CN105992687A - 三维造形装置、及其控制方法、与其造形物 - Google Patents

三维造形装置、及其控制方法、与其造形物 Download PDF

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Abstract

该三维造形装置的控制部以如下方式控制造形头：在第1层，第1树脂材料在第1方向上连续地形成且在与第1方向交叉的第2方向上隔开间隙排列，并且第1树脂材料以外的树脂材料在第1方向上连续地形成且排列在所述间隙。在第1层的上部的第2层，第1树脂材料在与第1方向交叉的第3方向上连续地形成且在与第3方向交叉的第4方向上隔开间隙排列，并且第1树脂材料以外的树脂材料在第3方向上连续地形成且排列在所述间隙。

Description

三维造形装置、及其控制方法、与其造形物
技术领域
本发明涉及一种三维造形装置、及其控制方法、与其造形物。
背景技术
根据三维设计数据制造造形物的三维造形装置由例如专利文献1而众所周知。作为此种三维造形装置的方式，提出有光造形法、粉末烧结法、喷墨法、熔融树脂挤出造形法等多种方式且得到产品化。
作为一例，在采用熔融树脂挤出造形法的三维造形装置中，将用以喷出成为造形物的材料的熔融树脂的造形头搭载在三维移动机构上，一边使造形头在三维方向移动并喷出熔融树脂一边使熔融树脂积层而获得造形物。除此以外，采用喷墨法的三维造形装置也具有将用以使经加热的热塑性材料滴下的造形头搭载在三维移动机构上的结构。
在此种三维造形装置中，在1个造形物中使用多种材料例如在如果干个文献中被提出。但是，在产生此种复合地使用多种材料的造形物的情况下，有不同的多种材料间的接合较弱而引起层间剥离的能够能性较高的问题。
[背景技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2002-307562号公报
发明内容
[发明所欲解决的问题]
本发明的目的在于提供一种在产生复合地使用多种材料的造形物的情况下也能够使不同的多种材料间的接合牢固的三维造形装置、其控制方法及造形物。
[解决问题的技术手段]
本发明的三维造形装置包括：造形平台，其供载置造形物；升降部，其相对于所述造形平台至少能够沿垂直方向移动；造形头，其搭载在所述升降部而接受材料不同的多种树脂材料的供给；及控制部，其对所述升降部及所述造形头进行控制。所述控制部以如下方式控制所述造形头：在第1层，所述多种树脂材料中的第1树脂材料在第1方向上连续地形成且在与所述第1方向交叉的第2方向上隔开间隙排列，并且所述多种树脂材料中的所述第1树脂材料以外的第2树脂材料在所述第1方向上连续地形成且排列在所述间隙。所述控制部进而以如下方式控制所述造形头：在所述第1层的上部的第2层，所述第1树脂材料在与所述第1方向交叉的第3方向上连续地形成且在与所述第3方向交叉的第4方向上隔开间隙排列，并且所述第2树脂材料在所述第3方向上连续地形成且排列在所述间隙。由此，形成在所述第1层的所述第1树脂材料与形成在所述第2层的所述第1树脂材料在上下方向接合。进而，形成在所述第1层的所述第2树脂材料与形成在所述第2层的所述第2树脂材料在上下方向接合。
而且，本发明的造形物是包含多种树脂材料的造形物，且包含第1层与第2层。所述第1层包含如下部分：多种树脂材料中的第1树脂材料在第1方向上连续地形成且在与所述第1方向交叉的第2方向上隔开间隙排列，并且所述多种树脂材料中的所述第1树脂材料以外的第2树脂材料在所述第1方向上连续地形成且排列在所述间隙。而且，所述第1层的上部的第2层包含如下部分：所述第1树脂材料在与所述第1方向交叉的第3方向上连续地形成且在与所述第3方向交叉的第4方向上隔开间隙排列，并且所述多种树脂材料中的所述第2树脂材料在所述第3方向上连续地形成且排列在所述间隙，由此，形成在所述第1层的所述第1树脂材料与形成在所述第2层的所述第1树脂材料在上下方向接合，且进而形成在所述第1层的所述第2树脂材料与形成在所述第2层的所述第2树脂材料在上下方向接合。
而且，本发明的三维造形装置的控制方法是具备造形头的三维造形装置的控制方法。在该方法中，以如下方式控制所述造形头：在第1层，多种树脂材料中的第1树脂材料在第1方向上连续地形成且在与所述第1方向交叉的第2方向上隔开间隙排列，并且所述多种树脂材料中的所述第1树脂材料以外的第2树脂材料在所述第1方向上连续地形成且排列在所述间隙。接下来，以如下方式控制所述造形头：在所述第1层的上部的第2层，所述第1树脂材料在与所述第1方向交叉的第3方向上连续地形成且在与所述第3方向交叉的第4方向上隔开间隙排列，并且所述第2树脂材料在所述第3方向上连续地形成且排列在所述间隙。由此，形成在所述第1层的所述第1树脂材料与形成在所述第2层的所述第1树脂材料在上下方向接合，且进而形成在所述第1层的所述第2树脂材料与形成在所述第2层的所述第2树脂材料在上下方向接合。
附图说明
图1是表示第1实施方式的三维造形装置的概略构成的立体图。
图2是表示第1实施方式的三维造形装置的概略构成的前视图。
图3是表示XY平台12的构成的立体图。
图4是表示升降台14的构成的俯视图。
图5是表示计算机200(控制装置)的构成的功能区块图。
图6是表示由本实施方式形成的造形物S的结构的一例的侧视图。
图7是表示由本实施方式形成的造形物S的结构的一例的立体图。
图8是表示图6及图7所示的造形物S的制造步骤的步骤图。
图9是表示由本实施方式形成的造形物S的结构的另一例的侧视图。
图10是表示由本实施方式形成的造形物S的结构的另一例的立体图。
图11是表示由本实施方式形成的造形物S的结构的另一例的侧视图。
图12是表示由本实施方式形成的造形物S的结构的另一例的立体图。
图13是表示由本实施方式形成的造形物S的结构的另一例的侧视图。
图14是表示由本实施方式形成的造形物S的结构的另一例的侧视图。
图15是表示由本实施方式形成的造形物S的结构的一例的俯视图。
图16是表示由本实施方式形成的造形物S的结构的一例的俯视图。
图17表示造形物S的变化例。
图18表示造形物S的变化例。
图19表示造形物S的变化例。
图20是表示本实施方式的三维造形装置的造形的顺序的流程图。
图21是表示本实施方式的三维造形装置的造形的顺序的概念图。
图22表示第2实施方式的三维造形装置的概略构成。
图23是表示变化例的三维造形装置的概略构成的立体图。
图24A是对用以制造造形物S的其他方法进行说明的步骤图。
图24B是对用以制造造形物S的其他方法进行说明的步骤图。
图24C是对用以制造造形物S的其他方法进行说明的步骤图。
图24D是对用以制造造形物S的其他方法进行说明的步骤图。
图25表示造形物S的第1具体例。
图26表示造形物S的第2具体例。
图27表示造形物S的第3具体例。
图28表示造形物S的第4具体例。
具体实施方式
接下来，参照图式对本发明的实施方式详细地进行说明。
[第1实施方式]
(整体构成)
图1是表示第1实施方式中使用的3D打印机100的概略构成的立体图。3D打印机100包括框架11、XY平台12、造形平台13、升降台14、及导轴15。
作为控制该3D打印机100的控制装置而计算机200连接在该3D打印机100。而且，用以驱动3D打印机100中的各种机构的驱动器300也连接在该3D打印机100。
(框架11)
框架11是如图1所示，具有例如长方体的外形，包括铝等金属材料的构架。在该框架11的4个角部，例如4根导轴15以沿图1的Z方向、即相对于造形平台10的平面垂直的方向延伸的方式形成。导轴15是规定如下述那样使升降台14在上下方向移动的方向的直线状构件。导轴15的根数并不限于4根，设定为能够使升降台14稳定地维持、移动的根数。
(造形平台13)
造形平台13是供载置造形物S的台，且为供从下述的造形头喷出的热塑性树脂堆积的台。
(升降台14)
如图1及图2所示，升降台14在其4个角部使导轴15贯通，且构成为能够沿着导轴15的长度方向(Z方向)移动。升降台14包括与导轴15接触的滚轮34、35。滚轮34、35设置成能够在形成在升降台14的2个角部的臂部33转动。利用该滚轮34、35一边与导轴15上接触一边转动，而升降台14能够在Z方向顺利地移动。而且，升降台14如图2所示，利用包括正时皮带、金属线、滑轮等的动力传递机构传递马达Mz的驱动力，由此在上下方向以特定间隔(例如0.1mm间距)移动。马达Mz优选例如伺服马达、步进马达等。另外，也能够连续地或者间断地即时使用未图示的位置传感器对实际的升降台14的高度方向的位置进行测定并适当加以修正，由此提高升降台14的位置精度。关于下述的造形头25A、25B，也相同。
(XY平台12)
XY平台12载置在该升降台14的上表面。图3是表示该XY平台12的概略构成的立体图。XY平台12包括框体21、X导轨22、Y导轨23、卷轴24A、24B、造形头25A、25B、及造形头保持器H。X导轨22的两端嵌入至Y导轨23，在Y方向滑动自如地得到保持。卷轴24A、24B固定在造形头保持器H，追随由造形头保持器H保持的造形头25A、25B的动作而在XY方向移动。成为造形物S的材料的热塑性树脂是直径为3～1.75mm左右的绳状树脂(长丝38A、38B)，通常以卷绕在卷轴24A、24B的状态保持，在造形时由设置于下述的造形头25A、25B的马达(挤压机)送入到造形头25A、25B内。
另外，也能够设为如下构成：不使卷轴24A、24B固定在造形头保持器H而固定在框体21等，使其不追随造形头25的动作。而且，设为将长丝38A、38B以露出的状态送入到造形头25内的构成，但也能够介置导件(例如管、环状导件等)而送入到造形头25A、25B内。另外，如下所述，长丝38A、38B分别包含不同的材料。作为一例，在一者为ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)树脂、聚丙烯树脂、尼龙树脂、聚碳酸酯树脂中的任一种的情况下，另一者能够设为所述一者的树脂以外的树脂。或者，即便为相同材料的树脂，也能够使其内部所含的填料的材料的种类或比例不同。即，长丝38A、38B优选分别具有不同的性状而能够利用其组合提高造形物的特性(强度等)。
另外，在图1～图3中，造形头25A构成为使长丝38A熔融、喷出，造形头25B构成为使长丝38B熔融而喷出，由于为不同的长丝，所以分别准备独立的造形头。但是，本发明并不限定于此，也能够采用如下构成：仅准备单一的造形头，由单一的造形头选择性地使多种长丝(树脂材料)熔融、喷出。
长丝38A、38B从卷轴24A、24B经由管Tb被送入到造形头25A、25B内。造形头25A、25B由造形头保持器H保持，且构成为能够随着卷轴24A、25B沿X、Y的导轨22、23移动。而且，在图2及图3中，虽省略图示，但在造形头25A、25B内配置着用于将长丝38A、38B朝Z方向下方送入的挤压机马达。造形头25A、25B设为能够在XY平面内相互保持一定的位置关系而随着造形头保持器H移动即可，也可构成为在XY平面内相互的位置关系也能够变更。
另外，在图2及图3中，虽省略图示，但用以使造形头25A、25B相对于XY平台12移动的马达Mx、My也设置于该XY平台12上。马达Mx、My优选为例如伺服马达、步进马达等。
(驱动器300)
接下来，参照图4的方块图对驱动器300的结构的详细情况进行说明。驱动器300包含CPU(Central Processing Unit，中央处理器)301、长丝输送装置302、头控制装置303、电流开关304、及马达驱动器306。
CPU301从计算机200经由输入输出接口307接收各种信号，进行驱动器300的整体的控制。长丝输送装置302依据来自CPU301的控制信号，对造形头25A、25B内的挤压机马达指示并控制长丝38A、38B相对于造形头25A、25B的输送量(压入量或退避量)。
电流开关304是用以切换流到加热器26的电流量的开关电路。通过切换电流开关304的切换状态，流到加热器26的电流增加或减少，由此控制造形头25A、25B的温度。而且，马达驱动器306依据来自CPU301的控制信号，产生用以控制马达Mx、My、Mz的驱动信号。
图5是表示计算机200(控制装置)的构成的功能区块图。计算机200包括空间滤波器处理部201、切片机202、造形排程器203、造形指示部204及造形向量产生部205。这些构成在计算机200的内部能够由计算机程序实现。
空间滤波器处理部201从外部收置表示要造形的造形物的三维形状的主3D数据，根据该主3D数据对形成造形物的造形空间实施各种数据处理。具体来说，空间滤波器处理部201具有如下功能：如下述那样视需要将造形空间分割为多个造形单元Up(x、y、z)，并且根据主3D数据对所述多个造形单元Up的各个赋予表示应给予各造形单元的特性的属性数据。是否需要对造形单元进行分割、及各造形单元的尺寸根据要形成的造形物S的尺寸、形状而决定。例如，仅仅形成板材的情况下，无须对造形单元进行分割。
造形指示部204将与造形的内容相关的指示数据提供给空间滤波器处理部201及切片机202。关于指示数据，作为一例，包含以下的数据。这些仅仅为例示，可输入这些指示中的全部，也可仅输入一部分。而且，勿庸置疑，也可输入与下述罗列的事项不同的指示。
(i)1个造形单元Up的尺寸
(ii)多个造形单元Up的造形顺序
(iii)在造形单元Up内使用的多种树脂材料的种类
(iv)造形单元Up内的不同种类的树脂材料的调配比率(调配比)
(v)造形单元Up内的连续地形成同种树脂材料的方向(以下，称为“造形方向”)
另外，造形指示部204可为从键盘或鼠标等输入器件接受指示数据的输入者，也可为从存储着造形内容的存储装置被提供指示数据者。
而且，切片机202具有将造形单元Up的各个转换为多个切片数据的功能。切片数据被送到后段的造形排程器203。造形排程器203具有依据所述属性数据来决定切片数据中的造形顺序或造形方向等的作用。而且，造形向量产生部205根据造形排程器203中所决定的造形顺序及造形方向产生造形向量。该造形向量的数据发送到驱动器300。驱动器300根据接收到的造形向量的数据来控制3D打印机100。
本实施方式的三维造形装置以如下方式使控制装置200动作，即，针对多种树脂材料，根据所指定的多种树脂材料的调配比使树脂材料延伸的方向(造形方向)在每一层不同。图6及图7中表示由本实施方式形成的造形物S的结构的一例。
图6是由第1实施方式的三维造形装置制造的造形物S的侧视图，图7是其立体图。如图6及图7所示，第1实施方式所述的三维造形装置中，使用例如多种树脂材料R1、R2造形1个造形物S(以下，为了简化说明，以使用2种树脂材料的情况为中心进行说明，但当然也可使用3种以上的树脂材料)。
而且，该第1实施方式中，将多种树脂材料R1、R2在1个层中以特定的调配比将一方向设为长度方向而形成。在图6及图7的例中，例如在第1层(图7的最下层)，将树脂材料R1、R2的调配比设为1：1，且各树脂材料R1、R2的长度方向成为X轴方向(第1方向)，以沿着与X轴正交的方向(第2方向)排列的方式，树脂材料R1与R2交替地在X轴方向上连续地形成。另一方面，在比第1层高1层的第2层，树脂材料R1、R2的调配比与第1层同样地设为1：1，但各树脂材料R1、R2的长度方向并非第1层的X轴方向而设为与其交叉的轴(第3方向)、例如Y轴方向，树脂材料R1、R2沿着X轴方向(第4方向)排列。根据下述的说明也明确如下内容：该图6及图7所示的树脂材料的数量、树脂材料的调配比等仅为一例，当然能够根据所要求的造形物的规格等进行多种变更。而且，无须在造形物S的整体重复形成图6及图7的结构。也可在造形物S的一部分中仅形成相同的树脂材料。
在此种造形物S中，树脂材料R1在一个层中沿第1方向延伸，另一方面，在比该层高1层的层中沿与第1方向交叉的第2方向延伸。由此，造形物S具有在第1层与第2层中的树脂材料R1的交叉位置处树脂材料R1彼此在上下方向接合的结构(所谓井字形结构)。树脂材料R2也同样地在由树脂材料R1夹着的位置具有相同的井字形结构，在上下方向接合。利用此种结构，即便不同种类的树脂材料R1与R2之间的(横向的)接合力较弱，只要如上所述的井字形结构中的相同树脂材料间的(积层方向的)接合力较强，也能够使造形物S的强度足够高。
另外，在图6、图7中，图示了1个层中树脂材料R1、R2无间隙地接触的结构，但造形物S的结构并不限定于此。也可在1个层中横向邻接的树脂材料间产生间隙。
而且，如所述那样在1个造形物S中组合使用不同种类的树脂材料R1、R2，由此能够提供兼有不同种类的树脂材料的特性的造形物。例如，具有第1树脂材料的优点，并且也能够利用第2树脂材料的优点弥补第1树脂材料的缺点。
参照图8对图6及图7所示的造形物S的造形顺序进行说明。首先，在第1层中，如图8(a)所示，将树脂材料R1以大致1：1的排列间距将X方向设为长度方向而形成。
然后，如图8(b)所示，以将树脂材料R1的间隔填埋的方式，将树脂材料R2同样地以大致1：1的排列间距形成。此时，树脂材料R2能以沿着树脂材料R1的外周形状将2个树脂材料R1的间隔填埋的方式形成。由此，能够使树脂材料R1与R2之间的接合牢固。
接下来，在第2层中，如图8(c)所示，将树脂材料R2以大致1：1的排列间距将Y方向设为长度方向而形成。
然后，如图8(d)所示，以将树脂材料R2的间隔填埋的方式，将树脂材料R1同样地以1：1的排列间距形成。此时，树脂材料R1能够以沿着树脂材料R2的外周形状将2个树脂材料R2的间隔填埋的方式形成。由此，能够使树脂材料R1与R2之间的接合牢固。
通过重复所述的图8(a)～(d)所示的顺序，来完成所述井字形结构的造形物S。
另外，在图8(c)、(d)中，在第2层中，先以特定的排列间距形成树脂材料R2，然后将树脂材料R1埋入到树脂材料R2的间隙，而在第1层与第2层使树脂材料R1、R2的形成顺序不同。也能够代替此而在任一层中均先形成特定的树脂材料(例如树脂材料R1)，然后将另一树脂材料(例如树脂材料R2)埋入到该间隙内。但是，在每一层改变树脂材料R1、R2的形成顺序能够使上下方向的树脂材料的接合更牢固而优选。
在图6及图7中，例示树脂材料R1及R2的调配比为大致1：1的造形物S，利用本实施方式制造的造形物S并不限定于此。例如，调配比并不限于1：1，能够设定其他所期望的比率。例如，图9及图10表示树脂材料R1与R2的调配比为2：1的情况。此外，调配比也能够在积层方向及/或水平方向(同一层内)阶段性地或者连续地变化。
树脂材料R1、R2的调配比为2：1的造形物S能够通过如图9及图10那样重复形成2根树脂材料R1与1根树脂材料R2而形成。但是，并不限定于此，例如也能够通过如图11及图12所示那样重复形成4根树脂材料R1与2根树脂材料R2而获得调配比2：1。将如图9的树脂材料R1、R2的重复图案表现为「2：1的重复图案」。而且，将如图11的情况表现为「4：2的重复图案」。而且，虽省略图示，但将树脂材料R1与R2每次分别重复形成m根、n根的情况表现为m：n的重复图案。该重复图案利用下述的重复图案数据PR表现。
另外，在将相同的树脂材料在1个层中连续地形成的情况下，也能够如图9、图11那样连续地形成近似圆柱的形状的树脂材料，还能够如图13及图14所示那样形成板状的树脂材料。
而且，在所述例中，对1个造形单元Up中的结构(或者，不对造形单元进行分割的情况下的造形物S的结构)进行了说明。在将造形物S分割为多个造形单元Up的情况下，1个层中的造形物S例如如图15那样构成(图15是调配比为1：1的情况，但此仅为一例，当然能够设为图示以外的调配比)。
如图15所示，造形空间能够视需要分割为多个造形单元Up。1个造形单元Up进而被分割为多个切片数据，在与切片数据对应的每一层进行造形。例如，如果1个造形单元Up的第1层的造形结束，则接下来使与该造形单元Up邻接的造形单元(例如图15的造形单元Up')的第1层的造形开始。
此时，在造形单元Up的1个层中，将一方向(例如X方向)设为长度方向而将树脂材料R1、R2以特定的排列间距相互相邻地形成，在邻接的造形单元Up'，在同一层中将不同的方向(例如Y方向)设为长度方向而连续地形成树脂材料R1、R2。通过在各层中重复所述动作，而形成例如如图6、图7所示的结构。
另外，多层的积层也能够如图15所示那样使各层在Z方向平行地积层，还能够代替此而为例如如图16所示那样在XY方向错开的形式的积层(图16例示在X方向、Y方向每次分别错开半个间距的情况)。
图17～图19表示造形物S的变化例。
图6及图7的造形物S是在1个层中树脂材料R1、R2具有沿一方向(X方向或Y方向)延伸的直线形状，在比该层高1层的层中树脂材料R1、R2具有沿与所述一方向正交(交叉角90度)的方向延伸的直线形状。但是，也能够代替此而如例如图17所示那样将上下层中的树脂材料R1、R2的交叉角度设定为90°以外的角度。在该结构的情况下，上下层中的相同的树脂材料间的接合面积与90°的情况相比变大，与图6及图7的情况相比，能够增大造形物S的强度。
而且，在图6及图7的例中，各层中的树脂材料R1、R2具有将某一方向设为长度方向的直线形状，但也能够代替此而如例如图18所示，各树脂材料R1、R2具有其轴方向将一方向设为长度方向(换句话说，整体上在一方向上连续地形成)的波浪线形状。
而且，图18的波浪线形状的树脂材料R1、R2是其中心线或包络线为直线形状，但也能够如图19所示，其中心线或包络线本身为波浪线形状。该图19的树脂材料R1、R2也以整体上将一方向设为长度方向而延伸的方式形成。总之，本实施方式的造形物S只要以在上下层中相同的树脂材料相互交叉的方式形成而具有在其交叉部接合的形状即可。
接下来，参照图20的流程图、及图21的概略图，对使用本实施方式的三维造形装置的造形物S的具体的造形顺序进行说明。
首先，计算机200从外部接收与造形物S的形态相关的3D数据(S11)。此处，设想如图21的左侧所示的造形物S。该图21中图示的造形物S是3重结构的球形的造形物，包括主要包含树脂材料R1的外周部Rs1、混合有树脂材料R1与树脂材料R2的内周部Rs2、及主要包含树脂材料R2的中心部Rs3。
主3D数据中包含造形物S的各构成点的座标(X，Y，Z)、及表示其构成点处的树脂材料R1、R2的调配比的数据(Da、Db)。以下，将各构成点的数据如Ds(X、Y、Z、Da、Db)来进行标记。另外，在使用的树脂材料为3种以上的情况下，除数据Da、Db以外，在构成点数据Ds中追加表示该树脂材料的调配比的数据Dc、Dd…。
而且，从造形指示部204输出或指示：造形单元Us的尺寸Su，表示对多个造形单元Us在1个层中造形的顺序的造形顺序数据SQ，特定使用的多种树脂材料的树脂数据RU，及表示如何重复形成多种树脂材料的重复图案数据PR(表示以何种图案形成多种树脂材料的数据)等(S12)。此时，所需的数据的一部分或全部使用键盘或鼠标等输入器件从外部输入到造形指示部204或者从外部的存储装置输入到造形指示部204。
接下来，在空间滤波器处理部201，根据所指示的造形单元尺寸Su将主3D数据表示的造形空间分割为多个造形单元Up(S13)。造形单元Up如图21所示，是在XYZ方向将造形物S的造形空间分割所得的矩形状的空间。
对经分割的各造形单元Up赋予反映了对应的构成点数据Ds(X、Y、Z、Da、Db)的属性数据(S14)。主3D数据为表示造形物S的形状的连续值的3D数据，与此相对，每一造形单元Up的数据是表示每一造形单元Up的形状的离散值的3D数据。
接下来，将赋予有如上所述的属性数据的造形单元Up的数据发送到切片机202。切片机202是将该造形单元Up的数据进一步沿着XY平面分割，而产生多组切片数据(S15)。在切片数据中赋予有所述属性数据。
然后，造形排程器203是各切片数据中包含的属性数据，对各切片数据执行密度调变(S16)。所谓密度调变，是指依据所述调配比(Da、Db)决定该切片数据中的树脂材料R1与R2的形成比率的运算动作。
而且，造形排程器203根据所述密度调变的运算结果、及从造形指示部204接收到的造形顺序数据SQ及重复图案数据PR，决定树脂材料R1及R2的重复图案、及造形方向(S17)。1个层的切片数据中的造形方向为了获得所述井字形结构而设定为与比该层低1层的层中的切片数据正交的方向。
然后，造形向量产生部205依据造形排程器203中所决定的造形方向数据，产生造形向量(S18)。该造形向量经由驱动器300被输出到3D打印机100，执行依据主3D数据的造形动作(S19)。而且，依据由造形指示部204指示的造形顺序数据SQ，形成多个造形单元Up，最终在造形空间整体形成造形物S。
[效果]
如以上说明，根据本实施方式所述的三维造形装置，以如下方式控制造形头24A、24B：在第1层中，多种树脂材料沿着第1方向形成，且在与第1方向交叉的第2方向多种树脂材料排列。而且，以如下方式控制造形头25A、25B：在第1层的上部的第2层中，多种树脂材料沿着与第1方向交叉的第3方向形成，且在与第3方向交叉的第4方向多种树脂材料排列。由此，在造形物中，多种树脂材料装入到所谓井字形结构，在产生复合地使用多种材料的造形物的情况下，因高度方向上存在相同材料相接的点，所以也能够综合性地使不同的多种材料之间的接合牢固。
而且，通过在1个造形物中使用多种树脂材料，能够提供兼有多种树脂材料的优点的造形物。例如，材料一般地具有强度与柔软性相反的特性，兼具两者的材料的开发、生产在工业上极为困难。然而，根据本发明的造形装置，通过使用例如强度较高的树脂材料R1与柔软性较高的树脂材料R2构成井字形结构，能够实现强度较高且柔软性较高的树脂材料。
而且，通过使树脂材料R1与树脂材料R2的构成比可变，也能够使强度与柔软性特性自如地可变。
而且，先前技术中仅能实现离散值的材料的密度能够实现连续值的材料密度。
而且，先前仅能在如宇宙空间般的无重力状态下实现的比重相差较大的材料彼此的混合材料也能够由该造形装置实现。
[第2实施方式]
接下来，参照图22及图23对本发明的第2实施方式的三维造形装置进行说明。第2实施方式的三维造形装置的整体构成、及基本的动作以及能够形成的形物S与第1实施方式相同，因此，以下，省略重复的说明。
该第2实施方式中造形头25A、25B的结构与第1实施方式不同。
该第2实施方式的造形头25A具备分别在与造形方向正交的方向上排列成一列的多个(图示的例中为4个)喷出孔NA1～NA4。喷出孔NA1～NA4被赋予了从各者喷出的树脂材料R1连续地排列般的排列间距。即，各喷出孔NA1～NA4的开口径φ、及邻接的喷出孔NA1～NA4之间的间距P决定连续地形成的树脂材料R1的排列宽度。
同样地，造形头25B也具备分别在与造形方向正交的方向排列成一列的多个(图示的例中为4个)喷出孔NB1～NB4。另外，喷出孔NA1～NA4、NB1～NB4以依据所决定的造形方向而排列在与造形方向正交的方向的方式受到控制。
通过使用此种造形头，与第1实施方式相比，能够提高造形效率。
[其他]
以上，对本发明的如果干实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为示例而提出，并不意图限定发明的范围。这些新颖的实施方式能够以其他多种形态实施，能够在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、置换、变更。这些实施方式或其变化包含在发明的范围或主旨内，并且包含在权利要求书记载的发明及其均等的范围内。
例如，所述实施方式中，3D打印机100的移动机构包括相对于造形平台13垂直地延伸的导轴15、沿着导轴15移动的升降台14、及XY台12，但本发明的3D打印机100的移动机构并不限定于此。例如，也能够设为使搭载造形头25A、25B的XY台12固定而使造形平台13能够升降的移动机构。而且，例如，如图23所示，3D打印机100的移动机构能够包括在框架11的底面具有固定端的多轴臂41。而且，能够在该多轴臂41的移动端(升降部)搭载与所述实施方式相同的造形头25A、25B。
而且，在所述实施方式中，表示3D打印机100与计算机200及驱动器300分别独立的构成。但是，计算机200及驱动器300也能够内置在3D打印机100中。
而且，所述造形物S并不限定于由第1及第2实施方式所示那样的三维造形装置制造者。图24A～图24D是表示所述造形物S的另一制造步骤的步骤图。如图24A所示，将树脂材料R1及R2按照特定的排列顺序相互平行地捆扎，将其两端利用固定件41固定。然后，如图24B所示，在相互平行地捆扎的树脂材料R1及R2上载置加压板42及加热板43，对树脂材料R1及R2一边加压一边加热到特定的温度为止。由此，平行地捆扎的树脂材料R1及R2成为在加压方向轧制并相互接合的状态。重复该图24B所示的步骤多次而形成树脂材料R1及R2经轧制的多块树脂板。
接下来，如图24C所示，使包含经轧制的树脂材料R1及R2的多块树脂板积层。此时，以在上下方向邻接的2块树脂板中树脂材料R1及R2的长度方向相互交叉的方式，配置多块树脂板。
然后，在以此方式积层的多块树脂板上再次载置加压板42及加热板43，对该经积层的树脂板一边加压一边加热到特定的温度为止。由此，完成与所述实施方式相同的造形物S。
另外，只要树脂材料R1、R2能够稳定地保持，则也能够省略固定件41。
另外，在第1实施方式、第2实施方式、图24A～D的实施方式的任一情况下，也能够一边从外部散布粘着剂(粘着性树脂)或密接剂(表面处理剂、表面改质剂、偶合剂)一边进行造形。此处，作为粘着剂(粘着性树脂)的例，是具有进入到树脂材料R1与R2的接口而将间隙填埋的功能的材料。而且，作为密接剂(表面处理剂、表面改质剂、偶合剂)的例，是具有以树脂材料R1或R2或者R1、R2两者的表面具有官能基的方式使表面活化的功能的材料。如此一来，即便在树脂材料R1与R2为相互之间处于亲和性较低的关系的树脂的情况下，由于树脂材料R1与R2相互之间亲和性增加而牢固地结合，所以也能够应用于需要破坏强度的用途。
[造形物S的例]
以下，对依据本实施方式产生的造形物S的各种具体例(用途)进行说明。本实施方式的造形物S是如以下说明南阳能够用于多种用途。
(第1具体例)
将造形物S的第1具体例示在图25。该第1具体例是将造形物S应用为电子电路用的印刷基板的材料者。
对于印刷基板的材料，一般地使用组合热硬化性树脂与玻璃纤维所得的玻璃环氧树脂。但是，玻璃纤维的介电常数为6.13左右而非常大。因此，在搭载印刷基板的电路中玻璃环氧树脂作为寄生电容发挥作用，尤其在高频电路中传输损耗或传输延迟变大，而有产生错误的担心。另外，此处，利用热塑性树脂的混合，能够使整体的介电常数降低，但实际使用时印刷基板需要140℃左右的耐热性，因此，无法一概地增加热塑性树脂的混合量。
在第1具体例中，通过具有如下所述的结构，能够提供使介电常数降低且具有较高的耐热性的印刷基板。即，作为该第1具体例，如图25所示，作为树脂材料R1，能够使用低介电的材料、例如聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE，polytetrafluorethylene)、聚氯三氟乙烯(PCTFE，Polychlorotrifluoroethene)。而且，作为树脂材料R2的材料，能够使用例如聚碳酸酯、液晶聚合物等耐热性与刚性优异的材料。通过选择此种材料的组合，进而恰当地设定树脂材料R1及R2的调配比率，能够提供介电常数较低且具有恰当的耐热性及刚性的造形物。
作为一例，通过以R1：R2＝1：1的比例调配聚丙烯与液晶聚合物，能够提供介电常数为2.5～2.7左右的材料。尤其是，如果使用液晶聚合物作为树脂材料R2，由于液晶聚合物的热膨胀率非常低且刚性较高，所以能够在广范围的温度区域使用印刷基板。
另外，树脂材料R1、R2的材料及其调配比等能够依据所要求的印刷基板的特性任意地选择。
(第2具体例)
接下来，将造形物S的第2具体例示在图26。该第2具体例是将造形物S应用为电磁波控制元件者。
该图26的造形物S除作为造形物S的骨架的主框架材料R0以外，也组合树脂材料R1及R2而构成。主框架材料R0具有所谓井字形结构。即，如图26所示，第1层中的主框架材料R0的长度方向与其正上方的第2层中的主框架R0的长度方向交叉，在该交叉位置在上下方向主框架材料R0彼此接合。另一方面，树脂材料R1、R2以将该井字形结构的主框架材料R0的间隙填埋的方式形成。通过这样主框架材料R0具有井字形结构，而造形物S整体的强度提高，并且利用埋入至该间隙的树脂材料R1、R2，能够提供具有所期望的特性的电磁波控制元件。
作为主框架材料R0的材料，能够使用例如聚碳酸酯树脂。另外，主框架R0的井字形结构无须遍及造形物S的整体形成，也能够设为如图26那样局部不存在井字形结构的造形物S。
作为树脂材料R1，能够与第1具体例同样地使用聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)等低介电材料。而且，作为树脂材料R2，能够使用聚偏二氟乙烯(PVDF，polyvinylidene fluoride)等高介电材料。
使树脂材料R1、R2在造形物S的内部以特定的间隔交替地积层，并适当调整其调配比或排列间距，由此，能够使造形物S所具有的电磁波衰减特性变化。具体来说，随着调配比或排列间距在每一层或者面内变化，与电场相关的折射、反射、透过变化，因此，产生传输长度的变化或极化波面的向量方向的变化，能够调整电磁波的衰减特性。例如，通过树脂材料R1及R2的排列间距改变，其界面处的相对于电场的折射或反射的程度变化，传输长度变化而衰减量变化。而且，通过树脂材料R1及R2的积层方向上的排列间距改变，反射的电磁波的电场的相位变化，由此，电磁波的一部分被抵消或者被削弱。此外，通过树脂材料R1与R2的调配比等变化，基于相位变化的抵消或在复杂的传输路径热性变化的电磁波的比例也变化。而且，通过使树脂材料R1与R2的调配比等变化，也能够与电磁波的极化波面的电场向量的变化对应，而能够控制衰减量。
这样，根据该第2具体例，能够提供一种不管极化波方法或频率均能够对应于电场的折射、反射、透过等的组合或极化波面来控制任意的电磁波的衰减特性的电磁波控制元件。例如能够提供任意的频率(或任意的频带)的电磁波吸收体。尤其是，如图26那样3种介电常数不同的材料具有多种面内构成而跨及多层变化地构成，由此在造形物S的内部，以多个模式产生基于反射的抵消或基于传输长度的延长的衰减。其结果，不仅直线极化波(垂直、水平极化波)，即便为圆极化波或椭圆极化波的电磁波，也能够作为电磁波吸收体发挥功能。
另外，在该第2具体例中，也能够省略主框架材料R0而仅利用树脂材料R1及R2形成造形物S(电磁波控制元件)。
(第3具体例)
接下来，将造形物S的第3具体例示在图27。该第3具体例是将造形物S应用为音波吸收元件的材料。
该图26的造形物S也能够同样地使树脂材料R1与R2积层为井字形结构而形成。另外，与第2具体例同样地，除树脂材料R1与R2以外，也能够追加成为造形物S的骨架的主框架材料R0。
在由造形物S形成音波吸收元件的情况下，作为树脂材料R1、R2的组合，能够使用刚性较高但柔软性较差的材料与刚性较低但柔软性较高的材料。由此，在树脂材料R1与R2的边界音波的速度变化，由此，在音波之间产生相位差而音波相互抵消，从而音波被吸收。作为一例，能够使用刚性较高的聚碳酸酯树脂作为树脂材料R1，使用弹性体等柔软性较高的材料作为树脂材料R2。通过设为此种构成，能够使可听见音域音波或超音波衰减、抑制，事实上能够形成将这些予以遮断的元件。而且，通过改变层间的间距，也能够使抑制的频率(或抑制的频带)变化。另外，在将本音波吸收元件应用于耳塞式耳机(入耳式头戴式耳机)的外壳的情况下，能够无障碍地将可听见音域音波传递到耳的内部，并且能够利用音波的吸收而防止声音向外部泄漏。
(第4具体例)
接下来，将造形物S的第4具体例示在图28。该第4具体例是将造形物S应用为冲击吸收元件的材料者。作为冲击吸收元件，以前多数情况下使用柔软性较高的发泡材或经胶化的材料。但是，发泡材或胶化材料有透气性较差的问题。该第4具体例的造形物S通过具有以下特征，而能够提供所述透气性的问题得以解决的冲击吸收元件。
该图28的第4具体例的造形物S也能够同样地使树脂材料R1与R2积层为井字形结构而形成。另外，与第2具体例同样地，除树脂材料R1与R2以外，也能够追加成为造形物S的骨架的主框架材料R0。
在利用造形物S形成冲击吸收元件的情况下，作为树脂材料R1、R2的组合，能够使用刚性较高的材料与刚性较低但柔软性较高的材料。作为一例，能够使用刚性较高的聚碳酸酯树脂作为树脂材料R1，将弹性体等柔软性较高的材料用作弹性增强材，来作为树脂材料R2。此外，在该第4具体例中，未利用树脂材料R2将树脂材料R1的井字形结构的间隙完全填充，而使一部分残存空腔AG。此种空腔AG能够通过采用例如图8中所说明的制造步骤而以所期望的密度及排列间距形成。根据以此方式构成的第4具体例，能够提供同时实现了冲击吸收性与透气性的造形物S。
[符號說明]
100 3D打印机
200 计算机
300 驱动器
11 框架
12 XY平台
13 造形平台
14 升降台
15 导轴
21 框体
22 X导轨
23 Y导轨
24A 长丝保持器
24B 长丝保持器
25A 造形头
25B 造形头
31 框体
34 滚轮
35 滚轮
38A 长丝
38B 长丝
201 空间滤波器处理部
202 切片机
203 造形排程器
204 造形指示部
205 造形向量产生部

Claims (12)

1.一种三维造形装置，其特征在于包括：
造形平台，其供载置造形物；
升降部，其相对于所述造形平台至少能够沿垂直方向移动；
造形头，其搭载在所述升降部并接受材料不同的多种树脂材料的供给；及
控制部，其对所述升降部及所述造形头进行控制；
所述控制部是以如下方式控制所述造形头：在第1层，所述多种树脂材料中的第1树脂材料在第1方向上连续地形成且在与所述第1方向交叉的第2方向上隔开间隙排列，并且所述多种树脂材料中的所述第1树脂材料以外的第2树脂材料在所述第1方向上连续地形成且排列在所述间隙，
所述控制部进而以如下方式控制所述造形头：在所述第1层的上部的第2层，所述第1树脂材料在与所述第1方向交叉的第3方向上连续地形成且在与所述第3方向交叉的第4方向上隔开间隙排列，并且所述第2树脂材料在所述第3方向上连续地形成且排列在所述间隙，由此，形成在所述第1层的所述第1树脂材料与形成在所述第2层的所述第1树脂材料在上下方向接合，且进而形成在所述第1层的所述第2树脂材料与形成在所述第2层的所述第2树脂材料在上下方向接合。
2.根据权利要求1所述的三维造形装置，其特征在于：
所述控制部接收包含座标数据、及表示所述座标数据所示的位置处的所述多种树脂材料的调配比率的调配比数据的造形物数据，并依据该造形物数据控制所述造形头。
3.根据权利要求2所述的三维造形装置，其特征在于：
所述控制部将形成所述造形物的区域分割为多个造形单元，
对所述多个造形单元的各个赋予对应于对应的所述造形物数据的属性数据，
依据所述属性数据，在所述造形单元的各个中决定所述多种的各密度调变及造形方向。
4.根据权利要求1所述的三维造形装置，其特征在于：
所述控制部以如下方式控制所述造形头：在所述第1层，在形成所述第1树脂材料之后形成所述第2树脂材料，在所述第2层，在形成所述第2树脂材料之后形成所述第1树脂材料。
5.一种造形物，其特征在于是包含多种树脂材料的造形物，
且包含第1层与第2层，
第1层包含如下部分：多种树脂材料中的第1树脂材料在第1方向上连续地形成且在与所述第1方向交叉的第2方向上隔开间隙排列，并且所述多种树脂材料中的所述第1树脂材料以外的第2树脂材料在所述第1方向上连续地形成且排列在所述间隙，
所述第1层的上部的第2层包含如下部分：所述第1树脂材料在与所述第1方向交叉的第3方向上连续地形成且在与所述第3方向交叉的第4方向上隔开间隙排列，并且所述多种树脂材料中的所述第2树脂材料在所述第3方向上连续地形成且排列在所述间隙，由此，形成在所述第1层的所述第1树脂材料与形成在所述第2层的所述第1树脂材料在上下方向接合，且进而形成在所述第1层的所述第2树脂材料与形成在所述第2层的所述第2树脂材料在上下方向接合。
6.根据权利要求5所述的造形物，其特征在于：
所述第1层及所述第2层分别分割为多个单元，在相互邻接的所述多个单元中，所述第1树脂材料及所述第2树脂材料连续地形成的方向互不相同。
7.根据权利要求5所述的造形物，其特征在于：
所述第1树脂材料及所述第2树脂材料具有不同的介电常数。
8.根据权利要求5所述的造形物，其特征在于：
所述树脂材料及所述第2树脂材料具有不同的刚性。
9.根据权利要求5所述的造形物，其特征在于：
具备未由所述第2树脂材料填充而残存的所述间隙。
10.一种三维造形装置的控制方法，其是具备造形头的三维造形装置的控制方法，其特征在于具备如下步骤：
以如下方式控制所述造形头，即，在第1层中，多种树脂材料中的第1树脂材料在第1方向上连续地形成且在与所述第1方向交叉的第2方向上隔开间隙排列，并且所述多种树脂材料中的所述第1树脂材料以外的树脂材料在所述第1方向上连续地形成且排列在所述间隙；及
以如下方式控制所述造形头，即，在所述第1层的上部的第2层，所述第1树脂材料在与所述第1方向交叉的第3方向上连续地形成且在与所述第3方向交叉的第4方向上隔开间隙排列，并且所述第1树脂材料以外的树脂材料在所述第3方向上连续地形成且排列在所述间隙，由此，形成在所述第1层的所述第1树脂材料与形成在所述第2层的所述第1树脂材料在上下方向接合，且进而形成在所述第1层的所述第1树脂材料以外的树脂材料与形成在所述第2层的所述第1树脂材料以外的树脂材料在上下方向接合。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于：
接收包含座标数据及表示所述座标数据所示的位置处的所述多种树脂材料的调配比率的调配比数据的造形物数据，并依据该造形物数据控制所述造形头。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于还包括如下步骤：
将形成所述造形物的区域分割为多个造形单元；
对所述多个造形单元的各个赋予对应于对应的所述造形物数据的属性数据；及
依据所述属性数据，在所述造形单元的各个中决定所述多种的各密度调变及造形方向。
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