JP6355063B2 - Solid shape manufacturing method and solid shape manufacturing apparatus - Google Patents
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Description
この発明は、立体形状物の製造方法と、立体形状物を製造するための立体形状物製造装置と、に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional object and a three-dimensional object manufacturing apparatus for manufacturing a three-dimensional object.
従来から、硬化層や紙シート材等のシート状部材を積層して立体形状物(3次元物体)を製造する方法が知られている(例えば、特許文献1、2参照。)。
詳しくは、特許文献1には、レーザ光を照射することにより部分的に気化させて除去可能な凝固材料を積層して、その除去した部分に光硬化性樹脂を充填・硬化させて、これを繰り返すことにより立体形状物を造形する方法が開示されている。
また、特許文献2には、接着剤により紙シート材を1枚ずつ接合して、その接合をおこなうたびに紙シート材を断面形状に切断して、これを繰り返すことにより立体形状物を造形する方法が開示されている。
Conventionally, a method of manufacturing a three-dimensional object (three-dimensional object) by laminating sheet-like members such as a hardened layer and a paper sheet material is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
Specifically, in Patent Document 1, a solidified material that can be partially vaporized and removed by irradiating laser light is laminated, and the removed portion is filled and cured with a photocurable resin. A method of modeling a three-dimensional object by repeating is disclosed.
Further, in Patent Document 2, a paper sheet material is joined one by one with an adhesive, and each time the joining is performed, the paper sheet material is cut into a cross-sectional shape, and a three-dimensional object is formed by repeating this. A method is disclosed.
特許文献1に記載の技術は、レーザ光を照射することにより凝固材料を除去する工程を繰り返しおこなっているため、1つの立体形状物が製造されるまで多くの手間と時間がかかってしまうとともに、装置が高価なものになってしまっていた。
同様に、特許文献2に記載の技術も、断面形状に合わせた接着剤の塗布工程や紙シート材の切断工程を一層ごとにおこなう必要があるため、1つの立体形状物が製造されるまで多くの手間と時間がかかってしまうとともに、装置が高価なものになってしまっていた。
Since the technique described in Patent Document 1 repeatedly performs the process of removing the solidified material by irradiating a laser beam, it takes a lot of labor and time until one three-dimensional shaped object is manufactured, The device was expensive.
Similarly, the technique described in Patent Document 2 also requires an adhesive application process and a paper sheet material cutting process in accordance with a cross-sectional shape for each layer, so that there are many techniques until one three-dimensional shape is manufactured. It took time and effort, and the equipment became expensive.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、比較的簡易かつ低廉な構成で、多くの手間と時間をかけることなく立体形状物を製造することができる、立体形状物の製造方法、及び、立体形状物製造装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a three-dimensional object that can be manufactured with a relatively simple and inexpensive configuration without much effort and time. It is providing the manufacturing method of this and a solid-shaped article manufacturing apparatus.
この発明の請求項1記載の発明にかかる立体形状物の製造方法は、加熱溶融可能な粉体を用いて、所望の立体形状物を所定方向に複数に分割した断面のうちの1つの断面に対応する画像を形成する画像形成工程と、所定の溶媒に対して溶解可能なシート材の表面に、前記画像形成工程で形成された画像を定着させる画像定着工程と、前記画像定着工程によって画像がそれぞれ定着された複数のシート材を前記立体形状物に対応させて前記所定方向に対応する方向に積載して、シート材とシート材との間に介在されるそれぞれの画像を加熱溶融して前記複数のシート材を重着させる積載工程と、前記積載工程にて重着された前記複数のシート材において画像が形成されていない部分を前記溶媒によって溶解して除去する除去工程と、を備え、前記シート材は、水溶性を有し、厚さが20〜100μmの範囲内になるように形成されたものであり、前記除去工程は、前記シート材が溶解する温度以上の温度になった水蒸気を前記溶媒として、前記複数のシート材を前記水蒸気の中に高圧浸漬させる工程、又は、前記複数のシート材に前記水蒸気を吹き付ける工程としたものである。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a method for producing a three-dimensionally shaped article, wherein a desired three-dimensionally shaped article is divided into a plurality of sections in a predetermined direction using a heat-meltable powder. An image forming process for forming a corresponding image, an image fixing process for fixing the image formed in the image forming process on the surface of a sheet material that can be dissolved in a predetermined solvent, and an image formed by the image fixing process. A plurality of fixed sheet materials are stacked in a direction corresponding to the predetermined direction so as to correspond to the three-dimensionally shaped object, and each image interposed between the sheet materials is heated and melted to e Bei a loading step of the heavy wear plurality of sheet material, and a removal step of removing dissolved by the solvent portion where no image is formed in said plurality of sheet materials that are heavy wear in the loading step ,Previous The sheet material is water-soluble and is formed to have a thickness in the range of 20 to 100 μm, and the removing step is performed with water vapor having a temperature equal to or higher than a temperature at which the sheet material is dissolved. As the solvent, the step of immersing the plurality of sheet materials in high pressure in the water vapor, or the step of spraying the water vapor on the plurality of sheet materials .
本発明によれば、比較的簡易かつ低廉な構成で、多くの手間と時間をかけることなく立体形状物を製造することができる、立体形状物の製造方法、及び、立体形状物製造装置を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a method for manufacturing a three-dimensional object and a three-dimensional object manufacturing apparatus capable of manufacturing a three-dimensional object with a relatively simple and inexpensive configuration without much effort and time. can do.
実施の形態.
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
Embodiment.
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same or it corresponds, The duplication description is simplified or abbreviate | omitted suitably.
まず、図1及び図2にて、立体形状物製造装置の一部として機能する画像形成装置100の、構成と、通常の画像形成時の動作と、について説明する。
図1は、電子写真方式の画像形成装置100(プリンタ)と、積載部200と、からなる立体形状物製造装置を示す構成図である。また、図2は、画像形成装置100(立体形状物製造装置)における作像部(画像形成部)の一部を示す構成図である。
図1に示すように、画像形成装置100の上方にある設置部31(トナー容器受台)には、各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応した4色の略筒状のトナー容器32Y、32M、32C、32K(粉体容器)が着脱可能に載置されている。また、各トナー容器32Y、32M、32C、32Kの下方には、それぞれ、トナー補給装置の貯留部62Y、62M、62C、62Kが配設されている。
設置部31の下方には中間転写ユニット15が配設されている。その中間転写ユニット15の中間転写ベルト8に対向するように、各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応した作像部6Y、6M、6C、6Kが並設されている。
First, with reference to FIGS. 1 and 2, the configuration of the
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a three-dimensional object manufacturing apparatus including an electrophotographic image forming apparatus 100 (printer) and a
As shown in FIG. 1, a substantially cylindrical toner container 32 </ b> Y of four colors corresponding to each color (yellow, magenta, cyan, black) is installed in an installation unit 31 (toner container cradle) above the
An
図2を参照して、イエローに対応した作像部6Yは、像担持体としての感光体ドラム1Yと、感光体ドラム1Yの周囲に配設された帯電部4Y、現像装置5Y(現像部)、クリーニング部2Y、除電部(不図示である。)等で構成されている。そして、感光体ドラム1Y上で、作像プロセス(帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程)がおこなわれて、感光体ドラム1Y上にイエロー画像が形成されることになる。
Referring to FIG. 2, an
なお、他の3つの作像部6M、6C、6Kも、使用されるトナーの色が異なる以外は、イエローに対応した作像部6Yとほぼ同様の構成となっていて、それぞれのトナー色に対応した画像が形成される。以下、他の3つの作像部6M、6C、6Kの説明を適宜に省略して、イエローに対応した作像部6Yのみの説明をおこなうことにする。
The other three
図2を参照して、像担持体としての感光体ドラム1Yは、不図示のモータによって図2中の時計方向に回転駆動される。そして、帯電部4Yの位置で、感光体ドラム1Yの表面が一様に帯電される(帯電工程である。)。
その後、感光体ドラム1Yの表面は、露光部7から発せられたレーザ光Lの照射位置に達して、この位置での露光走査によってイエローに対応した静電潜像が形成される(露光工程である。)。
Referring to FIG. 2, a photosensitive drum 1Y as an image carrier is rotationally driven in a clockwise direction in FIG. 2 by a motor (not shown). Then, the surface of the photosensitive drum 1Y is uniformly charged at the position of the
Thereafter, the surface of the photosensitive drum 1Y reaches the irradiation position of the laser beam L emitted from the exposure unit 7, and an electrostatic latent image corresponding to yellow is formed by exposure scanning at this position (in the exposure process). is there.).
その後、感光体ドラム1Yの表面は、現像装置5Yとの対向位置に達して、この位置で静電潜像が現像されて、イエローのトナー像が形成される(現像工程である。)。
その後、感光体ドラム1Yの表面は、中間転写ベルト8及び第1転写バイアスローラ9Yとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム1Y上のトナー像が中間転写ベルト8上に転写される(1次転写工程である。)。このとき、感光体ドラム1Y上には、僅かながら未転写トナーが残存する。
Thereafter, the surface of the photosensitive drum 1Y reaches a position facing the developing device 5Y, and the electrostatic latent image is developed at this position to form a yellow toner image (developing process).
Thereafter, the surface of the photosensitive drum 1Y reaches a position facing the intermediate transfer belt 8 and the first
その後、感光体1Yの表面は、クリーニング部2Yとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム1Y上に残存した未転写トナーが回収される(クリーニング工程である。)。
最後に、感光体ドラム1Yの表面は、不図示の除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム1上の残留電位が除去される。
こうして、感光体ドラム1Y上でおこなわれる、一連の作像プロセスが終了する。
Thereafter, the surface of the photoreceptor 1Y reaches a position facing the
Finally, the surface of the photosensitive drum 1Y reaches a position facing a neutralization unit (not shown), and the residual potential on the photosensitive drum 1 is removed at this position.
Thus, a series of image forming processes performed on the photosensitive drum 1Y is completed.
なお、上述した作像プロセスは、他の作像部6M、6C、6Kでも、イエロー作像部6Yと同様におこなわれる。すなわち、作像部の下方に配設された露光部7から、画像情報に基いたレーザ光Lが、各作像部6M、6C、6Kの感光体ドラム上に向けて照射される。詳しくは、露光部7は、光源からレーザ光Lを発して、そのレーザ光Lを回転駆動されたポリゴンミラーで走査しながら、複数の光学素子を介して感光体ドラム上に照射する。
その後、現像工程を経て各感光体ドラム上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト8上に重ねて転写する。こうして、中間転写ベルト8上にカラー画像が形成される。
The image forming process described above is performed in the other
Thereafter, the toner images of the respective colors formed on the respective photosensitive drums through the developing process are transferred onto the intermediate transfer belt 8 in an overlapping manner. In this way, a color image is formed on the intermediate transfer belt 8.
ここで、中間転写ユニット15は、中間転写ベルト8、4つの1次転写バイアスローラ9Y、9M、9C、9K 、2次転写バックアップローラ12、クリーニングバックアップローラ13、テンションローラ14、中間転写クリーニング部10等で構成される。中間転写ベルト8は、3つのローラ12〜14によって張架・支持されるとともに、1つのローラ12の回転駆動によって図1中の矢印方向に無端移動される。
Here, the
4つの1次転写バイアスローラ9Y、9M、9C、9Kは、それぞれ、中間転写ベルト8を感光体ドラム1Y 、1M 、1C 、1K との間に挟み込んで1次転写ニップを形成している。そして、1次転写バイアスローラ9Y、9M、9C、9Kに、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。
そして、中間転写ベルト8は、矢印方向に走行して、各1次転写バイアスローラ9Y、9M、9C、9Kの1次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム1Y 、1M 、1C 、1K上の各色のトナー像が、中間転写ベルト8上に重ねて1次転写される。
The four primary
The intermediate transfer belt 8 travels in the direction of the arrow and sequentially passes through the primary transfer nips of the primary
その後、各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト8は、2次転写ローラ19との対向位置に達する。この位置では、2次転写バックアップローラ12が、2次転写ローラ19との間に中間転写ベルト8を挟み込んで2次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト8上に形成された4色のトナー像は、この2次転写ニップの位置に搬送された転写紙等のシート材P上に転写される。このとき、中間転写ベルト8には、シート材Pに転写されなかった未転写トナーが残存する。
Thereafter, the intermediate transfer belt 8 on which the toner images of the respective colors are transferred in a superimposed manner reaches a position facing the
その後、中間転写ベルト8は、中間転写クリーニング部10の位置に達する。そして、この位置で、中間転写ベルト8上の未転写トナーが回収される。
こうして、中間転写ベルト8上でおこなわれる、一連の転写プロセスが終了する。
Thereafter, the intermediate transfer belt 8 reaches the position of the intermediate
Thus, a series of transfer processes performed on the intermediate transfer belt 8 is completed.
ここで、2次転写ニップの位置に搬送されたシート材Pは、画像形成装置100の下方に配設された給紙部26から、給紙ローラ27やレジストローラ対28等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、給紙部26には、転写紙等のシート材Pが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ27が図1中の反時計方向に回転駆動されると、一番上のシート材Pがレジストローラ対28のローラ間に向けて給送される。
Here, the sheet material P conveyed to the position of the secondary transfer nip is conveyed from the
Specifically, a plurality of sheet materials P such as transfer paper are stored in the
レジストローラ対28(タイミングローラ対)に搬送されたシート材Pは、回転駆動を停止したレジストローラ対28のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト8上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対28が回転駆動されて、シート材Pが2次転写ニップに向けて搬送される。こうして、シート材P上に、所望のカラー画像が転写される。 The sheet material P conveyed to the registration roller pair 28 (timing roller pair) temporarily stops at the position of the roller nip of the registration roller pair 28 whose rotation driving has been stopped. Then, the registration roller pair 28 is rotationally driven in synchronization with the color image on the intermediate transfer belt 8, and the sheet material P is conveyed toward the secondary transfer nip. Thus, a desired color image is transferred onto the sheet material P.
その後、2次転写ニップの位置でカラー画像が転写されたシート材Pは、定着装置20の位置に搬送される。そして、この位置で、定着ローラ及び加圧ローラによる熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像がシート材P上に定着される。なお、定着装置20としては、ヒータ加熱方式のものや電磁誘導加熱方式のものなど、公知のものを用いることができる。
その後、シート材Pは、排紙ローラ対29のローラ間を経て、装置外へと排出される。排紙ローラ対29によって装置外に排出されたシート材Pは、出力画像として、スタック部30上に順次スタックされる。
こうして、画像形成装置における、一連の画像形成プロセスが完了する。
Thereafter, the sheet material P on which the color image is transferred at the position of the secondary transfer nip is conveyed to the position of the fixing
Thereafter, the sheet material P is discharged to the outside of the apparatus through the rollers of the paper
Thus, a series of image forming processes in the image forming apparatus is completed.
次に、図2にて、作像部における現像装置の構成・動作について、さらに詳しく説明する。
現像装置5Yは、感光体ドラム1Yに対向する現像ローラ51Yと、現像ローラ51Yに対向するドクターブレード52Yと、現像剤収容部53Y、54Y内に配設された2つの搬送スクリュ55Yと、現像剤収容部54Yに開口を介して連通する補給部58Yと、現像剤中のトナー濃度を検知する濃度検知センサ56Yと、等で構成される。現像ローラ51Yは、内部に固設されたマグネットや、マグネットの周囲を回転するスリーブ等で構成される。現像剤収容部53Y、54Y内には、キャリアとトナーとからなる2成分現像剤が収容されている。
Next, the configuration and operation of the developing device in the image forming unit will be described in more detail with reference to FIG.
The developing device 5Y includes a developing
このように構成された現像装置5Yは、次のように動作する。
現像ローラ51Yのスリーブは、図2の矢印方向に回転している。そして、マグネットにより形成された磁界によって現像ローラ51Y上に担持された現像剤は、スリーブの回転にともない現像ローラ51Y上を移動する。
The developing device 5Y configured as described above operates as follows.
The sleeve of the developing
ここで、現像装置5Y内の現像剤は、現像剤中のトナーの割合(トナー濃度)が所定の範囲内になるように調整される。詳しくは、現像装置5Y内のトナー消費に応じて、トナー容器32Y(粉体容器)に収容されているトナー(粉体)が、トナー補給装置のトナー搬送パイプ43Yや補給部58Yを介して現像剤収容部54Y内に補給される。
Here, the developer in the developing device 5Y is adjusted so that the toner ratio (toner concentration) in the developer is within a predetermined range. Specifically, the toner (powder) accommodated in the
その後、現像剤収容部54Y内に補給されたトナーは、2つの搬送スクリュ55Yによって、現像剤とともに混合・撹拌されながら、2つの現像剤収容部53Y、54Yを循環する(図2の紙面垂直方向の長手方向の移動である。)。そして、現像剤中のトナーは、キャリアとの摩擦帯電によりキャリアに吸着して、現像ローラ51Y上に形成された磁力によりキャリアとともに現像ローラ51Y上に担持される。
Thereafter, the toner replenished in the
現像ローラ51Y上に担持された現像剤は、図2中の矢印方向に搬送されて、ドクターブレード52Yの位置に達する。そして、現像ローラ51Y上の現像剤は、この位置で現像剤量が適量化された後に、感光体ドラム1Yとの対向位置(現像領域である。)まで搬送される。そして、現像領域に形成された電界によって、感光体ドラム1Y上に形成された潜像にトナーが吸着される。その後、現像ローラ51Y上に残った現像剤はスリーブの回転にともない現像剤収容部53Yの上方に達して、この位置で現像ローラ51Yから離脱される。
The developer carried on the developing
先に図1で説明したように、設置部31(トナー容器受台)には、4種類の粉体容器としてのトナー容器32Y、32M、32C、32Kが、着脱可能に設置されている。トナー容器32Y、32M、32C、32Kは、それぞれ、寿命に達したとき(収容するトナーがほとんどすべて消費されて空になったときである。)に新品のものに交換される。そして、トナー容器32Y、32M、32C、32K内に収容された各色のトナーは、それぞれ、不図示のトナー補給装置によって、各作像部6Y、6M、6C、6Kの現像装置に適宜補給される。
As described above with reference to FIG. 1,
以下、図1、図3、図4を用いて、本実施の形態において特徴的な、立体形状物製造装置100、200の構成・動作について説明する。
図1を参照して、電子写真方式の画像形成装置100は、積載部200(積載装置)が着脱可能に設置されるように構成されていて、積載部200が設置された状態(図1の状態である。)で立体形状物製造装置としても機能する。すなわち、画像形成装置100は、通常のプリンタ(画像形成装置)として機能するとともに、積載部200とともに立体形状物製造装置としても機能する。
Hereinafter, the configuration and operation of the three-dimensional
Referring to FIG. 1, an electrophotographic
そして、画像形成装置100を立体形状物製造装置として機能させる場合には、シート材Pとして専用のシート材が給紙部26にセットされ、専用のトナー(造形用の粉体)が収容されたトナー容器32Y、32M、32C、32Kがセットされることになる。また、画像形成装置100を立体形状物製造装置として機能させる場合、定着装置20における定着工程を終えたシート材Pは、排紙ローラ対29によってスタック部30上に排紙されるのではなく、積載部200に向けて排紙されることになる。この排紙経路の切り替えは、定着装置20の下流側の搬送経路に設置された切替爪(不図示である。)によっておこなわれる。また、通常の画像形成動作と、立体形状物の製造と、の切り替えは、画像形成装置100に設置された操作パネル(不図示である。)へのユーザーによる入力操作や、画像形成装置100に接続された端末へのユーザーによる入力操作によっておこなわれる。
When the
本実施の形態における立体形状物製造装置では、画像形成工程、画像定着工程、積載工程、除去工程という、主たる4つの工程がおこなわれて立体形状物が製造される。
画像形成工程は、加熱溶融可能な粉体としてのトナーを用いて、所望の立体形状物W(図3(C)を参照できる。)を所定方向に複数に分割した断面のうちの1つの断面に対応する画像Mを形成する工程である。この工程は、画像形成装置100に内設された画像形成部としての作像部6Y、6M、6C、6K(電子写真方式によって像担持体としての感光体ドラム1Y、1M、1C、1Kの表面に画像を形成する部分である。)でおこなわれる。
画像定着工程は、所定の溶媒に対して溶解可能なシート材Pの表面に、画像形成工程で形成された画像Mを定着させる工程である。この工程は、画像形成装置100に内設された画像定着部としての定着装置20(感光体ドラム1Y、1M、1C、1Kの表面に形成された画像が中間転写ベルト8を介して転写されたシート材Pを画像とともに加熱・加圧する部分である。)でおこなわれる。
これらの画像形成工程と画像定着工程とは、先に図1を用いて説明した画像形成プロセスにおける工程と同様におこなわれる。そして、図3の例では、これらの工程によって、図3(A)に示すように、シート材P上に立体形状物Wの断面(断片)に対応した所定の厚さの画像Mが形成される。
In the three-dimensional object manufacturing apparatus according to the present embodiment, a three-dimensional object is manufactured by performing four main processes of an image forming process, an image fixing process, a stacking process, and a removing process.
In the image forming process, one of the cross sections obtained by dividing a desired three-dimensional object W (see FIG. 3C) into a plurality of parts in a predetermined direction using toner as heat-meltable powder. Is a step of forming an image M corresponding to. In this process,
The image fixing step is a step of fixing the image M formed in the image forming step on the surface of the sheet material P that is soluble in a predetermined solvent. In this process, a fixing device 20 (an image formed on the surface of the photosensitive drums 1Y, 1M, 1C, and 1K is transferred via the intermediate transfer belt 8 as an image fixing unit provided in the
These image forming process and image fixing process are performed in the same manner as the process in the image forming process described above with reference to FIG. In the example of FIG. 3, an image M having a predetermined thickness corresponding to the cross section (fragment) of the three-dimensional object W is formed on the sheet material P by these steps as shown in FIG. The
また、積載工程は、上述した画像定着工程によって画像Mがそれぞれ定着された複数のシート材Pを立体形状物Wに対応させて所定方向(高さ方向である。)に対応する方向に積載して、シート材Pとシート材Pとの間に介在されるそれぞれの画像Mを加熱溶融して複数のシート材Pを重着させる工程である。そして、図3の例では、この工程によって、図3(B)及び図4(A)に示すように、画像Mが形成されたシート材Pが高さ方向に複数枚積載・重着される。
また、除去工程(溶解工程)は、積載工程にて重着された複数のシート材Pにおいて画像Mが形成されていない部分を溶媒によって溶解して除去する工程である。そして、図3の例では、この工程によって、図3(C)及び図4(C)に示すように、画像Mが形成されていない部分が溶解・除去されて、所望の立体形状物Wが形成される。
これらの積載工程と除去工程とは、積載部200でおこなわれる。
なお、立体形状物Wは、当然に、図3及び図4の例のものに限定されることはない。
In the stacking process, the plurality of sheet materials P on which the images M are fixed in the image fixing process described above are stacked in a direction corresponding to a predetermined direction (the height direction) corresponding to the three-dimensional object W. In this step, each of the images M interposed between the sheet material P and the sheet material P is heated and melted so that the plurality of sheet materials P are adhered. In the example of FIG. 3, in this step, as shown in FIGS. 3B and 4A, a plurality of sheet materials P on which the image M is formed are stacked and stacked in the height direction. .
Further, the removing step (dissolving step) is a step of dissolving and removing a portion where the image M is not formed in the plurality of sheet materials P attached in the stacking step with a solvent. In the example of FIG. 3, as shown in FIGS. 3C and 4C, in this example, the portion where the image M is not formed is dissolved and removed, and the desired three-dimensional object W is formed. It is formed.
These loading process and removing process are performed by the
Of course, the three-dimensionally shaped object W is not limited to the example shown in FIGS. 3 and 4.
ここで、このように立体形状物Wに関わる画像Mを形成するために用いる粉体(造形用粉体)を構成する樹脂材料としては、例えば、ポリエチレン(融点:137度)、ポリプロピレン(融点:176度)、ポリ塩化ビニリデン(融点:198度)、ポリ塩化ビニル(融点:212度)、ポリカーボネート(融点:220度)、ポリスチレン(融点:240度)、ナイロン(融点:265度)などを用いることができる。また、造形用粉体の粒子は、造形する立体形状物の寸法や精度によって選択すればよいが、精度よく短時間で造形するには粒径を10〜300μm程度とすることが好ましい。
具体的に、本実施の形態では、造形用粉体として、平均粒径が10〜300μmの範囲内になるように形成されたトナーを用いている。特に、立体形状物を製造するときに用いるトナーと、通常の画像形成時(画像形成装置100を通常のプリンタとして機能させる場合である。)に用いるトナーと、を共通のものとした場合には、先に説明した機能の切替時におけるトナー容器32Y、32M、32C、32Kの入替え作業を省くことができる。
Here, as the resin material constituting the powder (molding powder) used for forming the image M related to the three-dimensional object W in this way, for example, polyethylene (melting point: 137 degrees), polypropylene (melting point: 176 degrees), polyvinylidene chloride (melting point: 198 degrees), polyvinyl chloride (melting point: 212 degrees), polycarbonate (melting point: 220 degrees), polystyrene (melting point: 240 degrees), nylon (melting point: 265 degrees), etc. be able to. Further, the particles of the powder for modeling may be selected depending on the size and accuracy of the three-dimensional object to be modeled, but the particle size is preferably about 10 to 300 μm for modeling in a short time with high accuracy.
Specifically, in the present embodiment, toner formed so as to have an average particle diameter in the range of 10 to 300 μm is used as the modeling powder. In particular, when the toner used for manufacturing the three-dimensional object and the toner used for normal image formation (when the
また、このように立体形状物Wに関わる画像Mを形成するために用いるシート材Pとしては、造形する立体形状物の大きさや造形精度によって選択することができるが、搬送経路における搬送性や造形時間を考慮すると、その厚さが20〜200μm程度のものが好ましい。また、上述した除去工程の容易性を考慮すると、溶媒として水を用いることができるシート材P、すなわち、水溶性のシート材Pであることが好ましい。
具体的に、本実施の形態では、シート材Pとして、水溶性を有し、厚さが20〜100μmの範囲内になるように形成されたものを用いている。
In addition, the sheet material P used for forming the image M related to the three-dimensional object W can be selected depending on the size and modeling accuracy of the three-dimensional object to be modeled. In consideration of time, the thickness is preferably about 20 to 200 μm. In consideration of the ease of the above-described removal process, the sheet material P that can use water as a solvent, that is, the water-soluble sheet material P is preferable.
Specifically, in the present embodiment, as the sheet material P, a sheet material having water solubility and a thickness in the range of 20 to 100 μm is used.
ここで、本実施の形態では、積載部200に、複数のシート材Pに対して上述した除去工程(溶解工程)をおこなうための溶解処理部220が設けられている。
詳しくは、溶解処理部220は、シート材Pが溶解する温度以上の温度になった水蒸気を溶媒として、積載部200に積載された複数のシート材Pを水蒸気の中に高圧浸漬させるように構成されている。具体的に、溶解処理部220は、シート材Pが積載された積載部200の内部をブロック201〜203で略密閉した状態で、その内部に向けてノズルから高温の水蒸気を噴射することで、シート材Pの画像Mが形成されていない部分を溶解・除去する(図4(B)を参照できる。)。
なお、本実施の形態では、除去工程を、シート材Pが溶解する温度以上の温度になった水蒸気を溶媒として、複数のシート材Pを水蒸気の中に高圧浸漬させる工程とした。これに対して、除去工程を、シート材Pが溶解する温度以上の温度になった水蒸気を溶媒として、複数のシート材Pに水蒸気を吹き付ける工程とすることもできる。いずれの工程を用いても、高温の水蒸気によって、シートPの余分な部分が溶解・除去されながら、残存するシートPと画像Mとが加熱されることになるため、残留したシートPと上下に位置するそれぞれの画像Mとの定着性(接合性)が高められることになる。
Here, in the present embodiment, the stacking
Specifically, the
In the present embodiment, the removing step is a step of immersing a plurality of sheet materials P in water vapor using water vapor having a temperature equal to or higher than the temperature at which the sheet material P is dissolved as a solvent. On the other hand, a removal process can also be made into the process of spraying water vapor | steam to several sheet | seat materials P by using the water vapor | steam which became the temperature more than the temperature which the sheet | seat material P melt | dissolves as a solvent. Regardless of which process is used, the remaining sheet P and the image M are heated while the excess portion of the sheet P is dissolved and removed by the high-temperature steam. Fixability (bondability) with each image M located is improved.
また、本実施の形態における積載部200には、積載された複数のシート材Pを加熱する加熱手段としての加熱処理部210が設けられている。
詳しくは、加熱処理部210は、熱伝導性の高い金属材料で形成されたブロック201〜203に埋設されたヒータ(又は、高周波発生器)であって、ブロック201〜203を介して、積載部200に積載された複数のシート材Pを加熱する。このように、加熱処理をおこなうことで、積載部200においてシートPと上下に位置するそれぞれの画像Mとの定着性(溶着性)が高められることになる。すなわち、積載工程において、積載部200に積載された複数のシート材Pが互いに強く重着されることになる。
In addition, the stacking
Specifically, the
また、本実施の形態における積載部200には、複数のシート材Pに対して、所定方向に対応する方向(本実施の形態では、積載方向である。)や、その方向に交差する方向(本実施の形態では、積載方向に直交する水平方向である。)に、圧接力を加える圧接手段が設けられている。
詳しくは、図1及び図4を参照して、積載部200には、下面ブロック201、圧接手段としての側面ブロック202、圧接手段としての上面ブロック203、が設けられている。
下面ブロック201は、その上面が、シート材Pが積載される積載面として機能する。
側面ブロック202は、下面ブロック201上に積載されたシート材Pの面方向の姿勢を揃えるための部材であって、シート材Pの4方向を囲むように配設され、そのうちの一部又は全部が不図示の移動機構によって水平方向に移動可能に構成されている。そして、下面ブロック201上にシート材Pが載置されるたびに、側面ブロック202が適宜に水平方向に正逆方向に振動するように移動して、シート材Pに水平方向の圧接力が加わって、積載されるシート材Pの束が4方向にきれいに揃えられることになる(図4(A)の黒矢印方向の側面ブロック202の移動を参照できる。)。
上面ブロック203は、下面ブロック201上に積載されたシート材Pに対して積載方向に圧接力を与えるための部材であって、シート材Pの積載を妨げない退避位置と、シート材Pを圧接する圧接位置と、の間を不図示の移動機構によって上下方向に移動可能に構成されている。そして、下面ブロック201上に所望の枚数のシート材Pが積載された後に、上面ブロック203が退避位置から圧接位置に移動して、積載されたシート材Pに積載方向の圧接力が加わって、シート材Pの束が積載方向に隙間なくきれいに揃えられることになる(図4(A)の白矢印方向の上面ブロック203の移動を参照できる。)。また、積載されたシート材Pを積載方向に圧接した状態で、加熱処理部210によって積載されたシート材Pを加熱することで、積載工程時における複数のシート材Pに対する重着性を高めることができる。
また、積載されたシート材Pを積載方向に圧接した状態で、加熱処理部210によって積載されたシート材Pを加熱しながら、さらに除去工程をおこなうことで、溶媒によって溶解されずに残留したシートPと上下に位置するそれぞれの画像Mとの定着性(接合性)が高められることになる。すなわち、立体形状物Wが、全体として、すべてのシート材Pと画像Mとの境界部分がさらに強く接合された状態になる。
In the stacking
Specifically, with reference to FIGS. 1 and 4, the stacking
The
The
The
In addition, in a state where the stacked sheet material P is pressed in the stacking direction, the sheet material P stacked by the
なお、本実施の形態では、積載工程時に加えて除去工程時にも加熱処理部210(加熱手段)によって複数のシート材Pを加熱するように制御したが、積載工程において1枚1枚のシートPの姿勢が高精度に定まるとともにシート材P同士が充分に接合するような場合には、積載工程時にのみ加熱処理部210によってシート材Pを加熱するように制御することもできる。
また、本実施の形態では、積載工程時に圧接手段として機能する側面ブロック202や上面ブロック203によって複数のシート材Pに圧接力を加えるように制御したが、除去工程時においても側面ブロック202や上面ブロック203によって複数のシート材Pに圧接力を加えるように制御することができる。このような制御をおこなった場合、加熱処理や除去処理(溶解処理)によって立体形状物Wの外寸が変化するようなときであっても、最終的に形成される立体形状物Wの外寸が所望の値になるように微調整することが可能になる。
In the present embodiment, control is performed so that the plurality of sheet materials P are heated by the heat treatment unit 210 (heating means) during the removal process as well as during the stacking process. When the sheet material P is sufficiently bonded and the sheet material P is sufficiently bonded to each other, it is also possible to control the sheet material P to be heated by the
Further, in the present embodiment, the
このように、本実施の形態における立体形状物Wの製造方法は、比較的少ない工程数で、高速かつ連続的に、効率的に立体形状物Wを製造するものである。すなわち、比較的簡易かつ低廉な構成で、多くの手間と時間をかけることなく立体形状物Wを製造することができる。
特に、本実施の形態では、電子写真方式の画像形成装置100を用いて立体形状物Wを製造しているため、簡易な構成で精度よく粒子をシート材P上に転写することができて、特許文献1等の技術で懸念される硬化深度の問題も発生しない。すなわち、電子写真方式の画像形成装置100によって、立体形状物Wの断面形状を、高精度に、かつ、高速に粒子を連続的に転写して形成することができる。
さらに、本実施の形態では、カラー画像形成装置100を用いているため、製造後に色づけ処理をおこなうことなく、カラーの立体形状物Wを比較的簡単に形成することができる。
また、このようにして形成された立体形状物の断面形状は、その後に積層されて加熱処理と加圧処理とによって溶着接合されるため、その接合性も高いものになる。
さらに、本実施の形態では、水溶性を有するシート材Pを用いて、除去工程において水蒸気中にシート材Pを浸漬しているため、シート材Pを脆くすることができて、水蒸気を吹き付ける際の力を比較的小さくても、シート材Pの不要な部分を立体形状物Wから比較的簡単に分離することができる。なお、シート材Pの不要な部分を分離するために、刷毛などからなる分離部材を別に設けることもできる。
また、本実施の形態では、積載部200が画像形成装置100に対して着脱可能に設置されているため、画像形成装置100を通常のプリンタ(画像形成装置)として使用したり立体形状物製造装置として使用したり、ユーザーの選択肢を広げることができる。
As described above, the manufacturing method of the three-dimensional object W in the present embodiment is to manufacture the three-dimensional object W efficiently at high speed and continuously with a relatively small number of steps. In other words, the three-dimensional object W can be manufactured with a relatively simple and inexpensive configuration without much labor and time.
In particular, in the present embodiment, since the three-dimensional object W is manufactured using the electrophotographic
Furthermore, in the present embodiment, since the color
Moreover, since the cross-sectional shape of the three-dimensional object formed in this way is laminated | stacked after that and it is welded and joined by heat processing and a pressurization process, the joining property also becomes a high thing.
Furthermore, in the present embodiment, since the sheet material P is immersed in water vapor in the removing step using the water-soluble sheet material P, the sheet material P can be made brittle and when water vapor is sprayed. Even if the force is relatively small, an unnecessary portion of the sheet material P can be separated from the three-dimensional object W relatively easily. In order to separate unnecessary portions of the sheet material P, a separating member made of a brush or the like can be provided separately.
In this embodiment, since the stacking
最後に、まとめとして、本実施の形態における、立体形状物Wの製造方法を、工程順に沿って説明する。
まず、立体形状物の製造作業を開始するのに先だって、専用のシートPやトナー(造形用粉体)が収容されたトナー容器32Y、32M、32C、32Kが画像形成装置100にセットされる。そして、画像形成装置100の制御部に、CADなどによって設計された立体形状物Wの断面形状ごとのデータが送られて、それらのデータに基いてすべての断面形状に対応する画像形成プロセス(画像形成工程、画像定着工程)が、連続通紙時における画像形成プロセスの要領でおこなわれる。
すなわち、各作像部6Y、6M、6C、6Kにおいて感光体ドラム1Y、1M、1C、1Kが回転駆動されて複数の作像プロセスが所定の間隔をあけて連続的におこなわれて、給紙部26からは複数のシート材Pが所定の紙間をあけて連続的に給送されて、2次転写ローラ19の位置でシート材P上に所望の画像M(立体形状物Wの分割した断面形状(断片)の1つに対応した画像である。)がそれぞれ形成され、さらに定着装置20の位置でその画像Mがシート材P上にそれぞれ定着(仮定着)される。その後、画像定着工程後のシート材Pは、下面ブロック201と側面ブロック202とに囲まれた積載部200にそれぞれ載置される。
そして、このような連続的な工程がおこなわれて、積載部200にすべての断面形状に対応したシート材Pが積層(仮造形)される。そして、積層(仮造形)されたシート材Pの最上方の位置に、上面ブロック203が圧接するように載置される(図4(A)の状態である。)。このとき、ジョガーフェンスとして機能する側面ブロック202の移動により、積層されたシート材Pの4方向の姿勢も整えられる。
そして、加熱処理部210によるシート材Pに対する加熱処理が開始されて、さらに溶解処理部220による除去処理(溶解処理)によってシート材Pの余分な部分(立体形状物Wとならない部分である。)が溶解・除去される(図4(B)の状態である。)。
そして、最終的に、積載部200内から溶解されたシート材Pが溶媒(水蒸気)とともに排出されて、積載部200内において所望の立体形状物Wが形成されることになる(図4(C)の状態である。)。その後、上面ブロック203や側面ブロック202が移動して、積載部200から立体形状物Wを取り出すことが可能になる。
なお、除去処理が終了する前後のタイミングで、加熱処理部210による加熱処理を終了して、ブロック201〜203を冷却手段を用いて冷却するように構成することもできる。そのような場合には、積載部200から充分に冷却された状態の立体形状物Wを取り出すことが可能になる。
Finally, as a summary, the manufacturing method of the three-dimensional shaped object W in this Embodiment is demonstrated along process order.
First, prior to starting the manufacturing operation of the three-dimensional object, the
That is, the photosensitive drums 1Y, 1M, 1C, and 1K are rotationally driven in each of the
And such a continuous process is performed and the sheet | seat material P corresponding to all cross-sectional shapes is laminated | stacked on the stacking part 200 (temporary shaping). And it mounts so that the
And the heat processing with respect to the sheet material P by the
Finally, the sheet material P dissolved from the stacking
In addition, it is also possible to configure so that the heat treatment by the
以上説明したように、本実施の形態では、加熱溶融可能なトナー(粉体)を用いて、所望の立体形状物の1つの断面に対応する画像を形成する画像形成工程と、所定の溶媒に対して溶解可能なシート材Pの表面に画像形成工程で形成された画像を定着させる画像定着工程と、画像定着工程によって画像がそれぞれ定着された複数のシート材を積載して画像を加熱溶融して重着させる積載工程と、積載工程にて重着された複数のシート材において画像が形成されていない部分を溶媒によって溶解して除去する除去工程と、をおこなっている。これにより、比較的簡易かつ低廉な構成で、多くの手間と時間をかけることなく立体形状物を製造することができる、立体形状物の製造方法、及び、立体形状物製造装置を提供することができる。 As described above, in the present embodiment, an image forming process for forming an image corresponding to one cross section of a desired three-dimensional object using a heat-meltable toner (powder) and a predetermined solvent are used. On the other hand, an image fixing process for fixing the image formed in the image forming process on the surface of the dissolvable sheet material P, and a plurality of sheet materials on which the images are fixed in the image fixing process are stacked and the image is heated and melted. And a removing step of removing a portion where an image is not formed in a plurality of sheet materials stacked in the stacking step by dissolving with a solvent. Accordingly, it is possible to provide a method for manufacturing a three-dimensional object and an apparatus for manufacturing a three-dimensional object that can manufacture a three-dimensional object with a relatively simple and inexpensive configuration without much effort and time. it can.
なお、本実施の形態では、カラー画像形成装置100を用いて立体形状物を製造したが、モノクロ画像形成装置を用いて立体形状物を製造することもできる。
そして、そのような場合であっても、本実施の形態のものと同様の効果を得ることができる。
In this embodiment, the three-dimensional object is manufactured using the color
Even in such a case, the same effect as that of the present embodiment can be obtained.
なお、本発明が本実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、本実施の形態の中で示唆した以外にも、本実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。 It should be noted that the present invention is not limited to the present embodiment, and it is obvious that the present embodiment can be modified as appropriate within the scope of the technical idea of the present invention, other than suggested in the present embodiment. is there. In addition, the number, position, shape, and the like of the constituent members are not limited to the present embodiment, and the number, position, shape, and the like suitable for implementing the present invention can be achieved.
6Y、6M、6C、6K 作像部(画像形成部)、
20 定着装置(画像定着部)、
100 画像形成装置(立体形状物製造装置)、
200 積載部(立体形状物製造装置)、
201 下面ブロック、
202 側面ブロック(圧接手段)、
203 上面ブロック(圧接手段)、
210 加熱処理部(加熱手段)、
220 溶解処理部、
P シート材、 M 画像、 W 立体形状物。
6Y, 6M, 6C, 6K image forming unit (image forming unit),
20 fixing device (image fixing unit),
100 Image forming apparatus (three-dimensional object manufacturing apparatus),
200 loading unit (three-dimensional object manufacturing device),
201 bottom block,
202 side block (pressure contact means),
203 Upper surface block (pressure contact means),
210 Heat treatment section (heating means),
220 dissolution processing section,
P sheet material, M image, W solid shape object.
Claims (7)
所定の溶媒に対して溶解可能なシート材の表面に、前記画像形成工程で形成された画像を定着させる画像定着工程と、
前記画像定着工程によって画像がそれぞれ定着された複数のシート材を前記立体形状物に対応させて前記所定方向に対応する方向に積載して、シート材とシート材との間に介在されるそれぞれの画像を加熱溶融して前記複数のシート材を重着させる積載工程と、
前記積載工程にて重着された前記複数のシート材において画像が形成されていない部分を前記溶媒によって溶解して除去する除去工程と、
を備え、
前記シート材は、水溶性を有し、厚さが20〜100μmの範囲内になるように形成されたものであり、
前記除去工程は、前記シート材が溶解する温度以上の温度になった水蒸気を前記溶媒として、前記複数のシート材を前記水蒸気の中に高圧浸漬させる工程、又は、前記複数のシート材に前記水蒸気を吹き付ける工程であることを特徴とする立体形状物の製造方法。 An image forming step of forming an image corresponding to one of the cross sections obtained by dividing a desired three-dimensional object into a plurality of predetermined directions by using heat-meltable powder;
An image fixing step of fixing the image formed in the image forming step on the surface of a sheet material that is soluble in a predetermined solvent;
A plurality of sheet materials each having an image fixed by the image fixing step are stacked in a direction corresponding to the predetermined direction in correspondence with the three-dimensionally shaped object, and each interposed between the sheet material and the sheet material A stacking step of heat-melting the image and stacking the plurality of sheet materials;
A removal step of dissolving and removing a portion where no image is formed in the plurality of sheet materials stacked in the stacking step with the solvent;
Bei to give a,
The sheet material has water solubility and is formed so that the thickness is in the range of 20 to 100 μm.
The removing step includes a step of immersing the plurality of sheet materials in the water vapor at a high pressure equal to or higher than a temperature at which the sheet material is dissolved, or the water vapor in the plurality of sheet materials. A method for producing a three-dimensional object characterized by being a step of spraying .
前記画像形成工程は、像担持体の表面に前記画像を形成する工程であって、
前記画像定着工程は、前記像担持体の表面に形成された前記画像が転写されたシート材を前記画像とともに加熱・加圧する工程であることを特徴とする請求項1に記載の立体形状物の製造方法。 The powder is a toner formed so that an average particle diameter is within a range of 10 to 300 μm,
The image forming step is a step of forming the image on the surface of an image carrier,
2. The three-dimensional object according to claim 1, wherein the image fixing step is a step of heating and pressurizing together with the image a sheet material on which the image formed on the surface of the image carrier is transferred. Production method.
所定の溶媒に対して溶解可能なシート材の表面に、前記画像形成部で形成された画像を定着させる画像定着部と、An image fixing unit that fixes an image formed by the image forming unit on the surface of a sheet material that is soluble in a predetermined solvent;
前記画像定着部によって画像がそれぞれ定着された複数のシート材を前記立体形状物に対応させて前記所定方向に対応する方向に積載して、シート材とシート材との間に介在されるそれぞれの画像を加熱溶融して前記複数のシート材を重着させる積載部と、A plurality of sheet materials each having an image fixed thereon by the image fixing unit are stacked in a direction corresponding to the predetermined direction in correspondence with the three-dimensionally shaped object, and each interposed between the sheet material and the sheet material A stacking unit that heat-melts the image and stacks the plurality of sheet materials;
を備え、With
前記シート材は、水溶性を有し、厚さが20〜100μmの範囲内になるように形成されたものであり、The sheet material has water solubility and is formed so that the thickness is in the range of 20 to 100 μm.
前記積載部は、前記シート材が溶解する温度以上の温度になった水蒸気を前記溶媒として、前記複数のシート材を前記水蒸気の中に高圧浸漬させるか、又は、前記複数のシート材に前記水蒸気を吹き付けるかして、当該積載部にて重着された前記複数のシート材において画像が形成されていない部分を溶解して除去するように構成されたことを特徴とする立体形状物製造装置。The stacking unit uses the water vapor having a temperature equal to or higher than the temperature at which the sheet material is dissolved as the solvent to immerse the plurality of sheet materials in the water vapor at a high pressure, or to the water vapor in the plurality of sheet materials. The three-dimensional object manufacturing apparatus is configured to melt and remove a portion where no image is formed in the plurality of sheet materials stacked on the stacking portion.
前記画像形成部は、像担持体の表面に前記画像を形成する作像部であって、The image forming unit is an image forming unit that forms the image on the surface of an image carrier,
前記画像定着部は、前記像担持体の表面に形成された前記画像が転写されたシート材を前記画像とともに加熱・加圧する定着装置であって、The image fixing unit is a fixing device that heats and pressurizes together with the image a sheet material on which the image formed on the surface of the image carrier is transferred,
前記作像部と前記定着装置とは、画像形成装置に内設され、The image forming unit and the fixing device are installed in an image forming apparatus,
前記積載部は、前記画像形成装置に対して着脱可能に設置されたことを特徴とする請求項5に記載の立体形状物製造装置。The three-dimensional object manufacturing apparatus according to claim 5, wherein the stacking unit is detachably installed on the image forming apparatus.
前記複数のシート材に対して、前記所定方向に対応する方向、又は/及び、当該方向に交差する方向に圧接力を加える圧接手段と、A pressing means for applying a pressing force to the plurality of sheet materials in a direction corresponding to the predetermined direction or / and a direction crossing the direction;
前記複数のシート材を加熱する加熱手段と、Heating means for heating the plurality of sheet materials;
を具備したことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の立体形状物製造装置。The three-dimensional object manufacturing apparatus according to claim 5 or 6, characterized by comprising:
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