JP2018012282A - Three-dimensional molding device and three-dimensional molding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、立体造形装置および立体造形方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus and a three-dimensional modeling method.
立体造形物(三次元造形物)を造形する立体造形装置(三次元造形装置)として、例えば積層造形法で造形するものが知られている。例えば特許文献1には、造形層の面が凹凸を有するように造形液を吐出して立体造形物を造形する技術が開示されている。
As a three-dimensional modeling apparatus (three-dimensional modeling apparatus) for modeling a three-dimensional modeled object (three-dimensional modeled object), for example, one that models by a layered modeling method is known. For example,
しかしながら特許文献1に開示された技術では、造形液の吐出密度にむらが生じて立体造形物の強度が低下する、という問題が有る。
However, the technique disclosed in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、造形液の吐出密度にむらがなく、造形物の積層方向の強度を大きくすることができる立体造形装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a three-dimensional modeling apparatus that can increase the strength in the stacking direction of a modeled object without unevenness in the discharge density of the modeling liquid.
上述した課題を解決するために、本発明の立体造形装置は、粉体層を形成する粉体層形成部と、前記粉体層形成部に設けられ、前記粉体層の表面に凹みを形成する凹み形成部と、前記凹み形成部により凹みが形成された前記粉体層に造形液を吐出する液体吐出部と、
を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the three-dimensional modeling apparatus of the present invention is provided with a powder layer forming unit that forms a powder layer, and a recess formed on the surface of the powder layer. A dent forming part, and a liquid discharge part for discharging a modeling liquid to the powder layer in which a dent is formed by the dent forming part,
It is characterized by providing.
本発明によれば、造形液の吐出密度にむらがなく、造形物の積層方向の強度を大きくすることができる。 According to the present invention, there is no unevenness in the discharge density of the modeling liquid, and the strength in the stacking direction of the modeled object can be increased.
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明を適用する立体造形装置の一例の概要について図1を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. An outline of an example of the three-dimensional modeling apparatus to which the present invention is applied will be described with reference to FIG.
(第1の実施形態)
この立体造形装置は、粉体造形装置(粉末造形装置ともいう。)である。図1に示すように、立体造形装置は造形部1と、造形ユニット5を備える。造形部1は、粉体(粉末)が結合された層状造形物が形成される。造形ユニット5は、造形部1の層状に敷き詰められた粉体層に造形液10を吐出して立体造形物を造形する。
(First embodiment)
This three-dimensional modeling apparatus is a powder modeling apparatus (also referred to as a powder modeling apparatus). As shown in FIG. 1, the three-dimensional modeling apparatus includes a
まず、造形部1の詳細について図2、図3を用いて説明する。ここで、X方向とは図1における左右方向であり、Y方向は図1における上下方向である。Z方向とは、図2における上下方向(図1における表裏方向)である。図2は造形部1をX方向から見た断面図、図3は造形部1の要部をX方向から見た断面図である。
First, the detail of the
図1と図2に示すように、造形部1は、粉体槽11を有する。粉体槽11は、供給槽21と、造形槽22と、余剰粉体受け槽29と、ローラ部材100aと、粉体除去板13を備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
供給槽21は、造形槽22に供給する粉体20を保持する。供給槽21の底部は供給ステージ23として鉛直方向(高さ方向)に昇降自在となっている。
The
造形槽22は、層状造形物30が積層されて立体造形物が造形される。造形槽22の底部は造形ステージ24として鉛直方向(高さ方向)に昇降自在となっており、造形ステージ24上に層状造形物30が積層された立体造形物が造形される。
In the
余剰粉体受け槽29は、粉体層31を形成するときに、後述するローラ部材100aによって移送供給される粉体20のうち、粉体層31を形成しないで落下する余剰の粉体20を溜める。余剰粉体受け槽29の底面は、粉体20を吸引する機構が備えられた構成や、余剰粉体受け槽29が簡単に取り外せるような構成となっている。
When the
供給ステージ23は、モータ27によって矢印Z方向(高さ方向)に昇降され、造形ステージ24は、モータ28によって矢印Z方向に昇降される。
The
ローラ部材100aは粉体層形成部の一例であり、粉体層を形成する。より具体的には、ローラ部材100aは、供給槽21の供給ステージ23上に供給された粉体20を造形槽22に移送し、粉体20を敷いて粉体層31を形成する。
The
ローラ部材100aは、造形ステージ24のステージ面(粉体20が積載される面)に沿って矢印Y方向に、ステージ面に対して相対的に往復移動可能に配置され、往復移動機構25によって移動される。また、ローラ部材100aは、モータ26によって図3の矢印A方向に回転駆動される(即ち、ローラ部材100aは回転部材の一例である)。
The
ここで、本実施形態のローラ部材100aの詳細を説明する。図4は、ローラ部材100aの詳細な構造を示す図である。図4に示すように、ローラ部材100aは、凹み形成部の一例である凹凸150aを有する。凹凸150aは、ローラ部材100aのうち粉体層31を形成する面を示す形成面に設けられている。形成面とは、ローラ部材100aが有する面のうち、粉体20に接して粉体20を押しながら敷いていき、粉体層31を形成する面である。
Here, the detail of the
凹凸150aは、複数の隆起部102aと、複数の隆起部102aの谷となる谷部104aからなる。隆起部102aは、ローラ部材100aの軸方向の位置によってローラ部材100aの半径を変化させることで形成されているが、これに限られるものではない。例えば、同一円周上の半径を一定とせず、同一円周上に複数の隆起部102aを形成してもよい。
The
粉体除去板13は、ローラ部材100aおよび凹凸150の周面に接触して、ローラ部材100aに付着した粉体20を除去する。粉体除去板13は、ローラ部材100aおよび凹凸150aの周面に接触した状態で、ローラ部材100aとともに移動する。
The
次に、造形ユニット5の構成について説明する。図2に示すように、造形ユニット5は、液体吐出ユニット50を備えている。液体吐出部である液体吐出ユニット50は、造形ステージ24上の粉体層31に造形液10を吐出する。
Next, the configuration of the
液体吐出ユニット50は、キャリッジ51と、キャリッジ51に搭載された2つ(1又は3つ以上でもよい。)の液体吐出ヘッド(以下、単に「ヘッド」という。)52a、52bを備えている。
The
キャリッジ51は、ガイド部材54及び55に移動可能に保持されている。ガイド部材54及び55は、両側の側板70、70に昇降可能に保持されている。
The
このキャリッジ51は、後述するX方向走査機構550を構成するX方向走査モータによってプーリ及びベルトを介して主走査方向である矢印X方向(以下、単に「X方向」という。他のY、Zについても同様とする。)に往復移動される。
The
2つのヘッド52a、52b(以下、区別しないときは「ヘッド52」という。)は、造形液10を吐出する複数のノズルを配列したノズル列がそれぞれ2列配置されている。一方のヘッド52aの2つのノズル列は、ローラ部材100aによって凹みが形成された粉体層31に、シアン造形液及びマゼンタ造形液を吐出する。他方のヘッド52bの2つのノズル列は、ローラ部材100aによって凹みが形成された粉体層31に、イエロー造形液及びブラック造形液を吐出する。なお、ヘッド構成はこれに限るものではない。
Two
これらのシアン造形液、マゼンタ造形液、イエロー造形液、ブラック造形液の各々を収容した複数のタンク60がタンク装着部56に装着され、供給チューブなどを介してヘッド52a、52bに供給される。
A plurality of
また、液体吐出ユニット50は、ガイド部材54、55とともに矢印Z方向に昇降可能に配置され、後述するZ方向昇降機構551によってZ方向に昇降される。
Further, the
また図1に示すように、造形ユニット5は、メンテナンス機構61を備える。メンテナンス機構61は、X方向の一方側に備えられ、液体吐出ユニット50のヘッド52の維持回復を行う。
As shown in FIG. 1, the
メンテナンス機構61は、主にキャップ62とワイパ63で構成される。キャップ62は、ヘッド52のノズル面(ノズルが形成された面)に密着し、ノズルから造形液10を吸引する。ノズルに詰まった粉体20の排出や高粘度化した造形液10を排出するためである。
The
ワイパ63は、ノズルのメニスカス形成(ノズル内は負圧状態である)のため、ノズル面をワイピング(払拭)する。また、メンテナンス機構61は、造形液10の吐出が行われない場合に、ヘッド52のノズル面をキャップ62で覆い、粉体20がノズルに混入することや造形液10が乾燥することを防止する。
The
さらに、造形ユニット5は、スライダ部72を有する。スライダ部72は、ベース部材7上に配置されたガイド部材71に移動可能に保持されており、造形ユニット5全体がX方向と直交するY方向(副走査方向)に往復移動可能である。
Further, the
この造形ユニット5は、後述するY方向走査機構552によって全体がY方向に往復移動される。
The
ここで、造形部1の詳細について説明する。
Here, the detail of the
図2と図3に示すように、粉体槽11は、箱型形状をなし、供給槽21と造形槽22と、余剰粉体受け槽29の3つの上面が開放された槽とを備えている。供給槽21内部には供給ステージ23が、造形槽22内部には造形ステージ24がそれぞれ昇降可能に配置される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
供給ステージ23の側面は供給槽21の内側面に接するように配置されている。造形ステージ24の側面は造形槽22の内側面に接するように配置されている。これらの供給ステージ23及び造形ステージ24の上面は水平に保たれている。
The side surface of the
造形槽22の隣りには余剰粉体受け槽29が設けられている。
An excess
余剰粉体受け槽29には、粉体層31を形成するときにローラ部材100aによって移送供給される粉体20のうちの余剰の粉体20が落下する。余剰粉体受け槽29に落下した余剰の粉体20は供給槽21に粉体20を供給する粉体供給装置に戻される。
The
供給槽21上には粉体供給装置554が配置される。粉体供給装置554は、造形の初期動作時や供給槽21の粉体量が減少した場合に、粉体供給装置554を構成するタンク内の粉体を供給槽21に供給する。粉体供給のための粉体搬送方法としては、スクリューを利用したスクリューコンベア方式や、エアーを利用した空気輸送方式などが挙げられる。
A
粉体供給装置554がY方向に移動するローラ部材100と接触しないように、粉体供給装置554をY方向に移動可能な構成としても良いし、Z方向に退避する構成としても良く、供給槽21に粉体20を供給できる構成であればこれらの構成に限らない。
The
また、ローラ部材100aは、造形槽22及び供給槽21の内寸(即ち、粉体が供される部分又は仕込まれている部分の幅)よりも長い棒状部材であり、往復移動機構25によってステージ面に沿ってY方向(副走査方向)に往復移動される。
The
このローラ部材100aは、モータ26によって図3の矢印A方向に回転しながら、供給槽21の外側から供給槽21及び造形槽22の上方を通過するようにして水平移動する。これにより、粉体20が造形槽22上へと移送供給され、ローラ部材100が造形槽22上を通過しながら粉体層31が形成される。
The
次に、上記立体造形装置の制御部について図5を参照して説明する。図5は同制御部のブロック図である。 Next, the control unit of the three-dimensional modeling apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a block diagram of the control unit.
図5に示すように、制御部500は、主制御部500Aを備える。主制御部500Aは、CPU501と、ROM502と、RAM503を備える。
As shown in FIG. 5, the
CPU501は、この立体造形装置全体の制御を司る。ROM502は、CPU501に本実施形態に係わる制御を含む立体造形動作の制御を実行させるためのプログラムを含むプログラム、その他の固定データを格納する。RAM503は、造形データ等を一時格納する。
The
さらに、制御部500は、不揮発性メモリ(NVRAM)504と、ASIC505と、I/F506を備える。
The
不揮発性メモリ(NVRAM)504は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持する。 A non-volatile memory (NVRAM) 504 holds data even when the power of the apparatus is shut off.
ASIC505は、制御部500は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理する。
In the
I/F506は、外部の造形データ作成装置600から造形データを受信するときに使用するデータ及び信号の送受を行う。なお、造形データ作成装置600は、最終形態の造形物を各造形層にスライスした造形データを作成する装置であり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置で構成されている。
The I /
さらに、制御部500は、I/O507と、ヘッド駆動制御部508を備える。
Further, the
I/O507は、各種センサの検知信号を取り込む。ヘッド駆動制御部508は、液体吐出ユニット50の各ヘッド52を駆動制御する。
The I /
さらに、制御部500は、モータ駆動部510と、モータ駆動部511と、モータ駆動部512を備える。
Furthermore, the
モータ駆動部510は、液体吐出ユニット50のキャリッジ51をX方向(主走査方向)に移動させるX方向走査機構550を構成するモータを駆動する。
The
モータ駆動部511は、液体吐出ユニット50のキャリッジ51をZ方向に移動(昇降)させるZ方向昇降機構551を構成するモータを駆動する。なお、矢印Z方向への昇降は造形ユニット5全体を昇降させる構成とすることもできる。
The
モータ駆動部512は、造形ユニット5をY方向(副走査方向)に移動させるY方向走査機構552を構成するモータを駆動する。
The motor driving unit 512 drives a motor that constitutes a Y-
さらに、制御部500は、モータ駆動部513と、モータ駆動部514と、モータ駆動部515と、モータ駆動部516を備える。
Further, the
モータ駆動部513は、供給ステージ23を昇降させるモータ27を駆動する。モータ駆動部514は、造形ステージ24を昇降させるモータ28を駆動する。モータ駆動部515は、ローラ部材100を移動させる往復移動機構25のモータ553を駆動する。モータ駆動部516は、ローラ部材100aを回転駆動するモータ26を駆動する。
The
さらに、制御部500は、供給系駆動部517と、メンテナンス駆動部518を備える。
Further, the
供給系駆動部517は、供給槽21に粉体20を供給する粉体供給装置554を駆動する。メンテナンス駆動部518は、液体吐出ユニット50のメンテナンス機構61を駆動する。
The supply
さらに、制御部500は、後供給駆動部519と、モータ駆動部520を備える。
Further, the
後供給駆動部519は、粉体後供給部80から粉体20の供給を行わせる。モータ駆動部520は、制御部500は、後述する粉体回収部90の移送スクリュー97、97を回転駆動するモータ555を駆動する。
The post
さらに、制御部500のI/O507には、温湿度センサ560が接続される。温湿度センサ560は、装置の環境条件としての温度及び湿度を検出する。
Further, a temperature /
さらに、制御部500には、操作パネル522が接続される。操作パネル522は、必要な情報の入力及び表示を行う。
Furthermore, an
なお、造形データ作成装置600と立体造形装置(粉体積層造形装置)601によって造形装置が構成される。
The modeling apparatus is configured by the modeling
次に、造形データ作成装置600が行う造形データ作成の一例について説明する。
Next, an example of modeling data creation performed by the modeling
まず、所望する立体データ(例えばSTLなどのCADデータ)を積層方向(即ちZ方向)で分断して、複数のスライスデータとする。 First, desired three-dimensional data (for example, CAD data such as STL) is divided in the stacking direction (that is, the Z direction) to obtain a plurality of slice data.
そして、各スライスデータの各X座標と各Y座標に対応した液滴吐出の有無や、液滴の大きさ、液滴の種類、などを決定し、これを造形データとする。 And the presence or absence of the droplet discharge corresponding to each X coordinate of each slice data and each Y coordinate, the size of a droplet, the kind of droplet, etc. are determined, and this is made into modeling data.
なお、上記の造形データの作成方法は一例であり、これに限るものでなく、造形データ作成装置を別体のPCで行うこともできるし、所望する立体データのスライスデータへの変換を必須とするものではない。 In addition, the creation method of the above modeling data is an example, and the present invention is not limited to this. The modeling data creation apparatus can be performed on a separate PC, and conversion of desired stereoscopic data into slice data is essential. Not what you want.
次に、造形の流れについて図6を参照して説明する。図6は造形の流れの説明に供する模式的説明図である。 Next, the flow of modeling will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic explanatory diagram for explaining the flow of modeling.
造形槽22の造形ステージ24上に、1層目の層状造形物30が形成されている状態から説明する。
A description will be given from a state in which the first
まず図6(a)に示すように、1層目の層状造形物30上に次の層状造形物30を形成するときには、供給槽21の供給ステージ23をZ1方向に上昇させ、造形槽22の造形ステージ24をZ2方向に下降させる。
First, as shown in FIG. 6A, when the next
このとき、粉体層31表面とローラ部材100aの下部との間隔がΔt1となるように造形ステージ24の下降距離を設定する。この間隔Δt1が次に形成する粉体層31の厚さ(即ち、積層ピッチ)に相当する。積層ピッチΔt1は、数10〜100μm程度であることが好ましい。
At this time, the descending distance of the
次いで、図6(b)に示すように、供給槽21の上面レベルよりも上方に位置する粉体20を、ローラ部材100aを順方向(矢印方向)に回転しながらY2方向(造形槽22側)に移動することで、粉体20を造形槽22へと移送供給する(粉体供給)。
Next, as shown in FIG. 6B, the
さらに、図6(c)に示すように、ローラ部材100aを造形槽22の造形ステージ24のステージ面と平行に移動させて、造形槽22に粉体20を供給して粉体層31を形成する。先述したようにローラ部材100aは凹凸150aを有するため、このとき形成された粉体層31の表面は凹凸150aの形状に沿うようにして凹んでいる。このように、表面に凹みを有する粉体層31を形成する工程を粉体層形成工程と呼ぶ。以降、図7を用いて、粉体層形成工程についての詳細を説明する。
Further, as shown in FIG. 6C, the
図7は、本実施形態の粉体層形成工程における、粉体層31のX方向の模式断面図である。上述したように、本実施形態では、凹凸150aは、ローラ部材100aが有する面のうち、粉体層31を形成する面を示す形成面に設けられている。ローラ部材100aは、Y方向にある図示しない供給槽21から、造形槽22上の粉体層31の上面を通過するようにして移動しながら回転する。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view in the X direction of the
このときローラ部材100aは、供給槽21から粉体20を押しながら敷くようにして、粉体20を造形槽22上に供給して粉体層31としつつ、凹凸150aが粉体層31の表面に凹み106aを形成する。凹み106aは、隆起部102aの形状に対応するようにして形成される。
At this time, the
隆起部102aの高さは、積層ピッチΔt1よりも小さいことが好ましい。これは、隆起部102aによって、下層にある結合済みの層状造形物30に干渉することを防ぐためである。具体的には、積層ピッチΔt1が100μmであるとき、隆起部102aが接触しない粉体層の厚さは50%程度(即ち50μm以下)であることが望ましい。
The height of the raised
隆起部102aの間隔(隣り合う隆起部102aの頂点と頂点との間のX方向の間隔)は、凹み106aの傾斜が崩壊しない程度に広げることが好ましい。具体的には、粉体20の安息角が30度で、隆起部102aの高さが50μmのときは、隆起部102aの間隔は87μm以上であることが望ましい。間隔を100μmとすると傾斜は約27度となり、粉体20の安息角を下回るので造形が安定する。またこの場合、ローラ部材100aには軸方向の長さ1mmあたりに12個の隆起部102aを備える。
The interval between the raised
具体例として、隆起部102aの高さを50μm、隆起部102aの間隔を100μmとすると、凹みの傾斜は約27度となり、凹みの無い平坦な場合と比較して約12%の面積が増加する。
As a specific example, when the height of the raised
図6に戻り、以降の造形工程について説明する。先述した粉体層形成工程により、造形ステージ24の層状造形物30上で所定の積層ピッチΔt1になる粉体層31が形成される。このとき、図6(c)に示すように、粉体層31の形成に使用されなかった余剰の粉体20は余剰粉体受け槽29に落下する。
Returning to FIG. 6, the subsequent modeling process will be described. By the powder layer forming process described above, the
また、この凹みによって積層ピッチΔt1の大きさがやや変化することになるが、数10〜100μm程度という範囲を逸脱しない程度の変化であれば問題ない。以上が、粉体層形成工程の詳細説明である。 Moreover, although the magnitude | size of lamination | stacking pitch (DELTA) t1 will change a little by this dent, if it is a change of the grade which does not deviate from the range of about several 10-100 micrometers, there is no problem. The above is the detailed description of the powder layer forming step.
粉体層31を形成後、ローラ部材100aは、図6(d)に示すように、Y1方向に移動されて初期位置(原点位置)に戻される(復帰される)。このとき、ローラ部材100aは、図6cで説明した平行移動時と同じ高さで戻されてもよいし、ローラ部材100aの両端にモータを用いた昇降機構や、段差を有するレールを設けて、図6(c)で説明した平行移動時よりも高い高さで戻されてもよい。
After forming the
その後、図6(e)に示すように、液体吐出ユニット50のヘッド52から造形液10の液滴を吐出して、粉体層31に層状造形物30を積層形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 6E, droplets of the
なお、層状造形物30は、例えば、ヘッド52から吐出された造形液10が粉体20と混合されることで、粉体20に含まれる接着剤が溶解し、溶解した接着剤同士が結合して粉体20が結合されることで形成される。
Note that the
このように、ローラ部材100aにより形成された粉体層31に造形液10を吐出して、粉体層31中の粉体20が所要形状に結合された層状造形物30を形成する工程を、層状造形物形成工程と呼ぶ。なお所要形状とは、最終的に立体造形物の一部を形成する形状のことである。
In this way, the step of discharging the
次いで、上述した粉体層形成工程と、層状造形物形成工程を繰り返す。このとき、新たな層状造形物30とその下層の層状造形物30とは一体化して立体造形物の一部を構成し、上記工程を必要な回数繰り返すことによって、立体造形物(三次元形状造形物とも言う)を形成する。
Next, the above-described powder layer forming step and the layered object forming step are repeated. At this time, the new
そして、凹み106aが形成された粉体層31に造形液10を吐出することで層状造形物30とする。造形ユニット5(吐出ユニット50)は、造形データに基づいて、粉体層31に造形液10を吐出する。より具体的には、造形ユニット5は、造形データに含まれる複数の画素のうち造形液10の吐出が指定された画素群に対応する粉体層31上の領域に対して、造形液10を吐出する。以上が造形の流れであり、これを繰り返すことによって立体造形物を造形する。
And it is set as the layered
次に、図8で本実施形態により造形された立体造形物の詳細について説明する。図8は、本実施形態により形成された立体造形物の模式断面図である。図8は、粉体20と、粉体層31と、層状造形物30と、立体造形物の模式図である。図8(a)は、粉体層31になる前の粉体20の様子を表す。図8(b)は、粉体20が、粉体層形成工程によって粉体層31となった様子を表す。このときの粉体層31は凹み106aを有する。
Next, the details of the three-dimensional modeled object modeled according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a three-dimensional structure formed according to this embodiment. FIG. 8 is a schematic diagram of the
図8(c)は、粉体層31の一部が、層状造形物形成工程によって層状造形物30となった様子を表す。なお、造形液10が吐出されなかった範囲においては、粉体層31は結合されない。
FIG. 8C shows a state in which a part of the
図8(d)は、粉体層形成工程と層状造形物形成工程を繰り返すことによって層状造形物30が積層されている様子を表す。積層された層状造形物30が、立体造形物となる。
FIG. 8D shows a state in which the layered
このとき、粉体層31の表面は各層状造形物30が結着する境界(図8中に示す)になるが、境界が平坦な場合と比較して、境界が凹みを有する場合のほうが境界の面積が大きくなり、立体造形物の強度を大きくすることができる。
At this time, the surface of the
ここで、造形液10の吐出パラメータ(例えば、各座標における吐出量や吐出滴数)を複雑にして層状造形物30に凹みを形成する場合は、造形液10の吐出密度にむらができてしまい、かえって造形物の強度が低下するおそれがある。
Here, when the dent is formed in the layered
例えば上述の特許文献1に開示された技術では、凹みを有する層状造形物の形成にあたって、凹みを形成する領域に対してのみ造形液を吐き出す制御(即ち、造形液を選択的に吐出する制御)を行う必要がある。もしくは、凹みを形成する領域に対しては、凹みが形成されない領域よりも多くの造形液を吐出する必要がある。
For example, in the technique disclosed in
そのため、該領域の全体にわたって造形液を連続的に(もしくは均一に)吐き出す構成に比べて、造形液の吐出密度にむらができてしまい、かえって立体造形物の強度が低下するおそれがある。さらに、上述したような造形液を選択的に吐き出す制御では、造形液の吐出位置や吐出タイミングの制御が複雑になる上、特殊な造形データ(つまり、造形液を選択的に吐き出すことを指定可能な造形データ)が必要になり、吐出制御が複雑化するという問題もある。 Therefore, compared with the structure which discharges modeling liquid continuously (or uniformly) over the whole area | region, the discharge density of modeling liquid will be uneven, and there exists a possibility that the intensity | strength of a three-dimensional molded item may fall on the contrary. Furthermore, in the control for selectively discharging the modeling liquid as described above, the control of the discharge position and timing of the modeling liquid becomes complicated, and special modeling data (that is, it can be specified to selectively discharge the modeling liquid) There is a problem that discharge control is complicated.
それに対して本実施形態では、層状造形物30になる前の粉体層31そのものが凹みを有している。そのため、粉体層31のうち層状造形物30が形成される領域に対して造形液10を選択的に吐出する制御(該領域に凹凸を形成するための制御)を行う必要が無く、該領域の全体にわたって造形液10を連続的に吐出する制御を行うことができる。これにより、造形液10の吐出密度にむらができることを抑制できるので、造形物の強度をより大きくすることができる。
On the other hand, in this embodiment, the
また、本実施形態では、粉体層31のうち層状造形物30が形成される領域に対して造形液10を選択的に吐出することを指定可能な特殊な造形データは不要になる。さらに、粉体層31のうち層状造形物30が形成される領域の全体にわたって造形液10を連続的に吐出する制御を行う場合の方が、該領域に対して造形液10を選択的に吐出する制御を行う場合に比べて、造形液10の吐出位置や吐出タイミングの制御が簡易になる。したがって、吐出制御を簡素化できる。
Moreover, in this embodiment, the special modeling data which can designate selectively discharging the
なお本実施形態では、凹み106aは隆起部102aの形状に対応して形成されるとしたが、最終的な粉体層31の表面形状を少なくとも平坦ではない形状にできればよく、凹み106aが形成される要因を隆起部102aに限定するものではない(以降の変形例や実施形態においても同様である)。
In the present embodiment, the
(第1の実施形態の変形例1)
図9を用いて、第1実施形態の変形例1を説明する。図9は、本変形例で粉体層形成部として設けたローラ部材100bの詳細図である。なお、以降の実施形態の説明においてローラ部材100aとローラ部材100bを区別しない場合は、ローラ部材100と称する。
(
A first modification of the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a detailed view of the
図9に示すように、ローラ部材100bは、ローラ部材100bの粉体層31を形成する形成面104bと、形成面104bから突出して設けられた複数の突出部102bとの組み合わせからなる凹凸150bを有する。本変形例における形成面104bは、隆起部102aのような起伏形状を持たない面である。突出部102bは、該形成面104bから突出するように設けられている。より具体的には、突出部102bは、円筒状の部材の表面(形成面104bに相当)から突出したピン形状の部分を意味する。ここでは、ローラ部材100bの1つの円周上に3つの突出部102bを設けたが、突出部102bの数をこれに限るものではない。
As shown in FIG. 9, the
凹凸150bは粉体層31の表面に凹み106bを形成する。凹み106bは、突出部102bの形状に対応するようにして形成される。
The
次に、図10を用いてX方向から見た凹み106bの形状について説明する。図10は、凹凸150bによって粉体層31に形成された凹み106bの模式図である。
Next, the shape of the
ローラ部材100bは、図中の矢印A方向に回転しながら、Y方向に移動するため、凹み106bのZ方向高さが変化する。(この例では、凹み106bがZ方向に波打つように形成される。)このように、ローラ部材100bに突出部102bを設けた場合はY方向に沿ったZ方向高さも変化するため、ローラ部材100aを用いたとき(凹み形成部として隆起部102aを設けたとき)よりも、さらに結着面積が増加する。凹み106bのX方向の幅は微小なため、流動性の低い粉体20(即ち、粉体層31になったときの形状が変化しにくい粉体)に対してはこの変形例1が特に有効である。
Since the
また、同一円周上における突出部102bの数や間隔等や、ローラ部材100bの移動速度等は、適宜変更可能である。下記に、変更例とその効果について述べる。
Further, the number and interval of the
図11は、図中の断面における突出部102bの数を1つとした場合の、粉体層31に形成された凹み106bをX方向から見た断面図である。この場合、突出部102bが粉体層31に接触するときと接触しないときがあるため、図12に示す平面図のように、Y方向に非連続な凹み106bを形成することができる。
FIG. 11 is a cross-sectional view of the
このように、凹凸の形状は1つに限られるものではなく、突出部102bの数や間隔および、ローラ部材100bの回転速度や移動速度等を変更することで、凹み106bのZ方向高さと連続性(即ち、粉体層31の表面積)を変化させ、立体造形物の強度を調節することも可能である。もちろんこれは、図7で説明したローラ部材100aを用いた場合においても同様である。
As described above, the shape of the concave and convex portions is not limited to one, and the height and continuity of the
また、図13は、凹み106bと造形液10の吐出間隔を示す図である。本実施形態では、図13に示すように、造形液10の吐出間隔は、凹み106bの間隔とできるだけ同程度にすることが望ましい。これは、突出部102bの間隔と造形液10の吐出間隔が等しい場合に造形液10の浸透範囲にムラが生じにくくなり、各粉体層間がより等方的に結着して強度が大きくなるからである。またこれは、他の実施形態についても適用可能である。
FIG. 13 is a diagram showing the discharge interval between the
造形液10の吐出間隔は、X方向走査するヘッド52の走査速度と、ヘッド52が造形液10を吐出するタイミング等を調整することで決めることできる。
The discharge interval of the
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について図14を用いて説明する。図14は、第2の実施形態の造形部1をX方向から見た断面図を示す。図14では、ローラ部材100aの進行方向(即ち、供給槽21から造形槽22に向かう方向)において、ローラ部材100aの前方に平坦化ローラ12がある。平坦化ローラ12は平坦化部の一例であり、図中のA方向に回転しながら、供給槽21から造形槽22に向かう方向に移動する。そして、供給槽21にある粉体20を押し出すようにして、粉体20を造形槽22へと移動させ、表面が平坦な粉体層31を形成する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a cross-sectional view of the
平坦化ローラ12の上方には粉体除去板13が設けられている。粉体除去板13は、平坦化ローラ12に付着した粉体20を除去することで、粉体20が平坦な粉体層31の表面に再付着することを防ぐ。粉体除去板13は、平坦化ローラ12に触れるように配置しても良いし、微小な隙間を設けるように配置してもよい(ローラ部材100aに対応する粉体除去板13においても同様である)。
A
次に、本実施形態における粉体層形成工程について説明する。図14に示す平坦化ローラ12は、供給槽21から造形槽22上の粉体層31の上面を通過するようにして移動しながら回転する。このとき、粉体20を造形槽22上に供給しつつ、表面が平坦な粉体層31を形成する。図15は、このときの平坦な粉体層31をY方向からみた断面図である。
Next, the powder layer forming process in this embodiment will be described. The flattening
その後、ローラ部材100が粉体層31の上面を通過するように移動する。このとき、ローラ部材100に設けられた凹凸150が粉体層31に接し、凹み106を形成する。図16は、凹み106が形成された粉体層31をY方向からみた断面図である。なお、ローラ部材100は図4に示す形状でもよいし、図9に示す形状でもよい。
Thereafter, the
即ち本実施形態の粉体層形成工程では、粉体層31に凹み106aを形成する前に、粉体層31の表面を一度平坦にする。そのため、粉体層31の表面が平坦にされたときに、粉体層31中の粉体20の配置が均一化される(即ち、粉体20が粗密なく敷かれる)ため、粉体20の疎密からくる立体造形物の強度のばらつきを低減することができる。
That is, in the powder layer forming process of the present embodiment, the surface of the
また本実施形態では、ローラ部材100の回転方向は図14中のA方向でもB方向でも良い。第1の実施形態のように平坦化ローラ12を設けない場合においては、ローラ部材100が、供給槽21上の粉体20を造形槽22に移動させる必要がある。このときローラ部材100がB方向に回転すると、供給槽21上の粉体20を押すときに、粉体20がローラ部材100の後方に巻き込まれてしまい、形成された粉体層31には先述したような粉体20の粗密が生じるおそれがある。
In the present embodiment, the rotation direction of the
一方、本実施形態では、まず平坦化ローラ12がA方向に回転しつつ、供給槽21上の粉体20を造形槽22へと移動させ、粗密のない粉体層31を形成する。その後にローラ部材100が凹みを形成するため、ローラ部材100がB方向に回転しても、粉体層31中の粉体20の粗密は生じない。
On the other hand, in the present embodiment, first, the flattening
なお、本実施形態において、ローラ部材100aに代えてローラ部材100bを採用しても良い。
In the present embodiment, the
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について図17を用いて説明する。図17は、本実施形態の立体造形装置をZ方向から見たときの平面図である。本実施形態では、Y方向に移動するローラ部材100に加えて、X方向に移動するローラ部材200が備えられている。即ち、本実施形態の立体造形装置はローラ部材(粉体層形成部)を複数備え、複数のローラ部材(粉体層形成部)は、互いに交差する方向に移動する。以下、具体的な内容を説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a plan view of the three-dimensional modeling apparatus according to this embodiment when viewed from the Z direction. In the present embodiment, in addition to the
ローラ部材200は、ローラ部材200の移動方向が、ローラ部材100の移動方向と交差するように配置されており、ローラ部材100と同様に粉体層31に接して凹みを形成する部材である。複数のローラ部材200(粉体層形成部)は、互いに交差する方向に移動する。なお、ローラ部材100の形状は、図4に示す形状でもよいし、図9に示す形状でもよい。
The
また図17に示すように、ローラ部材200に対応するように余剰粉体受け槽29を追加で設けることが望ましい。もちろん、ローラ部材200に対応するように粉体除去板13を設けるのも望ましい。
Further, as shown in FIG. 17, it is desirable to additionally provide an excess
図18および図19には、本実施形態における粉体層31の例を示す。図18は、Y方向に移動するローラ部材100bと、X方向に移動するローラ部材200により形成された粉体層31を、Z方向から見たときの平面図である。図18と図19では、ローラ部材の形状は図7に示す形状としている。
18 and 19 show examples of the
図18に示すように、Y方向に移動するローラ部材100bにより形成された凹み106bと、X方向に移動するローラ部材200により形成された凹み206bが交差するように形成されている。各ローラ部材の移動速度や、突出部102bの数によっては、図19に示すように、非連続な凹みが2方向から形成される。
As shown in FIG. 18, the
これらのように、本実施形態ではX方向に沿う凹みも形成することができるため、粉体層31の表面積をより大きくすることができ、立体造形物の強度をより大きくすることができる。
Thus, in this embodiment, since the dent along the X direction can also be formed, the surface area of the
また、上述した全ての実施形態におけるローラ部材は、図20及び図21で示すブレード部材300a、ブレード部材300bに置き換え可能である(以後、区別しないときはブレード部材300と呼ぶ)。ブレード部材300aは、ベースとなる基板と、基板に設けられたブレード部分(ここでは、隆起部302aもしくは突出部302b)からなる。
The roller members in all the embodiments described above can be replaced with the
例えば図20の例のように、図7で説明した隆起部102aをブレード部分として用いることもできる。図20に示すブレード部材300aは、凹凸350aを有する。凹凸350は、ブレード部材300a(基板)のうち、粉体層31を形成する面を示す形成面に設けられ、複数の隆起部302aと、複数の隆起部302aの谷となる谷部304aとからなる。凹凸350aの構成は、上述の図7で説明したローラ部材100が有する凹凸150aの構成と同様である。ブレード部材300aは、Y方向(もしくはX方向)に移動し、ブレード部分(ここでは、隆起部302a)が粉体層31の表面に接して、粉体層31を削るようにすることで凹みを形成できる。ブレード部材300はローラ部材100のように回転をしないので、凹みの形状はブレード部分の形状に沿って連続的に形成される。
For example, as in the example of FIG. 20, the raised
また、例えば図21の例のように、図9で説明した突出部102b(ピン形状)をブレード部分として用いることもできる。図21に示すブレード部材300bは、ブレード部材300b(基板)のうち、粉体層31を形成する形成面304bと、形成面304bから突出して設けられた複数の突出部302b(図9の突出部102bと同様のピン形状)との組み合わせからなる凹凸350bを有する。形成面304bは、図20の例とは異なり、隆起部302aのような起伏形状を持たない面である。突出部302bは、該形成面304bから突出するように設けられている。凹凸350bの構成は、上述の図9で説明したローラ部材100bが有する凹凸150bの構成と同様である。ブレード部材300bは、Y方向(もしくはX方向)に移動し、ブレード部分(ここでは、突出部302b)が粉体層31の表面に接して、粉体層31を削るようにすることで凹みを形成できる。ブレード部材300bはローラ部材100のように回転をしないので、凹みの形状はブレード部分の形状に沿って連続的に形成される。
Further, for example, as in the example of FIG. 21, the protruding
このように、ローラ部材100の代わりにブレード部材300を用いると、ローラ部材100を回転駆動するためのモータ26が必要ないため、より簡易な構成で効果を得ることができる。従って、粉体層31に形成される凹みが各方向に連続的でも、強度が十分だと使用者が判断したときは、ブレード部材300を用いるのが望ましい。
As described above, when the blade member 300 is used instead of the
また全ての実施形態におけるローラ部材100はメッキ加工されていることが望ましい。状況によっては、装置の反復使用によってローラ部材100の凹凸150が欠損してしまい、凹凸150が欠損したままローラ部材100が移動することで、凹み106を崩壊させて立体造形物の強度を損なうおそれがある。そこで、ローラ部材100にメッキ加工をして耐摩耗性を向上させることで、凹み106の崩壊を抑えることができる。耐摩耗性向上としては、クロムメッキが特に有効である。
In addition, the
また全ての実施形態におけるローラ部材100はフッ素加工されていることが望ましい。状況によっては、ローラ部材100に粉体20が付着し、粉体20が付着したままローラ部材100が移動してしまい、凹み106を崩壊させて立体造形物の強度を損なうおそれがある。そこで、ローラ部材100にフッ素加工をして粉体20に対する付着性低減することで、凹み106の崩壊を抑えることができる。付着性低減としては、フッ素樹脂コーティングが特に有効である。
Moreover, it is desirable that the
1 造形部
5 造形ユニット
12 平坦化ローラ
13 粉体除去板
20 粉体
21 供給槽
22 造形槽
29 余剰粉体受け槽
30 層状造形物
31 粉体層
52 液体吐出ヘッド
100a ローラ部材
150a 凹凸
102a 隆起部
106a 凹み
200 ローラ部材
300 ブレード部材
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記粉体層形成部に設けられ、前記粉体層の表面に凹みを形成する凹み形成部と、
前記凹み形成部により凹みが形成された前記粉体層に造形液を吐出する液体吐出部と、
を備えた立体造形装置。 A powder layer forming section for forming a powder layer;
A dent forming part that is provided in the powder layer forming part and forms a dent on the surface of the powder layer;
A liquid ejection part for ejecting a modeling liquid to the powder layer in which a recess is formed by the recess formation part;
3D modeling apparatus.
ことを特徴とする請求項1に記載の立体造形装置。 2. The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein the dent forming portion is an unevenness provided on a forming surface indicating a surface on which the powder layer is formed among surfaces of the powder layer forming portion. .
ことを特徴とする請求項2に記載の立体造形装置。 The three-dimensional modeling apparatus according to claim 2, wherein the unevenness includes a combination of the forming surface and a plurality of protruding portions provided protruding from the forming surface.
前記凹み形成部は、前記平坦化部によって形成された前記平坦な粉体層の表面に凹みを形成する
ことを特徴とする請求項1乃至3のうちの何れか1項に記載の立体造形装置。 A flattening part is provided to form a flat powder layer by spreading the powder,
4. The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein the dent forming part forms a dent on a surface of the flat powder layer formed by the flattening part. 5. .
ことを特徴とする請求項1乃至4のうちの何れか1項に記載の立体造形装置。 The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 4, comprising a plurality of the powder layer forming units.
ことを特徴とする請求項5に記載の立体造形装置。 The three-dimensional modeling apparatus according to claim 5, wherein the plurality of powder layer forming units move in directions intersecting each other.
ことを特徴とする請求項1乃至6のうちの何れか1項に記載の立体造形装置。 The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the powder layer forming unit includes a rotating member.
ことを特徴とする請求項1乃至7のうちの何れか1項に記載の立体造形装置。 The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the powder layer forming unit is plated.
ことを特徴とする請求項1乃至7のうちの何れか1項に記載の立体造形装置。 The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the powder layer forming unit is processed with fluorine.
前記粉体層形成工程により形成された前記粉体層に造形液を吐出して、前記粉体層中の粉体が所要形状に結合された層状造形物を形成する層状造形物形成工程と、を備える
ことを特徴とする立体造形方法。 A powder layer forming step of forming a powder layer having a depression on the surface;
A layered shaped article forming step of discharging a modeling liquid to the powder layer formed by the powder layer forming step to form a layered shaped article in which the powder in the powder layer is bonded to a required shape; A three-dimensional modeling method characterized by comprising:
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