JP2021000812A - 三次元造形装置、および、三次元造形物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元造形装置において、ノズルの先端面と堆積面との間の正確な距離に関する値を測定し、三次元造形物を造形する。【解決手段】三次元造形装置は、造形材料を吐出するノズルと、造形材料が堆積する堆積面を有するステージと、ノズルとステージとの相対位置を変化させる移動機構と、ノズルと対向可能な位置に配置された距離測定機構と、ノズルの先端面を清掃する清掃機構と、造形材料をノズルから堆積面に向けて吐出させながら移動機構を制御することにより三次元造形物を造形する制御部と、を備え、制御部は、ノズルの先端面を清掃した後、ノズルの先端面と堆積面との間の距離に関する第１の値を測定し、第１の値に基づいて移動機構を制御することによって、堆積面とノズル先端面との間の距離を予め定められた距離に調整して、三次元造形物を造形する。【選択図】図２

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。

三次元造形装置に関し、例えば、特許文献１には、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したがって走査する押出ノズルからステージ上に押し出し、そのステージ上で硬化した材料の上に更に溶融した材料を積層して三次元造形物を作成する三次元造形装置が開示されている。

特開２００６−１９２７１０号公報

特許文献１に記載した装置では、ヘッドの取付け誤差や、ノズルの摩耗によって、ノズルの先端とステージとの間の距離が変化する可能性がある。ノズルの先端とステージとの間の距離が変化すると、造形精度に影響を及ぼす可能性がある。

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、造形材料を吐出する第１ノズルを有する吐出部と、前記造形材料が堆積する堆積面を有するステージと、前記第１ノズルと前記ステージとの相対位置を変化させる移動機構と、前記第１ノズルと対向可能な位置に配置された距離測定機構と、前記第１ノズルの先端面を清掃する清掃機構と、前記造形材料を前記第１ノズルから前記堆積面に向けて吐出させながら前記移動機構を制御することにより三次元造形物を造形する制御部と、を備え、前記制御部は、前記清掃機構によって、前記第１ノズルの先端面を清掃した後、前記距離測定機構によって、前記第１ノズルの先端面と前記堆積面との間の距離に関する第１の値を測定し、前記第１の値に基づいて、前記移動機構を制御することによって、前記堆積面と前記第１ノズル先端面との間の距離を予め定められた距離に調整して前記三次元造形物を造形する。

第１実施形態における三次元造形装置の外観斜視図である。 第１実施形態における三次元造形装置の内部構成を示す概略断面図である。 吐出部の構成を示す概略断面図である。 第１耐熱部材の外観構造を示す斜視図である。 フラットスクリューの下面側の構成を示す概略斜視図である。 スクリュー対面部の上面側の構成を示す概略平面図である。 第１実施形態における三次元造形物の製造方法の工程図である。 ノズルの変位量の測定方法を示す説明図である。 第２実施形態における吐出部の構成を示す概略断面図である。 第２実施形態における三次元造形物の製造方法の工程図である。 第３実施形態における三次元造形装置の内部構成を示す概略断面図である。

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の外観斜視図である。図２は、三次元造形装置１００の内部構成を示す概略断面図である。これらの図には、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方向およびＹ方向は、水平方向に沿った方向であり、Ｚ方向は、鉛直上向きの方向である。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および図２に示すように、三次元造形装置１００は、チャンバー１０と、加熱部２０と、ステージ３０と、ノズル２６０を有する吐出部２００と、第１駆動部５０と、第２駆動部６０と、第１耐熱部材７０と、第２耐熱部材１６と、温度センサー８０と、冷却機構９０と、冷却制御部１１０と、造形制御部１２０と、清掃機構１３０と、距離測定機構１４０と、を備える。なお、冷却制御部１１０と造形制御部１２０とは一体的に構成されてもよい。

チャンバー１０は、三次元造形物が造形される造形空間１１を内部に有する。チャンバー１０は、造形空間１１を囲う隔壁１２を備える。隔壁１２は、例えば、ステンレス鋼等の金属によって構成された内壁と外壁との間に、ロックウール等の断熱材を配することにより構成される。隔壁１２は、チャンバー１０内の造形空間１１を断熱する。

チャンバー１０の側面を構成する隔壁１２の一部には、開閉扉１５が設けられている。開閉扉１５は、例えば、二重ガラスを有しており、造形空間１１において造形中の三次元造形物を外部から視認可能に構成されている。造形空間１１において造形された三次元造形物は、開閉扉１５を開くことにより外部に取り出すことができる。チャンバー１０の下面を構成する隔壁１２には、第１開口部１３が形成されている。チャンバー１０の第１開口部１３に対向する隔壁１２には、第２開口部１４が形成されている。

加熱部２０は、吸気管２１および排気管２２を通じてチャンバー１０に接続される。加熱部２０は、吸気管２１および排気管２２を通じて造形空間１１内の空気を循環させつつ加熱することにより、造形空間１１の温度を所定の温度に調整する。本実施形態では、加熱部２０は、造形空間１１内の温度が、１２０〜１５０℃の温度になるように調整を行う。この温度は、造形材料のガラス転移点よりも高い温度であることが好ましい。

ステージ３０は、チャンバー１０内に配置されている。ステージ３０は、造形空間１１に露出する堆積面３１を有する。ステージ３０は、堆積面３１の傾きや高さを調整可能な機構を備えてもよい。また、ステージ３０は、堆積面３１を加熱するためのヒーターを備えてもよい。

第１駆動部５０は、ノズル２６０とステージ３０との相対位置を、第１方向に沿って変化させる。第１方向とは、本実施形態において鉛直方向である。第１方向は、例えば、鉛直方向に対して±１０度の範囲で傾斜していてもよい。本実施形態では、第１駆動部５０は、ステージ３０を、第１方向に沿って移動させる。第１駆動部５０とステージ３０とは、第１駆動部５０の一部を構成する支柱５１によって接続されている。本実施形態において、第１駆動部５０は、軸部材としてのボールねじと、ボールねじを駆動するモーターとを備えたリニアアクチュエーターを有する。なお、第１駆動部５０は、ノズル２６０を第１方向に沿って移動させる機構であってもよいし、ノズル２６０とステージ３０との両方を第１方向に沿って移動させる機構であってもよい。

図３は、吐出部２００の構成を示す概略断面図である。吐出部２００は、ノズル２６０を有する。吐出部２００は、ノズル２６０の先端面２８０に形成された吐出口２９０から造形材料を吐出する。吐出部２００は、加熱部２０によって加熱された造形空間１１において、ノズル２６０とステージ３０との相対位置を、第１方向と交わる第２方向に沿って変化させながら、ステージ３０の堆積面３１に向かってノズル２６０から造形材料を吐出することにより、三次元造形物を造形する。第２方向とは、本実施形態において水平方向である。吐出部２００のことをヘッドともいう。吐出部２００の具体的な構成については後述する。本実施形態におけるノズル２６０は、「第１ノズル」に対応する。本実施形態では、加熱されたチャンバー１０内で吐出部２００が造形材料を吐出するため、堆積面３１に対する造形材料の密着性を高めることができ、また、造形材料が急激に冷却されることによって反りが生じることを抑制できる。なお、第２方向は第１方向に対して、例えば、±１０度の範囲で傾斜していてもよい。

第２駆動部６０は、ノズル２６０とステージ３０との相対位置を第２方向に沿って変化させる。本実施形態では、第２駆動部６０は、吐出部２００を水平方向に移動させる。第２駆動部６０は、造形空間１１から分離された位置に配置されている。本実施形態では、第２駆動部６０は、チャンバー１０の上面に備えられている。本実施形態において、第２駆動部６０は、吐出部２００をＸ方向に沿って移動させる第１リニアアクチュエーター６１と、吐出部２００をＹ方向に沿って移動させる第２リニアアクチュエーター６２とを備えている。第１リニアアクチュエーター６１と第２リニアアクチュエーター６２とは、それぞれ、ボールねじと、ボールねじを駆動するモーターとを備える。第２リニアアクチュエーター６２は、チャンバー１０の上面に開口する第２開口部１４をＸ方向に挟むようにＹ方向に沿って配置された１組のレールに沿って駆動する。それらのレールには長尺状の第１リニアアクチュエーター６１がＸ方向に沿って掛け渡されており、第１リニアアクチュエーター６１に吐出部２００が取り付けられている。なお、第２駆動部６０は、ステージ３０をＸ方向に沿って移動させるリニアアクチュエーターと、ステージ３０をＹ方向に沿って移動させるリニアアクチュエーターと、を備え、ステージ３０を第２方向に沿って移動させてもよい。また、第２駆動部６０は、ノズル２６０とステージ３０との両方を第２方向に沿って移動させてもよい。

チャンバー１０の下面には第１開口部１３が形成されている。第１開口部１３の周縁部とステージ３０との間には、第１耐熱部材７０が配置されている。

図４は、第１耐熱部材７０の外観構造を示す斜視図である。第１耐熱部材７０は、ステージ３０が載置される上壁７２と、上壁７２の下方に位置し、Ｚ方向に沿って伸縮可能な蛇腹部７３と、を有している。蛇腹部７３は、ステージ３０のＺ方向に沿った移動に応じて伸縮する。蛇腹部７３は、筒状に構成されており、上壁７２とともに造形空間１１から分離された分離空間７１を形成する。分離空間７１には、ステージ３０を駆動する第１駆動部５０の一部が配置されている。本実施形態では、分離空間７１には、第１駆動部５０の先端部の一部を構成する支柱５１が配置される。なお、分離空間７１には、第１駆動部５０の全てが配置されてもよい。第１耐熱部材７０は、造形空間１１内の温度に耐え得る耐熱性能を有している。本実施形態では、第１耐熱部材７０は、ガラス繊維の織布にシリコーンコーティングを施すことにより構成されている。なお、第１耐熱部材７０の構成はこれに限らず、例えば、シリコーンに代えてフッ素樹脂をガラス繊維の織布にコーティングすることによって構成されてもよい。

図２に示すように、チャンバー１０の上部には第２開口部１４が形成されている。第２開口部１４には、吐出部２００が配置されている。第２開口部１４の周縁部と吐出部２００との間には、第２耐熱部材１６が配置されている。

第２耐熱部材１６は、吐出部２００の水平方向への移動に応じて水平方向に伸縮する構造を備える。第２耐熱部材１６は、Ｘ方向に伸縮する第１カバー１７とＹ方向に伸縮する第２カバー１８とから構成される。本実施形態において、第１カバー１７および第２カバー１８は、それぞれ、第１耐熱部材７０と同様に、造形空間１１内の温度に耐え得る耐熱性能を有しており、蛇腹状の伸縮構造を有している。

図２に示すように、温度センサー８０は、第１耐熱部材７０内の分離空間７１に配置されている。温度センサー８０は、分離空間７１の温度を測定するセンサーである。本実施形態において、温度センサー８０は、支柱５１に取り付けられている。

冷却機構９０は、分離空間７１の冷却を行う。本実施形態において、冷却機構９０は、冷却ファンによって構成されている。冷却機構９０は、分離空間７１の下部に配置されており、分離空間７１に向かって送風を行う。第１耐熱部材７０の下方は開放されており、冷却機構９０によって分離空間７１中に導入された空気は、分離空間７１の下方から外部に排出される。なお、冷却機構９０は、分離空間７１内の空気を吸引して外部に排出する機構であってもよい。また、冷却機構９０は、冷却ファンに限らず、例えば、冷媒が流れる配管を分離空間７１内に配置することによって構成してもよい。

冷却制御部１１０は、温度センサー８０によって測定された分離空間７１の温度に従って冷却機構９０を制御する。より具体的には、冷却制御部１１０は、温度センサー８０によって測定された分離空間７１の温度が、目標温度となるように、冷却機構９０をフィードバック制御して分離空間７１内の温度を調整する。本実施形態では、冷却制御部１１０は、目標温度として、５０〜６０℃の温度を設定する。目標温度は、第１駆動部５０の耐熱温度以下の温度であり、第１駆動部５０によるステージ３０の鉛直方向への熱ひずみによる移動誤差が、予め定めた範囲に収まる温度として設定されている。冷却制御部１１０は、回路によって構成されていてもよいし、コンピューターによって構成されていてもよい。

造形制御部１２０は、記録媒体や外部のコンピューター等から取得した三次元造形データに従って、吐出部２００と第１駆動部５０と第２駆動部６０とを制御することによって、ステージ３０の堆積面３１上の指定位置に造形材料を吐出させ、三次元造形物を造形する。造形制御部１２０は、コンピューターとして構成されており、１以上のプロセッサーと、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。プロセッサーは、メモリーに記憶された所定のプログラムを実行することによって、三次元造形物を造形するための造形処理を実現する。なお、造形制御部１２０の機能の一部または全部を、回路により実現するようにしてもよい。造形制御部１２０のことを、単に制御部ともいう。

清掃機構１３０は、上面が開口した箱状の廃棄材料収容部１３１と、廃棄材料収容部１３１内に配置され、上方に向けてブラシを有する清掃部材１３２と、を有する。廃棄材料収容部１３１と清掃部材１３２とは、造形空間１１を形成する隔壁１２の内側に配置されている。清掃部材１３２のビッカース硬さは、ノズル２６０のビッカース硬さよりも小さい。本実施形態においては、清掃部材１３２がＳＵＳで構成され、ノズル２６０が合金工具鋼で構成される。これに限らず、例えば、ノズル２６０が真鍮で構成されてもよい。清掃部材１３２のビッカース硬さが、ノズル２６０のビッカース硬さよりも小さいことによって、清掃部材１３２とノズル２６０とが接触する際に、ノズル２６０が破損することを抑制できる。

本実施形態では、造形制御部１２０は、第２駆動部６０を制御することによって、ノズル２６０の先端面２８０を清掃する。具体的には、造形制御部１２０は、第２駆動部６０を制御して、吐出部２００に備えられたノズル２６０を清掃部材１３２上に移動させ、清掃部材１３２にノズル２６０の先端面２８０をこすり付けることで、ノズル２６０の先端面２８０に付着した造形材料をノズル２６０の先端面２８０から除去し、廃棄材料収容部１３１により回収する。

図２に示すように、距離測定機構１４０は、測定子１５０と、測定子移動量検出部１４２と、を備える。

測定子移動量検出部１４２は、分離空間７１内に備えられる。本実施形態において、測定子移動量検出部１４２は、軸状の接触式変位センサーであり、先端部の押し込み量を差動トランスによって検出する。測定子移動量検出部１４２は、一端が支柱５１に固定された第２固定具５３を介して、先端部を＋Ｚ方向に向けて支柱５１に固定される。

測定子１５０は、軸状の形状を有する。測定子１５０は、第１耐熱部材７０の上壁７２に設けられた孔から、測定子１５０の先端部を、造形空間１１に向かって＋Ｚ方向に突出させている。測定子１５０の先端部は、後述するノズル２６０の先端面２８０と接触する部分を含む部分である。測定子１５０の先端部のノズル２６０側の端部は、Ｚ方向において、堆積面３１とノズル２６０の先端面２８０との間に配置される。測定子１５０は、上壁７２の下面に一端が固定される伸縮部１５１を介して、上壁７２に固定される。伸縮部１５１はバネによって構成され、Ｚ方向に沿って伸縮できる。伸縮部１５１は、測定子１５０を上方に向けて付勢する。

測定子１５０は、鍔部１５２を備える。鍔部１５２の外径は、測定子１５０が挿通される上壁７２に設けられた孔の直径よりも大きい。本実施形態では、伸縮部１５１が伸びていない状態において、鍔部１５２の上面は、−Ｚ方向からＯリングを挟んで第１耐熱部材７０の上部に接触する。これによって、上壁７２に設けられた孔を通じて、造形空間１１から分離空間７１に、加熱された空気が漏れることを抑制できる。

測定子１５０は、支柱５１に第１固定具５２を介して備えられた略円筒状のガイド部１５３に対して、摺動可能に挿入されている。ガイド部１５３によって、測定子１５０の第１方向への移動が許容され、第２方向への移動が規制される。

本実施形態における測定子１５０および測定子移動量検出部１４２の動作を説明する。測定子１５０の上端がノズル２６０の先端面２８０と接触し、測定子１５０の上端が＋Ｚ方向から相対的に押されることによって、測定子１５０が−Ｚ方向に移動する。−Ｚ方向に移動した測定子１５０によって測定子移動量検出部１４２の先端部が押し込まれ、その押し込み量を測定子移動量検出部１４２が検出する。測定子移動量検出部１４２によって電気信号に変換された押し込み量を、造形制御部１２０が読み取る。

測定子１５０は、測定子１５０を移動させる測定子移動機構によって移動する。本実施形態では、第１駆動部５０が測定子移動機構として機能する。すなわち、第１駆動部５０は、ステージ３０を第１方向に沿って移動させることによって、ステージ３０に固定された測定子１５０を第１方向に沿って移動させる。造形制御部１２０は、第１駆動部５０および第２駆動部６０を制御することによって、ノズル２６０の先端面２８０と堆積面３１との間の距離に関する第１の値として、第１距離を測定する。第１距離とは、ノズル２６０の先端面２８０と堆積面３１との間の距離である。第１距離の測定方法の詳細については、後述する。

図３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ＭＲの供給源である材料供給部２２０と、材料ＭＲを溶融させて造形材料とする材料溶融部２３０と、造形材料を堆積面３１に向けて吐出するノズル２６０と、を備える。

材料供給部２２０は、材料溶融部２３０に、造形材料を生成するための材料ＭＲを供給する。材料供給部２２０は、例えば、材料ＭＲを収容するホッパーによって構成される。材料供給部２２０は、連通路２２２を介して、材料溶融部２３０に接続されている。材料ＭＲは、例えば、ペレットや粉末等の形態で材料供給部２２０に投入される。材料ＭＲの詳細については後述する。

材料溶融部２３０は、材料供給部２２０から供給された材料ＭＲを可塑化して流動性を発現させたペースト状の造形材料を生成し、ノズル２６０へと導く。材料溶融部２３０は、スクリューケース２３１と、駆動モーター２３２と、フラットスクリュー２４０と、スクリュー対面部２５０と、を有する。フラットスクリュー２４０は、「スクロール」とも呼ばれる。スクリュー対面部２５０は、「バレル」とも呼ばれる。なお、材料溶融部２３０は、造形材料を構成する全ての種類の物質を溶融しなくてもよい。材料溶融部２３０は、造形材料を構成する物質のうちの少なくとも一部の種類の物質を溶融させることによって、全体として流動性を有する状態に造形材料を転化すればよい。

フラットスクリュー２４０は、その中心軸ＲＸに沿った高さが直径よりも小さい略円柱状を有する。本実施形態において、フラットスクリュー２４０は、その中心軸ＲＸがＺ方向に平行になるように配置される。

フラットスクリュー２４０は、スクリューケース２３１内に収納されている。フラットスクリュー２４０の上面側は駆動モーター２３２に連結されており、フラットスクリュー２４０は、駆動モーター２３２が発生させる回転駆動力によって、スクリューケース２３１内において中心軸ＲＸを中心に回転する。駆動モーター２３２は、造形制御部１２０の制御下において駆動される。

フラットスクリュー２４０の下面には、溝部２４２が形成されている。上述した材料供給部２２０の連通路２２２は、フラットスクリュー２４０の側面から溝部２４２に連通する。

フラットスクリュー２４０の下面は、スクリュー対面部２５０の上面に面している。フラットスクリュー２４０の下面の溝部２４２と、スクリュー対面部２５０の上面との間には空間が形成される。この空間には、材料供給部２２０から材料ＭＲが供給される。フラットスクリュー２４０および溝部２４２の具体的な構成については後述する。

スクリュー対面部２５０には、材料ＭＲを加熱するためのヒーター２５８が埋め込まれている。フラットスクリュー２４０の溝部２４２に供給された材料ＭＲは、溝部２４２において溶融されながら、フラットスクリュー２４０の回転によって溝部２４２に沿って流動し、造形材料としてフラットスクリュー２４０の中央部２４６へと導かれる。中央部２４６に流入したペースト状の造形材料は、スクリュー対面部２５０の中心に設けられた連通孔２５６を介してノズル２６０に供給される。

ノズル２６０は、スクリュー対面部２５０の連通孔２５６に接続されている。ノズル２６０は、材料溶融部２３０において生成された造形材料を、堆積面３１に向けて吐出する。

図５は、フラットスクリュー２４０の下面側の構成を示す概略斜視図である。図５には、フラットスクリュー２４０の中心軸ＲＸの位置が一点鎖線で示されている。スクリュー対面部２５０に対向するフラットスクリュー２４０の下面には、溝部２４２が設けられている。以下、フラットスクリュー２４０の下面のことを、「溝形成面２４８」と呼ぶ。

フラットスクリュー２４０の溝形成面２４８の中央部２４６は、溝部２４２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２４６は、スクリュー対面部２５０の連通孔２５６に対向する。第１実施形態では、中央部２４６は、中心軸ＲＸと交差する。

フラットスクリュー２４０の溝部２４２は、いわゆるスクロール溝を構成する。溝部２４２は、中央部２４６から、フラットスクリュー２４０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２４２は、螺旋状に延びるように構成されてもよい。溝形成面２４８には、溝部２４２の側壁部を構成し、各溝部２４２に沿って延びている凸条部２４３が設けられている。

溝部２４２は、フラットスクリュー２４０の側面に形成された材料流入口２４４まで連続している。この材料流入口２４４は、材料供給部２２０の連通路２２２を介して供給された材料ＭＲを受け入れる部分である。

図５には、３つの溝部２４２と、３つの凸条部２４３と、を有するフラットスクリュー２４０の例が示されている。フラットスクリュー２４０に設けられる溝部２４２や凸条部２４３の数は、３つには限定されない。フラットスクリュー２４０には、１つの溝部２４２のみが設けられていてもよいし、２以上の複数の溝部２４２が設けられていてもよい。また、溝部２４２の数に合わせて任意の数の凸条部２４３が設けられてもよい。

図５には、材料流入口２４４が３箇所に形成されているフラットスクリュー２４０の例が図示されている。フラットスクリュー２４０に設けられる材料流入口２４４の数は、３箇所に限定されない。フラットスクリュー２４０には、材料流入口２４４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６は、スクリュー対面部２５０の上面側の構成を示す概略平面図である。スクリュー対面部２５０の上面は、上述したように、フラットスクリュー２４０の溝形成面２４８に対向する。以下、スクリュー対面部２５０の上面を、「スクリュー対向面２５２」と呼ぶ。スクリュー対向面２５２の中心には、造形材料をノズル２６０に供給するための連通孔２５６が形成されている。

スクリュー対向面２５２には、連通孔２５６に接続され、連通孔２５６から外周に向かって渦状に延びている複数の案内溝２５４が形成されている。複数の案内溝２５４は、フラットスクリュー２４０の中央部２４６に流入した造形材料を連通孔２５６に導く機能を有する。

フラットスクリュー２４０が回転すると、材料流入口２４４から供給された材料ＭＲが、溝部２４２に誘導されて、溝部２４２内において加熱されながら中央部２４６に向かって移動する。材料ＭＲは、中央部２４６に近づくほど、溶融し、流動性が高まっていき、造形材料へと転化する。中央部２４６に集められた造形材料は、中央部２４６で生じる内圧により連通孔２５６からノズル２６０に流出する。

図７は、第１実施形態における三次元造形物の製造方法の工程図である。本実施形態において、造形制御部１２０は、三次元造形物を作成するための造形用プログラムを実行して、三次元造形物の製造を行う。まず造形制御部１２０は、ステップＳ１００にて、三次元造形物の造形に用いる、造形用データを取得する。この造形用データは、例えば、三次元造形物の形状を表すＳＴＬ形式やＡＭＦ形式のデータがスライサーによって変換された、ツールパスデータである。造形用データには、ヘッド温度と、ステージ温度と、チャンバー内温度と、を含んでもよい。他にも、例えば、ユーザーが個別にこれらの温度を設定してもよい。

造形制御部１２０は、ステップＳ１０２にて、加熱部２０を制御して、チャンバー１０内を予め定めた温度まで加熱する。このとき、造形制御部１２０は、ヒーター２５８を制御して吐出部２００を予め定めた温度まで加熱してもよい。また、ステージ３０にヒーターが備えられている場合、造形制御部１２０は、ステージ３０に備えられているヒーターを制御して、ステージ３０を加熱してもよい。

造形制御部１２０は、ステップＳ１０４にて、第２駆動部６０を制御して、清掃部材１３２とノズル２６０の先端面２８０とを接触させて、ノズル２６０の先端面２８０を清掃する。

造形制御部１２０は、ステップＳ１０６にて、第１駆動部５０および第２駆動部６０を制御して、ノズル２６０の変位量Ａを測定する。ノズル２６０の変位量Ａとは、予め定められたノズル２６０と堆積面３１との間のＺ方向の距離Ｌ０と、造形制御部１２０が距離測定機構１４０を制御することによって測定した第１距離Ｌ１との差である。

図８は、上記ステップＳ１０６におけるノズル２６０の変位量Ａの測定方法を示す説明図である。まず、造形制御部１２０は、第２駆動部６０を制御して、ノズル２６０の先端面２８０と測定子１５０の上端とが対向する位置へ、吐出部２００を第２方向に沿って移動させる。その後、造形制御部１２０は、第１駆動部５０を制御して、距離測定機構１４０を第１方向の基準位置まで移動させる。第１方向の基準位置とは、例えば、造形制御部１２０によって、ステージ３０のＺ方向の座標が０と認識されている位置である。その後、造形制御部１２０は、第１駆動部５０を制御して、ノズル２６０の先端面２８０によって測定子１５０が押されるまで、測定子１５０をノズル２６０に向けて移動させる。造形制御部１２０は、第１方向の基準位置からノズル２６０の先端面２８０と測定子１５０とが接触する位置までの、測定子１５０の移動距離を距離Ｌ３として算出する。具体的には、測定子移動量検出部１４２によって検出された測定子１５０の−Ｚ方向の移動量をステージ３０の移動量から差し引いた値が、距離Ｌ３として算出される。

造形制御部１２０は、距離Ｌ３に、堆積面３１と測定子１５０の上端面との間のＺ方向の距離Ｌ４を加えた値を第１距離Ｌ１として算出する。距離Ｌ４は、例えば、三次元造形装置１００の工場出荷時に予め測定され、メモリーに記録されている。

造形制御部１２０は、第１距離Ｌ１から、予め定められたノズル２６０の先端面２８０と堆積面３１との間の距離Ｌ０を差し引いた値を、ノズル２６０の変位量Ａとして、メモリーに記録する。距離Ｌ０は、三次元造形装置１００の設計時に予め設定された値である。

造形制御部１２０は、ステップＳ１０８にて、Ｚ軸オフセット量に変位量Ａを指定する。造形制御部１２０は、ステップＳ１１０にて、Ｚ軸オフセットを行う。Ｚ軸オフセットとは、造形制御部１２０が、ステップＳ１０８で指定された変位量Ａに基づいて、ステージ３０のＺ方向の基準位置を変更することを指す。本実施形態では、造形制御部１２０は、変位量Ａに基づいて、第１駆動部５０を制御することによってステージ３０を移動させ、移動した先のステージ３０の位置を、新たなＺ方向の基準位置としてメモリーに記録する。

造形制御部１２０は、ステップＳ１１２にて、造形材料をノズル２６０から堆積面３１に向けて吐出させながら、駆動モーター２３２と、第１駆動部５０と、第２駆動部６０と、を制御することによって、三次元造形物を造形する。

変位量Ａに基づいてステージ３０の位置を調整する方法は、Ｚ軸オフセットでなくてもよい。例えば、造形制御部１２０が、造形材料の積層中に、造形用データに基づいて、第１駆動部５０を制御してステージ３０をＺ方向に沿って移動させる際、造形制御部１２０がステージ３０を移動させる位置を変位量Ａに基づいて補正してもよい。

以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００によれば、造形制御部１２０が、清掃機構１３０によってノズル２６０の先端面２８０を清掃した後に、ノズル２６０の先端面２８０と堆積面３１との間の第１距離を測定する。そのため、正確な第１距離が測定される。第１距離に基づいて、堆積面３１とノズル２６０との間の距離を予め定められた距離に調整して三次元造形物を造形することによって、三次元造形物の造形精度を高めることができる。

また、本実施形態では、ノズル２６０およびステージ３０が配置されるチャンバー１０内の造形空間１１を加熱した後に、第１距離を測定する。そのため、三次元造形物を造形する際の温度条件のもとで第１距離を測定することができる。これによって、例えば、ノズル２６０の線膨張によるノズル２６０の変位が、造形精度に影響を与えることを抑制できる。そのため、三次元造形物の造形精度を高めることができる。

また、本実施形態では、造形制御部１２０が、第１駆動部５０および第２駆動部６０を制御することによって、測定子１５０をノズル２６０の先端面２８０に接触させて、第１距離を測定する。そのため、簡易な構成によって、第１距離を測定することができる。

また、本実施形態では、測定子１５０のノズル２６０側の端部は、Ｚ方向において、堆積面３１とノズル２６０の先端面２８０との間に配置される。そのため、第１距離を測定する際、ノズル２６０がステージ３０に接触することを抑制できる。これによって、正確な第１距離を測定することができる。

また、本実施形態では、測定子１５０の先端部が造形空間１１内に配置され、筒状の第１耐熱部材７０によって造形空間１１から分離された分離空間７１内に、測定子移動量検出部１４２が配置される。これによって、測定子移動量検出部１４２が熱的影響を受けることを抑制できる。そのため、正確な第１距離を測定することができる。

ここで、上述した三次元造形装置１００において用いられる三次元造形物の材料について説明する。三次元造形装置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、材料溶融部２３０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、材料溶融部２３０において、フラットスクリュー２４０の回転とヒーター２５８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２６０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２６０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２６０からの吐出時には約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を吐出するために、ノズル２６０の周囲にはヒーターが設けられてもよい。

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、材料ＭＲとして材料溶融部２３０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、堆積面３１に吐出された造形材料は焼結によって硬化されてもよい。

材料供給部２２０に材料ＭＲ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、材料溶融部２３０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２２０に材料ＭＲ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２２０に材料ＭＲ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、セルロース系樹脂ある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）あるいはその他の熱可塑性樹脂。

Ｂ．第２実施形態：
図９は、第２実施形態における吐出部２００ｂの構成を示す概略断面図である。第２実施形態における三次元造形装置１００ｂの、吐出部２００ｂ以外の構成については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。吐出部２００ｂは、第１ノズル２６５と、第２ノズル２６６と、第１ノズル２６５に連通し、造形材料を供給する第１供給路２６３と、第２ノズル２６６に連通し、造形材料を供給する第２供給路２６４と、第１供給路２６３および第２供給路２６４に造形材料を供給する供給路２６１と、供給路２６１に造形材料を供給する連通孔２５６と、接続部２６２と、接続部２６２内に弁機構２７０を有する。連通孔２５６は、材料溶融部２３０から造形材料を供給される。接続部２６２は、供給路２６１と、第１供給路２６３および第２供給路２６４と、を接続する。その他の構成は、特に説明しない限り、第１実施形態と同様である。

第１ノズル２６５は、第１ノズル２６５の先端面である第１先端面２８５に形成された第１吐出口２９５から、造形材料を吐出する。第２ノズル２６６は、第２ノズル２６６の先端面である第２先端面２８６に形成された第２吐出口２９６から、造形材料を吐出する。本実施形態において、第１吐出口２９５の径Ｄｎ１と、第２吐出口２９６の径Ｄｎ２と、はそれぞれ異なる。これに対して、径Ｄｎ１と径Ｄｎ２と、はそれぞれ同じであってもよい。

本実施形態の吐出部２００ｂは、第１供給路２６３に接続された第１吸引部２６７と、第２供給路２６４に接続された第２吸引部２６８とを備えている。第１吸引部２６７は、第１供給路２６３内の造形材料を吸引可能に構成されている。第２吸引部２６８は、第２供給路２６４内の造形材料を吸引可能に構成されている。

本実施形態の第１吸引部２６７は、第１供給路２６３に接続されたシリンダーと、シリンダー内に収容されたプランジャーと、を備える。シリンダー内でプランジャーを作動させることによって、第１供給路２６３から第１吸引部２６７へと造形材料が吸引され、また、第１吸引部２６７から第１供給路２６３へと造形材料が吐出される。第２吸引部２６８の構成および動作は、第１吸引部２６７と同様であるため、説明を省略する。第１吸引部２６７と、第２吸引部２６８と、は造形制御部１２０によって制御される。

接続部２６２は、ＸＺ断面が略円形状の、Ｙ軸に沿った方向に伸びる孔である。弁機構２７０は、Ｙ軸に沿った方向に伸びる柱形状である。弁機構２７０のＸＺ断面は略半月状である。弁機構２７０は、接続部２６２内を回転可能に設けられる。弁機構２７０が回転することによって、供給路２６１と第１供給路２６３とが連通し、かつ、供給路２６１と第２供給路２６４とが遮断された状態と、供給路２６１と第２供給路２６４とが連通し、かつ、供給路２６１と第１供給路２６３とが遮断された状態と、を切り替えることができる。すなわち、弁機構２７０が回転することによって、供給路２６１から供給された造形材料が、第１供給路２６３あるいは第２供給路２６４のいずれか一方に供給される。また、弁機構２７０の回転角度を調節することによって、供給する造形材料の量を調節することが可能である。弁機構２７０は、造形制御部１２０によって制御される。

図１０は、第２実施形態における三次元造形物の製造方法の工程図である。まず、ステップＳ２００にて、造形用データが取得される。なお、本実施形態では、造形中に第１ノズル２６５あるいは第２ノズル２６６のいずれが用いられるかが、造形用データによって決定される。すなわち、造形制御部１２０は、ステップＳ２００で設定されたツールパスデータに基づいて、使用するノズルを第１ノズル２６５と第２ノズル２６６とに切り替えながら、三次元造形物を造形する。

ステップＳ２０２はステップＳ１０２と同様である。そのため、説明を省略する。

造形制御部１２０は、ステップＳ２０４にて、第２駆動部６０を制御して、第１ノズル２６５の第１先端面２８５を清掃する。造形制御部１２０は、ステップＳ２０６にて、第２駆動部６０を制御して、第２ノズル２６６の第２先端面２８６を清掃する。

造形制御部１２０は、ステップＳ２０８にて、第１駆動部５０および第２駆動部６０を制御して、第１先端面２８５と堆積面３１との間の第１距離を算出し、第１距離に基づいて、第１ノズル２６５の変位量Ａを測定する。造形制御部１２０は、変位量Ａをメモリーに記録する。造形制御部１２０は、ステップＳ２１０にて、第１駆動部５０および第２駆動部６０を制御して、第２先端面２８６と堆積面３１との間の第２距離を算出し、第２距離に基づいて、第２ノズル２６６の変位量Ｂを測定する。造形制御部１２０は、変位量Ｂをメモリーに記録する。

ステップＳ２１２にて、ステップＳ２００で取得された造形用データに基づいて、使用するノズルが選択される。第１ノズル２６５が選択された場合、ステップＳ２１４にて、Ｚ軸オフセット量に変位量Ａが指定される。その後、ステップＳ２１８にて、ステップＳ２１８で指定された変位量Ａに基づいて、造形制御部１２０が第１駆動部５０を制御してステージ３０を移動させ、Ｚ軸オフセットを行う。ステップＳ２１２で第２ノズル２６６が選択された場合、ステップＳ２１６にて、Ｚ軸オフセット量に変位量Ｂが指定される。その後、ステップＳ２１８にて、ステップＳ２１６で指定された変位量Ｂに基づいて、造形制御部１２０が第１駆動部５０を制御してステージ３０を移動させ、Ｚ軸オフセットを行う。

造形制御部１２０は、ステップＳ２２０にて、ノズルの切替を行う。ノズルの切替とは、例えば、第２駆動部６０を制御して、ステップＳ２１２で選択されたノズルを第２方向の初期位置に移動させることをいう。第２方向の初期位置とは、例えば、造形制御部１２０によって、Ｘ方向の座標が０かつＹ方向の座標が０と、認識される位置である。

造形制御部１２０は、ステップＳ２２２にて、造形材料の積層を開始する。ステップＳ２１２で第１ノズル２６５が選択された場合、造形制御部１２０は、造形材料を第１ノズル２６５から堆積面３１に向けて吐出させながら、駆動モーター２３２と、第１駆動部５０と、第２駆動部６０と、弁機構２７０と、第１吸引部２６７と、を制御することによって、三次元造形物を造形する。ステップＳ２１２で第２ノズル２６６が選択された場合、造形制御部１２０は、造形材料を第２ノズル２６６から堆積面３１に向けて吐出させながら、駆動モーター２３２と、第１駆動部５０と、第２駆動部６０と、弁機構２７０と、第２吸引部２６８と、を制御することによって、三次元造形物を造形する。

ステップＳ２２４にて、ノズルを再選択しない場合、造形制御部１２０は、ステップＳ２１２で選択したノズルから造形材料を継続して吐出させ、造形材料の積層を継続する。その後、三次元造形処理は終了する。ステップＳ２２４でノズルを再選択する場合、造形制御部１２０は、ステップＳ２２６にて、第２駆動部６０を制御することによって、造形に使用したノズルの先端面の清掃を行う。その後、ステップＳ２１２にて、造形に使用するノズルが選択される。ノズルが再選択される場合のステップＳ２１２以降の工程は、上記と同様である。

第２実施形態では、第１ノズル２６５の清掃後に第１ノズル２６５の変位量Ａを測定し、第２ノズル２６６の清掃後に第２ノズル２６６の変位量Ｂを測定する。これによって、複数のノズルを備える三次元造形装置においても、各ノズルの先端面と堆積面３１との間の正確な距離を測定することできる。そのため、高精度に三次元造形物を造形できる。なお、第２距離は、第２ノズル２６６の第２先端面２８６と堆積面３１との間の距離に関する第２の値に相当する。

本実施形態では、第１ノズル２６５の清掃と第２ノズル２６６の清掃とが終了した後に、第１ノズル２６５の変位量Ａと第２ノズル２６６の変位量Ｂとを測定している。これに対して、例えば、第１ノズル２６５の清掃が終了した後、第１ノズル２６５の変位量Ａを測定して、第１ノズル２６５を用いた造形を行い、その後、第２ノズル２６６を用いた造形を開始する前に、第２ノズル２６６の清掃を行い、その後、第２ノズル２６６の変位量Ｂを測定してもよい。

本実施形態における吐出部２００ｂは、第１ノズル２６５と、第２ノズル２６６とを有している。これに加えて、例えば、吐出部２００ｂは、第３のノズルを有していてもよい。第３のノズルについても、第１ノズル２６５と第２ノズル２６６と同様に、第３のノズルと堆積面３１との間の正確な距離を測定することができる。また、吐出部２００ｂは、４つ以上のノズルを備えていてもよい。

本実施形態における三次元造形装置１００ｂは、第１ノズル２６５と第２ノズル２６６とを有する吐出部２００ｂを備えている。これに対して、三次元造形装置１００ｂは、第１ノズル２６５を有する第１の吐出部と、第２ノズル２６６を有する第２の吐出部と、を別個に備えていてもよい。このような形態であっても、本実施形態と同様に、第１距離および第２距離を測定することができる。なお、三次元造形装置１００ｂは、３つ以上の吐出部を備えていてもよい。また、それぞれの吐出部が、２以上のノズルを有していてもよい。

Ｃ．第３実施形態
図１１は、第３実施形態における三次元造形装置１００ｃの内部構成を示す概略断面図である。三次元造形装置１００ｃは、清掃機構１３０に加え、第２清掃機構１３５を備える。第２清掃機構１３５は、第２廃棄材料収容部１３６と、第２清掃部材１３７と、を有する。

第２清掃機構１３５は、造形空間１１内の、Ｙ方向において清掃機構１３０とは逆側の位置に設けられる。これによって、造形制御部１２０がノズル２６０の先端面２８０を清掃する際、ノズル２６０の位置に応じて、使用する清掃機構を選択できる。例えば、よりノズル２６０に近い位置にある清掃機構を用いてノズル２６０の先端面２８０を清掃することによって、ノズル２６０の移動中にノズル２６０の先端面２８０から造形材料が飛散することを抑制できる。また、三次元造形装置１００ｃは、３つ以上の清掃機構を備えていてもよい。

Ｄ．他の実施形態：
（Ｄ−１）上記実施形態において、吐出部２００は、フラットスクリュー２４０によって材料を可塑化している。これに対して吐出部２００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するものであってもよい。また、吐出部２００として、ＦＤＭ（熱溶解積層法）に用いられるヘッドを採用してもよい。

（Ｄ−２）上記実施形態では、三次元造形装置１００は、冷却機構９０、温度センサー８０および冷却制御部１１０を備えている。これに対して、第１耐熱部材７０によって十分な断熱効果が得られる場合、三次元造形装置１００は、冷却機構９０、温度センサー８０および冷却制御部１１０を備えていなくてもよい。また、三次元造形装置１００は、温度センサー８０および冷却制御部１１０を用いることなく、冷却機構９０のみによって分離空間７１を冷却してもよい。

（Ｄ−３）上記実施形態では、第１駆動部５０は分離空間７１内に配置されている。これに対して、第１駆動部５０は分離空間７１内に配置されていなくてもよい。また、三次元造形装置１００は、分離空間７１を有していなくてもよい。

（Ｄ−４）上記実施形態では、加熱部２０は、吸気管２１および排気管２２を通じて空気を循環させつつ加熱を行うものとしている。これに対して、加熱部２０は、チャンバー１０の隔壁１２に取り付けられたヒーターとして構成されてもよい。

（Ｄ−５）上記実施形態では、造形制御部１２０は、第２駆動部６０を制御することによってノズル２６０を移動させて、ノズル２６０の先端面２８０を清掃している。これに対して、例えば、清掃機構１３０を移動させる機構を設け、清掃機構１３０を移動させる機構を造形制御部１２０が制御することによって、ノズル２６０の先端面２８０を清掃してもよい。

（Ｄ−６）上記実施形態では、第１駆動部５０が、測定子移動機構として機能している。これに対して、測定子移動機構は、第１駆動部５０と独立して設けられてもよい。すなわち、測定子移動機構は、測定子１５０をステージ３０と独立して移動させる機構であってもよい。例えば、測定子１５０を第１方向に沿って移動させるアクチュエーターを、第１駆動部５０と独立して設け、そのアクチュエーターおよび第２駆動部６０を造形制御部１２０が制御することによって、ノズル２６０の先端面２８０と測定子１５０とを接触させて、第１距離を測定してもよい。また、測定子１５０を第２方向に沿って移動させるアクチュエーターを、第２駆動部６０と独立して設けてもよい。

（Ｄ−７）上記実施形態では、距離測定機構１４０は測定子１５０と、測定子移動量検出部１４２を備え、造形制御部１２０は、測定子１５０とノズル２６０の先端面２８０とを接触させることによって第１距離を測定する。これに対して、距離測定機構１４０は、測定子１５０と、測定子移動量検出部１４２と、を備えていなくてもよい。例えば、造形制御部１２０は、レーザー式の距離測定器を用いることによって、第１距離を測定してもよい。この場合、例えば、レーザーによって距離測定器とノズル２６０の先端面２８０との間の距離を測定し、測定した距離に基づいて、第１距離を測定してもよい。

（Ｄ−８）上記実施形態では、測定子移動量検出部１４２は、接触式変位センサーである。これに対して、測定子移動量検出部１４２は、レーザー式の距離測定器であってもよい。この場合、例えば、測定子移動量検出部１４２は、測定子１５０と測定子移動量検出部１４２との間の距離の変化によって生じる、レーザー反射光の結像位置の変化から、測定子１５０の移動量を検出してもよい。

（Ｄ−９）上記実施形態では、測定子１５０の先端部のノズル側２６０側の端部は、第１方向において、堆積面３１とノズル２６０の先端面２８０との間に配置される。これに対して、例えば、測定子１５０の先端部のノズル２６０側の端部は、第１方向において、上壁７２と堆積面３１との間に配置されてよい。換言すれば、堆積面３１が、第１方向において、測定子１５０の先端部の第１ノズル側の端部とノズル２６０の先端面２８０との間に配置されてもよい。

（Ｄ−１０）上記実施形態では、測定子１５０とステージ３０とは独立した構成である。これに対して、測定子１５０はステージ３０の一部であってもよい。例えば、造形制御部１２０は、ノズル２６０と測定子であるステージ３０の一部とを接触させて、第１距離を測定してもよい。

（Ｄ−１１）上記実施形態では、第１耐熱部材７０は、Ｚ方向に伸縮可能なテレスコピック構造であってもよい。また、上記実施形態では、第２耐熱部材１６は、第２方向に伸縮可能なテレスコピック構造であってもよい。なお、テレスコピック構造のことを、シャッター構造と呼ぶことも可能である。

（Ｄ−１２）上記実施形態では、造形制御部１２０は、加熱部２０を制御してチャンバー１０内を加熱した後、清掃機構１３０によってノズル２６０の先端面２８０を清掃し、距離測定機構１４０によってノズル２６０の先端面２８０と堆積面３１との間の第１距離を測定している。これに対して、チャンバー１０内を加熱することなく、ノズル２６０の先端面２８０を清掃し、第１距離を測定してもよい。

（Ｄ−１３）上記実施形態では、ノズル２６０の先端面２８０と堆積面３１との間の距離に関する第１の値として、ノズル２６０の先端面２８０と堆積面３１との間の第１距離Ｌ１を算出したが、ノズル２６０の先端面２８０と堆積面３１との間の距離に関する第１の値として、前述した変位量Ａを直接的に算出してもよい。具体的には、造形制御部１２０は、第１駆動部５０を制御して、測定子１５０を上方に向けて予め定められた距離だけ移動させたときの測定子１５０の理想的な移動量から、実測された測定子１５０の移動量を差し引いた値を変位量Ａとして算出する。このように変位量Ａを算出することによっても、上述したＺ軸オフセットを行って、精度よく造形を行うことが可能である。

Ｅ．他の形態：
本開示は、上述の各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によって実現することができる。例えば、本開示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）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。先端面に形成された吐出口から造形材料を吐出する第１ノズルと、前記造形材料が堆積する堆積面を有するステージと、前記第１ノズルと前記ステージとの相対位置を変化させる移動機構と、前記第１ノズルと対向可能な位置に配置された距離測定機構と、前記第１ノズルの先端面を清掃する清掃機構と、前記造形材料を前記第１ノズルから前記堆積面に向けて吐出させながら前記移動機構を制御することにより三次元造形物を造形する制御部と、を備え、前記制御部は、前記清掃機構によって、前記第１ノズルの先端面を清掃した後、前記距離測定機構によって、前記第１ノズルの先端面と前記堆積面との間の距離に関する第１の値を測定し、前記第１の値に基づいて、前記移動機構を制御することによって、前記堆積面と前記第１ノズルの先端面との間の距離を予め定められた距離に調整して前記三次元造形物を造形する。
このような形態によれば、ノズルの先端面の付着物を除去した後に、ノズルの先端面と堆積面との間の第１の値が測定される。これによって、正確な第１の値を測定することができる。

（２）上記形態の三次元造形装置は、更に、造形空間を有するチャンバーと、前記造形空間を加熱する加熱部と、を備え、前記造形空間内に、前記第１ノズルと、前記ステージと、が配置され、前記制御部は、前記加熱部を制御することによって前記造形空間を加熱した後、前記第１の値を測定してもよい。
このような形態によれば、三次元造形物を造形する際の温度条件のもとで第１の値を測定することができる。これによって、例えば、熱に曝されたノズルの線膨張による変位が、造形精度に影響を与えることを抑制できる。そのため、三次元造形物の造形精度を高めることができる。

（３）上記形態の三次元造形装置において、前記距離測定機構は、前記第１ノズルと対向可能な位置に配置された測定子を備え、前記測定子を移動させる測定子移動機構を備え、前記制御部は、前記移動機構を制御することによって、前記測定子を前記第１ノズルの先端面に接触させて、前記測定子の移動量から、第１の値を測定してもよい。
このような形態によれば、簡易な構成によって、正確な第１の値を測定することができる。

（４）上記形態の三次元造形装置において、前記測定子の前記第１ノズル側の端部は、前記堆積面と交差する方向において、前記堆積面と前記第１ノズルの先端面との間に配置されてもよい。
このような形態によれば、ノズルの先端面を測定子に接触させて第１の値を測定する際、ノズルがステージに接触することを抑制できる。これによって、正確な第１の値を測定することができる。

（５）上記形態の三次元造形装置は、更に、前記チャンバーと、前記チャンバーの隔壁に形成された開口部の周縁部と、前記ステージとの間に配置され、前記ステージの前記堆積面に交差する方向に沿った移動に応じて、前記造形面と交差する方向に沿って伸縮可能であり、前記造形空間から分離された分離空間を形成する筒状の耐熱部材と、を備え、前記距離測定機構は、前記測定子の移動量を検出する測定子移動量検出部を備え、前記距離測定機構のうち、前記測定子の先端部は、前記造形空間内に配置され、前記測定子移動量検出部は、前記分離空間内に配置されてもよい。このような形態によれば、測定子移動量検出部が熱的影響を受けることを抑制できる。そのため、正確な第１の値を測定できる。

（６）上記形態の三次元造形装置は、更に、先端面に形成された吐出口から造形材料を吐出する第２ノズルを備え、前記制御部は、前記清掃機構によって、前記第２ノズルの先端面を清掃した後、前記距離測定機構によって、前記第２ノズルの先端面と前記堆積面との間の距離に関する第２の値を測定し、前記第２の値に基づいて、前記移動機構を制御することによって、前記堆積面と前記第２ノズルの先端面との間の距離を予め定められた距離に調整して前記三次元造形物を造形してもよい。
このような形態によれば、第１ノズルの清掃後に第１ノズルの変位量が測定され、第２ノズルの清掃後に第２ノズルの変位量が測定される。これによって、複数のノズルを備える三次元造形装置であっても、各ノズルの先端面と堆積面との間の正確な距離に関する値を測定することできる。

（７）上記形態の三次元造形装置は、さらに、材料を溶融させて造形材料とする材料溶融部と、前記材料溶融部から供給された前記造形材料が流通する供給路と、前記供給路から前記造形材料が供給される第１供給路および第２供給路と、前記供給路と、前記第１供給路および前記第２供給路と、を接続する接続部と、前記接続部に設けられた弁機構と、を備え、前記第１ノズルは、前記第１供給路に連通し、前記第２ノズルは、前記第２供給路に連通し、前記弁機構によって、前記供給路と前記第１供給路との間が連通し、かつ、前記供給路と前記第２供給路との間が遮断された状態と、前記供給路と前記第２供給路との間が連通し、かつ、前記供給路と前記第１供給路との間が遮断された状態と、に切替えられてもよい。
このような形態によれば、第１ノズルの清掃後に第１ノズルの変位量が測定され、第２ノズルの清掃後に第２ノズルの変位量が測定される。これによって、材料溶融部を有する吐出部が複数のノズルを備える三次元造形装置であっても、各ノズルの先端面と堆積面との間の正確な距離に関する値を測定することできる。

本開示は、上述した三次元造形装置や三次元造形物の製造方法に限らず、種々の態様で実現可能である。例えば、三次元造形物の造形方法や、三次元造形装置の制御方法、三次元造形物を造形するためのコンピュータープログラム、コンピュータープログラムを記録した一時的でない有形な記録媒体等の形態で実現することができる。

１０…チャンバー、１１…造形空間、１２…隔壁、１３…第１開口部、１４…第２開口部、１５…開閉扉、１６…第２耐熱部材、１７…第１カバー、１８…第２カバー、２０…加熱部、２１…吸気管、２２…排気管、３０…ステージ、３１…堆積面、５０…第１駆動部、５１…支柱、５２…第１固定具、５３…第２固定具、６０…第２駆動部、６１…第１リニアアクチュエーター、６２…第２リニアアクチュエーター、７０…第１耐熱部材、７１…分離空間、７２…上壁、７３…蛇腹部、８０…温度センサー、９０…冷却機構、１００…三次元造形装置、１００ｂ…三次元造形装置、１００ｃ…三次元造形装置、１１０…冷却制御部、１２０…造形制御部、１３０…清掃機構、１３１…廃棄材料収容部、１３２…清掃部材、１３５…第２清掃機構、１３６…第２廃棄材料収容部、１３７…第２清掃部材、１４０…距離測定機構、１４２…測定子移動量検出部、１５０…測定子、１５１…伸縮部、１５２…鍔部、１５３…ガイド部、２００…吐出部、２００ｂ…吐出部、２２０…材料供給部、２２２…連通路、２３０…材料溶融部、２３１…スクリューケース、２３２…駆動モーター、２４０…フラットスクリュー、２４２…溝部、２４３…凸条部、２４４…材料流入口、２４６…中央部、２４８…溝形成面、２５０…スクリュー対面部、２５２…スクリュー対向面、２５４…案内溝、２５６…連通孔、２５８…ヒーター、２６０…ノズル、２６１…供給路、２６２…接続部、２６３…第１供給路、２６４…第２供給路、２６５…第１ノズル、２６６…第２ノズル、２６７…第１吸引部、２６８…第２吸引部、２７０…弁機構、２８０…先端面、２８５…第１先端面、２８６…第２先端面、２９０…吐出口、２９５…第１吐出口、２９６…第２吐出口

Claims (8)

1. 三次元造形装置であって、
   先端面に形成された吐出口から造形材料を吐出する第１ノズルと、
   前記造形材料が堆積する堆積面を有するステージと、
   前記第１ノズルと前記ステージとの相対位置を変化させる移動機構と、
   前記第１ノズルと対向可能な位置に配置された距離測定機構と、
   前記第１ノズルの先端面を清掃する清掃機構と、
   前記造形材料を前記第１ノズルから前記堆積面に向けて吐出させながら前記移動機構を制御することにより三次元造形物を造形する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記清掃機構によって、前記第１ノズルの先端面を清掃した後、前記距離測定機構によって、前記第１ノズルの先端面と前記堆積面との間の距離に関する第１の値を測定し、
   前記第１の値に基づいて、前記移動機構を制御することによって、前記堆積面と前記第１ノズルの先端面との間の距離を予め定められた距離に調整して前記三次元造形物を造形する、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、
   造形空間を有するチャンバーと、
   前記造形空間を加熱する加熱部と、を備え、
   前記造形空間内に、前記第１ノズルと、前記ステージと、が配置され、
   前記制御部は、前記加熱部を制御することによって前記造形空間を加熱した後、前記第１の値を測定する、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、
   前記距離測定機構は、前記第１ノズルと対向可能な位置に配置された測定子を備え、
   前記測定子を移動させる測定子移動機構を備え、
   前記制御部は、前記測定子移動機構を制御することによって、前記測定子を前記第１ノズルの先端面に接触させて、前記測定子の移動量から、前記第１の値を測定する、三次元造形装置。
4. 請求項３に記載の三次元造形装置であって、
   前記測定子の前記第１ノズル側の端部は、前記堆積面と交差する方向において、前記堆積面と前記第１ノズルの先端面との間に配置される、三次元造形装置。
5. 請求項３または請求項４に記載の三次元造形装置であって、
   造形空間を有するチャンバーと、
   前記チャンバーの隔壁に形成された開口部の周縁部と、前記ステージとの間に配置され、前記ステージの、前記堆積面と交差する方向に沿った移動に応じて、前記堆積面と交差する方向に沿って伸縮可能であり、前記造形空間から分離された分離空間を形成する筒状の耐熱部材と、を備え、
   前記距離測定機構は、前記測定子の移動量を検出する測定子移動量検出部を備え、
   前記距離測定機構のうち、
   前記測定子の先端部は、前記造形空間内に配置され、
   前記測定子移動量検出部は、前記分離空間内に配置される、三次元造形装置。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
   先端面に形成された吐出口から造形材料を吐出する第２ノズルを備え、
   前記制御部は、
   前記清掃機構によって、前記第２ノズルの先端面を清掃した後、前記距離測定機構によって、前記第２ノズルの先端面と前記堆積面との間の距離に関する第２の値を測定し、
   前記第２の値に基づいて、前記移動機構を制御することによって、前記堆積面と前記第２ノズルの先端面との間の距離を予め定められた距離に調整して前記三次元造形物を造形する、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、
   材料を溶融させて造形材料とする材料溶融部と、
   前記材料溶融部から供給された前記造形材料が流通する供給路と、
   前記供給路から前記造形材料が供給される第１供給路および第２供給路と、
   前記供給路と、前記第１供給路および前記第２供給路と、を接続する接続部と、
   前記接続部に設けられた弁機構と、を備え、
   前記第１ノズルは、前記第１供給路に連通し、
   前記第２ノズルは、前記第２供給路に連通し、
   前記弁機構によって、
   前記供給路と前記第１供給路との間が連通し、かつ、前記供給路と前記第２供給路との間が遮断された状態と、
   前記供給路と前記第２供給路との間が連通し、かつ、前記供給路と前記第１供給路との間が遮断された状態と、
   に切替えられる、三次元造形装置。
8. 三次元造形物の製造方法であって、
   材料溶融部から供給された造形材料を吐出するノズルの先端面を、清掃機構によって清掃した後、前記ノズルと対向可能な位置に配置された距離測定機構によって、前記ノズルの先端面と前記ノズルから吐出された前記造形材料が堆積するステージ上の堆積面との間の距離に関する値を測定し、
   測定された前記ノズルの先端面と前記堆積面との間の距離に関する値に基づいて、前記ノズルと前記ステージとの相対位置を変化させる移動機構を制御することによって、前記堆積面と前記ノズルの先端面との間の距離を、予め定められた距離に調整し、前記ノズルから前記堆積面に向かって前記造形材料を吐出させて三次元造形物を造形する、三次元造形物の製造方法。

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