂに交換して使用する制御と、のうちの少なくとも２つを合わせて実行してもよい。また、第５実施形態の第２工程の工程ｂでの吐出制御において、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態で説明した制御の少なくとも１つの制御を実行してもよい。

６－２．他の実施形態２：
造形装置１００，１００Ａ，１００Ｂの開閉機構７０は、ピストンが流路６５内に突出して流路６５を閉塞するプランジャーを用いた機構や、流路６５に交差する方向に移動して流路６５を閉塞するシャッターを用いた機構によって構成されてもよい。開閉機構７０は、上記実施形態のバタフライバルブや、上述のシャッター機構、プランジャー機構のうちの２つ以上を組み合わせて構成されてもよい。造形装置１００，１００Ａ，１００Ｂにおいて、開閉機構７０は省略されてもよい。

６－３．他の実施形態３：
上記の第５実施形態において、第１ノズル６１ａと第２ノズル６１ｂとは共通の造形材料生成部３０から同じ種類の造形材料ＭＭの供給を受けて吐出している。これに対して、上記の第５実施形態では、第１ノズル６１ａと第２ノズル６１ｂとは別々の造形材料生成部３０に接続されて、異なる種類の造形材料ＭＭの供給を受けて吐出してもよい。

６－４．他の実施形態４：
上記の各実施形態において、材料供給部２０は、複数のホッパーを備える構成を有していてもよい。この場合には、各ホッパーからフラットスクリュー４０へと異なる材料が供給され、フラットスクリュー４０の溝部４２内において混合されて、造形材料が生成されてもよい。例えば、上記実施形態で説明した主材料となる粉末材料と、それに添加される溶媒やバインダーなどが別々のホッパーから並行してフラットスクリュー４０に供給されてもよい。

６－５．他の実施形態５：
上記実施形態において、ソフトウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ハードウェアによって実現されてもよい。また、ハードウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ソフトウェアによって実現されてもよい。ハードウェアとしては、例えば、集積回路、ディスクリート回路、または、それらの回路を組み合わせた回路モジュールなど、各種回路を用いることができる。

７．他の形態：
本発明は、上述の各実施形態や実施例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（aspect）によって実現することができる。例えば、本発明は以下の形態として実現可能である。以下に記載する各形態中の技術的特徴に対応する上記の各実施形態中の技術的特徴は、本発明の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本発明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おいて必須であると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）第１の形態は、三次元造形物の製造方法として提供される。この形態の製造方法は、回転しているフラットスクリューに材料を供給することによって、前記材料の少なくとも一部を溶融させた造形材料を生成し、造形テーブルとノズルとの相対位置を変えながら、前記造形テーブルに向かって、前記ノズルから前記造形材料を吐出する吐出処理によって、前記造形テーブルに前記造形材料を堆積させて、前記造形テーブルから前記ノズルに向かう方向に開口する凹部を有する第１造形部位を造形する第１工程と；前記吐出処理によって前記造形材料を前記凹部内に堆積させる工程を含み、前記凹部内に固定される第２造形部位を、前記第１造形部位の単位体積あたりの造形時間よりも短い単位体積あたりの造形時間で造形する第２工程と；を備える。
この形態の製造方法によれば、フラットスクリューを利用していることによって、小型な装置構成で、流動性を有する造形材料を簡易に生成しながら、造形材料の吐出を高い精度で制御することができる。よって、固体状態で準備された材料を用いる場合でも、より簡素な工程や構成によって、三次元造形物を、高い精度で、迅速に造形することができる。また、三次元造形物の内部構造を構成し、第１造形部位よりも高い造形精度が求められていない第２造形部位の造形時間を短縮できるため、迅速に三次元造形物を造形することができる。

（２）上記形態の製造方法において、前記第２工程では、前記吐出処理における前記造形テーブルに対する前記ノズルの移動速度を前記第１工程のときよりも低下させることによって、前記ノズルの下に前記造形材料が堆積される範囲を前記第１工程のときより増大させてよい。
この形態の製造方法によれば、第２工程の吐出処理において、ノズルの移動速度を低下させた分だけ、ノズルの直下に堆積される造形材料の範囲が拡大される。そのため、第２工程において凹部内に造形材料を堆積させるためのノズルの移動距離を低減することができ、より密度の高い構造の第２造形部位を造形することができる。よって、三次元造形物の造形時間を短縮しつつ、その造形精度を高めることができる。

（３）上記形態の製造方法において、前記第１工程の前記吐出処理では、前記造形テーブルに対する前記ノズルの移動方向を変更するときに、前記ノズルからの前記造形材料の吐出量を低下させ；前記第２工程の前記吐出処理では、前記造形テーブルに対する前記ノズルの移動方向を変更するときに、前記ノズルからの前記造形材料の吐出量を前記第１工程のときよりも低下させてよい。
この形態の製造方法によれば、第２造形部位を造形する第２工程において、第１造形部位を造形する第１工程のときより、造形材料の吐出量の制御が簡略化されるため、第２造形部位の造形時間を短縮することができる。よって、三次元造形物を、より迅速に造形することができる。

（４）上記形態の製造方法において、前記第２工程の前記吐出処理では、前記第１工程のときより、前記フラットスクリューの回転数を増大させてよい。
この形態の製造方法によれば、フラットスクリューの回転数の簡易な制御によって、第２造形部位の造形時間を、第１造形部位の造形時間より短縮することができる。

（５）上記形態の製造方法は、前記第１工程の前記吐出処理では、前記ノズルとして第１ノズルを使用し、前記第２工程の前記吐出処理では、前記ノズルとして、前記第１ノズルよりも吐出口の孔径が大きい第２ノズルを使用してよい。
この形態の製造方法によれば、孔径の異なるノズルの交換によって、第２造形部位の造形時間を、第１造形部位の造形時間より短縮することができる。

（６）上記形態の製造方法は、前記第２工程は、前記凹部内に前記第２造形部位の一部を構成する構造物を配置する工程と；前記凹部内における前記構造物が配置されていない空間に、前記吐出処理によって前記造形材料を堆積させる工程と；を含んでよい。
この形態の製造方法によれば、構造物によって、第２工程の吐出処理で造形される部位の体積を低減することができ、第２造形部位の単位体積あたりの造形時間を、第１造形部位の単位体積あたりの造形時間よりも簡易に短縮することができる。

（７）第２の形態は、三次元造形物を造形する造形装置として提供される。この形態の造形装置は、フラットスクリューを有し、回転している前記フラットスクリューに供給された材料の少なくとも一部を溶融させて造形材料を生成する材料生成部と；造形テーブルの上面に向かって前記造形材料を吐出するノズルと；前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と；前記移動機構を制御して、前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変えながら、前記ノズルから前記造形テーブルの上面に前記造形材料を吐出させる吐出処理を実行する制御部と；を備える。前記制御部は、（ｉ）前記吐出処理によって前記造形テーブルに前記造形材料を堆積させて、前記造形テーブルから前記ノズルに向かう方向に開口する凹部を有する第１造形部位を造形し、（ｉｉ）少なくとも、前記吐出処理によって前記造形材料を前記凹部内に堆積させる処理を実行し、前記凹部内に固定される第２造形部位を、前記第１造形部位の単位体積あたりの造形時間よりも短い単位体積あたりの造形時間で造形する。
この形態の造形装置によれば、フラットスクリューを利用していることによって、小型な装置構成で、流動性を有する造形材料を簡易に生成しつつ、造形材料の吐出を高い精度で制御することができる。よって、固体状態で準備された材料を用いる場合でも、より簡素な工程や構成によって、三次元造形物を、高い精度で、迅速に造形することができる。また、三次元造形物の内部構造を構成し、第１造形部位に較べて高い造形精度が求められていない第２造形部位の造形時間を短縮できるため、迅速に三次元造形物を造形することができる。

本発明は、三次元造形物の製造方法や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、前記の製造方法や造形装置によって造形された三次元造形物や、造形装置の制御方法、造形装置の制御装置、三次元造形物を構成する造形材料の堆積方法などの形態で実現することができる。また、前述の方法や制御方法を実現するためのコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムを記録した一時的でない記録媒体（non-transitory storage medium）等の形態で実現することができる。

２０…材料供給部、２２…連通路、３０…造形材料生成部、３１…スクリューケース、３２…駆動モーター、４０…フラットスクリュー、４２…溝部、４３…凸条部、４４…材料流入口、４６…中央部、４８…溝形成面、５０…スクリュー対面部、５２…スクリュー対向面、５４…案内溝、５６…連通孔、５８…ヒーター、６０…吐出部、６１…ノズル、６１ａ…第１ノズル、６１ｂ…第２ノズル、６２…吐出口、６２ａ…吐出口、６２ｂ…吐出口、６５…流路、７０…開閉機構、７２…駆動軸、７３…弁体、７４…バルブ駆動部、８０…搬送部、１００…三次元造形装置、１００Ａ…三次元造形装置、１００Ｂ…三次元造形装置、１０１…制御部、１１０…造形部、１１０Ａ…造形部、２１０…造形テーブル、２１１…上面、２３０…移動機構、Ｄｎ…孔径、Ｇ…ギャップ、Ｍ…モーター、ＭＤ…走査方向、ＭＬ…造形層、ＭＬｔ…予定部位、ＭＭ…造形材料、ＭＰａ…第１造形部位、ＭＰｂ…第２造形部位、ＰＬ…部分層、ＲＣ…凹部、ＲＸ…回転軸、ＳＴ…構造物

Claims (6)

1. 三次元造形物の製造方法であって、
   材料生成部によって材料の少なくとも一部を溶融させて造形材料を生成する可塑化工程と、
   造形テーブルとノズルとの相対位置を変えながら、前記造形テーブルに向かって、前記ノズルから前記造形材料を吐出する吐出処理によって、前記造形テーブルから前記ノズルに向かう方向に開口する凹部を有する第１造形部位を造形する第１工程と、
   前記吐出処理によって前記造形材料を前記凹部内に堆積させ、前記凹部内に固定される第２造形部位を、前記第１造形部位の単位体積あたりの造形時間よりも短い単位体積あたりの造形時間で造形する第２工程と、
   を備え、
   前記材料生成部は、溝が形成された溝形成面を有し、回転可能なフラットスクリューと、前記溝形成面に対向し、前記ノズルに連通する連通孔が形成されたスクリュー対面部と、を備え、
   前記フラットスクリューは、回転軸に沿った方向の長さが、前記回転軸に垂直な方向の長さよりも短く、
   前記第２工程では、前記吐出処理における前記造形テーブルに対する前記ノズルの移動速度を前記第１工程のときよりも低下させることによって、前記ノズルの下に前記造形材料が堆積される範囲を前記第１工程のときより増大させる、製造方法。
2. 三次元造形物の製造方法であって、
   材料生成部によって材料の少なくとも一部を溶融させて造形材料を生成する可塑化工程と、
   造形テーブルとノズルとの相対位置を変えながら、前記造形テーブルに向かって、前記ノズルから前記造形材料を吐出する吐出処理によって、前記造形テーブルから前記ノズルに向かう方向に開口する凹部を有する第１造形部位を造形する第１工程と、
   前記吐出処理によって前記造形材料を前記凹部内に堆積させ、前記凹部内に固定される第２造形部位を、前記第１造形部位の単位体積あたりの造形時間よりも短い単位体積あたりの造形時間で造形する第２工程と、
   を備え、
   前記材料生成部は、溝が形成された溝形成面を有し、回転可能なフラットスクリューと、前記溝形成面に対向し、前記ノズルに連通する連通孔が形成されたスクリュー対面部と、を備え、
   前記フラットスクリューは、回転軸に沿った方向の長さが、前記回転軸に垂直な方向の長さよりも短く、
   前記第１工程の前記吐出処理では、前記造形テーブルに対する前記ノズルの移動方向を変更するときに、前記ノズルからの前記造形材料の吐出量を低下させ、
   前記第２工程の前記吐出処理では、前記造形テーブルに対する前記ノズルの移動方向を変更するときに、前記ノズルからの前記造形材料の吐出量を前記第１工程のときよりも低下させない、製造方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の製造方法であって、
   前記第２工程の前記吐出処理では、前記第１工程のときより、前記フラットスクリューの回転数を増大させる、製造方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の製造方法であって、
   前記第２工程は、
   前記凹部内に前記第２造形部位の一部を構成する構造物を配置する工程と、
   前記凹部内における前記構造物が配置されていない空間に、前記吐出処理によって前記造形材料を堆積させる工程と、
   を含む、製造方法。
5. 三次元造形物を造形する造形装置であって、
   材料の少なくとも一部を溶融させて造形材料を生成する材料生成部と、
   造形テーブルの上面に向かって前記造形材料を吐出するノズルと、
   前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と、
   前記移動機構を制御して、前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変えながら、前記ノズルから前記造形テーブルの上面に前記造形材料を吐出させる吐出処理を実行する制御部と、
   を備え、
   前記材料生成部は、溝が形成された溝形成面を有し、回転可能なフラットスクリューと、前記溝形成面に対向し、前記ノズルに連通する連通孔が形成されたスクリュー対面部と、を備え、
   前記フラットスクリューは、回転軸に沿った方向の長さが、前記回転軸に垂直な方向の長さよりも短く、
   前記制御部は、前記移動機構を制御することで、前記造形テーブルと前記ノズルとの相対移動速度を制御し、
   前記制御部は、
   前記吐出処理によって前記造形テーブルに前記造形材料を堆積させて、前記造形テーブルから前記ノズルに向かう方向に開口する凹部を有する第１造形部位を造形する第１処理と、
   前記吐出処理によって前記造形材料を前記凹部内に堆積させ、前記凹部内に固定される第２造形部位を、前記第１造形部位の単位体積あたりの造形時間よりも短い単位体積あたりの造形時間で造形する第２処理と、を実行し、
   前記第２処理では、前記吐出処理における前記相対移動速度を前記第１処理のときよりも低下させることによって、前記ノズルの下に前記造形材料が堆積される範囲を前記第１処理のときより増大させる、
   造形装置。
6. 三次元造形物を造形する造形装置であって、
   材料の少なくとも一部を溶融させて造形材料を生成する材料生成部と、
   造形テーブルの上面に向かって前記造形材料を吐出するノズルと、
   前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と、
   前記移動機構を制御して、前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変えながら、前記ノズルから前記造形テーブルの上面に前記造形材料を吐出させる吐出処理を実行する制御部と、
   を備え、
   前記材料生成部は、溝が形成された溝形成面を有し、回転可能なフラットスクリューと、前記溝形成面に対向し、前記ノズルに連通する連通孔が形成されたスクリュー対面部と、を備え、
   前記フラットスクリューは、回転軸に沿った方向の長さが、前記回転軸に垂直な方向の長さよりも短く、
   前記制御部は、前記フラットスクリューの回転数を制御することによって前記ノズルからの前記造形材料の吐出量を制御し、
   前記制御部は、
   前記吐出処理によって前記造形テーブルに前記造形材料を堆積させて、前記造形テーブルから前記ノズルに向かう方向に開口する凹部を有する第１造形部位を造形する第１処理と、
   前記吐出処理によって前記造形材料を前記凹部内に堆積させ、前記凹部内に固定される第２造形部位を、前記第１造形部位の単位体積あたりの造形時間よりも短い単位体積あたりの造形時間で造形する第２処理と、を実行し、
   前記第１処理の前記吐出処理では、前記造形テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動方向を変更するときに、前記ノズルからの前記造形材料の吐出量を低下させ、
   前記第２処理の前記吐出処理では、前記造形テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動方向を変更するときに、前記ノズルからの前記造形材料の吐出量を前記第１処理のときよりも低下させない、
   造形装置。

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