JP7263835B2 - 三次元造形装置および三次元造形物の造形方法 - Google Patents

Description

本開示は、三次元造形装置および三次元造形物の造形方法に関する。

例えば、特許文献１には、加熱した熱可塑性材料を押出しヘッドから押出して堆積層を形成し、紫外光源、赤外光源、レーザー等のエネルギー源を用いて堆積層の表面にエネルギーを加え、エネルギーを加えた堆積層上に後続の堆積層を積み重ねることによって、堆積層間の密着性が高い三次元物体を形成する技術が記載されている。

特表２０１７－５２３０６３号公報

上述した技術では、堆積層の表面にエネルギーを加えるため、堆積層間の密着性を高める際の無駄なエネルギー消費が大きい。

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、熱可塑性樹脂が含まれる材料を可塑化して造形材料にする可塑化部と、前記可塑化部から供給された前記造形材料をステージに向かって吐出する吐出部と、前記吐出部と前記ステージとの相対位置を変化させる移動機構と、前記吐出部を加熱する加熱部と、前記ステージ上に配置された前記造形材料の温度を取得する温度取得部と、前記可塑化部と前記移動機構とを制御することによって、予め定められた経路に沿って前記造形材料を層状に配置する制御部と、を備える。前記制御部は、前記ステージ上に配置された前記造形材料の層である既設層の温度Ｔｂおよびパス断面積Ｓｂと、前記既設層の形成に用いられる材料に含まれる第１熱可塑性樹脂の比重ρｂおよび比熱Ｃｂと、前記加熱部の温度Ｔｕと、前記既設層上に配置される前記造形材料の層である後続層のパス断面積Ｓｕと、前記後続層の形成に用いられる材料に含まれる第２熱可塑性樹脂の比重ρｕおよび比熱Ｃｕと、前記第１熱可塑性樹脂の熱分解温度と前記第２熱可塑性樹脂の熱分解温度とのうち低い方の熱分解温度Ｔｄと、前記第１熱可塑性樹脂のガラス転移点と前記第２熱可塑性樹脂のガラス転移点とのうち高い方のガラス転移点Ｔｇとの関係が下式（１）を満たすように、前記加熱部を制御する。
Ｔｄ＞（Ｔｕ×Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｔｂ×Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）／（Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）＞Ｔｇ ・・・（１）

第１実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図。 フラットスクリューの溝形成面の構成を示す斜視図。 バレルのスクリュー対向面の構成を示す上面図。 造形処理の内容を示すフローチャート。 三次元造形物が造形される様子を模式的に示す説明図。 Ｎ層目造形処理の内容を示すフローチャート。 温度測定領域を模式的に示す説明図。 他の形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図。

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の概略構成を示す説明図である。図１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、鉛直方向に沿った方向である。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におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向と、他の図におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向とは、同じ方向を表している。

本実施形態における三次元造形装置１００は、造形ユニット２００と、ステージ３００と、移動機構４００と、制御部５００とを備えている。三次元造形装置１００は、制御部５００の制御下で、造形ユニット２００に設けられたノズル６１からステージ３００の造形面３１０に向かって造形材料を吐出しつつ、移動機構４００を駆動して、ノズル６１とステージ３００との相対的な位置を変化させることによって、ステージ３００上に所望の形状の三次元造形物を造形する。

移動機構４００は、造形ユニット２００とステージ３００との相対的な位置を変化させる。本実施形態では、移動機構４００は、造形ユニット２００に対してステージ３００を移動させる。本実施形態における移動機構４００は、３つのモーターの駆動力によって、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る。各モーターは、制御部５００の制御下にて駆動する。尚、移動機構４００は、ステージ３００を移動させる構成ではなく、ステージ３００を移動させずに造形ユニット２００を移動させる構成であってもよい。また、移動機構４００は、ステージ３００と造形ユニット２００との両方を移動させる構成であってもよい。

制御部５００は、１以上のプロセッサーと、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、造形ユニット２００と、移動機構４００との動作を制御して、三次元造形物を造形するための造形処理を実行する。動作には、ステージ３００に対する造形ユニット２００との三次元の相対的な位置の移動が含まれる。尚、制御部５００は、コンピューターではなく、複数の回路の組み合わせによって構成されてもよい。

造形ユニット２００は、材料供給部２０と、可塑化部３０と、吐出部６０と、温度取得部７０とを備えている。材料供給部２０には、ペレットや粉末等の状態の材料が収容されている。本実施形態では、ペレット状に形成された非晶性の熱可塑性樹脂であるＡＢＳ樹脂が材料として用いられる。本実施形態における材料供給部２０は、ホッパーによって構成されている。材料供給部２０の下方には、材料供給部２０と可塑化部３０との間を接続する供給路２２が設けられている。材料供給部２０は、供給路２２を介して、可塑化部３０に材料を供給する。

可塑化部３０は、スクリューケース３１と、駆動モーター３２と、フラットスクリュー４０と、バレル５０とを備えている。可塑化部３０は、材料供給部２０から供給された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吐出部６０に供給する。尚、フラットスクリュー４０のことを単にスクリューと呼ぶこともある。

スクリューケース３１は、フラットスクリュー４０を収容している。スクリューケース３１の上面には、駆動モーター３２が固定されている。駆動モーター３２の回転は、制御部５００によって制御される。駆動モーター３２の回転軸は、フラットスクリュー４０の上面４１に接続されている。

フラットスクリュー４０は、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。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内にて、中心軸ＲＸを中心に回転する。

フラットスクリュー４０は、中心軸ＲＸに沿った方向における上面４１とは反対側に溝形成面４２を有している。溝形成面４２には、材料流通路４５が形成されている。尚、フラットスクリュー４０の溝形成面４２の詳細な構成は、図２を用いて後述する。

バレル５０は、フラットスクリュー４０の下方に設けられている。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。バレル５０には、フラットスクリュー４０の材料流通路４５に対向する位置にヒーター５８が内蔵されている。ヒーター５８の温度は、制御部５００によって制御される。

スクリュー対向面５２には、フラットスクリュー４０の中心軸ＲＸ上の位置に、吐出部６０に連通する連通孔５６が設けられている。尚、バレル５０のスクリュー対向面５２の詳細な構成については、図３を用いて後述する。

吐出部６０は、ノズル６１とノズルヒーター６７とを備えている。ノズル６１には、ノズル流路６５と、ノズル孔６２とが設けられている。ノズル孔６２は、ノズル６１の先端部分に設けられた、造形材料を吐出するための開口部である。可塑化部３０の連通孔５６とノズル孔６２との間は、ノズル流路６５によって連通している。本実施形態では、ノズル６１には、円形のノズル孔６２が設けられている。ノズル孔６２の径のことをノズル径Ｄｎと呼ぶ。尚、ノズル６１には、円形ではなく、四角形等のノズル孔６２が設けられてもよい。

ノズルヒーター６７は、ノズル６１内におけるノズル流路６５の外周に設けられている。ノズルヒーター６７は、ノズル流路６５内の造形材料を加熱する。ノズルヒーター６７の温度は、例えば、熱電対温度計によって計測できる。計測したノズルヒーター６７の温度は、制御部５００に送信される。尚、ノズルヒーター６７のことを加熱部と呼ぶこともある。

温度取得部７０は、ノズル６１に隣接して配置されている。本実施形態における温度取得部７０は、非接触式の温度計である放射温度計によって構成されている。温度取得部７０は、ステージ３００上に積層された造形材料の温度を取得する。温度取得部７０によって取得された温度に関する情報は、制御部５００に送信される。尚、温度取得部７０は、非接触式の温度計である赤外線カメラによって構成されてもよい。

図２は、本実施形態におけるフラットスクリュー４０の溝形成面４２の構成を示す斜視図である。図２に示したフラットスクリュー４０は、技術の理解を容易にするために、図１に示した上下の位置関係を逆向きとした状態で示されている。フラットスクリュー４０の溝形成面４２には、上述したとおり、材料流通路４５が形成されている。材料流通路４５は、中央部４６と、渦状部４７と、材料導入部４８とを有している。

中央部４６は、フラットスクリュー４０の中心軸ＲＸの周りに形成された円形の窪みである。中央部４６は、バレル５０に設けられた連通孔５６に対向する。

渦状部４７は、中央部４６を中心として、溝形成面４２の外周に向かって弧を描くように渦状に延びる溝である。渦状部４７は、インボリュート曲線状や螺旋状に延びるように構成されてもよい。渦状部４７の一端は、中央部４６に接続されており、渦状部４７の他端は、材料導入部４８に接続されている。

材料導入部４８は、溝形成面４２の外周縁に設けられた渦状部４７よりも幅広な溝である。材料導入部４８は、フラットスクリュー４０の側面４３まで連続している。材料導入部４８は、供給路２２を介して材料供給部２０から供給された材料を、渦状部４７に導入する。尚、図２には、フラットスクリュー４０の中央部４６から外周に向かって、１条の渦状部４７および材料導入部４８が設けられた形態を表したが、フラットスクリュー４０の中央部４６から外周に向かって、複数条の渦状部４７および材料導入部４８が設けられてもよい。

図３は、本実施形態におけるバレル５０のスクリュー対向面５２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が形成されている。スクリュー対向面５２における連通孔５６の周りには、複数の案内溝５４が形成されている。それぞれの案内溝５４は、一端が連通孔５６に接続され、連通孔５６からスクリュー対向面５２の外周に向かって渦状に延びている。それぞれの案内溝５４は、造形材料を連通孔５６に導く機能を有している。

図４は、本実施形態における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、三次元造形装置１００の制御部５００によって実行される。

まず、ステップＳ１１０にて、制御部５００は、造形データを取得する。造形データとは、造形材料を吐出しながら移動するノズル６１のステージ３００に対する移動経路である造形パスや、ノズル６１から吐出される造形材料の流量である吐出量や、フラットスクリュー４０を回転させる駆動モーター３２の回転数や、バレル５０のヒーター５８の目標温度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よって生成される。スライサーソフトは、三次元ＣＡＤソフトや三次元ＣＧソフトを用いて作成された、三次元造形物ＯＢの形状を表す形状データを読み込み、三次元造形物ＯＢの形状を所定の厚みの層に分割して、造形データを生成する。スライサーソフトに読み込まれる形状データには、ＳＴＬ形式やＡＭＦ形式等のデータが用いられる。スライサーソフトによって生成された造形データは、ＧコードやＭコード等によって表されている。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Ｓ１１５にて、制御部５００は、材料物性データを取得する。材料物性データとは、三次元造形物ＯＢの造形に用いられる材料に含まれる熱可塑性樹脂の物性を表すデータのことを意味する。材料物性データには、結晶性の熱可塑性樹脂であるか非晶性の熱可塑性樹脂であるかについての情報や、熱可塑性樹脂の熱分解温度、融点、ガラス転移点、比重、比熱等の物性値が表されている。本実施形態では、材料物性データには、三次元造形物ＯＢの造形に用いられる材料であるＡＢＳ樹脂に関して、非晶性の熱可塑性樹脂であることが設定されているとともに、熱分解温度が摂氏２６０度、ガラス転移点が摂氏１１０度、比重が１．１１、比熱が１．４０（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）に設定されている。ＡＢＳ樹脂は融点を有しない非晶性の熱可塑性樹脂であるため、材料物性データには、融点が設定されていない。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材料物性データを取得する。

その後、ステップＳ１２０にて、制御部５００は、造形データに従って、フラットスクリュー４０の回転、および、バレル５０に内蔵されたヒーター５８の温度を制御することによって、造形材料の生成を開始する。フラットスクリュー４０の回転によって、材料供給部２０から供給路２２を介して供給された材料が、フラットスクリュー４０の材料導入部４８から渦状部４７へと搬送される。フラットスクリュー４０の回転、および、ヒーター５８による加熱によって、渦状部４７に搬送された材料の少なくとも一部が溶融されて流動性を有するペースト状の造形材料が生成される。生成された造形材料は、フラットスクリュー４０の回転によって、渦状部４７から中央部４６へと搬送されて、連通孔５６を介して吐出部６０のノズル６１に供給される。尚、造形材料は、この造形処理が終了するまでの間、生成され続ける。

図５は、三次元造形物ＯＢが造形される様子を模式的に示す説明図である。図４および図５を参照して、ステップＳ１３０にて、制御部５００は、造形データに従って、移動機構４００を制御して、ノズル６１とステージ３００との相対的な位置を変化させつつ、ノズル６１から造形材料を吐出することによって、三次元造形物ＯＢの１層目を造形する。造形した三次元造形物ＯＢの１層目は、ステージ３００上で冷えて硬化する。その後、ステップＳ１４０にて、制御部５００は、全ての層の造形が完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層の造形が完了したか否かを判断できる。ステップＳ１４０において、全ての層の造形が完了したと判断されなかった場合、制御部５００は、ステップＳ１３０に処理を戻り、三次元造形物ＯＢの２層目を造形する。造形した三次元造形物ＯＢの２層目は、１層目上で冷えて硬化する。一方、ステップＳ１４０において、全ての層の造形が完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。制御部５００は、ステップＳ１４０において、全ての層の造形が完了したと判断されるまで、ステップＳ１３０の処理を繰り返すことによって、造形材料の層が積層された三次元造形物ＯＢを造形する。

図６は、三次元造形物ＯＢのＮ層目を造形するためのＮ層目造形処理の内容を示すフローチャートである。図７は、温度測定領域ＲＭを模式的に示す説明図である。この処理は、三次元造形物ＯＢのＮ層目を造形する間、制御部５００によって繰り返し実行される。Ｎは、２以上の自然数である。つまり、この処理は、三次元造形物ＯＢにおける２層目以上の層を造形するための処理である。尚、図７には、温度測定領域ＲＭが破線で表されており、ノズル６１の移動方向が矢印を用いて表されている。

図６および図７を参照して、まず、ステップＳ１３１にて、制御部５００は、温度取得部７０を用いて、三次元造形物ＯＢのＮ－１層目の温度Ｔｂを取得する。制御部５００は、例えば、三次元造形物ＯＢの２層目を造形する場合には、三次元造形物ＯＢの１層目の温度を取得し、三次元造形物ＯＢの３層目を造形する場合には、三次元造形物ＯＢの２層目の温度を取得する。三次元造形物ＯＢのＮ－１層目のことを既設層Ｌｂと呼び、三次元造形物ＯＢのＮ層目のことを後続層Ｌｕと呼ぶ。

三次元造形物ＯＢのＮ－１層目の温度Ｔｂ、換言すれば、既設層Ｌｂの温度Ｔｂは、温度測定領域ＲＭ内で測定される。温度測定領域ＲＭは、既設層Ｌｂの上面に設定される領域であり、ノズル６１の現在位置よりも、ノズル６１の移動方向における前方に設定される。つまり、温度測定領域ＲＭの位置は、ノズル６１の移動に伴って変化する。ノズル６１の移動経路に沿った温度測定領域ＲＭの長さＬｒは、図７に表したように、ノズル６１の現在位置におけるノズル６１の先端部分から１０ｍｍの長さに設定される。温度測定領域ＲＭの幅Ｗｒは、吐出される造形材料の線幅と同じ幅に設定される。温度測定領域ＲＭの幅中心は、ノズル６１の現在位置におけるノズル孔６２の中心に設定される。

本実施形態では、上述したとおり、温度取得部７０が放射温度計によって構成されているため、温度取得部７０によって、温度測定領域ＲＭ内の一つの温度が測定される。そのため、制御部５００は、測定された一つの温度を既設層Ｌｂの温度Ｔｂとして取得する。尚、例えば、温度取得部７０が赤外線カメラによって構成される場合には、温度取得部７０によって、温度測定領域ＲＭ内の温度分布が測定される。この場合、制御部５００は、温度取得部７０によって測定された温度分布を用いて、温度測定領域ＲＭ内の最低温度を既設層Ｌｂの温度Ｔｂとして取得する。

次に、ステップＳ１３２にて、制御部５００は、温度取得部７０を用いて取得した既設層Ｌｂの温度Ｔｂに応じて、ノズルヒーター６７の温度Ｔｕを制御する。本実施形態では、制御部５００は、既設層Ｌｂの温度Ｔｂと、既設層Ｌｂのパス断面積Ｓｂと、既設層Ｌｂの造形に用いられた材料の比重ρｂおよび比熱Ｃｂと、ノズルヒーター６７の温度Ｔｕと、後続層Ｌｕのパス断面積Ｓｕと、後続層Ｌｕの造形に用いられた材料の比重ρｕおよびＣｕと、既設層Ｌｂの造形に用いられた材料の熱分解温度Ｔｄ１と後続層Ｌｕの造形に用いられた材料の熱分解温度Ｔｄ２とのうち低い方の熱分解温度Ｔｄと、既設層Ｌｂの造形に用いられた材料のガラス転移点Ｔｇ１と後続層Ｌｕの造形に用いられた材料のガラス転移点Ｔｇ２とのうち高い方のガラス転移点Ｔｇとの関係が下式（１）を満たすように、ノズルヒーター６７の温度Ｔｕを制御する。
Ｔｄ＞（Ｔｕ×Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｔｂ×Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）／（Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）＞Ｔｇ ・・・（１）

既設層Ｌｂのパス断面積Ｓｂとは、既設層Ｌｂを造形するためにノズル６１から吐出された造形材料の断面積のことを意味する。後続層Ｌｕのパス断面積Ｓｕとは、後続層Ｌｕを造形するためにノズル６１から吐出された造形材料の断面積のことを意味する。既設層Ｌｂのパス断面積Ｓｂは、既設層Ｌｂを造形するための造形データを用いて、既設層Ｌｂを造形した際にノズル６１から吐出された造形材料の体積を経路長さで割ることによって算出できる。後続層Ｌｕのパス断面積Ｓｕは、後続層Ｌｕを造形するための造形データを用いて、後続層Ｌｕを造形するためにノズル６１から吐出する造形材料の体積を経路長さで割ることによって算出できる。既設層Ｌｂの造形に用いられた材料の比重ρｂと、比熱Ｃｂと、熱分解温度Ｔｄ１と、ガラス転移点Ｔｇ１とは、それぞれ、ステップＳ１１５にて制御部５００が取得した材料物性データに表された値を用いることができる。後続層Ｌｕの造形に用いられる材料の比重ρｕと、比熱Ｃｕと、熱分解温度Ｔｄ２と、ガラス転移点Ｔｇ２とは、それぞれ、ステップＳ１１５にて制御部５００が取得した材料物性データに表された値を用いることができる。

ステップＳ１３３にて、制御部５００は、ノズル６１から温度測定領域ＲＭに造形材料を吐出する。上式（１）の関係を満たすようにノズルヒーター６７の温度Ｔｕが制御されるため、吐出される造形材料の温度は、ノズルヒーター６７の温度Ｔｕと同じ温度であるとみなすことができる。ノズル６１から吐出された造形材料が既設層Ｌｂに接触して、吐出された造形材料から既設層Ｌｂへと熱が移動することによって、既設層Ｌｂの温度が、そのガラス転移点Ｔｇ１よりも高く、かつ、その熱分解温度Ｔｄ１よりも低い温度になるとともに、後続層Ｌｕの温度が、そのガラス転移点Ｔｇ２よりも高く、かつ、その熱分解温度Ｔｄ２よりも低い温度になる。したがって、既設層Ｌｂの造形材料、および、後続層Ｌｕの造形材料の熱分解を抑制しつつ、既設層Ｌｂの造形材料を再び可塑化することができるので、既設層Ｌｂと後続層Ｌｕとの密着性を高めることができる。

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、造形ユニット２００の内部に設けられたノズルヒーター６７を用いて、既設層Ｌｂと後続層Ｌｕとの密着性を高めることができるため、既設層Ｌｂを加熱するための装置を造形ユニット２００の外部に設けて、既設層Ｌｂと後続層Ｌｕとの密着性を高める形態に比べて、エネルギー消費を抑制でき、かつ、三次元造形装置１００を簡素化できる。

また、本実施形態では、温度取得部７０が非接触式の温度計によって構成されているため、既設層Ｌｂを損傷させずに既設層Ｌｂの温度Ｔｂを測定できる。

尚、本実施形態では、ペレット状のＡＢＳ樹脂が材料として用いられたが、造形ユニット２００において用いられる材料としては、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。上述した造形材料には、それらの主材料を単体で溶融したものや、主材料とともに含有される一部の成分が溶融してペースト状にされたものが含まれる。

主材料として熱可塑性を有する材料を用いる場合には、可塑化部３０において、当該材料が可塑化することによって造形材料が生成される。「可塑化」とは、熱可塑性を有する材料に熱が加わり溶融することを意味する。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造形材料は、ノズル孔６２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孔６２から射出されることが望ましい。尚、「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。

造形ユニット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、造形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。

造形ユニット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に配置された造形材料は、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。

Ｂ．他の実施形態：
（Ｂ１）図８は、他の形態としての三次元造形装置１００ｂの概略構成を示す説明図である。三次元造形装置１００ｂは、第１造形ユニット２００Ａおよび第２造形ユニット２００Ｂを備えている。第１造形ユニット２００Ａおよび第２造形ユニット２００Ｂの構成は、図１を用いて説明した第１実施形態における造形ユニット２００と同じである。この場合、材料供給部２０に収容される材料を交換しなくても、２種類の異なる材料を用いて三次元造形物ＯＢを造形することができる。例えば、第１造形ユニット２００Ａによって、第１の材料を用いて三次元造形物ＯＢの奇数層目を造形し、第２造形ユニット２００Ｂによって、第１の材料とは種類の異なる第２の材料を用いて三次元造形物ＯＢの偶数層目を造形することができる。つまり、第１の材料を用いて造形される層と、第２の材料を用いて造形される層とを交互に積層して三次元造形物ＯＢを造形することができる。この場合、図６のステップＳ１３１にて、第２の材料を用いて三次元造形物ＯＢの２層目を造形する際には、制御部５００は、第１の材料を用いて造形した三次元造形物ＯＢの１層目の温度を取得し、第１の材料を用いて三次元造形物ＯＢの３層目を造形する際には、制御部５００は、第２の材料を用いて造形した三次元造形物ＯＢの２層目の温度を取得する。

（Ｂ２）上述した第１実施形態では、温度取得部７０は、ノズル６１に隣接する位置に設けられている。これに対して、温度取得部７０は、造形ユニット２００外に設けられてもよい。例えば、造形ユニット２００とステージ３００とが、のぞき窓を有するチャンバーによって覆われており、温度取得部７０がチャンバー外に設けられ、のぞき窓を介して既設層Ｌｂの温度Ｔｂを測定してもよい。この場合、温度取得部７０が高温にさらされて故障する可能性を抑制できる。

（Ｂ３）上述した第１実施形態では、温度取得部７０は、非接触式の温度計によって構成されている。これに対して、温度取得部７０は、接触式の温度計によって構成されてもよい。例えば、温度取得部７０は、先端に熱電対温度計を備える探針によって構成されてもよい。この場合、探針を用いて既設層Ｌｂを走査することによって、既設層Ｌｂの温度Ｔｂを取得できる。

（Ｂ４）上述した第１実施形態では、既設層Ｌｂおよび後続層Ｌｕの造形に、非晶性の熱可塑性樹脂であるＡＢＳ樹脂が用いられている。これに対して、既設層Ｌｂと後続層Ｌｕとのうち一方の造形に、結晶性の熱可塑性樹脂が用いられ、他方の造形に、非晶性の熱可塑性樹脂が用いられてもよい。結晶性の熱可塑性樹脂として、例えば、ナイロン樹脂や、炭素繊維を含有するナイロン樹脂や、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）や、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を用いることができる。非晶性の熱可塑性樹脂として、例えば、ＡＢＳ樹脂や、ポリカーボネート（ＰＣ）を用いることができる。制御部５００は、結晶性の熱可塑性樹脂の融点と、非晶性の熱可塑性樹脂の熱分解温度とのうち、低い方の温度Ｔｆを用いて、下式（２）を満たすように、ノズルヒーター６７の温度Ｔｕを制御してもよい。
Ｔｆ＞（Ｔｕ×Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｔｂ×Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）／（Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）＞Ｔｇ ・・・（２）
この場合、吐出された造形材料が既設層Ｌｂに接触しても、既設層Ｌｂの温度および後続層Ｌｕの温度が、結晶性の熱可塑性樹脂の融点を超えず、かつ、非晶性の熱可塑性樹脂の熱分解温度を超えないため、既設層Ｌｂおよび後続層Ｌｕの形状が崩れることを抑制できる。尚、上述した結晶性の熱可塑性樹脂の融点の代わりに、結晶性の熱可塑性樹脂の融点よりも４０度低い温度を用いることによって、より確実に既設層Ｌｂおよび後続層Ｌｕの形状が崩れることを抑制できる。

（Ｂ５）上述した第１実施形態では、既設層Ｌｂおよび後続層Ｌｕの造形に、非晶性の熱可塑性樹脂であるＡＢＳ樹脂が用いられている。これに対して、既設層Ｌｂと後続層Ｌｕとの両方の造形に、結晶性の熱可塑性樹脂が用いられてもよい。制御部５００は、既設層Ｌｂの造形に用いられる熱可塑性樹脂の融点と、後続層Ｌｕの造形に用いられる熱可塑性樹脂の融点とのうち、低い方の温度Ｔｍを用いて、下式（３）を満たすように、ノズルヒーター６７の温度Ｔｕを制御してもよい。
Ｔｍ＞（Ｔｕ×Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｔｂ×Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）／（Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）＞Ｔｇ ・・・（３）
この場合、吐出された造形材料が既設層Ｌｂに接触しても、既設層Ｌｂの温度が既設層Ｌｂを形成する造形材料の融点を超えず、かつ、後続層Ｌｕの温度が後続層Ｌｕを形成する造形材料の融点を超えないため、既設層Ｌｂおよび後続層Ｌｕの形状が崩れることを抑制できる。

（Ｂ６）上述した第１実施形態では、既設層Ｌｂおよび後続層Ｌｕの造形に、非晶性の熱可塑性樹脂であるＡＢＳ樹脂が用いられている。これに対して、既設層Ｌｂと後続層Ｌｕとのうち一方の造形に、結晶性の熱可塑性樹脂が用いられ、他方の造形に、非晶性の熱可塑性樹脂が用いられてもよい。制御部５００は、結晶性の熱可塑性樹脂の融点と、非晶性の熱可塑性樹脂のガラス転移点とのうち、高い方の温度Ｔｐを用いて、下式（４）を満たすように、ノズルヒーター６７の温度Ｔｕを制御してもよい。
Ｔｄ＞（Ｔｕ×Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｔｂ×Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）／（Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）＞Ｔｐ ・・・（４）
この場合、吐出された造形材料が既設層Ｌｂに接触することによって、既設層Ｌｂの温度および後続層Ｌｕの温度を、結晶性の熱可塑性樹脂の融点よりも高く、かつ、非晶性の熱可塑性樹脂のガラス転移点よりも高い温度にできるため、既設層Ｌｂと後続層Ｌｕとの密着性をより高めることができる。

（Ｂ７）上述した第１実施形態では、既設層Ｌｂおよび後続層Ｌｕの造形に、非晶性の熱可塑性樹脂であるＡＢＳ樹脂が用いられている。これに対して、既設層Ｌｂと後続層Ｌｕとの両方の造形に、結晶性の熱可塑性樹脂が用いられてもよい。制御部５００は、既設層Ｌｂの造形に用いられる熱可塑性樹脂の融点と、後続層Ｌｕの造形に用いられる熱可塑性樹脂の融点とのうち、高い方の温度Ｔｑを用いて、下式（５）を満たすように、ノズルヒーター６７の温度Ｔｕを制御してもよい。
Ｔｄ＞（Ｔｕ×Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｔｂ×Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）／（Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）＞Ｔｑ ・・・（５）
この場合、吐出された造形材料が既設層Ｌｂに接触することによって、既設層Ｌｂの温度を、既設層Ｌｂを形成する造形材料の融点よりも高い温度にでき、かつ、後続層Ｌｕの温度を、後続層Ｌｕを形成する造形材料の融点よりも高い温度にできるため、既設層Ｌｂと後続層Ｌｕとの密着性をより高めることができる。

（Ｂ８）上述した第１実施形態では、既設層Ｌｂおよび後続層Ｌｕの造形に、同じ材料が用いられている。そのため、上式（１）が簡略化された、下式（６）を満たすように、ノズルヒーター６７の温度Ｔｕを制御してもよい。
Ｔｄ＞（Ｔｕ×Ｓｕ＋Ｔｂ×Ｓｂ）／（Ｓｕ＋Ｓｂ）＞Ｔｇ ・・・（６）
この場合、制御部５００は、材料の比重および比熱に関する情報を用いなくても、ノズルヒーター６７の温度Ｔｕを制御できる。そのため、より簡易にノズルヒーター６７を制御できる。

（Ｂ９）上述した第１実施形態では、材料物性データには、三次元造形物ＯＢの造形に用いられる材料であるＡＢＳ樹脂に関して、比重が１．１１、比熱が１．４０（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）に設定されている。これに対して、材料物性データには、三次元造形物ＯＢの造形に用いられる材料であるＡＢＳ樹脂に関して、比重が１．０１～１．２１の間の一の値に設定されてもよいし、比熱が１．３０～１．７０（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）の間の一の値に設定されてもよい。また、三次元造形物ＯＢの造形に用いられる材料が、ポリカーボネート（ＰＣ）である場合には、材料物性データには、ポリカーボネート（ＰＣ）に関して、非晶性の熱可塑性樹脂であることが設定されているとともに、熱分解温度が摂氏４２０度、ガラス転移点が摂氏１６１度、比重が１．２０、比熱が１．１７～１．２６（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）の間の一の値に設定されてもよい。三次元造形物ＯＢの造形に用いられる材料が、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）である場合には、材料物性データには、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）に関して、結晶性の熱可塑性樹脂であることが設定されているとともに、熱分解温度が摂氏３００度、融点が摂氏１６５度、ガラス転移点が摂氏０度、比重が０．９０、比熱が１．７９～１．９２（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）の間の一の値に設定されてもよい。三次元造形物ＯＢの造形に用いられる材料が、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）である場合には、材料物性データには、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）に関して、結晶性の熱可塑性樹脂であることが設定されているとともに、熱分解温度が摂氏４５０度、融点が摂氏３４１度、ガラス転移点が摂氏１４３度、比重が１．３０、比熱が１．３４～１．９０（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）の間の一の値に設定されてもよい。

Ｃ．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、熱可塑性樹脂が含まれる材料を可塑化して造形材料にする可塑化部と、前記可塑化部から供給された前記造形材料をステージに向かって吐出する吐出部と、前記吐出部と前記ステージとの相対位置を変化させる移動機構と、前記吐出部を加熱する加熱部と、前記ステージ上に配置された前記造形材料の温度を取得する温度取得部と、前記可塑化部と前記移動機構とを制御することによって、予め定められた経路に沿って前記造形材料を層状に配置する制御部と、を備える。前記制御部は、前記ステージ上に配置された前記造形材料の層である既設層の温度Ｔｂおよびパス断面積Ｓｂと、前記既設層の形成に用いられる材料に含まれる第１熱可塑性樹脂の比重ρｂおよび比熱Ｃｂと、前記加熱部の温度Ｔｕと、前記既設層上に配置される前記造形材料の層である後続層のパス断面積Ｓｕと、前記後続層の形成に用いられる材料に含まれる第２熱可塑性樹脂の比重ρｕおよび比熱Ｃｕと、前記第１熱可塑性樹脂の熱分解温度と前記第２熱可塑性樹脂の熱分解温度とのうち低い方の熱分解温度Ｔｄと、前記第１熱可塑性樹脂のガラス転移点と前記第２熱可塑性樹脂のガラス転移点とのうち高い方のガラス転移点Ｔｇとの関係が下式（１）を満たすように、前記加熱部を制御する。
Ｔｄ＞（Ｔｕ×Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｔｂ×Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）／（Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）＞Ｔｇ ・・・（１）
この形態の三次元造形装置によれば、加熱部によって加熱した造形材料を既設層上に吐出することによって、既設層を可塑化できる。そのため、既設層と後続層との密着性を高めることができるため、無駄なエネルギー消費を抑制できる。

（２）上記形態の三次元造形装置において、前記第１熱可塑性樹脂と前記第２熱可塑性樹脂とのいずれか一方が結晶性の熱可塑性樹脂であり、前記制御部は、前記温度Ｔｂと、前記パス断面積Ｓｂと、前記比重ρｂと、前記比熱Ｃｂと、前記温度Ｔｕと、前記パス断面積Ｓｕと、前記比重ρｕと、前記比熱Ｃｕと、前記ガラス転移点Ｔｇと、前記一方の熱可塑性樹脂の融点と他方の熱可塑性樹脂の熱分解温度とのうち低い方の温度Ｔｆとの関係が下式（２）を満たすように、前記加熱部を制御してもよい。
Ｔｆ＞（Ｔｕ×Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｔｂ×Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）／（Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）＞Ｔｇ ・・・（２）
この形態の三次元造形装置によれば、加熱した造形材料を既設層上に吐出しても、既設層の温度と後続層の温度とが結晶性の熱可塑性樹脂の融点を超えないため、既設層と後続層との形状が崩れることを抑制しつつ、既設層と後続層との密着性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、前記第１熱可塑性樹脂と前記第２熱可塑性樹脂との両方が結晶性の熱可塑性樹脂であり、前記制御部は、前記温度Ｔｂと、前記パス断面積Ｓｂと、前記比重ρｂと、前記比熱Ｃｂと、前記温度Ｔｕと、前記パス断面積Ｓｕと、前記比重ρｕと、前記比熱Ｃｕと、前記ガラス転移点Ｔｇと、前記第１熱可塑性樹脂の融点と前記第２熱可塑性樹脂の融点とのうち低い方の融点Ｔｍとの関係が下式（３）を満たすように、前記加熱部を制御してもよい。
Ｔｍ＞（Ｔｕ×Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｔｂ×Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）／（Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）＞Ｔｇ ・・・（３）
この形態の三次元造形装置によれば、加熱した造形材料を既設層上に吐出しても、既設層の温度と後続層の温度とが結晶性の熱可塑性樹脂の融点を超えないため、既設層と後続層との形状が崩れることを抑制しつつ、既設層と後続層との密着性を高めることができる。

（４）上記形態の三次元造形装置において、前記第１熱可塑性樹脂と前記第２熱可塑性樹脂とのいずれか一方が結晶性の熱可塑性樹脂であり、前記制御部は、前記温度Ｔｂと、前記パス断面積Ｓｂと、前記比重ρｂと、前記比熱Ｃｂと、前記温度Ｔｕと、前記パス断面積Ｓｕと、前記比重ρｕと、前記比熱Ｃｕと、前記熱分解温度Ｔｄと、前記一方の熱可塑性樹脂の融点と他方の熱可塑性樹脂のガラス転移点とのうち高い方の温度Ｔｐとの関係が下式（４）を満たすように、前記加熱部を制御してもよい。
Ｔｄ＞（Ｔｕ×Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｔｂ×Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）／（Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）＞Ｔｐ ・・・（４）
この形態の三次元造形装置によれば、加熱した造形材料を既設層上に吐出することにとって、既設層の温度と後続層の温度とを結晶性の熱可塑性樹脂の融点よりも高くできるため、既設層と後続層との密着性をより高めることができる。

（５）上記形態の三次元造形装置において、前記第１熱可塑性樹脂と前記第２熱可塑性樹脂との両方が結晶性の熱可塑性樹脂であり、前記制御部は、前記温度Ｔｂと、前記パス断面積Ｓｂと、前記比重ρｂと、前記比熱Ｃｂと、前記温度Ｔｕと、前記パス断面積Ｓｕと、前記比重ρｕと、前記比熱Ｃｕと、前記熱分解温度Ｔｄと、前記第１熱可塑性樹脂の融点と前記第２熱可塑性樹脂の融点とのうち高い方の融点Ｔｑとの関係が下式（５）を満たすように、前記加熱部を制御してもよい。
Ｔｄ＞（Ｔｕ×Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｔｂ×Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）／（Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）＞Ｔｑ ・・・（５）
この形態の三次元造形装置によれば、加熱した造形材料を既設層上に吐出することにとって、既設層の温度と後続層の温度とを結晶性の熱可塑性樹脂の融点よりも高くできるため、既設層と後続層との密着性をより高めることができる。

（６）上記形態の三次元造形装置において、前記第１熱可塑性樹脂の種類と前記第２熱可塑性樹脂の種類とが同じであり、前記制御部は、前記温度Ｔｂと、前記パス断面積Ｓｂと、前記温度Ｔｕと、前記パス断面積Ｓｕと、前記熱分解温度Ｔｄと、前記ガラス転移点Ｔｇと関係が下式（６）を満たすように、前記加熱部を制御してもよい。
Ｔｄ＞（Ｔｕ×Ｓｕ＋Ｔｂ×Ｓｂ）／（Ｓｕ＋Ｓｂ）＞Ｔｇ ・・・（６）
この形態の三次元造形装置によれば、より簡易に加熱部を制御できる。

（７）上記形態の三次元造形装置において、前記可塑化部と前記吐出部と前記加熱部とを有する造形ユニットを複数備えてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、既設層を形成する造形材料と、後続層を形成する造形材料とを容易に異ならせることができる。

（８）上記形態の三次元造形装置において、前記温度取得部には、非接触温度計が用いられてもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、既設層を損傷させずに、既設層の温度Ｔｂを取得することができる。

（９）上記形態の三次元造形装置において、前記既設層の前記温度Ｔｂは、前記経路上の予め定められた領域の温度であってもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、より確実に既設層と後続層との密着性をより高めることができる。

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、三次元造形物の造形方法等の形態で実現することができる。

２０…材料供給部、２２…供給路、３０…可塑化部、３１…スクリューケース、３２…駆動モーター、４０…フラットスクリュー、４１…上面、４２…溝形成面、４３…側面、４５…材料流通路、４６…中央部、４７…渦状部、４８…材料導入部、５０…バレル、５２…スクリュー対向面、５４…案内溝、５６…連通孔、５８…ヒーター、６０…吐出部、６１…ノズル、６２…ノズル孔、６５…ノズル流路、６７…ノズルヒーター、７０…温度取得部、１００，１００ｂ…三次元造形装置、２００…造形ユニット、２００Ａ…第１造形ユニット、２００Ｂ…第２造形ユニット、３００…ステージ、３１０…造形面、４００…移動機構、５００…制御部

Claims (10)

1. 三次元造形装置であって、
   熱可塑性樹脂が含まれる材料を可塑化して造形材料にする可塑化部と、
   前記可塑化部から供給された前記造形材料をステージに向かって吐出する吐出部と、
   前記吐出部と前記ステージとの相対位置を変化させる移動機構と、
   前記吐出部を加熱する加熱部と、
   前記ステージ上に配置された前記造形材料の温度を取得する温度取得部と、
   前記可塑化部と前記移動機構とを制御することによって、前記ステージ上に前記造形材料の層である既設層を形成し、前記既設層の上に前記造形材料の層である後続層を形成する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記既設層を構成する前記造形材料に含まれる第１熱可塑性樹脂の比重と比熱と熱分解温度とガラス転移点と、前記後続層を構成する前記造形材料に含まれる第２熱可塑性樹脂の比重と比熱と熱分解温度とガラス転移点と、を表す材料物性データを取得し、
   前記温度取得部を用いて前記既設層の温度を取得し、
   前記ステージに対する前記吐出部の相対的な位置の変化を表した移動経路と、前記移動経路に沿って前記吐出部から吐出される前記造形材料の吐出量とを表す造形データを用いて、前記既設層のパス断面積と前記後続層のパス断面積とを算出し、
   前記既設層の温度Ｔｂと、前記既設層のパス断面積Ｓｂと、前記第１熱可塑性樹脂の比重ρｂおよび比熱Ｃｂと、前記後続層を形成する時の前記加熱部の温度Ｔｕと、前記後続層のパス断面積Ｓｕと、前記第２熱可塑性樹脂の比重ρｕおよび比熱Ｃｕと、前記第１熱可塑性樹脂の熱分解温度と前記第２熱可塑性樹脂の熱分解温度とのうち低い方の熱分解温度Ｔｄと、前記第１熱可塑性樹脂のガラス転移点と前記第２熱可塑性樹脂のガラス転移点とのうち高い方のガラス転移点Ｔｇとの関係が下式（１）を満たすように、前記加熱部を制御する、
   三次元造形装置。
   Ｔｄ＞（Ｔｕ×Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｔｂ×Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）／（Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）＞Ｔｇ ・・・（１）
2. 三次元造形装置であって、
   熱可塑性樹脂が含まれる材料を可塑化して造形材料にする可塑化部と、
   前記可塑化部から供給された前記造形材料をステージに向かって吐出する吐出部と、
   前記吐出部と前記ステージとの相対位置を変化させる移動機構と、
   前記吐出部を加熱する加熱部と、
   前記ステージ上に配置された前記造形材料の温度を取得する温度取得部と、
   前記可塑化部と前記移動機構とを制御することによって、前記ステージ上に前記造形材料の層である既設層を形成し、前記既設層の上に前記造形材料の層である後続層を形成する制御部と、
   を備え、
   前記既設層を構成する前記造形材料に含まれる第１熱可塑性樹脂と前記後続層を構成する前記造形材料に含まれる第２熱可塑性樹脂とのいずれか一方が結晶性の熱可塑性樹脂で、他方が非晶性の熱可塑性樹脂であり、
   前記制御部は、
   前記一方の熱可塑性樹脂の比重と比熱と融点とガラス転移点と、前記他方の熱可塑性樹脂の比重と比熱と熱分解温度とガラス転移点と、を表す材料物性データを取得し、
   前記温度取得部を用いて前記既設層の温度を取得し、
   前記ステージに対する前記吐出部の相対的な位置の変化を表した移動経路と、前記移動経路に沿って前記吐出部から吐出される前記造形材料の吐出量とを表す造形データを用いて、前記既設層のパス断面積と前記後続層のパス断面積とを算出し、
   前記既設層の温度Ｔｂと、前記既設層のパス断面積Ｓｂと、前記第１熱可塑性樹脂の比重ρｂおよび比熱Ｃｂと、前記後続層を形成する時の前記加熱部の温度Ｔｕと、前記後続層のパス断面積Ｓｕと、前記第２熱可塑性樹脂の比重ρｕおよび比熱Ｃｕと、前記第１熱可塑性樹脂のガラス転移点と前記第２熱可塑性樹脂のガラス転移点とのうち高い方のガラス転移点Ｔｇと、前記一方の熱可塑性樹脂の融点と前記他方の熱可塑性樹脂の熱分解温度とのうち低い方の温度Ｔｆとの関係が下式（２）を満たすように、前記加熱部を制御する、三次元造形装置。
   Ｔｆ＞（Ｔｕ×Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｔｂ×Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）／（Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）＞Ｔｇ ・・・（２）
3. 三次元造形装置であって、
   熱可塑性樹脂が含まれる材料を可塑化して造形材料にする可塑化部と、
   前記可塑化部から供給された前記造形材料をステージに向かって吐出する吐出部と、
   前記吐出部と前記ステージとの相対位置を変化させる移動機構と、
   前記吐出部を加熱する加熱部と、
   前記ステージ上に配置された前記造形材料の温度を取得する温度取得部と、
   前記可塑化部と前記移動機構とを制御することによって、前記ステージ上に前記造形材料の層である既設層を形成し、前記既設層の上に前記造形材料の層である後続層を形成する制御部と、
   を備え、
   前記既設層を構成する前記造形材料に含まれる第１熱可塑性樹脂と前記後続層を構成する前記造形材料に含まれる第２熱可塑性樹脂との両方が結晶性の熱可塑性樹脂であり、
   前記制御部は、
   前記第１熱可塑性樹脂の比重と比熱と融点とガラス転移点と、前記第２熱可塑性樹脂の比重と比熱と融点とガラス転移点と、を表す材料物性データを取得し、
   前記温度取得部を用いて前記既設層の温度を取得し、
   前記ステージに対する前記吐出部の相対的な位置の変化を表した移動経路と、前記移動経路に沿って前記吐出部から吐出される前記造形材料の吐出量とを表す造形データを用いて、前記既設層のパス断面積と前記後続層のパス断面積とを算出し、
   前記既設層の温度Ｔｂと、前記既設層のパス断面積Ｓｂと、前記第１熱可塑性樹脂の比重ρｂおよび比熱Ｃｂと、前記後続層を形成する時の前記加熱部の温度Ｔｕと、前記後続層のパス断面積Ｓｕと、前記第２熱可塑性樹脂の比重ρｕおよび比熱Ｃｕと、前記第１熱可塑性樹脂のガラス転移点と前記第２熱可塑性樹脂のガラス転移点とのうち高い方のガラス転移点Ｔｇと、前記第１熱可塑性樹脂の融点と前記第２熱可塑性樹脂の融点とのうち低い方の融点Ｔｍとの関係が下式（３）を満たすように、前記加熱部を制御する、三次元造形装置。
   Ｔｍ＞（Ｔｕ×Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｔｂ×Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）／（Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）＞Ｔｇ ・・・（３）
4. 三次元造形装置であって、
   熱可塑性樹脂が含まれる材料を可塑化して造形材料にする可塑化部と、
   前記可塑化部から供給された前記造形材料をステージに向かって吐出する吐出部と、
   前記吐出部と前記ステージとの相対位置を変化させる移動機構と、
   前記吐出部を加熱する加熱部と、
   前記ステージ上に配置された前記造形材料の温度を取得する温度取得部と、
   前記可塑化部と前記移動機構とを制御することによって、前記ステージ上に前記造形材料の層である既設層を形成し、前記既設層の上に前記造形材料の層である後続層を形成する制御部と、
   を備え、
   前記既設層を構成する前記造形材料に含まれる第１熱可塑性樹脂と前記後続層を構成する前記造形材料に含まれる第２熱可塑性樹脂とのいずれか一方が結晶性の熱可塑性樹脂で、他方が非晶性の熱可塑性樹脂であり、
   前記制御部は、
   前記一方の熱可塑性樹脂の比重と比熱と熱分解温度と融点と、前記他方の熱可塑性樹脂の比重と比熱と熱分解温度とガラス転移点と、を表す材料物性データを取得し、
   前記温度取得部を用いて前記既設層の温度を取得し、
   前記ステージに対する前記吐出部の相対的な位置の変化を表した移動経路と、前記移動経路に沿って前記吐出部から吐出される前記造形材料の吐出量とを表す造形データを用いて、前記既設層のパス断面積と前記後続層のパス断面積とを算出し、
   前記既設層の温度Ｔｂと、前記既設層のパス断面積Ｓｂと、前記第１熱可塑性樹脂の比重ρｂおよび比熱Ｃｂと、前記後続層を形成する時の前記加熱部の温度Ｔｕと、前記後続層のパス断面積Ｓｕと、前記第２熱可塑性樹脂の比重ρｕおよび比熱Ｃｕと、前記第１熱可塑性樹脂の熱分解温度と前記第２熱可塑性樹脂の熱分解温度とのうち低い方の熱分解温度Ｔｄと、前記一方の熱可塑性樹脂の融点と前記他方の熱可塑性樹脂のガラス転移点とのうち高い方の温度Ｔｐとの関係が下式（４）を満たすように、前記加熱部を制御する、三次元造形装置。
   Ｔｄ＞（Ｔｕ×Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｔｂ×Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）／（Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）＞Ｔｐ ・・・（４）
5. 三次元造形装置であって、
   熱可塑性樹脂が含まれる材料を可塑化して造形材料にする可塑化部と、
   前記可塑化部から供給された前記造形材料をステージに向かって吐出する吐出部と、
   前記吐出部と前記ステージとの相対位置を変化させる移動機構と、
   前記吐出部を加熱する加熱部と、
   前記ステージ上に配置された前記造形材料の温度を取得する温度取得部と、
   前記可塑化部と前記移動機構とを制御することによって、前記ステージ上に前記造形材料の層である既設層を形成し、前記既設層の上に前記造形材料の層である後続層を形成する制御部と、
   を備え、
   前記既設層を構成する前記造形材料に含まれる第１熱可塑性樹脂と前記後続層を構成する前記造形材料に含まれる第２熱可塑性樹脂との両方が結晶性の熱可塑性樹脂であり、
   前記制御部は、
   前記第１熱可塑性樹脂の比重と比熱と熱分解温度と融点と、前記第２熱可塑性樹脂の比重と比熱と熱分解温度と融点と、を表す材料物性データを取得し、
   前記温度取得部を用いて前記既設層の温度を取得し、
   前記ステージに対する前記吐出部の相対的な位置の変化を表した移動経路と、前記移動経路に沿って前記吐出部から吐出される前記造形材料の吐出量とを表す造形データを用いて、前記既設層のパス断面積と前記後続層のパス断面積とを算出し、
   前記既設層の温度Ｔｂと、前記既設層のパス断面積Ｓｂと、前記第１熱可塑性樹脂の比重ρｂおよび比熱Ｃｂと、前記後続層を形成する時の前記加熱部の温度Ｔｕと、前記後続層のパス断面積Ｓｕと、前記第２熱可塑性樹脂の比重ρｕおよび比熱Ｃｕと、前記第１熱可塑性樹脂の熱分解温度と前記第２熱可塑性樹脂の熱分解温度とのうち低い方の熱分解温度Ｔｄと、前記第１熱可塑性樹脂の融点と前記第２熱可塑性樹脂の融点とのうち高い方の融点Ｔｑとの関係が下式（５）を満たすように、前記加熱部を制御する、三次元造形装置。
   Ｔｄ＞（Ｔｕ×Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｔｂ×Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）／（Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）＞Ｔｑ ・・・（５）
6. 三次元造形装置であって、
   熱可塑性樹脂が含まれる材料を可塑化して造形材料にする可塑化部と、
   前記可塑化部から供給された前記造形材料をステージに向かって吐出する吐出部と、
   前記吐出部と前記ステージとの相対位置を変化させる移動機構と、
   前記吐出部を加熱する加熱部と、
   前記ステージ上に配置された前記造形材料の温度を取得する温度取得部と、
   前記可塑化部と前記移動機構とを制御することによって、前記ステージ上に前記造形材料の層である既設層を形成し、前記既設層の上に前記造形材料の層である後続層を形成する制御部と、
   を備え、
   前記既設層を構成する前記造形材料に含まれる第１熱可塑性樹脂の種類と前記後続層を構成する前記造形材料に含まれる第２熱可塑性樹脂の種類とが同じであり、
   前記制御部は、
   前記第１熱可塑性樹脂の熱分解温度とガラス転移点と、前記第２熱可塑性樹脂の熱分解温度とガラス転移点と、を表す材料物性データを取得し、
   前記温度取得部を用いて前記既設層の温度を取得し、
   前記ステージに対する前記吐出部の相対的な位置の変化を表した移動経路と、前記移動経路に沿って前記吐出部から吐出される前記造形材料の吐出量とを表す造形データを用いて、前記既設層のパス断面積と前記後続層のパス断面積とを算出し、
   前記既設層の温度Ｔｂと、前記既設層のパス断面積Ｓｂと、前記後続層を形成する時の前記加熱部の温度Ｔｕと、前記後続層のパス断面積Ｓｕと、前記第１熱可塑性樹脂の熱分解温度と前記第２熱可塑性樹脂の熱分解温度とのうち低い方の熱分解温度Ｔｄと、前記第１熱可塑性樹脂のガラス転移点と前記第２熱可塑性樹脂のガラス転移点とのうち高い方のガラス転移点Ｔｇとの関係が下式（６）を満たすように、前記加熱部を制御する、三次元造形装置。
   Ｔｄ＞（Ｔｕ×Ｓｕ＋Ｔｂ×Ｓｂ）／（Ｓｕ＋Ｓｂ）＞Ｔｇ ・・・（６）
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
   前記可塑化部と前記吐出部と前記加熱部とを有する造形ユニットを複数備える、
   三次元造形装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
   前記温度取得部には、非接触温度計が用いられる、
   三次元造形装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
   前記既設層の前記温度Ｔｂは、前記移動経路上の予め定められた領域の温度である、三次元造形装置。
10. 三次元造形物の造形方法であって、
    熱可塑性樹脂が含まれる材料を可塑化して造形材料にする可塑化工程と、
    前記造形材料を吐出する吐出部を加熱する加熱工程と、
    前記吐出部とステージとの相対位置を変化させながら前記吐出部から前記ステージに向かって前記造形材料を吐出することによって、前記ステージ上に前記造形材料の層である既設層を形成し、前記既設層の上に前記造形材料の層である後続層を形成する吐出工程と、
    を有し、
    前記加熱工程では、
    前記既設層を構成する前記造形材料に含まれる第１熱可塑性樹脂の比重と比熱と熱分解温度とガラス転移点と、前記後続層を構成する前記造形材料に含まれる第２熱可塑性樹脂の比重と比熱と熱分解温度とガラス転移点と、を表す材料物性データを取得し、
    前記既設層の温度を取得し、
    前記ステージに対する前記吐出部の相対的な位置の変化を表した移動経路と、前記移動経路に沿って前記吐出部から吐出される前記造形材料の吐出量とを表す造形データを用いて、前記既設層のパス断面積と前記後続層のパス断面積とを算出し、
    前記既設層の温度Ｔｂと、前記既設層のパス断面積Ｓｂと、前記第１熱可塑性樹脂の比重ρｂおよび比熱Ｃｂと、前記後続層を形成する時に前記吐出部から吐出される前記造形材料の温度Ｔｕと、前記後続層のパス断面積Ｓｕと、前記第２熱可塑性樹脂の比重ρｕおよび比熱Ｃｕと、前記第１熱可塑性樹脂の熱分解温度と前記第２熱可塑性樹脂の熱分解温度とのうち低い方の熱分解温度Ｔｄと、前記第１熱可塑性樹脂のガラス転移点と前記第２熱可塑性樹脂のガラス転移点とのうち高い方のガラス転移点Ｔｇとの関係が下式（１）を満たすように、前記吐出部を加熱する、三次元造形物の造形方法。
    Ｔｄ＞（Ｔｕ×Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｔｂ×Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）／（Ｓｕ×ρｕ×Ｃｕ＋Ｓｂ×ρｂ×Ｃｂ）＞Ｔｇ ・・・（１）

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