JP2019006077A - Three-dimensional shaping apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三次元造形装置に関する。 The present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus.
従来、薄層状に敷き詰められた粉体材料を硬化液で固めて断面層を形成し、これを順次積層することによって立体的な造形物を造形する、粉体積層方式の三次元造形装置が知られている。例えば特許文献1には、粉体材料が収容されて造形物の造形が行われる造形槽と、造形槽内の粉体材料に対して硬化液を吐出する吐出ヘッドと、硬化液の吐出された粉体材料を断面層の一層ごとに加熱する加熱部と、を備えた三次元造形装置が開示されている。特許文献1の三次元造形装置は、上記加熱部が複数のヒータを有しており、造形物の造形範囲に応じて使用するヒータ決定し、当該ヒータをオンにした状態で硬化液の吐出を開始するように構成されている。 Conventionally, there has been known a powder lamination type three-dimensional modeling apparatus that forms a three-dimensional model by forming a cross-sectional layer by solidifying a powder material spread in a thin layer with a curing liquid, and sequentially laminating these layers. It has been. For example, Patent Document 1 discloses a modeling tank in which a powder material is accommodated and a modeled object is formed, a discharge head that discharges a curable liquid to the powder material in the modeling tank, and a curable liquid is discharged. There is disclosed a three-dimensional modeling apparatus including a heating unit that heats a powder material for each layer of a cross-sectional layer. In the three-dimensional modeling apparatus of Patent Document 1, the heating unit has a plurality of heaters, the heater to be used is determined according to the modeling range of the modeled object, and the curable liquid is discharged with the heater turned on. Configured to start.
しかしながら、本発明者の検討によれば、造形を開始した直後は、造形槽内の粉体材料が乾燥状態にある。このため、ヒータをオンにした状態で硬化液の吐出を開始すると、硬化液が急激に加熱されて極端に乾燥スピードが早くなる。その結果、造形を開始した直後の断面層では粉体材料同士の接合力が弱くなり、例えば造形物のフチの部分や造形の繊細な部分において、剥離や欠けが生じ易い問題があった。 However, according to the study of the present inventor, immediately after the modeling is started, the powder material in the modeling tank is in a dry state. For this reason, when the discharge of the curable liquid is started with the heater turned on, the curable liquid is heated rapidly and the drying speed becomes extremely fast. As a result, in the cross-sectional layer immediately after the start of modeling, the bonding force between the powder materials becomes weak, and there is a problem that peeling or chipping is likely to occur, for example, at the edge of the modeled object or the delicate part of the modeled object.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、造形を開始した直後の断面層において剥離や欠けの発生が抑えられ、造形精度の高い三次元造形物を得ることのできる三次元造形装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a point, and the object thereof is to suppress the occurrence of peeling and chipping in a cross-sectional layer immediately after the start of modeling, and to obtain a three-dimensional modeled object with high modeling accuracy. The object is to provide a three-dimensional modeling apparatus.
本発明により、粉体材料を固めて断面層を形成し、上記断面層を順次積層することによって三次元造形物を造形する三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、上記粉体材料が載せられる造形テーブルと、上記粉体材料に対して硬化液を吐出する吐出ヘッドと、上記硬化液が吐出された上記粉体材料を加熱する加熱部と、上記造形テーブルおよび上記吐出ヘッドのいずれか一方を他方に対して相対的に移動させる移動機構と、上記吐出ヘッドと上記加熱部と上記移動機構とに電気的に接続され、少なくとも上記加熱部の出力を制御するように構成されている制御部と、を備える。上記制御部は、上記加熱部の出力を行わない状態で上記吐出ヘッドから第1層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始し、上記吐出ヘッドが少なくとも上記第1層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始した後に上記加熱部の出力を開始するように構成されている。 The present invention provides a three-dimensional modeling apparatus that forms a three-dimensional structure by forming a cross-sectional layer by solidifying a powder material and sequentially laminating the cross-sectional layers. The three-dimensional modeling apparatus includes a modeling table on which the powder material is placed, a discharge head that discharges a curable liquid to the powder material, and a heating unit that heats the powder material from which the curable liquid is discharged. And a moving mechanism that moves one of the modeling table and the ejection head relative to the other, and the electrical connection to the ejection head, the heating unit, and the moving mechanism, and at least the heating unit And a control unit configured to control the output. The control unit starts discharging the curable liquid for forming the first cross-sectional layer from the discharge head in a state where the output of the heating unit is not performed, and the discharge head is at least the first cross-sectional layer. The output of the heating unit is started after the discharge of the curable liquid for forming the liquid is started.
上記構成の三次元造形装置によれば、造形を開始した直後には硬化液が加熱されないため、乾燥スピードを鈍化させることができる。これにより、粉体材料同士の接合性を向上して、剥離や欠けの発生を抑えることができる。その結果、積層方向の一体性が高められた造形精度の高い三次元造形物を得ることができる。 According to the three-dimensional modeling apparatus having the above configuration, the curing liquid is not heated immediately after the modeling is started, so that the drying speed can be slowed down. Thereby, the joining property of powder materials can be improved and generation | occurrence | production of peeling and a chip | tip can be suppressed. As a result, it is possible to obtain a three-dimensional structure with high modeling accuracy in which the integrity in the stacking direction is improved.
また、本発明により、粉体材料が載せられた造形テーブル、および、上記粉体材料に対して硬化液を吐出する吐出ヘッドのいずれか一方を他方に対して相対的に移動させながら、上記造形テーブルの上の上記粉体材料に対して上記吐出ヘッドから上記硬化液を吐出すること;および、上記硬化液が吐出された上記粉体材料を加熱装置により加熱すること;によって、上記粉体材料の固められた断面層を形成し、上記断面層を順次積層することによって三次元造形物を造形する方法が提供される。この造形方法では、上記粉体材料を上記加熱装置により加熱しない状態で上記吐出ヘッドから第1層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始し、上記吐出ヘッドが少なくとも上記第1層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始した後に上記加熱装置により上記粉体材料の加熱を開始する。 In addition, according to the present invention, while either one of the modeling table on which the powder material is placed and the discharge head that discharges the curable liquid to the powder material is moved relative to the other, the modeling is performed. Discharging the curable liquid from the discharge head onto the powder material on the table; and heating the powder material from which the curable liquid has been discharged with a heating device; There is provided a method of forming a three-dimensional structure by forming a solidified cross-sectional layer and sequentially laminating the cross-sectional layers. In this modeling method, the discharge of the curable liquid that forms the first cross-sectional layer from the discharge head is started without heating the powder material by the heating device, and the discharge head is at least the first layer. After the discharge of the curable liquid for forming the cross-sectional layer is started, the heating of the powder material is started by the heating device.
本発明によれば、造形精度の高い三次元造形物を得ることができる粉体積層方式の三次元造形装置、および、三次元造形物の造形方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the three-dimensional modeling apparatus of the powder lamination system which can obtain a three-dimensional structure with high modeling precision, and the modeling method of a three-dimensional structure are provided.
以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略または簡略化する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the embodiments described herein are not intended to limit the present invention. In addition, members / parts having the same action are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted or simplified as appropriate.
<三次元造形装置>
図1は、三次元造形装置1の断面図である。なお、図1の符号F、Rr、L、R、U、Dは、それぞれ前、後、左、右、上、下を示している。また、図1の符号X,Y,Zは、それぞれ前後方向、左右方向、上下方向(断面層の積層方向)を示している。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、三次元造形装置1の設置態様を何ら限定するものではない。
<Three-dimensional modeling device>
FIG. 1 is a cross-sectional view of the three-dimensional modeling apparatus 1. Note that the symbols F, Rr, L, R, U, and D in FIG. 1 indicate front, rear, left, right, upper, and lower, respectively. Moreover, the codes | symbols X, Y, and Z of FIG. 1 have each shown the front-back direction, the left-right direction, and the up-down direction (lamination direction of a cross-sectional layer). However, these are only directions for convenience of explanation, and do not limit the installation mode of the three-dimensional modeling apparatus 1 at all.
三次元造形装置1は、粉体材料を硬化液で固めて断面層を形成し、これをZ方向に順次積層することによって三次元造形物を造形する装置である。本実施形態の三次元造形装置1は、供給部10と、造形部20と、吐出ヘッド30と、加熱部40と、制御部50(図2参照)と、を備えている。以下、三次元造形装置1の各部の構成について説明する。
The three-dimensional modeling apparatus 1 is an apparatus that forms a three-dimensional modeled object by forming a cross-sectional layer by solidifying a powder material with a curing liquid and sequentially laminating the cross-sectional layer in the Z direction. The three-dimensional modeling apparatus 1 of this embodiment includes a
供給部10は、造形部20に対して粉体材料を供給するためのものである。供給部10は、供給槽11と、供給テーブル12と、供給テーブル昇降装置13と、粉体回収槽14と、ローラ15と、を備えている。
The
供給槽11には、図示しない粉体材料が収容されている。粉体材料の種類や形態等は特に限定されない。粉体材料としては、例えば、アルミナ、シリカ、石膏等の無機材料や、金属材料、樹脂材料等が挙げられる。粉体材料は、上記材料を主材として、例えば主材の結着を促進あるいは補助するような材料が副材として付与されて構成されていてもよい。副材としては、例えば、後述する硬化液の浸透を促進する容浸材が挙げられる。容浸材としては、例えば、水溶解性で水分を含んだときに結着性を示す水溶性樹脂が例示される。水溶性樹脂としては、乾燥容易性や生産性等の観点から、ガラス転移点Tgが概ね100℃以下、典型的には80℃以下、好ましくは70℃以下、例えば60℃以下であって、典型的には25℃以上、好ましくは35℃以上、例えば40℃以上のものが好適である。水溶性樹脂の具体例としては、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルピロリドン(PVP)、澱粉等が挙げられる。
The
供給テーブル12は、供給槽11の内部に配置され、供給槽11の底面を構成している。供給テーブル12は、供給テーブル昇降装置13と電気的に接続されている。供給テーブル12は、供給テーブル昇降装置13によって供給槽11の内部をZ方向に昇降移動可能なように構成されている。供給テーブル昇降装置13は、供給テーブル12をZ方向に移動させるためのものである。供給テーブル昇降装置13としては特に限定されないが、ここではシリンダ機構を採用している。供給テーブル昇降装置13は、制御部50と電気的に接続されている。
The supply table 12 is disposed inside the
粉体回収槽14は、造形部20に対して過剰に供給された粉体材料を回収するためのものである。Y方向において、粉体回収槽14は、造形部20を挟んで供給槽11の反対側に設けられている。粉体回収槽14は、余剰の粉体材料を収容するための空間を有している。粉体回収槽14の下方には、回収された粉体材料を取り出すための取り出し口(図示せず)が設けられている。
The
ローラ15は、供給槽11に収容されている粉体材料を、造形部20に供給するための部材である。ローラ15は、長尺な円筒形状を有し、円筒軸がX方向に沿うように配置されている。ローラ15のX方向の長さは、後述する造形部20の造形槽21のX方向の長さよりも長い。ローラ15は、第1キャリッジ16に搭載されている。第1キャリッジ16は、ガイドレール17に係合されている。ガイドレール17は、三次元造形装置1の上面に固定され、Y方向に延びている。第1キャリッジ16は、モータ16M(図1では図示せず、図2参照)に接続され、ガイドレール17に沿ってY方向に摺動自在に構成されている。これにより、ローラ15は、独立して、供給槽11と造形槽21と粉体回収槽14との上面を、Y方向に移動可能なように構成されている。三次元造形装置1の未使用時に、ローラ15は、供給槽11の右側にあるローラ載置部15aに載置されている。第1キャリッジ16のモータ16Mは、制御部50と電気的に接続されている。
The
造形部20は、所望の三次元造形物を造形するための造形エリアを構成している。造形部20は、造形槽21と、造形テーブル22と、造形テーブル昇降装置23と、を備えている。三次元造形物の造形時には、造形槽21に粉体材料が収容される。粉体材料は、1層分の断面層の厚み(例えば、0.1mm)で造形槽21の内部に敷き詰められる。
The
造形テーブル22は、造形槽21の内部に配置され、造形槽21の底面を構成している。造形テーブル22は、造形テーブル昇降装置23と電気的に接続されている。造形テーブル22は、造形テーブル昇降装置23によって造形槽21の内部をZ方向に昇降移動可能なように構成されている。造形テーブル昇降装置23は、造形テーブル22をZ方向に移動させるためのものである。造形テーブル昇降装置23としては特に限定されないが、ここではシリンダ機構を採用している。造形テーブル昇降装置23は、制御部50と電気的に接続されている。造形テーブル昇降装置23は、造形テーブル22を吐出ヘッド30に対してZ方向に相対的に移動させる移動機構の一例である。
The modeling table 22 is disposed inside the
吐出ヘッド30は、造形槽21内の粉体材料に対して断面層の形状のとおりに硬化液を吐出するためのものである。吐出ヘッド30は、造形部20の上方に配置されている。吐出ヘッド30は、所謂、ラインタイプである。すなわち、吐出ヘッド30は、その下面に、硬化液を吐出するノズル(図示せず)を複数有している。複数のノズルは、造形槽21内の造形エリアの全幅を覆う長さで、X方向にライン状に並べられている。ノズルは、図示しない硬化液タンクに連通されている。硬化液としては、粉体材料に供給されたときに粉体材料を構成する粒子同士を結着させることが可能な液体(粘性体を含む。)であればよく、特に限定されない。硬化液としては、例えば、ワックス、バインダ等が挙げられる。また、粉体材料が副材として水溶性樹脂を有している場合には、硬化液として、水溶性樹脂を溶解可能な液体、例えば水を用いることもできる。
The
吐出ヘッド30は、第2キャリッジ31に搭載されている。第2キャリッジ31は、ガイドレール17に係合されている。第2キャリッジ31は、モータ31M(図1では図示せず、図2参照)に接続され、ガイドレール17に沿ってY方向に摺動自在に構成されている。これにより、吐出ヘッド30は、独立して、造形槽21の上面をY方向に移動可能なように構成されている。第2キャリッジ31のモータ31Mは、制御部50に接続されている。第2キャリッジ31のモータ31Mは、吐出ヘッド30を造形テーブル22に対してY方向に相対的に移動させる移動機構の一例である。また、吐出ヘッド30は、制御部50に接続され、複数のノズルから硬化液を吐出可能なように構成されている。
The
加熱部40は、造形槽21内の粉体材料を温めて、硬化液の加熱乾燥を促進するためのものである。加熱部40は、造形槽21の周囲に設けられている。加熱部40の加熱方式は特に限定されない。加熱方式としては、例えば、ヒータやランプによる直接加熱方式、赤外線を照射する輻射伝熱加熱方式、マイクロ波を照射する内部発熱加熱方式、抵抗加熱方式等が挙げられる。なかでも、構成をシンプルにし得ることから、直接加熱方式が好ましい。加熱部40は、造形槽21内の粉体材料を、例えば30℃以上、好ましくは40℃以上であって、例えば水溶性樹脂のガラス転移点Tg以下の温度まで加熱可能な構成であるとよい。加熱部40は、制御部50と電気的に接続されている。
The
加熱部40は、1つであってもよいし、複数であってもよい。本実施形態において、加熱部40は、3種類の熱源、すなわち、第1ヒータ41と、第2ヒータ42と、第3ヒータ43と、を有している。本実施形態において、造形槽21は、第1〜第3ヒータ41、42、43によって四方を取り囲まれている。
There may be one
第1ヒータ41は、造形部20の上方、具体的には、造形テーブル22の上方に配置されている。第1ヒータ41は、Y方向に摺動するローラ15や吐出ヘッド30と干渉しないように、ローラ15や吐出ヘッド30よりも高い位置に配置されている。第1ヒータ41は、三次元造形装置1の照明装置を兼ねている。第1ヒータ41は、造形槽21内の粉体材料を、造形槽21の上面側、すなわち硬化液の吐出される側から加熱する。これにより、硬化液の吐出された粉体材料が効率的に加熱される。第1ヒータ41は、例えば、ハロゲンランプヒータ、遠赤外線ヒータ、近赤外線ヒータ等である。第1ヒータ41は、1つであってもよいし、複数であってもよい。ここでは、85WのハロゲンランプヒータをX方向に2つ並べて配置している。
The
第2ヒータ42は、造形槽21のY方向における左右一対の側面に配置されている。第2ヒータ42は、造形槽21内の粉体材料を造形槽21の側方から加熱する。第2ヒータ42は、例えば、帯状のシリコンバンドヒータやシリコンベルトヒータ、セラミックヒータ等である。第2ヒータ42は、1つであってもよいし、複数であってもよい。
The
第3ヒータ43は、造形テーブル22の内部、すなわち造形槽21の底面に配置されている。第3ヒータ43は、造形槽21内の粉体材料を下方側から加熱する。第3ヒータ43は、例えば、平面形状のシリコンラバーヒータやアルミ箔ヒータ等である。第3ヒータ43は、1つであってもよいし、複数であってもよい。
The
制御部50は、三次元造形装置1の全体の動作を制御する。図2は、制御部50のブロック図である。制御部50は、移動制御部51と、吐出制御部52と、加熱制御部53と、を有している。
The control unit 50 controls the overall operation of the three-dimensional modeling apparatus 1. FIG. 2 is a block diagram of the control unit 50. The control unit 50 includes a
移動制御部51は、供給部10の供給テーブル昇降装置13と、第1キャリッジ16のモータ16Mと、造形部20の造形テーブル昇降装置23と、第2キャリッジ31のモータ31Mとに、それぞれ電気的に接続され、これらを制御可能に構成されている。移動制御部51は、供給部10の供給テーブル昇降装置13を駆動することによって、供給テーブル12を上方または下方(Z方向)に移動させる。移動制御部51は、第1キャリッジ16のモータ16Mを駆動することによって、ローラ15をY方向に移動させる。移動制御部51は、造形部20の造形テーブル昇降装置23を駆動することによって、造形テーブル22を上方または下方(Z方向)に移動させる。移動制御部51は、第2キャリッジ31のモータ31Mを駆動することによって、吐出ヘッド30をY方向に移動させる。
The
吐出制御部52は、吐出ヘッド30と電気的に接続されており、これを制御可能に構成されている。吐出制御部52は、吐出ヘッド30を駆動することによって、吐出ヘッド30から硬化液を吐出させる。
The
加熱制御部53は、加熱部40の第1〜第3ヒータ41、42、43と電気的に接続されている。加熱制御部53は、加熱部40を一体的に制御するように構成されている。加熱制御部53は、第1〜第3ヒータ41、42、43について、電源のオンオフや出力を制御することにより、加熱の強さを同時に調整するように構成されている。加熱制御部53は、吐出ヘッド30から第1層目の断面層を形成する硬化液の吐出が開始される時点では、第1〜第3ヒータ41、42、43の出力を行わない。加熱制御部53は、少なくとも吐出ヘッド30が第1層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始した後で、第1〜第3ヒータ41、42、43の出力を開始する。
The
制御部50の構成は特に限定されない。制御部50は、例えばマイクロコンピュータである。マイクロコンピュータのハードウェア構成は特に限定されないが、例えば、ホストコンピュータ等の外部機器から印刷データ等を受信するインターフェイス(I/F)と、制御プログラムの命令を実行する中央演算処理装置(CPU:central processing unit)と、CPUが実行するプログラムを格納したROM(read only memory)と、プログラムを展開するワーキングエリアとして使用されるRAM(random access memory)と、上記制御プログラム等の各種データを格納する記憶部と、を備えている。なお、制御部50は、ソフトウェア(例えば、回路)により構成されていてもよい。 The configuration of the control unit 50 is not particularly limited. The control unit 50 is a microcomputer, for example. The hardware configuration of the microcomputer is not particularly limited. For example, an interface (I / F) that receives print data from an external device such as a host computer, and a central processing unit (CPU: central processing unit) that executes control program instructions processing unit), ROM (read only memory) storing a program executed by the CPU, RAM (random access memory) used as a working area for developing the program, and memory storing various data such as the control program. And a section. The control unit 50 may be configured by software (for example, a circuit).
<三次元造形物の造形方法>
三次元造形装置1は、例えば下記のようなプロセスで三次元造形物を造形する。なお、Z方向のある高さにおける断面層の形状は、その高さにおける三次元造形物の断面形状を示している。本実施形態の造形方法では、まず、得んとする立体造形物の三次元データを所定の厚みでスライスしてなる断面層のスライスデータを、制御部50に入力する。
<Modeling method of three-dimensional structure>
The three-dimensional modeling apparatus 1 models a three-dimensional modeled object by the following process, for example. The shape of the cross-sectional layer at a certain height in the Z direction indicates the cross-sectional shape of the three-dimensional structure at that height. In the modeling method of the present embodiment, first, slice data of a cross-sectional layer formed by slicing three-dimensional data of a three-dimensional model to be obtained with a predetermined thickness is input to the control unit 50.
次に、制御部50は、スライスデータに基づいて、粉体材料を1層分の断面層の厚みで造形槽21内に敷き詰める。具体的には、制御部50は、供給テーブル昇降装置13を駆動させて、供給テーブル12を上方に移動(上昇)させる。供給テーブル12が上方に移動されると、供給槽11に収容されていた粉体材料の一部が、供給槽11の上面よりも上方に盛り上がって積まれた状態になる。この状態で制御部50が第1キャリッジ16のモータ16Mを駆動させると、ローラ15がローラ載置部15aから左方向に水平移動する。すると、盛り上がって積まれている粉体材料がローラ15によって左方向に押されて、造形槽21に供給される。同時に、ローラ15が造形槽21の上を水平移動することで、造形槽21の表面が均される。これによって、造形槽21内に粉体材料が収容され、所定の1層分の厚みで造形テーブル22上に均一に敷き詰められる。
Next, the control unit 50 spreads the powder material in the
粉体材料は、通常、造形槽21に収容される量よりも多めに供給される。造形槽21内に収容しきれなかった余分な粉体材料は、そのままローラ15で左方向に押されて、粉体回収槽14に回収される。ローラ15は、粉体回収槽14の左側15bまで移動すると、そのまま粉体回収槽14の左側15bの位置に仮置きされるか、あるいは、逆方向に回転して、元のローラ載置部15aまで戻される。
The powder material is usually supplied in a larger amount than the amount accommodated in the
次に、制御部50は、スライスデータに基づいて、造形槽21内の粉体材料に対して硬化液を吐出する。具体的には、第2キャリッジ31のモータ31Mを制御して、吐出ヘッド30をY方向に移動させると同時に、吐出ヘッド30を制御して、所定のタイミングと吐出条件で、造形エリアの所定の位置に吐出ヘッド30から硬化液を吐出させる。硬化液が噴霧された部分では、粉体材料に硬化液が浸透される。これにより、造形テーブル22上に第1層目の断面層が形成される。
Next, the control part 50 discharges a hardening liquid with respect to the powder material in the
第1層目の断面層が形成されると、次に、制御部50は、造形槽21内に粉体材料を1層分の断面層の厚みで再び敷き詰める。具体的には、制御部50は、造形テーブル昇降装置23を駆動させて、造形テーブル22を下方に移動(下降)させる。造形テーブル22の下降幅は、断面層の1層分の厚みと同じである。造形テーブル22の下降によって生じた空間には、上記と同様にして供給槽11から粉体材料が供給され、均一に敷き詰められる。
When the first cross-sectional layer is formed, the control unit 50 then spreads the powder material again in the
次に、制御部50は、スライスデータに基づいて、造形槽21内の粉体材料に対して再び硬化液を吐出する。具体的には、第2キャリッジ31のモータ31Mを制御して、吐出ヘッド30をY方向に移動させると同時に、吐出ヘッド30を制御して、吐出ヘッド30から粉体材料に対して硬化液を吐出させる。これにより、上記で形成した第1層目の断面層の上に、第2層目の断面層が形成される。そして、この造形槽21内に粉体材料を敷き詰める操作と、造形槽21内の粉体材料に対して硬化液を吐出する操作とを、スライスデータ数だけ繰り返す。これにより、第1〜第mの断面層(mは2以上の整数)がZ方向に積み上げられた所望の三次元造形物が造形される。
Next, the control part 50 discharges a hardening liquid again with respect to the powder material in the
図3は、上述のような三次元造形物の造形において、加熱制御部53の制御方法を示すフローチャートである。本実施形態では、造形の開始から終了までの間に、加熱制御部53が、3つのステップA,B,Cをこの順に実行するように構成されている。すなわち、加熱制御部53は、ステップAで造形槽21内を温め始めるタイミングを制御する。加熱制御部53は、ステップBで造形槽21内の温度を徐々に高めるように制御する。加熱制御部53は、ステップCで造形槽21内の温度が一定に維持されるように制御する。以下、各ステップについて説明する。
FIG. 3 is a flowchart showing a control method of the
まず、ステップAについて説明する。図4は、ステップAの一態様を示すフローチャートである。本実施形態では、ステップA1において、加熱部40の出力が停止されている。そのため、吐出ヘッド30から第1層目の断面層を形成する硬化液の吐出が開始される時点で、造形槽21内の粉体材料は室温の状態、例えば20〜30℃にある。制御部50は、加熱部40の出力を行わない状態で、吐出ヘッド30から第1番目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始する。そして、吐出ヘッド30が第1層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始した後に、ステップA2において、加熱部40の出力が開始される。制御部50は、その間も吐出ヘッド30から第1番目の断面層を形成する硬化液を吐出し続けている。言い換えれば、加熱制御部53は、第1層目の断面層を形成する硬化液を吐出している途中で、加熱部40の出力を開始させる。これにより、第1層目の断面層の形成時に硬化液の乾燥スピードが鈍化される。
First, step A will be described. FIG. 4 is a flowchart showing an aspect of step A. In the present embodiment, the output of the
図5は、ステップAの他の一態様を示すフローチャートである。本実施形態では、ステップA11において、加熱部40の出力が停止されている。制御部50は、加熱部40の出力を行わない状態で、吐出ヘッド30から第n番目(nは自然数)の断面層を形成する硬化液を吐出する。そして、第n番目(nは自然数)の断面層を形成する硬化液の吐出が完了した後に、ステップA12において、加熱部40の出力が開始される。これにより、造形の開始から第n層目までの断面層において硬化液の乾燥スピードが鈍化される。nは、1以上の整数であれば特に限定されないが、概ね1≦n≦10、典型的には1≦n≦5、例えば、n=1,2である。本態様は、例えば造形の初期において硬化液の吐出量が少ない場合、言い換えれば、造形の初期において断面層の断面積が小さい場合に特に有効である。
FIG. 5 is a flowchart showing another aspect of step A. In this embodiment, the output of the
次に、ステップBについて説明する。図6は、ステップBの一態様を示すフローチャートである。ステップBでは、加熱部40によって温められた状態の粉体材料に対して、吐出ヘッド30から硬化液が吐出される。本実施形態では、ステップB1において、吐出ヘッド30からの硬化液の吐出量が増すほどに、加熱部40の出力を向上させる。加熱部40の出力の向上は、例えば粉体材料の温度の上昇が10〜50℃/hとなるように制御することができる。加熱部40の出力の向上は、比例的(すなわち漸増)であってもよいし、段階的であってもよい。加熱部40の出力により、造形槽21内の粉体材料が温められ、硬化液の加熱乾燥が促進される。通常、硬化液の吐出量が多くなるほど、造形槽21内がウエットの状態となり、硬化液が乾燥し難くなる。加熱部40の出力を硬化液の吐出量に応じて徐々に高めることにより、Z方向における乾燥スピードが均質化される。これにより、Z方向において硬化液の乾燥スピードのばらつきをより良く抑制することができる。また、硬化液の乾燥効率を高めて、作業性や生産性を高めることができる。さらに、余分な(造形終了後にデパウダーすべき)粉体材料が断面層に付着し難くなる効果もある。
Next, step B will be described. FIG. 6 is a flowchart showing an aspect of step B. In step B, the curable liquid is discharged from the
次に、ステップB2において、造形開始から所定の時間が経過したか否かを判定する。この所定の時間は、例えば粉体材料や硬化液の成分の劣化を考慮して、予め定められ、制御部50に記憶されている。そして、所定の時間が経過していない場合には、ステップB1に戻る。一方、所定の時間が経過した場合には、ステップBを終了する。これにより、粉体材料や硬化液の劣化が防止される。 Next, in step B2, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the start of modeling. This predetermined time is determined in advance and stored in the control unit 50 in consideration of, for example, deterioration of the powder material and the components of the curable liquid. And when predetermined time has not passed, it returns to step B1. On the other hand, if the predetermined time has elapsed, step B is terminated. Thereby, deterioration of powder material and hardening liquid is prevented.
図7は、ステップBの他の一態様を示すフローチャートである。本実施形態では、ステップB11において、1つの断面層を形成する硬化液の吐出を終了するたびに、加熱部40の出力を1段階向上させる。段階的な出力の向上幅は、予め定められ、制御部50に記憶されている。出力の向上幅は、例えば1つの断面層が形成されるたびに、造形槽21内の温度を0.1〜5℃程度高めるように設定することができる。次に、ステップB12において、断面層が所定の積層数に達したか否かを判定する。この所定の積層数は、予め定められ、制御部50に記憶されている。そして、所定の積層数が積層されていない場合には、ステップB11に戻る。一方、所定の積層数が積層された場合には、ステップBを終了する。これにより、粉体材料や硬化液の劣化が防止される。
FIG. 7 is a flowchart showing another aspect of step B. In the present embodiment, in step B11, the output of the
次に、ステップCについて説明する。ステップCでは、造形槽21内の温度が均一に維持されるように制御する。ここでは、加熱部40の出力を一定に制御する。加熱部40の出力は、例えば粉体材料や硬化液の成分の劣化を考慮して、予め定められ、制御部50に記憶されている。例えば、粉体材料および硬化液のうちの少なくとも一方に樹脂材料を含む場合は、造形槽21内の温度が上記樹脂材料のガラス転移点以下の温度、例えば40〜50℃(±1℃程度の多少の変動は許容し得る。)となるように出力を制御する。これにより、粉体材料や硬化液、および造形槽21の劣化が防止される。あるいは、ステップCでは、出力を一定とする代わりに、加熱部40を間欠的に出力させることで、造形槽21内の温度が均一に維持されるように制御してもよい。なお、「加熱部40を間欠的に出力させる」とは、加熱部40のオンオフを短い周期で繰り返して平均出力を調整する方法であり、例えば内部発熱加熱方式、抵抗加熱方式において好ましく適用され得る。
そして、造形が終了すると、加熱部40の出力は停止される。
Next, step C will be described. In Step C, control is performed so that the temperature in the
And when modeling is complete | finished, the output of the
以上のように、本実施形態の三次元造形装置1は、加熱部40の出力を行わない状態で吐出ヘッド30から第1層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始し、吐出ヘッド30が硬化液の吐出を開始した後に加熱部40の出力を開始する。これにより、造形を開始した直後の硬化液の乾燥スピードが緩やかになり、粉体材料同士の接合力が向上する。また、加熱部40を出力することで、生産性や作業性を向上すると共に、余分な粉体材料が断面層に付着し難くなる。そのため、本実施形態の三次元造形装置1によれば、一体性や造形精度に優れた三次元造形物を得ることができる。
As described above, the three-dimensional modeling apparatus 1 of the present embodiment starts discharging the curable liquid that forms the first cross-sectional layer from the
本実施形態では、制御部50は、吐出ヘッド30が第n層目(nは自然数)の断面層を形成する硬化液の吐出を終えた後に、加熱部40の出力を開始するように構成されている。これにより、例えば造形の初期において硬化液の吐出量が少ないような場合(言い換えれば、造形の初期において断面層の断面積が小さい場合)にも、ここに開示される技術の効果を好適に発揮することができる。
In the present embodiment, the control unit 50 is configured to start the output of the
本実施形態では、制御部50は、吐出ヘッド30から吐出された硬化液の総量が第1の量のときに、加熱部40の出力を第1出力に設定し、吐出ヘッド30から吐出された硬化液の総量が上記第1の量よりも多い第2の量のときに、加熱部40の出力を上記第1出力よりも大きい第2出力に設定するように構成されている。例えば、制御部50は、吐出ヘッド30から吐出された硬化液の総量が多くなるほど加熱部40の出力を段階的あるいは比例的に大きくするように構成されている。
In the present embodiment, the control unit 50 sets the output of the
本実施形態では、制御部50は、断面層の積層数が第1の数のときに、加熱部40の出力を第1出力に設定し、断面層の積層数が上記第1の数よりも多い第2の数のときに、加熱部40の出力を上記第1出力よりも大きい第2出力に設定するように構成されている。例えば、制御部50は、断面層の積層数が多くなるほど加熱部40の出力を段階的に大きくするように構成されている。通常、硬化液の吐出量が多くなるほど、または断面層の積層数が多くなるほど、造形槽21内がウエットの状態となり、硬化液が乾燥し難くなる。このため、硬化液の総量または断面層の積層数に応じて加熱部40の出力を大きくすることで、Z方向における乾燥スピードを均質化して、Z方向における接合性をより良く高めることができる。
In the present embodiment, the control unit 50 sets the output of the
本実施形態では、制御部50は、加熱部40の出力を開始してから所定の時間が経過した後に、加熱部40の出力を一定とするように構成されている。
In the present embodiment, the control unit 50 is configured to keep the output of the
本実施形態では、制御部50は、所定の積層数の断面層を形成した後に、加熱部40の出力を一定とするように構成されている。加熱部40の出力を開始してから所定の時間が経過した後、または、所定の積層数の断面層を形成した後に、加熱部40の出力を一定とすることで、粉体材料や硬化液、および造形槽21の劣化を防止することができる。また、硬化液の乾燥スピードが過剰に早くなり過ぎることを抑制して、Z方向における接合性をより良く高めることができる。
In the present embodiment, the control unit 50 is configured to make the output of the
本実施形態では、加熱部は、造形テーブル22の粉体材料が載せられる側の表面と対向するように配置された第1ヒータ41を備えている。これにより、硬化液の吐出された粉体材料をムラなく効率的に加熱することができる。
In the present embodiment, the heating unit includes a
本実施形態では、加熱部40は、第1〜第3ヒータ41、42、43を備え、制御部50は、第1〜第3ヒータ41、42、43について、同時に出力を制御するように構成されている。これにより、造形槽21内の粉体材料を様々な角度から均質にかつ安定的に温めることができる。したがって、硬化液の乾燥スピードのばらつきをより良く抑制することができる。
In the present embodiment, the
以上、本発明の好適な実施形態について説明した。しかし、上述の実施形態は例示に過ぎず、本発明は他の種々の形態で実施することができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the above-described embodiment is merely an example, and the present invention can be implemented in various other forms.
上記した実施形態では、吐出ヘッド30が、所謂、ラインタイプであり、吐出ヘッド30がY方向のみに移動可能なように構成されていた。しかしながら、これには限定されない。例えば吐出ヘッド30は、所謂、スキャンタイプ、すなわち、造形槽21の水平面内(X方向およびY方向の両方)に移動可能なように構成されていてもよい。
In the above-described embodiment, the
上記した実施形態では、造形テーブル22が、吐出ヘッド30に対してZ方向に相対的に移動され、吐出ヘッド30が造形テーブル22に対してY方向に相対的に移動可能なように構成されていた。しかしながら、これらの動きは相対的なものであればよく、これには限定されない。例えば、造形テーブル22はZ方向およびY方向の両方に移動可能なように構成される一方、吐出ヘッド30は固定されて移動不能なように構成されていてもよい。
In the above-described embodiment, the modeling table 22 is configured to be moved relative to the
上記した実施形態では、供給部10が、Y方向において造形部20と隣り合う位置に設けられていた。しかしながら、これには限定されない。供給部10は、例えば、造形部20よりも高い位置に設けられ、Y方向において造形部20と並んでいなくてもよい。この場合、供給槽11は、典型的には、造形槽21の直上を避けて造形槽21よりも右側に配置される。造形槽21は、例えば下方に向かうにつれて平面積が狭くなる形状で、下端にスリット状の開口を有する。造形槽21内の粉体材料は、下端の開口から排出され、例えば造形槽21とローラ載置部15aとの間に、X方向に沿ったライン状に積み上げられる。そして、この粉体材料は、上記した実施形態と同様、ローラ15によって造形部20に供給される。
In the above-described embodiment, the
上記した実施形態では、加熱制御部53が、加熱部40の出力を開始してから所定の時間が経過した後、または、所定の積層数の断面層を形成した後に、加熱部40の出力を一定とするように構成されていた。しかしながら、これには限定されない。例えば、三次元造形装置1が、制御部50の加熱制御部53と電気的に接続され、造形槽21内の粉体材料の温度を測定可能な温度センサを備えている場合には、温度センサで測定された温度の情報に基づいて、粉体材料の温度が所定の温度に達した後、加熱部40の出力を一定とするように構成されていてもよい。温度センサは、例えば粉体材料の温度を直接検知可能な熱電対と、熱電対で測定した温度を電気信号に変換して出力するアンプとで構成される。例えば、粉体材料および硬化液のうちの少なくとも一方に樹脂材料を含む場合は、温度センサで測定された粉体材料の温度が上記樹脂材料のガラス転移点に近づいた時に、加熱部40の出力を一定とするように構成されていてもよい。
In the above-described embodiment, the
上記した図3の実施形態では、ステップBに次いでステップCを行うように構成されていたが、これには限定されない。例えば所望の三次元造形物のZ方向の高さが低い場合には、加熱制御部53がステップBの制御を行っている途中で、三次元造形物の造形が完了することがあり得る。当然ながら、このような場合には、ステップBの後にステップCの制御を行わず、その時点で造形を終了することができる。
In the above-described embodiment of FIG. 3, the configuration is such that Step C is performed after Step B, but is not limited thereto. For example, when the height of the desired three-dimensional structure in the Z direction is low, the three-dimensional structure may be completely formed while the
1 三次元造形装置
10 供給部
20 造形部
30 吐出ヘッド
40 加熱部
41、42、43 ヒータ
50 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Three-
Claims (9)
前記粉体材料が載せられる造形テーブルと、
前記粉体材料に対して硬化液を吐出する吐出ヘッドと、
前記硬化液が吐出された前記粉体材料を加熱する加熱部と、
前記造形テーブルおよび前記吐出ヘッドのいずれか一方を他方に対して相対的に移動させる移動機構と、
前記吐出ヘッドと前記加熱部と前記移動機構とに電気的に接続され、少なくとも前記加熱部の出力を制御するように構成されている制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記加熱部の出力を行わない状態で前記吐出ヘッドから第1層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始し、前記吐出ヘッドが少なくとも前記第1層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始した後に前記加熱部の出力を開始するように構成されている、三次元造形装置。 A three-dimensional modeling apparatus that forms a three-dimensional structure by forming a cross-sectional layer by solidifying a powder material and sequentially laminating the cross-sectional layers,
A modeling table on which the powder material is placed;
A discharge head for discharging a curable liquid to the powder material;
A heating section for heating the powder material from which the curable liquid is discharged;
A moving mechanism for moving one of the modeling table and the ejection head relative to the other;
A control unit electrically connected to the ejection head, the heating unit, and the moving mechanism, and configured to control at least an output of the heating unit;
With
The control unit starts discharging a curable liquid for forming a first cross-sectional layer from the discharge head in a state where the output of the heating unit is not performed, and the discharge head is at least the first cross-sectional layer A three-dimensional modeling apparatus configured to start the output of the heating unit after the discharge of the curable liquid for forming the liquid is started.
請求項1に記載の三次元造形装置。 The control unit is configured to start the output of the heating unit after the discharge head finishes discharging the curable liquid that forms the nth layer (n is a natural number) cross-sectional layer.
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1.
請求項1又は2に記載の三次元造形装置。 The controller sets the output of the heating unit to a first output when the total amount of the curable liquid discharged from the discharge head is a first amount, and sets the output of the curable liquid discharged from the discharge head. When the total amount is a second amount larger than the first amount, the output of the heating unit is set to a second output larger than the first output.
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1 or 2.
請求項1又は2に記載の三次元造形装置。 The control unit sets the output of the heating unit to a first output when the number of cross-sectional layers stacked is a first number, and the number of cross-sectional layers stacked is greater than the first number. Is configured to set the output of the heating unit to a second output larger than the first output,
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1 or 2.
請求項3又は4に記載の三次元造形装置。 The control unit is configured to make the output of the heating unit constant after a predetermined time has elapsed after starting the output of the heating unit.
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 3 or 4.
請求項3又は4に記載の三次元造形装置。 The control unit is configured to make the output of the heating unit constant after forming the cross-sectional layer of a predetermined number of layers.
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 3 or 4.
請求項1〜6のいずれか一つに記載の三次元造形装置。 The heating unit includes a heat source disposed so as to face the surface of the modeling table on the side on which the powder material is placed.
The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 6.
前記制御部は、前記複数のヒータについて、同時に前記出力を制御するように構成されている、
請求項1〜7のいずれか一つに記載の三次元造形装置。 The heating unit includes a plurality of heaters,
The control unit is configured to control the output simultaneously for the plurality of heaters,
The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 7.
前記硬化液が吐出された前記粉体材料を加熱装置により加熱すること;
によって、前記粉体材料の固められた断面層を形成し、上記断面層を順次積層することによって三次元造形物を造形する方法であって、
前記粉体材料を前記加熱装置により加熱しない状態で前記吐出ヘッドから第1層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始し、前記吐出ヘッドが少なくとも前記第1層目の断面層を形成する硬化液の吐出を開始した後に前記加熱装置により前記粉体材料の加熱を開始する、三次元造形物の造形方法。 The powder on the modeling table is moved while moving either one of the modeling table on which the powder material is placed and the discharge head for discharging the curable liquid to the powder material relative to the other. Discharging the curable liquid from the discharge head onto a body material; and
Heating the powder material discharged with the curable liquid with a heating device;
By forming a solidified cross-sectional layer of the powder material, and forming a three-dimensional structure by sequentially laminating the cross-sectional layers,
The discharge of the curable liquid for forming the first cross-sectional layer from the discharge head is started without heating the powder material by the heating device, and the discharge head forms at least the first cross-sectional layer. A method for forming a three-dimensional structure, wherein heating of the powder material is started by the heating device after the discharge of the curable liquid is started.
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CN113997562A (en) * | 2020-07-28 | 2022-02-01 | 精工爱普生株式会社 | Three-dimensional modeling device and method for manufacturing three-dimensional modeled object |
JP7359635B2 (en) | 2019-10-21 | 2023-10-11 | ローランドディー.ジー.株式会社 | 3D printing equipment |
-
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- 2017-06-28 JP JP2017126163A patent/JP2019006077A/en active Pending
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