CN109906127B - 三维造形物的制造装置与三维造形物的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三维造形物的制造装置及三维造形物的制造方法。本发明的三维造形物的制造装置包括：平板，可载置三维造形物；球体形成元件，在自瓷嘴的前端陆续抽出的导电性引线的前端部与点火棒之间施加高电压，通过放电的能量使引线的前端部熔融而形成球体；定位元件，使平板与球体形成元件相对移动而进行定位；以及结合元件，将形成于瓷嘴的前端的球体与已层叠于平板上的另一球体接合；且通过如下步骤，即，通过球体形成元件形成球体、通过定位元件使平板与球体形成元件相对移动、通过结合元件将瓷嘴的前端的所形成的球体接合于另一球体而在平板上反复进行层叠，从而制造所需形状的三维造形物。

Description

三维造形物的制造装置与三维造形物的制造方法

技术领域

本发明涉及一种三维造形物的制造装置与三维造形物的制造方法，特别涉及一种可通过使用导电性引线(wire)，在引线的前端形成球体(ball)，并使所形成的球体排列及层叠而制造规定的三维造形物的三维造形物的制造装置及三维造形物的制造方法。

背景技术

以往，立体形状等三维形状的物体制作是对金属等材料进行加工来进行。作为加工方法，已知有切削加工、压制加工等，根据所加工的材质、形状等，分别使用加工方法。

切削加工是使用切削工具类对金属材料进行切削，而加工成规定的形状及尺寸的加工方法。

并且，压制加工是将板金等原材料强压至模型，且剪切或成型为所需形状的加工方法。压制加工可通过准备模型，而大量加工相同形状的零件。

但是，在切削加工、压制加工中，需要大规模的装置，并且，加工机械是由专职的操作员来操作，故需要对机械操作熟练。

因此，在专利文献1中，公开有一种通过在基材上依次堆积凝固的材料的多个层来制作规定形状的三维物理物体的装置。根据专利文献1，制作三维物理物体的装置是通过如下方式来实现：自少量流出头向基体或基构件上以规定的图案以经控制的速度少量流出材料，且将材料以凝固且相互附着的多个层加以少量流出以形成物品。并且，在通过少量流出头形成新的层之前，进行控制，以使前一层的材料、至少使位于少量流出头的下方的材料凝固。

如上所述，专利文献1中所公开的制作三维物理物体的装置是通过利用少量流出头在基材上由凝固的材料依次堆积多个层来制造规定的形状。

又，在专利文献2中，公开有一种使用指向激光束，选择性地烧结粉末而制造零件的方法。根据专利文献2，使激光束指向经分配的第一层粉末而使必要部分产生选择性烧结，继而在其上分配第二层粉末。使激光束指向经分配的第二层粉末而使必要部分同样地产生选择性烧结，同时使所述经烧结的粉末部分与第一层粉末的经烧结的部分接合。可反复进行此操作而一层一层地层叠性地制造三维零件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特公平8-2598号公报

专利文献2：日本专利第2620353号公报

专利文献3：日本专利第4427298号公报

发明内容

发明所要解决的问题

以往，使用导电性的材料的三维造形物是通过利用切削加工等自原材料的块体(block)中去除材料来制作。三维造形物是切取自原材料的块体，故会产生原材料的浪费，并且在制造三维造形物之前耗费时间。

另一方面，在如专利文献1所公开的制作三维物理物体的装置，在对在基板上凝固的材料加热而使其软化及熔解，并加以接合而层叠的方法中，需要可在比较低的温度下软化及熔解的原材料。因此，具有如下问题：在形成造形物的过程中，造形物的形状容易因温度变化而变化。

通过使用在高温下软化及熔解的物质，可减少造形过程中的因温度变化而产生的造形物的形状的变形。但是，在高温下软化及熔解的物质不易处理，因此在制作三维物理物体的装置中，利用在高温下软化及熔解的物质来减少造形物的形状变形的方法并不实用。

并且，在对专利文献2所公开的粉末材料照射激光束，使材料熔解及软化而制造造形物的方法中，用以制造造形物的粉末材料非常昂贵，此外，需要超出用于造形物的材料更多的粉末材料。因此，造形物的材料费升高。此外，由于通过激光装置，将激光以数微米单位照射至造形物，故而必须长时间地照射激光，从而制造三维造形物需要时间。

因此，在本发明中，旨在提供一种三维造形物的制造装置及三维造形物的制造方法，可通过利用三维计算机辅助设计(computer-aided design，CAD)等设计三维物体，或利用三维扫描器等进行扫描，并基于所设计的数据或所扫描的数据，使用导电性引线，在引线的前端形成球体，使所形成的球体排列及层叠，来制造规定的三维造形物。

解决课题的技术手段

为了达成所述目的，本发明的三维造形物的制造装置是制造三维造形物的三维造形物的制造装置，包括：平板，可载置所述三维造形物；球体形成元件，通过插通于瓷嘴(capillary)，在自所述瓷嘴的前端陆续抽出的导电性引线的前端部与点火棒(spark rod)之间施加高电压，而在所述引线的前端部形成球体；定位元件，使所述平板与所述球体形成元件相对移动而进行定位；以及结合元件，所述平板的至少表面由导电性原材料构成，通过在形成于所述瓷嘴的前端的所述球体与所述平板之间施加电流，而将形成于所述瓷嘴的前端的所述球体与所述平板或已层叠于所述平板上的另一球体中的至少任一者接合；并且通过反复进行如下步骤，而将所述球体层叠于所述平板上，从而制造所需形状的三维造形物，所述步骤包括：通过所述球体形成元件形成所述球体；通过所述定位元件进行定位；以及通过所述结合元件进行形成于所述瓷嘴的前端的所述球体的接合。

又，本发明的三维造形物的制造装置：通过在形成于所述瓷嘴的前端的所述球体与已层叠于所述平板上的另一球体的表面之间以具有空隙(gap)的方式而靠近的状态下，在形成于所述瓷嘴的前端的所述球体与所述平板之间施加高电压，而接合形成于所述瓷嘴的前端的所述球体。

又，本发明的三维造形物的制造装置：通过在形成于所述瓷嘴的前端的所述球体与已层叠于所述平板上的另一球体的表面相接触的状态下，使电流流入至形成于所述瓷嘴的前端的所述球体与所述平板之间，而接合形成于所述瓷嘴的前端的所述球体。

又，所述三维造形物的制造装置：设置有对所述瓷嘴施加超声波振动的超声波施加元件，通过亦并用所述超声波施加元件所施加的超声波振动，而接合形成于所述瓷嘴的前端的所述球体。

又，本发明的三维造形物的制造装置：形成于所述瓷嘴的前端的所述球体是在沿与如下的线交叉的面的方向上受到超声波振动，所述线是将形成于所述瓷嘴的前端的所述球体的中心与已层叠于所述平板上的另一球体的中心加以连结的线。

又，本发明的三维造形物的制造装置的所述球体形成元件：通过变更自所述瓷嘴的前端陆续抽出的所述引线的长度、及所述引线的前端部与所述点火棒之间的绝缘崩溃后的放电电流或放电电压的大小中的至少任一者，来调节所述球体的大小。

又，所述三维造形物的制造装置：设置有对所述瓷嘴施加压力而对所述瓷嘴前端的所述球体施加压力的加压元件，通过并用所述加压元件所施加的压力，而接合形成于所述瓷嘴的前端的所述球体。

又，所述三维造形物的制造装置：设置有对所述瓷嘴的前端的所述球体进行加热的加热元件，通过并用来自所述加热元件的加热，而接合形成于所述瓷嘴的前端的所述球体。

又，所述三维造形物的制造装置：设置有对所述瓷嘴施加超声波振动的超声波施加元件、对所述瓷嘴施加压力而对所述瓷嘴前端的所述球体施加压力的加压元件、及对所述瓷嘴前端的所述球体进行加热的加热元件之中的任两者以上，通过进而并用所述超声波施加元件、所述加压元件及所述加热元件之中的任两者以上，接合形成于所述瓷嘴的前端的所述球体。

本发明的三维造形物的制造方法是制造三维造形物的三维造形物的制造方法，包括：球体形成工艺，通过插通于瓷嘴，在自所述瓷嘴的前端陆续抽出的导电性引线的前端部与点火棒之间施加高电压，而在所述引线的前端部形成球体；定位工艺，使平板与在所述球体形成工艺中所形成的所述球体相对移动而进行定位，所述平板可载置所述三维造形物并且至少表面由导电性原材料构成；以及结合工艺，通过在形成于所述瓷嘴的前端的所述球体与所述平板之间施加电流，而将形成于所述瓷嘴的前端的所述球体与所述平板或已层叠于所述平板上的另一球体中的至少任一者接合；并且通过反复进行如下步骤，而将所述球体层叠于所述平板上，从而制造所需形状的三维造形物，所述步骤包括：通过所述球体形成工艺来形成所述球体；通过所述定位工艺来进行定位；以及通过所述结合工艺来进行形成于所述瓷嘴的前端的所述球体的接合。

发明的效果

根据本发明，利用导电性引线制造三维造形物，从而无需使用昂贵的导电性的粉末材料，故可降低材料费，从而可低价地制造三维造形物。

又，根据本发明，三维造形物的制造是利用使用高电压的电火花在引线的前端制作球体，对所述球体进行熔敷并使球体排列及层叠，故需要高温熔解的引线原材料也可灵活应对，从而可使用多种引线。

又，根据本发明，形成于瓷嘴的前端的球体与平板或已层叠于平板上的另一球体中的至少任一者的接合是通过在形成于瓷嘴的前端的球体与已层叠的另一球体的表面之间以具有空隙的方式而靠近，且在球体与平板之间施加高电压，来使球体熔融而接合，因此可确实地制造三维造形物。

又，根据本发明，可通过使用导电性引线，在引线的前端形成球体，并使所形成的球体排列及层叠来制造规定的三维造形物，因此无需如另一制造方法，利用激光装置选择性地烧结粉末而制造零件。因此，通过使用导电性引线，可使用较导电性的粉末材料低价的材料，因此可降低材料费，此外，由于不使用激光装置等昂贵的装置，因此可低价地制造三维造形物。

又，当使用激光装置时，法律上规定必须进行激光装置的管理者的选任或设置场所的设定及管理等，但在本发明中无需激光装置，因此不受这些法律上的制约。

又，根据本发明，使用导电性引线，在引线的前端形成球体，并将所形成的球体加以层叠而制造三维造形物。通过球体而形成的三维造形物的面除了球体间的接合面以外均具有间隙，因此可使三维造形物轻量化。

又，本发明与使金属构件等熔融而连续地形成三维造形的装置不同，形成球体，并将所形成的球体加以层叠而形成三维造形物，因此受到三维造形物的形状限制的情况少，因此通用性优异。

又，根据本发明，利用通过使电流流入至球体与平板之间而在球体的接触面上所产生的热来使球体熔融而接合，进而，通过使用对瓷嘴施加超声波振动的超声波施加元件、对瓷嘴施加压力而对瓷嘴前端的球体施加压力的加压元件、对瓷嘴的前端的球体进行加热的加热元件中的任一者，从而可更确实地进行球体间的接合。

附图说明

图1是表示三维造形物的制造装置的构成的概略图。

图2是表示三维造形物的制造装置的头部的构成的构成图。

图3是表示进行三维造形物的制造装置的控制的控制装置的构成的方块图。

图4是表示制造三维的造形物时，在层叠球体的面上设有空间的一例的三维造形物的一部分壁面的剖面图。

图5是表示利用三维造形物的制造装置制造三维造形物的工艺的流程图，表示通过在形成于瓷嘴的前端的球体与平板之间施加高电压，而使球体熔融而接合的情况。

图6是表示利用三维造形物的制造装置制造三维造形物的工艺的流程图，表示通过使形成于瓷嘴的前端的球体与已层叠于平板上的另一球体的表面相接触，使电流流入至球体与平板之间，而使球体熔融而接合的情况。

图7是表示三维造形物制造系统的构成的构成图。

图8是表示三维造形物制造系统的至制造三维造形物为止的工艺的概要的流程图。

符号的说明

1：三维造形物的制造装置

3：头部

4：引线

7：引线供给装置

8：卷轴

9：引线夹

10：引线导引件

12：瓷嘴

13：球体(瓷嘴的前端)

14、14a、14b、14c、14d、14e：球体(层叠于平板上)

15、15a、15b：空间

16：间隙

18：瓷嘴安装金属零件

19：点火棒

20：X轴移动装置(定位元件)

21：X轴用马达

25：Y轴移动装置(定位元件)

26：Y轴用马达

30：Z轴升降移动装置(定位元件)

31：Z轴用马达

40：平板(导电性平板)

50：控制装置

51：控制部

52：驱动部

54：输入输出部

56：通信部

58：导通探测电路

60：放电焊接装置

65：放电部(球体形成元件)

67：焊接部(结合元件)

80：三维造形物

85：立体物

90：三维造形物制造系统

91：三维读取装置(三维扫描器)

92：运算装置(计算机)

93：显示装置

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的三维造形物的制造装置及用以实施三维造形物的制造方法的形态进行说明。再者，本发明是通过使用具有导电性的金属等的引线，在引线的前端形成球体，并使所形成的球体依次排列及层叠来制作规定的三维造形物。通过使用导电性引线，可使用较导电性的粉末材料低价的材料，因此可降低材料费，此外，由于未使用激光装置等昂贵的装置，因此可低价地制造三维造形物。

[三维造形物的制造装置的构成]

首先，利用图1对三维造形物的制造装置的构成进行说明。图1是表示三维造形物的制造装置的构成的概略图。如图1所示，三维造形物的制造装置1包括：头部3，使引线4的前端熔融而形成球体13(图2所示)，且使所形成的球体13排列及层叠；作为定位元件的X轴移动装置20，搭载头部3且相对于水平面沿X轴方向移动；作为定位元件的Y轴移动装置25，搭载X轴移动装置20且相对于水平面沿Y轴方向移动；以及作为定位元件的Z轴升降移动装置30，使将表面水平配置的平板40相对于水平面沿Z轴方向垂直移动。

X轴移动装置20包括可控制旋转角或位置的X轴用马达21。X轴移动装置20的X轴用马达21是通过控制装置50来控制，通过被X轴用马达21驱动的滚珠螺杆(ball screw)机构、滑动机构，使得头部3移动至X轴方向上的规定位置。

并且，Y轴移动装置25包括可控制旋转角或位置的Y轴用马达26。Y轴移动装置25的Y轴用马达26是通过控制装置50来控制，通过被Y轴用马达26驱动的滚珠螺杆机构、滑动机构，使得头部3移动至Y轴方向上的规定位置。

由此，头部3可通过X轴移动装置20及Y轴移动装置25，而移动至X轴及Y轴上的规定位置。

又，如图1所示，Z轴升降移动装置30包括可控制旋转角的Z轴用马达31。Z轴升降移动装置30的Z轴用马达31是通过控制装置50来控制，通过被Z轴用马达31驱动的滚珠螺杆机构，使得载置有三维造形物80的平板40移动至Z轴方向上的规定位置。

[头部的构成]

其次，利用图2对三维造形物的制造装置的头部的构成进行说明。图2是表示图1所示的三维造形物的制造装置的由虚线包围的头部的构成的构成图。

如图1及图2所示，头部3包括：引线4，缠绕在卷轴(reel)8上，具有导电性；引线供给装置7，将缠绕在卷轴8上的引线4供给至瓷嘴12；引线夹(wire clamp)9，握持并释放引线4；瓷嘴12，在轴芯上具有用以使引线4通过的细孔，前端呈圆锥形；以及点火棒19，在自瓷嘴12的前端陆续抽出的引线4的前端形成球体13。

引线4包含具有导电性的金属的引线4，例如，由铁、金、铜等材质形成。并且，引线4的直径取决于形成三维造形物80的球体14的大小。

引线供给装置7通过马达而使缠绕有引线4的卷轴8旋转，且自卷轴8陆续抽出引线4而供给至瓷嘴12。在对瓷嘴12供给引线4的时序自控制装置50发出信号，引线供给装置7的马达旋转规定角度而对瓷嘴12供给引线4。

自卷轴8陆续抽出的引线4经由导引引线4的引线导引件10而导入至引线夹9。

引线夹9设置在缠绕有引线4的卷轴8与瓷嘴12之间的引线4的路径上。

并且，引线夹9具有由螺线管(solenoid)等握持、释放引线4的机构，通过对所内置的螺线管等进行控制而进行引线4的握持、释放。通过利用引线夹9握持引线4，而将引线4固定在引线夹9上。

因此，可将由引线夹9固定的引线4的部位视为引线4的一端。例如，通过在被引线夹9固定着引线4的状态下，利用Z轴升降移动装置30经由平板40向下拉扯位于瓷嘴12的前端的焊接于另一球体14上的球体13，来扯碎瓷嘴12的前端的球体13与引线4的边界的部位，从而切断球体13与引线4。由此，引线4前端的球体13在引线4的颈(neck)部与引线4分离，使经分离的球体14层叠于正在制造的三维造形物80的表面上。

并且，通过利用引线夹9而释放引线4，可使引线4在瓷嘴12内自由通过。例如，通过在利用引线夹9释放引线4的状态下，利用Z轴升降移动装置30经由平板40向下拉扯与球体14接合的瓷嘴12前端的球体13，可自瓷嘴12的前端陆续抽出引线4。

并且，引线夹9是作为放电焊接装置60(图3所示的)的作为球体形成元件的放电部65及作为结合元件的焊接部67的用以对瓷嘴12前端的球体13通电的一个电极而发挥作用。引线夹9的握持引线4的面与来自放电焊接装置60的连接端子之间具有导电性。

即，将自与引线夹9连接的放电焊接装置60的连接线送来的电压(电力)供给至握持引线4的面，在关闭引线夹9的状态下使来自放电焊接装置60的电压通入至引线4。

瓷嘴12由绝缘性的原材料形成，通过瓷嘴安装金属零件18，将瓷嘴12的长度方向上的中心附近的外周表面固定在头部3上。

瓷嘴12在长度方向上的轴芯上具有用以使引线4通过的细孔，其孔径稍大于引线4的直径。自瓷嘴12的前端陆续抽出引线4，通过放电而形成于引线4的前端的球体位于瓷嘴12的前端。

并且，瓷嘴12的前端呈朝向前端逐渐变细的圆锥形。其目的在于：在制造三维造形物80时，防止瓷嘴12前端的侧面与邻接的球体14发生干扰。

点火棒19是呈前端部为半球状的形状，且以点火棒19的前端部与自瓷嘴12前端陆续抽出的引线4的前端具有空隙的方式而安装。通过放电焊接装置60，在引线4与点火棒19之间施加高电压而进行放电，在引线4的前端形成用以制造三维造形物80的球体13。

如上所述，在引线4与点火棒19间施加高电压而通过放电能量球体13形成于瓷嘴12的前端。

Z轴升降移动装置30的平板40载置三维造形物80，其表面或整体由导电性的原材料构成。因此，可使载置在平板40的表面上的使用导电性引线4的三维造形物80与平板40的表面处于导通状态。

并且，平板40与放电焊接装置60的焊接部67的另一个输出端子连接，作为放电焊接装置60的焊接部67的另一个电极而发挥作用。

[控制装置的构成]

其次，利用图3，说明进行三维造形物的制造装置的控制的控制装置。图3是表示进行三维造形物的制造装置的控制的控制装置的构成的方块图。

如图3所示，控制装置50内置有进行三维造形物的制造装置1的控制的控制部51。控制部51具有计算机，计算机在存储器内存储有进行三维造形物的制造装置1的控制的程序。并且，控制装置50包括对X轴移动装置20的X轴用马达21、Y轴移动装置25的Y轴用马达26及Z轴升降移动装置30的Z轴用马达31进行驱动的驱动部52。

并且，驱动部52进行头部3的引线夹9的螺线管、引线供给装置7的马达的驱动。再者，驱动部52经由输入输出部54与控制部51连接。

控制装置50的控制部51的计算机执行程序，进行制造三维造形物80的三维造形物的制造装置1的控制。

并且，控制装置50包括外部的装置，例如，包括用以与图7所示的包含计算机的运算装置92进行通信而接收数据的通信部56。

[放电焊接装置的构成]

放电焊接装置60包括在引线4与点火棒19之间施加高电压的作为球体形成元件的放电部65、以及进行瓷嘴12前端的球体13与放置在平板40上的位于所层叠的最上方的球体14的接合(焊接)的作为结合元件的焊接部67。

放电焊接装置60的作为球体形成元件的放电部65连接于点火棒19，在所述点火棒19与引线4之间施加高电压。放电部65在引线4与点火棒19之间施加高电压，通过放电能量，而在自瓷嘴12的前端陆续抽出的引线4的前端形成球体13。

作为球体形成元件的放电部65可在自瓷嘴12的前端陆续抽出的导电性引线4的前端部与点火棒19之间施加高电压，而使引线4的前端部与点火棒19之间的绝缘崩溃后的放电电流或放电电压的大小可变化。通过使放电电流或放电电压的大小可变化，可调节经陆续抽出的引线4的球体13的大小。

并且，放电焊接装置60的作为结合元件的焊接部67将形成于瓷嘴12的前端的球体13接合于平板40或已层叠于平板40上的另一球体14中的至少任一者。通过焊接部67的球体间的接合可采用空隙方式及接触方式，所述空隙方式是在球体间设置空隙而利用电弧焊接的方式，所述接触方式是使两球体接触，在接触后使电流流入而利用通过电阻发热的电阻焊接的方式。

并且，控制装置50包括可探测瓷嘴12前端的球体13与已层叠于平板40上的另一球体14的导通状态的导通探测电路58。导通探测电路58在经由引线夹9而连接的引线4与具有导电性的平板40之间施加低电压，探测引线4前端的球体13与经层叠的球体14的表面的导通状态。

通过导通探测电路58，可探测瓷嘴12前端的球体13与平板40上的另一球体14是否已接触。因此，可通过来自导通探测电路58的探测信号，来判断焊接部67的接合前的两个球体13、球体14是否已接触，从而进行球体13、球体14间的空隙的设定、球体间的接触探测。

如上所述，通过导通探测电路58，使得两个球体的位置关系确定，因此可确实地通过放电焊接装置60的焊接部67来进行球体间的接合。

[三维造形物的制造]

其次，详细说明三维造形物的制造装置及三维造形物的制造方法的如下方法，即，利用通过形成于瓷嘴的前端的球体与另一球体的接合而在平板上反复进行层叠来制造所需形状的三维造形物的方法。

在半导体装置中，已知有堆积凸块，而确保所需的凸块的高度的形成多层凸块的结合方法。例如，在专利文献3中的专利第4427298号公报中，公开有如下的方法：利用瓷嘴支撑金属引线，通过放电使金属引线熔融而在金属引线的前端形成球体，对球体施加载荷及超声波振动，而进行结合以使球体层叠两层以上，从而形成多层凸块。

根据专利文献3，以往，当使小径的凸块层叠而多层地形成凸块时，仅通过调节结合条件，无法稳定且确实地形成多层凸块。

因此，专利文献3所公开的多层凸块的形成方法是设为：在结合球体时，将自瓷嘴作用至球体的载荷相对于在更上层接合的球体设定得更小，来结合球体；又，在结合球体时，将自瓷嘴作用至球体的超声波输出相对于在更上层接合的球体设定得更弱，来结合球体；以及在结合球体时，将自瓷嘴作用至球体的超声波振动的作用时间相对于在更上层接合的球体设定得更短，来结合球体。

由此，在专利文献3中，在堆积凸块而形成多层凸块时，可确实地堆积凸块，由此可确保所需的凸块的高度，可获得以稳定的状态多层地堆积有凸块的多层凸块。

本发明是自瓷嘴12的前端陆续抽出引线4，通过放电使引线4熔融而在引线4的前端形成球体13，且通过在平板40上所层叠的球体14的表面上焊接瓷嘴12前端的球体13，而形成三维的造形物。

三维造形物的制造装置的球体13与平板40或另一球体14的焊接是使用利用电弧焊接的空隙方式或利用电阻焊接的接触方式。球体13由导电性的金属形成，平板40具有导电性。由此，层叠于平板40上的整个球体14也具有导电性。

如上所述，专利文献3的多层凸块结合是在球体上层叠球体而形成在垂直方向上高度高的凸块。

另一方面，本发明的三维造形物的制造装置1不仅可在垂直方向上，而且可在球体14的侧面上焊接新的球体14。图4是表示制造三维的造形物时，在层叠球体的面上设有空间的一例的三维造形物的一部分壁面的剖面图。例如，如图4所示，可在层叠球体时设置空间15。图4所示的空间15a位于球体14a的正上方，位于空间15a的上部的球体14b与左右的球体14c、球体14d的侧面接合。并且，空间15b形成于平板40与球体14e之间。

如上所述，本发明的三维造形物的制造装置1可在球体14的侧面上焊接新的球体，因此对包含十字形状等的沿水平方向延伸的三维造形物80的制造也有效，从而具有在多层凸块的结合中没有的特征。

并且，如图4所示，本发明的三维造形物的制造装置1中，由球体形成的三维造形物80的面除了球体间的接合面以外均具有间隙16，因此可使三维造形物80轻量化。

再者，本发明的三维造形物的制造装置1可不设置球体间的间隙16，而制造三维的造形物。例如，在将瓷嘴12前端的球体13与球体14加以接合时，形成小球体而对瓷嘴12前端的球体13施加压力，以填埋球体间的间隙16。并且，也可利用通过使电流流入至形成于瓷嘴的前端的球体13与平板40之间而在球体13、球体14的接触面上所产生的热，来使球体熔融而填埋球体间的间隙16。

并且，本发明与现有的形成多层凸块的多层凸块结合不同，在层叠球体时不施加压力、超声波等，而使球体层叠，因此可制造无扁形球体而稳定的三维的造形物。

[空隙方式(电弧焊接)]

作为放电焊接装置60的利用作为结合元件的焊接部67的接合方法，可采用空隙方式及接触方式，所述空隙方式是自瓷嘴12陆续抽出的球体13与位于三维造形物80的最上方的球体14相靠近而进行接合的方式，所述接触方式是自瓷嘴12陆续抽出的球体13与位于三维造形物80的最上方的球体14相接触而进行接合的方式。

首先，说明自瓷嘴12陆续抽出的球体13与位于三维造形物80的最上方的球体14相靠近而进行接合的空隙方式。空隙方式是在形成于瓷嘴12的前端的球体13、与平板40或已层叠于平板40上的另一球体14中的至少任一者的接合中，通过在形成于瓷嘴12的前端的球体13与已层叠于平板40上的另一球体14的表面之间以具有空隙的方式而靠近，且在形成于瓷嘴12的前端的球体13与平板40之间施加高电压，来使球体13熔融而接合。当在球体13与平板40之间施加高电压后，产生高温的电弧，而使球体13熔融。

以下，利用图5所示的流程图，对通过空隙方式的球体的接合进行说明。图5是表示利用三维造形物的制造装置制造三维造形物的工艺的流程图，表示通过在形成于瓷嘴的前端的球体与平板之间施加高电压，来使球体熔融而接合的情况。

首先，控制装置50基于三维造形物的位置数据的信息，使头部3的瓷嘴12通过X轴移动装置20、Y轴移动装置25而移动至X轴、Y轴的规定位置。并且，通过Z轴升降移动装置30而使平板40沿Z轴方向移动至规定位置附近(图5所示的步骤S1)。

其次，打开引线夹9，自瓷嘴12陆续抽出引线4(步骤S2)。然后，关闭引线夹9(步骤S3)。

在关闭引线夹9后，在引线夹9与点火棒19之间通过放电焊接装置60的放电部65施加高电压而形成球体13(步骤S4)。

其次，通过Z轴升降移动装置30，使平板40沿Z轴以低速上升而通过导通探测电路58来检查平板40上的另一球体14与瓷嘴12前端的球体13的导通状态(步骤S5)。

控制装置50在确认导通状态之后，对Z轴升降移动装置30进行控制，以使平板40的上升停止(步骤S6)。

其次，通过Z轴升降移动装置30而使平板40沿Z轴方向下降规定的距离，使得在球体13、球体14之间设置空隙(步骤S7)。

当平板40停止后，在平板40与引线夹9之间施加高电压而对球体13进行熔敷(步骤S8)。由此，使平板40上的另一球体14与瓷嘴12前端的球体13通过电弧放电而接合。通过电弧放电，放电空间变为高温而使球体13与另一球体14熔融，且球体13及另一球体14产生变形而彼此相接触、接合，以使得球体13及另一球体14向放电空间熔出。

其次，使Z轴升降移动装置30下降，自瓷嘴12前端的球体13的引线颈部(引线前端的球体与球体表面上的引线的根部)扯碎引线4，使球体14与引线4分离(步骤S9)。

以后，反复进行步骤S1至步骤S9的动作，层叠三维造形物的位置数据份的球体而制作三维造形物(步骤S10)。

[接触方式(电阻焊接)]

另一方面，接触方式是在形成于瓷嘴12的前端的球体13、与平板40或已层叠于平板40上的另一球体14中的至少任一者的接合中，使形成于瓷嘴12的前端的球体13与已层叠于平板40上的另一球体14的表面相接触，且利用通过使电流流入至形成于瓷嘴12的前端的球体13与平板40之间而在球体13与另一球体14的接触面上所产生的热，来使球体13熔融而接合。在电流路径上，球体13与另一球体14的接触面具有电阻，通过电流而产生由电阻引起的发热，通过所产生的热而使球体13接合。

以下，利用图6所示的流程图，对通过接触方式的球体的接合进行说明。图6是表示通过三维造形物的制造装置制造三维造形物的工艺的流程图，表示使形成于瓷嘴的前端的球体与已层叠于平板上的另一球体的表面相接触，且通过使电流流入至球体与平板之间，来使球体熔融而接合的情况。

首先，控制装置50基于三维造形物的位置数据的信息，使头部3的瓷嘴12通过X轴移动装置20、Y轴移动装置25而移动至X轴、Y轴的规定位置。并且，通过Z轴升降移动装置30而使平板40沿Z轴方向移动至规定位置附近(图6所示的步骤S20)。

其次，打开引线夹9，自瓷嘴12陆续抽出引线4(步骤S21)。然后，关闭引线夹9(步骤S22)。

在关闭引线夹9之后，在引线夹9与点火棒19之间利用放电焊接装置60的放电部65施加高电压而形成球体13(步骤S23)。

其次，通过Z轴升降移动装置30，使平板40沿Z轴以低速上升而通过导通探测电路58来检查平板40上的另一球体14与瓷嘴12前端的球体13的导通状态(步骤S24)。

控制装置50在确认导通状态后对Z轴升降移动装置30进行控制，以使平板40的上升停止(步骤S25)。

其次，在形成于瓷嘴12的前端的球体13与已层叠于平板40上的另一球体14的表面相接触的状态下，使电流流入至球体13与平板40之间。通过使电流流入，而在球体的接触面上产生热而使球体熔融(步骤S26)。由此，使平板40上的另一球体14与瓷嘴12前端的球体13接合。

其次，使Z轴升降移动装置30下降，自瓷嘴12前端的球体13的引线颈部扯碎球体13及引线，而使球体14与引线4分离(步骤S27)。

反复进行步骤S20至步骤S27的动作，层叠三维造形物的位置数据份的球体而制作三维造形物(步骤S28)。

如上所述，通过放电焊接装置60的焊接部67的接合方法可采用空隙方式及接触方式，所述空隙方式是自瓷嘴12陆续抽出的球体13与位于三维造形物80的最上方的经层叠的球体14相靠近而进行接合的方式，所述接触方式是自瓷嘴12陆续抽出的球体与三维造形物80的经层叠的位于最上方的球体14相接触而进行接合的方式。

[通过超声波振动等的三维造形物的制造]

又，本发明的三维造形物制造装置也可在通过球体与另一球体的接合而层叠球体时，进行超声波振动、压力、热等的施加作为接合条件。并且，也可使这些超声波振动、压力、热等的施加组合于接触方式(电阻焊接)。

例如，三维造形物的制造装置1包括对瓷嘴12施加超声波振动的超声波施加元件，形成于瓷嘴12的前端的球体13、与平板40或已层叠于平板40上的另一球体14中的至少任一者的接合是设为利用来自超声波施加元件的超声波振动而进行。作为超声波施加元件，是设为在瓷嘴安装金属零件18上具备超声波喇叭(ultrasonic horn)、超声波振子(未图示)，且在超声波喇叭的前端附近安装瓷嘴12。

[超声波的振动方向]

并且，在沿与如下的线交叉的面的方向上受到超声波振动，所述线是将形成于瓷嘴12的前端的球体13的中心与已层叠于平板40上的另一球体14的中心加以连结的线。由此，使超声波振动有效率地施加至球体，而促进接合。再者，超声波振动也可为沿与如下的线正交的面的方向，所述线是将所述球体13的中心与另一球体14的中心加以连结的线。此时，施加超声波振动的效率更进一步提高。

并且，三维造形物的制造装置1进而包含对瓷嘴12施加压力而对瓷嘴12前端的球体13施加压力的加压元件。形成于瓷嘴12的前端的球体13、与平板40或已层叠于平板40上的另一球体14中的至少任一者的接合是设为利用来自加压元件的压力而进行。

加压元件例如构成为在安装有头部3的瓷嘴12的臂部的长度方向上的中心附近设置支点，在与瓷嘴12相对向的臂部的端附近设置加压机构，使瓷嘴在下方产生压力。如上所述，通过加压机构，在球体与球体的接合过程中施加压力。再者，使用有加压元件的接合由于难以仅通过加压来进行接合，故同时使用接触方式(电阻焊接)、施加超声波或加热瓷嘴12的前端的球体13中的至少任一方式。

并且，三维造形物的制造装置1进而包含对瓷嘴12的前端的球体13进行加热的加热元件。形成于瓷嘴12的前端的球体13、与平板40或已层叠于平板40上的另一球体14中的至少任一者的接合是利用加热元件所产生的热来进行。

例如，设为在瓷嘴12的前端附近配置加热器，利用加热器对球体进行加热。通过对球体进行加热，使得球体变得柔软而容易变形，因此促进接合。

并且，三维造形物的制造装置1包括对瓷嘴12施加超声波振动的超声波施加元件、对瓷嘴12施加压力而对瓷嘴12前端的球体13施加压力的加压元件、对瓷嘴12的前端的球体13进行加热的加热元件中的任两者以上，形成于瓷嘴12的前端的球体13与平板40或已层叠于平板40上的另一球体14中的至少任一者的接合是使用超声波施加元件、加压元件、加热元件之中的任两者以上来进行。

并且，在利用通过在球体13与平板40之间施加电流而在球体13的接触面上所产生的热，来使球体13熔融而接合的电阻焊接中，也可并用对接合面施加压力或施加超声波振动中的至少任一者。

[三维造形物制造系统的构成]

其次，利用图7，对使用三维造形物的制造装置的三维造形物制造系统的构成进行说明。图7是表示三维造形物制造系统的构成的构成图。

如图7所示，三维造形物制造系统90包括三维读取装置(三维扫描器)91、包含计算机的运算装置92、显示装置93、三维造形物的制造装置1、及对三维造形物的制造装置1进行控制的控制装置50。

三维读取装置91利用使用光等的扫描器等对所制造的整个立体物85进行扫描，输出所测量的三维数据。

包含计算机的运算装置92是接收来自三维读取装置91的三维数据，并转换为可机械控制的数据的装置。运算装置92包括显示数据或显示装置的状态的显示装置93。并且，显示装置93也作为输入文字数据等的输入装置而发挥作用。

来自运算装置92的经转换的可机械控制的数据被输出至控制装置50，作为对三维造形物的制造装置1进行控制的数据而使用。

[三维造形物的制造]

其次，利用图8，说明利用三维造形物制造系统的至制造三维造形物为止的概要。图8是表示三维造形物制造系统的至制造三维造形物为止的工艺的概要的流程图。

首先，通过扫描器等三维读取装置91，对欲制造的整个物体进行扫描而读取物体的三维信息(图8所示的步骤S40)。

其次，将经三维读取装置91读取的数据输出至运算装置92，运算装置92转换为能够以三维CAD数据等读入的数据格式(步骤S41)。

再者，当然也可使用已利用三维CAD等设计出欲制造的物体的数据，代替来自三维读取装置91的数据。

如上所述，通过包含计算机的运算装置92，将三维CAD数据转换成可机械控制的数据。例如，作为可机械控制的数据，已知有作为机械控制用程序的G代码(code)等。

经转换的可机械控制的数据是记忆于记忆媒体中，或通过通信元件而发送至控制装置50。控制装置50将所接收到的数据记忆于记忆装置中(步骤S42)。

控制装置50读出所记忆的数据，进行X轴移动装置20、Y轴移动装置25、Z轴升降移动装置30、头部3等的控制，而进行三维造形物80的制造(步骤S43)。

如上所述，通过利用扫描器等三维读取装置对通过三维造形物制造系统而制造的整个物体读取位置的信息即座标数据，可在短时间内实施通过三维造形物的制造装置的至制造三维造形物为止的工艺。

如以上所述，根据本发明，利用导电性引线制造三维造形物，从而无需使用昂贵的导电性的粉末材料，因此可降低材料费，从而可低价地制造三维造形物。

并且，根据本发明，制造三维造形物是利用使用高电压的电火花在引线的前端制作球体，对所述球体进行熔敷而使球体排列、层叠，因此需要高温熔解的引线原材料也可灵活地应对，从而可使用多种引线。

并且，根据本发明，形成于瓷嘴的前端的球体、与平板或已层叠于平板上的另一球体中的至少任一者的接合是通过在形成于瓷嘴的前端的球体与已层叠的另一球体的表面之间以具有空隙的方式而靠近，且在球体与平板之间施加高电压，来使球体熔融而接合，因此可确实地制造三维造形物。

并且，根据本发明，可通过使用导电性引线，在引线的前端形成球体，使所形成的球体排列及层叠来制造规定的三维造形物，因此无需如其他制造方法，使用激光装置选择性地烧结粉末来制造零件。因此，通过使用导电性引线，可使用较导电性的粉末材料低价的材料，故可降低材料费，此外，由于不使用激光装置等昂贵的装置，故可低价地制造三维造形物。

并且，当利用激光装置时，法律上规定必须进行激光装置的管理者的选任或设置场所的设定及管理等，但在本发明中无需激光装置，故而不会受到这些法律上的制约。

并且，根据本发明，使用导电性引线，在引线的前端形成球体，并将所形成的球体加以层叠而制造三维造形物。通过球体而形成的三维造形物的面除了球体间的接合面以外均具有间隙，因此可使三维造形物轻量化。

并且，本发明与使金属构件等熔融而连续地形成三维造形的装置不同，形成球体，并将所形成的球体加以层叠而形成三维造形物，故而受到三维造形物的形状限制的情况少，因此通用性优异。

并且，根据本发明，利用通过使电流流入至球体与平板之间而在球体的接触面上所产生的热使球体熔融而接合，进而，通过使用对瓷嘴施加超声波振动的超声波施加元件、对瓷嘴施加压力而对瓷嘴前端的球体施加压力的加压元件、对瓷嘴的前端的球体进行加热的加热元件中的任一者，从而可确实地进行球体间的接合。

并且，通过利用扫描器等三维读取装置对通过三维造形物制造系统而制造的整个物体读取位置的信息即座标数据，可在短时间内实施利用本发明的三维造形物的制造装置至制造三维造形物为止的工艺。

本发明可不脱离其本质特性而具体化为多种形式。因此，所述实施方式主要是对本发明进行说明，当然并不对本发明进行限制。

Claims (10)

1.一种三维造形物的制造装置，制造三维造形物，所述三维造形物的制造装置的特征在于包括：

平板，可载置所述三维造形物；

球体形成元件，通过插通于瓷嘴，在自所述瓷嘴的前端陆续抽出的导电性引线的前端部与点火棒之间施加高电压，而在所述引线的前端部形成球体；

定位元件，使所述平板与所述球体形成元件相对移动而进行定位；以及

结合元件，所述平板的至少表面由导电性原材料构成，通过在形成于所述瓷嘴的前端的所述球体与所述平板之间施加电流，而将形成于所述瓷嘴的前端的所述球体与所述平板或已层叠于所述平板上的另一球体中的至少任一者接合；且通过反复进行如下步骤，而将所述球体层叠于所述平板上，从而制造所需形状的三维造形物，所述步骤包括：

通过所述球体形成元件形成所述球体；

通过所述定位元件进行定位；以及

通过所述结合元件进行形成于所述瓷嘴的前端的所述球体的接合。

2.根据权利要求1所述的三维造形物的制造装置，其特征在于，

通过在形成于所述瓷嘴的前端的所述球体与已层叠于所述平板上的另一球体的表面之间以具有空隙的方式而靠近的状态下，通过在形成于所述瓷嘴的前端的所述球体与所述平板之间施加高电压，而接合形成于所述瓷嘴的前端的所述球体。

3.根据权利要求1所述的三维造形物的制造装置，其特征在于，

通过在形成于所述瓷嘴的前端的所述球体与已层叠于所述平板上的另一球体的表面相接触的状态下，使电流流入至形成于所述瓷嘴的前端的所述球体与所述平板之间，而接合形成于所述瓷嘴的前端的所述球体。

4.根据权利要求1所述的三维造形物的制造装置，其特征在于，

设置有对所述瓷嘴施加超声波振动的超声波施加元件，

通过亦并用所述超声波施加元件所施加的超声波振动，而接合形成于所述瓷嘴的前端的所述球体。

5.根据权利要求4所述的三维造形物的制造装置，其特征在于，

形成于所述瓷嘴的前端的所述球体是在沿与如下的线交叉的面的方向上受到超声波振动，所述线是将形成于所述瓷嘴的前端的所述球体的中心与已层叠于所述平板上的另一球体的中心加以连结的线。

6.根据权利要求1所述的三维造形物的制造装置，其特征在于，

所述球体形成元件通过变更自所述瓷嘴的前端陆续抽出的所述引线的长度、以及所述引线的前端部与所述点火棒之间的绝缘崩溃后的放电电流或放电电压的大小中的至少任一者，来调节所述球体的大小。

7.根据权利要求3所述的三维造形物的制造装置，其特征在于，

设置有对所述瓷嘴施加压力而对所述瓷嘴前端的所述球体施加压力的加压元件，

通过并用所述加压元件所施加的压力，而接合形成于所述瓷嘴的前端的所述球体。

8.根据权利要求3所述的三维造形物的制造装置，其特征在于，

设置有对所述瓷嘴的前端的所述球体进行加热的加热元件，

通过并用来自所述加热元件的加热，而接合形成于所述瓷嘴的前端的所述球体。

9.根据权利要求3所述的三维造形物的制造装置，其特征在于，

设置有对所述瓷嘴施加超声波振动的超声波施加元件、对所述瓷嘴施加压力而对所述瓷嘴前端的所述球体施加压力的加压元件、对所述瓷嘴前端的所述球体进行加热的加热元件之中的任两者以上，

通过进而并用所述超声波施加元件、所述加压元件、所述加热元件之中的所述任两者以上，而接合形成于所述瓷嘴的前端的所述球体。

10.一种三维造形物的制造方法，制造三维造形物，所述三维造形物的制造方法的特征在于，包括：

球体形成工艺，通过插通于瓷嘴，在自所述瓷嘴的前端陆续抽出的导电性引线的前端部与点火棒之间施加高电压，而在所述引线的前端部形成球体；

定位工艺，使平板与在所述球体形成工艺中所形成的所述球体相对移动而进行定位，所述平板可载置所述三维造形物，并且至少表面由导电性原材料构成；以及

结合工艺，通过在形成于所述瓷嘴的前端的所述球体与所述平板之间施加电流，而将形成于所述瓷嘴的前端的所述球体与所述平板或已层叠于所述平板上的另一球体中的至少任一者接合；并且

通过反复进行如下步骤，而将所述球体层叠于所述平板上，从而制造所需形状的三维造形物，所述步骤包括：

通过所述球体形成工艺来形成所述球体；

通过所述定位工艺来进行定位；以及

通过所述结合工艺来进行形成于所述瓷嘴的前端的所述球体的接合。

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