CN115042434A - 三维造型物的制造方法及三维造型装置 - Google Patents

三维造型物的制造方法及三维造型装置 Download PDF

Info

Publication number
CN115042434A
CN115042434A CN202210166827.4A CN202210166827A CN115042434A CN 115042434 A CN115042434 A CN 115042434A CN 202210166827 A CN202210166827 A CN 202210166827A CN 115042434 A CN115042434 A CN 115042434A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber
fiber material
molding
plasticized
shaped object
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210166827.4A
Other languages
English (en)
Inventor
冈本英司
角谷彰彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Publication of CN115042434A publication Critical patent/CN115042434A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/165—Processes of additive manufacturing using a combination of solid and fluid materials, e.g. a powder selectively bound by a liquid binder, catalyst, inhibitor or energy absorber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/118—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/295—Heating elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/314—Preparation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/321—Feeding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/321—Feeding
    • B29C64/336—Feeding of two or more materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/10—Pre-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2793/00—Shaping techniques involving a cutting or machining operation
    • B29C2793/0027—Cutting off
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2101/00—Use of unspecified macromolecular compounds as moulding material
    • B29K2101/12—Thermoplastic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/12—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of short lengths, e.g. chopped filaments, staple fibres or bristles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Producing Shaped Articles From Materials (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

提供一种可以提高三维造型物的强度的三维造型物的制造方法及三维造型装置。本发明的三维造型物的制造方法具有：塑化工序，使包含第一纤维材料和热塑性树脂的造型用材料的至少一部分塑化，生成用于造型三维造型物的从喷嘴开口喷出的塑化材料；纤维导入工序，具有在所述造型用材料或者从所述喷嘴开口喷出之前的所述塑化材料中导入比所述第一纤维材料长的第二纤维材料的工序、和在从所述喷嘴开口喷出之后的所述塑化材料中导入所述第二纤维材料的工序中的任一工序；以及造型工序，对包含所述第一纤维材料和所述第二纤维材料的所述三维造型物进行造型。

Description

三维造型物的制造方法及三维造型装置
技术领域
本发明涉及一种三维造型物的制造方法及三维造型装置。
背景技术
已知有各种制造方法，在制造方法中通过从喷嘴向工作台上射出使热塑性树脂塑化而成的塑化材料，对三维造型物进行造型。例如，在下述的专利文献1中公开了一种技术，通过在加热长丝等热塑性树脂并使其软化而成的热塑性树脂中导入碳纤维等纤维材料，并将其从喷嘴射出，从而对在内部中包含纤维材料的三维造型物进行造型。如专利文献1的技术所示的那样，通过在内部中导入纤维材料能够提高三维造型物的强度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第15/182675号小册子。
如上述专利文献1的技术那样，在导入呈线状连续的纤维材料造型三维造型物的情况下，易于提高纤维材料的长度方向上的强度。然而，对于纤维材料的与长度方向交叉的方向上的强度，有时无法充分提高。这样，在导入纤维材料造型三维造型物的技术中，对于使三维造型物的各个方向上的强度提高的技术，仍然存在改良的余地。
发明内容
本发明为了解决上述的课题，可以作为以下的适用例实现。
本发明的适用例所涉及的三维造型物的制造方法具有：塑化工序，使包含第一纤维材料和热塑性树脂的造型用材料的至少一部分塑化，生成用于造型三维造型物的从喷嘴开口喷出的塑化材料；
纤维导入工序，具有在所述造型用材料或者从所述喷嘴开口喷出之前的所述塑化材料中导入比所述第一纤维材料长的第二纤维材料的工序、和在从所述喷嘴开口喷出之后的所述塑化材料中导入所述第二纤维材料的工序中的任一工序；以及
造型工序，对包含所述第一纤维材料和所述第二纤维材料的所述三维造型物进行造型。
另外，在本发明的另一适用例所涉及的三维造型物的制造方法中，所述造型工序具有：
第一造型工序，形成作为所述三维造型物的一部分的包含所述第一纤维材料和所述第二纤维材料的第一部位；以及
第二造型工序，形成作为所述三维造型物的一部分的包含所述第一纤维材料且不包含所述第二纤维材料的第二部位。
另外，在本发明的另一适用例所涉及的三维造型物的制造方法中，所述造型工序具有：移动工序，使支承所述三维造型物的工作台与具有所述喷嘴开口的喷嘴部相对移动；以及
导入速度控制工序，响应于所述移动工序中的所述喷嘴部与所述工作台的相对移动速度，变更将所述第二纤维材料导入所述造型用材料或者所述塑化材料的导入速度。
另外，在本发明的另一适用例所涉及的三维造型物的制造方法中，所述塑化工序具有如下工序，即，在具有：扁平螺杆，具有形成有槽部的槽形成面；对面部，具有与所述槽形成面相对的相对面，且形成有与所述喷嘴开口连通的连通孔；以及加热器，对所述扁平螺杆或者所述对面部进行加热的塑化装置中，
通过所述扁平螺杆的旋转和所述加热器的加热，在使供给至所述扁平螺杆与所述对面部之间的所述造型用材料塑化的同时将其导向所述连通孔。
另外，在本发明的另一的适用例所涉及的三维造型物的制造方法中，在所述扁平螺杆中形成有在所述槽形成面上开口，且与所述连通孔连通的贯通孔，
所述纤维导入工序包括将所述第二纤维材料通过所述贯通孔导入从所述喷嘴开口喷出之前的所述塑化材料的工序。
另外，本发明的另一适用例所涉及的三维造型物的制造方法具有压力控制工序，将所述贯通孔内的压力控制得比所述连通孔内的压力高。
另外，在本发明的另一适用例所涉及的三维造型物的制造方法中，在所述槽形成面或者所述相对面中形成有用于将所述第二纤维材料从所述扁平螺杆或者所述对面部的侧方导向所述连通孔的导入槽，
所述纤维导入工序包括将所述第二纤维材料通过所述导入槽导入所述造型用材料的工序。
另外，本发明的另一适用例所涉及的三维造型物的制造方法具有切断所述第二纤维材料的切断工序。
另外，在本发明的另一适用例所涉及的三维造型物的制造方法中，所述切断工序具有通过使设置于所述喷嘴开口的上游并对所述塑化材料的喷出量进行控制的喷出量控制机构动作来切断所述第二纤维材料的工序。
另外，在本发明的另一适用例所涉及的三维造型物的制造方法中，所述喷出量控制机构通过电机驱动，
所述纤维导入工序具有将所述电机产生的驱动力传递至所述第二纤维材料的输送部用作所述第二纤维材料的输送力的工序。
另外，本发明的适用例所涉及的三维造型装置具有：塑化部，使包含第一纤维材料和热塑性树脂的造型用材料的至少一部分塑化，生成用于造型三维造型物的塑化材料；
喷出部，具有用于喷出所述塑化材料的喷嘴开口；纤维导入部，具有在所述造型用材料或者从所述喷嘴开口喷出之前的所述塑化材料中导入比所述第一纤维材料长的第二纤维材料的功能、和在从所述喷嘴开口喷出之后的所述塑化材料中导入所述第二纤维材料的功能中的任一功能；以及
控制部，对所述塑化部、所述喷出部和所述纤维导入部进行控制，造型包含所述第一纤维材料和所述第二纤维材料的所述三维造型物。
附图说明
图1是示出第一实施方式的三维造型装置的结构的概略图。
图2是示出扁平螺杆的结构的概略立体图。
图3是示出对面部中的相对面的结构的概略俯视图。
图4是示意性地示出对三维造型物进行造型的样子的概略图。
图5是示出由第一实施方式的造型处理执行的工序的流程图。
图6是由第一实施方式的造型处理形成的造型层的概略剖视图。
图7是示出由第二实施方式的造型处理执行的工序的流程图。
图8是由第二实施方式的造型处理形成的三维造型物的概略剖视图。
图9是示出由第三实施方式的造型处理执行的工序的流程图。
图10是示出第四实施方式的三维造型装置的结构的概略图。
图11是示出由第四实施方式的造型处理执行的工序的流程图。
图12是示出第五实施方式的三维造型装置的结构的概略图。
图13是示出第五实施方式的对面部中的相对面的结构的概略俯视图。
图14是示出由第五实施方式的造型处理执行的工序的流程图。
图15是示出第六实施方式的三维造型装置的结构的概略图。
图16是示出第七实施方式的三维造型装置的结构的概略图。
图17是示出第七实施方式的喷出量控制机构的结构的概略图。
图18是示出第七实施方式的喷出量控制机构切断纤维材料的机构的示意图。
图19是示出第八实施方式的喷出量控制机构的结构的概略图。
图20是示出第八实施方式的喷出量控制机构切断纤维材料的机构的示意图。
图21是示出第九实施方式的三维造型装置的结构的概略图。
图22是示出由第九实施方式的造型处理执行的工序的流程图。
符号说明
10、控制部；20、喷出部；21、材料生成部；23、纤维导入部；25、喷嘴部；26、导入流路；27、喷嘴流路；28、喷嘴开口；30、材料供给部；31、材料收容部；32、连通路；35、塑化部；36、螺杆外壳；37、驱动电机；40、扁平螺杆；41、槽形成面；42、槽部；43、上面；44、凸条部；45、中央部；46、材料入口；47、贯通孔；50、对面部；51、相对面；52、加热器；53、连通孔；55、引导槽；57、导入槽；60、输送部；60a、第一输送部；60b、第二输送部；60c、第三输送部；62、卷轴；63、收容部；65、输送路径；66、切断部；70、造型工作台部；72、工作台；72s、工作台面；73、造型台；75、移动机构；80、80a、80b、喷出量控制机构；81、蝶阀；82、切割器刀片；83、杆；84、驱动机构；85、分支流路；86、凹部；88、电机；89、齿轮部；90、压力控制部；100a、100b、100c、100d、100e、100f、三维造型装置；FBa、第一纤维材料；FBb、第二纤维材料；Dn、孔径；G、间隔；ML、造型层；MLa、第一造型层；MLb、第二造型层；MM、塑化材料；OB、OBa、三维造型物；OBt、上面；Pf、第一部位；Ps、第二部位；PM、造型用材料；RX、旋转轴线。
具体实施方式
以下，根据附图所示的实施方式，详细地说明本发明的三维造型物的制造方法和三维造型装置。
[1]第一实施方式
图1是示出第一实施方式中的执行三维造型物的制造方法的三维造型装置100a的结构的概略图。在图1中，图示出相互正交的表示X、Y、Z方向的箭头。X方向和Y方向为与水平面平行的方向，Z方向为与重力方向相反的方向。表示X、Y、Z方向的箭头在后面参照的其他附图中，以与图1相对应的方式根据需要也进行了图示。
三维造型装置100a具有控制部10、喷出部20和造型工作台部70。三维造型装置100a通过在控制部10的控制下，由喷出部20向造型工作台部70喷出塑化材料并形成的造型层，对三维造型物进行造型。在以下中，将“三维造型物”简称为“造型物”，将“三维造型装置”称为“造型装置”。
控制部10控制造型装置100a整体的动作，执行对造型物进行造型的造型处理。在第一实施方式中，控制部10由具有一个或者多个处理器(CPU)；和主存储装置(RAM)的计算机构成。控制部10通过由处理器执行被读入主存储装置上的程序或命令来发挥各种功能。此外，控制部10的功能的至少一部分可以由硬件电路实现。
喷出部20具有材料生成部21、纤维导入部23和喷嘴部25。材料生成部21使包含第一纤维材料FBa和热塑性树脂的造型用材料PM的至少一部分塑化并生成塑化材料。在后面说明第一纤维材料FBa和塑化材料。纤维导入部23在由材料生成部21生成的塑化材料中导入第二纤维材料FBb。在后面说明第二纤维材料FBb。喷嘴部25用于喷出塑化材料。以下，按照材料生成部21、喷嘴部25、纤维导入部23的顺序分别更详细地说明结构。
材料生成部21具有材料供给部30和塑化部35。材料供给部30向塑化部35供给作为用于生成塑化材料的原料的造型用材料PM。在本实施方式中，材料供给部30构成为所谓的料斗，具有：材料收容部31，用于***投入的造型用材料PM；以及连通路32，被连接于材料供给部30的下方的排出口，向塑化部35导入材料供给部30的造型用材料PM。
造型用材料PM以团粒(pellet)的状态被投入材料供给部30。造型用材料PM包含作为主要成分的热塑性树脂。作为造型用材料PM所包含的热塑性树脂，例如可以采用聚丙烯树脂(PP)、聚乙烯树脂(PE)、聚缩醛树脂(POM)、聚氯乙烯树脂(PVC)、聚酰胺树脂(PA)、丙烯腈·丁二烯·苯乙烯树脂(ABS)、聚乳酸树脂(PLA)、聚苯硫醚树脂(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚碳酸酯(PC)等。在被投入材料供给部30的造型用材料PM中，除了上述的热塑性树脂以外，还可以混入颜料、金属、陶瓷等。造型用材料PM可以不作为团粒投入材料供给部30，可以以粉末等固体材料的状态投入。
如上所述，在造型用材料PM中，除了上述的热塑性树脂以外，还包含第一纤维材料FBa。在本实施方式中，第一纤维材料FBa混入被投入材料供给部30的团粒中。第一纤维材料FBa例如由碳纤维构成。第一纤维材料FBa可以由除了碳纤维以外的纤维材料构成，例如可以由玻璃纤维构成。另外，第一纤维材料FBa也可以由具有比树脂材料高的弹性模量的各种纤维构成。
第一纤维材料FBa的纤维直径例如可以设为5μm以上且20μm以下。此外，在本说明书中，纤维材料的“纤维直径”相当于纤维材料的与长度方向正交的剖面中的最大宽度的尺寸。据此，例如，在纤维材料的该剖面形状为大致圆形形状的情况下，纤维直径相当于该圆的直径的最大值。另外，在纤维材料的该剖面形状为大致四边形的情况下，纤维直径相当于该四角形的边的长度中的较大的一方。在纤维材料的该剖面形状为大致椭圆形状的情况下，纤维直径相当于该椭圆的长径。此外，在本实施方式中，第一纤维材料FBa不是由纤维束构成，第一纤维材料FBa的纤维直径相当于单一的纤维材料的纤维直径。在其他的实施方式中，在第一纤维部件FBa由纤维束构成的情况下，第一纤维部件FBa的纤维直径相当于该纤维束的纤维直径。
第一纤维材料FBa的长度例如可以为5mm以下。优选第一纤维材料FBa的长度比混入的团粒的最大尺寸小。由此，可以在团粒中混入量更多的第一纤维材料FBa。另外，优选第一纤维材料FBa的长度比后述的喷嘴开口28的孔径Dn小。由此，可以使包含第一纤维材料FBa的塑化材料从喷嘴开口28顺利地喷出。
此外，在其他的实施方式中，第一纤维材料FBa可以不被混入团粒中。第一纤维材料FBa例如可以投入到与热塑性树脂的团粒不同的材料供给部30，在以下说明的塑化部35中与热塑性树脂混揉。根据该结构，可以适当调整热塑性树脂中的第一纤维材料FBa的含量。
塑化部35使从材料供给部30供给的造型用材料PM中所包含的热塑性树脂的至少一部分塑化生成塑化材料，并向喷嘴部25送出。塑化部35可以换言为塑化装置35。塑化部35具有螺杆外壳36、驱动电机37、扁平螺杆40和对面部50。
扁平螺杆40为沿着旋转轴线RX的轴线方向上的高度比直径小的大致圆柱状的螺杆。旋转轴线RX与扁平螺杆40的中心轴线一致。在图1中，由点划线图示出扁平螺杆40的旋转轴线RX。扁平螺杆40以旋转轴线RX与Z方向平行的方式配置于对面部50的上方，且绕圆周方向进行旋转。在面向对面部50的扁平螺杆40的下表面41上，形成有从侧面朝向旋转轴线RX的螺旋状的槽部42。在以下中，也将扁平螺杆40的下表面41称为“槽形成面41”。材料供给部30的连通路32在扁平螺杆40的侧面与槽部42连接。在后面说明扁平螺杆40的具体结构。
扁平螺杆40被收纳于螺杆外壳36内。扁平螺杆40的上表面43与驱动电机37连结。扁平螺杆40通过驱动电机37产生的旋转驱动力，在螺杆外壳36内进行旋转。驱动电机37在控制部10的控制下进行驱动。
对面部50也称为料筒，其由沿着其中心轴线的方向上的高度比直径小的大致圆柱状的部件构成。在本实施方式中，对面部50以其中心轴线与扁平螺杆40的旋转轴线RX一致的方式配置。
对面部50具有与扁平螺杆40的槽形成面41相对的相对面51。在槽形成面41的槽部42与对面部50的相对面51之间形成有空间。被从材料供给部30供给的造型用材料PM从扁平螺杆40的侧面流入该空间。供给至槽部42内的空间的造型用材料PM通过扁平螺杆40进行旋转时的螺旋状的槽部42的旋转被引导至扁平螺杆40的中心。
在对面部50的相对面51中，埋入有用于加热造型用材料PM的加热器52。加热器52对扁平螺杆40或者对面部50进行加热。此外，在其他的实施方式中，加热器52可以被埋入扁平螺杆40，也可以与扁平螺杆40或者对面部50单独配置。另外，在相对面51的中心上，设置有用于将对面部50沿着其中心轴线贯穿的连通孔53。如后面所述的那样，连通孔53经由喷嘴部25的导入流路26和喷嘴流路27与喷嘴开口28连通。连通孔53构成大致圆形剖面的流路。供给至扁平螺杆40的槽部42的造型用材料PM通过加热器52的加热，在使含有的热塑性树脂塑化并转化为塑化材料的同时，通过扁平螺杆40的旋转将其沿着槽部42导向在相对面51的中心开口的连通孔53。连通孔53的下游端与喷嘴部25连接。通过扁平螺杆40的旋转而生成的塑化材料经由连通孔53供给至喷嘴部25。
喷嘴部25具有导入流路26、喷嘴流路27、喷嘴开口28和喷出量控制机构80。导入流路26与对面部50的连通孔53的下游端连接，从连通孔53的下游端沿着Z方向呈直线状设置。导入流路26构成大致圆形剖面的流路，其中心轴线以与扁平螺杆40的旋转轴线RX一致的方式设置。在本实施方式中，导入流路26的直径与对面部50的连通孔53的直径大致相等。
喷嘴流路27与导入流路26的下游端连接，从导入流路26的下游端沿着Z方向呈直线状设置。喷嘴流路27构成大致圆形剖面的流路，其中心轴线以与扁平螺杆40的旋转轴线RX一致的方式设置。喷嘴流路27在其下游端部缩径。在本实施方式中，喷嘴流路27的直径除了其下游端部以外，与导入流路26的直径大致相等。喷嘴开口28为设置于喷嘴流路27的下游端部的朝向Z方向开口的具有孔径Dn的开口部。喷嘴开口28的孔径Dn例如可以设为50μm以上且3mm以下。此外，在其他的实施方式中，孔径Dn可以比50μm小，可以比3mm大。从材料生成部21导入喷嘴部25的塑化材料经由导入流路26和喷嘴流路27从喷嘴开口28喷出。
在导入流路26中设置有喷出量控制机构80。喷出量控制机构80对导入流路26中的塑化材料的流量进行控制，从而控制从喷嘴开口28喷出的塑化材料的喷出量。在本实施方式中，喷出量控制机构80由在控制部10的控制下在导入流路26内旋转的作为阀体的蝶阀构成。导入流路26的开口面积根据该蝶阀的旋转角度而变化。控制部10通过对该阀体的旋转角度进行控制，从而控制导入流路26中的塑化材料的流量。喷出量控制机构80可以以停止导入流路26中的塑化材料的流通的方式封闭导入流路26。此外，喷出量控制机构80可以不设置于导入流路26，也可以设置于喷嘴流路27。另外，喷出量控制机构80也可以不设置于喷嘴部25，例如可以设置于对面部50的连通孔53。喷出量控制机构80可以省略，也可以由蝶阀以外的结构实现。
纤维导入部23具有在控制部10的控制下，在从喷嘴开口28喷出之前的塑化材料中导入比第一纤维材料FBa长的第二纤维材料FBb的功能。在本实施方式中，第二纤维材料FBb由被卷绕于后述的卷轴62的连续的线状的部材构成，以连续的长度被导入造型物直至后述的切断部66的切断部位为止。第二纤维材料FBb例如以后述的一次行程量的长度被导入造型物。
第二纤维材料FBb由多条纤维集束而成的纤维束构成。在本实施方式中，第二纤维材料FBb具有将多条碳纤维通过集束剂集束而成的结构。在其他的实施方式中，第二纤维材料FBb可以不由碳纤维构成，例如可以由玻璃纤维构成。另外，第二纤维材料FBb可以由具有比树脂材料高的弹性模量的各种纤维构成。第二纤维材料FBb的纤维直径例如可以设为10μm以上且喷嘴开口28的孔径Dn以下。若喷嘴开口28的孔径Dn比500μm大，则第二纤维材料FBb的纤维直径可以设为500μm以下。第二纤维材料FBb的纤维直径相当于构成第二纤维材料FBb的纤维束的与长度方向正交的剖面中的最大宽度的尺寸。
纤维导入部23具有输送用于导入第二纤维材料FBb的输送部60。输送部60具有：收容部63，用于收容卷绕于卷轴62的第二纤维材料FBb；输送路径65，用于将第二纤维材料FBb从收容部63送出；以及切断部66，用于切断第二纤维材料FBb。
在收容部63上设置有产生使卷轴62旋转，将第二纤维材料FBb通过输送路径65送出的输送力的未图示的输送电机。输送电机的转速通过控制部10进行控制。输送路径65由第二纤维材料FBb贯插的圆筒状的管状部件构成。在本实施方式中，输送路径65以能够在从导入流路26通过的塑化材料中导入第二纤维材料FBb的方式连接于导入流路26。另外，输送路径65在喷出量控制机构80的下游侧被连接于导入流路26。
纤维导入部23将第二纤维材料FBb从输送路径65送出至导入流路26。所送出的第二纤维材料FBb被导入在导入流路26中流通的塑化材料，与塑化材料一起从喷嘴开口28喷出。在后面说明由塑化材料的喷出实现的造型物的造型。
切断部66设置于收容部63中的输送路径65的入口附近，在控制部10的控制下切断向输送路径65送出的第二纤维材料FBb。切断部66例如可以由通过螺线管机构突出切割器刀片来切断第二纤维材料FBb的机构构成。在其他的实施方式中，切断部66可以采用射出激光来切断第二纤维材料FBb的结构。控制部10可以通过控制由切断部66切断第二纤维材料FBb的时刻来调整造型物所包含的第二纤维材料FBb的长度。在本实施方式中，第二纤维材料FBb至少以10mm以上的长度被导入造型物。
造型工作台部70设置于与喷出部20的喷嘴开口28相对的位置。造型工作台部70具有：工作台72，对造型物进行支承；造型台73，载置于工作台72上；以及移动机构75，以能够将工作台72沿着X、Y、Z方向移动的方式构成。工作台72具有由板状部件构成，沿着水平方向配置的工作台面72s。造型台73由板状部件构成，且载置于工作台面72s，承接从喷嘴开口28喷出的塑化材料。移动机构75构成为使工作台72沿着X、Y、Z方向的三轴方向移动的三轴***，且具有在控制部10的控制下产生驱动力的三个电机M。控制部10在造型处理中通过控制移动机构75使喷嘴部25与工作台72相对移动。
在其他的实施方式中，代替通过移动机构75使工作台72移动的结构，也可以采用在工作台72的位置被固定的状态下，移动机构75使喷嘴部25相对于工作台72移动的结构。在这样的结构中，也可以使工作台72与喷嘴部25相对移动。另外，在其他的实施方式中，也可以采用移动机构75使工作台72与喷嘴部25分别移动，改变两者的相对位置的结构。
图2是示出从槽形成面41侧观察时的扁平螺杆40的结构的概略立体图。在图2中，用点划线图示出扁平螺杆40的旋转轴线RX。在本实施方式中，扁平螺杆40采用由三条槽部42并列地朝向扁平螺杆40的中央部45呈漩涡状画弧并延伸的结构。各槽部42由朝向中央部45的凹部呈漩涡状延伸的三条凸条部44划分而成。
此外，扁平螺杆40的槽部42也可以不为三条。扁平螺杆40可以仅具有一条槽部42，也可以具有两条以上的槽部42。另外，凸条部44可以以与槽部42的数量一致的方式设置任意的数量。另外，只要槽部42呈漩涡状画弧并延伸即可，也可以不一定呈螺旋状延伸。
槽部42的一端在扁平螺杆40的侧面开口，并构成接受从连通路32供给的造型用材料PM的材料入口46。槽部42连续至扁平螺杆40的中央部45为止，槽部42的另一端连结于扁平螺杆40的中央部45。扁平螺杆40的中央部45构成收集造型用材料PM的热塑性树脂塑化而成的塑化材料的凹部。
图3是示出对面部50中的相对面51的结构的概略俯视图。如上所述，相对面51与扁平螺杆40的槽形成面41相对。在相对面51的中心开口有用于将流入扁平螺杆40的中央部45的塑化材料供给至喷嘴部25的上述的连通孔53。在相对面51上形成有一端与连通孔53连接，从连通孔53朝向外周呈漩涡状延伸的多条引导槽55。引导槽55具有用于将塑化材料导向连通孔53的功能。
在对面部50的内部中埋入有图1所示的加热器52。塑化部35中的热塑性树脂的塑化由对面部50的加热器52的加热和扁平螺杆40的旋转实现。根据第一实施方式的造型装置100a，通过使用扁平螺杆40，能够实现小型化的用于塑化热塑性树脂的装置结构。另外，根据第一实施方式的造型装置100a，通过旋转控制扁平螺杆40，可以易于控制被供给至喷嘴部25的塑化材料的压力、流量。据此，可以提高从喷嘴部25喷出塑化材料的喷出精度，并且可以提高造型物的造型精度。
图4是示意性地示出在造型装置100a中层叠从喷嘴开口28喷出塑化材料MM形成的造型层ML，并对造型物OB进行造型的样子的概略图。在图4中，为了方便，仅用符号示出在塑化材料MM、造型层ML中所包含的第一纤维材料FBa，用虚线图示出第二纤维材料FBb。
在造型装置100a的造型处理中，在使喷嘴部25与工作台72沿着水平方向相对移动的同时从喷嘴开口28喷出塑化材料MM。由此，以画出喷嘴开口28的移动轨迹的方式，将塑化材料MM在工作台72上呈线状堆积，形成包含第一纤维材料FBa和第二纤维材料FBb的造型层ML。造型物OB通过在造型层ML的上方进一步喷出塑化材料MM并层叠造型层ML而形成。
在造型装置100a中，在喷嘴开口28与造型中的造型物OB的上表面OBt之间保持有间隔G。在此，“造型物OB的上表面OBt”表示在喷嘴开口28的正下方的位置附近堆积从喷嘴开口28喷出的塑化材料MM的预定部位。间隔G通过移动机构75改变工作台72与喷嘴开口28的Z方向上的相对位置来调整。
优选间隔G的大小设为图1所示的喷嘴开口28的孔径Dn以下，更优选设为孔径Dn的0.8倍以下。这样，可以充分确保从喷嘴开口28喷出的塑化材料MM与造型过程中的造型物OB的上表面OBt的接触面的同时使其堆积于造型物OB的上表面OBt。其结果，可以抑制造型层ML的剖面产生间隙、造型物OB的上表面OBt的形状变形，从而可以确保造型物OB的强度并且可以降低表面粗糙度。另外，在喷嘴开口28的周围设置有加热器的结构中，通过形成间隔G，可以通过该加热器适当控制造型物OB的上表面OBt的温度下降，从而可以抑制所层叠的造型层ML彼此之间的紧贴性的下降。据此，可以确保造型物OB的层间强度。另外，通过形成间隔G，可以抑制由于该加热器导致所堆积的塑化材料MM的过热而引起的变色、劣化。
另一方面，优选间隔G的大小设为孔径Dn的0.5倍以下，尤其优选设为0.3倍以下。由此，可以使塑化材料MM高精度地堆积于预定部位。另外，可以抑制在塑化材料MM被向造型物OB的上表面OBt喷出时的塑化材料MM相对于上表面OBt的紧贴性的下降，从而可以抑制所层叠的造型层ML彼此之间的紧贴性的下降。
此外，在本实施方式中，塑化材料MM在从喷嘴开口28喷出后通过温度的下降而固化。在其他的实施方式中，塑化材料MM可以采用在完成造型物OB的造型之后，通过在烧结炉中进行烧结的烧结工序而固化的材料。另外，塑化材料MM也可以采用在从喷嘴开口28喷出之后通过紫外线激光的照射而进行光固化的材料。在该情况下，造型装置100a可以具有用于使塑化材料MM固化的激光照射装置。
图5是示出在造型装置100a的造型处理中执行的工序的流程图。该造型处理根据用于形成构成造型物OB的造型层ML的造型数据来执行。造型数据根据三维CAD数据等的表示造型物OB的形状的三维形状数据而生成。在造型数据中，例如包含造型物OB中的造型层ML的位置的信息、与造型层ML的尺寸有关的信息、与喷嘴开口28的移动路径有关的信息、与塑化材料的喷出量有关的信息等。
工序P10为材料生成部21的塑化部35在控制部10的控制下执行的工序。工序P10相当于使包含第一纤维材料FBa和热塑性树脂的造型用材料PM的至少一部分塑化而生成塑化材料的塑化工序。在本实施方式中，如上所述，热塑性树脂的塑化使用扁平螺杆40来进行。工序P10包括在将扁平螺杆40面向对面部50的状态下使其旋转的同时，将材料供给部30的造型用材料PM导入扁平螺杆40的槽部42，使造型用材料PM所包含的热塑性树脂的至少一部分边在槽部42内塑化边将其导向对面部50的连通孔53的工序。即，工序P10具有通过扁平螺杆40的旋转以及加热器52的加热，在使供给至扁平螺杆40与对面部50之间的热塑性树脂的至少一部分塑化的同时将其导向连通孔53的工序。如上所述，通过在塑化工序中使用扁平螺杆40，可以实现塑化部35的小型化。另外，通过扁平螺杆40的旋转控制，易于控制供给至喷嘴部25的塑化材料的压力、流量，因此能够提高由喷嘴部25喷出塑化材料MM的喷出精度，从而可以提高造型物的造型精度。塑化部35至少在执行以下的工序P20～P50期间持续工序P10的塑化工序。
工序P20～P50相当于造型装置100a的一次行程量的动作。“行程”是指在使塑化材料从喷嘴开口28以不中断的方式连续喷出的同时扫描喷嘴开口28，在工作台72上形成一个连续的造型部位的处理单位的意思。一个造型层ML通过执行一次以上的工序P20～P50的一系列的动作而形成。在本实施方式的造型处理中，重复进行工序P20～P50，直至形成层叠的所有造型层ML，结束造型物OB的造型为止。
工序P20～工序P40为构成在使喷嘴部25在工作台72上相对移动的同时从喷嘴开口28喷出塑化材料形成造型层ML时的造型装置100a的一系列的动作的工序。造型装置100a边执行工序P20和工序P30边执行工序P40。
工序P20为在控制部10的控制下移动机构75执行的工序，相当于使工作台72与喷嘴部25相对移动的移动工序。移动机构75在控制部10的控制下，使工作台72与喷嘴开口28根据造型数据按照预先决定的相对移动速度相对移动。
工序P30为在控制部10的控制下喷出部20的纤维导入部23执行的工序。工序P30相当于在从喷嘴开口28喷出之前的塑化材料中导入第二纤维材料FBb的纤维导入工序。
工序P40为在控制部10的控制下喷出部20将塑化材料从喷嘴开口28喷出的工序。喷出部20根据造型数据按照预先决定的每单位时间的喷出量使塑化材料从喷嘴开口28喷出。控制部10通过控制扁平螺杆40的转速、喷出量控制机构80的开度来控制每单位时间的塑化材料的喷出量。
在工序P50中，控制部10在完成形成一个造型层ML的时刻下，停止从喷嘴开口28喷出塑化材料。控制部10首先停止由纤维导入部23实现的第二纤维材料FBb的导入，并通过切断部66切断第二纤维材料FBb。接着，控制部10控制喷出量控制机构80，停止向喷嘴部25供给塑化材料。由此，完成形成一次行程量的造型层ML。工序P50具有切断第二纤维材料FBb的切断工序。由此，可以容易地进行调整第二纤维材料FBb的长度、停止导入第二纤维材料FBb的控制等。
如上所述，执行一次以上的工序P20～P50的一系列的动作来形成一个造型层ML，重复工序P20～P50直至形成所有的造型层ML为止。工序P10～P50相当于对层叠包含第一纤维材料FBa和第二纤维材料FBb的造型层ML而成的造型物OB进行造型的造型工序。
图6是示意性地示出通过本实施方式的造型处理形成的造型层ML的一例的沿着层叠方向的剖面的概略剖视图。造型层ML由导入了第一纤维材料FBa和第二纤维材料FBb的塑化材料MM构成。在造型层ML中，在其中央部导入有呈一条线状连续的第二纤维材料FBb。在由本实施方式的造型处理形成的造型物中，通过各造型层ML包含第二纤维材料FBb能够提高其整体的强度。另外，构成造型物的各造型层ML通过第二纤维材料FBb能够提高第二纤维材料FBb的长度方向上的强度。除此以外，在各造型层ML中，在第二纤维材料FBb的周围存在有朝向各个方向并根据位置相互缠绕的第一纤维材料FBa。由此，能够提高各造型层ML相对于各个方向的强度。这样，在各造型层ML中，长度不同的两种纤维材料FBa、FBb以相互弥补相对于各个方向的强度的方式组合而在塑化材料中混合存在。另外，由此，能够提高造型物整体相对于各个方向的强度。
如上所述，在第一实施方式的造型装置100a执行的制造方法中，在将塑化材料从喷嘴开口28喷出并对三维造型物进行造型的造型工序中包含以在从喷嘴开口28喷出之后的塑化材料中包含比第一纤维材料FBa长的第二纤维材料FBb的方式，向塑化材料导入第二纤维材料FBb的纤维导入工序。根据该制造方法，可以使长度不同的第一纤维材料FBa和第二纤维材料FBb以相互弥补相对于各个方向的强度的方式组合而在三维造型物中混合存在。据此，可以容易地提高三维造型物的相对于各个方向的强度。
[2]第二实施方式
图7是第二实施方式中的由造型处理执行的工序的流程图。图8是示意性地示出第二实施方式的通过造型处理形成的造型物OBa的一例的沿着层叠方向的剖面的概略剖视图。第二实施方式的造型处理在由第一实施方式中所说明的图1所示的造型装置100a执行。
在第二实施方式的造型处理中，造型出如下造型物Oba，该造型物Oba具有：第一部位Pf，作为造型物OBa的一部分，包含第一纤维材料FBa和第二纤维材料FBb；以及第二部位Ps，作为造型物OBa的一部分，包含第一纤维材料FBa且不包含第二纤维材料FBb。在第二实施方式中，第一部位Pf为构成造型物OBa的外部轮廓的部位，第二部位Ps为构成由外部轮廓包围的造型物OBa的内部构造的部位。
工序P10相当于第二实施方式中的塑化工序，以与在第一实施方式中所说明的同样的方式执行。工序P10至少在执行以下的工序P20～P70期间持续。
工序P20～P51为形成第一部位Pf所包含的第一造型层MLa时的一次行程量的工序，直至完成形成第一部位Pf所包含的所有的造型层MLa之前进行重复。工序P20～P51相当于形成包含第一纤维材料FBa和第二纤维材料FBb的第一部位Pf的第一造型工序。工序P20～P51除了代替工序P40而具有工序P41这一点以外，与在第一实施方式中说明的工序P20～P40相同。工序P41除了形成构成第一部位Pf的第一造型层MLa这一点以外，以与在第一实施方式中所说明的工序P40同样地方式执行。工序P20相当于移动工序，工序P30相当于纤维导入工序。
当完成形成第一部位Pf时，在工序P51中，为了形成第二部位Ps，停止由纤维导入部23导入第二纤维材料FBb。
工序P60～工序P70为形成第二部位Ps所包含的第二造型层MLb时的一次行程量的工序，直至完成形成第二部位Ps所包含的所有的造型层MLa之前进行重复。工序P60相当于使工作台72与喷嘴开口28相对移动的移动工序，以与工序P20同样的方式执行。在工序P70中，喷嘴部25在控制部10的控制下，将包含第一纤维材料FBa且不包含第二纤维材料FBb的塑化材料从喷嘴开口28喷出。由此，形成第二部位Ps所包含的第二造型层MLb。工序P60～P70相当于形成包含第一纤维材料FBa且不包含第二纤维材料FBb的第二部位Ps的第二造型工序。
如上所述，第二实施方式的造型处理作为造型工序，具有包括形成第一部位Pf的第一造型工序和形成第二部位Ps的第二造型工序的造型工序。根据第二实施方式的造型处理，可以选择性地形成包含第一纤维材料FBa和第二纤维材料FBb两方的第一部位Pf和不包含第二纤维材料FBb的第二部位Ps。即，例如，能够选择将需要强度的部位形成为包含两种纤维材料FBa、FBb两方的第一部位Pf，将强度可以较低的部位形成为不包含第二纤维材料FBb的第二部位Ps等。据此，可以提高由造型装置100a实现的造型的自由度。另外，通过节约第二纤维材料FBb的使用量，还能够降低造型成本。
另外，在第二实施方式的造型处理中，如上所述，由第一部位Pf构成造型物OBa的外部轮廓，由第二部位Ps形成造型物OBa的内部构造。根据该结构，可以提高造型物OBa的外部轮廓的强度，另一方面，可以省略向内部构造导入的第二纤维材料FBb，相应地可以降低造型物OBa的制造成本。另外，在第二实施方式的造型处理中，可以使第二部位Ps的第二造型层MLb的体积比第一部位Pf的第一造型层MLa的体积大。这样，可以缩短内部构造的造型所需的时间，从而可以进一步提高造型物OBa的生产性。
[3]第三实施方式
图9是示出第三实施方式中的由造型处理执行的工序的流程图。在图9中，除了追加工序P25这一点以外，与在第一实施方式中所说明的图5的流程图大致相同。第三实施方式的造型处理由在第一实施方式中所说明的图1所示的造型装置100a执行。
工序P25当在工序P30的纤维导入工序中向塑化材料导入第二纤维材料FBb时执行。工序P25相当于控制部10根据工序P20中的喷嘴部25与工作台72的相对移动速度，对将第二纤维材料FBb导入塑化材料的导入速度进行控制的导入速度控制工序。“导入速度”相当于每单位时间从输送路径65向塑化材料的流路送出的第二纤维材料FBb的长度。在第三实施方式中，喷嘴部25与工作台72的相对移动速度越大，控制部10将第二纤维材料FBb的导入速度的目标值设定得越大，并根据该导入速度的目标值，对卷绕第二纤维材料FBb的卷轴62的旋转速度进行控制。
这样，通过根据喷嘴部25与工作台72的相对移动速度来控制第二纤维材料FBb的导入速度，可以抑制由于喷嘴部25与工作台72的相对移动速度的变化，使被导入造型层ML的第二纤维材料FBb的量、状态变动。另外，由于以喷嘴部25与工作台72的相对移动速度越大，使第二纤维材料FBb的导入速度变得越大的方式进行控制，因此可以抑制第二纤维材料FBb向塑化材料的导入不能追赶上形成造型层ML的速度。
[4]第四实施方式
图10是示出第四实施方式中的造型装置100b的结构的概略图。第四实施方式的造型装置100b除了以下这点以外，与图1所示的第一实施方式的造型装置100a的结构大致相同。在第四实施方式的造型装置100b中，在扁平螺杆40上设置有贯通孔47。另外，纤维导入部23被设置于塑化部35的上方，并追加压力控制部90。
在第四实施方式中，在扁平螺杆40上，在旋转轴线RX通过的位置上设置有从上表面43贯穿至槽形成面41的中央部45为止的贯通孔47。贯通孔47在槽形成面41开口，与对面部50的连通孔53连通。另外，纤维导入部23的输送部60具有的收容部63被配置于扁平螺杆40的驱动电机37的上方，输送路径65从驱动电机37的驱动轴线内通过，与扁平螺杆40的贯通孔47连接。由此，第二纤维材料FBb在纤维导入工序中，被从扁平螺杆40的贯通孔47通过导入塑化材料。
压力控制部90由泵构成。压力控制部90与输送部60的收容部63连接，在控制部10的控制下，通过收容部63和输送路径65，对扁平螺杆40的贯通孔47内的压力进行控制。
图11是示出在第四实施方式的造型处理中由造型装置100c执行的工序的流程图。在图11中，除了追加工序P5这一点以外，以与在第一实施方式中所说明的图5的流程图大致相同。工序P5相当于控制部10对压力控制部90进行控制，且以使扁平螺杆40的贯通孔47内的压力比对面部50的连通孔53内的压力高的方式进行控制的压力控制工序。连通孔53内的压力通过由控制部10控制扁平螺杆40的转速来进行控制。工序P5开始于在工序P10中开始生成塑化材料之前，在由塑化部35生成塑化材料的期间持续。此外，在第四实施方式中，第二纤维材料FBb在工序P40中，经过工序P10的塑化工序被塑化之后，被导入由扁平螺杆40的中央部45所收集的塑化材料、即在工序P40中从喷嘴开口28喷出之前的塑化材料。
根据第四实施方式的造型装置100c，能够将第二纤维材料FBb顺利地从扁平螺杆40的贯通孔47导入对面部50的连通孔53。另外，由于通过压力控制部90将扁平螺杆40的贯通孔47内的压力控制得比对面部50的连通孔53内的压力高，因此可以抑制中央部45的塑化材料流入贯通孔47。
[5]第五实施方式
图12是示出第五实施方式的造型装置100c的结构的概略图。第五实施方式的造型装置100c除了以下这点以外，与第一实施方式的造型装置100a的结构大致相同。在造型装置100c中，在对面部50的相对面51上设置有导入槽57，纤维导入部23的输送路径65代替喷嘴部25的导入流路26而与导入槽57连接。此外，在图12中，为了方便，导入槽57由虚线图示。
图13是示出第五实施方式的对面部50的相对面51的结构的概略俯视图。在相对面51中，除了设置有用于将塑化材料引导向中心的连通孔53的多条引导槽55以外，还设置有用于导入第二纤维材料FBb的导入槽57。导入槽57从相对面51的外周端向连通孔53以避免与引导槽55产生干涉的方式形成。通过导入槽57，可以将第二纤维材料FBb从扁平螺杆40或者对面部50的侧方导向连通孔53。
图14是示出在第五实施方式的造型处理中由造型装置100c执行的工序的流程图。在图14中，代替工序P10而追加工序P7和工序P8，并且省略工序P30，除了这点以外，与在第一实施方式中所说明的图5的流程图大致相同。在造型装置100c中，第二纤维材料FBb与从材料供给部30供给的塑化前的造型用材料PM一起向塑化部35的扁平螺杆40供给。即，在第五实施方式的造型装置100c中，纤维导入部23具有在造型用材料PM中导入第二纤维材料FBb的功能，在第五实施方式的造型处理的工序P7中，第二纤维材料FBb被导入造型用材料PM。在接下来的工序P8中，导入有第二纤维材料FBb的造型用材料PM的至少一部分由塑化部35的扁平螺杆40塑化，生成包含第二纤维材料FBb的塑化材料。第五实施方式的工序P7相当于在造型用材料PM中导入第二纤维材料FBb的纤维导入工序。另外，第五实施方式的工序P7和工序P8相当于第五实施方式的造型处理中的塑化工序，可以解释为工序P7的纤维导入工序在塑化工序中执行。
根据第五实施方式的造型装置100c及其造型处理，由于可以利用扁平螺杆40的旋转力将导入至造型用材料PM的第二纤维材料FBb向连通孔53引导，并使其从喷嘴开口28喷出，因此是高效的。
[6]第六实施方式
图15是示出第六实施方式的造型装置100d的结构的概略图。在第六实施方式的造型装置100d中，除了以下这点以外，与第一实施方式的造型装置100a的结构大致相同。在造型装置100d中，纤维导入部23的输送路径65贯插于螺杆外壳36内，且以能够从扁平螺杆40的侧方连接于槽部42的方式构成。在第六实施方式中，扁平螺杆40的槽部42作为将第二纤维材料FBb从扁平螺杆40或者对面部50的侧方向连通孔53引导的导入槽57发挥功能。根据第六实施方式的造型装置100d，与第五实施方式的造型装置100c同样地，可以利用扁平螺杆40的旋转力将第二纤维材料FBb通过导入槽57向连通孔53引导并使其从喷嘴开口28喷出，是高效的。
[7]第七实施方式
图16是示出第七实施方式的造型装置100e的结构的概略图。在第七实施方式的造型装置100e中，除了以下这点以外，与第一实施方式的造型装置100a的结构大致相同。在造型装置100e中，省略了设置于纤维导入部23的收容部63的切断部66。另外，在造型装置100e中，设置有位于喷嘴开口28的上游，对从喷嘴开口28喷出塑化材料的喷出量进行控制的喷出量控制机构80a。如后面说明的那样，第七实施方式的喷出量控制机构80a具有作为切断第二纤维材料FBb的切断部发挥的功能。进一步，造型装置100e具有：电机88，产生驱动力；以及齿轮部89，将电机88的驱动力的传递目的地切换为喷出量控制机构80a或者纤维导入部23的输送部60。电机88例如由步进电机构成。在后面说明由控制部10实现的电机88的驱动力的传递目的地的切换。
图17是示出第七实施方式的喷出量控制机构80a的结构的概略图。在图17中示意性地图示出由喷出量控制机构80a敞开流路，第二纤维材料FBb从该敞开的流路通过的状态。喷出量控制机构80a具有：蝶阀81，为在导入流路26内进行旋转的阀体；以及切割器刀片82，设置于蝶阀81的周围。蝶阀81通过图16所示的电机88的驱动力而旋转，并根据该旋转角度使导入流路26的开口面积变化。控制部10通过蝶阀81的旋转角度来控制从喷嘴开口28喷出塑化材料的喷出量。切割器刀片82设置于接近蝶阀81的旋转区域的位置。
图18是用于说明喷出量控制机构80a切断第二纤维材料FBb的机构的示意图。在图18中，示意性地示出喷出量控制机构80a的蝶阀81从图17所示的状态进行旋转并切断第二纤维材料FBb的样子。控制部10在为了封闭导入流路26而使蝶阀81旋转时，第二纤维材料FBb被旋转中途的蝶阀81的端部与切割器刀片82夹持，并被推压于切割器刀片82而被切断。在第二纤维材料FBb被切断之后，蝶阀81保持旋转并封闭导入流路26。
在第七实施方式的造型装置100e中，通过在第一实施方式中所说明的图5所示的工序执行造型处理。控制部10在造型处理中，在控制电机88的驱动的同时控制齿轮部89，从而切换由电机88产生的驱动力的传递目的地。控制部10在工序P30的纤维导入工序中导入第二纤维材料FBb，此时，通过齿轮部89，将电机88产生的驱动力向输送部60传递，用于输送第二纤维材料FBb。控制部10在工序P40中开始从喷嘴开口28喷出塑化材料，此时，为了调整该喷出量，通过齿轮部89，暂时将电机88产生的驱动力的传递目的地切换为喷出量控制机构80a。由此，可以通过电机88产生的驱动力使喷出量控制机构80a的蝶阀81旋转，从而可以控制塑化材料的喷出量。另外，控制部10在工序P50中使塑化材料的喷出停止，此时，将电机88产生的驱动力的传递目的地从输送部60切换为喷出量控制机构80a，从而使蝶阀81旋转。由此，在切断第二纤维材料FBb的同时停止从喷嘴开口28喷出塑化材料。这样，工序P50包括通过使喷出量控制机构80a动作来切断第二纤维材料FBb的切断工序。
根据第七实施方式的造型装置100e，由于纤维导入部23的输送部60和喷出量控制机构80a可以由共同的电机88驱动，因此能够使装置结构小型化。另外，根据第七实施方式的造型装置100e，由于通过喷出量控制机构80a，可以在切断第二纤维材料FBb的同时使塑化材料的喷出停止，因此能够进一步提高从喷嘴开口28喷出塑化材料的控制性。
[8]第八实施方式
图19是示出第八实施方式的造型装置100f所具有的喷出量控制机构80b的结构的概略图。在图19中，示意性地图示出喷出量控制机构80b的杆83位于后述的初始位置，向喷嘴流路27送出第二纤维材料FBb的状态。
在第八实施方式的造型装置100f中，除了在以下中说明的这点以外，与第七实施方式的造型装置100e的结构大致相同。造型装置100f具有与在第七实施方式中所说明的喷出量控制机构80a的结构不同的喷出量控制机构80b。第八实施方式的喷出量控制机构80b设置于喷嘴流路27。喷出量控制机构80b通过柱塞机构使杆83沿着与喷嘴流路27交叉的方向移动，从而实现开闭喷嘴流路27来控制造型材料的喷出量的功能和切断第二纤维材料FBb的功能。虽然省略图示，但造型装置100f在喷出量控制机构80b的上游，具有与在第一实施方式中所说明的喷出量控制机构80相同的蝶阀，通过蝶阀的开闭，可以停止从喷嘴开口28喷出塑化材料。
喷出量控制机构80b具有：杆83，沿着与喷嘴流路27交叉的方向进行活塞运动；驱动机构84，使杆83驱动；凹部86，设置于喷嘴流路27的内壁面；以及切割器刀片82，设置于凹部86内。杆83在与喷嘴流路27连结的分支流路85内移动。第八实施方式的喷出量控制机构80b与第七实施方式的喷出量控制机构80a同样地，从与图16所示的输送部60共同的电机88接受杆83的驱动力的供给。驱动机构84通过将电机88产生的旋转运动转换为直线运动，使杆83瞬间移动。
首先，说明喷出量控制机构80b的塑化材料的喷出量的控制机构。在使杆83瞬间向分支流路85的里侧位置移动时，随着杆83的移动，塑化材料被引入分支流路85内。由此，在喷嘴流路27产生负压，从喷嘴开口28喷出的塑化材料被拉回喷嘴流路27，因此可以暂时停止从喷嘴开口28喷出塑化材料。相反地，在使杆83从分支流路85的里侧位置朝向喷嘴流路27移动时，分支流路85内的塑化材料被向喷嘴流路27内推出，可以暂时增加塑化材料的喷出量。这样，喷出量控制机构80b通过杆83的移动可以控制从喷嘴开口28喷出塑化材料的喷出量。
接着，说明喷出量控制机构80b的第二纤维材料FBb的切断机构。杆83可以以从分支流路85向喷嘴流路27内突出的方式瞬间移动。向喷嘴流路27内突出的杆83的顶端部被凹部86承接。通过杆83朝向凹部86突出的该运动，第二纤维材料FBb如以下说明的那样被切断。
图20是用于说明第八实施方式的喷出量控制机构80b切断第二纤维材料FBb的机构的示意图。在图20中，示意性地示出喷出量控制机构80b的杆83从图19所示的状态沿着向喷嘴流路27突出的方向移动并切断第二纤维材料FBb的样子。如上所述，在承接杆83的顶端的凹部86内设置有切割器刀片82。当杆83瞬间朝向凹部86移动时，第二纤维材料FBb被杆83的顶端与凹部86内的切割器刀片82夹持，并被推压于切割器刀片82而被切断。
造型装置100f的控制部10在关闭设置于其上游侧的蝶阀停止从喷嘴开口28喷出塑化材料时、以及打开蝶阀使塑化材料的喷出再开时，如以下这样驱动喷出量控制机构80b。此外，在从喷嘴开口28喷出塑化材料的期间，喷出量控制机构80b的杆83如图19所示那样，杆83的顶端位于封闭分支流路85的出口的位置。以下，也将该位置称为“初始位置”。
控制部10在关闭蝶阀时，驱动喷出量控制机构80b以使杆83从初始位置向喷嘴流路27突出的方式，朝向凹部86瞬间移动并切断第二纤维材料FBb。然后，不空出间隔，使杆83向分支流路85的里侧位置瞬间移动，由此使喷嘴流路27产生负压。从而，从喷嘴开口28流出的塑化材料被拉回喷嘴流路27，因此在停止喷出塑化材料之后，可以抑制多余的塑化材料从喷嘴开口28以拉丝的方式垂下。
当打开蝶阀并使塑化材料的喷出再开时，控制部10通过将位于分支流路85的里侧位置的杆83返回至初始位置，使引入分支流路85的塑化材料返回喷嘴流路27。由此，可以暂时增加当再开从喷嘴开口28喷出塑化材料时的塑化材料的喷出量。据此，可以抑制当再开喷出塑化材料时由喷嘴流路27供给的塑化材料的量不足而延迟再开喷出塑化材料。
这样，根据喷出量控制机构80b，在停止从喷嘴开口28喷出塑化材料时，可以在切断第二纤维材料FBb的同时迅速停止从喷嘴开口28流出塑化材料。另外，当再开从喷嘴开口28喷出塑化材料时，可以通过杆83推出分支流路85的塑化材料，将从喷嘴开口28喷出塑化材料的喷出量迅速恢复至目标值。即，根据喷出量控制机构80b，可以实现喷出部20对于控制部10的塑化材料的喷出控制的更高的响应性。
如上所述，根据第八实施方式的造型装置100f，与第七实施方式的造型装置100e同样地，可以将输送部60和喷出量控制机构80b由共同的电机88驱动，因此能够使装置结构小型化。另外，通过喷出量控制机构80b，可以进一步提高喷出包含第二纤维材料FBb的塑化材料的控制性。
[9]第九实施方式
图21是示出第九实施方式中的造型装置100g的结构的概略图。在第九实施方式的造型装置100g中，除了以下这点以外，与图1所示的第一实施方式的造型装置100a的结构大致相同。在第九实施方式的造型装置100g中，纤维导入部23的输送路径65连接于喷嘴开口28的下游。纤维导入部23以能够与喷嘴开口28一起相对于工作台72相对移动的方式被固定于喷嘴部25。在造型装置100g中，纤维导入部23具有将第二纤维材料FBb导入被从喷嘴开口28喷出之后的塑化材料的功能。
图22是示出在第九实施方式的造型处理中由造型装置100g执行的工序的流程图。在图22中，省略工序P30，代替于此在工序P40之后追加工序P45，除了这点以外，与在第一实施方式中所说明的图5所示的造型处理的工序大致相同。在第九实施方式的造型处理中，在工序P40中从喷嘴开口28喷出塑化材料，然后，在工序P45中，纤维导入部23在从喷嘴开口28喷出之后的塑化材料中导入第二纤维材料FBb。工序P45相当于在从喷嘴开口28喷出之后的塑化材料中以包含比第一纤维材料FBa长的第二纤维材料FBb的方式，在塑化材料中导入第二纤维材料FBb的纤维导入工序。在第九实施方式中，包含工序P45的纤维导入工序的工序P20～P50相当于对包含第一纤维材料FBa和第二纤维材料FBb的造型物进行造型的造型工序。
根据第九实施方式的造型装置100g，可以通过后安装容易地设置纤维导入部23。另外，根据第九实施方式的造型装置100g，由于第二纤维材料FBb不从喷嘴开口28通过，因此可以使第二纤维材料FBb的纤维直径比喷嘴开口28的孔径Dn大。在第九实施方式中，可以将第二纤维材料FBb的纤维直径例如设为10μm以上且500μm以下。
[10]其他的实施方式
在上述的各实施方式中所说明的各种结构例如能够如以下这样进行改变。在以下中说明的其他的实施方式均与上述的各实施方式同样地，作为用于实施本发明的方式的一例被定位。
[10-1]其他的实施方式1
在上述的各实施方式中，可以不使用被卷绕于卷轴62的连续的第二纤维材料FBb。也可以将长度比第一纤维材料FBa长且被细割断的第二纤维材料FBb以包含于从喷嘴开口28喷出之后的塑化材料的方式导入塑化材料。细割断的第二纤维材料FBb例如可以与第一纤维材料FBa一起被导入造型用材料PM。另外，细割断的第二纤维材料FBb例如也可以从图9所示的输送路径65等通过并流入扁平螺杆40的中央部45，由此被导入从喷嘴开口28喷出之前的塑化材料。
[10-2]其他的实施方式2
在上述的各实施方式中，通过使用扁平螺杆40使热塑性树脂塑化，生成塑化材料所包含的塑化材料，代替于此，也可以通过其他的方法生成塑化材料。例如，可以使用同轴往复螺杆生成塑化材料。
[10-3]其他的实施方式3
在上述的第二实施方式中，第一部位Pf可以不构成造型物的外部轮廓，第二部位Ps可以不构成造型物的内部构造。第一部位Pf可以为造型物的内部构造的部位，第二部位Ps可以为构成外部轮廓的部位。
[10-4]其他的实施方式4
在上述的第四实施方式中，可以省略压力控制部90。在该情况下，为了抑制塑化材料从扁平螺杆40流入第二纤维材料FBb的输送路径65，例如可以采用局部设置使贯通孔47与第二纤维材料FBb之间的间隙变小的部位的结构、设置用于抑制塑化材料流入输送路径65的单向阀构造的结构等。
[10-5]其他的实施方式5
在上述的第六实施方式中，与作为塑化材料的流路发挥功能的槽部42不同，可以在扁平螺杆40上形成用于导入第二纤维材料FBb的导入槽57。
[10-6]其他的实施方式6
在上述的第九实施方式中，纤维导入部23可以不固定于喷嘴部25。纤维导入部23例如可以由在控制部10的控制下，在向工作台72喷出的塑化材料中埋入第二纤维材料FBb的机器人构成。
[10-7]其他的实施方式7
能够适当抽出并组合上述的各实施方式中说明的结构。例如，可以将图7所示的第二实施方式的造型处理在第四实施方式、第五实施方式、第六实施方式、第七实施方式、第八实施方式、第九实施方式的造型装置100b、100c、100d、100e、100f、100g中的任一方式中执行。另外，可以将第三实施方式中的工序P25的导入速度控制工序适用于除了第三实施方式以外的上述的各实施方式。在导入速度控制工序被适用于第五实施方式或第六实施方式的情况下，导入速度为将第二纤维材料FBb导入造型用材料的速度。可以将第四实施方式的扁平螺杆40的贯通孔47、第五实施方式或者第六实施方式的导入槽57追加于第一实施方式或其他的实施方式的造型装置100a、100e、100f。另外，可以将第四实施方式的压力控制部90适用于上述的各实施方式中的各输送部60。在该情况下，压力控制部90可以以使各输送路径65的压力比塑化材料的流路的压力高的方式进行控制。可以将上述的第七实施方式或第八实施方式中的通过齿轮部89切换电机88的驱动力的传递目的地的结构或具有切断第二纤维材料FBb的功能的喷出量控制机构80a、80b的结构适用于除了第七实施方式或第八实施方式以外的实施方式。
[10-8]其他的实施方式8
上述的第八实施方式的喷出量控制机构80b可以为代替杆83而具有能够封闭喷嘴流路27的闸阀的结构。在该情况下，通过驱动机构84使闸阀朝向凹部86移动并由凹部86承接，由此可以在切断第二纤维材料FBb的同时封闭喷嘴流路27而停止从喷嘴开口28喷出塑化材料。
[10-9]其他的实施方式9
在上述的各实施方式中，可以适用具有以下的工序的三维造型物的制造方法。该三维造型物的制造方法为由通过层叠造型层来制造三维造型物的三维造型装置执行的三维造型物的制造方法，具有：选择工序，从纤维直径不同的多种纤维材料中选择与所述造型层的厚度对应的纤维材料；以及造型工序，将包含在所述选择工序中所选择的纤维材料的造型材料从喷嘴开口喷出并形成所述造型层的造型工序。根据该方式的制造方法，通过三维造型装置，从多种纤维材料中选择相对于造型层的厚度适当的纤维直径的纤维材料并将其导入造型层。据此，可以在造型层中包含适当的纤维直径的纤维材料，从而可以提高三维造型物的强度。另外，可以抑制由于纤维直径不同的纤维材料相对于三维造型装置的更换/装填所需的时间而引起的三维造型物的生产性下降。
[10-10]其他的实施方式10
在上述的各实施方式中，可以适用具有以下的工序的三维造型物的制造方法。该三维造型物的制造方法具有：塑化工序，使包含热塑性树脂的造型用材料的至少一部分塑化并生成塑化材料；纤维导入工序，具有在从喷嘴开口喷出之后的所述塑化材料中导入作为由包覆材料包覆的纤维材料的包覆纤维材料的工序、或在所述造型用材料或者从所述喷嘴开口喷出之前的所述塑化材料中导入所述包覆纤维材料的工序中的至少任一工序；以及造型工序，对包含所述包覆纤维材料的三维造型物进行造型。根据该方式的制造方法，在纤维导入工序中，可以通过对包覆纤维材料的表面进行包覆的包覆材料抑制在纤维材料的表面上附着有气泡而向塑化材料中混入气泡。据此，可以抑制在塑化材料中混入气泡而三维造型物的强度下降。
[11]汇总
(1)作为本发明的一方式的三维造型物的制造方法具有：塑化工序，使包含第一纤维材料和热塑性树脂的造型用材料的至少一部分塑化，生成用于造型三维造型物的从喷嘴开口喷出的塑化材料；纤维导入工序，具有在所述造型用材料或者从所述喷嘴开口喷出之前的所述塑化材料中导入比所述第一纤维材料长的第二纤维材料的工序、和在从所述喷嘴开口喷出之后的所述塑化材料中导入所述第二纤维材料的工序中的任一工序；以及
造型工序，对包含所述第一纤维材料和所述第二纤维材料的所述三维造型物进行造型的造型工序。根据该方式的三维造型物的制造方法，可以使长度不同的第一纤维材料和第二纤维材料以相互弥补相对于各个方向的强度的方式组合而在三维造型物中混合。据此，可以容易地提高三维造型物相对于各个方向的强度。
(2)在上述方式的制造方法中，所述造型工序可以具有：第一造型工序，形成作为所述三维造型物的一部分的包含所述第一纤维材料和所述第二纤维材料的第一部位；以及第二造型工序，形成作为所述三维造型物的一部分的包含所述第一纤维材料且不包含所述第二纤维材料的第二部位。根据该方式的三维造型物的制造方法，可以选择性地形成包含第一纤维材料和第二纤维材料两方的第一部位和不包含长度较长的第二纤维材料的第二部位。据此，可以提高三维造型物的造型的自由度。
(3)在上述方式的制造方法中，所述造型工序可以具有：移动工序，使支承所述三维造型物的工作台与具有所述喷嘴开口的喷嘴部相对移动；以及导入速度控制工序，响应于所述移动工序中的所述喷嘴部与所述工作台的相对移动速度，变更将所述第二纤维材料导入所述造型用材料或者所述塑化材料的导入速度。根据该方式的三维造型物的制造方法，可以抑制在三维造型物的造型过程中，由于喷嘴部与造型台的相对移动速度的变化，使被导入造型层的纤维材料的量、状态变动。
(4)在上述方式的制造方法中，所述塑化工序可以具有如下工序，即，在具有：扁平螺杆，具有形成有槽部的槽形成面；对面部，具有与所述槽形成面相对的相对面，且形成有与所述喷嘴开口连通的连通孔；以及加热器，对所述扁平螺杆或者所述对面部进行加热的塑化装置中，通过所述扁平螺杆的旋转和所述加热器的加热，在使供给至所述扁平螺杆与所述对面部之间的所述造型用材料塑化的同时将其导向所述连通孔。根据该方式的制造方法，通过在塑化工序中使用扁平螺杆，能够使实现塑化工序的装置小型化。另外，通过控制扁平螺杆的旋转，易于控制被供给至喷嘴开口的塑化材料的压力、流量，因此可以更提高塑化材料的喷出精度，从而进一步提高三维造型物的造型精度。
(5)在上述方式的三维造型物的制造方法中，可以在所述扁平螺杆中形成有在所述槽形成面上开口，且与所述连通孔连通的贯通孔，所述纤维导入工序包括将所述第二纤维材料通过所述贯通孔导入从所述喷嘴开口喷出之前的所述塑化材料的工序。根据该方式的制造方法，可以将纤维材料顺利地从扁平螺杆的贯通孔导入对面部的连通孔。
(6)上述方式的三维造型物的制造方法可以具有压力控制工序，将所述贯通孔内的压力控制得比所述连通孔内的压力高。根据该方式的制造方法，通过将贯通孔的压力控制得较高，可以抑制塑化材料流入贯通孔而阻碍导入第二纤维材料。
(7)在上述方式的三维造型物的制造方法中，可以在所述槽形成面或者所述相对面中形成有用于将所述第二纤维材料从所述扁平螺杆或者所述对面部的侧方导向所述连通孔的导入槽，所述纤维导入工序包括将所述第二纤维材料通过所述导入槽导入所述造型用材料的工序。根据该方式的制造方法，可以利用扁平螺杆的旋转力将第二纤维材料导向连通孔，并且使其从喷嘴开口喷出，因此是高效的。
(8)在上述方式的制造方法中，可以具有切断所述第二纤维材料的切断工序。根据该方式的制造方法，通过切断第二纤维材料，可以容易地进行调整第二纤维材料的长度、停止导入第二纤维材料的控制等。
(9)在上述方式的制造方法中，所述切断工序可以具有通过使设置于所述喷嘴开口的上游并对所述塑化材料的喷出量进行控制的喷出量控制机构动作来切断所述第二纤维材料的工序。根据该方式的制造方法，可以通过喷出量控制机构在控制塑化材料的喷出量的同时控制向塑化材料导入纤维材料，是高效的。
(10)在上述方式的三维造型物的制造方法中，所述喷出量控制机构可以通过电机驱动，所述纤维导入工序具有将所述电机产生的驱动力传递至所述第二纤维材料的输送部用作所述第二纤维材料的输送力的工序。根据该方式的制造方法，由于将输送部和喷出量控制机构由共同的电机驱动，因此能够使装置结构小型化。
(11)作为本发明的一方式的三维造型装置具有：塑化部，使包含第一纤维材料和热塑性树脂的造型用材料的至少一部分塑化，生成用于造型三维造型物的塑化材料；喷出部，具有用于喷出所述塑化材料的喷嘴开口；纤维导入部，具有在所述造型用材料或者从所述喷嘴开口喷出之前的所述塑化材料中导入比所述第一纤维材料长的第二纤维材料的功能、和在被从所述喷嘴开口喷出之后的所述塑化材料中导入所述第二纤维材料的功能中的任一功能；以及控制部，对所述塑化部、所述喷出部和所述纤维导入部进行控制，造型包含所述第一纤维材料和所述第二纤维材料的所述三维造型物。根据该方式的三维装置，可以将长度较短的第一纤维材料和长度较长的第二纤维材料组合以相互弥补强度的方式在塑化材料中混合，因此可以容易地提高在各个方向上的三维造型物的强度。

Claims (11)

1.一种三维造型物的制造方法，其特征在于，具有：
塑化工序，使包含第一纤维材料和热塑性树脂的造型用材料的至少一部分塑化，生成用于造型三维造型物的从喷嘴开口喷出的塑化材料；
纤维导入工序，具有在所述造型用材料或者从所述喷嘴开口喷出之前的所述塑化材料中导入比所述第一纤维材料长的第二纤维材料的工序、和在从所述喷嘴开口喷出之后的所述塑化材料中导入所述第二纤维材料的工序中的任一工序；以及
造型工序，对包含所述第一纤维材料和所述第二纤维材料的所述三维造型物进行造型。
2.根据权利要求1所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，
所述造型工序具有：
第一造型工序，形成作为所述三维造型物的一部分的包含所述第一纤维材料和所述第二纤维材料的第一部位；以及
第二造型工序，形成作为所述三维造型物的一部分的包含所述第一纤维材料且不包含所述第二纤维材料的第二部位。
3.根据权利要求1或2所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，
所述造型工序具有：
移动工序，使支承所述三维造型物的工作台与具有所述喷嘴开口的喷嘴部相对移动；以及
导入速度控制工序，响应于所述移动工序中的所述喷嘴部与所述工作台的相对移动速度，变更将所述第二纤维材料导入所述造型用材料或者所述塑化材料的导入速度。
4.根据权利要求1所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，
所述塑化工序具有如下工序，即，在具有：扁平螺杆，具有形成有槽部的槽形成面；对面部，具有与所述槽形成面相对的相对面，且形成有与所述喷嘴开口连通的连通孔；以及加热器，对所述扁平螺杆或者所述对面部进行加热的塑化装置中，
通过所述扁平螺杆的旋转和所述加热器的加热，在使供给至所述扁平螺杆与所述对面部之间的所述造型用材料塑化的同时将其导向所述连通孔。
5.根据权利要求4所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，
在所述扁平螺杆中形成有在所述槽形成面上开口且与所述连通孔连通的贯通孔，
所述纤维导入工序包括将所述第二纤维材料通过所述贯通孔导入从所述喷嘴开口喷出之前的所述塑化材料的工序。
6.根据权利要求5所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，
具有压力控制工序，将所述贯通孔内的压力控制得比所述连通孔内的压力高。
7.根据权利要求4所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，
在所述槽形成面或者所述相对面中形成有用于将所述第二纤维材料从所述扁平螺杆或者所述对面部的侧方导向所述连通孔的导入槽，
所述纤维导入工序包括将所述第二纤维材料通过所述导入槽导入所述造型用材料的工序。
8.根据权利要求1所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，
具有切断工序，切断所述第二纤维材料。
9.根据权利要求8所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，
所述切断工序具有通过使设置于所述喷嘴开口的上游并对所述塑化材料的喷出量进行控制的喷出量控制机构动作来切断所述第二纤维材料的工序。
10.根据权利要求9所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，
所述喷出量控制机构通过电机驱动，
所述纤维导入工序具有将所述电机产生的驱动力传递至所述第二纤维材料的输送部用作所述第二纤维材料的输送力的工序。
11.一种三维造型装置，其特征在于，具有：
塑化部，使包含第一纤维材料和热塑性树脂的造型用材料的至少一部分塑化，生成用于造型三维造型物的塑化材料；
喷出部，具有用于喷出所述塑化材料的喷嘴开口；
纤维导入部，具有在所述造型用材料或者从所述喷嘴开口喷出之前的所述塑化材料中导入比所述第一纤维材料长的第二纤维材料的功能、和在从所述喷嘴开口喷出之后的所述塑化材料中导入所述第二纤维材料的功能中的任一功能；以及
控制部，对所述塑化部、所述喷出部和所述纤维导入部进行控制，造型包含所述第一纤维材料和所述第二纤维材料的所述三维造型物。
CN202210166827.4A 2021-02-26 2022-02-23 三维造型物的制造方法及三维造型装置 Pending CN115042434A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021029760A JP2022131037A (ja) 2021-02-26 2021-02-26 三次元造形物の製造方法、および、三次元造形装置
JP2021-029760 2021-02-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115042434A true CN115042434A (zh) 2022-09-13

Family

ID=83006822

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210166827.4A Pending CN115042434A (zh) 2021-02-26 2022-02-23 三维造型物的制造方法及三维造型装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11964423B2 (zh)
JP (1) JP2022131037A (zh)
CN (1) CN115042434A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106573413A (zh) * 2014-05-27 2017-04-19 学校法人日本大学 三维打印***、三维打印方法、成型装置、含纤维物体及其制造方法
CN108712960A (zh) * 2016-01-15 2018-10-26 马克弗巨德有限公司 3d打印零件中的连续和随机增强
WO2019114709A1 (zh) * 2017-12-15 2019-06-20 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司 一种纤维增强树脂基复合材料三维打印成形方法
WO2020004659A1 (ja) * 2018-06-29 2020-01-02 株式会社Ihi 三次元造形装置及び三次元造形方法
CN111231306A (zh) * 2018-11-28 2020-06-05 精工爱普生株式会社 三维造型装置以及三维造型物的制造方法
JP2020097121A (ja) * 2018-12-17 2020-06-25 セイコーエプソン株式会社 三次元造形装置および三次元造形物の製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107399076B (zh) * 2013-03-22 2020-03-27 格雷戈里·托马斯·马克 三维打印
JP7043807B2 (ja) 2017-11-30 2022-03-30 セイコーエプソン株式会社 溶融材料供給装置、三次元造形装置、複合材料の製造方法
US10919222B2 (en) * 2017-12-29 2021-02-16 Continuous Composites Inc. System and method for additively manufacturing functional elements into existing components
JP7272132B2 (ja) 2019-06-21 2023-05-12 セイコーエプソン株式会社 流量調節装置、三次元造形装置および射出成形装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106573413A (zh) * 2014-05-27 2017-04-19 学校法人日本大学 三维打印***、三维打印方法、成型装置、含纤维物体及其制造方法
CN108712960A (zh) * 2016-01-15 2018-10-26 马克弗巨德有限公司 3d打印零件中的连续和随机增强
WO2019114709A1 (zh) * 2017-12-15 2019-06-20 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司 一种纤维增强树脂基复合材料三维打印成形方法
WO2020004659A1 (ja) * 2018-06-29 2020-01-02 株式会社Ihi 三次元造形装置及び三次元造形方法
CN111231306A (zh) * 2018-11-28 2020-06-05 精工爱普生株式会社 三维造型装置以及三维造型物的制造方法
JP2020097121A (ja) * 2018-12-17 2020-06-25 セイコーエプソン株式会社 三次元造形装置および三次元造形物の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022131037A (ja) 2022-09-07
US11964423B2 (en) 2024-04-23
US20220274316A1 (en) 2022-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109421269B (zh) 造型材料供给装置、三维造型装置
JP7159814B2 (ja) 三次元造形装置、および、三次元造形物の製造方法
CN109318475B (zh) 三维成型装置以及三维成型装置的控制方法
CN108472884B (zh) 用于利用纤维输送装置制造三维物体的设备和方法
EP3117982A1 (en) 3d printing system and process
CN110774577A (zh) 三维造型装置以及三维造型物的制造方法
JP7115088B2 (ja) 三次元造形装置および三次元造形物の製造方法
CN110171130B (zh) 三维造型物的制造方法以及造型装置
JP7139864B2 (ja) 三次元造形システム、および、データ生成装置
JP7172566B2 (ja) 三次元造形装置、および、三次元造形物の製造方法
CN110271180B (zh) 三维造型***、数据生成装置以及生成造型数据的方法
JP2019081263A (ja) 溶融材料供給装置、三次元造形装置
US20230330929A1 (en) Method and apparatus for the additive manufacture of a product
CN115042434A (zh) 三维造型物的制造方法及三维造型装置
US11951686B2 (en) Method for manufacturing three-dimensional shaped object and three-dimensional shaping apparatus
CN115042436A (zh) 三维造型物的制造方法和三维造型装置
CN115916511A (zh) 打印头、打印设备，打印头和打印设备在3d打印方法中的应用以及对应的方法
JP2022037410A (ja) 可塑化装置、射出成形装置、および三次元造形装置
JP7207505B2 (ja) 溶融材料供給装置、三次元造形装置、三次元造形物の製造方法
JP7332001B2 (ja) 三次元造形装置および三次元造形装置の制御方法
JP2023026509A (ja) 溶融材料供給装置、三次元造形装置、三次元造形物の製造方法
US20240239027A1 (en) Mold injection machine and mold injection method
CN116619742A (zh) 三维造型物的制造方法以及三维造型***
JP2022142102A (ja) 造形データ生成装置
JP2022191647A (ja) 可塑化装置、三次元造形装置および射出成形装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination